[发明专利]光伏装置

说明书

技术领域

本发明涉及光伏装置，其包括至少一个活性层和盖板，该盖板在至少一侧包含光学结构的阵列且与活性层的光接收表面光学接触以减小所述表面的反射损耗。所述板或片还可与发光分子组合使用，这些发光分子在所述板内部或与所述板接触，以改善该光伏装置的光谱响应。

背景技术

光伏装置通常用于将光能转换成电能。这些装置包含活性层，该活性层由在暴露于光时产生电荷载流子的光吸收材料构成。目前常用于光伏装置的活性层为硅。然而，可以遇到各种材料，如例如砷化镓(GaAs)、碲化镉(CdTe)或二硒化铜铟镓(CIGS)。在活性层中产生的电荷被分离到将传导电的导电接触。由于活性层的薄且脆的本性，通常通过例如由玻璃制成的透明盖板来保护活性层免受外部影响。由现有技术可知活性层和盖板都反射入射到光伏装置的部分光。尤其是，活性层的高折射率引起大的反射损耗，该反射损耗在硅的情况下可以高达入射光的22％。由于不能将发射光转换成电能，因此这些反射损耗造成光伏装置的效率大幅降低。

另一种降低光伏装置效率的效应为通常对于短波长(如例如紫外(UV)或蓝光)而言活性层的低量子效率。该低的响应是由材料的带隙引起的。带隙是指价带的顶部与导带的底部之间的能量差，其中电子能够从一个带跃迁到另一个带。由于该带隙，活性层具有最优波长，在该最优波长附近，光能被最有效地转换成电能。具有高于或低于最优波长的波长的光被较低效地转换成电能。可降低光伏装置的在短波长范围的光谱响应的第二种效应为盖板对光的吸收。虽然盖板通常对可见光透明，但其经常在UV范围内吸收光。结果，该光不能到达光伏装置的活性层且不能被转换成电能。

为了降低这些反射损耗，可以在光吸收材料或所谓的活性层的顶部上施加抗反射涂层。抗反射涂层由折射率介于活性层和盖板的折射率之间的透明材料的单个四分之一波长层构成。虽然这在理论上在中心波长处给出零反射且对在中心附近的宽带中的波长给出降低的反射，但这些层的处理和材料成本相对高。并且，用于产生涂层的处理技术(例如，化学气相沉积)是综合性的且耗时。另外，抗反射涂层仅仅在其被施加的表面上起作用。因此，通过在这些表面中的任一表面上使用一个单个的抗反射涂层不能降低活性层和盖板的反射。

另一种降低反射损耗的方法是构造活性层的表面。这可通过直接构造材料本身或通过对所述材料被沉积于其上的衬底的表面构造而实现。通过构造通常具有棱锥或V形结构的活性层，可以通过在表面处的多次反射而获得在活性层处的反射损耗的降低，其中所述多次反射为光提供了更大的进入面板的机会。该效应降低了在活性层表面处的反射损耗，因此常常被称为抗反射效应。其次，在某些情况下，这些结构会部分地捕获未被活性层吸收但被衬底表面反射的光。结果，增加了活性层的光吸收机会。虽然对活性层的构造可以显著改善光伏电池的效率，但制造方法非常复杂且极端昂贵。经常使用如湿法化学蚀刻、机械蚀刻或反应离子蚀刻的处理来实现所需的效果。并且，对活性层的构造不会降低盖板的反射损耗。

由现有技术可知，可以使用与在上一段中所述的相同概念来改善玻璃板(即，盖板)的光透射性。这里，将V形结构(G.A.Landis，21^st IEEEphotovoltaic specialist conference，1304-1307(1990))或在WO 03/046617中公开的棱锥结构应用于玻璃板，以降低所述板的反射损耗且因此提高其透射率。可以通过例如浇铸或压制而将这些结构应用于玻璃板。然而，根据模型研究(U.Blieske et all，3^rd World Conference on Photovoltaic EnergyConversion，188-191(2003))，当使用该板作为光伏装置的盖板时，所述装置的最大效率仅仅可提高6％，这减小了约30％的反射损耗。实际结果更低，仅可获得3％。虽然这些结构降低了活性层的某些反射损耗，但其主要降低盖板的反射损耗。因此，反射损耗的总体降低以及光伏装置的效率提高是很低的。

发明内容

因此，本发明的一个目的是提高光伏装置的效率并提供这样的光伏装置，其中进一步降低了反射损耗，特别是活性层的反射损耗。

通过这样的光伏装置而实现该目的，该光伏装置包括至少一个活性层和透明盖板，所述透明盖板在至少一侧包含几何光学浮雕(relief)结构的阵列且与光伏装置的所述至少一个活性层的表面接收侧光学接触，其特征在于，所述光学浮雕结构包括通过至少三个n边形表面连接的基面和单个顶点，其中n等于4或更高。