一种柱状光伏芯片及包含其的光伏组件的制作方法

本实用新型涉及太阳能电池技术领域，具体而言，涉及一种柱状光伏芯片及包含其的光伏组件。

背景技术：

目前的光伏产品发电结构多为平面或者平曲面，光线照射直接作用于发电芯片，在有效的面积内限制了发电芯片的光照利用，且不能被吸收的光源将反射回去，不能穿过光伏组件实现透光效果。目前的薄膜光伏芯片在三维状态下并无运用。为解决现有技术中光伏组件面积小限制光照利用、透光效果不好的问题，提出本申请。

技术实现要素：

本实用新型提供了一种柱状光伏芯片及包含其的光伏组件，旨在改善现有技术中光伏组件面积小限制光照利用、透光效果不好的问题。

第一方面，本实用新型提供了一种柱状光伏芯片，包括：透光的柱体，所述柱体包括相对的第一端面和第二端面、以及设置在所述第一端面和所述第二端面之间的侧壁，所述侧壁上设置有光伏发电层。

本实用新型提供的一种柱状光伏芯片，改变原有的平面或平曲面布局，所述光伏发电层分布于柱体的侧壁，所述柱体的两端可以透光，透光性好；柱体的设置在空间上形成三维立体分布，在一定的半径范围内，有效增加所述柱体的长度，其发电涂层的面积与同一半径范围内的平面光伏组件相比可成倍增加，有效提升光伏芯片的光照利用面积从而提升光伏性能。

进一步地，在本实用新型较佳的实施例中，所述第一端面设置为外凸曲面，所述柱体的第二端面设置为内凹曲面。

进一步地，在本实用新型较佳的实施例中，在所述侧壁的外表面上靠近所述第二端面的一端设置有一圈预留区，所述预留区处设置绝缘涂层。

进一步地，在本实用新型较佳的实施例中，所述光伏发电层由内向外包括：透明导电层和薄膜发电涂层。

第二方面，本实用新型提供了一种光伏组件，包括上述任一项所述的柱状光伏芯片。

本实用新型提供的一种光伏组件，通过柱状光伏芯片的设置，既能达到一定的透光效果，又能实现光伏特性。

进一步地，在本实用新型较佳的实施例中，还包括：透光的第一封装板，所述光伏芯片安装于所述第一封装板上。

进一步地，在本实用新型较佳的实施例中，还包括：透光的第二封装板，柱状的所述光伏芯片位于所述第二封装板和所述第一封装板之间，且所述光伏芯片、所述第一封装板和所述第二封装板之间通过热熔胶固定。

进一步地，在本实用新型较佳的实施例中，相邻的所述光伏芯片之间采用热熔胶填充封装。

进一步地，在本实用新型较佳的实施例中，所述第二端面与所述第一封装板之间填充气体。

进一步地，在本实用新型较佳的实施例中，所述第一封装板上靠近所述光伏芯片的一侧还设置有透明导电层，或者，所述第一封装板上靠近所述光伏芯片的一侧还设置有所述光伏发电层。

进一步地，在本实用新型较佳的实施例中，所述第二封装板、所述热熔胶、所述柱体的折射率依次增大。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1是本实用新型一实施例提供的一种光伏组件的平面示意图；

图2是本实用新型一实施例提供的一种光伏组件的结构示意图；

图3是本实用新型一实施例提供的柱状光伏芯片中垂直光线散射示意图；

图4是本实用新型一实施例提供的柱状光伏芯片中斜射光线散射示意图；

附图标记：

1-柱体

11-第一端面

12-第二端面

13-硅玻璃

2-光伏发电层

21-透明导电层

22-薄膜发电涂层

3-绝缘涂层

4-第一封装板

5-第二封装板

6-EVA胶体

7-光线

8-全反射区

具体实施方式

为了更清楚地说明本申请实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

实施例1

本实用新型实施例1提供的一种柱状光伏芯片，包括：透光的柱体1，所述柱体1包括相对的第一端面11和第二端面12、以及设置在所述第一端面11和所述第二端面12之间的侧壁，所述侧壁上设置有光伏发电层。本实用新型提供的一种柱状光伏芯片，改变原有的平面或平曲面布局，所述光伏发电层2分布于柱体1的侧壁，所述柱体1的两端可以透光，透光性好；柱体1的设置在空间上形成三维立体分布，在一定的半径范围内，有效增加所述柱体1的长度，其发电涂层的面积与同一半径范围内的平面光伏组件相比可成倍增加，有效提升光伏芯片的光照利用面积从而提升光伏性能。如图1-4所示，本实施例中所述柱体1为圆柱，在其他实施例中柱体1还可以为椭圆柱。

为了解决现有技术中平面或平曲面的光伏芯片对光线反射严重，不能充分利用光线的问题，如图2所示，本实用新型实施例1提供的一种柱状光伏芯片，所述第一端面11设置为外凸曲面，所述柱体1的第二端面12设置为内凹曲面。本实施例中的柱体1是实心的玻璃纤维圆柱。光伏发电层2除了直接利用作用于柱体1侧壁的光线外，还可以间接利用通过第一端面11的光线，第一端面11的外凸曲面设置形成聚光效果使更多光线进入柱体1，在柱体1内部发生散射，使得柱壁的光伏发电层2更加充分利用光线，第二端面12的内凹曲面设置使得内凹曲面的中央之外的区域光线全反射，经过全反射的光线在柱壁处被重新利用，更大效率利用光线，提升光伏芯片的光伏特性。第一端面11和第二端面12为半径相同的曲面。

本实施例中，在所述侧壁的外表面上靠近所述第二端面12的一端设置有一圈预留区，所述预留区处设置绝缘涂层3。通过薄膜生产工艺技术在柱体1侧壁上生成透明导电层21，设有透明导电层21的侧壁上在靠近第二端面12一端设置预留区。预留区的设置可先采用带状绝缘涂层3绕柱体1一周形成环状绝缘区域，再在预留区之外的柱体1侧壁生成薄膜发电涂层22，确保电路电极区分。

在本实用新型实施例1提供的一种柱状光伏芯片，如图1-2所示，所述光伏发电层2由内向外包括：透明导电层21和薄膜发电涂层22。在玻璃材质柱体1的侧壁上通过沉积方式制作TCO(掺铝ZnO)透明导电层21作为电极，再在该涂层上制作薄膜发电涂层22，光伏发电层2对大气中的日照光线进行应用，配合玻璃柱体1两端的弧面处理，实现部分光线直接或间接穿过光伏组件，且还会利用在柱体1内部散射的光线与光伏发电层2形成光生伏特效应；充分利用光线。薄膜发电涂层22为硅锗薄膜/铜铟镓硒(CIGS)涂层。透明导电层21的内壁经稀盐酸腐蚀处理获得陷光表面，充分吸收光线。

实施例2

本实用新型实施例2提供的一种光伏组件，包括上述任一项所述的柱状光伏芯片。本实用新型提供的一种光伏组件，通过柱状光伏芯片的设置，既能达到一定的透光效果，又能实现光伏特性。

为进一步固定光伏芯片，本实用新型实施例2中提供的一种光伏组件，如图2所示，还包括：透光的第一封装板4，所述光伏芯片安装于所述第一封装板4上。如图1所示，将多个柱状光伏芯片矩阵形式紧密排列在一起后安装于透光玻璃材质的第一封装板4上。

为有效封装，本实用新型实施例2中提供的一种光伏组件，如图2所示，还包括：透光的第二封装板5，所述光伏芯片位于所述第二封装板5和所述第一封装板4之间，且所述光伏芯片、所述第一封装板4和所述第二封装板5之间通过热熔胶固定。第二封装板5采用折射率约1.46高透光PP聚酯材料封装。

本实用新型实施例2中提供的一种光伏组件，相邻的所述光伏芯片之间采用热熔胶填充封装。柱状光伏芯片之间的间隙采用EVA胶体6(33％乙烯基乙酸酯)填充封装，使用热熔胶进行填充的同时，各光伏芯片也在热熔胶的作用下固定于第一封装板4及第二封装板5上。EVA胶体6的光学折射率约1.47。所述透光封装板5、所述热熔胶、所述柱体1的折射率依次增大。

为充分利用光伏组件内部的光线，本实施例中可在第一封装板4上靠近所述光伏芯片的一侧添加TCO透明导电层21，TCO透明导电层21不会影响光伏组件的透光性能，但可以调整光线运动路径中折射率变化：光伏组件从第一层PP聚酯的第二封装板5到EVA胶体6，到玻璃柱体1，再到第一封装板4上的TCO透明导电层21，光学折射率依次增大，可有效避免光线进入不同材质时发生全反射效应，使光伏发电层2充分利用在结构内部的光线。柱体1为高透光低折射率硅玻璃13(折射率1.5)，TCO(掺铝ZnO)透明导电层21(折射率1.9)，EVA胶体6(折射率1.47)，PP高透光聚酯材料(折射率1.46)。

本实用新型实施例2提供的一种光伏组件，所述第二端面12与所述第一封装板4之间填充气体。本实施例中可填充空气或氮气，气体具有较小的折射率，可较大程度实现光线散射时在玻璃内部全反射效果。

如图3所示，垂直光线7由顶部的透光封装板5射入柱体1，由第一端面11边缘进入的光线7在柱体1内部光线7会进行多次反射，并在第二端面12的边缘处的全反射区8发生全反射进一步应用；由第一端面11中央射入的光线7会有部分由第二端面12中央透出。如图4所示，倾斜光线7经过顶部的透光封装板5射入柱体1，由第一端面11边缘进入的光线7在柱体1内部光线7会进行多次反射，并在第二端面12的边缘处发生全反射进一步应用；由第一端面11中央射入的光线7会有部分由第二端面12中央透出。图3、4中的箭头线条表示光线7方向。

实施例3

本实用新型实施例3中提供的一种光伏组件，所述第一封装板4上靠近所述光伏芯片的一侧还设置有光伏发电层2，先在第一封装板4上设置TCO(掺铝ZnO)透明导电层21，再在透明导电层21上设置CIGS薄膜发电涂层22。

实施例2提供的方案中部分光线可穿过光伏组件，达到一定的透光性。本实施例中可利用透光玻璃材质的第一封装板4进一步导电，在第一封装板4靠近所述光伏芯片的一侧添加透明导电层21和CIGS薄膜发电涂层22，添加CIGS薄膜发电涂层22取消了光伏组件的透光性，但可以对穿透柱体1的光线进行二次利用，达到多形式光伏发电特性。

本实用新型一实施例还提供了一种柱状光伏芯片的制备方法：

S1.选用高透光且折射率约1.5的玻璃纤维，通过机械加工成具有一定形态的小半径圆柱体1，其中柱体1的第一端面11为球面凸起，第二端面12为球面凹陷，本实施例中柱体1采用模具生产一体成型；该透光玻璃圆柱体1设计半径可根据透光特性及光伏特性来确定，半径越大，透光效果越好。

S2.在玻璃柱体1的侧曲面表层沉积TCO(掺铝ZnO)透明导电薄膜涂层，其光折射率约1.9，玻璃的折射率略小于该介质，有利于光线直接穿过导电涂层，避免光线7全反射效应。

S3.在步骤S2中的涂有透明导电层21的透光玻璃柱体1上，通过薄膜生产工艺技术在其圆周侧壁上生成薄膜发电涂层22，该涂层在圆柱侧壁上靠近第二端面12一端设置预留区；预留区的加工可先采用：带状绝缘涂层3绕其一周形成环状绝缘区域，再在预留区之外的柱体1侧壁生成薄膜发电涂层22，确保电路电极区分。

在此基础上，本实用新型提供的一种光伏组件的制备方法：

S4.将具备光伏特性的柱状芯片紧密排列，安装于涂有TCO导电涂层的第一封装板4上，圆柱体1之间的间隙采用EVA胶体6填充封装，EVA胶体6的光学折射率约1.47，各柱体1的顶端采用折射率约1.46高透光PP聚酯材料制备的透光封装板5封装。

由上述实施例中可以看出，本实用新型提供的一种柱状光伏芯片及包含其的光伏组件具有如下优势：

1.将平面发电薄膜三维化、空间化，由平面改为立体结构，在空间上得到一定的优势；既能达到一定的透光率，又能实现光伏效应；而且同等条件下柱状光伏芯片较平面发电薄膜的发电涂层面积可成倍增加。

在芯片材料本身特性相同、圆柱设计长度等效于平面光伏芯片半径的前提下，柱体1设计长度一定时，以该长度为半径的柱状光伏芯片的光伏面积可达到以该长度为半径的平面光伏芯片的数倍效果，因此光伏特性也会数倍增强。或者，平面芯片与柱状光伏芯片半径在同一范围时，通过改变柱状光伏芯片的长度也可以实现光伏面积的数倍增长，从而柱状光伏芯片的光伏特性增强。例如，当柱体1长度、柱体1的底面(两端面)半径、平面芯片半径均为1，柱体1的光伏面积为2π，平面芯片的光伏面积为π。或者，当柱体1的底面半径、平面芯片半径均为1，柱体1的长度为h，柱体1的光伏面积为2hπ，平面芯片的光伏面积为π。两种方式下均可以实现柱体1的光伏面积的数倍增长。

2.采用外凸弧形柱体1顶的第一端面11设计，形成聚光效果，可有效散射进入介质的光线；凹面的底部第二端面12设计，可有效增加光线的全反射，使光线在内部得以充分利用，增加光生伏特效果。

同时柱状及第一端面11、第二端面12的弧面效果可确保部分光线的穿透，形成平面上的透光特性；并实现光伏特性。

3.第二端面12与透光玻璃4之间形成的空间内部填充空气或氮气，气体具有较小的折射率，可较大程度实现光线散射时在玻璃内部全反射效果。

4.本实用新型所选用的各结构的材料，从光线入射面板材料到光线到达发电涂层，各材料的光线折射率依次增大，以达到减小入射光线的全反射及反射。

5.本实用新型的改进方案中在透光玻璃4上还设置有发电涂层，二次利用穿透的光线，达到多形式光伏发电特性。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

以上所述仅为本实用新型的优选实施方式而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。