DE4337128A1

DE4337128A1 - Photovoltaic solar generator

Info

Publication number: DE4337128A1
Application number: DE4337128A
Authority: DE
Inventors: Hans Dipl Ing Gochermann
Original assignee: Deutsche Aerospace AG
Current assignee: Airbus Defence and Space GmbH
Priority date: 1993-11-01
Filing date: 1993-11-01
Publication date: 1995-05-04

Abstract

Photovoltaic solar generator, the interconnected solar cells or solar cell modules of which are, on the one hand, arranged on a support body and, on the other hand, are provided with a transparent, photostable and weathering-resistant protective layer, preferably of glass or plastic, for protection against damaging environmental influences. In order for the light incident on the solar generator to penetrate the semiconductor body as far as possible without reflection and completely, provision is made for the protective layer (2) to have a micropyramid structure on its surface facing the incident light. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft einen photovoltaischen Solargenera tor, dessen untereinander verschaltete Solarzellen bzw. Solarzellenmodule zum einen auf einem Trägerkörper ange ordnet sind und zum anderen zum Schutz gegen schädliche Umwelteinflüsse mit einer transparenten, licht- und witte rungsbeständigen Schutzschicht, vorzugsweise aus Glas oder Kunststoff, versehen sind.The invention relates to a photovoltaic solar generator gate, the interconnected solar cells or Solar cell modules on the one hand on a carrier body are classified and secondly to protect against harmful Environmental influences with a transparent, light and white resistant protective layer, preferably made of glass or Plastic, are provided.

Es ist bekannt, die Oberflächen derartiger Schutzschichten aus Glas oder Kunststoff, die mittels elastischer Zwischen schichten an die Oberfläche der Solarzellen gekoppelt sind, zu entspiegeln. Dieses erfolgt vorzugsweise durch Mehr schichtbedampfungs-Verfahren. Von Nachteil ist, daß bei entspiegelten Oberflächen ein Reflexionsminimum nur für bestimmte Wellenlängen bzw. Wellenlängenbereiche erreicht wird, während hierzu benachbarte Wellenlängen bzw. Wellen längenbereiche auch weiterhin reflektiert werden. Dieses gilt sowohl bei senkrechtem Lichteinfall, als auch bei schräge Lichteinfall zur Oberfläche der Schutzschicht, wo bei die Reflexionen mit kleiner werdendem Einfallswinkel zu nehmen. Abhilfe könnten hier auf die äußeren Oberflächen der Schutzschichten aufgebrachte Antireflexschichten brin gen, die allerdings aus Kostengründen bei terrestrischen Solargeneratoren unüblich sind. Außerdem bleibt auch bei der Verwendung von Antireflexionsschichten der oben er wähnte Nachteil der Zunahme der Reflexionen bei kleiner werdendem Lichteinfallswinkel erhalten.It is known the surfaces of such protective layers made of glass or plastic by means of elastic intermediate layers are coupled to the surface of the solar cells, to anti-reflective. This is preferably done by more stratification process. The disadvantage is that at anti-reflective surfaces a reflection minimum only for certain wavelengths or wavelength ranges are reached while adjacent wavelengths or waves length ranges continue to be reflected. This applies to both vertical incidence and oblique incidence of light to the surface of the protective layer where for the reflections with a smaller angle of incidence to take. This could be remedied on the outer surfaces of the protective layers applied anti-reflective layers conditions, however, for reasons of cost for terrestrial Solar generators are unusual. It also stays with the use of anti-reflective layers of the above he imagined disadvantage of increasing the reflections at small incidence of light received.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen So largenerator der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem das auf die Solarzellen bzw. das Solarzellenmodul des Solargenerators auftreffende Licht weitestgehend reflex ionsfrei und vollständig in den Halbleiterkörper eindringt und somit möglichst vollständig in elektrische Energie um gewandelt wird.The invention is therefore based on the object to create largenerator of the type mentioned at which the on the solar cells or the solar cell module of Solar generator incident light largely reflex ion-free and completely penetrates the semiconductor body and thus as completely as possible into electrical energy is changed.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Schutzschicht an ihrer dem einfallenden Licht zugewandten Oberfläche eine Mikropyramidenstruktur aufweist.The object is achieved in that the Protective layer on its facing the incident light Surface has a micro pyramid structure.

Erfindungsgemäße Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen 2 bis 6 beschrieben.Embodiments of the invention are in the Subclaims 2 to 6 described.

Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung ist in der Reduzie rung der Lichtreflexionsverluste am Übergang von Luft zur Schutzschicht zu sehen, wobei eine deutliche Reduzierung auch bei kleiner werdenden Lichteinfallswinkeln erzielt wird. Gegenüber herkömmlichen Solargeneratoren wird das zusätzlich in die Schutzschicht eingebrachte Licht vorteilhafterweise in zusätzliche solarelektrische Energie umgewandelt, so daß der Wirkungsgrad des erfindungsgemäßen Solargenerators er höht wird. Eine besonders vorteilhafte Anwendung ergibt sich dann, wenn es auf eine sehr dünne und leichtgewichtige Ein kapselung von Solarzellen oder Solarmodulen ankommt, bei de nen eine möglichst große elektrische Ausgangsleistung pro Fläche erreicht werden soll, wie z. B. bei Raumfahrtsolar generatoren oder mobilen, terrestrischen Solargeneratoren. A major advantage of the invention is the reduction loss of light reflection at the transition from air to Protective layer can be seen, with a significant reduction is achieved even with decreasing light incidence angles. This becomes additional compared to conventional solar generators light introduced into the protective layer advantageously converted into additional solar electrical energy, so that the efficiency of the solar generator according to the invention is increased. A particularly advantageous application results then when it comes to a very thin and lightweight one encapsulation of solar cells or solar modules arrives at de electrical output power as large as possible Area to be reached, such as B. at space solar generators or mobile, terrestrial solar generators.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel nach der Er findung dargestellt, und zwar zeigen:In the drawing is an embodiment according to the Er shown, namely:

Fig. 1 einen grundsätzlichen Aufbau eines Solargenerator teiles, und Fig. 1 shows a basic structure of a solar generator part, and

Fig. 2 eine graphische Darstellung der Reflexionsverluste in Abhängigkeit von den Einfallswinkeln des auf die Grenzfläche Glas-Luft auftreffenden Lichtes. Fig. 2 is a graphical representation of the reflection losses as a function of the angles of incidence of the light incident on the glass-air interface.

In Fig. 1 ist auf einem Träger 4 eine Solarzelle 1 vorzugs weise mittels Kleber befestigt, auf deren Lichteinfalls seite eine transparente, licht- und witterungsbeständige Schutzschicht 2 zum Schutz gegen schädliche Umwelteinflüsse befestigt ist. Die Befestigung der Schutzschicht 2, bei spielsweise aus Glas oder Kunststoff, erfolgt vorteilhafter weise mittels einer transparenten Kleberschicht 3, deren Brechungsindex demjenigen der Schutzschicht 2 annähernd gleich ist.In Fig. 1, a solar cell 1 is preferably attached to a carrier 4 by means of an adhesive, on the incident light side of which a transparent, light- and weather-resistant protective layer 2 is attached to protect against harmful environmental influences. The protective layer 2 , for example made of glass or plastic, is advantageously attached by means of a transparent adhesive layer 3 , the refractive index of which is approximately the same as that of the protective layer 2 .

Die Schutzschicht 2 weist an ihrer dem einfallenden Licht bzw. der Luft zugewandten Oberfläche eine Mikropyramiden struktur vorzugsweise mit vierseitigen Pyramiden auf, die infolge der beispielsweise nur 2 bis 5 µm hohen Pyramiden zeichnerisch nicht dargestellt ist. Die Pyramiden können z. B. Winkel von etwa 60° aufweisen, die gegen die Horizon tale gemessen sind. Weiterhin kann zur Reduktion von Rest reflexionen, die besonders bei sehr kleinen Lichteinfalls winkeln auftreten können, die die Mikropyramidenstruktur aufweisende Oberfläche der Schutzschicht 2 mit einer kon ventionellen Antireflexionsschicht versehen sein.The protective layer 2 has on its surface facing the incident light or the air a micro pyramid structure, preferably with four-sided pyramids, which is not shown in the drawing due to the pyramids, for example, only 2 to 5 μm high. The pyramids can e.g. B. have angles of about 60 °, which are measured against the horizontal. Furthermore, in order to reduce residual reflections, which can occur particularly when the light incidence is very small, the surface of the protective layer 2 which has the micro-pyramid structure can be provided with a conventional anti-reflection layer.

In Fig. 2 zeigt die Kurve 1 die Reflexionsverluste in Abhän gigkeit vom Lichteinfallswinkel an einer glatten Grenzfläche Glas-Luft, wobei die Einfallswinkel gegenüber dem senkrech ten Lichteinfall auf die Grenzfläche gemessen wurden. Der Darstellung ist zu entnehmen, daß bei senkrechtem Lichtein fall die Reflexionsverluste etwa 4% betragen, während sie bei kleiner werdendem Lichteinfallswinkel größer werden und bei einem Lichteinfallswinkel von 60° etwa 8% betragen. Im Gegensatz zur Kurve 1 zeigt Kurve 2 die Reflexionsverluste in Abhängigkeit von den Lichteinfallswinkeln an einer Grenz fläche Glas-Luft, bei der die an die Luft angrenzende Glas oberfläche eine Prismenstruktur aufweist. Schon für Prismen mit einem Prismenwinkel von 60° ergibt sich, daß die Re flexionsverluste bei senkrechtem Lichteinfallswinkel prak tisch Null sind, sich bei Lichteinfallswinkeln bis etwa 30° kaum verändern, bei Lichteinfallswinkeln zwischen 30° und 60° derart ansteigen, daß die Verluste bei 60°-Einfalls winkel etwa 4% betragen, und diesen Höchstwert von 4% Re flexionsverlust bei weiter ansteigenden Lichteinfallswin keln praktisch beibehalten. Dies gilt für Pyramiden aus fast allen Raumwinkeln annähernd gleichfalls.In Fig. 2, curve 1 shows the reflection losses as a function of the angle of incidence at a smooth glass-air interface, the angles of incidence with respect to the perpendicular incidence of light at the interface being measured. The illustration shows that in the case of vertical light incidence, the reflection losses are approximately 4%, while they become larger as the angle of incidence becomes smaller and are approximately 8% at an angle of incidence of 60 °. In contrast to curve 1, curve 2 shows the reflection losses as a function of the light incidence angles at a glass-air interface, in which the glass surface adjacent to the air has a prism structure. Already for prisms with a prism angle of 60 ° results that the reflection losses are practically zero at a vertical angle of incidence, hardly change at angles of incidence of up to about 30 °, and increase at angles of incidence between 30 ° and 60 ° such that the losses at 60 ° angle of incidence is approximately 4%, and this maximum value of 4% reflection loss is practically maintained with increasing angles of incidence of light. This also applies to pyramids from almost all solid angles.

Claims

1. Photovoltaic solar generator, the interconnected solar cells or solar cell modules are arranged on the one hand on a support body and on the other hand to provide protection against harmful environmental influences with a transparent, light- and weather-resistant protective layer, preferably made of glass or plastic, as characterized by in that the protective layer (2) has a Mikropy ramidenstruktur on its side facing the incident light surface.

2. Solar generator according to claim 1, characterized by a four-sided layer having micro pyramids.

3. Solar generator according to claim 1 or 2, characterized records that the height of the pyramids, for example, 2 to Is 5 µm.

4. Solar generator according to claim 1, 2 or 3, marked net by pyramids, their measured against the horizontal Angle be about 60 °.

5. Solar generator according to one of claims 1, 2, 3 or 4, characterized in that the surface of the protective layer ( 2 ) having a micro pyramid structure is additionally provided with a conventional antireflection layer.

6. Solar generator according to one of claims 1 to 5, characterized in that the space between the solar cells ( 1 ) and the protective layer ( 2 ) with a transparent adhesive ( 3 ) whose refractive index is approximately the same as that of the protective layer ( 2 ) is filled out.