TWI553890B

TWI553890B - 太陽電池模組

Info

Publication number: TWI553890B
Application number: TW100108115A
Authority: TW
Inventors: 陳奕嘉; 劉得誌; 黃明遠; 黃秋華
Original assignee: 友達光電股份有限公司
Priority date: 2011-03-10
Filing date: 2011-03-10
Publication date: 2016-10-11
Also published as: CN102280507B; TW201238062A; CN102280507A

Description

太陽電池模組

本發明是有關於一種太陽電池模組，且特別是有關於一種具有高光電轉換效率之太陽電池模組(photovoltaic cell module)。

太陽能是一種乾淨無污染且取之不盡、用之不竭的能源，在解決目前石化能源所面臨的污染與短缺的問題時，太陽能一直是最受矚目的焦點。由於太陽電池可直接將太陽能轉換為電能，因此已成為目前產業界相當重要的研究課題之一。矽基太陽電池(silicon-based solar cell)以及有機太陽電池(OPV cell)為目前業界常見的一種太陽電池。

一般而言，傳統太陽電池是於基板上形成第一電極層、主動層以及第二電極層。當光線照射至太陽電池時，主動層會吸收光線而產生電子-電洞對，且兩電極層之間的電場會驅使電子與電洞會分別往兩電極層移動，而產生光電流。此時，若將太陽電池耦接至外加負載電路或電子裝置，太陽電池便可提供電能至外加負載電路或電子裝置。然而，目前太陽電池所面臨的最大問題之一就是其光電轉換效率不足。因此，如何提高太陽電池之光電轉換效率已成為研發者亟欲解決的問題之一。

本發明提供一種太陽電池模組，其具有高光電轉換效率。

本發明提供一種太陽電池模組，其包括結晶矽太陽電池、第一密封材料層、透光基板、第二密封材料層以及薄膜太陽電池。結晶矽太陽電池具有第一表面以及與第一表面相對之第二表面。第一密封材料層配置於結晶矽太陽電池的第一表面上。透光基板配置於第一密封材料層上，其中第一密封材料層位於透光基板與結晶矽太陽電池之間。第二密封材料層配置於結晶矽太陽電池的第二表面上。薄膜太陽電池配置於第二密封材料層上，其中第二密封材料層位於薄膜太陽電池與結晶矽太陽電池之間。

本發明提供另一種太陽電池模組，其包括背板、第一結晶矽太陽電池、第一密封材料層、第一透光基板、第二密封材料層、第二結晶矽太陽電池、第三密封材料層、第二透光基板以及第四密封材料層。第一結晶矽太陽電池配置於背板的一側，第一結晶矽太陽電池具有第一表面以及與第一表面相對之第二表面。第一密封材料層配置於第一結晶矽太陽電池的第一表面上。第一透光基板配置於第一密封材料層上，其中第一密封材料層位於第一透光基板與第一結晶矽太陽電池之間。第二密封材料層配置於第一結晶矽太陽電池的第二表面上。第二結晶矽太陽電池配置於背板的另一側，第二結晶矽太陽電池具有第三表面以及與第三表面相對之第四表面。第三密封材料層配置於第二結晶矽太陽電池的第三表面上。第二透光基板配置於第三密封材料層上，其中第三密封材料層位於第二透光基板與第二結晶矽太陽電池之間。第四密封材料層配置於第二結晶矽太陽電池的第四表面上，其中第一結晶矽太陽電池透過第二密封材料層與背板接觸，而第二結晶矽太陽電池透過第四密封材料層與背板接觸。

在本發明的一實施例中，前述之結晶矽太陽電池包括p-n接合半導體層、保護層以及多個電極。保護層配置於p-n接合半導體層上。多個電極與p-n接合半導體層電性連接。

在本發明的一實施例中，前述之保護層之外表面上具有多個光學微結構。

在本發明的一實施例中，前述之第一密封材料層之材質、第二密封材料層之材質、第三密封材料層之材質、第四密封材料層之材質包括乙酸乙烯酯(Ethylene Vinyl Acetate，EVA)、矽(Silicon)、低密度聚乙稀(Low density polyethylene，LDPE)、熱塑性安甲酸酯(Thermoplastic Urethane，TPU)，。

在本發明的一實施例中，前述之透光基板、第一透光基板、第二透光基板包括玻璃基板以及塑膠基板。

在本發明的一實施例中，前述之太陽電池模組可進一步包括外框，其中結晶矽太陽電池、第一密封材料層、透光基板、第二密封材料層以及薄膜太陽電池係組裝於外框內。

在本發明的一實施例中，前述之太陽電池模組可進一步包括反射器以及旋轉機構。旋轉機構連接於反射器與外框之間，以改變反射器與薄膜太陽電池之間的相對位置。

在本發明的一實施例中，前述之第一結晶矽太陽電池與第二結晶矽太陽電池具有相同結構，且第一結晶矽太陽電池包括p-n接合半導體層、配置於p-n接合半導體層上的保護層以及與p-n接合半導體層電性連接的多個電極。

在本發明的一實施例中，前述之太陽電池模組可進一步包括外框，其中背板、第一結晶矽太陽電池、第一密封材料層、第二密封材料層、第一透光基板、第二結晶矽太陽電池、第三密封材料層、第四密封材料層以及第二透光基板係組裝於外框內。

在本發明的一實施例中，前述之太陽電池模組可進一步包括反射器以及旋轉機構。旋轉機構連接於反射器與外框之間，以改變反射器與第二結晶矽太陽電池之間的相對位置。

基於上述，本發明之太陽電池模組能夠具有二用以分別接收外界光線之太陽電池，因此本發明之太陽電池模組具有高光電轉換效率。

為讓本發明之上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

[第一實施例]

圖1為本發明第一實施例之太陽電池模組剖面示意圖，而圖2A為本發明第一實施例之結晶矽太陽電池剖面示意圖。請參照圖1與圖2A，本實施例之太陽電池模組100包括結晶矽太陽電池110、第一密封材料層120、透光基板130、第二密封材料層140以及薄膜太陽電池150。舉例而言，本實施例之結晶矽太陽電池110包括p-n接合半導體層112、保護層114以及多個電極116。保護層114配置於p-n接合半導體層112上。多個電極116與p-n接合半導體層112電性連接。詳言之，本實施例之保護層114a、114b例如係分別配置於p-n接合半導體層112之上表面112a及p-n接合半導體層112之下表面112b。位於p-n接合半導體層112之上表面112a之保護層114可做為抗反射膜(Anti-reflection coating)，意即，位於p-n接合半導體層112之上表面112a之保護層114a可降低入射光線L被反射的機率，而將入射光線L有效地引導至p-n接合半導體層112中，進而提升結晶矽太陽電池110的光電轉換效率。透過材質(折射率)的選擇，位於p-n接合半導體層112之下表面112b之保護層114b可做為反射層，意即，位於p-n接合半導體層112之下表面112b之保護層114b可將穿出p-n接合半導體層112之部分光線L反射回p-n接合半導體層112中，而進一步提升結晶矽太陽電池110的光電轉換效率。本實施例之電極116可製作於保護層114a、114b之開口114’、114”中而與p-n接合半導體層112電性連接。詳言之，電極116與p-n接合半導體層112之間係形成良好的歐姆接觸(ohmic contact)。透過電極116可將p-n接合半導體層112中產生之光電流傳輸至結晶矽太陽電池110外部使用或儲存。在本實施例中，保護層114a之材質例如為氧化矽(SiO_x)或其他介電材質，而保護層114b之材質例如為氧化矽(SiO_x)或其他介電材質。

本發明之結晶矽太陽電池110可具有多種不同的型態，並不限於圖2A中所述之型態。圖2B為本發明另一實施例之結晶矽太陽電池110’。請參照圖2B，圖2B中的結晶矽太陽電池110’與圖2A中的結晶矽太陽電池110相似，惟二者主要差異之處在於：在結晶矽太陽電池110’中，保護層114a之一表面(與上表面114c相對的表面)上具有多個光學微結構114d。光學微結構114d可引導入射光線L以適當方向進入p-n接合半導體層112中，進而提高結晶矽太陽電池110的光電轉換效率。本實施例之光學微結構114d包括微透鏡(micro-lens)、微稜鏡(micro-prism)、凸塊(bump)等，但不以此為限。此外，光學微結構114d會被保護層114a所覆蓋，而p-n接合半導體層112之下表面112b例如係被一反射層114e所覆蓋。

請參照圖1，本實施例之結晶矽太陽電池110具有第一表面110a以及與第一表面110a相對之第二表面110b。值得一提的是，本實施例之結晶矽太陽電池110的第一表面110a係為受光面，第一表面110a朝上以接收由太陽電池模組100上方入射之入射光線L。

本實施例之第一密封材料層120係配置於結晶矽太陽電池110的第一表面110a上。在本實施例中，第一密封材料層120之材質包括乙酸乙烯酯(Ethylene Vinyl Acetate，EVA)、矽(Silicon)、低密度聚乙稀(Low density polyethylene，LDPE)、熱塑性安甲酸酯(Thermoplastic Urethane，TPU)，但不以此為限。本實施例之透光基板130配置於第一密封材料層120上，其中第一密封材料層120位於透光基板130與結晶矽太陽電池110之間。換言之，透過第一密封材料層120可將結晶矽太陽電池110與透光基板130緊密地接合在一起。在本實施例中，透光基板130包括玻璃基板以及塑膠基板，但不以此為限。

本實施例之第二密封材料層140配置於結晶矽太陽電池110的第二表面110b上。在本實施例中，第二密封材料層140之材質包括乙酸乙烯酯(Ethylene Vinyl Acetate，EVA)、矽(Silicon)、低密度聚乙稀(Low density polyethylene，LDPE)、熱塑性安甲酸酯(Thermoplastic Urethane，TPU)，但不以此為限。本實施例之薄膜太陽電池150配置於第二密封材料層140上，其中第二密封材料層140位於薄膜太陽電池150與結晶矽太陽電池110之間。換言之，透過第二密封材料層140可將結晶矽太陽電池110與薄膜太陽電池150緊密地接合在一起。值得一提的是，由於本實施例之太陽電池模組100除了包括受光面朝上之結晶矽太陽電池110外，還包括受光面150a朝下之薄膜太陽電池150。因此，本實施例之太陽電池模組100除了可利用結晶矽太陽電池110吸收由太陽電池模組100上方入射之入射光線L外，更可利用薄膜太陽電池150吸收由其他方向入射至太陽電池模組100中的光線L’，從而提高本實施例之太陽電池模組100的光電轉換效率。在本實施例中，薄膜太陽電池150包括多晶矽太陽電池、氫化非晶矽太陽電池、Ⅱ-Ⅵ及I-Ⅲ-Ⅵ族化合物半導體太陽電池等，但不以此為限。

另外，本實施例之太陽電池模組100可進一步包括外框160。結晶矽太陽電池110、第一密封材料層120、透光基板130、第二密封材料層140以及薄膜太陽電池150係組裝於外框160內。本實施例之外框160可為口字型之框體，其具有開口160a，以將結晶矽太陽電池110以及薄膜太陽電池150之受光面暴露。

如圖3所示，本實施例之太陽電池模組100可進一步包括反射器170以及旋轉機構180。旋轉機構180連接於反射器170與外框160之間，以改變反射器170與薄膜太陽電池150之間的相對位置。舉例而言，當入射光線L的傳遞方向改變時，藉由旋轉機構180可使結晶矽太陽電池110面之第一表面110a(即受光面)與入射光線L的傳遞方向垂直，而使結晶矽太陽電池110可接收到較多的光線。另一方面，藉由旋轉機構180可調整反射器170與薄膜太陽電池150的相對位置，而使其他傳遞方向之入射光線L’可被反射器170反射，進而被薄膜太陽電池150所吸收。如此一來，各種傳遞方向之光線便可進入太陽電池模組100中，進而提高了太陽電池模組100的光電轉換效率。在本實施中，反射器170例如是反射鏡，但不以此為限。

[第二實施例]

圖4為本發明第二實施例之太陽電池模組剖面示意圖。請參照圖4，本實施例之太陽電池模組200包括背板210、第一結晶矽太陽電池220、第一密封材料層230、第一透光基板240、第二密封材料層250、第二結晶矽太陽電池260、第三密封材料層270、第二透光基板280以及第四密封材料層290。本實施例之背板210之材質例如為不銹鋼，但不以此為限。

第一結晶矽太陽電池220配置於背板210的一側210a。舉例而言，第一結晶矽太陽電池220具有第一表面220a以及與第一表面220a相對之第二表面220b，其結構例如係與第一實施例之結晶矽太陽電池110相同。在本實施例中，第一密封材料層230配置於第一結晶矽太陽電池220的第一表面220a上，第一透光基板240配置於第一密封材料層230上，其中第一密封材料層230位於第一透光基板240與第一結晶矽太陽電池220之間。換言之，第一透光基板240可透過第一密封材料層230而與第一結晶矽太陽電池220緊密地接合在一起。在本實施例中，第一密封材料層230之材質例如為乙酸乙烯酯(Ethylene Vinyl Acetate，EVA)、矽(Silicon)、低密度聚乙稀(Low density polyethylene，LDPE)、熱塑性安甲酸酯(Thermoplastic Urethane，TPU)，而第一透光基板240包括玻璃基板、塑膠基板。

本實施例之第二密封材料層250配置於第一結晶矽太陽電池220的第二表面220b上。詳言之，第二密封材料層250配置於第一結晶矽太陽電池220的第二表面220b與背板210之間。換言之，第一結晶矽太陽電池220透過第二密封材料層250而與背板210接觸並且緊密地接合在一起。在本實施例中，第二密封材料層250之材質例如為乙酸乙烯酯(Ethylene Vinyl Acetate，EVA)、矽(Silicon)、低密度聚乙稀(Low density polyethylene，LDPE)、熱塑性安甲酸酯(Thermoplastic Urethane，TPU)，。

第二結晶矽太陽電池260配置於背板210的另一側210b。舉例而言，第二結晶矽太陽電池260具有第三表面260a以及與第三表面260a相對之第四表面260b，其結構例如係與第一實施例之結晶矽太陽電池110相同。在本實施例中，第三密封材料層270配置於第二結晶矽太陽電池260的第三表面260a上。本實施例之第二透光基板280配置於第三密封材料層270上，其中第三密封材料層270位於第二透光基板280與第二結晶矽太陽電池260之間。換言之，第二透光基板280可透過第三密封材料層270而與第二結晶矽太陽電池260緊密地接合在一起。在本實施例中，第三密封材料層270之材質包括乙酸乙烯酯(Ethylene Vinyl Acetate，EVA)、矽(Silicon)、低密度聚乙稀(Low density polyethylene，LDPE)、熱塑性安甲酸酯(Thermoplastic Urethane，TPU)，而第二透光基板280包括玻璃基板、塑膠基板，但不以此為限。

本實施例之第四密封材料層290配置於第二結晶矽太陽電池260的第四表面260b上。換言之，第二結晶矽太陽電池260可透過第四密封材料層290與背板210接觸而緊密地接合在一起。在本實施例中，第四密封材料層290之材質包括乙酸乙烯酯(Ethylene Vinyl Acetate，EVA)、矽(Silicon)、低密度聚乙稀(Low density polyethylene，LDPE)、熱塑性安甲酸酯(Thermoplastic Urethane，TPU)。

值得一提的是，由於本實施例之太陽電池模組200除了包括受光面220a朝上之第一結晶矽太陽電池220外，還包括受光面260a朝下之第二結晶矽太陽電池260。因此，本實施例之太陽電池模組200除了可利用第一結晶矽太陽電池220吸收由太陽電池模組200上方入射之入射光線L外，更可利用第二結晶矽太陽電池260吸收由其他方向入射至太陽電池模組200中的光線L’，從而提高本實施例之太陽電池模組200的光電轉換效率。

本實施例之太陽電池模組200可進一步地包括外框310，其中背板210、第一結晶矽太陽電池220、第一密封材料層230、第二密封材料層250、第一透光基板240、第二結晶矽太陽電池260、第三密封材料層270、第四密封材料層290以及第二透光基板280係組裝於外框310內。本實施例之外框310可為口字型之框體，其具有開口310a，以將第一結晶矽太陽電池220以及第二結晶矽太陽電池260之受光面暴露。

如圖5所示，本實施例之太陽電池模組200可進一步包括反射器320以及旋轉機構330。旋轉機構330連接於反射器320與外框310之間，以改變反射器320與第二結晶矽太陽電池260之間的相對位置。舉例而言，當入射光線L入射的方向改變時，可藉由旋轉機構330使第一結晶矽太陽電池220之第一表面220a(即受光面)與入射光線L入射的方向垂直，而使第一結晶矽太陽電池220可接收到較多的光線。另一方面，藉由旋轉機構330可調整反射器320與第二結晶矽太陽電池260的相對位置，而使以其他方向傳遞之入射光線L’可被反射器320反射，進而被第二結晶矽太陽電池260所吸收。如此一來，各種傳遞方向之光線便可進入太陽電池模組200中，進而為其所運用，從而提高了太陽電池模組200的光電轉換效率。

综上所述，本發明之太陽電池模組藉由在其上下兩端皆設置太陽電池，而可有效地接收外界光線，進而提升太陽電池模組的光電轉換效率。此外，當外界光線的傳遞方向改變時，本發明之太陽電池模組可藉由旋轉機構及反射器，使外界光線有效地被太陽電池接收。如此一來，即使外界光線之傳遞方向改變，太陽電池模組仍可具有高光電轉換效率。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，故本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

100、200．．．太陽電池模組

110、110’、220、260．．．結晶矽太陽電池

110a、110b、220a、220b、260a、260b．．．表面

112．．．p-n接合半導體層

112a、112b．．．表面

114a、114b．．．保護層

114’、114”．．．開口

114c．．．上表面

114d．．．光學微結構

114e．．．反射層

116．．．電極

120、140、230、250、270、290．．．密封材料層

130、240、280．．．透光基板

150．．．薄膜太陽電池

150a．．．受光面

160、310．．．外框

160a、310a．．．開口

170、320．．．反射器

180、330．．．旋轉機構

210．．．背板

210a、210b．．．背板的一側

L、L’．．．光線

圖1、圖3、圖4、圖5為本發明一實施例之太陽電池模組。

圖2A、圖2B為本發明一實施例之結晶矽太陽電池。

100．．．太陽電池模組

110．．．結晶矽太陽電池

110a、110b．．．表面

120、140．．．密封材料層

130．．．透光基板

150．．．薄膜太陽電池

150a．．．受光面

160．．．外框

160a．．．開口

L、L’．．．光線

Claims

一種太陽電池模組(photovoltaic cell module)，包括：一結晶矽太陽電池，具有一第一表面以及一與該第一表面相對之第二表面，其中該結晶矽太陽電池包括：一p-n接合半導體層；一保護層，配置於該p-n接合半導體層上；以及多個電極，與該p-n接合半導體層電性連接；一第一密封材料層，配置於該結晶矽太陽電池的該第一表面上；一透光基板，配置於該第一密封材料層上，其中該第一密封材料層位於該透光基板與該結晶矽太陽電池之間；一第二密封材料層，配置於該結晶矽太陽電池的該第二表面上；以及一薄膜太陽電池，配置於該第二密封材料層上，其中該第二密封材料層位於該薄膜太陽電池與該結晶矽太陽電池之間，該結晶矽太陽電池接收由該第一表面指向該第二表面的光線，且該薄膜太陽電池接收由該第二表面指向該第一表面的光線。
如申請專利範圍第1項所述之太陽電池模組，其中該保護層之一表面上具有多個光學微結構。
如申請專利範圍第1項所述之太陽電池模組，其中該第一密封材料層之材質包括乙酸乙烯酯(Ethylene Vinyl Acetate，EVA)、矽(Silicon)、低密度聚乙稀(Low density polyethylene，LDPE)、熱塑性安甲酸酯(Thermoplastic Urethane，TPU)。
如申請專利範圍第1項所述之太陽電池模組，其中該第二密封材料層之材質包括乙酸乙烯酯(Ethylene Vinyl Acetate，EVA)、矽(Silicon)、低密度聚乙稀(Low density polyethylene，LDPE)、熱塑性安甲酸酯(Thermoplastic Urethane，TPU)。
如申請專利範圍第1項所述之太陽電池模組，其中該透光基板包括一玻璃基板以及一塑膠基板。
如申請專利範圍第1項所述之太陽電池模組，更包括一外框，其中該結晶矽太陽電池、該第一密封材料層、該透光基板、該第二密封材料層以及該薄膜太陽電池係組裝於該外框內。
如申請專利範圍第6項所述之太陽電池模組，更包括：一反射器；以及一旋轉機構，連接於該反射器與該外框之間，以改變該反射器與該薄膜太陽電池之間的相對位置。