CN101931020B - 太阳能电池 - Google Patents

Abstract

一种太阳能电池包括一基板、一聚光型太阳能电池元件以及一薄膜太阳能电池元件。基板是具有相对的一第一表面及一第二表面。聚光型太阳能电池元件设置在第一表面。薄膜太阳能电池元件设置在第二表面。因此，当天气晴朗时，大部分光线为平行光入射，使得聚光型太阳能电池元件产生高效率的光电转换效率；而当天气状况不佳时，大部分光线是散射光，光线可由薄膜太阳能电池元件吸收，因而能提升光电转换效率。

Description

太阳能电池

技术领域

本发明是关于一种电池，特别关于一种太阳能电池。 

背景技术

太阳能本身并无公害问题且取得容易，永不竭尽，故太阳能成为重要替代性能源之一。较常应用太阳能的太阳能电池是一种光电转换元件，其经由太阳光照射后，把光能转换成电能。 

近年来，为提高发电效率，研发出一种聚光型太阳能电池(Concentrating Photovoltaic，CPV)，其主要架构如图1所示。太阳能电池1包括一基板11、一太阳能电池封装体12以及一聚光透镜13。其中，太阳能电池封装体12设置在基板11上，聚光透镜13与基板11对向设置，当光线经过聚光透镜13时，会聚集至太阳能电池封装体12。当光线被集中时，光线的强度会大幅增加，增加的幅度由聚光透镜13的聚光倍率所决定。由于太阳能电池封装体12吸收强度增强的光线，而能提升光电转换效率及发电效能。 

然而，太阳能电池1在天气状况不佳时，大部分的光线会被云及水气所散射，而这些被散射的光线由于并非平行光，而无法通过聚光透镜13聚集至太阳能电池封装体12，使得光电转换效率大幅降低。另外，由于太阳光的光谱包括广泛的波段，而且太阳能电池封装体12只能吸收其中一个范围的波长的光线，使得光线利用率大大降低，这也使得太阳能电池1的光电转换效率无法提升。 

因此，如何提供一种太阳能电池，能够适合在各样的天气状况下使用，并且可接收不同波长范围的光线，进而提升光电转换效率。 

发明内容

本发明的目的是提供一种能够适合在各样的天气状况下使用，并且可接收不同波长范围的光线，进而提升光电转换效率的太阳能电池。 

本发明可采用以下技术方案来实现的。 

本发明的一种太阳能电池包括一基板、一聚光型太阳能电池元件、一聚光元件以及一薄膜太阳能电池元件。基板是具有相对的一第一表面及一第二表面。聚光型太阳能电池元件设置在第一表面，且所述聚光型太阳能电池元件的定义是适合或易于以聚光方式接收光线的太阳能电池元件。聚光元件是邻设在所述聚光型太阳能电池元件，一入射光线的至少一部分能量是经由所述聚光元件聚集至所述聚光型太阳能电池元件。薄膜太阳能电池元件设置在所述第二表面。其中所述基板至少部分透光、两种太阳能电池元件可吸收不同范围的波长的光线，且聚光型太阳能电池元件的面积小于所述薄膜太阳能电池元件的面积的二分之一。 

前述的太阳能电池，其中所述基板包括两子基板相互叠设。 

前述的太阳能电池，其中所述子基板之间具有一空腔。 

前述的太阳能电池，还包括：一液体，充填在所述空腔。 

前述的太阳能电池，其中所述聚光型太阳能电池元件是管芯或封装体。 

前述的太阳能电池，其中所述封装体是表面接合至所述基板。 

前述的太阳能电池，还包括：一透光框体，是与所述聚光元件连结，一入射光线的至少一部分能量经由所述透光框体到达所述聚光型太阳能电池元件或所述薄膜太阳能电池元件。 

前述的太阳能电池，其中所述透光框体与所述基板连结。 

前述的太阳能电池，其中所述基板包括两子基板相互叠设，所述透光框体与所述子基板的其中之一个结合。 

承上所述，本发明的太阳能电池包括两种太阳能电池元件，其中入射光线的至少一部分能量可由聚光型太阳能电池元件吸收，而入射光线的另一部分能量可由薄膜太阳能电池元件吸收。当天气晴朗时，大部分光线为平行光入射，使得聚光型太阳能电池元件产生高效率的光电转换效率；而当天气状况不佳时，大部分光线是散射光，光线可由薄膜太阳能电池元件吸收，因而能提升光电转换效率。此外，当聚光型太阳能电池元件及薄膜太阳能电池元件为不同种类时，可分别吸收不同范围的波长的光线，进而提升光线利用率及光电转换效率。此外，本发明的两种太阳能电池元件分别设置在基板的相对两表面，能够大幅缩小太阳能电池的尺寸，进而降低成本并提高产品竞争力。 

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，下文特举较优实施例，并配合附图，作详细说明如下。 

附图说明

图1是一种公知太阳能电池的示意图； 

图2是本发明第一优选实施例的太阳能电池的示意图；以及 

图3到图6是本发明第二优选实施例的太阳能电池的不同示意图。 

主要元件符号说明： 

1、2、3、3a、3b：太阳能电池 

11、21、31：基板 

12：太阳能电池封装体 

13：聚光透镜 

22、32：聚光型太阳能电池元件 

23、33：薄膜太阳能电池元件 

24、34：聚光元件 

311、312：子基板 

35：液体 

36：封止件 

37、37a、37b：透光框体 

38：承载体 

C：空腔 

S1：第一表面 

S2：第二表面 

具体实施方式

以下将参照相关图式，说明依本发明优选实施例的一种太阳能电池。 

请参照图2所示，本发明第一实施例的一种太阳能电池2是包括一基板21、一聚光型太阳能电池元件22以及一薄膜太阳能电池元件23。 

基板21具有相对的一第一表面S1及一第二表面S2，第一表面 S1与一第二表面S2可实质相互平行。基板21可以是至少部分透光以让光线通过，其中基板21的材质可包括高分子材料，例如聚亚酰胺(Polyimide)或压克力(PMMA)、或石英、或玻璃、或金属。本发明不限制基板2 1的形状，其可例如是板状、片状或弧状。另外，基板21可以是单一构件，或是由多个构件元装而成，例如基板21可由两子基板相互叠设而成。其中，当基板21由多个子基板叠设时，所述子基板可以不相同。本实施例中，太阳能电池2是以具有一块基板2 1为例。聚光型太阳能电池元件22设置在第一表面S1。聚光型太阳能电池元件22的定义是适合或易于以聚光方式接收光线的太阳能电池元件。聚光型太阳能电池元件22可以是管芯或封装体，当其为管芯时，可通过打线接合(wire bonding)(如图2所示)、覆晶接合(flip chip)，或其组合来设置在基板21；当其为封装体时，可通过表面接合(Surface-mount technology，SMT)设置在基板21，以与基板21上的电路层电性连接。 

另外，聚光型太阳能电池元件22可通过激光焊接(1aser welding)而覆晶接合至基板21。在此种情况下，由于不是通过打线接合，且激光的加热点尺寸可较小(例如直径可达到3mm)，因而可大幅提升管芯的受光区的比例，且当管芯的尺寸越小时，可提升的比例越大。 

聚光型太阳能电池元件22的材质可包括单晶硅、或单晶锗(Ge)、或多晶硅(multi-crystalline silicon)、或多晶锗、或复晶硅(poly-silicon)或非晶硅、或非晶锗、或微晶硅、或化合物半导体(例如III-V族或II-VI族)。其中，多晶硅是指由长晶制程而形成，复晶硅是指由非晶硅以回火(annealing)制程(例如通过激光回火)而形成。在本实施例中，聚光型太阳能电池元件22是以化合物半导体为例，且化合物半导体可为多接面(multi-junction)。 

薄膜太阳能电池元件23设置在第二表面S2。薄膜太阳能电池元件23的材质可包括多晶硅、或多晶锗、或复晶硅、或非晶硅、或非晶 锗、或微晶硅、或化合物半导体、或有机材料。在本实施例中，薄膜太阳能电池元件23是以非晶硅为例。 

聚光型太阳能电池元件22与薄膜太阳能电池元件23可以是相同材料或不相同材料。当聚光型太阳能电池元件22及薄膜太阳能电池元件23是不同材料时，可分别吸收不同范围的波长的光线，进而提升光线利用率及光电转换效率。例如，以纯非晶硅材料而言，其可吸收短波长(能阶约为1.7～1.8eV)，而其若掺杂锗可吸收长波长(能阶约为1.4～1.6eV)。 

另外，本实施例的聚光型太阳能电池元件22的面积可小于薄膜太阳能电池元件23的面积的二分之一。通过两者的面积的控制，可避免聚光型太阳能电池元件22吸收过多散射光线而降低薄膜太阳能电池元件23的光电转换效率。另外，聚光型太阳能电池元件22与薄膜太阳能电池元件23的面积比例可依据所需产生电量而有所调整，例如应用在大型电厂与家庭可有不同的比例。 

在本实施例中，太阳能电池2可还包括一聚光元件24，其是邻设在聚光型太阳能电池元件22。聚光元件24可以是反射式或折射式，即可让光线通过或反射。本实施例的聚光元件24是以折射式为例，一入射光线的至少一部分能量是经由聚光元件24聚集至聚光型太阳能电池元件22。聚光元件24的结构可包括至少一个菲涅尔(Fresnel)纹路、或至少一个透镜(lens)、或多个棱镜(prism)、或一反射面镜(reflector)，在此是以菲涅尔纹路为例。当然，若基板21上设置了多个聚光型太阳能电池元件22时，则聚光元件24可具有多个对应设置的菲涅尔纹路。 

太阳能电池2接收一入射光线，且入射光线的至少一部分能量是经由聚光元件24聚集至聚光型太阳能电池元件22，入射光线的另一部分能量是由薄膜太阳能电池元件23吸收。如此一来，当天气状况佳 时，大部分入射光线是为平行光(如图2中的黑色箭头所示)，会经由聚光元件24聚集至聚光型太阳能电池元件22，且通过提高聚光倍率而提升光电转换效率；而当天气状况不佳时，部分入射光线是为散射光，不易聚集至聚光型太阳能电池元件22，但仍能被薄膜太阳能电池元件23所吸收。通过聚光型太阳能电池元件22与薄膜太阳能电池元件23的配合，太阳能电池2可提升发电效率并延长发电时间，当然，若配合使用追日装置，则效果更佳。 

请参照图3所示，本发明第二实施例的一种太阳能电池3是包括一基板31、一聚光型太阳能电池元件32以及一薄膜太阳能电池元件33。 

其中，太阳能电池3与太阳能电池2主要不同在于，基板31是包括两子基板311、312相互叠设。子基板311、312可直接接触而叠设，或是如图3所示，两子基板311、312之间具有一空腔(chamber)C。空腔C通过封止件36而成为密闭空腔，封止件36可例如由胶体或固体所形成，且可具有绝缘性。其中，聚光型太阳能电池元件32是设置在子基板311，而且薄膜太阳能电池元件33则设置在另一个子基板312。 

太阳能电池3可还包括一液体35，其是充填在空腔C。液体35可包括高导热材质，例如硅油、甘油、三甲苯(溶剂)或是水。当然，液体35可依据实际情况而考虑绝缘性、腐蚀性、凝固点、热膨胀是数等数值来选择。通过液体35可大幅将太阳能电池元件32、33所产生的热量带走，进而提升散热效能，并延长太阳能电池3的寿命。另外，液体35也可让光线折射，使穿透子基板311的光线较均匀分布，以增加薄膜太阳能电池元件33的整体光线利用效率。 

请参照图4所示，太阳能电池3可还包括一透光框体37，其是与聚光元件34连结，并与两子基板的其中的一连结，在此是以透光框体 37与子基板311连结为例。其中，透光框体37的材质可以是玻璃或是透光的高分子材质。一入射光线的至少一部分能量可经由透光框体37到达聚光型太阳能电池元件32或薄膜太阳能电池元件33。由透光框体37进入的侧边光线可增加太阳能电池3的光线利用率并提升其光电转换效率。 

请参照图5所示，太阳能电池3a与太阳能电池3主要不同在于，透光框体37a是分别与聚光元件34及子基板312连结。另外，在图6中，太阳能电池3b可还包括一承载体38，其是设置在薄膜太阳能电池元件33，透光框体37b是分别与聚光元件34及承载体38连结。 

综上所述，本发明的太阳能电池包括两种太阳能电池元件，其中入射光线的至少一部分能量可由聚光型太阳能电池元件吸收，而且入射光线的另一部分能量可由薄膜太阳能电池元件吸收。当天气晴朗时，大部分光线为平行光入射，使得聚光型太阳能电池元件产生高效率的光电转换效率；而当天气状况不佳时，大部分光线是散射光，光线可由薄膜太阳能电池元件吸收，因而依然能提升光电转换效率。此外，当聚光型太阳能电池元件及薄膜太阳能电池元件为不同种类时，可分别吸收不同范围的波长的光线，进而提升光线利用率及光电转换效率。此外，本发明的两种太阳能电池元件分别设置在基板的相对两表面，而能够大幅缩小太阳能电池的尺寸，进而降低成本并提高产品竞争力。 

以上所述仅为举例性，而非为限制性者。任何未脱离本发明的精神与范畴，而对其进行的等效修改或变更，均应包括在后附的权利要求中。 

Claims (9)

1.一种太阳能电池，其特征在于，包括：

一基板，是具有相对的一第一表面及一第二表面；

一聚光型太阳能电池元件，设置在所述第一表面，且所述聚光型太阳能电池元件的定义是适合或易于以聚光方式接收光线的太阳能电池元件；

一聚光元件，是邻设在所述聚光型太阳能电池元件，一入射光线的至少一部分能量是经由所述聚光元件聚集至所述聚光型太阳能电池元件；以及

一薄膜太阳能电池元件，设置在所述第二表面；

其中所述基板至少部分透光、两种太阳能电池元件可吸收不同范围的波长的光线，且所述聚光型太阳能电池元件的面积小于所述薄膜太阳能电池元件的面积的二分之一。

2.根据权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，其中所述基板包括两子基板相互叠设。

3.根据权利要求2所述的太阳能电池，其特征在于，其中所述子基板之间具有一空腔。

4.根据权利要求3所述的太阳能电池，其特征在于，还包括：

一液体，充填在所述空腔。

5.根据权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，其中所述聚光型太阳能电池元件是管芯或封装体。

6.根据权利要求5所述的太阳能电池，其特征在于，其中所述封装体是表面接合至所述基板。

7.根据权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，还包括：

一透光框体，是与所述聚光元件连结，一入射光线的至少一部分能量经由所述透光框体到达所述聚光型太阳能电池元件或所述薄膜太阳能电池元件。

8.根据权利要求7所述的太阳能电池，其特征在于，其中所述透光框体与所述基板连结。

9.根据权利要求7所述的太阳能电池，其特征在于，其中所述基板包括两个子基板相互叠设，所述透光框体与所述子基板的其中之一相结合。

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