CN101983434B - 高散热效率太阳能电池装置 - Google Patents

Abstract

提供一种高散热效率太阳能电池装置，它包含一导热组件、一散热组件以及一能量转换组件。该导热组件包含一平坦部以及一接触部。该散热组件与该接触部接触并且包含数个鳍片。该能量转换组件设置于该平坦部上并包含一半导体结构，用以将光转换为电。在能量转换运作中，该半导体结构吸收的热可经该平坦部传导至该导热组件及该散热组件，再由这些鳍片散逸出去。借此，避免该半导体结构过热而影响能量转换效率。

Description

高散热效率太阳能电池装置

技术领域

本发明涉及一种太阳能电池转换装置，特别涉及一种具有散热结构的太阳能电池转换装置。

技术背景

随着石油能源日渐耗竭，对各种替代能源的需求急速成长，在同时顾及对生态环境的冲击，以太阳能、风力、水力为发展主轴。其中又以太阳能最为持续且丰沛不绝。从太阳表面所放射出来的能量，换算成电力约3.8×10²³kW，太阳光经过一亿五千万公里的距离，穿过大气层到达地球的表面仍约有1.8×10¹⁴kW，这个数值大约为全球平均电力的十万倍大。若我们能够有效地运用此能源，则不仅能解决消耗性能源的问题，连环保问题也可一并获得解决。

在光电转换的过程中，事实上，并非所有的入射光谱都能被太阳能电池所吸收，并完全转成电流。有一半左右的光谱因能量太低(小于半导体的能隙)，对电池的输出没有贡献，而再另一半被吸收的光子中，除了产生电子电洞对所需的能量外，约有一半左右的能量以热的形式释放掉，所以以目前常见的太阳能电池材料中，单一电池的最高效率约在20～30％左右。因此，有一半以上输入的太阳能皆以热的形式影响着太阳能电池，而过高的工作温度将使太阳能电池的光电转换效率下降，如此将恶性循环，使得有更多的输入的太阳能以热的形式消耗，再进一步恶化太阳能电池的光电转换效率。

此外，为有效撷取足够的电能，常使用总面积较大的太阳能电池模块。使用大面积的太阳能电池模块也代表着将有更多、更集中的热会产生以及散热难度的提升，使得前述的恶性循环将更形严重。从转换效率来看，此种大面积的太阳能电池模块的总转换效益往往因此而下降，进而使得太阳能电池不易实现于较高功率消耗的应用上。并且，传统的太阳能电池模块通常固定不动，其所能吸收的太阳能将因太阳能辐射方向不同而有所不同，亦即其能量转换功率将因时间而有所不同，也就是说不能充分利用太阳能。

以上种种原因使得太阳能电池无法有效提升能量转换效率及功率，因此有需要提供一种具有能有效散热的散热结构的太能阳电池转换装置，以解决上述问题。

发明概要

本发明的目的是提供一种太阳能电池装置，具有高散热效率的散热结构。

本发明的太阳能电池装置包含一导热组件、一散热组件以及一能量转换组件。该导热组件包含一平坦部以及一接触部。该散热组件与该导热组件的该接触部接触，并且包含数个鳍片。该能量转换组件设置于该导热组件的该平坦部上，并且包含一半导体结构，用以将光转换为电。其中，该半导体结构为一硅基半导体太阳能电池、一化合物半导体太阳能电池、一有机半导体太阳能电池或其它可将光转换为电的半导体结构；该导热组件包含一热导管、一热导柱或其它具有高导热效率的材料。此外，当该导热组件包含一热导管或一热导柱时，该导热组件的该平坦部可位于该热导管或该热导柱的一端。

由于有一半以上输入的太阳能将以热的形式被该半导体结构吸收，借助本发明的配置，该半导体结构于能量转换运作中所产生的热即可经由与该能量转换组件相接触的该导热组件的该平坦部，传导进入该导热组件中。该导热组件再利用其结构本身的热传递机制将该传导的热再传递至该导热组件的该接触部。例如，一般热导管即利用管内液体蒸发以吸收汽化热而成为气体，该气体并以对流的方式流动至其它较冷的地方，亦即当该气体触及较冷的管壁时，将因热交换以释放其所吸收的汽化热而又凝结为液体，重复循环。而与该气体接触的管壁则因此获得汽化热而升高温度，亦即将该气体所带的热储存于该管壁上，因此本发明的该导热组件的该接触部即可位于此等管壁上。传递至该接触部的热可再传导至与该接触部接触的该散热组件。最后，该热即可经由该散热组件的这些鳍片散逸出去，进而达到散热目的。

为加强太阳能利用效率，本发明的太阳能电池装置进一步包含一集光组件，设置于该能量转换组件附近，用以集中该光于该半导体结构上。最简单的集中方式之一便是利用杯状反射曲面以集中进入杯状反射曲面的光线，因此该集光组件可包含一杯状反射面，用以反射并集中该光以照射该半导体结构上。此外，可能基于实体配置的限制无法将该杯状反射面所反射的该光一次集中于该半导体结构上。因此，本发明的该集光组件可进一步包含一反射平面或一反射曲面，用以反射由该杯状反射面反射的该光于该半导体结构上。该反射平面具有改变该杯状反射面的将该光的集中方向，而该反射曲面除具有该反射平面所具有的功能外，更进一步将该杯状反射面所反射的该光再集中。借此，本发明的该集光组件可使得该半导体结构可获取远较传统太阳电池所能获取更高的光能量，并且利用该反射平面或该反射曲面，形成多次反射、甚至是多次集中效果，可突破该集光组件的几何设置的限制。

另外，欲突破前述因该杯状反射面反射该光而可能产生各组件实体配置的困境，亦可利用正透镜以缩短该杯状反射面的反射集中焦距。因此，本发明的该集光组件包含一正透镜，用以汇聚由该杯状反射面反射的该光于该半导体结构上，亦即本发明的该集光组件亦可不利用二次反射亦能达到突破前述实体配置的困境。

此外，本发明的该集光组件亦可不利用该杯状反射面来集光，而包含一正透镜，用以汇聚该光于该半导体结构上。当然，前述具有该杯状反射面的该集光组件亦得包含一正透镜，置于该杯状反射面之外，亦即该光在被该杯状反射面反射之前即先被该正透镜汇聚，然后再被该杯状反射面反射。借此，该杯状反射面可反射更多的光线，亦即最后照射至该半导体结构的该光所含的能量将更高。因本发明的太阳能电池装置已克服散热问题，因此含高能量的该光并不会造成对该能量转换组件的该半导体结构的热负担，反而可提高该能量转换组件的能量转换功率。

在一较佳实施例中，本发明的太阳能电池装置的该能量转换组件包含一基板以及一底座，该基板包含一第一凹陷部以及与该第一凹陷部连通的一第二凹陷部，该底座设置于该第二凹陷部内并包含朝向该第一凹陷部的一表面，该半导体结构位于该表面上，该底座接触该平坦部。其中该第一凹陷部的一口径可小于该第二凹陷部的一口径使得该第二凹陷部具有一顶部，该底座的该表面与该顶部接触，以使得该底座可更稳固地设置于该第二凹陷内。此外，该半导体结构可先与该底座打线，该底座再直接经由该第二凹陷部的该顶部与该基板电性连接，以达到该半导体结构与该基板电性连接的目的。借此，该半导体结构与该底座可先电性连接、封装，不必与该基板打线后才封装。亦即该半导体结构的封装可提前实施，且简化封装环境，增加封装稳定性，提升制程良率。此外，该底座借助与该第二凹陷部的该顶部直接电性接触以达到电性连接的目的，可提高电性连接的稳定性，避免以打线、封装来达到电性连接所带来的不稳定性。

此外，在该较佳实施例中，该导热组件可包含一支撑部，使得该基板可稳固地固定于该支撑部上。其中该基板为一硅基板、一陶瓷基板、一印刷电路板或一金属基板；该底座为一硅底座、一陶瓷底座、一印刷电路板或一金属质底座。另外，利用制程整合技术，该半导体结构可直接成形于该底座上，增加该半导体结构与该底座之间连接强度，亦即改善该半导体结构与该底座之间的接触关系，增加该半导体结构与该底座之间的热传导效率，进而使得该散热组件能更有效散逸该半导体结构于运作中所产生的热。

本发明的另一目的是提供一种太阳能电池装置，具有数个能量转换组件以提供能量转换功率。

在此一范畴，本发明的太阳能电池装置包含数个导热组件、数个散热组件、数个能量转换组件以及一支架构件。每一个导热组件包含一平坦部以及一接触部。每一个散热组件对应地与这些导热组件其中的一个导热组件的该接触部接触，并且包含数个鳍片。每一个能量转换组件对应地设置于这些导热组件其中的一个导热组件的该平坦部上，每一个能量转换组件包含一半导体结构，用以将光转换为电。该支架构件连接这些导热组件或这些散热组件。

就单一导热组件、单一散热组件、单一能量转换组件而言，其作动及其连接关系均与并述本发明于前一个范畴中的太阳能电池装置所描述的相同，在此不再赘述。例如，在此范畴中，该太阳能电池装置亦可进一步包含数个集光组件，每一个集光组件对应地设置于这些能量转换组件其中的一个能量转换组件附近，用以集中该光于该对应的能量转换组件的该半导体结构上；该集光组件可包含一杯状反射面，用以反射并集中该光以照射该半导体结构上；该集光组件包含一反射平面或一反射曲面，用以反射由该杯状反射面反射的该光于该半导体结构上等等。

在本范畴，本发明的太阳能电池装置尚进一步包含一光强度感测组件以及一控制电路，其中该集光组件其上定义一集光方向，该光强度感测组件感测一光强度，该控制电路根据该光强度，转动该集光组件以调整该集光方向。该光强度感测组件可直接感测太阳光辐射方向，例如利用三个方向相异的光感测芯片来估算太阳光辐射方向。因此该光强度可指一方向参数，亦可再包含一强度值。该控制电路即根据该光强度以调整该集光组件使得该集光方向可大致平行于太阳光辐射方向。

在一较佳实施例，该光强度感测组件包含一转动组件，该控制电路控制该转动组件以二维自由度转动该光强度感测组件。此二维自由度可为该光强度感测组件的一旋转角以及一仰角。借此，该光强度感测组件可仅包含单一光感测芯片，该控制电路控制该转动组件以转动该光强度感测组件以获取不同方向的光强度值，并进而估算、甚至是确认太阳光辐射方向，并据之以调整该集光组件使得该集光方向可大致平行于太阳光辐射方向。

在另一较佳实施例，本发明的太阳能电池装置包含该控制电路，但可不包含该光强度感测组件。该控制电路可根据一太阳方位数据库，转动该集光组件以调整该集光方向。因此该集光组件可随时维持获取较高的太阳能辐射能量。

补充说明的是，该控制电路转动该集光组件的机构亦可如同该控制电路转动该光强度感测组件的机构，以二维自由度来控制转动。由于该控制电路、该光强度感测组件主要用以感测太阳光辐射方向以调整该集光组件以获取最大的太阳能，因此关于该控制电路、该光强度感测组件的描述与应用，于前一个范畴亦有适用。

综上所述，本发明的太阳能电池装置具有高散热效率的散热结构，即前述的导热组件及散热组件，该散热组件且包含数个鳍片以加强散热，并且该导热组件可包含热导管，可有效地将该能量转换组件的该半导体结构于运作中所产生的热传递至该散热组件，克服现有技术无法有效排热的问题。此外，本发明的太阳能电池装置包含集光组件，可有效集中太阳光，提高该半导体结构的能量转换功率。并且进一步地，本发明的太阳能电池装置包含该光强度感测组件以及该控制电路，以感测太阳能辐射方向，并据以调的该集光组件的该集光方向，进而提升该半导体结构所吸收的该光的强度，有助于该半导体结构的能量转换功率。

附图说明

为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能更明显易懂，下面将结合附图对本发明的较佳实施例详细说明：

图1是根据一较佳实施例的太阳能电池装置的正视图。

图2是太阳能电池装置沿图1中X-X线的剖面图。

图3是太阳能电池装置沿图2中Y-Y线的剖面图。

图4是集光组件与能量转换组件的局部放大图。

图5是图4中杯状反射面的完整抛物面剖面轨迹。

图6是根据另一较佳实施例的集光组件与能量转换组件的局部放大图。

图7是根据一较佳实施例的集光组件与能量转换组件的局部放大图。

图8是根据另一较佳实施例的集光组件与能量转换组件的局部放大图。

图9是根据另一较佳实施例的集光组件与能量转换组件的局部放大图。

图10A是图2中能量转换组件与部分导热组件的放大图。

图10B至F是能量转换组件的各种结构变化的示意图。

图11是半导体结构于运作中所产生的热的热传递路径的示意图。

图12是根据一较佳实施例的太阳能电池装置的剖面图。

图13A是根据另一较佳实施例的太阳能电池装置的示意图。

图13B是根据一较佳实施例的太阳能电池装置的示意图。

图14是根据一较佳实施例的太阳能电池装置的示意图。

图15是该太阳能电池装置的该控制电路的控制功能方块图。

图16是该太阳能电池装置的该集光组件转动工作原理的示意图。

图17是根据一较佳实施例的该太阳能电池装置的该光强度感测组件转动工作原理的示意图。

发明内容

请参阅图1、图2以及图3。图1是根据一较佳实施例的太阳能电池装置1的正视图。图2是太阳能电池装置1沿图1中X-X线的剖面图。图3是太阳能电池装置1沿图2中Y-Y线的剖面图。根据该较佳实施例，本发明的太阳能电池装置1包含一导热组件12、一散热组件14、一能量转换组件16、一集光组件18、一后盖20、一隔板22、一通道24、数个O型环26a、26b、26c以及数个螺丝28a、28b。散热组件14包含一管体142、数个鳍片144以及连接管体142与鳍片144的肋146。请留意的是，为表达能量转换组件16的几何关系，因此图1中未绘示出集光组件18的透明隔板184。

其中，导热组件12包含一热导管122以及一支撑部124。热导管122亦得替换为热导柱，或其它具有高导热效率的材料。热导管122插入散热组件14的管体142内，亦即热导管122以其上的接触部与散热组件14接触。原则上，热导管122除了与支撑部124及能量转换组件16衔接处之外，均可做为接触部，散热组件14均可选择地与之接触。能量转换组件16则以螺丝28b固定于支撑部124上，并且接触热导管122。集光组件18包含一壳体182，并以螺丝28a固定于散热组件14上，并且包含一杯状反射面186，围绕在能量转换组件16旁。为避免外部杂物碰损能量转换组件16，壳体182上得在设置透明隔板184，在不过度减损穿透后光线的能量而仍保有保护能量转换组件16的功能。后盖20以螺丝28a与散热组件14衔接，隔板22设置于其间。后盖20与隔板22可形成一容置空间S1，可容置一些电路及其电子组件等等。隔板22亦同时与集光组件18、散热组件14的肋146形成多个容置空间S2，可供前述电路与能量转换组件16电性连接的通道。通道24位于后盖20上，提供前述电路与外异电性连接的通道。通道24主要借助两个螺帽242固定于后盖20上，并具有另一螺帽244可供外部连接使用。另外，各容置空间S1、S2亦可借助使用O形环26a、26b、26c以达到密封的效果，并且该通道24亦得使用防水设计，以达到密封的效果。

请参阅图4。图4是集光组件18与能量转换组件16的局部放大图。图4中带有箭头的细实线代表光的行进路径。图4即绘示光在穿过透明隔板184后，部分的光将被杯状反射面186反射而改变行进方向，而杯状反射面186可经由曲面设计以使得反射后的光可朝向能量转换组件16行进。借此，本发明的太阳能电池装置1可扩大集光区域，亦即增加吸收太阳能的总量。

一般而言，当曲面为一抛物面时，其反射焦点将在抛物面内。请参阅图5。图5是图4中杯状反射面186的完整抛物面剖面轨迹，并以粗虚线表示。当抛物线曲率越小，代表其焦点越远离抛物线的顶点，亦即代表图5所示的结构将无法直接适用，换句话说就是在图5中的结构配置中的杯状反射面186的开口无法扩大。因此，本发明的集光组件18提供二次反射的设计，使得杯状反射面186的焦点可以被反向而落于能量转换组件16上，并节省各组件配置空间，使得本发明的太阳能电池装置1整个体积不致过大而不实用。请参阅图6。图6是根据另一较佳实施例的集光组件18与能量转换组件16的局部放大图。不同于图4所示的较佳实施例，图6显示尚包一反射平面188，用以反射由杯状反射面186反射的光线，并使之集中照射于能量转换组件16上。

如图6所示，反射平面188并非全部都会被使用到，例如反射平面188的中央部分因杯状反射面186中间部分未反射光线(空间被集光组件18配置使用)而无使用的必要，因此反射平面188的中央部分可镂空或是形成可逶光部分，以容许光线直接照射能量转换组件16。补充说明的是，因为图6的反射平面188因反射距离的关系，因此透明隔板184′略较图4的透明隔板184突出些，以容纳反射平面188。当然，反射平面188亦得直接整合制作于透明隔板184′上，例如在透明隔板184′朝向能量转换组件16的表面上涂布反射材料于所需反射的区域，如此透明隔板184′即可不必过度突出。

另外，图6的反射平面188亦得以一反射曲面190代替，如图7所示。图7是根据一较佳实施例的集光组件18与能量转换组件16的局部放大图。与图6不同之处在于图7以反射曲面190代替反射平面188。由杯状反射面186反射的光线将可由反射曲面190进一步地反射且集中，再照射至能量转换组件16上。如此可缩短反射曲面190与能量转换组件16间的距离，亦即图6中的突出的透明隔板184′无使用的需要，同时可将光线更为集中在能量转换组件16的工作区域上。当然，反射曲面190亦得整合在透明隔板184制程中，并且前述关于反射平面188的制作方式、镂空设计，于此亦有适用。

请参阅图8。图8是根据另一较佳实施例的集光组件18与能量转换组件16的局部放大图。与图6不同之处在在图8中，光线经反射后，尚经一正透镜192聚光之后，才照射能量转换组件16。应注意的是，图8中正透镜192未绘示剖面线以使光线行进方向得以清楚显示。借此，此正透镜192亦有缩短距离功用。同理，此与透镜192的配置亦可适用于图7所示的情形。

请参阅图9。图9是根据另一较佳实施例的集光组件18与能量转换组件16的局部放大图。与之前的实施例不同之处在于，集光组件18直接使用一正透镜194聚光于能量转换组件16上。应注意的是，图8中正透镜192未绘示剖面线以使光线行进方向得以清楚显示。因此，透明隔板184、杯状反射面186、反射平面188及反射曲面190均可不使用。当然，交互使用亦可达到本明发所具备的功用。

补充说明的是，前述各较佳实施例中的杯状反射面186、反射平面188及反射曲面190的曲度、光线行进路径均为示意，非实体上的真实尺寸和真实路径。此外，正透镜192、194亦不以双凸透镜为限，甚至以平面数组排列的透镜组亦可。

请参图10A。图10A是图2中能量转换组件16与部分导热组件12的放大图。本发明的太阳能电池装置1的能量转换组件16包含一基板162、一底座164以及一半导体结构166。半导体结构166用以将光转换为电。其中，半导体结构166可为一硅基半导体太阳能电池、一化合物半导体太阳能电池、一有机半导体太阳能电池或其它可将光转换为电的半导体结构；基板162可为一硅基板、一陶瓷基板或一电路板；底座164可为一硅底座、一陶瓷底座或一金属质底座。基板162包含一第一凹陷部1622以及与第一凹陷部1622连通的一第二凹陷部1624，底座164设置于第二凹陷部1624内并包含朝向第一凹陷部1622的一表面1642，半导体结构166位于表面1642上，基板162经由螺丝28b固定于导热组件12的支撑部124上，底座164接触导热组件12的平坦部126。根据该较佳实施例，平坦部126即位于热导管122的一端。

另外，第一凹陷部1622的一口径可小于第二凹陷部1624的一口径使得第二凹陷部1624具有一顶部16242，底座164的表面1642与顶部16242接触，以使得底座164可更稳固地设置于第二凹陷1624内。其中，前述口径不限于圆孔形式，如图1所示者，方形孔亦可。此外，所谓「第一凹陷部1622的口径可小于第二凹陷部1624的口径」非仅指于第二凹陷部1624的口径所形成的截面完全遮盖住于第一凹陷部1622的口径所形成的截面的情形，仅需可使得第二凹陷部1624形成有顶部16242，底座164的表面1642得与之接触即可。

补充说明的是，图10A实施例中，所绘示的能量转换组件16虽以一封装材料168同时封装基板162及半导体结构166。然而由于图10A所示的结构，半导体结构166可先与底座164打线、封装，底座164可再直接经由第二凹陷部1624的顶部16242与基板162电性连接，以达到半导体结构166与基板162电性连接的目的。借此，半导体结构166的封装可提前实施，且简化封装环境，增加封装稳定性，提升制程良率。此外，虽然与半导体结构166电性连接的底座164亦可借助其与基板162打线来达成电性连接的目的，但是底座164借助与第二凹陷部1624的顶部16242直接电性接触来完成电性连接的目的，可提高电性连接的稳定性，并避免以打线、封装以达成电性连接所带来的制程不稳定性。

另外，利用制程整合技术，在一实施例中(请参阅图10B)，底座164可以包含半导体结构166，即底座164是一半导体芯片，而半导体芯片包含半导体结构166，如此可以增加热传导效率，进而使得散热组件14能更有效散逸半导体结构166于运作中所产生的热。并且整合的半导体结构166与底座164(或半导体芯片)可减少原来固晶制程的制程变量，增加整个能量转换组件16的制程稳定性。在图10B中，封装材料168仍可省略或是保留以保护半导体结构166，顺带一提的是，图10B所示突出的封装材料168的轮廓亦有助于汇聚入射的光射于半导体结构166上。

在另一实施例中，如图10C所示，能量转换组件16可以包含基板162及半导体结构166。半导体结构166则位于基板162′的凹陷部1622′的底部16222上。当然，此时半导体结构166亦得雷同图10B所示者，直接成形于底部16222，如图10D所示。其中，在图10B中有关封装材料168的说明，于此亦有适用。另外，本发明的半导体结构166亦得直接设置于一平面基板上162″，而无需任何凹陷部的设计，如图10E所示。同理，此时半导体结构166亦得直接成形于基板162″上，如图10F所示。其中，在图10B中有关封装材料168的说明，于此亦有适用。此外，在上述单一基板162′、162″上直接形成半导体结构166(如图10D及F所示)简化了图10A所示的结构，使能量转换组件16的主要组件能在制造半导结构166的制程中完成，大幅减少制程变量，并增加能量转换组件16的制程稳定性。

本发明中关于半导体结构166于运作中所产生的热，其热传递路径的示意图如图11所示。需注意的是，为清楚表达热传递的路径，因此简化图面，并不依前述各图的比例绘示，且亦不绘出剖面线，并省略无关说明的组件。半导体结构166于运作中所产生的热直接以传导方式传递至底座164，再经由平坦部126传递至热导管122。位于平坦部126附近的热导管122管壁即吸收由底座164传递而来的热。热导管122内含的液体(未绘示出)接触到前述管壁时，吸收汽化热而成为气体，在热导管122的空腔内形成热对流。该热气体于接触到相对冷的管壁时，即释放汽化热而回复成液体，重复循环。释放的汽化热及液体释放部分的热能即由与其接触的管壁吸收。当吸收热能的管壁外部为与热导管122接触的散热组件14时，储存于管壁的热即以传导方式传递至散热组件14。此热在散热组件14内部大部分以传导方式传递至鳍片144，再由鳍片144与外部空气以对流方式散热。

本发明因利用高导热效率的导热组件12可迅速导散能量转换组件16于运作中产生的热，使得能量转换组件16可维持在较佳的工作温度下运作，进而提升能量转换效率。此外，本发明使用的散热组件14具有鳍片结构，可加速该热散逸至空气中的速率，使得导热组件12可维持良好的热传导效率。根据该较佳实施例的太阳能电池装置1，鳍片144沿热导管122的轴向延伸、沿热导管122的径向排列，但本发明不以此为限。导热组件12的鳍片144′亦得沿热导管122的径向延伸、沿热导管122的轴向排列，其示意图如图12所示。补充说明的是，图12仅是示意图，细节部分可能与图2不同，并且仅标示主要几个组件编号以供识别。

请参阅图13A。图13A是根据另一较佳实施例的太阳能电池装置3的示意图。与图2的太阳能电池装置1不同之处在于，太阳能电池装置3的集光组件18′非直接设置于能量转换组件16旁，而设置于能量转换组件16的对面。如图13A所示，集光组件18′的杯状反射面186′朝向半导体结构166，集光组件18′并以一支架196与散热组件14连接固定。当然，集光组件18′亦得以多个支架196与散热组件14更稳固地连接。图13A中带箭头的细实线即为光线行进路线。借此，相较于图2的太阳能电池装置1的集光组件18，太阳能电池装置3的集光组件18′可大幅扩大收集太阳能的面积，并集中光线于能量转换组件16的半导体结构166上。图13A所示的结构似较前各实施例来的占空间。在一较佳实施例中，可利用一正透镜198来缩短杯状反射面186′与能量转换组件16间的距离，以改善配置空间，如图13B所示。图13B中的正透镜198亦可借助支架196来支撑。

在现有技术中，图13A所示的结构产生的高热将会大幅降低太阳能电池的能量转换效率，甚至烧毁，但在本发明中，因为本发明的太阳能电池装置3具有高散热效率的导热组件12及散热组件14所组成的散热结构，因此半导体结构166仍能在适当的工作温度下运作，以产生高功率的能量转换。补充说明的是，图13A所示的结构，原则上集光组件18′将为整个装置的支撑基础，但因欲表达的重点不在此支撑基础上，故未绘示于图13A中。在实际实现上，应配合前述说明，作必要的支撑基础设计。

本发明亦揭露一种整合式的太阳能电池装置，其将前述的太阳能电池装置1视为一个单元，而将多个单元组合在一起以提供更高功率的能量转换。请参阅图14。图14是根据一较佳实施例的太阳能电池装置5的示意图。本发明的太阳能电池装置5包含数个导热组件52、数个散热组件54、数个能量转换组件56以及一支架构件60。除下述有特别描述或说明之外，其余各部件的说明或描述均与前述各实施例的说明或描述相同，不再赘述。每一个散热组件54包含数个圆形鳍片。每一个散热组件54均固定在支架构件60上。导热组件52并且穿过支架构件60，使得对应每一个能量转换组件56的集光组件58露出于支架构件60外。

另外，本发明的太阳能电池装置5进一步包含一光强度感测组件62以及一控制电路。该控制电路主要以一处理单元64及连接光强度感测组件62及集光组件58的线路。该控制电路的控制功能方块图如图15所示。光强度感测组件62可感测光线的光强度，处理单元64即撷取该感测的光强度并根据该光强转动集光组件58的转动组件582以控制集光组件58的集光方向D1。其工作原理请参阅图16。图16仅绘示相关组件示意图块，其中虚线代表处理单元64控制集光组件58的结果。如图16所示，光强度感测组件62感测到太阳能辐射方向D2，处理单元64即根据该太阳能辐射方向D2控制集光组件58的转动组件582转动，使得集光组件58的集光方向D1转向新的集光方向D1′，并且新的集光方向D1′大致与太阳能辐射方向D2平行。借此，集光组件58可汇集更高的太阳能。

补充说明的是，前述光强度并不限单一值，其亦可能为一参数。以图16为例，该光强度可指一方向参数，亦可再包含一强度值。该方向参数即可据之估算太阳能辐射方向D2，逻辑上，其即可代表太阳能辐射方向D2。该强度值则为光强度感测组件62所感测的太阳能大小。太阳能辐射方向D2感测的实现可利用于三个方向相异的光感测芯片设置于光强度感测组件62上，处理单元64分别撷取此三个光感测芯片的感测值，并根据对应的感测方向建立向量关系并求出太阳能辐射方向D2。

另一种使用单一光感测芯片而实现感测太阳能辐射方向D2的方式的示意图如图17所示。图17仅绘示相关组件示意图块。其中光强度感测组件62包含一光感测芯片622以及转动组件624；光感测芯片622的法向定义为D3；A1为水平参考方向；A2为垂直参考方向；θ定义为水平方向角，其为法向D3于水平面的投影与水平参考方向A1的夹角；φ定义为仰角，其为法向D3与垂直参考方向A2的夹角。转动组件644可使光感测芯片622产生相对垂直参考方向A2的转动，亦即在水平方向角θ有一个运动自由度。转动组件624亦可使光感测芯片622产生偏离垂直参考方向A2的转动，亦即在仰角φ有一个运动自由度。因此，转动组件624亦可使光感测芯片622产生二维自由度的转动，亦即该控制电路(的处理单元64)可控制转动组件624以二维自由度转动光强度感测组件62。借助上述机构，光强度感测组件62可感测不相方向的强度值，并感测时的水平方向角θ及仰角φ等组成光强度参数传予处理单元64计算。

补充说明，一般情形，三组光强度参数即可估算太阳能辐射方向，但若欲更精确的计算，可将估算的太阳能辐射方向作为下一次估算太阳能辐射方向的基准，再感测三组光强度参数，重复估算，直至前后估算的太阳能辐射方向误差落于可容许的范围内。后者方法虽较耗时，但在实际应用上，因为控制集光组件58转动的次数并不多，其应仍可行。另外，因为每天太阳方位变化不大，因此若能建立太阳方位数据库，则本发明的太阳能电池装置5亦可直接控制集光组件58转动，而无需以光强度感测组件62感测太阳能辐射方向。前述说明虽在于调整进光方向D1以获取最大太阳能为目的，但本发明不以此为限，例如，某一个能量转换组件56因某种原因过热，不宜再运作下去，此时即可针对该对应的集光组件58，调整其集光方向D1，使得该个能量转换组件56不致接受到太高能的光线而毁坏。从这个角度而言，本发明的太阳能电池装置5尚有保护能量转换组件56的功能。

此外，在图1至图13B的说明中，有关该集光组件、反射、利用透镜聚光、光线行进方向等等说明及这些组件的配置、变化型等等，在图14所示的太阳能电池装置5亦有适用，在此不再赘述。相对地，在太阳能电池装置5中，有关可转动的集光组件58的说明及其相关互动的组件，例如光强度感测组件62，在前述太阳能电池装置1、3中，亦有适用，在此亦不再赘述。

综上所述，本发明的太阳能电池装置具有高散热效率的散热结构，可有效地将该能量转换组件的该半导体结构于运作中所产生的热散逸出去，克服现有技术无法有效排热的问题。并且，本发明的太阳能电池装置包含集光组件，可有效集中太阳光，提高该半导体结构的能量转换功率。进一步地，本发明的太阳能电池装置包含该光强度感测组件以及该控制电路，以感测太阳能辐射方向，并据以调之该集光组件的该集光方向，进而提升该半导体结构所吸收的太阳能强度，有助于该半导体结构的能量转换功率。因此，本发明的太阳能电池装置可有效提升能量转换效率，提升能量转换功率，进而应用于高功率消耗的电子产品中，或可单纯地用于储存电能的操作中。

以上已对本发明的较佳实施例进行了具体说明，但本发明并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出种种的等同的变型或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (26)

1.一种太阳能电池装置，其特征在于，包含：

一导热组件，包含一平坦部以及一接触部；

一散热组件，与所述导热组件的所述接触部接触；以及

一能量转换组件，设置于所述导热组件的所述平坦部上，所述能量转换组件包含一半导体结构，用以将光转换为电，所述能量转换组件包含一基板以及一半导体芯片，所述基板包含一第一凹陷部以及与所述第一凹陷部连通的一第二凹陷部，所述半导体芯片设置于所述第二凹陷部内，所述半导体芯片包含所述半导体结构，且所述半导体芯片接触所述导热组件的所述平坦部。

2.如权利要求1所述的太阳能电池装置，其特征在于：所述散热组件包含数个鳍片。

3.如权利要求1所述的太阳能电池装置，其特征在于：进一步包含一集光组件，设置于所述能量转换组件附近，用以集中所述光于所述半导体结构上。

4.如权利要求3所述的太阳能电池装置，其特征在于：所述集光组件包含一杯状反射面，用以反射并集中所述光以照射所述半导体结构上。

5.如权利要求4所述的太阳能电池装置，其特征在于：所述集光组件包含一反射平面或一反射曲面，用以反射由所述杯状反射面反射的所述光于所述半导体结构上。

6.如权利要求5所述的太阳能电池装置，其特征在于：所述集光组件包含一正透镜，用以汇聚由所述反射平面或所述反射曲面反射的所述光于所述半导体结构上。

7.如权利要求3所述的太阳能电池装置，其特征在于：所述集光组件包含一正透镜，用以汇聚所述光于所述半导体结构上。

8.如权利要求1所述的太阳能电池装置，其特征在于：所述半导体结构为一硅基半导体太阳能电池、一化合物半导体太阳能电池或一有机半导体太阳能电池。

9.如权利要求1所述的太阳能电池装置，其特征在于：所述导热组件包含一热导管或一热导柱。

10.如权利要求9所述的太阳能电池装置，其特征在于：所述平坦部位于所述热导管或所述热导柱的一端。

11.一种太阳能电池装置，其特征在于，包含：

一导热组件，包含一平坦部以及一接触部；

一散热组件，与所述导热组件的所述接触部接触；以及

一能量转换组件，设置于所述导热组件的所述平坦部上，所述能量转换组件包含一半导体结构，用以将光转换为电，所述能量转换组件包含一基板以及一底座，所述基板包含一第一凹陷部以及与所述第一凹陷部连通的一第二凹陷部，所述底座设置于所述第二凹陷部内并包含朝向所述第一凹陷部的一表面，所述半导体结构位于所述表面上，所述底座接触所述导热组件的所述平坦部。

12.如权利要求11所述的太阳能电池装置，其特征在于：所述第一凹陷部的一口径小于所述第二凹陷部的一口径使得所述第二凹陷部具有一顶部，所述底座的所述表面与所述顶部接触。

13.如权利要求12所述的太阳能电池装置，其特征在于：所述底座经由所述第二凹陷部的所述顶部与所述基板电性连接。

14.如权利要求11所述的太阳能电池装置，其特征在于：所述导热组件包含一支撑部，所述基板固定于所述支撑部上。

15.如权利要求11所述的太阳能电池装置，其特征在于：所述基板为一硅基板、一陶瓷基板、一印刷电路板或一金属基板。

16.如权利要求11所述的太阳能电池装置，其特征在于：所述底座为一硅底座、一陶瓷底座、一印刷电路板或一金属质底座。

17.如权利要求11所述的太阳能电池装置，其特征在于：所述半导体结构成形于所述底座上。

18.如权利要求11所述的太阳能电池装置，其特征在于：所述散热组件包含数个鳍片。

19.如权利要求11所述的太阳能电池装置，其特征在于：进一步包含一集光组件，设置于所述能量转换组件附近，用以集中所述光于所述半导体结构上。

20.如权利要求19所述的太阳能电池装置，其特征在于：所述集光组件包含一杯状反射面，用以反射并集中所述光以照射所述半导体结构上。

21.如权利要求20所述的太阳能电池装置，其特征在于：所述集光组件包含一反射平面或一反射曲面，用以反射由所述杯状反射面反射的所述光于所述半导体结构上。

22.如权利要求21所述的太阳能电池装置，其特征在于：所述集光组件包含一正透镜，用以汇聚由所述反射平面或所述反射曲面反射的所述光于所述半导体结构上。

23.如权利要求19所述的太阳能电池装置，其特征在于：所述集光组件包含一正透镜，用以汇聚所述光于所述半导体结构上。

24.如权利要求11所述的太阳能电池装置，其特征在于：所述半导体结构为一硅基半导体太阳能电池、一化合物半导体太阳能电池或一有机半导体太阳能电池。

25.如权利要求11所述的太阳能电池装置，其特征在于：所述导热组件包含一热导管或一热导柱。

26.如权利要求25所述的太阳能电池装置，其特征在于：所述平坦部位于所述热导管或所述热导柱的一端。

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