CN102201474A

CN102201474A - 太阳能光电模块及其制造方法

Info

Publication number: CN102201474A
Application number: CN2010101413253A
Authority: CN
Inventors: 林敬杰; 何信威; 林美秀; 黄子欣; 周俊贤; 陈彦辰
Original assignee: a2peak Power Co Ltd; Forcecon Technology Co Ltd
Current assignee: a2peak Power Co Ltd; Forcecon Technology Co Ltd
Priority date: 2010-03-25
Filing date: 2010-03-25
Publication date: 2011-09-28

Abstract

本发明公开了一种太阳能光电模块及其制造方法，该太阳能光电模块包括一太阳能模块与以真空热压合结合于太阳能单元的散热体。散热体用以将太阳能模块所产生热能进行散热。通过本发明的结构，除了可更有效地对太阳能模块进行散热以提高光电转换的效率外，本发明简化了太阳能光电模块的结构，不需现有技术所需要的导热接口材料，并可通过真空热压合的方式进行组装，大幅简化制造程序。

Description

太阳能光电模块及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种太阳能光电模块，尤其涉及具有散热体且以真空热压合的方式封装的太阳能光电模块。

背景技术

太阳能是一种永不耗尽且无污染的能源，在解决目前石化能源所面临的污染与短缺的问题时，一直是最受瞩目的焦点。其中，又以太阳能电池(solarcell)可直接将太阳能转换为电能，而成为目前相当重要的研究课题。

太阳能电池主要是由硅芯片或化合物芯片所构成，当太阳能照射到其表面时，可以将太阳光的能量转换为电能。在实际的运用上，由于光电转换效率低，所以芯片常需要很多数量才能产生足够的电力。太阳能制造厂商把芯片依所需要的发电量进行切割、联结与组装，就成为太阳能芯片模块，或称为太阳能电池板或太阳能板。若将好几个太阳能板组合，再加上蓄电池、控制器及保护装置等设施，就成为太阳能光电发电系统。

目前，市场上量产的单晶硅与多晶硅的太阳电池平均效率约在15％上下，也就是说，这样的太阳电池只能将入射太阳光能转换成15％可用电能，其余的大部分都浪费成无用的热能。此外，太阳能模块不断地在太阳的照射下，模块整体的温度会不断地上升，因此，也会影响到太阳能模块的转换效率。

目前，为了降低太阳能模块的温度，业界多半会搭配金属散热板15以帮助太阳能模块10进行散热，如图1所示。现有技术所使用的太阳能模块10通常是将太阳能芯片11安置在基板12上，其上在覆盖一层例如玻璃材质的透明基板13。而为了更有效将太阳能模块的热传递至金属散热板，在金属散热板15与太阳能模块10之间会加入一种所谓的导热界面材料14，以更有效的帮助热传递。图1所示为了简化说明与图示，仅绘制太阳能模块、散热体、与导热界面材料。

目前，现有的太阳能模块，虽然可以热压合的方式来制作，但是受限于图1所示的结构，其工艺却无法与后续的金属散热板工艺整合，导致整体的制造成本过高。此外，单纯使用散热板进行散热，也会受限于散热面积而有散热效率不佳的问题，更遑论导热界面材料也会有随时间劣化的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种太阳能光电模块及其制造方法，用以解决太阳能模块的散热与工艺的问题，并简化了太阳能模块的组成与工艺。

根据本发明的实施例的太阳能光电模块，包括有一太阳能模块，该太阳能模块包括有多个太阳能芯片，其封装于两封装材料之间；一透明层，与该太阳能模块的一侧结合；以及一散热体，该散热体由一散热材料所构成，以真空热压合的方式结合于该太阳能模块的另一侧。

其中，还包括有一绝缘层，形成于该散热体与该太阳能模块之间。

其中，该散热体的另一侧形成有多个散热鳍片。

其中，该散热体的另一侧形成有多个沟槽。

其中，还包括有多个散热条，设置于该多个沟槽中。

其中，该多个散热条至少其中之一填充有一相变化材料。

其中，该相变化材料选自由石蜡、无机盐类、盐类水化合物及其混合物、羧酸及糖醇类族群者所组成的群组其中之一。

其中，还包括有多个支撑肋，以非平行于该多个散热条设置的方向设置。

其中，还包括有至少一外框，设置于该太阳能光电模块的至少一侧。

而且，为实现上述目的，根据本发明的实施例的一种太阳能光电模块的制造方法，包括有提供一太阳能模块，该太阳能模块包括有多个太阳能芯片，其封装于两封装材料之间，该太阳能模块的一侧形成有一透明层；提供一散热体，该散热体由一散热材料所构成；以真空热压合的方式将该散热体结合于该太阳能模块的另一侧。

而且，为实现上述目的，本发明的实施例的一种太阳能光电模块的制造方法，包括有：提供一太阳能模块，该太阳能模块包括有多个太阳能芯片，其封装于两封装材料之间，该太阳能模块的一侧形成有一透明层；提供一散热体，该散热体由一散热材料所构成，该散热体的另一侧形成有多个沟槽；以真空热压合的方式将该散热体结合于该太阳能模块的另一侧。

其中，还包括有一将多个散热条设置于该多个沟槽中的步骤。

其中，该多个散热条至少其中之一填充有一相变化材料。

其中，还包括一将多个支撑肋以非平行于该多个散热条设置的方向设置的步骤。

根据本发明所揭露的太阳能光电模块，省略了导热接口材料的使用，因此可降低模块的成本。而在太阳能模块方面，直接以热压合方式将太阳能芯片封装在封装材中，并以真空热压合的方式将太阳能模块与散热体结合，因此，可将工艺简化。

根据本发明所揭露的太阳能光电模块，进一步在散热体上设置选择性地填充有相变化材料的散热条，通过相变化材料进一步提高太阳能模块的散热效率。

以上的关于本发明内容的说明及以下的实施方式的说明用以示范与解释本发明的精神与原理，并且提供本发明的权利要求更进一步的解释。

附图说明

图1为现有技术所揭露的太阳能光电模块；

图2为本发明所揭露的太阳能光电模块的一实施例；

图3为本发明所揭露的太阳能光电模块的另一实施例；

图4为本发明所揭露的太阳能光电模块的另一实施例；

图5为本发明所揭露的太阳能光电模块的制造流程图。

其中，附图标记：

10：太阳能模块

11：太阳能芯片

12：基板

13：透明基板

14：导热界面材料

15：金属散热板

16：太阳能芯片

17：封装材料

18：封装材料

20：散热体

21：散热体

22：散热鳍片

23：散热体

24：沟槽

25：散热条

30：透明层

40：绝缘层

41：封装材

具体实施方式

以下在实施方式中详细叙述本发明的详细特征以及优点，其内容足以使本领域技术人员了解本发明的技术内容并据以实施，且根据本说明书所揭露的内容、权利要求及图式，本领域技术人员可轻易地理解本发明相关的目的及优点。

以下的实施例是进一步详细说明本发明的观点，但非以任何观点限制本发明的范畴。

请参考图2，为本发明所揭露的太阳能光电模块的一实施例，包括一太阳能模块10与结合于太阳能模块10的散热体20。太阳能模块10是由多个太阳能芯片16组成，这些太阳能芯片16以并联或串联方式设置，为了简化图式，这些并联或串联所需的走线省略。

此处所用的太阳能芯片其包括N型半导体与P型半导体。N型半导体与P型半导体的材料例如是IV族(如单晶硅(single crystalsilicon)、多晶硅、非晶硅(amorphous silicon)、硅化锗(SiGe))、III-V族(如氮化镓(GaN)、砷化镓(GaAs)、磷化镓(GaP)、磷化铟(InP)、磷化镓铟(InGaP)等)或II-VI族(如碲化镉(CdTe)、铟铜硒(CuInSe 2)、铜铟镓硒(CuInGaSe)等)。因此，太阳能芯片例如是单晶硅太阳能电池、多晶硅太阳能电池、非晶硅太阳能电池(又称a-Si太阳能电池)、III-V族半导体太阳能电池或II-VI族半导体太阳能电池。太阳能芯片也可利用薄膜(Thin film)型太阳能电池，例如非晶硅太阳电池、或者由砷化镓(GaAs)、碲化镉(CdTe)或者铜锢镓硒(CIGS)形成的非晶硅太阳电池。此外也可选择有机-染料敏化太阳能电池，有机高分子(Organic polymer)半导体太阳能电池也是选择之一。

多个太阳能芯片16封装于两封装材料17、18之间。封装材料的选择必须拥有保护模块的物理优势和较高的透光率，通常是通过热压合的方式将太阳能芯片封装于封装材料之间，因此，通常选择热塑性或者热固性的材料。在一示例性的实施例中，封装材料可选用乙烯醋酸乙烯共聚物(EVA，ethylene-vinylacetate)，是一种可供封装太阳能模块所使用的胶原料。另一种替代性的选择为聚乙烯醇缩丁醛树脂(polyvinylbuterol PVB)；热塑性聚胺基甲酸酯(Thermoplastic Polyurethane，TPU)。

散热体20主要是由一散热材料所构成，是以真空热压合的方式结合于太阳能模块10的另一侧。在典型的材料选用上通常以金属作为选择，例如导热性佳的铝金属，当然其它非金属材料但有较佳的导热性材料也可选用。散热体20的形状与尺寸通常配合太阳能模块10而设计。

衡量太阳能模块性能好坏的重要指针之一便是水蒸汽渗透率。若太阳能模块阻隔水蒸汽渗透的性能不良，则空气中的湿气(尤其是阴雨天湿气更大)会通过太阳能背板进入到内侧，水蒸汽的渗透会影响到封装材的粘结性能，导致太阳能芯片与封装材脱离，进而使更多湿气直接接触太阳能芯片而使太阳能芯片被氧化。在此考虑之下，在另一实施例中，太阳能光电模块还包括有一透明层30，透明层30可为软性材料或者硬质材料，其可选用聚乙烯-四氟乙烯共聚物(ethylene tetrafluoroethylene，ETFE)、聚对苯二甲二乙酯(polyethylene terephthalate，PET)、聚全氟乙丙烯(Fluorinatedethylenepropylene，FEP)、聚氟乙烯复合膜(TPT)或者玻璃。聚氟乙烯复合膜通常是用聚氟乙烯(PVF，又称聚氟树脂)以及聚酸树脂(PET)组成PVF/PET/PVF三层的复合膜。透明层30用以保护太阳能模块免于受到水气或其它物质的侵入，其厚度通常不需要太厚，只要可以保护太阳能模块即可。当选用非玻璃的材料作为透明层30的选择时，本发明所设计的散热体20可增加整体模块的强度，并不会因为选用较软或支撑力不足的材料而降低了模块整体的强度。

在前述的实施例中，在太阳能模块与散热体之间不需要设置绝缘层，在此一情况下封装材足以作为太阳能模块与散热体之间的绝缘。在另一实施例中，也可将散热体20与太阳能模块10结合的那一面以表面阳极处理成绝缘状态。在另一实施例中，如果太阳能模块的封装材不够厚，会导致太阳能芯片与金属材质形成的散热体之间产生电性导通，进一步导致太阳能模块失效，因此，在此情况之下可于散热体20与太阳能模块10之间设置一绝缘层40，以阻绝散热体20与太阳能模块10之间产生电性连接。惟当使用绝缘层40时，需要额外再使用例如前述EVA材料的封装材41，以将绝缘层40结合于散热体20上。

此外一般可能会将绝缘层40包含于太阳能模块10内，惟此仅为业界因为工艺或者其它因素的关系对于太阳能模块所提出的不同定义，本发明为了清楚说明将其分开定义，并非用以限制本发明太阳能模块10的组成不包含绝缘层40。

请参考图3，为本发明所揭露的太阳能光电模块的另一实施例。此一实施例的组成与结构与前述的实施例类似，包括一太阳能模块10与结合于太阳能模块10的散热体21，不同之处在于散热体21的另一侧形成有多个散热鳍片22，以增加散热体的散热面积。

请参考图4，为本发明所揭露的太阳能光电模块的另一实施例。此一实施例的组成与结构与前述的实施例类似，包括一太阳能模块10与结合于太阳能模块10的散热体23不同之处在于散热体23的另一侧形成有多个沟槽24，在这些沟槽中则设置有多个散热条25。通过适当的设计，可使得散热条25可恰好容设于沟槽24中。当然，不一定要每一个沟槽24都安装一个散热条。

在另一实施例中，多个散热条25至少其中之一填充有一相变化材料。相变化材料选自由石蜡、无机盐类、盐类水化合物及其混合物、羧酸及糖醇类族群者所组成的群组其中之一。相变材料可产生物体型态的转变者，因此可利用相变化材料的固、液相转化而吸热、释放潜热的特性，以用来控制该太阳能光电的温度状态，以可通过所述相变材料于太阳能光电达到预定高温时产生吸热降温效果，以降低太阳能模块的操作温度。

在另一实施例中，为了使散热体可以更有效支撑太阳能模块，可以在散热条上进一步安置多个支撑肋，这些支撑肋是以非平行于多个散热条的方向而设置，当然较佳的设置方向为垂直于散热条的设置方向。

在另一实施例中，本发明的太阳能模块更可连接一接线盒。通过太阳能接线盒将所转换的直流电能传输至变压器等控制单元，经特定的处理后而供电子设备所用。

在另一实施例中，本发明的太阳能模块还包括有至少一外框，设置于该太阳能光电模块的至少一侧。

请参考图5，绘示了本发明所揭露的太阳能光电模块的制造流程图。图5或本发明说明书其它地方所提及有关本申请的制造方法流程，其中该步骤的顺序并非固定不变及不可或缺的，有些步骤可同时进行、省略或增加，此流程图是以较广及简易的方式描述本发明的步骤特征，并非用以限定本发明的制造方法步骤顺序及次数。

首先，提供一太阳能模块(步骤50)，该太阳能模块包括有多个太阳能芯片，其封装于两封装材料之间，该太阳能模块的一侧形成有一透明层；接着提供一散热体(步骤51)，该散热体由一散热材料所构成；最后以真空热压合的方式将该散热体结合于该太阳能模块的另一侧(步骤52)。步骤50与步骤51可为连续的工艺步骤或者不连续的工艺步骤。

此处的散热体当可视需要选择提供形成有散热鳍片或者形成有多个沟槽的散热体。当选择形成有多个沟槽的散热体时，还包括有一将多个散热条设置于该多个沟槽中的步骤。此处所指散热条与前述的实施例相同，在此不再赘述。

为了进一步强化结构，当可视需要进一步包括将多个支撑肋以非平行于该多个散热条设置的方向而设置的步骤。

通过本发明所揭露的太阳能光电模块，具有结构简化的优点，并可通过真空热压工艺完成，使得整体工艺也简化。此外，通过在散热体上进一步设置填充有相变化材料的散热条，以借助所述相变材料于太阳能光电达到预定高温时产生吸热降温效果，降低太阳能模块的操作温度，进而有效提升太阳能光电模块发电性能。

当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims

1.一种太阳能光电模块，其特征在于，包括有：

一太阳能模块，该太阳能模块包括有多个太阳能芯片，该多个太阳能芯片封装于两封装材料之间；

一透明层，与该太阳能模块的一侧结合；以及

一散热体，该散热体由一散热材料所构成，并以真空热压合的方式结合于该太阳能模块的另一侧。

2.根据权利要求1所述的太阳能光电模块，其特征在于，还包括有一绝缘层，形成于该散热体与该太阳能模块之间。

3.根据权利要求1所述的太阳能光电模块，其特征在于，该散热体的另一侧形成有多个散热鳍片。

4.根据权利要求1所述的太阳能光电模块，其特征在于，该散热体的另一侧形成有多个沟槽。

5.根据权利要求4所述的太阳能光电模块，其特征在于，还包括有多个散热条，设置于该多个沟槽中。

6.根据权利要求5所述的太阳能光电模块，其特征在于，该多个散热条至少其中之一填充有一相变化材料。

7.根据权利要求6所述的太阳能光电模块，其特征在于，该相变化材料选自由石蜡、无机盐类、盐类水化合物及其混合物、羧酸及糖醇类族群者所组成的群组其中之一。

8.根据权利要求5所述的太阳能光电模块，其特征在于，还包括有多个支撑肋，以非平行于该多个散热条设置的方向设置。

9.根据权利要求1所述的太阳能光电模块，其特征在于，还包括有至少一外框，设置于该太阳能光电模块的至少一侧。

10.一种太阳能光电模块的制造方法，其特征在于，包括有：

提供一太阳能模块，该太阳能模块包括有多个太阳能芯片，该多个太阳能芯片封装于两封装材料之间，该太阳能模块的一侧形成有一透明层；

提供一散热体，该散热体由一散热材料所构成；以及

以真空热压合的方式将该散热体结合于该太阳能模块的另一侧。

11.一种太阳能光电模块的制造方法，其特征在于，包括有：

提供一散热体，该散热体由一散热材料所构成，该散热体的另一侧形成有多个沟槽；以及

12.根据权利要求11所述的制造方法，其特征在于，还包括有一将多个散热条设置于该多个沟槽中的步骤。

13.根据权利要求12所述的制造方法，其特征在于，该多个散热条至少其中之一填充有一相变化材料。

14.根据权利要求13所述的制造方法，其特征在于，该相变化材料选自由石蜡、无机盐类、盐类水化合物及其混合物、羧酸及糖醇类族群者所组成的群组其中之一。

15.根据权利要求12所述的制造方法，其特征在于，还包括一将多个支撑肋以非平行于该多个散热条设置的方向设置的步骤。