CN102339885A - 太阳能模块及其制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种于覆盖板具有一密闭空间的太阳能模块。该密闭空间可将入射于模块上位于无太阳能电池区域的光线全反射至太阳能电池的表面。该密封空间由一个镶嵌于覆盖板后表面的V型的沟槽所组成，并由一个密封层将V型的沟槽密封，上述密闭空间可将入射于此处的光线反射到太阳能电池的表面，因此可以增加太阳能模块的光电转换效率。

Description

太阳能模块及其制作方法

技术领域

本发明涉及一种太阳能电池模块以及制作方法，尤指一种可增加光电转换效率的太阳能模块以及制作方法。

背景技术

目前能将光能转换成电能的方式就是使用太阳能电池，太阳能电池有数种不同的类型，而最具量产规模的太阳能电池是结晶硅太阳能电池，主要结构是硅晶原料的基板。太阳能电池转换机制为：太阳能辐射照射于太阳能电池表面后，使得电子与电洞分别移动至正面N掺杂区(n Doped Region)以及背面P掺杂区(p Doped Region)，造成两区域间的电压差以及电流再由正负电极分别收集电子与电洞并输出。而商业上使用太阳能模块通常都是结合数个太阳能电池并藉由串连或并联的方式来增加输出功率。而为了保护太阳能模块上的电池以及电池间的串并联结构，目前做法会利用夹层结构将电池封装起来，而夹层结构的组成包括了电池、贴合材料以及前后的保护板。太阳能电池被封装在贴合材料内，前后并由前后保护板所覆盖。而形夹层结构的过程中，一般会在真空的环境下进行封装藉由处理高温，半融熔贴合材料后，于贴合材料固化的过程中，将太阳能电池、贴合材料以及前后保护板固定起来，形成所述的夹层结构。

一般而言，前后保护板是互相重迭的。而在前后保护板内面没有太阳能电池的区域被定义为空白区(no-cell region)，而其它至少一个以上太阳能电池的区域则定义为电池区(cell region)。当太阳能电池是被间隔排列于模块中，且电池数组不会延伸至前后保护板边缘的区域，因此产生空白区。这些当光照射至空白区时，这些光能并无法藉由太阳能电池转化为电能。因此造成能量的浪费。

目前已经有些可稍加改善上述问题的技术被公开，多数技术都是产生可反光的结构将光反射到电池区。美国专利号5076857(以下简称857′)和国际专利号2007/073203(以下简称203′)中描述了于前透明保护板内侧制作出反光结构，将入射于该区的光线反射到电池的位置，如此光线就不会入射到空白区或是电池上的电极区域。但如所述的封装过程，贴合材料会因高温形成半融熔状态，而此时半融熔状态的贴合材料就会流入上述反光结构中。目前前述的前透明保护板的材质多为玻璃，而贴合材料多为乙烯醋酸乙烯聚合物(EVA)。由于EVA的折射系数与玻璃十分接近，根据思乃耳定律(Snell’s Law)，857’与203’所述的方式中，倘EVA一旦流入反光结构中时，由于玻璃与EVA折射系数十分接近的关系，入射到反光结构的光线，几乎不可能产生全反射。

发明内容

因此，本发明的目的为提供一个可以具有高光电转换效率的太阳能模块。

根据本发明的一个方面一太阳能模块包括：一背板，至少一个以上的太阳能电池置放于背板上，至少一个以上的电池区为电池置放于所述背板的位置，至少一个以上的空白区位于所述背板上非所述电池区的其它位置，一贴合材料用以封装上述太阳能电池，一个前透明保护板覆盖于背板、电池以及贴合材料上且其上有至少一个的密封空间，其中上述的密封空间是对应于空白区的位置。

根据本发明的另一个方面，一种制作太阳能模块的方法，其中包括：提供一个具有正面与背面的透明覆盖板，透明覆盖版的背面具有一个以上的凹槽，覆盖一密封层于该凹槽上，而后置放第一贴合材料层于上述透明覆盖板的背面，并将至少一个的太阳能电池排列于贴合材料上，其中凹槽对应于没有电池所在的位置，覆盖第二贴合材料层于太阳能电池上，接着提供一背板于第二贴合材料层上，最后将透明覆盖板、密封层、第一和第二贴合材料层、太阳能电池以及背板等层压成为夹层结构，且几乎同时间，密封层固定于凹槽开口处而形成密闭空间。

上述密闭空间的位置是对应于所述的空白区位置，作用可将入射于此处的光线反射到太阳能电池的表面。因此，可以增加太阳能模块的光电转换效率。

附图说明

图1至图4为本发明的太阳能电池模块的制作方法示意图。

图5为根据本发明较佳实施例所表示的太阳能电池模块的结构。

其中，附图标记说明如下：

10	覆盖板	12	覆盖板前表面
				14	覆盖板后表面	16	凹槽
18	V型沟槽	20	U型开口
				22	密封层	24	第一贴合材料层
26，28	太阳能电池	30	第二贴合材料层
				32	背板	34	密闭空间
36	太阳能模块	38	封装材料
				40	光线	100	电池区
102	空白区

具体实施方式

图1至图4为本发明的太阳能电池模块的制作方法示意图。

首先，请参考图1，于本发明较佳实施例的太阳能模块，包含一个具有一前表面12和一个后表面14的覆盖板10。至少一个位于后表面14的凹槽16。覆盖版10可能为一种透明的材料，例如玻璃。位于覆盖版10后表面14的凹槽16可能可以利用铸模或其它可能的方式来产生。凹槽16包含一个V型沟槽18，该V型沟槽18的分开的方向是朝向着覆盖板10后表面14。此外，凹槽16可能包含一个U型开口20，该U型开口20可放置一个密封层，该密封层将于之后讨论。图2表示另一个实施例，此时的凹槽16并无U型开口20。

本发明所述的凹槽16并非必需为V型，其它如圆形，椭圆形，弧形的1部份或是其它形状都可以应用到本发明中。以下的描述中，凹槽16都将以V型沟槽18并且包含U型开口20的结构来描述。

如图3所示，一密封层22被放置在U型开口20的位置。但以图2的实施例，密封层22则将是被放置在跨过V型沟槽18的两侧，并放置在覆盖板10的后表面14上。图3也指出置放于覆盖板10的后表面14以及密封层22上的一贴合材料24，该贴合材料24可以由乙烯醋酸乙烯聚合物(EVA)所组成，之后以将太阳能电池26，28排列在贴合材料24上且太阳能电池26，28的边缘相邻着密封层22。换句话说，被密封层22所覆盖的凹槽16的位置是在太阳能电池26，28之间。再覆盖一层贴合材料30于太阳能电池26，28上，最后再于贴合材料30上覆盖一背板32。

如图4所示，将覆盖板10、密封层22，贴合材料24，30太阳能电池26，28以及背板32的三明治结构于高温以及真空或近真空的环境下进行封装。于封装时，贴合材料24，30会因高温而融熔，而密封层22会附着于凹槽16的U型开口20上。于降温的过程中，贴合材料24，30会逐渐固化，同时将覆盖板10、密封层22、太阳能电池26，28以及背板32固定一起。密封层22也会因贴合材料24，30而固定于凹槽16的U型开口20上。如此凹槽16与密封层22形成一个密闭空间34，密封层22同时可以阻挡贴合材料24，30、水气或其它物质进入密闭空间34中。由于封装过程为真空或近真空的环境，因此密闭空间34中的环境也为真空或近真空。

此外，密封层22的熔点(melting point)需高于模块封装制程温度，避免封装过程中密封层22因高温熔融而流入密闭空间34中，但最佳情况是密封层22的玻璃转换温度(glass transition temperature)高于模块封装制程温度。于本发明的较佳实施例中，贴合材料24，30为EVA，EVA的固化温度一般都高于135℃，因此密封层22可选择的材料可为塑料如聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚碳酸脂(Polycarbonate)或玻璃或陶瓷或金属薄膜等。

图5为本发明较佳实施例所描述的太阳能模块，以及其相关组成。如图5所示，一个太阳能模块36包含一个背板32，一个覆盖板10，一个以上的太阳能电池26，28，以封装材料38封装于在背板32以及覆盖板10中，一个以上的电池区100为有封装材料中太阳能电池26，28放置的位置，一个以上的空白区102为封装材料中没有放置太阳能电池26，28的位置。至少一个的密闭空间34其位置对应于太阳能电池间的空白区102。如图2所示，密闭空间34为一个镶于覆盖板10的后表面14的凹槽16、一个U型开口20以及密封层所构成。本发明的较佳实施例中凹槽16为V型，然而其它如圆形，椭圆形，弧形的|部份或是其它形状都可以应用到本发明中。密闭空间34因密封层22可以阻挡一些贴合材料24，30、水气或其它物质进入其中且于封装过程为真空或近真空的环境，因此密闭空间34中的环境也为真空或近真空。密封层22必需于在封装过程中不可因封装温度而产生严重的变形，因此密封层22的玻璃转换温度宜高于封装时处理的温度等材料，例如聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚碳酸脂(Polycarbonate)或玻璃或陶瓷或金属薄膜等。

如图5所示，一光线40以第一角度入射到覆盖板10的前表面12后，会以一第二角度折射进入覆盖板10内。当光线40以临界角以上的角度入射到密闭空间34时，光线40将会被全反射到太阳能电池26的表面。假设密闭空间34两底角的角度为，根据司乃耳定律，第一角度与密闭空间34两底角的关系可以描述如下：

n_asinθ_a＝n_bsinθ_b    (1)

${\mathrm{\θ}}_b=\arcsin \left(\frac{n_a}{n_b}\sin {\mathrm{\θ}}_a\right)---\left(2\right)$

${\mathrm{\θ}}_{\mathrm{crit}}=\arcsin \left(\frac{n_a}{n_b}\right)---\left(3\right)$

${\mathrm{\θ}}_d={\mathrm{\θ}}_b+{\mathrm{\θ}}_{\mathrm{crit}}=\arcsin \left(\frac{n_a}{n_b}\sin {\mathrm{\θ}}_a\right)+\arcsin \left(\frac{n_a}{n_b}\right)---\left(4\right)$

其中，n_a是空气或是近真空时的折射系数，大约等于1。n_b是覆盖板10的折射系数，若覆盖板10为玻璃，则其值大约为1.5。

根据本发明较佳实施例，θ_d大约为70°，θ_a大约为45°。这表示当光线40以一角度小于45°的方向入射到盖板10的前表面12，此时光线40在碰触到密闭空间34后，将全反射到太阳能电池26的表面。因此可以增加光的使用效率。

综合上述，本发明提供一个可利用一密闭空间产生内部全反射的太阳能模块。所述的密闭空间是一个无贴合材料、水气或其它物质于其中且为真空或近真空的环境。同时该密闭空间是相对于太阳能模块上空白区的位置。因此入射到空白区位置的光线可以该密闭空间反射到太阳能电池的表面。

以上所述仅为本发明的优选实施例，凡依本发明权利要求所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (23)

1.一个太阳能模块，其特征在于，包含：

一个覆盖板，包含一前表面与一后表面；

一个背板；

至少一个太阳能电池，排列在覆盖板与背板间，其中有太阳能电池的区域为电池区，没有太阳能电池的区域为空白区；

至少一个密闭空间位于覆盖板上，位置对应着所述的空白区。

2.如权利要求1所述的太阳能模块，其特征在于，密闭空间为具有真空或近似真空的空间。

3.如权利要求1所述的太阳能模块，其特征在于，密闭空间为具有空气的空间。

4.如权利要求1所述的太阳能模块，其特征在于，密闭空间为角柱型。

5.如权利要求1所述的太阳能模块，其特征在于，密闭空间为一三角柱型。

6.如权利要求5所述的太阳能模块，其特征在于，密闭空间是由一V型沟槽以及一密封V型沟槽的密封层所组成。

7.如权利要求6所述的太阳能模块，其特征在于，V型沟槽是镶于覆盖板后表面，且开口朝向太阳能电池的方向。

8.如权利要求1所述的太阳能模块，其特征在于，还包括一封装材料，可封装太阳能电池于背板以及覆盖板之间，形成夹层结构。

9.如权利要求6所述的太阳能模块，其特征在于，密封层的熔点大于封装过程的温度。

10.如权利要求6所述的太阳能模块，其特征在于，密封层的玻璃转换温度大于封装过程的温度。

11.如权利要求6所述的太阳能模块，其特征在于，密封层的选择可以为塑料、玻璃、陶瓷或金属薄膜。

12.如权利要求1所述的太阳能模块，其特征在于，入射光线碰触到密闭空间后，可全反射到至少一个太阳能电池表面。

13.一个制作太阳能模块的方法，其特征在于，包含：

提供一背板；

提供一覆盖板，包含一前表面，一后表面以及至少一个位于后表面的凹槽；

覆盖一密封层于开凹槽的开口；

排列至少一个太阳能电池于所述背板和覆盖板间，其中有太阳能电池的区域为电池区，没有太阳能电池的区域为空白区；

对应凹槽的位置于所述空白区的位置；

封装一密封层于所述凹槽的开口，产生一密闭空间。

14.如权利要求13所述的制作太阳能模块的方法，其特征在于，密封层的熔点大于封装过程的温度。

15.如权利要求13所述的制作太阳能模块的方法，其特征在于，密封层的玻璃转换温度大于封装过程的温度。

16.如权利要求13所述的制作太阳能模块的方法，其特征在于，密封层的选择可以为塑料、玻璃、陶瓷或金属薄膜。

17.如权利要求13所述的制作太阳能模块的方法，其特征在于，凹槽为V型的型态，镶于所述覆盖板后表面，且开口朝向太阳能电池的方向。

18.如权利要求13所述的制作太阳能模块的方法，其特征在于，还包括：

于排列所述太阳能电池前，先覆盖一层第一贴合材料层于所述覆盖板的后表面。

19.如权利要求18所述的制作太阳能模块的方法，其特征在于，还包括：

于排列所述太阳能电池后，再覆盖一层第二贴合材料层于所述的太阳能电池以及第一贴合材料层上。

20.如权利要求13所述的制作太阳能模块的方法，其特征在于，覆盖板、密封层以及背板是于真空或近似真空环境下进行封装。

21.如权利要求13所述的制作太阳能模块的方法，其特征在于，密闭空间为真空。

22.如权利要求13所述的制作太阳能模块的方法，其特征在于，密闭空间为具有空气的空间。

23.如权利要求13所述的制作太阳能模块的方法，其特征在于，入射光碰触到密闭空间后，可全反射到至少一个太阳能电池表面。

Images