CN102903770A - 薄膜太阳能电池模块 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种薄膜太阳能电池模块，包含多个彼此连接的太阳能电池单元，该每一个太阳能电池单元包括一片可供电导通的基板、一层设置于该基板表面可在接收光时产生光电流的光电转换层，及一个设置于该光电转换层顶面的顶电极，且任两个相邻的太阳能电池单元的其中一个太阳能电池单元的基板的部份区域会迭置于另一个太阳能电池单元的顶电极的部份区域而彼此电连接，利用该些太阳能电池单元彼此迭置并电连接所得到的薄膜太阳电池模块，不仅可减小薄膜太阳能电池模块的组装空间，而且可适于作为大面积的收光应用。
Description
技术领域
本发明涉及一种太阳能电池，特别是指一种薄膜太阳能电池模块。
背景技术
参阅图1，已知的薄膜太阳能电池1a的结构具有一片基材11、一层形成于该基材11表面的底电极12、一层形成于该底电极12上的光电转换层13、一层形成于该光电转换层13的电流扩散层14，及一个形成于该电流扩散层14上的顶电极15，该基材11可选自玻璃、金属、不锈钢、或塑胶等材料，该底电极12视该光电转换层13的材料可配合选自钼(Mo)或铜(Cu)等材料，该光电转换层13是由具有p-n半导体接面结构的半导体材料构成，该电流扩散层14为选自透明且与该光电转换层14没有整流效应的低电阻金属材料，例如ITO、ZnO所构成，该顶电极15一般为选自不透光的金属或合金金属所构成，且为了减少自该光电转换层13产生的光电流的行进距离，所以该顶电极15会以如图1所示的栅状，或指叉状(图未示)结构，设置在该电流扩散层14上；此外，为了减低该顶电极15对该光电转换层13的遮蔽性，该顶电极15也可选自透明导电材料，覆盖于该电流扩散层14的表面，而形成如图2所示的薄膜太阳能电池结构1b。当太阳光通过该光电转换层13的顶面方向(收光面)进入该光电转换层13时，该光电转换层13会借助光电效应产生光电流，最后再通过该底、顶电极12、15将产生的光电流向外输出。
参阅图3，一般大面积使用的薄膜太阳能电池模块2a，是在一片共用的导电基材11上，形成多个类似图1所示且彼此各自独立排列的薄膜太阳能电池1a，然后再通过打线工序，将这些薄膜太阳能电池1a彼此以导线16电连接后而形成如图3所示的薄膜太阳能电池模块2a；参阅图4，或是也可于一片共用的绝缘基材11上形成多个与图2类似且彼此各自独立排列的薄膜太阳能电池1b(该每一个薄膜太阳能电池1b的底电极12为彼此独立)，并借助工艺控制令任一个薄膜太阳能电池1b的顶电极15覆盖其中一相邻的薄膜太阳能电池1b的底电极12彼此电连接，最后再通过打线至成形成可向外延伸电连接的导线16，形成如图4所示的薄膜太阳能电池模块2b，而该太阳能电池模块2a、2b则可通过该顶电极15与该导电基板11或是通过该导线16与该底电极12的配合将产生的光电流向外输出。
然而，无论是以图3或图4所示的薄膜太阳能电池模块2a、2b而言，由于相邻的薄膜太阳能电池1a或是薄膜太阳能电池1b之间都会有间隙S1、S2存在，且这些间隙S1、S2都是无法接收太阳光的浪费空间，因此，不仅空间使用效率相对较低，且会令该薄膜太阳能电池模块2a、2b占据较大的空间。
发明内容
因此，本发明的目的在于提供一种可以有效增加空间使用率、降低遮光率，并适用于大面积收光的薄膜太阳能电池模块。
于是，本发明的一种薄膜太阳能电池模块，包含多个彼此电连接的太阳能电池单元，该每一个太阳能电池单元包括一片可供电导通的基板、一层设置于该基板表面的光电转换层，及一个设置于该光电转换层顶面的顶电极，且任两个相邻的太阳能电池单元，其中一个太阳能电池单元的基板的部份区域固着迭置于另一个太阳能电池单元的顶电极的部份区域而彼此电连接，该光电转换层在接收光时产生光电流，并通过该基板及该顶电极将产生的光电流向外输出。
较佳地，前述该薄膜太阳能电池模块，其中，该基板具有一片可导电的板体，及一个形成于该板体其中一个表面的背电极，该光电转换层与该背电极的表面连接，且该板体于远离该光电转换层的表面的一侧具有一个第一连接区，该顶电极远离该光电转换层的表面具有一个远离该第一连接区的第二连接区，任两个相邻的太阳能电池单元是令其中一个太阳能电池单元的该第一连接区固着迭置于另一个太阳能电池单元的该第二连接区上而彼此电连接。
较佳地，前述该薄膜太阳能电池模块，其中，该基板具有一个绝缘的板体、一个形成于该板体的穿孔、一个形成于该板体表面且可导电的背电极，及一个填覆该穿孔并与该背电极彼此电连接的连接体，该光电转换层与该背电极表面连接，该板体远离该光电转换层的表面的一侧具有一个第一连接区，且该穿孔位于该第一连接区内，该电极层远离该光电转换层的表面具有一个远离该第一连接区的第二连接区，任两相邻的太阳能电池单元彼此是借助其中一个太阳能电池单元的该第一连接区迭置于另一个太阳能电池单元的该第二连接区，并通过该连接体及该背电极而令该第二连接区与该第一连接区彼此电连接。
较佳地，前述该薄膜太阳能电池模块，其中，该顶电极具有一层与该光电转换层连接且可透光的电流扩散层，及一层形成于该电流扩散层上的电极层，该电极层具有多条彼此间隔设置并延伸至该第二连接区的导线，且这些导线的构成材料选自金、银、铜，及铁。
较佳地，前述该薄膜太阳能电池模块，其中，该基板为可挠曲。
较佳地，前述该薄膜太阳能电池模块，其中，该顶电极具有一层与该光电转换层连接且可透光的电流扩散层，及一层形成于该电流扩散层上的电极层，该电极层具有多条彼此间隔设置并延伸至该第二连接区的导线，且这些导线的构成材料选自金属、合金金属、金属氧化物。
较佳地，前述该薄膜太阳能电池模块，其中，顶电极选自透明导电材料构成。
较佳地，前述该薄膜太阳能电池模块，其中，该板体选自铁、铬、镍，及其中一组合的材料构成。
较佳地，前述该薄膜太阳能电池模块，其中，该板体选自组成份包括重量百分比大于0且不小于60%的铁，重量百分比大于0且不小于15%的铬，及重量百分比大于0且不小于8%的镍的不锈钢所构成。
较佳地，前述该薄膜太阳能电池模块，其中，该光电转换层是选自铜铟硒三元系统或铜铟镓硒四元系统组成的半导体材料构成。
较佳地，前述该薄膜太阳能电池模块，其中，任两相邻的太阳能电池单元是以导电胶彼此固着迭置。
本发明的有益效果在于：利用多个太阳能电池单元彼此迭置并电连接所得到的薄膜太阳电池模块，可减小薄膜太阳能电池模块的组装空间，而可提升空间使用效率。
附图说明
图1是显示已知薄膜太阳能电池的结构示意图；
图2是显示另一种已知薄膜太阳能电池的结构示意图；
图3是显示由已知薄膜太阳能电池结构组合而成的薄膜太阳能电池模块；
图4是显示另一种由已知薄膜太阳能电池结构组合而成的薄膜太阳能电池模块；
图5是显示本发明第一较佳实施例的太阳能电池单元的结构示意图；
图6是显示由该第一较佳实施例的太阳能电池单元组合而成的薄膜太阳能电池模块的立体图；
图7是显示该第一较佳实施例的薄膜太阳能电池单元的电极层的另一种实施态样的立体图；
图8是显示本发明第二较佳实施例的薄膜太阳能电池模块的结构示意图。
具体实施方式
为让本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，以下结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明。首先需要说明的是，本发明并不限于下述具体实施方式，本领域的技术人员应该从下述实施方式所体现的精神来理解本发明，各技术术语可以基于本发明的精神实质来作最宽泛的理解。图中相同或相似的构件采用相同的附图标记表示。
参阅图5、图6，本发明一个第一较佳实施例的薄膜太阳能电池模块包含多个彼此电连接的太阳能电池单元3，且该每一个太阳能电池单元3，可在接受光能时产生光电流。
该每一个太阳能电池单元3包括一片基板31、一层设置于该基板31上的光电转换层32，及一个形成于该光电转换层32表面的顶电极33。
该基板31具有一片可导电的板体311，及一个形成于该板体311其中一个表面的背电极312，且该基材311于远离该背电极312的表面具有一个第一连接区313。
具体的说，该板体311是选自包含铁、铬、镍、钼，及前述其中一组合的合金材料所构成，该背电极312为选自可与该光电转换层32形成欧姆接触的金属材料构成，较佳地，该板体311是可导电且具有可挠性。于本实施例中，该板体311的构成材料是选自组成份含有重量百分比不小于60%的铁，重量百分比不小于15%的铬，及重量百分比不小于8%的镍的合金材料，即俗称的“白铁”，所构成，该背电极312是由钼为材料构成，要说明的是，以白铁为材料构成的板体311不仅具有导电性佳的优点，且可延展成薄片状而同时具备可挠曲的特性。
该光电转换层32呈薄膜（thin film）状地设置于该基板31的表面，由具有p-n半导体接面结构的半导体材料构成，例如可选自非晶硅、微晶硅构成的硅薄膜，或是选自碲化镉(CdTe)、铜铟硒(CIS)、铜铟镓硒(CIGS)等材料构成的化合物薄膜，由于该光电转换层32的相关材料选择为本技术领域者所知悉，且非为本发明的重点，因此不再多加赘述；在本实施例中，该光电转换层32是选自CIGS四元系统的半导体材料构成。
该顶电极33可与该背电极312配合将该光电转换层32产生的光电流向外输出，具有一层与该光电转换层32连接且可透光的电流扩散层331及一层形成在该电流扩散层331上的电极层332，且该顶电极33于反向该光电转换层的表面具有一个远离该第一连接区313的第二连接区333。
该电流扩散层331呈薄膜状地覆盖该光电转换层32的整个表面，选自透明且与该光电转换层32没有整流效应的低电阻金属材料，例如ITO、ZnO所构成；该电极层332形成于该电流扩散层331上，选自电阻值低于该电流扩散层331的透明导电材料构成。
要说明的是，该顶电极33还可依应用需求而有不同的膜层结构设计，例如该顶电极33还可具有一层形成于该电极层332上用于减低反射的抗反射层，或是还可具有一个介于该光电转换层32与该电流扩散层331之间，帮助电子有效传导的缓冲层等结构，由于该顶电极33的构成材料及相关膜层结构已为业界所周知，故均省略不提。于本实施例中该顶电极33是具有一层由氧化铟锡(ITO)为材料构成且厚度小于0.05μm的电流扩散层331，及一层由铝掺杂的氧化锌(ZnO:Al)为材料构成且厚度约为0.5~1.5μm的电极层332。
就每一个独立的该薄膜太阳能电池单元3而言，当太阳光通过该顶电极33入射至该光电转换层32时，该光电转换层32可将光能吸收转换成电能，并借助该基板31与该顶电极33互相配将产生的电能向外输出，而于本较佳实施例中任两相邻的太阳能电池单元3彼此是借助其中一个太阳能电池单元3的该第一连接区313与另一个太阳能电池单元的该第二连接区333彼此依序排列电连接，利用该基板31与顶电极33都可导电的特性，而令这些太阳能电池单元3彼此无间隙的电连接形成该薄膜太阳能电池模块，且由于该每一薄膜太阳能电池单元3的顶电极33完全由透明导电材料构成，因此，也不会影响每一个薄膜太阳能电池单元3的收光性。
继续参阅图5、6，为使该薄膜太阳能电池模块的组合方式更加清楚，图6系以其中任三个相邻的太阳能电池单元3为例作说明。现将任三个相邻的太阳能电池单元3分别称为太阳能电池单元3a、3b及3c，该每一个太阳能电池单元3a、3b、3c的基材311于远离该背电极312的表面均具有一个第一连接区313，且该顶电极33也分别具有一个远离该第一连接区313的第二连接区333，该太阳能电池单元3b是以导电胶(图未示)将其第一连接区313与该太阳能电池单元3a的第二连接区333彼此粘合，并将该太阳能电池单元3c再以其第一连接区313与该太阳能电池单元3b的第二连接区粘合，如此迭制排列即可得到预定尺寸的大面积薄膜太阳能电池模块。由于这些太阳能电池单元3a、3b、3c之间是借助相邻的该基板31与顶电极33彼此迭置而形成无间隙的连接，不仅工序简便，可改善已知将多个太阳能电池单元1a、1b组合成太阳能电池模块时会存在间隙S1、S2的缺点，而可有效提升空间利用率，且不影响该每一太阳能电池单元3a、3b、3c的光电效率。
参阅图7，要再说明的是，该电极层332也可设计成如图7所示，具有多条彼此平行且间隔设置在该电流扩散层331表面，呈指叉状延伸至该第二连接区333的导线334，如此，当任两相邻的太阳能电池单元3相互迭置时，其中一个太阳能电池单元3的第一连接区313则可迭置于另一太阳能电池单元3位于该第二连接区333的电流扩散层331及导线334上，借助分布在该电流扩散层331的导线334，可令自该光电转换层32产生的光电流更容易通过这些导线334收集而向外输出，而更适用于大面积太阳能电池单元3。这些导线334选自金属、合金金属、金属氧化物等导电性佳的材料构成，较佳地，这些导线334的构成材料选自金、银、铜，及铁。此外，要再说明的是，该顶电极32也可视该太阳能电池单元3的结构设计而仅为由透明导电材料构成的单层电极结构。
参阅图8，本发明一个第二较佳实施例的薄膜太阳能电池模块包含多个彼此电连接的太阳能电池单元4，且该每一个太阳能电池单元4，可在接受光能时产生光电流。
该每一个太阳能电池单元4包括一片基板41、一层设置于该基板41上的光电转换层42，及一层形成于该光电转换层42表面的顶电极43。
该基板41包括一片绝缘的板体411、一层形成于该板体411其中一个表面且可导电的背电极412、一个贯穿该板体411的穿孔413、一个填覆该穿孔413且与背电极412电导通的连接体414，其中，该背电极412与该光电转换层42连接，该基板41于远离该背电极412的表面具有一第一连接区415，且该穿孔413位于该第一连接区415。
该板体411选自例如玻璃或PI、PET等高分子材料构成，该背电极412选自可与该光电转换层42形成良好欧姆接触的金属，例如钼等金属材料构成，该连接体414选自导电性佳的金属，例如金、银、铜、钨等材料构成。
该光电转换层42呈薄膜状地与该背电极412的表面连接，由于该光电转换层42的相关材料选择及膜层结构与该第一较佳实施例相同，因此不再多加赘述。
该顶电极43具有一层形成于该光电转换层42表面并具有较高阻值的电流扩散层431，及一层形成于该电流扩散层431上并具有低阻值的电极层432，且该电极层432具有一个远离该第一连接区415的第二连接区433。要说明的是，该电极层432也依需求设计成如图7所示，具有多条彼此平行且间隔设置在该电流扩散层331表面，并延伸至该第二连接区333的导线334，或是仅为由透明导电材料构成的单层电极结构，由于该顶电极43的相关材料选择及结构设计与该第一较佳实施例相同，因此不再多加赘述。
由于任两相邻的太阳能发光单元4是分别借助其中一个太阳能发光单元4的第一连接区415迭置于相邻的太阳能发光单元4的第二连接区433上，并借助该连接体414与背电极412的电导通，令相互迭置的太阳能发光单元4彼此电连接，而形成无间隙连接的薄膜太阳能电池模块，不仅工序简便，而且可改善已知将多个太阳能电池单元1a、1b串联成太阳能电池模块时会存在间隙的缺点。
综上所述，本发明利用多个具有可挠曲且可电导通的基板及透明电极的太阳能电池单元组合成一个无接缝连结的大面积薄膜太阳能电池模块，不仅可改善已知将多个太阳能电池单元组合成太阳能电池模块时会存在间隙的缺点，而可有效提升空间利用率，且不会影响该每一太阳能电池单的光电效率，故确实能达成本发明的目的。
应理解，在阅读了本发明的上述讲授内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
Claims (12)
1.一种薄膜太阳能电池模块，包含多个彼此连接的太阳能电池单元，该每一个太阳能电池单元包括一片可供电导通的基板、一层设置于该基板表面的光电转换层，及一个设置于该光电转换层顶面的顶电极，其特征在于：任两个相邻的太阳能电池单元，其中一个太阳能电池单元的基板的部份区域会固着迭置于另一个太阳能电池单元的顶电极的部份区域而彼此电连接，该光电转换层在接收光时产生光电流，并通过该基板及该顶电极将产生的光电流向外输出。
2.如权利要求1所述的薄膜太阳能电池模块，其特征在于：该基板具有一片可导电的板体，及一个形成于该板体其中一个表面的背电极，该光电转换层与该背电极的表面连接，且该板体于远离该光电转换层的表面的一侧具有一个第一连接区，该顶电极远离该光电转换层的表面具有一个远离该第一连接区的第二连接区，任两个相邻的太阳能电池单元是令其中一个太阳能电池单元的该第一连接区固着迭置于另一太阳能电池单元的该第二连接区上而彼此电连接。
3.如权利要求1所述的薄膜太阳能电池模块，其特征在于：该基板具有一个绝缘的板体、一个形成于该板体的穿孔、一个形成于该板体表面且可导电的背电极，及一个填覆该穿孔并与该背电极彼此电连接的连接体，该光电转换层与该背电极表面连接，该板体远离该光电转换层的表面的一侧具有一个第一连接区，且该穿孔位于该第一连接区内，该电极层远离该光电转换层的表面具有一个远离该第一连接区的第二连接区，任两相邻的太阳能电池单元彼此是借助其中一个太阳能电池单元的该第一连接区迭置于另一个太阳能电池单元的该第二连接区，并通过该连接体及该背电极而令该第二连接区与该第一连接区彼此电连接。
4.如权利要求2或3所述的薄膜太阳能电池模块，其特征在于：该顶电极具有一个与该光电转换层连接且可透光的电流扩散层，及一个形成于该电流扩散层上的电极层，该电极层具有多条彼此间隔设置并延伸至该第二连接区的导线，且这些导线的构成材料选自金、银、铜，及铁。
5.如权利要求1至3其中任一项所述的薄膜太阳能电池模块，其特征在于：该基板为可挠曲。
6.如权利要求5所述的薄膜太阳能电池模块，其特征在于：该顶电极具有一层与该光电转换层连接且可透光的电流扩散层，及一层形成于该电流扩散层上的电极层，该电极层具有多条彼此间隔设置并延伸至该第二连接区的导线，且这些导线的构成材料选自金、银、铜，及铁。
7.如权利要求1所述的薄膜太阳能电池模块，其特征在于：该顶电极选自透明导电材料构成。
8.如权利要求5所述的薄膜太阳能电池模块，其特征在于：该顶电极选自透明导电材料构成。
9.如权利要求2所述的薄膜太阳能电池模块，其特征在于：该板体选自铁、铬、镍，及其中一组合的材料构成。
10.如权利要求9所述的薄膜太阳能电池模块，其特征在于：该板体选自组成份包括重量百分比大于0且不小于60%的铁，重量百分比大于0且不小于15%的铬，及重量百分比大于0且不小于8%的镍的不锈钢所构成。
11.如权利要求1所述的薄膜太阳能电池模块，其特征在于：该光电转换层是选自铜铟硒三元系统或铜铟镓硒四元系统组成的半导体材料构成。
12.如权利要求1所述的薄膜太阳能电池模块，其特征在于：任两相邻的太阳能电池单元是以导电胶彼此固着迭置。
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