CN103370794A

CN103370794A - 光伏组件

Info

Publication number: CN103370794A
Application number: CN2012800071097A
Authority: CN
Inventors: R.席林
Original assignee: Azur Space Solar Power GmbH
Current assignee: Azur Space Solar Power GmbH
Priority date: 2011-01-31
Filing date: 2012-01-27
Publication date: 2013-10-23
Also published as: WO2012104208A3; DE102011000418A1; EP2671257A2; WO2012104208A2; US20140166072A1

Abstract

本发明涉及一种光伏组件（10），包括由硅制成的载体衬底（12），具有第一和第二太阳能电池接触部（28,30）的太阳能电池（26），尤其是聚光太阳能电池，其与在载体衬底（12）的上侧（38）上的第一太阳能电池接触部（28）连接，用于形成具有第一保护二极管接触部（16）和第二保护二极管接触部（20）的保护二极管（14）的、集成在载体衬底（12）中的pn结（46），所述第一保护二极管接触部和第二保护二极管接触部与太阳能电池（26）反并联接线。为了能够尽可能大面积地构造保护二极管的接触部并且实现太阳能电池的简单的接触，规定第一和第二保护二极管接触部（16,20）分别构成载体衬底（12）的上侧（38）的第一和第二表面区域（18,22）。

Description

光伏组件

技术领域

本发明涉及一种光伏组件，包括由硅制成的载体衬底，具有第一和第二太阳能电池接触部的太阳能电池，尤其是聚光太阳能电池，其与在载体衬底的上侧上的第一太阳能电池接触部连接，用于形成具有第一保护二极管接触部和第二保护二极管接触部的保护二极管的、集成在所述载体衬底中的pn结，所述第一保护二极管接触部和第二保护二极管接触部与太阳能电池反并联接线，其中第一和第二保护二极管接触部分别构成载体衬底的上侧的第一和第二表面区域。

背景技术

由DE-A-10 2008 055 475已知的光伏组件包括相互接线的太阳能电池，这些太阳能电池从由硅制成的载体衬底出发，使得太阳能电池中的每一个均至少逐段地由至少框架式地包围太阳能电池的载体衬底接纳并且太阳能电池在载体衬底上方或在未由载体衬底覆盖的区域中被接线。此外规定，在载体衬底中为了构成与太阳能电池反并联连接的保护二极管而构造pn结。保护二极管一方面与第一太阳能电池接触部（背侧接触部）连接，另一方面经由贯通接触部与第二太阳能电池接触部（前侧接触部）连接。关于实施pn结和保护二极管的其他说明不能从DE-A-10 2008 055 475中得出。

开头所述类型的光伏组件可以从DE-T-689 23 061中得出。太阳能电池直接位于衬底上，使得良好的散热是不可能的。

在根据US-B-7,592,536的光伏组件情况下，旁路二极管布置在电路板上，这些旁路二极管从冷却体出发。

重量轻的太阳能电池模块在DE-A-101 21 895中予以描述。在此，多个太阳能电池布置在一个衬底上。

具有在前侧存在的集成保护二极管的太阳能电池由DE-A-100 56 214已知。

DE-A-10 2008 055 475描述了彼此接线的聚光太阳能电池的布置，这些聚光太阳能电池从接纳部（Aufnahme）出发，其中太阳能电池经由所述接纳部接线。

DE-A-10 2010 027 747的主题是具有背侧接触式太阳能电池的光伏模块。

在根据DE-A-10 2004 044 061的太阳能电池装置情况下，太阳能电池与分立的保护二极管连接，所述分立的保护二极管除了前接触部和背接触部之外还具有与前接触部相间隔的并且经由pn结电连接的第三接触部。

以集成薄层技术的太阳能电池模块在EP-B-0 933 818中予以描述。

在根据US-A-2004/0089339的太阳能电池的背侧上布置保护二极管。

在前侧串联接线的太阳能电池由US-A-2010/0089435已知。

发明内容

本发明所基于的任务是，如此改进开头所述类型的光伏组件，使得为了构成散热器尽可能大面积地构造保护二极管的接触部并且能够实现太阳能电池的简单接触。用于聚光太阳能电池的应用也尤其是应该是可能的。

根据本发明，该任务基本上通过以下方式来解决，即载体衬底的上侧配备有绝缘层，其中在第一表面区域中构造用于第一保护二极管接触部的第一接触窗并且在第二表面区域中构造用于第二保护二极管接触部的第二接触窗，第一表面区域具有与第一接触窗导电连接的第一金属化部并且第二表面区域具有与第二接触窗连接的第二金属化部，第一和第二金属化部被构造为第一和第二金属化面，并且太阳能电池以第一太阳能电池接触部平面地放置在第一金属化面上并且第二太阳能电池接触部经由连接器与第二金属化面连接。

基于根据本发明的教导，太阳能电池整面地或基本上整面地放置在构成散热器的金属化部上，所述金属化部本身与保护二极管的接触部之一导电连接。从而，太阳能电池以其第一太阳能电池接触部（例如背侧接触部）在第一表面区域上伸展，而第二太阳能电池接触部（例如前侧接触部）可以与第二表面区域、即第二保护二极管接触部连接。

为了对于第一和第二太阳能电池接触部获得尽可能大的接触面，本发明规定，载体衬底的上侧配备有绝缘层，例如氧化硅，其中在第一表面区域中构造用于第一保护二极管接触部的第一接触窗并且在第二表面区域中构造用于第二保护二极管接触部的第二接触窗。

为了进一步改善接触和散热，规定，第一表面区域具有与第一接触窗导电连接的第一金属化部并且第二表面区域具有与第二接触窗连接的第二金属化部。

在此，第一和第二金属化部被构造为优选地处于一个层面中的第一和第二金属化面，其中太阳能电池以其第一太阳能电池接触部整面地放置在第一金属化面上并且经由连接器与第二金属化面连接。

第一金属化面的接纳太阳能电池的区域可以优选地至少局部地由第二金属化面包围，其中优选地，pn结在载体衬底中被构造为U形的并且包括基本上与第一太阳能电池接触部的接触面对应的面。

基于将一方面太阳能电池接触部和另一方面保护二极管接触部大面积地构造为载体衬底的表面区域，保证载体衬底和尤其是金属化面同时也是用于保护二极管和太阳能电池的散热器。

在另一优选实施方式中，载体衬底的背侧可以具有背侧金属化部，以便例如能够实现至另外的载体的焊接连接。

优选地，太阳能电池被构造为聚光太阳能电池，其中该太阳能电池可以用二次光学透镜覆盖。

要强调的和发明固有的特征通过以下来表征：作为第一表面区域的n导电区或p导电区形式的第一保护二极管接触部扩散或植入到尤其是由硅制成的p导电或n导电载体衬底的构成第二表面区域的上侧中并且具有U形伸展。

在此尤其是规定，具有U形伸展的区、也即例如n导电区当衬底是p导电的时包围太阳能电池，其中衬底的棱边沿着对应区的横柱延伸并且相邻的棱边至少逐段地、优选完全地沿着对应区的侧柱延伸。

然后，n导电区与第一金属化面导电连接，在所述第一金属化面上布置太阳能电池。从而通过简单的方式可以在同时构成散热器情况下将保护二极管与太阳能电池接线。

在另一要强调的构型中规定，太阳能电池由光学元件覆盖，尤其是与其粘接。

另外，载体衬底的前侧和至少局部地其周边侧可以由覆盖物覆盖，所述覆盖物至少在太阳能电池上方露出，使得太阳能电池可以被施加辐射。

此外，该覆盖物应该在第一和第二金属化部上方分别具有如窗的空隙，以便能够实现太阳能电池的接线。衬底的背侧应该与此相对地是无覆盖物的，以便能够向下向散热器散热。

换句话说，光伏组件可以与例如透镜、玻璃体、盖玻片的光学元件粘接。该光学元件用作用于太阳能电池的光收集器或入射窗。通过注塑或模制，光伏组件此外可以被适当的外壳物质、尤其是由耐热塑料组成的外壳物质包围，所述耐热塑料在太阳能电池的区域中被露出并且尤其是在存在光学元件的情况下被所述光学元件穿过。另外，在金属化部的区域中设置开口，其中优选地在每个金属化部的区域中分别嵌入开口，例如接触窗。这些开口用于组件的电接线。

特别优选地规定，第一和第二金属化部在载体衬底的俯视图中经由绝缘层的条状伸展的片段分开，该片段由包围衬底的中间区域并且平行于或大致平行于U形伸展的n导电区或p导电区延伸的具有横柱和侧柱的中间片段以及从侧柱的自由端部开始并且平行于该横柱伸展的外部片段组成，并且太阳能电池由该中间片段包围。

另外，本发明规定，至少从第二太阳能电池接触部的相对侧分别发出一个连接器、优选地分别发出两个连接器，所述一个或两个连接器在绝缘体的条状片段的侧柱之一上延伸。

附图说明

本发明的其他细节、优点和特征不仅由权利要求书、从所述权利要求书要得出的特征（单独地和/或组合地）、而且由从附图中要得出的优选实施例的以下描述得出。

其中：

图1示出具有集成保护二极管和表面侧的第一和第二保护二极管接触部的载体衬底的俯视图，

图2a示出具有带有集成保护二极管和被接触的太阳能电池的光伏组件的俯视图，

图2b示出具有集成保护二极管和被接触的太阳能电池的载体衬底的侧视图，

图3a示出具有绝缘层和接触窗的载体衬底的俯视图，

图3b示出以沿着线A-B的剖面图示出具有金属化部、绝缘层和所装入的保护二极管的载体衬底的侧视图，

图4a示出根据图2a的具有部分覆盖物的光伏组件的俯视图，和

图4b示出图4a中的沿着线A-B的截面。

具体实施方式

图1以及图2a）和2b）以示意图示出光伏组件10，包括优选地由p导电硅组成的载体衬底12；具有第一和第二太阳能电池接触部28、30的太阳能电池26、尤其是聚光太阳能电池，其以第一太阳能电池接触部28在载体衬底12的上侧伸展；以及集成在载体衬底12中的用于形成具有第一保护二极管接触部16和第二保护二极管接触部20的保护二极管14的pn结，所述保护二极管与太阳能电池26反并联接线。

第一和第二保护二极管接触部16，20分别构成载体衬底12的上侧38的第一和第二表面区域18、22。

图2a示出光伏组件10的俯视图，其中太阳能电池26以第一太阳能电池接触部28（背侧接触部）放置在第一表面区域18上并且与该第一表面区域导电连接。第二太阳能电池接触部30（前侧接触部）经由电连接器32、34与第二表面区域22或者第二保护二极管接触部20连接，例如焊接。

图3a）示出示意性俯视图并且图3b）示出沿着载体衬底12的剖线A-B的示意性截面图。载体衬底12由p导电掺杂的硅36组成，其上侧38和背侧40分别具有由优选氧化硅组成的绝缘层42、44。N导电区46扩散或植入到优选p导电构造的硅衬底36的表面38中，所述n导电区与p导电衬底一起构成保护二极管14的pn结。

图3b）示出，硅衬底36总地p导电地构造，而n导电区46扩散或植入到上侧38中。

第一和第二保护二极管接触部16、20分别被构造为硅衬底36的绝缘层42中的第一和第二接触窗48、50，其中第一保护二极管接触部16被构造为n导电接触部并且第二保护二极管接触部20被构造为p导电接触部。

为了实现与太阳能电池26的第一和第二接触部28、30的尽可能大面积的接触，规定，第一和第二表面区域18、22分别具有与第一或第二接触窗48、50导电连接的金属化部52、54。

金属化部52、54构成一方面用于第一太阳能电池接触部28和另一方面用于第二太阳能接触部30或连接器32、34的接触面。

另外，在硅衬底36的背侧40上可以设置背侧金属化部56，以便能够实现载体衬底12与另一载体（未示出）的焊接连接。

保护二极管14以相反的极性与太阳能电池26并联地接线。

为了实现对于第一太阳能电池接触部28（下侧接触部）的尽可能大面积的支承，规定，pn结46构造为U形的，其包括侧柱58、62和横柱60，它们基本上在边缘侧限定太阳能电池26，并且将第一和第二表面区域18、22或金属化部52、54分开的绝缘层24框住太阳能电池26的轮廓。

因此看出，第一和第二金属化部52、54平面地在沿着上侧38伸展的绝缘层42上延伸，其中与衬底36的周边边缘之间存在间隔，如尤其是图3a和3b示出的。

与分别具有U形状的彼此套入的接触窗48、50相接触的平面金属化部52、54一方面具有U形状（p导电接触部20的金属化部54）或者T形状（n导电接触部16的金属化部52），其中U形状和T形状彼此补充，也即T形状的中间柱延伸到被U形状的这些柱包围的区域内。金属化部52、54通过绝缘层42的条状片段43分开，例如根据图3a的俯视图示出的。在此，条状片段43具有带有横柱47和侧柱49和51的在衬底36的中间区域中伸展的中间片段45。侧向突出的端部片段53、55从侧柱49的自由端部开始伸展，所述端部片段与横柱47平行地伸展。

此后，同样具有U形状的突破部或者n导电接触部16在片段45内延伸并且保护二极管14的p导电接触部在中间片段45外延伸。

此后，由中间片段45的横柱和侧柱47，49，51包围太阳能电池26，如从图2a的绘制的图示中得出的。

另外看出，太阳能电池28布置在衬底12上的中间区域中。

本发明相对于现有技术除了保护二极管14集成在载体衬底12中的优点之外还提供以下优点：第一和第二保护二极管接触部16、20构成载体衬底12的表面区域18、22，使得可以以简单的方式安装太阳能电池26。同时，载体衬底用作散热器，保护二极管和载体或电路板。

也存在以下可能性：在大的半导体板上制造多个光伏组件10，以便提高使用。

二次光学装置可以被安装到太阳能电池26上。

本发明教导的对应的构型原则上应该根据图4a和4b来加以阐述。因此在图4a、4b中示出了光伏组件70，其根据图1至3b的实施例由具有未标出的保护二极管和保护二极管接触部的硅衬底12组成。在中间区域中（如在图1至3b的实施例情况下），布置太阳能电池26，其中背侧接触部平面地在金属化面52上延伸，所述金属化面52覆盖衬底的表面区域18。就此而言参考先前进行的阐述。也从图4a的俯视图中看出，太阳能电池26经由连接器32、34与平面金属化区域54连接，其中金属化区域52、54通过绝缘层42的条状片段43相互电绝缘。

与图1至3b的实施例不同，光伏组件70由覆盖物72包围，所述覆盖物沿着衬底12的上侧和至少局部地沿着衬底12的周边侧延伸。该覆盖物可以通过注塑或模制耐热塑料来制造。在太阳能电池26的区域中，覆盖物72被露出，以便将例如透镜、玻璃体或盖玻片的光学元件放置到太阳能电池26的上侧上并且与该上侧优选地粘接。

另外，在金属化部52、54的区域中有突破部，例如窗74，76，以便能够实现太阳能电池26的接线。经由局部地使金属化面54暴露的窗74，可以与太阳能电池26的n侧接触部构成导电连接，并且经由局部地使金属化面52暴露的窗76可以与太阳能电池26的p侧接触部构成导电连接。

沿着硅载体36的下侧78，同样存在覆盖物72，以便能够实现散热。

Claims

1.光伏组件（10，70），包括

-由硅制成的载体衬底（12），

-具有第一和第二太阳能电池接触部（28,30）的太阳能电池（26），尤其是聚光太阳能电池，其与在载体衬底（12）的上侧（38）上的第一太阳能电池接触部（28）连接，

-用于形成具有第一保护二极管接触部（16）和第二保护二极管接触部（20）的保护二极管（14）的、集成在载体衬底（12）中的pn结（46），所述第一保护二极管接触部和第二保护二极管接触部与太阳能电池（26）反并联接线，其中

第一和第二保护二极管接触部（16,20）分别构成载体衬底（12）的上侧（38）的第一和第二表面区域（18,22），

其特征在于，

载体衬底（12）的上侧（38）配备有绝缘层（42），其中在第一表面区域（18）中构造用于第一保护二极管接触部（16）的第一接触窗（50）并且在第二表面区域（22）中构造用于第二保护二极管接触部（20）的第二接触窗（48），

第一表面区域（18）具有与第一接触窗（50）导电连接的第一金属化部（52）并且第二表面区域（22）具有与第二接触窗（48）连接的第二金属化部（54），

第一和第二金属化部被构造为第一和第二金属化面，并且太阳能电池（26）利用第一太阳能电池接触部（28）平面地放置在第一金属化面上并且第二太阳能电池接触部（30）经由连接器（34，32）与第二金属化面连接。

2.根据权利要求1所述的光伏组件，其特征在于，金属化面（52，54）在一个层面中伸展。

3.根据权利要求1或2所述的光伏组件，其特征在于，作为第一表面区域（18）的n导电或p导电区（46）形式的第一保护二极管接触部（16）扩散或植入到尤其是由硅制成的p导电或n导电载体衬底（12）的构成第二表面区域（22）的上侧（38）中并且具有U形伸展。

4.根据前述权利要求至少之一所述的光伏组件，其特征在于，所述n导电或p导电区（46）限定与第一太阳能电池接触部（28）的一个或基本上一个接触面对应的面。

5.根据前述权利要求至少之一所述的光伏组件，其特征在于，所述太阳能电池（26）覆盖第一金属化面（52）的在第二金属化面（54）内延伸的区域。

6.根据前述权利要求至少之一所述的光伏组件，其特征在于，所述载体衬底（12）具有例如氧化硅层的背侧绝缘层（44）和/或背侧金属化部（56）。

7.根据前述权利要求至少之一所述的光伏组件，其特征在于，所述太阳能电池（26）是CPV聚光太阳能电池。

8.根据前述权利要求至少之一所述的光伏组件，其特征在于，一个金属化部或多个金属化部（52，54，56）构成用于至少所述太阳能电池（26）、尤其是用于所述保护二极管（14）和所述太阳能电池的散热器。

9.根据前述权利要求至少之一所述的光伏组件，其特征在于，所述太阳能电池（26）由光学元件（80）覆盖，尤其是与该光学元件粘接。

10.根据前述权利要求至少之一所述的光伏组件，其特征在于，所述载体衬底（12，36）的前侧和至少局部地该载体衬底的周边侧由覆盖物（72）覆盖，所述覆盖物至少在所述太阳能电池（26）上方露出。

11.根据前述权利要求至少之一所述的光伏组件，其特征在于，所述覆盖物（72）在第一和第二金属化部（52，54）上方分别具有空隙（74，76）。

12.根据前述权利要求至少之一所述的光伏组件，其特征在于，衬底（12，36）的背侧（74）是无覆盖物的。

13.根据前述权利要求至少之一所述的光伏组件，其特征在于，第一和第二金属化部（52，54）在所述载体衬底（12，36）的俯视图中经由绝缘层（42）的条状伸展的绝缘片段（43）分开，该绝缘片段由包围衬底的中间区域并且平行于或大致平行于U形伸展的n导电或p导电区（46）延伸的具有横柱和侧柱（48，49，51）的中间片段以及从侧柱的自由端部开始并且平行于该横柱伸展的外部片段（53，55）组成，其中所述太阳能电池由该中间片段包围或者在该中间片段之内伸展。

14.根据前述权利要求至少之一所述的光伏组件，其特征在于，至少从第二太阳能电池接触部（30）的两个相对侧分别发出连接器（32，34），所述连接器在绝缘层（42）的条状片段（43）的侧柱之一上延伸。