CN103700721A - 太阳能电池模组及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种太阳能电池模组及其制造方法，其中制造方法包括以下步骤。提供太阳能电池元件，其中太阳能电池元件具有受光面以及与受光面相对的非受光面；在受光面上形成第一封装膜以及盖板，其中第一封装膜位于太阳能电池元件与盖板之间；在非受光面上形成热辐射材料层以及第二封装膜或是形成具有热辐射材料的封装膜，其中在非受光面上形成热辐射材料层的方法为网版印刷；在非受光面上形成底板，其中第二封装膜或是具有热辐射材料的封装膜位于太阳能电池元件与底板之间。
Description
技术领域
本发明是有关于一种电池模组及其制造方法，且特别是关于一种太阳能电池模组及其制造方法。
背景技术
在石化能源短缺以及能源需求量与日俱增的情况下，再生能源(Renewable energy)的开发成为当今非常重要的课题之一。再生能源泛指永续且无污染的天然能源，例如太阳能、风能、水利能、潮汐能或是生质能等，其中，太阳能的利用更是近几年来在能源开发的研究上相当重要且受欢迎的一环。
太阳能电池是一种能量转换的光电元件(photovoltaic device)，其通过太阳光的照射，将光的能量转换成电能。太阳能电池的种类包括单晶硅、多晶硅、非晶硅、薄膜以及染料太阳能电池。以单晶硅太阳能电池为例，其是利用P型半导体当作基板，并且在基板中掺入五价的掺杂原子，例如是磷原子，以在P型基板中形成P-N接面。众所皆知地，P-N接面具有一个内建电位，并且可以在接面处产生空乏区。当太阳光照在此具有P-N接面的P型基板上时，光子所提供的能量会把半导体中的电子激发出来，而产生电子-空穴对。电子与空穴均会受到内建电位的影响，其中空穴会往电场的方向移动，而电子则往相反的方向移动。此时，用导线将负载(load)与太阳能电池的电极连接起来，就会有电流流过负载，这就是太阳能电池发电的原理，又称为光伏效应(photovoltaic effect)。
由于太阳能电池不会产生污染，并且也不耗费地球资源。因此，太阳能电池日益地受众人瞩目与关切，而使得众家厂商纷纷投入太阳能电池的市场。这样一来，若欲提升产品的竞争力，必须研发具有更佳发电效率的太阳能电池。
发明内容
本发明提供一种太阳能电池模组及其制造方法。
本发明提供一种太阳能电池模组，其具有良好的发电效率。
本发明提供一种太阳能电池模组的制造方法，其制作出具有良好的发电效率的太阳能电池模组。
本发明提供一种太阳能电池模组的制造方法，其包括以下步骤。提供太阳能电池元件，其中太阳能电池元件具有受光面以及与受光面相对的非受光面。在受光面上形成第一封装膜以及盖板，其中第一封装膜位于太阳能电池元件与盖板之间。在非受光面上形成热辐射材料层以及第二封装膜或是形成具有热辐射材料的封装膜，其中在非受光面上形成热辐射材料层的方法为网版印刷。在非受光面上形成底板，其中第二封装膜或是具有热辐射材料的封装膜位于太阳能电池元件与底板之间。
在本发明的一实施例中，前述的太阳能电池元件包括第一电极层、光电转换层、第二电极层以及多个金属电极，其中第一电极层与第二电极层分别位于光电转换层相对的第一表面与第二表面上，金属电极位于第二表面上且与第二电极层电性连接，热辐射材料层位于第二表面上且覆盖部分的第二电极层，并曝露出金属电极。
在本发明的一实施例中，前述的光电转换层是由P型掺杂层及N型掺杂层堆叠形成的PN接面结构；由P型掺杂层、本质层、N型掺杂层堆叠形成的PIN接面结构；或由PN接面结构以及PIN接面结构重复排列的串叠结构。
在本发明的一实施例中，前述的热辐射材料层的厚度介于20微米至50微米之间。
在本发明的一实施例中，前述的热辐射材料或热辐射材料层的材料包括碳化硅(SiC)微粒子。
本发明另提供一种由前述的制造方法制造而成的太阳能电池模组，包括：
一太阳能电池元件，包括一第一电极层、一光电转换层、一第二电极层以及多个金属电极，其中该第一电极层与该第二电极层分别位于该光电转换层相对的一第一表面与一第二表面上，该些金属电极位于该第二表面上且与该第二电极层电性连接；一第一封装膜，位于该第一表面上且覆盖该光电转换层，其中该第一电极层位于该第一封装膜与该光电转换层之间；一盖板，其中该第一封装膜位于该太阳能电池元件与该盖板之间；一热辐射材料层或是具有热辐射材料的封装膜，位于该第二表面上且覆盖部分的该第二电极层，该热辐射材料层至少曝露出该些金属电极；以及一底板，其中该热辐射材料层或是该具有热辐射材料的封装膜位于该太阳能电池元件与该底板之间。
基于上述，本发明通过在太阳能电池元件与底板之间以网版印刷的方法形成热辐射材料层，或是在太阳能电池元件与底板之间提供具有热辐射材料的封装膜，来提升太阳能电池模组的热辐射率。这样，可有效地将太阳能电池元件的热排出太阳能电池模组外，并降低高温对于太阳能电池元件发电效率的干扰，进而使太阳能电池模组具有良好的发电效率。
为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图作详细说明如下。
附图说明
图1为本发明一实施例的太阳能电池模组的制作流程图；
图2A至图2D为本发明一实施例的太阳能电池模组的制作流程剖面示意图；
图3为本发明另一实施例的太阳能电池模组的剖面示意图；
图4A为图2D中的太阳能电池模组的剖面示意图；
图4B为图4A的仰视示意图；
图5为图3中的太阳能电池模组的剖面示意图。
附图标记说明：
太阳能电池模组：100、200；
太阳能电池元件：110；
第一封装膜：120；
盖板：130；
热辐射材料层：140；
第二封装膜：150；
封装膜：150A；
底板：160；
第一电极层：10；
汇流电极：12；
光电转换层：20；
P型掺杂层：22；
N型掺杂层：24；
第二电极层：30；
金属电极：40；
厚度：D140；
空隙：G；
受光面：SA；
非受光面：SB；
第一表面：S1；
第二表面：S2；
第一方向：X；
第二方向：Y；
步骤：S100、S200、S300、S400。
具体实施方式
图1为本发明一实施例的太阳能电池模组的制作流程图。请参照图1，本实施例的太阳能电池模组的制作流程包括以下步骤。首先，提供太阳能电池元件(步骤S100)，其中太阳能电池元件具有受光面以及与受光面相对的非受光面。接着，在受光面上形成第一封装膜以及盖板(步骤S200)，其中第一封装膜位于太阳能电池元件与盖板之间。再在非受光面上形成热辐射材料层以及第二封装膜或是形成具有热辐射材料的封装膜(步骤S300)，其中在非受光面上形成热辐射材料层的方法为网版印刷。最后，在非受光面上形成底板(步骤S400)，其中第二封装膜或是具有热辐射材料的封装膜位于太阳能电池元件与底板之间。
需说明的是，本实施例的太阳能电池模组的制作流程虽以图1的实施例说明如上，然其并非用以限定本发明。在其他实施例中，步骤S200、S300的顺序可对调。又或者，在另一实施例中，完成步骤S100后，可先进行步骤S300、S400再进行步骤S200。
以下将举一实施例说明太阳能电池模组的制作流程。图2A至图2D为本发明一实施例的太阳能电池模组的制作流程剖面示意图。请参照图2A，首先，提供太阳能电池元件110。太阳能电池元件110可以是硅质太阳能电池、化合物半导体太阳能电池、染料太阳能电池或薄膜太阳能电池，其中硅质太阳能电池可包括单晶硅、多晶硅以及非晶硅太阳能电池。此外，太阳能电池元件110具有受光面SA以及非受光面SB。所述“受光面”SA是指太阳能电池元件110中的面向太阳的表面，而非受光面SB为太阳能电池元件110中相对在受光面SA的表面。
请参照图2B，在受光面SA上形成第一封装膜120以及盖板130，其中第一封装膜120位于太阳能电池元件110与盖板130之间。第一封装膜120的材料可以是乙烯醋酸乙烯酯(Ethylene Vinyl Acetate，EVA)、聚乙烯醇缩丁醛(Poly Vinyl Butyral，PVB)、聚烯烃(Polyolefin)、聚氨酯(Polyurethane)、硅氧烷(Silicone)或透明高分子绝缘接着胶材。盖板130可提升太阳能电池模组的可靠度，其中盖板130可以是具有高透光率的基板。高透光率的基板例如为低铁玻璃基板。
请参照图2C，在非受光面SB上形成热辐射材料层140以及第二封装膜150。在本实施例中，热辐射材料层140位于太阳能电池元件110与第二封装膜150之间。第二封装膜150的材料可以与第一封装膜120的材料相同。简言之，第二封装膜150的材料可以是乙烯醋酸乙烯酯、聚乙烯醇缩丁醛、聚烯烃、聚氨酯、硅氧烷或透明高分子绝缘接着胶材。第一封装膜120与第二封装膜150可将太阳能电池元件110以及热辐射材料层140密封在盖板130与底板(示出于图2D)之间，进而降低外在环境对太阳能电池元件110以及热辐射材料层140的干扰。
热辐射材料层140例如是通过网版印刷的方法形成在非受光面SB上。换言之，热辐射材料层140可通过现有制作太阳能电池元件110的机台制作而成，而无需额外地购置、增设其他机台。
相较于以粘贴的方式形成热辐射材料层，本实施例是通过网版印刷的方法将热辐射材料层140形成在非受光面SB上。这样，本实施例的热辐射材料层140除了较不易受到气泡或异物的渗入而影响太阳能电池模组的良率外，热辐射材料层140与太阳能电池元件110之间的密着性还可被提升，因而降低热辐射材料层140从太阳能电池元件110剥离的机率。换言之，本实施例通过网版印刷的方法将热辐射材料层140形成在非受光面SB上可进一步提升太阳能电池模组的良率。
另外，相较于以粘贴的方式形成热辐射材料层，本实施例通过网版印刷的方法形成的热辐射材料层140在图案调变上还可具有相对高的裕度。具体而言，本实施例的热辐射材料层140可以不用全面性覆盖在太阳能电池元件110的非受光面SB上，而可视实际需求调变热辐射材料层140的图案(即调变网板欲形成热辐射材料层140所预留的图案)。这样，还可减少热辐射材料层140所需的材料用量。
在现有未设置热辐射材料层的技术中，太阳能电池元件是通过封装膜将热通过传导的方式导出太阳能电池模组外。而在封装膜的热传导率以及热辐射率皆不佳的情况下，太阳能电池元件将无法有效地散热。由于太阳能电池元件的发电效率会随着温度的增加而降低，因此在现有的太阳能电池元件无法有效地散热下，无法有效地提升太阳能电池模组的发电效率。
在本实施例中，热辐射材料层140的热辐射率大于0.8。此外，热辐射材料层140的材料包括碳化硅微粒子，其中碳化硅微粒子的尺寸约为纳米等级，但本发明不用以限定碳化硅微粒子的尺寸。另外，本实施例的热辐射材料层140还包括树脂(Resin)，其中碳化硅微粒子散布在树脂中。此技术领域中具有通常知识者当可依据实际需求来调变碳化硅微粒子与树脂的混合比例，在此便不再赘述。
值得一提的是，所述热辐射材料层140除了具有高热辐射率之外，其也具有良好的热传导率。因此，本实施例利用热辐射材料层140的设置(例如是位于太阳能电池元件110与第二封装膜150之间)，可将太阳能电池元件110的热通过辐射以及传导的方式导出太阳能电池模组外。这样，太阳能电池元件110便可有效地散热，并具有良好的发电效率。经实际测试，相较于现有未设置热辐射材料层的技术，本实施例可有效地降低太阳能电池元件110的温度约摄氏10度，并提升发电效率3％～4％。
需说明的是，太阳能电池元件110的放热量与热辐射材料层140的热辐射率以及热传导率相关。具体而言，热辐射率与热辐射材料层的材料本身特性相关，而热传导率与热辐射材料层140的厚度D140呈反比。换言之，热传导率会随着热辐射材料层140的厚度D140的增加而降低。在本实施例中，热辐射材料层140的厚度例如是介于20微米至50微米之间。
此外，太阳能电池元件110的放热量还与热辐射材料层140配置的位置相关。具体而言，越接近太阳能电池元件110的温度越高。一般而言，封装膜(例如是第二封装膜150)的热辐射率会低于热辐射材料层140的热辐射率，因此热辐射材料层140较佳是设置在第二封装膜150与太阳能电池元件110之间，以达到较佳的散热效果，然而，本发明不限于此。在其他实施例中，热辐射材料层140也可位于第二封装膜150远离太阳能电池元件110的一侧，意即，第二封装膜150位于太阳能电池元件110与热辐射材料层140之间。
请参照图2D，在第二封装膜150上形成底板160，其中第二封装膜150位于太阳能电池元件110与底板160之间。在本实施例中，第二封装膜150位于热辐射材料层140与底板160之间。底板160的材料可包括玻璃或聚碳酸酯(Polycarbonate，PC)。进一步而言，底板160可以与盖板130同为低铁玻璃基板或是为强化玻璃基板。在形成底板160之后，本实施例的太阳能电池模组100即初步完成。
需说明的是，上述实施方式仅用以举例说明，而本发明并不限于此。任何所属技术领域中具有通常知识者皆可视实际需求对太阳能电池模组100进行改良。以下将以图3说明本发明的太阳能电池模组的另一实施方式。
图3为本发明另一实施例的太阳能电池模组的剖面示意图。请参照图3，本实施例的太阳能电池模组200与图2D的太阳能电池模组100具有相似的结构。两者主要差异处在于，本实施例的太阳能电池元件110与底板160之间是配置具有热辐射材料的封装膜150A，其中制备封装膜150A的方法例如是通过将热辐射材料(包括碳化硅微粒子)添加进前述的第二封装膜150(示出于图2D)的材料中，并通过例如是搅拌的方式使碳化硅微粒子均匀地散布在第二封装膜150的材料中。
在本实施例中，通过具有热辐射材料的封装膜150A的设置，太阳能电池元件110也可有效地散热。简言之，太阳能电池模组200也可通过辐射以及传导的方式将太阳能电池元件110的热导出太阳能电池模组200外。这样，太阳能电池元件110便可有效地散热，进而使太阳能电池模组200具有良好的发电效率。
以下将以图4A及图4B对前述的太阳能电池模组100及太阳能电池元件110做进一步的说明。图4A为图2D中的太阳能电池模组100的剖面示意图。图4B为图4A的仰视示意图，其中为便于说明，图4B省略示出图4A中的底板160。
请参照图4A，太阳能电池模组100的太阳能电池元件110包括第一电极层10、光电转换层20、第二电极层30以及多个金属电极40。
第一电极层10与第二电极层30分别位于光电转换层20相对的第一表面S1与第二表面S2上。在本实施例中，光电转换层20例如是由P型掺杂层22及N型掺杂层24堆叠形成的PN接面结构，但本发明不限于此。在其他未示出的实施例中，光电转换层也可以是由P型掺杂层、本质层、N型掺杂层堆叠形成的PIN接面结构，又或者，光电转换层可以是由PN接面结构以及PIN接面结构重复排列的串叠结构。
此外，光电转换层20的表面可以设计为织化(textured)表面，以提高太阳光的吸收，如图4A中的锯齿状表面所示，但本发明并不限定光电转换层20的表面需为织化表面。
形成第一电极层10、第二电极层30以及金属电极40的方法可以是网版印刷，而第一电极层10、第二电极层30以及金属电极40的材质可以是铝导电胶、铝胶或银-铝胶，但本发明不用以限定形成第一电极层10、第二电极层30以及金属电极40的形成方法或是第一电极层10、第二电极层30以及金属电极40的材质。举例而言，在其他实施例中，第一电极层10以及第二电极层30的材质也可为透明导电材质，其中透明导电材质例如为金属氧化物。
另外，第一电极层10邻近设置在前述受光面SA(参照图3)的一侧。一般而言，为减少第一电极层10屏蔽入射光的比例，第一电极层10通常是设计成具有特殊图案的结构，其包括横贯光电转换层20的汇流电极12(busbar)以及由汇流电极12延伸出多条很细的指状(finger)电极(未示出)。进一步而言，汇流电极12沿第一方向X延伸且沿第二方向Y排列，而指状电极沿第二方向Y延伸且沿第一方向X排列。一般而言，汇流电极12与指状电极垂直设置，意即，第一方向X垂直于第二方向Y，但本发明不用以限定第一方向X与第二方向Y所夹的角度以及第一电极层10的图案。在其他实施例中，第一电极层10的图案也可以是格子状、条纹状或其他适于收集载子的图案。
第二电极层30邻近设置在前述非受光面SB(参照图3)的一侧。第二电极层30例如为一般所谓的后表面电场(Back Surface Field，BSF)金属层，用以增加载子的收集以及回收未被吸收的光子。此外，金属电极40位于第二表面S2上且与第二电极层30电性连接，以汇集第二电极层30所收集的电流。
热辐射材料层140位于第二表面S2上且覆盖部分的第二电极层30。此外，热辐射材料层140至少曝露出金属电极40。
请参照图4A及4B，本实施例可在网版印刷时，在金属电极40与欲形成的热辐射材料层140之间预留一空隙G。这样一来，在后续进行焊接制程以串联多个太阳能电池时，可降低破片的问题，并提升太阳能电池模组100的良率。此外，通过空隙G的设置，可提供制作热辐射材料层140的网板(未示出)与金属电极40对位时的裕度。这样，在对位上若稍有偏差，也不易影响太阳能电池模组100的良率。值得一提的是，由于热辐射材料层140的图案可通过网版上预留的图案来调变，因此当金属电极40的图案改变时，通过改变网版上预留的图案，即可调变热辐射材料层140的图案。也就是说，本实施例的太阳能电池模组100的热辐射材料层140在图案调变上具有相对高的裕度。
以下将针对前述的第一封装膜120、盖板130、第二封装膜150以及底板160与太阳能电池元件110以及热辐射材料层140之间的配置进行说明。
请再次参照图4A，第一封装膜120位于第一表面S1上且覆盖光电转换层20，其中第一电极层10位于第一封装膜120与光电转换层20之间。盖板130位于第一封装膜120上，且第一封装膜120位于太阳能电池元件110与盖板130之间。第二封装膜150覆盖热辐射材料层140以及第二电极层30，且第二封装膜150位于热辐射材料层140与底板160之间。底板160位于第二封装膜150上，且热辐射材料层140位于太阳能电池元件110与底板160之间。
另外，图5为图3中的太阳能电池模组的剖面示意图。请参照图5，本实施例的太阳能电池模组200与图4A的太阳能电池模组100具有相似的结构。两者主要差异在于，本实施例的太阳能电池模组200将图4A的热辐射材料层140以及第二封装膜150整合成一单层的具有热辐射材料的封装膜150A。此外，封装膜150A是全面地覆盖在第二电极层30以及金属电极40上。在此种元件架构下，太阳能电池模组200也可通过辐射以及传导的方式将太阳能电池元件110的热导出太阳能电池模组200外。这样，太阳能电池元件110可有效地散热，进而使太阳能电池模组200具有良好的发电效率。
综上所述，本发明在太阳能电池元件与底板之间形成热辐射材料层或是具有热辐射材料的封装膜，来提升太阳能电池模组的热辐射率，以有效地将太阳能电池元件的热排出太阳能电池模组外。这样，可降低高温对于太阳能电池元件发电效率的干扰，进而使太阳能电池模组具有良好的发电效率。此外，通过热辐射材料层形成在金属电极以外的位置，在后续进行焊接制程以串联多个太阳能电池时，可降低破片的问题，并进一步提升太阳能电池模组的良率。另外，通过网版印刷的方式在太阳能电池元件上形成热辐射材料层，除了制程上相对简易之外，还可提升热辐射材料层与太阳能电池元件之间的密着性，并降低热辐射材料层从太阳能电池元件剥离的机率。再者，由于热辐射材料层可通过网版的预留图案的改变来调变其图案，因此当金属电极的图案变动时，热辐射材料层在图案调变上相对简易，且在图案调变上具有相对高的裕度。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (10)
1.一种太阳能电池模组的制造方法，其特征在于，包括：
提供一太阳能电池元件，该太阳能电池元件具有一受光面以及与该受光面相对的一非受光面；
在该受光面上形成一第一封装膜以及一盖板，其中该第一封装膜位于该太阳能电池元件与该盖板之间；
在该非受光面上形成一热辐射材料层以及一第二封装膜或是形成一具有热辐射材料的封装膜，其中在该非受光面上形成该热辐射材料层的方法为网版印刷；以及
在该非受光面上形成一底板，其中该第二封装膜或是该具有热辐射材料的封装膜位于该太阳能电池元件与该底板之间。
2.根据权利要求1所述的太阳能电池模组的制造方法，其特征在于，该太阳能电池元件包括一第一电极层、一光电转换层、一第二电极层以及多个金属电极，其中该第一电极层与该第二电极层分别位于该光电转换层相对的第一表面与第二表面上，该些金属电极位于该第二表面上且与该第二电极层电性连接，该热辐射材料层位于该第二表面上且覆盖部分的该第二电极层，并曝露出该些金属电极。
3.根据权利要求2所述的太阳能电池模组的制造方法，其特征在于，该光电转换层是由P型掺杂层及N型掺杂层堆叠形成的PN接面结构；由P型掺杂层、本质层、N型掺杂层堆叠形成的PIN接面结构；或由PN接面结构以及PIN接面结构重复排列的串叠结构。
4.根据权利要求1所述的太阳能电池模组的制造方法，其特征在于，该热辐射材料层的厚度介于20微米至50微米之间。
5.根据权利要求1所述的太阳能电池模组的制造方法，其特征在于，该热辐射材料或该热辐射材料层的材料包括碳化硅微粒子。
6.一种太阳能电池模组，其特征在于，包括：
一太阳能电池元件，包括一第一电极层、一光电转换层、一第二电极层以及多个金属电极，其中该第一电极层与该第二电极层分别位于该光电转换层相对的一第一表面与一第二表面上，该些金属电极位于该第二表面上且与该第二电极层电性连接；
一第一封装膜，位于该第一表面上且覆盖该光电转换层，其中该第一电极层位于该第一封装膜与该光电转换层之间；
一盖板，其中该第一封装膜位于该太阳能电池元件与该盖板之间；
一热辐射材料层或是具有热辐射材料的封装膜，位于该第二表面上且覆盖部分的该第二电极层，该热辐射材料层至少曝露出该些金属电极；以及
一底板，其中该热辐射材料层或是该具有热辐射材料的封装膜位于该太阳能电池元件与该底板之间。
7.根据权利要求6所述的太阳能电池模组，其特征在于，还包括：
一第二封装膜，位于该热辐射材料层与该底板之间。
8.根据权利要求6所述的太阳能电池模组，其特征在于，该光电转换层是由P型掺杂层及N型掺杂层堆叠形成的PN接面结构；由P型掺杂层、本质层、N型掺杂层堆叠形成的PIN接面结构；或由PN接面结构以及PIN接面结构重复排列的串叠结构。
9.根据权利要求6所述的太阳能电池模组，其特征在于，该热辐射材料层的厚度介于20微米至50微米之间。
10.根据权利要求6所述的太阳能电池模组，其特征在于，该热辐射材料或该热辐射材料层的材料包括碳化硅微粒子。
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