CN104521008B - 太阳能电池单元 - Google Patents

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Abstract

一种具有构造为太阳能电池的半导体本体(20)并且具有载体(30)的太阳能电池单元(10)，其中所述半导体本体具有正侧和背侧以及构造在正侧与背侧之间的侧面，所述正侧具有第一电连接部，所述背侧具有第二电连接部，所述载体具有上侧和下侧，其中所述载体在上侧上具有构造为所述载体的一部分的第一印制导线区域并且所述第一电连接与所述第一印制导线区域电连接，并且所述载体在所述上侧上具有构造为所述载体的一部分的第二印制导线区域并且所述第二电连接部与所述第二印制导线区域电连接。二次光学元件(22)具有下侧并且将光引导到所述半导体本体的正侧上。所述光学元件在整个下侧上具有平的表面。所述平的表面的一部分设置在所述半导体本体的上侧上方并且所述光学元件的下侧的一部分具有与所述下侧材料锁合连接的第一增附剂层(25)。至少在增附剂层和半导体本体的正侧之间构造聚合物粘合剂层(60)。

Description

太阳能电池单元
技术领域
本发明涉及一种太阳能电池单元。
背景技术
由EP 2 073 279A1已知一种太阳能电池模块，在所述太阳能电池模块中构造为太阳能电池的半导体本体设置在载体上。为了保护半导体本体并且尤其保护其侧面不受导致电参数劣化的周围环境影响，围绕半导体本体在四个侧上设置框并且借助透明的盖封闭所述框。随后，剩余的中间区域以透明的浇注材料填充并且施加光学元件。
由EP 1 953 825A2已知另一种太阳能电池单元。在此，在载体上设置构造为太阳能电池的半导体本体。随后，为了保护半导体本体在多级工艺中将密封薄膜和由多个部件组成的壳体设置在载体上，所述壳体也包括光学元件。
由DE 10 2009 006 286A1已知一种太阳能电池单元，其在载体上具有多个单个太阳能电池。此外，在太阳能电池上方设置有光学元件，所述光学元件也称作二次光学元件“SOE”。所述光学元件将通过菲涅尔透镜聚焦的太阳光引导到太阳能电池的表面上。借助所述聚焦布置，能够以一些小的太阳能电池构造大面积的太阳能电池单元，这些小的太阳能电池具有至40％及以上的效率。
在此背景下，本发明的任务在于说明一种进一步扩展背景技术的装置。
发明内容
所述任务通过根据本发明的太阳能电池单元来解决。
根据本发明的主题公开一种具有构造为太阳能电池的半导体本体、具有载体并且具有二次光学元件的太阳能电池单元，其中所述半导体本体具有正侧和背侧以及构造在正侧与背侧之间的侧面，所述正侧具有第一电连接部，所述背侧具有第二电连接部，所述载体具有上侧和下侧，其中载体在上侧上具有构造为载体的一部分的第一印制导线区域并且所述第一电连接部与所述第一印制导线区域电连接，并且载体在上侧上具有构造为载体的一部分的第二印制导线区域并且所述第二电连接部与所述第二印制导线区域电连接，所述二次光学元件具有下侧并且将光引导到半导体本体的正侧上，光学元件在整个下侧上具有平的表面并且所述平的表面的一部分设置在半导体本体的正侧上方，而光学元件的下侧的一部分具有与下侧材料锁合连接的第一增附剂层(Haftvermittlerschicht)，其中聚合物粘合剂层至少构造在增附剂层和半导体本体的正侧之间。
应注意，太阳能电池优选涉及基于GaAs的III-V半导体太阳能电池并且太阳能电池特别优选构造为堆状设置的多层太阳能电池，此外借助UV光分量的利用具有30％以上的效率。此外，由于与硅太阳能电池相比更高的制造成本，所述太阳能电池单元优选用于所谓的CPV系统。在CPV系统中，以50以上的因数汇聚太阳光。在此，使借助一次光学集中器或者一次光学元件汇聚的光引导到二次光学元件上。一次元件设置在二次光学元件上方。光从二次光学元件穿过聚合物粘合剂层引导到太阳能电池的正侧上。
为了光学损失保持得小，除高的UV耐抗性以外，也必须在要充分利用的整个谱区域中特别透明地构造聚合物粘合剂层。此外，通过太阳光的高度集中在太阳能电池的正侧上达到直至120℃的高温，即聚合物粘合剂层必须特别耐温度并且耐老化地构造。可以理解，与聚合物粘合剂层相比，增附剂层具有不同的化学组分。研究显示，聚合物粘合剂层在光学元件的下侧上在中心区域中并且由此也在正侧上的构造已经建立了力锁合连接。
根据本发明的装置的优点是，二次光学元件具有平的表面并且因此能够简单并且低成本地制造。通过在二次光学元件的下侧和载体的上侧或者太阳能电池的正侧之间构造优选包括硅化合物的聚合物粘合剂层，能够在没有其他连接装置的情况下通过简单且低成本的方式建立力锁合连接。可以理解，在太阳能电池的正侧和二次光学元件的下侧之间构造聚合物粘合剂层，其具有小的厚度、优选在2mm以下、特别优选在0.5mm以下。研究显示，借助薄的增附剂层的构造能够显著增加聚合物粘合剂层和二次光学元件的平的下侧之间的粘附并且因此可以提高可靠性。优选的是，透明且非常薄地实施增附剂层，厚度优选小于0.5mm、特别优选小于0.05mm。示出，聚合物粘合剂层具有密封的特性并且通过聚合物粘合剂层可靠保护载体的上侧以及半导体本体以及尤其半导体本体的侧面不受周围环境影响。其他研究显示，节省尤其环绕枕形构造的聚合物粘合剂层的外缘的附加密封层。由此，能够进一步减少用于制造太阳能电池单元的生产步骤数。聚合物粘合剂层在平的表面下方的枕形构造的优点是，对于聚合物粘合剂层的横向延展没有限界。由此能够毫无问题地实现不仅垂直于载体的上侧的方向而且垂直于由于温度变化和/或湿度变化的方向的延展或收缩。由此，能够降低聚合物粘合剂层和载体之间的脱层的可能性。
在一种扩展方案中，在聚合物粘合剂层和半导体本体的正侧之间构造第二增附剂层并且第二增附剂层与半导体本体的正侧材料锁合地连接。借助第二增附剂层的构造能够进一步提高可靠性。根据一种替代的实施方式，也在载体的上侧上构造第二增附剂层。在另一种扩展方案中，第一增附剂层与二次光学元件的整个下侧材料锁合地连接。
在一种实施方式中，聚合物粘合剂层作为浇注材料构造在整个下侧上，其中半导体本体的正侧和半导体本体的侧面形状锁合地覆盖。聚合物粘合剂层优选枕形地构造在二次光学元件的下侧和载体的上侧之间。根据一种替代的实施方式，聚合物粘合剂层与二次光学元件的下侧上的边缘齐平地封闭。在另一种替代的实施方式中，聚合物粘合剂层在二次光学元件的下侧上在侧面凸出并且优选覆盖二次光学元件的与二次光学元件的下侧连接的侧表面的一部分。
根据一种优选的实施方式，在载体的上侧上设置有保护二极管，其优选构造为旁路二极管并且具有与第一印制导线区域和第二印制导线区域的电连接，即保护二极管与第一印制导线区域和第二印制导线区域连接。应注意，太阳能电池也具有二极管特性并且保护二极管与太阳能电池反并联地连接。保护二极管的从载体的上侧凸出的面优选由聚合物粘合剂层遮盖。
在另一种扩展方案中，载体至少在一方向上、优选在载体的上侧层面内构造的两个方向上具有比二次光学元件更大的横向延展。研究显示，由此根据一种扩展方案，聚合物粘合剂层在侧面超出二次光学元件的下侧上的面并且能够实现二次光学元件与载体的特别强的力锁合连接。
在一种优选的实施方式中，二次光学元件以半椭圆体的形式构造并且优选具有环绕的阶梯状的凸缘。在另一种实施方式中，二次光学元件金字塔锥形地或漏斗形地构造。此外优选的是，二次光学元件由无机材料、优选由石英玻璃化合物一体地构造。无机材料或者石英玻璃化合物的优点是，与有机化合物或者塑料化合物相比非常好的UV透射度和特别高的温度稳定性以及高的机械抵抗性与化学抵抗性。
在另一种扩展方案中，在载体的下侧上构造有金属层作为载体的一部分，其中所述金属层优选不构造在紧邻载体的边缘处的环绕的边缘区域中。金属层的优点是，相对于没有背侧金属层的载体，热量从载体的上侧更均匀地传递到整个载体上。研究显示，通过热量的更均匀的分布也实现下侧的更大的辐射。此外，在载体装配在底座上时能够借助背侧的金属层减小底座和载体之间的传热阻力。
附图说明
以下参考附图进一步阐述本发明。在此，同样的部件标记有相同的符号。所示出的实施方式是严重示意性的，即间距和横向延伸与垂直延伸没有按比例并且只要没有其他说明彼此也不具有可导出的几何关系。附图示出：
图1：太阳能电池单元的一种根据本发明的实施方式的横截面；
图2：图1的具有保护二极管的实施方式的俯视图；
图3：图2的实施方式的沿着线I-I的横截面图；
图4a：具有椭圆体形状和阶梯状凸缘的二次光学元件的从上方的俯视图；
图4b：图4a的二次光学元件的横截面；
图4c：图4a的二次光学元件的从下方的俯视图；
图5a：椭圆形状的、没有阶梯状凸缘的二次光学元件的从上方的俯视图；
图5b：图5a的二次光学元件的横截面；
图5c：图5a的二次光学元件的从下方的俯视图。
具体实施方式
图1的示图示出具有构造为太阳能电池的半导体本体20、以半椭圆体形式的二次光学元件22的太阳能电池单元10，所述二次光学元件具有环绕的凸缘状的凸起部23。所述二次光学元件22具有下侧24并且将入射到二次光学元件22中的光引导到半导体本体20的正侧上。光学元件22在整个下侧24上具有平的表面，其中所述平的表面的一部分设置在半导体本体20的正侧上方。在整个下侧24上构造有与下侧24材料锁合连接的第一增附剂层25。载体30在下侧上具有除窄的边缘区域以外的全面的金属层31。此外，载体30具有比二次光学元件22更大的横向延展。
此外，半导体本体20具有正侧和背侧以及构造在正侧与背侧之间的侧面28，所述正侧具有第一电连接部，所述背侧具有第二电连接部。第一电连接部借助多个焊接连接26与第一印制导线区域40电连接。半导体本体20以背侧设置在载体30的上侧上。在载体30的上侧上构造有第一印制导线区域40，所述第一印制导线区域构造为载体的一部分。第一印制导线区域40与第一电连接部连接。此外，载体30在上侧上具有构造为载体30的一部分的第二印制导线区域45。所述第二印制导线区域45和第二电连接部相互电连接，其方式是，半导体本体20的背侧焊接在第二印制导线区域45上。此外，在载体30的上侧上设置有两个保护二极管。所述保护二极管构造为旁路二极管47。可以理解，通过保护二极管的其他尺寸，一个单个的保护二极管也足够。
在半导体本体20的正侧上构造有第二增附剂层50并且所述第二增附剂层50与半导体本体的正侧材料锁合地连接。在一种没有示出的实施方式中，第二增附剂层50覆盖载体30的上侧的至少一部分。在第一增附剂层25和第二增附剂层50或者载体30的上层之间构造有硅酮层60作为聚合物粘合剂层。硅酮层60以浇注材料的形式形状锁合地完全填充二次光学元件22的下侧24与载体30之间的空间并且在二次光学元件22和载体30之间建立力锁合连接。硅酮层60不仅覆盖半导体本体20的侧面而且覆盖两个保护二极管的从载体30的上侧凸出的面。可以理解，第一增附剂层25和/或第二增附剂层50具有与聚合物粘合剂层或者硅酮层60相比不同的化学组分。在一种替代的实施方式中，通过虚线66示出，硅酮层60在二次光学元件22的下侧24上在侧面不同程度地凸出。
图2的示图示出图1的实施方式的俯视图。以下仅仅阐述与图1中的示图的差别。示出，二次光学元件22包括环绕的凸缘23的横向延展小于载体30的延展。为了解释说明，两个焊接连接件26绘制为虚线，所述半导体本体20的正侧与所述两个焊接连接件电连接。
图3的示图示出图1的实施方式的沿着线I-I的另一横截面。以下仅仅阐述与图1中的示图的差别。示出，根据通过虚线66示出的横向延展直至载体30的边缘处地构造聚合物粘合剂层。
图4a的示图示出二次光学元件的另一实施方式的从上方的俯视图，所述二次光学元件具有椭圆体的形状并且具有与图1的二次光学元件相比更小的阶梯状的凸缘124。图4b的示图示出图4a的实施方式的横截面图，而图4c示出图4a的二次光学元件的从下方的俯视图。在从下方的俯视图中示出，下侧124平地构造。
图5a的示图示出二次光学元件222的另一实施方式的从上方的俯视图，所述二次光学元件具有椭圆体的形状、然而没有阶梯状的凸缘。图5b的示图示出图5a的实施方式的横截面图，而图5c示出图5a的二次光学元件222的从下方的俯视图。在从下方的俯视图中示出，下侧224再次平地构造。

Claims (16)

1.一种太阳能电池单元(10)，其具有：
构造为太阳能电池的半导体本体(20)，所述半导体本体具有正侧和背侧以及构造在所述正侧与所述背侧之间的侧面(28)，所述正侧具有第一电连接部，所述背侧具有第二电连接部；
具有上侧和下侧的载体(30)，所述载体(30)在所述上侧上具有构造为所述载体(30)的一部分的第一印制导线区域(40)并且所述第一电连接部与所述第一印制导线区域(40)电连接，并且所述载体(30)在所述上侧上具有构造为所述载体(30)的一部分的第二印制导线区域(45)并且所述第二电连接部与所述第二印制导线区域(45)电连接；
二次光学元件(22)，所述二次光学元件具有下侧(24)，其中，所述二次光学元件(22)将光引导到所述半导体本体(20)的正侧上，
其中，所述二次光学元件(22)在所述整个下侧(24)上具有平的表面，
其特征在于，所述平的表面的一部分设置在所述半导体本体(20)的正侧上方并且所述下侧(24)的一部分具有与所述下侧(24)材料锁合连接的第一增附剂层(25)，并且至少在所述第一增附剂层(25)和所述半导体本体(20)的正侧之间构造有聚合物粘合剂层，所述第一电连接部借助多个连接件与所述第一印制导线区域(40)连接，所述二次光学元件(22)设置在所述多个连接件上方并且覆盖所述多个连接件，其中，所述二次光学元件在没有其他连接装置的情况下形成力锁合连接。
2.根据权利要求1所述的太阳能电池单元(10)，其特征在于，在所述聚合物粘合剂层和所述半导体本体(20)的正侧之间构造有第二增附剂层(50)并且所述第二增附剂层(50)与所述半导体本体(20)的正侧材料锁合地连接。
3.根据权利要求1或2所述的太阳能电池单元(10)，其特征在于，所述聚合物粘合剂层作为浇注材料构造在整个下侧(24)上并且形状锁合地覆盖所述半导体本体(20)的正侧和所述半导体本体(20)的侧面(28)。
4.根据权利要求1或2所述的太阳能电池单元(10)，其特征在于，所述第一增附剂层(25)与所述二次光学元件(22)的整个下侧(24)上的表面材料锁合地连接。
5.根据权利要求1或2所述的太阳能电池单元(10)，其特征在于，所述聚合物粘合剂层在所述二次光学元件(22)的下侧上在侧面凸出。
6.根据权利要求1或2所述的太阳能电池单元(10)，其特征在于，所述聚合物粘合剂层覆盖与所述二次光学元件(22)的下侧(24)连接的侧表面的一部分。
7.根据权利要求1或2所述的太阳能电池单元(10)，其特征在于，所述聚合物层包括硅化合物。
8.根据权利要求2所述的太阳能电池单元(10)，其特征在于，所述第一增附剂层(25)和/或所述第二增附剂层(50)具有与所述聚合物粘合剂层相比不同的化学组分。
9.根据权利要求1或2所述的太阳能电池单元(10)，其特征在于，在所述载体(30)的上侧上设置有旁路二极管(47)并且所述旁路二极管(47)设置在所述二次光学元件(22)的下侧和所述载体(30)之间并且由所述聚合物粘合剂层完全覆盖。
10.根据权利要求1或2所述的太阳能电池单元(10)，其特征在于，所述载体(30)具有比所述二次光学元件(22)更大的横向延展。
11.根据权利要求1或2所述的太阳能电池单元(10)，其特征在于，所述二次光学元件(22)以半椭圆体的形式构造。
12.根据权利要求1或2所述的太阳能电池单元(10)，其特征在于，所述二次光学元件(22)具有环绕的阶梯状的凸缘(23)。
13.根据权利要求1或2所述的太阳能电池单元(10)，其特征在于，所述二次光学元件(22)金字塔锥形地或漏斗形地构造。
14.根据权利要求1或2所述的太阳能电池单元(10)，其特征在于，所述二次光学元件(22)整体由无机材料构造。
15.根据权利要求1或2所述的太阳能电池单元(10)，其特征在于，所述二次光学元件(22)将通过构造在所述二次光学元件(22)上方的一次光学元件汇聚的光引导到所述半导体构件(20)的正侧上。
16.根据权利要求1或2所述的太阳能电池单元(10)，其特征在于，所述二次光学元件(22)整体由石英玻璃化合物构造。
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