CN104659130A - 一种ⅲ-ⅴ半导体太阳能电池模组 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种Ⅲ-Ⅴ半导体太阳能电池模组，包含具有至少两个以上Ⅲ-Ⅴ化合物半导体层的太阳能电池单元，各个太阳能电池单元为极性反转的PN结正副太阳能电池片，且各个太阳能电池单元的发电面积相同。本发明提供的太阳能模组通过串联极性反转的PN结正副片的方法来获取足够的功率和电压，大幅度增加了电池有效受光面积，提高电池模组的集光效率从而提高了光电转换效率；同时简化了太阳能模组结构和集成工艺，有利于该产品的产业化推广。

Description

一种Ⅲ-Ⅴ半导体太阳能电池模组

技术领域

本发明涉及一种太阳能电池技术领域，尤其涉及一种Ⅲ-Ⅴ半导体太阳能电池模组。

背景技术

随着雾霾天气的频繁出现以及石油等传统能源日趋枯竭，风能、太阳能等清洁能源越来越受到人们的重视。太阳能电池可直接将太阳能转换成电能，且发电过程中不会产生二氧化碳或氮化物等有害物质，不会对环境造成污染等特点而备受瞩目。在各种太阳能电池之中，Ⅲ-Ⅴ半导体太阳能电池具有抗辐射性能强、转换效率高的特点，因此也越来越成为研究的热点和重点。

对于大多数用途来说，单个Ⅲ-Ⅴ半导体太阳能电池的电极上产生的电压是不够的。因此，为了获得足够的功率和电压就将一个太阳能板制作成很多单个太阳能电池串联的阵列，或者称其为一个组件。另外，在其他的应用中，有时则需要将组件并联起来以在较小的电压下输出较大的电流。

中国专利文献公开号CN101510571公开了一种《使用Ⅲ-Ⅴ半导体太阳能电池的聚光光伏打系统模块》，该模块包括透镜阵列、对应的辅助光学元件及对应的太阳能电池接收器组成。太阳能电池接收器包含具有一个或一个以上Ⅲ-Ⅴ化合物半导体层的太阳能电池、与所述太阳能电池并联耦合的二极管及用于耦合到其它太阳能电池接收器的连接器。

中国专利文献公开号CN101989628A公开了一种《具有聚光组件及高有效面积之太阳能电池及其制造方法》，该方法所述聚光组件例如微透镜之太阳能电池，包含：第一型半导电层；第二型半导电层，耦合该第一型半导电层；微透镜，形成于该第二型半导电层上。微透镜材质包含有机材料、无机材料。

中国专利文献公开号CN102013443A公开了一种《供在聚光式太阳能系统中使用的太阳能电池接收器子组合件》，所述太阳能电池接收器子组合件包含：光学元件，由支撑件和太阳能电池组成的太阳能电池接收器，二极管，第一和第二电触点及囊封物组成。其中太阳能电池邻近于所述光学元件且位于所述光学通道的光学路径中，所述太阳能电池包括一个或一个以上Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体层且能够产生超过20瓦的峰值DC电力。

从上述专利文献看，第一个专利文献是使用Ⅲ-Ⅴ化合物半导体多结太阳能电池的聚光光伏打系统阵列中的模块或子组合件，第二个专利文献是具有聚光组件及高有效面积的太阳能电池及其制造方法，第三个专利文献是一种包含Ⅲ-Ⅴ化合物半导体太阳能电池经金属化陶瓷衬底及聚光器光学元件的经囊封太阳能电池接收器。

当太阳能模组需要较高的功率时，在现有太阳能电池模组系统集成技术中，只能先将多个Ⅲ-Ⅴ半导体太阳能电池串联成多个组件，再使用多个导带将多个组件进行并联形成太阳能模组。该技术中存在Ⅲ-Ⅴ半导体太阳能电池顶电极占用大量电池表面，降低电池有效受光面积，从而降低光电转换效率问题；而且太阳能模组的结构和工艺都比较复杂，生产成本较高不利于产业化推广。

发明内容

针对上述存在的问题，本发明的目的是提供一种Ⅲ-Ⅴ半导体太阳能电池模组，在获取较高功率的同时，可提供较佳的光电转换效率并具有较低的成本。

为了实现上述目的，本发明提供了一种Ⅲ-Ⅴ半导体太阳能电池模组，包括串联的至少两个以上Ⅲ-Ⅴ化合物半导体层的太阳能电池单元。各个太阳能电池单元为极性反转的PN结正副太阳能电池片接触串联而成，且各个太阳能电池单元的发电面积相同。

本发明还可采用以下技术措施进一步实现。

前述的Ⅲ-Ⅴ半导体太阳能电池模组，其中所述的各个太阳能电池芯片为Ⅲ-Ⅴ半导体多结结构。

前述的Ⅲ-Ⅴ半导体太阳能电池模组，其中所述的各个太阳能电池芯片为Ge衬底或GaAs衬底，其掺杂类型为P型或N型。

前述的Ⅲ-Ⅴ半导体太阳能电池模组，其中所述的各个太阳能电池单元的宽度相同，各个太阳能电池单元的长度相同。

前述的Ⅲ-Ⅴ半导体太阳能电池模组，其中所述的各个太阳能电池单元依次包括：散热底板、Ⅲ-Ⅴ化合物半导体层的太阳能电池芯片、太阳能模组引线端子。

前述的Ⅲ-Ⅴ半导体太阳能电池模组，其中所述的太阳能模组为长方体或正方体，且各个太阳能电池单元为线性排列或正方形排列。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：本发明提供的太阳能模组中包括至少两个以上Ⅲ-Ⅴ化合物半导体层的太阳能电池单元，各个太阳能电池单元为极性反转的PN结正副太阳能电池片，且各个太阳能电池单元的发电面积相同，通过串联极性反转的PN结正副片的方法来获取足够的功率和电压，大幅度增加了电池有效受光面积，提高电池模组的集光效率从而提高了光电转换效率，同时简化了太阳能模组结构和集成工艺，有利于该产品的产业化推广。

附图说明

图1为本发明实施例长方体太阳能模组的剖面示意图；

图2为本发明实施例正方体太阳能模组的俯视示意图。

图中：1 菲涅尔透镜、2 太阳能电池芯片、3太阳能电池芯片顶部连接电极、4 太阳能模组引线端子、5 太阳能电池芯片底部连接电极、6 散热底板、10 太阳能模组。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步详细说明。

请参阅图1、图2所示，本发明实施例的太阳能模组10包括菲涅尔透镜1、太阳能电池芯片2、太阳能电池芯片顶部连接电极3、太阳能模组引线端子4、太阳能电池芯片底部连接电极5、散热底板6。

太阳能电池芯片2通过太阳能电池芯片顶部连接电极3串联极性相反的相邻太阳能电池芯片2，减少了器件间的有害缝隙，增大了芯片集成密度，增加了有效受光面积，提高了光源的利用效率。在大功率太阳能模组制备中，采用反结串联太阳能电池芯片工艺构造排列，大幅度简化器件封装和集成工艺，有利于该产品的产业化推广。太阳能电池芯片顶部连接电极3为金属导电材料，可以为金或铜等。

太阳能电池芯片2通过太阳能电池芯片底部连接电极5与散热底板6相连。太阳能电池芯片底部连接电极5为金属导电材料，可以为金或铜等。散热底板6为陶瓷导热材料，可以为氧化铍陶瓷或氧化铝陶瓷等。

太阳能电池芯片2顶部为受光面，其接受太阳光并将太阳能转换为电能输出，图1中的箭头方向表示电流的方向（即从正极流向负极）。太阳能电池芯片2为Ⅲ-Ⅴ半导体多结结构，可以为三结GaInP/InGaAs/Ge结构或四结GaInP/GaAs/InGaAs/Ge结构等。太阳能电池芯片为Ge衬底或GaAs衬底，其掺杂类型为P型或N型。

单个太阳能模组10中太阳能电池芯片2的数量取决于单个太阳能模组10的输出电压及功率。对应图1长方体太阳能模组10或者图2正方体太阳能模组10，太阳能电池芯片2为线性或者正方形排列的若干个面积较小（例如，面积在1平方毫米与9平方毫米之间）的芯片，也可以为一个面积较大（例如，面积为平方厘米或以上级别）的芯片。

菲涅尔透镜1的个数可以根据太阳能芯片2的排列方式和大小相应调整。例如，一个面积较大的菲涅尔透镜1可以对应正方形排列的太阳能电池芯片；多个面积较小的菲涅尔透镜1可以对应线性排列的数量与之对应的多个太阳能电池芯片2。

太阳能模组引线端子4为金属导电材料，可以为金或铜等，用于引出单个模组中的电能，可直接连接至用电终端，也可将多个太阳能模组相互串联或并联。

可以理解的是，本领域技术人员还可于本发明精神内做其它变化等用于本发明的设计，只要其不偏离本发明的技术效果均可。这些依据本发明精神所做的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围之内。

Claims (6)

1.一种Ⅲ-Ⅴ半导体太阳能电池模组，其特征在于，包括串联的至少两个以上Ⅲ-Ⅴ化合物半导体层的太阳能电池单元，各个太阳能电池单元为极性反转的PN结正副太阳能电池芯片接触串联而成，且各个太阳能电池单元的发电面积相同。

2.如权利要求1所述的Ⅲ-Ⅴ半导体太阳能电池模组，其特征在于，各个太阳能电池芯片为Ⅲ-Ⅴ多结结构。

3.如权利要求2所述的Ⅲ-Ⅴ半导体太阳能电池模组，其特征在于，各个太阳能电池芯片为Ge衬底或GaAs衬底，其掺杂类型为P型或N型。

4.如权利要求1所述的Ⅲ-Ⅴ半导体太阳能电池模组，其特征在于，各个太阳能电池单元的宽度相同，各个太阳能电池单元的长度相同。

5.如权利要求1所述的Ⅲ-Ⅴ半导体太阳能电池模组，其特征在于，各个太阳能电池单元依次包括：散热底板、Ⅲ-Ⅴ化合物半导体层的太阳能电池芯片、太阳能模组引线端子。

6.如权利要求1所述的Ⅲ-Ⅴ半导体太阳能电池模组，其特征在于，所述太阳能模组为长方体或正方体，且各个太阳能电池单元为线性排列或正方形排列。