CN107240619A - 太阳能电池单元 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种太阳能电池单元，其具有：构造为太阳能电池的半导体本体，其中，半导体本体具有前侧和背侧，太阳能电池单元具有带上侧和下侧的载体，其中，在上侧上构造有第一接触面和第二接触面，并且第一接触面与第二接触面隔开间距，并且所述接触面是金属导电的，并且半导体本体的背侧与载体的上侧力锁合地连接，并且太阳能电池单元具有次级光学元件，以便将光引导到半导体本体的前侧上，其中，次级光学元件具有下侧，并且下侧与半导体本体的前侧力锁合地连接，并且载体具有构造在所述上侧上的第三接触面，并且第三接触面不仅与第一接触面隔开间距而且与第二接触面隔开间距，并且第二接触面具有与其他两个接触面不同的极性。

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
如同例如由WO 2014/019652 A1或EP 2 073 279 A1公知的太阳能电池接收器典型地具有布置在载体上的半导体本体。在半导体本体上方布置有初级和次级光学元件，以便将太阳光引导到半导体本体的表面上。为了电接触，半导体本体具有第一和第二连接触点，其中，每个连接触点与布置在载体上的接触面、例如印制导线区域电连接。
发明内容
在这种背景下，本发明的任务在于，提出一种装置，该装置进一步改进现有技术并且实现了尽可能成本低廉地制造。
该任务通过具有权利要求1特征的太阳能电池单元解决。本发明的有利的构型是从属权利要求的内容。
根据本发明的主题提供一种太阳能电池单元，其具有构造为太阳能电池的半导体本体、载体和次级光学元件。
半导体本体具有前侧和背侧以及带第一极性的第一连接触点和带第二极性的第二连接触点，其中，这两个极性是不同的。
载体具有上侧和下侧，其中，在上侧上构造有第一接触面和第二接触面，并且第一接触面与第二接触面隔开间距，并且接触面是金属导电的并且与这两个连接触点电连接。
半导体本体的背侧与载体的上侧力锁合地连接。
次级光学元件具有下侧并且并且将光引导到半导体本体的前侧上。下侧与半导体本体的前侧力锁合地连接。
载体具有构造在所述上侧上的第三接触面，其中，第三接触面不仅与第一接触面隔开间距而且与第二接触面隔开间距。
第二接触面具有与其他两个接触面不同的极性。
补充说明的是，太阳能电池优选地是GaAs或Ge基的或其他半导体材料或适合的基底的III-V半导体太阳能电池，并且太阳能电池最多优选地设计为堆叠状地布置的多重太阳能电池并且此外借助于使用UV光份额而具有高于30％的效率。
此外，这种太阳能电池单元由于与硅太阳能电池相比较高的制造成本和特别的物理特性而优选地使用在所谓的CPV系统中。
在CPV系统中，太阳光被以大于100直至大于1000的倍数聚焦。在此，借助于初级光学聚焦器或元件聚焦的光被引导到太阳能电池单元的次级光学元件上。
初级元件、例如环带透镜(Fresnel-Linse)布置在次级光学元件的上方。由次级光学元件将光沿着光轴引导至粘接层、特别是聚合物粘接层，以便穿过粘接层并且射到半导体本体的、太阳能电池的前侧上。
太阳能电池单元与另一太阳能电池单元的电接触通过各自的接触面建立。在此，多个太阳能电池单元的接触面例如通过电阻点焊与金属连接元件电连接。优选，金属连接元件构造为线材形或构造为线材。在另一实施方式中，接触凸起部(Kontaktfahne)与接触面电连接。为了连接多个太阳能电池单元，太阳能电池单元的接触凸起部借助于金属连接元件连接。
根据本发明的装置的一个优点在于，第二接触面具有与其他两个接触面不同的极性。特别是，第二接触面设计为中间接触面。由此能够以简单的方式避免在多个太阳能电池单元在底板上特别是蜿蜒曲折状地串联的情况下电连接元件交叉。极大提高了组件的可靠性。
另一个优点在于，连接元件必须在端部折出角度，以便避免短路。也不需要中间接触空间，以便进行无交叉的布线，即恰恰在连接元件变换方向的情况下不交叉地进行串联。
在一个实施方式中，第一连接触点构造在前侧上并且第二连接触点构造在背侧上，或者这两个连接触点都布置在前侧上，或者这两个连接触点都布置在背侧上。
在一个扩展方案中，次级光学元件的下侧的至少部分借助于粘接层或者特别是聚合物粘接层与半导体本体的前侧和/或与载体的上侧力锁合地连接。尤其聚合物粘接层特别是UV可穿透的。补充说明的是，概念粘接层或者特别是概念聚合物粘接层包括塑料层。
在一个另外的扩展方案中，第一接触面和第三接触面与第一连接触点电连接并且第二接触面与第二连接触点电连接，或者，第一接触面和第三接触面与第二连接触点电连接并且第二接触面与第一连接触点电连接。
在一个实施方式中，载体在所述上侧上具有四个边沿，其中，所述第一接触面、第二接触面和第三接触面以所提及的顺序沿着第一边沿布置在载体的上侧上。
接触面沿着载体的单一的边沿单侧布置具有另外的优点，与接触面典型地多侧分布的布置相比可以明显地减小载体的尺寸。以完全意想不到的方式证实了，新式的非常小的载体面也足够用于导出在太阳光密集射入时所产生的热量。也完全意想不到地证实了，特别是当接触面构造为特别大的或者构造为具有接触凸起部时，连接触点紧邻太阳能电池或者光学元件的下侧单侧地布置甚至恰好排出大量的热。特别是在完成布线的状态中，即在形成阵列时，由此可借助于电连接金属线再次提高热导出。总之证实了，对于载体的尺寸，太阳能电池的尺寸和光学元件的尺寸可以是确定的。一个另外的优点在于比传统的至少3.0mm乘以3.5mm大小的载体节省了至少15％直到至少30％的面积。通过载体的材料节省由此实现了大大爱护资源并且成本低廉的制造可能性。
通过太阳能电池单元始终具有两个带第一极性的位于外部的接触面和一个带第二极性的中间的接触面，能够特别简单地并且可靠地实现，即使在接触面单侧布置的情况下，多个太阳能电池单元也能以蜿蜒曲折的布置来串联，而连接所述太阳能电池单元的电连接元件不交叉。
优选地，载体至少在所述上侧上构造为四边形的，特别是构造为矩形。载体特别是构造为平板、优选地构造为陶瓷印刷电路板或构造为具有绝缘金属基底的印刷电路板。
根据一个另外的扩展方案，第一接触面、第二接触面和第三接触面构造为印制导线或者分别构造为钎焊凸起部。
载体的第一边沿与次级光学元件的间距是这样大，使得这三个接触面可以沿着第一边沿布置，而第二、第三和第四边沿仅须具有与第二光学元件的最小间距。由此可以节省载体材料和成本。这尤其在陶瓷载体的情况下是有利的。
在一个扩展方案中，在垂直于载体上侧延伸的投影中，次级光学元件的下侧与载体上侧的第一边沿的横向间距是至少1mm或者优选地至少3mm，并且与第二边沿、与第三边沿以及与第四边沿的间距是最大10mm或者最大4mm或者优选地最大2mm、优选地最大1mm或者处于0mm和0.2mm之间的范围内。可以理解的是，与所述边沿的间距分别理解为通过在载体上侧上的投影所产生的虚拟边缘和与这个虚拟边缘紧邻的边沿之间的最短距离。
不对称的布置的优点是，减小了次级光学元件的载体的尺寸。为待布置的接触面单侧地提供载体表面尤其有助于此。
在一个实施方式中，沿着第一边沿的长度的至少75％或至少90％邻接第一接触面和/或第二接触面和/或第三接触面。
在一个另外的实施方式中，在垂直于载体上侧延伸的投影中，这三个接触面布置为与次级光学元件的下侧隔开间距。
在一个另外的实施方式中，太阳能电池单元具有基本上矩形的、最大20mm×26mm或优选地最大16mm×22mm边长的基础面。
根据替代的实施方式，次级光学元件透镜形地构造有背离半导体本体的凸表面或构造为漏斗形。
在一个另外的实施方式中，次级光学元件一体地构造。
在一个另外的扩展方案中，次级光学元件由玻璃化合物(Glasverbindung)或石英玻璃化合物(Quarzglasverbindung)构成，或者包括玻璃化合物或石英玻璃化合物。
在一个优选的扩展方案中，一种太阳能电池模块具有至少前述种类的的第一、第二和第三太阳能电池单元和至少一个第一和第二金属连接元件，其中，第一、第二和第三太阳能电池单元以下侧布置在基板上，第一金属连接元件使第一太阳能电池单元的第三接触面与第二太阳能电池单元的第二接触面电连接，并且第二金属连接元件使第二太阳能电池单元的第三接触面与第三太阳能电池单元的第二接触面连接，其中，第一金属连接元件在垂直于基板表面延伸的投影中与第二太阳能电池单元的第一接触面交叠。
可以理解，由于相应的金属稳定性，有利的是，使用线材或线材状导电体作为用于桥式或弯曲形构造的金属连接元件。
补充说明的是，金属连接元件典型地借助于电阻点焊连接与接触面连接。接触面典型地构造为纯平面的或者替换地构造为折出角度的接触凸起部。优选地，接触凸起部以焊料遮盖。
由于第三接触面具有与第一接触面相同的极性，能够特别是在接触面单侧布置的情况下以简单的方式与多个太阳能电池单元相对彼此的布置和定向相对无关地避免交叉。这特别有利于串联的太阳能电池单元的典型的蜿蜒曲折状的布置。
在一个扩展方案中，基板包括金属或非金属或塑料或GFK材料或者由类似材料构成。
附图说明
下面参考附图详细地说明本发明。在此，相同种类的部件以相同的附图标记标出。所示的实施方式是极其示意性的，也就是说，间距和横向延伸和竖直延伸不是按比例的并且如果未做其他说明也不具有相对彼此可推断的几何关系。附图中示出：
图1示出太阳能电池单元的根据本发明的第一实施方式的侧视图，
图2示出太阳能电池单元的根据本发明的第一实施方式的示意性的俯视图，
图3示出太阳能电池模块的根据本发明的第一实施方式的示意性的俯视图。
具体实施方式
图1的视图示出太阳能电池单元10的第一实施方式的侧视图，所述太阳能电池单元具有半导体本体20、载体30和次级光学元件50。图2的视图示出图1中所示的太阳能电池单元10的示意性的俯视图。
半导体本体20以背侧24与载体30的上侧32力锁合地连接。前侧22完全由次级光学元件50遮盖，其中，次级光学元件50构造为凸透镜并且次级光学元件50的平面的下侧52借助于聚合物粘接层(未示出)至少部分地与半导体本体20的前侧22力锁合地连接。在所示的实施例中，次级光学元件50的下侧52此外遮盖一布置在载体30的上侧32上的保护二极管38。补充说明的是，在未示出的实施方式中，保护二极管38不被或者仅仅部分地被次级光学元件50的下侧遮盖。
如同在图2中可看到的那样，载体30具有由四个边沿34.1，34.2，34.3，34.4围绕的矩形的上侧32。在所示的实施例中，第一、第二和第三接触面41，42，43以所述的顺序在次级光学元件50附近并且沿着载体30的第一边沿34.1布置在载体30的上侧32上。
在一个替换的实施方式(虚线示出)中，次级光学元件50的下侧与边沿34.2，34.3和34.4的间距处于0mm和0.25mm之间的范围内，也就是说几乎齐平。
在图3的视图中示意性地示出太阳能电池模块100的第一实施方式。太阳能电池模块具有多个规定种类的太阳能电池单元10.0，10.1，10.2，10.3，所述太阳能电池单元蜿蜒曲折地布置并且串联连接。太阳能电池单元10.0，10.1，10.2，10.3分别以一个下侧布置在基板110的表面120上。
第零太阳能电池单元10.0向外具有与第二接触面42.0导电连接的连接件，其中，第一接触面41.0借助于第零金属连接元件70与第一太阳能电池单元10.1的第二接触面42.1连接。
第一太阳能电池单元10.1的第三接触面43.1借助于第一金属连接器件71与第二太阳能电池单元10.2的第二接触面42.2连接，其中，第一金属连接器件71在垂直于基板110表面120延伸的投影中与第二太阳能电池单元10.2的第一接触面41.2交叠。第二太阳能电池单元10.2的第三接触面43.2借助于第二金属连接元件72与第三太阳能电池单元10.3的第二接触面42.3连接。
通过存在第二太阳能电池单元10.2的第三接触面43.2——所述第三接触面具有与第一接触面41.2相同的极性，避免了第二金属连接元件72与第一金属连接元件71交叉。如果第三接触面43.2不存在，则第二连接元件72必须与第二太阳能电池单元10.2的第一接触面41.2接触并且由此在垂直于基板110表面120延伸的投影中与第一金属连接元件71交叉或交叠。由于连接元件交叉而导致的短路危险能够以简单的方式通过根据本发明的布置来避免。

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)，其中，所述半导体本体(20)具有前侧(22)和背侧(24)以及带第一极性的第一连接触点和带第二极性的第二连接触点，其中，这两个极性是不同的，
-带上侧(32)和下侧(36)的载体(30)，其中，在所述上侧(32)上构造有第一接触面(41)和第二接触面(42)，并且
所述第一接触面(41)与所述第二接触面(42)隔开间距，并且所述接触面是金属导电的并且与这两个连接触点电连接，并且
所述半导体本体(20)的背侧(24)与所述载体(30)的上侧(32)力锁合地连接，
-次级光学元件(50)，以便将光引导到所述半导体本体(20)的前侧(22)上，其中，所述次级光学元件(50)具有下侧(52)，并且所述下侧(52)与所述半导体本体(20)的前侧(22)力锁合地连接，
其特征在于，
所述载体(30)具有构造在所述上侧(32)上的第三接触面(43)，并且
所述第三接触面(43)不仅与所述第一接触面(41)隔开间距而且与所述第二接触面(42)隔开间距，并且所述第二接触面(42)具有与其他两个接触面(41，43)不同的极性。
2.根据权利要求1所述的太阳能电池单元，其特征在于，所述次级光学元件(50)的下侧(52)的至少部分与所述半导体本体(20)的前侧(22)和/或与所述载体(30)的上侧(32)借助于粘接层力锁合地连接。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的太阳能电池单元，其特征在于，所述第一接触面(41)和所述第三接触面(43)与所述第一连接触点电连接，并且所述第二接触面(42)与所述第二连接触点电连接，或者所述第一接触面(41)和所述第三接触面(43)与所述第二连接触点电连接，并且所述第二接触面(42)与第一连接触点电连接。
4.根据前述权利要求中的一项或多项所述的太阳能电池单元，其特征在于，所述载体(30)在所述上侧(32)上具有四个边沿(34.1，34.2，34.3，34.4)，所述第一接触面(41)、所述第二接触面(42)和所述第三接触面(43)以所提及的顺序沿着所述第一边沿(34.1)布置在所述载体(30)的上侧(32)上。
5.根据前述权利要求中的一项或多项所述的太阳能电池单元，其特征在于，所述载体(30)在所述上侧(32)上四边形地成型。
6.根据前述权利要求中的一项或多项所述的太阳能电池单元，其特征在于，在垂直于所述载体(30)上侧(32)延伸的投影中，所述次级光学元件(50)的下侧(52)与所述载体(30)的上侧(32)的第一边沿(34.1)的横向间距是至少1mm，并且与第二边沿(34.2)、与第三边沿(34.3)以及与第四边沿(34.4)的间距是最大10mm。
7.根据前述权利要求中的一项或多项所述的太阳能电池单元，其特征在于，在垂直于所述载体(30)上侧(32)延伸的投影中，这三个接触面(41，42，43)布置为与所述次级光学元件(50)的下侧(52)隔开间距。
8.根据前述权利要求中的一项或多项所述的太阳能电池单元，其特征在于，所述次级光学元件(50)在背离所述半导体本体的凸表面中透镜形或漏斗形地构成。
9.根据前述权利要求中的一项或多项所述的太阳能电池单元，其特征在于，所述次级光学元件(50)一体地构造。
10.根据前述权利要求中的一项或多项所述的太阳能电池单元，其特征在于，所述粘接层包括塑料化合物。
11.根据前述权利要求中的一项或多项所述的太阳能电池单元，其特征在于，所述载体构造为陶瓷印刷电路板或者具有绝缘金属基底的印刷电路板。
12.根据前述权利要求中的一项或多项所述的太阳能电池单元，其特征在于，所述第一接触面(41)、所述第二接触面(42)和所述第三接触面(43)分别构造为印制导线或分别构造为钎焊凸起部。
13.根据前述权利要求中的一项或多项所述的太阳能电池单元，其特征在于，所述第一连接触点构造在所述前侧(22)上并且所述第二连接触点构造在所述背侧(24)上，或者，这两个连接触点都构造在所述前侧(22)上，或者，这两个连接触点都构造在所述背侧(24)上。
14.根据前述权利要求中的一项或多项所述的太阳能电池单元，其特征在于，所述次级光学元件包括玻璃化合物或石英玻璃化合物或者由这二者之一构成。
15.一种太阳能电池模块(100)，其具有至少一个第一、第二和第三太阳能电池单元(10.1，10.2，10.3)，所述太阳能电池单元根据前述权利要求中的一项或多项所述，其特征在于，
设置至少一个第一金属连接元件(71)和第二金属连接元件(72)，其中，这三个太阳能电池单元(10.1，10.2，10.3)以所提及的顺序分别以下侧(36)布置在一基板(110)上，并且
-所述第一金属连接元件(71)使所述第一太阳能电池单元(10.1)的第二接触面(42.1)与所述第二太阳能电池单元(10.2)的第一接触面(41.2)电连接，并且
-所述第二金属连接元件(72)使所述第二太阳能电池单元(10.2)的第二接触面(42.2)与所述第三太阳能电池单元(10.3)的第一接触面(41.3)连接，
-其中，所述第一金属连接元件(71)在垂直于所述基板(11)表面(120)延伸的投影中与所述第一太阳能电池单元(10.1)的第一接触面(41.1)交叠。
16.根据权利要求15所述的太阳能电池模块(100)，其特征在于，所述基板(110)包括非金属或金属或塑料或GFK材料或者由类似材料构成。
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