CN115943501A - 太阳能电池模块 - Google Patents

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Abstract

提供一种光电转换效率较高、美观性优异的太阳能电池模块。本发明的一个形态所涉及的太阳能电池模块(1)具备：板状的表面保护材料(10)，在外周部具有遮断光的遮光区域(11)；多个太阳能电池串(20)，分别具有在第一方向上排成一列地连接的多个太阳能电池单元(21A、21B)，在与上述第一方向交叉的第二方向上排列配置于上述表面保护材料(10)的背侧；板状或片状的背面保护材料(30)，配置于上述多个太阳能电池串(20)的背侧；以及密封材料(40)，填充于上述表面保护材料(10)与上述背面保护材料(30)之间，上述太阳能电池串(20)配设为至少一端的上述太阳能电池单元(20B)的一部分与上述遮光区域(11)重叠。

Description

太阳能电池模块
技术领域
本发明涉及太阳能电池模块。
背景技术
作为环境负荷较小的能量源，太阳能电池的利用正在扩大。例如专利文献1中提出了安装于汽车车顶的太阳能电池模块。在汽车等中，设置面积受到限制，因此对于太阳能电池模块而言，为了得到充分的电力而要求较高的光电转换效率。另外，汽车等注重美观，所以对太阳能电池模块也要求较高的外观设计性。
专利文献1：日本特开2017-188584号公报。
发明内容
在专利文献1所记载的太阳能电池模块中，为了防止因太阳能电池单元的位置偏移而保护表面的表面板等破损，通过将太阳能电池单元间及太阳能电池串间连接的导电体来定位太阳能电池单元。然而，这种结构难以使太阳能电池单元间的缝隙严格恒定。太阳能电池单元间的缝隙的偏差可能成为损害太阳能电池模块的外观设计性的原因。因此，本发明的课题在于提供一种光电转换效率较高、美观性优异的太阳能电池模块。
本发明的一个形态所涉及的太阳能电池模块具备：板状的表面保护材料，在外周部具有遮断光的遮光区域；多个太阳能电池串，分别具有在第一方向上排成一列地连接的多个太阳能电池单元，上述多个太阳能电池串在与上述第一方向交叉的第二方向上排列配置于上述表面保护材料的背侧；板状或片状的背面保护材料，配置于上述多个太阳能电池串的背侧；以及密封材料，填充于上述表面保护材料与上述背面保护材料之间，上述太阳能电池串配设为至少一端的上述太阳能电池单元的一部分与上述遮光区域重叠。
也可以构成为，在上述太阳能电池模块中，上述多个太阳能电池单元包括：标准单元，配置于上述太阳能电池串的至少两端以外的位置；和末端单元，具有主部和伸出部，上述主部配置于上述太阳能电池串的至少一端，具有与上述标准单元相同的构造，上述伸出部设置于上述主部的上述第一方向外侧，至少一部分与上述遮光区域重叠。
也可以构成为，在上述太阳能电池模块中，上述标准单元的平面形状为矩形，上述末端单元的平面形状为将上述伸出部的外侧的角倒角而成的六边形。
也可以构成为，在上述太阳能电池模块中，上述标准单元具备：半导体基板；导电型彼此不同的第一半导体层及第二半导体层，形成于上述半导体基板的背面；以及第一电极图案及第二电极图案，上述第一电极图案层叠于上述第一半导体层，上述第二电极图案层叠于上述第二半导体层，上述第一半导体层具有：多个第一末端半导体部，在上述第一方向延伸，在上述第二方向隔开间隔地配置；和第一连接半导体部，以将上述多个第一末端半导体部的上述第一方向一侧端部连接的方式在上述第二方向延伸，上述第二半导体层具有：多个第二末端半导体部，在上述第一方向延伸，在上述第二方向上与上述第一末端半导体部交替地配置；和第二连接半导体部，以将上述多个第二末端半导体部的上述第一方向另一侧端部连接的方式在上述第二方向延伸，上述第一电极图案具有：多个第一指形电极，以在上述第一方向延伸的方式层叠于上述第一末端半导体部；和第一汇流条电极，层叠于上述第一连接半导体部，将上述第一指形电极的上述第一方向一侧端部连接，上述第二电极图案具有：多个第二指形电极，以在上述第一方向延伸的方式层叠于上述第二末端半导体部；和第二汇流条电极，层叠于上述第二连接半导体部，将上述第二指形电极的上述第一方向另一侧端部连接。
也可以构成为，在上述太阳能电池模块中，上述第一方向一侧的上述末端单元的上述第一半导体层向上述伸出部延伸，上述第一方向另一侧的上述末端单元的上述第二半导体层向上述伸出部延伸。
根据本发明，能够提供一种光电转换效率较高、美观性优异的太阳能电池模块。
附图说明
图1是表示本发明的一个实施方式的太阳能电池模块的背面图。
图2是图1的太阳能电池模块的端部的X-X线剖视图。
图3是图1的太阳能电池模块的标准单元的背面图。
图4是图1的太阳能电池模块的末端单元的背面图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的各实施方式进行说明。此外，在各附图中，对同一或相当的部分标注同一附图标记。另外，为了简化，也存在省略部件的图示、附图标记等的情况，该情况下，请参照其他附图。另外，为了方便，附图中的各种部件的形状及尺寸被调整为便于观察。
图1是表示本发明的一个实施方式所涉及的太阳能电池模块1的背面图。图2是太阳能电池模块1的端部的剖视图。
图1的太阳能电池模块1具备：板状的表面保护材料10；多个太阳能电池串20，配置于表面保护材料的背侧(与光入射的一侧相反的一侧)；板状或片状的背面保护材料30，配置于多个太阳能电池串20的背侧；以及密封材料40，填充于表面保护材料10与背面保护材料30之间。
表面保护材料10经由密封材料40而覆盖太阳能电池串20的表面，从而保护太阳能电池串20。优选为表面保护材料10例如由玻璃、聚碳酸酯、丙烯酸树脂等透明并具有耐损伤性的材料形成，耐候性优异。具体而言，作为表面保护材料10的材质，例如能够举出丙烯酸树脂或聚碳酸酯树脂等透明树脂、玻璃等。另外，表面保护材料10的表面也可以为了抑制光的反射而被加工为凹凸状或用防反射涂层覆盖。
优选为表面保护材料10为了具备能够保持太阳能电池模块1的形状的强度而具有充分的厚度。另外，通过使用预先成形为所希望的形状的表面保护材料10，能够得到所希望的形状的太阳能电池模块1。
在俯视时，表面保护材料10比多个太阳能电池串20、背面保护材料30以及密封材料40大。这样的表面保护材料10作为用于将太阳能电池模块1安装于所希望的装置的凸缘而发挥功能。即，太阳能电池模块1通过使用粘合剂将表面保护材料10的外缘部的背面粘合于装置，而能够安装于装置。
表面保护材料10在外周部具有遮断光的遮光区域11。遮光区域11通常沿着表面保护材料10的外缘以恒定的宽度形成。遮光区域11在将太阳能电池模块1安装至装置的状态下，防止太阳光透过表面保护材料10照射用于固定太阳能电池模块1的粘合剂而使粘合剂劣化。另外，遮光区域11通过遮蔽太阳能电池模块1的安装部，而提高美观性。遮光区域11例如通过黑色涂料的涂覆等而形成。作为黑色涂料，一般使用陶瓷涂料。
各太阳能电池串20分别具有在第一方向上排成一列地连接的多个太阳能电池单元(配置于太阳能电池串20的除两端以外的位置的标准单元21A以及配置于太阳能电池串的两端的末端单元21B)，太阳能电池串20在与第一方向交叉的第二方向上排列配置于表面保护材料10的背侧。在太阳能电池串20中，邻接的太阳能电池单元21A、21B彼此由互连器(Interconnector)22连接。多个太阳能电池串20经由互连器22而由配线材料23连接。另外，太阳能电池串20配设为两端的末端单元21B的一部分分别与遮光区域11重叠。因此，太阳能电池串20具有遍及遮光区域11的内侧区域的第一方向的全长地连续的能够光电转换的有效区域，因此太阳能电池模块1的光电转换效率比较高。
标准单元21A具备：半导体基板211；导电型彼此不同的第一半导体层212及第二半导体层213，形成于半导体基板211的背面；以及第一电极图案214及第二电极图案215，上述第一电极图案214层叠于第一半导体层212，上述第二电极图案215层叠于第二半导体层213。
标准单元21A的半导体基板211的平面形状、即标准单元21A的平面形状为矩形。半导体基板211能够由单晶硅或多晶硅等晶体硅材料形成。另外，也可以由砷化镓(GaAs)等其他半导体材料形成。半导体基板211例如是在晶体硅材料中掺杂了n型掺杂剂而成的n型半导体基板。作为n型掺杂剂，例如可以举出磷(P)。半导体基板211作为吸收来自受光面侧的入射光并生成光生载流子(电子及空穴)的光电转换基板而发挥功能。通过使用晶体硅作为半导体基板211的材料，即使在暗电流比较小、入射光的强度较低的情况下，也可以得到比较高的输出(不依赖照度的稳定的输出)。
第一半导体层212及第二半导体层213具有相互不同的导电型。第一半导体层212及第二半导体层213通过大量生成相互不同的载流子，而形成吸引在半导体基板211中生成的载流子的电场。
具体而言，第一半导体层212能够由p型半导体形成，第二半导体层213能够由n型半导体形成。第一半导体层212及第二半导体层213例如能够由非晶硅材料形成，上述非晶硅材料含有赋予所希望的导电型的掺杂剂。作为p型掺杂剂，例如可以举出硼(B)，作为n型掺杂剂，例如可以举出上述的磷(P)。
如图3中详细示出那样，第一半导体层212具有：多个第一末端半导体部2121，在第一方向延伸，在与第一方向交叉的第二方向隔开间隔地配置；和第一连接半导体部2122，以将多个第一末端半导体部2121的第一方向一侧端部连接的方式在第二方向延伸。第二半导体层213具有：多个第二末端半导体部2131，在第一方向延伸，在第二方向上与第一末端半导体部2121交替地配置；和第二连接半导体部2132，以将多个第二末端半导体部2131的第一方向另一侧端部连接的方式在第二方向延伸。
第一电极图案214为了从第一半导体层212取出电荷而设置，第二电极图案215为了从第二半导体层213取出电荷而设置。第一电极图案214及第二电极图案215为了防止短路，而层叠为在第一半导体层212及第二半导体层213的外缘部保留有余量。第一电极图案214及第二电极图案215例如能够通过金属层的蚀刻、导电性膏的印刷及烧制等方法形成。另外，第一电极图案214及第二电极图案215也可以是层叠于第一半导体层212及第二半导体层213的例如由ITO(氧化铟锡：Indium Tin Oxide)、氧化锌(ZnO)等构成的透明电极层与以金属为主体的金属电极层的层叠体。
具体而言，第一电极图案214具有：多个第一指形电极2141，以在第一方向延伸的方式层叠于第一末端半导体部2121；和第一汇流条电极2142，层叠于第一连接半导体部2122，将第一指形电极2141的第一方向一侧端部连接。第二电极图案215具有：多个第二指形电极2151，以在第一方向延伸的方式层叠于第二末端半导体部2131；和第二汇流条电极2152，层叠于第二连接半导体部2132，将第二指形电极2151的第一方向另一侧端部连接。第一汇流条电极2142及第二汇流条电极2152具有大于第一指形电极2141及第二指形电极2151的宽度，为了从标准单元21A输出电力而也被用作供互连器22连接的端子。
如图4所示，末端单元21B具有：主部21B1，具有与标准单元21A相同的构造；和伸出部21B2，设置于主部21B1的第一方向外侧，至少一部分与遮光区域11重叠(图4的点划线示出主部21B1与伸出部21B2的边界)。伸出部21B2是将主部21B1的半导体基板211、和主部21B1的第一连接半导体部2122及第二连接半导体部2132的位于第一方向外侧的部分延长而成的。即，第一方向一侧的末端单元21B的第一半导体层212向伸出部21B2延伸，第一方向另一侧的末端单元21B的第二半导体层213向伸出部21B2延伸。
对于太阳能电池串20而言，末端单元21B的伸出部21B2被遮光区域11遮光而一部分无法参与光电转换，但主部21B1不被遮光区域11遮光，所以能够输出与标准单元21A大致相同的电力。因此，太阳能电池串20的全部的太阳能电池单元21A、21B的输出大致相等，所以整体上光电转换效率优异。
标准单元21A及末端单元21B能够通过将半导体晶圆在第一方向上割断为多个而形成。末端单元21B的伸出部21B2能够利用半导体晶圆的端部区域而形成。因此，通过将末端单元21B的平面形状设为将伸出部21B2的外侧的角倒角而成的六边形，能够提升半导体晶圆的利用效率。另外，通过切除末端单元21B的伸出部21B2而能够得到标准单元21A，所以能够根据太阳能电池串20的结构而容易地调整标准单元21A的数量和末端单元21B的数量。
作为伸出部21B2的第一方向的长度的下限，优选为1mm，更加优选为3mm。另一方面，作为伸出部21B2的第一方向的长度的上限，优选为20mm，更加优选为15mm。通过将伸出部21B2的第一方向的长度设为上述下限以上，能够有效地防止因太阳能电池模块1组装时的太阳能电池串20的配置误差而损害美观性。另外，通过将伸出部21B2的第一方向的长度设为上述上限以下，能够使形成太阳能电池单元21A、21B时的半导体晶圆的利用效率比较大。
背面保护材料30是保护太阳能电池串20的背面侧的层。作为背面保护材料30的材质，并不特别限定，但优选为防止水等浸入(隔水性较高)的材质。具体而言，背面保护材料30例如能够由玻璃、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、丙烯酸树脂、聚乙烯(PE)、烯烃类树脂、含氟树脂、含硅树脂等树脂等形成。另外，背面保护材料30也可以是树脂的层与例如铝箔等金属的层的层叠体。另外，为了使太阳能电池串20间的缝隙不引人注目来提升太阳能电池模块1的美观性，背面保护材料30的从表面侧的面观察时的颜色(光的反射特性)优选为与太阳能电池单元21A、21B的表面侧的面的颜色相近。
密封材料40在表面保护材料10与背面保护材料30之间的空间内将太阳能电池串20密封，抑制因水分等而太阳能电池串20劣化。密封材料40具有透明性，由具有对表面保护材料10及太阳能电池串20的密合性的材料形成。形成密封材料40的材料优选为具有热塑性，以能够通过热压而将表面保护材料10与太阳能电池串20的缝隙密封。具体而言，作为形成密封材料40的材料，例如能够使用以乙烯/乙酸乙烯酯共聚物(EVA)、乙烯/α-烯烃共聚物、乙烯/乙酸乙烯酯/三烯丙基异氰脲酸酯(EVAT)、聚乙烯醇缩丁醛(PVB)、丙烯酸树脂、聚氨酯树脂、硅酮树脂等为主成分的树脂组成物。
以上，对本发明的实施方式进行了说明，但本发明并不限定于上述的实施方式，能够进行各种变更及变形。作为例子，本发明所涉及的太阳能电池模块中的太阳能电池单元的具体构造、例如半导体层及电极图案的平面形状等也可以与上述实施方式不同，太阳能电池串也可以全部由相同构造的太阳能电池单元形成。
在本发明所涉及的太阳能电池模块中，太阳能电池串也可以仅一端部与遮光区域重叠。因此，本发明所涉及的太阳能电池模块的太阳能电池串也可以仅在一端设有具有伸出部的末端单元。
本发明所涉及的太阳能电池模块也可以背面保护材料及密封材料的平面形状与表面保护材料相等。特别是在背面保护材料由玻璃等具有刚性的材料形成的情况下，也可以将背面保护材料的外缘部通过粘合剂粘合于汽车的框架等。
附图标记说明
1...太阳能电池模块；10...表面保护材料；11...遮光区域；20...太阳能电池串；21A...标准单元；21B...末端单元；21B1...主部；21B2...伸出部；211...半导体基板；212...第一半导体层；2121...第一末端半导体部；2122...第一连接半导体部；213...第二半导体层；2131...第二末端半导体部；2132...第二连接半导体部；214...第一电极图案；2141...第一指形电极；2142...第一汇流条电极；215...第二电极图案；2151...第二指形电极；2152...第二汇流条电极；22...互连器；23...配线材料；30...背面保护材料；40...密封材料。

Claims (5)

1.一种太阳能电池模块，其特征在于，具备：
板状的表面保护材料，在外周部具有遮断光的遮光区域；
多个太阳能电池串，分别具有在第一方向上排成一列地连接的多个太阳能电池单元，所述多个太阳能电池串在与所述第一方向交叉的第二方向上排列配置于所述表面保护材料的背侧；
板状或片状的背面保护材料，配置于所述多个太阳能电池串的背侧；以及
密封材料，填充于所述表面保护材料与所述背面保护材料之间，
所述太阳能电池串配设为至少一端的所述太阳能电池单元的一部分与所述遮光区域重叠。
2.根据权利要求1所述的太阳能电池模块，其特征在于，
所述多个太阳能电池单元包括：
标准单元，配置于所述太阳能电池串的至少两端以外的位置；和
末端单元，具有主部和伸出部，所述主部配置于所述太阳能电池串的至少一端，具有与所述标准单元相同的构造，所述伸出部设置于所述主部的所述第一方向外侧，至少一部分与所述遮光区域重叠。
3.根据权利要求2所述的太阳能电池模块，其特征在于，
所述标准单元的平面形状为矩形，所述末端单元的平面形状为将所述伸出部的外侧的角倒角而成的六边形。
4.根据权利要求2或3所述的太阳能电池模块，其特征在于，
所述标准单元具备：半导体基板；导电型彼此不同的第一半导体层及第二半导体层，形成于所述半导体基板的背面；以及第一电极图案及第二电极图案，所述第一电极图案层叠于所述第一半导体层，所述第二电极图案层叠于所述第二半导体层，
所述第一半导体层具有：多个第一末端半导体部，在所述第一方向延伸，在所述第二方向隔开间隔地配置；和第一连接半导体部，以将所述多个第一末端半导体部的所述第一方向一侧端部连接的方式在所述第二方向延伸，
所述第二半导体层具有：多个第二末端半导体部，在所述第一方向延伸，在所述第二方向上与所述第一末端半导体部交替地配置；和第二连接半导体部，以将所述多个第二末端半导体部的所述第一方向另一侧端部连接的方式在所述第二方向延伸，
所述第一电极图案具有：多个第一指形电极，以在所述第一方向延伸的方式层叠于所述第一末端半导体部；和第一汇流条电极，层叠于所述第一连接半导体部，将所述第一指形电极的所述第一方向一侧端部连接，
所述第二电极图案具有：多个第二指形电极，以在所述第一方向延伸的方式层叠于所述第二末端半导体部；和第二汇流条电极，层叠于所述第二连接半导体部，将所述第二指形电极的所述第一方向另一侧端部连接。
5.根据权利要求4所述的太阳能电池模块，其特征在于，
所述第一方向一侧的所述末端单元的所述第一半导体层向所述伸出部延伸，所述第一方向另一侧的所述末端单元的所述第二半导体层向所述伸出部延伸。
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