JP3184620U - 太陽電池モジュール - Google Patents
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Abstract
【課題】高い電力発生効率を有する太陽電池モジュールを提供する。
【解決手段】受光表面、及び受光表面に対向する非受光表面を含む太陽電池装置において、受光表面に第１保護膜１２０及びカバープレート１３０を形成し、第１保護膜が太陽電池装置とカバープレートとの間に位置する。非受光表面に、熱輻射材料層１４０をスクリーン印刷して第２保護層１５０を形成する。非受光表面にバックプレーン１６０を形成し、第２保護膜が太陽電池装置とバックプレーンとの間に位置する。
【選択図】図２Ｄ
【解決手段】受光表面、及び受光表面に対向する非受光表面を含む太陽電池装置において、受光表面に第１保護膜１２０及びカバープレート１３０を形成し、第１保護膜が太陽電池装置とカバープレートとの間に位置する。非受光表面に、熱輻射材料層１４０をスクリーン印刷して第２保護層１５０を形成する。非受光表面にバックプレーン１６０を形成し、第２保護膜が太陽電池装置とバックプレーンとの間に位置する。
【選択図】図２Ｄ
Description
本考案は、太陽電池モジュールに関する。
石油化学エネルギーの不足、及びエネルギーの需要量の増大に対応するために、再生可能エネルギーの開発は、非常に重要な問題の一つとなっている。再生可能エネルギーとは、例えば、太陽エネルギー、風カエネルギー、水力、潮汐エネルギーやバイオマスエネルギーのような、天然で持続可能且つ非汚染のエネルギーである。近年、太陽エネルギーの研究及び開発も、非常に重要で盛んになっている。
太陽電池は、光エネルギーを電力に変換する光起電装置である。太陽電池は、単結晶シリコン太陽電池、多結晶シリコン太陽電池、アモルファスシリコン太陽電池、薄膜太陽電池及び色素増感太陽電池を含む。例えば、単結晶シリコン太陽電池は、基板としてｐ型半導体を使用し、５価の原子（例えば、リン原子）をこのｐ型基板にドープして、ｐ‐ｎ接合を形成する。ｐ‐ｎ接合で空乏領域が形成され、内蔵電位を生じることは知られている。日光がｐ型基板のｐ‐ｎ接合に照射されると、光子エネルギーは、半導体内の電気イオンを励起させて電子正孔対を発生させる。電子及び正孔は、内蔵電位の影響に制約される。すなわち、正孔は電界の方向に向かって移動するが、電子は反対方向へ移動する。この場合、ワイヤーでロードと太陽電池電極との間を互いに接続すると、ロードを電流が流れる。これは、太陽電池による発電の動作原理であり、光起電力効果とも呼ばれる。
太陽電池は、汚染を発生させず、地球資源を消耗しないため、益々大衆の注意及び関心を引き、あらゆるメーカーが太陽電池市場に投資するようになった。前述の理由から、これらのメーカーの製品の競争力を増強し、高い電力効率を有する太陽電池の研究開発を行う必要がある。
そのため、本考案の目的は、高い電力発生効率を有する太陽電池モジュールを提供することにある。
本考案の上記及びその他の目的によると、太陽電池モジュールは、太陽電池装置と、第１保護膜と、カバープレートと、熱輻射材料層と、バックプレーンと、を備える。太陽電池装置は、第１電極層、光電変換層、第２電極層、及び複数の金属電極を含み、第１電極層及び第２電極層がそれぞれ光電変換層の２つの対向する第１表面及び第２表面に位置し、金属電極が第２電極層に電気的に接続されるように第２表面に位置する。第１保護膜は、太陽電池装置とカバープレートとの間に位置する。熱輻射材料層は、第２電極層を部分的にカバーして金属電極を露出させるように、第２表面に位置する。熱輻射材料層は、太陽電池装置とバックプレーンとの間に位置する。
本考案の一実施例によると、太陽電池モジュールは、熱輻射材料層とバックプレーンとの間に位置する第２保護膜を更に備える。
本考案の一実施例によると、光電変換層は、Ｐ‐Ｎ接合、Ｐ‐Ｉ‐Ｎ接合又は上記接合の組み合わせを含む。
本考案の一実施例によると、熱輻射材料層は、約２０μｍ〜約５０μｍの範囲の厚さを有する。
本考案の一実施例によると、熱輻射材料層は、炭化ケイ素粉末を含む。
そのため、本考案の太陽電池モジュールは、太陽電池装置の熱輻射率を最大化することによって、熱をモジュールから効果的に消散させるために、太陽電池装置とバックプレーンとの間に挟まれる熱輻射材料層を有する。そのため、太陽電池モジュールの発電効率を、低い作動温度にすることにより高めることができる。また、熱輻射材料層によって電極層を部分的にカバーして少なくとも金属電極を露出させることで、クラックを減少させ太陽電池モジュールの歩留まりを向上させる。熱輻射材料層は、スクリーン印刷によって形成される。前記スクリーン印刷は、熱輻射材料層を太陽電池装置にしっかりと附着させて、熱輻射材料層が太陽電池装置から分離する可能性を低下させる。
上記の一般的な説明及び以下の詳細な説明の両方は、例示的なものに過ぎず、そして主張されるような本考案の更なる説明を提供しようとすることを意図するものであることと理解すべきである。
本明細書に含まれる添付の図面は、本考案に対する更なる理解を提供するためのものである。また、添付の図面は、本明細書に組み込まれ、そして本明細書の一部を構成する。添付の図面は、本考案の実施例を示し、本明細書と共に本考案の原理を説明するために働く。
以下、本考案の現在の好適な実施例について、これらの実施例を例示する添付の図面を参照してより詳細に説明する。可能な限り、同一または同様の要素を指すために、同一の符号が添付の図面及び説明にわたって使用される。
図１は、本考案の一好適な実施例による太陽電池モジュールの製造工程を示すフロー図である。ステップＳ１００において、受光表面、及び前記受光表面に対向する非受光表面を含む太陽電池装置を提供する。そして、ステップＳ２００において、太陽電池装置の受光表面に、第１保護膜及びカバープレートを形成する。第１保護膜は、太陽電池装置とカバープレートとの間に位置する。ステップＳ３００において、太陽電池装置の非受光表面に、熱輻射材料層をスクリーン印刷して第２保護膜を形成する。最後に、ステップＳ４００において、太陽電池装置の非受光表面にバックプレーンを形成し、また、第２保護膜は太陽電池装置とバックプレーンとの間に位置する。
太陽電池モジュールは、Ｓ１００、Ｓ２００、Ｓ３００及びＳ４００の順序、又はＳ１００、Ｓ３００、Ｓ２００及びＳ４００の順序、又はＳ１００、Ｓ３００、Ｓ４００及びＳ２００の順序でステップを順次に実行して製造されることに注意すべきである。
図２Ａ〜図２Ｄは、本考案の一好適な実施例による太陽電池モジュールの製造工程を示す一連の断面図である。
図２Ａを参照して、太陽電池装置１１０が提供される。太陽電池装置１１０は、シリコン太陽電池、化合物半導体太陽電池、色素増感太陽電池又は薄膜太陽電池であってもよい。太陽電池装置１１０は、受光表面ＳＡ及び非受光表面ＳＢを有する。「受光表面」ＳＡとは、太陽に面する太陽電池装置の表面であり、一方、「非受光表面」ＳＢとは、受光表面に対向する表面である。
図２Ｂを参照して、第１保護膜１２０及びカバープレート１３０は、太陽電池装置１１０の受光表面ＳＡに形成される。第１保護膜１２０は、太陽電池装置１１０とカバープレート１３０との間に位置する。第１保護膜１２０は、エチレン・酢酸ビニル共重合体（ｅｔｈｙｌｅｎｅ ｖｉｎｙｌ ａｃｅｔａｔｅ；ＥＶＡ）、ポリビニルブチラール（ｐｏｌｙ ｖｉｎｙｌ ｂｕｔｙｒａｌ；ＰＶＢ）、ポリオレフィン、ポリウレタン、シリコーン又はその他の透明重合体の絶縁接着材であってもよい。太陽電池モジュールの信頼性を高めるために、カバープレート１３０を使用する。カバープレート１３０は、例えば、低鉄ガラスの基板等の高透過率の基板であってもよい。
図２Ｃを参照して、熱輻射材料層１４０及び第２保護膜１５０は、太陽電池装置１１０の非受光表面ＳＢに形成されてもよい。この実施例において、熱輻射材料層１４０は、太陽電池装置１１０と第２保護膜１５０との間に位置する。第２保護膜１５０は、エチレン・酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）、ポリビニルブチラール（ＰＶＢ）、ポリオレフィン、ポリウレタン、シリコーン又はその他の透明重合体の絶縁接着材のような、第１保護膜１２０と同一の材料から形成されてもよい。図２Ｄに示すように、第１保護膜１２０及び第２保護膜１５０を使用して、太陽電池装置１１０及び熱輻射材料層１４０をカバープレート１３０とバックプレーンとの間に封止して、この太陽電池装置１１０及び前記熱輻射材料層１４０を外部衝撃から保護する。熱輻射材料層１４０は、スクリーン印刷工程によって太陽電池装置１１０の非受光表面ＳＢに製造されることが好ましい。スクリーン印刷は、太陽電池装置での母線又はそのフィンガーの形成に広く使われているため、熱輻射材料層１４０を形成するには便利である。
スクリーン印刷を利用して熱輻射材料層１４０を形成することにより、熱輻射材料層１４０を太陽電池装置１１０にしっかりと附着させて、熱輻射材料層１４０が太陽電池装置１１０から分離する可能性を低下させ、また、気泡又はその他の物質の太陽電池装置１１０への浸透を防止する。つまり、スクリーン印刷を利用して熱輻射材料層１４０を形成することにより、太陽電池モジュールの歩留まりを更に向上させることができる。
また、スクリーン印刷を利用して熱輻射材料層１４０を形成することにより、太陽電池装置１１０の非受光表面ＳＢを完全にカバーせずに、実需に応じて、熱輻射材料層１４０を太陽電池装置１１０の非受光表面ＳＢに精確に形成して、実際の熱輻射材料の使用を節約することができる。
熱輻射材料層なしの従来の太陽電池モジュールは、その保護膜によって、モジュールから放熱する。しかしながら、保護膜の大部分が低熱伝導率及び低熱輻射率を有するため、太陽電池モジュールは、発生した熱を効果的に消散させることができない。太陽電池モジュールの発電効率が温度の増加に従って低下するため、従来の太陽電池モジュールでは、その低熱消散率の故に、発電効率を効果的に高めることができない。
本実施例において、熱輻射材料層１４０の放射率は、少なくとも０．８であり、また、熱輻射材料層１４０は炭化ケイ素粉末を含むべきである。炭化ケイ素粉末は、ナノメータスケールのサイズであることが好ましい。また、熱輻射材料層１４０は、炭化ケイ素粉末と混合される樹脂接着剤を更に含む。当業者であれば、実需に応じて、樹脂接着剤と炭化ケイ素粉末の混合比を調整することができる。
熱輻射材料層１４０は、高熱輻射率（熱放射率とも呼ばれる）だけでなく、高熱伝導率も有する点に注意すべきである。そのため、熱輻射材料層１４０が太陽電池装置１１０と第２保護膜１５０との間に挟まれる場合、熱は、熱輻射及び熱伝導によってモジュールから効果的に消散されて、太陽電池装置１１０を低い作動温度に維持することができる。実際の実験結果によると、熱輻射材料層１４０が附着される太陽電池装置１１０は、熱輻射材料層１４０無しの太陽電池装置１１０よりもほぼ１０℃低い（これは、発電効率の４％への向上に寄与する）温度で操作される。
また、熱伝導率は、熱輻射材料層１４０の厚さＤ１４０の増加に従って低下する点に注意すべきである。すなわち、熱伝導率は、熱輻射材料層１４０の厚さＤ１４０に反比例する。本実施例において、熱輻射材料層１４０は、好ましくは、約２０μｍ〜約５０μｍの範囲の厚さＤ１４０を有する。
また、熱輻射材料層１４０について、その性能を最大化するために、適当な位置を決めるべきである。好ましくは、熱輻射材料層１４０は、太陽電池装置１１０と第２保護膜１５０との間に挟まれ、太陽電池装置１１０に物理的に接触して、この太陽電池装置１１０の性能を最大化する。
図２Ｄを参照して、バックプレーン１６０は、第２保護膜１５０に形成される。第２保護膜１５０は、太陽電池装置１１０とバックプレーン１６０との間に位置する。本実施例において、第２保護膜１５０は、熱輻射材料層１４０とバックプレーン１６０との間に位置する。バックプレーン１６０は、ガラス又はポリカーボネーから形成される。バックプレーン１６０及びカバープレート１３０の両者は、低鉄ガラスの基板又は強化ガラス基板であってもよい。バックプレーン１６０がモジュールに組み立てられると、太陽電池モジュール１００の組み立ては、略終了する。
図３Ａは、図２Ｄにおける太陽電池モジュールを示すより詳細な断面図である。また、図３Ｂは、バックプレーン１６０が除去された図３Ａにおける太陽電池モジュールを示す底面図である。
図３Ａを参照して、太陽電池装置１１０は、第１電極層１０、光電変換層２０、第２電極層３０及び複数の金属電極４０を含む。第１電極層及び第２電極層（１０，３０）は、それぞれ光電変換層２０の２つの対向する第１表面Ｓ１及び第２表面Ｓ２に位置する。この実施例において、光電変換層２０は、積み重ねられたｐ型ドープ層２２及びｎ型ドープ層２４からなるＰ‐Ｎ接合であってもよいが、これに限定されない。その他の実施例において、光電変換層２０は、積み重ねられたｐ型ドープ層、真性層及びｎ型ドープ層からなるＰ‐Ｉ‐Ｎ接合であってもよい。その他の実施例において、光電変換層２０は、Ｐ‐Ｎ接合とＰ‐Ｉ‐Ｎ接合の組み合わせであってもよい。
第１電極層１０、第２電極層３０及び複数の金属電極４０は、アルミニウムペースト又は銀アルミニウムペーストをスクリーン印刷することにより形成されてもよいが、それらのペーストやスクリーン印刷に限定されない。
また、第１電極層１０は、太陽電池装置１１０の受光表面ＳＡに形成されてもよい（図２Ｄ参照）。入射光が第１電極層１０によって遮断されないように、第１電極層１０に所定のパターンを設計することができる。例えば、Ｘ軸に沿った母線１２及びＹ軸に沿った前記母線のフィンガー（図示せず）であってもよいが、このパターンに限定されない。
第２電極層３０は、太陽電池装置１１０の受光表面ＳＡに形成されてもよい（図２Ｄ参照）。第２電極層３０は、しばしば裏面電界（ｂａｃｋ ｓｕｒｆａｃｅ ｆｉｅｌｄ；ＢＳＦ）と称され、キャリアの収集を増加し吸収されていない光子を再循環させるために用いられる。また、複数の金属電極４０は、光電変換層２０の第２表面Ｓ２に形成され、また、第２電極層３０に電気的に接続されて、第２電極層３０からの電流を収集する。
熱輻射材料層１４０は、第２電極層３０を部分的にカバーし少なくとも複数の金属電極４０を露出させるように、光電変換層２０の第２表面Ｓ２に形成される。
また、図３Ａ及び図３Ｂを参照して、スクリーン印刷を行う場合、熱輻射材料層１４０と複数の金属電極４０との間に、複数のギャップＧを形成すべきである。それにより、後の半田付け工程を実行して複数の太陽電池を互いに接続する際に、クラックを減少させ太陽電池モジュール１００の歩留まりを向上させる。また、ギャップＧは、熱輻射材料層１４０と複数の金属電極４０との間に、スクリーン印刷のための余裕も提供する。
上記実施例によると、本考案の太陽電池モジュールは、太陽電池装置とそのバックプレーンとの間に挟まれる熱輻射材料層を有し、この太陽電池装置の熱輻射を最大化することで熱をモジュールから効果的に消散させる。そのため、太陽電池モジュールの発電効率は、低い作動温度によって高めることができる。また、熱輻射材料層によって電極層を部分的にカバーして少なくとも金属電極を露出させることで、クラックを減少させ太陽電池モジュールの歩留まりを向上させる。熱輻射材料層は、スクリーン印刷によって形成される。前記スクリーン印刷は、熱輻射材料層を太陽電池装置にしっかりと附着させて、熱輻射材料層が太陽電池装置から分離する可能性を低下させる。
当業者であれば、本考案の範囲や精神から逸脱せずに、本考案の構造に対して各種の修正や変更を加えることができることが理解すべきである。上記内容に鑑み、本考案の修正及び変更が下記実用新案登録請求の範囲及びその同等物の範囲に含まれる場合、本考案は、本考案のこれらの修正や変更を含まれようとする。
１０ 第１電極層
１２ 母線
２０ 光電変換層
２２ ｐ型ドープ層
２４ ｎ型ドープ層
３０ 第２電極層
４０ 金属電極
１００ 太陽電池モジュール
１１０ 太陽電池装置
１２０ 第１保護膜
１３０ カバープレート
１４０ 熱輻射材料層
１５０ 第２保護膜
１６０ バックプレーン
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Ｇ ギャップ
Ｓ１００〜Ｓ４００ ステップ
１２ 母線
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Ｓ１００〜Ｓ４００ ステップ
Claims (5)
- 第１電極層、光電変換層、第２電極層及び複数の金属電極、を含み、前記第１電極層及び前記第２電極層がそれぞれ前記光電変換層の２つの対向する第１表面及び第２表面に配置され、前記金属電極が前記第２電極層に電気的に接続されるように前記第２表面に配置される太陽電池装置と、
前記第１電極層及び前記光電変換層をカバーするように前記第１表面に配置される第１保護膜と、
前記第１保護膜をカバーするように形成されるカバープレートと、
前記第２電極層を部分的にカバーすると共に前記金属電極を露出させるように、前記第２表面に配置される熱輻射材料層と、
前記太陽電池装置の裏面をカバーするように形成されるバックプレーンと、
を備える太陽電池モジュール。 - 前記太陽電池装置と前記バックプレーンとの間に位置する第２保護膜を更に備える請求項１に記載の太陽電池モジュール。
- 前記光電変換層は、Ｐ‐Ｎ接合、Ｐ‐Ｉ‐Ｎ接合又は上記接合の組み合わせを含む請求項１に記載の太陽電池モジュール。
- 前記熱輻射材料層は、約２０μｍ〜約５０μｍの範囲の厚さを有する請求項１に記載の太陽電池モジュール。
- 前記熱輻射材料層は、炭化ケイ素粉末を含む請求項１に記載の太陽電池モジュール。
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