JP5646586B2 - 太陽電池 - Google Patents
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Description
本発明は、太陽電池に関するものである。
太陽電池は光電変換原理を応用して、太陽エネルギーを電気エネルギーに変換する電池であり、具体的には、光起電力効果を利用して、太陽光エネルギーを直接電力に変換する電力機器である。一般的な一次電池や二次電池のように電力を蓄えるのではなく、光起電力効果により、受けた光エネルギーを即時に電力に変換して出力する。主流のシリコン太陽電池（非特許文献１を参照）の他、様々な化合物半導体などを素材にしたものが実用化されている。
現在、太陽電池としては主にシリコン太陽電池が利用されている。従来のシリコン太陽電池は、背面電極と、ｐ型半導体層と、ｎ型半導体層及び前面電極と、を含む。前記シリコン太陽電池の中で、前記ｐ型半導体層とｎ型半導体層はｐｎ接合を形成し、該ｐｎ接合に太陽光があたると、それが刺激となって、複数の電子と正孔が発生する。該複数の電子と正孔は、電場の作用下で分離し且つ背面電極と前面電極にそれぞれ移動する。前記シリコン太陽電池の背面電極及び前面電極が負荷を受けると、該背面電極及び前面電極の間に外部回路の負荷を通じて電流が流れる。
しかし、従来のシリコン太陽電池は光子が前面電極とｎ型半導体層を通じてｐｎ接合に到達する。これにより、一部の入射する太陽光は前面電極とｎ型半導体層に吸収され、ｐｎ接合の太陽光の吸収率は低くなり、ｐｎ接合で発生する電流キャリアを減少させる。従って、従来のシリコン太陽電池は太陽光の吸収率が低い。
張明杰等、"太陽電池及び多晶シリコンの製造"、「材料及び冶金の学報」、２００７年、第１６巻、第３３頁〜第３８頁
従って、前記課題を解決するために、本発明は太陽光を受け取る面積が大きく且つ太陽光の吸収率が高い太陽電池及びその製造方法を提供する。
本発明の太陽電池は、複数の電池ユニットと、絶縁基板と、を含む太陽電池であって、一つの電池ユニットは、第一電極層と、ｐ型半導体層と、ｎ型半導体層と、第二電極層と、を含み、前記一つの電池ユニットは受光面を有し、前記ｐ型半導体層と前記ｎ型半導体層は接触してｐｎ接合を形成し、一つの前記電池ユニットにおいて、第一電極層と、ｐ型半導体層と、ｎ型半導体層と、第二電極層と、は一つの直線上に並列に接触して設置され、前記受光面は前記直線と平行する表面であり、前記絶縁基板の一つの表面に、複数の凹溝が間隔をあけて設置され、各々の前記凹溝には、少なくとも一つの電池ユニットが設置され、前記凹溝と前記電池ユニットとの間には、反射素子が設置される。
従来の技術と比べて、本発明が提供する太陽電池は以下の優れた点がある。第一に、太陽光が受光面に直接入射することができ、該受光面は電極によって被覆されていないため、光子は電極とｎ型シリコン層を通過せず、直接ｐｎ接合に到達できる。これにより、ｐｎ接合での光の吸収率を高めることができるため、ｐｎ接合は大量の電子と正孔を発生し、太陽電池の光起電力効果を高めることができる。第二に、複数の電池ユニットは、絶縁基板において、接着剤によって直接接着する必要がなく、絶縁基板によって支持することができる。従って、複数の電池ユニットは強固に結合される。また、絶縁基板に支持される電池ユニットの数量は制限されない。第三に、複数の電池ユニットは絶縁基板において、電池ユニットが故障した場合、該故障した電池ユニットのみを交換することが可能であり、容易に修理することができる。第四に、複数の電池ユニットは絶縁基板において太陽電池を形成し、絶縁基板の面積を増大させることによって、太陽電池の面積自体を増大できる。つまり、太陽電池が提供する電力を増大できる。第五に、ストリップ状の導電条片によって、複数の電池ユニットを直列或いは並列に接続することができる。
以下、図面を参照して、本発明の実施例について説明する。
（実施例１）
図１、図２を参照すると、本発明の実施例１は太陽電池１０を提供する。該太陽電池１０は絶縁基板１１０と複数の電池ユニット１２０を含み、絶縁基板１１０の表面には、複数の凹溝１１２が間隔をあけて設けられ、複数の電池ユニット１２０は複数の凹溝１１２に対応して複数の凹溝１１２に設置される。一つの電池ユニット１２０は、第一電極層１２２と、ｐ型シリコン層１２４と、ｎ型シリコン層１２６、第二電極層１２８と、を含む。電池ユニット１２０において、第一電極層と、ｐ型半導体層と、ｎ型半導体層と、第二電極層とは一つの直線上に並列に接触して設置される。各電池ユニット１２０は前記直線と平行する表面を有し、該表面は受光面であり、入射光線を受ける。ｐ型シリコン層１２４とｎ型シリコン層１２６とは接触しｐｎ接合を形成する。
図１、図２を参照すると、本発明の実施例１は太陽電池１０を提供する。該太陽電池１０は絶縁基板１１０と複数の電池ユニット１２０を含み、絶縁基板１１０の表面には、複数の凹溝１１２が間隔をあけて設けられ、複数の電池ユニット１２０は複数の凹溝１１２に対応して複数の凹溝１１２に設置される。一つの電池ユニット１２０は、第一電極層１２２と、ｐ型シリコン層１２４と、ｎ型シリコン層１２６、第二電極層１２８と、を含む。電池ユニット１２０において、第一電極層と、ｐ型半導体層と、ｎ型半導体層と、第二電極層とは一つの直線上に並列に接触して設置される。各電池ユニット１２０は前記直線と平行する表面を有し、該表面は受光面であり、入射光線を受ける。ｐ型シリコン層１２４とｎ型シリコン層１２６とは接触しｐｎ接合を形成する。
図３を参照すると、電池ユニット１２０の形状及びサイズは、凹溝１１２の形状及びサイズと対応する。ここでサイズと対応するとは電池ユニット１２０を凹溝１１２に設置する際、電池ユニット１２０と凹溝１１２との間に隙間がない、或いは電池ユニット１２０と凹溝１１２との間に隙間があるがその隙間は小さいことを意味する。即ち、電池ユニット１２０のサイズは凹溝１１２のサイズと同じであり、或いは、電池ユニット１２０のサイズは凹溝１１２のサイズよりやや小さい。電池ユニット１２０のサイズが凹溝１１２のサイズと同じである場合、接着剤、他の方法等を用いなくとも、摩擦力によって電池ユニット１２０を凹溝１１２に嵌め込んで固く結合させることができる。電池ユニット１２０のサイズが凹溝１１２のサイズよりやや小さい場合、電池ユニット１２０を凹溝１１２に嵌め込んだ際にできる電池ユニット１２０と凹溝１１２との隙間に、接着剤を充填することによって、電池ユニット１２０を凹溝１１２とに固く結合させることもできる。或いは、電池ユニット１２０と凹溝１１２との隙間に、薄い素子（例えば、反射素子）を設置して、電池ユニット１２０を凹溝１１２に固く結合させることもできる。
本実施例において、電池ユニット１２０は直方体であり、第一表面１２２２、第二表面１２８２、第三表面１２１、第四表面１２３、第五表面１２５及び第六表面１２９を有する。第一表面１２２２は第一電極層１２２におけるｐ型シリコン層１２４と離れる表面であり、第二表面１２８２は第二電極層１２８におけるｎ型シリコン層１２６と離れる表面であり、第一表面１２２２と第二表面１２８２とは対向する。また、第三表面１２１と第四表面１２３とは対向し、第五表面１２５と第六表面１２６とも対向する。第三表面１２１、第四表面１２３、第五表面１２５及び第六表面１２９は、第一電極層１２２、ｐ型シリコン層１２４、ｎ型シリコン層１２６及び第二電極層１２８の四層の部分の表面を含む。第五表面１２５は凹溝１１２の底面（図示せず）に接触する。第六表面１２９は電池ユニット１２０の受光面である。太陽電池１０の厚さは第五表面１２５から第六表面１２９までの距離であるが、太陽電池１０の厚さに制限はなく、受光面から入射する太陽光の、ｐ型シリコン層１２４とｎ型シリコン層１２６に対する光透過率によって、太陽電池１０の厚さを設定することができる。好ましくは、太陽電池１０の厚さは太陽光の光透過率が零の際の厚さであり、これにより、太陽電池１０は太陽光を有効に利用できる。本実施例において、太陽電池１０の厚さは５０ｎｍ〜３００ｎｍである。
図４を参照すると、ｐ型シリコン層１２４は対抗する第七表面１２４２と第八表面１２４４を有し、ｎ型シリコン層１２６は対抗する第九表面１２６２と第十表面１２６４を有する。第一電極層１２２は第七表面１２４２に設置され且つｐ型シリコン層１２４と電気的に接続され、第二電極層１２８は第十表面１２６４に設置され且つｎ型シリコン層１２６と電気的に接続される。ｐ型シリコン層１２４の第八表面１２４４とｎ型シリコン層１２６の第九表面１２６２とは接触しｐｎ接合を形成する。
ｐ型シリコン層１２４は第一面（図示せず）を有し、該第一面は第七表面１２４２及び第八表面１２４４にそれぞれ接続される。また、ｎ型シリコン層１２６は第二面（図示せず）を有し、該第二面は第九表面１２６２及び第十表面１２６４にそれぞれ接続される。第一面と第二面とは受光面を形成する。ｐｎ接合はｐ型シリコン層１２４とｎ型シリコン層１２６との接触面の付近に形成される。従って、ｐｎ接合は受光面に露出される。
ｐ型シリコン層１２４は、単結晶シリコン或いは多結晶シリコンからなる。ｐ型シリコン層１２４の厚さは第七表面１２４２から第八表面１２４４までの距離であり、その距離は２００ｎｍ〜３００ｎｍである。第一面と第七表面１２４２或いは第一面と第八表面１２４４とが成す角度は０°〜１８０°（０°および１８０°は含まず)であるが、好ましくは９０°である。本実施例において、第一面は第七表面１２４２及び第八表面１２４４に対して垂直であり、ｐ型シリコン層１２４は単結晶シリコンからなり且つその厚さは２００ｎｍである。
ｎ型シリコン層１２６は、シリコン片に過量のｎ型のドープ材料（例えば、リン或いはヒ素）を注入することによって形成される。ｎ型シリコン層１２６の厚さは第九表面１２６２から第十表面１２６４までの距離であり、その距離は１０ｎｍ〜１μｍである。第二面と第九表面１２６２或いは第二面と第十表面１２６４とが成す角度は０°〜１８０°（０°および１８０°は含まず)であるが、好ましくは９０°である。本実施例において、第二面は第九表面１２６２及び第十表面１２６４に対して垂直であり、ｎ型シリコン層１２６の厚さは５０ｎｍである。
電池ユニット１２０と凹溝１１２の間に反射素子１５０が設置される。該反射素子１５０によって、ｐ型シリコン層１２４及びｎ型シリコン層１２６から出射する光線は、ｐｎ接合に向かって反射して、このｐｎ接合に吸収されることで、太陽電池１０の光起電力効果を高める。該反射素子１５０を設置する位置に制限はなく、ｐｎ接合から出射される光を反射することができ且つ一電極層１２２及び第二電極層１２８が、反射素子１５０によって短絡されなければ、反射素子１５０は第三表面１２１及び第四表面１２３の少なくとも一つに設置することもできる。また、設置する方法は接触して設置されるか或いは間隙を設けて設置されることもできる。
反射素子１５０は反射層であっても良い。該反射層は連続した面状構造を有する金属材料層からなる。金属材料は、アルミニウム、金、銅、銀の中の何れかの一種或いはそれらの合金からなる。該反射層の厚さに制限はないが、ｐｎ接合から出射される光線が最大限に反射されることが好ましい。好ましくは、反射層の厚さは２０μｍ以上である。本実施例において、反射層の厚さは２０μｍである。また、該反射層の電池ユニット１２０と離れる表面に、複数のミクロ組織が均一に設置される。該複数のミクロ組織は突起或いは溝である。ミクロ組織の形状はＶ型、円筒型、半円球型、ピラミッド型、尖るように削られたピラミッド型の中の何れか一種或いは多種の形状である。前記反射材料は、ミクロ組織の表面に設置され且つその材料はアルミニウム、金、銅、銀の中の何れか一種或いはそれらの合金からなる。真空蒸着法或いはマグネトロン・スパッタ法によって、反射材料はミクロ組織の表面に形成される。
反射層は銀、アルミニウムなどの導電性の金属材料からなるため、第一電極層１２２と第二電極層１２８との間で短絡しやすい。従って、この短絡を防止するために、反射層はｐ型シリコン層１２４の表面及びｎ型シリコン層１２６の表面は被覆するが、第一電極層１２２及び第二電極層１２８は被覆しない。ｐ型シリコン層１２４の表面及びｎ型シリコン層１２６の表面は第三表面１２１及び第四表面１２３にそれぞれ属する。更に、第三表面１２１及び第四表面１２３の内の少なくとも一つと反射層との間には透明絶縁層１６０が設置される。この際、反射層は第三表面１２１及び第四表面１２３の内の少なくとも一つの全てを被覆する。
絶縁基板１１０は、電池ユニット１２０を支持し、電池ユニット１２０の第一電極層１２２と第二電極層１２８とが短絡しないために用いられる。絶縁基板１１０の材料は不透明材料或いは透明材料である。絶縁基板１１０の材料が不透明材料である場合、その材料は金属或いは絶縁ゴムからなる。絶縁基板１１０の材料が透明材料である場合、その材料はガラス、石英、ダイヤモンド或いはプラスチックなどの硬質材料或いは軟質材料からなる。本実施例において、絶縁基板１１０の材料は三酢酸セルロース（ｃｅｌｌｕｌｏｓｅ ｔｒｉａｃｅｔａｔｅ ＣＴＡ）からなる。三酢酸セルロースは電気絶縁に優れ且つ透明度が高い。
絶縁基板１１０の表面に複数の凹溝１１２が設置され、各凹溝１１２の内部には、電池ユニット１２０がそれぞれ設置される。即ち、複数の凹溝１１２は複数の電池ユニット１２０と対応する。複数の凹溝１１２の形状に制限はないが、好ましくは、複数の凹溝１１２の形状は複数の電池ユニット１２０の形状と同じである。本実施例において、凹溝１１２は直方体であり横断面は矩形である。
図３を参照すると、各凹溝１１２は第一側面１１２１、第二側面１１２２、第三側面１１２３、第四側面１１２４及び底面を含む。第一側面１１２１は第二側面１１２２と対向し、第三側面１１２３は第四側面１１２４と対向する。各凹溝１１２の四つの側面は底面とそれぞれ接続する。つまり、電池ユニット１２０が凹溝１１２に設置されると、電池ユニット１２０の第五表面１２５は凹溝１１２の底面に接続される。
更に、凹溝１１２内に設置された電池ユニット１２０は、絶縁基板１１０から突出しても良く、この際、凹溝１１２の深度は電池ユニット１２０の厚さより小さい。または、電池ユニット１２０の厚さは凹溝１１２の深度と同じでも良い。ここで、凹溝１１２の深度とは凹溝１１２の底面から絶縁基板１１０の凹溝１１２を有する表面までの距離である。つまり、このような状態の際、電池ユニット１２０の受光面が凹溝１１２の側面に遮られない。
電池ユニット１２０において、第一表面１２２２と第一側面１１２１とは直接接触して設置される、或いは第一接着剤１４０によって、第一表面１２２２と第一側面１１２１とは接着される。第二表面１２８２と第二側面１１２２とは直接接触して設置されるか、或いは第一接着剤１４０によって、第二表面１２８２と第二側面１１２２とは接着される。第一接着剤１４０の材料は制限されないが、好ましくは、第一接着剤１４０は導電接着剤である。該導電接着剤はエポキシ樹脂、導電塗料、導電高分子材料からなる。本実施例において、第一接着剤１４０はエポキシ樹脂である。
凹溝１１２の第三側面１１２３と電池ユニット１２０の第三表面１２１とは直接接触して電気的に接続されるか、或いは第二接着剤１４４によって、凹溝１１２の第三側面１１２３と電池ユニット１２０の第三表面１２１とは電気的に接続される。第二接着剤１４４の材料に制限はなく、その材料は導電接着剤でも良く、或いは非導電接着剤でも良い。更に、図３を参照すると、電池ユニット１２０と凹溝１１２との間には、反射素子１５０が設置される。本実施例において、第二接着剤１４４はエポキシ樹脂である。
第一接着剤１４０と第二接着剤１４４とがいずれも導電接着剤である場合、第一電極層１２２及び第二電極層１２８が短絡するのを防止するために、第一接着剤１４０と第二接着剤１４４とは絶縁設置される。第一接着剤１４０と第二接着剤１４４とがいずれも非導電接着剤である場合、第一接着剤１４０及び第二接着剤１４４は凹溝１１２の四つの側面（１１２１、１１２２、１１２３、１１２４）を完全に被覆できる。また、第一接着剤１４０及び第二接着剤１４４の厚さは比較的薄いため、凹溝１１２の大部分のスペースを電池ユニット１２０が占めることができる。これにより、電池ユニット１２０の受光面を増大させ、電池ユニット１２０の光起電力効果を高めることができる。
電池ユニット１２０の第五表面１２５と凹溝１１２の底面との間に、反射素子１５０を設置しても良い。反射素子１５０と凹溝１１２の底面とは直接接触して設置される、或いは第二接着剤１４４によって、反射素子１５０と凹溝１１２の底面とは接着される。反射素子１５０はｐ型シリコン層１２４の表面及びｎ型シリコン層１２６の表面を被覆する。反射素子１５０が第五表面１２５の全てを被覆する場合、第一電極層１２２及び第二電極層１２８が短絡するのを防止するために、電池ユニット１２０の第五表面１２５と反射素子１５０との間に、透明絶縁層６０が設置される。
絶縁基板１１０の凹溝１１２が設置される表面には、複数のストリップ状の導電条片１３０が設置される。この導電条片１３０によって、間隔をあけて設置された複数の電池ユニット１２０は互いに電気的に接続される。また、導電条片１３０は導電性を有し且つ絶縁基板１１０の表面に強固に接着できれば、その材料は制限されない。本実施例において、導電条片１３０はエポキシ樹脂である。
導電条片１３０の両端は、第一電極層１２２及び第二電極層１２８にそれぞれ電気的に接続される。導電条片１３０は第一電極層１２２及び第二電極層１２８は直接に接触して電気的に接続される。更に、第一接着剤１４０を使用する場合、第一接着剤１４０が導電接着剤である際、導電条片１３０は第一接着剤１４０と接触することによって、第一電極層１２２及び第二電極層１２８にそれぞれ電気的に接続される。第一接着剤１４０が非導電接着剤である際、導電条片１３０は第一電極層１２２及び第二電極層１２８は直接接触して電気的に接続される。
図２を参照すると、複数の導電条片１３０の各導電条片１３０の一端は、電池ユニット１２０の第一電極層１２２に接続され、他の一端は隣接する電池ユニット１２０の第二電極層１２８に接続される。つまり、複数の電池ユニット１２０は直列接続される。図５を参照すると、複数の導電条片１３０において、各導電条片１３０の一部分の両端は二つの電池ユニット１２０の第一電極層１２２と接続され、他の部分の両端は二つの電池ユニット１２０の第二電極層１２８と接続される。つまり、複数の電池ユニット１２０は並列接続される。
ｐｎ接合は大量の太陽光を吸収するように、電池ユニット１２０の受光面に反射防止層１７０を設置する。該反射防止層１７０は太陽光を入射させるが、太陽光の反射を減少させて太陽光の吸収率を少なくする。該反射防止層１７０は窒化ケイ素或いはシリカなどからなり、厚さは１５０ｎｍより小さい。本実施例において、反射防止層１７０は窒化ケイ素からなり、その厚さは９０ｎｍである。
各電池ユニット１２０において、ｐｎ接合に太陽光があたると、それが刺激となって、複数の電子と正孔が発生する。該複数の電子と正孔は電場の作用下で分離し、ｎ型シリコン層１２６の電子は第二電極層１２８に移動し、ｐ型シリコン層１２４の正孔は第一電極層１２２に移動する。複数の電子と正孔は第二電極層１２８及び第一電極層１２４に収集されて電流を形成する。これにより、電池ユニット１２０は光起電力効果を利用して、太陽光エネルギーを直接電力に変換する。導電条片１３０によって、複数の電池ユニット１２０を直列に接続する、或いは複数の電池ユニット１２０を並列に接続して、所望の電圧或いは電流を実現することができる。
太陽電池１０が作動すると、太陽光は第一電極層１２２に入射せずに直接ｐｎ接合に達する。これにより、第一電極層１２２は連続した面状構造によって、ｐ型シリコン層１２４の第七表面１２４２の全てを被覆することができる。また、該第一電極層１２２は網目状或いは格子状構造によって、第一電極層１２２はｐ型シリコン層１２４の第七表面１２４２の一部分を被覆することもできる。第一電極層１２２は導電性材料からなり、該材料は金属、導電性ポリマー、ＩＴＯ及びカーボンナノチューブ構造体である。好ましくは、第一電極層１２２は連続した面状構造の金属材料層からなり、該金属材料層は第七表面１２４２の全てを被覆する。金属材料は、アルミニウム、銅或いは銀である。金属材料が銀である場合、第一電極層１２２は反射素子として、ｐｎ接合から出射する光を反射する。第一電極層１２２の厚さに制限はないが、好ましくは、５０ｎｍ〜３００ｎｍである。本実施例において、第一電極層１２２はアルミ箔からなり、その厚さは２００ｎｍである。
太陽電池１０が作動すると、太陽光は第二電極層１２８に入射せずに直接ｐｎ接合に達する。これにより、第二電極層１２８は連続した面状構造によって、ｎ型シリコン層１２６の第十表面１２６４の全てを被覆することができる。また、該第二電極層１２８は網目状或いは格子状構造によって、第二電極層１２８はｎ型シリコン層１２６の第十表面１２６４の一部分を被覆することもできる。第二電極層１２８は導電性材料からなり、該材料は金属、導電性ポリマー、ＩＴＯ及びカーボンナノチューブ構造体である。好ましくは、第二電極層１２８は連続した面状構造の金属材料層からなり、該金属材料層は第十表面１２６４の全てを被覆する。金属材料は、アルミニウム、銅或いは銀である。金属材料が銀である場合、第二電極層１２８は反射層として、ｐｎ接合から出射する光を反射する。第二電極層１２８の厚さに制限はないが、好ましくは、５０ｎｍ〜３００ｎｍである。本実施例において、第二電極層１２８はアルミ箔からなり、その厚さは２００ｎｍである。
本発明では、第一電極層１２２及び第二電極層１２８を光が通過しないため、太陽光が第一電極層１２２及び第二電極層１２８を通過して光起電力効果が低下するのを防ぐことができる。更に、第一電極層１２２及び第二電極層１２８の厚さは薄いため、一部の光は第一電極層１２２及び第二電極層１２８を通って出射される。従って、第一電極層１２２及び第二電極層１２８の表面には反射素子が設置される。該反射素子は第一電極層１２２及び第二電極層１２８から出射される光を、電池ユニット１２０に反射する。
本発明の太陽電池１０が作動すると、太陽光が第一面と第二面からなる受光面に入射する。該受光面は第二電極層１２８に被覆されていないため、ｐｎ接合は直接露出される。これにより、光子は第二電極層１２８とｎ型シリコン層１２６を通じて、ｐｎ接合に到達する必要がなく、直接ｐｎ接合に吸収される。従って、光子の吸収率は高くなり、ｐｎ接合は更に多くの電子と正孔を発生することができる。
また、第二電極層１２８が受光面上に設置されないため、第二電極層１２８が太陽光の入射を妨げることを考慮しなくて良い。従って、第二電極層１２８の形状は如何なる形状でも良い。更に、第二電極層１２８は面状構造であり、ｎ型シリコン層１２６の第十側面１２６４の全てを被覆する。これにより、第二電極層２８の面積を増大させ、ｐｎ接合で発生する電子キャリアが第二電極層１２８に拡散する距離を減少し、電子キャリアの内部損耗を減少させるため、太陽電池１０の光起電力効果を高めることができる。
受光面と第十側面１２６４とが成す角度は０°〜１８０°（０°および１８０°は含まず)であるが、好ましくは９０°である。
また、第一電極層１２２と第二電極層１２８は太陽光の入射を妨げることを考慮しなくて良いため、第一電極層１２２及び第二電極層１２８は必要に応じた形状に形成することができるため、製造に便利である。
太陽電池１０の電池ユニット１２０の数量は制限されず、必要とする出力電圧に応じて設定することができる。本実施例において、太陽電池１０は１００個の電池ユニット１２０を含む。太陽電池３０の作動電圧は一つの電池ユニット１２０の作動電圧の整数倍である。
本発明の太陽電池は以下の優れた点がある。第一に、太陽光が受光面に直接入射でき、該受光面が電極に被覆されていないため、光子が電極とｎ型シリコン層を通過せず、直接ｐｎ接合に到達できる。これにより、ｐｎ接合の吸収率を高めることができるため、ｐｎ接合は大量の電子と正孔を発生し、太陽電池の光起電力効果を高めることができる。第二に、複数の電池ユニットは、絶縁基板において、接着剤によって直接接着する必要がなく、絶縁基板によって支持することができる。従って、複数の電池ユニットは強固に結合される。また、絶縁基板に支持される電池ユニットの数量は制限されない。第三に、複数の電池ユニットは、絶縁基板において、電池ユニットが故障した場合、該故障した電池ユニットのみを交換することが可能であり、容易に修理することができる。第四に、複数の電池ユニットは、絶縁基板において太陽電池を形成し、絶縁基板の面積を増大させることによって、太陽電池の面積自体を増大できる。つまり、太陽電池が提供する電力を増大できる。第五に、ストリップ状の導電条片によって、複数の電池ユニットを直列或いは並列接続することができる。
（実施例２）
図６を参照すると、本発明の実施例２は太陽電池２０を提供する。本実施例の太陽電池２０の構造と、実施例１の太陽電池１０の構造とは同じであるが、異なる点は、太陽電池２０において、絶縁基板１１０の凹溝１１２を形成する表面は弧状の表面であり、各凹溝１１２には一つの電池ユニット１２０が設置される。本実施例において、絶縁基板１１０の凹溝１１２を形成する表面は半円球の表面であり、絶縁基板１１０は半円球体である。これにより、電池ユニット１２０は太陽光を受けることに優れ、太陽電池２０の光起電力効果を高めることができる。
図６を参照すると、本発明の実施例２は太陽電池２０を提供する。本実施例の太陽電池２０の構造と、実施例１の太陽電池１０の構造とは同じであるが、異なる点は、太陽電池２０において、絶縁基板１１０の凹溝１１２を形成する表面は弧状の表面であり、各凹溝１１２には一つの電池ユニット１２０が設置される。本実施例において、絶縁基板１１０の凹溝１１２を形成する表面は半円球の表面であり、絶縁基板１１０は半円球体である。これにより、電池ユニット１２０は太陽光を受けることに優れ、太陽電池２０の光起電力効果を高めることができる。
（実施例３）
図７を参照すると、本発明の実施例３は太陽電池３０を提供する。本実施例の太陽電池３０の構造と、実施例１の太陽電池１０の構造とは同じであるが、異なる点は、太陽電池３０において、絶縁基板１１０の内部に、ストリップ状の導電条片１３０が設置される。絶縁基板１１０の凹溝１１２が設置されない表面には、太陽電池３０の両端の導電条片１３０が露出する。これによって、太陽電池３０を外部に接続することができる。
図７を参照すると、本発明の実施例３は太陽電池３０を提供する。本実施例の太陽電池３０の構造と、実施例１の太陽電池１０の構造とは同じであるが、異なる点は、太陽電池３０において、絶縁基板１１０の内部に、ストリップ状の導電条片１３０が設置される。絶縁基板１１０の凹溝１１２が設置されない表面には、太陽電池３０の両端の導電条片１３０が露出する。これによって、太陽電池３０を外部に接続することができる。
本実施例において、絶縁基板１１０の内部に導電条片１３０が設置されるため、使用中に導電条片１３０が損傷するのを防止することができる。つまり、太陽電池３０の寿命を延ばすことができる。
（実施例４）
図８を参照すると、本発明の実施例４は太陽電池４０を提供する。本実施例の太陽電池４０の構造と、実施例１の太陽電池１０の構造とは同じであるが、異なる点は、各絶縁基板１１０の凹溝１１２に、二つの電池ユニット１２０が設置される。この二つの電池ユニット１２０は直列接続される。二つの電池ユニット１２０において、一つの電池ユニット１２０のｐ型シリコン層１２４と、他の電池ユニット１２０のｎ型シリコン層１２６とが電気的に接続される。これによって、二つの電池ユニット１２０は直列接続される。
図８を参照すると、本発明の実施例４は太陽電池４０を提供する。本実施例の太陽電池４０の構造と、実施例１の太陽電池１０の構造とは同じであるが、異なる点は、各絶縁基板１１０の凹溝１１２に、二つの電池ユニット１２０が設置される。この二つの電池ユニット１２０は直列接続される。二つの電池ユニット１２０において、一つの電池ユニット１２０のｐ型シリコン層１２４と、他の電池ユニット１２０のｎ型シリコン層１２６とが電気的に接続される。これによって、二つの電池ユニット１２０は直列接続される。
（実施例５）
図９を参照すると、本発明の実施例４は太陽電池５０を提供する。本実施例の太陽電池５０の構造と、実施例１の太陽電池１０の構造とは同じであるが、異なる点は、各絶縁基板１１０の凹溝１１２に設置される二つの電池ユニット１２０は並列に接続される。二つの電池ユニット１２０において、一つの電池ユニット１２０のｐ型シリコン層１２４と、他の電池ユニット１２０のｐ型シリコン層１２４とは電気的に接続される。或いは、一つの電池ユニット１２０のｎ型シリコン層１２６と、他の電池ユニット１２０のｎ型シリコン層１２６とは電気的に接続される。また、凹溝１１２に設置される電池ユニット１２０の数量は二つ以上でも良い。
図９を参照すると、本発明の実施例４は太陽電池５０を提供する。本実施例の太陽電池５０の構造と、実施例１の太陽電池１０の構造とは同じであるが、異なる点は、各絶縁基板１１０の凹溝１１２に設置される二つの電池ユニット１２０は並列に接続される。二つの電池ユニット１２０において、一つの電池ユニット１２０のｐ型シリコン層１２４と、他の電池ユニット１２０のｐ型シリコン層１２４とは電気的に接続される。或いは、一つの電池ユニット１２０のｎ型シリコン層１２６と、他の電池ユニット１２０のｎ型シリコン層１２６とは電気的に接続される。また、凹溝１１２に設置される電池ユニット１２０の数量は二つ以上でも良い。
（実施例６）
本発明の実施例６は太陽電池６０を提供する。本実施例の太陽電池６０の構造と、実施例１の太陽電池１０の構造とは同じであるが、異なる点は、電池ユニット１２０の第一表面１２２２と凹溝１１２の第一側面１１２１との間に導電層が設置され、電池ユニット１２０の第二表面１２８２と凹溝１１２の第二側面１１２２との間にも導電層が設置される。該導電層の材料に制限はなく、導電層の材料は金属或いは導電樹脂からなる。本実施例において、導電層の材料は銀である。蒸着法によって、凹溝１１２の第一側面１１２１の表面或いは第二側面１１２２の表面に導電層が形成される。
本発明の実施例６は太陽電池６０を提供する。本実施例の太陽電池６０の構造と、実施例１の太陽電池１０の構造とは同じであるが、異なる点は、電池ユニット１２０の第一表面１２２２と凹溝１１２の第一側面１１２１との間に導電層が設置され、電池ユニット１２０の第二表面１２８２と凹溝１１２の第二側面１１２２との間にも導電層が設置される。該導電層の材料に制限はなく、導電層の材料は金属或いは導電樹脂からなる。本実施例において、導電層の材料は銀である。蒸着法によって、凹溝１１２の第一側面１１２１の表面或いは第二側面１１２２の表面に導電層が形成される。
前記導電層はストリップ状の導電条片１３０と一体成型されても良い。この際、電池ユニット１２０は第一電極層１２２及び第二電極層１２８を含まない。太陽電池６０の使用中に、ｐ型シリコン層１２４或いはｎ型シリコン層１２６が故障した場合、ｐ型シリコン層１２４或いはｎ型シリコン層１２６を交換することができる。
（実施例７）
本発明の実施例７は太陽電池７０を提供する。該太陽電池７０は絶縁基板１１０と複数の電池ユニット１２０を含み、該絶縁基板１１０の表面には、複数の凹溝１１２が、互いに間隔をあけて設置される。各凹溝１１２は底面を有する。一つの凹溝１１２に、少なくとも一つの電池ユニット１２０が設置される。一つの電池ユニット１２０は、ｐ型シリコン層と、ｎ型シリコン層と、を含む。ｐ型シリコン層とｎ型シリコン層とは接触して、接触面を形成する。該接触面は底面と交差し、該接触面は底面と垂直である。複数の凹溝１１２の間に、ストリップ状の導電条片１３０によって、複数の電池ユニット１２０が並列接続される、或いは、直列接続される。また、各凹溝１１２には、直列接続される複数の電池ユニット１２０が設置され、隣接する電池ユニット１２０の間には電極層が設けられる。
本発明の実施例７は太陽電池７０を提供する。該太陽電池７０は絶縁基板１１０と複数の電池ユニット１２０を含み、該絶縁基板１１０の表面には、複数の凹溝１１２が、互いに間隔をあけて設置される。各凹溝１１２は底面を有する。一つの凹溝１１２に、少なくとも一つの電池ユニット１２０が設置される。一つの電池ユニット１２０は、ｐ型シリコン層と、ｎ型シリコン層と、を含む。ｐ型シリコン層とｎ型シリコン層とは接触して、接触面を形成する。該接触面は底面と交差し、該接触面は底面と垂直である。複数の凹溝１１２の間に、ストリップ状の導電条片１３０によって、複数の電池ユニット１２０が並列接続される、或いは、直列接続される。また、各凹溝１１２には、直列接続される複数の電池ユニット１２０が設置され、隣接する電池ユニット１２０の間には電極層が設けられる。
１０、２０、３０、４０、５０ 太陽電池
１１０ 絶縁基板
１１２ 凹溝
１２０ 電池ユニット
１２１ 第三表面
１２２ 第一電極層
１２３ 第四表面
１２４ ｐ型シリコン層
１２５ 第五表面
１２６ ｎ型シリコン層
１２８ 第二電極層
１２９ 第六表面
１３０ 導電条片
１４０ 第一接着剤
１４４ 第二接着剤
１５０ 反射素子
１６０ 透明絶縁層
１７０ 反射防止層
１１２１ 第一側面
１１２２ 第二側面
１１２３ 第三側面
１１２４ 第四側面
１２２２ 第一表面
１２４２ 第七表面
１２４４ 第八表面
１２６２ 第九表面
１２６４ 第十表面
１２８２ 第二表面
１１０ 絶縁基板
１１２ 凹溝
１２０ 電池ユニット
１２１ 第三表面
１２２ 第一電極層
１２３ 第四表面
１２４ ｐ型シリコン層
１２５ 第五表面
１２６ ｎ型シリコン層
１２８ 第二電極層
１２９ 第六表面
１３０ 導電条片
１４０ 第一接着剤
１４４ 第二接着剤
１５０ 反射素子
１６０ 透明絶縁層
１７０ 反射防止層
１１２１ 第一側面
１１２２ 第二側面
１１２３ 第三側面
１１２４ 第四側面
１２２２ 第一表面
１２４２ 第七表面
１２４４ 第八表面
１２６２ 第九表面
１２６４ 第十表面
１２８２ 第二表面
Claims (1)
- 複数の電池ユニットと、絶縁基板と、を含む太陽電池であって、
一つの電池ユニットは、第一電極層と、ｐ型半導体層と、ｎ型半導体層と、第二電極層と、を含み、
前記一つの電池ユニットは受光面を有し、
前記ｐ型半導体層と前記ｎ型半導体層は接触してｐｎ接合を形成し、
一つの前記電池ユニットにおいて、前記第一電極層と、前記ｐ型半導体層と、前記ｎ型半導体層と、前記第二電極層と、は一つの直線上に並列に接触して設置され、
前記受光面は前記直線と平行する表面であり、
前記絶縁基板の一つの表面に、複数の凹溝が間隔をあけて設置され、
各々の前記凹溝には、複数の電池ユニットがそれぞれ設置され、
前記凹溝と前記電池ユニットとの間には、反射素子が設置されていて、
各々の前記凹溝に設置された前記複数の電池ユニットの形状及びサイズが、前記凹溝の形状及びサイズと対応し、前記複数の電池ユニットの厚さは前記凹溝の深度と同じであることを特徴とする太陽電池。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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