TW201501338A - 太陽能電池模組 - Google Patents
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Abstract
一種太陽能電池模組包含一散熱座、一第一金屬合金層、一陶瓷基板、一第二金屬合金層、一絕緣層及複數個電極，藉由熱傳導係數高之金屬合金層取代傳統低熱傳導之散熱膠材，可提高太陽能電池模組之散熱效果。
Description
本發明是關於一種太陽能電池模組，特別是關於一種藉由熱傳導係數高之金屬合金層取代傳統低熱傳導之散熱膠材以提高散熱效果之太陽能電池模組。
目前市面上之聚光型太陽能系統多使用散熱座，此一設計是以傳導的方式得到散熱效果。然而聚焦後的太陽光所造成的溫度上升急速，尤其是日射量最強的夏天中午時分，其溫度甚至比一般可燃物的燃點還高，被動式傳導散熱的做法雖可減緩電池溫度上升的速度，仍無法有效改善溫度上升之問題。所以一般菲涅爾透鏡系統往往必須要抑制聚光率(小於500-sun)才可以為避免太陽能電池處於過高的工作溫度。因此當具聚光率大於500-sun時，一般習知之技術係利用一絕緣的散熱膏連接電路基板與散熱元件，並利用一固鎖件加強電路基板與散熱元件結合的強度，然而，絕緣材質的散熱膏有固化或產生氣泡等缺點，嚴重影響散熱效果，而藉由固鎖件的設置亦增加製造成本。
本發明之主要目的在於藉由多層熱傳導係數高之金屬合金層取代傳統低熱傳導之散熱膠材作為接合太陽能電池晶片及散熱座之材料，可提高太陽能電池晶片的散熱效果，並可使太陽能電池與散熱座之間具有良好的接合效果。
本發明之一種太陽能電池模組包含一散熱座、一第一金屬合金層、一陶瓷基板、一第二金屬合金層、一絕緣層及複數個電極，該第一金屬合金層具有一第一表面及一第二表面，該第一表面係連接該散熱座，該陶瓷基板連接該第二表面，該第二金屬合金層具有一第三表面及一第四表面，該第三表面連接該陶瓷基板，該絕緣層連接於該第二金屬合金層及一太陽能電池晶片，該絕緣層用以絕緣該第二金屬合金層與該太陽能電池晶片，該太陽能電池晶片連接該絕緣層，各該電極分別連接於該太陽能電池晶片兩側，其中該絕緣層係選自氮化矽或二氧化矽，該陶瓷基板之材料選自於氮化鋁或氧化鋁，該陶瓷基板用於間隔該散熱座與該些電極，以避免該些電極接觸該散熱座而短路，且該陶瓷基板可傳導該太陽能電池晶片之熱能至該散熱座。
本發明藉由熱傳導係數高之該第一金屬合金層及該第二金屬合金層取代傳統低熱傳導之散熱膠材，可提高太陽能電池晶片的散熱效果，且該陶瓷基板具有絕緣、散熱與耐壓等特性，可避免該些電極與該散熱座接觸而造成短路，且可將該太陽能電池晶片之熱能傳導至該散熱座，以提升該太陽能電池晶片之光電轉換效率。
請參閱第1圖，為本發明之第一實施例，一種太陽能電池模組100包含一散熱座110、一第一金屬合金層120、一陶瓷基板130、一第二金屬合金層140、一絕緣層150、一太陽能電池晶片160及複數個電極161，該散熱座110較佳為銅質，次佳者亦可選擇鋁質作為該散熱座110材料，以提高該散熱座110的散熱效果，各該電極161係分別連接於該太陽能電池晶片160兩側，以將該太陽能電池晶片160所產生之電能導出。
請參閱第1圖，該第一金屬合金層120具有一第一表面121及一第二表面122，該第一表面121係連接該散熱座110，該陶瓷基板130連接該第一金屬合金層120之該第二表面122，該第二金屬合金層140具有一第三表面141及一第四表面142，該第三表面141連接該陶瓷基板130，該絕緣層150連接該第二金屬合金層140之該第四表面142及一太陽能電池晶片160，該絕緣層150用以絕緣該第二金屬合金層140與該太陽能電池晶片160，以避免該太陽能電池晶片160接觸該第二金屬合金層140而短路，且該絕緣層150之材料選自氮化矽或二氧化矽，較佳的，該絕緣層150的兩個顯露面151之間具有一第一間距D1，該第二金屬合金層140的兩個顯露面143之間具有一第二間距D2，該第一間距D1大於該第二間距D2，以避免該第二金屬合金層140的兩個顯露面143接觸該些電極161而造成短路。
請參閱第1圖，該陶瓷基板130之材料選自於氮化鋁或氧化鋁，該陶瓷基板130用於間隔該散熱座110與該些電極161，其中分別連接於該太陽能電池晶片160兩側的各該電極161之間具有一第三間距D3，該陶瓷基板130的兩個顯露面131之間具有一第四間距D4，該第四間距D4大於該第三間距D3，以避免該些電極161接觸該散熱座110而短路，且該陶瓷基板130可傳導該太陽能電池晶片160之熱能至該散熱座110散熱，其中，若該陶瓷基板130太薄時，該陶瓷基板130與該第一金屬合金層120及該第二金屬合金層140晶格不匹配之情況會顯著提升，使得應力與缺陷集中在介面處，此時熱載子散射的機率增加，若該陶瓷基板130太厚時，亦會阻擋熱載子傳輸，因此，該陶瓷基板130之厚度係介於100nm至100 μm之間。
請參閱第1及3圖，本發明之該太陽能電池晶片160係由多層具PN接面(PN junction)之矽基材162垂直串聯而成，各接面之電流藉由穿隧導通，由於該太陽能電池晶片160可在極小的厚度與面積內提供極高的電壓，較佳的，該陶瓷基板130之材料選用具有耐高壓的特性的氮化鋁，以避免該太陽能電池晶片160產生的高壓擊穿該陶瓷基板130而導電至該散熱座110造成短路。
雖然該陶瓷基板130可提供良好的絕緣，但該陶瓷基板130的導熱係數較低，且該陶瓷基板130與該絕緣層150及該散熱座110無法直接連接，因此，於該陶瓷基板130與該散熱座110之間及該陶瓷基板130與該絕緣層150之間分別具有該第一金屬合金層120及該第二金屬合金層140，以提供良好的散熱路徑及良好的接合效果，其中，該第一金屬合金層120及該第二金屬合金層140之材料選自於錫、錫鉛合金、錫銀合金、錫銀銅合金、鋁矽合金、鋁鋅合金或鋁鍺合金，該第一金屬合金層120與該第二金屬合金層140與該陶瓷基板130之材料的不同點，就是該第一金屬合金層120與該第二金屬合金層140具有較高熱傳導係數 (~100 W/m.K)，可使該太陽能電池晶片160之熱能經由該絕緣層150、該第二金屬合金層140、該陶瓷基板130及該第一金屬合金層120傳導至該散熱座，以保持該太陽能電池晶片160具有良好的光電轉換效應。
請參閱第2圖，為本發明之第二實施例，其與第一實施例的差異在於該太陽能電池模組100另包含有一第一黏著層171、一第二黏著層172、一第三黏著層173、一第四黏著層174及一絕緣披覆層180，該第一黏著層171連接該第一金屬合金層120及該散熱座110，以增加該第一金屬合金層120及該散熱座110之間的接合強度，該第二黏著層172連接該第二金屬合金層140及該絕緣層150，以增加該第二金屬合金層140及該絕緣層150之間的接合強度，該第三黏著層173連接該陶瓷基板130及該第一金屬合金層120，以增加該第一金屬合金層120及該陶瓷基板130之間的接合強度，該第四黏著層174連接該陶瓷基板130及該第二金屬合金層140，以增加該第二金屬合金層140及該陶瓷基板130之間的接合強度，且該第一黏著層171、該第二黏著層172、該第三黏著層173及該第四黏著層174之材料選自於鈦或鈦鎢合金。
請參閱第2圖，該絕緣披覆層披覆層180覆蓋該些電極161，再進一步避免該些電極161接觸該散熱座110而短路，較佳的，該絕緣披覆層180覆蓋該太陽能電池模組100的側面，而提供更完整的絕緣保護。
本發明藉由熱傳導係數高之該第一金屬合金層120及該第二金屬合金層140取代傳統低熱傳導之散熱膠材，可提高該太陽能電池晶片160的散熱效果，且該陶瓷基板130具有絕緣、散熱與耐壓等特性，可避免該些電極161與該散熱座110接觸而造成短路，且可將該太陽能電池晶片160之熱能傳導至該散熱座110，以提升該太陽能電池晶片160之光電轉換效率。
本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準，任何熟知此項技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內所作之任何變化與修改，均屬於本發明之保護範圍。
100‧‧‧太陽能電池模組
110‧‧‧散熱座
120‧‧‧第一金屬合金層
121‧‧‧第一表面
122‧‧‧第二表面
130‧‧‧陶瓷基板
140‧‧‧第二金屬合金層
141‧‧‧第三表面
142‧‧‧第四表面
150‧‧‧絕緣層
160‧‧‧太陽能電池晶片
161‧‧‧電極
162‧‧‧具PN接面之矽基材
171‧‧‧第一黏著層
172‧‧‧第二黏著層
173‧‧‧第三黏著層
174‧‧‧第四黏著層
180‧‧‧絕緣披覆層
D1‧‧‧第一間距
D2‧‧‧第二間距
D3‧‧‧第三間距
D4‧‧‧第四間距
110‧‧‧散熱座
120‧‧‧第一金屬合金層
121‧‧‧第一表面
122‧‧‧第二表面
130‧‧‧陶瓷基板
140‧‧‧第二金屬合金層
141‧‧‧第三表面
142‧‧‧第四表面
150‧‧‧絕緣層
160‧‧‧太陽能電池晶片
161‧‧‧電極
162‧‧‧具PN接面之矽基材
171‧‧‧第一黏著層
172‧‧‧第二黏著層
173‧‧‧第三黏著層
174‧‧‧第四黏著層
180‧‧‧絕緣披覆層
D1‧‧‧第一間距
D2‧‧‧第二間距
D3‧‧‧第三間距
D4‧‧‧第四間距
第1圖：依據本發明之第一實施例，一種太陽能電池模組之側視圖。第2圖：依據本發明之第二實施例，一種太陽能電池模組之側視圖。第3圖：依據本發明之一實施例，一太陽能電池晶片之示意圖。
100‧‧‧太陽能電池模組
110‧‧‧散熱座
120‧‧‧第一金屬合金層
121‧‧‧第一表面
122‧‧‧第二表面
130‧‧‧陶瓷基板
131‧‧‧顯露面
140‧‧‧第二金屬合金層
141‧‧‧第三表面
142‧‧‧第四表面
143‧‧‧顯露面
150‧‧‧絕緣層
151‧‧‧顯露面
160‧‧‧太陽能電池晶片
161‧‧‧電極
D1‧‧‧第一間距
D2‧‧‧第二間距
D3‧‧‧第三間距
D4‧‧‧第四間距
Claims (10)
- 一種太陽能電池模組，其主要包含： 一散熱座； 一第一金屬合金層，具有一第一表面及一第二表面，該第一表面係連接該散熱座； 一陶瓷基板，連接該第一金屬合金層之該第二表面； 一第二金屬合金層，具有一第三表面及一第四表面，該第三表面連接該陶瓷基板； 一絕緣層，連接該第二金屬合金層之該第四表面及一太陽能電池晶片，該絕緣層用以絕緣該第二金屬合金層與該太陽能電池晶片，其中該太陽能電池晶片連接該絕緣層；以及 複數個電極，各該電極係分別連接於該太陽能電池晶片兩側，其中該絕緣層之材料選自氮化矽或二氧化矽，該陶瓷基板之材料選自於氮化鋁或氧化鋁，該陶瓷基板用於間隔該散熱座與該些電極，以避免該些電極接觸該散熱座而短路，且該陶瓷基板可傳導該太陽能電池晶片之熱能至該散熱座。
- 如申請專利範圍第1項所述之太陽能電池模組，其中該第一金屬合金層及該第二金屬合金層之材料選自於錫、錫鉛合金、錫銀合金、錫銀銅合金、鋁矽合金、鋁鋅合金或鋁鍺合金。
- 如申請專利範圍第1項所述之太陽能電池模組，其中該第一金屬合金層與該散熱座之間另包含一第一黏著層，該第一黏著層連接該第一金屬合金層及該散熱座，以增加該第一金屬合金層及該散熱座之間的接合強度。
- 如申請專利範圍第3項所述之太陽能電池模組，其中該第一黏著層之材料可選自於鈦或鈦鎢合金。
- 如申請專利範圍第1項所述之太陽能電池模組，其中該第二金屬合金層與該絕緣層之間更包含一第二黏著層，該第二黏著層連接該第二金屬合金層及該絕緣層，以增加該第二金屬合金層及該絕緣層之間的接合強度。
- 如申請專利範圍第1項所述之太陽能電池模組，其中該陶瓷基板與該第一金屬合金層之間更包含一第三黏著層，該第三黏著層連接該陶瓷基板及該第一金屬合金層，以增加該第一金屬合金層及該陶瓷基板之間的接合強度。
- 如申請專利範圍第1項所述之太陽能電池模組，其中該陶瓷基板與該第二金屬合金層之間更包含一第四黏著層，該第四黏著層連接該陶瓷基板及該第二金屬合金層，以增加該第二金屬合金層及該陶瓷基板之間的接合強度。
- 如申請專利範圍第1項所述之太陽能電池模組，其另包含有一絕緣披覆層，該絕緣披覆層覆蓋該些電極，以避免該些電極接觸該散熱座。
- 如申請專利範圍第1項所述之太陽能電池模組，其中該絕緣層的兩個顯露面之間具有一第一間距，該第二金屬合金層的兩個顯露面之間具有一第二間距，該第一間距大於該第二間距。
- 如申請專利範圍第1項所述之太陽能電池模組，其中分別連接於該太陽能電池晶片兩側的各該電極之間具有一第三間距，該陶瓷基板的兩個顯露面之間具有一第四間距，該第四間距大於該第三間距。
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