TW201705508A - 高功率太陽能電池模組 - Google Patents

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Abstract

一種高功率太陽能電池模組，其包括蓋板、背板、第一封裝膜、第二封裝膜、多個P型背面鈍化太陽能電池以及多條反射式連接帶。各P型背面鈍化太陽能電池具有受光面以及與受光面相對的非受光面。反射式連接帶位於第一封裝膜與第二封裝膜之間，且任兩相鄰的P型背面鈍化太陽能電池被其中4條反射式連接帶沿第一方向串接。各反射式連接帶具有多條三角柱狀結構。各三角柱狀結構指向蓋板且沿第一方向延伸。

Description

高功率太陽能電池模組
本發明是有關於一種太陽能電池模組，且特別是有關於一種高功率太陽能電池模組。
太陽能電池可將太陽能轉換成電能，且在光電轉換的過程中不會產生二氧化碳或氮化物等對環境有害的物質，因此，太陽能電池成為近幾年再生能源研究上相當重要且受歡迎的一環。
太陽能電池的種類包括單晶矽、多晶矽、非晶矽、薄膜以及染料太陽能電池。就單晶矽太陽能電池而言，其包括N型太陽能電池以及P型太陽能電池。N型太陽能電池具有相對高的光電轉換效率，由60片6吋N型太陽能電池組成的太陽能電池模組可達300瓦以上功率。然而，N型太陽能電池的成本相對昂貴，且存在製程複雜以及良率低等問題。相較於N型太陽能電池，P型太陽能電池的成本相對低、製程相對簡易且良率相對高。惟P型太陽能電池的光電轉換效率不如N型太陽能電池的光電轉換效率，因此P型太陽能電池的輸出功率普遍低於N型太陽能電池的輸出功率。現有技術雖有針對P型太陽能電池的輸出功率進行改良，然而，此些改良的效果仍有進步的空間。
本發明提供一種高功率太陽能電池模組，其具有高輸出功率。
本發明的一種高功率太陽能電池模組，其包括蓋板、背板、第一封裝膜、第二封裝膜、多個P型背面鈍化太陽能電池(Passivated Emitter Rear Contact, PERC)以及多條反射式連接帶。背板與蓋板相對。第一封裝膜位於蓋板與背板之間。第二封裝膜位於第一封裝膜與背板之間。P型背面鈍化太陽能電池位於第一封裝膜與第二封裝膜之間，且各P型背面鈍化太陽能電池具有受光面以及與受光面相對的非受光面。反射式連接帶位於第一封裝膜與第二封裝膜之間，且任兩相鄰的P型背面鈍化太陽能電池被其中4條反射式連接帶沿第一方向串接。各反射式連接帶具有多條三角柱狀結構。各三角柱狀結構指向蓋板且沿第一方向延伸。
在本發明的一實施例中，上述的背板面向該蓋板的表面具有多個微結構。微結構將自蓋板入射進高功率太陽能電池模組的光束反射，並使光束在蓋板的外表面發生全反射 (total inner reflection)。
在本發明的一實施例中，上述的第一封裝膜以及第二封裝膜對於波長在250 nm至340 nm的範圍內的光束的光穿透率高於70%。
在本發明的一實施例中，上述的各P型背面鈍化太陽能電池包括P型摻雜基板、N型摻雜層、第一電極層、絕緣層、第二電極層以及背電極層。P型摻雜基板具有第一表面以及第二表面。第一表面位於受光面與非受光面之間。第二表面位於第一表面與非受光面之間。N型摻雜層設置在第一表面上。第一電極層設置在N型摻雜層上且包括4條匯流電極。各反射式連接帶位於其中一匯流電極上。絕緣層設置在第二表面上且具有多個開口。背電極層設置在至少部分開口中。
在本發明的一實施例中，上述各P型背面鈍化太陽能電池更包括抗反射層。抗反射層設置在N型摻雜層上且位於第一電極層以外的區域。
在本發明的一實施例中，上述的背電極層更設置在絕緣層上。
在本發明的一實施例中，上述的絕緣層包括氧化層、氮化層或上述兩者的疊層。
在本發明的一實施例中，上述的各反射式連接帶的寬度落在0.8 mm至1.5 mm的範圍內，且各反射式連接帶的厚度落在0.15 mm至0.3 mm的範圍內。
在本發明的一實施例中，上述的反射式連接帶分別透過熱固性導電黏著層固定在P型背面鈍化太陽能電池上。
在本發明的一實施例中，上述的各反射式連接帶還具有反射層。反射層設置在三角柱狀結構上，且反射層的反射率高於95%。
在本發明的一實施例中，上述的反射層的材質包括銀，且反射層的厚度落在0.5 μm至10 μm的範圍內。
基於上述，由於P型背面鈍化太陽能電池採用鈍化射極背接觸式的結構有助於提升P型背面鈍化太陽能電池的光電轉換效率，且反射式連接帶的數量以及三角柱狀結構的設計有助於提升光的利用率，因此，本發明的高功率太陽能電池模組可具有高的輸出功率。
為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
圖1是依照本發明的一實施例的一種高功率太陽能電池模組的剖面示意圖。圖2是圖1中P型背面鈍化太陽能電池的一種剖面示意圖。圖3是圖1中P型背面鈍化太陽能電池的一種正視示意圖。圖4是圖1中高功率太陽能電池模組的一種背視示意圖，且圖4省略繪示圖1中的第二封裝膜以及背板。圖5是圖2中P型背面鈍化太陽能電池的局部放大示意圖。請參照圖1至圖5，高功率太陽能電池模組100包括蓋板110、背板120、第一封裝膜130、第二封裝膜140、多個P型背面鈍化太陽能電池150以及多條反射式連接帶160。
蓋板110適於保護位於其下方的P型背面鈍化太陽能電池150，以避免P型背面鈍化太陽能電池150受到外力衝擊而損毀。此外，蓋板110的材質採用透明的材質，以避免影響P型背面鈍化太陽能電池150吸收來自外界的光束L。所述透明的材質泛指一般具有高光穿透率的材質，而不用以限定光穿透率為100 %的材質。舉例而言，蓋板130可以是低鐵玻璃基板，但不以此為限。
背板120與蓋板110相對，其適於保護位於其上方的P型背面鈍化太陽能電池150，以避免P型背面鈍化太陽能電池150受到外力衝擊而損毀。在本實施例中，背板120可採用反射式背板，以提升光利用率。舉例而言，背板120面向蓋板110的表面 (亦即背板120與第二封裝膜140接觸的表面)可具有多個微結構 (未繪示)。微結構適於將自蓋板110入射進高功率太陽能電池模組100的光束L反射，使光束L朝蓋板110傳遞。光束L能夠在蓋板110的表面發生全反射，並入射到P型背面鈍化太陽能電池150。如此，有助於提升高功率太陽能電池模組100的輸出功率。
第一封裝膜130位於蓋板110與背板120之間。第二封裝膜140位於第一封裝膜130與背板120之間。進一步而言，第一封裝膜130以及第二封裝膜140分別位於P型背面鈍化太陽能電池150的相對兩表面，用以密封P型背面鈍化太陽能電池150。第一封裝膜130以及第二封裝膜140的材質採用適於阻隔環境中水氣、氧氣的材質。此外，第一封裝膜130以及第二封裝膜140的材質可選用光穿透率高的材質，且可以是紫外光可穿透的材質。如此，可提升光束L穿透第一封裝膜130且傳遞至P型背面鈍化太陽能電池150的機率，以及提升被背板120反射之光束L穿透第二封裝膜140且傳遞至P型背面鈍化太陽能電池150的機率。舉例而言，第一封裝膜130以及第二封裝膜140對於波長在250 nm至340 nm的範圍內的光束的光穿透率高於70 %。此外，第一封裝膜130以及第二封裝膜140的材質可以是乙烯醋酸乙烯酯 (Ethylene Vinyl Acetate, EVA)、聚乙烯醇縮丁醛 (Poly Vinyl Butyral, PVB)、聚烯烴 (Polyolefin)、聚氨酯 (Polyurethane)、矽氧烷 (Silicone)或透明高分子絕緣接著膠材。
P型背面鈍化太陽能電池150位於第一封裝膜130與第二封裝膜140之間，且各P型背面鈍化太陽能電池150具有受光面SA以及與受光面SA相對的非受光面SB，且受光面SA位於蓋板110與非受光面SB之間。
圖2繪示出P型背面鈍化太陽能電池150的其中一種實施型態，但P型背面鈍化太陽能電池150的結構不限於圖2所繪示者。如圖2所示，各P型背面鈍化太陽能電池150包括P型摻雜基板151、N型摻雜層152、第一電極層153、絕緣層154、第二電極層155以及背電極層156。
P型摻雜基板151具有第一表面S1以及第二表面S2，其中第一表面S1位於受光面SA與非受光面SB之間，且第二表面S2位於第一表面S1與非受光面SB之間。第一表面S1以及第二表面S2的其中至少一者可選擇性地形成織化 (textured)表面 (如圖2中的鋸齒狀表面所示)，以提高光束L的吸收率。圖2繪示第一表面S1為織化表面，且第二表面S2為平面，但本發明不以此為限。舉例而言，在另一實施例中，第一表面S1以及第二表面S2可同為織化表面。
N型摻雜層152設置在第一表面S1上，且N型摻雜層152例如共形於第一表面S1。亦即，N型摻雜層152對應織化表面起伏。
第一電極層153設置在N型摻雜層152上。由於第一電極層153位於受光面S1側，因此，第一電極層153可具有圖案化設計，以減少第一電極層153遮蔽光束L的比例。圖3繪示出第一電極層153的其中一種實施型態，但不以此為限。如圖3所示，第一電極層153可包括沿第一方向D1延伸的4條匯流電極BE (busbar)以及由匯流電極BE延伸出來的多條指狀 (finger)電極FE。指狀電極FE例如分別沿第二方向D2延伸。第一方向D1與第二方向D2例如彼此垂直，但不以此為限。
絕緣層154設置在第二表面S2上且具有多個開口O。絕緣層154可包括一氧化層、一氮化層或上述兩者的疊層。上述氧化層可為氧化鋁層或氧化矽層，而氮化層可為氮化矽層，但不以此為限。
第二電極層155設置在部分開口O中，且背電極層156設置在其餘的開口O中。如圖2所示，第二電極層155例如是設置在對應匯流電極BE的開口O中，其中第二電極層155可具有多條匯流電極BE’，且匯流電極BE’與匯流電極BE可具有相似的圖案設計，但不以此為限。在本實施例中，背電極層156可進一步設置在絕緣層154上。利用一升溫製程，可使背電極層156於第二表面S2鄰近開口O處形成局部後表面電場(Local Back Surface Field, Local BSF)LB。如此，可增加載子的收集且可回收未被吸收的光子，從而提升光電轉換效率。在另一實施例中，可於第二表面S2對應開口O處形成多個未繪示的凹陷，並使背電極層156填入凹陷中，如此，亦有助於局部後表面電場的形成。
P型背面鈍化太陽能電池150可進一步包括抗反射層157。抗反射層157設置在N型摻雜層152上且位於第一電極層153以外的區域，以提高光束L的吸收率。依據不同之需求，P型背面鈍化太陽能電池150可進一步包括其他膜層，於此便不再贅述。
反射式連接帶160位於第一封裝膜130與第二封裝膜140之間，用以沿第一方向D1串聯P型背面鈍化太陽能電池150，而形成多條沿第二方向D2排列的電池串R(繪示於圖4)。此外，如圖2所示，任兩相鄰的P型背面鈍化太陽能電池150被其中4條反射式連接帶160沿第一方向D1串接。進一步而言，各反射式連接帶160的一部分設置在其中一匯流電極BE上，使得匯流電極BE與反射式連接帶160呈一對一的設置關係。此外，各反射式連接帶160的另一部分設置在其中一匯流電極BE’上，使得匯流電極BE’與反射式連接帶160亦呈一對一的設置關係。在本實施例中，各反射式連接帶160的寬度W160可落在0.8 mm至1.5 mm的範圍內，且各反射式連接帶160的厚度H160可落在0.15 mm至0.3 mm的範圍內。匯流電極BE、BE’的寬度WBE、WBE’可相同於反射式連接帶160的寬度W160，但不以此為限。在另一實施例中，匯流電極BE、BE’的寬度WBE、WBE’可略小反射式連接帶160的寬度W160。
如圖4所示，高功率太陽能電池模組100可進一步包括多條匯流帶170，以串聯電池串R。依據不同之需求，高功率太陽能電池模組100還可進一步包括其他此領域所知悉的元件，如旁路二極體、接線盒等，於此便不再贅述。
如圖5所示，各反射式連接帶160具有多條三角柱狀結構162。各三角柱狀結構162指向蓋板110且沿第一方向D1延伸。在本實施例中，各三角柱狀結構162例如包括等腰三角形，且各三角柱狀結構162的頂角θ例如落在60度至90度的範圍內，但不以此為限。
頂角θ的設計可搭配各P型背面鈍化太陽能電池150所對應的反射式連接帶160的數量(4條)，以使光的利用率最佳化。具體地，照射至反射式連接帶160的光束L經由三角柱狀結構162的反射會依序傳遞至蓋板110、在蓋板110的外表面S3發生全反射、傳遞至P型背面鈍化太陽能電池150且被P型背面鈍化太陽能電池150吸收，進而有助於提升光的利用率。被全反射的光束L是否可傳遞至P型背面鈍化太陽能電池150會與反射式連接帶160的數量以及頂角θ的設計有關。因此，藉由調變各P型背面鈍化太陽能電池150所對應的反射式連接帶160的數量(4條)以及三角柱狀結構的設計，本實施例可使光的利用率最佳化，進而提升高功率太陽能電池模組100的輸出功率。
就目前市面上60片P型太陽能電池的太陽能電池模組而言，其輸出功率約為280瓦。然而，藉由上述設計，本實施例之高功率太陽能電池模組100的輸出功率經由實際測量可高達300瓦(提升了7.1 %的輸出功率)，而此輸出功率是目前60片P型太陽能電池的太陽能電池模組所無法達成者。
為使反射式連接帶160與P型背面鈍化太陽能電池150之間緊密地接合，反射式連接帶160可分別透過熱固性導電黏著層AD固定在P型背面鈍化太陽能電池150上。具體地，熱固性導電黏著層AD位於反射式連接帶160與匯流電極BE之間以及反射式連接帶160與匯流電極BE’之間。熱固性導電黏著層AD可以是任何含有導電粒子且可藉由升溫製程而固化的黏著層。舉例而言，熱固性導電黏著層AD可以是台灣專利公告號I284328所記載的導電性糊料，但不以此為限。
另外，各反射式連接帶160可以進一步具有反射層164，以進一步提升反射式連接帶160的反射率(由於反射層164甚薄，因此僅繪示於圖5中)。反射層164設置在三角柱狀結構162上，且反射層164的反射率高於95 %。舉例而言，反射層164的材質包括鋁，且反射層164的厚度H164例如落在0.5 μm至10 μm的範圍內。
綜上所述，由於P型背面鈍化太陽能電池採用鈍化射極背接觸式的結構有助於提升P型背面鈍化太陽能電池的光電轉換效率，且反射式連接帶的數量以及三角柱狀結構的設計有助於提升光的利用率，因此，本發明的高功率太陽能電池模組可具有高的輸出功率。
雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。
100‧‧‧高功率太陽能電池模組
110‧‧‧蓋板
120‧‧‧背板
130‧‧‧第一封裝膜
140‧‧‧第二封裝膜
150‧‧‧P型背面鈍化太陽能電池
151‧‧‧P型摻雜基板
152‧‧‧N型摻雜層
153‧‧‧第一電極層
154‧‧‧絕緣層
155‧‧‧第二電極層
156‧‧‧背電極層
157‧‧‧抗反射層
160‧‧‧反射式連接帶
162‧‧‧三角柱狀結構
164‧‧‧反射層
170‧‧‧匯流帶
AD‧‧‧熱固性導電黏著層
BE、BE’‧‧‧匯流電極
D1‧‧‧第一方向
D2‧‧‧第二方向
FE‧‧‧指狀電極
H160、H164‧‧‧厚度
L‧‧‧光束
LB‧‧‧局部後表面電場
O‧‧‧開口
R‧‧‧電池串
S1‧‧‧第一表面
S2‧‧‧第二表面
S3‧‧‧外表面
SA‧‧‧受光面
SB‧‧‧非受光面
W160、WBE、WBE’‧‧‧寬度
θ‧‧‧頂角
圖1是依照本發明的一實施例的一種高功率太陽能電池模組的剖面示意圖。 圖2是圖1中P型背面鈍化太陽能電池的一種剖面示意圖。 圖3是圖1中P型背面鈍化太陽能電池的一種正視示意圖。 圖4是圖1中高功率太陽能電池模組的一種背視示意圖。 圖5是圖2中P型背面鈍化太陽能電池的局部放大示意圖。
110‧‧‧蓋板
120‧‧‧背板
130‧‧‧第一封裝膜
140‧‧‧第二封裝膜
150‧‧‧P型背面鈍化太陽能電池
151‧‧‧P型摻雜基板
152‧‧‧N型摻雜層
153‧‧‧第一電極層
154‧‧‧絕緣層
155‧‧‧第二電極層
156‧‧‧背電極層
157‧‧‧抗反射層
160‧‧‧反射式連接帶
AD‧‧‧熱固性導電黏著層
BE、BE’‧‧‧匯流電極
D1‧‧‧第一方向
D2‧‧‧第二方向
H160‧‧‧厚度
LB‧‧‧局部後表面電場
O‧‧‧開口
S1‧‧‧第一表面
S2‧‧‧第二表面
SA‧‧‧受光面
SB‧‧‧非受光面
W160、WBE、WBE’‧‧‧寬度

Claims (11)

  1. 一種高功率太陽能電池模組，包括： 一蓋板； 一背板，與該蓋板相對； 一第一封裝膜，位於該蓋板與該背板之間； 一第二封裝膜，位於該第一封裝膜與該背板之間； 多個P型背面鈍化太陽能電池，位於該第一封裝膜與該第二封裝膜之間，且各該P型背面鈍化太陽能電池具有一受光面以及一與該受光面相對的非受光面；以及 多條反射式連接帶，位於該第一封裝膜與該第二封裝膜之間，且任兩相鄰的P型背面鈍化太陽能電池被其中4條反射式連接帶沿一第一方向串接，各該反射式連接帶具有多條三角柱狀結構，各該三角柱狀結構指向該蓋板且沿該第一方向延伸。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的高功率太陽能電池模組，其中該背板面向該蓋板的表面具有多個微結構，該些微結構將自該蓋板入射進該高功率太陽能電池模組的一光束反射，並使該光束在該蓋板的外表面發生全反射。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的高功率太陽能電池模組，其中該第一封裝膜以及該第二封裝膜對於波長在250 nm至340 nm的範圍內的光束的光穿透率高於70 %。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的高功率太陽能電池模組，其中各該P型背面鈍化太陽能電池包括一P型摻雜基板、一N型摻雜層、一第一電極層、一絕緣層、一第二電極層以及一背電極層，該P型摻雜基板具有一第一表面以及一第二表面，該第一表面位於該受光面與該非受光面之間，該第二表面位於該第一表面與該非受光面之間，該N型摻雜層設置在該第一表面上，該第一電極層設置在該N型摻雜層上且包括4條匯流電極，各該反射式連接帶位於其中一匯流電極上，該絕緣層設置在該第二表面上且具有多個開口，，該背電極層設置在至少部分該些開口中。
  5. 如申請專利範圍第4項所述的高功率太陽能電池模組，其中各該P型背面鈍化太陽能電池更包括一抗反射層，該抗反射層設置在該N型摻雜層上且位於該第一電極層以外的區域。
  6. 如申請專利範圍第4項所述的高功率太陽能電池模組，其中該背電極層更設置在該絕緣層上。
  7. 如申請專利範圍第4項所述的高功率太陽能電池模組，其中該絕緣層包括一氧化層、一氮化層或上述兩者的疊層。
  8. 如申請專利範圍第1項所述的高功率太陽能電池模組，其中各該反射式連接帶的寬度落在0.8 mm至1.5 mm的範圍內，且各該反射式連接帶的厚度落在0.15 mm至0.3 mm的範圍內。
  9. 如申請專利範圍第1項所述的高功率太陽能電池模組，其中該些反射式連接帶分別透過一熱固性導電黏著層固定在該些P型背面鈍化太陽能電池上。
  10. 如申請專利範圍第1項所述的高功率太陽能電池模組，其中各該反射式連接帶還具有一反射層，該反射層設置在該些三角柱狀結構上，且該反射層的反射率高於95 %。
  11. 如申請專利範圍第10項所述的高功率太陽能電池模組，其中該反射層的材質包括銀，且該反射層的厚度落在0.5 μm至10 μm的範圍內。
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