TW202103337A

TW202103337A - 太陽能電池模組

Info

Publication number: TW202103337A
Application number: TW108123957A
Authority: TW
Inventors: 吳志力; 呂維倫; 羅淇民; 陳冠竹; 葉智為
Original assignee: 久盛光電股份有限公司
Priority date: 2019-07-08
Filing date: 2019-07-08
Publication date: 2021-01-16

Abstract

一種太陽能電池模組，包含一基板，及一電池單元。該電池單元包括數個形成於該基板上且相串聯的太陽能電池，每一太陽能電池為一薄膜太陽能電池，並且包括層疊的一第一電極、一吸收層、一緩衝層，以及一第二電極，該等太陽能電池沿一延伸方向排列，且每一太陽能電池沿該延伸方向的寬度為3~6mm，該吸收層的能隙為1.0~1.2eV，該第二電極的片電阻為5~20Ω/□。本發明能滿足多種不同客戶需求所需的產品規格與電性表現，以達到電池模組整體的高效率表現結果，從而提升電池模組的產品競爭力與應用廣度。

Description

太陽能電池模組

本發明是有關於一種電池模組，特別是指一種薄膜太陽能電池模組。

已知的薄膜太陽能電池有非晶矽、CIS系、CdTe等薄膜太陽能電池。其中，CIS系薄膜太陽能電池因製程程序少、具備高吸光效率、所需薄膜厚度薄、可使用的基板種類多且便宜等優點，為目前被看好具有發展潛力的其中一種電池。現今的CIS系薄膜太陽能電池模組在製作上，大部分是採用雷射劃線或機械劃線方式，將同一塊基板上的薄膜太陽能電池分割成多個小塊長寬相同的子電池，再透過適當的線路規劃來串聯該等子電池，以提升整個電池模組的電壓、達到產品需求電性。而如何透過適當的改良來提升電池模組的光電轉換效率，為本案所要努力的重點。

因此，本發明之目的，即在提供一種能提升光電轉換效率的太陽能電池模組。

於是，本發明太陽能電池模組，包含一基板，及一電池單元。該電池單元包括數個形成於該基板上且相串聯的太陽能電池，每一太陽能電池為一薄膜太陽能電池，並且包括層疊的一第一電極、一吸收層、一緩衝層，以及一第二電極，該等太陽能電池沿一延伸方向排列，且每一太陽能電池沿該延伸方向的寬度為3~6mm，該吸收層的能隙為1.0~1.2eV，該第二電極的片電阻為5~20Ω/□。

本發明之功效在於：藉由太陽能電池沿該延伸方向的寬度、該吸收層的能隙，以及該第二電極的片電阻，這些物理量有適當範圍的參數設計並相互搭配，能滿足多種不同客戶需求所需的產品規格與電性表現，以達到電池模組整體的高效率表現結果，從而提升電池模組的產品競爭力與應用廣度。

參閱圖1，本發明太陽能電池模組之一實施例，包含一基板1，及一電池單元2。

該基板1包括一基材11，以及一形成於該基材11上的阻隔層12。該基材11材料例如玻璃、塑膠，或不鏽鋼。該阻隔層12位於該基材11與該電池單元2間，該阻隔層12為整面連續的薄膜，材料例如二氧化矽，可阻隔該基材11的雜質成分在整個太陽能電池模組的生產過程中污染該電池單元2。但於實施時，不以設置該阻隔層12為必要。

該電池單元2包括數個形成於該基板1上的太陽能電池3，每一太陽能電池3包括由下往上層疊的一第一電極31、一吸收層32、一緩衝層33，以及一第二電極34。每一太陽能電池3為一薄膜太陽能電池，例如銅銦硒(CIS)系薄膜太陽能電池，所述銅銦硒(CIS)系主要是指該吸收層32的材料，可以為銅、銦、鎵、硒、硫所形成的三元、四元、或是五元化合物薄膜，例如該吸收層32可包含銅銦硒，或銅銦鎵硒硫，或銅銦鎵硒，或銅鎵硒等等，該吸收層32的材料以化學式表示為CuIn_x Ga_(1-x) Se_y S_(1-y) ， x為0到1之任意實數， y為0到1之任意實數，該吸收層32的能隙較佳地為1.0~1.2eV。該第一電極31為鉬(Mo)金屬。該緩衝層33例如CdS、ZnS。該第二電極34為透明導電氧化物(TCO)所形成的薄膜，所述TCO例如氧化銦錫(ITO)。該第二電極34的片電阻較佳地為5~20Ω/□。

本實施例的該等太陽能電池3相串聯，每一太陽能電池3的該第二電極34有局部向下延伸，並穿過該緩衝層33、吸收層32而連接相鄰另一太陽能電池3的第一電極31，藉此形成串聯結構。

以下說明本實施例之元件尺寸設計。本實施例之基板1沿一延伸方向L延伸的寬度w1較佳地為640~660mm，具體例為650mm。該等太陽能電池3沿該延伸方向L相鄰排列，且每一太陽能電池3沿該延伸方向L的寬度w2較佳地為3~6mm，具體例為4.319mm。每一太陽能電池3形成有沿該延伸方向L排列的一有效發電區35與一無效區36，該無效區36沿該延伸方向L的寬度w3較佳地為0.3~0.6mm，具體例為0.44mm。該電池單元2的該等太陽能電池3的數量較佳地為96個~219個，具體例為141個。太陽能電池3的數量與所述寬度w2的大小有關。

在所述太陽能電池3沿該延伸方向L的寬度w2為3~6mm的設計下，搭配該吸收層32的能隙為1.0~1.2eV，該第二電極34的片電阻為5~20Ω/□，可使本發明電池模組產生最高的光電轉換效率。本發明改良所述寬度w2、能隙與片電阻的原因，其中，寬度w2的大小與最終形成的電池數量有關，此會影響轉換效率。吸收層32能隙對於轉換效率也有所影響。該第二電極34的片電阻對於電傳導效果有影響，從而也會影響轉換效率。參閱圖1、2，圖2的實驗結果說明本發明太陽能電池模組的光電轉換效率實驗結果，圖2所採用的寬度w2=4.319mm。由圖2結果可看出，本發明在所述寬度w2、能隙為1.0~1.2eV，以及片電阻為5~20Ω/□的範圍下，所述光電轉換效率至少可達17.5%，最高可達19.5%左右。更佳地，當片電阻為7~12Ω/□時，光電轉換效率更高；且更佳地，該吸收層32的能隙可為1.05~1.15eV，寬度w2為4.0~4.6mm。

進一步地，該基板1具有沿該延伸方向L間隔的一第一側邊13與一第二側邊14。該電池單元2能區分出一第一電極組21與一電池本體22。該第一電極組21包括該等太陽能電池3的該等第一電極31，且該第一電極組21具有沿該延伸方向L間隔且分別鄰近該第一側邊13與該第二側邊14的一第三側邊211與一第四側邊212。該電池本體22包括該等太陽能電池3中除了該等第一電極31以外的部分，並具有沿該延伸方向L間隔且分別鄰近該第三側邊211與該第四側邊212的一第五側邊221與一第六側邊222。

其中，該第三側邊211與第四側邊212介於該第一側邊13與第二側邊14之間，或者，該第三側邊211與第四側邊212分別對齊該第一側邊13與第二側邊14。該第一側邊13與該第三側邊211的距離d1為0~20mm，該第二側邊14與該第四側邊212的距離d2為0~20mm。所述距離d1、d2可以為0，是指該基板1與該電池單元2沿該延伸方向L的寬度可相等，此時該第一側邊13與第三側邊211對齊，該第二側邊14與該第四側邊212對齊。而所述d1、d2大於0且小於或等於20mm時，使第一側邊13與第三側邊211之間保留一定的間隙，第二側邊14與第四側邊212之間也保留一定的間隙，是為了使該電池單元2與周遭的其他電子元件保有一定距離，預留爬電距離(Creepage Distance)以使該電池單元2與其他電子元件保持絕緣。

該電池本體22的該第五側邊221與第六側邊222介於該第三側邊211與第四側邊212之間，該第三側邊211與該第五側邊221的距離d3為1~10mm，該第四側邊212與該第六側邊222的距離d4為1~10mm。保留所述距離d3、d4，使沿該延伸方向L的左右兩側的該兩第一電極31有局部頂面露出，不被該電池本體22蓋住，該兩第一電極31露出的部位分別用於與一圖未示的導線焊接結合。若d3與d4小於1mm時，第一電極31與導線間的接觸面積小，阻抗大，不利於電流傳導，故d3、d4以大於或等於1mm為佳；而為了搭配導線的寬度，d3、d4不需要太大，而且太大會造成模組整體體積大，因此d3、d4以不超過10mm為佳。

需要說明的是，本實施例的基板1為長方形，該基板1的一寬度方向平行該延伸方向L，該基板1的一長度方向垂直該延伸方向L，但實施時不以此為限，例如，該基板1的長度方向也可以平行該延伸方向L，寬度方向垂直該延伸方向L；又或者，該基板1非長方形。本發明所述基板1的寬度w1、太陽能電池3的寬度w2、無效區36的寬度w3，這些關於寬度的敘述，是指該元件沿該延伸方向L的尺寸長度，而非用於限定該元件為特定形狀(例如長方形)。

綜上所述，藉由太陽能電池3沿該延伸方向L的寬度w2、該吸收層32的能隙，以及該第二電極34的片電阻，這些物理量有適當範圍的參數設計並相互搭配，能滿足多種不同客戶需求所需的產品規格與電性表現，以達到電池模組整體的高效率表現結果，從而提升電池模組的產品競爭力與應用廣度。

惟以上所述者，僅為本發明之實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，凡是依本發明申請專利範圍及專利說明書內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。

1:基板 11:基材 12:阻隔層 13:第一側邊 14:第二側邊 2:電池單元 21:第一電極組 211:第三側邊 212:第四側邊 22:電池本體 221:第五側邊 222:第六側邊 3:太陽能電池 31:第一電極 32:吸收層 33:緩衝層 34:第二電極 35:有效發電區 36:無效區 L:延伸方向 d1、d2:距離 d3、d4:距離 w1、w2、w3:寬度

本發明之其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現，其中：圖1是本發明太陽能電池模組的一實施例的一結構示意圖；及圖2是該實施例的一光電轉換效率實驗結果圖，圖中縱軸為光電轉換效率，橫軸為一第二電極的片電阻值，圖中的3條實驗曲線為一吸收層分別採用1eV、1.15eV，以及1.2eV的實驗結果。

1:基板

11:基材

12:阻隔層

13:第一側邊

14:第二側邊

2:電池單元

21:第一電極組

211:第三側邊

212:第四側邊

22:電池本體

221:第五側邊

222:第六側邊

3:太陽能電池

31:第一電極

32:吸收層

33:緩衝層

34:第二電極

35:有效發電區

36:無效區

L:延伸方向

d1、d2:距離

d3、d4:距離

w1、w2、w3:寬度

Claims

一種太陽能電池模組，包含：一基板；及一電池單元，包括數個形成於該基板上且相串聯的太陽能電池，每一太陽能電池為一薄膜太陽能電池，並且包括層疊的一第一電極、一吸收層、一緩衝層，以及一第二電極，該等太陽能電池沿一延伸方向排列，且每一太陽能電池沿該延伸方向的寬度為3~6mm，該吸收層的能隙為1.0~1.2eV，該第二電極的片電阻為5~20Ω/□。
如請求項1所述的太陽能電池模組，其中，該基板沿該延伸方向的寬度為640~660mm。
如請求項1所述的太陽能電池模組，其中，該基板具有沿該延伸方向間隔的一第一側邊與一第二側邊，該電池單元具有沿該延伸方向間隔且分別鄰近該第一側邊與該第二側邊的一第三側邊與一第四側邊，該第三側邊和第四側邊介於該第一側邊和第二側邊之間，或者分別與該第一側邊、該第二側邊對齊，該第一側邊與該第三側邊的距離為0~20mm，該第二側邊與該第四側邊的距離為0~20mm。
如請求項3所述的太陽能電池模組，其中，該電池單元區分出一第一電極組與一電池本體，該第一電極組包括該等太陽能電池的該等第一電極，並且具有該第三側邊與該第四側邊，該電池本體包括該等太陽能電池中除了該等第一電極以外的部分，該電池本體具有沿該延伸方向間隔且分別鄰近該第三側邊與該第四側邊的一第五側邊與一第六側邊，該第五側邊與第六側邊介於該第三側邊與第四側邊之間，該第三側邊與該第五側邊的距離為1~10mm，該第四側邊與該第六側邊的距離為1~10mm。
如請求項4所述的太陽能電池模組，其中，該基板沿該延伸方向的寬度為640~660mm，每一太陽能電池形成有沿該延伸方向排列的一有效發電區與一無效區，該無效區沿該延伸方向的寬度為0.3~0.6mm。
如請求項5所述的太陽能電池模組，其中，每一太陽能電池為銅銦硒系薄膜太陽能電池。
如請求項1所述的太陽能電池模組，其中，該第二電極的片電阻為7~12 Ω/□。
如請求項7所述的太陽能電池模組，其中，每一太陽能電池沿該延伸方向的寬度為4.0~4.6mm，該吸收層的能隙為1.05~1.15 eV。
如請求項1所述的太陽能電池模組，其中，該基板包括一基材，以及一形成於該基材上的阻隔層，該阻隔層用於阻隔該基材的雜質成分污染該等太陽能電池。
如請求項9所述的太陽能電池模組，其中，該阻隔層為二氧化矽。