TWI324830B - Solarzellenanordnung sowie verfahren zum verschalten eines solarzellenstrings - Google Patents

Solarzellenanordnung sowie verfahren zum verschalten eines solarzellenstrings Download PDF

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Azur Space Solar Power Gmbh
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Description

丄 同光波長具不同敏感性的積層，而製成所謂的多層式太陽 能電池，以達到高效率。實際應用者為三 池，亦即三層疊置之次電池，其中兩者由 晶成長產生，第三者則由Ge*板構成。目前之丨丨^乂族 、太陽旎電池一般由直徑為i 〇〇_ ( 4吋）圓形晶圓（基板） 製成。 三層式太陽能電池含有三個疊置的串聯太陽能電池㈠ 個次電池）’其具不同光譜敏感度，以提高三層式太陽能 電池正體效率（多層式電池：具多個次電池之電池）。 三層式太陽能電池可例如由一設在Ge基板上的Ge底 邛電池、一 GalnAs中間電池及一 GalnP上部電池構成。 磊晶晶圓之價格為同樣大小矽晶圓價格2 ，製造⑴—V族太陽能電池遙晶晶圓之高價格倍二上儘 篁減少製程步驟以降低製程不良率，而避免因此使得太陽 月色電池成本進一步提高。 鲁由於111 -V族化合物及鍺比重大於石夕（約*倍）及人 造衛星發射至太空的運輸成本高，使得ΙΠ_ν族板通常比 標準半導體科技（例如IC製造）帛，故製造成本提高及 不良率仍然上升，尤其是鍺基板比矽晶圓易破碎。 為儘I壓低太陽能電池串（組成具需要工作電壓之太 陽能電池板的串聯太陽能電池組，太陽能電池板=由太陽 能電池構成之板，如衛星）之連接花費，但又不使太陽能 電池串太短，故使用大型太陽能電池較為有利。由於磊晶 晶圓之價格高，應儘量使晶圓的面構成太陽能電池。基於 312XP/發明說明書(補件)/95-02/94131070 丄呼δ：)υ 成本之考！’通常皆使用約8cmx4cm具 corner)的雷地，扯 _ / 1 vcroppea ^ a Λ 4吋晶圓可製成兩太陽能電池。相 二、> ㈡能電池，修剪成斜角可使晶圓較大部分的面 被利用作為電池。 ^ 1寬度4 2_時’直徑為1〇〇mm之晶圓面積為 心：'兩矩㈣也所構成面積至多可達6.7w6 79cm 、、也構成:二14%)。兩邊長—具丨.35。"1之斜角的電 葬才^的面積可達60.34cm2，故可利用啊的晶圓面積。 錯此成何形狀可使電池不 填滿太險此電池板的面 積，電池的角空出一不進行光轉換的三角形面積。 大面積半導體二極體，如用於製造太陽能電池，經常 了法避免半導體材料pn型接面的高歐姆局部電性連接 如因製造或蟲晶pn型接面時摻質聚集（半導 導Λ的表面受損所造成，例如晶體缺陷（如 处曰 》。此微紐路不會或只略微降低半導體用於太陽 月匕= 也的功能（Ρη型接面導通方向），但在太陽能電池串 ^截止方向會破壞電池。在戴止的ρη型接面，具高電 茂且功率N-Us ls的太陽電流會被高歐姆的微短路擠 2而導致局部強烈發熱’無摻雜而成低歐姆（半導體強 …、交質）’最後並破壞電池。 為防止此破壞，可佶用#』θ, a p c 」便用所谓的旁通或保護二極體，亦 =平行連接遮蔽電池㈣接面之二極體。電池pn型接 恭：截止％ β亥一極轉換為導通方向而可使電壓诎之 电W通過n Ud與該二極體導通方向之特性曲線一 °丨2XP/發明說明書(補件)/95-02/94丨31070 7
丄 致。太陽能電池串太姓A -^ φ 9電壓Ur因電池之不足電壓Um及 一極粗電流電壓-Ud而降 电土及 蔽狀態時，保護二極體的 s’’。在電池未被遮 ^ 、pn型接面在截止電壓等於所屬 太“電池的電流電壓時，即截斷電流。 使用與電池反平行雷 電池，以防μ 士阻▲ 接之保護二極體保護太陽能 知。 此電池串中的電池在遮蔽時被破壞為習 1 Π V無電池使用單石積體保護二極體（單石 r P A +J. ^ V -Τ' .一 極體) 齡聰與太陽能電池相近元素，在蟲日日日時以附加 W直接成形於晶圓上’並在製造太陽能電池時的附加 技術步驟中處理成保護二極體（見DE-A-3 826 721、 US-A-2002/0179141)。 此習知方法之缺點為太陽能電池的主動面減少。保護 一極體的尺寸通常應為最小，故其電壓及功率提高，如此 會‘致其損壞，因保護二極體為太陽能電池的一部份，或 春導致局部強烈增溫。 由於單石二極體的晶圓需要附加的磊晶層，且需在製 造太陽能電池時進行附加的技術步驟，故導致成本提高。 單石二極體只能由晶格匹配之ΠΙ-V族材料製成，故二極 體種類的選擇自由度低（只能選擇具高電流電壓之丨丨j_v 族-極體）。 因此較佳使用與太陽能電池製造無關的獨立二極體， 因其可提供較大自由度。其另一優點為二極體可不受太陽 能電池左右而選擇及測試，故製造時產生的不良二極體不 312XP/發明說明書(補件)/95-02/94】31070 8 1324830 會導致所屬太陽能電池作廢。 不同於單石積體保護二極體，獨立二極體設置於太陽 能電池需要附加的花費。尤其為矩形太陽能電池時，其填 滿太陽能電池板的面，故需將保護二極體設在第三度空間 (連接導線及二極體設在太陽能電池下方）。如此使得太 陽能電池板的製造成本提高。此外，太陽能電池板的重量 亦因長連接導線而增加。 US-A-4, 481，378提出一種太陽能電池模組，其包含串 *聯之太陽能電池及保護二極體，該保護二極體反平行連接 太陽能電池而設在相鄰太陽能電池的背面太陽能電池的 縫隙中。 US-B-6, 563, 289提出一種矩形太陽能電池，其一角被 剪斷，保護二極體設在該處而與太陽能電池連接。 US-B-6, 353, 1 76提出一種太陽能電池配置，其太陽能 電池沒有角’保護二極體被設在該處。 φ US-B-6, 034, 322提出一種具限電保護之太陽能電池配 置，其包括具一斜角之矩形太陽能電池，一三角形二極體 被設在該處以保護太陽能電池。連接導線容許—在太陽能 電池平面上的移動。 " US-A-2003/0029494提出設在一太陽能電池串中的保 護二極體，一連接導線由保護二極體正面延伸至一相鄰太 陽能電池的背面，該太陽能電池的正面與被保護的太陽能 電池串聯。保護二極體背側接觸層與保護的太陽能電池背 面連接。 312XP/發明說明書(補件)/95-02/94131070 9 1324830 【發明内容】 本發明之目的在於進一步改良上述的太陽能電池配 置，使得一太陽能電池或太陽能電池組，如太陽能電池 串，可被一或多個保護二極體保護，而無須使用太陽能電 池的材料。此外’保護二極體與太陽能電池可彼此連接， 同時避免使重量增加。 本發明目的如下達成：第二接觸層直接與保護二極體 ，之基板接觸且設在第一金屬接觸層旁並與其有一距離，而 經一 pn型接面與第一金屬接觸層電性連接。第一及第二 2屬接觸層可與第二太陽能電池背面連接，第三金屬接： 層則與第-太陽能電池正面連接。此外，保護二極體締第 ^第Γ金屬接㈣及第"太陽”池反平行連接第一 太能電池。 本發明太陽能電池配置包括一獨立保護二極體，其正 二：：：二或二『面外’尚有一由第二接觸層與保護 姆接觸’以-方面使太陽能電池 電性連接，另―方㈣使料二㈣ 太陽能電池。 丁叮逆接所保濩的 本發明保護太陽能電池串太陽能電池之目的 仃連接的獨立二極體達成。其由一具第千 本體（基板）構成，其正面除了 一設在具曾/導體 導體區上的第-金屬接觸層外，尚有之半 右一扣秘并、 其與第—金屬接觸爲 ''以ρη型接面分隔，該第二金屬接觸層直接‘ 312ΧΡ/發明說明書(補件)/95-02/94131070 基板電性連接。視 性選擇，被保護太陽”b、也L、種類及二極體基板的導電 -或第二接觸4::=經?接導線與二極體第 视保4太％能電池背兄 一太陽萨下太險硓電池連接，該下 &月b電池以連接導線盥一 電性遠;&，β , 子I、上被保濩太陽能電池正面 在料㈣護太㈣U反平行連接。 及第—太驗能電池以至少兩保 盥第-太陪保護一極體的第三金屬接觸層 接觸禺、|拉墙 月面及弟一保濩二極體的第二金屬 —保護二極體的第三金屬接觸層與第一太 接，連接。故可簡單地使太陽能電泡彼此連 、5時使保濩二極體與被保護太陽能電池連接。 以兩保5蔓一極體連接兩太陽能電池時，可使一保護二 極體的第二金屬接觸層與第一金屬接觸層連接，第一及第 二金屬接觸層皆設在第二導電性表面上。 、為簡早地連接由第—及第二保護二極體伸出並將其彼 此連接的連接導線，本發明使第一保護二極體之第三金屬 接觸層伸出的連接導線與第二保護二極體之第二金屬接 觸2伸出的連接導線由第一及第二太陽能電池正面或其 覆蓋玻璃伸出，而在覆蓋玻璃外側較佳以熔接或焊接連 接。 除使太陽能電池以—或數個保護二極體彼此連接之 外，本發明尚使第一太陽能電池及/或第二太陽能電池俯 視圖為具斜角之矩形，且至少在一斜角處設一保護二極 312ΧΡ/發明說明書(補件)/95-02/94131070 11 1 1 同時簡單連接保 體。如此而最佳利用太陽能電池板的面 護二極體與太陽能電池。 以保護二極 。因此保護 尤其是使太陽能電池串的多個太陽能 體彼此連接。故<&力在 处 一 按故^在母一斜角設一保護二極體 一極體與太陽能電池在同一平面上。
本發明使保護二極體俯視圖為三角形。 尤其是使保護二極體為三角柱形。 太陽能電池修剪邊角之剪邊長為 的面積F較佳約為07cm2gFs icm2 < F $ 〇· 9cm2。 8cm時’保護二極體 ’尤其是約為〇. 8cm2 其步此:為本發明尚有關一種太陽能電池串之連接方法， -將太陽能電池以背面放置在一墊體上， -以第一連接導線連接太陽能電池正面， 將或多個盍板固定在太陽能電池正面 ♦-翻轉太陽能電池， 以:連接導線將第一及第二太陽能電池連接成串， 將保護二極體置入太陽能電池間的縫隙， 連接保護二極體與太陽能電池，及 -連接太陽能電池串與墊體。 处士尤其疋在置入保護二極體前’以第-導線使相鄰太陽 此電池並聯。 在進一步設計中’保護二極體背面接觸層，即第三金 屬接觸層’與太陽能電池正面同側，相鄰太陽能電池各至 J12XP/發明說明書(補件)/95-02/94丨3丨070 1324830 同時反平行連接 極體 少以一保護二極體彼此串聯，保護 一相鄰太陽能電池。 、依據本發明之方法，其特別包括下列步驟. 的將太陽能電池以背面放置在-塾體上，. b) ::蠖二極體置入太陽能電池間 c) 連接太陽能電池正面與保 =曰 面的第三接觸声（^ 在太陽能電池串正 欠啊層（β面接觸層）， d) 將一或多蓋板固定在太陽能電池正面， e) 翻轉太陽能電池， =酬二極體在太陽能電池串背面的第-及第二接 觸：(正面接觸層）與太陽能電池背面，及-接 g)連接太陽能電池串與墊體。 =可在與墊體連接前，翻轉太陽能電池串。 * ’本發明尚在兩相鄰太陽能 極體，其中一佯鳟“ 电见之間。又兩保蠖二 及另-保1 , 體月面接觸層（第三金屬接觸層） '、禮一極體正面接觸層（第一及 與太陽能電池正& , 乐一 I屬接觸層） 體彼此串側鄰太陽,電池以該兩保護二極 由太陽处带、，、。一極肢經太陽能電池背面彼此連接。 在太陽I::也背面之保護二極體接觸層伸出的第二導線 在太月b电池串外部連接。 體⑽Η ^護二極體所使用之二極 或表面材料構成之基板、-設在基板表面中 之第電性之薄膜、一設在第二導電性薄膜上 土 觸層力一設在第一金屬接觸層旁與其有一 312ΧΡ/發明說明書(補件)/95__13_ 1324830 距離且，性隔離並以一 pn型接面連接之第二金屬接觸 層，該第二金屬接觸層直接與保護二極體基板接觸。 保護二極體之卯型接面可被蕭基（Sch〇ttky)接觸所取代。 本發明之其他細節、優點及特徵將配合申請專利範圍 .所述之特徵及/或其組合，尤其是下述圖式所示較佳實施 例而加以說明。 【實施方式】 φ 以下將依據附圖所示實施例詳細說明太陽能電池保護 二極體之型態及太陽能電池串或太陽能電池板之整合Y相 同元件將標示相同或相應之符號。 顯示本發明第一實施例之保護 圖 ^ 只A l7J〜亦攻一梭體1 〇 1,1由 矽、鍺或週期表第ηι及v族元素所構成材料，如或 GaP或GaInAs4GaInP製成。其本體，亦即基板丨丨可為 1型摻雜。保護二極體101表面的一部分，尤其是正面的 一部份有一 n型摻雜區12，其與基板^構成一良好阻隔 >的np型接面（np型二極體），亦即本身的保護二極體。 如圖1所示，n型摻雜區只佔基板n上側的一部份。η 型摻雜區被一金屬接觸I 13覆蓋，其構成第一接觸層。 基板11背面設—導電接觸層15，其與基板為歐姆^接 觸。該接觸層構成第三接觸層。基板表面上與第一接觸層 13有一距離，亦即設在η型摻雜區12外部且與其電性& 離設另一金屬接觸層14，其與基板u為歐姆性接觸。^ 金屬接觸層14構成第二接觸層。太陽能電池經保護二極 體m上側的第—及第二接觸層13、14及下側的接料 312XP/發明說明書(補件)/95-02/94丨3丨070 丄 15 (第三接觸層）彼此連接。 圖2顯示另一保護二極體102，其n型摻雜區12延伸 2基板整個上側並被第一金屬接觸層13覆蓋。保護二極 體102其餘部分之結構與保護二極體丨〇1相同。 為改善保護二極體101、1〇2之特性，實際實施時，可 在，導體或半導體薄膜n、12或金屬接觸層13、14、15 上設阻隔層及/或被動層及/或金屬層。 保護二極體101、102需可設置在太陽能電池串中而不 被太陽能電池覆蓋的部分，該太陽能電池之邊角最好被修 剪保濩一極體101、102應設在相鄰太陽能電池遠離的 角上，以使太陽能電池彼此連接。 除了具np型接面之保護二極體’亦即叩型二極體，
亦可使用交換掺雜之保鳍-# μ # α A 俯邊一極體於相應摻雜之太陽能電 池。其摻雜為互換，亦即n及p。 圖3顯示本發明保護二極體2G之另-實施例，其原則 ♦上與保護二極體101 —致。保護二極體20表面-側首先 整面設-pn型接©。例如以擴散或離子植人法摻雜 當掺質或Μ沉積相，並接著移除（㈣j)#雜與 21不同之摻雜區22的—部分。圖3所示保護二極體2〇 為PP型二極體’其p型薄膜22上設一金屬接觸層23而 構成第-接觸層。與第—接觸層有一距離且與其電性 設另-與η型基板21為歐姆性接觸的第二金屬接觸声 24。基板2」背面設—第三金屬接觸層巧或背面接觸層曰。 上述保濩一極體，即保護二極體101、102、20，尤其 312XIV發明說明書(補件)/95-〇2/94】31070 15 1324830 疋圖1及圖3之保濩二極體可有利地應用於不同的用途， 以下將以保護二極體2〇說明之。此處顯示出其内部之電 路圖，包括可能之接點ΚΙ、K2、K3、K4及内部之電性元 件’亦即二極體（PP型）、設在接點K1與K2及K4與K3 間之電阻R1 & r3、水平延伸於n型基板21内之電阻 及设在背面接觸層25 (第三接觸層）之電阻R2。 二極體20隨ρη型接面之電壓降出現的電壓損失Δν 在電流1 = 1 Α時，可由内電阻R1至R4計算出，即Δν = R.L，其中 R = [(R1+R2+R3).R4]/[R1+R2 + R3+R4]。此處 估算出之電阻始終大於實際之電阻，故電壓損失實際上較 計算實例使用二極體1〇1，其由2〇mQcmSi基板（p工 —2E-2〇cm)製成。其形狀相當於圖6所示，二極體1〇1 面積Fl = lCm2’p型區（14)及n型區（13)之面積Fn=Fp=〇 5 cm2，二極體背面面積未計入。二極體ι〇ι厚度 #01 = 15〇μιη=〇.015〇πι，接觸層ls與u間之分隔邊長度 Bl = l. 2cm，其距離 S1 = 100_ (〇 〇lcm)，化金屬層（p 2 • =1.6E-6Qcm)厚度 D2 = 1(^m (〇 〇〇lcm)，連接導線 4〇a 與40b間之距離Al=〇.5cm。 估算使用比電阻p及電阻外幾何，亦即長度L及截面 F的計算公式：R= p ·長度L/截面f。 R1及R3(基板21中之垂直電阻）之估算為： p 1 = 2E-2 Ω cm 石夕 兩電阻 R1 及 R2 :面積 F=FP(i4) = Fn(13) = 〇 5cm2 312XP/發明說明書(補件)/95-02/94131070 16 1324830 長度 L=D1 = 0. 015cm R1=R3 = 1. 5Ε-4Ω
Ag接觸金屬中之R2 ;厚度〇2 = 10μπι(0· 001cm)、 ρ =1.6Ε-6 Ω cm • F=D2*B1=0. 0006cm-1.2cm=7.2E-4cm2 長度 L=A1 =0. 5cm ' R2 = 6. 6Ε-4Ω R4(基板中之水平電阻）：ρ1==2Ε_2Ωί：ιη矽 鲁F可由厚度D1及Β1而得：F = D1 .Bl = l. 2cm 長度 L=A1 = 0. 01 cm R4 = l. 1Ε-2Ω 電壓損失Δν=Κ· I :
AV= [(RHR2+R3)*R4]/[RHR2 + R3+R4]*I AV= 0. 88E-3V=： 〇. 88mV 貫際實施時，該電壓降可更低。 # 由於使用矽二極體時，Pn型接面之電壓降約為〇. 68V (680mV)’故保護二極體内電阻之電壓降只略微使其增加。 -以下將說明本發明保護二極體對太陽能電池標準連接 技術的應用。 石圖4顯示目前所使用由III-V族材料製成，使用1〇〇_ 蟲晶晶圓31且具斜角32之太陽能電池3〇的受光侧。串 聯太陽能電池30具接面34之金屬集電條犯設在兩長側 因斜角而變短的—側’較長側直接鄰接串聯的太陽能電 池。晶圓面積被最佳利用’太陽能電池30之邊長a、b、 312XP/發明說明書(補件)/95-02/94131070 17 1324830 c ·{列士口 為 a=8cm、b=4cm、c=l. 35cm ° 於此處，邊b與c的夾角為45°時，三角形邊Ld=約 0. 95cm/0. 95cm/1. 35cm所構成的三角形面積Fd =約 0. 9cm2。 圖5顯示太陽能電池與太陽能電池及太陽能電池與二 極體連接之部分截面圖，其中後者與圖2之型態相同。為 清楚說明，同時繪出電路圖，其標示為4b7。 太陽能電池3 0 a、3 0 b為三層式太陽能電池，例如在一 鲁鍺基板上設一 Ge底部電池，其上設一 Ga I nAs中間電池， 其上再設一 GalnP上部電池，其以隧道二極體彼此分離。 參閱習知之太陽能電池類型。太陽能電池被以黏膠4b6固 定在墊體4b5上。於太陽能電池30a、30b受光側及保護 二極體102上，以黏膠4b3a、4b3b固定一覆蓋玻璃4b2a、 4b2b。 本實施例中，太陽能電池30a、30b最上方的半導體層 $為η型（np型電池），但本發明不受其所限。 具墊體4b5之太陽能電池板電池串的製造，一般皆先 將連接導線固定在太陽能電池30a、30b受光側（正面） 的接面34上。接著將覆蓋玻璃4b2a以黏膠4b3a黏在其 上。故太陽能電池亦被稱作連接導線整合太陽能電池 (CIC，connector integrated cell)或太陽能電池組 (SCA，solar ce 11 assembly)。然後翻轉太陽能電池，以 將其連接成串，於是太陽能電池背面朝上。接著以熔接或 焊接，使連接導線4bl與相鄰電池，即電池30b之背面電 312XP/發明說明書(補件)/95-02/94131070 18 1324830 性連接。 此時可將一本發明二極體1〇2，本實施例中為叩型太 陽能電池3〇a之叩型二極體，放置於太陽能電池30a — 斜角處，或在每一斜角處設置一本發明二極體1〇2，其排 .列以4兄像對稱較為簡單。故在np二極體p型側的金屬接 •觸^ 15上，配合連接導線4bl設一連接導線4牝，並在 覆蓋η型區12的金屬接觸層13上， ··將二極體1〇2置入一斜角處，然後上^ 使太陽旎電池30b背面與金屬接觸層15彼此電性連接， 並以連接導線40a使接觸層13與太陽能電池_背面彼 此電性連接（見電流圖4b7)。使用卯型二極體時可交換 接觸層13及15。於二極體1〇2上同樣可以黏膠处处固 定-覆蓋玻璃4b2b，或增大太陽能電池3〇a的覆蓋玻璃 4b2a，使二極體1〇2可黏在其内並以上述方式連接。 最後再將太陽能電池串，以黏膠4b6黏在墊體4b5上 鲁而構成太陽能電池板，但其與保護二極體1〇2之設置無 關。 圖5之設計採PP型電池時，可使用具相反摻雜之二極 體 102。 使用二極體101 (圖1)更為簡單，因不需在 能電池串前，使連接導線與二極體1〇1連接，如圖6所示。 圖6顯示太陽能電池30a#3〇b及太陽能電池3()a、3()b 與保護二極體101之-可行連接方式之截面圖。此處亦標 示出電路圖4b7。除了圖！之二極體1〇1外，亦可使用圖 312XP/發明說明書(補件)/95-02/94131070 1324830 3之二極體20。其他實施例亦同。 太陽能電池30a與30b與圖s4 接π阳狄 q 5所不相同’但本發明同 k不限於np型太陽能電池3〇a 、冰志的制'a A 。30b。太陽能電池板電 /也串的衣k，一般皆先將連接導 ςη, ,n,., 安蛉線固定在太陽能電池 30a、30b又光側的接面34上 M m Ah^ ^ ^ ^ 按耆將覆盍玻璃4b2a，以 4 〃上’ *產生被稱作GIC之太陽能電池。缺 後翻轉太陽能電池咖與咖，以將其 電 陽能電池背面朝上。接箬以护妞々 疋太 ► 熔接或焊接使連接導線4bl與 相郴電池（即電池3〇b)呈電性連接。 太陽^時雷’、Γ上所述’置入保護二極體101，其配合叩型 電池而為ηρ型二極體’並反平行連接。保護二極 置入太陽能電池3〇a之斜角處。必要時可在每一斜 =皆置入保護二極體1(n，其排列為鏡像對稱。相較於 圖么’―極體之置入更簡單，因將二極體1〇1置入相鄰太 1^能電池30&、30匕之？3接，〇子 * > 獅之間後’只需以連接太陽能電池的方 :，利用連接導線40a’使n型摻雜區12上的金屬層或 第一接觸層13與太陽能電池30a背面連接，及利用^接 導線4Gb’使p型基板u上的第二接觸層14與太陽能電 池30b背面連接。此處於二極體1〇1上，同樣可用黏膠 4b3b固疋覆盍玻璃4b2b，或增大太陽能電池的覆蓋 玻=4b2a’使二極體101可黏在其内並以上述方式連接二 隶後再將太陽能電池串，以黏膠黏在墊體4b5上 而構成太陽能電池板，但其與保護二極體1〇1之設置無 關0 …、 J12XP/發明說明書(補件)/95-02/94131070 20 上述製程及其步驟再次顯示於圖15。 圖6之設計採pp型電池時，可使圖 為n型，摻雜表層為P型。圖之一極體的基板 一太^^護二極體1〇1置入第一太陽能電池30a與第 陽能電池30b背面： 第一接觸層13連接第二太 n〇a ,b ^ 、 弟一接觸層丨4連接第一太陽能電池 月。此連接需使Pn接面的摻雜相對互換。 圖J顯示组成一太陽能電池串之太陽能電池3〇a、3〇b 二、/:—極體⑻兩背面部份圖。該兩太陽能電池串之區 ::保護二極體101與太陽能電池30a、30b的連接 不同。 圖8顯示本發明保護二極體之另—實施例，其不僅反 一1接太陽能電池’且同時構成相鄰太陽能電池連接的 礼。圖8至1〇及16顯示太陽能電池板之製造，盆中 互相連接之太陽能電池50a、5〇b4 np型電池，但本發明 ㈣不受其所限。兩保護二極體1〇1 $ 2〇鏡像對稱連接 相#之太陽能電池50a、50b，如圖9及1〇所示。太陽能 電池5i)a之每一斜角皆設置一保護二極體ιοί並以連接導" f 5a3電性連接，而使太陽能電池5〇a正面與二極體⑻ 背面連接’亦即圖！和3之第三接觸層15、25 太陽能電池5〇3、5013的正面在同一側。接著使用黏膜^ =蓋玻璃W固定於其上。此處與集電條5a7 連接的接面5a設在太陽能電池5〇a的斜角邊緣。然後以 連接導線40a連接與保護二極體1〇卜2〇之基板u直接 312XP/發明說明書(補件)/95·02/94〗3】070 23 U24830 接觸的第二金屬接觸層14、24與太陽能電池5〇b背面， ，以連接導線40b連接p型摻㈣12上的第一接觸層 3.、23與太陽能電池5〇a背面’而構成太陽能電池串： 電池串可如上所述構成電池板。 圖8並;^示出相關二極體及電阻之電路圖5^4。 •如圖16所示，亦可在以共同的覆蓋玻璃5a2覆蓋太陽 能電池50a背面及二極體101之接觸層13之前，進行連 接導線4 0 b的連接。 圖16顯示保護二極體1(Π、20與太陽能電池5〇&、5肋 連接之流程圖。首先在太陽能電池5〇a、5〇b的斜角上設 置保濩二極體1 〇 1，並使第一太陽能電池5〇&及第二太陽 能電池50b的正面與保護二極體101背面的第三接觸層連 接。此處第一及第二太陽能電池5〇a、5〇b各有一分開的 保護二極體10]，其以一第一連接導線5a3連接。亦可在 此時連接連接導線40b。接著使太陽電池及所連接的保護 籲二極體各覆蓋一覆蓋玻璃5a2，並將其翻轉。然後使保護 二極體101之第一及第二接觸層13、14與第一及第二太 陽能電池50a、50b連接，而使太陽能電池串聯，同時並 整合保護二極體。太陽能電池串翻轉回來後，可以習知方 式以太陽能電池板黏成。 使用保護二極體所導致太陽能電池5 0 a、5 0 b之間的電 ’疋降如圖3汁异。此處電流由接點κ 2流至K 4。電流流經 電阻R2 + R3 (電阻R3 + R4並聯，而降低總電阻），電流I = 1 a 時，因此電壓降最高為 312Xp/發明說明書(補件)/95-02/94〗31070 22 1324830 △v= (R2+R3).卜（6.6Ε_4+ι· 5E_4),=m 電壓降實際上更小。 αν 使用更大太陽能電池之趨勢，使得主車由約為8c 的太陽能電池應用越來越廣。每個太陽能電池由一 圓製成，故為降低製造成本，需使用可簡單 1 一曰 極體。 隻— 圖η顯示此種太陽能電池60之可能設計，其1 角62。該太陽能電池6G可如上所述，經—或兩㈣護二 極體與相鄰太陽能電池連接。 圖12顯示一種特殊設計之太陽能電池7〇，其 73與四個設在斜角76的接面7電性連接，四個二:體 ㈣、10a2、1〇M、10b2保護太陽能電池7〇。兩 池咖、他的連接如圖δ所示只在背面。故電池與本發 明保禮一極體為内連接，電池彼此為外連接。们3顯示 =能電池70所製成太陽能電池板截面圖，該太陽能電 籲 ^具四斜角。太陽能電池彼此的連接使用設在SCA75 (SCA=s〇lar cell assembly=太陽能電池7〇及連接的二 極體 1 0 a 1、1 〇 a 2、1 D Μ、1 η ν» ο τ τ· / ·* 1〇bl 10b2正面（受光側）以黏膠78 ^一共同的覆蓋玻璃77點合）背面的所謂外連接導線 > 1 \其連接彼此之保護二極體10al、1〇a2、lGbi、丨肋2， 該保護二極體以所謂的内連接導線76(SCA内部）盘太陽 能電池連接。. 〃、 二極體胸、⑽2可為圖2之二極體，亦可為圖】及3 ϋ相反之保護二極體，因連接於連接導線時不需圖1 312辦發明說明書(補件)/95-02/94丨3丨070 23 =體之第二接觸層14且第 極體整個正面的面積以降低電阻。 積了專於- 遠 電性之二極體沒有短路的危險，故—半的外 或烊接J二t Γ离7伸到CIC正面’以進行炫接 、 ⑴）之电性連接。此技術之優點為，可在接 近製成太陽能雷咄妃4 ， j在接 進行修理，#U亩 刖測試SCA，而在有故障時可輕易 灸77正而盥士 1 D更換SCA。此種連接導線亦可使覆蓋玻璃 77正面與太陽能電池連接以防止靜電。 璃 由圖7、9、10及12可看出，保護二極體2〇、ι〇 三角形，較佳是等邊直角三角形。但保護二極體亦 的空隙他形狀。保護二極體填滿太陽能電池因斜角而產生 【圖式簡單說明】 圖1係本發明保護二極體第一實施例。 1 圖2係另一保護二極體。 圖3係圖1實施例之另—保護二極體與其電路。 理圖圖。4係由半導體晶圓所製成具斜角之兩太陽能電池原 圖5係一太陽能電池串之部分截面圖。 圖6係以H極體連接之太陽能電池板截面圖。 圖7係保5蒦二極體為不同幾何形狀之太陽能電 份仰視圖。 甲σ| 圖8係以保護二極體連接之太陽能電池板另-實施例。 312ΧΡ/發明說明書(補件)/95_〇2/94131〇7〇 24 1324830 圖 圖 係以保5蒦—極體連接之太陽能電池串受光侧部份 圖1 〇係圖9之仰視圖。 圖11係一具斜离$ + @ _ ^ 竹月之太％迠電池原理圖。 圖1:係⑨斜角之太陽能電池及其保護二極體。 圖13係以兩保護二極體連 + 安之太陽月b电池板截面圖 係圖13保護二極體對太陽能電池之連接。 圖15係太陽能電池連接之第—流程圖。 圖16係太陽能電池連接之第二流程圖。 主要元件符號說明】 由第一導電性材料製成之基板 第二導電性塗層 第一金屬接觸層 第二金屬接觸層 第三金屬接觸層 第一太陽能電池 第二太陽能電池 保護二極體 77覆蓋玻璃 黏膠 連接導線 .11 > 21 12、22 13、 23 14、 24 15、 25 ♦ 30a、50a、60、70 30b 、 50b 、 70b .1(Π 、 20 、 lOal 、 10b2 、 10b3 4b2a、4b2b、75a、75c、5a2 4b3a 、 4b3b 、 4b6 、 5al 、 78 5a3、4b7、40a、40b、40c 312XP/發明說明書(補件)/95-02/94131070 25

Claims (1)

  1. 十、申請專利範圍： 1.種太陽能電池之配置’其包括至少一第一太陽能 $池（30&、50a、60、70)，其具有設置接觸正面與背面（34) 之間的光致半導體層，及至少一與該第一太陽能電池連接 -的獨立保護二極體（101、20、10al、10b2、10b3)，其具 •—由第一導電性半導體材料製成之基板（11、21)、一設在 基板表面中或表面上之第二導電性塗層（12、22)、一設在 _第二導電性塗層上之第一金屬接觸層（13、23)及一設在基 板上之第二金屬接觸層（14、24)，該第一及第二金屬接觸 層上設連接導線（5a3、4b7、40a、40b、40c)以連接保護 .一極體，其特徵為，第二金屬接觸層（14、24)直接與保護 •二極體（12卜l〇al、1〇b2、1〇b3)之基板（11、21)接觸且 設在第一金屬接觸層（13、23)的一側並與其有一段距離， 而故一 pn型接面與第一金屬接觸層呈電性連接。 2·如申請專利範圍第1項之太陽能電池之配置，其中， •基板（1卜21)第一及第二接觸層（13、23; 14、24)的另— 側設一第三金屬接觸層（15、25_)。 -3.如申吻專利範圍第2項之太陽能電池之配置，其中， -第二金屬接觸層（15、25)與第一太陽能電池（30a、5〇a、 60、70)或一第二太陽能電池（3〇b、5〇b、7〇b)連接。 4·如申請專利範圍第1項之太陽能電池之配置，其中， 由第一及第二金屬接觸層（13、23; 14、24)伸出的連接導 線乃連接於第一太陽能電池（3〇a、5〇a、6〇、7〇)與第二太 陽能電池（3Ob、50b、70b)。 12XP/發明說明書(補件)/95-02/94131070 26 1324830 5. 如申請專利範圍第3或4項之太陽能電池之配置， 其中，第二金屬接觸層（14、24)與第二太陽能電池（3此、 50b、70b)背面連接，而第三金屬接觸層（15、25)則與第 一太陽能電池（3〇a、5〇a、70)正面連接。 6. 如申請專利範圍第4項之太陽能電池之配置，其中， 保護二極體（1 01)經第二金屬接觸層（14)及第二太陽能電 池（30b)反平行連接於第一太陽能電池（3〇a)。 包 丨7.如申請專利範圍第4項之太陽能電池之配置，其中， 保護二極體（101)經第一金屬接觸層（13)及第二太陽能電 池（3 Ob)反平行連接於第一太陽能電池（3〇&)。 々8.如申請專利範圍第2項之太陽能電池之配置，其中， 第一及第二太陽能電池（7〇、7〇b)藉由至少兩保護二極體 (l〇a卜10b2)而彼此連接，第一保護二極體（1〇b2)的第三 金屬接觸層（711)與第二太陽能電池（7〇b)的背面及第二 保護二極體(l〇al)的第二金屬接觸層連接，第二保護二極 體的第三金屬接觸層與第—太陽能電池（7Q)的正面 (圖 13、14) 〇 9.如申請專利範圍第8項之太陽能電池之配置，其中，
    312XP/發明說明書(補件)/95-02/94丨3丨070 27 池(30b、50b、70b)為三層式太 電池'-咖中間電池及〜上二Ge底部 18.如申明專利範圍第丨 其中，兩相鄰太陽能電峨、、二 (，1嶋皮此連接，太陽能電池正面為二^ 一極體(1°b2)正面之第二導電性薄膜為p型，另一保i 極體(l〇al)背面之第二導電性薄膜為 第破- 屬接觸層（圖13)。 1並/、一弟二金 中1範圍第8項之太陽能電池之配置，-:面背面接觸層與第二太陽能電： .i〗二：保護二極體(1〇al)之第二金屬接觸層連 接，第-保破一極體位在太陽能電池串之正 接觸層與第一太陽能電池⑽之正面連接，且第二=二 極體（10al)位在太陽能電池串 7' ° ^ Λ. _ , 月面的第一金屬接觸層 人第一太％犯電池之背面連接（圖工4 )。 ·=:如申請專利範圍第8項之太陽能電池之配置，其中 二 Θ pn i接面時’弟-保護二極體為np型接 -面，弟二保護二極體為pn型接面。 要 2匕種太陽能電池串之連接方法’其使用上述申請專 ，祀項所述之保護二極體，其特徵為包含下述 驟： / -將太陽能電池以背面放置在一塾體上， -利用第一連接導線連接太陽能電池正面， -將一或多個蓋板固定在太陽能電池正面， 3丨2XP/發明說明書(補件)/95-02/94丨31070 29 A 二金屬接觸層及另—保護二 ㈣S〜丑之弟及弟一金屬接觸 、 b书池正面同侧，相鄰太陽能電池以該兩保ν護二 極體彼此串聯，且保4 k遍 0 ’ °隻一 接。 且保護一極體經太刼能電池背面彼此連 =申請專利範圍，21項之方法，其中，由太陽能 / 、70b)背面之保護二極體（1〇al、i〇b2)接觸層伸 的第二導線（200、202)在太陽能電池串外部的正面ς (圖 14)。 26.種使用於太陽能電池配置之二極體（1〇1、2〇、 咖、刪、1Gb3)，其具有—由第—導電性材料所構成 之基板（11、21)、一設置在基板表面中或表面上之具第二 ‘電性之薄膜（12、22 )、一設置在第二導電性薄膜上之第 一金屬接觸層（13、23)及一設置在第一金屬接觸層一側與 其有一段距離且電性隔離並以一 pn型接面連接之第二^ 屬接觸層（14、24) ’而該第^二金'屬接觸層係直接與保護二 •極體基板接觸。 27. 如申請專利範圍第26項之二極體，其中，第三金 ，屬接觸層（15、25)設在基板（11、21)之第一及第二金屬接 、觸層（13、23、14、24)的相對側。 28. 如申請專利範圍第26項之二極體，其中，保護二 極體之pn型接面可被一蕭基（Schottky)接觸所取代。 312ΧΡ/發明說明書(補件)/95-02/94丨3丨070
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