TWI331402B - Stack type solar cell - Google Patents

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TWI331402B TW095146407A TW95146407A TWI331402B TW I331402 B TWI331402 B TW I331402B TW 095146407 A TW095146407 A TW 095146407A TW 95146407 A TW95146407 A TW 95146407A TW I331402 B TWI331402 B TW I331402B
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Description

^^1402 形成；帶狀第1電極，係歐姆耦接於上述基材的帶狀 邛刀表面上；以及帶狀第2電極，係包夹著上述基材軸心 而在第1電極的對向侧，歐姆耦接於上述苴他導電声 面上。 θ β (發明效果） 口為彳于型太陽電池槽具有：桿型基材 '導電型不同於基 材導電型的其他導電層、部分圓筒形ρη接合、以及包^ 鲁土材軸〜而设置於電池槽二端並連接於接合的帶狀第 J、第2電極；因而可將ρη接合各點距第i、第2電極的 距離維持於幾乎一定的較小值。&，pn接合整體便將均 等地產生光電動勢，俾可將桿型太陽電池槽的光電轉換效 率維持為較高。 當將複數桿型太陽電池槽平行排列，並經由第丨、第2 電極而構成串聯連接之桿受光型副模組的情況，藉由改變 基材直徑，將改變複數桿型太陽電池槽數量，便可改變由 _副模組所產生的電壓。 由複數桿受光型副模組所構成的太陽電池模組，係採用 將複數桿受光型副模組並聯連接的構造，並藉由改變所並 聯連接的副模組數量，便可改變由太陽電池模組所產生的 電流。 因為桿型太陽電池槽可將軸心方向的長度’設定為基材 直仫的數倍〜十數倍大小，因而相較於粒狀太陽電池槽， 2將受光面積變為特別大，且可將複數桿型太陽電池槽稠 密地平行排列而構成桿受光型副模組，可增加受光面積對 312XP/發明說明書(補件)/96-〇4/95146407 11 1331402 •於太陽光投射面積的比例，可提高接受太陽光的受光效 率。 而且’桿受光型副模組在相較於將複數粒狀太陽電池槽 組裝的副模組之下，因為可將太陽電池槽電氣式連接的線 路耦接地方數量變為特別少，因而可大幅降低包括線路耦 接成本在内的副模組組裝成本。 該太陽電池裝置係具備有感度波長帶域不同的複數種 太陽電池模組，且依感度波長帶域中心波長越短的太陽電 池模組、越靠太陽光入射侧的方式進行積層的複數種太陽 電池杈組，因而可將太陽光光譜中較廣波長範圍的太陽光 施行光電轉換。 因為波長越短的光，穿透性越弱，藉由如上述，依感度 波長帶域中心波長越短的太陽電池模組、越靠近太陽光入 射侧的方式，將複數種太陽電池模組進行積層，便可提高 各太b電池模組的光電轉換效率。 •該太陽電池裝置中，藉由將上下方向積層的複數種太陽 電池模組施行串聯連接，並將該等的輸出電流整合為大致 相同的電流，便可使複數種太陽電池模組的發電能力發揮 至最大極限。 因為至少1種的太陽電池模組係由複數桿受光型副模 組所構成，因而藉由改變各副模組中的桿型太陽電池槽之 串聯連接數量，便可調整桿受光型副模組的輸出Μ，且 藉由改變將複數桿受光型副模組並聯連接的並聯連接數 量，便可調整該太陽電池模組的輸出電流，因而可輕易地 312ΧΡ/發明說明書(補件)/96-04/95146407 12 整合上下方向積層的複數種太陽電池模組之輸出電流。 本發明附屬項的構成，亦可採用如下述的各種構成： ⑴至少1種太陽電池模組係由具有平面狀p n接合的平 面党光型太陽電池槽所各自構成的複數平面受光型副模 組所構成。 (2)具備3種太陽電池模組，其中2種太陽電池模組係 =數桿受光型副模組各自構成，其餘！種太陽電池模組 糸複數平面X光型副模組構成，由複數平面受光型副模 組構成的太陽電池模組係配置於最上層位置。 、 ⑶各桿受光型副模組與各平面受光日型副模組，係形成 為接受太陽光的受光面積呈相等。 (4)桿受光型副模組的複數桿型太陽電池槽，係將第丄、 第2電極連結的導電方向整合於水平方向且平行配置，並 經由第1、第2電極進行電氣式串聯連接。 一⑸設置將構成太陽電池模組的複數桿受光型副模組施 —、、=連接且一體連結的i對第！連接桿，並設置將構 成太陽電池模組的複數平面受光型副模組施行並聯連 接、且一體連結的2對第2連接桿。 、（6)设置具有朝下方凹入之凹部的金屬板製外裝箱體， 並在該外裴箱體凹部中將複數種太陽電池模組依積層狀 態予以收容。 (7)上述外裝箱體係具有朝上述凹部的寬度方向呈水平 j歹]的平行複數凹部，並在各複數凹部中分別將複數種太 陽電池模組依積層狀態收容。 祀劝/發明說明書(補件)/96〇4/951464〇7 13 1331402 •行製作。
GaAsP/GaP太％電池槽（副模組11)係將n型Gap單結晶 晶圓使用為基板12，並在該基板12上利用例如氣相磊晶 •成長法（VPE)而成長出η型GaAsP層13。此情況下，將形 •.成從η型GaP基板12表面開始逐漸增加As對p的比例之 '傾斜層，最終便成長出組成一定的η型GaAs^P"層13。 接著，在η型GaP基板12的下侧表面，黏貼著供雜質擴 散用擴散遮罩的氮化矽膜（ShN4)後，再於GaAsP層13表 面整體擴散p型雜質的鋅，而形成深度〇.5〜1〇//m的p 型GaAsuP。·6層14，並形成平面狀pn接合15。 其次，在將η型GaP基板12下側表面的氮化矽膜去除 的狀態下，對其下側表面施行Au-Ge的蒸鍍，且在p型 GaAs。· 4P。·6層14的表面上施行Au-Zn的蒸鍍，並利用光蝕 刻，便如圖1、圖3所示，在GaAsP/GaP太陽電池槽11 的上下二面上，於上下二面相對向地形成細長矩形狹縫狀 籲之複數狹縫窗16、17’接著藉由燒結以設置歐姆耦接於 各自表面的正電極18與負電極19。此外’雖未圖示，但 是除了正負電極18、19以外的表面之整個區域均覆蓋著 Si〇2等抗反射膜（未圖示）。 如圖11所示’第1太陽電池模組1 〇係例如將5片副模 組11以正電極丨8朝上面側，在整合於狹缝窗16、17方 向的平面上排列1列且並聯連接。當將該第1太陽電池模 組10進行組裝時，準備4根由銅或鎳•鐵合金製之直徑 0.5〜1.0mm棒材所構成的連接桿2〇a、2〇b，並在5個副模 312XP/發明說明書(補件)/96咖/951464〇7 16 1331402 組11的-端部配置著上下！對連接 一端配置著上下1對連接桿20a、咖。2Gb，且在另 、將5個^模組11上面側的正電極18二端邻，刹 或導電性黏合劑電氣式連接於作為正極端子°’’用谭錫 桿20a，且將5個副模組11下面侧的負電極19對連接
利用焊錫或導電性黏合劑電氣式連接於作為負極二端部， 對連接桿20b。 為負極~子的J 上述副模組U的GaAsf^ 13 化學氣相沉積法⑽⑽)、分子束蟲晶成 = 形成。此外，視需要，在？型—層14上追)== 提南P比例的薄p型透光層，將可減少於表面的 進打再結合之速度’對光電轉換效率的提升亦屬有效。 由GaAsP/GaP太陽電池槽構成的平面受光型副模组 11，係將圖20中曲線A所示之分光感度範圍（波長感度帶 域）内的光吸收並進行光電轉換’而波長較長於此範圍的 光將穿透過GaAsP/GaP太陽電池槽u的狹縫窗16、17， 並朝下方前進。該副模組11的尺寸係例如長7mm、寬6mm、 厚0. 4mm程度。 但是，在較大尺寸的共通GaP基板12上同時形成多數 太％電池槽’然後再分割為上述尺寸的太陽電池槽，便可 提升電池槽生產的生產性。此情況下，與其使用較大尺寸 的GaP基板12’製作較大尺寸的單一太陽電池槽，不如 可部分性地將特性較差部分去除’且不致因基板12破裂 312XP/發明說明書(補件 V96-04/95146407 17 而使太陽電池槽聲<1*·^ ή 半導體。 體不良化，並可有效地利用高單價化合 ”人為說明第2、第3太陽電池模組3〇、5 光型副模組31、51’所採用的桿型太陽電池槽32、52; 造，便針對與料為相同構造的桿型太陽電池槽70進行 說明。 疋叮 如圖4所示 的桿之由Si、 111 - V族元素、 基材71。
t太陽電池槽7 0係將形成截面為圓形 Ge等單一元素構成的半導體結晶、或者 族元素等化合物半導體結晶，製成 该杯型半導體結晶係可依照例如將Ge或Si的桿型種姓 晶，通過㈣的細經噴嘴並接觸於溶液（meit)，一邊朝: 方上拉或朝下方下拉，—邊施行冷卻以連續細長地使單 結晶桿成長的方法進行製作。Si、Ge、GaAs、GaSb等半 導體，可依照該方法’製造直徑Q 5〜2 —的單結晶桿。 但疋，較難成長出此種細徑桿型結晶的材料亦可從塊 材結晶施行機械式切取並加工成桿H細長桿型半導體 結曰^將切斷成其直徑之約3倍〜1G倍左右的長度，形成製 作桿型太陽電池槽70用的半導體結晶基材。此外，並非 僅偈限於上述約3倍〜1G倍的長度，亦可切斷成基材71 直控之10倍以上或數1G倍的長度。#施行該輯之際， 係對桿軸心'進行垂直輯。桿型太陽電池槽7G係將上述 截面圓形的桿型半導體結晶使用為基材，並依以下方式進 行製作。 2XP/發明說明書(補件)/96-04/95146407 丄 W1402 首先，例如圖4所示，準備n型半導體結 其次，將該基…面部分的其，一部分平行二地予 •以切斷’而形成平行軸心的帶狀平坦面72(帶狀部分）。 匕外該平坦面72寬度係設定為基材71直徑的〇 4〜〇 6 .·倍程度。接著，除了該平坦® 72與其二侧附近部分之外， 於基材71表面層上設置部分圓筒狀p型層73(其他導電 層），並橫跨基材71全長形成部分圓筒狀卯接合Μ。在 _ 土材71的平坦面72上，形成歐姆耦接於n型半導體結晶 基材71) ’且平行於基材了丨軸心的帶狀負電極π。在包 夾基材71軸心且負電極75的對向側’形成歐姆耗接於p 型f 73表面、且平行於基材71軸心的帶狀正電極76。 接者’將除了正負電極76、75以外的表面整面覆蓋著透 明絕緣性抗反射膜77。 該桿型太陽電池槽70係除了正負電極76、75、平坦面 72及其附近部分以外的表面大部分均屬於可受光的表 •面，而除平坦面72之外，從基材71軸心78的正交方向 所觀看到的投影截面積幾乎一定，相對於直射光的受光面 積係不受入射角度的影響均幾乎呈—定。從叩接合心 各點P Q、R連結至正負電極76、75的直線距離和（以匕）、 (a +b )、（a +b”）係幾乎呈一定，在pn接合74中流通 的電流分佈之對稱性、均勻性均優良，對入射光的指向性 較少，將可進行高效率的光電轉換。 但是’亦可利用p型半導體構成基材並在其表面層形 成部分圓筒狀n型半導體層（其他導電層）。形成桿型太陽 312XP/發明說明書(補件)/96-04/95146407 10 1^31402 電池槽70的Pn接合74之形成方法，传可活 …質核政、離子植入、氣相或液相磊晶成長法等方法。 關於電極形成、抗反射膜形成亦可利用周知技法進行設 置’在此將省略其詳細說明。 其次，針對第2太陽電池模組3〇㈣受光型副模也31 所採用的桿型太陽電池槽32,根據圖5〜圖7進行說明。 2為GaAs桿型太陽電池槽32的基材33 面為圓形的η型GaAs罝社曰t 册 As早、，、°日日上形成與基材33軸心平行的 ▼狀平坦面34。在將該基材33表面中的平坦面34盘盆 -侧附近處，在利用Si3N4被膜作成遮罩的狀態下，一邊 使基材33表面在高溫下接觸丨 「筏啁到將Ga作成熔液的GaAs熔 : 施仃降* ’便在基材33表面上未被遮罩的部 刀同，蟲晶成長出均勻厚度的n型GaAs層（未圖 不）。 取代GaAs熔融，改為一邊接觸到經鋅摻雜的
Gao.8Al0.2As 炼融，一邊更谁__it. 進步施行降温，便連續成長出 pi Ga〇8Al〇.2As 層 36。在今 n荆广 . 11 P 1 Ga° 8A1〇.2As 層 36 成長期 間，鋅攸GaG.8Alo.2As炫融巾敎拔# 喊宁熱擴散至上述部分圓筒形n 型GaAs層的中途深度，而形 而$成P型GaAs層35 (其他導電 層），在該p型GaAs層35盥翻 扣與鄰接之η型GaAs層的邊界處， 將形成部分圓筒形pn接合3了。 依此的話，例如在由直牺奶 且L約1 · 7mm的細徑n型GaAs單 結晶構成之基材33表面層中 土
’甲，未被上述遮罩的部分圓筒 狀區域，將連續成長出厚2n ςη L 年〜50 //m的η型GaAs層（未圖 312XP/發明說明書(補件)/96-04/95146407 2〇 丄 ^再使切斷表面裸露出，再利用藥物施㈣刻處理而形 治軋化破膜，便可減少端面的卯接合”表面所發生漏電 机。另外，雖未圖*，將除了正負電極39、38以外的整 個表面利用Si〇2等抗反射膜(未圖示)進行覆蓋，完成桿型 太陽電池槽32。圖20巾，該桿型GaAs太陽電池槽32的 分光感度特性係依曲線B圖示。
•但是，上述例子中，在形成Pn接合37之際係採用Si3N4 被膜的遮罩，但是亦可採用由截面圓形的η型GaAs單結 晶所構成的基材’並在該基材整個表面上，如同上述，形 j 型GaAs層、經Zn摻雜的？型GaAUs層，而形成圓 同形pn接合，然後將平行於基材軸心的帶狀部分利用切 削加工去除而形成平坦® 34 ’並使平行軸心的帶狀n型 GaAs層裸露出，再於該平坦面34上形成帶狀負電極μ。
曰如圖11所示，在桿受光型副模組31製作之際將4個 杯型太陽電池槽32整合於從正電極39朝負電極38的導 電方向且朝向水平方向，並將該等太陽電池槽32在平面 上平行配置成相近接狀態。其次，此相鄰接太陽電池槽 32的正負電極39、38相抵接，並利用焊錫或導電性黏合 劑進行黏合而製成副模組31。 口 第2太陽電池模組3〇係例如將5個副模組31整合於導 電方向與軸心方向’並在平面上排列成i列形成並聯連接 的構造。在該第2太陽電池模組30進行組裝時，便準備 由銅或鎳·鐵合金製直徑棒材構成的2根連接 桿40a、40b，並在5個副模組31的二端側配置i對連接 22 312XP/發明說明書(補件)/96*〇4/95146407 Ϊ331402 杯40a、40b ’將副模組31 —端側的正電極39，利用焊錫 或導電性黏合劑電氣式連接於正極端子的連接桿4〇a，且 將副模組31另一端側的負電極38利用焊錫或導電性黏合 劑電氣式連接於負極端子的連接桿4〇b。 其次，關於第3太陽電池模組50的桿受光型副模組51 所採用的桿型太陽電池槽52,根據圖8~圖丨〇進行說明。 首先，Ge桿型太陽電池槽52的基材53係準備在直徑 鲁〇.9mm程度的截面圓形桿型p型Ge單結晶上，形成平^ 於基材53軸心的帶狀平坦面54。上述桿型Ge單结晶係 例如利用已溶融了鍺的石墨製掛禍底部之噴嘴，使細徑的' 種結晶與鍺熔液進行接觸並朝下方拉出而進行製作。將其 依形成一定直徑圓柱、且表面無凹凸的方式施行研磨處 理，並利用藥物施行蝕刻。 然後’該基材53表面中，在將平坦面54與其二侧附近 處利用ShN4被膜進行遮罩的狀態下，將桿型p型錯在含 魯有銻的氣體環境中施行加熱’而設置距表面深度 0.5-1. 0/zm的η型擴散層55(其他導電層），便形成部分 圓筒形pn接合5 6。然後’將由s i aN4被膜所構成之遮罩施 行蝕刻處理而去除，然後在p型Ge所裸露出的平坦面54 中央處施行含錫之銀的蒸鏟，並對包夾軸心且對向側之由 η型Ge構成的擴散層55表面上施行含銻之銀的蒸鍍，然 後施行燒結，便設置歐姆接觸於p型Ge層所裸露出平坦 面54的帶狀正電極57、以及歐姆接觸於n型擴散層55 的帶狀負電極58。此外，正負電極57、58係數#^厚的 312XP/發明說明書(補件)/96·(Μ/95 M6407 23 1331402 電極。依此便製成桿型太陽電池槽52的連續體。
其次，將該桿型太陽電池槽52連續體使用線鋸切削等 切斷裝置切斷成長度每個約1Qmm，而形成太陽電池槽 52。將該太陽電池槽52複數個利用耐酸性蠟進行集束， 並將周面施行遮罩，再將經切斷的表面利用周知方法使用 化學藥物施行#刻處理，而形成氧化被膜，便將減少切斷 ，的pn接合56之漏電流現象。圖2〇中，將該以桿型太 陽電池槽52的分光感度特性依曲線c圖示。 再者，上述例子中，當形成pn接合56之際係採用Shi 被膜的遮罩’但是亦可在截面圓形^桿的整個表面 上形成圓筒形pn接合，然後，將桿型Ge I結晶的表面部 分中，平行於軸心的帶狀部分利用切削加工而去除，藉此 便形成平行於心的帶狀平坦面54，使？型^基材^露 出於該平坦面54上，並在該平坦面54上設置帶狀正電極 57’並在該正電極57的對向側設置連接於n型以層的 狀負電極58。 曰 如圖11所示，在桿受光型副模組51製作之際，將8個 桿型太陽電池槽52整合練正妹57朝貞祕Μ的導 電方向且朝向水平方向，將該等太陽電池槽以在平面上 平行配置成相近接狀態。其次，使相鄰接太陽電池槽52 58抵接，並利用焊錫或導電性黏合劑施 仃黏5便衣成副模組51。此外，副模組u、31、51係構 成該等的長、寬尺寸（即受光面積）相等 '或大致相等’。、 第3太陽電池模組50係將例如5個副模組51整合於導 312XP/發明說明書(補件)/96-04/95】46407 24 1331402 *明。 ，各凹3後端部分處預先黏合側栓塊6的狀態下，將 太陽電池模組50的連接桿6〇a、6〇b後端側部分各自插 .二f上述側栓塊6的連接管6〇A、60B中，並將太陽電池 =、、且30的連接桿4〇a、4〇b後端側部分，各自插入上述側 曰塊6的連接管4GA、權中，將太陽電池模組10的連接 扣20a、20b後端側部分，插入於上述側拴塊6的連接管 中，且將太陽電池模組1〇、3〇、5〇保持平行的 水平姿勢。 其次，將太陽電池模組1〇、3〇、5〇的連接桿2〇a、2〇b、 4〇a、40b ' 6〇a、60b前端側部分，各自插入於前方側的 侧栓塊6之連接管2〇A、20B、40A、40B、60A、60B中之 後，便將該側栓塊6定位於凹部3的前端部分並進行黏 口依此的話，各太陽電池單元4的太陽電池模組1〇、 30、50，便在外裝箱體2的凹部3内，依隔開既定小間隔 籲的狀態，朝上下方向進行積層（層重疊）。 然後’藉由對連接管20A ' 20B、40A、40B、60A、60B 知行欽縫（caulking) ’而將該等連接管2〇a、20B、40A、 40B、60A、60B、與連接桿 2〇a、20b、40a、40b、60a、 60b施订電氣式連接。但是，亦可利用導電性黏合劑施行 黏合而電氣式連接。此外，連接管2〇A、2〇B、4〇A、4〇B、 60A、60B亦可活用為外部端子。 其-人’在收谷著太陽電池模組1〇、3〇、的凹部3中， 填充透明合成樹脂（例如聚矽氧橡膠等）之後，經脫泡後施 312XP/發明說明書(補件V9644/95146407 27 1331402 如圖20所不太陽電池槽η、32、52的分光感度特性， 依照太陽電池槽11、32、52的種類，可進行光電氣轉換 的感度波長帶域與能量密度將有所不同。地面上的太陽光 能量禮度係100mW/cm2，依該太陽光所形成的單獨太陽電 池槽開放電壓係GaAsP/GaP太陽電池槽n(副模組）為約 1. 2伏特，GaAs太陽電池槽32為約〇. 9伏特，Ge太陽電 >也槽5 2則為約〇 · 4伏特。 在太陽電池模組丨〇、30、5〇串聯連接的關係上，假設 太陽電池模組10、30、50的輸出電流出現較大擾動的情 況，輸出電流最少的太陽電池模組輸出電流將有所限制， 除此以外的太陽電池模組亦將無法產生其以上的輸出電 流。在此，該太陽電池裝置i中’因為GaAsP/GaP太陽電 池槽11的每單位受光面積之輸出電流為最小，因而將其 他副模組31、51的輸出電流大小，設定為與GaAsp/Gap 太陽電池槽11輸出電流大小大致相等、且太陽電池模組 10、30、50的輸出電流大致相同值的狀態。所以，太陽 電池槽11、32、52的各自發電能力將發揮至最大極限。 太陽電池模組10將可利用副模組u數量（並聯連接數） 的增減，而增減輸出電流，且可利用副模組u的受光面 積增減，而增減輸出電流。太陽電池模組3〇、5〇可利用 副模組31、51數量（並聯連接數）的增減，而增減輸出電 流，且可利用副模組31、51中所組裝太陽電池槽32、52 的數量（串聯連接數）增減，而增減副模組的輸出 電壓。 312XP/發明說明書(補件)/96·04/95146407 29 1331402 ’該聚光型太陽電池裝置i中，利用玻璃蓋5的透鏡部 Ί產生的折射、與利用外裝箱體2的反射聚光所產生 的本光作用’便可利用小型太陽電池模組1〇、3〇、獲 知大輸出。圖18所示係以中央處的工組太陽電池單元4 為例的聚光作用說明圖。若太陽直射光對玻璃蓋5垂直入 射，光將利用透鏡部5a而折射並聚光。大多數的直射光 便將入射於最上端的GaAsp/GaP太陽電池槽11 (副模組u ) 表面，而圖20所示曲線A的感度波長帶域之光將被吸收， 較此波長帶域更長波長的光，則將從下方由GaAs太陽電 池槽32構成的副模組31表面入射。 利用該副模組31，圖20所示曲線b的感度波長帶域之 光將被吸收，而較此波長帶域更長波長的光，則將從其下 方由Ge太陽電池槽52構成的副模組51表面入射，圖2〇 所示曲線C的感度波長帶域之光將被吸收，而較此波長帶 域更長波長的光，將從入射於其下方的突出台2c表面並 鲁產生反射或吸收。各個太陽電池槽丨丨、32、52將從所吸 收的光施行光電轉換為電氣能量，便從各太陽電池模組 10、30、50的外部端子80、81獲得電氣輸出。 穿透過透鏡部5a的光未直接入射於GaAsP/GaP太陽電 池槽11 (副模組11)表面，而入射於傾斜側壁2a的光，將 在此被反射並入射於副模組31、51表面。除在該表面上 直接被吸收之外，尚有進行反射而產生朝向其他方向的 光。該光係在外裝箱體2、侧栓塊6、玻璃蓋5、各副模 組11、31、51之間進行多重反射之後，而到達副模組u、 312XP/發明說明書(補件)/96·04/95146407 30 丄331402 51表面的光將被吸收並 。 門副模組間、及與突出台 曰將有小間隔’可使光進入。該光將因為桿型太陽電池槽 52表面屬於圓筒面，因而吸收比例將較高於受光面 ^平面的太陽電池槽U ’故可達成太陽電池裝置ι的 輸出提升》 +另外，圖18所不係圖式製作上，雖將凹部3的側壁％ 田、曰成平面’但疋亦可②計成較多反射光有效聚光於太陽 電池槽1卜31、51的曲面形狀。此外，GaAs副模組31 與Ge_M51係具有對穿透其的波長光（無法吸收的波 長光），能如透鏡部5a般進行聚光的作用，因而可依經聚 光的光入射於上述太陽電池副模組的方式，由光學觀點對 太陽電池槽的配置進行改良。 未利用太陽電池模組10、3〇、5〇施行光電轉換的光能 量’將轉換為熱能量。若因該熱能量而導致太陽電池槽 11、32、52的溫度上升，將降低光電轉換效率。所以， 提升外裝箱體2的散熱能力俾減輕溫度上升之事便屬重 要。此處，本實施例係將外裝箱體2形成集水管狀而增加 表面積，便可將從太陽電池槽Η、32、52所發生的熱較 谷易散熱於外部。另外，亦可在包圍外I箱體2外側的表 面上設置覆蓋構件（未圖示）而形成氣罩，並構成在外裝箱 體2與覆蓋構件之間流通冷卻介質的狀態，藉此可提高冷 卻效果。 〇 7 其中，因為入射光的光譜分佈將依場所、天候狀況而有 312ΧΡ/發明說明書(補件)/96-04/95146407 1331402 電池槽之下，除了可大幅增加受光面積之外，尚可將複數 桿型太陽電池槽32稠密平行排列地構成桿受光型副模組 31 ’將可增加受光面積對太陽光投射面積的比例，可提高 •接受太陽光的受光效率。此現象就桿型太陽電池槽52亦 同。 且，彳干文光型副模組31、51在相較於組裝複數粒狀太 陽電池槽的副模組之下，因為可大幅減少將太陽電池槽施 行電氣式連接的線路耦接地方數量，因而可大幅降低包括 線路耦接成本在内的副模組組裝成本。 因為該太陽電池裝置1具備有感度波長帶域不同的複 數種太陽電池模組1〇、30、50，且依感度波長帶域中心 波長越短的太陽電池模組、越靠太陽光入射側的方式進行 積層的複數種太陽電池模組，因而可將太陽光光譜中較寬 廣波長範圍的太陽光施行光電轉換。因為波長越短的光， 穿透性將越弱，因而如上述，依感度波長帶域中心波長越 籲短的太陽電池模組、越靠太陽光入射側的方式，將複數種 太陽電池模組1 〇、3 0、5 0施行積層，可提高各太陽電池 模組的光電轉換效率。 因為該太陽電池裝置1係將上下方向積層的複數種太 陽電池模組10、30、50串聯連接，並將該等的輸出電流 整合於大致相同，因而可使該等太陽電池模組的發電能力 發揮至最大極限。 因為3種太陽電池模組中的2種太陽電池模組3〇、5〇， 係利用複數桿受光型副模組31、51各自構成，因而藉由 312XP/發明說明書(補件)/96-04/95146407 33 U31402 » I} 曰 下，電極佔受光面的比例較少，陰影損失（shadow 1〇SS)較夕，電流係朝電極厚度方向的垂直進行流通，因 而電阻較少。副模組31、51係將桿型太陽電池槽稠密平 订排列並將電池槽間進行直接連接而模組化，便可自由擴 茫〃、殳光面積。因為副模組將可增加受光表面積對投影面 .積的比例，因而可製作成小巧尺寸的副模組。、 將求狀太陽電池槽排列並線路輕接的模組，雖在電池槽 鲁間將發生間隙’但是桿型太陽電池槽32、52則可幾乎無 間隙地將電池槽排列連接，可對垂直方向直射光增加每單 位面積的輸出。此現象將有利於製作利用透鏡進行聚光之 太陽電池模組的情況。如副模組31、51所示，使丁 不同的才干型電池槽，依相同面積製作出串聯數不同的副模 組。 、 外裝箱體2的凹部3中’感度波長帶域不同的副模組 ^ 31 51係利用透明合成樹脂依一定間隔配置，各太 #陽電池槽經吸收光而發生的熱便將位置性分散。所以，溫 度上升便不致於部分性地集中，俾使太陽電池槽11、32、 52的溫度上升現象較少。 外裝箱體2係構成將内面當作光反射面，並將外面當作 散熱面，具有改善兼具聚光與抑制溫度上升二者相反關係 的作用。側栓塊6係由可進行光反射或光散射的白色陶究 構成’便可將光封鎖於凹部3内部。藉此，可間接性地使 f入射於桿型太陽電池槽32、52中，俾提升光的利用效 312XP/發明說明書(補件)/96〇4/95i464Q7 35 1331402 模組11、31、51的例子進行說明，但是太陽電池模組1 〇、 30、50中所組裝的副模組數亦可予以適當設定，亦可組 裝6個以上的副模組丨丨、31、5丨。依此的話便可構成 自由设定太陽電池裝置丨輸出電壓與輸出電流的構造。 2) 田彳模組31中所組裝的太陽電池槽數亦不僅侷限於 4個，亦可組裝5個以上的電池槽32。此情況就副模組 51亦同，亦可在副模組51中組裝g個以上的太陽電池槽 52。
3) 亦可取代最上層的GaAsp/Gap太陽電池槽u，改為 將 GaP、InGaP、SiC、GaN、InGaN、ZnO 的結晶使用為基 材的平面受光型太陽電池槽，並採用由以該等任一半導體 結晶為基材的太陽電池槽所構成之桿受光型副模組。 4) 亦可取代最下層的副模組5丨之桿型Ge電池槽52， 改為採用以GaSb、InGaAs、InGaAsSb結晶為基材的太陽 電池槽。 • 5)亦可取代中間層的副模組31之桿型太陽電池槽32， 改為採用以GaAlAs、Si、InP結晶為基材的平面受光型太 陽電池槽、或由該等任一半導體結晶構成基材的桿型太陽 電池槽。 6)上述實施例的太陽電池裝置1，係針對將感度波長帶 域不同的3種太陽電池模組10、3〇、5〇，予以積層狀組 裝的例子進行說明，但是亦可將感度波長帶域不同的2種 太陽電池模組進行積層狀組裝的太陽電池裝置。此情況 下，至少1種太陽電池模組係設定為由桿受光型副模組構 312XP/發明說明書(補件)/96^04/95146407 37 1331402 圖4為桿型太陽電池槽的立體示意圖。 圖5為桿型太陽電池槽32的剖視圖。 圖6為圖5所示太陽電池槽3 2的右側視圖。 圖7為圖5所示太陽電 >也槽3 2的左侧視圖。 圖8為桿型太陽電池槽52的剖視圖。 圖9為圖5所示太陽電池槽5 2的右侧視圖。 圖1 〇為圖5所示太陽電池槽52的左側視圖。 圖11為太陽電池單元的分解立體示意圖。 圖12為太陽電池裝置的俯視圖。 圖13為圖12中之ΧΠΙ-ΧΙΗ線切剖圖。 圖14為圖12中之χΐν-χιν線切剖圖。 圖15為圖13中之XV-XV線切剖部分圖。 圖16為側栓塊的立體示意圖。 圖17為側栓塊的正視圖。 圖18為太陽電池裝置的重要部分部放大剖視圖。 鲁 圖19為太陽電池裝置的等效電路圖。 圖20為太陽電池光譜與太陽電池裝置的分光感度特性 說明圖。 圖21為變化例的桿型太陽電池槽立體示意圖。 【主要元件符號說明】 1 太陽電池裝置 2 外裝箱體 2a 側壁 2b 底壁 312XP/發明說明書(補件)/96-04/95146407 39 1331402 * 2c 突出台 2e 凸緣部 2f 圍壁 3 凹部 • 4 太陽電池單元 5 玻璃蓋（透鏡構件） 5a 透鏡部 5b 平板部 •5c 嵌合部 5d 卡合溝 6 側栓塊 10 平面受光型太陽電池模組 11 太陽電池槽（副模組） 20a、 20b 連接桿 20A、 20B 連接管 _ 30 太陽電池模組 31 桿受光型副模組 32 太陽電池槽 33 基材 35 p型GaAs層（其他導電層） 36 p 型 GaAlAs 層 37 pn接合 38 負電極 39 正電極 312XP/發明說明書(補件)/96-04/95146407 40 1331402 40a ' 40b 連接桿 40A 、 40B 連接管 50 太陽電池模組 51 桿受光型副模組 52 太陽電池槽 53 基材 55 η型Ge擴散層（. 56 pn接合 57 正電極 58 負電極 60a、60b 連接桿 60A 、 60B 連接管 63 密封材 64 聚矽氧樹脂 65 螺栓 66 螺帽 67 迫緊 68 墊圈 70A 桿型太陽電池槽 71A 基材 75A 電極 80 正極端子 81 負極端子 312XP/發明說明書(補件)/96-04/95146407 41

Claims (1)

1331402 JiLlT '十、申請專利範圍： . 」·：種疊層型太陽電池裝置，係將複數太陽電池模組 - 订複數層積層者，其特徵為： 至少1種之太陽電池模組係由將複數之桿型太陽電池 槽各自組裝的複數桿受光型副模組所構成； 上述桿型太陽電池槽係具備有： 基材，其含有由桿型之半導體結晶，該半導體結晶係含 籲有P型或η型半導體，且具有圓形或部分圓形的截面； 其他導電層，其形成於上述基材表面層_之除了與上述 基材軸心平行之帶狀部分以外的部分處，且導電型不同於 上述基材的導電型； 部分圓筒形之ρη接合，係由上述基材與其他導電層所 形成； θ 帶狀第1電極，其歐姆耦接於上述基材的帶狀部分之表 面上；以及 # 帶狀第2電極，其包夾上述基材軸心且在第1電極的對 向侧’歐姆耦接於上述其他導電層的表面上； 而上述桿受光型副模組係將連結第1、第2電極的導電 方向整合於水平方向並於平面上平行排列複數桿型太陽 電池槽，且將相鄰接桿型太陽電池槽之第1、第2電極連 接為抵接狀態，藉此電氣性串聯連接複數桿型太陽電池槽 而構成。 2·如申請專利範圍第1項之疊層型太陽電池裝置，其 中’其具備有複數種之太陽電池模組，上述複數太陽電池 95146407 42 1331402 模組係感度波長帶域不同的複數種太陽電池模組，且依感 度波長帶域中心波長越短的太陽電池模組、越靠太陽光入 射側的方式進行積層， 至少1種之太陽電池模組係由複數之平面受光型副模 組所構成’該複數之平面受光型副模組係由具有平面狀 pn接合的平面受光型太陽電池槽所各自構成。 3. 如申請專利範圍第2項之疊層型太陽電池裝置，其 中，具備3種太陽電池模組，其令2種太陽電池模組係由 複數之桿受光型副模組所各自構成，其中丨種太陽電池模 組係由複數之平面受光型副模組所構成，由複數之平面受 光型剎模組所構成的太陽電池模組係配置於最上層位置。 4. 如申明專利範圍第2或3項之疊層型太陽電池裝置， 其中^各桿受光型副模組與各平面受光型副模組，係形成 為接受太1%光的受光面積為相等。 5·如申凊專利範圍第2項之疊層型太陽電池裝置，其 卜設置將構成太陽電池模組的複數之桿受光型副模組施 打並聯連接，且—體連結的1對第1連接桿，並設置將構 成太陽電池模組的複數之平面受光型副模組施行並聯連 接，且一體連結的2對第2連接桿。 6·:申請專利範圍第5項之疊層型太陽電池裝置，其 中=有具朝下方凹人之凹部的金屬板製之外裝箱體；，、 箱體的凹部中將複數種之太陽電池模組依積 層狀態予以收容。 領 7.如申請專利範圍第 6項之疊層型太陽電池裝置 其 95146407 43 1331402 中，上述外裝箱體係具有朝上述凹部寬度方向水平排列的 平行之複數凹部； 在複數凹部的各個中將複數種之太陽電池模組依積層 狀態予以收容。 8.如申凊專利範圍第7項之疊層型太陽電池裝置，其 :，上述外裝箱體的凹部係具有寬度越靠上方變越寬廣的 實質倒梯形截面’該凹部的！對側壁與底壁内面係形成為 光反射面。
.如申凊專利範圍第8項之疊層型太陽電池裝置，其 中，在較複數之太陽電池模組更靠太陽光入射侧處，設置 具有透鏡部的透鏡構件，該透鏡部係具有將太陽光聚光於 複數之太陽電池模組的聚光功能。 10.如申請專利範圍帛9項之疊層型太陽電池裝置其 在上述外裝箱體的複數凹部内之間隙中，填充透明合 ^脂製㈣材，並以上料裝箱體與透鏡構件進行封 11.如申請專利範圍第8項 中’在上述外裝箱體的底壁上 度的梯形狀突出台。 之疊層型太陽電池裝置， ’形成朝上方突出既定小 其 高 中X申請專利_ 7項之疊層型太陽電池裝置，其 侧二：塞上述外裝箱體之凹部端部的側栓塊，並在該 式二：：插入上述第卜第2連接桿的端部，且電氣 之金屬製連接管，使該等連接管朝側栓塊外 侧大出而構成外部端子0 95146407 44 1331402 / ψ 10/11 圖2 0 ** tai 替换 12009 (φ命刼¥ο9Η^韵1.螌Υ劄喫嘞 (29)繫^蛱30 (ZS繁爱一 SV5/SV1V5 (II)奪索一 d5/dsv5 A— ^^κ^^ϊ^^"
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