TWI398010B - Lighting type solar module - Google Patents

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TWI398010B
TWI398010B TW098120816A TW98120816A TWI398010B TW I398010 B TWI398010 B TW I398010B TW 098120816 A TW098120816 A TW 098120816A TW 98120816 A TW98120816 A TW 98120816A TW I398010 B TWI398010 B TW I398010B
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Description

採光型太陽電池模組
本發明係有關於一種採光型太陽電池模組，尤其係有關於形成多個含有多個球狀太陽電池單元的群集，並將此等多個群集配置成多個列多個行的矩陣狀等各種圖案，且一體地組裝於一對透光性基板的採光型太陽電池模組。
習知，在可採光的窗材上組裝有太陽電池單元的各種太陽電池模組或太陽電池面板業已實用化。一般而言，存在有從晶圓狀矽結晶製造的平板狀矽太陽電池單元與兩片玻璃板重疊而製作的矽型太陽電池模組(或面板)。該模組係將太陽電池單元隔著適當間隔排列成平面狀，用帶狀導體連結各單元，並將上述構成配置於兩片玻璃板之間，然後使用EVA(乙烯-乙酸乙烯酯：ethylene-vinyl acetate)樹脂填入間隙而黏合。
另外，存在有組合非晶與微結晶的薄膜型太陽電池模組。為了將該模組形成於窗材上時，會先在玻璃基板上成膜為透明電極膜TCO(SnO2 )，為了製作單元電極部分而使用雷射光予以分離分割。繼之，依序積層矽薄膜、非晶矽(a-Si)、矽薄膜微結晶，然後用雷射光將該發電層以一定的間距予以分離分割。接著，於背面整體將形成為電極的金屬薄膜黏附於整面，再次用雷射光將金屬層予以絕緣分離，而將小的薄膜太陽電池單元一次串聯多數個。
於此等上述太陽電池模組中，受光面受限於太陽電池單元的單面，為模組周圍之光的利用範圍較窄且發電能力較低。又於矽型太陽電池模組中，大尺寸的平板型太陽電池單元會導致採光率變差。再者，於薄膜型太陽電池模組中，會有難以於玻璃基板製造薄膜之問題。
於是，本案發明人鑑於上述問題而提案有如專利文獻1的球狀太陽電池單元。該球狀太陽電池單元係由：直徑為1~2mm的p型或n型的球狀半導體；形成於該球狀半導體的表面附近之球面狀pn接合；以及於該球狀半導體表面的兩端以隔著球的中心而對向的方式設置之一對小的正、負電極所構成。該球狀太陽電池單元與上述矽型太陽電池單元或薄膜型太陽電 池單元相比較，為小型的構成，可容易且廉價地製造。
由於該球狀太陽電池單元的表面為球面，故除了直射光外，在反射光、散射光較多的環境中可充分地發揮其效果。例如，在收納於透明之封裝體(package)內時，其內部的反射光及散射光亦有助於發電，於將兼作為窗戶的太陽電池模組垂直地設置於大樓等的建築物之情況，亦可吸收地面或周圍之建築物等的反射光而發電。太陽之直射光的入射角雖會隨著時間而改變，但因受光面為球面狀，故與平面型受光面相比較，不會受限於入射方向，可期盼較為穩定的發電。
又如專利文獻2或專利文獻3所示，本案發明人提案有一種：將上述球狀太陽電池單元配置成多個列多個行配置的矩陣狀，並藉由可撓曲的細導線或印刷配線進行並聯及串聯，然後用透明樹脂塑模於一對透明殼板間之透光(see through)型太陽電池模組。
【專利文獻1】國際公開WO98/15983號公報
【專利文獻2】國際公開WO03/36731號公報
【專利文獻3】國際公開WO2007/80631號公報
然而，由於上述專利文獻1~3的多個球狀太陽電池單元係配置成約略直線狀且密接狀態，故在達成新式樣設計性的提升上會產生問題。例如存在有在組裝有上述球狀太陽電池模組的窗材時，由於太陽電池單元係配置成密接狀態，故適當地設計作為窗材的採光率與作為太陽電池模組的發電能力之設計自由度變小，且視野會被太陽電池單元遮蔽而無法提高新式樣設計性等問題。
本發明係提供一種可提升作為窗材之設計性的採光型太陽電池模組，並提供一種可增加作為窗材的採光率之採光型太陽電池模組等
本發明之採光型太陽電池模組係藉由多個球狀太陽電池單元來發電的採光型太陽電池模組，該多個球狀太陽電池單元分別具有：p型或n型的球狀半導體；形成於該球狀半導體之表層部的部份球面狀pn接合和以隔著球 狀半導體的中心而對向的方式形成，並接合於所述pn接合的兩端之一對第1、第2電極，其特徵為具備：透光性第1基板；多個球狀太陽電池單元，使導電方向與第1基板正交之方向一致，且以分別形成與配置成多個列多個行之矩陣狀之多個群集相同的配置圖案的方式而群組化；多個導電覆膜，使其與多個群集對應而形成於上述第1基板的內面，且使各多個群集中之多個太陽電池單元的第1電極電性並聯；多個導電構件，使上述各多個群集之多個太陽電池單元的第2電極電性並聯；多個旁通二極體(bypass diode)，為對應於所述多個群集的多個旁通二極體，且經由各群集中之上述導電覆膜及導電構件與多個太陽電池單元並聯；多個導電連接構件，將上述各多個群集中的導電覆膜與鄰接於特定方向之群集的導電構件電性連接；透光性第2基板，相對於上述第1基板隔著多個太陽電池單元平行地配置，且與上述多個導電構件隔著間隔而配置；以及透光性合成樹脂塑模材料，充填於上述第1、第2基板之間，並密封成埋設有多個太陽電池單元、多個導電構件和多個導電連接構件的狀態。
根據本發明之採光型太陽電池模組，由於多個群集分別具有多個球狀太陽電池單元，故各群集可自由地形成單元的配置圖案。因此，可提升作為窗材的新式樣設計性。由於該群集配置多個，故可將一定的配置圖案賦予至太陽電池模組，可提升新式樣設計性。又由於球狀的太陽電池單元非常小，故即便使用於窗材上亦可確保採光性。
本發明除了所述構成外，亦可採用如下之各種構成。
(1)於上述第1基板的一端部設有上述採光型太陽電池模組的正極端子，於第1基板的另一端部設有上述採光型太陽電池模組的負極端子。
(2)上述太陽電池單元具有使逆電流旁通的旁通功能。
(3)上述導電連接構件具有：連接至導電覆膜的導電覆膜延長部和連接至該導電覆膜延長部之端部的導電連接片，並且，上述各群集中的多個太陽電池單元、上述導電連接片和上述旁通二極體係配置成圓環狀，且多個群集係配置成多個列多個行的矩陣狀。
(4)上述各列或各行之群集的多個太陽電池單元係藉由上述導電連接構件串聯，並設有將所述多個行或多個列之各群集中的多個導電覆膜予以電性連接的交聯導電覆膜。
(5)上述各群集之多個太陽電池單元具有：配置於內側六角形之頂點的五個太陽電池單元和配置於所述內側六角形的外側之外側六角形之頂點的五個太陽電池單元。
(6)上述導電連接構件具有連接至導電覆膜的導電覆膜延長部和連接至該導電覆膜延長部之端部的導電連接片，且上述導電連接片係配置於上述外側六角形的頂點，上述旁通二極體係配置於上述內側六角形的中心部。
(7)上述多個群集係以使上述內側六角形的中心部位於正三角形網眼之網眼點的方式，配置成多個列或多個行。
(8)設有交聯導電覆膜，該交聯導電覆膜係將在與上述多個列或多個行之列或行方向正交的方向上排列成鋸齒狀之多個群集中之上述多個導電覆膜予以電性連接。
(9)上述各群集的多個太陽電池單元係配置成一直線狀。
(10)上述第1、第2基板係由透明的玻璃板所構成。
(11)採光未受到上述導電覆膜遮斷的採光區域佔整體面積的比例為50%以上。
(12)藉由將多片上述採光型太陽電池模組組裝於金屬製外周框，而配置成多個列或多個行。
(13)於上述多個導電覆膜的基底形成有著色及圖案化的圖樣之陶瓷膜。
以下，依據實施例，說明用以實施本發明之最佳型態。
實施例1
首先，就本發明所使用之太陽電池面板1進行說明。
如圖1~圖5所示，太陽電池面板1係構成作為窗材，其由外周框3、和三片採光型太陽電池模組20所構成。三片採光型太陽電池模組20(以下稱為模組)係將其長度方向設為橫向，且於同一平面上配置成3列1行的矩陣狀而組裝於外周框3。
於外周框3與模組20的間隙、及上下相鄰接之模組20的間隙，充填密封材15(例如矽樹脂)，用來防止雨或有害氣體侵入至內部。此外，不需將模組20的片數限定於三片，亦可藉由變更外周框3的尺寸，將多片模組 20組裝於外周框而配置成多個列或多個行。
如圖3~圖5所示，外周框3係鋁製，其由上下一對水平框5a、5b和左右一對垂直框6a、6b所構成。於上方的水平框5a，具備有：導電性內部端子8a，沿著水平框5a的長度方向延設；左右一對輸出端子9a，連接至該內部端子8a的兩端部；絕緣構件11a，將此等輸出端子9a自外周框3絕緣；板片彈簧(leaf spring)12，將內部端子8a往下方推壓；以及支撐(backup)構件13a，從上方支撐(backup)模組20且將內部端子8a自水平框5a絕緣。
於下方的水平框5b，具備有：導電性內部端子8b，沿著水平框5b的長度方向延設；左右一對輸出端子9b，連接至該內部端子8b的兩端部；絕緣構件11b，將輸出端子9b自外周框3絕緣；以及支撐構件13b，從下方支撐模組20且將內部端子8b自水平框5b絕緣。此外，構成外周框3的材料並未限定於鋁，可使用各種金屬製的材料。
上方及下方的輸出端子9a、9b為金屬製細長的薄板狀，其一端部係分別與內部端子8a、8b的左右兩端部一體地連接，另一端部則從外周框3朝面板1的背側突出。藉由板片彈簧12使上方輸出端子9a的內部端子8a朝上層模組20的負極端子24推壓，並同時使上層模組20的正極端子23朝中層模組20的負極端子24推壓，且使中層模組20的正極端子23朝下層模組20的負極端子24推壓，而確實地電性連接。下層模組20之下方輸出端子9b的內部端子8b，係藉由模組20的自身重量推壓至正極端子23，而確實地電性連接。相鄰接之模組20間的電性連接，亦藉由利用上層模組20的自身重量使上層的正極端子23推壓接觸於中層模組20的負極端子24，使中層的正極端子23推壓接觸於下層模組20的負極端子24而連接。
繼之，就三片採光型太陽電池模組20進行說明，由於此等三片模組20全部具有相同的構造，故僅就一片模組20進行說明。
如圖6~圖10所示，該模組20係藉由多個球狀的太陽電池單元32來發電，其具備有：透光性第1基板21；多個圓環狀群集30，於該第1基板21上配置成多個列多個行的矩陣狀；透光性第2基板22，相對於第1基板21隔著多個太陽電池單元32而配置成平行狀；以及透光性合成樹脂塑模材料27，充填於基板21、22之間而塑模成埋設有多個群集30的狀態。
繼之，就第1基板21與第2基板22進行說明。
第1基板21係由周緣經去角的透明玻璃所構成，並加工成例如厚度2.8mm、長度210mm、寬度297mm。於第1基板21的下端部，設有外部連接用之剖面的倒L字狀正極端子23(正極端子，bus bar)，於第1基板21的上端部，設有外部連接用之剖面的L字狀負極端子24(負極端子，bus bar)(參照圖8)。第2基板22係與第1基板21同樣，由周緣經去角的透明玻璃所構成，例如加工成厚度2.8mm、長度210mm、寬度297mm。充填於基板21、22的間隙的合成樹脂塑膜材料27可使用例如EVA(乙烯-乙酸乙烯酯：ethylene-vinyl acetate)樹脂。
如上所述，由於透光性合成樹脂塑膜材料27係充填於基板21、22之間，塑模且一體化成埋設有多個太陽電池單元32和多個導電覆膜31和多個旁通二極體40和多個導電連接構件50的狀態，故可保護太陽電池單元32，並同時可強化對於振動或機械式衝擊，因此可防止模組20整體的破損，提高安全性。又，與一般使用的層合玻璃(laminated glass)、絡網玻璃(wire glass)同樣，即便於萬一發生破損的情況下亦可防止碎片四處飛散。
此處，簡單地說明該模組20的製造方法。
於第1基板21上分別設置多個群集30，將薄片狀塑膜材料27載置於多個群集30上，然後於其上疊合第2基板22而收容於周知之積層裝置。該積層裝置具有藉由具伸縮性的膜而分隔成上下的真空室。下方具有透過板(plate)而加熱試料的加熱器。將疊合有第2基板22的試料載置於加熱板上，一邊將藉由膜而分隔之上下空間的氣體進行排氣，一邊以150℃左右的溫度將塑膜材料27加熱並予以熱熔融。
然後，若僅將空氣導入至成真空狀態之膜的上方的真空室，藉由分隔膜可使基板21、22的兩面受到所導入的空氣壓而推壓。接著，於該狀態下進行冷卻以使塑膜材料27(EVA樹脂)固化。藉由該熱熔融與硬化，會使固體且乳白色的塑膜材料27透明化，並使基板21、22之間的多個群集30接合，而完成兩側由玻璃夾持之一體化的模組20。
繼之，就群集30的構造進行說明。
然而，由於多個群集30為相同的構造，故就一個群集30進行說明。如圖2、圖6~圖10所示，群集30形成為圓環狀，其由：形成於第1基板 21上的導電覆膜31；十個太陽電池單元32；旁通二極體40；導電連接構件50的導電連接片53；以及將此等太陽電池單元32和旁通二極體40和導電連接片53予以電性連接的導電構件48所構成。
接著，就導電覆膜31進行說明。
導電覆膜31係於第1基板21的內面形成為圓環狀，其使10個太陽電池單元32的正電極37、旁通二極體40的負電極45和導電連接片53配置成等間隔，並經由導電糊料31b連接。旁通二極體40和導電連接片53係以彼此對向的方式配置於10個太陽電池單元32之間，且供連接導電連接片53的分離導電覆膜部31a係藉由兩條縫隙而電性分隔。該分離導電覆膜部31a係與導電連接構件50的導電覆膜延長部51一體地形成。此外，採光未受到導電覆膜31遮斷的採光區域佔整體面積的比例為50%以上。
就該導電覆膜31而言，首先在第1基板21上將混合有喜好顏色之顏料的陶瓷糊料進行絲網印刷並予以燒結，而形成陶瓷膜29以作為導電覆膜31的基底。接著，在陶瓷膜29上利用絲網印刷法印刷含有玻璃粉末(glass frit)的銀糊料，並在550~620℃的溫度下燒結而形成導電覆膜31。該導電覆膜31的寬度為2.4mm左右，較太陽電池單元32的直徑來得大。其厚度為0.25mm左右，但亦可依據使用狀況而使厚度形成於0.01mm~0.5mm的範圍內。此外，導電覆膜31、同時後述之導電連接構件50的導電覆膜延長部51、51a、51b與交聯導電覆膜55亦可以同樣的方式形成。
繼之，就球狀太陽電池單元32的構造進行說明。
如圖10所示，使太陽電池單元32的導電方向與第1基板21正交的方向一致，該太陽電池單元32具有：p型球狀半導體33；平坦面34，將該球狀半導體33之表面的一部分進行研磨加工；球面狀pn接合36，藉由於該球狀半導體33的表層部形成n型擴散層35而形成；一對正、負電極37、38(第1、第2電極)，以隔著球狀半導體33的中心而對向的方式形成，並接合於pn接合36的兩端；和反射防止膜39，成膜於不含正、負電極37、38的部分。該正電極37係經由導電糊料31b連接於導電覆膜31上，負電極38係經由導電糊料48a連接於導電構件48。
就該太陽電池單元32的製造方法簡單地進行說明。
該太陽電池單元32係藉由例如使矽液滴自由落下並於中途使之凝固的 方法，作成直徑約1.6mm的球狀p型矽單晶33，然後，將表面的一部分施行研磨加工而設置平坦面34。除了該平坦面34和其周圍的一部分外，將n型雜質從表面擴散至0.1μm左右的深度而形成n型擴散層35，藉此形成球面狀pn接合36。此外，亦可藉由於球狀的n型矽單晶形成p型擴散層，而形成pn接合。
接著，於包含平坦面34的球面整體，成膜氧化矽膜(SiO2 )(視所需亦可為氮化矽膜(SiN))而形成反射防止膜39後，繼之，於平坦面34和位於球面頂部的反射防止膜39，將含銀的糊料印刷成點狀。將其在氣體氛圍內加熱至800℃左右，使銀糊料貫通於反射防止膜39而分別設置與p型平坦面34、n型擴散層35的表面形成低電阻接觸的正電極37和負電極38，以完成太陽電池單元32。
根據該太陽電池單元32，如圖10所示般由於具有球面的pn接合36，故除了平坦面34與電極37、38外，與太陽光的直射角度無關，而可經常得到固定的受光剖面積並可得到穩定的輸出。更且，由於電極37、38係隔著球的中心而設置於p型、n型表面的中央，故將電極37、38至pn接合36上之任意a、b、c點連結之距離的和相等，於a、b、c點吸光而產生之載子(carrier)的移動距離相等，流動電流分布大致均等，曲線因子(Curve Fill Factor)變大。又由於受光範圍為三維，且亦可同時接收直射光以外的反射光和擴散光，故周圍之光的利用度高，可得到高輸出。
繼之，就旁通二極體40進行說明。
如圖8所示，旁通二極體40係以使其導電方向相對於第1基板21為正交的方式固定於第1基板21上，並經由導電覆膜31和導電構件使其與10個太陽電池單元32逆並聯(anti-parallel)。該旁通二極體40係與太陽電池單元32具有同樣的直徑與高度之圓柱狀結構，其於n型半導體41上擴散p型雜質並形成p型擴散層42，藉此形成pn接合43，且使負電極45低電阻接觸於n型半導體41的表面、正電極46低電阻接觸於p型擴散層42的表面而設置。
藉由該旁通二極體40，在逆並聯之相同群集30內的10個太陽電池單元32被陰影等遮住光線而導致其功能停止時，即使在該功能停止之群集30內的太陽電池單元32因其他正常產生功能(發電)之群集30內的太陽電 池單元32之故而向反方向施加電壓時，藉由該旁通二極體40使電流旁通，即可保護逆並聯之太陽電池單元32免於受到破壞或損傷，並可將因群集30的部分遮光所導致之模組20整體的輸出減少止於最低限度。
繼之，就導電構件48進行說明。
如圖7~圖9所示，導電構件48係由鍍銀的銅合金形成為例如直徑0.3mm的圓環狀金屬線，其經由導電糊料48a連接有10個太陽電池單元32的負電極38和旁通二極體40的正電極46和導電連接片53。藉由該導電構件48與導電覆膜31，可使10個太陽電池單元32與導電連接片53電性並聯，並使旁通二極體40電性逆並聯於太陽電池單元32，而構成一個圓環狀群集30。
繼之，就將多個群集30彼此電性連接的導電構造進行說明。
如圖6、圖7所示，多個群集30係配置成多個列多個行，各行之多個群集30中的各個導電覆膜31A係圖13、圖14中與鄰接於下方之群集30中的導電構件48藉由導電連接構件50串聯，各列之多個群集30中的多個導電覆膜31係藉由交聯導電覆膜55並聯。亦即，於多個群集30中，各行之群集30的多個群太陽電池單元32係經由導電連接構件50串聯，各列之群集30的多個群太陽電池單元32係經由交聯導電覆膜55並聯。
導電連接構件50具有：連接至導電覆膜31的直線狀導電覆膜延長部51；和連接至該導電覆膜延長部51且構成群集30的一部分之導電連接片53。該導電覆膜延長部51係與導電覆膜31同樣由銀糊料所形成。導電連接片53為圓柱狀金屬片，具有與旁通二極體40同樣的直徑與高度。此外，導電覆膜延長部51未必一定為直線狀，亦可依據新式樣設計而為鋸齒狀或曲線狀。
設有將各列的多個導電覆膜31予以電性連接的交聯導電覆膜55。該交聯導電覆膜55係與導電覆膜31同樣地由銀糊料所形成。此外，交聯導電覆膜55未必一定為直線狀，亦可為鋸齒狀或曲線狀。各行中最下方的群集30的導電覆膜31係經由導電覆膜延長部51a連接至正極端子23，最上方之群集30的導電覆膜31的分離導電覆膜部31a係經由導電覆膜延長部51b連接至負極端子24。
如上所述，由於多個群集30係形成串聯/並聯，故即使於一部分之群 集30的功能停止之情況等，亦可使電流以繞過其等功能停止之群集30的方式流通於其他群集，故其他正常的群集30的發電功能不會停止或降低，可將對該模組20整體的輸出減少所造成的影響止於最低限度。
繼之，就該模組20的等效電路圖進行說明。
圖11係表示於該模組20中，具有配置成多個列多個行之矩陣狀的多個群集30時的等效電路。
此處，就例如組裝有配置成3列4行之多個群集30之模組的輸出進行說明。當1個太陽電池單元32的開路電壓(open-circuit voltage)為例如0.6V時，由於在正極端子23與負極端子24之間串聯有4個群集，故可產生2.4V的電壓。且，若將藉由各列之各群集30的1個太陽電池單元32所產生的電流設為I，由於3個群集30係並聯，故會從正極端子23流出30I的電流。
亦即，在組裝有三片模組20的太陽電池面板1中，會產生7.2V的電壓，從輸出端子9b流出30I的電流。此外，欲提高模組20的輸出電壓時，可藉由增加群集30的串聯數來實現，欲提高來自模組20的輸出電流時，可藉由增加群集30的並聯數來實現。在面板1中也是同樣地，欲提高輸出電壓時，可藉由增加模組20的串聯數來實現，欲提高來自模組20的輸出電流時，可藉由增加模組20的並聯數來實現。
繼之，就入射至該模組20之光的行徑進行說明。
圖12係為了表示入射至該模組20之光的行徑，而將一部分予以擴大圖示。入射光a係從第2基板22朝向第1基板21直接通過的光；入射光b係從第2基板22直接入射至太陽電池單元32的光；入射光b’係入射光b於第2基板22反射的反射光。
入射光c係從第2基板22入射，並在太陽電池單元32周邊的導電覆膜31反射而入射至太陽電池單元32的光；入射光d係在太陽電池單元32周邊以外進行多重反射而入射至太陽電池單元32的光；入射光e係從第1基板21朝向第2基板22直接通過的光；入射光f係從第1基板21入射並在第2基板22反射而入射至太陽電池單元32的光；入射光f’係入射光f在第1基板21反射的反射光。亦即，除了對室內採光用而直接通過基板21、22的光外，垂直入射至基板21、22的光理所當然容易被導入朝向太陽電池單元32的方向，此外，從其他各方向入射的光亦容易被導入朝向太陽電池 單元32的方向，所以可提高入射光的利用效率。
如上所述，此等多個太陽電池單元32除了可吸收直接入射的入射光外，亦可吸收藉由基板21、22間的反射及散射所帶來之多方向入射的光。尤其，由於利用銀之導電覆膜31的電性傳導率與光反射率較高，故可一邊減少因配線所致之電性電阻損失，一邊增加藉由內部反射而到達太陽電池單元32的光通量，具有可提昇光電動勢(photoelectromotive force)之效果。由於該群集30中的太陽電池單元32係自圓的中心等間隔地配置成放射狀，故可使相對於模組20之受光面之垂直軸的旋轉方向及入射角之輸出的方向依存性變小。
繼之，就該採光型太陽電池模組20的效果進行說明。
根據該模組20，可使多個太陽電池單元32所吸收的光發電，可使透過多個太陽電池單元32間的光對室內採光。作為模組20之發電量與採光量的比例係依存於組裝於第1基板21之太陽電池單元32整體的投影面積。亦即，於強烈的日光變柔和之情況，根據太陽電池單元32的配置密度，可增加太陽電池單元32整體的投影面積，並可增加發電量。
根據該模組20，由於可自由地設定配置多個群集30的圖案(pattern)，故可用多個群集30構成新式樣設計性高的各種圖樣。而且，作為上述導電覆膜31的基底而言，係於第1基板21的表面將加入有喜好顏色之顏料的陶瓷糊料進行絲網印刷後燒結，藉由形成陶瓷膜29亦可形成從基板21的下面(室內側)看起來色彩鮮豔的美麗圖樣。又，藉由陶瓷膜29可使太陽電池單元32或導電覆膜31不易被看見。因此，除了光發電功能外，亦可實現作為建材之設計性高的模組。再者，藉由形成陶瓷膜29，隨著提升與導電覆膜31的密接性，可提升玻璃基板21的強度。
根據該模組20，配置成多個列多個行的矩陣狀圓環狀群集30係呈現幾何學的圖樣，並且可利用作為使太陽光發電與採光協調的窗材，且圓環狀群集30的內徑與外徑、及此等群集30的間隔可作成為考量到新式樣設計性、光透過率、發電輸出之設計。
根據該模組20，由導電覆膜31、導電連接構件50和交聯導電覆膜55所組成的配線，從第1基板21的垂直方向看來，具有可使太陽電池單元32隱蔽之程度的寬度，可以使該配線的圖案或構圖更顯著的方式，提升從模 組20的背側觀看的設計性，並且可使自表面入射的光反射以增加太陽電池單元32的受光量而提高輸出。
根據該模組20，若將多個太陽電池單元32與多個導電覆膜31的尺寸，與習知之平板型太陽電池單元或薄膜太陽電池單元作比較，由於可分散配置成較小且較細，故其本身不會對大視野造成妨礙，可利用作為可看到均一的採光性與沒有不諧調感之內外景觀的透光型太陽電池模組。
根據該模組20，於透光性基板21、22之間埋設有多個太陽電池單元32，藉由將該模組20作為窗材使用，與使用獨立的太陽電池面板來發電之情形相比較，可減少玻璃等構件之費用或關於設置之各種費用。再者，由於係於第1基板21上形成多個球狀太陽電池單元32或多個導電覆膜31的構件，並於其上積載第2基板22，故不需於第2基板22形成零件，可使組裝變容易。
實施例2
本實施例2係表示變更上述實施例1之多個群集30中之多個球狀太陽電池單元的配置圖案之採光型太陽電池模組20A的例子，並僅就與上述實施例1不同的組成進行說明。
如圖13~圖18所示，群集30A係形成為如同雪的結晶般，其由：形成於第1基板21上的導電覆膜31A；11個太陽電池單元32A；旁通二極體40A；導電連接構件50A的導電連接片53A；及將此等太陽電池單元32A、旁通二極體40A和導電連接片53A予以電性連接的導電構件48A所構成。此外，所謂形成該群集30A之雪的結晶狀，即具有內側六角形、和呈同心狀配置於內側六角形的外側之外側六角形，並以六條放射狀直線分別連結群集的中心、內側六角形的六個頂點和外側六角形的六個頂點之圖案狀。
導電覆膜31A係於第1基板21上，由形成於中心點與內側六角形的各頂點與外側六角形的各頂點之12個點狀導電覆膜61、以及將各點狀導電覆膜61從群集30A的中心朝外側連結的線狀導電覆膜62所構成。該點狀導電覆膜61形成為較太陽電池單元32的直徑來得大徑。在線狀導電覆膜62中，省略了供導電連接片53A配置的點狀導電覆膜61、與供於該中心方向上鄰接之太陽電池單元32A連接的點狀導電覆膜61之間的線狀導電覆膜 62。該分離的點狀導電覆膜61係與導電覆膜延長部51A的一端部形成為一體。
群集30A的多個太陽電池單元32A具有：配置於內側六角形的頂點之點狀導電覆膜61的6個太陽電池單元32A和配置於內側六角形之外側的外側六角形的頂點之點狀導電覆膜61的5個太陽電池單元32A。旁通二極體40A係配置於內側六角形中心部的點狀導電覆膜61。亦即，11個太陽電池單元32A係並聯，旁通二極體40A係逆並聯於此等太陽電池單元32A。導電構件48A係以對應於導電覆膜31A的方式形成為雪的結晶狀，經由該導電構件48A使太陽電池單元32A的負電極38、旁通二極體40A的正電極46和導電連接片53A電性連接。
繼之，就將多個群集30A彼此電性連接的導電構造進行說明。
如圖13、圖14所示，多個群集30A係以使內側六角形的中心部位於正三角形網眼之網眼點的方式配置成多個列多個行，且各行多個群集30A的各導電覆膜31A係圖13、圖14中與鄰接於下方之群集30A的導電構件48A藉由導電連接構件50A串聯，又藉由交聯導電覆膜55A使在與行方向正交的方向上排列成鋸齒狀之多個群集30A中的多個導電覆膜31A電性並聯。導電連接構件50A具有：連接至導電覆膜31A的導電覆膜延長部51A、和連接至該導電覆膜延長部51A之一端部的導電連接片53A，且導電連接片53A係配置於外側六角形的頂點。導電連接片53A係形成為金屬製球狀。圖13、圖14中，各行最下面之群集30A的最下面之點狀導電覆膜61，係藉由導電覆膜延長部51aA連接於正極端子23。又，各行最上面之群集30A的點狀導電覆膜61以及與點狀導電覆膜61連接的導電連接片53A，係藉由導電覆膜延長部51bA連接於負正極端子24。
繼之，就該模組20A的效果進行說明。
根據該模組20A，由於11個太陽電池單元32A係從群集30A的中心隔著60°的間隔配置成放射狀，故對於入射至模組20A之入射光之輸出的方向依存性較上述實施例1少。
由於係將列方向的群集30A配置成鋸齒狀，故可減少因直線狀陰影而致使同樣並聯的所有太陽電池單元32A變成功能停止狀態之情形，所以設置太陽電池單元32A來取代旁通二極體40A，可提高模組20A的輸出。從 該模組20A的表面或背面，可看到藉由導電覆膜31A和導電構件48A形成為如同雪的結晶狀般具有設計性的圖案，可作為將含太陽光的外來光有效率地吸收並發電的太陽電池面板1來利用。此外，由於其他的效果係與上述實施例1相同，故省略說明。
實施例3
本實施例3係表示變更上述實施例1之多個群集30中之多個球狀太陽電池單元的配置之採光型太陽電池模組20B的例子，並僅就與上述實施例1不同的組成進行說明。
如圖19~圖25所示，該群集30B係於橫向形成為一直線狀，其由：形成於第1基板21的內面之導電覆膜31B；多個球狀太陽電池單元32B；旁通二極體40B；導電連接構件50B的導電連接片53B；及將此等太陽電池單元32B、旁通二極體40B和導電連接片53B予以電性連接的導電構件48B所構成。
導電覆膜31B為一直線狀，具有：多個圓形導電覆膜64，對應於多個太陽電池單元32B；兩個四角形導電覆膜65，設置於此等圓形導電覆膜64的兩側；以及線狀導電覆膜66，係除了不連接導電連接片53B所連接之四角形導電覆膜65和與該四角形導電覆膜65鄰接的圓形導電覆膜64外，而連接四角形導電覆膜65和圓形導電覆膜64以及圓形導電覆膜64和圓形導電覆膜64。該導電覆膜31B係於縱向隔著特定的間隔於第1基板21上平行地形成為多條。此外，第2基板22B之內面側的周邊部22a係藉由噴砂加工而形成為粗面的毛玻璃狀，而成為從模組20B的表面難以看到正極端子23及負極端子24、旁通二極體40B或導電連接片53B的狀態。
各群集30B的多個太陽電池單元32B係呈一直線狀配置於圓形導電覆膜64上，而連接有太陽電池單元32B的正電極37；在四角形導電覆膜65中，一方面與圓形導電覆膜64電性分隔而配置有導電連接片53B，另一方面以與太陽電池單元32B逆並聯的方式連接有旁通二極體40B。導電構件48B係形成為1直線狀，經由該導電構件48B可使太陽電池單元32B和旁通二極體40B和導電連接片53B電性連接。
繼之，就將多個群集30B彼此電性連接的導電構造進行說明。
該多個群集30B係經由導電連接構件50B由上方朝下方串聯。最上層之群集30B之右側的四角形導電覆膜65係經由導電覆膜延長部51bB連接至負極端子24，最下層之群集30B之右側的四角形導電覆膜65係經由導電覆膜延長部51aB連接至正極端子23。
其次，就該模組20B的效果進行說明。
該模組20B係以可使光透過的方式將黏著有太陽電池單元32B的一直線狀導電覆膜31B隔著間隔形成，且根據不含該導電覆膜部分31B之透過部分的面積，可決定作為窗材的採光率。從表面或背面，藉由導電覆膜31B和導電構件48B可看到具有新式樣設計性的圖案，且可利用作為將含太陽光的外來光有效率地吸收並發電的太陽電池面板1。此外，由於其他的效果係與上述實施例1相同，故省略說明。
實施例4
本實施例4作為取代上述實施例1~3的球狀太陽電池單元32、32A、32B而言，亦可採用本實施例的太陽電池單元32C。又，此時，可將上述旁通二極體與太陽電池單元32作替換。如圖26~圖28所示，該太陽電池單元32C具有：球狀p型矽單晶71；形成於該矽單晶71的一端部之平坦面72；形成於不含該平坦面72之矽單晶71的表面部之n+ 擴散層73；隔著矽單晶71的中心而對向的正電極75、負電極76；形成於正電極75之矽單晶71側的內面部之p+ 擴散層77；以及覆蓋太陽電池單元32C之表面中的正電極75及負電極76以外的部分之反射防止膜78。
於矽單晶71的表面部形成有具有可發揮產生光電動勢之pn接合功能的pn+ 接合74，該pn+ 接合74的形成部分除了平坦面72外，係從矽單晶71的表面起算至固定深度的位置實質地形成為球面狀。於pn+ 接合74的兩端連接有點(spot)狀的一對電極75、76。於正電極75的外周附近部中較正電極75靠矽單晶側71部分，具有因穿隧效應所產生之反向二極體特性的p+ n+ 接合79係形成為環狀。亦即，該太陽電池單元32C的等效電路係如圖28所示。
根據該模組，即使於並聯之多個列中之1列群集的一部分或全部的太陽電池單元32C被陰影遮住，而施加逆電壓於太陽電池單元32C時，亦可 使旁通電流流通於該列之太陽電池單元32C的p+ n+ 接合79(參照圖28)。因此，於藉由網眼狀串並聯電路將多個群集電性連接而成的模組中，無論產生哪種圖案的影子，均可在無耗損的情況下產出發電電力，亦不會對各太陽電池單元產生不良影響。另外，由於不需要旁通二極體，故亦可增加太陽電池單元數，而可提高模組的輸出。
繼之，就部分變更上述實施例的各種變更型態進行說明。
〔1〕由於該模組之輸出電力與採光率(或遮光率)的比例，係依存於主要使用多個太陽電池單元的輸出電力及其使用數，以及由設置於透光性第1基板上之多個導電覆膜所產生的遮光總面積，故可提高作為窗材的設計性並可提升附加價值，所以多個太陽電池單元的配置或使用數可對應於第1基板上之導電覆膜的圖樣或構圖而進行各種設計。
〔2〕該模組除了該採光型太陽電池面板外，亦可使用於包含可期盼利用的窗材之建材，例如：玻璃窗、中庭(atrium)、採光用天窗(top light)、帷幕牆(curtain wall)、建築外觀(façade)、天棚(canopy)、百葉窗(louver)、夾層(double skin)的外面、陽台的欄杆、高速公路或鐵路的隔音板等。
〔產業上利用之可能性〕
在採光型太陽電池模組中，藉由多重配置含有多個球狀太陽電池單元的群集，將各群集構成為圓環狀、雪的結晶狀或一直線狀，並依配置多個群集，可使採光率與發電能力之比例選擇性的容許幅度提升，並可提高作為窗材的新式樣設計性。
1‧‧‧太陽電池面板
3‧‧‧外周框
5a、5b‧‧‧水平框
6a、6b‧‧‧垂直框
8a、8b‧‧‧內部端子
9a、9b‧‧‧輸出端子
11a、11b‧‧‧絕緣構件
12‧‧‧板片彈簧
13a、13b‧‧‧支撐構件
15‧‧‧密封材
20、20A、20B‧‧‧採光型太陽電池模組
21‧‧‧第1基板
22、22B‧‧‧第2基板
22a‧‧‧周邊部
23‧‧‧正極端子
24‧‧‧負極端子
27‧‧‧透光性合成樹脂塑模材料
29、29A、29B‧‧‧陶瓷膜
30、30A、30B‧‧‧群集
31、31A、31B‧‧‧導電覆膜
31a‧‧‧分離導電覆膜部
31b‧‧‧導電糊料
32、32A、32B、32C‧‧‧太陽電池單元
33‧‧‧球狀半導體
34‧‧‧平坦面
35‧‧‧擴散層
36‧‧‧pn接合
37‧‧‧正電極(第1電極)
38‧‧‧負電極(第2電極)
39、78‧‧‧反射防止膜
40、40A、40B‧‧‧旁通二極體
41‧‧‧n型半導體
42‧‧‧p型擴散層
43‧‧‧pn接合
45、76‧‧‧負電極
46、75‧‧‧正電極
48、48A、48B‧‧‧導電構件
50、50A、50B‧‧‧導電連接構件
51、51a、51b、51A、51B‧‧‧導電覆膜延長部
53、53A、53B‧‧‧導電連接片
55、55A‧‧‧交聯導電覆膜
61‧‧‧點狀導電覆膜
62‧‧‧線狀導電覆膜
64‧‧‧圓形導電覆膜
65‧‧‧四角形導電覆膜
66‧‧‧線狀導電覆膜
71‧‧‧矽單晶
72‧‧‧平坦面
73‧‧‧n+ 擴散層
74‧‧‧pn+ 接合
77‧‧‧p+ 擴散層
79‧‧‧p+ n+ 接合
圖1係組裝有本發明之實施例1之採光型太陽電池模組之太陽電池面板的背面圖；圖2係採光型太陽電池模組的部分缺口正面圖；圖3係太陽電池面板的側面圖；圖4係圖1之IV-IV線剖面圖；圖5係圖1之V-V線剖面圖；圖6係不含導電構件的多個群集(cluster)配置成多個列多個行，且配線後之第1基板的正面圖； 圖7係於圖6的各群集連接有導電構件的狀態之第1基板的正面圖；圖8係圖2之VIII-VIII線剖面圖；圖9係圖2之IX-IX線剖面圖；圖10係球狀太陽電池單元的剖面圖；圖11係太陽電池模組的等效電路圖；圖12係入射至太陽電池模組之光的行徑與太陽電池模組的主要部分放大剖面圖；圖13係不含實施例2之太陽電池模組的導電構件的多個群集配置成雪的結晶狀，且配線後之第1基板的正面圖；圖14係於圖13的各群集連接有導電構件的狀態之第1基板的正面圖；圖15係圖14的XV-XV線剖面圖；圖16係圖14的XVI-XVI線剖面圖；圖17係圖14的主要部分放大正面圖；圖18係圖17的XVIII-XVIII線剖面圖；圖19係實施例3之太陽電池模組的多個群集配置成珠簾狀，且配線後之第1基板的正面圖；圖20係圖19的XX-XX線剖面圖；圖21係圖19的XXI-XXI線剖面圖；圖22係圖20之太陽電池單元的主要部分放大剖面圖；圖23係圖19之太陽電池單元的主要部分放大正面圖；圖24係圖20之導電連接片與旁通二極體的主要部分放大剖面圖；圖25係圖19之導電連接片與旁通二極體的主要部分放大正面圖；圖26係實施例4之太陽電池單元的剖面圖；圖27係太陽電池單元的主要部分放大剖面圖；以及圖28係太陽電池單元的等效電路圖。
20‧‧‧採光型太陽電池模組
21‧‧‧第1基板
23‧‧‧正極端子
24‧‧‧負極端子
30‧‧‧群集
31‧‧‧導電覆膜
31a‧‧‧分離導電覆膜部
32‧‧‧太陽電池單元
40‧‧‧旁通二極體
48‧‧‧導電構件
50‧‧‧導電連接構件
51、51a、51b‧‧‧導電覆膜延長部
53‧‧‧導電連接片
55‧‧‧交聯導電覆膜

Claims (12)

  1. 一種採光型太陽電池模組，係藉由多個球狀太陽電池單元而發電的採光型太陽電池模組，該多個球狀太陽電池單元分別具有：p型或n型的球狀半導體；形成於該球狀半導體之表層部的部份球面狀pn接合；和以隔著球狀半導體的中心而對向的方式形成，並接合於所述pn接合的兩端之一對第1、第2電極，其特徵在於具備：透光性第1基板；多個球狀太陽電池單元，使導電方向與該第1基板正交之方向一致，且以分別形成與配置成多個列多個行之矩陣狀之多個群集相同的配置圖案之方式而群組化；多個導電覆膜，與多個群集對應而形成於該第1基板的內面，且使各多個群集中之多個太陽電池單元的第1電極電性並聯；多個導電構件，使所述各多個群集中之多個太陽電池單元的第2電極電性並聯；多個旁通二極體，為對應於所述多個群集的多個旁通二極體，且經由各群集之所述導電覆膜及導電構件與多個太陽電池單元並聯；多個導電連接構件，將所述各多個群集中的導電覆膜與鄰接於特定方向之群集的導電構件電性連接；透光性第2基板，相對於該第1基板隔著多個太陽電池單元平行地配置，且與所述多個導電構件隔著間隔而配置；以及透光性合成樹脂塑模材料，充填於該第1、第2基板之間，並密封成埋設有多個太陽電池單元、多個導電構件和多個導電連接構件的狀態，其中，採光未受到所述多個導電覆膜所遮斷的採光區域佔整體面積的比例為50%以上。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之採光型太陽電池模組，其中，於該第1基板的一端部設有所述採光型太陽電池模組的正極端子，於該第1基板的另一端部設有所述採光型太陽電池模組的負極端子。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之採光型太陽電池模組，其中，所述太陽電池單元具有使逆電流旁通的旁通功能。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之採光型太陽電池模組，其中，所述導電連接 構件具有：連接至導電覆膜的導電覆膜延長部和連接至該導電覆膜延長部之端部的導電連接片，所述各群集中的多個太陽電池單元、所述導電連接片和所述旁通二極體係配置成圓環狀，且多個群集係配置成多個列多個行的矩陣狀。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之採光型太陽電池模組，其中，所述各列或各行之群集的多個太陽電池單元係藉由所述導電連接構件串聯，並設有將所述多個行或多個列之各群集中的多個導電覆膜予以電性連接的交聯導電覆膜。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之採光型太陽電池模組，其中，所述各群集之多個太陽電池單元具有：配置於內側六角形之頂點的六個太陽電池單元、和配置於所述內側六角形的外側之外側六角形之頂點的五個太陽電池單元。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之採光型太陽電池模組，其中，所述導電連接構件具有連接至導電覆膜的導電覆膜延長部和連接至該導電覆膜延長部之端部的導電連接片，且所述導電連接片係配置於上述外側六角形的頂點，所述旁通二極體係配置於所述內側六角形的中心部。
  8. 如申請專利範圍第6項所述之採光型太陽電池模組，其中，所述多個群集係以使所述內側六角形的中心部位於正三角形網眼之網眼點的方式，配置成多個列或多個行。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之採光型太陽電池模組，其中，設有交聯導電覆膜，該交聯導電覆膜係將在與所述多個列或多個行之列或行方向正交的方向上排列成鋸齒狀之多個群集中之所述多個導電覆膜予以電性連接。
  10. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之採光型太陽電池模組，其中，所述各群集的多個太陽電池單元係配置成一直線狀。
  11. 如申請專利範圍第1項所述之採光型太陽電池模組，其中，該第1、第2基板係由透明的玻璃板所構成。
  12. 如申請專利範圍第1項所述之採光型太陽電池模組，其中，於所述多個導電覆膜的基底形成有著色及圖案化的圖樣之陶瓷膜。
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