TWI409967B - 一種太陽能電池模組及其製作方法 - Google Patents

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Description

一種太陽能電池模組及其製作方法
本發明揭露一種太陽能電池模組及其製作方法，特別是關於一種結合一次聚光元件及二次聚光元件之聚光器太陽能電池模組及其製造方法。
由於石化能源短缺，人們對環保重要性的認知提高，因此人們近年來不斷地積極研發替代能源與再生能源的相關技術，希望可以減少目前人類對於石化能源的依賴程度以及使用石化能源時對環境帶來的影響。在眾多的替代能源與再生能源的技術中，以太陽能電池(solar cell)最受矚目。因為太陽能電池可直接將太陽能轉換成電能，且發電過程中不會產生二氧化碳或氮化物等有害物質，不會對環境造成污染。
目前的太陽能電池模組結構係利用大型透鏡將光聚集到狹小的面積上以提高發電效率。另外，太陽能電池必須位於透鏡焦點附近才能發揮功能。如第1圖所示，使用大型透鏡2將太陽光1聚集在太陽能電池18上，且大型透鏡2與太陽能電池18之間須有一聚光焦距D，D值約數十公分。如此結構所形成的太陽能電池模組往往體積龐大，且耗費昂貴。
本發明提出一種包含一結合一次聚光元件及二次聚光元件之聚光器之太陽能電池模組，其中一次聚光元件包含一反射式聚光元件，且反射式聚光元件係由複數個反射式聚光鏡所組成。
本發明提出一種包含一結合一次聚光元件及二次聚光元件之聚光器之太陽能電池模組，其中二次聚光元件包含一光導聚光元件，此光導聚光元件可以為一光導板。
本發明提出一種包含一結合一次聚光元件及二次聚光元件之聚光器之太陽能電池模組，其中二次聚光元件包含一光導聚光元件，此光導聚光元件之正面為平面，背面為具有特定角度或形狀可將光於特定方向集中之功能。
本發明提出一種包含一結合一次聚光元件及二次聚光元件之聚光器之太陽能電池模組，其中二次聚光元件包含一光導聚光元件，此光導聚光元件背面為平面，斜面，抛物面，複合抛物面，或非球面之反射面。
本發明提出一種包含一結合一次聚光元件及二次聚光元件之聚光器之太陽能電池模組，其中二次聚光元件包含一光導聚光元件，此光導聚光元件之正面為平面，背面為具有一錐體或一突起的反射結構，可將光於特定方向集中之功能。
本發明提出一具有基座元件的太陽能電池模組，其中基座元件包含一背基板及一散熱基座位於背基板之上，其中背基板可由金屬，半導體，或陶瓷等散熱性良好之材料所組成。
本發明提出一具有基座元件的太陽能電池模組，其中基 座元件包含一背基板及一散熱基座位於背基板之上，其中散熱基座可由金屬，半導體，或陶瓷等散熱性良好之材料所組成。
本發明提出一太陽能電池模組，其中太陽能電池為一聚光型太陽能電池。
本發明提出一太陽能電池模組，其中太陽能電池可為半導體材料所組成。
本發明提出一太陽能電池模組，其中聚光器可與太陽能電池直接接觸並將光聚集於太陽能電池處，以進行光電轉換。
本發明提出一種太陽能電池模組，一實施例剖面結構如第2圖所示，其由一基座元件50，一太陽能電池18，及一聚光器60所組成；此聚光器包含一一次聚光元件30及一二次聚光元件40。其中基座元件50包含一位於太陽能電池18之下的背基板16和一位於背基板16之上且環繞太陽能電池18之散熱基座15。一次聚光元件包含一反射式聚光元件，且此反射式聚光元件係由複數個反射式聚光鏡11所組成。其中複數個反射式聚光鏡11之聚光焦距約數公分，較第1圖所示大型透鏡2的聚光焦距小，所以本實施例所揭示之具有一次聚光元件30的太陽能電池模組體積較目前一般太陽能電池模組體積小很多。二次聚光元件40包含一光導聚光元件19，且光導聚光元件可以為 一光導板。光藉由一次聚光元件30聚光後，再將光注入二次聚光元件40中。二次聚光元件40中的光導聚光元件19藉由光導材料折射率比外在介質高可形成全反射的原理，使光線依全反射方式在光導聚光元件內得以擴散及傳播。且光導聚光元件的正面及背面皆具有反射鍍膜層13、14，可將不同角度注入的光在光導聚光元件中反射，配合光導聚光元件背面適當的角度及形狀，最後被反射集中於中心的太陽能電池18吸收並進行光電轉換，產生的電流藉由基座元件50中的散熱基座(heat sink)15及背基板(back substrate)16間設計的電路(圖未示)導出。
上述實施例太陽能電池模組的製作流程如下：本發明之聚光器60為一次聚光元件30及二次聚光元件40結合所形成。一次聚光元件30包含一反射式聚光元件，且此反射式聚光元件係由複數個反射式聚光鏡11所組成，如第3圖所示，其中反射式聚光鏡之入光面可為圓形，方形，橢圓形，或多邊形。11A為一開口，可使光注入二次聚光元件40。
二次聚光元件40包含一光導聚光元件19，位於一次聚光元件30的下方，具有將光向中心處聚集的功能，如第4圖所示。光導聚光元件19為係利用光導材料以射出成形、切割、研磨或雕塑等方法形成一正面為平面，背面具有適當角度或形狀之元件；其中光導聚光元件背面可以是平面，斜面(shaped)，拋物面(parabolic)，複合拋物面(compound parabolic)，或非球面之反射面。 以黃光顯影製程，將光阻定義在二次聚光元件正面入射光區19A，及二次聚光元件背面光集中輸出到太陽能電池的區域19B，然後於二次聚光元件正、反面分別進行反射鍍膜層，如：銀，鋁等金屬；或介電材料，如：氧化矽，氧化鈦，氧化鋁等。最後移除光阻，二次聚光元件露出正面入射光區19A及背面輸出光區19B，即完成反射鍍膜層13、14製作。再者，為使反射式聚光鏡11所聚集的光易於注入二次聚光元件40及光易於由二次聚光元件輸出至太陽能電池18，分別在二次聚光元件正面反射鍍膜層13之上及反面反射鍍膜層14之下蒸鍍或沈積形成整面的抗反射層(anti-reflective coating)20。其中二次聚光元件可由塑膠，玻璃，或有機材料所組成。
本實施例的太陽能電池18可為一聚光型太陽能電池，係由半導體材料所形成的多接面電池結構。將太陽能電池18以金屬接合層12與背基板16及散熱基座15接合，且背基板及散熱基座間具有電路(圖未示)可將太陽能電池生成之電流由電池底部導出。此外，太陽能電池18兩側使用絕緣膠體形成絕緣保護層(isolation layer)17與散熱基座15隔絕，如第5圖所示。其中背基板16可由金屬，半導體，或陶瓷等散熱性良好之材料所組成。散熱基座15可由金屬，半導體，或陶瓷等散熱性良好之材料所組成。
接著，將光注入二次聚光元件的開口11A與二次聚光元件正面入射光區19A對準並結合以形成一聚光器60，再將聚光器與已 接合太陽能電池18的基座元件50結合，使聚光器可與太陽能電池直接接觸並將光聚集於太陽能電池處，以進行光電轉換。如此即可完成一種只需使用小面積太陽能電池，即可達到大面積效果的低成本、高效率且無需龐大聚光模組的太陽能電池模組10。如第2圖所示。
除了上述之實施例結構外，本發明亦包括其他實施例揭示下列兩種變化型結構。如第6圖所示，將接受聚光的太陽能電池18改置於光導聚光元件19的側面。光藉由一次聚光元件30將光聚集後注入二次聚光元件40中，不同角度注入的光在二次聚光元件40中反射，再配合其背面適當的角度及形狀，光最後可被反射集中於側面的太陽能電池18吸收並進行光電轉換，產生的電流藉由基座元件50中的散熱基座(heat sink)15及背基板16間設計的電路(圖未示)導出。另一變化型結構為光導聚光元件19的正，背面皆為平面的設計；於光注入二次聚光元件的開口11A下的光導聚光元件背面相對位置製作錐體或突起的反射結構21，可使入射直下的光產生某個角度的反射，朝太陽能電池18聚光方向集中，其結構如第7圖所示。
以上提供之實施例係用以描述本發明不同之技術特徵，但根據本發明之概念，其可包括或運用於更廣泛之技術範圍。須注意的是，實施例僅用以揭示本發明製程、裝置、組成、製造和使用之特定方法，並不用以限定本發明， 任何發明所屬技術領域中具通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾。因此，本發明之保護範圍，當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
1‧‧‧太陽光
2‧‧‧大型透鏡
10‧‧‧太陽能電池模組
11‧‧‧反射式聚光鏡
11A‧‧‧光注入二次聚光元件的開口
12‧‧‧金屬接合層
13，14‧‧‧反射鍍膜層
15‧‧‧散熱基座
16‧‧‧背基板
17‧‧‧絕緣保護層
18‧‧‧太陽能電池
19‧‧‧光導聚光元件
19A‧‧‧二次聚光元件正面入射光區
19B‧‧‧二次聚光元件背面輸出光區
20‧‧‧抗反射層
21‧‧‧突起反射結構
30‧‧‧一次聚光元件
40‧‧‧二次聚光元件
50‧‧‧基座元件
60‧‧‧聚光器
D‧‧‧聚光焦距
第1圖描述習知太陽能電池模組結構示意圖。
第2圖描述本發明一實施例太陽能電池模組剖面結構示意圖。
第3圖描述本發明實施例中反射式聚光元件剖面結構示意圖。
第4圖描述本發明實施例中光導聚光元件剖面結構示意圖。
第5圖描述本發明實施例中基座元件剖面結構示意圖。
第6圖描述本發明另一實施例太陽能電池模組剖面結構示意圖。
第7圖描述本發明再一實施例太陽能電池模組剖面結構示意圖。
10‧‧‧太陽能電池模組
11‧‧‧反射式聚光鏡
11A‧‧‧光注入二次聚光元件的開口
12‧‧‧金屬接合層
13，14‧‧‧反射鍍膜層
15‧‧‧散熱基座
16‧‧‧背基板
17‧‧‧絕緣保護層
18‧‧‧太陽能電池
19‧‧‧光導聚光元件
20‧‧‧抗反射層
30‧‧‧一次聚光元件
40‧‧‧二次聚光元件
50‧‧‧基座元件
60‧‧‧聚光器

Claims (18)

  1. 一種太陽能電池模組，包含：一基座元件；一太陽能電池，位於該基座元件之上；一聚光器，位於該太陽能電池之上，該聚光器包含一一次聚光元件及一二次聚光元件，其中該二次聚光元件具有一正面與該一次聚光元件相接以及一背面相對於該正面且與該太陽能電池相接；及一反射鍍膜層位於該二次聚光元件之該正面和該背面；其中該聚光器將入射一太陽光聚集成一光束並將該光束聚集於該太陽能電池，以進行光電轉換。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之太陽能電池模組，其中該基座元件包含：一背基板，且該背基板位於該太陽能電池之下；及一散熱基座位於該背基板之上，且環繞該太陽能電池。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之太陽能電池模組，其中該一次聚光元件包含一反射式聚光元件，且該反射式聚光元件係由複數個反射式聚光鏡所組成。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之太陽能電池模組，其中該二次聚光元件包含一光導聚光元件。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之太陽能電池模組，其中該光導聚光元件可以為一光導板。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之太陽能電池模組，其中該二次聚光元件之該正面為平面，該背面為具有特定角 度或形狀，可將光於特定方向集中之功能。
  7. 如申請專利範圍第2項所述之太陽能電池模組，其中該散熱基座與該太陽能電池之間更包含一絕緣保護層。
  8. 如申請專利範圍第2項所述之太陽能電池模組，其中該背基板可由金屬，半導體，或陶瓷材料所組成。
  9. 如申請專利範圍第2項所述之太陽能電池模組，其中該散熱基座可由金屬，半導體，或陶瓷材料所組成。
  10. 如申請專利範圍第2項所述之太陽能電池模組，其中更包含一電路位於該背基板與該散熱基座之間。
  11. 如申請專利範圍第1項所述之太陽能電池模組，其中該太陽能電池為一聚光型太陽能電池。
  12. 如申請專利範圍第1項所述之太陽能電池模組，其中該太陽能電池可為半導體材料所組成。
  13. 如申請專利範圍第7項所述之太陽能電池模組，其中該絕緣保護層為一絕緣膠體所組成。
  14. 如申請專利範圍第4項所述之太陽能電池模組，其中該光導聚光元件為塑膠，玻璃，或有機材料所組成。
  15. 如申請專利範圍第1項所述之太陽能電池模組，其中該反射鍍膜層可由金屬或介電材料所組成。
  16. 如申請專利範圍第4項所述之太陽能電池模組，其中該光導聚光元件之一背面為平面，斜面，抛物面，複合抛物面，或非球面之反射面。
  17. 如申請專利範圍第3項所述之太陽能電池模組，其中該複數個反射式聚光鏡之一入光面為方形，圓形，橢圓形，或多邊形。
  18. 如申請專利範圍第4項所述之太陽能電池模組，其中該 光導聚光元件之一正面為平面，一背面具有一錐體或一突起的反射結構，可將光於特定方向集中之功能。
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