TWI436489B - 太陽能模組及其製作方法 - Google Patents
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Description
本發明涉及一種太陽能電池模組以及製作方法，尤指一種可增加光電轉換效率的太陽能模組以及製作方法。
目前能將光能轉換成電能的方式就是使用太陽能電池，太陽能電池有數種不同的類型，而最具量產規模的太陽能電池是結晶矽太陽能電池，主要結構是矽晶原料的基板。太陽能電池轉換機制為：太陽能輻射照射於太陽能電池表面後，使得電子與電洞分別移動至正面N摻雜區(n Doped Region)以及背面P摻雜區(p Doped Region)，造成兩區域間的電壓差以及電流再由正負電極分別收集電子與電洞並輸出。而商業上使用太陽能模組通常都是結合數個太陽能電池並藉由串連或並聯的方式來增加輸出功率。而為了保護太陽能模組上的電池以及電池間的串並聯結構，目前做法會利用夾層結構將電池封裝起來，而夾層結構的組成包括了電池、貼合材料以及前後的保護板。太陽能電池被封裝在貼合材料內，前後並由前後保護板所覆蓋。而形夾層結構的過程中，一般會在真空的環境下進行封裝藉由處理高溫，半融熔貼合材料後，於貼合材料固化的過程中，將太陽能電池、貼合材料以及前後保護板固定起來，形成所述之夾層結構。
一般言，前後保護板是互相重疊的。而在前後保護板內面沒有太陽能電池的區域被定義為空白區(no-cell region),而其他至少一個以上太陽能電池的區域則定義為電池區(cell region)。當太陽能電池是被間隔排列於模組中，且電池陣列不會延伸至前後保護板邊緣之區域，因此產生空白區。這些當光照射至空白區時，這些光能並無法藉由太陽能電池轉化為電能。因此造成能量的浪費。
目前已經有些可稍加改善上述問題的技術被公開，多數技術都是產生可反光的結構將光反射到電池區。美國專利號5076857(以下簡稱857')和國際專利號2007/073203(以下簡稱203')中描述了於前透明保護板內側製作出反光結構，將入射於該區的光線反射到電池的位置，如此光線就不會入射到空白區或是電池上的電極區域。但如所述之封裝過程，貼合材料會因高溫形成半融熔狀態，而此時半融熔狀態的貼合材料就會流入上述反光結構中。目前前述的前透明保護板的材質多為玻璃，而貼合材料多為乙烯醋酸乙烯聚合物(EVA)。由於EVA的折射係數與玻璃十分接近，根據思乃耳定律(Snell’s Law)，857’與203’所述之方式中，倘EVA一旦流入反光結構中時，由於玻璃與EVA折射係數十分接近的關係，入射到反光結構的光線，幾乎不可能產生全反射。
因此，本發明之目的為提供一個可以具有高光電轉換效率的太陽能模組。
根據本發明最佳實施例之太陽能模組包括：一背板，至少一個以上的太陽能電池置放於背板上，至少一個以上的電池區為電池置放於所述背板的位置，至少一個以的空白區為所述背板上非所述電池區之其他位置，一貼合材料用以封裝上述太陽能電池，一個前透明保護板覆蓋於背板、電池以及貼合材料上且其上有至少一個的密封空間，其中上述的密封空間是對應於空白區的位置。
根據本發明另一個最佳實施例之製作太陽能模組之方法，其中包括：提供一個具有正面與背面的透明覆蓋板，透明覆蓋版之背面具有一個以上的凹槽，覆蓋一密封層於該凹槽上，而後置放第一貼合材料層於上述透明覆蓋板之背面，並將至少一個的太陽能電池排列於貼合材料上，其中凹槽對應於沒有電池所在之位置，覆蓋第二貼合材料層於太陽能電池上，接著提供一背板於第二貼合材料層層上，最後將透明覆蓋板、密封層、第一和第二貼合材料層、太陽能電池以及背板等層壓成為夾層結構，且幾乎同時間，密封層固定於凹槽開口處而形成密閉空間。
上述密閉空間之位置是對應於所述之空白區位置，作用可將入射於此處的光線反射到太陽能電池的表面。因此可以增加太陽能模組的光電轉換效率。
圖1~圖4係根據本發明之太陽能電池模組所表示之製作方法。首先，請參考圖1，於本發明最佳實施例之太陽能模組，包含一個具有一前表面12和一個後表面14之覆蓋板10。至少一個位於後表面14的凹槽16。覆蓋版10可能為一種透明的材料，例如玻璃。位於覆蓋版10後表面14的凹槽16可能可以利用鑄模或其他可能的方式來產生。凹槽16包含一個V型溝槽18，該V型溝槽18的分開的方向是朝向著覆蓋板10後表面14。此外，凹槽16可能包含一個U型開口20，該U型開口20可放置一個密封層，該密封層將於之後討論。圖2表示另一個實施例，此時的凹槽16並無U型開口20。
本發明所述之凹槽16並非必需為V型，其他如圓形，橢圓形，弧形之一部份或是其他形狀都可以應用到本發明中。以下的描述中，凹槽16都將以V型溝槽18並且包含U型開口20的結構來描述。
如圖3所示，一密封層22被放置在U型開口20的位置。但以圖2的實施例，密封層22則將是被放置在跨過V型溝槽18的兩側，並放置在覆蓋板10的後表面14上。圖3也指出置放於覆蓋板10的後表面14以及密封層22上的一貼合材料24，該貼合材料24可以由乙烯醋酸乙烯聚合物(EVA)所組成，之後以將太陽能電池26,28排列在貼合材料24上且太陽能電池26,28之邊緣相鄰著密封層22。換句話說，被密封層22所覆蓋的凹槽16之位置是在太陽能電池26,28之間。再覆蓋一層貼合材料30於太陽能電池26,28上，最後再於貼合材料30上覆蓋一背板32。
如同圖4所示，將覆蓋板10、密封層22，貼合材料24,30太陽能電池26,28以及背板32之三明治結構於高溫以及真空或近真空的環境下進行封裝。於封裝時，貼合材料24,30會因高溫而融熔，而密封層22會附著於凹槽16的U型開口20上。於降溫的過程中，貼合材料24,30會逐漸固化，同時將覆蓋板10、密封層22、太陽能電池26,28以及背板32固定一起。密封層22也會因貼合材料24,30而固定於凹槽16的U型開口20上。如此凹槽16與密封層22形成一個密閉空間34，密封層22同時可以阻擋貼合材料24,30、水氣或其他物質進入密閉空間34中。由於封裝過程為真空或近真空的環境，因此密閉空間34中之環境也為真空或近真空。
此外，密封層22的熔點(melting point)需高於模組封裝製程溫度，避免封裝過程中密封層22因高溫熔融而流入密閉空間34中，但最佳情況是密封層22的玻璃轉換溫度(glass transition temperature)高於模組封裝製程溫度。於本發明之最佳實施例中，貼合材料24,30為EVA，EVA的固化溫度一般都高於135℃，因此密封層22可選擇的材料可為塑膠如苯二甲二乙酯(PET)、聚碳酸脂(Polycarbonate)或玻璃或陶瓷或金屬薄膜等。
圖5表示本發明最佳實施例所描述的太陽能模組，以及其相關組成。如圖5所示，一個太陽能模組36包含一個背板32，一個覆蓋板10，一個以上的太陽能電池26,28，以封裝材料38封裝於在背板32以及覆蓋板10中，一個以上的電池區100為有封裝材料中太陽能電池26,28放置的位置，一個以上的空白區102為封裝材料中沒有放置太陽能電池26,28的位置。至少一個的密閉空間34其位置對應於太陽能電池間的空白區102。如圖2所示，密閉空間34為一個鑲於覆蓋板10之後表面14之凹槽16、一個U型開口20以及密封層所構成。本發明之最佳實施例中凹槽16為V型，然而其他如圓形，橢圓形，弧形之一部份或是其他形狀都可以應用到本發明中。密閉空間34因密封層22可以阻擋一些貼合材料24,30、水氣或其他物質進入其中且於封裝過程為真空或近真空的環境，因此密閉空間34中之環境也為真空或近真空。密封層22必需於在封裝過程中不可因封裝溫度而產生嚴重的變形，因此密封層22之玻璃轉換溫度宜高於封裝時處理的溫度等材料，例如塑膠如苯二甲二乙酯(PET)、聚碳酸脂(Polycarbonate)或玻璃或陶瓷或金屬薄膜等。
如圖5所示，一光線40以第一角度θ a
入射到覆蓋板10的前表面12後，會以一第二角度θ b
折射進入覆蓋板10內。當光線40以臨界角θcrit
以上的角度入射到密閉空間34時，光線40將會被全反射到太陽能電池26之表面。假設密閉空間34兩底角之角度為θ d
，根據司乃耳定律，第一角度θ a
與密閉空間34兩底角θ d
之關係可以描述如下：
n a
sinθ a
=n b
sinθ b
(1)
其中，n a
是空氣或是近真空時的折射係數，大約等於1。n b
是覆蓋板10的折射係數，若覆蓋板10為玻璃，則其值大約為1.5。
根據本發明最佳實施例，θ d
大約為70°，θ a
大約為45°。這表示當光線40以一角度小於45°的方向入射到蓋板10的前表面12，此時光線40在碰觸到密閉空間34後，將全反射到太陽能電池26的表面。因此可以增加光的使用效率。
綜合上述，本發明提供一個可利用一密閉空間產生內部全反射的太陽能模組。所述的密閉空間是一個無貼合材料、水氣或其他物質於其中且為真空或近真空之環境。同時該密閉空間是相對於太陽能模組上空白區的位置。因此入射到空白區位置的光線可以該密閉空間反射到太陽能電池的表面。
10．．．覆蓋板
12．．．覆蓋板前表面
14．．．覆蓋板後表面
16．．．凹槽
18．．．V型溝槽
20．．．U型開口
22．．．密封層
24．．．第一貼合材料層
26,28．．．太陽能電池
30．．．第二貼合材料層
32．．．背板
34．．．密閉空間
36．．．太陽能模組
38．．．封裝材料
40．．．光線
100．．．電池區
102．．．空白區
圖1~圖4係根據本發明之太陽能電池模組所表示之製作方法。
圖5係根據本發明最佳實施例所表示之結構。
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12．．．覆蓋板前表面
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Claims (22)
- 一種太陽能模組，包含一個覆蓋板，包含一前表面與一後表面；一個背板；至少一個太陽能電池，排列在覆蓋板與背板間，其中有太陽能電池的區域為電池區，沒有太陽能電池的區域為空白區；至少一個密閉空間位於覆蓋板上，位置對應著所述的空白區，其中密閉空間是由一V型溝槽以及密封V型溝槽之一密封層所組成。
- 如專利申請範圍第1項所述之太陽能模組，其中密閉空間為具有真空或近似真空的空間。
- 如專利申請範圍第1項所述之太陽能模組，其中密閉空間為具有空氣的空間。
- 如專利申請範圍第1項所述之太陽能模組，其中密閉空間為角柱型。
- 如專利申請範圍第1項所述之太陽能模組，其中密閉空間為一三角柱型。
- 如專利申請範圍第1項所述之太陽能模組，其中V型溝槽是鑲於覆蓋板後表面，且開口朝向太陽能電池的方向。
- 如專利申請範圍第1項所述之太陽能模組，更包含一封裝材料，可封裝太陽能電池於背板以及覆蓋板之間，形成夾層結構。
- 如專利申請範圍第1項所述之太陽能模組，其中密封層的熔點大於封裝過程的溫度。
- 如專利申請範圍第1項所述之太陽能模組，其中密封層的玻璃轉換溫度大於封裝過程的溫度。
- 如專利申請範圍第7項所述之太陽能模組，其中密封層的選擇可以為塑膠、玻璃、陶瓷或金屬薄膜等。
- 如專利申請範圍第1項所述之太陽能模組，其中一入射光線碰觸到密閉空間後，可全反射到至少一個太陽能電池表面。
- 一種製作太陽能模組之方法，包含：提供一背板；提供一覆蓋板，包含一前表面，一後表面以及至少一個位於後表面的凹槽；覆蓋一密封層於開凹槽的開口；排列至少一個太陽能電池於所述背板和覆蓋板間，其中有太陽能電池的區域為電池區，沒有太陽能電池的區域為空白區；對應凹槽的位置於所述空白區的位置；封裝一密封層於所述凹槽之開口，產生一密閉空間。
- 如專利申請範圍第12項所述之製作太陽能模組之方法，其中密封層的熔點大於封裝過程的溫度。
- 如專利申請範圍第12項所述之製作太陽能模組之方法，其中密封層的玻璃轉換溫度大於封裝過程的溫度。
- 如專利申請範圍第12項所述之製作太陽能模組之方法，其中密封層的選擇可以為塑膠、玻璃、陶瓷或金屬薄膜等。
- 如專利申請範圍第12項所述之製作太陽能模組之方法，其中凹槽為V型的型態，鑲於所述覆蓋板後表面，且開口朝向太陽能電池的方向。
- 如專利申請範圍第12項所述之製作太陽能模組之方法，更包含：於排列所述太陽能電池前，先覆蓋一層第一貼合材料層於所述覆蓋板的後表面。
- 如專利申請範圍第15項所述之製作太陽能模組之方法，更包含：於排列所述太陽能電池後，再覆蓋一層第二貼合材料層於所述之太陽能電池以及第一貼合材料層上。
- 如專利申請範圍第12項所述之製作太陽能模組之方法，其中覆蓋板、密封層以及背板是於真空或近似真空環境下進行封裝。
- 如專利申請範圍第12項所述之製作太陽能模組之方法，其中密閉空間為真空或近似真空的空間。
- 如專利申請範圍第12項所述之製作太陽能模組之方法，其中密閉空間為具有空氣的空間。
- 如專利申請範圍第12項所述之製作太陽能模組之方法，其中一入射光碰觸到密閉空間後，可全反射到至少一個太陽能電池表面。
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