TWI452711B

TWI452711B - 遮光光捕捉太陽電池模組

Info

Publication number: TWI452711B
Application number: TW101115223A
Authority: TW
Inventors: cheng yu Peng; Fu Ming Lin; Chung Teng Huang
Original assignee: Ind Tech Res Inst
Priority date: 2012-04-27
Filing date: 2012-04-27
Publication date: 2014-09-11
Also published as: TW201344940A

Description

遮光光捕捉太陽電池模組

本發明是有關於一種太陽電池模組，且特別是有關於一種具有光捕捉結構的太陽電池模組。

典型太陽電池模組的封裝結構是將玻璃與太陽電池以類似三明治夾層的方式膠合組成，亦即，譬如形成(玻璃/黏膠/太陽電池/黏膠/玻璃)結構。這種封裝結構容易造成光反射損失，因而降低太陽電池的效率。太陽電池模組的光損失主要由空氣與玻璃間的反射損失、太陽電池表面與黏膠間的反射損失、網印/銅箔導線遮光損失以及背板(back sheet)反射光損失所組成。

針對以上損失提出的改善方法主要集中於結構的設計。譬如在玻璃表面設計光學鍍膜或壓花(texture)結構以提高透光度；在太陽電池的受光面設計抗反射結構以降低光損失；或者在太陽電池背板的受光面設計高反射結構，以提高光捕捉效果等方法。然而，這些設計多半有加工製作困難或者材料成本過高的問題。

本發明提供一種遮光光捕捉太陽電池模組，可使照射太陽電池以外之區域的光有經反射而照射太陽電池的機會。

本發明另提供一種遮光光捕捉太陽電池模組，可使照射太陽電池上的連接線的光有經反射而照射太陽電池的機會。

本發明提出一種遮光光捕捉太陽電池模組，包括基板、至少一太陽電池、多個連接線、封裝材料以及多個光捕捉結構。太陽電池設置於基板上。連接線位於太陽電池上，且向太陽電池以外之區域延伸。封裝材料在基板上封住太陽電池與連接線。光捕捉結構設置於封裝材料內，且位於該區域中的各連接線上方，其中各光捕捉結構與各連接線之間有一空腔。

本發明另提出一種遮光光捕捉太陽電池模組，包括至少一太陽電池、多個連接線、封裝材料以及多個光捕捉結構。連接線位於太陽電池上。封裝材料在太陽電池上封住連接線。光捕捉結構設置於封裝材料內且位於各連接線上方，其中各光捕捉結構與各連接線之間有一空腔。

在本發明之各實施例中，上述光捕捉結構例如為壓花結構。

在本發明之各實施例中，上述壓花結構的形狀包括鋸齒形或波形，且壓花結構的形狀的延伸方向例如與各連接線的延伸方向垂直。

在本發明之各實施例中，上述光捕捉結構的折射係數例如大於空腔內的氣體的折射係數。

在本發明之各實施例中，上述封裝材料包括玻璃、聚氟乙烯(ethylene tetrafluoroethylene；ETFE)、壓克力、合成乙烯樹脂(ethylene vinyl acetate；EVA)、矽氧樹脂(silicone)或聚乙烯縮丁醛(polyvinyl butyral；PVB)。

在本發明之各實施例中，上述光捕捉結構例如為與封裝材料一體成型的結構。

在本發明之各實施例中，上述光捕捉結構例如與封裝材料為相異的材料。

在本發明之各實施例中，上述光捕捉結構的材料包括乙烯對苯二甲酸酯(polyethylene terephthalate；PET)、聚氟乙烯、合成乙烯樹脂或聚乙烯縮丁醛。

在本發明之各實施例中，上述遮光光捕捉太陽電池模組包括矽基太陽電池模組、薄膜太陽電池模組、化合物太陽電池模組、染料敏化太陽電池模組、奈米太陽電池模組、有機太陽電池模組或太陽光電模組系統。

基於上述，本發明的遮光光捕捉太陽電池模組具有光捕捉結構，可使原本入射至太陽電池間的間隙或被連接線遮蔽的光有入射至太陽電池的機會，增加太陽電池的光利用效率。

為讓本發明之上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

圖1A是根據本發明第一實施例所繪示的一種遮光光捕捉太陽電池模組的上視圖。圖1B是沿圖1A的AA線所繪示的剖面圖。

請一併參照圖1A與圖1B。遮光光捕捉太陽電池模組100包括基板102、太陽電池104、多個連接線106以及封裝材料108。太陽電池104設置於基板102上。連接線106位於太陽電池104上，且向太陽電池104以外之區域延伸。連接線106例如為匯流排(bus bar)，其用以收集並輸出太陽電池104產生的電流；且如有多個太陽電池104還可藉由所述連接線106彼此電性連接。封裝材料108在基板102上封住太陽電池104以及連接線106。封裝材料108例如玻璃、聚氟乙烯(ethylene tetrafluoroethylene；ETFE)、壓克力、合成乙烯樹脂(ethylene vinyl acetate；EVA)、矽氧樹脂(silicone)或聚乙烯縮丁醛(polyvinyl butyral；PVB)。

第一實施例的遮光光捕捉太陽電池模組100還包括多個光捕捉結構110。光捕捉結構110設置於封裝材料108內，且位於太陽電池104以外之區域中的連接線106上方。光捕捉結構110與連接線106之間存在空腔120，空腔120內的氣體可為空氣或者其它氣體，如惰性氣體。光捕捉結構110的折射係數一般會大於空腔120內的氣體的折射係數。在第一實施例中，光捕捉結構110例如與封裝材料108一體成型。光捕捉結構110例如為壓花結構，且壓花結構的形狀例如為波形。在第一實施例中，壓花結構的形狀的延伸方向(即圖1A中的第一方向)例如與連接線106的延伸方向(即圖1A中的第二方向)互相垂直。

圖1B還繪示了光在第一實施例的遮光光捕捉太陽電池模組中的行進路徑示意圖。在圖1B中，實線箭頭表示入射光，虛線箭頭表示經折射或反射的光。請參照圖1B。當光L1、L2入射至光捕捉結構110時，由於光捕捉結構110為壓花結構，垂直於基板102表面入射的光L1、L2可在光捕捉結構110與空腔120的界面110a發生折射與反射現象。具體地說，光L1在界面110a發生折射現象，進入空腔120後，經由連接線106反射，再通過界面110a，進入封裝材料108內。另一方面，因為在第一實施例中光捕捉結構110的折射係數大於空腔120內的氣體的折射係數，光L2在介面110a也可能發生全內反射(total internal reflection)，亦即，光L2未進入空腔120，而是完全反射至封裝材料108內。反射進入封裝材料108內的光L1與光L2可在封裝材料108與外界接觸的界面108a再次反射或全內反射。藉由前述方式，第一實施例的遮光光捕捉太陽電池模組100可以讓光L1與光L2沿著圖1A中的第二方向散射，使得原本垂直入射至太陽電池104以外之區域的光L1與光L2有照射太陽電池104的機會，藉此可提高光的利用效率。

圖1C是第一實施例的光捕捉結構的一種製作方法的示意圖。請參照圖1C。如果封裝材料108是熱固性塑膠(thermosetting plastic，例如矽氧樹脂、聚乙烯醋酸乙烯酯、聚氟乙烯、壓克力)，可簡單地利用加熱裝置與夾具來製作光捕捉結構。如圖1C所示，夾具140具有預定形狀的壓花結構。壓花結構在圖1C中為波形，但在其他實施例中也可以是鋸齒形、角錐形、圓錐形等其他結構，亦即，可利用各種不同的夾具視需要形成適合的壓花結構。加熱裝置130將熱由夾具140傳遞至封裝材料108。待封裝材料108受熱硬化後，移除夾具140，即在封裝材料108上形成光捕捉結構110。如圖1C所示的光捕捉結構製作方法可與習知用於封裝太陽電池的壓合機整合於同一封裝製程，不需要增加過多的加工手續。

圖1D是根據本發明第一實施例所繪示的另一種遮光光捕捉太陽電池模組的剖面示意圖。請參照圖1D，此處光捕捉結構112與封裝材料108為兩種相異的材料，譬如，光捕捉結構112的材料可以是乙烯對苯二甲酸酯(polyethylene terephthalate；PET)、聚氟乙烯、合成乙烯樹脂或聚乙烯縮丁醛。光捕捉結構112還可以是由一種或多種上述材料與空氣間隙交互堆疊所形成的多層膜。舉例來說，這種光捕捉結構112可利用習知製作導光膜(light guide film)的方法形成，裁切至適當尺寸後，貼覆在封裝材料108內。

圖2A是依照本發明第二實施例所繪示的一種遮光光捕捉太陽電池模組的上視圖。圖2B是沿圖2A的BB線所繪示的剖面圖。

請一併參照圖2A與圖2B。遮光光捕捉太陽電池模組200包括基板202、太陽電池204、多個連接線206、封裝材料208以及多個光捕捉結構210。太陽電池204設置於基板202上。連接線206位於太陽電池204上。連接線206例如為匯流排，其用以收集並輸出太陽電池204產生的電流；且多個太陽電池204例如可藉連接線206電性連接。封裝材料208在太陽電池204上封住連接線206。封裝材料208例如玻璃、聚氟乙烯、壓克力、合成乙烯樹脂、矽氧樹脂或聚乙烯縮丁醛。光捕捉結構210設置於封裝材料208內且位於連接線206上方，其中光捕捉結構210與連接線206之間存在空腔220，且光捕捉結構210的折射係數例如大於空腔220內的氣體的折射係數。在第二實施例中，光捕捉結構210例如為壓花結構，且壓花結構的形狀例如為鋸齒形。第二實施例的光捕捉結構210例如可使用與第一實施例的光捕捉結構110相同的方法製作。

圖2B還繪示了光在第二實施例的遮光光捕捉太陽電池模組中的行進路徑示意圖。在圖2B中，實線箭頭表示入射光，而虛線箭頭表示經折射或反射的光。請參照圖2B。與第一實施例相似，光L3入射至光捕捉結構210時，由於光捕捉結構210的壓花結構而發生折射現象，並經連接線206反射，再通過光捕捉結構210，進入封裝材料108。另外，在第二實施例中，因為光捕捉結構210的折射係數大於空腔220內的氣體的折射係數，光L4在光捕捉結構210處發生全內反射，完全反射至封裝材料208內。反射進入封裝材料208內的光L3與光L4可在封裝材料208與外界接觸的界面再次反射或全內反射。藉由上述方式，第二實施例的遮光光捕捉太陽電池模組200可使原本照射於連接線206的光L3與光L4沿著圖2A中的BB連線方向散射，而有照射太陽電池204的機會，藉此可提高光的利用效率。

圖2C是根據本發明第二實施例所繪示的另一種遮光光捕捉太陽電池模組的剖面示意圖。請一併參照圖2B與圖2C。在圖2B中，光捕捉結構210為與封裝材料208一體成形的結構；而在圖2C中，光捕捉結構212與封裝材料208為兩種相異的材料，譬如，光捕捉結構212的材料可以是乙烯對苯二甲酸酯、聚氟乙烯、合成乙烯樹脂或聚乙烯縮丁醛。光捕捉結構212例如還可以是由一種或多種上述材料與空氣間隙交互堆疊形成的多層膜。例如，可用習知製作導光膜的方法形成光捕捉結構212，裁切至適當尺寸後，貼覆在封裝材料208內。

圖3A是根據本發明第三實施例所繪示的一種遮光光捕捉太陽電池模組的上視圖。圖3B是沿圖3A中的CC連線所繪示的剖面圖。請一併參照圖3A與圖3B。遮光光捕捉太陽電池模組300包括基板302、太陽電池304、多個連接線306、封裝材料308以及多個光捕捉結構310。太陽電池304設置於基板302上。連接線306位於太陽電池304上。封裝材料308在太陽電池304上封住連接線306。封裝材料308例如與第一實施例使用的封裝材料108相同。光捕捉結構310設置於封裝材料308內且位於連接線306上方。光捕捉結構310與連接線306之間存在空腔320，且光捕捉結構310的折射係數例如大於空腔320內的氣體的折射係數。在第三實施例中，光捕捉結構310例如是與封裝材料308一體成型的結構。光捕捉結構310包括壓花結構310a以及壓花結構310b，其中壓花結構310a的形狀為波形，且壓花結構310a的形狀的延伸方向例如與CC連線方向垂直。壓花結構310b的形狀包括波形或鋸齒形，且壓花結構310b的形狀的延伸方向例如與CC連線方向平行。

前述本發明各實施例的遮光光捕捉太陽電池模組沒有特別限制，其可包括一般型模組、透光型模組或背接觸模組。太陽電池的材料也沒有特別限制，亦即，遮光光捕捉太陽電池模組亦可包括矽基太陽電池模組、薄膜太陽電池模組、化合物太陽電池模組、染料敏化太陽電池模組、奈米太陽電池模組、有機太陽電池模組或太陽光電模組系統。

以下將列舉實例，更詳細地說明本發明。

實例1

實例1以六吋多晶矽太陽電池為例。太陽電池面積為243.36 cm² 。若太陽電池的網印為2匯流排(如圖1A的連接線106)，且匯流排的寬度為2 mm，則遮光面積為6.24 cm² 。遮光面積佔太陽電池總面積之比例為2.56%。若太陽電池的網印為3匯流排，且匯流排的寬度為1.5 mm，則遮光面積為7.02 cm² ，遮光面積佔太陽電池總面積之比例為2.88%。太陽電池模組發電功率與電池的有效面積呈正比關係。

實例2

實例2是將封裝材料/夾具(寬度2 mm)/加熱裝置(如圖1C所示，此處所謂夾具的寬度是指圖1C中夾具140長邊方向的長度)放入壓合機中，其中壓合機的溫度設為165℃。在壓合機的腔體內，以10^-2 torr的真空抽氣上室與下室共8分鐘，接著上室破真空8分鐘。如此，即完成模組壓合，製造出具有曲率界面光捕捉結構的封裝材料。上述製程與現有壓合機是相同製程。

接著，以傳統封裝製程製作太陽電池模組，其中，太陽電池模組具有如圖2B所示的具有曲率界面光捕捉結構的封裝材料/空氣隙/導線/電池的結構。相較於傳統2匯流排(寬度2 mm)太陽電池模組，此結構提升0.6%的功率。

實例3

實例3是選用具有V溝槽微結構，且具繞射特性之內部反射材料(聚乙烯對苯二甲酸酯；PET)，作為如圖2C所繪示的光捕捉結構212。其中，V溝槽微結構的寬度50 μm、高度25 μm，且所謂寬度是指圖2C中光捕捉結構212的長邊方向的長度，而高度是紙面上與寬度垂直之方向的長度。

接著，以如實例2所述的習知壓合製程與習知封裝製程製作太陽電池模組，其中，太陽電池模組具有封裝材料/光捕捉結構/空氣隙/導線/電池的結構，如圖2C所示。相較於傳統2匯流排(寬度2 mm)太陽電池模組，此結構的功率提昇1.7%。

綜上所述，本發明的遮光光捕捉太陽電池模組具有光捕捉結構，能使照射太陽電池以外之區域的光、或者照射太陽電池區域但被連接線遮蔽的光有入射至太陽電池，被太陽電池吸收的機會；藉此提高了光利用的效率，增加太陽電池模組的發電效能。且本發明的光捕捉結構可整合至習知的封裝製程，具有成本低廉的優勢。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，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，故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。

100、200、300．．．遮光光捕捉太陽電池模組

102、202、302．．．基板

104、204、304．．．太陽電池

106、206、306．．．連接線

108、208、308．．．封裝材料

108a、110a．．．界面

110、112、210、212、310．．．光捕捉結構

120、220、320．．．空腔

130．．．加熱裝置

140．．．夾具

310a、310b．．．壓花結構

L1、L2、L3、L4．．．光

圖1A是根據本發明第一實施例所繪示的一種遮光光捕捉太陽電池模組的上視圖。

圖1B是沿圖1A的AA線所繪示的剖面圖。

圖1C是第一實施例的光捕捉結構的一種製作方法的示意圖。

圖1D是根據本發明第一實施例所繪示的另一種遮光光捕捉太陽電池模組的剖面示意圖。

圖2A是根據本發明第二實施例所繪示的一種遮光光捕捉太陽電池模組的上視圖。

圖2B是沿圖2A的BB線所繪示的剖面圖。

圖2C是根據本發明第二實施例所繪示的另一種遮光光捕捉太陽電池模組的剖面示意圖。

圖3A是根據本發明第三實施例所繪示的一種遮光光捕捉太陽電池模組的上視圖。

圖3B是沿圖3A的CC線所繪示的剖面圖。

100．．．遮光光捕捉太陽電池模組

102．．．基板

106．．．連接線

108．．．封裝材料

110．．．光捕捉結構

120．．．空腔

L1、L2．．．光

Claims

一種遮光光捕捉太陽電池模組，包括：一基板；至少一太陽電池，設置於該基板上；多數個連接線，位於該至少一太陽電池上，且向該至少一太陽電池以外之區域延伸；一封裝材料，在該基板上封住該至少一太陽電池與該些連接線；以及多數個光捕捉結構，設置於該封裝材料內，且位於該區域中的各該連接線上方，其中各該光捕捉結構與各該連接線之間有一空腔。
如申請專利範圍第1項所述之遮光光捕捉太陽電池模組，其中各該光捕捉結構為一壓花(texture)結構。
如申請專利範圍第2項所述之遮光光捕捉太陽電池模組，其中該壓花結構的形狀包括鋸齒形或波形。
如申請專利範圍第3項所述之遮光光捕捉太陽電池模組，其中該壓花結構的形狀的延伸方向與各該連接線的延伸方向垂直。
一種遮光光捕捉太陽電池模組，包括：至少一太陽電池；多數個連接線，位於該至少一太陽電池上；一封裝材料，在該至少一太陽電池上封住該些連接線；以及多數個光捕捉結構，設置於該封裝材料內且位於各該連接線上方，其中各該光捕捉結構與各該連接線之間有一空腔。
如申請專利範圍第5項所述之遮光光捕捉太陽電池模組，其中各該光捕捉結構為一壓花結構。
如申請專利範圍第6項所述之遮光光捕捉太陽電池模組，其中該壓花結構的形狀包括鋸齒形或波形。
如申請專利範圍第1項或第5項所述之遮光光捕捉太陽電池模組，其中該光捕捉結構的折射係數大於該空腔內的氣體的折射係數。
如申請專利範圍第1項或第5項所述之遮光光捕捉太陽電池模組，其中該封裝材料包括玻璃、聚氟乙烯、壓克力、合成乙烯樹脂、矽氧樹脂或聚乙烯縮丁醛。
如申請專利範圍第1項或第5項所述之遮光光捕捉太陽電池模組，其中該些光捕捉結構為與該封裝材料一體成型的結構。
如申請專利範圍第1項或第5項所述之遮光光捕捉太陽電池模組，其中該些光捕捉結構與該封裝材料為相異的材料。
如申請專利範圍第11項所述之遮光光捕捉太陽電池模組，其中該些光捕捉結構的材料包括乙烯對苯二甲酸酯、聚氟乙烯、合成乙烯樹脂或聚乙烯縮丁醛。
如申請專利範圍第1項或第5項所述之遮光光捕捉太陽電池模組，其中該遮光光捕捉太陽電池模組包括矽基太陽電池模組、薄膜太陽電池模組、化合物太陽電池模組、染料敏化太陽電池模組、奈米太陽電池模組、有機太陽電池模組或太陽光電模組系統。