TWI580062B - High heat dissipation efficiency of the condenser type solar cell packaging structure - Google Patents

Description

具高散熱效率之聚光型太陽能電池封裝結構

一種聚光型太陽能電池封裝結構，尤其是一種具高散熱效率之聚光型太陽能電池封裝結構。

聚光型太陽能電池主要係利用透鏡將太陽光聚集在狹小的面積上以提高發電效率，當使用聚光型太陽能電池進行電能轉換時，光能並無法百分百被轉換成電能輸出，因此進入太陽能電池內多餘的能量容易形成熱能囤積在電池中造成元件溫度的上升，導致電池內部暗電流大量上升而降低電池轉換效率。

參閱第一圖，習知技術聚光型太陽能電池之封裝結構的上視圖，參閱第二圖，習知技術聚光型太陽能電池之封裝結構的剖視圖。如第一圖與第二圖所示，習知技術聚光型太陽能電池之封裝結構1a包含絕緣層11a、銅板13a、晶片15a、線路17a與導線19a，其中絕緣層11a的表面之上依序設置銅板13a與晶片15a。

眾所周知晶片15a工作時會產生熱能，而晶片15a所產生的熱能會經銅板13a與絕緣層11a而傳導至外部的散熱裝置或環境空間中，由於晶片15a與銅板13直接接觸，且銅板13a的導熱性佳，因此晶片15a的熱能得以迅速被導出，但是當熱能傳導至絕緣層11a時，由於絕緣層的導熱性差，因此熱能會在絕緣層一直蓄積，也導致晶片的熱能無法有效排散，造成電池 轉換效率不彰。

為了改善晶片的熱能無法有效排散的問題，因而有一種以陶瓷基板作為絕緣層的聚光型太陽能電池封裝結構。

請參考台灣新型專利公告號M402498的聚光型太陽能電池封裝結構，參閱第三圖，習知技術聚光型太陽能電池封裝結構之剖面示意圖，參閱第四圖，習知技術聚光型太陽能電池封裝結構之應用示意圖，如第三圖所示，封裝結構10A包含一陶瓷基座12A，其上形成一凹槽14A，凹槽14A的二相對內側壁分別形成一階梯狀結構16A，每一階梯狀結構16A包含上階梯平台20A與下階梯平台18A；一太陽能晶片26A設置於凹槽14A底面；一第一電極線路22A貫穿陶瓷基座12A，且第一電極線路22A的頂端與太陽能晶片26A電性連接；一第二電極線路24A貫穿陶瓷基座12兩側之下階梯平台18A，且利用金屬導線28A連接至太陽能晶片26A；以及一透明罩體30A設置於上階梯平台20A上，以覆蓋凹槽14及太陽能晶片26A。

如第四圖所示，習知技術的聚光型太陽能電池封裝結構10在應用時，係將陶瓷基座12A固定於一面積較大之金屬基材34A上，金屬基材34A上形成有印刷電路(圖中未示)，其中具有與第一電極線路22A及第二電極線路24A對應之電路圖案，藉以當陶瓷基座12A固定於金屬基材34A上時，顯露於陶瓷基座12A下表面122A的第一、第二電極線路22A、24A底端222A、242A可與電路圖案對位接觸，進而將太陽能晶片26A所轉換之電能導出。

然而上述封裝結構中的組件較多，除了會造成導熱途徑過較長，不利於散熱的影響外，尤其使用昂貴的陶瓷基板，且陶瓷基板必須經 由繁複的加工程序來成型階梯狀結構與凹槽的結構，還必須垂直貫穿陶瓷基板的中間區域與兩側區域，以供第一電極線路及第二電極線路設置，此外也由於陶瓷基板的導熱效率不如金屬，因此實際應用時還要額外使用大面積的金屬基材來固定陶瓷基板，結構成本因而墊高，正由於陶瓷基板的導熱效率不佳，容易造成晶片散熱不易，而使光電轉換效率降低。

此外，圖1與圖2還具有晶片15a偏移問題，如圖1與圖2所示之晶片15a，晶片15a的兩側為自由側，僅有底面固定於銅板13a上，因此當晶片15a配置於銅板13a上時，還需增加對位程序及檢測程序以確保晶片15a確實在預定位置上，否則會因過於靠近或遠離線路17a，而影響導線的19a連接。

如何將聚光太陽能電池所產生的熱能，及時有效地散逸出去，避免熱能蓄積效應所造成太陽能電池效能損耗，即為如何有效提升聚光型太陽能電池的轉換效率與使用壽命的一大關鍵，如無法提高散熱效率，聚光型太陽能電池則難以往更高的聚光倍率發展或突破，轉換效率也無法提升。

本發明的主要目的在於提供一種具高散熱效率之聚光型太陽能電池封裝結構，一金屬電極層，在該具高散熱效率之聚光型太陽能電池結構的最底層，為具良導電性與良導熱性的一金屬板體；一絕緣層，位於該金屬電極層之上，並具有一貫通口，該絕緣層與該金屬電極共構成出一容置凹槽，該容置凹槽的底部為該金屬電極層的表面，該容置凹槽的容置空間為該貫通口的空心區域；一光電元件，置入於該容置凹槽之中，該 光電元件具有相對的一第一面與一第二面，該光電元件的該第一面與該金屬電極層構成電性連接，該光電元件的該第二面與該絕緣層的表面構成共平面；一線路圖案層，位於該絕緣層之上，該線路圖案層以複數導線與該光電元件的該第二面構成電氣連接。

本發明的特點在於，使金屬電極層與工作時產生熱能的該光電元件直接接觸，使金屬電極層直接吸收該光電元件的熱能並直接傳導至外界或外部裝置，因此本發明的金屬電極層兼具能電性連接的電極與直接導熱的散熱元件，如此不須使用昂貴的陶瓷基板做為絕緣層。

與先前申請的M402498(下稱498案)新型案相較，498案使用的陶瓷基板做為絕緣結構，陶瓷基板的成本較高，且還必須經由多道加工程序來成型階梯狀結構、數個貫穿孔或貫穿口，貫穿孔或貫穿口還要藉由電鍍來填滿出能導電的電極線路，尤其陶瓷基板的導熱性不佳，還必須使用大塊的金屬基材來導熱，造成成本不具競爭力。

而498案設置多個構件，使得熱傳熱途徑是從太陽能晶片開始排出，接著循陶瓷基板、第一電極線路與金屬基材而導出，本案則是光電元件開始排出熱能，到下一個金屬電極層即排出所吸收熱能，與498案相比，熱傳導途徑短且快速，散熱效率遠優於習知技術，且結構成本遠低於習知技術。

本案的封裝結構雖然簡單，但是散熱效率確實遠優於現有太陽能電池的封裝結構，此外易於製造、製作良率高且成本低廉，極具產業利用性與競爭性。由於能有效增加該光電元件的散熱效率及散熱效率顯著提升，而使聚光型太陽能電池朝更高的聚光倍率發展，尤其能適用於2000X 以上的聚光倍率，使聚光型太陽能電池在高的聚光倍率下，光電轉換效率得以提高。

〔習知技術〕

1a‧‧‧聚光型太陽能電池之封裝結構

11a‧‧‧絕緣層

13a‧‧‧銅板

15a‧‧‧晶片

17a‧‧‧線路

19a‧‧‧導線

10A‧‧‧封裝結構

12A‧‧‧陶瓷基座

14A‧‧‧凹槽

16A‧‧‧階梯狀結構

18A‧‧‧下階梯平台

20A‧‧‧上階梯平台

22A‧‧‧第一電極線路

24A‧‧‧第二電極線路

26A‧‧‧太陽能晶片

28A‧‧‧金屬導線

30A‧‧‧透明罩體

34A‧‧‧金屬基材

122A‧‧‧下表面

222A、242A‧‧‧底端

〔本發明〕

100‧‧‧具高散熱效率之聚光型太陽能電池封裝結構

10‧‧‧金屬電極層

12‧‧‧容置凹槽

14‧‧‧散熱鰭片

20‧‧‧絕緣層

21‧‧‧貫通口

30‧‧‧光電元件

32‧‧‧第一面

34‧‧‧第二面

40‧‧‧線路圖案層

50‧‧‧導線

36、38‧‧‧表面電極

第一圖為習知技術聚光型太陽能電池之封裝結構的上視圖。

第二圖為習知技術聚光型太陽能電池之封裝結構的剖視圖。

第三圖為習知技術聚光型太陽能電池封裝結構之剖面示意圖。

第四圖為習知技術聚光型太陽能電池封裝結構之應用示意圖。

第五圖為本發明具高散熱效率之聚光型太陽能電池封裝結構的上視圖。

第六圖為本發明具高散熱效率之聚光型太陽能電池封裝結構的側視圖。

第七圖為本發明金屬電極與絕緣層共構成容置凹槽的側視圖。

第八圖為本發明的一較佳實施例的側視圖。

以下配合圖式及元件符號對本發明之實施方式做更詳細的說明，俾使熟習該項技藝者在研讀本說明書後能據以實施。

參閱第五圖，本發明具高散熱效率之聚光型太陽能電池封裝結構的上視圖，參閱第六圖，本發明具高散熱效率之聚光型太陽能電池封裝結構的側視圖，參閱第七圖，本發明金屬電極與絕緣層共構成容置凹槽的側視圖。如第五圖與第六圖所示，本發明的具高散熱效率之聚光型太陽能電池封裝結構100主要包含一金屬電極層10、一絕緣層20、一光電元件30與線路圖案層40。

該金屬電極層10位於該具高散熱效率之聚光型太陽能電池封裝結構100的最底層，該金屬電極層10為具良導電性與良導熱性的一金屬板體，因而除了能做為太陽能電池的正極或負極，同時也是散熱裝置。

如第七圖所示，該絕緣層20位於該金屬電極層10之上並具有一貫通口21，該絕緣層20與該金屬電極層10共構出一容置凹槽12，該容置凹槽12的底部為該金屬電極層10的表面，該容置凹槽12的容置空間為該貫通口21的空心區域。

如第六圖所示，該光電元件30置入於該容置凹槽12之中，該光電元件30具有相對的一第一面32與一第二面34，該光電元件30的該第一面32與該金屬電極層10直接接觸，該光電元件30的該第二面34與該絕緣層20的表面構成共平面。較佳的，該光電元件30的側面與該絕緣層的內側面相接觸，藉此有效避免該光電元件30的偏移。該光電元件30可以是太陽能晶片。

該線路圖案層40位於該絕緣層20之上但不位於該貫通口21的周緣處，該線路圖案層40以複數導線50與該光電元件30的該第二面34構成電氣連接。其中該線路圖案層40是設置於該光電元件30的周圍，雖然該線路圖案層40在第五圖中是顯示為ㄇ字型，但並不以此為限，其中該等導線50可以是金線、銀線、銅線、鋁帶、銅帶或其他以導電材質製成的導電物。

上述的該金屬電極層10及該線路圖案層40係做為電極使用且兩者的電極極性相異，於此實施例中，該金屬電極層10之電極為正極，該線路圖案層40之電極係為負極；更具體而言，該光電元件30包含一底面 電極(圖中未示)及二表面電極36、38，該光電元件30的底面電極與該金屬電極層10構成電性連接，該線路圖案層40則與二表面電極36、38構成電性連接。

其中，該絕緣層20是高分子絕緣材質或非高分子絕緣材質製成。

參閱第八圖，本發明的一較佳實施例的側視圖。如第八圖所示，第八圖的結構大致與第六圖的結構相同，其中該金屬電極層10更具有複數個散熱鰭片14，該等散熱鰭片14設置於該金屬電極層10對應於該絕緣層20的另一面上，透過該等散熱鰭片14的設置，能增加該金屬電極層10的實質散熱面積，而更有效迅速的散逸熱能出去。

本發明的特點在於，使金屬電極層與工作時產生熱能的該光電元件直接接觸，使金屬電極層直接吸收該光電元件的熱能並直接傳導至外界或外部裝置，因此本發明的金屬電極層兼具能電性連接的電極與直接導熱的散熱元件，如此不須使用昂貴的陶瓷基板做為絕緣層。

與先前申請的M402498(下稱498案)新型案相較，498案使用的陶瓷基板做為絕緣結構，陶瓷基板的成本較高，且還必須經由多道加工程序來成型階梯狀結構、數個貫穿孔或貫穿口，貫穿孔或貫穿口還要藉由電鍍來填滿出能導電的電極線路，尤其陶瓷基板的導熱性不佳，還必須使用大塊的金屬基材來導熱，造成成本不具競爭力。

而498案設置多個構件，使得熱傳熱途徑是從太陽能晶片開始排出，接著循陶瓷基板、第一電極線路與金屬基材而導出，本案則是光電元件開始排出熱能，到下一個金屬電極層即排出所吸收熱能，與498案相 比，熱傳導途徑短且快速，散熱效率遠優於習知技術，且結構成本遠低於習知技術。

尤其，本案之光電元件30設置於該容置凹槽12之中，光電元件30受到該容置凹槽12的侷限，因此不會偏移，因此光電元件30的配置與對位能同時完成，且不須檢測，有效提高製作效率與產品良率。

本案的封裝結構雖然簡單，但是散熱效率確實遠優於現有太陽能電池的封裝結構，此外易於製造、製作良率高且成本低廉，極具產業利用性與競爭性。由於能有效增加該光電元件的散熱效率及散熱效率顯著提升，而使聚光型太陽能電池朝更高的聚光倍率發展，尤其能適用於2000X以上的聚光倍率，使聚光型太陽能電池在高的聚光倍率下，光電轉換效率得以提高。

以上所述者僅為用以解釋本發明之較佳實施例，並非企圖據以對本發明做任何形式上之限制，是以，凡有在相同之發明精神下所作有關本發明之任何修飾或變更，皆仍應包括在本發明意圖保護之範疇。

100‧‧‧具高散熱效率之聚光型太陽能電池封裝結構

10‧‧‧金屬電極層

20‧‧‧絕緣層

30‧‧‧光電元件

32‧‧‧第一面

34‧‧‧第二面

40‧‧‧線路圖案層

50‧‧‧導線

Claims (6)

1. 一種具高散熱效率之聚光型太陽能電池封裝結構，包含：一金屬電極層，在該具高散熱效率之聚光型太陽能電池結構的最底層，為具良導電性與良導熱性的一金屬板體；一絕緣層，位於該金屬電極層之上，並具有一貫通口，該絕緣層與該金屬電極共構成出一容置凹槽，該容置凹槽的底部為該金屬電極層的表面，該容置凹槽的容置空間為該貫通口的空心區域，其中該光電元件的側面與該絕緣層的內側面相接觸；一光電元件，置入於該容置凹槽之中，該光電元件具有相對的一第一面與一第二面，該光電元件的該第一面與該金屬電極層構成電性連接，該光電元件的該第二面與該絕緣層的表面構成共平面；以及一線路圖案層，位於該絕緣層之上但不位於該貫通口的周緣處，該線路圖案層以複數導線與該光電元件的該第二面構成電氣連接。
2. 依據申請專利範圍第1項所述之具高散熱效率之聚光型太陽能電池封裝結構，其中該金屬電極層更設置有複數個散熱鰭片，該等散熱鰭片設置於該金屬電極層對應於該絕緣層的另一面上。
3. 依據申請專利範圍第1項所述之具高散熱效率之聚光型太陽能電池封裝結構，其中該絕緣層是高分子絕緣材質或非高分子絕緣材質製成。
4. 依據申請專利範圍第1項所述之具高散熱效率之聚光型太陽能電池封裝結構，其中該光電元件的該第二面與該絕緣層的表面構成共平面。
5. 依據申請專利範圍第1項所述之具高散熱效率之聚光型太陽能電池封裝結構，其中該等導線為金線、銀線、銅線、鋁帶或銅帶。
6. 依據申請專利範圍第1項所述之具高散熱效率之聚光型太陽能電池封裝結構，其中該光電元件是太陽能晶片。