TWI590480B - 太陽光電模組、太陽光電膜及其製造方法 - Google Patents

太陽光電模組、太陽光電膜及其製造方法 Download PDF

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Description

太陽光電模組、太陽光電膜及其製造方法
本發明係有關於一種太陽光電模組，特別是有關於一種將太陽能電池設置於周邊之太陽光電模組。
太陽能電池成為能源領域之研究重點，其可被安裝於房屋等建築構件上、汽車等行動裝置上、室內、甚至各種便攜式電子裝置上，用於將太陽光能轉化為電能。
請參照第1圖，傳統的太陽光電模組的結構包括背板102(backsheet)、第一黏膠層104、太陽能電池106(solar cell)、第二黏膠層108和玻璃110(glass)。然而，此種太陽光電模組中的太陽能電池係位於整個模組中央，電池本身的存在會阻礙視線的穿透，而限制了某些應用。另外，此種太陽光電模組的封裝結構亦具有許多封裝損失，如空氣與玻璃間的反射損失、太陽電池表面與黏膠的反射損失及背板反射光損失，而降低發電功率。因此，需要一新穎的太陽光電模組，具有良好的捕捉導光設計，以提升發電效率，並増加產品的應用性。
根據上述，本發明提供一種太陽光電模組，包括：一背板；複數個太陽能電池，設置於背板上方，且鄰近背板之至少一側；一第一封裝材料層，設置於背板上；一第二 封裝材料層，設置於第一封裝材料層上，其中上述太陽能電池之間定義出一光波導區，在該光波導區中，第一封裝材料層和第二封裝材料層之界面間包括凹凸結構(texture)；及一光學板，設置第二封裝材料層上。
本發明提供一種太陽光電模組之製造方法，包括：提供一背板；設置複數個太陽能電池於背板上方，且鄰近背板之至少一側；形成一第一封裝材料層於背板上；以一模具對第一封裝材料層進行層壓，在一光波導區中形成凹凸結構；形成一第二封裝材料層於第一封裝材料層上；及提供一光學板，貼合第二封裝材料層。
本發明提供一種太陽光電膜，包括：一背板；複數個太陽能電池，設置於背板上方，且鄰近背板之第一側；一第一封裝材料層，設置於背板上；及一第二封裝材料層，設置於第一封裝材料層上，其中，其中上述太陽能電池之間定義出一光波導區，在光波導區中，第一封裝材料層和第二封裝材料層之界面間包括凹凸結構(texture)。
為讓本發明之特徵能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：
以下詳細討論實施本發明之實施例。可以理解的是，實施例提供許多可應用的發明概念，其可以較廣的變化實施。所討論之特定實施例僅用來揭示使用實施例的特定方法，而不用來限定揭示的範疇。
以下內文中之「一實施例」是指與本發明至少一實施例相關之特定圖樣、結構或特徵。因此，以下「在一實施例中」的敘述並不是指同一實施例。另外，在一或多個實施例中的特定圖樣、結構或特徵可以適當的方式結合。值得注意的是，本說明書的圖式並未按照比例繪示，其僅用來揭示本發明。
第2A圖揭示本發明一實施例太陽光電模組之平面圖。第2B圖揭示沿第2A圖I-I’剖面線之剖面圖。以下根據第2A圖和第2B圖描述本實施例之太陽光電模組的製造方法。請參照第2A圖和第2B圖，提供一背板202，背板202可以為玻璃、金屬、半導體或塑膠基板，其中半導體可以是矽、銻化鎘、銅銦硒化物、銅銦鎵硒化物或砷化鎵。形成一第一封裝材料層204於背板202上，在本發明一實施例中，第一封裝材料層204可以為聚乙烯醋酸乙烯酯(簡稱EVA)。後續，提供一模具(未繪示)，其中模具上包括一離型膜(未繪示)，利用上述模具對第一封裝材料層204進行一層壓(lamination)製程，並以一加熱裝置對第一封裝材料層204加熱，形成凹凸結構(texture)208。貼附複數個太陽能電池206於第一封裝材料層204上，且各太陽能電池206係鄰近太陽光電模組200之第一側212、第二側214、第三側216和第四側218，構成一框形結構。其後，形成一第二封裝材料層210於第一封裝材料層204和太陽能電池206上，在本發明一實施例中，第二封裝材料層210與第一封裝材料層204係為相同的材料。後續，貼附一例如 玻璃之光學板220於第二封裝材料層210上。
太陽光電模組200內部被複數個太陽能電池206圍繞區隔出一光波導區222，本實施例係在光波導區222中包括設置於第一封裝材料層204和第二封裝材料層210間的凹凸結構208(texture)。藉由此光波導區222之凹凸結構208，提高光線反射的角度，可利用零深度效應(zero depth effect)的高反射角，使光線水平傳導至位於太陽光電膜組週邊的太陽能電池206，增加光捕捉，提高發電效率。
第3圖揭示本發明另一實施例太陽光電模組300之剖面圖。本實施例與第2B圖太陽光電模組200之差異僅在於凹凸結構302位於封裝材料層的位置。不同於第2B圖太陽光電模組之凹凸結構208位於太陽能電池206的下方，本實施例的凹凸結構302位於太陽能電池206的上方，且如第3圖所示，本實施例的凹凸結構302可提高光線折射的角度，使光線水平傳導至位於太陽光電膜週邊的太陽能電池，增加發電效率。
第4圖揭示本發明另一實施例太陽光電模組之剖面圖。本實施例與第2B圖太陽光電模組之差異僅在於凹凸結構的數量和位置。請參照第4圖，本實施例之太陽光電模組之製造方法包括：提供一背板402，背板402可以為玻璃、金屬、半導體或塑膠基板，其中半導體可以是矽、銻化鎘、銅銦硒化物、銅銦鎵硒化物或砷化鎵。形成一第一封裝材料層404於背板402上，在本發明一實施例中，第一封裝材料層404可以為聚乙烯醋酸乙烯酯(簡稱EVA)。 後續，提供一模具(未繪示)，其中模具上包括一離型膜(未繪示)，利用上述模具對第一封裝材料層404進行一層壓(lamination)製程，並以一加熱裝置對第一封裝材料層404加熱，於光波導區420形成第一凹凸結構410。貼附複數個太陽能電池408於第一封裝材料層404上，且各太陽能電池408係鄰近太陽光電模組之第一側、第二側、第三側和第四側，構成一框形結構。其後，形成一第二封裝材料層412於第一封裝材料層404和太陽能電池408上，在本發明一實施例中，第二封裝材料層412與第一封裝材料層404係為相同的材料。利用上述模具對第二封裝材料層412進行一層壓(lamination)製程，並以一加熱裝置對第二封裝材料層412加熱，形成第二凹凸結構414。形成一第三封裝材料層416於第二封裝材料層412上。後續，貼附一例如玻璃之光學板418於第三封裝材料層416上。如第4圖所示，本實施例的第一凹凸結構410和第二凹凸結構414可提高光線422折射的角度，使光線422水平傳導至位於太陽光電膜組週邊的太陽能電池408，增加發電效率。值得注意的是，本發明不限定太陽光電模組之凹凸結構的數量和位置，本發明可包括更多的凹凸結構(例如可包括1~99個或更多凹凸結構)，位於封裝材料層中。
第5A圖揭示本發明另一實施例太陽光電模組之平面圖。本實施例與第2A圖太陽光電模組之差異僅在於太陽能電池500的位置。不同於第2A圖太陽光電模組之太陽能電池206鄰近於太陽光電模組的第一側、第二側、第三 側和第四側，本實施例之太陽能電池500鄰係鄰近於太陽光電模組的第三側504。
第5B圖揭示本發明另一實施例太陽光電模組之平面圖。本實施例與第2A圖太陽光電模組之差異僅在於太陽能電池500的位置，本實施例之太陽能電池500鄰係鄰近於太陽光電模組的第一側502和第三側504。第5C圖揭示本發明又另一實施例太陽光電模組之平面圖，本實施例之太陽能電池500鄰係鄰近於太陽光電模組的第一側502、第三側504和第四側506。
經發明人實驗，以進一步了解太陽能電池500的分佈和集光效率的關係，得到以下數據：第5A圖太陽光電模組之功率增益為22.22%，第5B圖太陽光電模組之功率增益為16.17%，第5C圖太陽光電模組之功率增益為17.36%，第2A圖太陽光電模組之功率增益為16.52%。
第6圖揭示本發明另一實施例太陽光電模組600之平面圖。請參照第6圖，本實施例框架分佈之太陽能電池602圍繞的區域內，除了光波導區604(包括凹凸結構)外，尚包括光波導區604包圍之矩型的無光波導區606(無包括凹凸結構)，以提高光穿透率，和增加可視面積。經發明人實驗，以進一步了解太陽能電池602光波導區604之面積和全太陽光電模組面積比，與功率增益的關係，得到以下數據：定義光波導區604之面積為B，全太陽光電模組面積為A，當B/A為0時，功率增益為0；當B/A為0.02時，功率增益為1.38%；當B/A為0.08時，功率增益為2.77%；當B/A 為0.18時，功率增益為5.55%；當B/A為0.32時，功率增益為8.33%。
第7圖揭示本發明另一實施例太陽光電模組700之平面圖。請參照第7圖，本實施例框架分佈之太陽能電池706圍繞的區域內，係包括條狀間隔分佈的光波導區702和無光波導區704，其中本實施例可將條狀之光波導區702的寬度設置於125μm~62.5μm，低於人眼辨識的極限，使整體太陽光電模組700中太陽能電池706圍繞的區域為可透視的。經發明人實驗，以進一步了解光波導區702之面積和無光波導區704面積比，與功率增益的關係，得到以下數據：定義光波導區702之面積為B，無光波導區704面積為C，當C/B為0時，功率增益為16%；當B：C為1：1時，功率增益為8%；當B：C為2：1時，功率增益為5%；當B：C為2：3時，功率增益為7%；當B：C為3：2時，功率增益為7%。
第8A圖揭示本發明一實施例太陽光電膜800之平面圖。第8B圖揭示沿第8A圖I-I’剖面線之剖面圖。以下根據第8A圖和第8B圖描述本實施例之太陽光電膜800之製造方法，提供一背板802，背板802可以為玻璃、金屬、半導體或塑膠基板，其中半導體可以是矽、銻化鎘、銅銦硒化物、銅銦鎵硒化物或砷化鎵。形成一第一封裝材料層804於背板802上，在本發明一實施例中，第一封裝材料層804可以為聚乙烯醋酸乙烯酯(簡稱EVA)。後續，提供一模具(未繪示)，其中模具上包括一離型膜(未繪示)，利用 上述模具對第一封裝材料層804進行一層壓(lamination)製程，並以一加熱裝置對第一封裝材料層804加熱，於光波導區820形成凹凸結構806。貼附複數個太陽能電池808於第一封裝材料層804上，且各太陽能電池808係鄰近太陽光電膜800之第一側812、第二側814、第三側816和第四層818，構成一框形結構。其後，形成一第二封裝材料層810於第一封裝材料層804和太陽能電池808上，在本發明一實施例中，第二封裝材料層810與第一封裝材料804係為相同的材料。
藉由光波導區820之凹凸結構806，提高光線反射的角度，可利用零深度效應(zero depth effect)的高反射角，使光線水平傳導至位於太陽光電膜800週邊的太陽能電池808，增加光捕捉，提高發電效率。值得注意的是，本實施例太陽光電膜800可經由一透明膠黏貼於一建築物之窗戶的玻璃上，使一般的窗戶可達到發電的效果。
第9圖揭示本發明另一實施例太陽光電膜900之剖面圖。本實施例與第8A和8B圖太陽光電膜800之差異僅在於凹凸結構806的數量和位置。請參照第9圖，本實施例之太陽光電模膜900之製造方法包括：提供一背板902，背板902可以為玻璃、金屬、半導體或塑膠基板，其中半導體可以是矽、銻化鎘、銅銦硒化物、銅銦鎵硒化物或砷化鎵。形成一第一封裝材料層904於背板902上，在本發明一實施例中，第一封裝材料層904可以為聚乙烯醋酸乙烯酯(簡稱EVA)。後續，提供一模具(未繪示)，其中模具上 包括一離型膜(未繪示)，利用上述模具對第一封裝材料層904進行一層壓(lamination)製程，並以一加熱裝置對第一封裝材料層904加熱，於光波導區905形成第一凹凸結構908。貼附複數個太陽能電池於第一封裝材料層904上，且各太陽能電池906係鄰近太陽光電膜900之第一側、第二側、第三側和第四側，構成一框形結構。其後，形成一第二封裝材料層910於第一封裝材料層904和太陽能電池906上，在本發明一實施例中，第二封裝材料層910與第一封裝材料層904係為相同的材料。利用上述模具對第二封裝材料層910進行一層壓(lamination)製程，並以一加熱裝置對第二封裝材料層910加熱，形成第二凹凸結構912。形成一第三封裝材料層914於第二封裝材料層910上。同樣的，本實施例太陽光電膜900可經由一透明膠黏貼於一建築物之窗戶的玻璃上，使一般的窗戶可達到發電的效果。
為簡潔，本說明書僅描述包括一凹凸結構和兩個凹凸結構之太陽光電模組和太陽光電膜之製造方法，包括更多凹凸結構之太陽光電模組和太陽光電膜的製作方法可由以上方法類推，舉例來說，本發明第9圖實施例之太陽光電模組之製造方法可尚包括：以一模具對該第三封裝材料層進行層壓，形成凹凸結構；形成一第四封裝材料層於第三封裝材料層上；以一模具對第四封裝材料層進行層壓，形成凹凸結構；形成一第五封裝材料層於第四封裝材料層上。包括更多凹凸結構之太陽光電模組和太陽光電膜的製作方法在此不詳細描述。
雖然本發明已以較佳實施例發明如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，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。
102‧‧‧背板
104‧‧‧第一黏膠層
106‧‧‧太陽能電池
108‧‧‧第二黏膠層
110‧‧‧玻璃
200‧‧‧太陽光電模組
202‧‧‧背板
204‧‧‧第一封裝材料層
206‧‧‧太陽能電池
208‧‧‧凹凸結構
210‧‧‧第二封裝材料層
212‧‧‧第一側
214‧‧‧第二側
216‧‧‧第三側
218‧‧‧第四側
220‧‧‧光學板
222‧‧‧光波導區
300‧‧‧太陽光電模組
302‧‧‧凹凸結構
402‧‧‧背板
404‧‧‧第一封裝材料層
408‧‧‧太陽能電池
410‧‧‧第一凹凸結構
412‧‧‧第二封裝材料層
414‧‧‧第二凹凸結構
416‧‧‧第三封裝材料層
418‧‧‧光學板
420‧‧‧光波導區
422‧‧‧光線
500‧‧‧太陽能電池
502‧‧‧第一側
504‧‧‧第三側
506‧‧‧第四側
600‧‧‧太陽光電模組
602‧‧‧太陽能電池
604‧‧‧光波導區
606‧‧‧無光波導區
700‧‧‧太陽光電模組
702‧‧‧光波導區
704‧‧‧無光波導區
706‧‧‧太陽能電池
800‧‧‧太陽光電膜
802‧‧‧背板
804‧‧‧第一封裝材料層
806‧‧‧凹凸結構
808‧‧‧太陽能電池
810‧‧‧第二封裝材料層
812‧‧‧第一側
814‧‧‧第二側
816‧‧‧第三側
818‧‧‧第四層
820‧‧‧光波導區
900‧‧‧太陽光電膜
902‧‧‧背板
904‧‧‧第一封裝材料層
905‧‧‧光波導區
906‧‧‧太陽能電池
908‧‧‧第一凹凸結構
910‧‧‧第二封裝材料層
912‧‧‧第二凹凸結構
914‧‧‧第三封裝材料層
第1圖顯示傳統太陽光電模組的剖面圖。
第2A圖顯示本發明一實施例太陽光電模組之平面圖。
第2B圖顯示沿第2A圖I-I’剖面線之剖面圖。
第3圖顯示本發明一實施例太陽光電模組之剖面圖。
第4圖顯示本發明一實施例太陽光電模組之剖面圖。
第5A圖顯示本發明一實施例太陽光電模組之平面圖。
第5B圖顯示本發明一實施例太陽光電模組之平面圖。
第5C圖顯示本發明一實施例太陽光電模組之平面圖。
第6圖顯示本發明一實施例太陽光電模組600之平面圖。
第7圖顯示本發明一實施例太陽光電模組700之平面圖。
第8A圖顯示本發明一實施例太陽光電膜之平面圖。
第8B圖顯示沿第8A圖I-I’剖面線之剖面圖。
第9圖顯示本發明一實施例太陽光電膜之剖面圖。
200‧‧‧太陽光電模組
202‧‧‧背板
204‧‧‧第一封裝材料層
206‧‧‧太陽能電池
208‧‧‧凹凸結構
210‧‧‧第二封裝材料層
220‧‧‧光學板
222‧‧‧光波導區

Claims (17)

  1. 一種太陽光電模組，包括：一背板；複數個太陽能電池，設置於該背板上方，其中該些太陽能電池位於該背板最外緣之至少一側；一第一封裝材料層，設置於該背板上；一第二封裝材料層，設置於該第一封裝材料層上，該第一封裝材料層和該第二封裝材料層之界面間包括凹凸結構(texture)，其中該些太陽能電池之間定義出一光波導區，該光波導區係包括該凹凸結構；及一光學板，設置該第二封裝材料層上。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之太陽光電模組，其中該些太陽能電池係設置於該背板上方，且位於該背板最外緣之第一側與第二側。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之太陽光電模組，尚包括複數個太陽能電池，設置於該背板上方，且位於該背板最外緣之第三側。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之太陽光電模組，尚包括複數個太陽能電池，設置於該背板上方，且位於該背板最外緣之第四側，該些太陽能電池構成一框形結構。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之太陽光電模組，其中該第一封裝材料層和該第二封裝材料層包括相同的材料。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之太陽光電模組，其中該第一封裝材料層和該第二封裝材料層包括聚乙烯醋酸乙 烯酯(EVA)。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之太陽光電模組，尚包括複數個封裝材料層，設置於該第二封裝材料層與該光學板間，其中該些封裝材料層之界面間包括凹凸結構(texture)。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之太陽光電模組，其中該光波導區更包圍一無光波導區，該無光波導區中不包括該凹凸結構。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之太陽光電模組，其中該光波導區係為條狀，且該太陽光電模組尚包括一條狀的無光波導區，該光波導區和該無光波導區係間隔排列。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之太陽光電模組，其中該光波導區的條狀寬度係介於125μm至62.5μm之間。
  11. 一種太陽光電模組之製造方法，包括：提供一背板；設置複數個太陽能電池於該背板上方，其中該些太陽能電池位於該背板最外緣之至少一側；形成一第一封裝材料層於該背板上；以一模具對該第一封裝材料層進行層壓，在一光波導區中形成凹凸結構；形成一第二封裝材料層於該第一封裝材料層上，其中該第一封裝材料層和該第二封裝材料層為相同的材料；及提供一光學板，貼合該第二封裝材料層。
  12. 如申請專利範圍第11項所述之太陽光電模組之製 造方法，尚包括：以一模具對該第二封裝材料層進行層壓，在該光波導區中形成凹凸結構；及形成一第三封裝材料層於該第一封裝材料層上。
  13. 如申請專利範圍第11項所述之太陽光電模組之製造方法，其中該第一封裝材料層和該第二封裝材料層包括聚乙烯醋酸乙烯酯(EVA)。
  14. 如申請專利範圍第11項所述之太陽光電模組之製造方法，其中該模具上包括離型膜。
  15. 如申請專利範圍第11項所述之太陽光電模組之製造方法，尚包括設置複數個太陽能電池於鄰近該背板之第二側、第三側和第四側之位置，該些太陽能電池構成一框形結構。
  16. 一種太陽光電膜，包括：一背板；複數個太陽能電池，設置於該背板上方，其中該些太陽能電池位於該背板最外緣之至少一側；一第一封裝材料層，設置於該背板上；及一第二封裝材料層，設置於該第一封裝材料層上，該第一封裝材料層和該第二封裝材料層之界面間包括凹凸結構(texture)，其中該第一封裝材料層和該第二封裝材料層為相同的材料，且其中該些太陽能電池之間定義出一光波導區，該光波導區係包括該凹凸結構。
  17. 如申請專利範圍第16項所述之太陽光電膜，尚包 括複數個封裝材料層，設置於該第二封裝材料層與該光學板間，其中該些封裝材料層之界面間包括凹凸結構(texture)。
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