TWI614909B - 輕量化太陽能電池模組 - Google Patents
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Abstract
一種輕量化太陽能電池模組，其包括多個串聯的太陽能電池單元、第一封裝膜、第二封裝膜、蓋板以及背板。各太陽能電池單元包括太陽能電池以及碳化矽層。太陽能電池具有受光面以及與受光面相對的非受光面。碳化矽層設置在非受光面上。第一封裝膜位於太陽能電池單元上。第二封裝膜位於太陽能電池單元下。蓋板位於第一封裝膜上，且蓋板的厚度落在0.5毫米至2.5毫米的範圍內。背板位於第二封裝膜下。
Description
本發明是有關於一種太陽能電池模組，且特別是有關於一種輕量化太陽能電池模組。
太陽能電池可將太陽能轉換成電能，且在光電轉換的過程中不會產生二氧化碳或氮化物等對環境有害的物質，因此，太陽能電池成為近幾年再生能源研究上相當重要且受歡迎的一環。
一般而言，太陽能電池模組會包括多個串聯在一起的太陽能電池，以提供較大的輸出功率。由於太陽能電池模組需佔據一定的面積，一般會將太陽能電池模組設置在寬敞且未受遮蔽的區域或建築物上，以有效地汲取太陽光。
然而，即使建築物上有足夠寬敞的空間可設置太陽能電池模組，太陽能電池模組中太陽能電池的數量亦得受到建築物之承載能力的限制。是以，如何減輕太陽能電池模組的重量，以減少建築物之負擔，並提升太陽能電池模組設置於承載能力有限之建築物的可行性，實為此領域研發人員亟欲解決的問題之一。
本發明提供一種輕量化太陽能電池模組，其重量輕且可靠性高。
本發明的一種輕量化太陽能電池模組，其包括多個串聯的太陽能電池單元、第一封裝膜、第二封裝膜、蓋板以及背板。各太陽能電池單元包括太陽能電池以及碳化矽層。太陽能電池具有受光面以及與受光面相對的非受光面。碳化矽層設置在非受光面上，其中碳化矽層與太陽能電池的非受光面直接接觸。第一封裝膜位於太陽能電池單元上。第二封裝膜位於太陽能電池單元下。蓋板位於第一封裝膜上，且蓋板的厚度落在0.5毫米至2.5毫米的範圍內。背板位於第二封裝膜下。太陽能電池包括光電轉換層、第一電極層、第二電極層、絕緣層以及背電極層。光電轉換層具有第一表面以及第二表面，且第一表面位於受光面與第二表面之間。第一電極層設置在第一表面上。絕緣層設置在第二表面上且具有多個開口。背電極層設置在至少部分開口中，且碳化矽層設置在背電極層下，其中碳化矽層與第二電極層彼此不重疊。
在本發明的一實施例中，上述的光電轉換層是由P型摻雜層及N型摻雜層堆疊形成的PN接面結構或由P型摻雜層、本質層、N型摻雜層堆疊形成的PIN接面結構。
在本發明的一實施例中，上述的太陽能電池更包括抗反射層。抗反射層設置在第一表面上且位於第一電極層以外的區域。
在本發明的一實施例中，上述的碳化矽層的厚度落在20
微米至50微米的範圍內。
在本發明的一實施例中，上述的輕量化太陽能電池模組更包括多條第一連接帶、多條第二連接帶以及多條匯流帶。第一連接帶沿第一方向串聯太陽能電池單元，而形成多條沿第二方向排列的電池串，其中各第一連接帶具有第一部分、第二部分以及第三部分。第一部分設置在其中一太陽能電池的非受光面上，且碳化矽層暴露出第一部分。第二部分設置在另一太陽能電池的受光面上，而第三部分連接第一部分與第二部分。第二連接帶設置在各電池串的相對兩末端的太陽能電池上，其中與第一部分連接至相同的太陽能電池的第二連接帶設置在太陽能電池的受光面上，且與第二部分連接至相同的太陽能電池的第二連接帶設置在太陽能電池的非受光面上，而太陽能電池單元的碳化矽層更暴露出設置在非受光面上的第二連接帶。匯流帶與第二連接帶連接，以串聯電池串。
在本發明的一實施例中，上述的輕量化太陽能電池模組更包括框架以及一支以上支撐桿。框架環繞設置在太陽能電池單元的周圍。所述一支以上支撐桿設置在背板下且與框架的相對兩邊固定。
在本發明的一實施例中，上述的一支以上支撐桿藉由多個鎖固件與框架固定。
在本發明的一實施例中，上述的一支以上支撐桿藉由黏合材料而貼附於背板的底面。
在本發明的一實施例中，上述的一支以上支撐桿具有容納黏合材料的多條溝槽。
在本發明的一實施例中，上述的一支以上支撐桿的材質包括鋁。
基於上述，在本發明的上述實施例中，由於碳化矽層本身的硬度高，有助於提升太陽能電池單元耐環境衝擊的能力，因此，藉由適當地降低蓋板的厚度，本發明的輕量化太陽能電池模組可兼具重量輕及可靠性高的優點。
為讓本發明的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。
100、200、300‧‧‧輕量化太陽能電池模組
110‧‧‧太陽能電池單元
112‧‧‧太陽能電池
114‧‧‧碳化矽層
120‧‧‧第一封裝膜
130‧‧‧第二封裝膜
140‧‧‧蓋板
150‧‧‧背板
160‧‧‧第一連接帶
162‧‧‧第一部分
164‧‧‧第二部分
166‧‧‧第三部分
170‧‧‧第二連接帶
180‧‧‧匯流帶
210‧‧‧框架
212、222‧‧‧開孔
220‧‧‧支撐桿
230‧‧‧鎖固件
1121‧‧‧光電轉換層
1122‧‧‧第一電極層
1123‧‧‧第二電極層
1124‧‧‧絕緣層
1125‧‧‧背電極層
1126‧‧‧抗反射層
AD‧‧‧黏合材料
BE‧‧‧匯流電極
C‧‧‧凹槽
D1‧‧‧第一方向
D2‧‧‧第二方向
FE‧‧‧指狀電極
G‧‧‧空隙
H114、H140‧‧‧厚度
HS‧‧‧鏤空結構
LB‧‧‧局部後表面電場
O‧‧‧開口
P1‧‧‧P型摻雜層
P2‧‧‧N型摻雜層
R‧‧‧電池串
S1‧‧‧第一表面
S2‧‧‧第二表面
S3‧‧‧底面
SA‧‧‧受光面
SB‧‧‧非受光面
T‧‧‧溝槽
A-A’‧‧‧剖線
圖1A是依照本發明的一實施例的一種輕量化太陽能電池模組的剖面示意圖。
圖1B是圖1A中輕量化太陽能電池模組的背視示意圖。
圖1C是圖1A中太陽能電池單元的正視示意圖。
圖1D是圖1C中剖線A-A’的第一種剖面示意圖。
圖2A是依照本發明的另一實施例的一種輕量化太陽能電池模組的背視示意圖。
圖2B是圖2A中支撐桿的示意圖。
圖2C是圖2A中輕量化太陽能電池模組的剖面示意圖。
圖3是依照本發明的又一實施例的一種輕量化太陽能電池模組的剖面示意圖。
圖1A是依照本發明的一實施例的一種輕量化太陽能電池模組的剖面示意圖。圖1B是圖1A中輕量化太陽能電池模組的背視示意圖，且圖1B省略圖1A的第二封裝膜以及背板。圖1C是圖1A中太陽能電池單元的正視示意圖。圖1D是圖1C中剖線A-A’的第一種剖面示意圖。
請參照圖1A至圖1D，輕量化太陽能電池模組100包括多個串聯的太陽能電池單元110、第一封裝膜120、第二封裝膜130、蓋板140以及背板150。第一封裝膜120位於太陽能電池單元110上，而第二封裝膜130位於太陽能電池單元110下。第一封裝膜120以及第二封裝膜130的材料可以是乙烯醋酸乙烯酯(Ethylene Vinyl Acetate,EVA)、聚乙烯醇縮丁醛(Poly Vinyl Butyral,PVB)、聚烯烴(Polyolefin)、聚氨酯(Polyurethane)、矽氧烷(Silicone)或透明高分子絕緣接著膠材。
蓋板140位於第一封裝膜120上。背板150位於第二封裝膜130下。蓋板140以及背板150用以保護位於兩者之間的太陽能電池單元110，其中蓋板130可以是具有高透光率的基板。高透光率的基板例如為低鐵玻璃基板，但不以此為限。
如圖1D所示，各太陽能電池單元110包括太陽能電池
112以及碳化矽層114。太陽能電池112具有受光面SA以及與受光面SA相對的非受光面SB，且太陽能電池112可包括光電轉換層1121、第一電極層1122、第二電極層1123、絕緣層1124以及背電極層1125。光電轉換層1121例如是由P型摻雜層P1及N型摻雜層P2堆疊形成的PN接面結構，但不以此為限。在另一實施例中，光電轉換層1121也可以是由P型摻雜層、本質層(Intrinsic layer)、N型摻雜層堆疊形成的PIN接面結構。
光電轉換層1121具有第一表面S1以及第二表面S2，其中第一表面S1位於受光面SA與第二表面S2之間。第一表面S1可選擇性地形成織化(textured)表面(如圖1D中的鋸齒狀表面所示)，以提高太陽光的吸收，但本發明不以此為限。在另一實施例中，第二表面S2亦可選擇性地形成織化表面。
第一電極層1122設置在第一表面S1上，其可為圖案化電極層，以減少第一電極層1122遮蔽入射光的比例。圖1C繪示出第一電極層1122的其中一種實施型態，但不以此為限。如圖1C所示，第一電極層1122可包括沿第一方向D1延伸的至少一條匯流電極(busbar electrode)BE以及由匯流電極BE延伸出來的多條指狀電極(finger electrode)FE。指狀電極FE例如分別沿第二方向D2延伸。第一方向D1與第二方向D2例如彼此垂直，但不以此為限。圖1C示意性地繪示出3條匯流電極BE，但本發明不限於此。
如圖1D所示，太陽能電池112可進一步包括抗反射層1126。抗反射層1126設置在第一表面S1上且位於第一電極層1122
以外的區域，以提高光束的吸收率。
絕緣層1124設置在第二表面S2上且具有多個開口O，其中第二電極層1123設置在部分開口O中，而背電極層1125設置在其餘的開口O中。第二電極層1123可具有與匯流電極BE相似的圖案設計，但不以此為限。背電極層1125例如為一般所謂的後表面電場(Back Surface Field,BSF)金屬層。利用一升溫製程，可使背電極層1125於第二表面S2鄰近開口O處形成局部後表面電場(Local Back Surface Field,Local BSF)LB。如此，可增加載子的收集且可回收未被吸收的光子，從而提升光電轉換效率。
碳化矽層114設置在太陽能電池112的非受光面SB上，其中碳化矽層114與非受光面SB直接接觸。碳化矽層114例如設置在背電極層1125下，且碳化矽層114與第二電極層1123彼此不重疊。碳化矽層114的厚度H114例如落在20微米至50微米的範圍內。利用碳化矽層114的高熱傳導以及高熱輻射等特性，太陽能電池元件110所產生的熱可藉由輻射以及傳導的方式排出輕量化太陽能電池模組100外，從而可改善習知因排熱不良所產生之負面效果(如發電效率降低以及熱斑產生等)，並提升輕量化太陽能電池模組100的輸出功率。
除了上述高排熱特性之外，碳化矽層114本身的高硬度特性可提升太陽能電池單元110耐環境衝擊的能力，降低太陽能電池單元110因外力衝擊所導致之破裂毀損的機率，從而用以保護太陽能電池單元110的蓋板140的厚度H140得以變薄，且輕量
化太陽能電池模組100的重量得以減輕。具體地，在未設置碳化矽層114下，一般的太陽能電池模組需設置厚度大於3.2毫米的蓋板，以通過可靠性測試及國際標準之強度規範。在此種架構下，蓋板的重量佔太陽能電池模組總重的60%。相較之下，本實施例之輕量化太陽能電池模組100透過碳化矽層114的設置，在可通過可靠性測試及國際標準之強度規範下，可將蓋板140的厚度H140縮減至0.5毫米至2.5毫米的範圍內，且其重量可降低20%。因此，本發明的輕量化太陽能電池模組100可兼具重量輕及可靠性高的優點，且可適用於承載能力有限之建築物，如傳統的溫室、農棚等。
如圖1A及圖1B所示，輕量化太陽能電池模組100可進一步包括多條第一連接帶160、多條第二連接帶170以及多條匯流帶180，以串聯太陽能電池單元110。具體地，第一連接帶160沿第一方向D1串聯太陽能電池單元110，而形成多條沿第二方向D2排列的電池串R。
如圖1A所示，各第一連接帶160具有第一部分162、第二部分164以及第三部分166。第一部分162設置在其中一太陽能電池112的非受光面SB上(例如設置在第二電極層1123上)，且碳化矽層114暴露出第一部分162。第二部分164設置在另一太陽能電池112的受光面SA上(例如設置在匯流電極BE上)，而第三部分164連接第一部分162與第二部分164。第二連接帶170設置在各電池串R的相對兩末端的太陽能電池112上，其中與第一部分
162連接至相同的太陽能電池112的第二連接帶170設置在太陽能電池112的受光面SA上，且與第二部分164連接至相同的太陽能電池112的第二連接帶170設置在太陽能電池112的非受光面SB上，而太陽能電池單元110的碳化矽層114更暴露出設置在非受光面SB上的第二連接帶170。匯流帶180與第二連接帶170連接，以串聯電池串R。
依據不同之需求，輕量化太陽能電池模組100還可進一步包括其他此領域所知悉的元件，如旁路二極體、接線盒等，於此便不再贅述。
圖2A是依照本發明的另一實施例的一種輕量化太陽能電池模組的背視示意圖。圖2B是圖2A中支撐桿的示意圖。圖2C是圖2A中輕量化太陽能電池模組的剖面示意圖，其中圖2C僅示意性表示各構件的相對配置關係，而各構件的相對尺寸(如厚度)不限於圖2C所繪示者。請參照圖2A至圖2C，輕量化太陽能電池模組200與輕量化太陽能電池模組100相似，且相似或相同的元件以相同的標號表示，於此不再贅述。輕量化太陽能電池模組200與輕量化太陽能電池模組100的主要差異在於，輕量化太陽能電池模組200進一步包括框架210以及一支以上支撐桿220。圖2A繪示1條支撐桿220，但支撐桿220的數量可視實際需求改變，而不限於圖2A所繪示者。
框架210環繞設置在太陽能電池單元110的周圍，且框架210可具有凹槽C，以容納蓋板140、背板150及兩者之間的元
件(如第一封裝膜120、第二封裝膜130、太陽能電池單元110、第一連接帶160、第二連接帶170以及匯流帶180)以及支撐桿220。凹槽C與上述元件(包括蓋板140、背板150、第一封裝膜120以及第二封裝膜130)之間可具有空隙G，且空隙G中可填充有未繪示的泡棉，但不以此為限。
支撐桿220設置在背板150下且與框架210的相對兩邊固定。支撐桿220適於支撐背板150以避免位於其上之元件受重力或外界環境之影響而產生形變。
在本實施例中，支撐桿220例如是藉由多個鎖固件230與框架210固定。鎖固件230可以是任何適於固定鎖固件230與框架210的元件。舉例而言，當鎖固件230為螺絲時，框架210以及支撐桿220可分別具有用以容納鎖固件230的開孔212、222，且開孔212、222可對應螺絲形成螺紋。在本實施例中，鎖固件230由平行於太陽能電池單元110的方向鎖固支撐桿220與框架210，但不以此為限。如圖3所示，輕量化太陽能電池模組300的鎖固件230也可由垂直於太陽能電池單元110的方向鎖固支撐桿220與框架210。
支撐桿220還可進一步藉由黏合材料AD而貼附於背板150的底面S3。黏合材料AD例如是雙面膠或矽膠(silicone)，但不以此為限。在本實施例中，支撐桿220還可具有用以容納黏合材料AD(參見圖2C)的多條溝槽T(參見圖2B)，且可先將黏合材料AD塗佈於溝槽T之後，再將支撐桿220貼附於背板150的底面
S3。
支撐桿220的材質可採用鋁，以達到輕量的效果。此外，支撐桿220還可形成多個鏤空結構HS以進一步輕量化。應說明的是，框架210以及支撐桿220的結構及其連接形態不限於圖2A至圖2C或圖3所繪示者，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可調變框架210以及支撐桿220的結構及其連接形態。舉例而言，在另一實施例中，支撐桿220可形成有凸出部，而框架210可對應形成用以容納凸出部的凹槽。如此，可省略鎖固件230的設置。
綜上所述，在本發明的上述實施例中，由於碳化矽層本身的硬度高，有助於提升太陽能電池單元耐環境衝擊的能力，因此，藉由適當地降低蓋板的厚度，本發明的輕量化太陽能電池模組可兼具重量輕及可靠性高的優點。
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，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。
100‧‧‧輕量化太陽能電池模組
110‧‧‧太陽能電池單元
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SB‧‧‧非受光面
Claims (10)
- 一種輕量化太陽能電池模組，包括：多個串聯的太陽能電池單元，各該太陽能電池單元包括：一太陽能電池，具有一受光面以及與該受光面相對的非受光面；以及一碳化矽層，設置在該非受光面上，其中該碳化矽層與該太陽能電池的該非受光面直接接觸；一第一封裝膜，位於該些太陽能電池單元上；一第二封裝膜，位於該些太陽能電池單元下；一蓋板，位於該第一封裝膜上，且該蓋板的厚度落在0.5毫米至2.5毫米的範圍內；以及一背板，位於該第二封裝膜下，其中該太陽能電池包括一光電轉換層、一第一電極層、一第二電極層、一絕緣層以及一背電極層，該光電轉換層具有一第一表面以及一第二表面，且該第一表面位於該受光面與該第二表面之間，該第一電極層設置在該第一表面上，該絕緣層設置在該第二表面上且具有多個開口，該背電極層設置在至少部分該些開口中，且該碳化矽層設置在該背電極層下，其中該碳化矽層與該第二電極層彼此不重疊。
- 如申請專利範圍第1項所述的輕量化太陽能電池模組，其中該光電轉換層是由P型摻雜層及N型摻雜層堆疊形成的PN接 面結構或由P型摻雜層、本質層、N型摻雜層堆疊形成的PIN接面結構。
- 如申請專利範圍第1項所述的輕量化太陽能電池模組，其中該太陽能電池更包括一抗反射層，該抗反射層設置在該第一表面上且位於該第一電極層以外的區域。
- 如申請專利範圍第1項所述的輕量化太陽能電池模組，其中該碳化矽層的厚度落在20微米至50微米的範圍內。
- 如申請專利範圍第1項所述的輕量化太陽能電池模組，更包括：多條第一連接帶，沿一第一方向串聯該些太陽能電池單元，而形成多條沿一第二方向排列的電池串，其中各該第一連接帶具有一第一部分、一第二部分以及一第三部分，該第一部分設置在其中一太陽能電池的該非受光面上，且該碳化矽層暴露出該第一部分，該第二部分設置在另一太陽能電池的該受光面上，而該第三部分連接該第一部分與該第二部分；多條第二連接帶，設置在各該電池串的相對兩末端的該些太陽能電池上，其中與該些第一部分連接至相同的太陽能電池的該些第二連接帶設置在該太陽能電池的該受光面上，且與該些第二部分連接至相同的太陽能電池的該些第二連接帶設置在該太陽能電池的該非受光面上，而該些太陽能電池單元的該些碳化矽層更暴露出設置在該非受光面上的該些第二連接帶；以及多條匯流帶，與該些第二連接帶連接，以串聯該些電池串。
- 如申請專利範圍第1項所述的輕量化太陽能電池模組，更包括：一框架，環繞設置在該些太陽能電池單元的周圍；以及一支以上支撐桿，設置在該背板下，且與該框架的相對兩邊固定。
- 如申請專利範圍第6項所述的輕量化太陽能電池模組，其中該一支以上支撐桿藉由多個鎖固件與該框架固定。
- 如申請專利範圍第6項所述的輕量化太陽能電池模組，其中該一支以上支撐桿藉由一黏合材料而貼附於該背板的底面。
- 如申請專利範圍第8項所述的輕量化太陽能電池模組，其中該一支以上支撐桿具有容納該黏合材料的多條溝槽。
- 如申請專利範圍第6項所述的輕量化太陽能電池模組，其中該一支以上支撐桿的材質包括鋁。
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