TWI825127B - 太陽能電池模組 - Google Patents
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Abstract
一種太陽能電池模組，包含一基板，及一太陽能電池單元。該太陽能電池單元包括多個沿一延伸方向排列並以串聯的方式電連接的薄膜太陽能電池，每一薄膜太陽能電池鋪設於該基板上，並具有一沿該延伸方向所量測的寬度，其中一個所述薄膜太陽能電池的寬度與至少其中另一個的寬度不同。利用寬度不同的太陽能電池的設計，調控模組的短路電流，有效提升太陽能電池單元的光電轉換效率。
Description
本發明是有關於一種電池模組，特別是指一種太陽能電池模組。
參閱圖1，一種傳統的太陽能電池模組11，通常被架設在廣闊而平坦的地面，並朝向天空，以便在白天時能充份吸收陽光並轉換為電能。傳統的太陽能電池模組11通常成矩形，並包括一基板111，及多個形成於該基板111上且彼此串聯的太陽能電池112。圖1的每一太陽能電池112以長方形為例，且所述太陽能電池112的寬度T1相同。
近年來，隨著綠能產業的蓬勃發展，該太陽能電池模組11還能應用於一建築體，例如，作為屋頂或側牆，讓建築體自身也能在受陽光照射時產電。為了因應該建築體的外觀變化，除了傳統的矩形太陽能電池模組11外，還發展出一切割自傳統矩形太陽能電池模組11，而成三角形或梯形等形狀的太陽能電池模組。
參閱圖2，因此，以成三角形的太陽能電池模組12為例說明，便包括多個寬度T2相同，但形狀不同的太陽能電池122。該等太陽能電池122中，其中一太陽能電池122為三角形，其他的太陽能電池122為梯形。由於成三角形和梯形的太陽能電池122的寬度T2(即數學定義中，三角形的高與梯形的高)都相同，所以，成三角形的太陽能電池122面積最小。
然而，該太陽能電池模組12的光電轉換效率與該模組12的短路電流(Isc)成正相關，而該模組12的短路電流與該等太陽能電池122的面積有關，並由面積最小的該太陽能電池122所決定。受限於成三角形的該太陽能電池122的面積太小，造成該模組12整體的短路電流也很小，導致成三角形的太陽能電池模組12的光電轉換效率差。
因此，本發明之目的，即在提供一種至少能夠克服先前技術的缺點的太陽能電池模組。
於是，本發明太陽能電池模組，包含一基板，及一太陽能電池單元。
該太陽能電池單元包括多個沿一延伸方向排列並以串聯的方式電連接的薄膜太陽能電池，每一薄膜太陽能電池鋪設於該
基板上，並具有一沿該延伸方向所量測的寬度，其中一個所述薄膜太陽能電池的寬度與其中至少另一個的寬度不同。
本發明之功效在於：利用寬度不同的太陽能電池的設計，能調整模組的短路電流值，進而提升模組整體的光電轉換效率。
2:基板
3:太陽能電池單元
31:第一側邊
32:第二側邊
33:第三側邊
34:第四側邊
35:薄膜太陽能電池
351:第一電極層
352:光伏半導體層
353:第二電極層
51:背電極薄膜
52:光伏吸收薄膜
521:貫孔
53:正電極薄膜
P1:第一切割道
P2:第二切割道
P3:第三切割道
W1:寬度
X:延伸方向
本發明之其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現，其中：圖1是一俯視示意圖，說明習知一成矩形的太陽能電池模組；圖2是一俯視示意圖，說明習知一成三角形的太陽能電池模組；圖3是一俯視示意圖，說明本發明太陽能電池模組的一第一實施例；圖4是沿圖3之一線4-4的剖視示意圖；圖5是一剖視示意圖，說明一背電極薄膜形成於一基板上；圖6是一剖視示意圖，說明沿一第一切割道移除該背電極薄膜的一部分，以形成數個第一電極層；圖7是一剖視示意圖，說明一光伏吸收薄膜形成於該等第一電極層上；圖8是一剖視示意圖，說明沿一第二切割道移除該光伏吸收薄
膜的一部分；圖9是一剖視示意圖，說明於該餘留的光伏吸收薄膜上形成一正電極薄膜；圖10是一剖視示意圖，說明沿一第三切割道移除該光伏吸收薄膜與該正電極薄膜的一部分，形成多個薄膜太陽能電池；及圖11是一俯視示意圖，說明本發明太陽能電池模組的一第二實施例。
在本發明被詳細描述之前，應當注意在以下的說明內容中，類似的元件是以相同的編號來表示。
參閱圖3與圖4，本發明太陽能電池模組之一第一實施例，包含一成梯形的基板2，及一鋪設於該基板2上的太陽能電池單元3。
該基板2的材料例如但不限制為玻璃、塑膠，或不鏽鋼。
該太陽能電池單元3與該基板2的形狀相符而同成梯形，並形成在該基板2上。該太陽能電池單元3具有一第一側邊31、一平行且與該第一側邊31間隔的第二側邊32，及分別連接該第一側邊31與該第二側邊32的一第三側邊33與一第四側邊34。
該太陽能電池單元3包括多個沿一延伸方向X排列並以串聯的方式電連接的薄膜太陽能電池35。該延伸方向X是指自該第二側邊32往該第一側邊31的方向。
每一薄膜太陽能電池35包括一形成於該基板2上且作為一背電極的第一電極層351、一形成於該第一電極層351上的光伏半導體層352，及一形成於該光伏半導體層352上且可透光而作為一正電極的第二電極層353。每一薄膜太陽能電池35都成一梯形，並鋪設於該基板2上。每一薄膜太陽能電池35具有一沿該延伸方向X所量測的寬度W1(也就是數學定義中，該梯形的「高」)。該等薄膜太陽能電池35的所述寬度W1都不同，且沿該延伸方向X漸變。具體而言，該等薄膜太陽能電池35的所述寬度W1沿該延伸方向X漸增。此外，該等薄膜太陽能電池35的面積相同。所述薄膜太陽能電池35的光伏半導體層352的材料相同，且所述光伏半導體層352的材料包括銅銦鎵硒系半導體、非晶矽系半導體，或碲化鎘。此外，於本實施例的其他變化態樣中，所述光伏半導體層352可為一疊置多層半導體薄膜的多層結構。
更具體地，所述薄膜太陽能電池35的串聯方式為：沿該延伸方向X之任兩相鄰的所述薄膜太陽能電池35中，後一個薄膜太陽能電池35的光伏半導體層352除了覆蓋該第一電極層351之外，還覆蓋前一個薄膜太陽能電池35的第一電極層351的一部
分；後一個薄膜太陽能電池35的第二電極層353能穿設於該前一個薄膜太陽能電池35的光伏半導體層352並直接接觸前一個薄膜太陽能電池35的第一電極層351。在該第一實施例中，每一薄膜太陽能電池35的寬度W1指的是該第二電極層353表面之沿該延伸方向X的寬度W1。
利用該太陽能電池單元3的薄膜太陽能電池35的寬度W1不同的設計，能調整所述薄膜太陽能電池35的面積為相同，進而使得模組的短路電流不會如同傳統的太陽能電池模組地，必須受限於最小的薄膜太陽能電池的面積，進而有效提升本發明之模組的光電轉換效率。而且無論對於矩形或非矩形模組之光電轉換效率之提升都有幫助，尤其是對於例如圖2會切割出面積過小的電池的非矩形模組而言，更有幫助。
需說明的是，在該太陽能電池模組中，依據該太陽能電池模組的形狀，該太陽能電池單元3包括三個以上的薄膜太陽能電池35，只要其中一個所述薄膜太陽能電池35的寬度W1與其中另一個的寬度W1不同，即可達到該太陽能電池模組能維持高光電轉換效率的功效。
另一方面，當該太陽能電池模組需將電能傳輸出來時，通常是在該太陽能電池模組上形成兩條以金屬材質製成的導線(圖未示出)。其中一條所述導線電連接於成串聯的第一個薄膜太陽
能電池35，而另一條所述導線形成於成串聯的最後一個薄膜太陽能電池35。由於所述導線為此技術領域人士所熟知，因此不再詳述。
參閱圖5~圖10，該第一實施例的製作方法如下：首先，在該成梯形的基板2表面整面性地形成一背電極薄膜51；再於該背電極薄膜51上沿一第一切割道P1移除位於該第一切割道P1的背電極薄膜51，並供位於該第一切割道P1的基板2裸露，而形成所述第一電極層351；接著，在所述第一電極層351及該裸露的基板2上整面性地形成一光伏吸收薄膜52；接著，再於該光伏吸收薄膜52上沿一不同於該第一切割道P1的第二切割道P2，移除位於該第二切割道P2的光伏吸收薄膜52，而形成數個供該等第一電極層351部分區域裸露的貫穿孔521；然後，在該餘留的光伏吸收薄膜52上整面性地形成一可透光的正電極薄膜53，該正電極薄膜53還填充於所述貫穿孔521；再於該正電極薄膜53上沿一不同於該第一切割道P1與該第二切割道P2的第三切割道P3，移除位於該第三切割道P3的該光伏吸收薄膜52與該正電極薄膜53，以形成所述光伏半導體層352與所述第二電極層353，而完成該太陽能電池模組的製作。
參閱圖11，本發明太陽能電池模組的一第二實施例與該第一實施例相似，其不同處在於，該第二實施例的太陽能電池單
元3的形狀為三角形，且該基板2與該太陽能電池單元3形狀相符。
該太陽能電池單元3具有相連接的第一側邊31、第二側邊32，及第三側邊33。本第二實施例的該延伸方向X垂直於該第三側邊33，該等薄膜太陽能電池35沿該延伸方向X排列，其中一個位於三角形模組之頂角的薄膜太陽能電池35成三角形，其餘薄膜太陽能電池35成梯形。因為所述薄膜太陽能電池35的寬度W1沿該延伸方向X漸增，所以，成三角形的薄膜太陽能電池35的寬度W1(也就是數學定義上的「高」)最大。
以下用具體例及比較例的實驗數據，佐證本案功效。
[具體例1]
參閱圖3，具體例1之基板2與太陽能電池單元3為形狀相同之梯形。該太陽能電池單元3包括七個等面積且相串聯的薄膜太陽能電池35。該太陽能電池單元3的第三側邊33垂直於該第一側邊31與第二側邊32，該第四側邊34相對於該第一側邊31夾一成120度的夾角，且該太陽能電池單元3的第三側邊33的長度(也就是數學定義上的「高」)為3a，該第一側邊31的長度為a。
[具體例2]
參閱圖11，具體例2之基板2與太陽能電池單元3為形狀相同之正三角形。該太陽能電池單元3包括七個等面積且相串聯的薄膜太陽能電池35。該太陽能電池單元3的第一側邊31、第
二側邊32及第三側邊33的邊長皆為a。
[比較例1]
比較例1與具體例1相似，其不同處在於，比較例1的薄膜太陽能電池35沿該延伸方向X的寬度都相同。
[比較例2]
比較例2與具體例2相似，其不同處在於，比較例2的薄膜太陽能電池35沿該延伸方向X的寬度都相同。
以下，以IEC 61215的量測規範量測具體例1~2與比較例1~2，並以表1列出具體例1~2與比較例1~2的太陽能電池單元3的總面積、面積最小的薄膜太陽能電池35的面積、模組開路電壓、模組電流密度、模組短路電流、填充因子，及計算所得的光電轉換效率。其中，該太陽能電池單元3的總面積與最小的薄膜太陽能電池35的面積是利用邊長與夾角計算而得；模組短路電流是模組電流密度與最小薄膜太陽能電池35之面積的乘積。該太陽能電池模組的光電轉換效率是模組的開路電壓、模組短路電流及模組填充因子的一乘積與照光強度及該太陽能電池單元3總面積的一乘積的比值，其中，照光強度是依據標準測試條件(Standard Test Conditions,STC)所規範之AM(air mass)為1.5，正常入射下輻照度為1000W/m2，及太陽能電池模組的温度為25℃。由於所述第一、二、三切割道P1、P2、P3(圖6、圖8、圖10)很窄，
故其間所形成的一無效區域的面積很小，在表1中的計算數值省略計算該無效區域的面積，且省略計算該第三切割道P3的寬度。也就是視所述薄膜太陽能電池35的寬度W1的總和等於該太陽能電池單元3的高。
從表1可以得知。具體例1的模組短路電流及模組光電轉換效率大於比較例1的模組光電轉換效率；具體例2的模組短路電流及模組光電轉換效率大於比較例2的模組光電轉換效率。因此，當該太陽能電池單元3的總面積相等時，利用等面積畫分出所述薄膜太陽能電池35，避免有面積太小的電池35存在，能使得每一電池35的短路電流大致相同，以獲得較高的模組光電轉換效率；相對地，傳統利用等寬度畫分的所述薄膜太陽能電池122(如圖2)，由於受限於最小面積的薄膜太陽能電池122(如圖2)的短路電流值，造成模組整體的短路電流較小，故其光電轉換效率明顯較低。
要注意的是，該太陽能電池單元3的側邊數目不限於
三個或四個，在本實施例的其他變化態樣中，也可以是超過四個側邊的多邊形，或該太陽能電池單元3具有三個以上的側邊，且為不規則形、圓形、橢圓形、矩形、菱形……等。
綜上所述，本發明太陽能電池模組，利用至少二個所述薄膜太陽能電池35的寬度W1不同，能調整所述薄膜太陽能電池35的面積較平均，以維持模組短路電流不降低，進而維持高光電轉換效率，故確實能達成本發明之目的。除此之外，當每一薄膜太陽能電池35的面積都相同時，即便該太陽能電池單元3的形狀不同，也能確保該太陽能電池模組能具有固定的光電轉換效率。
惟以上所述者，僅為本發明之實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，凡是依本發明申請專利範圍及專利說明書內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。
2:基板
3:太陽能電池單元
31:第一側邊
32:第二側邊
33:第三側邊
34:第四側邊
35:薄膜太陽能電池
W1:寬度
X:延伸方向
Claims (10)
- 一種太陽能電池模組，包含：一基板；及一太陽能電池單元，包括多個沿一延伸方向排列並以串聯的方式電連接的薄膜太陽能電池，每一該等薄膜太陽能電池鋪設於該基板上，並具有一沿該延伸方向所量測的寬度，其中一個所述薄膜太陽能電池的該寬度與其中至少另一個的該寬度不同。
- 如請求項1所述的太陽能電池模組，其中，該太陽能電池單元的每一薄膜太陽能電池的面積相同。
- 如請求項1或2所述的太陽能電池模組，其中，該等薄膜太陽能電池的所述寬度沿該延伸方向漸增。
- 如請求項3所述的太陽能電池模組，其中，該太陽能電池單元的每一薄膜太陽能電池包括一形成於該基板上的第一電極層、一形成於該第一電極層上的光伏半導體層，及一形成於該光伏半導體層上的第二電極層，所述薄膜太陽能電池藉由前一個薄膜太陽能電池的第一電極層直接接觸後一個薄膜太陽能電池的第二電極層的形式串聯。
- 如請求項4所述的太陽能電池模組，其中，所述薄膜太陽能電池的所述光伏半導體層的材料相同，且所述光伏半導體層的材料包括銅銦鎵硒系半導體、非晶矽系半導體，或碲化鎘。
- 如請求項5所述的太陽能電池模組，其中，該太陽能電池單元具有至少三個相連接的側邊。
- 如請求項6所述的太陽能電池模組，其中，該基板的材料為玻璃、塑膠，或不鏽鋼。
- 如請求項1所述的太陽能電池模組，其中，該太陽能電池單元的形狀為非矩形。
- 如請求項8所述的太陽能電池模組，其中，該太陽能電池單元成梯形，並具有一第一側邊，一與該第一側邊平行且間隔的第二側邊，及彼此間隔且連接該第一側邊與該第二側邊的一第三側邊與一第四側邊，該延伸方向是指自該第二側邊往該第一側邊的方向。
- 如請求項8所述的太陽能電池模組，其中，該太陽能電池單元成三角形，並具有相連接的第一側邊、第二側邊，及一第三側邊，該延伸方向垂直於該第三側邊。
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