TWM446974U - 太陽能電池模組 - Google Patents

Description

太陽能電池模組

本創作是有關於一種電池模組，且特別是有關於一種太陽能電池模組。

在石化能源短缺以及能源需求量與日俱增的情況下，再生能源(Renewable energy)的開發成為當今非常重要的課題之一。再生能源泛指永續且無污染的天然能源，例如太陽能、風能、水利能、潮汐能或是生質能等，其中，太陽能的利用更是近幾年來在能源開發的研究上相當重要且受歡迎的一環。

太陽能電池是一種能量轉換的光電元件(photovoltaic device)，其透過太陽光的照射，將光的能量轉換成電能。太陽能電池的種類包括單晶矽、多晶矽、非晶矽、薄膜以及染料太陽能電池。以單晶矽太陽能電池為例，其是利用P型半導體當作基板，並且在基板中掺入五價的摻雜原子，例如是磷原子，以在P型基板中形成P-N接面。眾所皆知地，P-N接面具有一個內建電位，並且可以在接面處產生空乏區。當太陽光照在此具有P-N接面的P型基板上時，光子所提供的能量會把半導體中的電子激發出來，而產生電子-電洞對。電子與電洞均會受到內建電位的影響，其中電洞會往電場的方向移動，而電子則往相反的方向移動。此時，用導線將負載(load)與太陽能電池之電極連 接起來，就會有電流流過負載，這就是太陽能電池發電的原理，又稱為光伏效應(photovoltaic effect)。

由於太陽能電池不會產生污染，並且也不耗費地球資源。因此，太陽能電池日益地受眾人矚目與關切，而使得眾家廠商紛紛投入太陽能電池的市場。如此一來，若欲提升產品的競爭力，必須研發具有更佳發電效率的太陽能電池。

本創作提供一種太陽能電池模組，其具有良好的發電效率。

本創作提出一種太陽能電池模組，其包括太陽能電池元件、第一封裝膜、蓋板、熱輻射材料層或是具有熱輻射材料的封裝膜以及背板。太陽能電池元件包括第一電極層、光電轉換層、第二電極層以及多個金屬電極。第一電極層與第二電極層分別位於光電轉換層相對的第一表面與第二表面上。金屬電極位於第二表面上且與第二電極層電性連接。第一封裝膜位於第一表面上且覆蓋光電轉換層，其中第一電極層位於第一封裝膜與光電轉換層之間。第一封裝膜位於太陽能電池元件與蓋板之間。熱輻射材料層或是具有熱輻射材料的封裝膜位於第二表面上且覆蓋部分的第二電極層。熱輻射材料層至少曝露出金屬電極。熱輻射材料層或是具有熱輻射材料的封裝膜位於太陽能電池元件與背板之間。

在本創作之一實施例中，前述之太陽能電池模組更包括位於熱輻射材料層與背板之間的第二封裝膜。。

在本創作之一實施例中，前述之光電轉換層是由P型摻雜層及N型摻雜層堆疊形成的PN接面結構；由P型摻雜層、本質層、N型摻雜層堆疊形成的PIN接面結構；或由PN接面結構以及PIN接面結構重複排列之串疊結構。

在本創作之一實施例中，前述之熱輻射材料層的厚度介於20微米至50微米之間。

在本創作之一實施例中，前述之熱輻射材料或熱輻射材料層的材料包括碳化矽(SiC)微粒子。

基於上述，本創作藉由在太陽能電池元件與背板之間提供熱輻射材料層，或是在太陽能電池元件與背板之間提供具有熱輻射材料的封裝膜，來提升太陽能電池模組的熱輻射率。如此，可有效地將太陽能電池元件的熱排出太陽能電池模組外，並降低高溫對於太陽能電池元件發電效率的干擾，進而使太陽能電池模組具有良好的發電效率。

為讓本創作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是依照本創作一實施例之太陽能電池模組的剖面示意圖。請參照圖1A，本實施例之太陽能電池模組100包括太陽能電池元件110、第一封裝膜120、蓋板130、熱輻射材料層140、第二封裝膜150以及背板160。

太陽能電池元件110可以是矽質太陽能電池、化合物半導體太陽能電池、染料太陽能電池或薄膜太陽能電池，其中矽質太陽能電池可包括單晶矽、多晶矽以及非晶矽太陽能電池。此外，太陽能電池元件110具有受光面SA以及非受光面SB。所述“受光面”SA是指太陽能電池元件110中之面向太陽的表面，而非受光面SB為太陽能電池元件110中相對於受光面SA的表面。

進一步而言，太陽能電池元件110包括第一電極層10、光電轉換層20、第二電極層30以及多個金屬電極40。

第一電極層10與第二電極層30分別位於光電轉換層20相對的第一表面S1與第二表面S2上。在本實施例中，光電轉換層20例如是由P型摻雜層22及N型摻雜層24堆疊形成的PN接面結構，但本創作不限於此。在其他未繪示的實施例中，光電轉換層亦可以是由P型摻雜層、本質層、N型摻雜層堆疊形成的PIN接面結構，又或者，光電轉換層可以是由PN接面結構以及PIN接面結構重複排列之串疊結構。

此外，光電轉換層20的表面可以設計為織化(textured)表面，以提高太陽光的吸收，如圖1A中的鋸齒狀表面所示，但本創作並不限定光電轉換層20的表面需為織化表面。

形成第一電極層10、第二電極層30以及金屬電極40的方法可以是網版印刷，而第一電極層10、第二電極層30以及金屬電極40的材質可以是鋁導電膠、鋁膠或銀-鋁 膠，但本創作不用以限定形成第一電極層10、第二電極層30以及金屬電極40的形成方法或是第一電極層10、第二電極層30以及金屬電極40的材質。舉例而言，在其他實施例中，第一電極層10以及第二電極層30的材質亦可為透明導電材質，其中透明導電材質例如為金屬氧化物。

另外，第一電極層10鄰近設置於太陽能電池元件110之受光面SA的一側。一般而言，為減少第一電極層10遮蔽入射光的比例，第一電極層10通常是設計成具有特殊圖案的結構，其包括橫貫光電轉換層20的匯流電極12(busbar)以及由匯流電極12延伸出多條很細的指狀(finger)電極(未繪示)。進一步而言，匯流電極12沿第一方向X延伸且沿第二方向Y排列，而指狀電極沿第二方向Y延伸且沿第一方向X排列。

一般而言，匯流電極12與指狀電極垂直設置，意即，第一方向X垂直於第二方向Y，但本創作不用以限定第一方向X與第二方向Y所夾的角度以及第一電極層10的圖案。在其他實施例中，第一電極層10的圖案亦可以是格子狀、條紋狀或其他適於收集載子的圖案。

第二電極層30鄰近設置於太陽能電池元件110之非受光面SB的一側。第二電極層30例如為一般所謂的後表面電場(Back Surface Field,BSF)金屬層，用以增加載子的收集以及回收未被吸收的光子。此外，金屬電極40位於第二表面S2上且與第二電極層30電性連接，以匯集第二電極層30所收集的電流。

在本實施例中，熱輻射材料層140位於第二表面S2上且位於太陽能電池元件110與第二封裝膜150之間。此外，熱輻射材料層140覆蓋部分的第二電極層30且曝露出金屬電極40。進一步而言，熱輻射材料層140與金屬電極40之間相隔一空隙G。

以下將針對熱輻射材料層140與其他膜層之相對配置位置作進一步的說明。圖1B是圖1A的下視示意圖，意即，圖1B繪示位於非受光面SB一側的膜層。為便於說明，圖1B省略繪示圖1A中的背板。

請參照圖1A及圖1B，本實施例之熱輻射材料層140與金屬電極40之間具有空隙G，意即，熱輻射材料層140曝露出金屬電極40。如此，在後續進行焊接製程以串聯多個太陽能電池時，可避免高低差所造成之破片的問題，進而可提升太陽能電池模組100的良率。

在習知未設置熱輻射材料層的技術中，太陽能電池元件是藉由封裝膜將熱透過傳導的方式導出太陽能電池模組外。而在封裝膜的熱傳導率以及熱輻射率皆不佳的情況下，太陽能電池元件將無法有效地散熱。由於太陽能電池元件的發電效率會隨著溫度的增加而降低，因此在習知的太陽能電池元件無法有效地散熱下，無法有效地提升太陽能電池模組的發電效率。

在本實施例中，熱輻射材料層140的熱輻射率大於0.8。此外，熱輻射材料層140的材料包括碳化矽微粒子，其中碳化矽微粒子的尺寸約為奈米等級，但本創作不用以 限定碳化矽微粒子的尺寸。另外，本實施例之熱輻射材料層140更包括樹脂(Resin)，其中碳化矽微粒子散佈在樹脂中。此技術領域中具有通常知識者當可依據實際需求來調變碳化矽微粒子與樹脂的混合比例，於此便不再贅述。

值得一提的是，所述熱輻射材料層140除了具有高熱輻射率之外，其亦具有良好的熱傳導率。因此，本實施例利用熱輻射材料層140的設置(例如是位於太陽能電池元件110與第二封裝膜150之間)，可將太陽能電池元件110的熱透過輻射以及傳導的方式導出太陽能電池模組外。如此，太陽能電池元件110便可有效地散熱，並具有良好的發電效率。經實際測試，相較於習知未設置熱輻射材料層的技術，本實施例可有效地降低太陽能電池元件110的溫度約攝氏10度，並提升發電效率3%~4%。

需說明的是，太陽能電池元件110的放熱量與熱輻射材料層140之熱輻射率以及熱傳導率相關。具體而言，熱輻射率與熱輻射材料層的材料本身特性相關，而熱傳導率與熱輻射材料層140的厚度D140呈反比。換言之，熱傳導率會隨著熱輻射材料層140之厚度D140的增加而降低。在本實施例中，熱輻射材料層140的厚度例如是介於20微米至50微米之間。

此外，太陽能電池元件110的放熱量還與熱輻射材料層140配置的位置相關。具體而言，越接近太陽能電池元件110的溫度越高。一般而言，封裝膜(例如是第二封裝膜150)之熱輻射率會低於熱輻射材料層140之熱輻射率， 因此熱輻射材料層140較佳是設置於第二封裝膜150與太陽能電池元件110之間，以達到較佳的散熱效果，然而，本創作不限於此。在其他實施例中，熱輻射材料層140亦可位於第二封裝膜150遠離太陽能電池元件110的一側，意即，第二封裝膜150位於太陽能電池元件110與熱輻射材料層140之間。

在本實施例中，第一封裝膜120以及第二封裝膜150分別覆蓋受光面SA以及非受光面SB。進一步而言，第二封裝膜150更覆蓋熱輻射材料層140。此外，第一封裝膜120位於太陽能電池元件110與蓋板130之間，且第二封裝膜150位於太陽能電池元件110與背板160之間。第一封裝膜120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。在本實施例中，第二封裝膜150的材料可與第一封裝膜120的材料相同，但本創作不限於此。第一封裝膜120與第二封裝膜150可將太陽能電池元件110密封於蓋板130與背板160之間，進而降低外在環境對太陽能電池元件110的干擾。

蓋板130以及背板160可提升太陽能電池模組的可靠度，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。背板160的材料可包括玻璃或聚碳酸酯(Polycarbonate,PC)。進一步而言，背板160可以與蓋板130同為低鐵玻璃基板或是為強化玻璃基板。

需說明的是，上述實施方式僅用以舉例說明，而本創作並不限於此。任何所屬技術領域中具有通常知識者皆可視實際需求對太陽能電池模組100進行改良。以下將以圖2說明本創作之太陽能電池模組的另一實施態樣。

圖2是依照本創作另一實施例之太陽能電池模組的剖面示意圖。請參照圖2，本實施例之太陽能電池模組200與圖1A之太陽能電池模組100具有相似的結構。兩者主要差異處在於，本實施例之太陽能電池元件110與背板160之間是配置具有熱輻射材料的封裝膜150A，其中製備封裝膜150A的方法例如是藉由將熱輻射材料(包括碳化矽微粒子)添加進前述之第二封裝膜150(繪示於圖1A)的材料中，並透過例如是攪拌的方式使碳化矽微粒子均勻地散佈於第二封裝膜150的材料中。

在本實施例中，透過具有熱輻射材料之封裝膜150A的設置，太陽能電池元件110亦可有效地散熱。簡言之，太陽能電池模組200亦可透過輻射以及傳導的方式將太陽能電池元件110的熱導出太陽能電池模組200外。如此，太陽能電池元件110便可有效地散熱，進而使太陽能電池模組200具有良好的發電效率。

綜上所述，本創作在太陽能電池元件與背板之間形成熱輻射材料層或是具有熱輻射材料的封裝膜，來提升太陽能電池模組的熱輻射率，以有效地將太陽能電池元件的熱排出太陽能電池模組外。如此，可降低高溫對於太陽能電池元件發電效率的干擾，進而使太陽能電池模組具有良好 的發電效率。此外，透過熱輻射材料層形成於金屬電極以外的位置，在後續進行焊接製程以串聯多個太陽能電池時，可降低破片的問題，並進一步提升太陽能電池模組的良率。

雖然本創作已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本創作，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本創作之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，故本創作之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

100、200‧‧‧太陽能電池模組

110‧‧‧太陽能電池元件

120‧‧‧第一封裝膜

130‧‧‧蓋板

140‧‧‧熱輻射材料層

150‧‧‧第二封裝膜

150A‧‧‧封裝膜

160‧‧‧背板

10‧‧‧第一電極層

12‧‧‧匯流電極

20‧‧‧光電轉換層

22‧‧‧P型摻雜層

24‧‧‧N型摻雜層

30‧‧‧第二電極層

40‧‧‧多個金屬電極

D140‧‧‧厚度

G‧‧‧空隙

SA‧‧‧受光面

SB‧‧‧非受光面

S1‧‧‧第一表面

S2‧‧‧第二表面

X‧‧‧第一方向

Y‧‧‧第二方向

圖1A是依照本創作一實施例之太陽能電池模組的剖面示意圖。

圖1B是圖1A的下視示意圖。

圖2是依照本創作另一實施例之太陽能電池模組的剖面示意圖。

100‧‧‧太陽能電池模組

110‧‧‧太陽能電池元件

120‧‧‧第一封裝膜

130‧‧‧蓋板

140‧‧‧熱輻射材料層

150‧‧‧第二封裝膜

160‧‧‧背板

10‧‧‧第一電極層

12‧‧‧匯流電極

20‧‧‧光電轉換層

22‧‧‧P型摻雜層

24‧‧‧N型摻雜層

30‧‧‧第二電極層

40‧‧‧金屬電極

D140‧‧‧厚度

G‧‧‧空隙

SA‧‧‧受光面

SB‧‧‧非受光面

S1‧‧‧第一表面

S2‧‧‧第二表面

X‧‧‧第一方向

Y‧‧‧第二方向

Claims (5)

1. 一種太陽能電池模組，包括：一太陽能電池元件，包括一第一電極層、一光電轉換層、一第二電極層以及多個金屬電極，其中該第一電極層與該第二電極層分別位於該光電轉換層相對的一第一表面與一第二表面上，該些金屬電極位於該第二表面上且與該第二電極層電性連接；一第一封裝膜，位於該第一表面上且覆蓋該光電轉換層，其中該第一電極層位於該第一封裝膜與該光電轉換層之間；一蓋板，其中該第一封裝膜位於該太陽能電池元件與該蓋板之間；一熱輻射材料層或是具有熱輻射材料的封裝膜，位於該第二表面上且覆蓋部分的該第二電極層，該熱輻射材料層至少曝露出該些金屬電極；以及一背板，其中該熱輻射材料層或是該具有熱輻射材料的封裝膜位於該太陽能電池元件與該背板之間。
2. 如申請專利範圍第1項所述之太陽能電池模組，更包括：一第二封裝膜，位於該熱輻射材料層與該背板之間。
3. 如申請專利範圍第1項所述之太陽能電池模組，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；由P型摻雜層、本質層、N型摻雜層堆疊形成的PIN接面結構；或由PN接面結構以及PIN接面結 構重複排列之串疊結構。
4. 如申請專利範圍第1項所述之太陽能電池模組，其中該熱輻射材料層的厚度介於20微米至50微米之間。
5. 如申請專利範圍第1項所述之太陽能電池模組，其中該熱輻射材料或該熱輻射材料層的材料包括碳化矽微粒子。