TWM478243U - 太陽能電池 - Google Patents

Description

太陽能電池

本創作係與一種太陽能電池有關，特別是與一種利用導光板之太陽能電池有關，以聚集太陽光以進入太陽能電池而供光線利用，來提升光電轉換效率。

由於全球氣候變遷、空氣污染問題以及資源日趨短缺之故，利用太陽能源發電做為動力供應主要來源之一，已逐漸取代傳統能源中最主要的石油能源。此外，太陽能源是一種取之不盡，用之不竭的天然能源，除了沒有能源耗盡的疑慮之外，也可以避免能源被壟斷的問題，因此各國積極地發展太陽能的應用科技，期望由增加太陽能源的利用來減低對化石能源的依賴性。太陽能發電更是一種可再生的環保發電方式，發電過程中不會產生二氧化碳等溫室氣體，不會對環境造成污染。這也是近年以矽晶圓為主的太陽能電池市場快速成長的原因。

對於太陽能電池來說，最重要的參數是光電轉換效率，目前在研究單位所研發的矽晶圓式太陽能電池中，單晶矽電池的最高光電轉換效率為29%，多晶矽電池為24%，非晶矽為17%。然而，實際量產時的轉換效率會較上述理論值來得低。因此許多研究單位致力於以矽晶圓為主的太陽能發電技術，企求開發出新的技術，以提昇太陽能電池之光電轉換效率。

然而，目前的太陽能電池內部於光電轉換效率的設計陷入瓶頸，並且開發新的太陽能電池之半導體材料，將使得太陽能電池的成本提高，而不符合經濟效益。因此，許多研究單位希望藉由提高集中太陽光進入太陽能電池的效率，而藉由例如透鏡或反射面鏡的光學設計之方式，來 減少昂貴的太陽能電池之半導體材料的耗用，同時能提高入射至太陽能電池中的太陽光量，以提高太陽光轉換為電能的量，藉此提昇太陽能電池之效率。

因為太陽能電池之晶片與晶片之間的排列並非緊密相連，其在晶片與晶片之間會具有間隙，而入射至間隙中的光線，並不會被轉換成電能，這相當於入射至太陽能電池內的所有光線並未被有效利用。而目前太陽能電池之上方普遍係覆蓋一平板玻璃作為保護作用，所以本創作主要為將平板玻璃進行結構設計，以提昇光線進入太陽能電池之晶片中的效率，而使得原本入射至晶片與晶片的間縫隙的光線導入每一個太陽能電池之晶片中，進而提升太陽能電池之效率。

本創作之一目的係在於提供一種應用導光板之太陽能電池，其可以使得所有入射至太陽能電池中的光線能夠導入每一個太陽能電池之晶片中，以提升太陽能電池之效率。

本創作的其他目的和優點可以從本創作所揭露的技術特徵中得到進一步的了解。

為達上述之一或部份或全部目的或是其他目的，本創作之一實施例的一種太陽能電池，係包括複數太陽能晶片及一導光板。每兩個太陽能晶片之間均具有一間隙。導光板係被設置於這些太陽能晶片之上方，並且與這些太陽能晶片之間具有一間距，並且導光板包括一入光面及一相對於入光面之出光面。出光面係面對太陽能晶片，並且具有複數個第一溝槽，每一個第一溝槽係對應於每兩個太陽能晶片之間的間隙，而每兩個第一溝槽之間係具有一平坦面。

在一較佳實施例中，進一步包含複數個第二溝槽，每一個第二溝槽係對應每一個太陽能晶片，並且第一溝槽之一第一深度大於第二溝槽之一第二深度。其中，第一溝槽之截面形狀或第二溝槽之截面形狀可以為一V型、一弧型或一半圓型，當第一溝槽的截面形狀為V型，第一V型溝槽係具有第一深度，當第二溝槽的截面形狀為V型，第二V型溝槽係具 有第二深度，而當第一溝槽的截面形狀為弧型或半圓型，則第一弧型溝槽或第一半圓形溝槽係具有一第一曲率半徑，當第二溝槽的截面形狀為一弧型或一半圓型時，則第二弧型溝槽或第二半圓形溝槽係具有一第二曲率半徑。

在一實施例中，第一弧型溝槽或第一半圓型溝槽之第一曲率半徑大於第二V型溝槽之第二深度，第一V型溝槽之第一深度大於第二弧型溝槽或第二半圓型溝槽之第二曲率半徑，並且第一弧型溝槽或第一半圓型溝槽之第一曲率半徑大於第二弧型溝槽或第二半圓型溝槽之第二曲率半徑。

在一實施例中，入光面具有複數溝槽，其截面形狀為一V型、一弧型或一半圓型。

在一實施例中，其更包括有一連接出光面及入光面之側面，該側面具有一高反射率之反射膜。

10‧‧‧太陽能晶片

20‧‧‧間隙

100、101、102、103、104、105‧‧‧太陽能電池

200、201、202、203、204、205‧‧‧導光板

210‧‧‧入光面

220‧‧‧出光面

230‧‧‧V型溝槽、第一V型溝槽、第二V型溝槽

231‧‧‧弧型溝槽、第一弧型溝槽、第二弧型溝槽

240‧‧‧平坦面

250‧‧‧(入光面之)溝槽

d‧‧‧深度、第一深度、第二深度

h‧‧‧間距

L、L1‧‧‧光線

R‧‧‧曲率半徑、第一曲率半徑、第二曲率半徑

第一圖為本創作之第一實施例中太陽能電池的截面結構之示意圖。

第二圖為本創作之第二實施例中太陽能電池的截面結構之示意圖。

第三圖為本創作之第三實施例中太陽能電池的截面結構之示意圖。

第四圖為本創作之第四實施例中太陽能電池的截面結構之示意圖。

第五圖為本創作之第五實施例中太陽能電池的截面結構之示意圖。

第六圖為本創作之第六實施例中太陽能電池的截面結構之示意圖。

有關本創作之前述及其他技術內容、特點與功效，可以在配 合參考以下圖式之一較佳實施例的詳細說明中清楚的呈現。以下實施例中所提到的方向用語，例如：上、下、左、右、前或後等，僅是參考附加圖式的方向。因此，其等所使用的方向用語僅是用來說明而不是用來限制本創作。

參照第一圖，其係為本創作之第一實施例的應用導光板200之太陽能電池100的截面結構之示意圖。太陽能電池100具有複數太陽能晶片10，太陽能晶片10係依序排列而形成一太陽能板，但每兩個太陽能晶片10之間均具有一間隙20。導光板200係被設置於這些太陽能晶片10之上方，並且導光板係包括一入光面210及一出光面220，並且出光面220係相對於入光面210並面對這些太陽能晶片10，入光面210則係用以接受來自太陽入射之光線L，並導引光線L由出光面220出射至太陽能晶片10。

出光面220係具有複數個溝槽230，其係利用微溝切削(V-cut)的技術而於出光面220上裁切出複數長條溝槽230，每一條溝槽230均對應這些太陽能晶片10之間的間隙20，並且係位於間隙20之正上方，以利用折射原理來將原本入射至太陽能晶片10之間的間隙20之光線L，折射至太陽能晶片10上。並且每兩個溝槽230之間均具有一平坦面240，而使得來自太陽能晶片10之上方的正向入射之光線L在通過導光板200後，不會受導光板200之溝槽230偏折而進入太陽能晶片10之間的間隙20。因此，無論由任何方向入射之光線L都可以被太陽能晶片10吸收，而達到有效利用光線，以提升太陽能電池100效率之目的。其中每一個溝槽230之截面形狀可以為一V型、一弧型或一半圓型，並且本實施例中溝槽230的截面形狀為V型，V型溝槽230係具有一夾角θ，藉由調整V型溝槽230之夾角θ，或者將V型溝槽230之截面形狀裁切成不對稱，將可以以達到最佳之效果。

此外，導光板200與這些太陽能晶片10之間具有一間距h，藉由適當的調整這段間距h，可以使得導光板200適用於不同規格之太陽能模組中，以將原先入射至太陽能晶片10之間的間隙20的無效光線，導引至太陽能晶片10，以有效利用來自四面八方的光線。

參照第二圖，其係為本創作之第二實施例中應用導光板201 之太陽能電池101的截面結構之示意圖。在本實施例中係利用R-cut技術於出光面220上裁切出複數長條溝槽231，其之截面形狀係為弧形，也可以是半圓形，而弧型溝槽231或半圓形溝槽具有一曲率半徑R。其中弧形溝槽231可以是圓柱型之一部分，也可以是拋物線或部分之雙曲線，亦可將弧型溝槽231裁切成不對稱，或調整溝槽231之大小與形狀，以達成最佳集中光線之效果。

在一較佳實施例中，導光板更具有一第一溝槽及一第二溝槽，第一溝槽係對應每兩個太陽能晶片之間的間隙，第二溝槽係對應每一個太陽能晶片，並且第一溝槽之一第一深度係大於第二溝槽之一第二深度。其中第一溝槽及第二溝槽之截面形狀可以為V型、弧型或半圓形，當第一溝槽及第二溝槽截面形狀為弧型或半圓形時，其分別具有一第一曲率半徑及第二曲率半徑。因此，對於太陽能晶片上方所對應之導光板上所設置之溝槽，若其尺寸設計遵循上述條件，則可以排列組合得到下列實施例：

1.當每兩個太陽能晶片之間的間隙係對應一第一V型溝槽時，而每一個太陽能晶片係對應一第二V型溝槽時，第一V型溝槽之第一深度大於第二V型溝槽之第二深度。

2.如第三圖所示，當每兩個太陽能晶片10之間的間隙20係對應一第一V型溝槽230，而每一個太陽能晶片10係對應一第二弧型溝槽231時，第一V型溝槽230之第一深度d係大於第二弧型溝槽231之第二曲率半徑R。第一V型溝槽230會將原本入射至間隙20之光線L折射至太陽能晶片20上方，以加強入射至太陽能晶片20內的光線能量，而提升太陽能電池102之效率。另外，第二弧形溝槽231可將在導光板202內橫向傳導之光線L1，加以導引而射出導光板202，而進一步提升光線入射至太陽能晶片10之效率。

3.如第四圖所示，當每兩個太陽能晶片10之間的間隙20係對應於一第一弧型溝槽231，而每一個太陽能晶片係對應一第二V型溝槽230時，第一弧型溝槽231之第一曲率半徑R係大於第二V型溝槽230之第二深度d。第一弧型溝槽231會將原本入射至間隙20之光線L，折射至太陽 能晶片20上方，藉此提升太陽能電池103之效率。另外，第二V形溝槽230可將在導光板203內橫向傳導之光線L1，加以導引而射出導光板203，而進一步提升入射至太陽能晶片20內的光線能量。

4.當每兩個太陽能晶片之間的間隙對應於一第一弧型溝槽，而每一個太陽能晶片對應於一第二弧型溝槽時，第一弧型溝槽之第一曲率半徑係大於第二弧型溝槽之第二曲率半徑。

以上設計條件可使太陽能晶片上方正向入射之光線在通過導光板之V型溝槽或弧形溝槽後，減少因偏折過大而進入太陽能晶片之間的間隙之機率，亦可以使得由間隙上方入射之光線更有效地偏折進入太陽能晶片。

如第五圖所示，其係為本創作之第五實施例中應用導光板204之太陽能電池104的截面結構之示意圖。本實施例中利用V-cut與R-cut技術在導光板204之入光面210上裁切複數個長條狀V型溝槽與弧型溝槽250，而以二次光學之設計來提升光學效率，以加強太陽光進入太陽能電池104中晶片10的集光效率。

在一較佳實施例中，導光板205更包括一連接入光面210及出光面220之側面260，如第六圖所示，其係為本創作之第六實施例中應用導光板205之太陽能電池105的截面結構之示意圖。在導光板205左右兩側之側面260鍍上高反射率之反射膜，其會將原先會由導光板205的邊界損失之光線L反射回導光板205內以再次利用，而提升光學效率。其亦可將上述第一圖至第六圖之實施例相互組合，進而提昇太陽能電池之光電轉換效率。

此外，本創作之太陽能電池亦更包括一追日系統，上述太陽能晶片及導光板皆設置於追日系統上，以提升太陽能電池之整體效率。因為在不同時間下太陽光的入射角度不同，使得太陽光輻射至地球之能量隨著時間不斷地改變，太陽光亦隨著時間不斷地改變入射於太陽能電池的角度。一般而言，太陽光之能量強度於正午時分為最強且為正向入射，因此，藉由設置於追日系統上，本創作可以保持太陽光入射太陽能電池之角度為 正向入射，專注於平行光源的集中，來提升來自太陽光的正向光線之入射能量，以提升太陽能電池之轉換效率。

惟以上所述者，僅為本創作之較佳實施例而已，當不能以此限定本創作實施之範圍，即大凡依本創作申請專利範圍及創作說明內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本創作專利涵蓋之範圍內。另外本創作的任一實施例或申請專利範圍不須達成本創作所揭露之全部目的或優點或特點。此外，摘要部分和標題僅是用來輔助專利文件搜尋之用，並非用來限制本創作之權利範圍。

10‧‧‧太陽能晶片

20‧‧‧間隙

101‧‧‧太陽能電池

201‧‧‧導光板

210‧‧‧入光面

220‧‧‧出光面

231‧‧‧弧型溝槽

240‧‧‧平坦面

h‧‧‧間距

R‧‧‧曲率半徑

Claims (8)

1. 一種太陽能電池，其包括：複數個太陽能晶片，每兩個該太陽能晶片之間均係具有一間隙；以及一導光板，其係設置於該些太陽能晶片之上方，而與該些太陽能晶片之間具有一間距，該導光板包括有：一入光面，其係用以接收光線；以及一出光面，其係相對於該入光面，該出光面係面對該些太陽能晶片，並具有複數個第一溝槽，每一該等第一溝槽均對應於該些太陽能晶片之該等間隙，並且每兩個該第一溝槽之間均具有一平坦面。
2. 如申請專利範圍第1項所述之太陽能電池，其進一步包含複數個第二溝槽，該等第二溝槽係對應每一個該太陽能晶片，並且該第一溝槽之一第一深度大於該第二溝槽之一第二深度。
3. 如申請專利範圍第2項所述之太陽能電池，其中每一該等第一溝槽及每一該等第二溝槽之截面形狀，係選自一V型、一弧型及一半圓型所構成的群組。
4. 如申請專利範圍第3項所述之太陽能電池，其中當該2等第一溝槽之一的截面形狀為一V型時，則該等第一V型溝槽係具有該第一深度，當該等第二溝槽之一的截面形狀為一V型時，則該等第二V型溝槽係具有該第二深度，當該等第一溝槽之一的截面形狀為一弧型或一半圓型時，則該等第一弧型溝槽或該第一半圓形溝槽係具有一第一曲率半徑，當該等第二溝槽之一的截面形狀為一弧型或一半圓型時，則該等第二弧型溝槽或該第二半圓形溝槽係具有一第二曲率半徑。
5. 如申請專利範圍第4項所述之太陽能電池，其中該第一弧型溝槽或該第一半圓型溝槽之該第一曲率半徑大於該第二V型溝槽之該第二深度，該第一V型溝槽之該第一深度大於該第二弧型溝槽或該第二半圓型溝槽之該第二曲率半徑，並且該第一弧型溝槽或該第一半圓型溝槽之該第一曲率半徑大於該第二弧型溝槽或該第二半圓型溝槽之該第二曲率半徑。
6. 如申請專利範圍第2項所述之太陽能電池，其中該入光面係具有複數個 溝槽，其之截面形狀係選自一V型、一弧型及一半圓型所構成的群組。
7. 如申請專利範圍第2項所述之太陽能電池，其中該導光板包括一連接該出光面及該入光面之側面，該側面具有一高反射率之反射膜。
8. 如申請專利範圍第2項所述之太陽能電池，更包括一追日系統，該些太陽能晶片及該導光板設置於該追日系統上。