CN109390428A - 太阳光电模块 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种太阳光电模块，其电池组包括第一电池、第二电池及导电连接件。第一电池包括第一半导体叠层、第一电极、第二电极及第一绝缘层。第一半导体叠层具有第一表面、第二表面及第一侧表面。第一电极配置于第一表面。第二电极配置于第二表面。第二电池包括第二半导体叠层、第三电极、第四电极及第二绝缘层。第二半导体叠层具有第三表面、第四表面及第二侧表面。第三电极配置于第三表面。第四电极配置于第四表面。导电连接件连接第一绝缘层之位于第二表面上的部分与第一电极，且连接第二绝缘层之位于第四表面上的部分与第三电极。
Description
技术领域
本发明是有关于一种光电模块，且特别是有关于一种太阳光电模块。
背景技术
近年来，随着环保意识的抬头与保护地球观念的进步，由于火力发电会增加碳排放量而造成环境污染与温室效应，而核能发电亦有安全性及对环境造成长期且严重污染的疑虑，因此绿能科技的发展已受到重视。在所有的绿能科技中，太阳能科技既不会增加碳排放量，且不会有安全性的疑虑，因此是一种对环境友善的且干净的能源科技。
然而，太阳能科技一直有能源转换效率不高的问题，在此背景下，背电极太阳电池被发展出来。由于将电极设于背面，以减少对阳光的遮挡，因此能增加太阳电池的受光面积。
过去的背电极太阳电池大致可分为交指式(Interdigitated Back Contact，IBC)背电极太阳电池、射极贯穿式(Emitter Wrap Through，EWT)背电极太阳电池、金属贯穿式(Metallization Wrap Through，MWT)背电极太阳电池与金属绕边式(Metallization WrapAround，MWA)背电极太阳电池等四种结构，其中交指式背电极太阳电池存在特殊造形的串接应力问题，电池间需要放上互连条保护片，金属贯穿式背电极太阳电池存在硅芯片需有贯穿孔与孔壁绝缘的工艺与可靠度问题，而射极贯穿式背电极太阳电池存在连接电路需与背材整合的封装材料，长期稳定度未获证实。
发明内容
本发明提供一种太阳光电模块，其结构简单而有助于简化工艺。
本发明的一实施例提出一种太阳光电模块，包括至少一电池组，每一电池组包括第一电池、第二电池及导电连接件。第一电池包括第一半导体叠层、第一电极、第二电极及第一绝缘层。第一半导体叠层具有第一表面、相对于第一表面的第二表面及连接第一表面与第二表面的第一侧表面。第一电极配置于第一表面上，且第二电极配置于第二表面上。第一绝缘层包括配置于第一侧表面上的第一侧绝缘层及配置于第二表面上的第一下绝缘层。第二电池包括第二半导体叠层、第三电极、第四电极及第二绝缘层。第二半导体叠层具有第三表面、相对于第三表面的第四表面及连接第三表面与第四表面的第二侧表面。第三电极配置于第三表面上，且第四电极配置于第四表面上。第二绝缘层包括配置于第二侧表面上的第二侧绝缘层及配置于第四表面上的第二下绝缘层。导电连接件连接第一下绝缘层与第一电极，且连接第二下绝缘层与第三电极。
在本发明的实施例的太阳光电模块中，由于采用导电连接件连接第一下绝缘层与第一电极，且连接第二下绝缘层与第三电极，因此可通过简单的结构实现背电极太阳电池。此外，此结构有助于将电池与模块的部分工艺整合，进而达到简化工艺的效果。
为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附图式作详细说明如下。
附图说明
图1为本发明的一实施例的太阳光电模块的剖面示意图。
图2为图1的太阳光电模块的下视示意图。
图3为图1的太阳光电模块的上视示意图。
图4为图1中的一个电池组与一般结构太阳电池的输出电流与电压曲线的比较图。
图5A为图1中的导电连接件的一种变化型的剖面示意图。
图5B为图1中的导电连接件的另一种变化型的剖面示意图。
具体实施方式
为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附附图作详细说明如下。
图1为本发明的一实施例的太阳光电模块的剖面示意图，而图2为图1的太阳光电模块的下视示意图，其中图1为沿着图2的I-I线的剖面示意图。图3为图1的太阳光电模块的上视示意图。请参照图1至图3，本实施例的太阳光电模块100包括至少一电池组200，在本实施例中是包括多个电池组200，而在图2中绘示电池组200a与电池组200b为例。每一电池组200包括第一电池300、第二电池400及导电连接件210。
第一电池300包括第一半导体叠层310、第一电极320、第二电极330及第一绝缘层340。第一半导体叠层310具有第一表面311、相对于第一表面311的第二表面313及连接第一表面311与第二表面313的第一侧表面315。第一电极320配置于第一表面311上，且第二电极330配置于第二表面313上。第一绝缘层340包括配置于第一侧表面315上的第一侧绝缘层342及配置于第二表面313上的第一下绝缘层344。在本实施例中，第一下绝缘层344配置于第二电极330上，覆盖部分的第二电极330，而间接地配置于第二表面313上。
在本实施例中，第一半导体叠层310包括第一型掺杂半导体层312与第二型掺杂半导体层314，第一型掺杂半导体层312配置于第一电极320与第二型掺杂半导体层314之间，且第二型掺杂半导体层314配置于第一型掺杂半导体层312与第二电极330之间。第一型掺杂半导体层312与第二型掺杂半导体层314之一为P型半导体层，且第一型掺杂半导体层312与第二型掺杂半导体层314之另一为N型半导体层。在本实施例中，第二型掺杂半导体层314为P型半导体层，例如为P型硅衬底，而第一型掺杂半导体层312为N型半导体层，例如为N型射极层。
第一型掺杂半导体层312的掺杂材料可以是五价的杂质，如化学元素表的磷…等，第二型掺杂半导体层314的掺杂材料可以是三价杂质，如化学元素表的硼…等。而所使用的半导体层可为各类半导体，如硅半导体、三五族半导体、二六族半导体、化合物半导体、有机半导体等。
在本实施例中，第一电极320为金属电极，例如为银线，而第二电极330为金属层，例如为铝电极层。在本实施例中，在每一电池组200中，第一电池300还包括第一导电片350，电性连接第二电极330。第一导电片350例如为铝箔，其可以通过激光熔接而与第二电极330电性连接，或者通过直接接触而与第二电极330电性连接。或者，在其他实施例中，第二电极330亦可以是与第二型掺杂半导体层314电性连接的铝箔，而不采用额外的第一导电片350。
在本实施例中，第一电池300可以还包括抗反射层360，配置于第一半导体叠层310的第一表面311上，以增进太阳光进入第一半导体叠层310的比例。
第二电池400包括第二半导体叠层410、第三电极420、第四电极430及第二绝缘层440。第二半导体叠层410具有第三表面411、相对于第三表面411的第四表面413及连接第三表面411与第四表面413的第二侧表面415。第三电极420配置于第三表面411上，且第四电极430配置于第四表面413上。第二绝缘层440包括配置于第二侧表面415上的第二侧绝缘层442及配置于第四表面413上的第二下绝缘层444。在本实施例中，第二下绝缘层444配置于第四电极430上，覆盖部分的第四电极430，而间接地配置于第四表面413上。
在本实施例中，第二半导体叠层410包括第一型掺杂半导体层412与第二型掺杂半导体层414，第一型掺杂半导体层412配置于第三电极420与第二型掺杂半导体层414之间，且第二型掺杂半导体层414配置于第一型掺杂半导体层412与第四电极430之间。第一型掺杂半导体层412与第二型掺杂半导体层414之一为P型半导体层，且第一型掺杂半导体层412与第二型掺杂半导体层414之另一为N型半导体层。在本实施例中，第二型掺杂半导体层414为P型半导体层，例如为P型硅基板，而第一型掺杂半导体层412为N型半导体层，例如为N型射极层。
第一型掺杂半导体层412的掺杂材料可以是五价的杂质，如化学元素表的磷…等，第二型掺杂半导体层414的掺杂材料可以是三价杂质，如化学元素表的硼…等。而所使用的半导体层可为各类半导体，如硅半导体、三五族半导体、二六族半导体、化合物半导体、有机半导体等。
在本实施例中，第三电极420为金属电极，例如为银线，而第四电极430为金属层，例如为铝电极层。在本实施例中，在每一电池组200中，第二电池400还包括第二导电片450，电性连接第四电极430。第二导电片450例如为铝箔，其可通过激光熔接而与第四电极430电性连接，或者通过直接接触而与第四电极430电性连接。或者，在其他实施例中，第四电极430亦可以是与第二型掺杂半导体层414电性连接的铝箔，而不采用额外的第二导电片450。
在本实施例中，第二电池400可以还包括抗反射层460，配置于第二半导体叠层410的第三表面411上，以增进太阳光进入第二半导体叠层410的比例。此外，第一电池300与第二电池400的结构可以相同或相似。
导电连接件210连接第一下绝缘层344与第一电极320，且连接第二下绝缘层444与第三电极420。如此一来，通过导电连接件210，可将位于电池正面(即第一表面311与第三表面411这一侧)的第一电极320与第三电极420的电子流导引至电池背面(即第二表面313与第四表面413这一侧)。导电连接件210的材质可包括铝、铜、锡、铅、钢、金、银、铁、石墨或其组合。在本实施例中，导电连接件210例如是铜箔。在本实施例中，导电连接件210从第一下绝缘层344开始，依序沿着第一下绝缘层344与第一侧绝缘层342从第一电池300的背面往正面延伸，接着再依序沿着第二侧绝缘层442与第二下绝缘层444从第二电池400的正面往背面延伸，而最终抵达第二下绝缘层444上。第一下绝缘层344可绝缘第二电极330与导电连接件210，而第一侧绝缘层342则可隔离导电连接件210与第一半导体叠层310的第一侧表面315。第二下绝缘层444可绝缘第四电极430与导电连接件210，而第二侧绝缘层442可隔离导电连接件210与第二半导体叠层410的第二侧表面415。
在本实施例中，每一电池组200中的第一半导体叠层310与第二半导体叠层410彼此分离。部分导电连接件210位于第一侧表面315与第二侧表面415之间，第一侧绝缘层342位于第一侧表面315与导电连接件210之间，且第二侧绝缘层442位于第二侧表面415与导电连接件210之间。此外，第一侧绝缘层342分离第一半导体叠层310与导电连接件210，且第二侧绝缘层442分离第二半导体叠层410与导电连接件210。在本实施例中，在每一电池组200中，第一表面311与第三表面411位于电池组200的同一侧(即图1中的上侧)，第二表面313与第四表面413位于电池组200的相反的另一侧(即图1中的下侧)，且导电连接件210在电池组200的上述另一侧(即图1中的下侧)具有开口212，以使电池组200具有可挠曲性，例如在开口212处往上弯折。导电连接件210位于开口212右方的部分与开口212左方的部分亦可承靠在一起。然而，在其他实施例中，导电连接件210亦可以不具有开口212，也就是相当于原本开口212右方的部分与开口212左方的部分融合成一体。在本实施例中，第一电极320与第三电极420之间的导电连接件210具有可挠曲结构，在本实施例中是以弯折结构为例。在其他实施例中，可挠曲结构在开口212处可包含至少一处的V形结构、或至少一处的弦波形结构。举例而言，如图5A所绘示，导电连接件210a在开口212处可具有多个V形结构214a，然而，在其他实施例中，导电连接件210a在开口212处也可以是具有一个V形结构214a。又举例而言，如图5B所绘示，导电连接件210b在开口212处可具有多个弦波形结构214b，然而，在其他实施例中，导电连接件210b在开口212处也可以是具有一个弦波形结构214b。
在本实施例中，每一电池组200更包括第一导电胶370及第二导电胶470，第一导电胶370连接导电连接件210与第一电极320，且第二导电胶470连接导电连接件210与第三电极420。如此一来，可使第一电极320与第三电极420上的电子流分别经由第一导电胶370与第二导电胶470传导至导电连接件210，再经由导电连接件210传导至电池组200的背面。此外，在本实施例中，在每一电池组200的正面，可藉由点状导电胶220将呈线状延伸的多个第一电极320与呈线状延伸的多个第三电极420连接至导电连接件210。在图3中，是以三条第一电极320与三条第三电极420连接至一个点状导电胶220为例，但本发明不以此为限。上述的第一导电胶370、第二导电胶470及点状导电胶220例如为低温导电胶。
在本实施例中，在每一电池组200中，第一电极320与第二电极330的极性相反，第三电极420与第四电极430的极性相反，第一电极320与第三电极420的极性相同，且第二电极330与第四电极430的极性相同。此外，第一绝缘层340与第二绝缘层440为绝缘胶、绝缘片或绝缘涂料。举例而言，第一侧绝缘层342与第二侧绝缘层442可以是绝缘胶或绝缘涂料，而第一下绝缘层344与第二下绝缘层444可以是绝缘片。
在本实施例的太阳光电模块100中，由于采用导电连接件210连接第一下绝缘层344与第一电极320，且连接第二下绝缘层444与第三电极420，因此可以通过简单的结构将第一电极320与第三电极420的电子流导引至电池背面，而实现背电极太阳电池。此外，在本实施例中，每一电池组200中的第一半导体叠层310与第二半导体叠层410彼此分离，也就是说本实施例是采用多块独立的电池板(例如第一电池300与第二电池400)，并通过导电连接件210在模块工艺中将这些电池板组合成电池组200，因此不需采用贯穿电池板形成贯穿孔及孔壁绝缘的工艺，所以不会有贯穿孔与孔壁绝缘工艺的可靠度不佳的问题，进而能够提升本实施例的太阳光电模块100的制造合格率与可靠度。也就是说，本实施例的太阳光电模块100的结构有助于将电池与模块的部分工艺整合，以达到简化工艺的效果，进而降低制造成本、提升制造合格率且提升产品的可靠度。如此一来，将使太阳光电模块100的发电价值更具竞争优势。
在本实施例中，相邻二电池组200之一(例如是电池组200a)的导电连接件210电性连接于相邻二电池组200之另一(例如是电池组200b)的第二电极330与第四电极430，例如是分别通过电池组200b的第一导电片350与第二导电片450电性连接至第二电极330与第四电极430。在本实施例中，相邻二电池组200之一(例如是电池组200a)的导电连接件210与相邻二电池组200之另一(例如是电池组200b)的第一导电片350与第二导电片450可通过超声波熔接、激光熔接、红外线固化工艺连接或紫外线固化工艺连接。在本实施例中，导电连接件210包括第一延伸部R1与第二延伸部R2，第一延伸部R1延伸至连接相邻二电池组200之另一(例如是电池组200b)的第二电极330，第二延伸部R2延伸至连接相邻二电池组之另一(例如是电池组200b)的第四电极430，例如电池组200a的导电连接件210的第一延伸部R1与第二延伸部R2可分别与第一导电片350及第二导电片450熔接。如此一来，便能够将电池组200a与电池组200b串联起来，而每一电池组200中的第一电池300与第二电池400则是并联。如此采用导电连接件210在电池背面串接的方式，可减少电极遮荫，以使电池的受光面积更大。
在本实施例中，导电连接件210位于电池组200a的第一下绝缘层344及第二下绝缘层444的宽度W从远离电池组200b的一侧往靠近电池组200b的一侧递增，以利于逐渐收集更多的电子流。
在本实施例中，每一电池组200可以还包括第三电池500，其结构与第一电池300及第二电池400相同或相似，而第二电池400与第三电池500亦可以通过另一导电连接件210电性连接(例如是并联)。第二电池400、第三电池500与此另一导电连接件210的连接关系相同于第一电池300、第二电池400与导电连接件210的连接关系，在此不再重述。在其他实施例中，每一电池组200可以包括更多个电池(例如还具有第四、第五、第六…及第N电池)，而相邻二个电池以一个导电连接件210来电性连接，而其连接关系相同于第一电池300、第二电池400与导电连接件210的连接关系，其中N大于等于3。然而，在一实施例中，每一电池组200亦可以只有两个电池，即第一电池300与第二电池400。
图4为图1中的一个电池组与一般结构太阳电池的输出电流与电压曲线的比较图。请参照图1与图4，由图4的曲线可得知本实施例的电池组200的开路电压为0.627伏特，短路电流为1.016安培，填充因子(fill factor)为75.22％，串联电阻为0.079欧姆，且效率为17.36％；而一般结构太阳电池的开路电压为0.627伏特，短路电流为0.987安培，填充因子为75.57％，串联电阻为0.054欧姆，且效率为16.95％。由此可得知，本实施例之电池组200的光电转换效率及其他特性优于一般结构太阳电池的光电转换效率及其他特性。
请再参照图1与图2，本实施例的太阳光电模块100的组装方式可以如下所述：
步骤1：导电连接件210(例如铜箔)平面外立体结构制作，如图1所绘示的导电连接件210，例如是将铜箔折成如图1的立体结构。
步骤2：导电连接件210(例如铜箔)与第一导电片350及第二导电片450(例如铝箔)间的电性连接，如图2所示在区域R1与R2处连接，而连接方式可为超声波熔接、低温银胶黏合等方式。
步骤3：第一电池300与第二电池400的第一侧表面315与第二侧表面415沾黏绝缘胶后，烘烤使绝缘胶固化，以分别形成如图1的第一侧绝缘层342与第二侧绝缘层442。
步骤4：在第一电池300与第二电池400背面制作绝缘区域(即制作第一下绝缘层344与第二下绝缘层444)，以此隔离导电连接件210(例如铜箔)与电池背面电极(例如第二电极330与第四电极430)。
步骤5：低温导电胶(即第一导电胶370与第二导电胶470)涂布于铜箔立体结构(即导电连接件210)后，以第一电池300与第二电池400具有第一侧绝缘层342与第二侧绝缘层442的侧缘，紧密接触铜箔立体结构二侧，使低温导电胶能连接电池正面电极(即第一电极320与第二电极420)与此铜箔立体结构。此外，以低于150℃的温度烘烤低温导电胶，完成电池组200a结构，如图1与图2所示。
步骤6：将步骤2中与导电连接件210(例如铜箔)电性连接的第一导电片350及第二导电片450(例如铝箔)平铺于相邻的电池组200b的下表面，如图2所示，通过模块层压时的压力，铝箔与电池组200b下表面电极紧密接触，完成相邻电池组200b的电路串接。
综上所述，在本发明的实施例的太阳光电模块中，由于采用导电连接件连接第一下绝缘层与第一电极，且连接第二下绝缘层与第三电极，因此可通过简单的结构实现背电极太阳电池。此外，此结构有助于将电池与模块的部分工艺整合，进而达到简化工艺的效果。
虽然本发明已以实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，故本发明的保护范围当视后附的申请保护范围所界定者为准。
Claims (15)
1.一种太阳光电模块，其特征在于，包括至少一电池组，每一电池组包括：
第一电池，包括：
第一半导体叠层，具有第一表面、相对于该第一表面的第二表面及连接该第一表面与该第二表面的第一侧表面；
第一电极，配置于该第一表面上；
第二电极，配置于该第二表面上；以及
第一绝缘层，包括配置于该第一侧表面上的第一侧绝缘层及配置于该第二表面上的第一下绝缘层；
第二电池，包括：
第二半导体叠层，具有第三表面、相对于该第三表面的第四表面及连接该第三表面与该第四表面的第二侧表面；
第三电极，配置于该第三表面上；
第四电极，配置于该第四表面上；以及
第二绝缘层，包括配置于该第二侧表面上的第二侧绝缘层及配置于该第四表面上的第二下绝缘层；以及
导电连接件，连接该第一下绝缘层与该第一电极，且连接该第二下绝缘层与该第三电极。
2.根据权利要求1所述的太阳光电模块，其特征在于，每一电池组中的该第一半导体叠层与该第二半导体叠层彼此分离。
3.根据权利要求1所述的太阳光电模块，其特征在于，部分该导电连接件位于该第一侧表面与该第二侧表面之间，该第一侧绝缘层分离该第一半导体叠层与该导电连接件，且该第二侧绝缘层分离该第二半导体叠层与该导电连接件。
4.根据权利要求1所述的太阳光电模块，其特征在于，在每一电池组中，该第一表面与该第三表面位于该电池组的同一侧，该第二表面与该第四表面位于该电池组的相反的另一侧，且该导电连接件在该电池组的该另一侧具有开口，以使该电池组具有可挠曲性。
5.根据权利要求1所述的太阳光电模块，其特征在于，该至少一电池组为多个电池组，相邻二电池组之一的该导电连接件电性连接于该相邻二电池组之另一的该第二电极与该第四电极。
6.根据权利要求5所述的太阳光电模块，其特征在于，该导电连接件包括：
第一延伸部，延伸至连接该相邻二电池组之该另一的该第二电极；以及
第二延伸部，延伸至连接该相邻二电池组之该另一的该第四电极。
7.根据权利要求5所述的太阳光电模块，其特征在于，该导电连接件位于该电池组之该第一下绝缘层及该第二下绝缘层的宽度从远离该相邻二电池组之该另一的一侧往靠近该相邻二电池组之该另一的一侧递增。
8.根据权利要求1所述的太阳光电模块，其特征在于，在每一电池组中，该第一电池更包括第一导电片，电性连接该第二电极，该第二电池更包括第二导电片，电性连接该第四电极。
9.根据权利要求1所述的太阳光电模块，其特征在于，每一电池组更包括：
第一导电胶，连接该导电连接件与该第一电极；以及
第二导电胶，连接该导电连接件与该第三电极。
10.根据权利要求1所述的太阳光电模块，其特征在于，该导电连接件的材质包括铝、铜、锡、铅、钢、金、银、铁、石墨或其组合。
11.根据权利要求1所述的太阳光电模块，其特征在于，在每一电池组中，该第一电极与该第二电极的极性相反，该第三电极与该第四电极的极性相反，该第一电极与该第三电极的极性相同，且该第二电极与该第四电极的极性相同。
12.根据权利要求1所述的太阳光电模块，其特征在于，该第一绝缘层与该第二绝缘层为绝缘胶、绝缘片或绝缘涂料。
13.根据权利要求1所述的太阳光电模块，其特征在于，该第一半导体叠层与该第二半导体叠层各包括第一型掺杂半导体层与第二型掺杂半导体层，该第一半导体叠层的该第一型掺杂半导体层配置于该第一电极与该第一半导体叠层的该第二型掺杂半导体层之间，且该第一半导体叠层的该第二型掺杂半导体层配置于该第一半导体叠层的该第一型掺杂半导体层与该第二电极之间，该第二半导体叠层的该第一型掺杂半导体层配置于该第三电极与该第二半导体叠层的该第二型掺杂半导体层之间，且该第二半导体叠层的该第二型掺杂半导体层配置于该第二半导体叠层的该第一型掺杂半导体层与该第四电极之间，该第一型掺杂半导体层与该第二型掺杂半导体层之一为P型半导体层，且该第一型掺杂半导体层与该第二型掺杂半导体层之另一为N型半导体层。
14.根据权利要求1所述的太阳光电模块，其特征在于，设置于该第一电极及该第三电极之间的该导电连接件具有可挠曲结构。
15.根据权利要求14所述的太阳光电模块，其特征在于，该可挠曲结构包括至少一处的V形结构或弦波形结构。
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