CN102263150A - 太阳能电池装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种太阳能电池装置。该太阳能电池装置包括基板、透明面板、多个第一太阳能电池单元、多个第二太阳能电池单元、第一电路层及第二电路层。各第一太阳能电池单元与各第二太阳能电池单元交替地设于该基板与透明面板之间且相互隔开。该第一电路层与第二电路层均设于该基板与透明面板之间，分别固定于该基板及该透明面板，该多个第一太阳能电池单元及多个第二太阳能电池单元通过该第一电路层及该第二电路层相互电气连接。该太阳能电池装置难以短路，且易于封装。

Description

太阳能电池装置

技术领域

本发明涉及太阳能电池技术领域，尤其涉及一种太阳能电池装置。

背景技术

太阳能电池单元结构主要包括基板、设于基板的P型半导体材料层及N型半导体材料层。太阳能电池单元主要应用光电转换原理，将太阳的辐射能光子通过半导体物质转变为电能。具体地，当太阳光照射至半导体，一部分光子被表面反射掉，其余部分光子被半导体吸收或透过。被吸收的光子，一部分变成热能，另一部分光子则同组成半导体的原子价电子碰撞，产生电子-空穴对。如此，光能就以产生电子-空穴对的形式转变为电能，并于P型及N型交界面两边形成势垒电场，将电子驱向N区，空穴驱向P区，从而使得N区有过剩电子，P区有过剩空穴，在P-N结附近形成与势垒电场方向相反的光生电场。光生电场的一部分除抵消势垒电场外，还使P型层带正电，N型半导体层带负电，在N区与P区之间的薄层产生所谓光生伏打电动势。若分别自P型层及N型半导体层焊接金属引线，接通负载，则外电路便有电流通过。

太阳能电池装置通常由透明面板、基板及多个设于该透明面板与基板之间的太阳能电池单元封装而成。其中，该多个太阳能电池单元中每两个太阳能电池单元通过一条导线相连，如此，所有太阳能电池单元相互串联。每相邻两个太阳能电池单元之间隙由绝缘树脂填充。惟，由于该导线的两端分别连于相邻两个太阳能电池单元的前电极及背电极，即该导线与该透明面板及基板形成一定夹角，于封装过程中该导线容易因该绝缘树脂施加的压力而断线或者多个导线碰在一起而短路，浪费原料，且引起产品良率低下。对应地，封装时需时时注意导线之间是否相互接触，导致封装费时，不利于提高生产效率。

有鉴于此，提供一种太阳能电池装置来避免短路及加快封装实为必要。

发明内容

一种太阳能电池装置，包括基板、透明面板、多个第一太阳能电池单元、多个第二太阳能电池单元、第一电路层及第二电路层。各第一太阳能电池单元与各第二太阳能电池单元交替地设于该基板与透明面板之间且相互隔开。该第一电路层与第二电路层均设于该基板与透明面板之间，分别固定于该基板及该透明面板。该多个第一太阳能电池单元及多个第二太阳能电池单元通过该第一电路层及该第二电路层相互电气连接。

相较于现有技术，本技术方案提供的太阳能电池装置中第一电路层与第二电路层由各太阳能电池单元相互隔开，于封装过程中难以相互接触，由此避免短路。另，第一电路层及第二电路层呈层状，将基板、第一电路层、太阳能电池单元、第二电路层及透明面板依次层叠封装即可，可加快封装。

附图说明

图1为本技术方案第一实施方式提供的太阳能电池装置的示意图。

图2为本技术方案第二实施方式提供的太阳能电池装置的示意图。

图3为本技术方案第三实施方式提供的太阳能电池装置的示意图。

图4为本技术方案第四实施方式提供的太阳能电池装置的示意图。

主要元件符号说明

太阳能电池装置                100、200、300、400

基板                          10、210、310、410

第一电路层                    20、220、320、420

第一太阳能电池单元            30、230、330、430

第二太阳能电池单元            70、270、370、470

间隔体                        40、240、340、440

第二电路层                    50、250、350、450

透明面板                      60、260、360、460

第一背电极                    31、231

P型半导体层                   32、72、232、272

P-N型半导体层                 33、73、233、273

N型半导体层            34、74、234、274

第一前电极             35、235

第二背电极             71、271

第二前电极             75、275

绝缘层                 380

透光面                 361、461

突起                   362、462

聚光面                 363

周面                   464

具体实施方式

以下结合实施方式及附图对本技术方案提供的太阳能电池装置进行详细说明。

参见图1，本技术方案一实施方式提供的太阳能电池装置100包括基板10、第一电路层20、多个第一太阳能电池单元30、多个第二太阳能电池单元70、电绝缘性间隔体40、第二电路层50及透明面板60。

基板10由高导热陶瓷制成。基板10亦可为聚合物薄片或不锈钢薄片等。聚合物的材料可为聚酰亚胺、聚对苯二甲酸乙二酯、聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯、冰片烯或其它本领域常用材料。

第一电路层20固定于基板10。第二电路层50固定于透明面板60。该第一电路层20及第二电路层50均为层状，材质可为镍、金、铝、铜、铟、锡、锌、钛或其合金。该第一电路层20及第二电路层50可分别通过喷射法直接将导电材料喷射于基板10及透明面板60直至形成所需图案，或预先利用导电板材由蚀刻法制成所需层状图案，后分别固定于基板10及透明面板60。

该多个第一太阳能电池单元30及多个第二太阳能电池单元70呈阵列地固定于该第一电路层20与第二电路层50之间，且每个第一太阳能电池单元30与一个第二太阳能电池单元70交替排列。每个第一太阳能电池单元30与与之相邻的第二太阳能电池单元70之间距大于或等于0.5mm，通过电绝缘性间隔体40隔开。间隔体40呈电绝缘性，可为塑料或玻璃，举例而言，间隔体40可由聚乙烯醇、硅胶、环氧树脂、或聚碳酸酯，或可光固化树脂，如聚甲基丙烯酸甲酯。第一太阳能电池单元30的结构与第二太阳能电池单元70的结构相同。为简化说明，现以第一太阳能电池单元30为例，说明其结构。每个第一太阳能电池单元30包括第一背电极31，依次层叠于第一背电极31的第一型半导体层，如P型半导体层32，P-N过渡层33，第二型半导体层，如N型半导体层34及第一前电极35。

第一背电极31的材质可为银、铜、钼、铝、铜铝合金、银铜合金、或者铜钼合金。每个第一背电极31设于第一电路层20。

P型半导体层31的材质可为结合性较好的III-V族化合物、II-VI族化合物、I-III-VI族化合物，或IV族材料，如碲化镉、铜铟硒、硅、锗等材料，如P型非晶硅材料，特别为P型含氢非晶硅材料，氮化铟镓或铝砷化镓。

优选地，P型半导体层31的材料为P型非晶硅材料。非晶硅材料对光的吸收性比结晶硅材料强约500倍，故在对光子吸收量要求相同的情况下，非晶硅材料制成的半导体层的厚度远小于结晶硅材料制成的半导体层的厚度，且非晶硅材料对基板材质的要求更低。故采用非晶硅材料不仅可以节省大量的材料，亦使制作大面积的太阳能电池单元成为可能。

P-N过渡层33的材质可为结合性较好的III-V族化合物、II-VI族化合物、I-III-VI族化合物，或IV族材料，如碲化镉、铜铟硒、硅、锗等材料。P-N过渡层33的材料亦可为铜铟镓硒。该P-N过渡层33用于将光子转换成电子-孔穴对并形成势垒电场。P-N过渡层33有助于提高太阳能电池单元30的稳定性以及光电转换效率。该P-N过渡层33可通过化学气相沉积法或溅射法形成。

N型半导体层34的材质可为N型非晶硅材料，特别为N型含氢非晶硅材料。N型半导体层34的材质还可为结合性较好的III-V族化合物、II-VI族化合物、I-III-VI族化合物，或IV族材料，如碲化镉、铜铟硒、硅、锗等材料。

第一前电极35形成于N型半导体结构层34，并固定于第二电路层50。为便于透过大部分太阳光进入N型半导体层34，提高光转化效率，第一前电极35优选为透明电极，其与N型半导体层34形成欧姆接触。第一前电极35材料为透明的金属氧化物或金属掺杂氧化物，如铟锡氧化物、氧化锌、氧化锡、铟掺杂一氧化锡、锡掺杂三氧化二镓、锡掺杂银铟氧化物、铟锡氧化物、锌掺杂三氧化二铟、锑掺杂二氧化锡、或铝掺杂氧化锌等。第一背电极31及第一前电极35分别与一电力储存装置(图未示)的正负极相连，由此储存光电转换后的电能。

第二太阳能电池单元70包括第二前电极75，依次层叠于第二前电极75的第一型半导体层，如N型半导体层74、P-N过渡层73、第二型半导体层如P型半导体层72，及第二背电极71。每个第一太阳能电池单元30的第一背电极31及每个第二太阳能电池单元70的第二前电极75均与该第一电路层20相连。可以理解，此时，每个第一太阳能电池单元30的第一前电极35及第二太阳能电池单元70的第二背电极71均与该第二电路层50相连，由此该多个第一太阳能电池单元30及多个第二太阳能电池单元70相互串联。

透明面板60可由钢化玻璃、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯或其它高透明材料制成。

于封装该太阳能电池装置100时，需将多个第一太阳能电池单元30及多个第二太阳能电池单元70交替地焊接于固定有第一电路层20的基板10，并使每个第一太阳能电池单元30与与之相邻的第二太阳能电池单元70的间距大于或等于0.5mm。后向该间隙填满间隔体40。当间隔体40材质为可光固化树脂时，可向该间隙内注入呈液态的该树脂，后光固化成型，如此使得所有第一太阳能电池单元30及所有第二太阳能电池单元70嵌设于该间隔体40内。再后，将固定有第二电路层50的透明面板60完全遮盖所有第一太阳能电池单元30、所有第二太阳能电池单元70及间隔体40，并使每个第一太阳能电池单元30的第一前电极35及每个第二太阳能电池单元70的第二背电极71均与该第二电路层50相连。当然，亦可于基板10上层叠第一电路层20、多个第一太阳能电池单元30、多个第二太阳能电池单元70、第二电路层50及透明面板60。

相较于先前技术，本实施方式提供的太阳能电池装置100摈弃导线，通过分别设于基板10及透明面板60的第一电路层20及第二电路层50来电导通所有太阳能电池单元。相较于导线，第一电路层20及第二电路层50呈层状，两者由多个第一太阳能电池单元30及第二太阳能电池单元70隔开，难以相接触，由此避免短路。

可以理解，第一太阳能电池单元30及第二太阳能电池单元70可为其它结构，如本领域常见的PIN结构，其中，I层可为DH双异质结构、MQW多重量子井结构或MQW多重量子点结构。此时，该I层需临近透明面板60。第一太阳能电池单元30及第二太阳能电池单元70还可为本领域常见的多接面太阳能电池单元。此时，第一太阳能电池单元30及第二太阳能电池单元70的高能带层需临近透光板60，能带越低层离透光板60越远。

请参见图2，与第一实施方式相比，本技术方案第二实施方式提供的太阳能电池装置200具有相似结构，包括基板210、第一电路层220、多个第一太阳能电池单元230、多个第二太阳能电池单元270、电绝缘性间隔体240、第二电路层250及透明面板260。

每个第一太阳能电池单元230包括第一背电极231，依次层叠于第一背电极231的第一型半导体层，如P型半导体层232，P-N过渡层233，第二型半导体层，如N型半导体层234及第一前电极235。P型半导体层232比N型半导体层234薄。每个第二太阳能电池单元270包括第二背电极271、依次层叠于第二背电极271的第一型半导体层，如P型半导体层272，P-N过渡层273，第二型半导体层，如N型半导体层274及第二前电极275。

第一电路层220覆盖整个基板210，第二电路层250覆盖整个透明面板260。该多个第一太阳能电池单元230的第一背电极231及多个第二太阳能电池单元270的背电极271均与第一电路层220相连，该多个第一太阳能电池单元230的第一前电极235及多个第二太阳能电池单元270的第二前电极275均与第二电路层250相连，由此，所有太阳能电池单元相互并联。

参见图3，与第一实施方式相比，本技术方案第三实施方式提供的太阳能电池装置300具有类似结构，包括基板310、第一电路层320、多个第一太阳能电池单元330、多个第二太阳能电池单元370、电绝缘性间隔体340、第二电路层350、透明面板360及绝缘层380。

基板310由导热性好的金属制成。绝缘层380及第一电路层320依次层叠于基板310。该多个第一太阳能电池单元330及多个第二太阳能电池单元370通过第一电路层320及第二电路层350相串联。

透明面板360的透光面361表面设有多个一一与每个太阳能电池单元对应的突起362。每个突起362呈柱形，具有截面呈弧形的聚光面363。特别地，该聚光面363可呈半球面型。如此，可利用该多个突起362进一步聚光，提高光电转化率。

参见图4，与第一实施方式相比，本技术方案第四实施方式提供的太阳能电池装置400具有类似结构，包括基板410、第一电路层420、多个第一太阳能电池单元430、多个第二太阳能电池单元470、电绝缘性间隔体440、第二电路层450及透明面板460。

透明面板460的透光面461表面设有多个一一与所有太阳能电池单元对应的突起462。每个突起462包括多个阵列排布的锥形凸起，每个凸起的周面464与该透光面461形成45度至70度夹角。如此，可避免因光线入射角度的变化而导致光电转换率显著降低。

可以理解的是，本领域技术人员还可于本发明精神内做其它变化等用于本发明的设计，只要其不偏离本发明的技术效果均可。这些依据本发明精神所做的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围内。

Claims (10)

1.一种太阳能电池装置，其包括基板、透明面板、多个第一太阳能电池单元及多个第二太阳能电池单元，各第一太阳能电池单元与各第二太阳能电池单元交替地设于该基板与该透明面板之间且相互隔开，其特征是，该太阳能电池装置还包括第一电路层及第二电路层，该第一电路层与该第二电路层均设于该基板与该透明面板之间，分别固定于该基板及该透明面板，该多个第一太阳能电池单元及该多个第二太阳能电池单元通过该第一电路层及该第二电路层相互电气连接。

2.如权利要求1所述的太阳能电池装置，其特征是，每个第一太阳能电池单元具有第一背电极及第一前电极，每个第二太阳能电池单元具有第二背电极及第二前电极，该第一背电极及该第二背电极均与该第一电路层相连，该第一前电极及该第二前电极均与该第二电路层相连。

3.如权利要求1所述的太阳能电池装置，其特征是，每个第一太阳能电池单元具有第一背电极及第一前电极，每个第二太阳能电池单元具有第二背电极及第二前电极，该第一背电极及该第二前电极均与该第一电路层相连，该第一前电极及该第二背电极均与该第二电路层相连。

4.如权利要求2至3任一项所述的太阳能电池装置，其特征是，该第一前电极及该第二前电极均为透明电极。

5.如权利要求4所述的太阳能电池装置，其特征是，该太阳能电池装置还包括电绝缘性间隔体，每个第一太阳能电池单元与与之相邻的一个第二太阳能电池单元由该间隔体隔开。

6.如权利要求5所述的太阳能电池装置，其特征是，每个第一太阳能电池单元与与之相邻的第二太阳能电池单元的间距大于或等于0.5mm。

7.如权利要求6所述的太阳能电池装置，其特征是，该透明面板具有远离该第二电路层的透光面，该透光面设有多个相互隔开的突起，每个突起与一个第一太阳能电池单元或一个第二太阳能电池单元对应。

8.如权利要求7所述的太阳能电池装置，其特征是，该每个突起具有圆弧状聚光面。

9.如权利要求7所述的太阳能电池装置，其特征是，该每个突起包括多个阵列排布的锥形凸起，每个凸起的周面与该透光面形成45度至70度夹角。

10.如权利要求7所述的太阳能电池装置，其特征是，该基板为导电金属基板，该太阳能电池装置还包括绝缘层，该第一电路层通过该绝缘层固设于该基板。

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