TWM461152U - 太陽能電池模組 - Google Patents

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Cheng-Lien Wang
You-Wei Chang
Chu-Chien Yang
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Win Win Prec Technology Co Ltd
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Description

太陽能電池模組
本新型創作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)，其在太陽光的照射下，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。以矽基太陽能電池為例，其是將高純度的半導體材料(矽)加入一些不純物使其呈現不同的性質。當太陽光照射到太陽能電池的半導體材料時，光子所提供的能量可能會把半導體中的電子激發出來，而產生電子-電洞對。電子與電洞會受到內建電位的影響，而往反方向移動，其中電洞往電場的方向移動，而電子則往 相反的方向移動。如果以導線將此太陽能電池與一負載(load)連接起來，形成一個迴路(loop)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)。
太陽能模組在進行光電轉換的過程中以及太陽能模組在太陽光的長期照射下會產生熱能，若無法有效地將熱能導出，將產生背熱問題，而導致光電轉換效率下降。隨著太陽能電池模組日益地受眾人矚目且眾家廠商紛紛投入太陽能電池的市場，若欲提升產品的競爭力，太陽能電池模組勢必須具備良好的散熱效果，以具有好的光電轉換效率。
本新型創作提供一種散熱效果良好的太陽能電池模組。
本新型創作的一種太陽能電池模組，其包括太陽能電池元件、第一封裝膜、第二封裝膜、蓋板、背板以及多個熱輻射粒子。太陽能電池元件具有第一表面以及相對於第一表面的第二表面。第一封裝膜位於第一表面上，而第二封裝膜位於第二表面上。蓋板位於第一封裝膜上，且第一封裝膜位於太陽能電池元件與蓋板之間。背板位於第二封裝膜上，且第二封裝膜位於太陽能電池元件與背板之間，而熱輻射粒子分布於背板中。
在本新型創作的一實施例中，上述的背板為多層的堆疊層，且熱輻射粒子分布於堆疊層的至少一層之中。
在本新型創作的一實施例中，上述的熱輻射粒子的分布 厚度在10奈米(nanometer)至100微米(micrometer)之間。
在本新型創作的一實施例中，上述的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，其中光電轉換層具有上表面以及與上表面相對的下表面。第一電極層位於上表面上，而第二電極層位於下表面上。金屬電極位於下表面上且與第二電極層電性連接。
在本新型創作的一實施例中，上述的光電轉換層是P型摻雜層及N型摻雜層的堆疊結構，或是P型摻雜層、本質層、N型摻雜層的堆疊結構。
在本新型創作的一實施例中，上述的太陽能電池模組更包括位於第二電極層上的熱輻射層，且熱輻射層曝露出金屬電極。
在本新型創作的一實施例中，上述的熱輻射層包括多個熱輻射圖案，且各熱輻射圖案與相鄰的金屬電極分別維持間距。
在本新型創作的一實施例中，上述的熱輻射粒子更分布於第二封裝膜中。
基於上述，本新型創作的太陽能電池模組可藉由將熱輻射粒子設置在背板中，來將太陽能電池元件所產生的熱導出太陽能電池模組外，藉此改善背熱問題，從而提升太陽能電池模組的光電轉換效率。
為讓本新型創作的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。
100、200、300、400‧‧‧太陽能電池模組
110‧‧‧太陽能電池元件
112‧‧‧光電轉換層
114‧‧‧第一電極層
116‧‧‧第二電極層
118‧‧‧金屬電極
120‧‧‧第一封裝膜
130‧‧‧第二封裝膜
140‧‧‧蓋板
150A、150B‧‧‧背板
310‧‧‧熱輻射層
312‧‧‧熱輻射圖案
10‧‧‧背板的第一層
20‧‧‧背板的第二層
30‧‧‧背板的第三層
40‧‧‧背板的第四層
P‧‧‧熱輻射粒子
S1‧‧‧第一表面
S2‧‧‧第二表面
SB‧‧‧底面
S11‧‧‧上表面
S22‧‧‧下表面
Dp‧‧‧熱輻射粒子的分布厚度
D30‧‧‧背板的第三層的厚度
D40‧‧‧背板的第四層厚度
G‧‧‧間距
圖1是依照本新型創作的第一實施例的一種太陽能電池模組的剖面示意圖。
圖2是依照本新型創作的第二實施例的一種太陽能電池模組的剖面示意圖。
圖3是依照本新型創作的第三實施例的一種太陽能電池模組的剖面示意圖。
圖4是依照本新型創作的第四實施例的一種太陽能電池模組的剖面示意圖。
圖1是依照本新型創作的第一實施例的一種太陽能電池模組的剖面示意圖。請參照圖1，本實施例的太陽能電池模組100包括太陽能電池元件110、第一封裝膜120、第二封裝膜130、蓋板140、背板150A以及多個熱輻射粒子P。
具體地，本實施例的太陽能電池元件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具有第一表面S1以及相對於第一表面S1的第二表面S2。在本實施例中，第一表面S1例如是太陽能電池元件110面向太陽光或環境光的表面，即一般 所謂的受光面，而第二表面S2則為背對太陽光或環境光的表面，即一般所謂的非受光面或背光面。
第一封裝膜120位於第一表面S1上，而第二封裝膜130位於第二表面S2上。也就是說，太陽能電池元件110位於第一封裝膜120與第二封裝膜130之間。第一封裝膜120與第二封裝膜130例如是用來封裝一或多個太陽能電池元件110，以降低外在環境(例如水氣、溫度、紫外光等)對於太陽能電池元件110的影響。舉例而言，第一封裝膜120以及第二封裝膜130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。
蓋板140位於第一封裝膜120上，且第一封裝膜120位於太陽能電池元件110與蓋板140之間。蓋板140例如用來保護位於其下的元件(例如太陽能電池元件110)，從而提升太陽能電池模組100的信賴性。具體地，蓋板140例如是具有高光穿透率以及高結構強度的基板。舉例而言，蓋板140可以是玻璃基板。
背板150A位於第二封裝膜130上，且第二封裝膜130位於太陽能電池元件110與背板150之間，而熱輻射粒子P位於背板150A中。背板150A例如可用來降低外在環境(例如水氣、溫度、紫外光等)對於太陽能電池元件110的影響。舉例而言，背板150A可以是多層的堆疊層，且這些熱輻射粒子P分布於堆疊層的至少一層之中。
具體地，本實施例的背板150A包括背板的第一層10、背板的第二層20以及背板的第三層30，其中背板的第二層20位於背板的第一層10與背板的第三層30之間，且背板的第一層10位於背板的第二層20與第二封裝膜130之間。也就是說，背板150A的背板的第一層10是設置在靠近第二封裝膜130的一側，而背板的第三層30是設置在遠離第二封裝膜130的一側。
所述背板的第一層10、背板的第二層20以及背板的第三層30例如是分別由具有良好的絕緣性、阻水性、耐老化性的高分子層所構成。一般常見的三層堆疊結構例如是由聚偏二氟乙烯(Polyvinylidene Difluoride,PVDF)/聚對苯二甲酸乙二酯(Polyethylene terephthalate,PET)/PVDF三層堆疊的結構，其中背板的第一層10以及第三層30(PVDF)例如具有良好的抗環境侵蝕能力，而背板的第二層20例如具有良好的絕緣能力，且背板的第一層10、背板的第二層20以及背板的第三層30例如是經由黏著層而兩兩黏接。然而，本新型創作並不用以限定背板150A的膜層數量、各膜層的堆疊方式或者是各膜層的材質。在其他實施例中，上述膜層(背板的第一層10、背板的第二層20以及背板的第三層30)的材質也可以選自於聚碳酸脂(polycarbonate,PC)、聚二氯乙烯(polyvinylidene chloride,PVDC)、環已二甲醇改性共聚酯(polyethylene terephthalate glycol,PETG)、聚=二甲酸乙二酯(polyethylene naphthalate,PEN)、聚氟乙烯(polyvinyl fluoride,PVF)等高分子材料的其中一者或其組合的堆疊層。
由於熱輻射量與溫差呈現正相關，因此熱輻射粒子P若鄰近分布於背板150A與空氣的接觸面則可具有較為顯著的散熱效果。在本實施例中，熱輻射粒子P例如是以摻雜的方式形成於背板的第三層30中與空氣接觸的一側，也就是熱輻射粒子P鄰近分布於背板150A的底面SB。如此一來，熱輻射粒子P可將太陽能電池元件110的熱以熱輻射的方式導出太陽能電池模組100外，藉此改善背熱問題，從而提升太陽能電池模組100的光電轉換效率。需說明的是，本新型創作並不用以限定熱輻射粒子P所分布的膜層數量或位置。在其他實施例中，熱輻射粒子P也可以摻雜於背板的第一層10或背板的第二層20中，又或者，熱輻射粒子P也可以摻雜於背板的第一層10、背板的第二層20以及背板的第三層30其中至少兩者中而達到散熱效果。
本實施例的熱輻射粒子P例如為碳化矽(SiC)微粒子，且熱輻射粒子P的分布厚度Dp小於或等於背板的第三層30的厚度D30。所述分布厚度Dp指的是熱輻射粒子P分布區域中最上層的熱輻射粒子P與最下層的熱輻射粒子P之間的最短距離。在本實施例中，熱輻射粒子P的分布厚度Dp例如是在10奈米至100微米之間。
圖2是依照本新型創作的第二實施例的一種太陽能電池模組的剖面示意圖。請參照圖2，本實施例的太陽能電池模組200與圖1中的太陽能電池模組100具有相似的結構以及相似的膜層，兩者的主要差異在於本實施例的太陽能電池模組200的背板 150B除了上述的背板的第一層10、背板的第二層20以及背板的第三層30之外，還包括背板的第四層40，其中熱輻射粒子P分布於背板的第四層40中，且本實施例的背板的第三層30位於背板的第二層20與背板的第四層40之間。也就是說，本實施例中背板的第四層40位於太陽能電池模組200的底面。
具體地，本實施例可藉由將熱輻射粒子P摻雜在高分子基質(例如是由樹脂所形成的背板第四層40)中，再以塗佈或貼附的方式形成於背板150B的底面SB。如此一來，熱輻射粒子P可將太陽能電池元件110的熱以熱輻射的方式導出太陽能電池模組200外，藉此改善背熱問題，從而提升太陽能電池模組200的光電轉換效率。需說明的是，本新型創作並不用以限定熱輻射粒子P所分布的背板第四層40的配置位置或是背板的第四層40的數量。在其他實施例中，背板的第四層40也可以位於背板的第二層20與背板的第三層30之間或位於背板的第一層10與背板的第二層20之間，又或者是背板的第一層10、背板的第二層20以及背板的第三層30兩兩膜層之間而達到散熱效果。此外，本實施例的熱輻射粒子P的分布厚度Dp例如是在10奈米至100微米之間。
圖3是依照本新型創作的第三實施例的一種太陽能電池模組的剖面示意圖。請參照圖3，本實施例的太陽能電池模組300具有與圖1中的太陽能電池模組100以及圖2中的太陽能電池模組200相似的結構以及相似的膜層，其中本實施例的背板150可採用圖1中的背板150A或圖2中的背板150B的架構。也就是說， 本實施例的背板150可以是以摻雜、塗佈或貼附的方式使熱輻射粒子P分布於背板150中。另外，太陽能電池模組300與太陽能電池模組100、200的主要差異在於，本實施例的太陽能電池模組300更包括熱輻射層310，其中熱輻射層310位於太陽能電池元件110的第二表面S2的部份區域上。
具體地，本實施例的太陽能電池元件110例如包括光電轉換層112、第一電極層114、第二電極層116以及多個金屬電極118。光電轉換層112具有上表面S11以及與上表面S11相對的下表面S22，其中第一電極層114位於上表面S11上，而第二電極層116位於下表面S22上。此外，金屬電極118位於下表面S22上且與第二電極層116電性連接。
光電轉換層112可以是P型摻雜層及N型摻雜層的堆疊結構，或是P型摻雜層、本質層、N型摻雜層的堆疊結構。此外，光電轉換層112的上表面S11及下表面S22可以為織化(textured)表面(即圖3中的鋸齒狀表面)，以提高太陽光的吸收，但本新型創作並不限定光電轉換層112的上表面S11及下表面S22需為織化表面。
由於第一電極層114設置於光電轉換層112的上表面S11(即光電轉換層112的受光面)，且第一電極層114通常為導電良好的金屬材質，因此，為減少金屬材質的第一電極層114遮蔽入射光的比例，第一電極層114可設計成具有特殊圖案的結構。具體地，第一電極層114可包括橫貫光電轉換層112的匯流電極 (busbar)以及由匯流電極延伸出多條很細的指狀電極(finger)，其中匯流電極例如是沿第一方向延伸且沿第二方向排列，而指狀電極沿第二方向延伸且沿第一方向排列。一般而言，匯流電極與指狀電極垂直設置，也就是說，第一方向垂直於第二方向，但本發明不用以限定第一方向與第二方向所夾的角度以及第一電極層114的圖案。在其他實施例中，第一電極層114的圖案也可以是格子狀、條紋狀或其他適於收集載子的圖案。或者，太陽能電池元件110可以是背接觸式(back contact)太陽能電池元件，藉由匯流電極的背面化，來減少受光面的第一電極層114遮蔽入射光的比例。
第二電極層116例如為一般所謂的後表面電場(Back Surface Field,BSF)金屬層，其可用來增加載子的收集以及回收未被吸收的光子。此外，金屬電極118例如可用來匯集第二電極層116所收集的電流。
熱輻射層310位於第二電極層116上，且熱輻射層310曝露出金屬電極118。在本實施例中，熱輻射層310包括多個熱輻射粒子，且所述熱輻射粒子例如是碳化矽微粒子。
進一步而言，本實施例的熱輻射層310包括多個熱輻射圖案312，且各熱輻射圖案312與相鄰的金屬電極118分別維持間距G。如此一來，在後續進行焊接製程以串聯多個太陽能電池元件110時，可降低破片的問題，並提升太陽能電池模組300的良率。
在本實施例中，熱輻射圖案312例如是以網版印刷的方 式來形成。透過間距G的設置，可提供製作熱輻射層310的網板(未繪示)與金屬電極118對位時的裕度。如此一來，在對位上若稍有偏差，也不易影響太陽能電池模組300的良率。再者，由於熱輻射層310的圖案可透過網版上預留的圖案來調變，因此當金屬電極118的圖案改變時，藉由改變網版上預留的圖案，即可調變熱輻射圖案312。也就是說，本實施例的太陽能電池模組300的熱輻射層310在圖案調變上具有相對高的裕度。
在本實施例中，熱輻射粒子P在背板150中的分布平面例如是平行於熱輻射層310。因此，本實施例的太陽能電池模組300可藉由熱輻射層310與分布在背板150中的熱輻射粒子P所產生的熱耦合(thermal coupling)效應來有效地將太陽能電池元件110的熱導出太陽能電池模組300外，藉此改善背熱問題，使太陽能電池元件110能夠有效地散熱，從而使太陽能電池模組300的光電轉換效率有效地提升。
圖4是依照本新型創作的第四實施例的一種太陽能電池模組的剖面示意圖。請參照圖4，本實施例的太陽能電池模組400具有與圖1中的太陽能電池模組100以及圖2中的太陽能電池模組200相似的結構以及相似的膜層，其中本實施例的背板150可採用圖1中的背板150A或圖2中的背板150B的架構。另外，太陽能電池模組400與太陽能電池模組100、200的主要差異在於，本實施例的太陽能電池模組400的熱輻射粒子P更分布於第二封裝膜130中。
在本實施例中，熱輻射粒子P例如是均勻地分布在第二封裝膜130中。此外，在背板150以及第二封裝膜130中的熱輻射粒子P的分布平面例如是彼此平行。因此，本實施例的太陽能電池模組400可藉由分布在第二封裝膜130以及背板150中的熱輻射粒子P所產生的熱耦合(thermal coupling)效應來有效地將太陽能電池元件110的熱導出太陽能電池模組400外，藉此改善背熱問題，使太陽能電池元件110能夠有效地散熱，從而使太陽能電池模組400的光電轉換效率有效地提升。
綜上所述，本新型創作的太陽能電池模組可藉由將熱輻射粒子設置在背板中，來將太陽能電池元件所產生的熱導出太陽能電池模組外，藉此改善背熱問題，從而提升太陽能電池模組的光電轉換效率。
雖然本新型創作已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本新型創作，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本新型創作的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本新型創作的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。
100‧‧‧太陽能電池模組
110‧‧‧太陽能電池元件
120‧‧‧第一封裝膜
130‧‧‧第二封裝膜
140‧‧‧蓋板
150A‧‧‧背板
10‧‧‧背板的第一層
20‧‧‧背板的第二層
30‧‧‧背板的第三層
P‧‧‧熱輻射粒子
S1‧‧‧第一表面
S2‧‧‧第二表面
SB‧‧‧底面
Dp‧‧‧熱輻射粒子的分布厚度
D30‧‧‧背板的第三層的厚度

Claims (8)

  1. 一種太陽能電池模組，包括：一太陽能電池元件，具有一第一表面以及一相對於該第一表面的第二表面；一第一封裝膜，位於該第一表面上；一第二封裝膜，位於該第二表面上；一蓋板，位於該第一封裝膜上，且該第一封裝膜位於該太陽能電池元件與該蓋板之間；一背板，位於該第二封裝膜上，且該第二封裝膜位於該太陽能電池元件與該背板之間；以及多個熱輻射粒子，分布於該背板中。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的太陽能電池模組，其中該背板為多層的堆疊層，且該些熱輻射粒子分布於該堆疊層的至少一層之中。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的太陽能電池模組，其中該些熱輻射粒子的分布厚度在10奈米至100微米之間。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的太陽能電池模組，其中該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，其中該光電轉換層具有一上表面以及一與該上表面相對的一下表面，該第一電極層位於該上表面上，而該第二電極層位於該下表面上，該些金屬電極位於該下表面上且與該第二電極層電性連接。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之太陽能電池模組，其中該光電轉換層是P型摻雜層及N型摻雜層的堆疊結構，或是P型摻雜層、本質層、N型摻雜層的堆疊結構。
  6. 如申請專利範圍第4項所述之太陽能電池模組，更包括一熱輻射層，該熱輻射層位於該第二電極層上，且該熱輻射層曝露出該些金屬電極。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之太陽能電池模組，其中該熱輻射層包括多個熱輻射圖案，且各該熱輻射圖案與相鄰的該些金屬電極分別維持一間距。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之太陽能電池模組，其中該些熱輻射粒子更分布於該第二封裝膜中。
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