(54)【考案の名称】太陽電池モジュール

(73)【実用新案権者】有成精密股▲ふん▼有限公司

(72)【考案者】【考案者】

[fig000002]
【選択図】図2D

【概要説明】

【分野】

【0001】
本考案は、太陽電池モジュールに関する。

【従来の技術】

【0002】
石油化学エネルギーの不足、及びエネルギーの需要量の増大に対応するために、再生可能エネルギーの開発は、非常に重要な問題の一つとなっている。再生可能エネルギーとは、例えば、太陽エネルギー、風カエネルギー、水力、潮汐エネルギーやバイオマスエネルギーのような、天然で持続可能且つ非汚染のエネルギーである。近年、太陽エネルギーの研究及び開発も、非常に重要で盛んになっている。
【0003】
太陽電池は、光エネルギーを電力に変換する光起電装置である。太陽電池は、単結晶シリコン太陽電池、多結晶シリコン太陽電池、アモルファスシリコン太陽電池、薄膜太陽電池及び色素増感太陽電池を含む。例えば、単結晶シリコン太陽電池は、基板としてp型半導体を使用し、5価の原子(例えば、リン原子)をこのp型基板にドープして、p‐n接合を形成する。p‐n接合で空乏領域が形成され、内蔵電位を生じることは知られている。日光がp型基板のp‐n接合に照射されると、光子エネルギーは、半導体内の電気イオンを励起させて電子正孔対を発生させる。電子及び正孔は、内蔵電位の影響に制約される。すなわち、正孔は電界の方向に向かって移動するが、電子は反対方向へ移動する。この場合、ワイヤーでロードと太陽電池電極との間を互いに接続すると、ロードを電流が流れる。これは、太陽電池による発電の動作原理であり、光起電力効果とも呼ばれる。
【0004】
太陽電池は、汚染を発生させず、地球資源を消耗しないため、益々大衆の注意及び関心を引き、あらゆるメーカーが太陽電池市場に投資するようになった。前述の理由から、これらのメーカーの製品の競争力を増強し、高い電力効率を有する太陽電池の研究開発を行う必要がある。
【考案が解決しようとする課題】
【0005】
そのため、本考案の目的は、高い電力発生効率を有する太陽電池モジュールを提供することにある。

【効果】

【0011】
そのため、本考案の太陽電池モジュールは、太陽電池装置の熱輻射率を最大化することによって、熱をモジュールから効果的に消散させるために、太陽電池装置とバックプレーンとの間に挟まれる熱輻射材料層を有する。そのため、太陽電池モジュールの発電効率を、低い作動温度にすることにより高めることができる。また、熱輻射材料層によって電極層を部分的にカバーして少なくとも金属電極を露出させることで、クラックを減少させ太陽電池モジュールの歩留まりを向上させる。熱輻射材料層は、スクリーン印刷によって形成される。前記スクリーン印刷は、熱輻射材料層を太陽電池装置にしっかりと附着させて、熱輻射材料層が太陽電池装置から分離する可能性を低下させる。
【0012】
上記の一般的な説明及び以下の詳細な説明の両方は、例示的なものに過ぎず、そして主張されるような本考案の更なる説明を提供しようとすることを意図するものであることと理解すべきである。
【図面の簡単な説明】
【0013】
本明細書に含まれる添付の図面は、本考案に対する更なる理解を提供するためのものである。また、添付の図面は、本明細書に組み込まれ、そして本明細書の一部を構成する。添付の図面は、本考案の実施例を示し、本明細書と共に本考案の原理を説明するために働く。
【0014】
【図1】本考案の一好適な実施例による太陽電池モジュールの製造工程を示すフロー図である。
【図2A】本考案の一好適な実施例による太陽電池モジュールの製造工程を示す断面図である。
【図2B】本考案の一好適な実施例による太陽電池モジュールの製造工程を示す断面図である。
【図2C】本考案の一好適な実施例による太陽電池モジュールの製造工程を示す断面図である。
【図2D】本考案の一好適な実施例による太陽電池モジュールの製造工程を示す断面図である。
【図3A】図2Dにおける太陽電池モジュールを示すより詳細な断面図である。
【図3B】図3Aにおける太陽電池モジュールを示す底面図である。

【0015】
以下、本考案の現在の好適な実施例について、これらの実施例を例示する添付の図面を参照してより詳細に説明する。可能な限り、同一または同様の要素を指すために、同一の符号が添付の図面及び説明にわたって使用される。
【0016】
図1は、本考案の一好適な実施例による太陽電池モジュールの製造工程を示すフロー図である。ステップS100において、受光表面、及び前記受光表面に対向する非受光表面を含む太陽電池装置を提供する。そして、ステップS200において、太陽電池装置の受光表面に、第1保護膜及びカバープレートを形成する。第1保護膜は、太陽電池装置とカバープレートとの間に位置する。ステップS300において、太陽電池装置の非受光表面に、熱輻射材料層をスクリーン印刷して第2保護膜を形成する。最後に、ステップS400において、太陽電池装置の非受光表面にバックプレーンを形成し、また、第2保護膜は太陽電池装置とバックプレーンとの間に位置する。
【0017】
太陽電池モジュールは、S100、S200、S300及びS400の順序、又はS100、S300、S200及びS400の順序、又はS100、S300、S400及びS200の順序でステップを順次に実行して製造されることに注意すべきである。
【0018】
図2A〜図2Dは、本考案の一好適な実施例による太陽電池モジュールの製造工程を示す一連の断面図である。
【0019】
図2Aを参照して、太陽電池装置110が提供される。太陽電池装置110は、シリコン太陽電池、化合物半導体太陽電池、色素増感太陽電池又は薄膜太陽電池であってもよい。太陽電池装置110は、受光表面SA及び非受光表面SBを有する。「受光表面」SAとは、太陽に面する太陽電池装置の表面であり、一方、「非受光表面」SBとは、受光表面に対向する表面である。
【0020】
図2Bを参照して、第1保護膜120及びカバープレート130は、太陽電池装置110の受光表面SAに形成される。第1保護膜120は、太陽電池装置110とカバープレート130との間に位置する。第1保護膜120は、エチレン・酢酸ビニル共重合体(ethylene vinyl acetate;EVA)、ポリビニルブチラール(poly vinyl butyral;PVB)、ポリオレフィン、ポリウレタン、シリコーン又はその他の透明重合体の絶縁接着材であってもよい。太陽電池モジュールの信頼性を高めるために、カバープレート130を使用する。カバープレート130は、例えば、低鉄ガラスの基板等の高透過率の基板であってもよい。
【0021】
図2Cを参照して、熱輻射材料層140及び第2保護膜150は、太陽電池装置110の非受光表面SBに形成されてもよい。この実施例において、熱輻射材料層140は、太陽電池装置110と第2保護膜150との間に位置する。第2保護膜150は、エチレン・酢酸ビニル共重合体(EVA)、ポリビニルブチラール(PVB)、ポリオレフィン、ポリウレタン、シリコーン又はその他の透明重合体の絶縁接着材のような、第1保護膜120と同一の材料から形成されてもよい。図2Dに示すように、第1保護膜120及び第2保護膜150を使用して、太陽電池装置110及び熱輻射材料層140をカバープレート130とバックプレーンとの間に封止して、この太陽電池装置110及び前記熱輻射材料層140を外部衝撃から保護する。熱輻射材料層140は、スクリーン印刷工程によって太陽電池装置110の非受光表面SBに製造されることが好ましい。スクリーン印刷は、太陽電池装置での母線又はそのフィンガーの形成に広く使われているため、熱輻射材料層140を形成するには便利である。
【0022】
スクリーン印刷を利用して熱輻射材料層140を形成することにより、熱輻射材料層140を太陽電池装置110にしっかりと附着させて、熱輻射材料層140が太陽電池装置110から分離する可能性を低下させ、また、気泡又はその他の物質の太陽電池装置110への浸透を防止する。つまり、スクリーン印刷を利用して熱輻射材料層140を形成することにより、太陽電池モジュールの歩留まりを更に向上させることができる。
【0023】
また、スクリーン印刷を利用して熱輻射材料層140を形成することにより、太陽電池装置110の非受光表面SBを完全にカバーせずに、実需に応じて、熱輻射材料層140を太陽電池装置110の非受光表面SBに精確に形成して、実際の熱輻射材料の使用を節約することができる。
【0024】
熱輻射材料層なしの従来の太陽電池モジュールは、その保護膜によって、モジュールから放熱する。しかしながら、保護膜の大部分が低熱伝導率及び低熱輻射率を有するため、太陽電池モジュールは、発生した熱を効果的に消散させることができない。太陽電池モジュールの発電効率が温度の増加に従って低下するため、従来の太陽電池モジュールでは、その低熱消散率の故に、発電効率を効果的に高めることができない。
【0025】
本実施例において、熱輻射材料層140の放射率は、少なくとも0.8であり、また、熱輻射材料層140は炭化ケイ素粉末を含むべきである。炭化ケイ素粉末は、ナノメータスケールのサイズであることが好ましい。また、熱輻射材料層140は、炭化ケイ素粉末と混合される樹脂接着剤を更に含む。当業者であれば、実需に応じて、樹脂接着剤と炭化ケイ素粉末の混合比を調整することができる。
【0026】
熱輻射材料層140は、高熱輻射率(熱放射率とも呼ばれる)だけでなく、高熱伝導率も有する点に注意すべきである。そのため、熱輻射材料層140が太陽電池装置110と第2保護膜150との間に挟まれる場合、熱は、熱輻射及び熱伝導によってモジュールから効果的に消散されて、太陽電池装置110を低い作動温度に維持することができる。実際の実験結果によると、熱輻射材料層140が附着される太陽電池装置110は、熱輻射材料層140無しの太陽電池装置110よりもほぼ10℃低い(これは、発電効率の4%への向上に寄与する)温度で操作される。
【0027】
また、熱伝導率は、熱輻射材料層140の厚さD140の増加に従って低下する点に注意すべきである。すなわち、熱伝導率は、熱輻射材料層140の厚さD140に反比例する。本実施例において、熱輻射材料層140は、好ましくは、約20μm〜約50μmの範囲の厚さD140を有する。
【0028】
また、熱輻射材料層140について、その性能を最大化するために、適当な位置を決めるべきである。好ましくは、熱輻射材料層140は、太陽電池装置110と第2保護膜150との間に挟まれ、太陽電池装置110に物理的に接触して、この太陽電池装置110の性能を最大化する。
【0029】
図2Dを参照して、バックプレーン160は、第2保護膜150に形成される。第2保護膜150は、太陽電池装置110とバックプレーン160との間に位置する。本実施例において、第2保護膜150は、熱輻射材料層140とバックプレーン160との間に位置する。バックプレーン160は、ガラス又はポリカーボネーから形成される。バックプレーン160及びカバープレート130の両者は、低鉄ガラスの基板又は強化ガラス基板であってもよい。バックプレーン160がモジュールに組み立てられると、太陽電池モジュール100の組み立ては、略終了する。
【0030】
図3Aは、図2Dにおける太陽電池モジュールを示すより詳細な断面図である。また、図3Bは、バックプレーン160が除去された図3Aにおける太陽電池モジュールを示す底面図である。
【0031】
図3Aを参照して、太陽電池装置110は、第1電極層10、光電変換層20、第2電極層30及び複数の金属電極40を含む。第1電極層及び第2電極層(10,30)は、それぞれ光電変換層20の2つの対向する第1表面S1及び第2表面S2に位置する。この実施例において、光電変換層20は、積み重ねられたp型ドープ層22及びn型ドープ層24からなるP‐N接合であってもよいが、これに限定されない。その他の実施例において、光電変換層20は、積み重ねられたp型ドープ層、真性層及びn型ドープ層からなるP‐I‐N接合であってもよい。その他の実施例において、光電変換層20は、P‐N接合とP‐I‐N接合の組み合わせであってもよい。
【0032】
第1電極層10、第2電極層30及び複数の金属電極40は、アルミニウムペースト又は銀アルミニウムペーストをスクリーン印刷することにより形成されてもよいが、それらのペーストやスクリーン印刷に限定されない。
【0033】
また、第1電極層10は、太陽電池装置110の受光表面SAに形成されてもよい(図2D参照)。入射光が第1電極層10によって遮断されないように、第1電極層10に所定のパターンを設計することができる。例えば、X軸に沿った母線12及びY軸に沿った前記母線のフィンガー(図示せず)であってもよいが、このパターンに限定されない。
【0034】
第2電極層30は、太陽電池装置110の受光表面SAに形成されてもよい(図2D参照)。第2電極層30は、しばしば裏面電界(back surface field;BSF)と称され、キャリアの収集を増加し吸収されていない光子を再循環させるために用いられる。また、複数の金属電極40は、光電変換層20の第2表面S2に形成され、また、第2電極層30に電気的に接続されて、第2電極層30からの電流を収集する。
【0035】
熱輻射材料層140は、第2電極層30を部分的にカバーし少なくとも複数の金属電極40を露出させるように、光電変換層20の第2表面S2に形成される。
【0036】
また、図3A及び図3Bを参照して、スクリーン印刷を行う場合、熱輻射材料層140と複数の金属電極40との間に、複数のギャップGを形成すべきである。それにより、後の半田付け工程を実行して複数の太陽電池を互いに接続する際に、クラックを減少させ太陽電池モジュール100の歩留まりを向上させる。また、ギャップGは、熱輻射材料層140と複数の金属電極40との間に、スクリーン印刷のための余裕も提供する。
【0037】
上記実施例によると、本考案の太陽電池モジュールは、太陽電池装置とそのバックプレーンとの間に挟まれる熱輻射材料層を有し、この太陽電池装置の熱輻射を最大化することで熱をモジュールから効果的に消散させる。そのため、太陽電池モジュールの発電効率は、低い作動温度によって高めることができる。また、熱輻射材料層によって電極層を部分的にカバーして少なくとも金属電極を露出させることで、クラックを減少させ太陽電池モジュールの歩留まりを向上させる。熱輻射材料層は、スクリーン印刷によって形成される。前記スクリーン印刷は、熱輻射材料層を太陽電池装置にしっかりと附着させて、熱輻射材料層が太陽電池装置から分離する可能性を低下させる。
【0038】
当業者であれば、本考案の範囲や精神から逸脱せずに、本考案の構造に対して各種の修正や変更を加えることができることが理解すべきである。上記内容に鑑み、本考案の修正及び変更が下記実用新案登録請求の範囲及びその同等物の範囲に含まれる場合、本考案は、本考案のこれらの修正や変更を含まれようとする。
【0039】
10 第1電極層
12 母線
20 光電変換層
22 p型ドープ層
24 n型ドープ層
30 第2電極層
40 金属電極
100 太陽電池モジュール
110 太陽電池装置
120 第1保護膜
130 カバープレート
140 熱輻射材料層
150 第2保護膜
160 バックプレーン
D140 厚さ
G ギャップ
S100〜S400 ステップ

(57)【要約】

【課題】高い電力発生効率を有する太陽電池モジュールを提供する。【解決手段】受光表面、及び受光表面に対向する非受光表面を含む太陽電池装置において、受光表面に第1保護膜120及びカバープレート130を形成し、第1保護膜が太陽電池装置とカバープレートとの間に位置する。非受光表面に、熱輻射材料層140をスクリーン印刷して第2保護層150を形成する。非受光表面にバックプレーン160を形成し、第2保護膜が太陽電池装置とバックプレーンとの間に位置する。


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