TWI488318B - Thin film solar cell module - Google Patents
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Description
本發明是有關於一種太陽能電池模組，特別是指一種薄膜太陽能電池模組。
參閱圖1，習知薄膜太陽能電池1a的結構具有一基材11、一形成於該基材11表面的底電極12、一形成於該底電極12上的光電轉換層13、一形成於該光電轉換層13的電流擴散層14，及一形成於該電流擴散層14上的頂電極15，該基材11可選自玻璃、金屬、不鏽鋼、或塑膠等材料，該底電極12視該光電轉換層13的材料可配合選自鉬(Mo)或銅(Cu)等材料，該光電轉換層13是由具有p-n半導體接面結構的半導體材料構成，該電流擴散層14為選自透明且與該光電轉換層14沒有整流效應的低電阻金屬材料，例如ITO、ZnO所構成，該頂電極15一般為選自不透光的金屬或合金金屬所構成，且為了減少自該光電轉換層13產生的光電流的行進距離，所以該頂電極15會以如圖1所示的柵狀，或指叉狀(圖未示)結構，設置在該電流擴散層14上；此外，為了減低該頂電極15對該光電轉換層13的遮蔽性，該頂電極15也可選自透明導電材料，覆蓋於該電流擴散層14的表面，而形成如圖2所示之薄膜太陽能電池結構1b。當太陽光經由該光電轉換層13的頂面方向(收光面)進入該光電轉換層13時，該光電轉換層13會藉由光電效應產生光電流，最後再經由該底、頂電極12、15將產生的光電流向外輸出。
參閱圖3，而一般大面積使用的薄膜太陽能電池模組2a，是在一共用的導電基材11上，形成多個類似圖1所示且彼此各自獨立排列的薄膜太陽能電池1a，之後再經由打線製程，將該些薄膜太陽能電池1a彼此以導線16電連接後而形成如圖3所示的薄膜太陽能電池模組2a；參閱圖4，或是也可於一共用的絕緣基材11上形成多個與圖2類似且彼此各自獨立排列的薄膜太陽能電池1b(該每一個薄膜太陽能電池1b的底電極12為彼此獨立)，並藉由製程控制令任一個薄膜太陽能電池1b的頂電極15覆蓋其中一相鄰的薄膜太陽能電池1b的底電極12彼此電連接，最後再經由打線至成形成可向外延伸電連接之導線16，形成如圖4所示的薄膜太陽能電池模組2b，而該太陽能電池模組2a、2b則可經由該頂電極15與該導電基板11或是經由該導線16與該底電極12的配合將產生之光電流向外輸出。
然而，無論是以圖3或圖4所示的薄膜太陽能電池模組2a、2b而言，由於相鄰的薄膜太陽能電池1a或是薄膜太陽能電池1b之間都會有間隙S1、S2存在，且該些間隙S1、S2都是無法接收太陽光的浪費空間，因此，不僅空間使用效率相對較低，且會令該薄膜太陽能電池模組2a、2b占據較大的空間。
因此，本發明之目的，即在提供一種可以有效增加空間使用率、降低遮光率，並適用於大面積發光的薄膜太陽能電池模組。
於是，本發明一種薄膜太陽能電池模組，包含多數個彼此電連接的太陽能電池單元，該每一太陽能電池單元包括一可供電導通的基板、一設置於該基板表面的光電轉換層，及一設置於該光電轉換層頂面的頂電極，且任兩相鄰的太陽能電池單元，其中一太陽能電池單元的基板的部份區域會疊置於另一太陽能電池單元的頂電極的部份區域而彼此形成電連接，該光電轉換層在接收光時會產生光電流，並經由該基板及該頂電極將產生的光電流向外輸出。
本發明之功效在於：利用多數個太陽能電池單元彼此疊置並電連接所得到的薄膜太陽電池模組，可減小薄膜太陽能電池模組的組裝空間，而可提升空間使用效率。
有關本發明之前述及其他技術內容、特點與功效，在以下配合參考圖式之二個較佳實施例的詳細說明中，將可清楚的呈現。
參閱圖5、圖6，本發明薄膜太陽能電池模組的一第一較佳實施例是包含多數個彼此電連接的太陽能電池單元3，且該每一個太陽能電池單元3，可在接受光能時產生光電流。
該每一個太陽能電池單元3包括一基板31、一設置於該基板31上的光電轉換層32，及一形成於該光電轉換層32表面的頂電極33。
該基板31具有一可導電的板體311，及一形成於該板體311其中一表面的背電極312，且該基材311於遠離該背電極312的表面具有一第一連接區313。
具體的說，該板體311是選自包含鐵、鉻、鎳、鉬，及前述其中之一組合的合金材料所構成，該背電極312為選自可與該光電轉換層32形成歐姆接觸的金屬材料構成，較佳地，該板體311是可導電且具有可撓性。於本實施例中，該板體311的構成材料是選自組成份含有重量百分比不小於60%的鐵，重量百分比不小於15%的鉻，及重量百分比不小於8%的鎳的合金材料，即俗稱的「白鐵」，所構成，該背電極312是由鉬為材料構成，要說明的是，以白鐵為材料構成的板體311不僅具有導電性佳的優點，且可延展成薄片狀而同時具備可撓曲的特性。
該光電轉換層32呈薄膜(thin film)狀地設置於該基板31的表面，由具有p-n半導體接面結構的半導體材料構成，例如可選自非晶矽、微晶矽構成的矽薄膜，或是選自碲化鎘(CdTe)、銅銦硒(CIS)、銅銦鎵硒(CIGS)等材料構成的化合物薄膜，由於該光電轉換層32的相關材料選擇為本技術領域者所知悉，且非為本發明的重點，因此不再多加贅述；在本實施例中，該光電轉換層32是選自CIGS四元系統的半導體材料構成。
該頂電極33可與該背電極312配合將該光電轉換層32產生的光電流向外輸出，具有一與該光電轉換層32連接且可透光的電流擴散層331及一形成在該電流擴散層331上的電極層332，且該頂電極33於反向該光電轉換層的表面具有一遠離該第一連接區313的第二連接區333。
該電流擴散層331呈薄膜狀地覆蓋該光電轉換層32的整個表面，選自透明且與該光電轉換層32沒有整流效應的低電阻金屬材料，例如ITO、ZnO所構成；該電極層332形成於該電流擴散層331上，選自電阻值低於該電流擴散層331的透明導電材料構成。
要說明的是，該頂電極33還可依應用需求而有不同的膜層結構設計，例如該頂電極33還可具有一形成於該電極層332上用於減低反射的抗反射層，或是還可具有一介於該光電轉換層32與該電流擴散層331之間，幫助電子有效傳導的緩衝層等結構，由於該頂電極33的構成材料及相關膜層結構已為業界所週知，故均省略不提。於本實施例中該頂電極33係具有一由氧化銦錫(ITO)為材料構成且厚度小於0.05μm的電流擴散層331，及一由鋁摻雜的氧化鋅(ZnO:Al)為材料構成且厚度約為0.5~1.5μm的電極層332。
就每一獨立的該薄膜太陽能電池單元3而言，當太陽光經由該頂電極33入射至該光電轉換層32時，該光電轉換層32可將光能吸收轉換成電能，並藉由該基板31與該頂電極33互相配將產生的電能向外輸出，而於本較佳實施例中任兩相鄰的太陽能電池單元3彼此是藉由其中一太陽能電池單元3的該第一連接區313與另一太陽能電池單元的該第二連接區333彼此依序排列電連接，利用該基板31與頂電極33都可導電的特性，而令該些太陽能電池單元3彼此無間隙的電連接形成該薄膜太陽能電池模組，且由於該每一薄膜太陽能電池單元3的頂電極33完全由透明導電材料構成，因此，也不會影響每一個薄膜太陽能電池單元3的收光性。
續參閱圖5、6，為使該薄膜太陽能電池模組的組合方式更加清楚，圖6係以其中任三個相鄰的太陽能電池單元3為例作說明。茲將任三個相鄰的太陽能電池單元3分別稱為太陽能電池單元3a、3b及3c，該每一個太陽能電池單元3a、3b、3c的基材311於遠離該背電極312的表面均具有一第一連接區313，且該頂電極33也分別具有一遠離該第一連接區313的第二連接區333，該太陽能電池單元3b是以導電膠(圖未示)將其第一連接區313與該太陽能電池單元3a的第二連接區333彼此黏合，並將該太陽能電池單元3c再以其第一連接區313與該太陽能電池單元3b的第二連接區黏合，如此疊製排列即可得到預定尺寸之大面積薄膜太陽能電池模組。由於該些太陽能電池單元3a、3b、3c之間係藉由相鄰之該基板31與頂電極33彼此疊置而形成無間隙的連接，不僅製程簡便，可改善習知將多個太陽能電池單元1a、1b組合成太陽能電池模組時會存在間隙S1、S2的缺點，而可有效提升空間利用率，且不影響該每一太陽能電池單元3a、3b、3c之光電效率。
參閱圖7，要再說明的是，該電極層332也可設計成如圖7所示，具有複數條彼此平行且間隔設置在該電流擴散層331表面，呈指叉狀延伸至該第二連接區333的導線334，如此，當任兩相鄰的太陽能電池單元3相互疊置時，其中一太陽能電池單元3的第一連接區313則可疊置於另一太陽能電池單元3位於該第二連接區333的電流擴散層331及導線334上，藉由分佈在該電流擴散層331的導線334，可令自該光電轉換層32產生的光電流更容易經由該些導線334收集而向外輸出，而更適用於大面積太陽能電池單元3。較佳地，該些導線334選自金屬、合金金屬、金屬氧化物等導電性佳的材料構成。此外，要再說明的是，該頂電極32也可視該太陽能電池單元3的結構設計而僅為由透明導電材料構成的單層電極結構。
參閱圖8，本發明薄膜太陽能電池模組的一第二較佳實施例包含多數個彼此電連接的太陽能電池單元4，且該每一個太陽能電池單元4，可在接受光能時產生光電流。
該每一個太陽能電池單元4包括一基板41、一設置於該基板41上的光電轉換層42，及一形成於該光電轉換層42表面的頂電極43。
該基板41包括一絕緣的板體411、一形成於該板體411其中一表面且可導電的背電極412、一貫穿該板體411的穿孔413、一填覆該穿孔413且與背電極412電導通的連接體414，其中，該背電極412與該光電轉換層42連接，該基板41於遠離該背電極412的表面具有一第一連接區415，且該穿孔413位於該第一連接區415。
該板體411選自例如玻璃或PI、PET等高分子材料構成，該背電極412選自可與該光電轉換層42形成良好歐姆接觸的金屬，例如鉬等金屬材料構成，該連接體414選自導電性佳的金屬，例如金、銀、銅、鎢等材料構成。
該光電轉換層42呈薄膜狀地與該背電極412的表面連接，由於該光電轉換層42的相關材料選擇及膜層結構與該第一較佳實施例相同，因此不再多加贅述。
該頂電極43具有一形成於該光電轉換層42表面並具有較高阻值的電流擴散層431，及一形成於該電流擴散層431上並具有低阻值的電極層432，且該電極層432具有一遠離該第一連接區415的第二連接區433。要說明的是，該電極層432也依需求設計成如圖7所示，具有複數條彼此平行且間隔設置在該電流擴散層331表面，並延伸至該第二連接區333的導線334，或是僅為由透明導電材料構成的單層電極結構，由於該頂電極43的相關材料選擇及結構設計與該第一較佳實施例相同，因此不再多加贅述。
由於任兩相鄰的太陽能發光單元4係分別藉由其中一太陽能發光單元4的第一連接區415疊置於相鄰之太陽能發光單元4的第二連接區433上，並藉由該連接體414與背電極412的電導通，令相互疊置的太陽能發光單元4彼此電連接，而形成無間隙連接的薄膜太陽能電池模組，不僅製程簡便，而且可改善習知將多個太陽能電池單元1a、1b串聯成太陽能電池模組時會存在間隙的缺點。
綜上所述，本發明利用多個具有可撓曲且可電導通的基板及透明電極的太陽能電池單元組合成一無接縫連結的大面積薄膜太陽能電池模組，不僅可改善習知將多個太陽能電池單元組合成太陽能電池模組時會存在間隙的缺點，而可有效提升空間利用率，且不會影響該每一太陽能電池單之光電效率，故確實能達成本發明之目的。
惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及發明說明內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。
3．．．太陽能電池單元
3a．．．太陽能電池單元
3b．．．太陽能電池單元
3c．．．太陽能電池單元
31．．．基板
311．．．板體
312．．．背電極
313．．．第一連接區
32．．．光電轉換層
33．．．頂電極
331．．．電流擴散層
332．．．電極層
333．．．第二連接區
334．．．導線
4．．．太陽能電池單元
41．．．基板
411．．．板體
412．．．背電極
413．．．穿孔
414．．．連接體
415．．．第一連接區
42．．．光電轉換層
43．．．頂電極
431．．．電流擴散層
432．．．電極層
433．．．第二連接區
圖1是一示意圖，說明習知薄膜太陽能電池的結構；
圖2是一示意圖，習知薄膜太陽能電池的另一結構；
圖3是一示意圖，說明由習知薄膜太陽能電池結構組合而成的薄膜太陽能電池模組；
圖4是一示意圖，說明由習知薄膜太陽能電池結構組合而成的薄膜太陽能電池模組的另一結構；
圖5是一示意圖，說明本發明第一較佳實施例的太陽能電池單元；
圖6是一示意圖，說明本發明該第一較佳實施例的薄膜太陽能電池模組；
圖7是一示意圖，說明該薄膜太陽能電池單元的電極層的另一態樣；及
圖8是一示意圖，說明本發明薄膜太陽能電池模組的第二較佳實施例。
3．．．太陽能電池單元
31．．．基板
311．．．板體
312．．．背電極
313．．．第一連接區
32．．．光電轉換層
33．．．頂電極
331．．．電流擴散層
332．．．電極層
333．．．第二連接區
Claims (3)
- 一種薄膜太陽能電池模組，包含多數個彼此連接的太陽能電池單元，該每一太陽能電池單元包括一可供電導通的基板、一設置於該基板表面的光電轉換層，及一設置於該光電轉換層頂面的頂電極，其中，該基板具有一板體及一位於該板體與光電轉換層之間的背電極，該板體於遠離該光電轉換層的表面的一側具有一第一連接區，該頂電極遠離該光電轉換層的表面具有一遠離該第一連接區的第二連接區，該板體具有可撓性，是由組成份包括重量百分比不小於60%的鐵，重量百分比不小於15%的鉻，及重量百分比不小於8%的鎳的不鏽鋼所構成，該光電轉換層是選自銅銦硒三元系統或銅銦鎵硒四元系統組成之半導體材料構成，該頂電極具有一與該光電轉換層連接且可透光的電流擴散層，及一形成於該電流擴散層上的電極層，該電極層具有複數條彼此間隔設置並延伸至該第二連接區的導線，且該等導線的構成材料選自金屬、合金金屬，及金屬氧化物，且任兩相鄰的太陽能電池單元，其中一太陽能電池單元的基板的部份區域會疊置於另一太陽能電池單元的頂電極的部份區域而彼此形成電連接，該光電轉換層在接收光時會產生光電流，並經由該基板及該頂電極將產生的光電流向外輸出。
- 依據申請專利範圍第1項所述之薄膜太陽能電池模組，其中，該基板具有一可導電的板體，及一形成於該板體其中一表面的背電極，該光電轉換層與該背電極表面連 接，且該板體於遠離該光電轉換層的表面的一側具有一第一連接區，該頂電極遠離該光電轉換層的表面具有一遠離該第一連接區的第二連接區，任兩相鄰的太陽能電池單元是令其中一太陽能電池單元的該第一連接區疊置於另一太陽能電池單元的該第二連接區上而彼此電連接。
- 依據申請專利範圍第1項所述之薄膜太陽能電池模組，其中，該頂電極選自透明導電材料構成。
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