專利名稱：太陽能電池組件以及太陽能電池裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光吸收或光發(fā)射太陽能電池組件，以及由根據(jù)本發(fā)明的2-10000 個(gè)太陽能電池組件構(gòu)成的太陽能電池裝置。
背景技術(shù)：
在光伏中，光通過太陽能電池轉(zhuǎn)換成電能。在聚集式光伏情形中，光學(xué)系統(tǒng)(例如具有透鏡或反射鏡)被使用并將光聚集到太陽能電池上。因此，由于投射到太陽能電池附近的光不能被轉(zhuǎn)換成電能，必須確保有盡可能多的光投射到太陽能電池上。在光伏聚光器模塊中，多個(gè)太陽能電池被組合并用線電連接。太陽能電池必須不受濕氣和機(jī)械應(yīng)力的影響。為此目的，太陽能電池通常是被封裝的。在此背景下，封裝首先意味著用防止被封裝的太陽能電池組受損壞的材料包裝，同時(shí)盡可能少地對(duì)功能造成損壞。通常，聚光器模塊很少可以利用擴(kuò)散光，原因是只有直射光(充分平行)可以被聚集。此外，聚光器模塊的方向必須朝向太陽，否則聚集的光射線不會(huì)投射到太陽能電池上。 因此聚光器模塊大多安裝在將模塊定向到朝向太陽的跟蹤系統(tǒng)上。光孔面積和太陽能電池的商數(shù)(在幾何學(xué)上)被稱作聚光因數(shù)。對(duì)于聚光器系統(tǒng)， 期望有高聚光因數(shù)。為了生產(chǎn)高聚光的光伏系統(tǒng)(聚光因數(shù)> 300)，使用第二光學(xué)器件是可行的。二級(jí)光學(xué)概念因此被使用，它由所稱的第一光學(xué)器件和第二光學(xué)器件組成。此二級(jí)概念能夠在實(shí)現(xiàn)光學(xué)器件和模塊幾何形狀上有更大設(shè)計(jì)自由，此外可以有更高的聚光因數(shù)或在制造、調(diào)整和朝向太陽定向的定位上有更大的冗余。根據(jù)該設(shè)計(jì)，入射到接收器表面上的光另外可以是均勻的，即可以獲得入射強(qiáng)度的一致性的改進(jìn)，即使沒有明確說明，這總是作為第二光學(xué)器件的潛在優(yōu)點(diǎn)隨后共同存在的。用于聚光器模塊的第二光學(xué)器件例如被配置成反射元件，但是經(jīng)常作為折射元件。在反射元件中，光的方向通過(表面)反射朝向太陽能電池，在折射元件中，光的方向通過折射或內(nèi)部全反射朝向太陽能電池。組件形式諸如圓錐形的逐漸變細(xì)的光導(dǎo)管，截棱錐、截錐、立方體、圓柱體、透鏡或拋物體對(duì)于第二光學(xué)器件是已知的。同樣這些形式的組合也是已知的。折射的第二光學(xué)器件(后面的實(shí)施例涉及此類型)必須由高度透明的材料制造，諸如玻璃或透明塑料材料(PMMA，聚碳酸酯等)，以便吸收盡可能少的光。第二光學(xué)器件中吸收的光不可以由太陽能電池使用。此外，第二光學(xué)器件通常位于第一光學(xué)器件的焦點(diǎn)處，因此受到聚集的太陽輻射。因此，即使是聚集的太陽輻射的低吸收可以導(dǎo)致第二光學(xué)器件的更多受熱，最終導(dǎo)致其毀壞。根據(jù)第二光學(xué)器件和電池之間的連接，電池也被加熱，這是不希望發(fā)生的。為了避免第二光學(xué)器件和太陽能電池之間界面的光損失，此區(qū)域經(jīng)常用光耦合介質(zhì)填充。當(dāng)使用利用內(nèi)部總反射(TIR)的第二光學(xué)器件時(shí)，因此出現(xiàn)下面的問題光耦合介質(zhì)可能弄濕第二光學(xué)器件的外表面，此造成的結(jié)果是表面輪廓被改變， 致使不再提供用于TIR的條件。因此，光耦合離開這些濕表面，不再投射到太陽能電池上。同樣，第二光學(xué)器件的組件經(jīng)常不易于分解。已知的安裝方法通常要求第二光學(xué)器件使用另外的保持裝置，通過此方法材料和工藝成本增加。如果封裝材料位于光學(xué)路徑中，這對(duì)于第二光學(xué)材料同樣適用。用于太陽能電池的材料對(duì)于太陽輻射(300-2000nm)必須是高度透射的。封裝材料中吸收的光不能被轉(zhuǎn)換成電能。此外，即使是對(duì)太陽光的低吸收也會(huì)導(dǎo)致材料被大大加熱，這可導(dǎo)致降解并最終造成其毀壞。由于介質(zhì)位于第一光學(xué)器件的焦點(diǎn)上，需要使所使用的材料對(duì)于高劑量的輻射另外是穩(wěn)定的。重要的是，該材料保護(hù)太陽能電池不受環(huán)境、諸如空氣濕度的影響。對(duì)于提到的原因，使用大致透明的硅酮來進(jìn)行封裝。為此目的，封裝材料在液態(tài)狀態(tài)下涂覆到電池周圍， 隨后被硬化。而且，用于第二光學(xué)器件和太陽能電池之間的光學(xué)耦合的硅酮還可以用來保護(hù)太陽能電池邊緣。具體地，高度透明的硅酮的缺點(diǎn)是它不能完全粘在許多表面上，可滲透水蒸汽。高度透明的硅酮因此只適于以有限方式封裝太陽能電池。以上提到的現(xiàn)有技術(shù)明顯具有以下缺點(diǎn)一為了安裝進(jìn)口孔比出口孔大的第二光學(xué)器件，需要附加安裝，這增加了聚光器模塊的材料和工藝成本。一光耦合介質(zhì)可能弄濕第二光學(xué)器件的側(cè)面，這導(dǎo)致使用內(nèi)部全反射時(shí)光會(huì)耦合出來。一只有高度透明材料可用作封裝材料。如果聚集的太陽輻射被吸收到封裝材料中，這可能導(dǎo)致封裝毀壞。使用專有高度透明材料很大地限制了材料選擇。除了上述描述的組件之外，尤其是用于聚集光伏的組件之外，發(fā)光二極管組件 (LED)在現(xiàn)有技術(shù)中是已知的。類似于光伏聚光器系統(tǒng)的應(yīng)用，在發(fā)光二極管組件中半導(dǎo)體元件與光學(xué)器件結(jié)合，可同時(shí)確保電子元件的封裝。本發(fā)明區(qū)別于LED組件之處在于以下一在LED組件情況下，光通常從半導(dǎo)體中橫向出現(xiàn)。在光伏應(yīng)用情況下，光通過前側(cè)進(jìn)入到半導(dǎo)體中。此不同也反映在半導(dǎo)體元件的電接觸中。而在LED技術(shù)的情況下，整個(gè)前側(cè)用作接觸表面，它必須保證在光伏中通過接觸造成的陰影是最小的。一在LED應(yīng)用的情況下，在封裝材料中使用填充劑以便影響發(fā)射光的光譜。在光伏應(yīng)用情況下，(照明的)封裝材料必須盡可能透明。一具體地，聚集光伏需要特殊要求，這些要求用LED技術(shù)的組件是不能解決的。與 LED應(yīng)用不同，聚集光伏的結(jié)果是局部光強(qiáng)度> 1000kW/m2。如果將現(xiàn)有技術(shù)中已知的LED 組件用在聚集光伏中，則LED組件通常會(huì)被損壞。此外，成本在LED應(yīng)用中比在光伏應(yīng)用中起的作用更小。因此在LED組件情況下，經(jīng)常使用附加元件(例如支撐裝置)，這對(duì)聚光器模塊的應(yīng)用來說太昂貴。

發(fā)明內(nèi)容
源于此，本發(fā)明的目的是借助相應(yīng)的第二光學(xué)器件來改進(jìn)聚光器模塊的光學(xué)性質(zhì)，并以更經(jīng)濟(jì)的方式達(dá)到此目的。此目標(biāo)是通過根據(jù)權(quán)利要求1的光吸收和/或光發(fā)射太陽能電池組件來達(dá)到的。 權(quán)利要求觀涉及一種太陽能電池裝置。另外的有利實(shí)施例包含于從屬權(quán)利要求中。
根據(jù)本發(fā)明，提供了一種光吸收和/或光發(fā)射太陽能電池組件，包括電絕緣體和至少一個(gè)太陽能電池，所述電絕緣體設(shè)置在導(dǎo)電襯底上，并設(shè)置有金屬表面，所述太陽能電池具有折射的第二光學(xué)器件，該第二光學(xué)器件連接到導(dǎo)電襯底，所述太陽能電池被設(shè)置在設(shè)置有金屬表面的絕緣體的凹槽中，太陽能電池由朝向襯底的側(cè)面經(jīng)過導(dǎo)電連接而連接到襯底，凹槽尺寸被制成在太陽能電池和設(shè)置了金屬表面的電絕緣體之間橫向產(chǎn)生空隙，空隙用耦合介質(zhì)填充，太陽能電池通過至少一個(gè)電觸點(diǎn)連接到金屬表面。本發(fā)明因此包括太陽能電池完全設(shè)置于由凹槽形成的空腔中的實(shí)施例，以及太陽能電池部分突出到絕緣體的金屬表面之外的實(shí)施例。通過本文提出的第二光學(xué)器件，投射到太陽能電池附近的光被引導(dǎo)到太陽能電池上。而且，來自較大立體角的光可通過第二光學(xué)器件用于太陽能電池。由于太陽能電池以及可能的電觸點(diǎn)被完全封裝，首先保護(hù)太陽能電池不受灰塵、濕氣、腐蝕性氣體和機(jī)械應(yīng)力的影響，因此增大了太陽能電池的長期穩(wěn)定性。這里可以使用所有已知的太陽能電池作為用于太陽能電池組件(SCA)的太陽能電池。而且，可以使用整體式多重太陽能電池，特別是具有整體式多重太陽能電池的三重太陽能電池。太陽能電池可以被進(jìn)一步摻雜來自主族III和V和元素。本發(fā)明的主題屬于通過使用集成的第二光學(xué)器件來改善已知的太陽能電池組件。 此太陽能電池組件的優(yōu)點(diǎn)是能很好地耗散由太陽能電池發(fā)出的熱，保護(hù)太陽能電池不受腐蝕，阻止或者保護(hù)所有使用的元件不受聚集的太陽輻射的影響，整體構(gòu)造的長期穩(wěn)定性，使用盡可能經(jīng)濟(jì)的原材料以及補(bǔ)償操作過程中出現(xiàn)的熱應(yīng)力。制造根據(jù)本發(fā)明的、具有集成的、耐高溫的第二光學(xué)器件的太陽能電池組件的過程實(shí)現(xiàn)低材料和工藝成本。而且，確保了第二光學(xué)器件相對(duì)于太陽能電池的高定位準(zhǔn)確性， 同時(shí)避免了對(duì)太陽能電池、第二光學(xué)器件或裝配過程中出現(xiàn)的其它元件造成損害。優(yōu)選地，耦合介質(zhì)選自透明材料、硅酮、硅油、聚碳酸酯、聚丙烯酸酯、聚(甲基)丙烯酸酯、玻璃、石英玻璃、熱塑性塑料和其混合物。這些材料可被精確地計(jì)量，因此可以以極好方式填充到狹窄區(qū)域中。耦合介質(zhì)還可以完全封裝太陽能電池和電觸點(diǎn)。結(jié)果，最佳地保護(hù)太陽能電池和至少一個(gè)電觸點(diǎn)不受破壞性環(huán)境的影響，諸如濕氣或腐蝕性氣體。因此，以此方式提高了根據(jù)本發(fā)明的太陽能電池組件的長期穩(wěn)定性。由于封裝介質(zhì)可以只在一個(gè)操作步驟中施加， 因此還可以使簡化制造變得可能。而且，太陽能電池與襯底的導(dǎo)電連接可以通過膠接、釬焊、粘接和/或熔接實(shí)現(xiàn)。 這些可以用位置精度來施加，并具有高穩(wěn)定性。太陽能電池組件的金屬表面可以由金屬，特別是銅、銀、鎳、金、鉬、鈦、鈀、鋁、鍺合金組成，或者包括上述這些。這些材料特別適用于觸點(diǎn)，并可用作接線墊。優(yōu)選地，用于太陽能電池組件的襯底包括銅、鋁、鈦、鋼、硅合金或金屬合金。通過這些襯底確保了最佳熱傳導(dǎo)，并能夠很好地耗散太陽能電池發(fā)出的熱。因此，由于熱應(yīng)力造成的太陽能電池組件的破壞實(shí)際上是不可能的。襯底還可以由絕緣材料組成，例如如后續(xù)針對(duì)絕緣體描述的，只要表面是導(dǎo)電的即可。上文描述的材料作為用于表面涂層的導(dǎo)電材料是可行的。電絕緣體優(yōu)選由環(huán)氧樹脂、熱塑性塑料、陶瓷、氧化鋁、聚乙烯、聚氯乙烯、聚四氟乙烯、硅酮或玻璃組成。這些材料是惰性的，因此提高了長期穩(wěn)定性。在本發(fā)明的一個(gè)可替代變形中，太陽能電池具有連接到第二光學(xué)器件的至少一個(gè)面、和至少一個(gè)保護(hù)涂層，該保護(hù)涂層由透光金屬制成，由氧化鋁、硅、二氧化硅、氮化硅、碳化硅、聚碳酸酯、聚(甲基)丙烯酸酯、硅酮、玻璃、石英玻璃或熱塑性塑料制成。而且，太陽能電池組件的特征在于，用于將太陽光聚焦到太陽能電池上的折射的第二光學(xué)器件包括由透光電介質(zhì)材料實(shí)心地構(gòu)成的折射器，該折射器在測(cè)得的層厚為1mm、 波長范圍在400和2500nm之間時(shí)平均透光率為至少90%，折射器具有方向朝向太陽光的進(jìn)入孔和方向朝向太陽能電池的出口孔，進(jìn)入孔和/或出口孔被設(shè)計(jì)成實(shí)現(xiàn)入射太陽光的折射聚集。優(yōu)選地，用于第二光學(xué)器件的透光電介質(zhì)材料選自環(huán)氧樹脂、硅酮、硅樹脂、聚碳酸酯、聚丙烯酸酯、聚(甲基)丙烯酸酯、玻璃、石英玻璃、熱塑性塑料、二氧化硅、碳化硅、氧化鋁或其混合物。因?yàn)閷?duì)所使用的化合物自然老化的抵抗力，以及對(duì)入射光的低吸收率，所提到的材料是特別適合的。第二光學(xué)器件的進(jìn)口孔和/或出口孔可具有平的、凸面的和/或凹面的表面輪廓。 選擇哪種表面輪廓尤其取決于使用哪種材料。折射的第二光學(xué)器件因此可以具有很多種變形形式，諸如拋物體，截錐，光導(dǎo)，截棱錐等。優(yōu)選地，第二光學(xué)器件的進(jìn)口孔的面積比第二光學(xué)器件的出口孔的面積大。進(jìn)口孔的面積與出口孔的面積的商數(shù)越大，第二透鏡系統(tǒng)的聚集系數(shù)越高。折射的第二光學(xué)器件具有圍繞折射器并優(yōu)選設(shè)置在進(jìn)口孔的水平面上的凸出物， 并且更加優(yōu)選地，凸出物整體式連接或形狀配合到折射器。由于有凸出物，例如可以通過拾取&放置方法簡化安裝第二透鏡系統(tǒng)的過程，這是由于這些光學(xué)器件可以用簡單方式通過機(jī)器抓取。而且，除了進(jìn)口孔和/或出口孔的區(qū)域和/或方向朝向出口孔的凸出物的側(cè)面之夕卜，折射器可涂有高反射涂層，波長范圍為400-800nm時(shí)該涂層的反射度P >70%，和/或波長范圍為900-2500nm時(shí)反射度P >80%。涂層能夠使入射光極好地聚集到太陽能電池上，而不使光投射在太陽能電池周圍。因此避免了與其相關(guān)的受熱和輻射損失。而且，可以使用不透明的封裝材料。第二光學(xué)器件的高反射涂層優(yōu)選包括金屬，特別是鋁，優(yōu)選是高純度(按重量計(jì) >99%)形式，或銀，和/或具有不同折射率的材料和/或合金的層序，或由這些材料組成。此涂層或?qū)有蜻€可具有保護(hù)功能或保護(hù)層。第二透鏡系統(tǒng)的高反射涂層的層厚可為lnm-3mm，優(yōu)選為1 μ m-200 μ m。因此，只需要少量的材料，但卻增加了反射因此有效增加了聚集到太陽能電池上的光。在太陽能電池組件的一個(gè)可替代實(shí)施例中，折射器通過膠粘和/或機(jī)械固定方式利用結(jié)合部固定在金屬表面上。結(jié)果，太陽能電池組件相對(duì)于外部條件的穩(wěn)定性被另外增強(qiáng)。因此，形成結(jié)合部的材料可選自熱塑性塑料、環(huán)氧樹脂、硅酮、丙烯酸鹽、氰基丙烯酸酯、聚碳酸酯、聚丙烯酸酯、聚(甲基)丙烯酸酯和其混合物。此結(jié)合部材料不要求是透明的。優(yōu)選地，用于形成結(jié)合部的材料是電絕緣的導(dǎo)熱材料。因此，一方面防止出現(xiàn)太陽能電池組件過熱，另一方面防止出現(xiàn)短路。結(jié)合材料另外還可用于封裝電觸點(diǎn)。而且，用于結(jié)合部的材料和耦合介質(zhì)可以是相同的。因此，同樣有利于通過拾取 &放置方法實(shí)現(xiàn)的生產(chǎn)，原因是為了施加結(jié)合材料和耦合介質(zhì)，只需要一個(gè)步驟，在此情況下，這兩種材料是相同的。用于形成結(jié)合部的材料完全由第二光學(xué)器件的凸出物覆蓋。因此，有效防止了環(huán)境條件(諸如太陽輻射)對(duì)結(jié)合材料的影響，環(huán)境條件例如會(huì)使材料變脆。優(yōu)選地，折射的第二光學(xué)器件以形狀配合方式被外殼包圍，外殼的上側(cè)形成進(jìn)口孔，外殼的下側(cè)形成出口孔。外殼可具有例如圓形、橢圓或方形截面底部，因此可以是圓柱形或棱柱形狀的。優(yōu)選是外殼是圓柱形的。折射的第二光學(xué)器件可具有在縱向方向上向外殼外突出的凸面配置的進(jìn)口孔。因此，以簡單方式形成用于聚集入射光的透鏡形狀的進(jìn)口孔。第二光學(xué)器件可通過至少一個(gè)緊固元件連接到太陽能電池和/或襯底。而且，襯底可具有至少一個(gè)形狀配合的可翻轉(zhuǎn)鎖定裝置，至少一個(gè)緊固元件可以連接到鎖定裝置上。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，至少一個(gè)防護(hù)二極管和/或用于將光聚集到第二光學(xué)器件上的至少一個(gè)第一光學(xué)器件諸如菲涅耳收集器、透鏡和/或反射鏡包含于太陽能電池組件中。這些組件用于第一次將光聚集到第二光學(xué)器件上。在太陽能電池組件的變形中，太陽能電池通過至少一個(gè)觸點(diǎn)串聯(lián)和/或并聯(lián)電連接到至少一個(gè)另外的太陽能電池。而且，本發(fā)明包括一種太陽能電池裝置，其特征在于它由2-10000個(gè)描述的太陽能電池組件構(gòu)成。太陽能電池組件和太陽能電池裝置兩者都可以被設(shè)置在跟蹤系統(tǒng)上。


根據(jù)本申請(qǐng)的主題旨在參照下面的附圖1-3和示例1-3更加詳細(xì)地解釋，不希望將主題限制于這些變形。圖1示出了具有折射的第二光學(xué)器件的太陽能電池組件，該第二光學(xué)器件具有凸出物。圖2示出了具有折射的第二光學(xué)器件的太陽能電池組件，該第二光學(xué)器件具有凸起的進(jìn)入孔。圖3示出了具有裝入外殼的折射第二光學(xué)器件的太陽能電池組件。
具體實(shí)施例方式圖1示出了太陽能電池組件1，它包括導(dǎo)電襯底2，該導(dǎo)電襯底2用作散熱器，由銅制成。太陽能電池4是III-V多重太陽能電池。在絕緣體3上由Cu/Ni/Au層序制成的金屬表面7用作接觸墊，在中間具有凹槽6。折射的第二光學(xué)器件5是被配置成截錐的玻璃體，截錐上有透鏡形狀的進(jìn)口孔12。出口孔13因此具有和太陽能電池4相同的形狀和尺寸。截錐的橫向區(qū)域上設(shè)置含銀的高反射涂層，涂層上具有附加層作為保護(hù)層15，因此
9防止受到環(huán)境影響。在進(jìn)口孔12的一側(cè)，第二光學(xué)器件5具有凸出物14，它在拾取&放置 (Pick&Place)方法中便于抓緊，通過用于結(jié)合部17的材料對(duì)于后續(xù)封裝提供額外保護(hù)。第二光學(xué)器件5可以在玻璃模塑工藝中生產(chǎn)(更加常見的是玻璃熱成形)，理想地，多個(gè)光學(xué)器件在一個(gè)模塑工藝中生成出來。工藝時(shí)間因此被縮短。太陽能電池4以太陽能電池4上的導(dǎo)電粘合劑8安裝。作為替代方式，太陽能電池4可被焊接。結(jié)果，太陽能電池4的后面觸點(diǎn)是通過銅板2產(chǎn)生的。具有金屬表面7的電絕緣體3用膠粘到散熱器2上，使得太陽能電池4位于凹槽6中間。在結(jié)合工藝中，太陽能電池前側(cè)和金屬表面7之間的電觸點(diǎn)10是用細(xì)線結(jié)合(理想是金線)產(chǎn)生的。少量光耦合材料20被施加在太陽能電池前側(cè)或出口孔13上。液態(tài)透明硅酮可用于此目的。第二光學(xué)器件5借助出口孔13放置在太陽能電池上側(cè)。接著，用于結(jié)合部17 的材料被施加在太陽能電池4和第二光學(xué)器件5周圍，電觸點(diǎn)10也被封裝。噴射或分配工藝尤其適于封裝工藝。最后，封裝材料20被硬化。在圖1示例的情況下，用于結(jié)合部17的材料和耦合介質(zhì)20因此是相同的。結(jié)果，由于只需要一種材料，簡單和經(jīng)濟(jì)的工藝變得可行。在圖2中，顯示了一種帶折射的第二光學(xué)器件5的太陽能電池組件1，折射的第二光學(xué)器件5具有凸出的進(jìn)口孔12。導(dǎo)電襯底2用作散熱器，并由銅組成。太陽能電池4是 III-V多重太陽能電池。在絕緣體3上由Cu/Ni/Au層序制成的金屬表面7用作接觸墊，并且金屬表面7的中間具有凹槽6。第二光學(xué)器件5是圓柱形式的玻璃體，具有凸的透鏡形狀的進(jìn)口孔12和平的出口孔13。進(jìn)口孔12和出口孔13比太陽能電池4的表面大。第二光學(xué)器件5可以在玻璃模塑工藝中生產(chǎn)，理想地多個(gè)透鏡系統(tǒng)是在一個(gè)模塑工藝中生產(chǎn)的。 工藝時(shí)間因此可以縮短。太陽能電池4是用太陽能電池4上的導(dǎo)電粘合劑安裝的。結(jié)果，太陽能電池4的后側(cè)觸點(diǎn)是通過銅板2生產(chǎn)的。具有金屬表面7的電絕緣體3膠粘到散熱器2上，使得太陽能電池4位于凹槽6中間。在結(jié)合工藝中，太陽能電池前側(cè)和金屬表面7之間的電觸點(diǎn) 10是用細(xì)線(理想是用金線)結(jié)合生產(chǎn)的。透明的液態(tài)硅酮20填充到太陽能電池4和絕緣體3之間的空隙9中，使得一些硅酮從空隙9中出來。帶出口孔13的第二光學(xué)器件5被壓到此露出的硅酮20中，使得產(chǎn)生光觸點(diǎn)。太陽能電池4在這里完全通過耦合介質(zhì)20封裝。第二光學(xué)器件5的出口孔13和太陽能電池4之間的間距是由絕緣體3的厚度決定的，影響聚光器光學(xué)器件的整體設(shè)計(jì)。最后，硅酮被硬化。圖3顯示了具有裝入外殼的折射的第二光學(xué)器件5的太陽能電池組件1。導(dǎo)電襯底2作為散熱器，由銅組成。太陽能電池4是III-V多重太陽能電池。在絕緣體3上由Cu/ Ni/Au層序制成的金屬表面7用作接觸墊，金屬表面7的中間具有凹槽6。由鋁制成的金屬圓柱體作為外殼16，具有比凹槽6更大的內(nèi)徑。太陽能電池4和絕緣體3之間的空隙9用耦合介質(zhì)20填充，絕緣體3設(shè)置了金屬表面7。太陽能電池4用太陽能電池4上的導(dǎo)電粘合劑8安裝。可替代地，太陽能電池4 可被焊接。結(jié)果，在太陽能電池4和銅板2之間產(chǎn)生后側(cè)接觸。在絕緣體3上由Cu/Ni/Au 層序制成的金屬表面7用作接觸墊，金屬表面7的中間具有凹槽6。在結(jié)合工藝中，太陽能電池前側(cè)和金屬表面7之間的電觸點(diǎn)10是用細(xì)線結(jié)合(理想是金線)產(chǎn)生的。中空鋁圓柱體16被設(shè)置在金屬表面7上，使外殼16的軸線延伸通過太陽能電池4的中部。為了增加穩(wěn)定性，中空?qǐng)A柱體16還可以用膠粘牢固。透明的液態(tài)硅酮5被填充到鋁圓柱體16中， 直到它開始從圓柱體16中出來，或凸出到圓柱體16的開放的端面之外。彎曲的表面由于硅酮的表面張力上升，此表面的最終形狀是由填充量、填充過程的溫度、硬化過程和使用， 及在硬化(例如體積收縮)過程中形狀可能的變化確定的。太陽能電池組件1的總體光學(xué)設(shè)計(jì)決定了設(shè)置哪種表面形狀，或者鋁圓柱體16必須具有的高度。硅酮5隨后被硬化。示例 1使用第二光學(xué)器件，第二光學(xué)器件的進(jìn)口孔大于出口孔。第二光學(xué)器件由透明電介質(zhì)(例如玻璃，PMMA，聚碳酸酯等)組成，原則上具有從進(jìn)口孔到出口孔之間逐漸變細(xì)的形狀(例如，拋物體，截錐，光導(dǎo)，截棱錐等)。進(jìn)口和/或出口孔可以是平的，或形成彎曲形。第二光學(xué)器件的側(cè)表面設(shè)置例如含銀的高度反射層，以及保護(hù)此高度反射層的保護(hù)層。為了安裝第二光學(xué)器件，具有出口孔的保護(hù)層被設(shè)置(拾取&設(shè)置方法)在太陽能電池上。因此第二光學(xué)器件和太陽能電池之間的空隙可以用光學(xué)耦合介質(zhì)填充。隨后，第二光學(xué)器件被粘合。為此目的，使用粘合劑或結(jié)合材料，粘合劑或結(jié)合材料圍繞在第二光學(xué)器件的外側(cè)、太陽能電池和電觸點(diǎn)(結(jié)合或焊接連接)的邊緣。結(jié)果，確保了第二光學(xué)器件的安裝以及太陽能電池和電連接或觸點(diǎn)的封裝。因此，在使用第二光學(xué)器件情況下，外側(cè)的面設(shè)置有金屬反射層，不要求封裝或粘合劑材料是透明的。通過第二光學(xué)器件保護(hù)封裝不受聚集的太陽輻射的影響。此外，上側(cè)上的第二光學(xué)器件可以具有凸出物(例如，為周向環(huán)形式)，該凸出物另外保護(hù)封裝材料不受聚集的輻射影響。而且此凸出物對(duì)于安裝可以是有利的，在安裝中它用作拾取&放置方法的可抓握區(qū)。而且，此凸出物可以用來另外以機(jī)械方式安裝第二透鏡系統(tǒng)。示例 2使用透鏡形狀的第二光學(xué)器件。第二光學(xué)器件由透明電介質(zhì)(例如玻璃，PMMA，聚碳酸酯等)組成，并具有凸出形狀的進(jìn)口孔。投射在進(jìn)口孔上的聚集的光被另外聚集，或更大(入射)立體角的光被導(dǎo)向出口孔。用于產(chǎn)生前側(cè)接觸的接觸墊因此應(yīng)該完全圍繞太陽能電池。此外，接觸墊應(yīng)該至少與所使用的太陽能電池一樣厚。電池和接觸墊之間的體積稍微被封裝材料或耦合介質(zhì)過量填充，有少量從體積中出來。第二光學(xué)器件可以另外被膠粘。例如，透明硅酮可用作封裝材料。示例 3第二光學(xué)器件被配置成使圓柱形外殼設(shè)置成圍住太陽能電池和用于電接觸的電結(jié)合或焊接連接。接著，太陽能電池和外殼之間的體積用透光電介質(zhì)材料填充。根據(jù)材料的填充量和潤濕特征，可以產(chǎn)生在光路徑上方向接合并將光導(dǎo)向或聚焦到太陽能電池上的彎曲表面。用于封裝的材料，例如由透明硅酮制成的材料因此用來保護(hù)太陽能電池以及用來保護(hù)電觸點(diǎn)。
權(quán)利要求
1.一種光吸收和/或光發(fā)射太陽能電池組件(1)，包括電絕緣體C3)和至少一個(gè)太陽能電池G)，所述電絕緣體C3)設(shè)置在導(dǎo)電襯底( 上，并設(shè)置有金屬表面(7)，所述太陽能電池(4)具有折射的第二光學(xué)器件(5)，該第二光學(xué)器件連接到所述導(dǎo)電襯底0)，其特征在于所述太陽能電池(4)被設(shè)置在設(shè)置有所述金屬表面(7)的所述絕緣體(3)的凹槽(6) 中，所述太陽能電池⑷由朝向所述襯底⑵的側(cè)面經(jīng)過導(dǎo)電連接⑶連接到所述襯底 O)，所述凹槽(6)尺寸被制成在所述太陽能電池(4)和設(shè)置有所述金屬表面(7)的所述電絕緣體C3)之間橫向產(chǎn)生空隙(9)，所述空隙(9)用耦合介質(zhì)OO)填充，所述太陽能電池(4)通過至少一個(gè)電觸點(diǎn)(10)連接到所述金屬表面(7)。
2.根據(jù)前一權(quán)利要求所述的太陽能電池組件(1)，其特征在于所述耦合介質(zhì)OO)選自透明材料、硅酮、硅油、聚碳酸酯、聚丙烯酸酯、聚(甲基)丙烯酸酯、玻璃、石英玻璃、熱塑性塑料和其混合物。
3.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的太陽能電池組件(1)，其特征在于所述耦合介質(zhì) (20)完全封裝所述太陽能電池(4)和所述至少一個(gè)電觸點(diǎn)(10)。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的太陽能電池組件(1)，其特征在于所述太陽能電池(4)與所述襯底O)的導(dǎo)電連接( 是通過膠接、釬焊、粘接和/或熔接實(shí)現(xiàn)的。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的太陽能電池組件(1)，其特征在于所述金屬表面 (7)由金屬組成、特別是由銅、銀、鎳、金、鉬、鈦、鈀、鋁、或鍺合金組成，或者包括上述這些金 jM ο
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的太陽能電池組件(1)，其特征在于所述襯底O) 由銅、鋁、鈦、鋼、硅合金或金屬合金組成。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的太陽能電池組件(1)，其特征在于所述電絕緣體 (3)由環(huán)氧樹脂、熱塑性塑料、陶瓷、氧化鋁、聚乙烯、聚氯乙烯、聚四氟乙烯、硅酮或玻璃組成。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的太陽能電池組件(1)，其特征在于所述太陽能電池(4)至少在連接到所述第二光學(xué)器件(5)的一側(cè)上具有至少一個(gè)保護(hù)涂層，該保護(hù)涂層由透光金屬制成，或者由氧化鋁、硅、二氧化硅、氮化硅、碳化硅、聚碳酸酯、聚(甲基)丙烯酸酯、硅酮、玻璃、石英玻璃或熱塑性塑料制成。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的太陽能電池組件(1)，其特征在于用于將太陽光聚焦到所述太陽能電池(4)上的所述折射的第二光學(xué)器件( 包括由透光電介質(zhì)材料實(shí)心地構(gòu)成的折射器，所述透光電介質(zhì)材料在測(cè)得的層厚為1mm、波長范圍在400和2500nm之間時(shí)平均透光率為至少90%，所述折射器具有方向朝向太陽光的進(jìn)入孔(1 和方向朝向所述太陽能電池的出口孔(13)，所述進(jìn)入孔(1 和/或所述出口孔(1 被設(shè)計(jì)成實(shí)現(xiàn)入射太陽光的折射聚集。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的太陽能電池組件(1)，其特征在于用于所述第二光學(xué)器件(5)的所述透光電介質(zhì)材料選自環(huán)氧樹脂、硅酮、硅樹脂、聚碳酸酯、聚丙烯酸酯、聚(甲基)丙烯酸酯、玻璃、石英玻璃、熱塑性塑料、二氧化硅、碳化硅、氧化鋁及其混合物。
11.根據(jù)權(quán)利要求9或10所述的太陽能電池組件(1)，其特征在于所述第二光學(xué)器件 (5)的所述進(jìn)口孔(12)和/或出口孔(13)具有平的、凸面的和/或凹面的表面輪廓。
12.根據(jù)權(quán)利要求9至11中任一項(xiàng)所述的太陽能電池組件(1)，其特征在于所述第二光學(xué)器件(5)的進(jìn)口孔(12)的面積比所述第二光學(xué)器件(5)的出口孔(13)的面積大。
13.根據(jù)權(quán)利要求9-12中任一項(xiàng)所述的太陽能電池組件(1)，其特征在于所述折射的第二光學(xué)器件( 具有圍繞所述折射器并優(yōu)選設(shè)置在所述進(jìn)口孔(1 的高度處的凸出物 (14)，并且更加優(yōu)選地，所述凸出物整體連接或形狀配合到所述折射器。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的太陽能電池組件(1)，其特征在于除了所述進(jìn)口孔(12) 和/或所述出口孔(13)的區(qū)域和/或所述凸出物(14)的方向朝向所述出口孔(13)的側(cè)面之外，所述折射器涂有高反射涂層(15)，該涂層在400-800nm的波長范圍內(nèi)反射度P > 70%，和/或在900-2500nm的波長范圍內(nèi)反射度P >80%。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的太陽能電池(1)，其特征在于所述第二光學(xué)器件(5)的高反射涂層(1 包括金屬，特別是鋁，優(yōu)選是高純度(按重量計(jì)>99%)形式，或銀，和/或包括不同折射率的材料和/或合金的層序，或由這些材料組成。
16.根據(jù)權(quán)利要求14或15所述的太陽能電池組件(1)，其特征在于所述第二光學(xué)器件 (5)的高反射涂層(15)的層厚為lnm-3mm，優(yōu)選為1μπι-200μπι。
17.根據(jù)權(quán)利要求9-16中任一項(xiàng)所述的太陽能電池組件(1)，其特征在于所述折射器通過膠粘和/或機(jī)械固定方式通過結(jié)合部(17)固定在所述金屬表面上。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的太陽能電池組件(1)，其特征在于形成所述結(jié)合部(17)的材料選自熱塑性塑料、環(huán)氧樹脂、硅酮、丙烯酸鹽、氰基丙烯酸酯、聚碳酸酯、聚丙烯酸酯、 聚(甲基)丙烯酸酯和其混合物。
19.根據(jù)權(quán)利要求17或18所述的太陽能電池組件(1)，其特征在于用于形成所述結(jié)合部(17)的材料是電絕緣的導(dǎo)熱材料。
20.根據(jù)權(quán)利要求18或19所述的太陽能電池組件(1)，其特征在于用于形成所述結(jié)合部(17)的材料與所述耦合材料00)是相同的。
21.根據(jù)權(quán)利要求17-19中任一項(xiàng)所述的太陽能電池組件(1)，其特征在于用于形成所述結(jié)合部(17)的材料在凸出方向上完全由所述第二光學(xué)器件(5)的凸出物(14)覆蓋。
22.根據(jù)權(quán)利要求1-12中的一項(xiàng)所述的太陽能電池組件(1)，其特征在于所述第二光學(xué)器件( 被外殼(16)以形狀配合方式包圍，所述外殼的上側(cè)形成所述進(jìn)口孔(12)，并且所述外殼的下側(cè)形成所述出口孔(13)。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的太陽能電池組件(1)，其特征在于所述第二光學(xué)器件(5) 具有在縱向方向上向所述外殼(16)外凸出的凸面配置的進(jìn)口孔(12)。
24.根據(jù)權(quán)利要求1-23中的一項(xiàng)所述的太陽能電池組件(1)，其特征在于所述第二光學(xué)器件( 通過至少一個(gè)緊固元件連接到所述太陽能電池(4)和/或所述襯底O)。
25.根據(jù)權(quán)利要求I-M中的一項(xiàng)所述的太陽能電池組件(1)，其特征在于所述襯底O) 具有至少一個(gè)形狀配合的可翻轉(zhuǎn)鎖定裝置，至少一個(gè)緊固元件能夠連接到所述鎖定裝置上。
26.根據(jù)權(quán)利要求1-25中的一項(xiàng)所述的太陽能電池組件(1)，其特征在于至少一個(gè)保護(hù)二極管和/或用于將光聚集到所述第二光學(xué)器件(5)上的至少一個(gè)第一光學(xué)器件諸如菲涅耳收集器、透鏡和/或反射鏡包含于所述太陽能電池組件(1)中。
27.根據(jù)權(quán)利要求116中的一項(xiàng)所述的太陽能電池組件(1)，其特征在于所述太陽能電池(4)通過所述至少一個(gè)觸點(diǎn)串聯(lián)和/或并聯(lián)電連接到至少一個(gè)另外的太陽能電池。
28. 一種太陽能電池裝置，其特征在于它由2-10000個(gè)根據(jù)權(quán)利要求1-27中的一項(xiàng)所述的太陽能電池組件構(gòu)成。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種光吸收或光發(fā)射太陽能電池組件，并且還涉及一種由2-10000個(gè)根據(jù)本發(fā)明的太陽能電池組件構(gòu)造的太陽能電池裝置。
文檔編號(hào)H01L31/052GK102484162SQ201080033440
公開日2012年5月30日 申請(qǐng)日期2010年7月19日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月20日
發(fā)明者喬基姆·堯斯, 安德列亞斯·貝特, 彼得·尼茨, 托馬斯·施密特, 格哈德·佩哈爾茨, 阿米尼烏斯·博施 申請(qǐng)人:弗勞恩霍弗應(yīng)用技術(shù)研究院