太阳能电池组件以及太阳能电池装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种光吸收或光发射太阳能电池组件，并且还涉及一种由2-10000个根据本发明专利技术的太阳能电池组件构造的太阳能电池装置。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种光吸收或光发射太阳能电池组件，以及由根据本专利技术的2-10000 个太阳能电池组件构成的太阳能电池装置。
技术介绍
在光伏中，光通过太阳能电池转换成电能。在聚集式光伏情形中，光学系统(例如具有透镜或反射镜)被使用并将光聚集到太阳能电池上。因此，由于投射到太阳能电池附近的光不能被转换成电能，必须确保有尽可能多的光投射到太阳能电池上。在光伏聚光器模块中，多个太阳能电池被组合并用线电连接。太阳能电池必须不受湿气和机械应力的影响。为此目的，太阳能电池通常是被封装的。在此背景下，封装首先意味着用防止被封装的太阳能电池组受损坏的材料包装，同时尽可能少地对功能造成损坏。通常，聚光器模块很少可以利用扩散光，原因是只有直射光(充分平行)可以被聚集。此外，聚光器模块的方向必须朝向太阳，否则聚集的光射线不会投射到太阳能电池上。 因此聚光器模块大多安装在将模块定向到朝向太阳的跟踪系统上。光孔面积和太阳能电池的商数(在几何学上)被称作聚光因数。对于聚光器系统， 期望有高聚光因数。为了生产高聚光的光伏系统(聚光因数> 300)，使用第二光学器件是可行的。二级光学概念因此被使用，它由所称的第一光学器件和第二光学器件组成。此二级概念能够在实现光学器件和模块几何形状上有更大设计自由，此外可以有更高的聚光因数或在制造、调整和朝向太阳定向的定位上有更大的冗余。根据该设计，入射到接收器表面上的光另外可以是均勻的，即可以获得入射强度的一致性的改进，即使没有明确说明，这总是作为第二光学器件的潜在优点随后共同存在的。用于聚光器模块的第二光学器件例如被配置成反射元件，但是经常作为折射元件。在反射元件中，光的方向通过(表面)反射朝向太阳能电池，在折射元件中，光的方向通过折射或内部全反射朝向太阳能电池。组件形式诸如圆锥形的逐渐变细的光导管，截棱锥、截锥、立方体、圆柱体、透镜或抛物体对于第二光学器件是已知的。同样这些形式的组合也是已知的。折射的第二光学器件(后面的实施例涉及此类型)必须由高度透明的材料制造，诸如玻璃或透明塑料材料(PMMA，聚碳酸酯等)，以便吸收尽可能少的光。第二光学器件中吸收的光不可以由太阳能电池使用。此外，第二光学器件通常位于第一光学器件的焦点处，因此受到聚集的太阳辐射。因此，即使是聚集的太阳辐射的低吸收可以导致第二光学器件的更多受热，最终导致其毁坏。根据第二光学器件和电池之间的连接，电池也被加热，这是不希望发生的。为了避免第二光学器件和太阳能电池之间界面的光损失，此区域经常用光耦合介质填充。当使用利用内部总反射(TIR)的第二光学器件时，因此出现下面的问题光耦合介质可能弄湿第二光学器件的外表面，此造成的结果是表面轮廓被改变， 致使不再提供用于TIR的条件。因此，光耦合离开这些湿表面，不再投射到太阳能电池上。同样，第二光学器件的组件经常不易于分解。已知的安装方法通常要求第二光学器件使用另外的保持装置，通过此方法材料和工艺成本增加。如果封装材料位于光学路径中，这对于第二光学材料同样适用。用于太阳能电池的材料对于太阳辐射(300-2000nm)必须是高度透射的。封装材料中吸收的光不能被转换成电能。此外，即使是对太阳光的低吸收也会导致材料被大大加热，这可导致降解并最终造成其毁坏。由于介质位于第一光学器件的焦点上，需要使所使用的材料对于高剂量的辐射另外是稳定的。重要的是，该材料保护太阳能电池不受环境、诸如空气湿度的影响。对于提到的原因，使用大致透明的硅酮来进行封装。为此目的，封装材料在液态状态下涂覆到电池周围， 随后被硬化。而且，用于第二光学器件和太阳能电池之间的光学耦合的硅酮还可以用来保护太阳能电池边缘。具体地，高度透明的硅酮的缺点是它不能完全粘在许多表面上，可渗透水蒸汽。高度透明的硅酮因此只适于以有限方式封装太阳能电池。以上提到的现有技术明显具有以下缺点一为了安装进口孔比出口孔大的第二光学器件，需要附加安装，这增加了聚光器模块的材料和工艺成本。一光耦合介质可能弄湿第二光学器件的侧面，这导致使用内部全反射时光会耦合出来。一只有高度透明材料可用作封装材料。如果聚集的太阳辐射被吸收到封装材料中，这可能导致封装毁坏。使用专有高度透明材料很大地限制了材料选择。除了上述描述的组件之外，尤其是用于聚集光伏的组件之外，发光二极管组件 (LED)在现有技术中是已知的。类似于光伏聚光器系统的应用，在发光二极管组件中半导体元件与光学器件结合，可同时确保电子元件的封装。本专利技术区别于LED组件之处在于以下一在LED组件情况下，光通常从半导体中横向出现。在光伏应用情况下，光通过前侧进入到半导体中。此不同也反映在半导体元件的电接触中。而在LED技术的情况下，整个前侧用作接触表面，它必须保证在光伏中通过接触造成的阴影是最小的。一在LED应用的情况下，在封装材料中使用填充剂以便影响发射光的光谱。在光伏应用情况下，(照明的)封装材料必须尽可能透明。一具体地，聚集光伏需要特殊要求，这些要求用LED技术的组件是不能解决的。与 LED应用不同，聚集光伏的结果是局部光强度> 1000kW/m2。如果将现有技术中已知的LED 组件用在聚集光伏中，则LED组件通常会被损坏。此外，成本在LED应用中比在光伏应用中起的作用更小。因此在LED组件情况下，经常使用附加元件(例如支撑装置)，这对聚光器模块的应用来说太昂贵。
技术实现思路
源于此，本专利技术的目的是借助相应的第二光学器件来改进聚光器模块的光学性质，并以更经济的方式达到此目的。此目标是通过根据权利要求1的光吸收和/或光发射太阳能电池组件来达到的。 权利要求观涉及一种太阳能电池装置。另外的有利实施例包含于从属权利要求中。根据本专利技术，提供了一种光吸收和/或光发射太阳能电池组件，包括电绝缘体和至少一个太阳能电池，所述电绝缘体设置在导电衬底上，并设置有金属表面，所述太阳能电池具有折射的第二光学器件，该第二光学器件连接到导电衬底，所述太阳能电池被设置在设置有金属表面的绝缘体的凹槽中，太阳能电池由朝向衬底的侧面经过导电连接而连接到衬底，凹槽尺寸被制成在太阳能电池和设置了金属表面的电绝缘体之间横向产生空隙，空隙用耦合介质填充，太阳能电池通过至少一个电触点连接到金属表面。本专利技术因此包括太阳能电池完全设置于由凹槽形成的空腔中的实施例，以及太阳能电池部分突出到绝缘体的金属表面之外的实施例。通过本文提出的第二光学器件，投射到太阳能电池附近的光被引导到太阳能电池上。而且，来自较大立体角的光可通过第二光学器件用于太阳能电池。由于太阳能电池以及可能的电触点被完全封装，首先保护太阳能电池不受灰尘、湿气、腐蚀性气体和机械应力的影响，因此增大了太阳能电池的长期稳定性。这里可以使用所有已知的太阳能电池作为用于太阳能电池组件(SCA)的太阳能电池。而且，可以使用整体式多重太阳能电池，特别是具有整体式多重太阳能电池的三重太阳能电池。太阳能电池可以被进一步掺杂来自主族III和V和元素。本专利技术的主题属于通过使用集成的第二光学器件来改善已知的太阳能电池组件。 此太阳能电池组件的优点是能很好地耗散由太阳能电池发出的热，保护太阳能电池不受腐蚀，阻止或者保护所有使用的元件不受聚集的太阳辐射的影响，整体构造的长期稳定性，使用尽可能经济的原材料以及补偿操作本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2009.07.20 EP 09009379.01.一种光吸收和/或光发射太阳能电池组件(1)，包括电绝缘体C3)和至少一个太阳能电池G)，所述电绝缘体C3)设置在导电衬底( 上，并设置有金属表面(7)，所述太阳能电池(4)具有折射的第二光学器件(5)，该第二光学器件连接到所述导电衬底0)，其特征在于所述太阳能电池(4)被设置在设置有所述金属表面(7)的所述绝缘体(3)的凹槽(6) 中，所述太阳能电池⑷由朝向所述衬底⑵的侧面经过导电连接⑶连接到所述衬底 O)，所述凹槽(6)尺寸被制成在所述太阳能电池(4)和设置有所述金属表面(7)的所述电绝缘体C3)之间横向产生空隙(9)，所述空隙(9)用耦合介质OO)填充，所述太阳能电池(4)通过至少一个电触点(10)连接到所述金属表面(7)。2.根据前一权利要求所述的太阳能电池组件(1)，其特征在于所述耦合介质OO)选自透明材料、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、热塑性塑料和其混合物。3.根据前述权利要求中任一项所述的太阳能电池组件(1)，其特征在于所述耦合介质 (20)完全封装所述太阳能电池(4)和所述至少一个电触点(10)。4.根据前述权利要求中任一项所述的太阳能电池组件(1)，其特征在于所述太阳能电池(4)与所述衬底O)的导电连接( 是通过胶接、钎焊、粘接和/或熔接实现的。5.根据前述权利要求中任一项所述的太阳能电池组件(1)，其特征在于所述金属表面 (7)由金属组成、特别是由铜、银、镍、金、钼、钛、钯、铝、或锗合金组成，或者包括上述这些金 jM ο6.根据前述权利要求中任一项所述的太阳能电池组件(1)，其特征在于所述衬底O) 由铜、铝、钛、钢、硅合金或金属合金组成。7.根据前述权利要求中任一项所述的太阳能电池组件(1)，其特征在于所述电绝缘体 (3)由环氧树脂、热塑性塑料、陶瓷、氧化铝、聚乙烯、聚氯乙烯、聚四氟乙烯、硅酮或玻璃组成。8.根据前述权利要求中任一项所述的太阳能电池组件(1)，其特征在于所述太阳能电池(4)至少在连接到所述第二光学器件(5)的一侧上具有至少一个保护涂层，该保护涂层由透光金属制成，或者由氧化铝、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、石英玻璃或热塑性塑料制成。9.根据前述权利要求中任一项所述的太阳能电池组件(1)，其特征在于用于将太阳光聚焦到所述太阳能电池(4)上的所述折射的第二光学器件( 包括由透光电介质材料实心地构成的折射器，所述透光电介质材料在测得的层厚为1mm、波长范围在400和2500nm之间时平均透光率为至少90%，所述折射器具有方向朝向太阳光的进入孔(1 和方向朝向所述太阳能电池的出口孔(13)，所述进入孔(1 和/或所述出口孔(1 被设计成实现入射太阳光的折射聚集。10.根据权利要求9所述的太阳能电池组件(1)，其特征在于用于所述第二光学器件(5)的所述透光电介质材料选自环氧树脂、硅酮、硅树脂、聚碳酸酯、聚丙烯酸酯、聚(甲基)丙烯酸酯、玻璃、石英玻璃、热塑性塑料、二氧化硅、碳化硅、氧化铝及其混合物。11.根据权利要求9或10所述的太阳能电池组件(1)，其特征在于所述第二光学器件 (5)的所述进口孔(12)和/或出口孔(13)具有平的、凸面的和/或凹面的表面轮廓。12.根据权利要求9至11中任一项所述的太阳能电池组件(1)，其特征在于所述第二光学器件(5)的进口孔(12)的面积比所述第二光...

【专利技术属性】
技术研发人员：阿米尼乌斯·博施，乔基姆·尧斯，安德列亚斯·贝特，格哈德·佩哈尔茨，彼得·尼茨，托马斯·施密特，
申请(专利权)人：弗劳恩霍弗应用技术研究院，
类型：发明
国别省市：