TW201036183A

TW201036183A - Thin film photovoltaic module manufacturing methods and structures

Info

Publication number: TW201036183A
Application number: TW098143172A
Authority: TW
Inventors: Pedro Gonzalez; Bulent M Basol; Burak Metin; Mukundan Narasimhan; Mustafa Pinarbasi
Original assignee: Solopower Inc
Priority date: 2008-12-16
Filing date: 2009-12-16
Publication date: 2010-10-01
Also published as: EP2359407A4; EP2359407A1; US20100147364A1; WO2010077952A1

Description

201036183 六、發明說明：【發明所屬之技術領域】本發明之態樣及優點一般而言係關於光伏模組或太陽能模組之設計及製造，且更特定言之’係關於使用薄膜太陽能電池之模組。【先前技術】 0 太陽能電池係將陽光直接轉換為電功率之光伏裝置。最常用之太陽能電池材料為矽，其呈單晶或多晶晶圓之形式。然而’使用基於發之太陽能電池產生電力之成本商於用較傳統方法產生電力之成本。因此，自2〇世紀 7〇年代早期開始，已致力於降低地面使用之太陽能電池之成本。一種降低太陽能電池之成本之方式為：開發可將具有太陽能電池品質之吸收劑材料沉積於大面積基板上之低成本薄膜生長技術，並使用高產量、低成本之方〇法製造此等裝置。包含元素週期表之第IB族（Cu、Ag、Au )、第III A 族（B、A1、Ga、In、T1)及第 VIA 族（Ο、S、Se、Te、 P〇)材料或元素中之某些的第IBIIIAVIA族化合物半導體為用於薄膜太陽能電池結構之卓越吸收劑材料。尤其’通常稱為 CIGS(S)或 Cu(In，Ga)(S，Se)2 或 CuIni-xGax(SySei-y)k (其中 0彡 1、0彡 1 且 k 約為 2 )之CU、In、Ga、Se及S之化合物已用於轉換效率接 4 201036183 近20%的太陽能電池結構中。因此’概言之，含有以下元素之化合物對太陽能電池應用具有重大意義：i)來自第IB族之Cu ; ii)來自第IIIA族之In、Ga及A1中之至少一者；及iii)來自第VIA族之S、Se及Te中之至少一者。應注意，儘管CIGS(S)之化學式通常書寫為

Cu(In，Ga)(S，Se)2，但是該化合物之較精確公式為

Ci^Ii^GaXS’Seh，其中k通常接近2但未必正好為2。為簡單起見，吾人將繼續使用k值為2。應進一步注奄，〇 ^ 化學式中之記法「Cu(X，Y)」意謂X及γ之自（x=0〇/〇且 Y=100%)至（X=l〇〇%且Y=〇%)的所有化學組成。舉例而言’ Cu(In，Ga)意謂自Culn至CuGa之所有組成。類似地，

Cu(In，Ga)(S，Se)2意謂Ga/(Ga+In)莫耳比自〇至1變化且

Se/(Se + S)莫耳比自0至1變化之全系化合物。第1圖中展示第IBIIIAVIA族化合物光伏電池（諸如

Cu(In，Ga，Al)(S，Se，Te)2薄膜太陽能電池）之結構。在一〇基板11(諸如一片玻璃、一片金屬、一絕緣箔或腹板或一導電箔或腹板）上製造光伏電池10。使吸收劑膜12 (其包括0：11(111，〇&，八1)(8,86，丁6)2家族中之材料）生長於 —導電層13或接觸層上，該導電層13或接觸層先前已沉積於基板11上且充當與該裝置之電接觸。基板丨丨及導電層13形成一基底20，在該基底2〇上形成吸收劑膜 12»包含Mo、Ta、W、Τι及其氮化物之各種導電層已用於第1圖之太陽能電池結構中。若基板自身為經適當選擇之導電材料，則有可能不使用導電層13,因為基板u 201036183 隨後可用作與裝置之歐姆接觸。在生長吸收劑膜12之後’在該吸收劑膜12上形成諸如cdS、Zn〇、CdS/Zn0 或CdS/ZnO/ITO堆疊之透明層14β輻射15經由透明層 14進入裝置。亦可將金屬柵格（未圖示）沉積於透明層 14上以減小裝置之有效串聯電阻。吸收劑膜12之較佳，電類型為Ρ型，且透明層14之較佳電類型為11型。然而，亦可使用η型吸收劑及ρ型窗口層。第丨圖之較佳裝置 0 結構稱為「基板型」結構。亦可藉由以下步驟建構「頂置板型」結構：將透明導電層沉積於透明頂置板（諸如玻璃或透明聚合物箱）上，接著沉積 Cu(In，Ga’Al)(S’Se，Te)2吸收劑膜，最終藉由導電層形成與裝置之歐姆接觸。在此頂置板結構中，光自透明頂置板一側進入裝置。存在兩種製造PV (光伏）模組之不同方法。在一種適用於薄膜CdTe、非晶Si及CIGS技術之方法中，在諸如 ❹ 玻璃之絕緣基板上沉積或形成太陽能電池，該絕緣基板亦視該装置為「基板型」或「頂置板型」而定分別充當後保護片或前保護片。在此狀況下，太陽能電池被沉積於基板上的同時得以電互聯。換言之，當形成太陽能電池時，其單石地（m〇n〇lithically)整合於單個基板上。此等模！為單石整合結構。對於CdTe薄膜技術而言，頂置板為破璃，其亦為早石整合模組之前保護片。在Cigs 技術中，基板為玻璃或聚醯亞胺且充當單石整合模組之後保護片。在單石整合模組結構中，在形成整合於基板 6 201036183 或頂置板上且串聯電互聯之太陽能電池之後，將封裝層置放於整合模組結構上且將保護片附著於該封裝層。亦可沿模組之邊緣形成邊封，以防止水蒸氣或液體經由邊緣傳輸至單石整合之模組結構内。

❾ 在標準單晶或多晶Si模組技術中，且對於製造於導電基板（諸如鋁或不鏽鋼箔）上的CIGS及非晶Si電池而 &，太陽能電池並非沉積或形成於保護片上。其經分別製造’接著藉由將造好的太陽能電池串接或瓦接而使其電互m形成太陽能電池串。纟串接丨瓦接製程中，一電池之（+ )端子通常電連接至鄰近裝置之（一）端子。對於第i圖中展示之第IBIIIAVIA族化合物太陽能電池而言，若基板11是導電的，諸如金屬箔，則基板組成裝置之（+ )端子，該基板為電池之底部接點。沉積於透月層14上之金屬柵格（未圖示）為裝置之頂部接觸 .且、且成電池之（-)端子。瓦接時，以交錯方式置放個別電池’以便一電池之底部表面（亦即（+ )端子）與-鄰近電池之頂部表面（亦即（—）端子）產生直接實體及電接觸。因此，兩個瓦接電池之間無缝隙。相反，對=如第2A圖中用PV模組5()例示之串接在—起的太陽能電池而言’太陽能電池52經並排置放其中該等太陽能電池之間具有小缝隙（通常為1-2 mm)，且使用了將電池之（+ )端子連接至一鄰近電池之（一）端子 :導電導線54或導電帶體。藉由串接（或瓦接）個別太陽能電池所獲得之太陽能電池串經由匯流排互聯以形成 201036183 電路電路可隨後包裝於保護殼56或包裝層内以密封模組5〇。每-模組通常包括複數個彼此電連接之太陽能電池串。 —如第2B圖橫截面視圖中所示，建構諸如第2a圖中展八v模組50時，使用了各種包裝材料對太陽能電池提供機械支揮且保護其中之太陽能電池免受機械及濕氣才貝。。最常用之包裝技術涉及透明封裝層中電路之疊〇々*疊層製程中，通常’電互聯之太陽能電池52由透月且可撓性封裝層58覆蓋，該封裝層填充電池間的任何中二二間且將電池緊緻密封於模組結構内，且較佳覆蓋住其兩個表面。有报多種材料用作包裝太陽能電池模組之封裝層，諸如乙烯醋酸乙烯酯共聚物（EVA )、熱塑聚胺基甲酸醋（TPU) &聚石夕氧。然而，通常，此等封裝層材料為濕氣可滲透；因此，其必須進一步用保護殼密封以隔離周圍環境，該保護殼形成阻止濕氣傳輸至模組〇包裝層之力量。保護殼56之特性決定可進入模組5〇之水蒸氣之量。保護殼56包括前保護片6〇A及後保護片 60B且視情況包括位於模組結構之周邊的邊緣密封層 6〇C (參看（例如）公開申請案第w〇/2〇〇3/〇5〇891號，標題為「Sealed Thin Film PV Modules」）。頂部保護片 60A通常為不透水之玻璃。後保護片6〇b可為一片玻璃或一聚合物片，諸如TEDLAR®(杜邦（Dup〇nt)之產品）或包含TEDLAR之多層疊層。後保護片6〇b之結構中可能具有或可能不具有防濕層，諸如類似鋁膜之金屬膜。 201036183 先、&由前保護片60Α進入模 ^ 棋、、且。目削在具有玻璃/玻璃結構之薄膜CdTe模组中所田& * ，'中所用的邊緣密封層6〇C為防濕材料’其可採取自噴嘴分配s @ , -至模組結構之圍緣的黏性流體 /弋或者其可採取塗覆至模組結構之圍緣的帶體之形式基於Si之模組中的邊緣密封層並非在須部保護片與底㈣護片之間’而是在附著於模組之邊緣的框架65 中如隨後將詳述，基於Si之模組所用的邊緣密封層之 Ο

G 防濕特徵並不能滿足基於CIGS之模組所需。可撓性模組結構可使用可撓性CIGs或非晶si太陽能電池來建構。可撓性模組重量輕；且不同於基於標準玻璃之Si太陽月b模組，其不易碎。因此造好之可挽性模組之包裝及運輸成本比形成於玻璃上之太陽能電池或模組結構之包裝及運輸成本低得多後者不具可撓性且易因操作不當引起損壞。然而，相對於形成於玻璃上之不具可撓性之太陽能電池及模組結構而言，可撓性模組結構之製造在某些方面受到挑戰。另外，儘管諸多設備供應商充分開發了基於玻璃之Pv模組製造過程中需用到的玻璃搬運設備，但是可撓性片之搬運不能使用此類標準設備進行’其需要不同設備。另外，對於組成可撓性模組結構中各種層的可撓性片，要求不同。可撓性模組結構中之各種層可切割成接近模組之所要面積的大小，且可藉由對此等零件進行各種搬運及移動來進行封裝製程。然而，搬運此類可撓性材料可導致困難《因此，人們致力於獲得一種用於可撓性模組製造的製造友好型方 9 201036183 法’以增大此類模組之可靠性且降低其生產成本.美國專利第4746618號、第4773944號、第5131954號、第 5968287號、第5457057號及第5273608號中描述了用於基於非晶Si之可撓性裝置之製造的某些前述方法之實例0 如第2A圖及第2B圖所示，太陽能電池52通常經串聯互聯形成電路，該等電路隨後經封裝形成PV模組50。與太陽能電池之串聯連接相關的一個重要問題係關於個〇別電池之遮光。若模組内之電池串中之電池52中之任一者受遮光一段時域’則該受遮光電池可因該遮光而變得相對其他接收光且可操作的電池反向偏壓β個別電池之此反向偏壓可導致彼電池之崩潰及其過熱，以及總體模組輸出之降級。為避免此類問題，通常使用旁通二極體，其置放於附著於PV模組50之後保護片6〇Β的接線盒62 内。對於標準Si技術而言’ Si太陽能電池之反向崩潰電〇壓足夠大以致一個旁通二極體可用於含有18-24個太陽能電池之每一串。因此’在Si太陽能模組中，通常將1、 2或3個旁通二極體置放於分線盒内，該等分線盒附著於模組之後表面上；且將此等二極體連接至模組包裝層内之電池串上之適當點。諸如製造於可撓性金屬基板上之非晶Si或CIGS裝置之薄膜太陽能電池之反向崩潰電壓比Si太陽能電池之崩潰電壓低得多。舉例而言，比起 Si太陽能電池’ CIGS裝置可顯示i_6V範圍内之反向崩潰電壓’Si太陽能電池通常具有超過ιον之崩潰電壓。 10 201036183 此意謂，大功率薄膜太陽能模組（諸如高於1〇〇霤之cigs 模組）可能需要超過10個旁通二極體以適當保護電池且確保彼模組安全運行而無高熱點。在模組包裝層外之接線盒内置放如此多旁通二極體是不現實的。因為（如上所述）薄膜模組需要使用大量旁通二極體（諸如，超過 1 〇、甚至20個旁通二極體），所以新開發的沿模組包裝層内模組之邊緣置放有限數量之旁通二極體的方法（參〇看例如美國專利申請案第2005/0224109號）並不能滿足薄膜型裝置所需。【發明内容】本發明一般而§係關於光伏模組或太陽能模組之設計及製造’且更特定言之，係關於使用薄膜太陽能電池之模組。在一態樣中描述了一太陽能模組，其包含：一太陽能〇電池串’其包括複數個太陽能電池，該複數個太陽能電池包括一第一太陽能電池及一第二太陽能電池，其中每一太陽能電池具有一光接收侧及一背光侧，其_該背光側包含一導電基板，且其中使用將一太陽能電池之光接收側連接至一鄰近太陽能電池之背光側的導電導線，將該複數個太陽能電池串聯電互聯；一旁通二極體裝置，其附著於該太陽能電池串，該旁通二極體裝置包括具有一第一及第二導線之一旁通二極體及第一及第二導電條 11 201036183 帶’該第一及第二導電條帶各自有一端分別電連接至該第一及第二導線中之一者，且各自的另一端分別電連接至該第一太陽能電池之一第一導電基板及該第二太陽能電池之一第二導電基板；一封裝層，其具有封裝該太陽能電池串及該旁通二極體裝置之一前侧及一後側；及一保護殼’其密封該經封裝串，該保護殼包括一透明前保護層、一後保護層及在該透明前保護層之密封邊緣與該 0 後保護層之密封邊緣之間延伸的一防濕密封層，其中該透明前保護片置放於該複數個太陽能電池之光接收側及該封裝層之前侧上，且該後保護片置放於該第一及第二導電基板、該旁通二極體裝置及該封裝層之後側下，以使該旁通二極體位於該後保護片與該複數個太陽能電池之該等導電基板之間。在另一態樣中描述了一種製造一太陽能模組的方法，其包含以下步驟：提供具有一前表面及一後表面之一前 Ο 保護層，其中該前保護層為透明；置放一第一封裝層於該前保護層之該後表面上；置放一太陽能電池争於該第一封裝層上，其中該太陽能電池串包括複數個太陽能電池，其中每一太陽能電池具有一光接收侧及一背光側，其中該背光側包含一導電基板，且其中使用將一太陽能電池之光接收側連接至一鄰近太陽能電池之背光側的導電導線，將該複數個太陽能電池串聯電互聯，且其中該等太陽能電池之該光接收侧面向該第一封裝層；附著一旁通二極體裝置至該太陽能電池串，該旁通二極體裝置 12 201036183 包括一第一導電條帶及一第二導電條帶，其各自有一端分別附著於一旁通二極體之第一及第二導線其中藉由該第一導電條帶及該第二導電條帶，將該旁通二極體分別電連接至該複數個太陽能電池中之一第一太陽能電池之一第一導電基板及一第二太陽能電池之一第二導電基板；置放一第二封裝層於該旁通二極體裝置及該複數個太陽能電池之該等導電基板上；置放一後保護片於該第〇二封裝層上，並用一防濕邊緣密封層密封位於該前保護片周邊與該後保護片周邊之間的一周邊縫隙，藉此形成一預備模組結構；及使該預備模組結構受熱及受壓以形成該太陽能模組。【實施方式】本文所描述之較佳實施例提供使用製造於可撓性基板上（較佳於可撓性金屬箔基板上）之薄膜太陽能電池製 ° 造剛性或可撓性光伏模組的模組結構及方法。太陽能電池可為製造於薄不鏽鋼或鋁合金羯上之第ibiiiavia族化合物太陽能電池。該等模組各自包括抗濕氣保護殼，在δΛ保護被内包裝且保護互聯之太陽能電池或電池串。該保護殼包含：—防濕頂部保護片，光可經由其進入模組’-濕底部保護片；—支撐材料或封裝層，其覆蓋每一電池或電池串之前侧及背光側中至少-者。該支撐材料較佳可用以從頭至尾完整封裝每一太陽能電池及每 13 201036183 -串。該保護殼另外包含-濕氣密封層，其沿模組之圓周置放於頂部保護片與底部保護片之間，且形成阻止濕氣自外部由沿模組之圓周的邊緣區域進入保護殼内的障壁》對於剛性結構而言當前模組之頂部保護片及底部保護片中至少一者可為玻璃。對於可撓性模組而言，頂部及底部保護片可為具有小於1().3gm/m2/日之濕氣傳輸率 (較佳小於5xl〇-4 gm/m2/日）的可撓性材料。

在一實施例中，首先藉由用導電導線或帶體互聯太陽能電池來形成包括兩個或兩個以上太陽能電池之太陽能電池串。至少-個旁通二極體電連接至少兩個太陽能電池之導電後表面，其中每一太陽能電池具有一後導電表面及前光接收表面。旁通二極體及太陽能電池由支撐材料封裝且由保護殼包裝，以使該至少一個旁通二極體置放於至少一個太陽能電池與底部保護片之間。該至少一個旁通二極體可經置放鄰近該等太陽能電池中之一者之後導電表面之中央區域。另外’該至少一個旁通二極體可熱連接至該等太陽能電池中之一者之後導電表面，以便該太陽能電池之該後導電表面充當一散熱片。第3A圖、第3B圖及第3C圖分別展示包括太陽能電池串102之模組1 〇〇之俯視圖、仰視圖及橫斷面視圖。應注意’頂部係指模組結構之光接收側。太陽能電池串 1〇2 包含太陽能電池 ι〇2Α、102B、102C、102D、102E 及102F’該等太陽能電池由導電導線1〇4或帶體串聯互聯。每一太陽能電池包括一光接收前表面103A及一後表 201036183 面103B。如第3C圖所示，串102由封裝材料ι〇6封裝，且置放於保護殼108中’該保護殼包括頂部保護片 108A、底部保護片108B及邊緣密封層i〇8c。此圖式中未展示可選框架《在此實例中，旁通二極體n〇置放於太陽能電池102A之後表面103B上。旁通二極體11〇提供安全且有效之操作予互聯之太陽能電池1〇2 B、102 C、 102D、102E及102F。在一實施例中，旁通二極體11〇 0 可在太陽能電池102 A之後表面之中央位置上。旁通二極體no可直接置放於後表面103B上，或者其可藉由使用導熱膏或黏著劑熱耦接至後表面》該旁通二極體之厚度通常小於1.5 mm，較佳小於！ mm。旁通二極體11〇之二極體導線112A及U2B電連接至太陽能電池1〇2A及 102F之背光側103B上之導電導線1〇4。或者由於後表面為金屬的，故可將二極體導線連接至太陽能電池1〇2A 及102F之後表面i〇3b。〇每兩個電池（每3個、4個、5個或6個電池或更多電池）可使用諸多旁通二極體。旁通二極體在該等電池之後 4，且因此不管使用多少旁通二極體當從頂側觀察該模組時，其φ積利用率並未降低。若該等旁通二極體沿模組之邊緣分佈，則彼面積由於其並不產生功率而浪費。因此，用於彼不產生功率之面積的所有包裝材料（包括玻璃、前片、後片、封裝層或類似物）皆屬浪費。該模組之功率密度（瓦特/平方米）降低。因此，於太陽能電池之後部使用薄旁通二極體具有諸多益處。 15 201036183 自旁通二極體之熱耗散涉及可靠性問題。當旁通二極體置放於模組包裝層外部之分線盒内時（如第2B圖所示及先前所述）’其可熱耦接至能有效散熱之結構。當旁通二極體疊層於包裝層自身内時，除非其熱可消散，否則其將變熱且導致其周圍之燃燒（高熱點）。封裝層或支撐材料與前保護片及後保護片一樣皆非優良熱導體，因為其為聚合材料或者為玻璃。因此，在將二極體用於典型玻璃太陽能電池模組中之此類狀況下，可使用大於必需〇二極體數量之二極體以避免此類熱問題。舉例而言，對於額定電流為3-4安培之模組，可能必須使用具有6-10 安培額定電流的旁通二極體。此增加成本，且旁通二極體之尺寸的增加亦使包裝製程受到挑戰且增大模組之面積功率損耗。由於本發明使用的可撓性結構使用形成於金屬箔基板上之太陽能電池，故本發明允許使用金屬笛基板作為旁通二極體之散熱片。因此，置放於太陽能電〇池之金屬基板之後表面上的旁通二極體可熱耦接至太陽能電池基板，且旁通二極體產生之任何熱可輕易消散至大面積太陽能電池且最後消散至模組外。此亦允許使用如下旁通二極體：其大小經選定以對應於模組額定電流’或者為可靠性考慮大於模組額定電流某一小百分比 (諸如’大於模組額定電流1〇%或2〇%>應注意，如本文所描述之形成於可撓性基板上之太陽能電池之典型尺寸大於約100 cm2，而對應於模組額定電流之旁通二極體之典型尺寸小於丨cm2。因此，電池提供卓越散熱片性質 201036183 予旁通二極體。此增加了模組之長期可靠性。第4圓展示含有八個線性互聯太陽能電池si_S8之示範性太陽能電池串200的侧仰視圖（非受照）。該等太陽能電池S1-S8可為製造於金屬箔基板（諸如不鏽鋼基板）上之CIGS太陽能電池。該等電池使用帶體202串聯互聯’且太陽能電池串200具有（+ )端子及（~ )端子。在此實例中，旁通二極體D1、D2、D3及D4之連接方式使每一旁通二極體橫跨兩個串聯連接之太陽能電池而連接。亦展示於第4圖中之串200之線路圖204展示太陽能電池SI、S2、S3、S4、S5、S6 ' S7及S8以及旁通二極體D1、D2、D3及D4在所形成之電路中之置放。有意地變化旁通二極體D1-D4在串200之背光側上的置放，以便說明可實施之各種置放位置。舉例而言，旁通二極體Dl、D2及D4置放於太陽能電池s卜S2及S4後部上之大致中央位置》儘管以上描述提供一較佳實施例，但是亦有可能以以下方式置放旁通二極體：即使旁通二極體之至少一部分與太陽能電池之背光側熱耦接且實體耦接。將旁通二極體D3置放於電池S 6之背光側上係此實施例之一實例。旁通二極體可經由連接器206或導線連接至太陽能電池之背光側，該等連接器或導線可採取帶體之形式。連接器206可越過一些太陽能電池之後表面以到達其需連接之電池之後表面。舉例而言，第4圖中旁通二極體〇1 之一個連接器必須越過太陽能電池S2之後表面，以到達 17 201036183 其電連接之太知能電池S3之後表面。因此，可在連接器 206與太陽能電池S2之背光側之間使用一絕緣片，以避免太陽能電池S2之背光側與連接器206之間的電短路。在模組結構之太陽能電池與後保護片之間包括扁平旁通二極體之模組結構可藉由各種方法製造，該等方法可為手動、半自動或全自動。在一個方法中，使用標準電池串接技術形成太陽能電池串，且在形成串之後（較佳在模組製造之成層或匯流步驟期間）可將旁通二極體添加至該等串。在另一方法中，如本文隨後將描述，旁通一極體可在串自身之製造期間整合於電池串内。第5Α圖及第5Β圖分別展示較佳旁通二極體裝置5〇〇之俯視圖及側視圖。旁通二極體裝置5〇〇之區域5〇1中具有主動式二極體D，其被夾於一上部導線502或連接器與一下部導線503或連接器之間，該上部導線或連接器建立至二極體ρη接合之一側的連結，該下部導線或連接器建立至二極體ρη接合之另一側的連結。區域5〇1為二極體D之整流接合所在之區域，且如習知，其含有ρ 型半導體材料與η型半導體材料以形成二極體之^^接 «。導線502及503為可具有相同或不同長度之導體，八較佳採取薄且寬之帶體的形式，諸如銅帶體。該等帶體可由材料（諸如AS、Sn、Sn-Ag合金、諸如含則合金之低溫合金等）塗佈，以使導線可採用焊接熔接等方法輕易連接。主動式二極體區域501之典型厚度可在 Ο·〇5·〇·3πιιη範圍内，該厚度包括ρ型半導體層與打型半 18 201036183 導體層。導線502、503之厚度可在〇.卜0.4 mm範圍内，從而使旁通二極體裝置500之總體厚度小於約1.5 mm (較佳小於約1 mm )。視將使用旁通二極體裝置D之模組的額疋電流而定，導線5〇2、5〇3之寬度可在11〇 #巳圍内。導線502、503之典型寬度可在2-6 mm範圍内。由於旁通二極體裝置D置放於底部或後部上，即太陽能電池或電路之非受照側上，故寬導線不會導致出自模組之任何功率損耗。〇如參閱第4圖所述，旁通二極體裝置5〇〇之上部導線 502及下部導線503中之至少一者可置放於一或多個互聯太陽能電池之後表面上，且可延伸至其需電連接至的兩個特定太陽能電池（下文亦稱為二極體相接電池）之後表面。為避免導線502及5〇3與太陽能電池（在兩個二極體相接電池之間）之背光側之間的電短路可視需要將絕緣膜504置放於上部導線5〇2之上表面5〇7及下〇表面508中至少一者上，及下部導線503之上表面5〇9 及下表面510中至少一者上。絕緣膜5〇4可採取絕緣片 (諸如0.001-0.1 mm厚之聚合片）之形式，或者其可為電絕緣黏著劑且能輕易將旁通二極體裝置附著並固定於太陽能電池之後表面上。絕緣膜5〇4較佳可為優良熱導體且能夠將區域501中旁通二極體所產生之熱消散至其所在的或機械附著所至的太陽能電池之後表面。絕緣膜 5〇4之使用將旁通二極體結構5〇〇分隔為一域奶與兩個導電區域舰及麵，在絕緣電區== 19 201036183 中導線與外部絕緣，導電區域506A及5〇6B在此實例中對應於上部導線5〇2及下部導線5〇3之兩個末端。使用諸如焊接、熔接（諸如超音波熔接）或膠合（諸如藉由導電黏著劑）之方法，在導電區域5 〇6 A及5〇6B形成旁通一極體裝置500至兩個二極體相接電池（諸如第4圖中之電池S1與S3 ’或S3與S5，或S5與S7)的電連接。應注意，儘管第5A圖及第5B圖展示一個電絕緣區域及 0 兩個導電區域，但是有可能設計具有更多電絕緣區域及導電區域的旁通二極體。實例1.添加旁通二極體至已形成之串：在此方法中’首先使用各種已知方法及設備製造太陽能電池串’其中每一太陽能電池串具有兩個或兩個以上太陽能電池。以形成太陽能電池串之方式置放太陽能電池、切割各段帶體及置放各段帶體的工具由諸多公司（諸如美國的GT-Solar及Spire )設計且銷售。在串接期間，疋）一太陽能電池之（+ )端子通常由一或多個銅帶體段落連接至鄰近太陽能電池之（一）端子。在裝置之兩個相對側（頂側及底側）上具有（+ )及（一）端子的電池中，一或多個銅帶體電連接至一個電池之頂側或頂部表面且電連接至鄰近電池之底側或底部表面。在（+ )端子與（一）端子皆位於太陽能電池之後部或底側的裝置結構中，帶體僅在鄰近電池之後表面連接鄰近電池。在任何狀況下，典型電池串可具有10-25個用於大功率模組建構之太陽能電池。 201036183

在一實施例中，一旦形成電池串，則於「成層」臺上將其面向下置放於一「頂部保護片/封裳片」堆疊上，且在典型模組製造方法之此成層步驟期間或隨後之匯流步驟期間，執行旁通二極體裝置之整合。如第仏圖實例中所示’在成層期間’首先，將頂部保護片6〇〇置放於一平坦表面上。將-第-封裝片6G2 (諸如、聚石夕氧置放於頂部保護片_上。若需要，亦將邊緣密封層601沿頂部保護# 600之圓周置放。隨後將太陽能電池串以面向下之方式置放於封裝片6〇2上，亦即太陽能電池之受照頂側或前侧面向頂部保護片6〇〇。第6a 圖中之實例展示具有兩個太陽能電池串6〇3及6〇4之模組的處理序列，其中每一串具有八個太陽能電池6〇5, 該等太陽能電池使用導電帶體606串聯互聯。模組製造製程之下一步驟通常稱為匯流，且其涉及將太陽能電池串互聯以形成電路。此展示於第6B圖中，其中匯流條或匯流排導體607A、607B及607C在太陽能電池串603及604之兩端附著於導電帶體606 ,以有效地串聯連接太陽能電池串603及604。此設計中之匯流排導髏607B及607C組成模組之兩個端子，且當完成模組建構時，將該等匯流排導體電連接至一接線盒。在組態且置放匯流排導體607A、607B及607C之前、期間或之後，可將旁通二極體裝置607置放於太陽能電池605之後表面上。如上文所述，旁通二極體裝置607具有位於區域608中之主動式二極體D及導電導線609，該等導 21 201036183 電導線較佳採取薄帶體之形式。旁通二極體裝置607視預定設計而定電連接至匯流排導體607A及607B，且於連接點610處電連接至特定太陽能電池（二極體相接電池）之背光側。在第6B圖之設計中，連接點610經選擇以使模組中每一旁通二極體裝置橫跨四個太陽能電池。匯流排導體6〇7A、607B、6〇7C至導電帶體606之電連接通常藉由在匯流臺上進行溶接或焊接來達成，但可亦使用導電黏著劑。旁通二極體裝置607於連接點610 〇 ^ 處之電連接亦可藉由焊接或熔接來達成。然而，導電黏著劑之使用為較佳，尤其若太陽能電池605係製造於導電基板（諸如不鏽鋼或鋁合金箔）上之薄膜太陽能電池 (諸如CIGS類型太陽能電池）。在製程之以下步驟（未圖示）中，較佳實施例中將一第二封裝片以大致對準第一封裝片602之方式置放於太陽能電池電路及旁通二極體裝置上。隨後可將一底部保護片以大致對準頂部保護 Ο 片600之方式置放於第二封裝片上。可經由底部保護片中之開口取出匯流排導體607B及607C之末端。以此方式獲得一預備模組結構。隨後將該預備模組結構置放於一疊合機中，或者通過一捲軸式疊合機。該預備模組結構在疊合機施加之熱及壓力下轉換為一模組。隨後可在一置放於底部保護片上之接線盒中形成至匯流排導體 607B及607C之暴露末端的電連接，從而完成模組製造。可視情況將一框架圍繞模組之圓周置放。後保護片通常可為一片玻璃或一聚合物片（諸如TEDLAR®，或另—種 22 201036183 聚合材料）。後保護片可包含堆疊片，該等堆疊片包含下文將較充分描述之各種材料組合。前保護片通常為玻璃，但亦可為透明可撓性聚合膜，諸如teFzEL®，或另一聚合膜。TEDLARl TEFZEy為來自杜邦之含敗聚合物材料之品牌名稱。TEDLAR®為聚氟乙烯（pvF )， TEFZEL ^乙婦四氟乙烤（ETFE )含氣聚合物。應注意，在一實施例中，旁通二極體裝置6〇7具有至〇少一個黏著劑表面，以便當其放於太陽能電池6〇5之後表面上時，其在搬運及疊層期間不會四處移動。如上文所述，該黏著劑層可為電絕緣卻能傳導熱，以有效地將熱轉移至太陽能電池之背光側《若使用導電黏著劑在連接點610上進行電連接，則可在成層步驟或匯流步驟期間將導電黏著劑施加於連接點61〇上，且導電黏著劑之實際固化可在疊層步驟期間達成。應注意，導電黏著劑通常需要120-170°C之固化溫度持續幾秒鐘至幾分鐘之 ^ 一時域。15(M7(TC之典型疊層溫度及卜15分鐘之疊層時間足以疊層模組以及固化導電黏著劑，以達成將旁通 —極體裝置適當電整合至模組内》應注意，首先施加導電黏著劑並在疊層期間將其固化之此方法亦可用以將匯流排導體607A、607B及607C電連接至導電帶體6〇6。儘管第6B圖展示旁通二極體裝置6〇7之電連接的一個極特定實例，但各種其他組態亦為可能。舉例而言，旁通一極體裝置607不再交錯置放，其可如第6(：圖所示以共線方式置放，第6C圖描繪第6B圖中結構之一部分， 23 201036183 其中線性置放旁通二極體裝置。線性置放之旁通二極體裝置可置放於太陽能電池之後部表面或底部表面上之任何位置’包括導電帶體606之正上方。為達線性置放，

可能需要旁通二極體裝置採用長帶體或如第6D圖所示之二極體帶體650的形式。二極體帶體65〇可能處於呈捲轴形式之線轴上。在製造製程期間，旁通二極體裝置可於適當位置（圖示為649 )自二極體帶體切割開，且如上文所述置放。儘管第6D圖展示之切割位置649分隔個別旁通二極體裝置，但是二極體帶體65〇之切割亦有可能使切割部分含有2個或更多旁通二極體裝置，且可稱為旁通二極體串。旁通二極體串隨後可以線性方式附著於太陽能電池之後側，諸如第6C圖中所示。舉例而 =，第6C圖中不再附著兩個獨立旁通二極體裝置，而是可將一個具有兩㈣通二極體之旁通二極體串附著於太陽能電池串。此種方法很適合於高産量製造且使大量旁通二極體裝置之搬運更為便利。實例2.在串接太陽能電池期間添加旁通二極體： a在此方法中’當製造太陽能電池串時，其中每-太陽 :電池串具有兩個或兩個以上太陽能電池，旁通二極體池电肉X等串移至成層台之前整合於所形成之太陽能電路在—實例中，形成了—個五電池串…旁通二連接皆使=池:之四個電池，在該電地"所有電之一示截電黏㈣得以形成。第7圖展示了此製程 ’、1輕流程。在製程流程之第一步驟（參見圖 24 201036183 式7-A)中’將具有區域701内之主動式二極體D及導線702之旁通二極體裝置700置放於一表面上。舉例而言，旁通二極體裝置700可自二極體帶體切割開，諸如第6D圖中描繪之二極體帶體。旁通二極體裝置7〇〇可具有一個電絕緣區域703及兩個導電區域7〇4。第一導電帶體705 A亦置放於該表面上。第一導電黏著劑貼片 706A施加於第一導電帶體7〇5A之預定位置上及旁通二

極體裝置700之該等導電區域7〇4中之一者上。如第圖所示，將一第一太陽能電池71〇A置放於第一導電帶體 705A及旁通二極體裝置7〇〇上。第一太陽能電池7i〇a 經置放使其底部表面或後表面朝向旁通二極體裝置 700’並使得旁通二極體裝置7〇〇上以及第一導電帶體 705A上之導電黏著劑貼# 7〇6A皆與第一太陽能電池 710A之後表面形成實體接觸。隨後在第二導電帶體Mm 與第太陽能電池71〇A之頂部表面或受照表面之間使用導電黏著劑（未圖示），將第二導電帶體7〇5b置放於第太陽此電池710A之前表面上。將第二導電黏著劑貼片706B施加於第=導電帶體7〇5b上。應注意，儘管在此實例中導電_著劑圖示為施加於帶體及旁通二極體裝町守电黏署劑直接分配於該等太陽能電池之頂部表面戋尨邱取履°卩表面上之適當部分上。此外，儘管僅圖示了一個導雷體互聯兩個鄰近之太陽能電池，但是亦可使用兩Λ 個或兩個以上帶體。導熱黏著劑之實例包括但不限於士 D ., 、Resinlab銷售之產品（諸如第EP 1121 25 201036183 號產品，其可形成本申 ^ ^ 甲清案中所需之可撓性層）及Dow

Corning銷售之產品（諸諸如第SE445〇號、第卜4173號及第3-6752號產品）。由3 △司k供之導熱轉移帶體亦適合於本申請案。如第7-C圖所示，將第_ 将弟一太陽龅電池7 i 〇B添加至該串’其中該裝置之受昭頂又…孭邛表面面向上。重複該製程，以藉由添加第三導電帶體油牙电咿體705C、第四導電帶體7〇5D及

第五導電帶體7G5E至該結構來添加另外兩個太陽能電池71〇(：及71〇D至該串。以此方式獲得第7D圖中所示

之-個四電池串。如圖式所示，將導電黏著劑貼片7〇6E 分配至第五導電帶體705E及旁通二極體裝置7〇〇上。提供第五太陽能電池710E及第六導電帶體7〇汀以完成第 7-E圖中所示之五電池串75〇。圖示了具有導電底部表面之CIGS類型太陽能電池的五電池串75〇之示範性（+ ) 端子及（一）端子。第7F圖展示五電池串750自太陽能電池之底側觀察時之視圖。在此組態中，旁通二極體裝置700橫跨四個太陽能電池（71〇A、71〇B、710C及 71 0D)，其中太陽能電池710A及710D為二極體相接電池。應注意，當添加太陽能電池及導電帶體以形成串時，可置放重物於帶體及太陽能電池上，以阻止帶體及太陽能電池四處移動’且對置放在各表面之間的導電黏著劑貼片施壓，從而確保優良之實體接觸及優良之黏著β串完成時，隨後可將其加熱至一固化溫度並持續1秒至15 26 201036183 分鐘範圍内之一固化時域。固化之後，由於串已成為連接緊松之早件物件，可安全搬運而不致引起電池或帶體之分離’故此時可移除重物。僅圖解展示以上實例中之太陽能電池以簡化該等圖式。大面積太陽能電池之頂部表面通常包括指型圖案（finger pattern )。此類指型圖案並未展示於圖式中》本文所描述之實施例適用於使用所有類別之太陽能電〇池（包括結晶、多晶及非晶電池）製造模組。然而，該等實施例尤其適合於使用薄膜太陽能電池（諸如非晶Si 及第IBIIIAVIA族化合物太陽能電池）製造模組。製造於可撓性箔基板上之薄膜太陽能電池為可撓性裝置且其可使用於可撓性模組結構中。本文所描述之旁通二極體裝置薄且具可撓性，且因此很適合於可撓性模組製造。在建置整合光伏裝置之過程中，光伏屋頂瓦或屋頂膜之應'用需I可撓性太陽能電池及模組結才冓，其尤其需要防止又遮光之負面效應，因為屋頂上之電池較之現場安裝之PV模組中之電池更易被遮光。因此，對於屋頂整合之可撓性模組，4了安全且有效的操作，可能每三個電池、每兩個電池或甚至每一個冑池就需要旁通二極體。上文詳述之結構及製造方法很適合於此類應用。此外，呈帶狀之旁通二極體裝置在旁通二極體受到良好保護之可挽性薄膜模組（諸如CIGS類型模組）之捲轴式製造中備受關注。儘管本文參照某些較佳實施例描述本發明之態樣及優 27 201036183 點’然而熟習此項技術者將顯而易見該等較佳實施例之調整。【圖式簡單說明】第1圖為薄膜太陽能電池之示意圖；第2A圖為先前技術光伏模組之俯視示意圖；第2B圖為第2A圖之模組之橫斷面示意圖；〇第3A圖至第3C圖為本發明之包括一旁通二極體之光伏模組之示意圖；及第4圖為包括旁通二極體之太陽能電池串之仰視示意圖。第5A圖展示一旁通二極體裝置之橫斷面侧視圖。第5B圖為第5A圖之旁通二極體裝置之俯視圖。第6A圖展示具有兩個太陽能電池串之預備模組結構。第6B圖展示第6A圖之預備模組結構在添加旁通二極 U 體裝置及匯流排導體之後的結構。第6C圖展示置放於太陽能電池串之背光侧上之旁通二極體裝置之線性組態。第6D圖展示長二極體帶體之一段區域。第7圖展示製造包括旁通二極體裝置之太陽能電池串之製程序列。【主要元件符號說明】 28 201036183

10 光伏電池 11 基板 12 吸收劑膜 13 導電層 14 透明層 15 輻射 20 基底 50 PV模組 52 太陽能電池 54 導電導線 56 保護殼 58 封裝層 60A 前保護片 60B 後保護片 60C 邊緣密封層 62 接線盒 65 框架 100 模組 102 太陽能電池串 102A 太陽能電池 102B 太陽能電池 102C 太陽能電池 102D 太陽能電池 102E 太陽能電池 29 201036183

太陽能電池光接收前表面後表面/背光側導電導線封裝材料保護殼頂部保護片底部保護片邊緣密封層旁通二極體二極體導線二極體導線太陽能電池串帶體連接器

102F 103A 103B 104 106 108 108A 108B 108C 110 112A 112B 200 202 206 500 501 502 503 504 505 506A 旁通二極體裝置區域上部導線下部導線絕緣膜電絕緣區域導電區域 506B 導電區域 507 上表面 30 201036183 508 下表面 509 上表面 510 下表面 600 頂部保護片 601 邊緣密封層 602 第一封裝片 603 太陽能電池串 604 太陽能電池串

605 太陽能電池 606 導電帶體 607 旁通二極體裝置 607A 匯流排導體/匯流條 607B 匯流排導體/匯流條 607C 匯流排導體/匯流條 608 區域 609 導電導線 610 連接點 649 適當位置 650 二極體帶體 700 旁通二極體裝置 701 區域 702 導線 703 電絕緣區域 704 導電區域 31 201036183

705A 第一導電帶體 705B 第二導電帶體 705C 第三導電帶體 705D 第四導電帶體 705E 第五導電帶體 705F 第六導電帶體 706A 第一導電黏著劑貼片 706B 第二導電黏著劑貼片 706E 導電黏著劑貼片 710A 太陽能電池 710B 太陽能電池 710C 太陽能電池 710D 太陽能電池 710E 第五太陽能電池 750 五電池串 51 太陽能電池 52 太陽能電池 53 太陽能電池 54 太陽能電池 55 太陽能電池 56 太陽能電池 57 太陽能電池 58 太陽能電池 D1 旁通二極體 32 201036183 D2 旁通二極體 D3 旁通二極體 D4 旁通二極體

33

Claims

201036183 七、申請專利範圍： 1. 一種太陽能模組，其包含：一太陽能電池串’其包括複數個太陽能電池，該複數個太陽能電池包括一第一太陽能電池及一第二太陽能電池，每一太陽能電池具有一光接收側及一背光側，其中該背光側包含一導電基板’且其中使用將一太陽能電池之光接收側連接至一鄰近太陽能電池之背光側的導 ❹ 電導線，將該複數個太陽能電池串聯電互聯；一旁通二極體裝置’其附著於該太陽能電池串，該旁通二極體裝置包括具有一第一導線與第二導線之一旁通二極體及第一與第二導電條帶，該第一及第二導電條帶各自有一端分別電連接至該第一及第二導線中之一者，且該第一及第二導電條帶各自的另一端分別電連接至該第一太陽能電池之一第一導電基板及該第二太陽能電池之一第二導電基板； © —封裝層，其具有封裝該太陽能電池串及該旁通二極體裝置之一前側及一後側；及一保護殼’其密封該經封裝串，該保護殼包括一透明前保護層、一後保護層及在該透明前保護層之密封邊緣與該後保護層之密封邊緣之間延伸的一防濕密封層，其中該透明前保護片置放於該複數個太陽能電池之光接收側及該封裝層之前側上，且該後保護片置放於該第一及第二導電基板、該旁通二極體裝置及該封裝層之後侧下’以使該旁通二極體位於該後保護片與該複數個太陽 34 201036183 能電池之導電基板之間。 2. 如申請專利範圍第1項太苁陏犯模組’其中在該旁通二極體裝置與該複數個太陽能電池之導電基板中之一者之間建立一熱連結。 3. 如申請專利範圍第2項之太陽能模組，其中藉由使用〇導熱膏及導熱黏著劑中之一者將該旁通二極體裝置附著於該等導電基板中之一者，來建立該熱連結。 4. 如申請專利範圍第3項之太陽能模組，其中該導熱膏及導熱黏著劑中之一者將該旁通二極體直接附著於該複數個太陽能電池之導電基板令之一者。 5_如申清專利範圍第2項之太陽能模組，其中藉由將該 D 旁通二極體直接安裝於該等導電基板中之一者，來建立該熱連結。 7. 如申請專利範圍第1項之太陽能模組’其中每一太陽能電池之光接收側包括一第IBIIIAVIA族薄膜或一非晶矽薄膜中之一者。 8. 如申請專利範圍第1項之太陽能模組，其中每一太陽能電池之導電基板包括不痛鋼箔及鋁箔中之一者。 35 201036183 9.如申請專利範圍第1項之太陽能模組，其中該封裝層包含乙烯醋酸乙烯酯（EVA )及熱塑聚胺基甲酸酯（TPU ) 中至少一者。 10_如申請專利範圍第1項之太陽能模組，其中該透明前保護層包含玻璃及乙烯四氟乙烯（ETFE )中之一者，且其中該後保護層包含玻璃及聚氟乙烯（PVF )中之一者。 11. 一種製造一太陽能模組之方法，其包含以下步驟： k供一刖保護層，其具有一前表面及一後表面，其中該前保護層為透明；置放一第一封裝層於該前保護層之後表面上；置放一太陽能電池串於該第一封裝層上，其中該太陽能電池串包括複數個太陽能電池，每一太陽能電池具有一光接收側及一背光側，其中該背光側包含一導電基板，且其中使用將一太陽能電池之光接收側連接至一鄰近太陽能電池之背光侧的導電導線，將該複數個太陽能電池串聯電互聯，且其中該等太陽能電池之光接收側面向該第一封裝層；附著一旁通二極體裝置至該太陽能電池串，該旁通二極體裝i包括一第一導電冑帶及一第二導電條帶，其各自有一端分別附著於一旁通二極體之第一及第二導線’其中藉由該第-導電條帶及該第二導電條帶，將該 36 201036183 旁通二極體分別電連接至該複數個太陽能電池中之一第一太陽能電池之一第一導電基板及一第二太陽能電池之一第二導電基板；置放一第二封裝層於該旁通二極體裝置及該複數個太陽能電池之導電基板上；置放一後保護片於該第二封裝層上’並用一防濕邊緣密封層密封位於該前保護片之周邊與該後保護片之周邊之間的一周邊縫隙，藉此形成一預備模組結構；及使該預備模組結構受熱及受壓以形成該太陽能模組。 12. 如申請專利範圍第丨丨項之方法，其中附著該旁通二極體裝置之步驟包括將該旁通二極體裝置熱連接至該複數個太陽能電池之導電基板中之一者。 13. 如申請專利範圍第12項之方法，其中藉由使用導熱膏及導熱黏著劑中之一者將該旁通二極體裝置附著於該等導電基板中之一者，來建立該熱連結。 14. 如申請專利範圍第13項之太陽能模組，其中該導熱膏及導熱黏著劑中之一者將該旁通二極體直接附著於該複數個太陽能電池之導電基板中之一者。 15. 如申請專利範圍第12項之方法，其中藉由將該旁通二極體直接安裝於該等導電基板中之一者，來建立該熱 37 201036183 連結。 16. 如申請專利範圍第11項之方法，其進一步包含在形成該太陽能模組之後將一接線盒附著至該後保護片。 17. 如申請專利範圍第U項之方法，其中使該預備模組結構受熱及受壓之步驟在一捲軸式疊合機中執行。 0 18.如申請專利範圍第11項之方法，其中每一太陽能電池之光接收側包括一第IBIIIAVIA族薄膜或一非晶矽薄膜中之一者。 19.如申請專利範圍第η項之方法，其中每—太陽能電池之導電基板包括不鏽鋼箔及鋁羯中之一者。 Ο 20.如申請專利範圍第11項之方法，其中該封裝層包含乙婦醋酸乙婦醋（EVA)及熱塑聚胺基甲酸醋（τρυ)中之至少一者。 21.如申請專利範圍第1項之方击乃凌，其中該前保護層包含玻璃及乙烯四氟乙烯（ETFE)中夕 ^ J肀之一者，且其中該後保護層包含玻璃及聚氟乙烯（PVF )中之一者。 38