太陽能電池單元的製作方法

2024-03-23 13:26:05

本發明涉及一種太陽能電池單元。

背景技術：

如同例如由wo2014/019652a1或ep2073279a1公知的太陽能電池接收器典型地具有布置在載體上的半導體本體。在半導體本體上方布置有初級和次級光學元件，以便將太陽光引導到半導體本體的表面上。為了電接觸，半導體本體具有第一和第二連接觸點，其中，每個連接觸點與布置在載體上的接觸面、例如印製導線區域電連接。上述的太陽能電池接收器的主要成本問題是載體的尺寸。

技術實現要素：

在這種背景下，本發明的任務在於，提出一種裝置，該裝置進一步改進現有技術並且實現了儘可能成本低廉地製造。

該任務通過具有權利要求1特徵的太陽能電池單元解決。本發明的有利構型是從屬權利要求的內容。

根據本發明的內容提供一種太陽能電池單元，其具有構造為太陽能電池的半導體本體、載體和次級光學元件。

半導體本體具有前側和背側，前側具有帶第一極性的第一連接觸點，背側具有帶第二極性的第二連接觸點。

載體具有由四個邊沿圍繞的上側、下側以及構造在所述上側上的第一和第二接觸面。接觸面沿著載體的第一邊沿布置，其中，第一接觸面與第二接觸面隔開間距並且與半導體本體的第一電連接觸點導電連接，並且第二接觸面與半導體本體的第二電連接觸點導電連接。半導體本體的背側與載體的上側的一部分力鎖合地連接。

次級光學元件具有下側，其中，次級光學元件將光引導到半導體本體的前側上，其中，次級光學元件的下側的至少部分與半導體本體的前側和/或與載體的上側僅僅藉助於聚合物粘接層力鎖合地連接。

補充說明的是，接觸面僅僅沿著第一側布置。特別是在接觸面上布置金屬凸起部。金屬凸起部優選地是折出角度的。

此外補充說明的是，太陽能電池優選地是gaas或ge基的iii-v半導體太陽能電池，並且太陽能電池最多優選地設計為堆疊狀地布置的多重太陽能電池並且此外藉助於使用uv光份額而具有高於30％的效率。

這種太陽能電池單元此外由於比矽太陽能電池高的製造成本而優選地使用在所謂的cpv系統中。在cpv系統中，太陽光被以大於100直至大於1000的倍數聚焦。在此，藉助於初級光學聚焦器或元件聚焦的光線被引導到太陽能電池單元的次級光學元件上。

初級元件、例如環帶透鏡(fresnel-linse)布置在次級光學元件的上方。由次級光學元件將光線沿著光軸引導至聚合物粘接層，以便穿過聚合物粘接層並且射到半導體本體的、太陽能電池的前側。

太陽能電池單元與另一太陽能電池單元的電接觸通過各自的接觸面建立。在此，多個太陽能電池單元的接觸面例如通過電阻點焊與金屬連接元件電連接。優選，金屬連接元件構造為線材形或構造為線材。在另一實施方式中，接觸凸起部(kontaktfahne)與接觸面電連接。為了連接多個太陽能電池單元，太陽能電池單元的接觸凸起部藉助於金屬連接元件連接。

根據本發明的裝置的一個優點在於，與布置在載體的對置的邊沿上相比，通過觸點的單側布置可以明顯地減小載體的尺寸。以完全意想不到的方式證實了，新式的非常小的載體面也足夠用於導出在太陽光集中射入時產生的熱量。也完全意想不到地證實了，特別是當接觸面構造為特別大的或者構造為具有接觸凸起部時，連接觸點緊鄰太陽能電池或者光學元件的下側單側地布置甚至恰好排出大量的熱。特別是在完成布線的狀態中，即在形成陣列時，由此可藉助於電連接金屬線再次提高熱導出。總之證實了，對於載體的尺寸，太陽能電池的尺寸和光學元件的尺寸可以是確定的。一個另外的優點在於比傳統的至少3.0mm乘以3.5mm大小的載體節省了至少15％直到至少30％的面積。通過載體的材料節省由此實現了大大愛護資源並且成本低廉的製造可能性。

實驗表明，接觸面的單側布置相對於第一設想不使布線變得困難。雖然在二維觀察中對於多個太陽能電池單元的典型的蜿蜒曲折狀的布置和串聯的布線存在短路的風險。但是在三維觀察中能夠例如通過使用導線橋避免這種情況。

在第一實施方式中，第一接觸面和第二接觸面布置為與次級光學元件的下側隔開間距，由此這兩個接觸面在載體的上側上布置在次級光學元件的朝向載體的下側和載體上側的第一邊沿之間。

根據一個擴展方案，次級光學元件的下側與載體上側的第一邊沿的間距在垂直於載體上側延伸的投影中為至少1mm、優選至少3mm，其中，次級光學元件的下側與第二邊沿、與第三邊沿以及與第四邊沿的間距在垂直於載體上側延伸的投影中為最大4mm、優選最大2mm或更優選最大1mm或者處於0mm和0.2mm之間的範圍內。在一個另外的擴展方案中，在所述投影中，光學元件的下側在載體上側上的至少一個邊沿或者所有第一至第三邊沿上突出最多2mm。可以理解的是，與所述邊沿的間距分別理解為通過在載體上側上的投影所產生的虛擬邊緣和與這個虛擬邊緣緊鄰的邊沿之間的最短距離。

通過次級光學元件在載體上側上的不對稱布置或者將載體表面單側地提供給待布置的接觸面，減小了載體的尺寸。載體的第一邊沿與次級光學元件這樣遠地隔開間距，使得這兩個接觸面可以沿著第一邊沿布置，而第二、第三和第四邊沿僅僅必須具有與第二光學元件的最小間距。

在一個擴展方案中，在垂直於載體上側延伸的投影中，次級光學元件的投影面積是載體的投影面積的至少30％或者至少40％或者至少45％或者至少50％。

在一個實施方式中，在投影中，次級光學元件的基面突出於載體的兩個或三個邊沿。一個優點是，由此可以減小載體的面積並且降低成本。

在一個另外的擴展方案中，在垂直於載體上側延伸的投影中，半導體本體的投影面積是載體的投影面積的至少6％或者至少8％或者至少10％或者至少12％。

在一個實施方式中，沿著第一邊沿的長度的至少75％或至少90％鄰接第一和/或第二接觸面。

在一個另外的實施方式中，太陽能電池單元具有基本上矩形的最大20mm×26mm或優選地最大16mm×22mm邊長的基面。

在一個替代的實施方式中，次級光學元件透鏡狀地構造有背離半導體本體的凸表面或構造為漏鬥形。在一個另外的實施方式中，次級光學元件包括玻璃或者特別是石英玻璃化合物或者由其構成並且一體地構造。在一個擴展方案中，聚合物粘接層包括塑料化合物。

在一個替代的實施方式中，所述載體構造為陶瓷印刷電路板或者構造為具有絕緣金屬基底的印刷電路板，和/或所述第一接觸面和所述第二接觸面構造為印製導線。在一個替代的擴展方案中，所述半導體本體具有至少兩個上下疊置的光電激活的半導體結。

根據一個擴展方案，一種太陽能電池模塊具有至少一個根據前述種類的第一、第二和第三太陽能電池單元和至少一個第一和第二金屬連接元件，其中，第一、第二和第三太陽能電池單元分別以下側布置在基板的表面上，第一金屬連接元件使第一太陽能電池單元的第一接觸面與第二太陽能電池單元的第二接觸面電連接，第二金屬連接元件使第一太陽能電池單元的第二接觸面與第三太陽能電池單元的第一接觸面電連接，並且第一金屬連接元件在垂直於載體上側的第一投影中完全地或者部分地遮蓋第一太陽能電池單元的第二接觸面。

補充說明的是，金屬連接元件、例如金屬絲典型地藉助於電阻點焊連接與接觸面導電連接。接觸面典型地構造為純平面的或者替代地構造為折出角度的接觸凸起部。

由於金屬連接元件在第一太陽能電池單元的第二接觸面的區域中交叉，可能的是，多個太陽能電池單元通過僅僅單側布置的接觸面以簡單的方式布置成典型的蜿蜒曲折的鏈並且串聯連接。

在一個擴展方案中，第一金屬連接元件在垂直於基板表面延伸的方向上與第一太陽能電池單元的第二接觸面隔開間距並且在第一太陽能電池單元的第二接觸面的區域中與第二金屬連接元件隔開間距，由此阻止短路。間距例如可以通過第一金屬連接元件的橋形或弓形的構型實現。在一個替代的實施方式中，基板包括金屬。可理解的是，線材或線材形導電體由於各自的金屬穩定性而特別適用於作為用於橋形或弓形構造的金屬連接元件。

附圖說明

下面參考附圖詳細地說明本發明。在此，相同類型的部件以相同的附圖標記標出。所示的實施方式是極其示意性的，也就是說，間距和橫向延伸和豎直延伸不是按比例的並且如果未做其他說明也不具有相對彼此可推斷的幾何關係。附圖中示出：

圖1示出太陽能電池單元的根據本發明的第一實施方式的示意圖，

圖2示出太陽能電池單元的根據本發明的第一實施方式的示意性的俯視圖，

圖3示出太陽能電池模塊的根據本發明的第一實施方式的示意性的俯視圖，

圖4示出太陽能電池模塊的根據本發明的第一實施方式的沿著剖面a-a的示意圖。

具體實施方式

圖1的視圖示出太陽能電池單元10的第一實施方式的側視圖，所述太陽能電池單元具有半導體本體20、載體30和次級光學元件50。圖2的視圖示出圖1中所示的太陽能電池單元10的示意性的俯視圖。

半導體本體20以背側24與載體30的上側32力鎖合地連接。前側22完全由次級光學元件50遮蓋，其中，次級光學元件50構造為凸透鏡並且次級光學元件50的平的下側52藉助於聚合物粘接層(未示出)至少部分地與半導體本體20的前側22力鎖合地連接。在所示的實施例中，次級光學元件50的平的下側52此外遮蓋一布置在載體30上側32上的保護二極體38。

如同在圖2中可看到的那樣，載體30具有由四個邊沿34.1，34.2，34.3，34.4圍繞的矩形的上側32。在所示的實施例中，第一和第二觸面40，45在次級光學元件50旁邊並且沿著載體30的第一邊沿34.1布置在載體30的上側32上。在一個替代的實施方式(虛線示出)中，次級光學元件50的下側距邊沿34.2，34.3，34.4的間距處於0mm和0.25mm之間的範圍內，也就是說幾乎齊平。在一個另外的實施方式(點劃線示出)中，次級光學元件50的下側超過邊沿34.2，34.3，34.4，也就是說，次級光學元件50的基礎面積在直徑上更大。一個優點是，由此可以減小載體的面積並且降低成本。優選地，次級光學元件關於載體的面重心偏心地布置。

在圖3的視圖中示意性地示出太陽能電池模塊100的第一實施方式。圖4示出沿著圖3中的直線a-a的剖面圖。

太陽能電池模塊具有三個前述種類的太陽能電池單元10.1，10.2，10.3，其中，太陽能電池單元10.1，10.2，10.3分別以一個下側36.1，36.2布置在基板110的表面120上。

第一太陽能電池單元10.1的第一接觸面40.1藉助於第一金屬連接元件70與第二太陽能電池單元10.2的第二接觸面45.2電連接，其中，第一太陽能電池單元10.1和第二太陽能電池單元10.2這樣相互並列地布置，使得在垂直於基板110表面120延伸的投影中，不僅第一太陽能電池單元10.1的第二接觸面45.1而且第二太陽能電池單元10.2的第一接觸面40.2至少部分地由第一金屬連接元件70遮蓋。

為了避免短路，如同在圖4中所示的剖面圖中可看到的那樣，第一金屬連接元件70在垂直於基板110表面120延伸的的方向上與第二太陽能電池單元10.2的第一接觸面40.2具有間距並且與第一太陽能電池單元10.1的第二接觸面45.1具有間距。

此外，第一太陽能電池單元10.1的第二接觸面45.1與第三太陽能電池單元10.3的第一接觸面40.3藉助於第二金屬連接元件72導電連接。第一金屬連接元件70與第一太陽能電池單元10.1的第二接觸面45.1的間距這樣大地選擇，使得第二金屬連接元件72也在第一太陽能電池單元10.1的第二接觸面45.1的區域中在垂直於基板110表面120延伸的方向上與第一金屬連接元件70具有間距。