專利名稱：太陽能電池模塊的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種太陽能電池模塊，且特別是涉及一種聚分光型的太陽能電池模塊。
背景技術(shù)：
在解決目前石化能源所面臨的污染與短缺的問題時，太陽能一直是最受矚目的焦 點。其中，又以太陽能電池(solar cell)可將太陽能轉(zhuǎn)換為電能，而成為目前相當(dāng)重要的 研究課題。 聚分光型太陽能電池模塊為一種具有高光電轉(zhuǎn)換效率的太陽能電池模塊。 一般來 說，聚分光型太陽能電池模塊包括聚光元件、分光元件以及多個具有不同能隙的太陽能電 池。聚光元件將太陽光分成具有不同波段的光，而太陽能電池分別接收與其能隙相對應(yīng)的 波段的光，以分別將光能轉(zhuǎn)換為電能。如此一來，可以最佳化各個太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效 率，使得聚分光型太陽能電池模塊的整體光電轉(zhuǎn)換效率佳。 舉例來說，在專利W006119305中，提出一種聚分光型太陽能電池模塊，其包括三 個分別具有高、中、低能隙的太陽能電池。其中，具有高能隙的太陽能電池的能隙為2. 1 2. 44eV、1. 8 1. 95eV以及1. 4 1. 55eV，具有中能隙的太陽能電池的能隙約為1. 12eV，具 有低能隙的太陽能電池的能隙為0. 9 0. 95eV、0. 7eV或0. 5eV。太陽能電池依照其能隙而 吸收具有相對應(yīng)波長的光，以將光能轉(zhuǎn)換為電能。 然而，上述的聚分光型太陽能電池模塊具有光電轉(zhuǎn)換效率難以提升、成本較高以 及體積較大的問題。如此一來，聚分光型太陽能電池模塊僅適用于諸如太陽能發(fā)電廠等大 型發(fā)電裝置，而無法廣泛地應(yīng)用于諸如社區(qū)式電源或家庭式電源等分散式電源，使得聚分 光型太陽能電池模塊的使用性大幅下降。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種太陽能電池模塊，其具有較高的光電轉(zhuǎn)換效率與較低的成本。
本發(fā)明提出一種太陽能電池模塊，其包括聚光元件、第一太陽能電池、第二太陽能 電池、第三太陽能電池以及分光元件。聚光元件用以收集具有一波段的太陽光。第一太陽 能電池具有高于1. 9eV的能隙。第二太陽能電池具有約0. 7eV、約1. 4eV以及約1. 8eV的能 隙。第三太陽能電池具有約1.2eV的能隙。分光元件用以將具有所述波段的太陽光分離出 具有第一次波段的光、具有第二次波段的光以及具有第三次波段的光，其中第一太陽能電 池接收具有第一次波段的光、第二太陽能電池接收具有第二次波段的光以及第三太陽能電 池接收具有第三次波段的光。 本發(fā)明提出另一種太陽能電池模塊，其包括聚光元件、分光元件、第一太陽能電 池、第二太陽能電池以及第三太陽能電池。聚光元件用以收集具有一波段的太陽光。分光 元件用以將具有所述波段的太陽光分離出具有第一次波段的光、具有第二次波段的光以及 具有第三次波段的光，其中第一次波段介于約300nm至約517nm之間、第二次波段介于約517nm至約867nm之間以及介于約1305nm至1771nm之間以及第三次波段介于約867nm至約1305nm之間。第一太陽能電池用以接收具有第一波段的光，第二太陽能電池用以接收具有第二波段的光，第三太陽能電池用以接收具有第三波段的光。 為讓本發(fā)明的上述特征和優(yōu)點能更明顯易懂，下文特舉實施例，并配合附圖作詳細(xì)說明如下。


圖1是依照本發(fā)明的實施例的一種太陽能電池模塊的示意圖。圖2A至圖2C分別是依照本發(fā)明的實施例的一種聚光元件的示意圖。圖3是依照本發(fā)明的另一實施例的一種太陽能電池模塊的示意圖。附圖標(biāo)記說明10、10a:太陽能電池模塊100 :聚光元件lOOa:反射式分束聚光系統(tǒng)100b :收斂穿透式分束聚光系統(tǒng)100c :平行穿透式分束聚光系統(tǒng)110U10':分光元件110a、110a':第一分光單元110b、110b':第二分光單元120 :第一太陽能電池122a、 132a、 134a、 136a、 142a :N型半導(dǎo)體122b、132b、134b、136b、142b :P型半導(dǎo)體130 :第二太陽能電池140 :第三太陽能電池150 :準(zhǔn)直元件160 :散熱元件S :太陽光Sa:具有第一次波段以外的光Sb :具有第三次波段以外的光SI :具有第一次波段的光S2 :具有第二次波段的光S3 :具有第三次波段的光
具體實施例方式圖1是依照本發(fā)明的實施例的一種太陽能電池模塊的示意圖。
請參照圖1，太陽能電池模塊10包括聚光元件100、分光元件110、第一太陽能電池120、第二太陽能電池130以及第三太陽能電池140。在本實施例中，太陽能電池模塊10還包括準(zhǔn)直元件150，其配置于聚光元件100與分光元件110之間。 在本實施例中，聚光元件100與分光元件110例如是組成高聚光太陽電池(High
5concentraing photovoltaic, HCPV)光學(xué)系統(tǒng)。聚光元件100用以收集具有一波段的太陽光S，其中聚光元件100的倍率范圍一般介于200倍至2000倍之間，聚光元件100例如是圖2A至圖2C所繪示的反射式分束聚光系統(tǒng)100a、收斂穿透式分束聚光系統(tǒng)100b、平行穿透式分束聚光系統(tǒng)100c或其他合適的聚光系統(tǒng)。特別注意的是，圖2A與圖2B中僅繪示出聚光元件(反射式分束聚光系統(tǒng)100a、收斂穿透式分束聚光系統(tǒng)100b)與分光元件110的相關(guān)位置，圖2C中僅繪示出聚光元件(平行穿透式分束聚光系統(tǒng)100c)、準(zhǔn)直元件150以及分光元件110的相關(guān)位置，而省略其他構(gòu)件的繪示。 分光元件110包括第一分光單元110a與第二分光單元110b，其中第一分光單元110a例如是配置在聚光元件100與第二分光單元110b之間。第一分光單元110a與第二分光單元110b可以是分光鏡或棱鏡。詳言之，第一分光單元110a將太陽光S分離出具有第一次波段的光Sl與具有第一次波段以外的光Sa。第二分光單元110b將具有第一次波段以外的光Sa分離出具有第二次波段的光S2與具有第三次波段的光S3。第一次波段介于約300nm至約517nm之間，第二次波段介于約517nm至約867nm之間以及第三次波段介于約1305nm至1771nm之間。特別一提的是，在本實施例中，聚光元件100與分光元件110的組合穿透率例如是達(dá)到90%以上。 第一太陽能電池120、第二太陽能電池130以及第三太陽能電池140配置成分別接收具有第一次波段的光S1、具有第二次波段的光S2以及具有第三次波段的光S3，以將所接收光能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?。詳言之，第一太陽能電?20包括N型半導(dǎo)體122a與P型半導(dǎo)體122b，其具有高于1.9eV的能隙。在實施例中，第一太陽能電池120的能隙例如是低于3. 6eV。第二太陽能電池130包括N型半導(dǎo)體132a、 134a、 136a與P型半導(dǎo)體132b、 134b、 136b，其具有約0. 7eV、約1. 4eV以及約1. 8eV的能隙。第三太陽能電池140包括N型半導(dǎo)體140a與P型半導(dǎo)體140b，其具有約1. 2eV的能隙。其中，第一太陽能電池120的N型半導(dǎo)體122a與P型半導(dǎo)體122b的材料例如是InGaN、 CuInGaSe、 CdS、 ZnTe或其他合適的半導(dǎo)體材料。在第二太陽能電池130中，N型半導(dǎo)體132a與P型半導(dǎo)體132b的材料例如是GalnP， N型半導(dǎo)體134a與P型半導(dǎo)體134b例如是GaAs， N型半導(dǎo)體136a與P型半導(dǎo)體136b的材料例如是Ge。換言之，第二太陽能電池130的材料包括由GaInP\GaAS\Ge構(gòu)成的太陽能電池。第三太陽能電池140的N型半導(dǎo)體140a與P型半導(dǎo)體140b的材料例如是硅或其他合適的半導(dǎo)體材料。 在本實施例中，太陽能電池模塊10還可設(shè)置散熱元件160，其例如是分別與第一太陽能電池120、第二太陽能電池130以及第三太陽能電池140連接。散熱元件160可以是被動式多通道震蕩式散熱管或其他散熱元件，其材料可以是金屬或陶瓷材料。
在本實施例中，是以第一分光單元110a將太陽光S分離成具有第一次波段的光Sl與具有第一次波段以外的光Sa為例，但本發(fā)明不限于此。在實施例中，如圖3所示，在太陽能電池模塊10a中，分光元件110'的第一分光單元110a'將太陽光S分離成具有第三次波段的光S3與具有第三次波段以外的光Sb。第二分光單元110b'將具有第三次波段以外的光Sb分離成具有第一次波段的光Sl與具有第二次波段的光S2。且將第一太陽能電池120、第二太陽能電池130以及第三太陽能電池140配置成分別接收具有第一次波段的光Sl、具有第二次波段的光S2以及具有第三次波段的光S3，以將所接收光能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔堋Ｌ柲茈姵啬K10a的其他構(gòu)件皆與圖1所繪示的太陽能電池模塊10的構(gòu)件以及材料相似，在此不贅述。 其中，太陽能電池模塊10的光電轉(zhuǎn)換效率會隨著聚光元件100的種類不同而改 變，舉例來說，當(dāng)聚光元件100為反射式分束聚光系統(tǒng)100a時，太陽能電池模塊10的光電 轉(zhuǎn)換效率約為55% ;當(dāng)聚光元件100為收斂穿透式分束聚光系統(tǒng)100b時，太陽能電池模塊 10的光電轉(zhuǎn)換效率約為55%;當(dāng)聚光元件100為平行穿透式分束聚光系統(tǒng)100c時，太陽能 電池模塊10的光電轉(zhuǎn)換效率約為54%。換言之，太陽能電池模塊10的光電轉(zhuǎn)換效率均可 達(dá)到50%以上。 在本實施例中，第二太陽能電池130包括三組N型半導(dǎo)體132a、134a、136a與P型 半導(dǎo)體132b、134b、136b，故第二太陽能電池130具有三種能隙。且，此三種能隙的組合使得 第二太陽能電池130具有優(yōu)選的光電轉(zhuǎn)換效率，以使太陽能電池模塊10能達(dá)到優(yōu)選的光電 轉(zhuǎn)換效率。換言之，相較于已知僅根據(jù)能隙高低來區(qū)分太陽能電池的聚分光型太陽能電池 模塊，本實施例的太陽能電池模塊具有優(yōu)選的成本效益。再者，在本實施例中，太陽能電池
120、130、140為橫向排列，能避免不同單晶材料外延堆疊成長的晶格常數(shù)不匹配的問題以 及避免堆疊式太陽能電池的最小電流限制對光電轉(zhuǎn)換效率的影響。此外，太陽能電池120、 130、140可以分別制作而后進行組裝，故能大幅降低制作太陽能電池模塊10的難度以及生 產(chǎn)成本。 綜上所述，本發(fā)明的太陽能電池模塊具有較高的光電轉(zhuǎn)換效率、較低的生產(chǎn)成本 以及優(yōu)化的體積設(shè)計，使其能廣泛地應(yīng)用于大型發(fā)電裝置以及分散式電源。而且，太陽能電 池的結(jié)構(gòu)與配置方式使得太陽能電池模塊能有效率地吸收太陽光大部分的光頻譜能量，而 大幅降低太陽能電池模塊的發(fā)電成本。如此一來，能大幅提升太陽能電池模塊的使用性。
雖然本發(fā)明已以實施例披露如上，然其并非用以限定本發(fā)明，任何所屬技術(shù)領(lǐng)域 中普通技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作些許的更動與潤飾，故本發(fā)明的 保護范圍當(dāng)視權(quán)利要求所界定者為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
一種太陽能電池模塊，包括聚光元件，用以收集具有一波段的太陽光；第一太陽能電池，其具有高于1.9eV的能隙；第二太陽能電池，其具有約0.7eV、約1.4eV以及約1.8eV的能隙；第三太陽能電池，其具有約1.2eV的能隙；以及分光元件，用以將具有該波段的該太陽光分離出具有第一次波段的光、具有第二次波段的光以及具有第三次波段的光，其中該第一太陽能電池接收該具有第一次波段的光、該第二太陽能電池接收該具有第二次波段的光以及該第三太陽能電池接收該具有第三次波段的光。
2. 如權(quán)利要求1所述的太陽能電池模塊，其中該第一太陽能電池的材料包括InGaN、 CuInGaSe、 ZnTe或CdS。
3. 如權(quán)利要求1所述的太陽能電池模塊，其中該第二太陽能電池包括由GaInP\GaAS\ Ge構(gòu)成的太陽能電池。
4. 如權(quán)利要求1所述的太陽能電池模塊，其中該第三太陽能電池的材料包括硅。
5. 如權(quán)利要求1所述的太陽能電池模塊，其中該第一太陽能電池的能隙低于3. 6eV。
6. 如權(quán)利要求1所述的太陽能電池模塊，其中該聚光元件的倍率范圍介于200倍至 2000倍之間。
7. 如權(quán)利要求1所述的太陽能電池模塊，還包括準(zhǔn)直元件，其配置于該聚光元件與該 分光元件之間。
8. 如權(quán)利要求1所述的太陽能電池模塊，其中該分光元件包括第一分光單元，將具有該波段的該太陽光分離成該具有第一次波段的光與具有該第一 次波段以外的光；以及第二分光單元，將具有該第一次波段以外的光分離成該具有第二次波段的光與該具有 第三次波段的光。
9. 如權(quán)利要求1所述的太陽能電池模塊，其中該分光元件包括第一分光單元，將具有該波段的該太陽光分離成該具有第三次波段的光與具有該第三 次波段以外的光；以及第二分光單元，將具有該第三次波段以外的光分離成該具有第一次波段的光與該具有 第二次波段的光。
10. 如權(quán)利要求1所述的太陽能電池模塊，其中該分光元件為分光鏡或棱鏡。
11. 如權(quán)利要求1所述的太陽能電池模塊，還包括散熱元件。
12. 如權(quán)利要求11所述的太陽能電池模塊，其中該散熱元件的材料包括金屬或陶瓷材料。
13. 如權(quán)利要求1所述的太陽能電池模塊，其中該散熱元件為散熱管。
14. 如權(quán)利要求13所述的太陽能電池模塊，其中該散熱元件為被動式多通道震蕩式散熱管。
15. —種太陽能電池模塊，包括 聚光元件，用以收集具有一波段的太陽光；分光元件，用以將具有該波段的該太陽光分離出具有第一次波段的光、具有第二次波段的光以及具有第三次波段的光，其中該第一次波段介于約300nm至約517nm之間、該第二 次波段介于約517nm至約867nm之間以及介于約1305nm至1771nm之間以及該第三次波段 介于約867nm至約1305nm之間；第一太陽能電池，用以接收該具有第一波段的光；第二太陽能電池，用以接收該具有第二波段的光；以及第三太陽能電池，用以接收該具有第三波段的光。
16. 如權(quán)利要求15所述的太陽能電池模i央，其中該第一太陽能電池的材料包括InGaN、 CuInGaSe、 ZnTe或CdS。
17. 如權(quán)利要求15所述的太陽能電池模塊，其中該第二太陽能電池的材料包括由 GaInP\GaAs\Ge構(gòu)成的太陽能電池。
18. 如權(quán)利要求15所述的太陽能電池模塊，其中該第三太陽能電池的材料包括硅。
19. 如權(quán)利要求15所述的太陽能電池模塊，其中該聚光元件的倍率范圍介于200倍至 2000倍之間。
20. 如權(quán)利要求15所述的太陽能電池模塊，還包括準(zhǔn)直元件，其配置于該聚光元件與 該分光元件之間。
21. 如權(quán)利要求15所述的太陽能電池模塊，其中該分光元件包括 第一分光單元，將具有該波段的該太陽光分離成該具有第一次波段的光與具有該第一次波段以外的光；以及第二分光單元，將具有該第一次波段以外的光分離成該具有第二次波段的光與該具有 第三次波段的光。
22. 如權(quán)利要求15所述的太陽能電池模塊，其中該分光元件包括 第一分光單元，將具有該波段的該太陽光分離成該具有第三次波段的光與具有該第三次波段以外的光；以及第二分光單元，將具有該第三次波段以外的光分離成該具有第一次波段的光與該具有 第二次波段的光。
23. 如權(quán)利要求15所述的太陽能電池模塊，其中該分光元件為分光鏡或棱鏡。
24. 如權(quán)利要求15所述的太陽能電池模塊，還包括散熱元件。
25. 如權(quán)利要求24所述的太陽能電池模塊，其中該散熱元件的材料包括金屬或陶瓷材料。
26. 如權(quán)利要求15所述的太陽能電池模塊，其中該散熱元件為散熱管。
27. 如權(quán)利要求26所述的太陽能電池模塊，其中該散熱元件為被動式多通道震蕩式散 熱管。
全文摘要
一種太陽能電池模塊，其包括聚光元件、第一太陽能電池、第二太陽能電池、第三太陽能電池以及分光元件。聚光元件用以收集具有一波段的太陽光。第一太陽能電池具有高于1.9eV的能隙。第二太陽能電池具有約0.7eV、約1.4eV以及約1.8eV的能隙。第三太陽能電池具有約1.2eV的能隙。分光元件用以將具有所述波段的太陽光分離出具有第一次波段的光、具有第二次波段的光以及具有第三次波段的光。第一太陽能電池接收具有第一次波段的光、第二太陽能電池接收具有第二次波段的光以及第三太陽能電池接收具有第三次波段的光。
文檔編號G02B27/10GK101789459SQ20091000338
公開日2010年7月28日 申請日期2009年1月22日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月22日
發(fā)明者吳明憲, 廖文毅, 徐紹中, 朱慕道, 朱正煒, 藍(lán)崇文, 許榮宗, 黎家伶 申請人:財團法人工業(yè)技術(shù)研究院