專利名稱：太陽(yáng)能電池模塊的制作方法
太陽(yáng)能電池模塊本發(fā)明涉及一種太陽(yáng)能電池模塊，其包括彼此連接并具有太陽(yáng)能電池的至少兩個(gè) 組件(SCA)，且還包括模塊底板，該模塊底板包括導(dǎo)電托架結(jié)構(gòu)以及背面板，該背面板至少 在朝向托架結(jié)構(gòu)的一側(cè)上是電絕緣的。因此，相對(duì)于標(biāo)定尺寸來(lái)說(shuō)，包括了太陽(yáng)能電池的組 件特別地小型化，這會(huì)致使散熱材料(例如銅和鋁)的低材耗，并因此特別適于經(jīng)濟(jì)型生產(chǎn)。為了直接從陽(yáng)光中獲得電能，當(dāng)前光電模塊已經(jīng)普遍化。在本領(lǐng)域中，一種在不 遠(yuǎn)的將來(lái)特別有前景的技術(shù)為聚光器光電裝置，該裝置中太陽(yáng)能通過(guò)光學(xué)系統(tǒng)被集中， 且隨后通過(guò)特別高性能的太陽(yáng)能電池被轉(zhuǎn)化為電能(例如參見(jiàn)A. W. Bett，F(xiàn). Dimroth， S.W.Glunz 等人的"FLATCON and FLASHCON Concepts for High Concentration PV", Proc. of 19th European Photovoltaic Solar Energy Conference，2004，pp.2488—2491)。陽(yáng)光的集中產(chǎn)生具有相對(duì)高輻射密度的焦點(diǎn)。這種輻射能在太陽(yáng)能電池中以一 定比例被轉(zhuǎn)化成電能。這個(gè)比例取決于太陽(yáng)能電池的效率，該效率在過(guò)去幾年中疾速提 升，且現(xiàn)在已經(jīng)超過(guò)40% (例如參見(jiàn)R. R. King，D. C. Law, K. Μ. Edmondson等人的“40 % efficient metamorphic GalnP/GalnAs/Ge multijunction solar cells，，，Applied Physics Letters, 90, 2 007, pp.1835161-1835163)。未轉(zhuǎn)化成電能的一部分輻射能積累成熱損失能。由于高輻射密度，因此導(dǎo)致對(duì)聚 光器模塊的熱力學(xué)設(shè)計(jì)提出特別高的要求。由于太陽(yáng)能電池的效率和壽命在較高溫度下均 降低，所以本領(lǐng)域中的每種改進(jìn)都致力于通過(guò)適當(dāng)?shù)姆绞綄⑻?yáng)能電池的溫度保持得盡可 能低。由于聚光器光電系統(tǒng)中熱能的高流量密度，需要將太陽(yáng)能電池連接到主動(dòng)或被動(dòng) 冷卻散熱器上。為了保持這種聚光器模塊的特別低成本，尤為重要的是控制材料的適當(dāng)組 合以及適于大規(guī)模生產(chǎn)的設(shè)計(jì)。除了熱能消耗外，各個(gè)太陽(yáng)能電池必須彼此電連接在聚光 器太陽(yáng)能模塊中。為了盡可能地將隨著電流強(qiáng)度呈二次方增加的電阻損耗保持得低，通常 采用將所有太陽(yáng)能電池串聯(lián)或者甚至將多個(gè)太陽(yáng)能電池組并聯(lián)。到目前為止，散熱器通常只能設(shè)計(jì)為單一部件，且具有相對(duì)的尺寸，也就是所謂 的SCA(太陽(yáng)能電池組件)。各個(gè)太陽(yáng)能電池也已經(jīng)接觸位于這種冷卻元件上，且使得觸 點(diǎn)區(qū)域在模塊級(jí)上可以進(jìn)一步連接。根據(jù)當(dāng)前技術(shù)水平的一種典型太陽(yáng)能電池組件(例 如證明文件J. Jaus，U. Fleischfresser，G. Peharz 等人的"Heat Sink Substrates for Automated Assembly of Concentrator Modules",Proc. of 21st European Photovoltaic Solar Energy Conference, 2006, pp. 2120-2123 或者 A. W. Bett，C. Baur,F. Dimroth 等人的 "FLATC0N modules :Technology and Characterisation",Proc. of 3rd World Conference on Photovoltaic Energy Conversion，2003，pp. 634-637 或者 US 5，167,724)由太陽(yáng)能電 池、用于導(dǎo)熱的襯底(例如銅)、用于提高接觸性的多個(gè)外加金屬層、用于接觸太陽(yáng)能電池 背面的焊層或粘合層，以及太陽(yáng)能電池上側(cè)的結(jié)合點(diǎn)或焊點(diǎn)構(gòu)成。太陽(yáng)能電池的兩個(gè)電極分別電連接多個(gè)金屬層中一個(gè)金屬層。為此，太陽(yáng)能電池 的平面設(shè)計(jì)的背面觸點(diǎn)以平面方式連接到第一金屬層。太陽(yáng)能電池的正面觸點(diǎn)連接到第二金屬層。因?yàn)樘?yáng)能電池的有源表面位于太陽(yáng)能電池的正面上緊鄰正面觸點(diǎn)的位置，所以 與有源表面相比，正面觸點(diǎn)優(yōu)選設(shè)計(jì)得非常小，以便能夠利用盡可能多的用于電流生成的 輻射陽(yáng)光。因此，正面觸點(diǎn)的連接通常通過(guò)非常細(xì)(約50μπι)的結(jié)合線實(shí)現(xiàn)。除電連接外， SCA還擔(dān)負(fù)著耗散累積廢熱的任務(wù)。散熱器的這種功能首先包括將熱能從太陽(yáng)能電池傳導(dǎo) 至SCA的各個(gè)金屬層(特別通過(guò)平面背面觸點(diǎn)到連接在其上的金屬層)，以及還將熱量傳導(dǎo) 至模塊背面。另一方面，“放熱”是必要的，即較大區(qū)域上的熱分布。這在高聚光系統(tǒng)中是 特別必要的，因?yàn)檫@種系統(tǒng)具有相對(duì)較高的輻射密度，并因此也具有較高的熱密度。在當(dāng)前 技術(shù)水平下，各個(gè)太陽(yáng)能電池組件都安裝在模塊底板上。這種模塊底板將熱能散逸到外界 環(huán)境。各個(gè)SCA都安裝在這種模塊底板上，以便太陽(yáng)能電池盡可能精確地位于安裝在它們 上部的透鏡板的焦點(diǎn)處(或位于用于聚焦太陽(yáng)輻射的另一光學(xué)系統(tǒng)的焦點(diǎn)處)。在將SCA 安裝到底板上之后，進(jìn)行SCA彼此之間的電接線。根據(jù)所需的模塊電壓，串聯(lián)和并聯(lián)可彼此 結(jié)合使用。用于此目的的底板必須設(shè)計(jì)為絕緣的，否則SCA的安裝將會(huì)導(dǎo)致一個(gè)模塊的所 有SCA都并聯(lián)在一起，這將導(dǎo)致特別高的電流產(chǎn)生，而這不是所期望的，因?yàn)橛纱藭?huì)產(chǎn)生歐 姆損耗。對(duì)于根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的使用太陽(yáng)能電池組件的模塊底板的制造來(lái)說(shuō)，具有以下缺點(diǎn)太陽(yáng)能電池組件需要相對(duì)較大的面積來(lái)散布太陽(yáng)能電池中積聚的熱量。為達(dá)到這 種目的，銅是最經(jīng)常使用的基材，這是因?yàn)槠淞己玫膶?dǎo)熱性。但由于銅價(jià)格高昂，所以導(dǎo)致 很高的材料成本。太陽(yáng)能電池的背面不能直接粘合或焊接到銅上。為此，還需要另外的金屬層。作 為擴(kuò)散阻擋層的鎳?yán)^之以薄金層是常用的組合。由于大平面延展性，此目的所需的流電工 藝步驟會(huì)導(dǎo)致高材料和工藝成本。由于掩模的使用，所以實(shí)際上這些接觸金屬僅能在其所 需的位置施加，但是SCA的整個(gè)表面區(qū)域仍需要被引導(dǎo)穿過(guò)流電設(shè)備，由此這種工藝增加 了工藝成本。為了將太陽(yáng)能電池安裝到散熱器上，且還為了接觸太陽(yáng)能電池正面，使用了微電 子制造的裝置。這些裝置被特定地設(shè)計(jì)用于在高速下接觸集成電路。由于太陽(yáng)能電池組件 的相對(duì)較大的表面區(qū)域，所以在實(shí)際中，顯著降低了這些裝置的產(chǎn)量。對(duì)于相應(yīng)的裝置來(lái) 說(shuō)，處理速度已經(jīng)不再影響產(chǎn)吐量，而是SCA移進(jìn)移出的速度。根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)，已經(jīng)沿用至今的底板材料玻璃，實(shí)際上是一種非常經(jīng)濟(jì)的材料，但 其熱傳導(dǎo)系數(shù)相對(duì)較低(< 2W/mK)。所以，底板所能擔(dān)負(fù)的放熱功能的放熱效果很差，而且 其僅將熱量從具有大面積設(shè)計(jì)的SCA傳導(dǎo)至外界空氣。因?yàn)樯衔拿枋龅母鶕?jù)現(xiàn)有技術(shù)的太陽(yáng)能電池直接安裝在具有后側(cè)觸點(diǎn)的銅表面 上，所以太陽(yáng)能電池上表面必須在第二電絕緣表面上接觸。為此，太陽(yáng)能電池組件本身必須 采用多層技術(shù)設(shè)計(jì)(J. Jaus，U. Fleischfresser，G. Peharz 等人的“Heat Sink Substrates for Automated Assembly of Concentrator Modules，，，Proc. of 21st European Photovoltaic Solar Energy Conference, 2006, pp. 2120-2123)或其必須具有接觸襯墊。 而上述兩者都會(huì)額外增加材料和工藝成本。而且，根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)，底板本身具有多個(gè)金屬層的實(shí)施例也是公知的 (US6248949B1以及W091/20097)。這些金屬層分別直接連接到太陽(yáng)能電池的正面或背面。這些底板通常通過(guò)電路板技術(shù)來(lái)設(shè)計(jì)，其中多個(gè)導(dǎo)電(例如Cu)和非導(dǎo)電(例如玻璃纖維 環(huán)氧樹(shù)脂)金屬層通過(guò)層合彼此連接。為了形成串聯(lián)，這些層因此通過(guò)光刻結(jié)構(gòu)化工藝被 結(jié)構(gòu)化，且因此形成彼此電絕緣的區(qū)域并隨后通過(guò)太陽(yáng)能電池將它們彼此連接。根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)，對(duì)于利用多層技術(shù)的模塊底板的制造來(lái)說(shuō)，具有下列缺點(diǎn)不同厚度的金屬層可用作導(dǎo)電層，通常使用0.035至0.5mm厚度的銅。典型地，至 少其中一層具有較厚的設(shè)計(jì)(> 200 μ m)，以便實(shí)現(xiàn)放熱。然而，不是所有的太陽(yáng)能電池都 能直接放置在這個(gè)熱傳導(dǎo)層上，因?yàn)檫@樣將導(dǎo)致所有這些電池的并聯(lián)，如所述的負(fù)面結(jié)果 那樣。因此，太陽(yáng)能電池必須安裝在無(wú)需與這個(gè)主要熱傳導(dǎo)層絕緣的導(dǎo)電層上。通常在現(xiàn) 有技術(shù)中，環(huán)氧樹(shù)脂浸透的玻璃纖維織物用作絕緣材料(例如FR4)。幾乎所有的市售電路 板都基于這種材料。即使這個(gè)層借助先進(jìn)的多層技術(shù)可被設(shè)計(jì)得非常薄(< 100 μ m)，然而 由于FR4的低熱傳導(dǎo)系數(shù)(< lW/mK)，所以會(huì)產(chǎn)生非常高的熱阻。這種高熱阻的影響特別大，因?yàn)檫@里的廢熱沒(méi)有被散出，即在非常小的橫截面積 上產(chǎn)生高熱流。根據(jù)傅立葉的熱傳導(dǎo)方程，這兩個(gè)因素導(dǎo)致不希望的高電池溫度。 為了形成串聯(lián)，至少一個(gè)導(dǎo)電層必須被結(jié)構(gòu)化，即分割成多個(gè)獨(dú)立的電絕緣區(qū)域。 為此，根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)使用光刻結(jié)構(gòu)化方法。為此，在相應(yīng)的位置曝光、顯影光掩模并刻蝕銅。 這種工藝相對(duì)昂貴，特別是由于其必須在在模塊底板的整個(gè)表面上實(shí)施。從此開(kāi)始，本發(fā)明的目的在于提供一種太陽(yáng)能電池模塊，其消除現(xiàn)有技術(shù)的上述 缺點(diǎn)并可簡(jiǎn)單且經(jīng)濟(jì)地被制造。本目的通過(guò)具有權(quán)利要求1的特征的太陽(yáng)能電池模塊和具有權(quán)利要求19的特征 的聚光太陽(yáng)能電池模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)。而其他從屬權(quán)利要求則揭示了有利的改進(jìn)。根據(jù)本發(fā)明，提供一種太陽(yáng)能模塊，其具有至少兩個(gè)彼此連接并具有太陽(yáng)能電池 的組件(SCA)，以及還具有包括了導(dǎo)電托架結(jié)構(gòu)和相對(duì)于托架結(jié)構(gòu)電絕緣的背面底板的模 塊底板。因此，這種托架結(jié)構(gòu)具有彼此隔離且裝配了太陽(yáng)能電池組件的區(qū)域(SCA區(qū)域)，并 還具有連接區(qū)域，且太陽(yáng)能電池組件的連接通過(guò)SCA區(qū)域和相鄰太陽(yáng)能電池的正面的電接 觸實(shí)現(xiàn)，且還通過(guò)SCA區(qū)域和相鄰連接區(qū)域作為串聯(lián)電路的電接觸實(shí)現(xiàn)，或通過(guò)SCA區(qū)域彼 此之間和連接區(qū)域彼此之間作為并聯(lián)電路實(shí)現(xiàn)。與現(xiàn)有技術(shù)中SCA擔(dān)負(fù)電接觸和散熱的任務(wù)相反，本發(fā)明將這些功能分開(kāi)。SCA擔(dān) 負(fù)太陽(yáng)能電池的上述所有電接觸任務(wù)，以及電池周?chē)鷶?shù)毫米的關(guān)鍵區(qū)域的第一散熱任務(wù)。 因此，SCA可顯著減小。因此由于兩級(jí)散熱，所以托架結(jié)構(gòu)的表面積通常小于整個(gè)太陽(yáng)能電 池模塊表面的一半，甚至有時(shí)僅為太陽(yáng)能電池模塊表面的四分之一。根據(jù)本發(fā)明，通過(guò)可設(shè) 計(jì)的背面板使實(shí)際散熱盡可能布滿表面區(qū)域，因?yàn)槠渑cSCA電絕緣連接，例如連續(xù)箔片并 因此沒(méi)有結(jié)構(gòu)復(fù)雜度。因此兩級(jí)散熱具有如下意義首先，第一散熱有效地通過(guò)SCA區(qū)域?qū)?現(xiàn)，且接著第二散熱通過(guò)背面板實(shí)現(xiàn)。根據(jù)本發(fā)明，電連接表面和散熱表面的分離可由上述區(qū)域?qū)崿F(xiàn)。因此，根據(jù)本發(fā) 明，通過(guò)托架結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了連帶的電連接功能。優(yōu)選地，托架結(jié)構(gòu)是整體式的，且區(qū)域的分隔通過(guò)沖壓實(shí)現(xiàn)。托架結(jié)構(gòu)可以是載帶或者甚至是載板。優(yōu)選地，其由金屬條狀材料構(gòu)成，該條狀材 料具有0. l_5mm，特別是0. 2-0. 5mm范圍內(nèi)的厚度。同時(shí)，托架結(jié)構(gòu)應(yīng)具有高熱和電傳導(dǎo)性。 為此，具有低合金比例鐵或鎳的銅特別適用。接著例如通過(guò)沖壓獨(dú)立區(qū)域(其最初都通過(guò)連接板(所謂的沖壓橋)而彼此連接)來(lái)結(jié)構(gòu)化這種托架結(jié)構(gòu)。隨后，其上安裝太陽(yáng)能電 池的SCA區(qū)域由此制成。另外，隨后形成作為連接平臺(tái)的連接區(qū)域?？蛇x地，還可能形成第 三區(qū)域，其具有輔助元件，例如穿孔掩模，其用于在處理裝置中標(biāo)定金屬條。
在優(yōu)選實(shí)施例中，為了提升電接觸性，可在托架結(jié)構(gòu)的整個(gè)表面上或僅在所需位 置的區(qū)域中配備其他金屬層。這些金屬層隨后例如作為擴(kuò)散阻擋層，例如鎳、鈀或銀或作為 氧化阻擋層，例如金。優(yōu)選地，太陽(yáng)能電池在SCA區(qū)域中借助導(dǎo)電粘合劑或通過(guò)平面背面接觸上的焊料 連接到托架結(jié)構(gòu)。太陽(yáng)能電池的正面接觸可接著通過(guò)電接觸(例如通過(guò)細(xì)線接合)連接到 托架結(jié)構(gòu)的連接區(qū)域。隨后，例如通過(guò)注塑工藝將由此安裝并接觸的太陽(yáng)能電池封裝。同 時(shí)，SCA區(qū)域和連接區(qū)域通過(guò)此步驟彼此機(jī)械連接。如果省略此注塑步驟，則還可替換地通 過(guò)固定帶或膠或焊接輔助元件實(shí)現(xiàn)機(jī)械連接。隨后，對(duì)此時(shí)通過(guò)澆鑄而彼此連接的SCA區(qū)域和連接區(qū)域進(jìn)行沖壓分離沖壓橋。 此步驟之后形成的分離的SCA現(xiàn)在(如果需要)可以進(jìn)行額外的質(zhì)量檢查，例如通過(guò)測(cè)量 特征線進(jìn)行，并由此接著準(zhǔn)備安裝在背面板上。另一可替換方式是連接區(qū)域，即連接平臺(tái)，也可形成在分離的托架結(jié)構(gòu)上，例如金 屬條上。在這種情況下，首先省略太陽(yáng)能電池上側(cè)的接觸。接著僅在背面板上安裝SCA區(qū) 域和連接區(qū)域之后進(jìn)行。背面板優(yōu)選由具有良好導(dǎo)熱性(k>50W/mK)的0. 1至5mm厚度、特別優(yōu)選 0. 2-0. 5mm厚度的金屬片構(gòu)成。優(yōu)選地，背面板由鋁合金構(gòu)成。SCA借助易傳熱導(dǎo)電粘合劑安裝在配備了陽(yáng)極化層的鋁板上，該導(dǎo)電粘合劑具有 0. 2-50W/mK，特別優(yōu)選> 1. 5ff/mK范圍內(nèi)的熱傳導(dǎo)率。兩者之間的電連接通過(guò)SCA區(qū)域和 連接區(qū)域之間的電連接實(shí)現(xiàn)。為了實(shí)現(xiàn)串聯(lián)，SCA區(qū)域的元件交替地連接到連接區(qū)域。以這種方式配置的模塊底板優(yōu)選通過(guò)框架結(jié)構(gòu)連接到透鏡板，從而形成成品模 塊。除了使用框架結(jié)構(gòu)之外，還可通過(guò)再成型，例如深沖壓(deep drawing)，來(lái)形成背面板 或用于機(jī)械穩(wěn)定處理的襯底板。在這種方式中，背面板或襯底板可同時(shí)具有框架的功能，并 隨后直接將透鏡板連接到該板。如果要節(jié)省材料，則優(yōu)選地使用薄背面板，接著可將其應(yīng)用 到由機(jī)械穩(wěn)定材料，例如鋼、塑料、玻璃、玻璃纖維復(fù)合材料，制成的襯底板上。以下將列舉本發(fā)明主題的優(yōu)選實(shí)施例。背面板的制造可以以一種元件(例如2_厚的陽(yáng)極化鋁板)為主要部分或還可通 過(guò)多種元件來(lái)實(shí)現(xiàn)。本文中可能的是，上述所有制造均通過(guò)相對(duì)薄的金屬箔來(lái)實(shí)現(xiàn)，其優(yōu)選 由約100至300 μ m厚的鋁制成，其可在滾動(dòng)卷式工藝中與絕緣層一起經(jīng)濟(jì)地提供，例如通 過(guò)陽(yáng)極鋁的陽(yáng)極氧化、蒸發(fā)沉積氧化層、無(wú)機(jī)化合物的等離子體輔助涂覆工藝、絕緣箔的膠 粘/層合或通過(guò)輥式涂刷或噴涂工藝。接著將這種箔壓緊在穩(wěn)定的框架結(jié)構(gòu)上，例如由雙折疊金屬條構(gòu)成?？商鎿Q地，可 通過(guò)層合在機(jī)械穩(wěn)定的承載襯底，例如鍍鋅鋼、玻璃、纖維復(fù)合材料、層疊體或鋁，上實(shí)現(xiàn)自 支撐結(jié)構(gòu)。底板被有利地制造為自支撐片金屬結(jié)構(gòu)。鑒于此，這意味著必要的機(jī)械穩(wěn)定性不 象現(xiàn)有技術(shù)那樣僅由材料厚度實(shí)現(xiàn)，而還由適當(dāng)構(gòu)形背面板來(lái)實(shí)現(xiàn)。這例如可通過(guò)玻璃粉 成型、加強(qiáng)折疊、打皺來(lái)制造。
如果想使模塊具有氣密設(shè)計(jì)，則模塊底板有利地具有有效彈性模量，其為透鏡板 的0. 1至2倍，特別優(yōu)選為0. 2至0. 8倍。這可例如通過(guò)背面板的材料的選擇和適當(dāng)厚度 來(lái)實(shí)現(xiàn)。因此，更多的是通過(guò)底板而不是透鏡板降低在模塊內(nèi)部中特定模塊溫度下達(dá)到的 壓力。所以底板具有壓力膜的功能。所以，可降低透鏡板的扭曲，也就是所謂的點(diǎn)脫離，即 可以避免焦點(diǎn)從有源電池表面移開(kāi)。為了促進(jìn)壓力膜功能，模塊底板為此具有特殊區(qū)域，該區(qū)域位于模塊邊緣區(qū)域，且 其中彈性被增強(qiáng)。這可通過(guò)降低材料厚度或通過(guò)特殊構(gòu)形有利地實(shí)現(xiàn)，例如雙折疊。為了耗散積聚在太陽(yáng)能電池中的廢熱以及還將其分散到較大的表面積而使用多 種材料。由此選擇的這些材料使得熱傳導(dǎo)系數(shù)k在緊鄰太陽(yáng)能電池的附近使用的材料中最 高。由于仍然非常高的輻射流密度，特別容易導(dǎo)熱的傳導(dǎo)材料的使用因此顯得尤為重要。隨 著傳導(dǎo)截面的增大，熱傳導(dǎo)率可下降，而不導(dǎo)致熱量累積。與現(xiàn)有技術(shù)中單一材料/元件用 作散熱器相比，由此可實(shí)現(xiàn)材料使用或材料成本的大幅降低。根據(jù)本發(fā)明制造底板的下述材料組合可通過(guò)以下實(shí)例列出a.托架結(jié)構(gòu)的SCA區(qū)域銅合金，熱導(dǎo)率 380W/mK ；b.陽(yáng)極化鋁板鋁合金，熱導(dǎo)率 210W/mK;c.鍍鋅鋼載板合金鋼，熱導(dǎo)率 40W/mK。在太陽(yáng)能電池和用于散熱的元件之間或在用于散熱的各個(gè)元件之間使用連接材 料，該連接材料也根據(jù)“分級(jí)傳熱系數(shù)”原理來(lái)選擇。所以可將特別容易傳導(dǎo)(且因此通常 也是昂貴的)的連接材料限定到最小范圍。通過(guò)實(shí)例列出下列分級(jí)a.太陽(yáng)能電池與托架結(jié)構(gòu)的SCA區(qū)域的連接具有k 5W/mK的銀填充導(dǎo)電粘合 劑；b.托架結(jié)構(gòu)的SCA區(qū)域與陽(yáng)極化鋁板的連接具有k 1. 5ff/mK的氫氧化鋁填充 的環(huán)氧樹(shù)脂；c.陽(yáng)極化鋁板與機(jī)械載板的連接具有k 0. 2ff/mK的未填充的環(huán)氧樹(shù)脂。類似于分級(jí)熱傳導(dǎo)，由于存在不同的熱膨脹，所以根據(jù)分級(jí)熱膨脹系數(shù)(CTE-熱 膨脹系數(shù))盡量選擇最小化應(yīng)力的材料a.具有2.6ppm/° K或5. 8ppm/° K的CTE的硅或鍺用作太陽(yáng)能電池襯底；b.該襯底安裝到由銅制成的托架結(jié)構(gòu)上，銅的CTE是16. 7ppm/° K;c.陽(yáng)極化鋁板具有23ppm/° K的CTE。與現(xiàn)有技術(shù)中使用彼此電絕緣的兩個(gè)不同的層相反，在本發(fā)明主題的情況下，兩 個(gè)電區(qū)域(SCA區(qū)域和連接區(qū)域)都形成在一個(gè)托架結(jié)構(gòu)上。由于采用適當(dāng)?shù)臐茶T技術(shù)/ 沖壓技術(shù)且還由于使用絕緣背面板，所以所需串聯(lián)可以以非常簡(jiǎn)單的方式實(shí)現(xiàn)。在托架結(jié)構(gòu)的SCA區(qū)域和連接區(qū)域的構(gòu)形中，存在相互影響的兩個(gè)方面為了保 證結(jié)合線的長(zhǎng)度盡可能短，連接區(qū)域應(yīng)盡可能靠近SCA區(qū)域。但是，這削弱了電池的輻射熱 耗散，因?yàn)镾CA區(qū)域和連接區(qū)域在沖壓之后不能再通過(guò)金屬條表面彼此連接。因此，連接區(qū) 域有利地形成舌狀物，其略微凸入SCA區(qū)域中。對(duì)于結(jié)合引線長(zhǎng)度和熱傳導(dǎo)限制之間的最 佳折衷方案來(lái)說(shuō)，相對(duì)于電池表面的最小間隔應(yīng)在1和IOmm之間(最好是2和5mm之間)。背面板可具有雙重絕緣。為了達(dá)到高系統(tǒng)電壓(在目前的系統(tǒng)中 800V)，必須確 保良好的絕緣。為了確保必須的安全絕緣，背面板具有雙重絕緣
a. 1. SCA方向的絕緣(內(nèi)絕緣層)；b. 2.外部空氣或第二背面板方向的絕緣(外絕緣層)。可通過(guò)使用鋁而非常經(jīng)濟(jì)地實(shí)現(xiàn)絕緣層的雙重制造，通過(guò)在所有面上都進(jìn)行陽(yáng)極 氧化工藝，在酸性電解質(zhì)浴中的使靠近表面的區(qū)域的鋁轉(zhuǎn)化(電氧化)，從而形成氧化鋁。另外的絕緣層可借助非導(dǎo)電粘合劑形成在SCA方向上。這可以通過(guò)在分離之前涂 覆相應(yīng)的層而有利地實(shí)現(xiàn)。涂覆剛完成之后，該層已經(jīng)是部分預(yù)聚合的，以致其在室溫下不 再具有粘性。在接合工藝中，該層接著完全經(jīng)過(guò)聚合且在SCA的托架結(jié)構(gòu)和背面板之間形 成了固體連接。另外的絕緣可能性借助于非傳導(dǎo)粘合劑存在于加強(qiáng)襯底板的方向上，且還通過(guò)電 絕緣浸涂清漆存在于模塊背面上。在太陽(yáng)能電池和保護(hù)二極管都安裝(“晶片接合”)在SCA區(qū)域上以及連接區(qū)域的 引線結(jié)合工藝結(jié)束之后，可能需要封裝這些半導(dǎo)體芯片以及引線結(jié)合連接。所以，實(shí)現(xiàn)了對(duì) 觸點(diǎn)的保護(hù)以及對(duì)感光的太陽(yáng)能電池邊緣抗?jié)駳飧g的保護(hù)。如果選擇不透明封裝材料， 則將太陽(yáng)能電池的有源區(qū)域暴露。分配(dispensing)和注射成型法都被認(rèn)為是澆鑄工藝。在適當(dāng)透明的封裝材料(400-2000 μ m波長(zhǎng)的吸收率< 20% )情況下，所謂的二級(jí) 透鏡系統(tǒng)有利地在注射成型工藝期間直接形成在電池上部，且其影響陽(yáng)光的光路，以便太 陽(yáng)能電池上形成更高的平均輻射流量。這可例如通過(guò)透鏡的形成或基于內(nèi)反射的漏斗狀物 的形成來(lái)實(shí)現(xiàn)。非透明封裝有利地具有用作安裝反射二級(jí)透鏡系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，例如用于嵌入裝置的 扣環(huán)。對(duì)于低電池溫度起決定作用的是將熱量有效輸出到外界環(huán)境。因此，熱輻射的比 例相對(duì)較大。因此本發(fā)明的主題有利地具有如下元件a.在背面板的上部具有2000-10000 μ m范圍內(nèi)的高發(fā)射容的層。為此，有利地使 用陽(yáng)極化鋁，因?yàn)殛?yáng)極化鋁層已經(jīng)自動(dòng)地具有該范圍內(nèi)的高發(fā)射容。因?yàn)楸趁姘宓纳喜康?高紅外發(fā)射容，所以增加了朝向透鏡板的輻射。結(jié)果，透鏡板擴(kuò)展得更多，這應(yīng)被認(rèn)為是正 面的，因?yàn)榈装鍞U(kuò)展也相對(duì)較高。另外，透鏡板可向空間輻射，所以產(chǎn)生較高的凈輻射能量 轉(zhuǎn)移，其大于模塊底板與周?chē)h(huán)境交換輻射的情況。b.在底板的下部具有2000-10000 μ m范圍內(nèi)的高發(fā)射容的層(例如清漆、箔)。如 果鋁用作背面上的材料，則陽(yáng)極化層也可有利地用于此目的。 為了增加已經(jīng)部分存在于基材中的紅外發(fā)射容量，還可使用涂料和漆。有利地，可 以使用由SiO2制成的薄層或還可使用油彩的涂層。用于將太陽(yáng)能電池連接到托架結(jié)構(gòu)的SCA區(qū)域的層有利地通過(guò)基于SnPb、SnAg, AnAgCu或通過(guò)基于環(huán)氧樹(shù)脂、有機(jī)硅樹(shù)脂或具有銀或銅基填料的熱塑性塑料的導(dǎo)電粘合劑
來(lái)制造。用于將太陽(yáng)能電池組件連接到背面板的層有利地由環(huán)氧樹(shù)脂、丙烯酸酯、聚酰亞 胺薄膜、有機(jī)硅樹(shù)脂粘合劑或具有氧化鋁、氫氧化鋁或氧化硼、氮化鋁、氮化硼填料的熱塑 性塑料制成。作為可替換例，非導(dǎo)電塑性材料層(也以部分交聯(lián)環(huán)氧樹(shù)脂或其他部分固化的粘 合劑的形式)也可應(yīng)用在引線框架的背面上。這種層在室溫下以薄膜的形式存在，且首先連接到引線框架的背面。所以，托架結(jié)構(gòu)的各個(gè)區(qū)域都在沖壓過(guò)程中保持在一起。沖壓之 后，接著SCA通過(guò)此層固定連接到底板。該層還擔(dān)負(fù)電絕緣的任務(wù)。用于內(nèi)部模塊連接的太陽(yáng)能電池組件的電接觸有利地通過(guò)如下技術(shù)制造a.帶有鋁線的超聲粗線；b.帶有銅的熱壓焊；b. Cu或Al條或線的焊接工藝；d.僅通過(guò)粘合劑接觸。為了僅通過(guò)粘合劑接觸，將包含金屬條導(dǎo)體的網(wǎng)狀物施加到背面板的絕緣層上， 例如通過(guò)深沖壓、絲網(wǎng)印刷或噴射工藝。 可增加這種條導(dǎo)體的網(wǎng)狀物，以便通過(guò)流電或無(wú)電流工藝提高電流傳導(dǎo)。有利地，用于接合的合適元件(例如穿孔、螺紋鑲嵌件)以及其他連接元件、接頭 盒、安裝元件集成在底板中。參考后續(xù)附圖更詳細(xì)地解釋根據(jù)本發(fā)明的主題，但并不旨在將所述主題限定于本 文所述的特定實(shí)施例。

圖1示出本發(fā)明具有填充合成物的太陽(yáng)能電池組件的正視圖(圖la)、透視圖(圖 lb)和截面圖(圖lc)。此處的托架結(jié)構(gòu)具有區(qū)域1，該區(qū)域裝配有太陽(yáng)能電池組件，以及 連接區(qū)域2，上述兩個(gè)區(qū)域在空間上彼此至少部分地分離。在SCA區(qū)域1上，通過(guò)導(dǎo)電粘合 劑或焊料連接太陽(yáng)能電池3。而且，保護(hù)二極管6借助導(dǎo)電粘合劑或焊料設(shè)置在SCA區(qū)域1 上。太陽(yáng)能電池3以及保護(hù)二極管6通過(guò)(例如)細(xì)線結(jié)合7彼此連接。在圖1中，該太 陽(yáng)能電池模塊密封在填料9中。圖2中，示出本發(fā)明太陽(yáng)能電池組件的正視圖(圖2a)、透視圖(圖2b)以及截面 圖(圖2c)。重要的區(qū)別在于沒(méi)有填料。該圖中，附圖標(biāo)記都與圖1中的附圖標(biāo)記相同，而 且在該圖中，能夠被檢測(cè)到太陽(yáng)能電池正面借助細(xì)線結(jié)合8的接觸。圖3中，通過(guò)實(shí)例的方式示出本發(fā)明六個(gè)太陽(yáng)能電池的連接。圖4示出具有SCA區(qū)域1、連接區(qū)域2以及具有輔助元件(例如用于在處理裝置中 標(biāo)引金屬條的穿孔掩模)的第三區(qū)域的芯片承載條。圖5示出本發(fā)明太陽(yáng)能電池模塊的組裝。例如由鋁制成的背面板12在表面上具 有例如由陽(yáng)極化鋁層制成的絕緣層13。該背面板借助連接材料14，例如借助涂漆鋼板，連 接到第二背面板。該第二背面板可具有其他功能元件，例如加強(qiáng)卷邊線腳11和11’。SCA 17通過(guò)連接部件16連接到背面板。
權(quán)利要求
1.太陽(yáng)能電池模塊，其包括至少兩個(gè)彼此連接并具有太陽(yáng)能電池的組件(SCA)，以及 模塊底板，所述模塊底板包括導(dǎo)電托架結(jié)構(gòu)和相對(duì)于所述托架結(jié)構(gòu)電絕緣的背面板；所述托架結(jié)構(gòu)具有彼此隔離并裝配太陽(yáng)能電池組件的多個(gè)區(qū)域(SCA區(qū)域)，且還具有 多個(gè)連接區(qū)域，且所述太陽(yáng)能電池組件的連接通過(guò)所述SCA區(qū)域與相鄰太陽(yáng)能電池的正面 的電接觸實(shí)現(xiàn)，還通過(guò)所述SCA區(qū)域分別與相鄰連接區(qū)域作為串聯(lián)電路的電接觸實(shí)現(xiàn)，或 通過(guò)所述SCA彼此之間和所述連接區(qū)域彼此之間作為并聯(lián)電路實(shí)現(xiàn)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽(yáng)能電池模塊，特征在于，所述托架結(jié)構(gòu)為整體式的，且區(qū) 域的分隔通過(guò)沖壓來(lái)實(shí)現(xiàn)。
3.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的太陽(yáng)能電池模塊，特征在于，所述太陽(yáng)能電池整 體地連接到所述托架結(jié)構(gòu)上，特別地通過(guò)粘合劑或焊料連接到所述托架結(jié)構(gòu)上。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的太陽(yáng)能電池模塊，特征在于，所述托架結(jié)構(gòu)為載 帶或載板。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的太陽(yáng)能電池模塊，特征在于，所述托架結(jié)構(gòu)由具 有> 50W/mK的導(dǎo)熱率的金屬或金屬合金構(gòu)成，特別由銅、銅鐵合金或銅鎳合金制成。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的太陽(yáng)能電池模塊，特征在于，所述托架結(jié)構(gòu)具有 0. l_5mm，特別是0. 2-0. 5mm范圍內(nèi)的厚度。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的太陽(yáng)能電池模塊，特征在于，為了提高電接觸性 能，所述托架結(jié)構(gòu)至少在區(qū)域中具有至少一個(gè)其它金屬涂層，特別優(yōu)選地由鎳、鈀或銀制成 的擴(kuò)散阻擋層，或者優(yōu)選地由金制成的氧化阻擋層。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的太陽(yáng)能電池模塊，特征在于，所述背面板具有 50-500 μ m的厚度。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的太陽(yáng)能電池模塊，特征在于，所述背面板由具有 ^ 50ff/mK的導(dǎo)熱率的金屬或金屬合金構(gòu)成，特別由鋁合金構(gòu)成。
10.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的太陽(yáng)能電池模塊，特征在于，兩級(jí)散熱通過(guò)所述 SCA區(qū)域的第一散熱和通過(guò)所述背面板的第二散熱實(shí)現(xiàn)。
11.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的太陽(yáng)能電池模塊，特征在于，電絕緣層，特別是 由氧化鋁制成的絕緣層設(shè)置在托架結(jié)構(gòu)和背面板之間，作為托架結(jié)構(gòu)和背面板的電絕緣 層。
12.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的太陽(yáng)能電池模塊，特征在于，所述背面板還連 接到襯底板，該襯底板特別地由用于機(jī)械穩(wěn)定的鋼、塑料、玻璃和/或玻璃纖維復(fù)合材料制 成。
13.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的太陽(yáng)能電池模塊，特征在于，所述電接觸為結(jié)合 引線。
14.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的太陽(yáng)能電池模塊，特征在于，所述太陽(yáng)能電池模 塊具有用于所述托架結(jié)構(gòu)的其他機(jī)械固定件，特別地為注射模封裝、固定帶和/或完整連 接的輔助元件。
15.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的太陽(yáng)能電池模塊，特征在于，所述太陽(yáng)能電池模 塊還具有至少一個(gè)用于將電流從所述太陽(yáng)能電池的阻擋層方向傳導(dǎo)出的保護(hù)二極管，所述 保護(hù)二極管優(yōu)選地設(shè)置在所述托架結(jié)構(gòu)的第一區(qū)域上。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的太陽(yáng)能電池模塊，特征在于，所述保護(hù)二極管在正面上分 另U與相鄰太陽(yáng)能電池電接觸。
17.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的太陽(yáng)能電池模塊，特征在于，所述太陽(yáng)能電池模 塊具備防蝕層。
18.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的太陽(yáng)能電池模塊，特征在于，太陽(yáng)能電池為整體 多元太陽(yáng)能電池，特別地為三元太陽(yáng)能電池，特別地由周期表中的III和V主族的元素構(gòu) 成。
19.聚光太陽(yáng)能電池模塊，其包括根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的太陽(yáng)能電池模塊 以及用于聚集太陽(yáng)能的光學(xué)器件。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的聚光太陽(yáng)能電池模塊，特征在于，所述光學(xué)器件為單級(jí)或 兩級(jí)聚光透鏡系統(tǒng)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種太陽(yáng)能電池模塊，其包括至少兩個(gè)彼此連接并具有太陽(yáng)能電池的組件(SCA)，以及模塊底板，模塊底板包括導(dǎo)電托架結(jié)構(gòu)和至少在朝向托架結(jié)構(gòu)的一側(cè)上電絕緣的背面板。因此相對(duì)于標(biāo)定尺寸來(lái)說(shuō)，包括了太陽(yáng)能電池的組件的尺寸特別小，這就致使散熱材料(例如銅和鋁)的低材耗，且因此能特別經(jīng)濟(jì)地生產(chǎn)。
文檔編號(hào)H01L31/052GK102007606SQ200980113096
公開(kāi)日2011年4月6日 申請(qǐng)日期2009年4月9日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月15日
發(fā)明者安得烈斯·貝特, 約阿希姆·堯斯 申請(qǐng)人:弗蘭霍菲爾運(yùn)輸應(yīng)用研究公司