本發(fā)明涉及一種太陽能電池單元。

背景技術(shù)：

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(dǎo)體本體。在半導(dǎo)體本體上方布置有初級和次級光學(xué)元件，以便將太陽光引導(dǎo)到半導(dǎo)體本體的表面上。為了電接觸，半導(dǎo)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、例如印制導(dǎo)線區(qū)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(shù)實現(xiàn)要素：

在這種背景下，本發(fā)明的任務(wù)在于，提出一種裝置，該裝置進(jìn)一步改進(jìn)現(xiàn)有技術(shù)并且實現(xiàn)了盡可能成本低廉地制造。

該任務(wù)通過具有權(quán)利要求1特征的太陽能電池單元解決。本發(fā)明的有利構(gòu)型是從屬權(quán)利要求的內(nèi)容。

根據(jù)本發(fā)明的內(nèi)容提供一種太陽能電池單元，其具有構(gòu)造為太陽能電池的半導(dǎo)體本體、載體和次級光學(xué)元件。

半導(dǎo)體本體具有前側(cè)和背側(cè)，前側(cè)具有帶第一極性的第一連接觸點，背側(cè)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(cè)、下側(cè)以及構(gòu)造在所述上側(cè)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并且與半導(dǎo)體本體的第一電連接觸點導(dǎo)電連接，并且第二接觸面與半導(dǎo)體本體的第二電連接觸點導(dǎo)電連接。半導(dǎo)體本體的背側(cè)與載體的上側(cè)的一部分力鎖合地連接。

次級光學(xué)元件具有下側(cè)，其中，次級光學(xué)元件將光引導(dǎo)到半導(dǎo)體本體的前側(cè)上，其中，次級光學(xué)元件的下側(cè)的至少部分與半導(dǎo)體本體的前側(cè)和/或與載體的上側(cè)僅僅借助于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(cè)布置。特別是在接觸面上布置金屬凸起部。金屬凸起部優(yōu)選地是折出角度的。

此外補充說明的是，太陽能電池優(yōu)選地是gaas或ge基的iii-v半導(dǎo)體太陽能電池，并且太陽能電池最多優(yōu)選地設(shè)計為堆疊狀地布置的多重太陽能電池并且此外借助于使用uv光份額而具有高于30％的效率。

這種太陽能電池單元此外由于比硅太陽能電池高的制造成本而優(yōu)選地使用在所謂的cpv系統(tǒng)中。在cpv系統(tǒng)中，太陽光被以大于100直至大于1000的倍數(shù)聚焦。在此，借助于初級光學(xué)聚焦器或元件聚焦的光線被引導(dǎo)到太陽能電池單元的次級光學(xué)元件上。

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

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(yōu)選，金屬連接元件構(gòu)造為線材形或構(gòu)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借助于金屬連接元件連接。

根據(jù)本發(fā)明的裝置的一個優(yōu)點在于，與布置在載體的對置的邊沿上相比，通過觸點的單側(cè)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于導(dǎo)出在太陽光集中射入時產(chǎn)生的熱量。也完全意想不到地證實了，特別是當(dāng)接觸面構(gòu)造為特別大的或者構(gòu)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(xué)元件的下側(cè)單側(cè)地布置甚至恰好排出大量的熱。特別是在完成布線的狀態(tài)中，即在形成陣列時，由此可借助于電連接金屬線再次提高熱導(dǎo)出?？傊C實了，對于載體的尺寸，太陽能電池的尺寸和光學(xué)元件的尺寸可以是確定的。一個另外的優(yōu)點在于比傳統(tǒng)的至少3.0mm乘以3.5mm大小的載體節(jié)省了至少15％直到至少30％的面積。通過載體的材料節(jié)省由此實現(xiàn)了大大愛護資源并且成本低廉的制造可能性。

實驗表明，接觸面的單側(cè)布置相對于第一設(shè)想不使布線變得困難。雖然在二維觀察中對于多個太陽能電池單元的典型的蜿蜒曲折狀的布置和串聯(lián)的布線存在短路的風(fēng)險。但是在三維觀察中能夠例如通過使用導(dǎo)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(xué)元件的下側(cè)隔開間距，由此這兩個接觸面在載體的上側(cè)上布置在次級光學(xué)元件的朝向載體的下側(cè)和載體上側(cè)的第一邊沿之間。

根據(jù)一個擴展方案，次級光學(xué)元件的下側(cè)與載體上側(cè)的第一邊沿的間距在垂直于載體上側(cè)延伸的投影中為至少1mm、優(yōu)選至少3mm，其中，次級光學(xué)元件的下側(cè)與第二邊沿、與第三邊沿以及與第四邊沿的間距在垂直于載體上側(cè)延伸的投影中為最大4mm、優(yōu)選最大2mm或更優(yōu)選最大1mm或者處于0mm和0.2mm之間的范圍內(nèi)。在一個另外的擴展方案中，在所述投影中，光學(xué)元件的下側(cè)在載體上側(cè)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?？梢岳斫獾氖?，與所述邊沿的間距分別理解為通過在載體上側(cè)上的投影所產(chǎn)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(xué)元件在載體上側(cè)上的不對稱布置或者將載體表面單側(cè)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(xué)元件這樣遠(yuǎn)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(xué)元件的最小間距。

在一個擴展方案中，在垂直于載體上側(cè)延伸的投影中，次級光學(xué)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(xué)元件的基面突出于載體的兩個或三個邊沿。一個優(yōu)點是，由此可以減小載體的面積并且降低成本。

在一個另外的擴展方案中，在垂直于載體上側(cè)延伸的投影中，半導(dǎo)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(yōu)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(xué)元件透鏡狀地構(gòu)造有背離半導(dǎo)體本體的凸表面或構(gòu)造為漏斗形。在一個另外的實施方式中，次級光學(xué)元件包括玻璃或者特別是石英玻璃化合物或者由其構(gòu)成并且一體地構(gòu)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(gòu)造為陶瓷印刷電路板或者構(gòu)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(gòu)造為印制導(dǎo)線。在一個替代的擴展方案中，所述半導(dǎo)體本體具有至少兩個上下疊置的光電激活的半導(dǎo)體結(jié)。

根據(jù)一個擴展方案，一種太陽能電池模塊具有至少一個根據(jù)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(cè)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，并且第一金屬連接元件在垂直于載體上側(cè)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、例如金屬絲典型地借助于電阻點焊連接與接觸面導(dǎo)電連接。接觸面典型地構(gòu)造為純平面的或者替代地構(gòu)造為折出角度的接觸凸起部。

由于金屬連接元件在第一太陽能電池單元的第二接觸面的區(qū)域中交叉，可能的是，多個太陽能電池單元通過僅僅單側(cè)布置的接觸面以簡單的方式布置成典型的蜿蜒曲折的鏈并且串聯(lián)連接。

在一個擴展方案中，第一金屬連接元件在垂直于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并且在第一太陽能電池單元的第二接觸面的區(qū)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(gòu)型實現(xiàn)。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(dǎo)電體由于各自的金屬穩(wěn)定性而特別適用于作為用于橋形或弓形構(gòu)造的金屬連接元件。

附圖說明

下面參考附圖詳細(xì)地說明本發(fā)明。在此，相同類型的部件以相同的附圖標(biāo)記標(biāo)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并且如果未做其他說明也不具有相對彼此可推斷的幾何關(guān)系。附圖中示出：

圖1示出太陽能電池單元的根據(jù)本發(fā)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(jù)本發(fā)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(jù)本發(fā)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(jù)本發(fā)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(cè)視圖，所述太陽能電池單元具有半導(dǎo)體本體20、載體30和次級光學(xué)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(dǎo)體本體20以背側(cè)24與載體30的上側(cè)32力鎖合地連接。前側(cè)22完全由次級光學(xué)元件50遮蓋，其中，次級光學(xué)元件50構(gòu)造為凸透鏡并且次級光學(xué)元件50的平的下側(cè)52借助于聚合物粘接層(未示出)至少部分地與半導(dǎo)體本體20的前側(cè)22力鎖合地連接。在所示的實施例中，次級光學(xué)元件50的平的下側(cè)52此外遮蓋一布置在載體30上側(cè)32上的保護二極管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(cè)32。在所示的實施例中，第一和第二觸面40，45在次級光學(xué)元件50旁邊并且沿著載體30的第一邊沿34.1布置在載體30的上側(cè)32上。在一個替代的實施方式(虛線示出)中，次級光學(xué)元件50的下側(cè)距邊沿34.2，34.3，34.4的間距處于0mm和0.25mm之間的范圍內(nèi)，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(xué)元件50的下側(cè)超過邊沿34.2，34.3，34.4，也就是說，次級光學(xué)元件50的基礎(chǔ)面積在直徑上更大。一個優(yōu)點是，由此可以減小載體的面積并且降低成本。優(yōu)選地，次級光學(xué)元件關(guān)于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(cè)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借助于第一金屬連接元件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這樣相互并列地布置，使得在垂直于基板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在垂直于基板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具有間距并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借助于第二金屬連接元件72導(dǎo)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(qū)域中在垂直于基板110表面120延伸的方向上與第一金屬連接元件70具有間距。