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(jí)和次級(jí)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(diǎn)，其中，每個(gè)連接觸點(diǎn)與布置在載體上的接觸面、例如印制導(dǎo)線區(qū)域電連接。

技術(shù)實(shí)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(shí)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)明的有利的構(gòu)型是從屬權(quán)利要求的內(nèi)容。

根據(jù)本發(fā)明的主題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(jí)光學(xué)元件。

半導(dǎo)體本體具有前側(cè)和背側(cè)以及帶第一極性的第一連接觸點(diǎn)和帶第二極性的第二連接觸點(diǎn)，其中，這兩個(gè)極性是不同的。

載體具有上側(cè)和下側(cè)，其中，在上側(cè)上構(gòu)造有第一接觸面和第二接觸面，并且第一接觸面與第二接觸面隔開間距，并且接觸面是金屬導(dǎo)電的并且與這兩個(gè)連接觸點(diǎn)電連接。

半導(dǎo)體本體的背側(cè)與載體的上側(cè)力鎖合地連接。

次級(jí)光學(xué)元件具有下側(cè)并且并且將光引導(dǎo)到半導(dǎo)體本體的前側(cè)上。下側(cè)與半導(dǎo)體本體的前側(cè)力鎖合地連接。

載體具有構(gòu)造在所述上側(cè)上的第三接觸面，其中，第三接觸面不僅與第一接觸面隔開間距而且與第二接觸面隔開間距。

第二接觸面具有與其他兩個(gè)接觸面不同的極性。

補(bǔ)充說明的是，太陽能電池優(yōu)選地是gaas或ge基的或其他半導(dǎo)體材料或適合的基底的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(jì)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。

此外，這種太陽能電池單元由于與硅太陽能電池相比較高的制造成本和特別的物理特性而優(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(jí)光學(xué)聚焦器或元件聚焦的光被引導(dǎo)到太陽能電池單元的次級(jí)光學(xué)元件上。

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

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(gè)太陽能電池單元的接觸面例如通過電阻點(diǎn)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(shí)施方式中，接觸凸起部(kontaktfahne)與接觸面電連接。為了連接多個(gè)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(gè)優(yōu)點(diǎn)在于，第二接觸面具有與其他兩個(gè)接觸面不同的極性。特別是，第二接觸面設(shè)計(jì)為中間接觸面。由此能夠以簡(jiǎn)單的方式避免在多個(gè)太陽能電池單元在底板上特別是蜿蜒曲折狀地串聯(lián)的情況下電連接元件交叉。極大提高了組件的可靠性。

另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于，連接元件必須在端部折出角度，以便避免短路。也不需要中間接觸空間，以便進(jìn)行無交叉的布線，即恰恰在連接元件變換方向的情況下不交叉地進(jìn)行串聯(lián)。

在一個(gè)實(shí)施方式中，第一連接觸點(diǎn)構(gòu)造在前側(cè)上并且第二連接觸點(diǎn)構(gòu)造在背側(cè)上，或者這兩個(gè)連接觸點(diǎn)都布置在前側(cè)上，或者這兩個(gè)連接觸點(diǎn)都布置在背側(cè)上。

在一個(gè)擴(kuò)展方案中，次級(jí)光學(xué)元件的下側(cè)的至少部分借助于粘接層或者特別是聚合物粘接層與半導(dǎo)體本體的前側(cè)和/或與載體的上側(cè)力鎖合地連接。尤其聚合物粘接層特別是uv可穿透的。補(bǔ)充說明的是，概念粘接層或者特別是概念聚合物粘接層包括塑料層。

在一個(gè)另外的擴(kuò)展方案中，第一接觸面和第三接觸面與第一連接觸點(diǎn)電連接并且第二接觸面與第二連接觸點(diǎn)電連接，或者，第一接觸面和第三接觸面與第二連接觸點(diǎn)電連接并且第二接觸面與第一連接觸點(diǎn)電連接。

在一個(gè)實(shí)施方式中，載體在所述上側(cè)上具有四個(gè)邊沿，其中，所述第一接觸面、第二接觸面和第三接觸面以所提及的順序沿著第一邊沿布置在載體的上側(cè)上。

接觸面沿著載體的單一的邊沿單側(cè)布置具有另外的優(yōu)點(diǎn)，與接觸面典型地多側(cè)分布的布置相比可以明顯地減小載體的尺寸。以完全意想不到的方式證實(shí)了，新式的非常小的載體面也足夠用于導(dǎo)出在太陽光密集射入時(shí)所產(chǎn)生的熱量。也完全意想不到地證實(shí)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(shí)，連接觸點(diǎn)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(shí)，由此可借助于電連接金屬線再次提高熱導(dǎo)出?？傊C實(shí)了，對(duì)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(gè)另外的優(yōu)點(diǎn)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(shí)現(xiàn)了大大愛護(hù)資源并且成本低廉的制造可能性。

通過太陽能電池單元始終具有兩個(gè)帶第一極性的位于外部的接觸面和一個(gè)帶第二極性的中間的接觸面，能夠特別簡(jiǎn)單地并且可靠地實(shí)現(xiàn)，即使在接觸面單側(cè)布置的情況下，多個(gè)太陽能電池單元也能以蜿蜒曲折的布置來串聯(lián)，而連接所述太陽能電池單元的電連接元件不交叉。

優(yōu)選地，載體至少在所述上側(cè)上構(gòu)造為四邊形的，特別是構(gòu)造為矩形。載體特別是構(gòu)造為平板、優(yōu)選地構(gòu)造為陶瓷印刷電路板或構(gòu)造為具有絕緣金屬基底的印刷電路板。

根據(jù)一個(gè)另外的擴(kuò)展方案，第一接觸面、第二接觸面和第三接觸面構(gòu)造為印制導(dǎo)線或者分別構(gòu)造為釬焊凸起部。

載體的第一邊沿與次級(jí)光學(xué)元件的間距是這樣大，使得這三個(gè)接觸面可以沿著第一邊沿布置，而第二、第三和第四邊沿僅須具有與第二光學(xué)元件的最小間距。由此可以節(jié)省載體材料和成本。這尤其在陶瓷載體的情況下是有利的。

在一個(gè)擴(kuò)展方案中，在垂直于載體上側(cè)延伸的投影中，次級(jí)光學(xué)元件的下側(cè)與載體上側(cè)的第一邊沿的橫向間距是至少1mm或者優(yōu)選地至少3mm，并且與第二邊沿、與第三邊沿以及與第四邊沿的間距是最大10mm或者最大4mm或者優(yōu)選地最大2mm、優(yōu)選地最大1mm或者處于0mm和0.2mm之間的范圍內(nèi)?？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(gè)虛擬邊緣緊鄰的邊沿之間的最短距離。

不對(duì)稱的布置的優(yōu)點(diǎn)是，減小了次級(jí)光學(xué)元件的載體的尺寸。為待布置的接觸面單側(cè)地提供載體表面尤其有助于此。

在一個(gè)實(shí)施方式中，沿著第一邊沿的長(zhǎng)度的至少75％或至少90％鄰接第一接觸面和/或第二接觸面和/或第三接觸面。

在一個(gè)另外的實(shí)施方式中，在垂直于載體上側(cè)延伸的投影中，這三個(gè)接觸面布置為與次級(jí)光學(xué)元件的下側(cè)隔開間距。

在一個(gè)另外的實(shí)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(zhǎng)的基礎(chǔ)面。

根據(jù)替代的實(shí)施方式，次級(jí)光學(xué)元件透鏡形地構(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(gè)另外的實(shí)施方式中，次級(jí)光學(xué)元件一體地構(gòu)造。

在一個(gè)另外的擴(kuò)展方案中，次級(jí)光學(xué)元件由玻璃化合物(glasverbindung)或石英玻璃化合物(quarzglasverbindung)構(gòu)成，或者包括玻璃化合物或石英玻璃化合物。

在一個(gè)優(yōu)選的擴(kuò)展方案中，一種太陽能電池模塊具有至少前述種類的的第一、第二和第三太陽能電池單元和至少一個(gè)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以下側(cè)布置在基板上，第一金屬連接元件使第一太陽能電池單元的第三接觸面與第二太陽能電池單元的第二接觸面電連接，并且第二金屬連接元件使第二太陽能電池單元的第三接觸面與第三太陽能電池單元的第二接觸面連接，其中，第一金屬連接元件在垂直于基板表面延伸的投影中與第二太陽能電池單元的第一接觸面交疊。

可以理解，由于相應(yīng)的金屬穩(wěn)定性，有利的是，使用線材或線材狀導(dǎo)電體作為用于橋式或彎曲形構(gòu)造的金屬連接元件。

補(bǔ)充說明的是，金屬連接元件典型地借助于電阻點(diǎn)焊連接與接觸面連接。接觸面典型地構(gòu)造為純平面的或者替換地構(gòu)造為折出角度的接觸凸起部。優(yōu)選地，接觸凸起部以焊料遮蓋。

由于第三接觸面具有與第一接觸面相同的極性，能夠特別是在接觸面單側(cè)布置的情況下以簡(jiǎn)單的方式與多個(gè)太陽能電池單元相對(duì)彼此的布置和定向相對(duì)無關(guān)地避免交叉。這特別有利于串聯(lián)的太陽能電池單元的典型的蜿蜒曲折狀的布置。

在一個(gè)擴(kuò)展方案中，基板包括金屬或非金屬或塑料或gfk材料或者由類似材料構(gòu)成。

附圖說明

下面參考附圖詳細(xì)地說明本發(fā)明。在此，相同種類的部件以相同的附圖標(biāo)記標(biāo)出。所示的實(shí)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(duì)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(shí)施方式的側(cè)視圖，

圖2示出太陽能電池單元的根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)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(shí)施方式的示意性的俯視圖。

具體實(shí)施方式

圖1的視圖示出太陽能電池單元10的第一實(shí)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(jí)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(jí)光學(xué)元件50遮蓋，其中，次級(jí)光學(xué)元件50構(gòu)造為凸透鏡并且次級(jí)光學(xué)元件50的平面的下側(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(shí)施例中，次級(jí)光學(xué)元件50的下側(cè)52此外遮蓋一布置在載體30的上側(cè)32上的保護(hù)二極管38。補(bǔ)充說明的是，在未示出的實(shí)施方式中，保護(hù)二極管38不被或者僅僅部分地被次級(jí)光學(xué)元件50的下側(cè)遮蓋。

如同在圖2中可看到的那樣，載體30具有由四個(gè)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(shí)施例中，第一、第二和第三接觸面41，42，43以所述的順序在次級(jí)光學(xué)元件50附近并且沿著載體30的第一邊沿34.1布置在載體30的上側(cè)32上。

在一個(gè)替換的實(shí)施方式(虛線示出)中，次級(jí)光學(xué)元件50的下側(cè)與邊沿34.2，34.3和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。

在圖3的視圖中示意性地示出太陽能電池模塊100的第一實(shí)施方式。太陽能電池模塊具有多個(gè)規(guī)定種類的太陽能電池單元10.0，10.1，10.2，10.3，所述太陽能電池單元蜿蜒曲折地布置并且串聯(lián)連接。太陽能電池單元10.0，10.1，10.2，10.3分別以一個(gè)下側(cè)布置在基板110的表面120上。

第零太陽能電池單元10.0向外具有與第二接觸面42.0導(dǎo)電連接的連接件，其中，第一接觸面41.0借助于第零金屬連接元件70與第一太陽能電池單元10.1的第二接觸面42.1連接。

第一太陽能電池單元10.1的第三接觸面43.1借助于第一金屬連接器件71與第二太陽能電池單元10.2的第二接觸面42.2連接，其中，第一金屬連接器件71在垂直于基板110表面120延伸的投影中與第二太陽能電池單元10.2的第一接觸面41.2交疊。第二太陽能電池單元10.2的第三接觸面43.2借助于第二金屬連接元件72與第三太陽能電池單元10.3的第二接觸面42.3連接。

通過存在第二太陽能電池單元10.2的第三接觸面43.2——所述第三接觸面具有與第一接觸面41.2相同的極性，避免了第二金屬連接元件72與第一金屬連接元件71交叉。如果第三接觸面43.2不存在，則第二連接元件72必須與第二太陽能電池單元10.2的第一接觸面41.2接觸并且由此在垂直于基板110表面120延伸的投影中與第一金屬連接元件71交叉或交疊。由于連接元件交叉而導(dǎo)致的短路危險(xiǎn)能夠以簡(jiǎn)單的方式通過根據(jù)本發(fā)明的布置來避免。