CN100578819C - 太阳能电池的光伏板及带有该光伏板的集光发电装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种太阳能电池的光伏板及带有该光伏板的太阳能集光发电装置，要解决的技术问题是提高太阳能电池的效率。本发明的光伏板，硅晶片的两个表面，分别通过半导体制造工艺，形成具有光电效应的PN结，并在硅晶片的两个表面PN结上，分别设有电极引线。带有所述光伏板的集光发电装置，硅晶片表面下方设有反光板，反光板设置在反光板控制机构上。本发明与现有技术相比，在硅晶片的两个表面，通过半导体制造工艺，形成具有光电效应的PN结，形成正、反面的二个太阳能电池，其光生电流总值是正、反二面之和，从而充分利用太阳光，使光生电流大大增加，提高了光电效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种太阳能电池，特别是一种太阳能电池的光伏板结构以及带有该光伏板的太阳能集光发电装置。
背景技术
太阳能电池是一种将太阳能转化为电能的装置，现有技术的太阳能电池的光伏板，采用PN结光伏板单面设置，它的缺点是不能充分利用太阳光，太阳能转化为电能的效率低，且需要大量的硅材料，如每平方米单面光伏板的太阳能电池可以获得的电能为150瓦，其效率只有15％。需要更大电能时，需设置更多的太阳能电池光伏板，耗用大量的硅晶体材料，增加太阳能发电的成本，从而使得人们不能充分利用太阳能。
发明内容
本发明的目的是提供一种太阳能电池的光伏板及带有该光伏板的太阳能集光发电装置，要解决的技术问题是提高太阳能电池的效率。
本发明采用以下技术方案：一种太阳能电池的光伏板，包括硅晶片，所述硅晶片的两个表面，分别通过半导体制造工艺，形成具有光电效应的PN结，并在硅晶片的两个表面PN结上，分别设有电极引线，所述太阳能电池的光伏板的硅晶片为N-型硅片，N-型硅片的两个表面分别通过半导体制造工艺，依次在其中一个表面形成P型层和N+型层，在另一个表面上也形成P型层和N+型层，所述P型层与N+型层上分别设有电极引线。
本发明太阳能电池的光伏板的两个表面形成的PN结图形，为整面扩散图形、网格扩散图形、梳状扩散图形或梳状-梳状扩散图形。
本发明太阳能电池的光伏板的N+型层相距2-4mm的间距上分别设有一条宽0.1mm的负极电极引线，所述P型层相距2-4mm的间距上分别设有一条宽为0.1mm的正极电极引线。
本发明太阳能电池的光伏板的硅晶片为P型硅片，P型硅片的两个表面分别通过半导体制造工艺形成N+型层，所述P型层与N+型层上分别设有电极引线。
本发明太阳能电池的光伏板的N+或P+型层相距2-4mm的间距上分别设有一条宽0.1mm的负或正极电极引线，所述P或N型层相距2-4mm的间距上分别设有一条宽为0.1mm的正或负极电极引线。
一种带有太阳能电池光伏板的集光发电装置，包括太阳能电池的光伏板，所述光伏板的硅晶片的两个表面，分别通过半导体制造工艺，形成具有光电效应的PN结，并在硅晶片的两个表面PN结上，分别设有电极引线，硅晶片表面下方设有反光板，所述反光板设置在反光板控制机构上。
本发明带有太阳能电池光伏板的集光发电装置的硅晶片为N-型硅片，N-型硅片的两个表面分别通过半导体制造工艺，依次在其中一个表面上形成P型层和N+型层，在另一个表面上也形成P型层和N+型层，所述P型层与N+型层上分别设有电极引线。
本发明带有太阳能电池光伏板的集光发电装置的硅晶片为P型硅片，P型硅片的两个表面分别通过半导体制造工艺形成N+型层，所述P型层与N+型层上分别设有电极引线。
本发明带有太阳能电池光伏板的集光发电装置的反光板控制机构包括光伏板放置架、反光板放置架、支架和向阳调节器。
本发明与现有技术相比，在硅晶片的两个表面，分别通过半导体制造工艺，形成具有光电效应的PN结，并在硅晶片的两个表面PN结上，分别设有电极引线，形成正、反面的二个太阳能电池，并可以立体采光，其光生电流总值是正、反二面之和，而且可以很方便接收反射光，反射光的强度可以超过直射光并可调，从而充分利用太阳光，使光生电流大大增加，提高了光电效率。
附图说明
图1是本发明实施例的太阳能电池的结构原理图。
图2是现有技术的太阳能电池的结构示意图。
图3是本发明实施例1的结构示意图。
图4是本发明实施例2的结构示意图。
图5是本发明实施例对应图1的结构示意图。
图6是本发明实施例的N+型层的整面扩散结构示意图。
图7是本发明实施例的N+型层的梳-梳状扩散结构示意图。
图8是本发明实施例的N+型层的梳状扩散结构示意图。
图9是本发明实施例的N+型层的方网格扩散结构示意图。
图10是本发明实施例的N+型层的整面扩散结构负电极示意图。
图11是本发明实施例的正、负极电极引线的排列方式示意图。
图12是本发明实施例的太阳能电池的正、反面正负电极结构示意图。
图13是本发明实施例的太阳能电池光伏板集光发电装置结构示意图。
图14是本发明实施例的太阳能电池光伏板集光发电装置的太阳灶式结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细说明。如图2所示，现有技术的太阳能电池的光伏板，由相连接的P型层1和N+型层2构成，N+型层2上设有负极电极引线3，P型层上设有正极电极引线4。
如图1所示，本发明的太阳能电池的光伏板，在半导体衬底N-型层5的两个表面I面和II面，通过半导体制造工艺依次形成P型层1和N+型层2，N+型层2外生长有保护层6，半导体衬底N-型层5两面的P型层1、N+型层2和保护层6为平面或经过绒面技术处理的锥状立方晶体表面，其厚度为160-220um。中间的N-型层可以看作是I面和II面的隔离层，也可以不用这一层。所述P型层与N+型层上分别设有电极引线。
如图3所示，在电阻率为3Ω/cm的P型层1的硅片的正、反面上进行N+型层2扩散，形成N+PN+结构，其中P型层1的硅衬底为I面和II面共有，所述两个N+型层2是磷扩散N+型层，在N+型层上，相距2-4mm左右的间距上分别设有一条宽0.1mm的负极电极引线3，P型层1是低掺杂的P型单(多)晶硅衬底。与N+型层2一样，相距2-4mm左右的间距上分别设有一条宽为0.1mm的正极电极引线4，正极电极引线4设置在P型层1上、在N+型层2扩散区，所述正、反面的表面生长氧化硅或氮化硅的减反光膜保护层，所述硅片的总厚度为160-220um。
如图4所示，在电阻率为3Ω/cm的P型层1的硅片的正、反面上进行N+型层2扩散，形成N+PN+结构，其中P型层1的硅衬底为I面和II面共有，所述两个N+型层2是磷扩散N+型层，在N+型层上，相距2-4mm左右的间距上分别设有一条宽0.1mm的负极电极引线3，P型层1是低掺杂的P型单或多晶硅衬底。与N+型层2一样，P型硅晶片I面、II面上相距2-4mm左右的间距上分别设有一条宽为0.1mm的正极电极引线4，正极电极引线4设置在P型层1上、N+型层2扩散区，所述I面和II面的表面生长氧化硅或氮化硅的减反光膜保护层，所述硅片的总厚度为160-220um。
如图5所示，本发明的太阳能电池的光伏板的结构为N+PN-PN+结构，用低掺杂的高电阻率8Ω/cm，厚度为160-200um的N-型层5的硅片衬底进行高温1200℃长时间的镓扩散，在两面生成40-80um的P型层1，形成PN-P结构，再在P型层上进行N+型层扩散2，制成N+PN-PN+层结构，所述上层N+P结结构构成I面，下层PN+结结构构成II面，所述两个N+型层2是磷扩散N+型层2，在N+型层2上，相距2-4mm左右的间距上分别设有一条宽0.1mm的铝、银或其它金属层制成的负极电极引线3，P型层1是低掺杂的P型扩散层。与N+型层2一样，相距2-4mm左右的间距上分别设有一条宽为0.1mm的正极电极引线4，正极电极引线4设置在P型层1上、N+型层2扩散区，所述I面、II面的表面生长氧化硅或氮化硅的保护层。当阳光照到I面时，上层N+P结形成的自建电场会把那些光生非平衡载流子——‘电子’和‘空穴’迁移到N+区和P区，并形成光电流。同样，当阳光反射照到II面时，PN+结自建电场会把以上各层光照产生的非平衡载流子——‘电子’和‘空穴’，迁移到N+区和P区，并形成光电流。
本发明所述的I面的N+型层图形可以为整面扩散图形结构、梳-梳状扩散图形结构、梳状扩散图形结构或网格扩散图形结构，所述II面的N+型层可以为网格扩散图形结构、梳-梳状扩散图形结构或梳状扩散图形结构必需有正电极引线。
如图6所示，本发明的N+型层，扩散后形成为整面图形结构。
如图7所示，本发明的N+型层，扩散后形成为梳-梳状图形结构。
如图8所示，本发明的N+型层，扩散后形成为梳状图形结构。
如图9所示，本发明的N+型层，扩散后形成方网格状图形结构。
如图10所示，本发明的负电极引线的排列方式，为P型层梳状窗口图形结构。
如图11所示，本发明实施例的正、负极电极引线的设置在中间，梳状结构正极电极引线的设置在两边，与梳状结构正极电极引线交错排列方法示意图。
如图12所示，本发明的太阳能电池片的正、反两面，在N+型层上横向设置有负极电极细引线，在负极电极细引线上按一定的间距纵向设有负极电极粗引线。在P型层上横向设置有正极电极细引线，在正极电极细引线上按一定的间距纵向设有正极电极粗引线。负极电极粗引线与正极电极粗引线间隔排列。
如图13所示，本发明带有光伏板的太阳能集光发电装置，在光伏板10的下方，设有反光板20。所述反光板20为弧面形或平面形。
为了使由I面组成的光伏板获得最佳光照效果：要调整太阳能电池光伏板板面法线方向要对正太阳，因此通过安装集光器控制机构，手动或自动进行调节。所述集光器控制机构包括太阳能电池放置架11、放置在反光板放置架21内的调节器，调整太阳能电池放置架11使太阳能电池获得最佳发电效果。
为了使由II面组成的光伏板获得最佳光照效果：可以按所处的地理位置、阳光强度、气温条件调整反光板20的面积与弧度，使由II面组成的太阳能电池光伏板获得最佳发电效果。即光照量增加，光生电流也提高，太阳能电池的利用率可以提高至2倍以上。
如图14所示，本发明带有双面光伏板的太阳能集光发电装置的太阳灶式结构示意图。它的工作原理、功能等可参阅图13说明。
采用本发明的太阳能发电装置，双面光伏板直径4.4cm约15cm2，正、反面的N+型层为梳状结构，采用现有技术的同样面积光伏板太阳能发电装置，在相同太阳光条件下，测得本发明的太阳能集光发电装置的电流为550ma，现有技术的太阳能发电装置的电流为310ma。
本发明的原理之一是：“水管效应”。二个电压不相等的电池，是不能并联在一起的；若把一块硅片正、反两面都制成PN结，由于它们的“光电效率”和所受光照强度不同，所产生光生伏特和电流值不同，按理它们的正、负极是不能并联。然而，一块硅片的正、反面的PN结，它们像两根水管一样，光电效应高受光照强的相当水管变粗，反之相当水管变细，产生的电流像二根水管流出的水。受强光照其光生电流大。相反电流小，并且它们相互影响很小。因此，可以忽略。因此制造性能良好的双面PN结，把正、反面太阳能电池以并联输出，光电流等于两个PN结电流之和。
在试制双面太阳能电池中，我们发现了半导体物理现象-----“水管效应”：
一、水管效应性能差的双面太阳能电池片：由于太阳能电池I和II面的“光电效率”和所受光强不同，它们的光生电流，电压差别大。此时要注意光电池正、负电极的联接方法：太阳能电池组要分成二组电源。第一组由各太阳能电池片的I面串接而成。笫二组由各太阳能电池片的II面串接而成，此时可以分别接在两个负载(如：两组电源)上。
二、水管效应性能良好的双面太阳能电池：每片的I面和II面的正极联接在一起，同样负极联接在一起，再串联成一组太阳能电池组。即使二面光强差别很太，其电能损失很小。
本发明的原理之二是：太阳能电池在P型硅片正、反两面选择图形，进行磷扩散制造N+P结，其正、反两面都可以产生光伏效应，扩大了PN结面积，增加了PN+结的总面积。
本发明的原理之三是：用160--220um厚度的硅片，在这种结构下，每一个PN+结控制约100um厚度，而光生载流子的扩散运动距离，比现有的单面太阳能电池减少了1/2，因此光生载流子的复合减少。
本发明的原理之四是：利用立体采光，成倍增加光照量，充分利用阳光，太阳能电池正、反面都可以产生光电流，使光生电流增加，可按每平方米的太阳能电池组件产生设计；根据该地区的阳光强度，气温高低而设计出最佳的光生电流效果。
本发明的太阳能电池根据地区的不同，所选择的N+型层扩散的图形结构也不一样。在强光地区，因太阳能电池的光生电流大，在I面和II面都有正、负极电极引线，N+型层扩散采用梳状扩散图形结构；在弱光地区，因太阳能电池的光生电流小，太阳能电池正表面只用有负极电极引线，N+型层扩散采用平面扩散图形结构或网状扩散图形结构。
本发明的太阳能电池的组件及带有该组件的太阳能集光发电装置，能够使太阳能电池的硅片使用效率大增，利用反光板很方便把太阳光聚集在硅片上，充分利用了硅片和太阳光，同时使太阳能电池每瓦的造价大大降低，对太阳能电池的发展将可以起到很大的推动作用。
Claims (8)
1.一种太阳能电池的光伏板，包括硅晶片，其特征在于：所述硅晶片的两个表面，分别通过半导体制造工艺，形成具有光电效应的PN结，并在硅晶片的两个表面PN结上，分别设有电极引线，所述硅晶片为N-型硅片，N-型硅片的两个表面分别通过半导体制造工艺，依次在其中一个表面上形成P型层和N+型层，在另一个表面上也形成P型层和N+型层，所述P型层与N+型层上分别设有电极引线。
2.根据权利要求1所述的太阳能电池的光伏板，其特征在于：所述的两个表面形成的PN结图形，为整面扩散图形、网格扩散图形、梳状扩散图形或梳状-梳状扩散图形。
3.根据权利要求2所述的太阳能电池的光伏板，其特征在于：所述N+型层相距2-4mm的间距上分别设有一条宽0.1mm的负极电极引线，所述P型层相距2-4mm的间距上分别设有一条宽为0.1mm的正极电极引线。
4.根据权利要求1或2所述的太阳能电池的光伏板，其特征在于：所述硅晶片为P型硅片，P型硅片的两个表面分别通过半导体制造工艺形成N+型层，所述P型层与N+型层上分别设有电极引线。
5.根据权利要求4所述的太阳能电池的光伏板，其特征在于：所述N+或P+型层相距2-4mm的间距上分别设有一条宽0.1mm的负或正极电极引线，所述P或N型层相距2-4mm的间距上分别设有一条宽为0.1mm的正或负极电极引线。
6.一种带有太阳能电池光伏板的集光发电装置，包括太阳能电池的光伏板，其特征在于：所述光伏板的硅晶片的两个表面，分别通过半导体制造工艺，形成具有光电效应的PN结，并在硅晶片的两个表面PN结上，分别设有电极引线，硅晶片表面下方设有反光板，所述反光板设置在反光板控制机构上，所述硅晶片为N-型硅片，N-型硅片的两个表面分别通过半导体制造工艺，依次在其中一个表面上形成P型层和N+型层，在另一个表面上也形成P型层和N+型层，所述P型层与N+型层上分别设有电极引线。
7.根据权利要求6所述的带有太阳能电池光伏板的集光发电装置，其特征在于：所述硅晶片为P型硅片，P型硅片的两个表面分别通过半导体制造工艺形成N+型层，所述P型层与N+型层上分别设有电极引线。
8.根据权利要求6或7所述的带有太阳能电池光伏板的集光发电装置，其特征在于：所述反光板控制机构包括光伏板放置架、反光板放置架、支架和向阳调节器。
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Granted publication date: 20100106 Termination date: 20170605 |