太阳能电池组件和其安装方法

专利名称：太阳能电池组件和其安装方法
技术领域：
本发明涉及太阳能电池组件和安装太阳能电池组件的方法。
背景技术：
太阳能电池在其表面通常具有用于将产生的电能引到外部的指型电极。为了提高发电效率，电极更宽或更厚是较佳的，因为电极的截面积变得越大，电极的电阻率就越小。相反的，电极阻挡太阳光进入构成太阳能电池的半导体材料，结果降低了发电效率。通常，通过使用银涂胶网板印刷形成的电极占太阳能电池的吸收光表面总面积的8到12％，由此引起的荫蔽损耗(shadowing loss)被认为是努力改善发电效率的障碍。
据了解，曾开发了一种通过降低荫蔽损耗提高发电效率的方法，涉及到OECO(斜向蒸发接触)太阳能电池，它具有多个制造于吸收光表面上的矩形、半圆形或三角形的截面的凹槽，并且具有仅在沿横向方向看形成于单独一侧的凹槽的各单独内侧面上的电极(″Renewable Energy，Vol.14，Nos.1-4，83-88(1998)，欧洲专利EP0905794A2).
虽然OECO太阳能电池在能量转换效率方面有很大的优势，但发明人通过研究发现由于其特殊设计，诸如形成电极于凹槽内侧面上，OECO太阳能电池的模块化产生了多种以前未遇到过的新问题。
因为OECO太阳能电池仅在每个凹槽的一个侧面具有电极，荫蔽面积将根据太阳光的入射角度变化，因此，电池必然引起光生电流量的变化。这一点通过图2说明。如图2所示，对应入射角α的荫蔽面积的比率由B/(A+B+C)给出，而对应入射角α’的由B’/(A’+B’+C’)给出。这说明减少入射角会增加荫蔽损耗。
为了使太阳能电池组件的发电效率最大化，必须均衡由组件中的各个太阳能电池得到的输出电流，因此均衡各个太阳能电池的转换效率是很重要的。但是即使使用具有相同基本性能的太阳能电池配置，甚至太阳光同样地照射电池，OECO太阳能电池组件在均衡来自各个太阳能电池的输出电流时也不总是成功的。这是因为如果不特别注意组件中各个电池的固定方向，荫蔽损耗的程度因电池不同而不同并且在太阳光斜向入射的情况下输出电流可能不一致。
考虑到太阳能电池组件通常被安装于房屋或建筑物的屋顶，并且OECO太阳能电池仅在每个凹槽的各个侧面具有电极并且如上所述荫蔽损耗的变化取决于太阳光的入射角度，产生了另一个缺点，即日或年功率输出的总和可能取决于电极形成表面朝向的方向而不同，这可能阻碍太阳能电池组件的性能充分展现。
因此本发明的主题是提供太阳能电池组件，其中即使在太阳光斜向入射的情况下，来自组成组件的各个太阳能电池的输出电流被均衡，以及一种有效安装如此组成的组件的方法。
本发明的揭示作为前述问题的解决方案，本发明的太阳能电池组件包括多个在其各个吸收光表面上具有多个平行凹槽的太阳能电池，每个凹槽具有在其横向一侧的内侧面(在下文中被称为电极形成内侧面)上用于引出输出的电极；并且具有用于以整体化方式支撑太阳能电池以使吸收光面向上的支架；其中多个太阳能电池被固定于支架上以便凹槽的纵向基本相互一致，并使得电极形成内侧面被安置于同一侧。
用于本发明的太阳能电池组件的如此配置的太阳能电池与上述的OECO太阳能电池一致。因为所述多个太阳能电池被固定于支架上以便凹槽的纵向基本相互一致，并使得电极形成内侧面被安置于同一侧，甚至在斜向入射的情况下日光太阳光可以以同样的角度照射到各个太阳能电池的电极形成内侧表面。这样成功地使可能发生在各各个太阳能电池内的荫蔽损耗趋于均衡，并使输出电流均衡。
考虑到凹槽制造的方便性，太阳能电池的每个凹槽具有矩形、半圆形或三角形的截面是较佳的。
本发明还提供安装本发明的太阳能电池组件的方法。更特别地，各个太阳能电池凹槽的电极形成内侧面的排列方向的调整取决于各个所安装太阳能电池的吸收光表面水平面的倾斜角度β，并且取决于太阳能电池组件的安装位置的纬度δ。
发明人所作的验证已经揭示了仅在每个凹槽的各个侧面上具有电极形成内侧面的OECO太阳能电池显示完全不同的进入电极的太阳光强度的样式、荫蔽的程度和取决于组件状态或安装位置的纬度的日或年变化。然而通过定义各个太阳能电池的吸收光表面水平面的倾斜角度β为组件的状态，并通过调整取决于β和安装位置的纬度δ的电极形成内侧面的排列方向，本发明在太阳能电池组件成功地完全呈现其性能，结果增加了太阳能电池组件的日或年发电量。
附图的简要说明

图1所示的是典型的OECO太阳能电池的剖面结构示意图。
图2所示的是形成于OECO太阳能电池的凹槽与电极和太阳光之间的关系的说明图。
图3所示的是依照本发明的太阳能电池组件内的太阳能电池一种排列方式的透视图。
图4所示的是依照本发明安装太阳能电池组件的方法。
图5所示的是在使电极形成内侧面朝上时太阳能电池组件的典型安装的透视图。
图6所示的是在使电极形成内侧面朝下时太阳能电池组件的典型安装的透视图。
图7所示的是在具有朝南方向的屋顶上太阳能电池组件的典型安装的示意图。
图8所示的是太阳能电池组件的一个实施例的示意图。
图9所示的是用于产生公式(1)和(2)过程的流程图。
图10所示的是太阳能电池组件的安装位置的纬度、转折点角度和电极形成内侧面的朝向之间关系的曲线图。
图11所示的是当太阳能电池被置于北纬30°并且在25°的安装角度的情况时，荫蔽损耗取决于时间变化的曲线图。
图12所示的是当太阳能电池被置于北纬30°并且在30°的安装角度的情况时，荫蔽损耗取决于时间变化的曲线图。
图13所示的是当太阳能电池被置于北纬30°并且在35°的安装角度的情况时，荫蔽损耗取决于时间变化的曲线图。
图14所示的是当太阳能电池被置于北纬50°并且在45°的安装角度的情况时，荫蔽损耗取决于时间变化的曲线图。
图15所示的是当太阳能电池被置于北纬50°并且在50°的安装角度的情况时，荫蔽损耗取决于时间变化的曲线图。
图16所示的是当太阳能电池被置于北纬50°并且在55°的安装角度的情况时，荫蔽损耗取决于时间变化的曲线图。
图17所示的是安装角度和安置于北纬30°的太阳能电池组件吸收的太阳能的平均有效量之间的关系的曲线图。
图18所示的是安装角度和安置于北纬50°的太阳能电池组件吸收的太阳能的平均有效量之间的关系的曲线图。
图19所示的是形成于太阳能电池表面上的凹槽的尺寸的剖面示意图。
图20所示的是用于解释凹槽的朝向根据屋顶的方向而改变的示意图。
图21所示的是允许太阳能电池单元的朝向独立调整的太阳能电池组件的典型结构的剖面示意图。
图22所示的是典型的具有吸收光表面的倾斜角度的可变机构的太阳能电池单元的剖面示意图。
图23所示的是用于解释天文坐标系统的示意图。
图24所示的是太阳能电池组件和太阳能电池的凹槽的纵向、相对水平面的位置关系和安装角度之间的关系的透视图。
图25所示的是不同方位角ψ、纬度δ和转折点角度β之间的关系的曲线图。
实施本发明的最佳模式以下段落将参考附图描述实施本发明的最佳模式，其中需要理解本发明决不限于这些实施本发明的最佳模式。图1是显示用于本发明的太阳能电池组件的太阳能电池的典型的剖面结构的示意图。太阳能电池14被配置以使大量约几百微米宽并约100微米深的凹槽8平行形成于由硅单晶铸块切出的p型硅单晶衬底2的第一主表面(吸收光表面)24上。该凹槽8可以使用一组几百到几千个同心连接的共同旋转的旋转刀片一起刻槽，其中也可以将刻槽操作分为几步运作。
在具有因此形成于其上的凹槽8的衬底2的第一主表面24上，发射极层3通过热扩散磷形成n型掺杂，以便制成p-n结部分。在发射极层3上，用作隧道绝缘薄膜的薄氧化硅薄膜4通常经过热氧化过程形成。
在氧化硅薄膜4上，形成电极5。每个电极5通常通过在真空蒸发装置中沉积在每个凹槽8的一侧的内侧面上(电极形成内侧面)的电极材料(例如，铝等金属)形成，并且这种类型的沉积通过以大于或等于最小必要角度相对蒸发源倾斜衬底2得到，从而可以使电极材料主要沉积于在每个凹槽的横向上的一侧的内侧面，如以下描述(这就是OECO的名称的来源。要注意到电极材料的不必要部分，即还沉积于形成于每个邻近凹槽8之间的凸出部9的顶部表面的部分，随后可以通过磷酸溶液等蚀刻溶液除去)。衬底2的第一主表面24的整个表面以及电极5用氮化硅膜6覆盖，用作保护膜和防反射膜。另一方面，衬底2还在其后表面上具有氮化硅膜6和电极7。
图8显示使用前述太阳能电池14的典型太阳能电池组件。太阳能电池组件60有用于以整体化的方式支撑多个太阳能电池14从而使吸收光表面24朝上的支架50。多个太阳能电池14被固定到支架以使凹槽8的纵向相对支架50的底边几乎彼此一致，以使所有太阳能电池14的电极形成内侧面1，特别是电极5，如图3所示排列在同一侧。
为了最优化年功率输出，在太阳能电池组件60的安装中的电极形成内侧面1的排列方向通常根据吸收光表面24 水平面的倾斜角β和安装位置的纬度δ调整。在实施本方面的最佳模式中，为了下述的安装方法的特殊实施例的实施方便，多个太阳能电池14被固定于支架50(图8)以便电极形成内侧面1的位置在第一位置(图5)和第二位置(图6)之间任意选择，第一和第二位置在平行于吸收光表面的平面内是180°颠倒的关系。
更特别地，多个太阳能电池14共同固定于电池保持部件10，而电池保持部件固定于作为支架的安装基座50。在电池保持部件10固定于安装基座50的方向变化导致多个太阳能电池14的电极形成内侧面1(图3)的位置在第一和第二位置之间共同变化。但是，当形成于太阳能电池14上的凹槽8的朝向不能用肉眼分辨时，太阳能电池14在电池保持部件10或安装基座50上的固定可能产生一些问题。因此，提供具有方向识别标记(定向凹口，定向平台，等等)的太阳能电池14，使标记满足和凹槽8的预定位置关系是方便的。
在这里的电池保持部件具有平板的形式，并且固定各个太阳能电池14以和其表面对齐。因此，电池保持部件10的倾斜角β代表吸收光表面24的倾斜角。另一方面，安装基座50具有框架的形式，电池保持部件10由可分离连接机构的辅助固定，该可分离连接机构由钻孔于安装基座50上的螺旋孔52和穿过电池保持部件10并固定入螺旋孔52的螺丝表示。电池保持部件10的朝向可以通过旋开螺丝51、沿箭头表示的方向旋转电池保持部件10并重新上紧螺丝51而扭转。
还可以固定多个太阳能电池14以使其各个方向可以独立地进行调整。图21显示了其典型结构。在该实例中，每个太阳能电池14安装于配线基座上以配置圆盘型太阳能电池单元35并且太阳能电池单元35被固定于电池保持部件10内的电池固定部10b(具有圆柱状内表面的孔口平面(spot-faced)凹口)以便可以沿轴线旋转。因此，电极形成内侧面1的位置(图3)可以通过旋转太阳能电池单元35改变。电池固定部10b在其内表面上具有通常包括橡胶的弹性固定部10c从而在压力下维持置于电池固定部10b的太阳能电池单元35的固定位置。太阳能电池单元35的输出线从和电池支持部10b相沟通的通孔10a画出。
在大多数安装太阳能电池组件60到屋顶的情况中，通常的实施会选择太阳光充足的南面作为安装位置，如图7所示。现在考虑到太阳能电池使用自然光能发电，一个基本要点是在光能丰富的中天附近的时区以外的中天之前或之后的光能并不丰富的时区，即在早晨或傍晚，光能转换为电能的效率是多少。当太阳光照射以使吸收光表面上的其直角凸出与凹槽8的纵向相交时，更可能产生荫蔽损耗，因此考虑到要提升发电效率太阳能电池在早晨和傍晚长时间保持在这种状态是不理想。对于典型的情况，其中太阳能电池组件60被安装于具有朝北和朝南斜坡的屋顶上，固定各个太阳能电池以使凹槽8的纵向与屋顶的倾斜方向以直角相交，如图4所示。这种类型的固定可以成功地限制在中天附近的时区内照射状态引起的大荫蔽损耗以使由荫蔽损耗可能产生的影响最小化，相反的，当成功地抑制荫蔽损耗时可以有效地转换太阳光为电能，该太阳光早晨从东面或傍晚从西面照射。
在这种情况中，太阳能电池14最终被安装从而水平地和凹槽8的纵向对齐。考虑吸收光表面的倾斜角β的角度和安装位置的纬度δ，发明人广泛地研究电极的最佳方向并发现采用以下所述的安装模式是很有利的。简言之，假设现在吸收光表面水平面的倾斜角为β°，并假设安装位置的纬度为δ°(其中，北纬侧被定义为正)，如图5所示，当满足关系式β≤60×|sinδ| (1)时，定义了太阳能电池组件被安装从而使凹槽的电极形成内侧面比其它内侧面更接近赤道(即，使其沿倾斜方向朝上)，并且如图6所示，当满足关系式β＞60×|sinδ| (2)时，反之亦然。
简言之，在纬度δ，在其中关系式(1)有效，采用图5所示的安装模式相比如图6所示的安装模式可以提升年功率输出，并且在纬度δ，在其中关系式(2)有效，采用图6所示的安装模式相比如图5所示的安装模式可以提升年功率输出。太阳能电池组件60的年输出功率可以因此得到优化。图10显示一个表现上面的条件关系式(1)和(2)曲线图。在图10中南纬定义为负。
关系式(1)和(2)根据图9所示的思维流程产生的。以下段落将详述思维的过程。首先，如图2所示，用于描述电极5的凸出面积的比率(荫蔽损耗)的表达式被发现是基于太阳的方位角和仰角，以及安装的角度和太阳能电池组件60的方位角。如图2清楚的描述，B/(A+B+C)和B’/(A’+B’+C’)(3)表示电极5的凸出面积的比率。如图9中的步骤S1所示，太阳的方位角φ’和仰角θ’(其中，方位角φ’被定义为当假设凹槽的纵向的东方为0，并且逆时针旋转方向为正)被表示为日期d，时刻hr和纬度δ的函数。函数的数据可以主要根据日历决定。数据获得的方法在天文领域是公知的，这里将不再赘述。然后如步骤S2所示，前述方位角φ’和仰角θ’通过旋转变换进行差不多吸收光表面的倾斜角β(也称作太阳能电池组件的安装角度，或更简单为安装角度)以因此决定表示从吸收光表面(太阳能电池组件)看的太阳的相对方位角φ和仰角θ的函数数据。仰角θ相当于在吸收光表面的太阳光的入射角，并且方位角φ相当于凹槽8和正的太阳投射之间的角度，因此如图19所示假设电极的厚度(t)、凹槽的深度(h)、凹槽的宽度(w2)和凹槽之间的距离(w1)全部被作为常参数给出，对每天/小时的荫蔽损耗(S)可以通过使用前述的θ、φ和凹槽的形状参数作为纬度δ和安装角度β函数数据基于上面的表达式(3)计算出(图9中的步骤S3)。
从吸收光表面看的太阳的相对方位角φ和仰角θ可以如下所述被计算(虽然以下的描述将参考北半球的区域，但计算的要点当然也对南半球适用)。首先，在给定日子的时刻hr从赤道看的太阳的位置是确定的。为此，如图23所示假定具有直径为1的天球体，其中东落在正x方向，北落在正y方向，并且上垂直方向落在正z方向。在这种情况下，在天球体上的太阳的位置(x，y，z)可以基于三个以下的方程(4)到(6)决定，其中太阳的中天的时间定作hr＝12x=1-y2cos[π12(hr-6)]--(4)]]>y＝-cos(α) (5)z=1-y2sin[π12(hr-6)]--(6)]]>在上面的公式中，α表示在从1月1日(1月1日为第1天)起的第d天的中天的角度，并且有下式(7)给出α=90×π180+23.45×π180sin[360365(d-81)×π180]--(7)]]>现在注意正交坐标(x，y，z)和在天球体的极化坐标(R，φ’，θ’)成几何关系x＝cosθ’×cosφ’，y＝cosθ’×sinφ’，z＝sinθ’.接着，确定从在纬度为δ°的地点看的太阳的位置为(x1，y1，z1)。从在纬度为δ°的地点看的太阳的位置等于在从赤道绕x轴(东-西向)看通过旋转太阳的位置δ°得到的位置，并且通过以下方程(8)到(10)给出x1＝x (8)y1＝ycos(δ)-zsin(δ) (9)z1＝ysin(δ)+zcos(δ) (10)接着，确定从安装的组件看以面向从正南斜ψ°的方向的太阳的位置(x2，y2，z2)，其中当假设东方为正时给出标记ψ。这种情况下的太阳的位置等于通过绕z轴旋转太阳的位置(x1，y1，z1)ψ°所得到的位置，并且通过以下三个方程(11)到(13)得到x2＝x1cos(ψ)-y1sin(ψ)(11)y2＝s1sin(ψ)+y1cos(ψ)(12)
z2＝z1 (13)再确定从太阳能电池组件看的太阳的位置(x3，y3，z3)。现在假设，如图24所示，这里的太阳能电池组件被安装以与平行于水平面的凹槽的纵向对齐并且有安装角β°。也要注意凹槽的纵向确定为x’方向，垂直于凹槽的纵向且平行于吸收光表面的方向为y’方向，而组件上的垂直线的方向为z’方向。也在这种情况下，从太阳能电池组件看的太阳的位置等于通过绕x’轴旋转太阳-β°所得到的位置，并且通过以下三个方程(14)到(16)给出x3＝x2 (14)y3＝y2cos(-β)-z2sin(-β) (15)z3＝y2sin(-β)+z2cos(-β) (16)因此从太阳能电池组件看的方位角φ和太阳的仰角θ可以通过以下使用太阳位置(x3，y3，z3)的方程(17)和(18)表示φ=tan-1(y3x3)--(17)]]>θ=tan-1(z3x32+y32)--(18)]]>其中当假设凹槽的纵向的东方为0，并且逆时针方向旋转的方向为正时确定方位角φ。当太阳光可以直接入射到太阳能电池组件的吸收光表面时，仰角θ被确定为正。结果，从太阳能电池组件看的方位角φ和太阳的仰角θ可以通过提供上面所述方程(4)到(18)和5个变量组件的安装位置的纬度5、安装角度β、安装方位角ψ、日期d和时刻hr计算出来。
接着，根据上述的原则，在改变纬度δ和安装角度β时可以对两种情况下的遍及一年的不同日期/小时的荫蔽损耗S进行计算，该两种情况中电极形成内侧面1朝上和朝下。在实施本发明的最佳模式中，当固定安装方位角ψ为0，以10°为间隔改变纬度δ，并以5°为间隔改变安装角度，典型的数据点通过观察每个月的第15天的每个时间的荫蔽损耗S采集，它是月中的典型的日子。图11、12和13显示测量于每个月的第15天的8a.m.、10a.m.、12noon、14p.m.和16p.m.的荫蔽损耗S的计算结果，其中太阳能电池组件位于30°纬度并且安装角度β分别为25°、30°和35°。图14、15和16显示测量于每个月的第15天的8a.m.、10a.m.、12noon、14p.m.和16p.m.的荫蔽损耗S的计算结果，其中太阳能电池组件位于50°纬度并且安装角度β分别为45°、50°和55°。
现在再参考图9，按步骤S4进行计算以确定在减去荫蔽损耗S后吸收太阳能的有效的量Pe。此处假设不考虑纬度、时刻和太阳仰角，在垂直于太阳光的表面的太阳能的能量密度假定为平均值1kW/m2。注意到只有沿垂直方向到组件上的部分可以贡献照射到组件上的太阳能的能量密度。还假定对于其中在白天(例如，从日出到日落)太阳光不能直接照射组件的情况只有散射光可以到达吸收光表面，其中太阳能的能量密度不考虑入射角假定恒为0.3kW/m2。也就是说，吸收的太阳能的有效量是通过不考虑太阳的位置从0.3kW/m2中减去荫蔽损耗后得到的值。如图7所示，这通过太阳取决于季节和时区移到组件60后的情况表示。晚间(从日落到日出)吸收的太阳能的有效量假定为0kW/m2。
接着，在步骤S5中，因此基于前面所述的假定计算的吸收的太阳能的有效量Pe是一天的所有时间的总和并且然后除以一天的所有时间，以因此得到吸收的太阳能的平均有效量Pea。吸收的太阳能的平均有效量Pea和安装角度β的关系如图17(纬度δ＝30°)和图18(纬度δ＝50°)所示。从图中明显的看到，电极形成内侧面朝上和朝下的情况之间的优劣关系在某一转折点转变，其中向上放置在更小角度的区域具有优势，而向下放置在更大角度的区域具有优势。还发现产生优劣关系转变的转折点取决于纬度δ变化。例如，纬度30°的情况显示转折点角度约为30°。这意味着电极形成内侧面当β大于转折点的角度时向下(赤道的方向)是较佳的，并且当β小于转折点的角度时朝上(与赤道相反的方向)是较佳的。另一方面，纬度50°的情况显示转折点的角度约为47°。
现在再参考图9，然后按步骤S7进行计算以确定对于各个纬度δ的转折点角度。图10是通过绘制对纬度δ的计算结果得到的曲线图。从图中发现曲线在纬度0°(赤道位置)降到零，这说明在向上放置和向下放置之间没有优劣关系，而当δ向北纬侧或向南纬侧转移时，转折点的角度根据正弦曲线递增。该关系与前面所述条件判别式(1)和(2)一致。当在计算中所用的OECO太阳能电池的凹槽形态如图19所示具有凸出部9的宽度(w1)为50微米、凹槽的宽度(w2)为450微米、凹槽的深度(h)为50微米并且电极的厚度(t)为5微米时，替换为任何别的值将最终给出类似的曲线。注意到在求导中母线电极被忽略，因为母线电极的荫蔽损耗不随入射角度变化。
在本发明中，可以通过基于这些判别式确定太阳能电池组件60的电极形成内侧面的安装方向，并通过以此安装组件增加由太阳能电池组件60得到的年功率输出的总量。注意到本发明的判别式适用于从北纬90°到南纬90°。
如图20所示，并不是总能确定具有安装太阳能电池组件60的向南方向的最佳位置。图20显示了组件必须勉强地安装于向东的屋顶(具有向东和向西斜坡)的情况。在这种情况下，安装方位角ψ不等于零。因此最好固定太阳能电池到支架(此处的电池保持部件10)从而使凹槽8的纵向(例如，电极形成内侧面)垂直于南北方向(平行于东西方向)。在这种情况下，吸收光表面的斜坡的方向也位于东西方向。
图25显示当安装方位角ψ不等于零时在不同的纬度δ的安装角度β的计算结果。由图可以发现，直到安装方位角ψ为65°时所观察的安装角度β和纬度δ之间的关系没有特别的变化，这说明如果不加修改地使用所述的判别式(1)和(2)将没有问题。另一方面，超过65°(最大为90°)的安装方位角ψ导致从由判别式(1)和(2)的右手边表示的正弦曲线起的曲线偏差的相当大的增加，这说明了这些判别式和那些用于判别凹槽方向的判别式一样的不足。为了应对安装方位角ψ超过65°的情况，发明人随后进行了曲线拟合的研究以使点与函数拟合，所述的这些点表示安装角度β对应不同的纬度δ的计算结果，并且发现它能有效地使用以下的判别式。也就是说，当满足以下关系式(19)时，太阳能电池组件被安装以使凹槽的电极形成内侧面比另一个内侧面更接近赤道是较佳的，而当满足以下关系式(20)时，反之亦然。注意到，对于ψ为90°的情况(组件向东)，当满足以下关系式(19)时，太阳能电池组件被安装以使凹槽的电极形成内侧面比另一个内侧面更接近东面或下面，而当满足以下关系式(20)时，反之亦然。另一方面，对于ψ为-90°的情况(组件向西)，当满足以下关系式(19)时，太阳能电池组件被安装以使凹槽的电极形成内侧面比另一个内侧面更接近西面或下面，而当满足以下关系式(20)时，反之亦然。
β≤-32.5×cos(2×(δ+ω(1-δ90)×sin(2×δ))+32.5--(19)]]>β>-32.5×cos(2×(δ+ω(1-δ90)×sin(2×δ))+32.5--(20)]]>其中，ω＝-0.0043δ3+0.9δ2-62.5δ+1461。
如图10清楚地描述，具有更高纬度的区域有更大的有关电极形成内侧面的上下朝向的转折点角度。这是因为更高纬度的区域全年只有很小的太阳光入射角度，所以更大的吸收光表面的倾斜角度具有更大的优势。如上面所述的，可能有这样一种情况，其中倾斜角β本身具有取决于安装位置的纬度δ的最佳值。因此，可以如图22所示配置本发明的太阳能电池组件以使吸收光表面的倾斜角β可变。在如图22所示的实施本发明的最佳模式中，电池保持部件10的下端部分通过铰链53和基座150结合以便倾斜角β可以通过使用升降杆54(elevation rod)提升或降低电池保持部件10的上端。典型地使升降杆54和螺母54a结合，其中螺母54a和螺旋轴55啮合，可以通过操作把手56以便向前或反方向旋转螺旋轴55提升或降低升降杆54。
(实例1)如图1所示的太阳能电池通过下述的方法制造。首先，在p形单晶硅晶片2的吸收光表面侧上，利用切块机形成多个具有正方形(矩形)部分的平行凹槽8，该单晶硅晶片2(10厘米见方，300微米厚，电阻率0.5欧姆·厘米)包含用作杂质的第三簇元素镓。在图19中，由凹槽之间的距离(w1)为50微米、凹槽的宽度(w2)为450微米并且凹槽的深度(h)为50微米确定凹槽的形态。随后在晶片中产生的被损坏的层通过使用氢氧化钾水溶液的蚀刻除去，利用辅助等离子体化学气相沉积(CVD)设备在后表面形成氮化硅膜6。
随后，包括n+型区域的发射极层3通过热扩散第五簇元素磷形成于硅晶片2的吸收光表面一侧以调整薄膜电阻为100欧姆/□。在硅晶片2的后表面，通过沉积真空蒸发的铝形成2微米厚的电极7。接着，通过热氧化在吸收光表面形成2纳米厚的隧道氧化薄膜4，并且用于形成电极的铝通过从垂直于平行凹槽的纵向并从晶片的表面起倾斜20°的方向的真空蒸发沉积从而仅在每个凹槽的一侧面形成5微米厚的电极5。进一步地，通过辅助等离子体CVD在吸收光表面的整个表面形成70纳米厚的氮化硅薄膜6。
六十个同样制造的OECO太阳能电池随后被固定于包含玻璃和Tedlar的支架以使电极形成内侧面1被安排在同一侧，以使凹槽的纵向和太阳能电池组件的底边一致，并用EVA(乙烯-乙酸乙烯酯)树脂浇铸到太阳能电池组件中。还制造了比较太阳能电池组件，其中安装一半的太阳能电池以使电极形成内侧面1翻转180°。为方便起见，前者被称为样品1，后者为样品2。如此制造的太阳能电池组件的组件面积为666厘米2，样品的额定输出功率为110W。
使用太阳模拟器(光强1kW/m2，光谱AM1.5总体(global))测量如此制造的太阳能电池组件的输出特性。在测量中，太阳能电池组件的吸收光表面从垂直于凹槽的方向倾斜60°。所得输出特性列于表1。
表1

由测量结果，显示样品1的短路电流比样品2的大约大0.5A，这表示更大的输出。因此认为通过采用本发明可以得到更大的输出。
(实例2)
从本发明的判别式(1)和(2)判断，当电极形成内侧面朝下时，安装于北纬30°并且安装角度为35°可以产生最佳结果。为了论证，发明人在具有从正南倾斜35°斜坡的屋顶(位于北纬30°20”日本Kagoshima Prefecture，Yaku岛上)上安装了制造于实例1中的太阳能电池组件，该太阳能电池组件中所有的电极形成内侧面1单向对齐，并测量了年输出功率。此处所用的样品为一个具有朝上的电极形成内侧面的太阳能电池组件和一个具有朝下的电极形成内侧面的太阳能电池组件。年输出功率的测量结果列于表2。
表2

由测量结果，为了使吸收光的内侧面朝下而安装的太阳能电池组件相比朝上安装的太阳能电池组件显示更大的年输出功率。
权利要求
1.一太阳能电池组件，其特征在于，包括在其各个吸收光表面具有多个平行凹槽的多个太阳能电池，每个凹槽具有在其横向一侧的内侧面下称电极形成内侧面上的用于引出输出的电极；以及用于以整体化方式支撑太阳能电池使得吸收光面向上的支架，其中所述多个太阳能电池被固定于支架上以使凹槽的纵向基本相互一致，并使得电极形成内侧面被安置于同一侧。
2.如权利要求1所述的太阳能电池组件，其特征在于，所述多个太阳能电池被固定到支架以便电极形成内侧面的位置在第一位置和第二位置之间任意选择，第一和第二位置在平行于吸收光表面的平面内是180°颠倒的关系。
3.如权利要求2所述的太阳能电池组件，其特征在于，所述多个太阳能电池共同固定于电池保持部件，电池保持部件固定于作为支架的安装基座，并被配置以使电池保持部件固定于安装基座的角度变化可以导致所述多个太阳能电池的电极形成内侧面的位置在第一和第二位置之间共同变化。
4.如权利要求1至3中的任一个所述的太阳能电池组件，其特征在于，凹槽具有矩形、半圆形或三角形的截面。
5.如权利要求1至4中的任一个所述的在预定安装位置安装太阳能电池组件的方法，其特征在于，所述各个太阳能电池凹槽的电极形成内侧面的排列方向根据所安装的各个太阳能电池的吸收光表面水平面的倾斜角β以及太阳能电池组件安装位置的纬度δ进行调整。
6.如权利要求5所述的安装太阳能电池组件的方法，其特征在于，安装太阳能电池组件以使形成于单各个太阳能电池上的凹槽的纵向水平地对齐，并假定现在吸收光表面水平面的倾斜角为β°，安装位置的纬度为δ°，其中北纬侧被定义为正，当满足关系式β≤60×|sinδ|时，太阳能电池组件还被安装从而使凹槽的电极形成内侧面比其它内侧面更接近赤道，而当满足关系式β＞60×|sinδ|时，反之亦然。
全文摘要
太阳能电池组件60具有多个太阳能电池14，这些太阳能电池在其各个吸收光表面上具有多个平行的凹槽8，每个凹槽具有一在其横向一侧的内侧面(电极形成内侧面)上用于引出输出的电极5；并具有用于以整体化方式支撑太阳能电池14以使吸收光表面朝上的支架10、50。当考虑到各个所安装的太阳能电池14的吸收光表面水平面的倾斜角β和太阳能电池组件的安装位置的纬度δ时，通过调整凹槽8的电极形成内侧面的安装方向可以增加年功率输出。这成功地提供了即使在太阳光斜向照射组件时也能均衡来自组件中各个太阳能电池的输出电流的太阳能电池组件。
文档编号H01L31/042GK1489791SQ02804239
公开日2004年4月14日 申请日期2002年1月30日 优先权日2001年2月1日
发明者生岛聪之, 之, 大冢宽之, 俊, 高桥正俊, 渡部武纪, 纪, 夫, 阿部孝夫 申请人:信越半导体株式会社, 信越化学工业株式会社