CN102201537A - 太阳能电池模块 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种太阳能电池模块，该太阳能电池模块包括基板、第一太阳能电池以及第二太阳能电池。基板上具有光转换层，其中光转换层将300～500nm波长的光线转换成500～700nm波长的光线。第一太阳能电池位于基板的表面上。第二太阳能电池是位于基板的另一表面上，且第一太阳能电池与第二太阳能电池电性连接。

Description

太阳能电池模块
技术领域
本发明涉及一种太阳能电池模块，且特别是涉及一种有机太阳能电池(organic photovoltaic cell，OPV)模块。
背景技术
近年来环保意识高涨，为了应对石化能源的短缺与减低使用石化能源对环境带来的冲击，替代能源与再生能源的研发便成了热门的议题，其中又以太阳能电池photovoltaic cells)最受瞩目。太阳能电池可将太阳能直接转换成电能，且发电过程中不会产生二氧化碳或氮化物等有害物质，不会对环境造成污染。
一般而言，传统太阳能电池是在基板上形成第一电极层、有源层以及第二电极层。当光束照射至太阳能电池时，有源层受光能的作用可产生自由电子-空穴对，并通过两电极层之间电场使电子与空穴会分别往两电极层移动，而产生电能的储存形态。此时若外加负载电路或电子装置，便可提供电能而使电路或装置进行驱动。
然而，目前太阳能电池最大的问题就是其光吸收率或是光电转换率不足。因此，如何提高太阳能电池的光吸收率以及光电转换率已经在积极的发展之中。
发明内容
本发明提供一种太阳能电池模块，其可提高太阳能电池的光吸收率，进而提高太阳能电池模块整体效能。
本发明提出一种太阳能电池模块，其包括基板、第一太阳能电池以及第二太阳能电池。基板上具有光转换层，其中光转换层将300～500nm波长的光线转换成500～700nm波长的光线。第一太阳能电池位于基板的表面上。第二太阳能电池是位于基板的另一表面上，且第一太阳能电池与第二太阳能电池电性连接。
基于上述，由于本发明在第一太阳能电池以及第二太阳能电池之间设置光转换层，以将300～500nm波长的光线转换成500～700nm波长的光线。如此一来，便可以使无法被太阳能电池吸收的光线(300～500nm)转换成太阳能电池可吸收的光线(500～700nm)，以提高太阳能电池模块的整体效率。
为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图作详细说明如下。
附图说明
图1是依照本发明实施例的太阳能电池模块的剖面示意图。
图2是依照本发明实施例的太阳能电池模块的光吸收波段的曲线图。
图3是图1的太阳能电池模块的光吸收行为的示意图。
图4是图1的太阳能电池模块中的光转换层可使300～500nm波长的光线转换成500～700nm波长的光线的示意图。
图5是图1的太阳能电池模块中的光吸收率与波长的曲线图。
图6与图7是依照本发明其他实施例的太阳能电池模块的剖面示意图。
图8与图9是太阳能电池模块中第一与第二太阳能电池的电性连接示意图。
附图标记说明
10：太阳能电池模块
10a：光入射面
10b：光反射面
A：第一太阳能电池
B：第二太阳能电池
100：基板
100a：第一表面
100b：第二表面
110：第一电极层
110a：透明导电层
110b：功函数调整层
112：第一有源层
114：第二电极层
120：第三电极层
120a：透明导电层
120b：功函数调整层
122：第二有源层
124：第四电极层
DCL：光转换层
L1～L3：光线
X、Y、A、B、M、N：曲线
500：区域
800、900a、900b：输出单元
具体实施方式
图1是依照本发明实施例的太阳能电池模块的剖面示意图。请参照图1，本实施例的太阳能电池模块10包括基板100、第一太阳能电池A以及第二太阳能电池B，特别是，基板100上设置有光转换层DCL。此外，太阳能电池模块10具有光入射面10a以及光反射面10b。
基板100具有表面100a以及相对于表面100a的另一表面100b。基板100可为硬质基板(例如是玻璃基材、硅基材)或是柔性基板(例如是有机聚合物基材)，优选采用柔性基板。倘若基板100是采用柔性基板，则本实施例的太阳能电池模块10可以采用连续滚轮制造程序(roll to roll)来制造。
根据本实施例，光转换层DCL是设置于基板100的表面100a上。特别是，光转换层DCL可将300～500nm波长的光线转换成500～700nm波长的光线。如图4所示，光转换层DCL可将以B曲线分布的光线转换成A曲线分布的光线。上述的光转换层DCL可包括荧光材料或是磷光材料。
此外，第一太阳能电池A是设置在基板100的表面100a上方，其包括第一电极层110、第一有源层112以及第二电极层114。因此，本实施例的光转换层DCL是位于第一太阳能电池A与基板100之间。
第一太阳能电池A的第一电极层110位于基板100的第一表面100a上。根据本实施例，第一电极层110包括透明电极材料，优选的是，第一电极层110包括透明导电层110a以及功函数调整层110b。在此，透明导电层110a例如是铟锡氧化物、铟锌氧化物、铝锡氧化物、铝锌氧化物、铟锗锌氧化物或其它合适的金属氧化物。功函数调整层110b主要是用来使第一电极层110相对于第一有源层112具有适当的功函数，其材料例如是包括碳酸铯(CsCO3)、氧化锌(ZnO)或是其他的功函数调整材料。
第一太阳能电池A的第一有源层112覆盖第一电极层110。第一有源层112吸收第一波长范围的光线。根据本实施例，第一有源层112为有机吸光材料，且主要是吸收可见光波段的光线或是吸收红外光波段的光线。倘若第一有源层112是吸收可见光波段的光线，那么其材料可包括聚(3-己基噻吩)：[6，6]苯基-C61-酪酸甲基酯(poly(3-hexylthiophene)：[6，6]-phenyl-C61-butyricacid methyl ester(P3HT：[60]PCBM))、聚[2-甲烷基-5-(30，70-二甲基壬氧)-1，4-伸苯基伸乙烯基]：[6，6]苯基-C61-酪酸甲基酯(poly[2-methoxy-5-(30，70-dimethyloctyloxy)-1，4-phenylenevinylene]：[6，6]-phenyl-C61-butyricacidmethyl ester(MDMO-PPV：[60]PCBM))或是其他合适的材料。倘若第一有源层112是吸收红外光波段的光线，那么其材料可包括聚[2，6-(4，4-双-(2-乙基己基)-4H-)]双噻吩[2，1-b；3，4-b′]环戊烷-alt-4，7-(2，1，3-苯并噻二唑)：[6，6]苯基-C71-酪酸甲基酯(poly[2，6-(4，4-bis-(2-ethylhexyl)-4H-cyclopenta[2，1-b；3，4-b′]dithiophene)-alt-4，7-(2，1，3-benzothiadiazole)]：[6，6]-phenyl-C71butyric acid methyl ester(PCPDTBT：[70]PCBM))、聚[4，8-双-取代-苯[1，2-b：4，5-b′]二噻吩]-2，6--diyl-alt-4-取代-thieno[3，4-b]thio-phene-2，6-diyl]：[6，6]苯基-C71-酪酸甲基酯(poly[4，8-bis-substituted-benzo[1，2-b：4，5-b′]dithiophene-2，6-diyl-alt-4-substituted-thieno[3，4-b]thio-phene-2，6-diyl]：[6，6]-phenyl-C71butyric acid methyl ester(PBDTTT：[70]PCBM))或是其他合适的材料。
第一太阳能电池A的第二电极层114覆盖第一有源层112。根据本实施例，第二电极层114包括透明电极材料，其例如是有机导电材料。一般来说，第二电极层114的材料的选择也会考虑其功函数能与第一有源层112搭配，因此，本实施例的第二电极层114的材料可包括聚3，4-伸乙二氧基塞吩：聚苯乙烯磺酸(PEDOT:PPS)、氧化铟锡(ITO)或是其他合适的材料。
此外，第二太阳能电池B是设置在基板100的另一表面100b上并与第一太阳能电池A电性连接。第二太阳能电池B包括第三电极层120、第二有源层122以及第四电极层124。
第二太阳能电池B的第三电极层120位于基板100的第二表面100b上。根据本实施例，第三电极层120包括透明电极材料，优选的是，第三电极层120包括透明导电层120a以及功函数调整层120b。在此，透明导电层120a例如是铟锡氧化物、铟锌氧化物、铝锡氧化物、铝锌氧化物、铟锗锌氧化物或其它合适的金属氧化物。功函数调整层120b主要是用来使第三电极层120相对于第二有源层122具有适当的功函数，其材料例如是包括聚3，4-伸乙二氧基塞吩：聚苯乙烯磺酸(PEDOT:PPS)、氧化钼(MoO3)或是其他的功函数调整材料。
第二太阳能电池B的第二有源层122覆盖第三电极层120。第二有源层122吸收第二波长范围的光线。根据本实施例，第二有源层122为有机吸光材料，且主要是吸收红外光波段的光线或是吸收可见光波段的光线。倘若第二有源层122是吸收可见光波段的光线，那么其材料可包括P3HT：[60]PCBM、MDMO-PPV：[60]PCBM或是其他合适的材料。倘若第二有源层122是吸收红外光波段的光线，那么其材料可包括PCPDTBT：[70]PCBM、PBDTTT：[70]PCBM或是其他合适的材料。
值得一提的是，本实施例的第二太阳能电池B的第二有源层122与第一太阳能电池A的第一有源层112是吸收不同的波长范围的光线。如图2所示，纵轴表示入射光子转换电子效率(IPCE(％))，且横轴表示波长。若第一太阳能电池A的第一有源层112是吸收可见光波段的光线(如曲线X)，那么第二太阳能电池B的第二有源层122是吸收红外光波段的光线(如曲线Y)。相反地，若第一太阳能电池A的第一有源层112是吸收红外光波段的光线(如曲线Y)，那么第二太阳能电池B的第二有源层122是吸收可见光波段的光线(如曲线X)。
另外，第二太阳能电池B的第四电极层124是覆盖第二有源层122。根据本实施例，第四电极层124包括金属电极材料，优选的是具有高导电性以及高反射性的金属材料，例如是铝、银或是其合金。
承上所述，在上述的太阳能电池模块10中，第一太阳能电池A的第二电极层114的表面是作为太阳能电池模块10的光入射面10a，且第二太阳能电池B的第四电极层124的表面是作为太阳能电池模块10的光反射面10b。因此，如图3所示，当外界光线L1从太阳能电池模块10的光入射面10a射入太阳能电池模块10之后，会先通过第一太阳能电池A的第一有源层112，以使第一有源层112吸收光线L1中的第一波长范围的光线(例如是红外光波段的光线)。
接着，当光线L1继续传递至光转换层DCL时，光线L1中300～500nm波长的光线会被转换成500～700nm波长的光线。如图4所示，光转换层DCL可将以B曲线分布的光线转换成A曲线分布的光线。换言之，此时，光线L2中大部分的300～500nm波长的光线(紫外光波段的光线)已经被转换成500～700nm波长的光线(可见光至红外光波段的光线)了。而当光线L2在穿过基板100之后，在通过第二太阳能电池B的第二有源层122时，第二有源层122将吸收光线L2的第二波长范围的光线(例如是可见光波段的光线)。
接着，光线L2传递到第四电极层124时会被反射以形成光线L3。而反射的光线L3在通过第二有源层122时，第二有源层122将可再次吸收第二波长范围(例如可见光波段的光线)。接着，当光线L3在通过基板100并通过第一有源层112时，第一有源层112将可再次吸收第一波长范围(例如红外光波段的光线)。
承上所述，由于外界光线L1的第一波长范围(例如红外光波段的光线)的光线以及第二波长范围的光线(例如是可见光波段的光线)可各自被第一有源层112以及第二有源层122吸收。而且，当外界光线L1于通过光转换层DCL时，外界光线L1的300～500nm波长的光线(无法被有源层吸收的光线)会被转换成500～700nm波长的光线(能够被第一有源层及第二有源层吸收的光线)。因此，本实施例将第一太阳能电池A与第二太阳能电池B设置在基板的两表面，并且在第一太阳能电池A以及第二太阳能电池B之间设置光转换层DCL，可以有效地提高第一太阳能电池模块的整体效率。
图5是图1的太阳能电池模块中的光吸收率与波长的曲线图。请参照图5，曲线M表示在太阳能电池模块中有装设光转换层时的吸收曲线，曲线N表示在太阳能电池模块中未装设光转换层时的吸收曲线。由图5可知，曲线M相较于曲线N在500～700nm(区域500)的光吸收率较高，其大约可增加85％的量子转换效率。由此可知，在太阳能电池模块中装设光转换层确实可以有效地提高太阳能电池模块的整体效能。
图6是依照本发明实施例的太阳能电池模块的剖面示意图。图6的实施例与图1的实施例相似，因此相同的元件以相同的符号表示，且不再重复说明。图6的实施例与图1的实施例不同之处在于，光转换层DCL是设置在基板100的表面100b上。换言之，在此实施例中，光转换层DCL是位于第二太阳能电池B与基板100之间。
承上所述，在本实施例中，由于第一太阳能电池A与第二太阳能电池B之间设置有光转换层DCL。因此，当外界光线于通过光转换层DCL时，外界光线的300～500nm波长的光线(无法被有源层吸收的光线)会被转换成500～700nm波长的光线(能够被第一有源层及第二有源层吸收的光线)。因此，本实施例在第一太阳能电池A以及第二太阳能电池B之间设置光转换层DCL，可以有效地提高第一太阳能电池模块的整体效率。
图7是依照本发明实施例的太阳能电池模块的剖面示意图。图7的实施例与图1的实施例相似，因此相同的元件以相同的符号表示，且不再重复说明。图7的实施例与图1的实施例不相同之处在于，在基板100的表面100a以及表面100b上各自设置有光转换层DCL。换言之，在此实施例中，光转换层DCL是位于第一太阳能电池A与基板100之间以及第二太阳能电池B与基板100之间。
类似地，由于第一太阳能电池A与第二太阳能电池B之间设置有光转换层DCL。因此，当外界光线在通过光转换层DCL时，外界光线的300～500nm波长的光线(无法被有源层吸收的光线)会被转换成500～700nm波长的光线(能够被第一有源层及第二有源层吸收的光线)。因此，本实施例在第一太阳能电池A以及第二太阳能电池B之间设置光转换层DCL，可以有效地提高第一太阳能电池模块的整体效率。
在上述图1、图6或图7的实施例中，太阳能电池模块中的第一太阳能电池A与第二太阳能电池B是彼此电性连接。而第一太阳能电池A与第二太阳能电池B之间可以是电性串联或者是电性并联，如图8以及图9所示。
请参照图8，此实施例的太阳能电池模块是以图1的结构为例来说明。在此实施例中，第一太阳能电池A与第二太阳能电池B是串联在一起的。举例来说，第一太阳能电池A的第一电极层114是与第二太阳能电池B的第四电极层124电性连接，也就是使第一电极层114与第四电极层124电性连接至输出单元800的其中一个端点。而第一太阳能电池A的第二电极层110是与第二太阳能电池B的第三电极层120电性连接，也就是使第二电极层110与第三电极层120电性连接至输出单元800的另一个端点。换言之，第一太阳能电池A与第二太阳能电池B所产生的电能是通过同一输出单元800输出。
承上所述，使第一太阳能电池A的第一电极层114与第二太阳能电池B的第四电极层124电性连接的方式可以采用设置外部电路板(未绘示)的方式来达成。而使第一太阳能电池A的第二电极层110与第二太阳能电池B的第三电极层120电性连接的方式可以采用在基板100中设置导电结构(未绘示)或者是设置外部电路板(未绘示)的方式来达成。
请参照图9，此实施例的太阳能电池模块也是以图1的结构为例来说明。在此实施例中，第一太阳能电池A与第二太阳能电池B是并联在一起的。举例来说，第一太阳能电池A的第一电极层114与第一太阳能电池A的第二电极层110是电性连接到一个输出单元900a，而第二太阳能电池B的第四电极层124电性连接与第二太阳能电池B的第三电极层120则是电性连接到另一输出单元900b。换言之，第一太阳能电池A与第二太阳能电池B所产生的电能是各自由对应输出单元900a，900b输出。
虽然上述图8以及图9的电性连接方式是以图1的太阳能电池模块为例来说明。实际上，此领域技术人员于参照图8以及图9的说明之后，即可清楚地了解图6以及图7的阳能电池模块中第一太阳能电池A与第二太阳能电池B的电性连接方式。换言之，在图6以及图7的阳能电池模块中，第一太阳能电池A与第二太阳能电池B可以电性串联或者是电性并联。
综上所述，由于本发明在第一太阳能电池以及第二太阳能电池之间设置光转换层，以将300～500nm波长的光线转换成500～700nm波长的光线。如此一来，便可以使传统无法被太阳能电池吸收的光线(300～500nm)转换成太阳能电池可吸收的光线(500～700nm)，以提高太阳能电池模块的整体效率。
虽然本发明已以实施例披露如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，故本发明的保护范围当视权利要求所界定为准。

Claims (13)

1.一种太阳能电池模块，包括：
基板，该基板上具有光转换层，其中该光转换层将300～500nm波长的光线转换成500～700nm波长的光线；
第一太阳能电池，位于该基板的表面上；以及
第二太阳能电池，位于该基板的另一表面上，且该第一太阳能电池与该第二太阳能电池电性连接。
2.如权利要求1所述的太阳能电池模块，其中该光转换层包括荧光材料或是磷光材料。
3.如权利要求1所述的太阳能电池模块，其中该光转换层位于该第一太阳能电池与该基板之间。
4.如权利要求1所述的太阳能电池模块，其中该光转换层位于该第二太阳能电池与该基板之间。
5.如权利要求1所述的太阳能电池模块，其中该光转换层位于该第一太阳能电池与该基板之间以及该第二太阳能电池与该基板之间。
6.如权利要求1所述的太阳能电池模块，其中该第一太阳能电池与该第二太阳能电池串联。
7.如权利要求1所述的太阳能电池模块，其中该第一太阳能电池与该第二太阳能电池并联。
8.如权利要求1所述的太阳能电池模块，其中该第一太阳能电池包括第一电极层、第二电极层以及位于该第一电极层以及该第二电极层之间的第一吸光层。
9.如权利要求8所述的太阳能电池模块，其中该第二太阳能电池包括第三电极层、第四电极层以及位于该第三电极层以及该第四电极层之间的第二吸光层。
10.如权利要求9所述的太阳能电池模块，其中该第一有源层以及该第二有源层分别为有机吸光材料。
11.如权利要求9所述的太阳能电池模块，其中该第一有源层与该第二有源层其中之一是吸收可见光，且另一是吸收红外光。
12.如权利要求9所述的太阳能电池模块，其中该第一电极层、该第二电极层以及该第三电极层分别包括透明电极材料。
13.如权利要求9所述的太阳能电池模块，其中该第四电极层包括反射电极材料。
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