TW201327878A - 薄膜太陽能電池 - Google Patents

Abstract

一種薄膜太陽能電池，包括有一基板、一第一光反射層、一光電轉換區塊與一第二光反射層。第一光反射層與第二光反射層係分別配置光電轉換區塊之二側。光電轉換區塊具有多個光電轉換單元，且每一光電轉換單元之間具有至少一溝槽。當基板接收一太陽光時，第一光反射層與第二光反射層係各自用以反射太陽光中具有一第一波長範圍與一第二波長範圍之光線。如此一來，反射光線透過溝槽入射觀視者的眼睛，觀視者在視覺上即可混合第一波長範圍與第二波長範圍對應的色彩，而在混色後產生多元的視覺色彩效果。

Description

薄膜太陽能電池

本發明係有關於一種薄膜太陽能電池，尤其是一種具有不同光反射層反射不同波長範圍之光線，以產生二種以上色彩混色效果的薄膜太陽能電池。

建材一體型太陽能電池模板(Building-integrated photovoltaic，BIPV)係為一種利用建築手法，將太陽能電池融合為建築物一部分的技術，此種技術使得太陽能電池不僅可以發電，亦可以兼顧遮陽或採光的功能。在人口密度高與土地價格昂貴的都會地區，BIPV是解決土地成本過高與整合發電設備於建物外觀的最佳解決方案之一。

一般而言，BIPV具有節能減碳、遮陽以降低建物外表溫度、以及取代傳統窗戶、屋頂等建材之優點；然而，建物之外觀形狀與顏色受限於BIPV的顏色與樣式，以及太陽能電池之光電轉換效率與透光性較難取得平衡之問題，亦為BIPV目前存在的缺點。舉例來說，目前市場上的主流太陽能電池包括有矽晶電池模組、矽薄膜電池模組等。由於不透明的太陽能電池模組將遮蔽使用者的視野，因此僅能應用在例如：雨棚、遮光罩、屋頂等處，而無法作為大樓之側壁窗戶或玻璃帷幕。

習知遂有利用雷射切割太陽能電池結構，來決定光線穿透的BIPV模組，然而，此種做法僅能達到單一灰階顏色，且式樣少變化的效果，較難被廣泛地接受與應用於市場上。因此，如何使得太陽能電池模組透明化，並且進一步使得太陽能電池模組的外觀色彩多元化，實為相關領域者目前迫切需要解決的問題。

鑒於以上，本發明在於提供一種薄膜太陽能電池，適於成色兩種以上的顏色。當應用此種薄膜太陽能電池於BIPV模組，可在視覺混色後產生多元化色彩，藉以解決習知技術存在的問題。

本發明係有關於一種薄膜太陽能電池，用於接收一太陽光。該薄膜太陽能電池包括：一基板、一第一光反射層、一光電轉換區塊與一第二光反射層。基板接收該太陽光，第一光反射層配置於基板上，並且用以反射一第一波長範圍之光線。光電轉換區塊配置於第一光反射層上，且光電轉換區塊具有多個光電轉換單元。每一光電轉換單元之間具有至少一溝槽。第二光反射層配置於光電轉換區塊上，且第二光反射層用以反射一第二波長範圍之光線。穿透第一光反射層之太陽光中具有第二波長範圍之光線係被第二光反射層所反射，而經由該至少一溝槽射出基板。

根據本發明之一實施例，其中第一光反射層之材料可以是碳化矽(SiC)或微晶矽(Microcrystalline Silicon)。

根據本發明之一實施例，其中第二光反射層之材料可以是彩色聚乙烯縮丁醛(Colorful PVB)。

根據本發明之一實施例，其中光電轉換區塊可包含有一第一電極層、一第一光電轉換層、一第二光電轉換層與一第二電極層。其中，第一電極層係配置於第一光反射層上；第一光電轉換層係配置於第一電極層上；第二光電轉換層係配置於第一光電轉換層上；第二電極層係配置於第二光電轉換層上。

根據本發明之一實施例，其中第一光電轉換層與第二光電轉換層的材料，其中之一為非晶矽(Amorphous Silicon)，其中之另一為微晶矽(Microcrystalline Silicon)。

根據本發明之一實施例，薄膜太陽能電池另可包括一全反射層，配置於光電轉換區塊與第二光反射層之間，穿透第一光反射層之太陽光中不具有第二波長範圍之光線係被全反射層反射回光電轉換區塊，以增加光電轉換區塊之光電轉換效率。

是以，本發明提出之薄膜太陽能電池，係利用光電轉換區塊二側的第一光反射層與第二光反射層，各自反射具有第一波長範圍與第二波長範圍之光線。藉此，當具有第一波長範圍的光線反射至觀視者處，進而產生第一色彩時，具有第二波長範圍的光線同樣地被反射至觀視者處，而產生第二色彩。如此一來，觀視者在視覺上即可混合第一與第二色彩，而產生多元的視覺色彩效果。

透過本發明不僅能使太陽能模組成色兩種以上的顏色，設計者亦可透過對第一與第二波長範圍光線的適當選擇，而製作出BIPV應用上所欲使用的色彩。

以上有關於本發明的內容說明，與以下的實施方式係用以示範與解釋本發明的精神與原理，並且提供本發明的專利申請範圍更進一步的解釋。有關本發明的特徵、實作與功效，茲配合圖式作較佳實施例詳細說明如下。

以下在實施方式中詳細敘述本發明之詳細特徵以及優點，其內容足以使任何熟習相關技藝者了解本發明之技術內容並據以實施，且根據本說明書所揭露之內容、申請專利範圍及圖式，任何熟習相關技藝者可輕易地理解本發明相關之目的及優點。

為能解決習知技術的太陽能電池模組僅能達到單一灰階顏色，且色彩少變化的問題，本發明提出了一種可成色兩種以上色彩的薄膜太陽能電池。請參考「第1圖」與「第2圖」所示，其分別為本發明之薄膜太陽能電池之分解圖與剖面結構圖。從「第1圖」可以看出，薄膜太陽能電池10包含多個切割區塊101，切割區塊101係位於一基板202上。一般而言，薄膜太陽能電池10可依光射入方向的不同，將其結構分為覆板(superstrate)結構以及基板(substrate)結構兩種。本實施例之薄膜太陽能電池10例如是一種覆板(superstrate)結構之太陽光電元件。如「第1圖」所示，由於覆板結構是指光線由基板端射入，所以光線會從基板202側(意即圖示中的下方)往薄膜太陽能電池10的內部射入。

此一基板202可以是透明基板，其材質可以是但不限定為玻璃或透明樹脂。雖然圖中以薄膜太陽能電池10包含4 x 3個切割區塊101為例進行說明，但切割區塊101之數目並非用以限制本發明之發明範圍。以下關於薄膜太陽能電池10中每一個切割區塊101之斷面結構，續請參考「第2圖」。

請參考「第2圖」所示，係為根據本發明實施例之薄膜太陽能電池之切割區塊的剖面結構圖。從「第2圖」可以看出，切割區塊101在基板202以上依序包含有一第一光反射層203、一光電轉換區塊204、一全反射層206以及一第二光反射層208。其中，光電轉換區塊204包括第一電極層2041、第一光電轉換層2042、第二光電轉換層2043與第二電極層2044。

在一實施例中，第一電極層2041與第二電極層2044的材料可以選自透明導電氧化物(Transparent Conductive Oxide，TCO)或金屬所組成的群組中。例如是氧化鋅(ZnO)、氧化銦(In₂O₃)、氧化鋁鋅(Al doped ZnO，AZO)或是銦鋅氧化物(indium zinc oxide，IZO)等透明導電材質，以作為薄膜太陽能電池10之前電極(Front Contact)與背電極(Back Contact)。

第一電極層2041係配置於第一光反射層203上，第一光電轉換層2042係配置於第一電極層2041上。第二光電轉換層2043係配置於第一光電轉換層2042上，且第二電極層2044係配置於第二光電轉換層2043上。藉此，當光線由基板202之下方射入時，光線係依序經由第一光電轉換層2042與第二光電轉換層2043進行光電轉換。入射光線中具有較短波長的光線可先被第一光電轉換層2042所吸收，而其餘具有較長波長的光線則被第二光電轉換層2043所吸收，如此一來，藉由配置具有不同能隙(Energy Gap)之第一光電轉換層2042與第二光電轉換層2043，薄膜太陽能電池10可以吸收更為寬廣的光線頻譜。其中，第一光電轉換層2042之材質例如為非晶矽(Amorphous Silicon)，第二光電轉換層2043之材質例如為微晶矽(Microcrystalline Silicon)。

基於上述光電轉換之用途，基板202所稱之透明係指可供第第一光電轉換層2042與第二光電轉換層2043轉換之光線通過，而非僅供可見光通過方屬透明。同時，此處之透明並非100%供該光線穿透，而是能使部分之光線穿透，即應屬本發明之範圍。

一般來說，在薄膜太陽能電池10的製作過程，透過多道雷射製程S1,S2,S3來切割第一電極層2041、第一光電轉換層2042與第二光電轉換層2043、以及第二電極層2044，用以形成薄膜太陽能電池10中多個串聯的次電池(sub cell)，此部分係為本領域具通常知識者所熟知的技術，故本發明在此並不贅述。唯在本實施例中，為了增加光線在光電轉換層中光電轉換之效率，本實施例的薄膜太陽能電池10可選擇性的配置全反射層206於第二電極層2044上，藉此增加光線在薄膜太陽能電池10中反射或散射的機率。

在一實施例中，全反射層206可在執行雷射製程S3前便形成在第二電極層2044上。藉此，當全反射層206沉積或塗佈在第二電極層2044上再執行雷射製程S3時，全反射層206即可具有與第一光電轉換層2042、第二光電轉換層2043與第二電極層2044齊平的切割面。之後，如「第1圖」中所示，當再次執行雷射製程S4切割光電轉換區塊204，以形成該些切割區塊101時，每一切割區塊101即可視為一光電轉換單元(Photovoltaic transduction unit cell)以進行光電轉換之用。並且，各個光電轉換單元之間係以一溝槽12間隔之。在一實施例中，雷射製程S3與雷射製程S4各自形成的切割溝槽12可相互正交，以製作出方整結構的切割區塊101。

本發明主要是在薄膜太陽能電池10的製作中，增加兩道步驟，包括：形成第一反射層203於光電轉換區塊204與基板202之間；以及形成第二反射層208於光電轉換區塊204之上。藉此結構，當光線從基板202側(意即圖示中下方)往薄膜太陽能電池10的內部射入時，第一反射層203會先反射光線中具有一第一波長範圍的光線。當該具有第一波長範圍的光線投射至觀視者的眼睛時，即可產生一第一色彩。

值得注意的是，為使得未被第一反射層203所反射的光線可接著進入光電轉換區塊204作為光電轉換之用，第一反射層203可預先透過雷射製程S0切割出一道較寬之雷射開口(如「第2圖」所示)。藉此，未被第一反射層203所反射的光線即可經由雷射製程S0定義出的開口進入光電轉換區塊204。

之後，當該光線在光電轉換區塊204中進行光電轉換時，有部分的光線會經由溝槽12打在第二反射層208上。此時，第二反射層208反射該光線中具有第二波長範圍的光線，以在反射回觀視者的眼睛時，產生第二色彩。如此一來，觀視者在視覺上即可混合第一與第二色彩，而產生多元的視覺色彩效果。

值得說明的是，藉由選擇第一反射層203與第二反射層208的材質與厚度，便可決定出薄膜太陽能電池10反射出第一色彩與第二色彩的顏色種類。舉例來說，第一反射層203的材質可以是碳化矽(SiC)或微晶矽(Microcrystalline Silicon，m-Si)，且第二反射層208的材質可以是彩色聚乙烯縮丁醛(Colorful PVB)。當第一反射層203的材質選自SiC，且其厚度為7奈米(nanometer，nm)、10 nm或20 nm時，薄膜太陽能電池10可分別形成紫色、深藍色或淺藍色的反射光。至於當第一反射層203的材質選自m-Si，且其厚度為30 nm或50 nm時，薄膜太陽能電池10則可分別形成銀色或金色的反射光。是以，透過本實施例之薄膜太陽能電池10，可使得太陽能模組成色兩種以上的顏色，其中每一顏色係來自第一反射層203與第二反射層208其中之一所反射具有特定波長之光線，以在視覺混色後呈現多元化的色彩。

其次，根據本發明提出薄膜太陽能電池，更可在第一波長範圍上選擇太陽光光譜中能量密度較低的頻段，使得能量密度較低的光線被第一反射層所反射呈色，而能量密度較強的光線可進入光電轉換區塊進行光電轉換之用。藉此，本發明提出之薄膜太陽能電池即可兼具多元色彩與發電效能之需求。

舉例而言，太陽光光譜中綠光的能量密度高於藍光與黃光，因此，若欲使薄膜太陽能電池產生綠色的視覺效果時，雖然設計人員可以直接採用能夠反射綠光的光反射層，但是這樣的作法卻會產生光電轉換區塊吸收的綠光大幅減少而造成薄膜太陽能電池之光電轉換效率低落的問題。但是，若依照上述實施例所揭露的技術，設計人員可以讓第一反射層以及第二反射層分別反射黃光以及藍光。如此一來，當自薄膜太陽能電池被反射出的黃光與藍光進入觀視者的眼睛後，即會產生綠色的薄膜太陽能電池的視覺效果；在另一方面，光電轉換區塊亦可以吸收能量密度較高的綠光，是以相較於採用反射綠光的光反射層的作法，上述實施例之薄膜太陽能電池能夠具有較高的光電轉換效率。

雖然本發明以前述的較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習相像技藝者，在不脫離本發明之精神與範圍內，當可作些許更動與潤飾，因此本發明之專利保護範圍須視本說明書所附之申請專利範圍所界定者為準。

10．．．薄膜太陽能電池

12．．．溝槽

101．．．切割區塊

202．．．基板

203．．．第一光反射層

204．．．光電轉換區塊

206．．．全反射層

208．．．第二光反射層

2041．．．第一電極層

2042．．．第一光電轉換層

2043．．．第二光電轉換層

2044．．．第二電極層

「第1圖」係為根據本發明實施例之薄膜太陽能電池之分解圖。

「第2圖」係為根據本發明實施例之薄膜太陽能電池之剖面結構圖。

10．．．薄膜太陽能電池

12．．．溝槽

101．．．切割區塊

202．．．基板

208．．．第二光反射層

Claims (6)

1. 一種薄膜太陽能電池，接收一太陽光，該薄膜太陽能電池包括：一基板，接收該太陽光；一第一光反射層，配置於該基板上，該第一光反射層用以反射一第一波長範圍之光線；一光電轉換區塊，配置於該第一光反射層上，該光電轉換區塊具有多個光電轉換單元，且該些光電轉換單元間具有至少一溝槽；以及一第二光反射層，配置於該光電轉換區塊上，該第二光反射層用以反射一第二波長範圍之光線，穿透該第一光反射層之該太陽光中具有該第二波長範圍之光線係被該第二光反射層反射，而經由該溝槽射出該基板。
2. 如請求項1所述之薄膜太陽能電池，其中該第一光反射層之材料係為碳化矽(SiC)或微晶矽(Microcrystalline Silicon)。
3. 如請求項1所述之薄膜太陽能電池，其中該第二光反射層之材料係為彩色聚乙烯縮丁醛(Colorful PVB)。
4. 如請求項1所述之薄膜太陽能電池，其中該光電轉換區塊包括：一第一電極層，配置於該第一光反射層上；一第一光電轉換層，配置於該第一電極層上；一第二光電轉換層，配置於該第一光電轉換層上；以及一第二電極層，配置於該第二光電轉換層上。
5. 如請求項4所述之薄膜太陽能電池，其中該第一光電轉換層與該第二光電轉換層的材料，其中之一為非晶矽(Amorphous Silicon)，其中之另一為微晶矽(Microcrystalline Silicon)。
6. 如請求項1所述之薄膜太陽能電池，另包括一全反射層，配置於該光電轉換區塊與該第二光反射層之間，以增加該光電轉換區塊之光電轉換效率。