TWI412144B - 薄膜太陽能電池 - Google Patents

Description

薄膜太陽能電池

本發明係有關於一種薄膜太陽能電池，特別是有關於一種使用於大樓玻璃帷幕、或是車窗玻璃的薄膜太陽能電池，其具有特殊之光學結構，使人們待在室內往外看時，光線可以減弱不刺眼。

薄膜太陽能電池係利用不同薄膜沈積於基板上，並藉由雷射切割方式，分割各層薄膜，使之成為一個個單一獨立且串聯的單一電池(unit cell)。從基板由下往上所沈積的薄膜依序為前電極層(front electrode)，光吸收層與背電極層(back electrode)。在薄膜太陽能電池的先前技術中，美國專利第4795500號已揭露一種太陽能電池，請參見第1A圖，此太陽能電池包括一基板1、一光轉換元件2(包含一前電極層3、光反應層4與後電極層5)以及一阻抗層8(resist layer)，在製作此太陽能電池時，係以阻抗層8(resist layer)當做遮罩(mask)，並配合蝕刻製程(etching process)以形成所需的複數個光穿透區域6。

另外，美國專利第6858461號已揭露另一種太陽能電池，請參見第1B圖，此太陽能電池110包括一基板114、一前電極層118、光反應層120與後電極層122，係利用雷射切割的方式，在與將太陽能電池分割為獨立串聯之單元區塊112(unit cell)的線槽(groove)128的垂直方向，切割一條條的切割線(scribe line)124，同時將金屬後電極層122移除以形成光穿透區域，使光源116能透過太陽能電池110而造成透明的效果。此外，美國專利第2006/0112987號已揭露另一種太陽能電池，請參見第1C圖，利用雷射來移除後電極層或光吸收層以產生許多小洞8，透過這些小洞8使得整片太陽能 電池模組19上有許多光穿透區域18，以達到整個太陽能電池模組19具透明之效果。

上述形成之薄膜太陽能電池，為了希望可以吸收更多的太陽光，製造許多光穿透區域，便成為一種半透明式的薄膜太陽能電池，但在實際情況使用時，人們待在室內往外看時，往往會覺得陽光太刺眼而造成不便，故若能發明出一方面可以吸收更多的太陽光，另一方面亦不會造成人們生活不便的薄膜太陽能電池，實為業界所需。

為了解決上述先前技術不盡理想之處，本發明提出一種薄膜太陽能電池與其製作方法，至少包括依序堆疊形成之前基板、前電極層、光吸收層與背電極層。其中，前基板與前電極層均為透光之材質，且光吸收層主要係吸收自前基板射入之光線，背電極層相反於前基板之一側至少設置有一光學層，藉由光學層所包含的光學微結構，使光線折射與反射，以散射及柔化自背電極層相反於前基板之方向射入的光線。

緣此，本發明之主要目的在提供一種薄膜太陽能電池，其中背電極層相反於前基板之一側至少設置有一光學層，利用該光學層，藉以形成一抗反射之表面，則透過光學層之光線，可使人們待在室內往外看時，光線可以柔和不刺眼。

由於本發明係揭露一種薄膜太陽能電池與其製作方法，其中所利用之太陽能電池之光電轉換原理，已為相關技術領域具有通常知識者所能明瞭，故以下文中之說明，不再作完整描述。同時，以下文中所對照之圖式，係表達與本發明特徵有關之結構示意，並未亦不需要依據實際尺寸完整繪 製，盍先敘明。

首先請參考第2圖，係本發明提出之第一較佳實施例，為一種薄膜太陽能電池20之剖面示意圖。此薄膜太陽能電池20依序堆疊而形成前基板11、前電極層12、光吸收層13與背電極層14。其中前基板11與前電極層12均選用的材質為透光的材質，前基板11係為玻璃基板；前電極層12可為單層結構或多層結構之透明導電氧化物(TCO：Transparent Conductive Oxide)，而其可選用材料為二氧化錫(SnO₂)、氧化銦錫(ITO)、氧化鋅(ZnO)、氧化鋁鋅(AZO)、氧化鎵錫(GZO)或氧化銦鋅(IZO)等所構成的材料；光吸收層13可為單結構或多層結構所組成，而其可選用材料為結晶矽半導體、非晶矽半導體、半導體化合物、有機半導體或敏化染料等所構成的材料；背電極層14可為單結構或多層結構所組成，其進一步包含一金屬層，其金屬層可選用材料為銀(Ag)、鋁(Al)、鉻(Cr)、鈦(Ti)、鎳(Ni)或金(Au)等金屬，此外背電極層14亦進一步包含一透明導電氧化物，其可選用材料為二氧化錫(SnO₂)、氧化銦錫(ITO)、氧化鋅(ZnO)、氧化鋁鋅(AZO)、氧化鎵鋅(GZO)或氧化銦鋅(IZO)等所構成的材料。

在上述實施例中，光吸收層13主要係吸收自前基板11射入之光線，背電極層14相反於前基板11之一側至少設置有一光學層15，為用以散射自背電極層14相反於前基板11之方向射入的光線，則可使薄膜太陽能電池20藉由光線31經過該等有機材料微結構間而形成的界面折射與界面反射，而達成光線31散射之效果，其中該等有機材料係為高分子樹脂(polymer resin)、高分子橡膠(polymer rubber)或其它折射率較空氣(air)大之透明或不透明材質等有機材料所構成。當然地，薄膜太陽能電池20亦可藉由光線31經過該等無機材料微結構間而形成的界面折射與界面反射，而達成光線31散射之效果，其中該等無機材料係為矽橡膠、矽樹脂、氧化矽、氧化鋁、 氧化鈦或氧化鋅等無機材料所構成。

請繼續參考第3圖，上述之光學層15可摻雜有複數個微粒子151，藉由光線31經過該等微粒子151間而形成的界面折射與界面反射，進而達成光線散射之效果，其中該等微粒子151之平均粒徑介於1奈米至1000微米之間。請繼續參考第4圖，光學層15亦可藉由在背電極層14相反於前基板11之表面塗佈，以進一步形成具有微粒狀之粗糙表面152，進而達成光線散射之效果，其中粗糙表面152之粗糙度Ra值大於10奈米。上述之在光學層15中變化之方式，皆可利用光線穿透該等有機材料微結構、無機材料微結構、微粒子151或具有微粒狀之粗糙表面152等之折射作用，進而可散射及柔化穿透該光學層15之光線，使人們待在室內往外看時，光線可以柔和不刺眼。

請繼續參考第5圖，係本發明提出之第二較佳實施例之剖面示意圖，為一種薄膜太陽能電池20，可使用在大樓玻璃帷幕、或是車窗等。此薄膜太陽能電池20依序堆疊而形成前基板11、前電極層12、光吸收層13、背電極層14與背基板16。其中背基板16相反於前基板11之一側至少設置有一光學層15，為用以散射自該背基板16相反於該前基板11之方向射入的光線。背基板16以使用玻璃基板為較佳，當然亦可使用其他透光材質。薄膜太陽能電池20之其他特徵如前基板11、前電極層12、光吸收層13、背電極層14及光學層15等，則如前述之第一較佳實施例所揭露者。

以上所述僅為本發明之較佳實施例，並非用以限定本發明之權利範圍；同時以上的描述，對於熟知本技術領域之專門人士應可明瞭及實施，因此其他未脫離本發明所揭示之精神下所完成的等效改變或修飾，均應包含在申請專利範圍中。

1(先前技術)、114(先前技術)‧‧‧基板

2(先前技術)‧‧‧光轉換元件

3(先前技術)、118(先前技術)‧‧‧前電極層

4(先前技術)、120(先前技術)‧‧‧光反應層

5(先前技術)、122(先前技術)‧‧‧後電極層

6(先前技術)、18(先前技術)‧‧‧光穿透區域

8(先前技術)‧‧‧阻抗層

110(先前技術)‧‧‧太陽能電池

112(先前技術)‧‧‧單元區塊

116(先前技術)‧‧‧光源

128(先前技術)‧‧‧線槽

124(先前技術)‧‧‧切割線

19(先前技術)‧‧‧太陽能電池模組

8(先前技術)‧‧‧小洞

20‧‧‧薄膜太陽能電池

11‧‧‧前基板

12‧‧‧前電極層

13‧‧‧光吸收層

14‧‧‧背電極層

15‧‧‧光學層

151‧‧‧微粒子

152‧‧‧粗糙表面

16‧‧‧背基板

31‧‧‧光線

第1A圖為一示意圖，為薄膜太陽能電池的先前技術。

第1B圖為一示意圖，為薄膜太陽能電池的先前技術。

第1C圖為一示意圖，為薄膜太陽能電池的先前技術。

第2圖為一示意圖，係根據本發明提出之第一較佳實施例，為一種薄膜太陽能電池。

第3圖為一示意圖，係根據本發明提出第一較佳實施例，為一種薄膜太陽能電池。

第4圖為一示意圖，係根據本發明提出第一較佳實施例，為一種薄膜太陽能電池。

第5圖為一示意圖，係根據本發明提出第二較佳實施例，為一種薄膜太陽能電池。

20‧‧‧薄膜太陽能電池

11‧‧‧前基板

12‧‧‧前電極層

13‧‧‧光吸收層

14‧‧‧背電極層

15‧‧‧光學層

31‧‧‧光線

Claims (29)

1. 一種薄膜太陽能電池，至少包括前基板、前電極層、光吸收層與背電極層，其特徵在於：該前基板與前電極層均為透光之材質，且該光吸收層主要係吸收自該前基板射入之光線，該背電極層相反於該前基板之一側至少設置有一光學層，該光學層係主要包含有複數個微結構，藉由光線經過該等微結構間而形成的界面折射與界面反射，以散射自該背電極層相反於該前基板之方向射入的光線。
2. 依據申請專利範圍第1項之薄膜太陽能電池，其中該光學層之微結構主要為有機材料，選自於高分子樹脂(polymer resin)、高分子橡膠(polymer rubber)，或此等所成的群組。
3. 依據申請專利範圍第1項之薄膜太陽能電池，其中該光學層之微結構主要為無機材料，選自於由矽橡膠、矽樹脂、氧化矽、氧化鋁、氧化鈦與氧化鋅所構成之群組。
4. 依據申請專利範圍第1項之薄膜太陽能電池，其中該光學層之微結構主要為平均粒徑介於1奈米至1000微米之間的微粒子。
5. 依據申請專利範圍第1項之薄膜太陽能電池，其中該光學層係藉由在該背電極層相反於該前基板之表面塗佈以形成具有微粒狀粗糙表面之結構，而達成光線散射之效果。
6. 依據申請專利範圍第5項之薄膜太陽能電池，其中該粗糙表面之粗糙度Ra值大於10奈米。
7. 依據申請專利範圍第1項之薄膜太陽能電池，其中該前電極層的材料係為透明導電氧化物(TCO：Transparent Conductive Oxide)，其材料係選自於由二氧化錫(SnO₂)、氧化銦錫(ITO)、氧化鋅(ZnO)、氧化鋁鋅(AZO)、氧化鎵錫(GZO)及氧化銦鋅(IZO)等所構成之群組。
8. 依據申請專利範圍第1項之薄膜太陽能電池，其中該前電極層可為單層結構或多層結構。
9. 依據申請專利範圍第1項之薄膜太陽能電池，其中該光吸收層可為單層結構或多層結構。
10. 依據申請專利範圍第1項之薄膜太陽能電池，其中該光吸收層的材料係選自於由結晶矽半導體、非晶矽半導體、半導體化合物、有機半導體及敏化染料等所構成之群組。
11. 依據申請專利範圍第1項之薄膜太陽能電池，其中該背電極層進一步包含有一金屬層，其材料係選自於由銀(Ag)、鋁(Al)、鉻(Cr)、鈦(Ti)、鎳(Ni)及金(Au)等所構成之群組。
12. 依據申請專利範圍第1項之薄膜太陽能電池，其中該背電極層進一步包含有一透明導電氧化物，其材料係選自於由二氧化錫(SnO₂)、氧化銦錫(ITO)、氧化鋅(ZnO)、氧化鋁鋅(AZO)、氧化鎵鋅(GZO)及氧化銦鋅(IZO)等所構成之群組。
13. 依據申請專利範圍第1項之薄膜太陽能電池，其中該背電極層可為單層結構或多層結構。
14. 依據申請專利範圍第1項之薄膜太陽能電池，其中該前基板為玻璃基板。
15. 一種薄膜太陽能電池，至少包括前基板、前電極層、光吸收層、背電極層與背基板，其特徵在於：該前基板與前電極層均為透光之材質，且該光吸收層主要係吸收自該前基板射入之光線，該背基板相反於該前基板之一側至少設置有一光學層，該光學層係主要包含有複數個微結構，藉由光線經過該等微結構間而形成的界面折射與界面反射，以散射自該背基板相反於該前基板之方向射入的光線。
16. 依據申請專利範圍第15項之薄膜太陽能電池，其中該光學層之微結構主要為有機材料，選自於高分子樹脂(polymer resin)、高分子橡膠(polymer rubber)，或此等所成的群組。
17. 依據申請專利範圍第15項之薄膜太陽能電池，其中該光學層之微結構主要為無機材料，選自於由矽橡膠、矽樹脂、氧化矽、氧化鋁、氧化鈦與氧化鋅所構成之群組。
18. 依據申請專利範圍第15項之薄膜太陽能電池，其中該光學層之微結構主要為平均粒徑介於1奈米至1000微米之間的微粒子。
19. 依據申請專利範圍第15項之薄膜太陽能電池，其中該光學層係藉由在該背電極層相反於該前基板之表面塗佈以形成具有微粒狀粗糙表面之結構，而達成光線散射之效果。
20. 依據申請專利範圍第19項之薄膜太陽能電池，其中該粗糙表面之粗糙度Ra值大於10奈米。
21. 依據申請專利範圍第15項之薄膜太陽能電池，其中該前電極層的材料係為透明導電氧化物(TCO：Transparent Conductive Oxide)，其材料係選自於由二氧化錫(SnO₂)、氧化銦錫(ITO)、氧化鋅(ZnO)、氧化鋁鋅(AZO)、氧化鎵錫(GZO)及氧化銦鋅(IZO)等所構成之群組。
22. 依據申請專利範圍第15項之薄膜太陽能電池，其中該前電極層可為單層結構或多層結構。
23. 依據申請專利範圍第15項之薄膜太陽能電池，其中該光吸收層可為單層結構或多層結構。
24. 依據申請專利範圍第15項之薄膜太陽能電池，其中該光吸收層的材料係選自於由結晶矽半導體、非晶矽半導體、半導體化合物、有機半導體及敏化染料等所構成之群組。
25. 依據申請專利範圍第15項之薄膜太陽能電池，其中該背電極層進一步 包含有一金屬層，其材料係選自於由銀(Ag)、鋁(Al)、鉻(Cr)、鈦(Ti)、鎳(Ni)及金(Au)等所構成之群組。
26. 依據申請專利範圍第15項之薄膜太陽能電池，其中該背電極層進一步包含有一透明導電氧化物，其材料係選自於由二氧化錫(SnO₂)、氧化銦錫(ITO)、氧化鋅(ZnO)、氧化鋁鋅(AZO)、氧化鎵鋅(GZO)及氧化銦鋅(IZO)等所構成之群組。
27. 依據申請專利範圍第15項之薄膜太陽能電池，其中該背電極層可為單層結構或多層結構。
28. 依據申請專利範圍第15項之薄膜太陽能電池，其中該前基板為玻璃基板。
29. 依據申請專利範圍第15項之薄膜太陽能電池，其中該背基板為玻璃基板。