TWM600002U

TWM600002U - 一種光伏電池結構

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Publication number: TWM600002U
Application number: TW109204873U
Authority: TW
Inventors: 張裕洋; 丁定國; 劉修銘; 黃松建; 陳耀宗
Original assignee: 位元奈米科技股份有限公司
Priority date: 2020-04-23
Filing date: 2020-04-23
Publication date: 2020-08-11
Also published as: CN212011029U

Abstract

一種光伏電池結構，包含：一透明導電基板、一電子傳遞層、一主動層、數條的第一蝕刻槽、數條的第二蝕刻槽、數條的第三蝕刻槽、複數絕緣層、一電洞傳遞層及數個串接導電層。以該些蝕刻槽阻隔構成光伏單元，並在該些蝕刻槽填滿鋪設有複數個絕緣層。另以其一蝕刻槽填滿鋪設與該電洞傳遞層相同材料，以串接該電洞傳遞層與該下導電層電性連結，以構成光伏電池結構之製作。在省去習知以金屬為導電層的製作，可以增加光伏材料塗層的受光面積，並且以蝕刻槽間隙並結合絕緣層的填補設計，增加光伏電池作業裕度，提升良率及光電轉換有效區域的利用。

Description

一種光伏電池結構

本創作係有關一種光伏電池結構，尤指一種關於電極結構改良之光伏電池結構。

光伏電池的研究是再生能源中受眾人期待的一個方向。雖然現今已商業化的多數產品是以矽為其主要材料，不過使用高分子材料所開發之有機光伏電池因其製程簡單、造價便宜、材質輕盈、可撓曲等特性而受到業界與學術界的矚目。

目前在製備有機光伏電池時，其多是透過塗佈(Coating)為製備光伏電池薄膜之技術手段，其優點在於能夠使得該薄膜具有較佳之平整性與均勻性。而進一步可以R2R製程即是一種具有潛力用以大面積製備有機光伏電池的技術，其在產業界已有配合，R2R製程即可良好地配合其運作，得以在較低成本之下生產這些具有可塑性、重量輕、耐衝擊等優點。

近來更有將光伏電池製作為可以雙面照光及具有透光的半透明結構，以做為更多的產品應用，如建物的窗戶等應用，不過結構中材料的顏色限制及其上下導電層金屬材料作為電性連接的線路製作，都會影響該光伏電池透光性甚至影響照光的光電傳換效率。

進一步探討光伏電池之光電轉換裝置在結構上有很多種，其中一種稱為光伏電池的光電轉換裝置，如有機光伏電池或者是鈣鈦礦光伏電池，其中該光伏電池由複數光伏單元串、並聯而成，而各該光伏單元包含電子傳遞層、主動層(在OPV中吸光層稱為BHJ layer(bulk-heterojunction layer)，在Perovskite solar cell中就稱為Perovskite layer)、電洞傳遞層，進一步再由上下層的電極導線線性連接達成光電轉換及電子傳遞的效果。

其中以有機光伏電池為例，電子傳遞層可以是PEI為主成分構成，主動層可以是溶劑稀釋的P3HT/PCBM、PCPDTBT/PCBM，其中P3HT/PCBM為有複數聚3-己烷基噻吩(poly(3-hexylthiophene)，P3HT(p型材料))聚合物半導體及複數苯基-C61丁酸甲酯(phenyl-C61-butyric acid methylester，PCBM(n型材料))混合而成，至於電洞傳遞層可以是經溶劑稀釋的PEDOT：PSS為主成分(PEDOT：PSS)，包含有複數EDOT(3,4-亞乙二氧噻吩單體)的聚合物及複數聚苯乙烯磺酸鈉(sodium-p-styrenesulfonate,PSS)混合而成。

其中前述的電洞傳遞層(HTL)除具備電洞移轉的功能性需求外，因為該PEDOT：PSS也可具導電性，因此本創作利用電洞傳遞層具有導電特性而提出一種新穎的光伏電池結構設計，來改善傳統光伏電池結構及簡化製程並降低製作成本，更可提高光電轉換效率。

因此，本創作之主要目的，在於提供一種改良的光伏電池結構，其中採用電洞傳遞層(HTL)以具高導電性的材料構成阻抗100Ω/□以下，透光率50%以上，該電洞傳遞層同時兼具導電功能，省去上導電層的製作，以簡化製程降低製作成本的光伏電池結構，並可增加該光伏電池的透光性以及增加光電轉換效率。

本創作之另一目的，在於光伏電池結構上結合複數蝕刻槽，其中以該些蝕刻槽以阻隔構成光伏單元，並在該些蝕刻槽填滿鋪設有複數個絕緣層。另外以其一蝕刻槽當作貫通孔填滿鋪設與該電洞傳遞層相同材料，以串接該電洞傳遞層與該下導電層電性連結，以構成光伏電池結構之製作。在本創作結構省去習知以金屬為導電層的製作，可以增加光伏材料塗層的受光面積，並且以蝕刻槽間隙並結合絕緣層的填補設計，增加光伏電池作業裕度，提升良率及光電轉換有效區域的利用。

為達上述之目的，本創作提供一種光伏電池結構，包含：一透明導電基板、一電子傳遞層、一主動層、複數條的第一蝕刻槽、複數條的第二蝕刻槽、複數條的第三蝕刻槽、複數絕緣層、一電洞傳遞層及複數個串接導電層。該透明導電基板包含有一透明基板及一下導電層，該下導電層設於該透明基板一側面上。該電子傳遞層設於該下導電層的一側面上。該主動層設於該電子傳遞層的一側面上。該些第一蝕刻槽以貫穿該主動層、該電子傳遞層及該下導電層，以形成複數個光伏單元。該些第二蝕刻槽以貫穿該主動層及該電子傳遞層。該些第三蝕刻槽，係以縱向及橫向的貫穿該主動層及該電子傳遞層。複數絕緣層，係設於該些第一蝕刻槽及該些第三蝕刻槽的內部。該電洞傳遞層係分別設於已被蝕刻成數個小單元的該主動層表面的特定區域上。該些串接導電層設於該些第二蝕刻槽內部，使該電洞傳遞層與該下導電層電性連結。

在本創作之一實施例中，該電子傳遞層為聚乙烯亞胺。

在本創作之一實施例中，該電子傳遞層的結構層厚度為0.5nm-10nm。

在本創作之一實施例中，該主動層為溶劑稀釋的P3HT/PCBM、PCPDTBT/PCBM，其中P3HT/PCBM為有複數3-己烷基噻吩(p型材料)聚合物半導體及複數苯基-C61丁酸甲酯(n型材料)混合而成。

在本創作之一實施例中，該主動層的結構層厚度為100nm-500nm。

在本創作之一實施例中，該電洞傳遞層及該串接導電層為溶劑稀釋的聚(3,4-亞乙基二氧噻吩)/聚對苯乙烯磺酸為主成分，包含有複數3,4-亞乙二氧噻吩單體的聚合物及複數聚苯乙烯磺酸鈉混合而成。

在本創作之一實施例中，該電洞傳遞層的結構層厚度為100nm-1um。

在本創作之一實施例中，該電洞傳遞層的阻抗為1-100Ω/□。

在本創作之一實施例中，該電洞傳遞層表面上更包含有一反光層。

在本創作之一實施例中，該些第二蝕刻槽為10um-500um。

在本創作之一實施例中，該些第一蝕刻槽及該些第三蝕刻槽寬距為10um-500um。

在本創作之一實施例中，該電洞傳遞層及該下導電層各電性連結一銀漿為材料的引線與外部電性連接，該引線可經印刷製作為一排線接線區而成。

在本創作之一實施例中，該透明導電基板為透明導電層捲材。

在本創作之一實施例中，該透明基板一側或兩側設置一緩衝層，以增加該透明基板之強度或與該下導電層之附著力。

在本創作之一實施例中，該緩衝層為壓克力、環氧樹脂、二氧化矽或以上兩種材料之組合。

在本創作之一實施例中，該透明基板為透光塑料或透光玻璃基板。

在本創作之一實施例中，該透光塑料為酚醛樹脂、聚醯胺、聚醯亞胺、聚氨酯、聚乙烯、聚乙烯對苯二甲酸酯、壓克力塑料等。

在本創作之一實施例中，該透明基板的厚度為10um-500um。

在本創作之一實施例中，該下導電層為金屬或金屬氧化物，或是金屬氧化物、金屬和金屬氧化物的多層組合。

在本創作之一實施例中，該下導電層透光率可以是70%-95%。

在本創作之一實施例中，該絕緣層可以是UV膠、環氧樹脂或藍膠。

在本創作之一實施例中，該光伏電池結構的上下貼附之阻水阻氣材料層進行封裝，以構成光伏電池元件。

在本創作之一實施例中，該阻水阻氣材料層包含一上阻水阻氣層、一下阻水阻氣層及一阻水阻氣膠。

在本創作之一實施例中，該阻水阻氣層的厚度50um-500um。

10:光伏層

1:透明導電基板

11:透明基板

12:下導電層

2:電子傳遞層

3:主動層

4:電洞傳遞層

5:絕緣層

6:串接導電層

7:阻水阻氣材料層

71:阻水阻氣層

72:阻水阻氣層

73:阻水阻氣膠

20:第一蝕刻槽

30:第二蝕刻槽

40:第三蝕刻槽

圖1a，本創作之光伏電池結構的光伏層示意圖；圖1b，係圖1a俯視示意圖；圖2a，係圖1a在光伏層的電子傳遞層、主動層及下導電層進行第一蝕刻槽、第二蝕刻槽及第三蝕刻槽的切割側視示意圖；圖2b，係圖2a的俯視示意圖；圖3a，係圖2a在第一蝕刻槽及第三蝕刻槽內部製作絕緣層側視示意圖；圖3b，係圖3a的俯視示意圖；圖4a，係圖3a在主動層上進行電洞傳遞層、串接導電層製作的側視示意圖；圖4b，係圖4a的俯視示意圖；圖5，係本創作之另一光伏電池結構實施例示意圖。

茲有關本創作之技術內容及詳細說明，現配合圖式說明如下：請參閱圖1a、1b，係本創作之光伏電池結構的光伏層及圖1a的俯視示意圖。如圖所示：本創作一種光伏電池結構，依序先將光伏層10，包含一電子傳遞層2、一主動層3，依序塗佈於一透明導電基板(或透明導電層捲材)1上。其中，該光伏層10之電子傳遞層2以聚乙烯亞胺(Polyethylenimine，PEI)為主成分經狹縫塗佈後，結構層厚度以0.5nm-10nm為佳；該光伏層10之主動層3可以是溶劑稀釋的P3HT/PCBM、PCPDTBT/PCBM，其中P3HT/PCBM為有複數聚3-己烷基噻吩(poly(3-hexylthiophene)，P3HT(p型材料))聚合物半導體及複數苯基-C61丁酸甲酯(phenyl-C61-butyric acid methylester，PCBM(n型材料))混合而成，以臨二甲苯稀釋後經狹縫塗佈後，結構層厚度以100nm-500nm為佳。

另，該透明導電基板1包含有一透明基板11及一設於該透明基板11一側面的下導電層12。其中該透明基板(或透明捲材)11任一側或兩側更可設置一緩衝層(圖中未示)以增加該透明基板11之強度或與該下導電層12之附著力。該緩衝層為壓克力、環氧樹脂、二氧化矽或以上兩種材料之組合。該透明基板11為透光塑料或透光玻璃基板，其中該透光塑料為酚醛樹脂(Phenol Novolac，PN)、聚醯胺(Polyamide，PA)、聚醯亞胺(Polyimide，PI)、聚氨酯(Polyurethanes，PU)、聚乙烯(Polyethylene，PE)、聚乙烯對苯二甲酸酯(Polyethylene Terephthalate，PET)、壓克力塑料等。在本圖式中，該透明基板11的厚度為10um-500um。

又，該下導電層12係可經塗佈、濺鍍或蒸鍍製成，該下導電層12為金屬或金屬氧化物，或是金屬氧化物、金屬和金屬氧化物的多層組合，且該下導電層12透光率可以是70%-95%。又，在本圖式中，該下導電層12以利用一銀漿為材料的引線(圖中未示)與外部電性連接，該引線可經印刷製作為一排線接線區(圖中未示)而成。

請參閱圖2a、2b，係圖1a在光伏層的電子傳遞層、主動層及下導電層進行第一蝕刻槽、第二蝕刻槽及第三蝕刻槽的切割側視及圖2a的俯視示意圖。如圖所示：本創作以一特定雷射能量不破壞透明基板11方式，進行複數條的第一蝕刻槽(線)20之雷射蝕刻，蝕刻該主動層3、該電子傳遞層2及下導電層12，以形成各該光伏單元，該些第一蝕刻槽20寬距為10um-500um。

再以，一特定雷射能量不破壞該下導電層12方式，進行複數條的第二蝕刻槽(線)30及複數條的第三蝕刻槽(線)40之雷射蝕刻，蝕刻該主動層3及該電子傳遞層2，以該第二蝕刻槽30所形成的貫通孔提供將來鋪設電洞傳遞層(上導電層)與該下導電層12電性連接，該些第二蝕刻槽30及該第三蝕刻槽40的寬距為10um-500um。在本圖式中，該第二蝕刻槽30為貫穿孔，該第三蝕刻槽40除了縱向切割外，也同時進行橫向切割。

請參閱圖3a、3b，係圖2a在第一蝕刻槽及第三蝕刻槽內部作絕緣層側視及圖3a的俯視示意圖。如圖所示：本創作於該些第一蝕刻槽20與該些第三蝕刻槽40內部各填充有一絕緣層5。在本圖式中，該些絕緣層5為UV膠、環氧樹脂或藍膠。

請參閱圖4a、4b，係圖3a在主動層進行電洞傳遞層、串接導電層製作的側視及圖4a的俯視示意圖。如圖所示：本創作接著以印刷或遮罩的方式於前述已被蝕刻成複數個小單元的該主動層3表面的特定區域上製作有一電洞傳遞層4，並且該電洞傳遞層4的材料可以經過第二蝕刻槽30填充後形成一串接導電層6，使該電洞傳遞層4、該串接導電層6與該下導電層12與下一個光伏單元電性連接。在圖式中，該電洞傳遞層4可以是經溶劑稀釋的聚(3,4-亞乙基二氧噻吩)/聚對苯乙烯磺酸(PEDOT/PSS)為主成分，包含有複數EDOT(3,4-亞乙二氧噻吩單體)的聚合物及複數聚苯乙烯磺酸鈉(sodium-p-styrenesulfonate，PSS)混合而成，如以醇類或極性溶劑(如乙醇)稀釋後，結構層厚度以100nm-1um為佳，阻抗1-100Ω/□為佳。

進一步，在於本創作可以於該電洞傳遞層6印刷局部的銀漿材料為引線，以利與排線貼合電性連接。

再進一步，在本創作的該電洞傳遞層6表面上具光澤性或提供光反射、折射效果的反光層(圖中未示)。

如此完成串接之光伏單元結構。串接之光伏單元結構可依各該產品元件需求再進一步裁切使用。據此本創作以電洞傳遞層4來取代過於傳統上導電層的製作，可以減少在製作上導電層之相關製程的繁複。如此可以縮小蝕刻槽的間隙設計，並且增加光電轉換有效面積的利用，也可以沒有電極導線的光遮蔽，增加光電反應區域。

請參閱圖5，係本創作之另一光伏電池封裝結構實施例示意圖。如圖所示：本創作於該光電池封裝結構的上下貼附有阻水阻氣材料層7，該阻水阻氣材料層7包含有一上阻水阻氣層71、一下阻水阻氣層72及一阻水阻氣膠73，該上阻水阻氣層71、72有50um-500um進行封裝，以構成光伏電池元件。在本圖式中，該阻水阻氣層71、72為透明塑料或玻璃基板。

惟以上所述僅為本創作之較佳實施例，非意欲侷限本創作的專利保護範圍，故舉凡運用本創作說明書或圖式內容所為的等效變化，均同理皆包含於本創作的權利保護範圍內，合予陳明。