CN101651157A - 具有色彩调制的太阳能电池及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明是一种具有色彩调制的太阳能电池及其制造方法，此太阳能电池包括一光电转换层与设置于光电转换层上方的一色彩调制层，光电转换层可自入射光产生电能，而色彩调制层用以调制太阳能电池的色彩外观。本发明的具有色彩调制层的太阳能电池，可以简单结构和足够的转换效率实现，而能展现既定的色彩，故适于做为建筑材料，使美观与环保节能得以兼具。

Description

具有色彩调制的太阳能电池及其制造方法
技术领域
本发明有关一种可将太阳辐射能量转换为有用电能的光伏特电池(photovoltaiccells)，特别是有关于具有色彩调制的太阳能电池及其制造方法。
背景技术
太阳能电池或光伏特电池是将阳光的光能通过光电转换机制转换为电能。近年来，在全球化环境保护的浪潮之下，太阳能电池供应电力被寄予厚望，并已积极进行研究发展，期能获致广泛的商业化。基于装饰需求或视觉美观的因素，太阳能电池可能需要有不同的外观色彩，例如：当将太阳能电池应用在建筑物的屋顶或外墙时，若考量建筑设计美观时，即便需要与建筑物或周遭环境的颜色做整体搭配。
而现有技术即如美国专利第5,725,006号和第6,049,035号等，即便需要额外的工序，方能赋予太阳能电池不同的色彩，同时却又劣化太阳能电池的光电转换效率。因此，毋须通过复杂设计或工序，又不会影响太阳能功率转换效率的前提下，而能获致多种色彩太阳能电池者，为此业界人士的所需。
发明内容
因此，本发明的一目的，在于提供具有色彩调制的太阳能电池及其制造方法。根据本发明的太阳能电池包括一光电转换层与设置于光电转换层上方的一色彩调制层，光电转换层可自入射光产生电能，而色彩调制层用以调制太阳能电池的色彩外观、抑或是提升转换效率。
为能获致上述目的，本发明提供一种太阳能电池，其包括：一光电转换层，用以从一入射光产生电能；至少一第一电极和至少一第二电极，设置于上述光电转换层上方，用以输出上述电能；以及一色彩调制层，设置于上述光电转换层上方，用以调制其色彩外观。
本发明还提供一种太阳能电池的制造方法，其包括：提供一光电转换层；形成至少一第一电极和至少一第二电极于上述光电转换层上方；形成一色彩调制层于上述光电转换层上方，用以调制其色彩外观。
本发明的有益技术效果是：本发明的具有色彩调制层的太阳能电池，可以简单结构和足够的转换效率实现，而能展现既定的色彩，故适于做为建筑材料，使美观与环保节能得以兼具。
附图说明
图1至图5所示为根据本发明一较佳实施例的太阳能电池制造方法流程剖面图；
图6是显示实例I中太阳能电池的反射光谱(reflective spectrum)；
图7是显示实例II中色彩调制层的折射率对波长图；
图8是显示实例II中太阳能电池的反射光谱；
图9是显示实例III中色彩调制层的折射率对波长图；
图10是显示实例III中太阳能电池的反射光谱；以及
图11是显示实例IV中太阳能电池的反射光谱。
具体实施方式
图1至图5是显示根据本发明一较佳实施例的太阳能电池制造方法流程剖面图。请参照图1，N型半导体层12是形成设置于P型半导体基底10上，而于其间形成有P-N接面14，故而在P-N接面14处形成有电场(electric field)。因此，当光及于此电场形成之处，即便会产生正电荷载子(positive charge carriers)和负电荷载子(negative charge carriers)，便会产生电流流经P-N接面14，此即称为光电转换机制(photoelectric conversion mechanism)。广义来说，P型半导体基底10和N型半导体层12的组合，即用以建构光电转换层11，用以自入射光产生电能。P型半导体层10可以是P型硅基底，而N型半导体层12可以是顺应地(conformably)沉积于P型硅基底上方，通过N型杂质掺杂入P型硅基底而得。同理，N型半导体基底和P型半导体层的组合，也可以用来建构光电转换层11。广义而论，光电转换层11可以是由一种或多种半导体物质所构成，此半导体物质可以是单晶(single crystalline)、多晶(polycrystalline)、非晶(amorphous)状态的硅、锗或类似的半导体材料。
如图2所示，透明抗反射层16形成设置于光电转换层11上方，可以是由氮化硅(silicon nitride)材质所构成，其形成方法可以是蒸镀法(evaporation)、溅镀法(sputtering)、印刷法(print screen)、化学气相沉积法(CVD)或其它熟悉此技术的人士所知悉的方式。抗反射层16用以保护太阳能电池，并可降低电池单元表面的反射漏失(reflective loss)；较佳而言，抗反射层16的厚度约可介于1～500nm间的范围。
接着，导电层18和20分别形成设置于光电转换层11相对应的表面上方，其形成方法可以是蒸镀法(evaporation)、溅镀法(sputtering)、印刷法(print screen)、化学气相沉积法(CVD)或其它熟悉此技术的人士所知悉的方式。如图3所示，导电层18形成设置于光电转换层11的正面，因此形成设置于抗反射层16上；而导电层20则形成设置光电转换层11的背面，与P型半导体基底10相接触。导电层18和20可以是由金属或合金所构成，其材质可以是金、银、铝、铜、铂等类似物质，亦可以是诸如氧化铟锡(ITO)或氧化锌(ZnO)等透明导电氧化物(transparent conductive oxide)。
导电层18可以经过热处理，使导电层18内含的导电物质可以通过穿透效应(spiking effect)，通过抗反射层16而及于N型半导体层12。此外，导电层18和20可经过定义(patterned)成为多个并行线，分别做为前电极22和背电极24。如同图4所示，前电极22电连接至N型半导体层12，背电极24电连接至P型半导体基底10，据此，前电极22和背电极24即成为光电转换层11的两个电性端子；换句话说，当太阳能电池单元1接受太阳光照射时，电极22和24用以对光电转换层11所产生的电能进行充、放电操作。较佳而言，背电极24可以设置成各种形状，诸如凹凸起伏(concavo-convex)结构，以利光能聚集(lightcollection)。再者，前电极22可以形成特定表面结构(surface-textured structure)而具有粗糙表面，则对于光线能及于光电转换层11的入射效率，会有所提升。
根据本发明，色彩调制层26形成设置于抗反射层16上方，故而使太阳能电池单元1具有各种颜色。色彩调制层26可以是由一种或多种介电物质(dielectric material)所构成，而形成色彩调制层26是于真空或接近真空的环境下，以涂布法(coating)、蒸镀法(evaporation，诸如电子枪蒸镀)、溅镀法(sputtering)、化学气相沉积法(CVD)或其它适切可行的方法等。
各种介电物质或其组合物均可以使用，例如氧化物(SnO2，Al2O3，SiO2，ZnO，Y2O3，Ta2O5，TiO2，Cr2O3等)、氟化物(MgF2，Na3AlF6等)、硫化物(ZnS，PbS，CdS等)、氮化物(Si3N4，AlN，AlOxNy，etc.)、碲化物(CdTe等)、硒化物(PbSe等)及/或类似物质等。较佳而言，色彩调制层26的厚度约可介于1～5000nm间的范围。
根据本发明，通过提供色彩调制层26设置于抗反射层16，无须牺牲转换效率或使用复杂工序，即可获致所需的视觉效果，。在某些实验条件下，色彩调制层26还可减少反射损失(reflective loss)，而能增加太阳功率转换效率。
接着，一保护层28和一透明层30依序形成覆盖于色彩调制层26上方。保护层28是由一透明薄膜，较佳而言，可以是由伸乙基醋酸乙烯酯(ethylenevinyl acetate：EVA)或聚乙烯缩丁醛(polyvinyl butyral：PVB)所构成，藉以避免太阳能电池单元直接暴露于太阳或雨水、抑或是受湿的影响。较佳而言，透明层30可以是由热处理玻璃(treated glass)或非热处理玻璃(nontreated glass)所组成。
值得一提的是上述实施例所示的步骤顺序，可以视实际应用予以调整，例如：形成电极22和24的步骤可以在形成色彩调制层26步骤之后。因此，上述实施例仅用为示例之用，并非用以限定本发明的申请专利范围。
以下举若干实验例，兹以为参考：
实验例I：
光电转换层11是由第一型的硅层形成于第二型的硅基底内/上所构成，若第一型是P型，则第二型为N型；若第一型是N型，则第二型为P型。例如，光电转换层11是由具有折射率3.4～3.6、厚度140～250μm的硅材质所构成，抗反射层16是由具有折射率1.8～2.2、厚度60～120nm的氮化硅所构成。本例中，并无色彩调制层26形成覆盖于各底层，以与实验例II、III、IV做一对照，而其反射频谱(reflective spectrum)示于图6，可知其CIE L*a*b*分别测量为34.92、1.73、-29.49等。
实验例II：
光电转换层11是由第一型的硅层形成于第二型的硅基底内/上所构成，若第一型是P型，则第二型为N型；若第一型是N型，则第二型为P型。例如，光电转换层11是由具有折射率3.4～3.6、厚度140～250μm的硅材质所构成；抗反射层16是由具有折射率1.8～2.2、厚度60～120nm的氮化硅所构成；色彩调制层26是由具有厚度1,600～2,000
Figure G2009101637389D00041
的材质所构成，其折射率对波长的曲线图标于图7。此实验例的反射频谱(reflective spectrum)示于图8，可知其CIE L*a*b*分别测量为56.65、-18.54、23.76等。
实验例III：
光电转换层11是由第一型的硅层形成于第二型的硅基底内/上所构成，若第一型是P型，则第二型为N型；若第一型是N型，则第二型为P型。例如，光电转换层11是由具有折射率3.4～3.6、厚度140～250μm的硅材质所构成；抗反射层16是由具有折射率1.8～2.2、厚度60～120nm的氮化硅所构成；色彩调制层26是由具有厚度800～1.200的材质所构成，其折射率对波长的曲线图标于图9。此实验例的反射频谱(reflective spectrum)示于图10，可知其CIE L*a*b*分别测量为22、14.41、-8.29等。
实验例IV：
光电转换层11是由第一型的硅层形成于第二型的硅基底内/上所构成，若第一型是P型，则第二型为N型；若第一型是N型，则第二型为P型。例如，光电转换层11是由具有折射率3.4～3.6、厚度140～250μm的硅材质所构成；抗反射层16是由具有折射率1.8～2.2、厚度60～120nm的氮化硅所构成；色彩调制层2具有多层结构，本例中，是以三层所构成，第一层具有折射率2.15～2.55、厚度750～1100
Figure G2009101637389D00052
第二层具有折射率3.6～4.0、厚度1,550～1950
Figure G2009101637389D00053
第三层具有折射率2.15～2.55、厚度960～1360
Figure G2009101637389D00054
第一层、第二层、第三层是依序由下而上堆栈而得。此实验例的反射频谱(reflective spectrum)示于图11，可知其CIE L*a*b*分别测量为47.05、28.63、-13.77等。
由上述诸实验例可知，本发明所揭示的具有色彩调制层的太阳能电池，可以简单结构和足够的转换效率实现，而能展现既定的色彩，故适于做为建筑材料，使美观与环保节能得以兼具。
虽然本发明已以若干实施例和实验例叙述如上，但本发明的范围并未为这些实施例和实验例所限定，尤其色彩调制的材质并非限定于实施例所列示的材质，任何可通过光调制层26的色彩调制特性达到调整太阳能电池外观颜色者，均可适用。进一步说，光调制层26可以是氧化物、氟化物、硫化物、氮化物、碲化物、硒化物及/或类似物质等，抑或是异于氧化物、氟化物、硫化物、氮化物、碲化物、硒化物等的材质。
根据上述的揭示，本发明尚包含其它的修改或变化，而可以上述特定实施例的方式实现，因此，本发明所涵盖的范围当以后附的本申请权利要求范围界定的准。

Claims (30)

1.一种太阳能电池，包括：
一光电转换层，用以从一入射光产生电能；
至少一第一电极和至少一第二电极，设置于所述光电转换层上方，用以输出所述电能；
一色彩调制层，设置于所述光电转换层上方，用以调制其色彩外观。
2.根据权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，还包括一抗反射层，设置于所述色彩调制层和所述光电转换层之间。
3.根据权利要求2所述的太阳能电池，其特征在于，所述至少一第一电极通过该抗反射层接触所述光电转换层。
4.根据权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，所述色彩调制层包含氧化物、氟化物、硫化物、氮化物、碲化物及硒化物等中的至少之一所构成。
5.根据权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，所述色彩调制层包含多个薄膜。
6.根据权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，所述色彩调制层具有1～5000nm的厚度。
7.根据权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，所述光电转换层具有粗糙表面。
8.根据权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，所述光电转换层具有非粗糙表面。
9.根据权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，还包括一保护层和一透明层，依序设置于所述色彩调制层上方。
10.根据权利要求9所述的太阳能电池，其特征在于，所述保护层具有1.4～1.6的折射率。
11.根据权利要求10所述的太阳能电池，其特征在于，所述保护层具有是由伸乙基醋酸乙烯酯和聚乙烯缩丁醛中的至少之一所构成。
12.根据权利要求9所述的太阳能电池，其特征在于，所述透明层具有1.4～1.6的折射率。
13.根据权利要求12所述的太阳能电池，其特征在于，所述透明层是由玻璃所构成。
14.根据权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，所述第一电极和所述第二电极是设置于所述光电转换层的同一侧表面上。
15.根据权利要求1所述的太阳能电池其特征在于，所述第一电极和所述第二电极分别设置于所述光电转换层的相对表面上。
16.一种太阳能电池的制造方法，包括：
提供一光电转换层；
形成至少一第一电极和至少一第二电极于所述光电转换层上方；
形成一色彩调制层于所述光电转换层上方，用以调制其色彩外观。
17.根据权利要求16所述的太阳能电池，其特征在于，还包括形成一抗反射层于所述色彩调制层和所述光电转换层之间。
18.根据权利要求17所述的太阳能电池，其特征在于，还包括形成所述至少一第一电极通过该抗反射层接触所述光电转换层。
19.根据权利要求16所述的太阳能电池，其特征在于，所述色彩调制层包含氧化物、氟化物、硫化物、氮化物、碲化物及硒化物等中的至少之一所构成。
20.根据权利要求16所述的太阳能电池，其特征在于，所述色彩调制层具有1～5000nm的厚度。
21.根据权利要求16所述的太阳能电池，其特征在于，还包括在一真空或近真空环境下形成所述色彩调制层。
22.根据权利要求16所述的太阳能电池，其特征在于，所述光电转换层具有粗糙表面。
23.根据权利要求16所述的太阳能电池，其特征在于，所述光电转换层具有非粗糙表面。
24.根据权利要求16所述的太阳能电池，其特征在于，还包括：
形成一保护层于所述色彩调制层上方：以及
形成一透明层于所述保护层上方。
25.根据权利要求24所述的太阳能电池，其特征在于，所述保护层具有1.4～1.6的折射率。
26.根据权利要求25所述的太阳能电池，其特征在于，所述保护层具有是由伸乙基醋酸乙烯酯和聚乙烯缩丁醛中的至少之一所构成。
27.根据权利要求24所述的太阳能电池，其特征在于，所述透明层具有1.4～1.6的折射率。
28.根据权利要求27所述的太阳能电池，其特征在于，所述透明层是由玻璃所构成。
29.根据权利要求16所述的太阳能电池，其特征在于，所述第一电极和所述第二电极是设置于所述光电转换层的同一侧表面上。
30.根据权利要求16所述的太阳能电池其特征在于，所述第一电极和所述第二电极分别设置于所述光电转换层的相对表面上。
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