CN102097505A - 具有发光构件的太阳能电池 - Google Patents
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Abstract
本发明揭示一种太阳能电池，其包括一透明基板、一光学层、一发光构件及一光伏打装置。该光学层配置于该透明基板上，且能够反射波长在约500nm至约730nm范围中的光，且亦透射波长在约300nm至约600nm范围中的光。该发光构件配置于该光学层上，且能够发射波长在约500nm至约730nm范围中的光。该光伏打装置配置于该发光构件上且可操作以将光转换成电。
Description
技术领域
本发明是有关于一种光伏打装置(photovoltaic device)，且特别是有关于一种具有发光构件的太阳能电池。
背景技术
太阳能似乎为取之不尽的能源，因而获得许多研究的关注。出于此目的，吾人开发太阳能电池而将太阳能直接转换成电能。
当前，太阳能电池通常由单晶硅或多晶硅制得，且这类装置占太阳能电池市场的90％以上。然而，此类型的太阳能电池的生产将需要高品质硅片，因而使得制造程序成本高。此外，基于硅片的太阳能电池不适合于某种应用，诸如透明玻璃窗帘及其它建筑整合型光伏打装置(BIPV)。因此，在上述应用中采用薄膜太阳能电池，尤其采用透明型薄膜太阳能电池。
已知的透明型薄膜太阳能电池模块包括一玻璃基板、一透明电极、一光电转换层及一背面接触点。透明电极形成在玻璃基板上。光电转换层配置在透明电极上。此外，背面接触点通过位置位移配置在该光电转换层上，且与下层透明电极接触。为了提高太阳能电池的效率，角锥状结构或纹理结构形成在透明导电层的表面上。然而，因为光可直接通过光电转换层，且自太阳能电池透射出来而不会被吸收，所以该等角锥状结构或纹理结构仅有限地提高太阳能电池的效率。
因此，在此目前亟需一种具有较高光电转换效率的改良的太阳能电池。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有较高光电转换效率的太阳能电池。
本发明提供一种太阳能电池，其依序包括一透明基板、一光学层、一发光构件及一光伏打装置。光学层配置于透明基板上，且可反射波长在约500nm至约730nm间范围中的光，且透射波长在约300nm与约600nm间范围中的光。发光构件配置于光学层上，且可发射具有在约500nm与约730nm之间的范围中的波长的光。此外，能将光转换成电的光伏打装置配置在发光构件上。
根据本发明的一实施方式，发光构件可包含一发光材料，其在约500nm至约700nm间的范围中具有最大的光谱强度。
根据本发明的另一实施方式，发光材料包括但不限于4-(二氰基亚甲基)-2-叔丁基-6-(1，1，7，7-四甲基久洛尼定基-9-烯基)-4H-吡喃(4-(dicyanomethylene)-2-t-butyl-6-(1，1，7，7-tetramethyljulolidyl-9-enyl)-4H-pyran，DCJTB)、恶嗪-4-高氯酸盐、3-苯基-荧蒽、GF ORANGE-REDTM、GF CLEARTM、FLUOROL 555TM、LDS 730TM、LDS 750TM、BASF 241TM及BASF 339TM。
本发明的太阳能电池的优点在于：透射进入该太阳能电池的光可被截留于其中，且随后被转换成电能，从而大幅提高了太阳能电池的效率。
附图说明
为让本发明的上述和其它目的、特征、优点与实施例能更明显易懂，所附附图的说明如下：
图1为本发明的一实施例的横截面图；
图2A及图2B分别为根据本发明的一实施例的光学层的反射率及透射率；
图2C为根据本发明的一实施例的光学层的横截面图；
图2D为根据本发明的一实施例的发光构件的发射光谱；
图3A及图3B分别为根据本发明的另一实施例的光学层的反射率及透射率；以及
图3C为根据本发明的另一实施例的发光构件的发射光谱；
其中，主要组件符号说明
100太阳能电池 110透明基板
120光学层 121第一层
122第二层 130发光构件
140光伏打装置 141透明导电层
142光电转换层 143背面导电层。
具体实施方式
图1为根据本发明的一实施例的太阳能电池的横截面图。如图1所描绘，太阳能电池100依序包括透明基板110、光学层120、发光构件130及光伏打装置140。光伏打构件200能够将光转换成电，且在下文中加以详细描述。
通常，日光自透明基板110的一侧投射至太阳能电池100上。透明基板110的材料并无特殊限制，只要此材料在所处环境中是稳定的，且可被日光穿透即可。举例而言，透明基板110可由玻璃或其它透明塑料(诸如，聚(甲基丙烯酸甲酯)(PMMA)、聚苯乙烯及聚碳酸酯)制成。透明基板110可保护光学层120、发光构件130及光伏打装置140以避免受到破坏，且可进一步防止水气及污染物渗进太阳能电池100中。
光学层120配置在透明基板110上。光学层120能够反射波长在约500nm至约730nm间的范围内的光线，且能透射波长在约300nm至约600nm间的范围中的光线。在一实施例中，可通过光学层120反射波长在约500nm与约730nm之间的光线的90％以上，且波长在约300nm与约600nm之间的光线的90％以上可穿透光学层120。在一实施例中，如图2A及图2B所描绘，光学层120可对约550nm至约700nm的光具有90％以上的反射率，且对约300nm至约540nm的光具有90％以上的透射率。在另一实施例中，如图3A及图3B所示，光学层120对在约550nm至800nm的范围中的光具有约95％的高反射率，且对在约300nm至约510nm的范围中的光具有约95％的高透射率。可通过薄膜干涉的理论设计并实现光学层120的上述光学特性，在下一段落中将加以描述。
图2C图示根据本发明案的一实施例的光学层120的结构。光学层120可包含多个第一层121及多个第二层122，其中每一第一层121与每一第二层122是彼此相互交替地配置。在另一实施例中，第一层121以及第二层122分别具有一第一折射率及一第二折射率，且第一折射率大于第二折射率。举例而言，具有高折射率的第一层121可由二氧化钛制成，且第二层122可由二氧化硅制成。根据光伏打装置中的光电转换层的所要吸收光谱，并通过调整第一层及第二层的厚度，以及第一层与第二层的数目来修改光学层120的反射率及透射率。此外，第一层及第二层的材料种类也会影响光学层120的反射率及透射率。
发光构件130配置于光学层120上，且发光构件130会吸收由光学层120透射来的光线，并使得发光构件130发射光线，其中，此光线的波长为在光伏打装置中的光电转换层的吸收光谱范围内。举例而言，发光构件130能够通过吸收波长在约300nm与约600nm之间的光线，而发射波长在约500nm与约730nm之间的光线。通常，发光构件130可吸收具有较高能量的光，且发射具有较低能量的光。此外，发光构件130具有吸收光谱及发射光谱，其中发光构件130的光谱的发射边缘低于光伏打装置140中的光电转换层的吸收光谱的边缘。此情形意味通过光伏打装置140中的光电转换层的所要吸收光谱来决定发光构件130的材料。
在一实施例中，发光构件130包含发光材料层，发光材料层发射的光，其在约500nm至约700nm范围之间具有最大光谱强度。在一实施例中，发光材料可为有机染料分子，(例如，4-(二氰基亚甲基)-2-叔丁基-6-(1，1，7，7-四甲基久洛尼定基-9-烯基)-4H-吡喃(4-(dicyanomethylene)-2-t-butyl-6-(1，1，7，7-tetra methyljulolidyl-9-enyl)-4H-pyran；DCJTB))且通过热蒸镀形成于光学层120上，但是也可采用已知的溶液涂布工艺(诸如，模涂及旋涂)。在另一实施例中，发光构件130由发光材料制成，发光材料包括但不限于4-(二氰基亚甲基)-2-叔丁基-6-(1，1，7，7-四甲基久洛尼定基-9-烯基)-4H-吡喃(DCJTB)、恶嗪-4-高氯酸盐(oxazine-4-perchlorate)、3-苯基-荧蒽(3-phenyl-fluoranthene)、GF ORANGE-REDTM、GF CLEARTM、FLUOROL 555TM、LDS 730TM、LDS 750TM、BASF 241TM及BASF 339TM。GF ORANGE-REDTM及GF CLEARTM可购自Ciba-Geigy-Ten-Horn-Pigment Chemie N.V.(荷兰)。FLUOROL 555TM、LDS 730TM及LDS 750TM可购自Exciton Chemical Co.Inc.(Dayton，Ohio)，且BASF 241TM及BASF 339TM可购自BASF Aktiengeselschaft(德国)。
发光构件130可包含上述一或多个发光材料。在一实施例中，发光构件130包含DCJTB层，其发射光谱绘示在图2D中。发射光谱横跨约520nm至约750nm的波长范围且在约630nm处具有最大发光强度。在另一实例中，发光构件130可依次包括一BASF 339TM层、一BASF 241TM层以及一GF CLEARTM层，其中BASF 339TM层配置于光学层120上。图3C图示具有三层的发光构件130的发射光谱。
在又一实施例中，发光构件130可包含一基质以及分散于基质中的发光材料。在一实例中，基质包含三(8-羟基喹啉)铝(tris(8-hydroxyquinoline)aluminum；AlQ3)，且发光材料包括但不限于4-(二氰基亚甲基)-2-叔丁基-6-(1，1，7，7-四甲基久洛尼定基-9-烯基)-4H-吡喃(DCJTB)、恶嗪-4-高氯酸盐、3-苯基-荧蒽、GF ORANGE-REDTM、GF CLEARTM、FLUOROL 555TM、LDS 730TM、LDS 750TM、BASF 241TM及BASF 339TM。在一实例中，通过物理沉积工艺将DCJTB掺杂于AlQ3中，但是亦可使用其它溶液工艺。在该实例中，AlQ3形成稳定的非晶膜，且所得AlQ3:DCJTB薄膜约6μm厚。
光学层120的可透射区域内的光(例如，300nm至600nm)可经由光学层120透射且到达发光构件130。发光构件130吸收入射光且将其转换成可被光伏打装置的光电转换层吸收的较长波长的光，举例而言，该较长波长的范围介于约500nm与约730nm之间。再者，部分自发光构件130发射且未被光电转换层吸收的光，大体上可再通过背面导电层143或光学层120反射至光电转换层中，而不会自光学层120中透射出。如此一来，光线则被截留在太阳能电池100中，进而能提高光电转换效率。
光伏打装置140配置于发光构件130上。在一实施例中，光伏打装置140包括透明导电层141、光电转换层142及背面导电层143。
透明导电层141配置于发光构件130上。在一实例中，透明导电层141为透明导电氧化层。举例而言，透明导电氧化层可包括氧化锌(ZnO)、掺杂氟的二氧化锡(SnO2:F)，或氧化铟锡(ITO)。
光电转换层142配置于透明导电层141上。在一些实例中，光电转换层142包括由p型半导体、本质半导体及N型半导体(未图标)组成的p-i-n结构。本质半导体(亦称作无掺杂半导体)为无显著掺杂剂存在于其中的纯半导体。在上述实例中，半导体材料可包括(但不限于)非晶硅。非晶硅可吸收具有波长小于约730nm的光。或者，光电转换层142可为任何类型，视其需要而定。诸如，由结晶硅、砷化镓(GaAs)、铜铟镓硒(CIGS)或碲化镉(CdTe)制成的材料。当光电转换层142吸收光时，在其中产生电子-空穴对，且随后通过建立在光电转换层142中的电场分离电子-空穴对以形成电流。
背面导电层143配置于光电转换层142上，且亦可充当镜面。在一些实例中，背面导电层240可包括银、铝、铜、铬或镍。背面导电层143及透明导电层141两者能够将由光电转换层142产生的电流传输至外部负载装置(未图标)。背面导电层143亦可反射光且充当镜面。当光经由光电转换层142到达背面导电层143的表面时，背面导电层143可将光反射回至光电转换层142。
自发光构件130发射的光可在背面导电层143与光学层120之间反射。当发光构件130所发射的光穿透至光电转换层142时，光电转换层142可吸收一部分光且因此产生电子-空穴对。然而，一部分光将直接通过光电转换层142而不会产生电子-空穴对。可通过背面导电层143将上述不被光电转换层142吸收而直接通过光电转换层142的光线，再次反射回来至光电转换层142中。此外，因上文中描述的光学层120的反射特性，可通过光学层120反射来自背面导电层143且通过光电转换层142的光。因此，透射进入太阳能电池100的光可被截留于其中，且随后被转换成电能。因此，大幅提高太阳能电池的效率。
虽然本发明已以实施方式揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何熟习此技艺者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视后附的权利要求书所界定的范围为准。
Claims (10)
1.一种太阳能电池，其包含：
一透明基板；
一光学层，配置于该透明基板上，其中该光学层反射波长在约500nm至约730nm间的范围中的光，且透射波长在约300nm至约600nm间的范围中的光；
一发光构件，配置于该光学层上，其中该发光构件用以发射波长在约500nm至约730nm的范围中的一光；及
一光伏打装置，配置于该发光构件上。
2.如权利要求1所述的太阳能电池，其中所述光伏打装置包含：
一透明导电层，配置于所述发光构件上，其中所述透明导电层包含选自由氧化锌ZnO、掺杂氟的二氧化锡SnO2:F以及氧化铟锡ITO所组成的群组中的至少一材料；
一光电转换层，配置于该透明导电层上，其中所述光电转换层包含非晶硅；以及
一背面导电层，配置于该光电转换层上。
3.如权利要求1的太阳能电池，其中所述光学层包含多个第一层及多个第二层，其中每一所述第一层以及每一所述第二层是交替地配置，其中所述第一层及所述第二层分别具有一第一折射率以及一第二折射率，且该第一折射率大于该第二折射率。
4.如权利要求3的太阳能电池，其中所述第一层由二氧化硅制成，且所述第二层由二氧化钛制成。
5.如权利要求1的太阳能电池，其中所述光学层反射在波长约500nm至约730nm范围中的光线的90％以上；且所述光学层透射波长在约300nm至约600nm的范围中的光线的90％以上。
6.如权利要求1的太阳能电池，其中所述发光构件包含一发光材料，其在在约500nm至约700nm的范围中具有一最大的光谱强度。
7.如权利要求6的太阳能电池，其中所述发光材料选自由4-(二氰基亚甲基)-2-叔丁基-6-(1，1，7，7-四甲基久洛尼定基-9-烯基)-4H-吡喃、恶嗪-4-高氯酸盐、3-苯基-荧蒽、GF ORANGE-REDTM、GF CLEARTM、FLUOROL 555TM、LDS 730TM、LDS 750TM、BASF 241Tm以及BASF 339TM组成的群组。
8.如权利要求1的太阳能电池，其中该发光构件包含一基质及分散于该基质中的一发光材料。
9.如权利要求8的太阳能电池，其中该基质包含三(8-羟基喹啉)铝。
10.如权利要求8的太阳能电池，其中该发光材料选自由4-(二氰基亚甲基)-2-叔丁基-6-(1，1，7，7-四甲基久洛尼定基-9-烯基)-4H-吡喃、恶嗪-4-高氯酸盐、3-苯基-荧蒽、GF ORANGE-REDTM、GF CLEARTM、FLUOROL 555TM、LDS 730TM、LDS 750TM、BASF 241TM以及BASF 339TM组成的群组。
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| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
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