CN102148232A - 太阳能电池模块 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种太阳能电池模块，其具有光入射面以及光反射面。此太阳能电池模块包括基板、第一太阳能电池以及第二太阳能电池。基板具有第一表面以及第二表面。第一太阳能电池包括位于基板的第一表面上的第一电极层、覆盖第一电极层的第一主动层以及覆盖第一主动层的第二电极层，其中第一主动层吸收第一波长范围的光线。第二太阳能电池与第一太阳能电池串接，且包括位于基板的第二表面上的第三电极层、覆盖第三电极层的第二主动层以及覆盖第二主动层的第四电极层，其中第二主动层吸收第二波长范围的光线。此外，第一太阳能电池的第二电极层的表面是作为光入射面，且第二太阳能电池的第四电极层的表面是作为光反射面。
Description
技术领域
本发明涉及一种太阳能电池模块，且尤其涉及一种有机太阳能电池(organic photovoltaic cell，OPV)模块。
背景技术
近年来环保意识高涨，为了因应石化能源的短缺与减低使用石化能源对环境带来的冲击，替代能源与再生能源的研发便成了热门的议题，其中又以太阳能电池photovoltaic cells)最受瞩目。太阳能电池可将太阳能直接转换成电能，且发电过程中不会产生二氧化碳或氮化物等有害物质，不会对环境造成污染。
一般而言，传统太阳能电池是于基板上形成第一电极层、主动层以及第二电极层。当光束照射至太阳能电池时，主动层受光能的作用可产生自由电子-电洞对，并藉由两电极层之间电场使电子与电洞会分别往两电极层移动，而产生电能的储存形态。此时若外加负载电路或电子装置，便可提供电能而使电路或装置进行驱动。
然而，目前太阳能电池最大的问题就是其光吸收率或是光电转换率不足。因此，如何提高太阳能电池的光吸收率以及光电转换率已经在积极的发展之中。
发明内容
本发明提供一种太阳能电池模块，其可提高太阳能电池的光吸收率，进而提高太阳能电池模块整体效能。
本发明提出一种太阳能电池模块，其具有光入射面以及光反射面。此太阳能电池模块包括基板、第一太阳能电池以及第二太阳能电池。基板具有第一表面以及第二表面。第一太阳能电池包括位于基板的第一表面上的第一电极层、覆盖第一电极层的第一主动层以及覆盖第一主动层的第二电极层，其中第一主动层吸收第一波长范围的光线。第二太阳能电池与第一太阳能电池串接，且包括位于基板的第二表面上的第三电极层、覆盖第三电极层的第二主动层以及覆盖第二主动层的第四电极层，其中第二主动层吸收第二波长范围的光线。此外，第一太阳能电池的第二电极层的表面是作为光入射面，且第二太阳能电池的第四电极层的表面是作为光反射面。
其中，该第一主动层以及该第二主动层分别为一有机吸光材料。
其中，该第一主动层与该第二主动层其中之一是吸收可见光且另一是吸收红外光。
其中，更包括一光学膜，设置在该基板上，以使该第一波长范围的光线反射并且使该第二波长范围的光线穿透。
其中，该光学膜是由至少一层第一折射率介电层以及至少一层第二折射率介电层交替堆栈所构成，其中该第一折射率介电层的折射率不同于该第二折射率介电层的折射率。
其中，更包括一连接结构，设置在该基板内，以电性连接该第一太阳能电池以及该第二太阳能电池。
其中，更包括一外部电路板，以电性连接该第一太阳能电池以及该第二太阳能电池。
其中，该第一电极层、该第二电极层以及该第三电极层分别包括一透明电极材料，且该第四电极层包括一金属电极材料。
其中，该第一电极层包括一透明导电层以及一功函数调整层。
其中，该第二电极层包括一有机导电材料。
其中，该第三电极层包括一透明导电层以及一功函数调整层。
其中，该基板为一软性基板。
基于上述，本发明将第一太阳能电池以及第二太阳能电池设置在基板的两侧边可以避免两太阳能电池的膜层在制作过程中产生相互破坏的问题。另外，本发明的第一太阳能电池是吸收第一波长范围的光线且及第二太阳能电池吸收第二波长范围的光线，此种设计可以有效地提高太阳能电池模块的全波段的光吸收率，进而提高太阳能模块的整体效能。
以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。
附图说明
图1是依照本发明一实施例的太阳能电池模块的剖面示意图。
图2是依照本发明一实施例的太阳能电池模块的光吸收波段的曲线图。
图3以及图4A-4B分别是依照本发明一实施例的太阳能电池模块的剖面示意图。
图5是依照本发明另一实施例的太阳能电池模块的剖面示意图。
图6是图5的太阳能电池模块的吸收率与光吸收波段的曲线图。
图7是图5的太阳能电池模块中的光学膜可使特定波长范围的光产生反射且使特定波长范围的光产生穿透的曲线图。
图8是图5的太阳能电池模块中的光吸收率与波长的曲线图。
其中，附图标记：
10：太阳能电池模块
10a：光入射面
10b：光反射面
A：第一太阳能电池
B：第二太阳能电池
100：基板
100a：第一表面
100b：第二表面
110：第一电极层
110a：透明导电层
110b：功函数调整层
112：第一主动层
114：第二电极层
120：第三电极层
120a：透明导电层
120b：功函数调整层
122：第二主动层
124：第四电极层
202：连接结构
302：外部电路板
400：光学膜
具体实施方式
图1是依照本发明一实施例的太阳能电池模块的剖面示意图。请参照图1，本实施例的太阳能电池模块10具有光入射面10a以及光反射面10b，且此太阳能电池模块10包括基板100、第一太阳能电池A以及第二太阳能电池B。
基板100具有第一表面100a以及第二表面100b。基板100可为硬质基板(例如是玻璃基材、硅基材)或是软性基板(例如是有机聚合物基材)，较佳的是采用软性基板。倘若基板100是采用软性基板，则本实施例的太阳能电池模块10可以采用连续滚轮制造程序(roll to roll)来制造。
第一太阳能电池A包括第一电极层110、第一主动层112以及第二电极层114。
第一电极层110位于基板100的第一表面100a上。根据本实施例，第一电极层110包括透明电极材料，较佳的是，第一电极层110包括透明导电层110a以及功函数调整层110b。在此，透明导电层110a例如是铟锡氧化物、铟锌氧化物、铝锡氧化物、铝锌氧化物、铟锗锌氧化物或其它合适的金属氧化物。功函数调整层110b主要是用来使第一电极层110相对于第一主动层112具有适当的功函数，其材质例如是包括碳酸铯(CSCO3)、氧化锌(ZnO)或是其它的功函数调整材料。
第一主动层112覆盖第一电极层110。第一主动层112吸收第一波长范围的光线。根据本实施例，第一主动层112为有机吸光材料，且主要是吸收可见光波段的光线或是吸收红外光波段的光线。倘若第一主动层112是吸收可见光波段的光线，那么其材质可包括聚(3-己基噻吩)：[6，6]苯基-C61-酪酸甲基酯(poly(3-hex ylthiophene)：[6，6]-phenyl-C61-butyric acid methyl ester(P3HT：[60]PCBM))、聚[2-甲烷基-5-(30，70-二甲基壬氧)-1，4-伸苯基伸乙烯基]：[6，6]苯基-C61-酪酸甲基酯(poly[2-methoxy-5-(30，70-dimethyloctyloxy)-1，4-phenylenevinylene]：[6，6]-phenyl-C61-butyricacidmethyl ester(MDMO-PPV：[60]PCBM))或是其它合适的材料。倘若第一主动层112是吸收红外光波段的光线，那么其材质可包括聚[2，6-(4，4-双-(2-乙基己基)-4H-)]双噻吩[2，1-b；3，4-b′]环戊烷-alt-4，7-(2，1，3-苯并噻二唑)：[6，6]苯基-C71-酪酸甲基酯(poly[2，6-(4，4-bis-(2-ethylhexyl)-4H-cyclopenta[2，1-b；3，4-b′]dithiophene)-alt-4，7-(2，1，3-benzothiadiazole)]：[6，6]-phenyl-C71but yric acid methyl ester(PCPDTBT：[70]PCBM))、聚[4，8-双-取代-苯[1，2-b：4，5-b′]二噻吩]-2，6--diyl-alt-4-取代-thieno[3，4-b]thio-phene-2，6-diyl]：[6，6]苯基-C71-酪酸甲基酯(poly[4，8-bis-substituted-benzo[1，2-b：4，5-b′]dithiophene-2，6-diyl-a lt-4-substituted-thieno[3，4-b]thio-phene-2，6-diyl]：[6，6]-phenyl-C71butyric acid m ethyl ester(PBDTTT：[70]PCBM))或是其它合适的材料。
第二电极层114覆盖第一主动层112。根据本实施例，第二电极层114包括透明电极材料，其例如是有机导电材料。一般来说，第二电极层114的材质的选择也会考虑其功函数能与第一主动层112搭配，因此，本实施例的第二电极层114的材料可包括聚(3，4-伸乙二氧基塞吩：聚苯乙烯磺酸(PEDOT：PPS)、氧化铟锡(ITO)或是其它合适的材料。
第二太阳能电池B与第一太阳能电池A串接，且第二太阳能电池B包括第三电极层120、第二主动层122以及第四电极层124。
第三电极层120位于基板100的第二表面100b上。根据本实施例，第三电极层120包括透明电极材料，较佳的是，第三电极层120包括透明导电层120a以及功函数调整层120b。在此，透明导电层120a例如是铟锡氧化物、铟锌氧化物、铝锡氧化物、铝锌氧化物、铟锗锌氧化物或其它合适的金属氧化物。功函数调整层120b主要是用来使第三电极层120相对于第二主动层122具有适当的功函数，其材质例如是包括聚(3，4-伸乙二氧基塞吩：聚苯乙烯磺酸(PEDOT：PPS)、氧化钼(MoO3)或是其它的功函数调整材料。
第二主动层122覆盖第三电极层120。第二主动层122吸收第二波长范围的光线。根据本实施例，第二主动层122为有机吸光材料，且主要是吸收红外光波段的光线或是吸收可见光波段的光线。倘若第二主动层122是吸收可见光波段的光线，那么其材质可包括P3HT：[60]PCBM、MDMO-PPV：[60]PCBM或是其它合适的材料。倘若第二主动层122是吸收红外光波段的光线，那么其材质可包括PCPDTBT：[70]PCBM)、PBDTTT：[70]PCBM或是其它合适的材料。
值得一提的是，本实施例的第二太阳能电池B的第二主动层122与第一太阳能电池A的第一主动层112是吸收不同的波长范围的光线。如图2所示，纵轴表示入射光子转换电子效率(IPCE(％))，且横轴表示波长。若第一太阳能电池A的第一主动层112是吸收可见光波段的光线(如曲线X)，那么第二太阳能电池B的第二主动层122是吸收红外光波段的光线(如曲线Y)。相反地，若第一太阳能电池A的第一主动层112是吸收红外光波段的光线(如曲线Y)，那么第二太阳能电池B的第二主动层122是吸收可见光波段的光线(如曲线X)。
另外，第四电极层124是覆盖第二主动层122。根据本实施例，第四电极层124包括金属电极材料，较佳的是具有高导电性以及高反射性的金属材料，例如是铝、银或是其合金。
承上所述，在上述的太阳能电池模块10中，第一太阳能电池A的第二电极层114的表面是作为太阳能电池模块10的光入射面10a，且第二太阳能电池B的第四电极层124的表面是作为太阳能电池模块10的光反射面10b。因此，外界光线是从光入射面10a射入太阳能电池模块10之后，于通过第一太阳能电池A时会被第一主动层112吸收第一波长范围的光线。接着在穿过基板100之后，通过第二太阳能电池B时会被第二主动层122吸收第二波长范围的光线。最后，光线会被第四电极层124反射，并且再次通过第二主动层122(吸收第二波长范围)以及第一主动层112(吸收第二波长范围)。如此一来，可以使太阳能电池模块10的光吸收率有效地提高。
在本实施例中，太阳能电池模块10中的第一太阳能电池A与第二太阳能电池B是彼此串接在一起。而要使第一太阳能电池A与第二太阳能电池B彼此串接在一起的方法可以是如图3或是图4A-4B所示的方法。请先参照图3，此实施例是在太阳能电池模块10的基板100内设置连接结构202。特别是，连接结构202的一端电性连接第一太阳能电池A的第一电极层110，且连接结构202的另一端电性连接第二太阳能电池B的第三电极层120，以使第一太阳能电池A与第二太阳能电池B彼此串接在一起。在基板100中形成连接结构202的方法例如是先在基板100中形成贯孔，之后在贯孔内填入导电高分子材料或是金属胶(例如银胶)。
根据其它实施例，连接结构202也可形成在基板100以及第二太阳能电池B中，以电性连接第一太阳能电池A的第一电极110以及第二太阳能电池B的第四电极124；或是连接结构202是形成在基板100以及第一太阳能电池A中，以电性连接第一太阳能电池A的第二电极114及及以第二太阳能电池B的第三电极120；或是连接结构202是形成在基板100以及第一太阳能电池A与第二太阳能电池B中，以电性连接第一太阳能电池A的第二电极114及第二太阳能电池B的第四电极124。
另外，图4A的实施例是在太阳能电池模块10的外部设置外部电路板302，以使第一太阳能电池A与第二太阳能电池B彼此串接在一起。更详细来说，此外部电路板302的一端是电性连接第一太阳能电池A的第二电极层114且另一端电性连接第二太阳能电池B的第四电极层124。另外，图4的实施例是设置两个外部电路板302以使第一太阳能电池A与第二太阳能电池B彼此串接在一起。然，本发明不限于此。根据其它实施例，也可以仅设置一个外部电路板302来串接第一太阳能电池A与第二太阳能电池B。
类似地，根据其它实施例，外部电路板302也可电性连接第一太阳能电池A的第一电极110以及第二太阳能电池B的第四电极124；或是外部电路板302是电性连接第一太阳能电池A的第二电极114及及以第二太阳能电池B的第三电极120；或是外部电路板302是电性连接第一太阳能电池A的第一电极110及第二太阳能电池B的第三电极120。
此外，图4B的实施例是除了在太阳能电池模块10的基板100内设置连接结构202的外，在太阳能电池模块10的外部也设置电路板302，以使第一太阳能电池A与第二太阳能电池B彼此串接在一起，而除了图4B中的连接结构202的一端电性连接第一太阳能电池A的第一电极层110，且连接结构202的另一端电性连接第二太阳能电池B的第三电极层120，以使第一太阳能电池A与第二太阳能电池B彼此串接在一起。根据其它实施例，连接结构202也可形成在基板100以及第二太阳能电池B中，以电性连接第一太阳能电池A的第一电极110以及第二太阳能电池B的第四电极124；或是连接结构202是形成在基板100以及第一太阳能电池A中，以电性连接第一太阳能电池A的第二电极114及及以第二太阳能电池B的第三电极120；或是连接结构202是形成在基板100以及第一太阳能电池A与第二太阳能电池B中，以电性连接第一太阳能电池A的第二电极114及第二太阳能电池B的第四电极124。。
图5是依照本发明另一实施例的太阳能电池模块的剖面示意图。图5的实施例与上述图1的实施例相似，因此相同的组件以相同的符号表示，且不再重复赘述。图5的实施例与上述图1的实施例不相同的处在于，图5的太阳能电池模块更包括光学膜400，且光学膜400是设置在基板100的第一表面100a或第二表面100b上。此光学膜400可以使第一波长范围的光线(第一主动层112吸收的波段)反射，并且使第二波长范围的光线(第二主动层122吸收的波段)穿透。本实施例的图标是以将光学膜400设置在基板100的第一表面100a上为例。根据另一实施例，光学膜400设置在基板100的第二表面100b上。
在图5的实施例中，所述光学膜400可由至少一层高折射率介电层以及至少一层低折射率介电层交替堆栈所构成。一般来说，透过高折射率介电层以及低折射率介电层的材质的选用并且搭配两材质交替堆栈的层数的设计，可以使得所形成的堆栈结构具有对特定波长范围的光线反射且使特定波长范围的光线穿透的性质。根据一实施例，第一太阳能电池A的第一主动层112是吸收可见光波段的光线(如图6的I曲线)，且第二太阳能电池B的第二主动层122是吸收红外光波段的光线(如图6的II曲线)。那么可将光学膜400设计成具有对可见光波段的光线反射且使红外光波段的光线穿透的性质。
更详细来说，如图7所示，本实施例的光学膜400可以使可见光波段的光线反射(如反射曲线)，并且使可见光以外的其它波段的光线穿透(如穿透曲线)。在本实施例中，光学膜400可以使波长为450～600nm的可见光波段的光线通过，且使波长为450nm以下的紫外光以及600nm以上的红外光穿透。
如此一来，如图5所示，当外界光线L1从光入射面10a射入太阳能电池模块10之后，在通过第一太阳能电池A时可见光波段的光线会被第一主动层112吸收。接着，光线L1继续传递至光学膜400时，其可见光波段的光线L3会被光学膜400反射且红外光波段的光线L2则会穿透光学膜400。特别是，被反射的可见光波段光线L3将再一次通过第一主动层112而再一次被吸收之后才穿出太阳能电池模块10。另外，红外光波段的光线L2在穿透光学膜400之后，在通过第二太阳能电池B时会被第二主动层122吸收。接着，红外光波段的光线L2会被第四电极层124反射，并且再次通过第二主动层122而再一次被吸收。
换言之，本实施例在太阳能电池模块10中设置光学膜400，可使大部分的第一波长范围的光线(例如是可见光)不会穿过光学膜400，因而能使大部分的第一波长范围的光线(可见光)能够被第一主动层112吸收。更详细来说，由于大部分的第一波长范围的光线(例如是可见光)不会穿过光学膜400，使得大部分的第一波长范围的光线(可见光)不会被第二太阳能电池B的膜层吸收或消耗，因而第一波长范围的光线(可见光)能够完整地被第一主动层112所吸收。因此，本实施例在太阳能电池模块10中设置光学膜400可以进一步提升第一太阳能电池A的光吸收率，进而提升太阳能电池模块10整体的效能。
图8是图5的太阳能电池模块中的光吸收率与波长的曲线图。请参照图8，曲线M表示未于太阳能电池模块中装设光学膜的吸收曲线，曲线N表示于太阳能电池模块中装设光学膜的吸收曲线。由图8可知，曲线N相较于曲线M在可见光区(区域800)的光吸收率较高，其大约可增加22％的光吸收率。由此可知，在太阳能电池模块中装设光学膜可以进一步提高第一太阳能电池的光吸收率，进而更提高太阳能电池模块的整体效能。
综上所述，本发明将第一太阳能电池以及第二太阳能电池设置在基板的两侧边可以避免两太阳能电池的膜层在制作过程中产生相互破坏的问题。另外，本发明的第一太阳能电池是吸收第一波长范围的光线且及第二太阳能电池吸收第二波长范围的光线，此种设计可以有效地提高太阳能电池模块的全波段的光吸收率，进而提高太阳能模块的效能。
另外，本发明可进一步在太阳能电池模块中装设光学膜，以使第一波长范围的光线反射并使第二波长范围的光线穿透。如此，可以进一步提高太阳能电池模块中的第一太阳能电池的光吸收率，以使太阳能模块的效能更为提高。
当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明权利要求的保护范围。
Claims (12)
1.一种太阳能电池模块，其具有一光入射面以及一光反射面，其特征在于，该太阳能电池模块包括：
一基板，其具有一第一表面以及一第二表面；
一第一太阳能电池，其包括：
一第一电极层，位于该基板的该第一表面上；
一第一主动层，覆盖该第一电极层，其中该第一主动层吸收第一波长范围的光线；
一第二电极层，覆盖该第一主动层；
一第二太阳能电池，其与该第一太阳能电池串接，且包括：
一第三电极层，位于该基板的该第二表面上；
一第二主动层，覆盖该第三电极层，其中该第二主动层吸收第二波长范围的光线；
一第四电极层，覆盖该第二主动层，
其中该第一太阳能电池的该第二电极层的一表面是作为该光入射面，且该第二太阳能电池的该第四电极层的一表面是作为该光反射面。
2.根据权利要求1的所述的太阳能电池模块，其特征在于，该第一主动层以及该第二主动层分别为一有机吸光材料。
3.根据权利要求1的所述的太阳能电池模块，其特征在于，该第一主动层与该第二主动层其中之一是吸收可见光且另一是吸收红外光。
4.根据权利要求1的所述的太阳能电池模块，其特征在于，更包括一光学膜，设置在该基板上，以使该第一波长范围的光线反射并且使该第二波长范围的光线穿透。
5.根据权利要求4的所述的太阳能电池模块，其特征在于，该光学膜是由至少一层第一折射率介电层以及至少一层第二折射率介电层交替堆栈所构成，其中该第一折射率介电层的折射率不同于该第二折射率介电层的折射率。
6.根据权利要求1的所述的太阳能电池模块，其特征在于，更包括一连接结构，设置在该基板内，以电性连接该第一太阳能电池以及该第二太阳能电池。
7.根据权利要求1的所述的太阳能电池模块，其特征在于，更包括一外部电路板，以电性连接该第一太阳能电池以及该第二太阳能电池。
8.根据权利要求1的所述的太阳能电池模块，其特征在于，该第一电极层、该第二电极层以及该第三电极层分别包括一透明电极材料，且该第四电极层包括一金属电极材料。
9.根据权利要求8的所述的太阳能电池模块，其特征在于，该第一电极层包括一透明导电层以及一功函数调整层。
10.根据权利要求8的所述的太阳能电池模块，其特征在于，该第二电极层包括一有机导电材料。
11.根据权利要求8的所述的太阳能电池模块，其特征在于，该第三电极层包括一透明导电层以及一功函数调整层。
12.根据权利要求1的所述的太阳能电池模块，其特征在于，该基板为一软性基板。
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