CN102479837A - 色彩可调的增强型的红外光随温度自动切换的智能型薄膜太阳能电池 - Google Patents

Abstract

本发明是有关一种色彩可调的增强型的红外光随温度自动切换的智能型薄膜太阳能电池，包括透光基板、上电极层、光伏层、下电极层、温度导向光学层以及有色薄膜；上电极层配置于透光基板上，且其为透光电极；光伏层配置于上电极层上；下电极层配置于光伏层上；温度导向光学层配置于光伏层与下电极层之间，其红外光的透光度随温度而变，当温度导向光学层的温度提升至特定范围时，温度导向光学层对红外光的透光度会降低；有色薄膜配置于下电极层上，并且有色薄膜的颜色为单色或多色。

Description

色彩可调的增强型的红外光随温度自动切换的智能型薄膜太阳能电池

技术领域

本发明涉及太阳能电池，特别是有关于一种可依需求调整颜色且随着目前温度自动调整红外光透光程度的薄膜太阳能电池。

背景技术

随着环保意识抬头，节能减碳的概念逐渐受众人所重视，再生能源的开发与利用成为世界各国积极投入发展的重点。再生能源当中，由于太阳光随处可得，且不像其他能源(如：石化能源、核能)一般会对地球产生污染，因此太阳能与可将太阳光转换成电能的太阳能电池是目前看好的明星产业。

太阳能电池若可具有大面积的照光面积，便可产生相对大量且可供使用的电能。因此有许多厂商希冀将「绿能建筑」的概念融入太阳能电池中，即在建筑物曝晒太阳最多之处铺设太阳能电池，藉以利用太阳能电池所产生的电能来弥补建筑物内所耗费的电能。

目前，太阳能电池的关键问题在于其光电转换效率的提升，而能够提升太阳能电池的光电转换效率即意味着产品竞争力的提升。另外，由于太阳能电池易于取得所需原料，因此太阳能电池的应用范围亦受到众人的注目。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种色彩可调的增强型的红外光随温度自动切换的智能型薄膜太阳能电池，其随着环境温度自动调整太阳光的红外光的透光度，并可依据设计需求来调整此薄膜太阳能电池的有色薄膜的颜色。

为了实现上述目的，依据本发明提出的一种色彩可调的增强型的红外光随温度自动切换的智能型薄膜太阳能电池，其包括透光基板、上电极层、光伏层、下电极层、温度导向光学层与有色薄膜；上电极层配置于透光基板上，并且上电极层为透光电极；光伏层配置于上电极层上；下电极层配置于光伏层上；温度导向光学层则配置于光伏层与下电极层之间，其对于红外光的透光度随温度而变；当温度导向光学层的温度提升至特定范围时，温度导向光学层对红外光在透光度会降低；有色薄膜配置于下电极层上，且有色薄膜的颜色可为单色或者多色。

本发明还可采用以下技术措施进一步实现。

前述的色彩可调的增强型的红外光随温度自动切换的智能型薄膜太阳能电池，其中所述的有色薄膜可依据其材料的不同而变更颜色。

前述的色彩可调的增强型的红外光随温度自动切换的智能型薄膜太阳能电池，其中所述的有色薄膜的材料可以采用有色金属，而此处的有色金属可以是金、银、铜或铝等元素。

前述的色彩可调的增强型的红外光随温度自动切换的智能型薄膜太阳能电池，其中所述的温度导向光学层的材料包括二氮化钒或者氧元素与钒元素的化合物。此外，温度导向光学层可掺杂有钛、银或铜等元素。

前述的色彩可调的增强型的红外光随温度自动切换的智能型薄膜太阳能电池，其中所述的温度导向光学层对红外光的透光度随着温度的提升而降低。

前述的色彩可调的增强型的红外光随温度自动切换的智能型薄膜太阳能电池，还包括超薄导电层，其可配置于下电极层与有色薄膜之间或配置于有色薄膜上。超薄导电层可反射通过温度导向光学层的红外光。

本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益效果。借由上述技术方案，本发明的色彩可调的增强型的红外光随温度自动切换的智能型薄膜太阳能电池，当太阳光自透光基板进入薄膜太阳能电池时，温度导向光学层依据目前环境温度来调整红外光波段的太阳光通过薄膜太阳能电池的透光度。此外，薄膜太阳能电池利用有色薄膜以依据设计需求来调整颜色，从而量身订制薄膜太阳能电池的色彩，藉此提升其视觉美观。此外，本发明亦可透过超薄导电层进一步地调整红外光通过薄膜太阳能电池的比例，使其更能够依据设计需求来提供所需的红外光的透光度。

另外，本发明实施例应用于建筑物的窗户、屋顶上时可调节室内温度外，亦可依据设计者的需求来变更颜色以增加建筑物的美观样貌。本发明亦可应用于需要较多绿光或蓝绿混光的农业或花卉温室，藉以维持温室的室内温度与增进温室的美观，有助于农作物与花卉培养。

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附图式作详细说明如下。

附图说明

图1为本发明一实施例的色彩可调的增强型的红外光随温度自动切换的智能型薄膜太阳能电池的剖视示意图。

图2为本发明一实施例的温度导向光学层的红外光透光程度示意图。

图3为本发明另一实施例的色彩可调的增强型的红外光随温度自动切换的智能型薄膜太阳能电池的剖视示意图。

10、30：薄膜太阳能电池             100、160：透光基板

110：上电极层                      120：光伏层

123：N型半导体层                   125：P型半导体层

130：温度导向光学层                140：下电极层

150：薄膜导电层                    170：超薄导电层

L1：温度T低于摄氏20度时的曲线      IR：红外光的光线频率

L2：温度T大于等于摄氏30度时的曲线

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的色彩可调的增强型的红外光随温度自动切换的智能型薄膜太阳能电池其具体实施方式、步骤、结构、特征及其功效详细说明。

请参阅图1所示，是本发明一实施例的色彩可调的增强型的红外光随温度自动切换的智能型薄膜太阳能电池10的剖视示意图。本发明一实施例的薄膜太阳能电池10包括透光基板100、上电极层110、光伏层120、温度导向光学层130、下电极层140以及有色薄膜150。在本实施例中，薄膜太阳能电池10可包括另一对向的透光基板160。

上述的透光基板100与透光基板160可以是采用玻璃基板，其中入射光线L可经由透光基板100的一侧进入薄膜太阳能电池10，如图1所示。上述的上电极层110配置于透光基板100上，本实施例所指的上电极层110为靠近入射光线L方向的电极层，且上电极层110的材料可以是采用透光导电氧化物。在本实施例中，透光导电氧化物可以是铟锡氧化物(indiumtinoxide，ITO)、氧化铝锌(Al doped ZnO，AZO)、铟锌氧化物(indium zincoxide，IZO)、氧化锌(ZnO)或是其他适当的透光导电材料。

请继续参考图1，上述的光伏层120配置于上电极层110上。在本实施例中，薄膜太阳能电池10若为单接面(single junction)的形态时，光伏层120可包括N型半导体层123与P型半导体层125，其中N型半导体层123与P型半导体层125可依序配置于上电极层110与下电极层140之间。详细而言，N型半导体层123的材料可采用非晶硅或微晶硅，而N型半导体层123中所掺杂的材料例如是选自元素周期表中VA族元素的群组，可为氮(N)、磷(P)、砷(As)、锑(Sb)或铋(Bi)等元素。另外，P型半导体层125的材料例如为非晶硅或微晶硅，而P型半导体层125中所掺杂的材料例如是选自元素周期表中IIIA族元素的群组，可为硼(B)、铝(Al)、镓(Ga)、铟(In)或铊(Tl)等元素。

上述仅为举例说明，本发明不限于此。在其他可能的实施例中，薄膜太阳能电池10的光伏层120也可采用双接面(double junction)或三接面(triple junction)的光伏结构。换言之，本实施例的薄膜太阳能电池10也可以是非晶硅薄膜太阳能电池、微晶硅薄膜太阳能电池、堆叠式(tandem)薄膜太阳能电池或三层式(triple)硅薄膜太阳能电池。值得一提的是，在图1中的光伏层120亦可包括有高温非晶硅本质层(intrinsic layer)，其中高温非晶硅本质层(未绘示)可配置于N型半导体层123与P型半导体层125之间，藉以增强此薄膜太阳能电池10的光电转换效率，如图1所示。

请继续参考图1，上述的下电极层140配置于光伏层120上。下电极层140的材料可采用透光导电氧化物(例如铟锡氧化物、氧化铝锌、铟锌氧化物或其他透光导电材料)。本实施例的温度导向光学层130则配置于光伏层120与下电极层140之间，且光线L的红外光波段通过温度导向光学层130的透光度可随目前环境的温度T而改变。也就是说，当温度导向光学层130的温度T提升至特定范围时，温度导向光学层130对红外光的透光度便会自动降低。

另外，如图1所示，有色薄膜150配置于下电极层140上，并且本发明所指的“色彩可调”的薄膜太阳能电池10为可依据设计需求与有色薄膜150所使用的材料而来调整或变更有色薄膜150的颜色，使薄膜太阳能电池10具有量身订制的色彩。在本实施例中，有色薄膜150的材料是采用具有颜色的金属(称为有色金属)，或在有色薄膜150中参杂部分有色金属，藉以使有色薄膜150依据其材料而具有单一色彩或者多种色彩，让欣赏者可以看见具有多样化的颜色的薄膜太阳能电池10，使其应用于建筑物窗户、屋顶或温室等处时便可具有漂亮、美观的样貌。

上述这些有色金属可以是金、银、铜或铝等元素，熟习此技术者可轻易变更上述各种有色金属或其氧化物以使薄膜太阳能电池10具备更多样的颜色，本发明不应以此为限。在其他实施例中，有色薄膜150可以更进一步地与温度导向光学层130相配合，藉以调整光线L中的红外光波段通过薄膜太阳能电池的比例，使设计者可依据所需的红外光的穿透量而控制建筑物的采光与温室的温度。

此外，由上述实施例中可知，本发明所指的“智能型”薄膜太阳能电池10，是通过薄膜太阳能电池10的红外光的透光度可随着目前环境温度T而自动变更，以下详细说明本发明实施例所述的说明温度导向光学层130。

请参阅图2所示，是本发明一实施例的温度导向光学层130的红外光透光度示意图，其横轴为入射光线L的光波长，且其纵轴则为入射光线L的透光度，最高为100％(亦即光线几乎可全数通过)，最低为0％(亦即光线几乎被完全阻挡)。此外，温度导向光学层130的材料在本实施例中为二氧化钒。

在本实施例中，曲线L1为温度导向光学层130的温度T小于等于摄氏20度(T≤20℃)时，温度导向光学层130对于入射光线L的透光度，而曲线L2则为温度T大于等于摄氏30度(T≥30℃)时，温度导向光学层130对于入射光线L的透光度。由图2中可知，当温度T提升至摄氏30度或者温度T大于摄氏30度时(亦即上述的温度导向光学层130的特定范围，请见曲线L2)，可通过温度导向光学层130的红外光穿透量便会降低，如图2所示的红外光IR波段的透光度。换言之，入射光线L中大部分红外光便可被阻挡或是被反射。

在曲线L2中，温度导向光学层130在温度为摄氏30度以上时，红外光波段可通过温度导向光学层130的透光度约略为10％，即入射光线L中仅约略10％的红外光可通过此温度导向光学层130，其余的红外光则可被反射回透光基板100、或藉由光伏层120再次吸收而转换为电能。

而在曲线L1中，若温度T降低至摄氏20度以下时，红外光波段的光线L1可通过温度导向光学层130的程度便会大大的提升，意即入射光线L中大多数的红外光便可通过此薄膜太阳能电池10。因此采用此薄膜太阳能电池10作为壁面的温室便可藉由多数的红外光会进入温室内而提升其内部的温度T。

请继续参考图2，温度导向光学层130在其本身温度为20度时对于红外光的透光度约略为100％，亦即温度于摄氏20度以下时，入射光线L中几乎所有的红外光均可通过此温度导向光学层130，若温室的建材采用本实施例的薄膜太阳能电池10时，便可使温室内部的环境温度易于提升。藉此，本发明实施例除了本身为薄膜太阳能电池10以外，亦可藉由自动调整红外光的透光度达成室内温度的控制，并且降低室内空调的依赖程度，节省空调所消耗的电能。

上述入射光线L的透光度仰赖于温度导向光学层130的材料，因此上述的透光度均为实验数据，当温度导向光学层130的材料有些许变更时，图2的透光度的曲线亦有不同，因此本发明不应以此为限。在其他实施例中，温度导向光学层130的材料亦可以是氧元素与钒元素的化合物。

而在其他实施例中，亦可在薄膜太阳能电池10中增加超薄导电层170，请参考图3，其中图3为本发明另一实施例的色彩可调的增强型的红外光随温度自动切换的智能型薄膜太阳能电池30的剖视示意图。本实施例可藉由超薄导电层170调整红外光通过薄膜太阳能电池的比例，使其可依据设计者所需的红外光的透光度来控制建筑物的采光与温室的温度。超薄导电层170在本实施例的厚度大于等于2nm且小于等于20nm(在本实施例中的厚度为5nm)，并且其材料包括过渡金属，而此处所指的过渡金属可以是镍、银或铝等金属元素，其可反射红外光与提高下电极层140的导电性。本实施例的其他细部流程已包含在上述各实施例中，故在此不予赘述。

综上所述，当太阳光自透光基板进入薄膜太阳能电池时，光伏层与下电极层之间的温度导向光学层会依据目前的温度而调整红外光波段的太阳光通过薄膜太阳能电池的透光度。此外，本发明实施例藉由有色薄膜获得可随设计需求而调整颜色的薄膜太阳能电池，藉以量身订制薄膜太阳能电池的颜色，使其可增加薄膜太阳能电池的视觉美观程度，并可增加太阳光的反射率、利用有色金属增加导电性、以及更进一步地调整红外光通过薄膜太阳能电池的反射率。本实施例亦可透过超薄导电层以更进一步地调整红外光通过薄膜太阳能电池的比例，使其更能够依据设计需求来提供所需的红外光的透光度。

另外，本发明实施例应用于建筑物的窗户、屋顶上时可调节室内温度外，亦可增加建筑物的美观样貌。本发明实施例亦可应用于需要较多绿光或蓝绿混光的农业或花卉温室，藉以维持温室的室内温度与增进温室的美观，有助于农作物与花卉培养。另外，本发明实施例应用于建筑物的窗户、屋顶上时，除可调节室内温度外，亦可增加建筑物的美观样貌。亦可以应用于需要较多绿光或蓝绿混光的农业或花卉温室，藉以维持温室的室内温度，有助于农作物与花卉培养。

虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然并非用以限定本发明实施的范围，依据本发明的权利要求书及说明内容所作的简单的等效变化与修饰，仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种色彩可调的增强型的红外光随温度自动切换的智能型薄膜太阳能电池，其特征在于包括：

一透光基板；

一上电极层，配置于该透光基板上，且该上电极层为一透光电极；

一光伏层，配置于该上电极层上；

一下电极层，配置于该光伏层上；

一温度导向光学层，配置于该光伏层与该下电极层之间，该温度导向光学层对一红外光的透光度随一温度而变，其中当该温度导向光学层的该温度提升至一特定范围时，该温度导向光学层对该红外光的透光度会降低；以及

一有色薄膜，配置于该下电极层上，且该有色薄膜的颜色为单色或多色。

2.如权利要求1所述的色彩可调的增强型的红外光随温度自动切换的智能型薄膜太阳能电池，其特征在于其中所述的有色薄膜依据其材料而变更该颜色。

3.如权利要求2所述的色彩可调的增强型的红外光随温度自动切换的智能型薄膜太阳能电池，其特征在于其中所述的有色薄膜的材料包括一有色金属。

4.如权利要求3所述的色彩可调的增强型的红外光随温度自动切换的智能型薄膜太阳能电池，其特征在于其中所述的有色金属包括金、银、铜或铝。

5.如权利要求1所述的色彩可调的增强型的红外光随温度自动切换的智能型薄膜太阳能电池，其特征在于其中所述的温度导向光学层的材料包括二氮化钒，或氧元素与钒元素的化合物。

6.如权利要求1所述的色彩可调的增强型的红外光随温度自动切换的智能型薄膜太阳能电池，其特征在于其中所述的温度导向光学层掺杂有钛、银或铜。

7.如权利要求1所述的色彩可调的增强型的红外光随温度自动切换的智能型薄膜太阳能电池，其特征在于其中当该温度提升至摄氏30度以上时，该温度导向光学层对该红外光的透光率会降低。

8.如权利要求7所述的色彩可调的增强型的红外光随温度自动切换的智能型薄膜太阳能电池，其特征在于其中当该温度小于摄氏30度时，该温度导向光学层对该红外光的透光度会提升。

9.如权利要求1所述的色彩可调的增强型的红外光随温度自动切换的智能型薄膜太阳能电池，其特征在于其中所述的温度导向光学层对该红外光的透光度随该温度的提升而降低。

10.如权利要求1所述的色彩可调的增强型的红外光随温度自动切换的智能型薄膜太阳能电池，其特征在于还包括：

一超薄导电层，配置于该下电极层与该有色薄膜之间或配置于该有色薄膜上，且该超薄导电层反射通过该温度导向光学层的该红外光。

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