CN102479846A - 涂布式太阳能电池及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种涂布式太阳能电池及其制造方法，乃先于内透明基板上依序形成第一透明导电层、第一型半导体层、本质型半导体层、第二型半导体层、第二透明导电层与外透明基板，最后，再利用涂布方式，于外透明基板表面形成二氧化钛光触媒层，以制得涂布式太阳能电池，其制程简便、成本低廉、可大面积生产，而且，此涂布式太阳能电池可作为建筑结构的墙板，当二氧化钛光触媒层照射光源后，凭借氧化还原反应，可以分解水中杂质及脏污，另外，本发明也可利用喷水器的增设，凭借喷洒水流使杂质及脏污自动流失，进一步提高可自动清理的效果。
Description
技术领域
本发明涉及一种太阳能电池及其制造方法，特别是指一种利用涂布方式形成二氧化钛光触媒层的涂布式太阳能电池及其制造方法。
背景技术
高油价时代来临及国际各国对于环保与气候暖化的关注，促使绿色能源产业快速成长，目前在全球的规模已达到数十亿美元。绿色能源又称为洁净能源(包括水资源、太阳能、风能、地热、清洁煤等)，举凡对环境有利的产业都包括在绿能的定义中。而随着节能、低碳议题发烫，其中又以太阳能电池最受到瞩目，太阳能电池具有使用方便、取之不尽、用之不竭、无废弃物、无污染、无转动部分、无噪音、可阻隔辐射热、使用寿命长、尺寸可随意变化、并与建筑物作结合及普及化等优点。尤其中国台湾多数地区日照非常充足，因此相当适合推广太阳能发电的应用及产业发展。
建筑整合型太阳光电系统(Building Integrated Photovoltaics，BIPV)是目前相当提倡的绿色建筑，在地狭人稠与土地价格昂贵的地区，它是解决土地设置成本过高与整合发电设备与建筑物外观的最佳方案。但要如何将具较低成本的太阳能电池结合于此系统，以有效提高绿色建筑的普及性，增进永续性与环保的替代性能源的使用率，也成为一个重要的课题。
再者，尽管建筑整合型太阳光电系统一般来说，设置完成后，并无需经常性地予以维护，因此寿命都可达到20年以上；然而，毕竟乃是设置于建筑物外部，经年累月的风吹雨淋，表面难免会沾粘灰尘、异物等，虽然不至于影响基本运作，但是因为附着于表面，却会影响太阳光线实际照射的比率，等同降低了整体太阳光电系统的效率。但是，建筑整合型太阳光电系统与建筑物结合、甚至取代了传统的外墙，因此清洗上更是不容易。
发明内容
鉴于以上的问题，本发明的主要目的在于提供一种涂布式太阳能电池及其制造方法，利用涂布的方式来形成二氧化钛光触媒层，凭借氧化还原反应，可以分解水中杂质及脏污，而可大体上解决背景技术存在的缺失。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案包括：
一种涂布式太阳能电池，其特征在于，包含有：
一内透明基板；
一第一透明导电层，位于该内透明基板上；
一第一型半导体层，位于该第一透明导电层上；
一本质型半导体层，位于该第一型半导体层上；
一第二型半导体层，位于该本质型半导体层上；
一第二透明导电层，位于该第二型半导体层上；
一外透明基板，位于该第二透明导电层上；及
一个二氧化钛光触媒层，利用涂布方式形成于该外透明基板表面，当该二氧化钛光触媒层照射光源后，凭借氧化还原反应，可以分解水中杂质及脏污。
其中：该内透明基板的材质选自玻璃、石英、透明塑胶、蓝宝石基板及透明可挠性材料的群组组合中任一。
其中：该第一型半导体层是透明P型半导体，则该第二型半导体层是透明N型半导体，或该第一型半导体层是透明N型半导体，则该第二型半导体层是透明P型半导体。
其中：该透明P型半导体的材质选自于铜铝氧化物、铜镓氧化物、铜钪氧化物、铜铬氧化物、铜铟氧化物、铜钇氧化物及银铟氧化物的透明导电氧化物的群组组合中任一，且该透明N型半导体的材质选自于氧化锌、氧化锡、氧化铟锌及氧化铟锡的透明导电氧化物的群组组合中任一。
其中：更包含一设置于该二氧化钛光触媒层上方的喷水器。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案还包括：
一种涂布式太阳能电池的制造方法，其特征在于，其步骤包含：
提供一内透明基板；
在该内透明基板上形成一第一透明导电层；
在该第一透明导电层上形成一第一型半导体层；
在该第一型半导体层上形成一本质型半导体层；
在该本质型半导体层上形成一第二型半导体层；
在该第二型半导体层上形成一第二透明导电层；
在该第二透明导电层上形成一外透明基板；及
利用涂布方式，在该外透明基板表面形成一二氧化钛光触媒层，以形成一涂布式太阳能电池。
其中：该内透明基板的材质选自玻璃、石英、透明塑胶、蓝宝石基板及透明可挠性材料的群组组合中任一。
其中：该第一型半导体层是透明P型半导体，则该第二型半导体层是透明N型半导体，或该第一型半导体层是透明N型半导体，则该第二型半导体层是透明P型半导体。
其中：该透明P型半导体的材质选自于铜铝氧化物、铜镓氧化物、铜钪氧化物、铜铬氧化物、铜铟氧化物、铜钇氧化物及银铟氧化物的透明导电氧化物的群组组合中任一，且该透明N型半导体的材质选自于氧化锌、氧化锡、氧化铟锌及氧化铟锡的透明导电氧化物的群组组合中任一。
其中：形成该二氧化钛光触媒层的步骤之后，更包含一个设置于该二氧化钛光触媒层上方的喷水器。
与现有技术相比较，本发明具有的有益效果是：
本发明所揭示的涂布式太阳能电池，包含有内透明基板、第一透明导电层、第一型半导体层、本质型半导体层、第二型半导体层、第二透明导电层、外透明基板以及二氧化钛光触媒层，其中二氧化钛光触媒层是利用涂布方式形成于外透明基板表面，当二氧化钛光触媒层照射光源后，凭借氧化还原反应，可以分解水中杂质及脏污，因此可针对涂布式太阳能电池的外表面予以自动清洁，维持太阳能电池于良好的接收光线条件下运作。再者，二氧化钛光触媒层乃是凭借涂布的方式予以成型，故制程简便易于控制，且成本低廉、可大面积生产。
再者，本发明也可利用喷水器的增设，凭借喷洒水流使杂质及脏污自动流失，进一步提高可自动清理的效果。
本发明所揭示的涂布式太阳能电池的制造方法，包含提供一内透明基板、形成第一透明导电层于内透明基板上、形成第一型半导体层于第一透明导电层上、形成本质型半导体层于第一型半导体层上、形成第二型半导体层于本质型半导体层上、形成第二透明导电层于第二型半导体层上、形成外透明基板于第二透明导电层上、以及利用涂布方式形成二氧化钛光触媒层于外透明基板表面。同样地，通过涂布的方式，制程条件简单且易于控制，能够维持涂布的均匀性、品质，且成本低廉，而可进一步提高产业竞争力。
附图说明
图1为本发明的涂布式太阳能电池的应用例的示意图；
图2为本发明的涂布式太阳能电池的示意图；
图3为本发明的涂布式太阳能电池增设有喷水器的实施例示意图；
图4为本发明的涂布式太阳能电池的制造方法的步骤流程示意图；
图5A～图5H为本发明的涂布式太阳能电池的制造方法的示意图。
附图标记说明10涂布式太阳能电池；11内透明基板；12第一透明导电层；13第一型半导体层；14本质型半导体层；15第二型半导体层；16第二透明导电层；17外透明基板；18二氧化钛光触媒层；70建筑物；71屋顶；72侧墙。
具体实施方式
请参照图1，系绘示本发明所提供的实施例的涂布式太阳能电池的应用例的示意图。
建筑整合型太阳光电系统(Building Integrated Photovoltaics，BIPV)是结合太阳能发电与建筑物外墙两项功能的双用途产品，由图中所绘示，建筑物70的外围墙板，诸如屋顶71、或是侧墙72(包含门窗)等，都可运用本发明所提供涂布式太阳能电池(可用模块方式堆迭或是以阵列方式排列等)予以替代，如此建筑整合型太阳光电系统可有效利用建筑物的表面积，并替代建筑物的外表包覆材料，或是代替屋顶、墙面、窗户的建材，同时可遮阳，降低建筑物外表温度。
请参照图2，是绘示本发明所提供的涂布式太阳能电池的示意图。
根据本发明所揭示的涂布式太阳能电池10，包含有内透明基板11、第一透明导电层12、第一型半导体层13、本质型半导体层14、第二型半导体层15、第二透明导电层16、外透明基板17以及二氧化钛光触媒层18。
内透明基板11与外透明基板17的材质可为玻璃、石英、透明塑胶、蓝宝石基板或透明可挠性材料等中任一，而第一透明导电层12与第二透明导电层16常见者为铟锡氧化物(Indium Tin Oxide；ITO)、二氧化锡(SnO2)系列、氧化锌(ZnO)系列的透明导电膜(Transparent Conducting Oxide；TCO)。
为了能够接收太阳光而产生电能，在本质型半导体层14两侧上分别涂上二种具不同导电性质的P型半导体及N型半导体(第一型半导体层13、第二型半导体层15)，当太阳光照射在PN接面，部分电子因而拥有足够的能量，离开原子而变成自由电子，失去电子的原子因而产生电洞。通过P型半导体及N型半导体分别吸引电洞与电子，把正电和负电分开，在PN接面两端因而产生电位差。在导电层接上电路，使电子得以通过，并与在PN接面另一端的电洞再次结合，电路中便产生电流，即可凭借譬如导线将电能予以输出。
因此，第一型半导体层13与第二型半导体层15可为透明P型半导体与透明N型半导体，换句话说，若第一型半导体层13为透明P型半导体，则第二型半导体层15为透明N型半导体；另一方面，若是第一型半导体层13为透明N型半导体，则第二型半导体层15是透明P型半导体。其中透明P型半导体的材质可选自于铜铝氧化物、铜镓氧化物、铜钪氧化物、铜铬氧化物、铜铟氧化物、铜钇氧化物及银铟氧化物等的透明导电氧化物中任一，而透明N型半导体的材质可选自于氧化锌、氧化锡、氧化铟锌及氧化铟锡的透明导电氧化物等材质中任一。
而二氧化钛光触媒层18设置于最外层，二氧化钛的两种常见的晶体结构，分别为金红石相和锐钛矿相，而锐钛矿相的二氧化钛具有较优良的光触媒活性，故大部分的光触媒研究都着眼于此。当二氧化钛光触媒受到大于二氧化钛能隙宽度的光线照射后，电子会从价带跃迁至导电带，因而产生电子-电洞对，其中电子具还原性，电洞具氧化性，电洞会和二氧化钛表面上的OH-反应生成氧化性很高的OH-自由基，电子则会和氧分子结合形成超氧离子(O2-)，活泼的OH-自由基和超氧离子可以把有机物分解，变为二氧化碳和水，因而达到净化效果。
因此，凭借二氧化钛光触媒层18可以把周遭环境中的污染物质分解，还可以利用二氧化钛的超亲水性质，使得表面污垢更容易去除。当有油滴或脏污附着在光触媒表面时，由于光触媒表面的超亲水性质使油污不易附着，经清水冲洗后，可以使脏污很容易清除。故能达到自动清洗的作用，不仅可使涂布式太阳能电池10表面维持洁净，进而使太阳能转换效率持续维持于较佳状态，更能降低维护建筑整合型太阳光电系统(BIPV)所需的成本。
因此，在受到太阳光的照射后，二氧化钛光触媒层18凭借氧化还原反应，会开始分解脏污，在下过雨后，脏污就会随着水一起脱落。另一方面，请参阅图3，为本发明的涂布式太阳能电池增设有喷水器的实施例示意图，也可于二氧化钛光触媒层18上方增设有喷水器19，定期提供清洁水来冲洗二氧化钛光触媒层18，以免长期间未下雨而造成脏污难以清洗。
如图4所示，为本发明所揭示的涂布式太阳能电池的制造方法的步骤流程示意图；同时配合图5A～图5H所示，为涂布式太阳能电池的制造方法的示意图。
根据本发明揭示的涂布式太阳能电池的制造方法，首先提供一内透明基板11(见图5A)，如步骤S401，接着在内透明基板11上形成第一透明导电层12(见图5B)，如步骤S402，并在第一透明导电层12上形成第一型半导体层13(见图5C)，如步骤S403，然后在第一型半导体层13上形成本质型半导体层14(见图5D)，如步骤S404，在本质型半导体层14上形成第二型半导体层15(见图5E)，如步骤S405，在第二型半导体层15上形成第二透明导电层16(见图5F)，如步骤S406，在第二透明导电层16上形成外透明基板17(见图5G)，如步骤S407，最后利用涂布方式在外透明基板17表面形成二氧化钛光触媒层18(见图5H)，如步骤S408。
因二氧化钛光触媒层18乃是通过涂布的方式来形成，因此制程条件简单且易于控制，能够维持涂布的均匀性、品质，且成本低廉，而可进一步提高产业竞争力；进而可降低制造建筑整合型太阳光电系统(BIPV)所需的成本，增进其推广性。
以上说明对本发明而言只是说明性的，而非限制性的，本领域普通技术人员理解，在不脱离权利要求所限定的精神和范围的情况下，可作出许多修改、变化或等效，但都将落入本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种涂布式太阳能电池，其特征在于，包含有：
一内透明基板；
一第一透明导电层，位于该内透明基板上；
一第一型半导体层，位于该第一透明导电层上；
一本质型半导体层，位于该第一型半导体层上；
一第二型半导体层，位于该本质型半导体层上；
一第二透明导电层，位于该第二型半导体层上；
一外透明基板，位于该第二透明导电层上；及
一个二氧化钛光触媒层，利用涂布方式形成于该外透明基板表面，当该二氧化钛光触媒层照射光源后，凭借氧化还原反应，可以分解水中杂质及脏污。
2.根据权利要求1所述的涂布式太阳能电池，其特征在于：该内透明基板的材质选自玻璃、石英、透明塑胶、蓝宝石基板及透明可挠性材料的群组组合中任一。
3.根据权利要求1所述的涂布式太阳能电池，其特征在于：该第一型半导体层是透明P型半导体，则该第二型半导体层是透明N型半导体，或该第一型半导体层是透明N型半导体，则该第二型半导体层是透明P型半导体。
4.根据权利要求3所述的涂布式太阳能电池，其特征在于：该透明P型半导体的材质选自于铜铝氧化物、铜镓氧化物、铜钪氧化物、铜铬氧化物、铜铟氧化物、铜钇氧化物及银铟氧化物的透明导电氧化物的群组组合中任一，且该透明N型半导体的材质选自于氧化锌、氧化锡、氧化铟锌及氧化铟锡的透明导电氧化物的群组组合中任一。
5.根据权利要求1所述的涂布式太阳能电池，其特征在于：更包含一设置于该二氧化钛光触媒层上方的喷水器。
6.一种涂布式太阳能电池的制造方法，其特征在于，其步骤包含：
提供一内透明基板；
在该内透明基板上形成一第一透明导电层；
在该第一透明导电层上形成一第一型半导体层；
在该第一型半导体层上形成一本质型半导体层；
在该本质型半导体层上形成一第二型半导体层；
在该第二型半导体层上形成一第二透明导电层；
在该第二透明导电层上形成一外透明基板；及
利用涂布方式，在该外透明基板表面形成一二氧化钛光触媒层，以形成一涂布式太阳能电池。
7.根据权利要求6所述的涂布式太阳能电池的制造方法，其特征在于：该内透明基板的材质选自玻璃、石英、透明塑胶、蓝宝石基板及透明可挠性材料的群组组合中任一。
8.根据权利要求6所述的涂布式太阳能电池的制造方法，其特征在于：该第一型半导体层是透明P型半导体，则该第二型半导体层是透明N型半导体，或该第一型半导体层是透明N型半导体，则该第二型半导体层是透明P型半导体。
9.根据权利要求8所述的涂布式太阳能电池的制造方法，其特征在于：该透明P型半导体的材质选自于铜铝氧化物、铜镓氧化物、铜钪氧化物、铜铬氧化物、铜铟氧化物、铜钇氧化物及银铟氧化物的透明导电氧化物的群组组合中任一，且该透明N型半导体的材质选自于氧化锌、氧化锡、氧化铟锌及氧化铟锡的透明导电氧化物的群组组合中任一。
10.根据权利要求8所述的涂布式太阳能电池的制造方法，其特征在于：形成该二氧化钛光触媒层的步骤之后，更包含一个设置于该二氧化钛光触媒层上方的喷水器。
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