CN105679912A - 彩色太阳能电池和含有所述电池的太阳能面板 - Google Patents

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郭峻江
李昇翰
侯惟仁
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Abstract

本发明提供一种可同时保有高转换效率并产生视觉上令人满意的色彩的高效率彩色太阳能电池，其包含：光电转换衬底；至少一层抗反射层，其形成于所述光电转换衬底上；两个或两个以上透明无机介电质层，其形成于所述抗反射层上，其中所述透明无机介电质层中至少一层包含钛的氧化物。本发明还提供一种包含上述彩色太阳能电池的面板。

Description

彩色太阳能电池和含有所述电池的太阳能面板
技术领域
本发明涉及一种可同时保有高转换效率并产生视觉上令人满意的色彩的彩色太阳能电池、包含所述电池的面板，以及其制造方法。
背景技术
随着石化能源日趋殆尽和其伴随的环境问题，寻找有效替代能源已为当务之急。其中，利用将太阳光能转换为电能的太阳能电池是目前具潜力的替代能源方案之一。太阳能电池是利用光电效应将光能转换为电能的装置，所述装置还常称为光伏打电池。结晶硅太阳能电池是现今广泛使用的太阳能电池之一，其设计是在其入光面上形成p/n接面，并在所述接面上再形成一层抗反射层，以降低光子的反射量。为了降低反射率并提高整体转换效率，结晶硅太阳能电池或太阳能面板的外观通常受限于单调的蓝色。然而，在各国政府推广在建筑物的屋顶或外墙安装太阳能电池或面板之际，为同时兼顾美观和电池转换效率，须开发具有不同颜色的太阳能电池或面板作为建筑设计或环境颜色的搭配。
日本特许公开号JP2003197937A已揭示可透过于太阳能电池表面的抗反射层上设置另一抗反射层，并调变其厚度与折射率，使太阳能电池产生不同的反射光谱进而展现多样化色彩。然而，太阳能电池所显现的色彩，极易受到抗反射层的折射率与厚度组合的影响，并且其材料选择与厚度组合众多，不仅实施复杂，测试耗时，并且其所选择的材料组合会对太阳能电池转换效率造成直接性的影响。现有技术往往为达到不同于蓝色的外观，而牺牲性地降低太阳能电池原有的转换效率，因此往往无法顺利进行商业化量产。再者，当将彩色太阳能电池封装成面板进行实际应用时，面板显现的颜色还会再次受到封装于其上的保护层的影响，多难以得到如所预期或视觉上令人满意的色彩。
鉴于上述现有技术的问题，本发明的目的是提供一种可同时保有高转换效率和视觉上令人满意的色彩，并且方便生产的彩色太阳能电池和包含所述电池的面板，以使太阳能电池能普及地被使用。
发明内容
为了达到前述目的，本发明提供一种彩色太阳能电池，其包含：光电转换衬底；至少一层抗反射层，其形成于所述光电转换衬底上；两个或两个以上透明无机介电质层，其形成于所述抗反射层上，并包含至少一层由钛的氧化物所构成的透明无机介电质层。
本发明的另一方面是提供一种太阳能电池面板，其包含根据本发明的彩色太阳能电池所组成的电池模块；位于所述电池模块上的保护层；和位于所述保护层上的透明玻璃板。
附图说明
图1是根据本发明的彩色太阳能电池的剖面图。
图2是根据本发明的彩色太阳能电池的剖面图。
图3是根据本发明的彩色太阳能电池的剖面图。
图4(a)是根据本发明的红色太阳能电池在每一种波长下的反射率。
图4(b)是根据本发明的红色太阳能电池在每一种波长下的反射率。
图5是根据本发明的绿色太阳能电池在每一种波长下的反射率。
图6是根据本发明的紫色太阳能电池在每一种波长下的反射率。
图7是根据本发明的红色太阳能电池在每一种波长下的反射率。
具体实施方式
本文中所使用术语“约”意指包含如由本领域的技术人员所测定的特定值的可接受误差，其部分地取决于如何测量或测定所述值。
目前广泛使用的结晶硅太阳能电池结构主要包含：(1)光电转换衬底；和(2)形成于所述光电转换衬底上的抗反射层，其中，所述光电转换衬底包含经n型与p型电荷载体掺杂的半导体材料，所述半导体材料可为多晶硅材料或单晶硅材料，所述半导体材料经n型与p型电荷载体掺杂后彼此接触形成具有p/n接面的光电转换衬底；所述抗反射层可为硅的氮化物(SiNx)所构成的薄膜。
本发明的彩色太阳能电池包含：光电转换衬底；形成于所述光电转换衬底上的至少一层的抗反射层；和形成于所述抗反射层上的两个或两个以上透明无机介电质层，其中所述透明无机介电质层中至少一层由钛的氧化物所构成。
根据本发明的一个具体实施例，本发明提供一种彩色太阳能电池，其包含：光电转换衬底；至少一层抗反射层，其形成于所述光电转换衬底上；和两层透明无机介电质层，其形成于所述抗反射层上，其中所述两层透明无机介电质层中的一层是包含钛的氧化物的第一透明无机介电质层并且另一层是第二透明无机介电质层。
如所附图1所示根据本发明的彩色太阳能电池的剖面图，其即包含：光电转换衬底(S)；抗反射层(AR)，其形成于所述光电转换衬底上；包含由钛的氧化物所构成的第一透明无机介电质层(11)和第二透明无机介电质层(12)。
根据本发明的另一个具体实施例，本发明的彩色太阳能电池包含：光电转换衬底；至少一层抗反射层，其形成于所述光电转换衬底上；和至少三层透明无机介电质层，其形成于所述抗反射层上，并包含至少一层由钛的氧化物所构成的第一透明无机介电质层、至少一层第三透明无机介电质层和至少一层第四透明无机介电质层，并且所述第一透明无机介电质层介于所述第三透明无机介电质层与所述第四透明无机介电质层之间。
如所附图2所示根据本发明的彩色太阳能电池的剖面图，其即包含：光电转换衬底(S)；抗反射层(AR)，其形成于所述光电转换衬底上；和三层透明无机介电质层，其形成于所述抗反射层上，所述透明无机介电层包含由钛的氧化物所构成的第一透明无机介电质层(11)、第三透明无机介电质层(13)和第四透明无机介电质层(14)，并且所述第一透明无机介电质层(11)介于所述第三透明无机介电质层(13)与所述第四透明无机介电质层(14)之间。
根据本发明的又另一个具体实施例，如图3所示，本发明的彩色太阳能电池包含：光电转换衬底(S)；抗反射层(AR)，其形成于所述光电转换衬底上；和形成于所述抗反射层上的多层透明无机介电质层，所述多层透明无机介电层包括两层由钛的氧化物所构成的第一透明无机介电质层(11)、一层第三透明无机介电质层(13)，其介于所述两层第一透明无机介电质层(11)之间，和两层包含不同透明无机介电质的第四透明无机介电质层(141和142)，其中所述两层第一透明无机介电质层分别介于所述第三透明无机介电质层与所述个别第四透明无机介电质层之间。
适用于本发明的光电转换衬底，是本领域中所知可用于太阳能电池的任何合适的衬底，其可包括经n型和p型掺杂的多晶硅衬底或单晶硅衬底的半导体材料。
适用于本发明作为抗反射层的材料，也是本领域中所知可用于太阳能电池的任何合适的材料，包括由SiNx所形成的单层SiNx薄膜，或包含两层氮与硅元素比例不同的SiNx薄膜。所述薄膜总合共具有约60nm到约100nm的厚度。
本发明的第一透明无机介电质层是由钛的氧化物所构成者，其具有介于约2.2到约2.6之间的折射率，和介于约50nm到约100nm之间的厚度。
本发明的第二透明无机介电层是由具有介于约1.5到约2.0之间的折射率的透明无机介电质所组成，其厚度介于约1nm到约200nm之间，优选介于约100nm到150nm之间。所述第二透明无机介电质选自由经铝掺杂的钛的氧化物、氧化铟锡、锌的氧化物和硅的氮化物所组成的群组。
本发明的第三和第四透明无机介电层是由具有折射率约1.5到2.0的透明无机介电质所组成，其厚度介于约1nm到200nm之间，其中优选介于约30nm到100nm之间，更优选是所述第三透明无机介电层具有约50nm到100nm的厚度，所述第四透明无机介电层具有约30nm到80nm的厚度。本发明的第三和第四透明无机介电质选自由经铝掺杂的锌的氧化物、氧化铟锡、锌的氧化物、硅的氧化物和硅的氮化物所组成的群组。
上述第二、第三和第四透明无机介电质层可相同或为不同的无机介电质。
根据本发明，用于形成抗反射层与透明无机介电层可为任何本领域中所已知的方法，其包括磁控直流溅镀法(DCMagnetronSputtering)、磁控射频溅镀法(RFMagnetronSputtering)、蒸镀法(evaporation)、溅镀法(sputtering)、化学气相沉积法(CVD)、涂布法(coating)或本领域的其它技术人员认为适合可行的方法。
根据本发明的一个具体方面，本发明可提供一种红色太阳能电池，其可见光波段反射光谱显示，其在波长600nm到800nm区间的平均反射率高于波长400nm到600nm区间的平均反射率达35％以上。此外，本发明的红色太阳能电池经封装后的可见光波段反射光谱仍可展现，波长600nm到800nm区间的平均反射率高于波长400nm到600nm区间的平均反射率达25％以上。
本发明另提供包含上述太阳能电池的面板，其经由于本发明的彩色太阳能电池上依序放置保护层与透明层封装后所形成。适用于本发明的保护层可为本领域中已知的封装材料，例如可为乙烯醋酸乙烯酯(ethylenevinylacetate，EVA)、聚乙烯缩丁醛(polyvinylbutyral，PVB)或本领域的其它技术人员认为适合可行的类似物，其可保护太阳能电池免于暴露于水或湿气中。适用于本发明太阳能电池面板的透明层还可以是本领域中已知的材料，例如可以是玻璃。
以下实施例将针对本发明提供进一步的说明，并非用以限制本发明的保护范围。
实施例
实施例1
在多晶硅光电转换衬底上形成包含SiN1.1的抗反射层，并于其上依序以磁控直流溅镀法形成未经掺杂的锌的氧化物、钛的氧化物和氧化铟锡(ITO)后，即形成红色太阳能电池，每一层的厚度与折射率列于下表1。以低入射角的入射光测试所述太阳能电池和其经EVA与玻璃层封装后的面板在每一种波长的反射率，所得的结果如图4(a)和图4(b)。
表1
材料 厚度 折射率
氧化铟锡(ITO) 200nm 1.8
钛的氧化物(TiO2) 100nm 2.4
锌的氧化物(ZnO) 50nm 2.0
氮化硅(SiNx，x＝1.1) 80nm 2.1
多晶结晶硅(Si) 0.2mm 3.5
入射光经过形成设置于抗反射层上的多层透明无机介电质层时，在每一个膜层介面产生的反射光，经每一层折射与厚度组合产生的光程差互相干涉下，使本发明的太阳能电池结构可呈现出红色。
实施例2
在多晶硅光电转换衬底上形成包含SiN1.1的抗反射层，并于其上依序以电浆辅助化学气相沉积法形成SiN1.3、再以磁控直流溅镀法形成钛的氧化物(TiO2)和经铝掺杂的锌的氧化物(AZO)后，即形成绿色太阳能电池，每一层的厚度与折射率列于下表2。以低入射角的入射光测试所述太阳能电池和其经EVA与玻璃层封装后的面板在每一种波长的反射率，所得的结果如图5。
表2
材料 厚度 折射率
经铝掺杂的锌的氧化物(AZO) 150nm 1.7
钛的氧化物(TiO2) 50nm 2.4
氮化硅(SiNx，x＝1.3) 30nm 1.9
氮化硅(SiNx，x＝1.1) 80nm 2.1
多晶结晶硅(Si) 0.2mm 3.5
入射光经过形成设置于抗反射层上的多层透明无机介电质层时，在每一个膜层介面产生的反射光，经每一层折射与厚度组合产生的光程差互相干涉下，使本发明的太阳能电池结构可呈现出绿色。
实施例3
在多晶硅光电转换衬底上形成包含SiN1.1的抗反射层，并于其上依序以磁控直流溅镀法形成钛的氧化物(TiO2)和经铝掺杂的锌的氧化物(AZO)后，即形成紫色太阳能电池，每一层的厚度与折射率列于下表3。以低入射角的入射光测试所述太阳能电池和其经EVA与玻璃层封装后的面板在每一种波长的反射率，所得的结果如图6。
表3
材料 厚度 折射率
经铝掺杂的锌的氧化物(AZO) 100nm 1.7
钛的氧化物(TiO2) 50nm 2.4
氮化硅(SiNx，x＝1.1) 80nm 2.1
多晶结晶硅(Si) 0.2mm 3.5
入射光经过形成设置于抗反射层上的多层透明无机介电质层时，于每一个膜层介面产生的反射光，经每一层折射与厚度组合产生的光程差互相干涉下，使本发明的太阳能电池结构可呈现出紫色。
实施例4
在多晶硅光电转换衬底上形成包含SiN1.1的抗反射层，并于其上依序以磁控直流溅镀法形成氧化铟锡、钛的氧化物、经铝掺杂的锌的氧化物、钛的氧化物以及锌的氧化物后，即形成红色太阳能电池，每一层的厚度与折射率列于下表4。以低入射角的入射光测试所述太阳能电池和其经EVA与玻璃层封装后的面板在每一种波长的反射率，所得的结果如图7。
表4
材料 厚度 折射率
锌的氧化物(ZnO) 50nm 2.0
钛的氧化物(TiO2) 80nm 2.4
经铝掺杂的锌的氧化物(AZO) 100nm 1.7
钛的氧化物(TiO2) 80nm 2.4
氧化铟锡(ITO) 50nm 1.8
氮化硅(SiNx，x＝1.1) 50nm 2.1
多晶结晶硅(Si) 0.2mm 3.5
入射光经过形成设置于抗反射层上的多层透明无机介电质层时，在每一个膜层介面产生的反射光，经每一层折射与厚度组合产生的光程差互相干涉下，使本发明的太阳能电池结构可呈现出红色。

Claims (9)

1.一种彩色太阳能电池，其包含：
光电转换衬底；
至少一层抗反射层，其形成于所述光电转换衬底上；
两个或两个以上透明无机介电质层，其形成于所述抗反射层上，其中所述两个或两个以上透明无机介电质层包含至少一层由钛的氧化物所构成的第一透明无机介电质层。
2.根据权利要求1所述的彩色太阳能电池，其中所述光电转换衬底包含半导体材料。
3.根据权利要求1所述的彩色太阳能电池，其中所述至少一层抗反射层包含硅的氮化物。
4.根据权利要求1所述的彩色太阳能电池，其中所述两个或两个以上透明无机介电质层包含第二透明无机介电质层，并且所述第二透明无机介电质层具有介于1.3到2.0的范围的折射率。
5.根据权利要求1所述的彩色太阳能电池，其中所述两个或两个以上透明无机介电质层包含至少一层第三透明无机介电质层和至少一层第四透明无机介电质层。
6.根据权利要求5所述的彩色太阳能电池，其中所述两个或两个以上透明无机介电质层包含一层第一透明无机介电质层、一层第三透明无机介电质层和一层第四透明无机介电质层，并且所述第一透明无机介电质层介于所述第三透明无机介电质层与所述第四透明无机介电质层之间。
7.根据权利要求5所述的彩色太阳能电池，其中所述两个或两个以上透明无机介电质层包含两层第一透明无机介电质层、一层第三透明无机介电质层和两层第四透明无机介电质层，并且所述第三透明无机介电质层介于所述第一透明无机介电质层间，并且所述第一透明无机介电质层介于所述第三透明无机介电质层与所述两层第四透明无机介电质层之间，其中所述两层第四透明无机介电质层可相同或不同。
8.根据权利要求5到7中任一权利要求所述的彩色太阳能电池，其中所述第三透明无机介电质层与所述第四透明无机介电质层的折射率介于1.3到2.0的范围。
9.一种太阳能电池面板，其包含：
根据权利要求1到8中任一权利要求所述的彩色太阳能电池；
位于所述彩色太阳能电池上的保护层；以及
位于所述保护层上的透明玻璃板。
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