CN214705932U - 光伏电池结构 - Google Patents
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Abstract
一种光伏电池结构，包括：一透明导电基板、一第一载子传递层、一主动层、第一蚀刻槽、第二蚀刻槽、第一绝缘层、第二绝缘层、一第二载子传递层、一上导电层及第三蚀刻槽。其中，将上下导电层、第一载子传递层、第二载子传递层及主动层可以结合厚膜层(1um以上)与薄膜层(1um以下)结构结合作业，以提供电性串接的理想线路及可以提升光伏电池的生产制作良率，并可以提升光伏电池的光电转换效率。
Description
技术领域
本实用新型有关一种光伏电池，尤指一种关于电极结构改良的光伏电池结构。
背景技术
太阳能电池的研究是再生能源中受众人期待的一个方向。虽然现今已商业化的多数产品是以硅为其主要材料，不过使用高分子材料所开发的有机太阳能电池因其制程简单、造价便宜、材质轻盈、可弯曲等特性而受到业界与学术界的瞩目。
目前在制备有机太阳能电池时，其都是通过涂布(Coating)为制备太阳能电池薄膜的技术手段，其优点在于能够使得该薄膜具有较佳的平整性与均匀性。而进一步地，R2R(Roll-to-roll,卷对卷)制程是一种具有潜力用以大面积制备有机太阳能电池的技术，其在产业界已有配合，R2R制程即可良好地配合其运作，得以在较低成本之下生产这些具有可塑性、重量轻、耐冲击等优点的有机太阳能电池。
太阳能电池的光电转换装置在结构上有很多种，其中一种称为光伏电池的光电转换装置，如有机光伏电池(Organic Photo Voltaics，OPV)或者是钙钛矿太阳能电池(Perovskite solar cell)，主要可以利用电子传递层ETL、主动层(在有机光伏电池(Organic Photo Voltaics，OPV)中吸光层称为BHJ layer (bulk-heterojunctionlayer)，在钙钛矿太阳能电池(Perovskite solar cell)中就称为Perovskite layer)、电洞传递HTL及电极导线ITO的结合达成光电转换及电子传递的效果，其结构如图1、图2所示的有机光伏电池，该光伏电池100a(如图1)包含有一基板101a，该基板101a上具有一下导电层102a，该下导电层102a上具有一光伏层103a提供光电转换机制，经由上、下导电层104a、102a构成电性回路，其中所谓的光伏层103a以电子传递层1031a、主动层1032a、电洞传递层1033a所构成，或者如图2的电洞传递层1033a、主动层1032a、电子传递层1031a，于光伏层103a上具有一上导电层104a，借由与上、下导电层104a、102a的结合达成光电转换及电子传递的效果。
近年来尤其在材质上以有机-无机混成的光伏(photovoltaic)领域引起广泛关注，因为有机-无机混成的光伏元件具有简便溶液加工性及优异的光电性能。过去几年研究发现，除具有显著的半导体特性，包括强大的大范围光捕获能力、载子扩散长度长及可调的能隙，使其成为出色的光伏材料。显见光伏太阳能电池低成本及轻量化优势愈来越显著，并具备巨大的商业化潜力。
其中为提升光伏电池的加工便利性，及提升光伏元件的光电转换效率，本发明人进一步在结构上的设计改良，以提供光伏元件制作的量产性提升。请参阅本发明人先前提出的中国台湾专利第M545367号专利光伏装置，该等结构于各该电极层、载子传递层及主动层制作后再进行蚀刻及涂布方式进行线路制作，该各载子传递层与主动层膜层厚度较大可以大于10um以上，因此容许表层进行涂布绝缘材料及导电层的材料作业。随着技术的进展及光电转换效率要求的提高，部分膜层厚度如部分载子层与电极层厚度可以达1um以下，材质可以提升效率外，厚度降低也可以有效提高光通过率，不过前述涂布方式技术已不利于对于薄层结构厚度的作业需求，表层涂布作业会造成薄层结构破坏产生不良，良率降低。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题是提供一种新颖的光伏电池结构，将上下导电层、第一载子传递层、第二载子传递层及主动层可以结合厚膜层(1um以上)与薄膜层(1um以下)结构结合作业，以提供电性串接的理想线路及可以提升光伏电池的生产制作良率，并可以提升光伏电池的光电转换效率。
为了实现上述目的，本实用新型提供了一种光伏电池结构，其中，包括：一透明导电基板、一第一载子传递层、一主动层、第一蚀刻槽、第二蚀刻槽、第一绝缘层、第二绝缘层、一第二载子传递层、一上导电层及第三蚀刻槽。其中，该透明导电基板包含有一透明基板及一下导电层，该下导电层设于该透明基板一侧面上。该第一载子传递层设于该下导电层的一侧面上。该主动层设于该第一载子传递层的一侧面上。该第一蚀刻槽以多条的X轴纵向及Y轴横向的相互垂直贯穿该主动层、该第一载子传递层及该下导电层至该透明基板的表面，以形成多个光伏单元。该第二蚀刻槽以多条的X轴纵向的贯穿该主动层及该第一载子传递层至该下导电层的表面，该些第二蚀刻槽以平行邻接间隔配于该第一蚀刻槽的一侧，以区隔该第一载子传递层与该主动层的纵向沟槽。该第一绝缘层设于该些第一蚀刻槽中。该第二绝缘层设于该主动层的表面上，并邻接设于该些第二蚀刻槽一侧保持平行的位于该光伏单元的表面上。该第二载子传递层以Y轴横向连续设置于该些光伏单元的表面，并覆盖于部分的X轴纵向的该些第一蚀刻槽与X轴纵向的该些第一绝缘层与该些第二蚀刻槽与该些第二绝缘层的表面，且相邻的该第二载子传递层间以Y轴横向的该些第一蚀刻槽及Y轴横向的该些第一绝缘层保持间隔。该上导电层设置于该第二载子传递层的表面上，并覆盖于部分的X轴纵向的该些第一蚀刻槽与X轴纵向的该些第一绝缘层与该些第二蚀刻槽与该些第二绝缘层的表面，该上导电层经由该些第二蚀刻槽与该下导电层电性连接，相邻的上导电层间以Y轴横向的该些第一蚀刻槽及Y轴横向的该些第一绝缘层保持间隔。该第三蚀刻槽，设于该些光伏单元上，并贯穿该上导电层及该第二载子传递层，使该第二绝缘层表面露出，形成该上导电层部分断路，并构成该些光伏单元的电性串接。
在本实用新型的一实施例中，其中，该些第一蚀刻槽、该些第二蚀刻槽及该些第三蚀刻槽的宽度为5μm-200μm。
在本实用新型的一实施例中，其中，该第一绝缘层覆盖于该些纵向的该些第一蚀刻槽的槽口周缘的该主动层表面上，使该些纵向的该第一绝缘层断面形成一T形。
在本实用新型的一实施例中，其中，该第一绝缘层及该第二绝缘层的厚度为500nm-20μm。
在本实用新型的一实施例中，其中，该下导电层透光率为70％-95％。
在本实用新型的一实施例中，其中，该下导电层厚度为5nm-1μm。
在本实用新型的一实施例中，其中，该上导电层厚度为5nm-500nm。
在本实用新型的一实施例中，其中，该上导电层及该下导电层以一引线与外部电性连接，该引线可经印刷制作为一排线接线区而成。
在本实用新型的一实施例中，其中，该第一载子传递层为电子传递层或电洞传递层。
在本实用新型的一实施例中，其中，该第二载子传递层为电洞传递层或电子传递层。
在本实用新型的一实施例中，其中，该第一载子传递层厚度为1μm-100μm。
在本实用新型的一实施例中，其中，该主动层厚度为1μm-100μm。
在本实用新型的一实施例中，其中，该第二载子传递层厚度为1nm-500nm。
在本实用新型的一实施例中，其中，该透明基板任一侧或两侧设置一缓冲层，以增加该透明基板的强度或与该下导电层的附着力。
在本实用新型的一实施例中，其中，该透明基板为透光塑料或透光玻璃基板。
在本实用新型的一实施例中，其中，该透明基板的厚度为10μm-500μm。
在本实用新型的一实施例中，其中，该光伏电池结构的上下贴附有封装结构，该封装结构包含有一上盖板、一下盖板及一设于该上盖板及该下盖板之间的封装胶。
在本实用新型的一实施例中，其中，该上盖板及该下盖板的厚度为50μm-500μm。
本实用新型的有益功效在于：可以提升光伏电池的生产制作良率，并可以提升光伏电池的光电转换效率。
以下结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细描述，但不作为对本实用新型的限定。
附图说明
图1为传统的光伏电池改良结构示意图；
图2为传统的另一光伏电池改良结构示意图﹔
图3a为本实用新型的光伏电池的光伏层侧视示意图；
图3b为图3a俯视示意图﹔
图4a为图3a的光伏层及透明导电基板进行第一蚀刻槽、第二蚀刻槽的切割侧视示意图﹔
图4b为图4a的俯视示意图﹔
图5a为图4a的第一蚀刻槽及主动层上制作第一绝缘层及一第二绝缘层的侧视示意图﹔
图5b为图5a的俯视示意图﹔
图6a为图5a在每一光伏单元的主动层上制作第二载子传递层及上导电层的侧视示意图﹔
图6b为图6a的俯视示意图﹔
图7a为图6a的上导电层上制作第三蚀刻槽侧视示意图；
图7b为图7a的俯视示意图﹔
图8为本实用新型的另一实施例的光伏电池结构示意图。
其中，附图标记：
已知：
光伏电池100a
基板101a
下导电层102a
光伏层103a
电子传递层1031a
主动层1032a
电洞传递层1033a
上导电层104a
本实用新型：
光伏层10
透明导电基板1
透明基板11
下导电层12
第一载子传递层2
主动层3第一绝缘层4
第二绝缘层5
第二载子传递层6
上导电层7
第一蚀刻槽20
第二蚀刻槽30
第三蚀刻槽40
封装结构50
上盖板501
下盖板502
封装胶503
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型的结构原理和工作原理作具体的描述：
请参阅图3a、图3b，为本实用新型的光伏电池的光伏层侧视及图3a的俯视示意图。如图所示：本实用新型的光伏电池结构，即光伏层10，包含有：一透明导电基板1、第一载子传递层2、一主动层3。其中，该透明导电基板1包含有一透明基板11及一设于该透明基板11一侧面的下导电层12。其中该透明基板11任一侧或两侧更可设置一缓冲层(图中未示)以增加该透明基板11的强度或与该下导电层12的附着力﹔该缓冲层为压克力、环氧树脂、二氧化硅或以上两种材料的组合；该透明基板11为透光塑料或透光玻璃基板，其中该透光塑料为酚醛树脂(phenol novolac，PN)、聚酰胺(Polyamide，PA)、聚酰亚胺(Polyimide，PI)、聚氨酯(Polyurethanes，PU)、聚乙烯(Polyethylene，PE)、聚乙烯对苯二甲酸酯(PolyethyleneTerephthalate，PET)、压克力塑料等。在本附图中，该透明基板11的厚度为10μm-500μm。另，该下导电层12可经涂布、溅镀或蒸镀制成，该下导电层12为金属或金属氧化物，或是金属氧化物、金属和金属氧化物的多层组合，且该下导电层12透光率可以是70％-95％，该下导电层12的厚度为5nm-1μm。在本附图中，该下导电层12利用一引线与外部电性连接，该引线可经印刷制作为一排线接线区(图中未示)而成。又，该第一载子传递层2以涂布方式制作的设于该下导电层12的一侧表面上，该第一载子传递层2为电子传递层或电洞传递层；在本附图中，该第一载子传递层2厚度为1μm-100μm。该主动层3以涂布方式制作设于该第一载子传递层2的一侧表面上；在本附图中，该主动层3厚度为1μm-100μm。
请参阅图4a、图4b，为图3a的光伏层及透明导电基板进行第一蚀刻槽、第二蚀刻槽的切割侧视及图4a的俯视示意图。如图所示﹕本实用新型以一特定激光能量不破坏透明基板11方式，进行多条相互垂直的X轴纵向及Y轴横向的第一蚀刻槽(线)20的激光蚀刻，该第一蚀刻槽20贯穿该主动层3、该第一载子传递层2及该下导电层12至该透明基板11的表面，以形成各该光伏单元，每一个光伏单元由该主动层3、该第一载子传递层2及该下导电层12组成。在本附图中，该些第一蚀刻槽20的宽度为5μm-200μm。
再以一特定激光能量不破坏该下导电层12方式，进行多条的X轴纵向的第二蚀刻槽(线)30的激光蚀刻，该第二蚀刻槽20以贯穿该主动层3及该第一载子传递层2至该下导电层12的表面，该些第二蚀刻槽30以平行邻接间隔配于该第一蚀刻槽20的一侧，用以区隔该第一载子传递层2与该主动层3的纵向沟槽。本附图中，该些第二蚀刻槽30的宽度为5μm-200μm。
请参阅图5a、图5b，为图4a的第一蚀刻槽及主动层上制作第一绝缘层及第二绝缘层的侧视及图5a的俯视示意图。如图所示﹕本实用新型于该些X轴纵向及Y轴横向的第一蚀刻槽20上填充有第一绝缘层4，经涂布后除了填充于该些第一蚀刻槽20内部后，也覆盖于该些纵向的第一蚀刻槽20的槽口周缘的主动层3表面上，使该些纵向的第一绝缘层4断面形成一T形。在本附图中，该些第一绝缘层4为UV胶、环氧树脂或蓝胶，其厚度为500nm-20μm。
另，第二绝缘层5，以UV胶、环氧树脂或蓝胶等材料以线状涂布于该主动层3的表面上，并邻接设于该些第二蚀刻槽30一侧保持平行的位于该光伏单元上表面。在本附图中，该些第二绝缘层5厚度为500nm-20μm。
请参阅图6a、图6b，为图5a在每一光伏单元的主动层上制作第二载子传递层及上导电层的侧视及图6a的俯视示意图。如图所示：本实用新型接着以蒸镀方式依序于主动层3的上表面蒸镀第二载子传递层6与上导电层7，其中该第二载子传递层6与上导电层7蒸镀作业可以分别设置遮罩，该第二载子传递层6以Y轴横向连续设置于些该光伏单元的表面，并覆盖于部分的X轴纵向的该些第一蚀刻槽20与X轴纵向的该些第一绝缘层4与该些第二蚀刻槽30与该些第二绝缘层5的表面，相邻的第二载子传递层6间以Y轴横向第一蚀刻槽20及Y轴横向的第一绝缘层4保持间隔。在本附图中，该第二载子传递层6为电洞传递层或电子传递层，其厚度为1nm-500nm。
接着，再以涂布、溅镀或蒸镀于光伏层10上涂覆一上导电层7，该上导电层7对应该第二载子传递层6的相同位置设置于该第二载子传递层6的表面上，并覆盖于部分的X轴纵向的该些第一蚀刻槽20与X轴纵向的该些第一绝缘层4与该些第二蚀刻槽30与该些第二绝缘层5的表面，其中该上导电层7可以经由该些第二蚀刻槽30与该下导电层12电性连接，相邻的上导电层7间以Y轴横向的该些第一蚀刻槽20及Y轴横向的该些第一绝缘层4保持间隔；且该上导电层7以利用一引线(图中未示)与外部电性连接，该引线可经印刷制作为一排线接线区(图中未示)而成。本附图中，该上导电层7为金属或金属氧化物，或是金属氧化物、金属和金属氧化物的多层组合；该上导电层7厚度为5nm-500nm。
图7a、图7b，为图6a的上导电层上制作第三蚀刻槽侧视及图7a的俯视示意图。如图所示：本实用新型接着于该上导电层7的上表面对应该第二绝缘层5的位置，以激光进行第三蚀刻槽(线)40的蚀刻，蚀刻以贯穿该上导电层7及该第二载子传递层6，并确保该第二绝缘层5表面露出，以使该上导电层7部分断路，并构成光伏单元的电性串接。在本附图中，该第三蚀刻槽(线)40的宽度为5μm-200μm。
如此完成沿X轴向串接的光伏单元结构。串接的光伏单元结构可依各该产品元件需求进一步裁切使用。据此，本实用新型可以结合涂布厚膜的第一载子传递层2与主动层3及蒸镀薄膜的第二载子传递层6的结合制作，制程作业中的第一蚀刻槽20与第二蚀刻槽30激光可以在主动层2制作后进行，然后再以第一、二绝缘层4、5涂覆作业进行绝缘保护，良率大大提升，且之后以图腾化蒸镀该第二载子传递层6与上导电层7作业上更简易，降低元件串接产生开路或短路的不良风险，利于量产的应用，提供增加光利用率的光伏电池结构。
请参阅图8，为本实用新型的另一实施例的光伏电池结构示意图。如图所示：本实用新型于光伏电池结构的上下贴附有封装结构50，该封装结构50包含有一上盖板501、一下盖板502及一设于上、下盖板501、502之间的封装胶503，该上、下盖板501、502为透明塑料或玻璃基板材料，其厚度为50μm-500μm进行封装，以构成光伏电池元件。在本附图中，该封装结构50为透明塑料或玻璃基板。
当然，本实用新型还可有其它多种实施例，在不背离本实用新型精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本实用新型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实用新型所附的权利要求的保护范围。
Claims (18)
1.一种光伏电池结构，其特征在于，包含：
一透明导电基板，包含有一透明基板及一下导电层，该下导电层设于该透明基板一侧面上﹔
一第一载子传递层，设于该下导电层的一侧面上；
一主动层，设于该第一载子传递层的一侧面上；
第一蚀刻槽，以多条的X轴纵向及Y轴横向的相互垂直贯穿该主动层、该第一载子传递层及该下导电层至该透明基板的表面，以形成多个光伏单元；
第二蚀刻槽，以多条的X轴纵向的贯穿该主动层及该第一载子传递层至该下导电层的表面，该些第二蚀刻槽以平行邻接间隔配于该第一蚀刻槽的一侧，以区隔该第一载子传递层与该主动层的纵向沟槽；
第一绝缘层，设于该些第一蚀刻槽中；
第二绝缘层，设于该主动层的表面上，并邻接设于该些第二蚀刻槽一侧保持平行的位于该些光伏单元的表面上；
一第二载子传递层，以Y轴横向连续设置于该些光伏单元的表面，并覆盖于部分的X轴纵向的该些第一蚀刻槽与X轴纵向的该些第一绝缘层与该些第二蚀刻槽与该些第二绝缘层的表面，且相邻的该第二载子传递层间以Y轴横向的该些第一蚀刻槽及Y轴横向的该些第一绝缘层保持间隔；
一上导电层，设置于该第二载子传递层的表面上，并覆盖于部分的X轴纵向的该些第一蚀刻槽与X轴纵向的该些第一绝缘层与该些第二蚀刻槽与该些第二绝缘层的表面，该上导电层经由该些第二蚀刻槽与该下导电层电性连接，相邻的该上导电层间以Y轴横向的该些第一蚀刻槽及Y轴横向的该些第一绝缘层保持间隔；
第三蚀刻槽，设于该些光伏单元上，并贯穿该上导电层及该第二载子传递层，使该第二绝缘层表面露出，形成该上导电层部分断路，并构成该些光伏单元的电性串接。
2.如权利要求1所述的光伏电池结构，其特征在于，该些第一蚀刻槽、该些第二蚀刻槽及该些第三蚀刻槽的宽度为5μm-200μm。
3.如权利要求1所述的光伏电池结构，其特征在于，该第一绝缘层覆盖于该些纵向的该些第一蚀刻槽的槽口周缘的该主动层表面上，使该些纵向的该第一绝缘层断面形成一T形。
4.如权利要求1所述的光伏电池结构，其特征在于，该第一绝缘层及该第二绝缘层的厚度为500nm-20μm。
5.如权利要求1所述的光伏电池结构，其特征在于，该下导电层透光率为70％-95％。
6.如权利要求1所述的光伏电池结构，其特征在于，该下导电层厚度为5nm-1μm。
7.如权利要求1所述的光伏电池结构，其特征在于，该上导电层厚度为5nm-500nm。
8.如权利要求1所述的光伏电池结构，其特征在于，该上导电层及该下导电层以一引线与外部电性连接，该引线可经印刷制作为一排线接线区而成。
9.如权利要求1所述的光伏电池结构，其特征在于，该第一载子传递层为电子传递层或电洞传递层。
10.如权利要求1所述的光伏电池结构，其特征在于，该第二载子传递层为电洞传递层或电子传递层。
11.如权利要求1所述的光伏电池结构，其特征在于，该第一载子传递层厚度为1μm-100μm。
12.如权利要求1所述的光伏电池结构，其特征在于，该主动层厚度为1μm-100μm。
13.如权利要求1所述的光伏电池结构，其特征在于，该第二载子传递层厚度为1nm-500nm。
14.如权利要求1所述的光伏电池结构，其特征在于，该透明基板任一侧或两侧设置一缓冲层，以增加该透明基板的强度或与该下导电层的附着力。
15.如权利要求1所述的光伏电池结构，其特征在于，该透明基板为透光塑料或透光玻璃基板。
16.如权利要求1所述的光伏电池结构，其特征在于，该透明基板的厚度为10μm-500μm。
17.如权利要求1所述的光伏电池结构，其特征在于，该光伏电池结构的上下贴附有封装结构，该封装结构包含有一上盖板、一下盖板及一设于该上盖板及该下盖板之间的封装胶。
18.如权利要求17所述的光伏电池结构，其特征在于，该上盖板及该下盖板的厚度为50μm-500μm。
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