JP5372184B2

JP5372184B2 - フルカラー画像薄膜太陽電池及びその製造方法

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Publication number: JP5372184B2
Application number: JP2012007961A
Authority: JP
Inventors: 水養連
Original assignee: 水養連
Priority date: 2011-05-26
Filing date: 2012-01-18
Publication date: 2013-12-18
Anticipated expiration: 2032-01-18
Also published as: KR20120132309A; TWI445191B; JP2012248824A; DE102012101073A1; KR101485490B1; TW201248888A

Description

本発明は一種の薄膜太陽電池に係り、特にフルカラー画像薄膜太陽電池及びその製造方法に関する。

近年、益々エネルギー資源が足らなくなる問題を解決し、並びにエネルギー資源が地球に対して発生する汚染問題を減らすため、グリーンエネルギーが積極的に開発、使用される中で、太陽電池はその設置地点に制限がなく、且つエネルギーソース取得が容易であり、このため積極的に発展させられている。そのうち、薄膜太陽電池は、その低コストと大量製造の特性を有することから、市場において急速に成長している。薄膜太陽電池は価格が低廉なガラス、プラスチック、セラミック、グラファイト、金属板等の異なる材料を基板として製造でき、電圧を生成可能な薄膜厚さは僅かに数ミクロンであり、且つ薄膜はフレキシブル基板に使用できることから、応用の自由度が高い。周知の薄膜太陽電池は、ガラスを基板として使用でき、並びに庇、遮光カバー、屋根、及びビルの窓等への使用がよく見受けられ、これにより、発電の効果を発生し、これにより大量の電気代を節約し、並びに有効に省エネと二酸化炭素削減の効果を達成する。

薄膜太陽電池の窓への応用の付加価値と室内採光性をアップするため、レーザーを利用して該太陽電池に対して溶融を実行してパターンを有する表示領域が形成される。これにより、該表示領域を利用して全体の窓の見た目と芸術価値をアップするほか、さらに表示領域はその他の領域に較べて高い光透過性を有するため、室内の採光度がアップする。ただし、一般にレーザーはコンピュータでビームのオンオフが制御されることで、薄膜太陽電池に対して溶融を実行して該表示領域を形成するが、これは解析度が不良となるのみならず、何度もレーザービームのオンオフを繰り返すことで、レーザーの損壊を形成しやすく、このためレーザーの使用寿命に影響が生じる。このほか、オンオフ方式で制御されるレーザーは、僅かに黒白パターンの表示しか形成できず、並びにグレースケールパターン表示の機能は達成できない。ゆえに、さらには薄膜太陽電池上にカラー表示パターンを形成できれば、その付加価値と使用意欲をアップすることができるであろう。総合すると、パターン表示の解析度をアップし、いかにカラーを表示するかは、薄膜太陽電池の改良の目標の一つである。

本発明の主要な目的は、周知の技術の薄膜太陽電池がカラーでパターン表示できない問題を解決し、並びに周知の技術の薄膜太陽電池の表示パターン解析度が低い問題を解決し、及び、レーザーのオンオフで溶融を実行することでレーザー寿命が短縮される問題を解決することにある。

上述の目的を達成するため、本発明は一種のフルカラー画像薄膜太陽電池を提供し、それは、第１基板、該第１基板の表面に形成された光電変換膜、第２基板、及び該第２基板と該光電変換膜の間に設置された封止樹脂膜及びカラーパターン層を包含する。レーザーにパターンが形成されたマスクを組み合わせ、該光電変換膜に対して溶融を行ない該光電変換膜の表面に貫通領域を形成する。該カラーパターン層はカラー顔料を塗布し且つ該貫通領域に対応するように該第１基板と該第２基板の間に設置され、該第２基板は該封止樹脂膜を介して該第１基板と結合され、並びに光線照射の後に、該封止樹脂膜上のカラーパターン層は該貫通領域を通して現出させられる。

このほか、本発明はフルカラー画像薄膜太陽電池の製作方法を提供し、それは、以下のステップ、すなわち、
Ｓ１：第１基板表面に光電変換膜を形成するステップ、
Ｓ２：該光電変換膜上にパターンが形成されたマスクを設置するステップ、
Ｓ３：光束を該マスクを通して該光電変換膜に照射して該光電変換膜を溶融させ並びに該光電変換膜に貫通領域を形成するステップ、
Ｓ４：第２基板と、該第１基板と該第２基板との間に設置する封止樹脂膜を製造するステップ、
Ｓ５：カラー顔料を利用して該第１基板と該第２基板の間の該貫通領域に対応する位置に色付けし、並びにカラーパターン層を形成するステップ、
Ｓ６：該封止樹脂膜を介して該第１基板と該第２基板を結合し、すなわち、該第１基板の該光電変換膜が接続された一面に、該封止樹脂膜を介して該第２基板と結合固定し、以上で太陽電池を形成するステップ、
以上を包含する。

上述の説明から分かるように、本発明は以下の特徴を有している。
一．マスクに光束を組み合わせて光電変換膜を溶融させることで、周知の技術における、長期にわたり何度もレーザーのオンオフを繰り返すことでレーザー寿命が短縮されすぐに損壊してしまう問題を回避する。
二．マスクに光束を組み合わせて光電変換膜を溶融させることで、グレースケールパターン表示の目的を達成し、並びに解析度をアップできる。
三．カラーパターン層の形成を組み合わせ、貫通領域を組み合わせることで、薄膜太陽電池にカラー画像表示を行え、薄膜太陽電池の窓への応用の付加価値と芸術性をアップする。

本発明の好ましい実施例のステップフローチャートである。本発明の好ましい実施例の製造ステップ表示図である。本発明の好ましい実施例のレーザーによる溶融表示図である。本発明の第１実施例の構造分解図である。本発明の第２実施例の構造分解図である。本発明の第３実施例の構造分解図である。

本発明の技術内容、構造特徴、達成する目的を詳細に説明するため、以下に実施例を挙げ並びに図面を組み合わせて説明する。

図１及び図２に示されるように、本発明は一種のフルカラー画像薄膜太陽電池の製造方法を提供し、それは以下のステップを包含する。

Ｓ１：光電変換膜（２０）形成ステップ。このステップにおいて、第１基板（１０）の表面に光電変換膜（２０）を形成し、さらに説明すると、図２を特に参照されたいが、該光電変換膜（２０）は以下のステップにより完成する。

Ｓ１Ａ：表面粗化処理ステップ。このステップにおいて、第１基板（１０）の表面を粗化処理し、粗化表面を形成し、これにより光線反射の形成する損失を減らし、該第１基板（１０）の採光率を増す。
Ｓ１Ｂ：透明導電層（２１）形成ステップ。このステップにおいて、該粗化表面に該透明導電層（２１）を形成し、且つその材質は酸化インジウム錫或いは酸化亜鉛ガリウム等とする。
Ｓ１Ｃ：半導体層（２２）形成ステップ。このステップにおいて、該透明導電層（２１）の、該第１基板（１０）と反対の一側に該半導体層（２２）を形成し、該半導体層（２２）は、光線を吸収して電気エネルギーに変換するのに用いられ、該半導体層（２２）はＰＩＮ半導体とされ得て、光線の吸収と電気エネルギーへの変換を行える。
Ｓ１Ｄ：金属層（２３）形成ステップ。このステップにおいて、該半導体層（２２）の該透明導電層（２１）と反対の一側に該金属層（２３）を形成し、該金属層（２３）の材質は銀或いはアルミニウム等とされ、該金属層（２３）と該透明導電層（２１）は、該半導体層（２２）が変換した後の電気エネルギーの受け取りと伝導に用いられる。

続いて、図３に示されるように、ステップＳ１の完成の後、ステップＳ２が実行される。すなわち、
Ｓ２：マスク（３０）設置ステップ。このステップにおいて、該光電変換膜（２０）上にパターンが形成されたマスク（３０）を設置する。

図４を参照されたい。続いてステップＳ３が実行される。すなわち、
Ｓ３：貫通領域（２４）の形成ステップ。このステップにおいて、レーザービーム（４０）或いはその他の破壊性を有する光束を該マスク（３０）を通して該光電変換膜（２０）に照射して該光電変換膜（２０）を溶融させ、並びに該光電変換膜（２０）上に該貫通領域（２４）を形成する。説明が必要であることは、該マスク（３０）の阻止により、レーザービーム（４０）はただ逐一該マスク（３０）をスウィープするだけでよく、該マスク（３０）上のグレースケールパターン設計により、該マスク（３０）を透過した後のレーザービーム（４０）の強度を制御でき、これによりグレースケールパターンを有する表示を達成する。このほか、パターン表示の形状の違いに合わせて、溶融させられる面積も異なり、実験により分かったことは、レーザービーム（４０）で該光電変換膜（２０）の面積の約２０％を溶融させると、明らかな透光と光照明の効果を達成でき、溶融前に較べると、本発明はもとの変換効率の９０％以上を維持できる。ただし、溶融前に較べると、室内全体の光照度は明らかにアップする。

Ｓ４：第２基板（５０）と封止樹脂膜（６０）を製造するステップ。このステップにおいて、該封止樹脂膜（６０）は該第１基板（１０）と該第２基板（５０）の間に設置され、その材質は弾性ゴム或いは熱可塑性樹脂とされ、弾性ゴムはたとえば、エチレン−酢酸ビニル共重合体、流し込みポリウレタン樹脂、シリコーン樹脂等とされ、熱可塑性樹脂は、たとえば熱可塑性ポリウレタン樹脂（Ｔｈｅｒｍｏｐｌａｓｔｉｃｐｏｌｙｕｒｅｔｈａｎｅ，ＴＰＵ）、ポリ塩化ビニル、酸変性ポリオレフィン等とされる。

Ｓ５：色付けステップ。このステップにおいて、カラー顔料を利用して該第１基板（１０）と該第２基板（５０）の間の該貫通領域（２４）に対応する位置に色付けし、並びにカラーパターン層（７０）を形成する。本実施例では、該カラー顔料は、該貫通領域（２４）に対応する位置において、該封止樹脂膜（６０）に対して色付けして、カラーパターン層（７０）を形成する。このほか、図５に示されるように、色付けの位置は、封止樹脂膜（６０）の表面に限定されるわけではなく、該カラー顔料で直接貫通領域（２４）を有する該光電変換膜（２０）の表面に色付けしてもよい。このほか、図６に示されるように、該カラー顔料で、該第２基板（５０）に色付けしてもよい。該カラー顔料は、印刷、インクジェット、レーザー或いは手作業による色付けの方式で、該光電変換膜（２０）或いは該封止樹脂膜（６０）に対して色付けされ、該カラーパターン層（７０）が形成される。

Ｓ６：結合ステップ。このステップにおいて、該封止樹脂膜（６０）を介して該第１基板（１０）と該第２基板（５０）を結合する。すなわち、該第１基板（１０）の該光電変換膜（２０）が接続された一面を、該封止樹脂膜（６０）を介して該第２基板（５０）と結合固定し、以上で太陽電池を形成する。

本発明はさらに一種のフルカラー画像薄膜太陽電池を開示し、それは、第１基板（１０）、該第１基板（１０）の表面に形成された光電変換膜（２０）、第２基板（５０）及び該第２基板（５０）と該光電変換膜（２０）の間に設置された封止樹脂膜（６０）とカラーパターン層（７０）を包含する。該光電変換膜（２０）は該第１基板（１０）と接続された透明導電層（２１）、金属層（２３）及び該透明導電層（２１）と該金属層（２３）の間に形成された半導体層（２２）を包含する。該封止樹脂膜（６０）は弾性ゴム或いは熱可塑性樹脂とされる。該弾性ゴムは、エチレン−酢酸ビニル共重合体、流し込みポリウレタン樹脂、シリコーン樹脂等とされ、熱可塑性樹脂は、たとえば熱可塑性ポリウレタン樹脂（Ｔｈｅｒｍｏｐｌａｓｔｉｃｐｏｌｙｕｒｅｔｈａｎｅ，ＴＰＵ）、ポリ塩化ビニル、酸変性ポリオレフィン等とされる。

レーザービーム（４０）をパターンを形成したマスク（３０）に組み合わせて該光電変換膜（２０）に照射して溶融させ、該光電変換膜（２０）の表面に貫通領域（２４）を形成する。特に説明すべきことは、該カラーパターン層（７０）は、カラー顔料で色付けしてなり且つ該貫通領域（２４）に対応して該第１基板（１０）と該第２基板（５０）の間に設置され、図４に示されるようであり、該カラーパターン層（７０）は、印刷、インクジェット、レーザー、或いは手作業による色付けの方式で該封止樹脂膜（６０）の表面に形成される。このほか、また、図５に示されるように、該カラー顔料を利用して該光電変換膜（２０）に対して色付けして、該カラーパターン層（７０）を形成してもよい。また、図６の第３の実施例のように、該第２基板（５０）に対して色付けして該カラーパターン層（７０）を形成してもよい。該第２基板（５０）は該封止樹脂膜（６０）を介して該第１基板（１０）に結合され、並びに光線（８０）の照射後、該封止樹脂膜（６０）上のカラーパターン層（７０）は、該貫通領域（２４）を通して現出される。

総合すると、周知技術と比較して、本発明は以下のような特徴を有している。
一．マスク（３０）にレーザービーム（４０）を組み合わせて光電変換膜（２０）を溶融させることで、周知の技術における、長期にわたり何度もレーザーのオンオフを繰り返すことでレーザー寿命が短縮されすぐに損壊してしまう問題を回避する。
二．マスク（３０）に光束を組み合わせて溶融させることで、グレースケールパターン表示の目的を達成し、並びに解析度をアップできる。
三．カラーパターン層（７０）により、並びに貫通領域（２４）が組み合わされることで、薄膜太陽電池にカラー画像表示を行わせられ、薄膜太陽電池の窓への応用の付加価値と芸術性をアップする。
四．簡単な印刷或いはインクジェットの方式でカラーパターン表示の目的を達成でき、その製造工程は簡易であり、製造に便利で、コストが低い長所を有し、これにより大量製造に適用可能である。

（１０）第１基板
（２０）光電変換膜
（２１）透明導電層
（２２）半導体層
（２３）金属層
（２４）貫通領域
（３０）マスク
（４０）レーザービーム
（５０）第２基板
（６０）封止樹脂膜
（７０）カラーパターン層
（８０）光線

Claims

フルカラー画像薄膜太陽電池において、
第１基板（１０）、
該第１基板（１０）の表面に形成された光電変換膜（２０）であって、レーザーにグレースケールパターンを形成したマスク（３０）を組み合わせて該光電変換膜（２０）に対して溶融が実行されて該光電変換膜（２０）の表面にグレースケールパターンを有する貫通領域（２４）が形成された上記光電変換膜（２０）、
第２基板（５０）であって、該光電変換膜（２０）の該第１基板（１０）と反対の一側に設置された上記第２基板（５０）、
該第２基板（５０）と該光電変換膜（２０）の間に設置された封止樹脂膜（６０）であって、該封止樹脂膜（６０）により該光電変換膜（２０）が設置された該第１基板（１０）と該第２基板（５０）が結合される上記封止樹脂膜（６０）、
カラーパターン層（７０）であって、該第１基板（１０）と該第２基板（５０）の間に設置され、該カラーパターン層（７０）の形状は該グレースケールパターンを有する貫通領域（２４）と同じであり並びに該グレースケールパターンを有する貫通領域（２４）の位置に対応して設置される上記カラーパターン層（７０）、
以上を包含することを特徴とする、フルカラー画像薄膜太陽電池。
請求項１記載のフルカラー画像薄膜太陽電池において、該カラーパターン層（７０）は印刷、インクジェット、レーザー或いは手作業による色付けの方式で、該封止樹脂膜（６０）の表面に形成されることを特徴とする、フルカラー画像薄膜太陽電池。
請求項１記載のフルカラー画像薄膜太陽電池において、該封止樹脂膜（６０）は弾性ゴム或いは熱可塑性樹脂とされることを特徴とする、フルカラー画像薄膜太陽電池。
請求項１記載のフルカラー画像薄膜太陽電池において、該光電変換膜（２０）は該第１基板（１０）と接続された透明導電層（２１）、金属層（２３）、及び該透明導電層（２１）と該金属層（２３）の間に形成された半導体層（２２）を包含することを特徴とする、フルカラー画像薄膜太陽電池。
フルカラー画像薄膜太陽電池の製造方法において、
Ｓ１：第１基板（１０）の表面に光電変換膜（２０）を形成するステップ、
Ｓ２：該光電変換膜（２０）上にグレースケールパターンが形成されたマスク（３０）を設置するステップ、
Ｓ３：光束を該マスク（３０）を組み合わせて該光電変換膜（２０）に照射して該光電変換膜（２０）を溶融させ並びに該光電変換膜（２０）にグレースケールパターンを有する貫通領域（２４）を形成するステップ、
Ｓ４：第２基板（５０）と、該第１基板（１０）と該第２基板（５０）との間に設置する封止樹脂膜（６０）を製造するステップ、
Ｓ５：カラー顔料を利用して該第１基板（１０）と該第２基板（５０）の間の該グレースケールパターンを有する貫通領域（２４）に対応する位置に色付けしてカラーパターン層（７０）を形成し、且つ該カラーパターン層（７０）の形状は該グレースケールパターンを有する貫通領域（２４）と同じにするステップ、
Ｓ６：該封止樹脂膜（６０）を介して該第１基板（１０）と該第２基板（５０）を結合し、すなわち、該第１基板（１０）の該光電変換膜（２０）が設けられた一面に、該封止樹脂膜（６０）を介して該第２基板（５０）を結合固定し、以上で太陽電池を形成するステップ、
以上を包含することを特徴とする、フルカラー画像薄膜太陽電池の製造方法。
請求項５記載のフルカラー画像薄膜太陽電池の製造方法において、ステップＳ５中、該カラー顔料で、該封止樹脂膜（６０）に対して色付けして該カラーパターン層（７０）を形成することを特徴とする、フルカラー画像薄膜太陽電池の製造方法。
請求項５記載のフルカラー画像薄膜太陽電池の製造方法において、ステップＳ４で製造される該封止樹脂膜（６０）は弾性ゴム或いは熱可塑性樹脂とされることを特徴とする、フルカラー画像薄膜太陽電池の製造方法。
請求項５記載のフルカラー画像薄膜太陽電池の製造方法において、ステップＳ５中、該カラー顔料を印刷、インクジェット、レーザー或いは手作業による色付けの方式で色付けすることで該カラーパターン層（７０）を形成することを特徴とする、フルカラー画像薄膜太陽電池の製造方法。
請求項５記載のフルカラー画像薄膜太陽電池の製造方法において、ステップＳ１は更に、
Ｓ１Ａ：該第１基板（１０）の表面を粗化処理し、粗化表面を形成するステップ、
Ｓ１Ｂ：該粗化表面に透明導電層（２１）を形成するステップ、
Ｓ１Ｃ：該透明導電層（２１）の、該第１基板（１０）と反対の一側に、光線を吸収して電気エネルギーに変換するための半導体層（２２）を形成するステップ、
Ｓ１Ｄ：該半導体層（２２）の該透明導電層（２１）と反対の一側に、該半導体層（２２）が変換した後の電気エネルギーの受け取りと伝導のために金属層（２３）を形成するステップ、
を包含することを特徴とする、フルカラー画像薄膜太陽電池の製造方法。