TW201240177A - Photovoltaic cell module - Google Patents
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Description
201240177 AU1011098 37265twf.doc/I 六、發明說明: 【發明所屬之技術領域】 本發明是有關於一種太陽能電池模組,且特別是有關 於一種有機太陽能電池(organic photovoltaic cell, OPV)模 組。 【先前技術】 近年來環保意識高漲’為了因應石化能源的短缺與減 低使用石化能源對環境帶來的衝擊,替代能源與再生能源 的研發便成了熱門的議題,其中又以太陽能電池 photovoltaic cells)最受矚目。太陽能電池可將太陽能直接 轉換成電能,且發電過程中不會產生二氧化碳或氮化物等 有害物質,不會對環境造成污染。 般而5,傳統太陽能電池是於基板上形成第一電極 層、主動層以及第二電極層。當光束照射至太陽能電池時, 主動層戈光能的作用可產生自由電子_電洞對,並藉由兩電 極層^間電場使電子與電洞會分職兩電極層移動,而產 生f旎的儲存形態。此時若外加負載電路或電子裝置,便 可提供電能而使電路或裝置進行驅動。 β、然而,目前太陽能電池最大的問題就是其光吸收率或 :光電轉換林足。因此,如何提高太陽能電池之光吸收 率以及光電轉換率已經在積極的發展之中。 【發明内容】 4
201240177 AU1011098 37265twf.doc/I 本發明提供一種太陽能電池模組,其可 池之光吸收率’進而提高太陽能電池模組整體效能。 本發明提出一種太陽能電池模組,其包括基板、第一 太陽能電池以及第二太陽能電池。基板上具有光轉換層, 其中光轉換層將300〜50〇nm波長的光線轉換成5〇〇〜 700nm波長的光線。第一太陽能電池位於基板之表面上。 第二太陽能電池是位於基板之另—表面上,篦一 電池與第二太陽能電池電性連接。 ^ 基於上述,由於本發明在第一太陽能電池以及第二太 陽能電池之間設置光轉換層,以將3〇〇〜5〇〇nm波長的光 線轉換成500〜700nm波長的光線。如此一來,便可以使 無法被太]%此電池吸收的光線(3〇〇〜5〇〇nm)轉換成太陽能 電池可吸收的光線(500〜70〇nm),以提高太陽能電池模組 之整體效率。 為讓本發明之上述特徵和優點能更明顯易懂,下文特 舉實施例’並配合所附圖式作詳細說明如下。 【實施方式】 圖1是依照本發明一實施例之太陽能電池模組的剖面 示意圖。請參照圖1,本實施例之太陽能電池模組10包括 基板100、第一太陽能電池八以及第二太陽能電池B,特 別是,基板100上設置有光轉換層DCL。此外,太陽能電 池模組10具有光入射面10a以及光反射面1〇b。 基板100具有表面l〇〇a以及相對於表面100a之另一
201240177 AU1011098 37265twf.doc/I 表面100b。基板100可為硬質基板(例如是玻璃基材、矽 基材)或是軟性基板(例如是有機聚合物基材),較佳的是採 用軟性基板。倘若基板1〇〇是採用軟性基板,則本實施例 之太陽能電池模組1〇可以採用連續滾輪製造程序(r〇11 t〇 roll)來製造。 根據本實施例,光轉換層DCL·是設置於基板1〇〇之 表面1〇〇a上。特別是,光轉換層DCL可將300〜500nm 波長的光線轉換成500〜7〇〇nm波長的光線。如 圖4所示, 光轉換層DCL可將以B曲線分佈之i線轉換成A曲線分 佈之光線。上述之光轉換層DCL可包括螢光材料或是磷光 材料。 此外,第一太陽能電池A是設置在基板100之表面 l〇〇a上方,其包括第一電極層11〇、第一主動層】12以及 第一電極層114。因此,本實施例之光轉換層DC]L是位於 第一太陽能電池A與基板1〇〇之間。 、 第一太陽能電池A之第一電極層110位於基板1〇〇之 第一表面100a上。根據本實施例,第一電極層11〇包括透 明電極材料’較麵是,第—電極層UG包括透明導電層 ll〇a以及功函數調整層11%。在此,透明導電層職例 如是銦錫氧化物、銦鋅氧化物、銘錫氧化物、_氧化物、 銦鍺鋅氧化物或其它合適的金屬氧化物。功函數調整層 110b主要是用來使第—電極層則相對於第—主動層山 具有適當的功函數,其材質例如是包括碳酸铯(CsC03)、氧 化鋅(ZnO)或是其他的功函數調整材料。 6
201240177 AU1011098 37265twf.doc/I 第一太陽能電池A之第—主動層112覆蓋第一電極層 110。第一主動層112吸收第一波長範圍的光線。根據本實 施例,第一主動層112為有機吸光材料,且主要是吸收可 見光波段的光線或是吸收紅外光波段的光線。倘若第一主 動層112是吸收可見光波段的光線,那麼其材質可包括聚 (3-己基°塞吩):[6,6]苯基-C61-酪酸曱基酯 (poly(3-hexylthiophene): [6,6]-phenyl-C61-butyric acid methyl ester (P3HT : [60]PCBM))、聚[2-曱烷基-5-(30, 70- 二曱基壬氧)-1,4-伸苯基伸乙烯基]:[6, 6]苯基-C61-酪酸曱 基 酯 (poly[2-methoxy-5-(30,70-dimethyloctyloxy)-l,4-phenylenev inylene]: [6,6]-phenyl-C61-butyricacidmethyl ester (MDMO_PPV:[60]PCBM))或是其他合適的材料。倘若第一 主動層112是吸收紅外光波段的光線,那麼其材質可包括 聚[2,6-(4,4-雙-(2-乙基己基)-4H-)]雙噻吩[2,l-b;3,4-b’]環戊 烧-alt-4,7-(2,l,3-苯並噻二哩):[6,6]苯基-C71-赂酸曱基酉旨 (poly[2,6-(4,4-bis-(2-ethylhexyl)-4H-cyclopenta[2,l-b;3,4-b' ]dithiophene)-alt-4,7-(2,1,3-benzothiadiazole)]: [6,6]-phenyl-C71 butyric acid methyl ester (PCPDTBT: [70]PCBM))、聚[4,8-雙-取代-苯[l,2_b:4,5-b’]二噻 吩]-2,6--diyl-alt-4·取代-thieno[3,4-b]tliio-phene-2,6-diyl]: [6, 6] 苯基 -C71- 酪酸 曱基酯 (poly[4,8-bis-substituted-benzo[l,2-b:4,5-b']dithiophene-2,6-diyl-alt-4-substituted-thieno[3,4-b]thio-phene-2,6-diyl]:[6,6]-
201240177 AU1011098 37265twf.doc/I
Phenyl-C71 butyric acid methyl 咖沉 (PBDTTT:[70]PCBM))或是其他合適的材料。 第一太陽能電池A之第二電極層114覆蓋第一主動声 112。根據本實施例,第二電極層114包括透明電極材料a, 其例如是有機導電材料。一般來說,第二電極層114之材 質的選擇也會考慮其功函數能與第—主動層112搭配,因 此本實施例之第二電極層114之材料可包括聚(3 4_伸乙二 氧基塞吩:聚苯乙烤續酸(PED0T : PPS)、氧化銦錫(Ιτ〇) 或是其他合適的材料。 此外,第二太陽能電池Β是設置在基板1〇〇之另一表 面100b上並與第一太陽能電池Α電性連接。帛_ 電池Β包括第三電極層12〇、第二主二f二; 極層124。 第二太陽能電池B之第三電極層12〇位於基板丨〇〇之 第二表面io〇b上。根據本實施例,第三電極層12〇包括透 明電極材料,較佳的是,第三電極層12〇包括透明導電層 120a以及功函數調整層i2〇b。在此,透明導電層12〇a例 如是銦錫氧化物、銦鋅氧化物、鋁錫氧化物、鋁鋅氧化物、 銦鍺鋅氧化物或其它合適的金屬氧化物。功函數調整層 120b主要是用來使第三電極層120相對於第二主動層122 具有適當的功函數,其材質例如是包括聚(3,4_伸乙二氧基 塞吩:聚苯乙烯磺酸(PEDOT : PPS)、氧化翻(m〇03)或是 其他的功函數調整材料。 第二太陽能電池B之第二主動層122覆蓋第三電極層 8
201240177 AU1011098 37265twf.doc/I 120。第二主動層122吸收第二波長範圍的光線。根據本實 施例,第二主動層122為有機吸光材料,且主要是吸收紅 外光波段的光線或是吸收可見光波段的光線。倘若第二主 動層122是吸收可見光波段的光線,那麼其材質可包括 P3HT : [60]PCBM、MDMO-PPV:[60]PCBM 或是其他合 適的材料。倘若第二主動層122是吸收紅外光波段的光 線,那麼其材質可包括PCPDTBT:[70]PCBM>、 PBDTTT:[70]PCBM或是其他合適的材料。 值得一提的是’本實施例之第二太陽能電池B之第二 主動層m與第一太陽能電池a之第一主動層112是吸收 不同的波長祐圍的光線。如圖2所示,縱轴表示入射光子 轉換電子效率(IPCE(%)) ’且橫轴表示波長。若第一太陽能 電池A之第一主動層112是吸收可見光波段的光線(如曲 線X)’那麼第二太陽能電池B之第二主動層122是吸收紅 外光波段的光線(如曲線Y)。相反地,若第一太陽能電池A 之第一主動層112是吸收紅外光波段的光線(如曲線γ), 那麼第二太陽能電池B之第二主動層122是吸收可見光波 段的光線(如曲線X)。 另外,第二太陽能電池B之第四電極層124是覆蓋第 二主動層122。根據本實施例,第四電極層124包括金屬 電極材料’較佳的是具有高導電性以及高反射性之金屬材 料’例如是鋁、銀或是其合金。 承上所述,在上述之太陽能電池模組1〇中,第—太 陽能電池A之第二電極層114之表面是作為太陽能電池模 201240177
AU1011098 37265twf.doc/I 組10之光入射面10a,且第二太陽能電池B之第四電極層 124之表面是作為太陽能電池模組1〇之光反射面。因 此,如圖3所示,當外界光線L1從太陽能電池模組1〇之 光入射面10a射入太陽能電池模組1〇之後,會先通過第一 太陽能電池A之第一主動層112,以使第一主動層112吸 收光線L1中之第一波長範圍的光線(例如是紅外光波段之 光線)。 接著,當光線L1繼續傳遞至光轉換層DCl時,光線 L1中300〜500nm波長的光線會被轉換成500〜700nm波 長的光線。如圖4所示’光轉換層DCL可將以B曲線分 佈之光線轉換成A曲線分佈之光線。換言之,此時,光線 L2中大部分的300〜500nm波長的光線(紫外光波段之光 線)已經被轉換成500〜700nm波長的光線(可見光至紅外 光波段之光線)了。而當光線L2在穿過基板1〇〇之後,於 通過第二太陽能電池B之第二主動層122時,第二主動層 122將吸收光線L2之第二波長範圍的光線(例如是可見光 波段之光線)。 接著,光線L2傳遞到第四電極層124時會被反射以 形成光線L3。而反射的光線L3於通過第二主動層122時, 第二主動層122將可再次吸收第二波長範圍(例如可見光 波段之光線)。接著,當光線L3於通過基板1〇〇並通過第 一主動層112時,第一主動層112將可再次吸收第一波長 範圍(例如紅外光波段之光線)。 承上所述,由於外界光線L1之第一波長範圍(例如紅
201240177 AU1011098 37265twf.doc/I 外光波段之光線)的光線以及第二波長範圍的光線(例如是 可見光波段之光線)可各自被第一主動層112以及第二主 動層122吸收。而且’當外界光線li於通過光轉換層dcl 時,外界光線L1之300〜5〇〇nm波長的光線(無法被主動 層吸收的光線)會被轉換成500〜7〇〇nm波長的光線(能夠 被第一主動層及第二主動層吸收的光線)。因此,本實施例 將第一太陽能電池A與第二太陽能電池B設置在基板之兩 表面,並且在第一太陽能電池A以及第二太陽能電池B之 間設置光轉換層DCL,可以有效地提高第一太陽能電池模 組之整體效率。 、 圖5是圖1之太陽能電池模組中之光吸收率與波長的 曲線圖。請參照圖5,曲線Μ表示於太陽能電池模組中有 裝設光轉換層時之吸收曲線,曲線Ν表示於太陽能電池模 組中未裝設光轉換層時之吸收曲線。由圖5可知,曲線Μ 相較於曲線Ν在500〜700nm(區域500)的光吸收率較高, 其大約可増加85%的量子轉換效率。由此可知,在太陽能 電池模組中裝設光轉換層確實可以有效地提高太陽能電池 模組之整體效能。 圖6是依照本發明一實施例之太陽能電池模組的剖面 示意圖。圖6之實施例與圖1之實施例相似,因此相同的 元件以相同的符號表示,且不再重複說明。圖6之實施例 與圖1之實施例不同之處在於,光轉換層DCL是設置在基 板100之表面1〇〇b上。換言之,在此實施例中,光轉換層 DCL是位於第二太陽能電池b與基板1〇〇之間。 201240177
auiuhu98 37265twf.doc/I 承f所述,在本實施例中,由於第一太陽能電池A與 第二太陽能電池B之間設置有光轉換層DCL。因此,當外 界光線於通過光轉換層DCL時,外界光線之3⑻〜5〇〇胆 波長的光線(無法被主動層吸收的光線)會被轉換成5〇〇〜 700mn波長的光線(能夠被第一主動層及第二主動層吸收 的光線)。因此,本實施例在第一太陽能電池A以及第二 太陽旎電池B之間設置光轉換層Dcl,可以有效地提高第 一太陽能電池模組之整體效率。 圖7疋依照本發明一實施例之太陽能電池模組的剖面 示意圖。圖7之實施例與圖丨之實施例相似,因此相同的 元件以相同的符號表示,且不再重複說明。圖7之實施例 與圖1之實施例不相同之處在於,在基板1〇〇之表面1〇〇a 以及表面100b上各自設置有光轉換層DCI^換言之,在 此實施例中,光轉換層DCL是位於第一太陽能電池A與 基板100之間以及第二太陽能電池B與基板1〇〇之間。 類似地,由於第一太陽能電池A與第二太陽能電池b 之間設置有光轉換層DCL。因此,當外界光線於通過光轉 換層DCL時’外界光線之300〜500nm波長的光線(無法 被主動層吸收的光線)會被轉換成500〜700nm波長的光線 (能夠被第一主動層及第二主動層吸收的光線)。因此,本 實施例在第一太陽能電池A以及第二太陽能電池b之間設 置光轉換層DCL,可以有效地提高第一太陽能電池模組之 整體效率。 在上述圖1、圖6或圖7之實施例中,太陽能電池模 12 201240177
AU1011098 37265twf.doc/I 組中的第一太陽能電池A與第二太陽能電池B是彼此電性 連接。而第一太陽能電池A與第二太陽能電池B之間可以 是電性串聯或者是電性並聯,如圖8以及圖9所示。 請參照圖8,此實施例之太陽能電池模組是以圖丨之 結構為例來說明。在此實施例中,第一太陽能電池A與第 二太陽能電池B是串聯在一起的。舉例來說,第—太陽能 電池A之第一電極層114是與第二太陽能電池第四電 極層124電性連接,也就是使第一電極層114與第四電極 層124電性連接至輸出單元8〇〇之其中一個端點。而第一 太陽能電池A之第二電極層11〇是與第二太陽能電池b之 第三電極層120電性連接,也就是使第二電極層ΐι〇與第 士電極層120電性連接至輸出單元8〇〇之另一個端點了換 言之’第-太陽能電池A與第二太陽能電池B所產生的電 能是藉由同一輸出單元8〇〇輸出。 卜承上所述’使第一太陽能電池A之第一電極層114盥 第二太陽能電池B之第四電極層124電性連接之方二 採用设置外部電路板(未繪示)之方式來達成。而 陽能電池A之第二電極層11〇與第二太陽能電池 電極層120電性連接之方式可以採用在基板100中設^ =構(未緣示)或者是設置外部電路板(未繪示)之方式來 清參照圖9,此實施例之太陽能電池模組也 之結構為例來說明。在此實施例中,第一太陽能電池A與 第二太陽能電池B是並聯在一起的。舉例來說,第一太^ 13 201240177
Λΐ-.ινϋ\>98 37265twf.doc/I 月&電池A之第-電極層114與第一太陽能電池A之第二電 極層11〇是電性連接到一個輸出單元9〇〇a,而第二太陽能 ^池B之第四電極層124電性連接與第二太陽能電池B之 第三電極層12〇則是電性連接到另一輸出單元9〇〇b。換言 之,第一太陽能電池A與第二太陽能電池B所產生的電能 是各自由對應輸出單元900a,900b輸出。 雖然上述圖8以及圖9之電性連接方式是以圖1之太 陽能電池模組為例來說明。實際上,此領域技術人員於參 照圖8以及圖9之說明之後,即可清楚地瞭解圖6以及圖 7之陽能電池模組中第一太陽能電池a與第二太陽能電池 B之電性連接方式。換言之,在圖6以及圖7之陽能電池 模組中,第一太陽能電池A與第二太陽能電池B可以電性 串聯或者是電性並聯。 綜上所述’由於本發明在第一太陽能電池以及第二太 此電池之間設置光轉換層,以將300〜500nm波長的光 線轉換成500〜700nm波長的光線。如此一來,便可以使 傳統無法被太陽能電池吸收的光線(300〜500nm)轉換成太 陽能電池可吸收的光線(500〜700nm),以提高太陽能電池 模組之整體效率。 雖然本發明已以實施例揭露如上,然其並非用以限定 本發明,任何所屬技術領域中具有通常知識者,在不脫離 本發明之精神和範圍内,當可作些許之更動與潤飾,故本 發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。 201240177
AU1011098 37265twf.doc/I 【圖式簡單說明】 圖1是依照本發明一實施例之太陽能電池模組的剖面 示意圖。 圖2是依照本發明一實施例之太陽能電池模組的光吸 收波段的曲線圖。 圖3是圖1之太陽能電池模組的光吸收行為之示意 圖。 圖4是圖1之太陽能電池模組中之光轉換層可使3〇〇 〜500nm波長的光線轉換成5〇〇〜7〇〇nm波長的光線的示 意圖。 圖5疋圖1之太陽能電池模組中之光吸收率與波長的 曲線圖。 圖6與圖7是依照本發明其他實施例之太陽能電池模 組的剖面示意圖。 圖8與圖9疋太陽能電池模組中第一與第二太陽能電 池之電性連接示意圖。 【主要元件符號說明】 1 〇 ·太陽能電池模組 10a :光入射面 1 Ob :光反射面 A:第一太陽能電池 B:第二太陽能電池 100 ·基板 15 201240177
AU1011098 37265twf.doc/I 100a :第一表面 100b :第二表面 110 :第一電極層 110a :透明導電層 110b :功函數調整層 112 :第一主動層 114 :第二電極層 120 :第三電極層 120a :透明導電層 120b :功函數調整層 122 :第二主動層 124 :第四電極層 DCL :光轉換層 L1-L3 :光線 X、Y、A、B、Μ、N :曲線 500 :區域 800、900a、900b :輸出單元 16
Claims (1)
- 201240177 AU1011098 37265twf.doc/I 七、申請專利範圍: 1.一種太陽能電池模組,包括: 將300 線; 一第一太陽能電池,位於該基板之一表面上;以及 -第二太陽能電池,位於該基板之另―表面上 第一太陽能電池與該第二太陽能電池電性連接。 X 2.如申請專概圍第i項所述之太陽能電池模組,盆 中該光轉換層包括一螢光材料或是一磷光材料。 一 3·如申請專利範圍第丨項所述之太陽能電池模組豆 中該光轉換層位於該第一太陽能電池與該基板之間、。,、 4. 如申請專利範圍第1項所述之太陽能電池模組,其 中該光轉換層位於該第二太陽能電池與該基板之間。/、 5. 如申請專利範圍第1項所述之太陽能電池模組,其 中該光轉換層位於該第一太陽能電池與該基板之間以及^亥 第二太陽能電池與該基板之間。 二6.如申請專利範圍第1項所述之太陽能電池模組,其 中該第一太陽能電池與該第二太陽能電池串聯。 八 二7.如申請專利範圍第1項所述之太陽能電池模組,其 中該第一太陽能電池與該第二太陽能電池並聯。 ^ 8.如申凊專利範圍第1項所述之太陽能電池模組,其 中該第一太陽能電池包括一第一電極層、一第二電極層二 及位於該第一電極層以及該第二電極層之間的—第—吸光 17 201240177 AU1UUU98 37265twf.doc/I 層。 9. 如申請專利範圍第8頊所述之太陽能電池模組,其 中該第二太陽能電池包括一第三電極層、一第四電極層以 及位於該第三電極層以及該第四電極層之間的一第二吸光 層。 10. 如申請專利範圍第9項所述之太陽能電池模組’其 中該第一主動層以及該第二_主動層分別為一有機吸光材 料。 11. 如申請專利範圍第9頊所述之太陽能電池模組’其 中該第一主動層與該第二主動層其中之一是吸收可見光且 另一是吸收紅外光。 12 _如申請專利範圍第9項所述之太陽能電池模組,其 中該第一電極層、該第二電極層以及該第三電極層分別包 括一透明電極材料。 13.如申請專利範圍第9項所述之堆疊式太陽能電池 模組,其中該第四電極層包括一反射電極材料。 18
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