TW201316537A - 用來製造穿透式太陽能電池模組的方法 - Google Patents
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Abstract
一種用來製造穿透式太陽能電池模組的方法包含設置一第一遮罩於一透光基板之上方、形成間隔排列之複數個金屬電極層於該透光基板上、設置一第二遮罩於該透光基板之上方、經由該第二遮罩形成一光電轉換層在每一金屬電極層上、沿一第一方向移除部分光電轉換層以露出每一金屬電極層之一部分、形成一透光電極層於每一光電轉換層以及每一金屬電極層上，以及沿該第一方向移除部分透光電極層以及部分光電轉換層以露出每一金屬電極層之一部分，以使該複數個金屬電極層分別與該透光電極層沿著一第二方向互相串聯。
Description
本發明關於一種用來製造太陽能電池模組的方法，尤指一種用來製造穿透式太陽能電池模組的方法。
一般來說，傳統的太陽能電池可分為穿透式與非穿透式兩種。非穿透式的太陽能電池已廣泛應用於各式建築材料，例如屋瓦結構、牆壁貼片，車頂發電板等等。而在某些特殊應用上，例如玻璃帷幕、透明屋頂等，就需要搭配具有透光性之穿透式太陽能電池，以具有較佳的美觀性。請參閱第1圖，其為先前技術一穿透式太陽能電池模組10之部分示意圖。傳統的穿透式太陽能電池模組10包含有一透光基板12，一透光導電層14，一光電轉換層16，以及一不透光電極層18。傳統的穿透式太陽能電池模組10係以雷射切割方式移除部分不透光電極層18以及部分光電轉換層16，裸露部分透光導電層14，以達到透射光線之效果。
然而，由於雷射切割方式需要極高的工作溫度，故透光導電層14或不透光電極層18易於切割面上產生結晶顆粒，使得穿透式太陽能電池模組10之漏電流增加，甚至會造成透光導電層14與不透光電極層18之間短路而破壞發電功能。台灣專利公開號TW201106497另揭露了利用遮罩之方式完全取代雷射刮除及機械力刮除以控制每一電池間的間距，然藉由遮罩方式以完成複數個電池之形成在無效區域之控制上有其困難度。因此，如何設計出製程簡化以及高透光之穿透式太陽能電池模組即為現今太陽能產業所需努力之重要課題。
本發明之目的之一在於提供一種用來製造穿透式太陽能電池模組的方法，以解決上述之問題。
根據一實施例，本發明之用來製造穿透式太陽能電池模組的方法包含有設置一第一遮罩於一透光基板之上方、形成間隔排列之複數個金屬電極層於該透光基板上、設置一第二遮罩於該透光基板之上方、經由該第二遮罩形成一光電轉換層在每一金屬電極層上、沿一第一方向移除部分光電轉換層以露出每一金屬電極層之一部分、形成一透光電極層於每一光電轉換層以及每一金屬電極層上，以及沿該第一方向移除部分透光電極層以及部分光電轉換層以露出每一金屬電極層之一部分，以使該複數個金屬電極層分別與該透光電極層沿著相異於該第一方向之一第二方向互相串聯。
綜上所述，本發明係使用遮罩以在製造穿透式太陽能電池模組的過程中，產生在部分透光基板上阻隔金屬電極層以及光電轉換層之形成或是更進一步地阻隔緩衝層以及透光電極層之形成的效果。如此一來，若是在使用具有相對透光基板縱向形成之遮罩破孔之遮罩的設計下，本發明之穿透式太陽能電池模組不但可具有良好的透光率，同時亦可省略需使用雷射切割方式移除部分金屬電極層以及部分光電轉換層的步驟，從而達到簡化穿透式太陽能電池模組之製造流程以及解決上述所提及之使用雷射切割方式所產生的漏電問題。另一方面，若是在使用具有相對透光基板橫向形成之遮罩破孔之遮罩的設計下，本發明之穿透式太陽能電池模組則是可具有更好的透光率。本發明可藉由遮罩之破孔大小以易於決定太陽能模組之穿透區域範圍，亦即非破孔部分為穿透區，再加上藉由移除之方式(例如機械刮刀)移除部分透光電極層、部分光電轉換層以及部分緩衝層，更可精準控制每一電池間的距離至最小值。
關於本發明之優點與精神可以藉由以下的實施方式及所附圖式得到進一步的瞭解。
請參閱第2圖，其為根據本發明一第一實施例之一穿透式太陽能電池模組100之示意圖。穿透式太陽能電池模組100包含有一透光基板102、複數個金屬電極層104，以及一光電轉換層106。複數個金屬電極層104係間隔排列於透光基板102上，且各金屬電極層104沿著一第二方向D2係不接觸相鄰之金屬電極層104。光電轉換層106係沿著一第一方向D1形成於每一金屬電極層104上，同樣地，各光電轉換層106沿著第二方向D2係不接觸相鄰之光電轉換層106。
穿透式太陽能電池模組100另包含有一透光電極層108，透光電極層108係沿第一方向D1形成於每一金屬電極層104以及每一光電轉換層106上。穿透式太陽能電池模組100係由複數個太陽能電池101所組成，其中各太陽能電池101之光電轉換層106係用來接收光能以轉換成電力，且金屬電極層104以及透光電極層108係分別用來作為太陽能電池101之正、負極以輸出電力，故複數個金屬電極層104與透光電極層108係沿著第二方向D2依序電連接，意即複數個太陽能電池101沿著第二方向D2互相串聯，其中第二方向D2係實質上垂直於第一方向D1。如此一來，使用者可依需求調整穿透式太陽能電池模組100之輸出電壓。此外，穿透式太陽能電池模組100另可包含有一緩衝層110，緩衝層110係設置於光電轉換層106以及透光電極層108之間。
一般來說，透光基板102係可由鈉鈣玻璃(soda-lime glass)所組成，透光基板102亦可為一曲面狀，金屬電極層104係可由鉬、鉭、鈦、釩或鋯等所組成，光電轉換層106係可由具有P型半導體結構之銅銦硒系(CIS系)化合物所組成，例如銅銦硒(CIS)、銅銦硫(CIS)、銅銦硒化鎵(CIGS)或銅銦鎵硒硫(CIGSS)等，透光電極層108係可為由氧化鋁鋅(AZO)或銦錫氧化物(ITO)所組成之一導電層，緩衝層110係可由硫化鎘(CdS)、硫化鋅(ZnS)或硫化銦(In2S3)以及本質氧化鋅(intrinsic ZnO)所組成。透光基板102、金屬電極層104、光電轉換層106、透光電極層108、以及緩衝層110之組成材質可不限於上述實施例所述，端視設計需求而定。由於鈉鈣玻璃、氧化鋁鋅(或銦錫氧化物)、以及本質氧化鋅係為透光材質，故光線可沿著第2圖箭頭A所示之方向透射過穿透式太陽能電池模組100，使得穿透式太陽能電池模組100具有良好的透光效果。
請參閱第2圖與第3圖至第10圖，第3圖為用來製造第2圖之穿透式太陽能電池模組100之方法的流程圖，第4圖至第10圖分別為第2圖之穿透式太陽能電池模組100於各製程階段沿第二方向D2之剖視圖。該方法包含有下列步驟。
步驟300：清洗透光基板102；步驟302：設置一第一遮罩112於透光基板102之上方；步驟304：經由第一遮罩112形成間隔排列之複數個金屬電極層104在透光基板102之上；步驟306：設置一第二遮罩114於透光基板102上；步驟308：經由第二遮罩114形成光電轉換層106在每一金屬電極層104上；步驟310：形成緩衝層110於每一光電轉換層106上；步驟312：沿第一方向D1移除部分光電轉換層106與部分緩衝層110以露出每一金屬電極層104之一部分；步驟314：形成透光電極層108於緩衝層110以及每一金屬電極層104上；步驟316：沿第一方向D1移除部分透光電極層108、部分緩衝層110與部分光電轉換層106以露出每一金屬電極層104之一部分，以使複數個金屬電極層104以及透光電極層108沿著第二方向D2互相串聯；步驟318：結束。
於此針對上述步驟分別進行詳細說明。首先，在步驟300中，可先將如第4圖所示之透光基板102清洗乾淨，以確保後續製程雜質不會參雜於沉積材料與透光基板102之間。此時可選擇性地於透光基板102上形成由氧化鋁(Al2O3)或二氧化矽(SiO2)組成之阻擋層，其係可阻擋透光基板102內之不純物於形成光電轉換層102時之擴散而影響其結晶，且另可選擇性地將氟化鈉(NaF)以蒸鍍或濺鍍方式形成於透光基板102上，氟化鈉係用來幫助銅銦硒系薄膜於透光基板102上進行結晶。
接下來，如第5圖所示，在將第一遮罩112設置於透光基板102之上方(步驟302)後，可使用一濺鍍機或其他技術經由第一遮罩112在透光基板102上進行金屬電極層104之成型，而由第5圖可知，第一遮罩112具有沿第一方向D1形成之複數個第一遮罩破孔113，藉此，即可在透光基板102上形成間隔排列之複數個金屬電極層104(步驟304)。接著，如第6圖所示，在將第二遮罩114設置於透光基板102之上方(步驟306)後，可使用薄膜沉積技術或其他方式經由第二遮罩114於透光基板102上進行光電轉換層106之成型，而由第6圖可知，第二遮罩114具有沿第一方向D1形成之複數個第二遮罩破孔115，藉此，即可如第6圖所示地在每一金屬電極層104上形成光電轉換層106(步驟308)。
之後，如第7圖以及第8圖所示，可使用薄膜沉積技術(例如濺鍍法或化學混浴法)將緩衝層110形成於光電轉換層106上(步驟310)，再藉由一刮刀或其他移除方式沿著第一方向D1移除部分緩衝層110與部分光電轉換層106以露出每一金屬電極層104之一部分(步驟312)，此外，緩衝層110亦可使用遮罩技術以沉積於光電轉換層106上，以達到阻隔緩衝層110形成於透光基板102上而有較佳的光穿透率。緩衝層110係為一種具有良好光電特性之透明薄膜，藉以用來提高穿透式太陽能電池模組100的光電轉換效率以及電力輸出效率。一般而言，上述薄膜沉積技術係可藉由四元共蒸鍍法(co-evaporation)、真空濺鍍法(sputter)、快速加熱製程(rapid thermal process)以及硒化法(selenization)來製作銅銦硒系薄膜以達到較佳的光電轉換效率。
再者，如第9圖與第10圖所示，使用者於緩衝層110與金屬電極層104上形成透光電極層108後(步驟314)，再沿著第一方向D1移除部分透光電極層108、部分緩衝層110，以及部分光電轉換層106(步驟316)，故穿透式太陽能電池模組100可包含有複數個太陽能電池101，且各太陽能電池101之金屬電極層104與透光電極層108係沿著第二方向D2互相串聯。穿透式太陽能電池模組100於第2圖箭頭A所示之位置係由透光電極層108、緩衝層110與透光基板102所組成，故可用來透射光線，藉以產生相異於太陽能電池101之配置方向的透射條紋。
如此一來，由於本發明之製程方法係利用第一遮罩112以及第二遮罩114以產生在部分透光基板102上阻隔金屬電極層104以及光電轉換層106之形成的效果，因此，穿透式太陽能電池模組100不但具有較佳的透光率，同時亦可省略需使用雷射切割方式移除部分金屬電極層104以及部分光電轉換層106的步驟，從而達到簡化穿透式太陽能電池模組100之製造流程以及解決上述所提及之使用雷射切割方式所產生的漏電問題。需注意的是，緩衝層110之材質與製程順序可不限於上述實施例所述，意即步驟310為一選擇性之製程，端視設計需求而定。
請參閱第11圖以及第12圖至第17圖，第11圖為根據本發明一第二實施例之用來製造一穿透式太陽能電池模組100'之方法的流程圖，第12圖至第17圖分別為穿透式太陽能電池模組100'於各製程階段沿第二方向D2之剖視圖。該方法係包含下列步驟。
步驟1100：清洗透光基板102；步驟1102：設置一第一遮罩112'於透光基板102之上方；步驟1104：形成間隔排列之複數個金屬電極層104在透光基板102上；步驟1106：沿第一方向D1移除部分金屬電極層104以露出部分透光基板102；步驟1108：設置一第二遮罩114'於透光基板102之上方；步驟1110：經由第二遮罩114'形成光電轉換層106在每一金屬電極層104上；步驟1112：形成緩衝層110於每一光電轉換層106上；步驟1114：沿第一方向D1移除部分光電轉換層106與部分緩衝層110以露出每一金屬電極層104之一部分；步驟1116：形成透光電極層108於緩衝層110以及每一金屬電極層104上；步驟1118：沿第一方向D1移除部分透光電極層108、部分緩衝層110與部分光電轉換層106以露出每一金屬電極層104之一部分，以使複數個金屬電極層104以及透光電極層108沿著第二方向D2互相串聯；步驟1120：結束。
第二實施例與第一實施例之主要不同之處在於遮罩的破孔設計。在第二實施例中，第一遮罩112'具有沿第二方向D2形成之複數個第一遮罩破孔113'，而第二遮罩114'具有沿第二方向D2形成之複數個第二遮罩破孔115'。
於此針對上述步驟分別進行詳細說明。首先，在依序執行步驟1100至步驟1106之後，間隔排列之複數個金屬電極層104即可相對應地形成於透光基板102上。簡言之，可先將如第12圖所示之透光基板102清洗乾淨，接著再將第一遮罩112'設置於透光基板102之上方，並使用一濺鍍機或其他技術經由第一遮罩112'在透光基板102上進行金屬電極層104之成型，而由第12圖可知，第一遮罩112'具有沿第二方向D2形成之複數個第一遮罩破孔113'，藉此，即可先在透光基板102上形成水平條狀排列之複數個金屬電極層104(如第12圖所示)後，再使用雷射切割方式沿著第一方向D1移除部分金屬電極層104以露出部分透光基板102，藉以使複數個金屬電極層104可如第13圖所示地形成於透光基板102上。
接下來，如第14圖所示，在將第二遮罩114'設置於透光基板102之上方(步驟1108)後，可使用薄膜沉積技術或其他方式經由第二遮罩114'於透光基板102上進行光電轉換層106之成型，而由第14圖可知，第二遮罩114'具有沿第二方向D2形成之複數個第二遮罩破孔115'，藉此，即可如第14圖所示地在每一金屬電極層104上形成光電轉換層106(步驟1110)。
之後，如第15圖所示，可使用薄膜沉積技術(例如濺鍍法或化學混浴法)將緩衝層110形成於光電轉換層106上(步驟1112)，需注意的是，由於在步驟1112所使用之薄膜沉積技術會使得緩衝層110同時形成於光電轉換層106以及透光基板102上，因此為了避免緩衝層110形成於透光基板102上而影響穿透式太陽能電池模組100'之光線透射效果，可在利用薄膜沉積技術完成緩衝層110之形成後，進一步地使用一刮刀或其他移除方式沿第二方向D2移除位於透光基板102上的部分緩衝層110，以使緩衝層110之配置可如第15圖所示，但不受此限，本發明亦可改採用在利用薄膜沉積技術進行緩衝層110之形成的期間持續將第二遮罩114'設置於透光基板102之上方的方式，來達到阻隔緩衝層110形成於透光基板102上的相同效果而有較佳的光穿透率，至於採用何種方式，端視穿透式太陽能電池模組100'之實際製程需求而定。
接著執行步驟1114，也就是再使用一刮刀或其他移除方式沿著第一方向D1移除部分緩衝層110與部分光電轉換層106以露出每一金屬電極層104之一部分(如第16圖所示)。
最後，如第17圖所示，使用者於緩衝層110與金屬電極層104上形成透光電極層108後(步驟1116)，再沿著第一方向D1移除部分透光電極層108、部分緩衝層110，以及部分光電轉換層106(步驟1118)，故穿透式太陽能電池模組100'可包含有複數個太陽能電池101'，且各太陽能電池101'之金屬電極層104與透光電極層108係沿著第二方向D2互相串聯。穿透式太陽能電池模組100'於箭頭B所示之位置係由透光電極層108與透光基板102所組成，故可用來透射光線，藉以產生相異於太陽能電池101之配置方向的透射條紋。另外，由於透光電極層108會同時形成於緩衝層110、金屬電極層104以及透光基板102上(如第17圖所示)，因此若要進一步地提升穿透式太陽能電池模組100'之光線透射效果，則可在利用薄膜沉積技術完成透光電極層108之形成後，再使用一刮刀或其他移除方式沿第二方向D2移除位於透光基板102上的部分透光電極層108。同樣地，本發明亦可改採用在利用薄膜沉積技術進行透光電極層108之形成的期間持續將第二遮罩114'設置於透光基板102之上方的方式，來達到阻隔透光電極層108形成於透光基板102上的相同效果。
綜上所述，由於本發明之製程方法係利用第一遮罩112'以及第二遮罩114'以產生在部分透光基板102上阻隔金屬電極層104以及光電轉換層106之形成或是更進一步地阻隔緩衝層110以及透光電極層108之形成的效果，因此，相較於穿透式太陽能電池模組100，穿透式太陽能電池模組100'之透光率可進一步提升。同樣地，在此實施例中，緩衝層110之材質與製程順序可不限於第11圖所示，意即步驟1112為一選擇性之製程，端視設計需求而定。
相較於先前技術，本發明係使用遮罩以在製造穿透式太陽能電池模組的過程中，產生在部分透光基板上阻隔金屬電極層以及光電轉換層之形成或是更進一步地阻隔緩衝層以及透光電極層之形成的效果。如此一來，若是在使用具有相對透光基板縱向形成之遮罩破孔之遮罩的設計下，本發明之穿透式太陽能電池模組不但可具有良好的透光率，同時亦可省略需要使用雷射切割方式移除部分金屬電極層以及部分光電轉換層的步驟，從而達到簡化穿透式太陽能電池模組之製造流程以及解決上述所提及之使用雷射切割方式所產生的漏電問題。另一方面，若是在使用具有相對透光基板橫向形成之遮罩破孔之遮罩的設計下，本發明之穿透式太陽能電池模組則是可具有更好的透光率。本發明可藉由遮罩之破孔大小以易於決定太陽能模組之穿透區域範圍，亦即非破孔部分為穿透區，再加上藉由移除之方式(例如機械刮刀)移除部分透光電極層、部分光電轉換層以及部分緩衝層，更可精準控制每一電池間的距離至最小值。
以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。說明書中所提及之第一遮罩與第二遮罩等，僅用以表示元件的名稱，並非用來限制元件數量上的上限或下限。
12．．．透光基板
14．．．透光導電層
16．．．光電轉換層
18．．．不透光電極層
101、101'．．．太陽能電池
102．．．透光基板
104．．．金屬電極層
106．．．光電轉換層
108．．．透光電極層
110．．．緩衝層
112、112'．．．第一遮罩
113、113'．．．第一遮罩破孔
114、114'．．．第二遮罩
115、115'．．．第二遮罩破孔
D1．．．第一方向
D2．．．第二方向
A、B．．．箭頭
10、100、100'．．．穿透式太陽能電池模組
300、302、304、306、308、310、312、314、316、318．．．步驟
1100、1102、1104、1106、1108、1110、1112、1114、1116、1118、1120．．．步驟
第1圖為先前技術穿透式太陽能電池模組之示意圖。
第2圖為根據本發明第一實施例之穿透式太陽能電池模組之示意圖。
第3圖為用來製造第2圖之穿透式太陽能電池模組之方法的流程圖。
第4圖至第10圖分別為第2圖之穿透式太陽能電池模組於各製程階段沿第二方向之剖視圖。
第11圖為根據本發明第二實施例之用來製造穿透式太陽能電池模組之方法的流程圖。
第12圖至第17圖分別為穿透式太陽能電池模組於各製程階段沿第二方向之剖視圖。
300、302、304、306、308、310、312、314、316、318．．．步驟
Claims (13)
- 一種用來製造穿透式太陽能電池模組的方法，其包含有：設置一第一遮罩於一透光基板之上方；形成間隔排列之複數個金屬電極層於該透光基板上；設置一第二遮罩於該透光基板之上方；經由該第二遮罩形成一光電轉換層在每一金屬電極層上；沿一第一方向移除部分光電轉換層以露出每一金屬電極層之一部分；形成一透光電極層於每一光電轉換層以及每一金屬電極層上；以及沿該第一方向移除部分透光電極層以及部分光電轉換層以露出每一金屬電極層之一部分，以使該複數個金屬電極層分別與該透光電極層沿著相異於該第一方向之一第二方向互相串聯。
- 如請求項1所述之方法，其另包含有：在形成間隔排列之複數個金屬電極層於該透光基板上前，清洗該透光基板。
- 如請求項1所述之方法，其另包含有：形成一緩衝層於每一光電轉換層上。
- 如請求項3所述之方法，其中形成該緩衝層於每一光電轉換層上包含有：形成該緩衝層於每一光電轉換層以及該透光基板上；以及移除位於該透光基板上的部分緩衝層。
- 如請求項3所述之方法，其中形成該緩衝層於每一光電轉換層上包含有：經由該第二遮罩形成該緩衝層於每一光電轉換層上。
- 如請求項1所述之方法，其中設置該第一遮罩於該透光基板之上方包含有將具有分別沿該第一方向形成之複數個第一遮罩破孔的該第一遮罩設置於該透光基板之上方，設置該第二遮罩於該透光基板之上方包含有將具有分別沿該第一方向形成之複數個第二遮罩破孔的該第二遮罩設置於該透光基板之上方。
- 如請求項1所述之方法，其中設置該第一遮罩於該透光基板之上方包含有將具有分別沿該第二方向形成之複數個第一遮罩破孔的該第一遮罩設置於該透光基板之上方，設置該第二遮罩於該透光基板之上方包含有將具有分別沿該第二方向形成之複數個第二遮罩破孔的該第二遮罩設置於該透光基板之上方。
- 如請求項7所述之方法，其中形成間隔排列之該複數個金屬電極層在該透光基板上包含：沿該第一方向移除部分金屬電極層以露出部分透光基板。
- 如請求項7所述之方法，其中形成該透光電極層於每一光電轉換層以及每一金屬電極層上包含有：形成該透光電極層於每一光電轉換層、每一金屬電極層以及該透光基板上；以及沿該第二方向移除位於該透光基板上的部分透光電極層。
- 如請求項7所述之方法，其中形成該透光電極層於每一光電轉換層以及每一金屬電極層上包含有：經由該第二遮罩形成該透光電極層於每一光電轉換層以及每一金屬電極層上。
- 如請求項1所述之方法，其中沿該第一方向移除部分光電轉換層包含有使用一刮刀沿該第一方向刮除部分光電轉換層。
- 如請求項1所述之方法，其中沿該第一方向移除部分透光電極層以及部分光電轉換層包含有使用一刮刀沿該第一方向刮除部分透光電極層以及部分光電轉換層。
- 如請求項1所述之方法，其中該第一方向係實質上垂直於該第二方向。
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