TW201332129A - 薄膜太陽能電池及其製造方法 - Google Patents

Abstract

一種薄膜太陽能電池及其製造方法，首先是在一第一基板上依序形成一第一電極層、一主動層以及一第二電極層；接著在一第二基板上形成一反射層；然後再以一膠合膜將第二電極層膠合於反射層，以形成薄膜太陽能電池。

Description

薄膜太陽能電池及其製造方法

本發明是有關於一種薄膜太陽能電池及其製造方法，且特別是有關於一種具有高光線利用率的薄膜太陽能電池及其製造方法。

隨著科技與經濟的發展，人類對能源的需求與日俱增。加上石油、天然氣或燃煤等現今社會所主要仰賴的能源已逐漸面臨短缺，因此使用無污染且可再生的能源越來越受到關注。在各種再生能源(renewable energy)之中，由於太陽能具有永不耗盡的特色，且為一種乾淨無污染亦不會耗盡自然資源的能源，因此在解決目前石化能源所面臨的污染與短缺等問題時，如何有效利用太陽能源已經成為今日最受矚目的焦點之一。

在太陽能電池的構造中，主要是依序在第一基板上堆疊一第一電極層、一光電轉換層、一第二電極層以及第二基板，當光電轉換層將光線轉換成電力時，可利用二電極層將電力導引出。而為了提升光線的利用率，通常會將一反射層堆疊於第二電極層上，將穿過光電轉換層的光線反射回光電轉換層，使光線再次受到利用。最後，為了保護太陽能電池的內部構造，以及防止水氣進入太陽能電池中，會將膠合膜設置於反射層上，藉以使太陽能電池受到封裝，並用以將第二基板黏合於反射層上，藉以避免第一電極層、主動層以及第二電極層受到空氣與水氣的侵蝕，而影響到太陽能電池的光電轉換效率與使用壽命。

另一方面，在各種太陽能電池中，薄膜太陽能電池相較於矽晶太陽能電池更為輕薄，因此所需材料較少而可降低成本，進而具有較廣的應用領域。但也因薄膜太陽能電池的厚度較薄，而使薄膜太陽能電池中的反射層的厚度受到限制，進而使反射層因厚度極薄而使光線容易穿透，降低了光線的反射率。然而，雖然增加反射層的厚度可以提高光線的反射率，但會使薄膜太陽能電池的厚度與重量增加，且成本提高，反而失去了薄膜太陽能電池的優勢。

鑒於以上所述，本案發明人認為實有必要開發出一種薄膜太陽能電池，其可以增加光線的反射率，使光線利用率增加，進而提升薄膜太陽能電池的光電轉換效率。

綜觀以上所述，在習知技術中，為了增加薄膜太陽能電池的光線利用率，會利用反射層來反射穿過光電轉換層的光線，使光線再次進入光電轉換層；然而，由於反射層的厚度在薄膜太陽能電池中極為單薄，而使光線易於穿透反射層，降低了光線的利用率，導致薄膜太陽能電池的光電轉換效率不佳。

為了解決上述問題，本發明之主要目的在於提供一種薄膜太陽能電池及其製造方法，其係利用膠合膜設置於反射層與第二基板之間，使穿過主動層的光線可先經由膠合膜反射部分光線，並使穿過膠合膜的光線再藉由反射層反射，藉以提高光線反射回主動層的機率，進而提升薄膜太陽能電池的光電轉換效率。

本發明為解決習知技術之問題所採用之技術手段係提供一種薄膜太陽能電池，其包含一第一基板、一第一電極層、一主動層、一第二電極層、一膠合膜、一反射層以及一第二基板。第一電極層係設置於第一基板，主動層係設置於第一電極層，第二電極層係設置於主動層，膠合膜係設置於第二電極層，反射層係設置於膠合膜，第二基板係設置於反射層。

在本發明較佳實施例中，膠合膜之折射率小於第二電極層之折射率。

在本發明較佳實施例中，膠合膜之折射率小於反射層之折射率。

在本發明較佳實施例中，反射層的材料包含白漆、金屬、金屬氧化物、有機材料或上述材料之組合。

在本發明較佳實施例中，膠合膜的材料包含聚乙烯醇縮丁醛(Polyvinyl Butyral,PVB)、乙烯醋酸乙烯酯(Ethylene Vinyl Acetate,EVA)、聚烯烴(Poly Olefin)或熱塑性聚胺基甲酸酯(Thermoplastic Polyurethane,TPU)。

本發明為解決習知技術之問題更提供一種薄膜太陽能電池的製造方法，包含以下步驟：首先在一第一基板上依序形成一第一電極層、一主動層以及一第二電極層；接著在一第二基板上形成一反射層；然後以一膠合膜將第二電極層膠合於反射層，以形成一薄膜太陽能電池。

在本發明較佳實施例中，膠合膜之折射率小於第二電極層之折射率。

在本發明較佳實施例中，膠合膜之折射率小於反射層之折射率。

在本發明較佳實施例中，反射層的材料包含白漆、金屬、金屬氧化物、有機材料或上述材料之組合。

在本發明較佳實施例中，膠合膜的材料包含聚乙烯醇縮丁醛(Polyvinyl Butyral,PVB)、乙烯醋酸乙烯酯(Ethylene Vinyl Acetate,EVA)、聚烯烴(Poly Olefin)或熱塑性聚胺基甲酸酯(Thermoplastic Polyurethane,TPU)。

從以上述可知，相較於習知技術所述之薄膜太陽電池，由於在本發明所提供之一種薄膜太陽能電池及其製造方法中，係將膠合膜設置在第二電極層與反射層之間，因此可增加光線的反射量，進而提升薄膜太陽能電池的光電轉換效率。

本發明所採用的具體實施例，將藉由以下之實施例及圖式作進一步之說明。

本發明所提供之薄膜太陽能電池，可廣泛運用於各種結構的薄膜太陽能電池。然而，由於薄膜太陽能電池的組合方式不勝枚舉，致使本發明所提供之薄膜太陽能電池可依照多種組合而加以實施，故在此不再一一贅述，僅列舉其中較佳實施例來加以具體說明。

請參閱第一圖，第一圖係為本發明較佳實施例之薄膜太陽能電池之結構示意圖。如圖所示，一太陽能電池100包含一第一基板1、一第一電極層2、一主動層3、一第二電極層4、一膠合膜5、一反射層6以及一第二基板7。

第一基板1之材質為透明玻璃或透明樹脂，而透明樹脂例如可以是聚對苯二甲酸乙二酯(polyethylene terephthalate，PET)、聚萘二甲酸乙二酯(polyethylene naphthalate，PEN)、聚碳酸酯(polycarbonate，PC)、聚醚(polyethersulfone，PES)或聚醯亞胺(polyimide，PI)。

第一電極層2係形成於第一基板1，而第一電極層2之係由折射率約介於1.65~4的透明導電氧化物(transparent conductive oxide，TCO)所組成，且透明導電氧化物為銦錫氧化物、銦鋅氧化物、銦錫鋅氧化物、氧化鋅、鋁錫氧化物、鋁鋅氧化物、鎘銦氧化物、鎘鋅氧化物、鎵鋅氧化物、錫氟氧化物或上述材料之組合。

主動層3包含一第一型半導體層31、一本質層32以及一第二型半導體層33。第一型半導體層31係形成於第一電極層2上；本質層32係形成於第一型半導體層31上；第二型半導體層33係形成於本質層32上。在本實施例中，主動層3是由非晶矽材質或微晶矽材質所組成，非晶矽材質包含非晶矽、非晶氧化矽、非晶氮化矽或非晶鍺化矽，微晶矽材質包含微晶矽、微晶氧化矽、微晶氮化矽或微晶鍺化矽；而第一型半導體層31為摻雜有n型掺質之n型半導體層，而n型掺質係選自磷、砷、銻或鉍等屬於元素週期表中V族元素所組成的群組；第二型半導體層33為摻雜有p型掺質之p型半導體層，而p型掺質係選自硼、鋁、鎵、銦或鉈等屬於元素週期表中III族元素所組成的群組。此外，在其他實施例中，主動層3亦可由III-V化合物、II-VI化合物或有機化合物所組成，III-V化合物包括砷化镓(GaAs)、磷化銦鎵(InGaP)或其組合；II-VI化合物包括有銅銦硒(CIS)、銅銦鎵硒(CIGS)、鎘化碲(CdTe)或其組合；有機化合物包括3-己烷噻吩(Poly(3-hexylthiophene),P3HT)與奈米碳球(PCBM)之混合物。

第二電極層4係形成於主動層3之第二型半導體層33上。在本實施例中，第二電極層4的材料係由折射率約介於1.8~2.1的透明導電氧化物所組成。

膠合膜5係設置於第二電極層4上，且膠合膜5的材料包含聚乙烯醇縮丁醛(Polyvinyl Butyral,PVB)、乙烯醋酸乙烯酯(Ethylene Vinyl Acetate,EVA)、聚烯烴(Poly Olefin)或熱塑性聚胺基甲酸酯(Thermoplastic Polyurethane,TPU)等折射率介於1.2~1.6的塑膠材質所組成，例如乙烯醋酸乙烯酯的折射率約1.5，聚乙烯醇縮丁醛的折射率約1.48。

反射層6係設置於該膠合膜5上，且反射層6的材料包含白漆、金屬、金屬氧化物、有機材料或上述材料之組合。在本實施例中，反射層6是由二氧化鈦所組成。

第二基板7係設置於該反射層6上，且第二基板7之材質為透明玻璃或透明樹脂。

在實務運用上，光線是自第一基板1進入薄膜太陽能電池100內，而未被主動層3吸收的光線會在通過第二電極層4時，由於第二電極層4的折射率大於膠合膜5的折射率，因此會使角度較低光線產生全反射，而穿過膠合膜5的光線再由反射層6反射回主動層3。

請一併參閱第一圖至第三圖，第二圖係為本發明較佳實施例之薄膜太陽能電池之製造方法流程示意圖；第三圖係以膠合膜膠合第二電極層與反射層之示意圖。如圖所示，步驟S110係於第一基板1上依序形成第一電極層2、主動層3以及第二電極層4；而步驟S120係於第二基板7上形成反射層6；然後步驟S130再以膠合膜5將第二電極層4膠合於反射層6，以形成薄膜太陽能電池100。在本實施例中，膠合膜5係先設置於第二電極層4上，以膠合反射層6；然而，在其他實施例中，膠合膜5亦可設置於反射層6來膠合第二電極層4。

此外，第一電極層2、主動層3、第二電極層4以及反射層6的形成方法可以是化學氣相沈積法或其他合適的方法來製備，其中化學氣相沈積法可採用電漿輔助化學氣相沈積法(plasma enhanced chemical vapor deposition,PECVD)、射頻電漿輔助化學氣相沉積法(radio frequency plasma enhanced chemical vapor deposition,RF PECVD)、超高頻電漿輔助化學氣相沉積法(very high frequency plasma enhanced chemical vapor deposition,VHF PECVD)或者是微波電漿輔助化學氣相沉積法(microwave plasma enhanced chemical vapor deposition,MW PECVD)。

綜上所述，由於在本發明所提供之一種薄膜太陽能電池中，係利用膠合膜來膠合第二電極層與反射層，因此可以使通過主動層的光線先經由膠合膜與第二電極層之接面反射部分光線，再由反射層反射大部分的光線；因此，相較於習知技術僅用反射層來反射光線，本發明可以有效的將光線反射回主動層，增加光線的使用率，進而提升薄膜太陽能電池的光電轉換效率。此外，由於膠合膜的折射率小於第二電極層，因此當光線由折射率較大的第二電極層進入折射率較小的膠合膜時，容易使入射角度過低的光線產生全反射，進而增加光線的使用率。

另一方面，由於本發明所提供的薄膜太陽能電池的製造方法是將第一電極層、主動層與第二電極層依序形成於第一基板上，而反射層是形成於第二基板上，然後才由膠合膜將第二電極層與反射層膠合；因此，將第一電極層、主動層與第二電極層依序形成於第一基板上與將反射層形成於第二基板上的製程可同時進行，有效的增加薄膜太陽能電池的生產效率。

藉由上述之本發明實施例可知，本發明確具產業上之利用價值。惟以上之實施例說明，僅為本發明之較佳實施例說明，舉凡所屬技術領域中具有通常知識者當可依據本發明之上述實施例說明而作其它種種之改良及變化。然而這些依據本發明實施例所作的種種改良及變化，當仍屬於本發明之發明精神及界定之專利範圍內。

100．．．太陽能電池

1．．．第一基板

2．．．第一電極層

3．．．主動層

31．．．第一型半導體層

32．．．本質層

33．．．第二型半導體層

4．．．第二電極層

5．．．膠合膜

6．．．反射層

7．．．第二基板

第一圖係為本發明較佳實施例之薄膜太陽能電池之結構示意圖；

第二圖係為本發明較佳實施例之薄膜太陽能電池之製造方法流程示意圖；以及

第三圖係以膠合膜膠合第二電極層與反射層之示意圖。

100．．．太陽能電池

1．．．第一基板

2．．．第一電極層

3．．．主動層

31．．．第一型半導體層

32．．．本質層

33．．．第二型半導體層

4．．．第二電極層

5．．．膠合膜

6．．．反射層

7．．．第二基板

Claims (10)

1. 一種薄膜太陽能電池，包含：一第一基板；一第一電極層，係設置於該第一基板；一主動層，係設置於該第一電極層；一第二電極層，係設置於該主動層；一膠合膜，係設置於該第二電極層；一反射層，係設置於該膠合膜；以及一第二基板，係設置於該反射層。
2. 如申請專利範圍第1項所述之薄膜太陽能電池，其中，該膠合膜之折射率小於該第二電極層之折射率。
3. 如申請專利範圍第1項所述之薄膜太陽能電池，其中，該膠合膜之折射率小於該反射層之折射率。
4. 如申請專利範圍第1項所述之薄膜太陽能電池，其中，該反射層的材料包含白漆、金屬、金屬氧化物、有機材料或上述材料之組合。
5. 如申請專利範圍第1項所述之薄膜太陽能電池，其中，該膠合膜的材料包含聚乙烯醇縮丁醛(Polyvinyl Butyral,PVB)、乙烯醋酸乙烯酯(Ethylene Vinyl Acetate,EVA)、聚烯烴(Poly Olefin)或熱塑性聚胺基甲酸酯(Thermoplastic Polyurethane,TPU)。
6. 一種薄膜太陽能電池的製造方法，包含以下步驟：(a)於一第一基板上依序形成一第一電極層、一主動層以及一第二電極層；(b)於一第二基板上形成一反射層；以及(c)以一膠合膜將該第二電極層膠合於該反射層，以形成一薄膜太陽能電池。
7. 如申請專利範圍第6項所述之薄膜太陽能電池的製造方法，其中，該膠合膜之折射率小於該第二電極層之折射率。
8. 如申請專利範圍第6項所述之薄膜太陽能電池的製造方法，其中，該膠合膜之折射率小於該反射層之折射率。
9. 如申請專利範圍第6項所述之薄膜太陽能電池的製造方法，其中，該反射層的材料包含白漆、金屬、金屬氧化物、有機材料或上述材料之組合。
10. 如申請專利範圍第6項所述之薄膜太陽能電池的製造方法，其中，該膠合膜的材料包含聚乙烯醇縮丁醛(Polyvinyl Butyral,PVB)、乙烯醋酸乙烯酯(Ethylene Vinyl Acetate,EVA)、聚烯烴(Poly Olefin)或熱塑性聚胺基甲酸酯(Thermoplastic Polyurethane,TPU)。