TW201413983A - 可撓式太陽電池及其製造方法 - Google Patents

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Abstract

一種可撓式太陽電池及其製造方法，其中的可撓式太陽電池包括硬式透明基板、透明電極、光電轉化層、金屬電極、封裝結構以及軟式基板。透明電極配置於硬式透明基板上，光電轉化層配置於透明電極上，金屬電極配置於光電轉化層上。封裝結構在硬式透明基板上封住透明電極、光電轉化層及金屬電極。軟式基板相對硬式透明基板而配置於封裝結構上。

Description

可撓式太陽電池及其製造方法
本發明是有關於一種太陽電池，且特別是有關於一種具有撓曲性之可撓式太陽電池及其製造方法。
一般而言，可撓式太陽電池須以可撓式薄膜作為基板，並將元件製作於其上，以達到撓曲之目的，但也因為此作法，可撓式基板於撓曲時可能使可撓式基板上所積層的元件，例如使氧化銦錫(Indium Tin Oxide，ITO)透明電極、光電轉化層或金屬電極彼此脫離或損傷而導致劣化，進而影響到最後的可靠度。
此外，於太陽電池製作時，需仰賴串聯及並聯之模組設計，方能達到一定之電壓電流輸出，以符使用所需之功率輸出需求。目前習知的太陽電池模組一般利用氧化銦錫與金屬電極連接，以進行串並聯之動作，但也容易因氧化銦錫的電阻值不如金屬為低，使電流於氧化銦錫上的傳導受阻，而導致太陽電池元件的效率下降。
就量產角度而言，產出物品之良率與品質亦為重要關鍵。當元件製程大面積化後，透明電極之電流收集效益、光電薄膜之均勻度以及環境潔淨度等因素的掌控均與最終元件效能息息相關。就元件本身設計而言，如何利用結構設計來達到最佳品質，減少小面積元件與大面積模組間的效率差異，便成為工程端極為重要的目標。
太陽電池模組的設計主要可分為二類型，分別為單塊型(monolithic type)與條型(strip type)。單塊型顧名思義為整片一體之結構，為現階段矽太陽電池常見之手段，其優點在於可單片生產並逐一檢測去蕪存菁。但由於面積較大，且在必須使用氧化銦錫透明電極的情況下。氧化銦錫的高電阻會導致元件效率大幅流失，令元件之填充因子(fill factor)衰退，故一般均會於氧化銦錫透明電極上佈植幾何形狀(例如蜂巢狀)之金屬電極作為輔助電流收集與傳遞之用，但也因此又增加製程而複雜化，且會使得成本提高。
條型太陽電池模組為另一常見模組設計方式，主要以條狀圖案所構成，並直接於單一基板上進行串並聯，此種設計已常用於有機太陽電池模組與銅銦鎵硒(CuInGaSe2，CIGS)太陽電池模組之應用。優點在於製程簡單，同時可直接形成次模組(sub-module)結構，無須再進行組裝並降低成本，但此模組之條狀間隔與對位精準度需考究，同時在面積利用率上則因元件串聯所需之空間而需有所犧牲。
本發明提供一種可撓式太陽電池，以解決可撓式基板於撓曲時，使氧化銦錫透明電極、光電轉化層或金屬電極彼此脫離或損傷而導致劣化的問題。
本發明另提供一種可撓式太陽電池的製造方法，以製造上述可撓式太陽電池，從而解決可撓式基板於撓曲時， 使氧化銦錫透明電極、光電轉化層或金屬電極彼此脫離或損傷而導致劣化的問題。
本發明提出一種可撓式太陽電池，包括硬式透明基板、透明電極、光電轉化層、金屬電極、封裝結構以及軟式基板。透明電極配置於硬式透明基板上，光電轉化層配置於透明電極上，金屬電極配置於光電轉化層上。封裝結構在硬式透明基板上封住透明電極、光電轉化層及金屬電極。軟式基板相對硬式透明基板而配置於封裝結構上。
在本發明之一實施例中，上述光電轉化層與硬式透明基板藉由透明電極互相隔離。
在本發明之一實施例中，上述光電轉化層覆蓋部分透明電極，使部分透明電極露出。
在本發明之一實施例中，部分上述光電轉化層與硬式透明基板接觸。
在本發明之一實施例中，上述可撓式太陽電池更包括金屬層，配置於露出的透明電極上，且金屬層與金屬電極電性隔離。
在本發明之一實施例中，上述金屬層用於串聯或並聯多個可撓式太陽電池。
在本發明之一實施例中，上述可撓式太陽電池用於串聯太陽電池模組、並聯太陽電池模組或串並聯混合之太陽電池模組。
在本發明之一實施例中，上述封裝結構包括封裝膠材，或者封裝材與封裝蓋。
在本發明之一實施例中，上述軟式基板包括金屬基板或塑膠基板。
本發明另提出一種可撓式太陽電池的製造方法，所述製造方法包括以下步驟。首先提供硬式透明基板。接著在硬式透明基板上形成多個透明電極。然後在各透明電極上形成光電轉化層。之後在光電轉化層上形成金屬電極，以形成由各透明電極、光電轉化層及金屬電極構成的多個太陽電池。其後在硬式透明基板上形成多個封裝結構，其中各封裝結構封住各太陽電池。繼之在封裝結構上形成相對硬式透明基板的軟式基板。切割硬式透明基板，使太陽電池各自獨立地配置於軟式基板上。
在本發明之另一實施例中，上述形成光電轉化層之步驟包括使部分光電轉化層與硬式透明基板接觸。
在本發明之另一實施例中，上述形成光電轉化層之步驟包括藉由透明電極使光電轉化層與硬式透明基板互相隔離。
在本發明之另一實施例中，上述形成光電轉化層之步驟包括使部分各透明電極露出。
在本發明之另一實施例中，上述形成金屬電極之步驟包括同時於露出的各透明電極上形成金屬層，且金屬層與金屬電極電性隔離。
在本發明之另一實施例中，上述封裝結構包括封裝膠材，或者封裝材與封裝蓋。
在本發明之另一實施例中，上述封裝材為多個各自獨 立的型式。
在本發明之另一實施例中，上述形成封裝結構之步驟包括以下步驟。首先在硬式透明基板上形成多個獨立型式的封裝材，封裝材包圍太陽電池。接著在封裝材上形成封裝蓋。
在本發明之另一實施例中，上述切割硬式透明基板之步驟更包括以下步驟。切割封裝蓋，使太陽電池各自獨立地配置於軟式基板上。
在本發明之另一實施例中，上述封裝材與上述封裝蓋均為多個各自獨立的型式。
在本發明之另一實施例中，上述形成封裝結構之步驟包括以下步驟。首先在硬式透明基板上形成多個獨立型式的封裝材，封裝材包圍太陽電池。接著在封裝材上各自形成獨立型式的封裝蓋。
基於上述，本發明是在硬式透明基板上製作元件後藉由軟式基板的貼合與硬式透明基板的切割等步驟，使本發明之太陽電池模組不同於直接製作於塑膠軟板上的模組，不但具有可撓性，還能解決可撓式基板於撓曲時，使氧化銦錫透明電極、光電轉化層或金屬電極彼此脫離或損傷而導致劣化的問題。
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。
以下將以數個實施例來說明本發明。
圖1是根據本發明的第一實施例所繪示的可撓式太陽電池的剖面圖。
請參照圖1，第一實施例的可撓式太陽電池100包括硬式透明基板102、配置於硬式透明基板102上的透明電極104、配置於透明電極104上的光電轉化層106、配置於光電轉化層106上的金屬電極108、在硬式透明基板102上封住透明電極104、光電轉化層106及金屬電極108的封裝結構110以及相對硬式透明基板102而配置於封裝結構110上的軟式基板112。第一實施例的光電轉化層106是藉由透明電極104而與硬式透明基板102互相隔離。本實施例所示之封裝結構110為封裝膠材，但本發明不限於此，亦可為其他型式，例如封裝材與封裝蓋。上述軟式基板112包括金屬基板或塑膠基板，譬如使用金屬基板為軟式基板112並玻璃為硬式透明基板102時，能阻絕水氧。
圖2是根據本發明的第二實施例所繪示的可撓式太陽電池的剖面圖。
請參照圖2，第二實施例的可撓式太陽電池200包括硬式透明基板202、配置於硬式透明基板202上的透明電極204、配置於透明電極204上的光電轉化層206、配置於光電轉化層206上的金屬電極208、金屬層210、在硬式透明基板202上封住透明電極204、光電轉化層206、金屬電極208及金屬層210的封裝結構212、以及相對硬式透明基板202而配置於封裝結構212上的軟式基板214。其中，光電轉化層206只覆蓋部分透明電極204，使部分透明電 極204露出，且部分光電轉化層206與硬式透明基板202接觸。金屬層210則配置於露出的透明電極204上，且金屬層210與金屬電極208須電性隔離。本實施例所示之封裝結構212為封裝膠材，但是不限於此，亦可為其他型式，例如封裝材與封裝蓋。上述金屬層210可與金屬電極208同時形成，用以改善透明電極204的電流收集效益。上述軟式基板214與第一實施例一樣可包括金屬基板或塑膠基板。
圖3A至圖9是根據本發明的第三實施例所繪示的可撓式太陽電池之製造流程圖。其中，圖3A、圖4A與圖5A為上視圖；圖3B、圖4B與圖5B分別是圖3A、圖4A與圖5A中的B-B線段之剖面圖；圖6至圖9則為接續圖5B之製程剖面圖。
首先，請參照圖3A與圖3B，提供硬式透明基板302，在硬式透明基板302上形成數個透明電極304。雖然本實施例是以三個重複的透明電極304為例，但是透明電極304的個數與實際圖形仍需依照設計需求而作變更，本發明並不限於本實施例所示。
接著，請參照圖4A與圖4B，在各透明電極304上形成光電轉化層306。光電轉化層306只覆蓋部分透明電極304，使部分透明電極304露出，且部分光電轉化層306會與硬式透明基板302接觸，但是本發明並不限於此，光電轉化層306亦可只形成在透明電極304上而不與硬式透明基板302接觸。
然後，請參照圖5A與圖5B，在光電轉化層306上形成金屬電極308與金屬層310，以形成由各透明電極304、光電轉化層306及金屬電極308構成的三個太陽電池312。而形成金屬電極308之步驟可同時於露出的各透明電極304上形成金屬層310，且金屬層310與金屬電極308電性隔離。金屬層310可用於串聯或並聯多個太陽電池312，使得本實施例的太陽電池312可用於串聯太陽電池模組、並聯太陽電池模組或串並聯混合之太陽電池模組。
繼之，請參照圖6，在硬式透明基板302上形成三個封裝結構314，其中各封裝結構314封住各太陽電池312，本實施例所示之封裝結構314為封裝膠材，但是不限於此，亦可為其他型式。此處封裝膠材是將光硬化型封裝膠塗佈於太陽電池312四周，再施以紫外光進行硬化，達到封裝效果。抑或是利用蒸鍍或濺鍍，或原子層沉積等方式將無機金屬氧化物覆蓋於太陽電池312上達到封裝效果。
然後，請參照圖7，在封裝結構314上形成相對硬式透明基板302的軟式基板316，形成方法可直接利用膠材進行貼合，但是不限於此。軟式基板316包括金屬基板或塑膠基板。
接著，請參照圖8，將圖7的結構倒置，且切割硬式透明基板302，其中切割方法譬如直接以機械方式切割、或以雷射進行切割，但是不限於此。切割位置如圖8中箭號所指的位置。
請參照圖9，經切割的硬式透明基板302變成三個硬 式透明基板302a，使三個太陽電池312各自獨立地配置於軟式基板316上，以形成可以撓曲的可撓式太陽電池318。
圖10至圖13為接續圖5B之第三實施例的另一例之製造流程剖面圖。
首先，與第三實施例同樣地進行圖3A~圖5B所示步驟，接著，請參照圖10，在硬式透明基板302上形成三個封裝結構，其中封裝結構為各自獨立的封裝材320與封裝蓋322。此處封裝方式是預先將光硬化型封裝膠塗佈於太陽電池312之週邊，隨之再以封裝蓋322貼附於其上，並施以紫外光照射進行硬化，達到封裝效果。在本實施例中，形成封裝結構之步驟包括先在硬式透明基板302上形成獨立型式的封裝材320，使每個封裝材320包圍每個太陽電池312。接著在所有封裝材320上形成封裝蓋322。
然後，請參照圖11，在封裝蓋322上形成相對硬式透明基板302的軟式基板316，形成方法包括可直接利用膠材進行貼合，但是不限於此。
接著，請參照圖12，將圖11所示的結構倒置，且切割硬式透明基板302和封裝蓋322，其中切割方法譬如直接以機械方式切割、或以雷射進行切割，但是不限於此。切割位置則如圖12中箭號所指的位置。
然後，請參照圖13，經切割的硬式透明基板302變成三個硬式透明基板302a，經切割的封裝蓋322變成三個封裝蓋322a，使三個太陽電池312各自獨立地配置於軟式基板316上，以形成可以撓曲的可撓式太陽電池400。
圖14至圖17為接續圖5B之第三實施例的又一例之製造流程剖面圖。
首先，與第三實施例同樣地進行圖3A~圖5B所示步驟，接著，請參照圖14，在硬式透明基板302上形成三個封裝結構，其中各封裝結構包括各自獨立的封裝材320與獨立型式的封裝蓋324。此處封裝方式是預先將光硬化型封裝膠塗佈於太陽電池312之週邊，隨之再各自以獨立型式的封裝蓋324貼附於其上，並施以紫外光照射進行硬化，達到封裝效果。在本實施例中，形成封裝結構之步驟包括先在硬式透明基板302上形成多個獨立型式的封裝材320，使每個封裝材320包圍每個太陽電池312。接著在封裝材320上各自形成一個獨立型式的封裝蓋324。
然後，請參照圖15，在獨立型式的封裝蓋324上形成相對硬式透明基板302的軟式基板316，形成方法包括可直接利用膠材進行貼合，但是不限於此。
接著，請參照圖16，將圖15所示的結構倒置，且切割硬式透明基板302，其中切割方法譬如直接以機械方式切割、或以雷射進行切割，但是不限於此。，切割位置則如圖16中箭號所指的位置。
然後，請參照圖17，經切割的硬式透明基板302變成三個硬式透明基板302a，使三個太陽電池312各自獨立地配置於軟式基板316上，以形成可以撓曲的可撓式太陽電池500。
以下，以幾個實驗例來驗證本發明之功效。
實驗例一
製作如圖1的可撓式太陽電池，其中透明電極(氧化銦錫)的長度為5 cm，測得其光電轉換效率約1.25%。
另外製作如圖2的可撓式太陽電池，其中透明電極的長度依舊是5 cm，但其上有金屬層，測得其光電轉換效率約2.6%。因此，金屬層能改善透明電極的電流收集效益。
實驗例二
將16枚如圖9所示的可撓式太陽電池元件串聯，其總面積為11 cm×11 cm，實際元件工作面積為72 cm2。在光強度約為44 mW/cm2之AM1.5G的模擬太陽光源照射下，由實驗結果可知，所呈現之工作電壓(Voc)為10 V、短路電流(Isc)為24.7 mA、填充因子為53.4%、以及光電轉化效率為4.16%(單一元件之工作電壓約為0.67 V)。
綜上所述，由於本發明的可撓式太陽電池的透明電極、光電轉化層以及金屬電極等是建立於硬式透明基板上，因此不會因為撓曲而使太陽電池彎折導致可撓式太陽電池劣化。此外，如在透明電極上設置金屬層，還能改善透明電極的電流收集效益。
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內，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。
100、200、318、400、500‧‧‧可撓式太陽電池
102、202、302、302a‧‧‧硬式透明基板
104、204、304‧‧‧透明電極
106、206、306‧‧‧光電轉化層
108、208、308‧‧‧金屬電極
110、212、314‧‧‧封裝結構
112、214、316‧‧‧軟式基板
210、310‧‧‧金屬層
312‧‧‧太陽電池
320‧‧‧封裝材
322、322a‧‧‧封裝蓋
324‧‧‧獨立型式的封裝蓋
圖1是根據本發明的第一實施例所繪示的可撓式太陽電池的剖面圖。
圖2是根據本發明的第二實施例所繪示的可撓式太陽電池的剖面圖。
圖3A至圖9是根據本發明的第三實施例所繪示的可撓式太陽電池之製造流程圖。圖3A、圖4A與圖5A為上視圖；圖3B、圖4B與圖5B分別是圖3A、圖4A與圖5A中的B-B線段之剖面圖；圖6至圖9則為接續圖5B之製程剖面圖。
圖10至圖13為接續圖5B之第三實施例的另一例之製造流程剖面圖。
圖14至圖17為接續圖5B之第三實施例的又一例之製造流程剖面圖。
100‧‧‧可撓式太陽電池
102‧‧‧硬式透明基板
104‧‧‧透明電極
106‧‧‧光電轉化層
108‧‧‧金屬電極
110‧‧‧封裝結構
112‧‧‧軟式基板

Claims (20)

  1. 一種可撓式太陽電池，包括：一硬式透明基板；一透明電極，配置於該硬式透明基板上；一光電轉化層，配置於該透明電極上；一金屬電極，配置於該光電轉化層上；一封裝結構，在該硬式透明基板上封住該透明電極、該光電轉化層及該金屬電極；以及一軟式基板，相對該硬式透明基板而配置於該封裝結構上。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之可撓式太陽電池，其中該光電轉化層與該硬式透明基板藉由該透明電極互相隔離。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之可撓式太陽電池，其中該光電轉化層覆蓋部分該透明電極，使部分該透明電極露出。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之可撓式太陽電池，其中部分該光電轉化層與該硬式透明基板接觸。
  5. 如申請專利範圍第3項所述之可撓式太陽電池，更包括一金屬層，配置於露出的該透明電極上，且該金屬層與該金屬電極電性隔離。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之可撓式太陽電池，其中該金屬層用於串聯或並聯多個該可撓式太陽電池。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之可撓式太陽電池，其 用於串聯太陽電池模組、並聯太陽電池模組或串並聯混合之太陽電池模組。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之可撓式太陽電池，其中該封裝結構包括封裝膠材；或者封裝材與封裝蓋。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之可撓式太陽電池，其中該軟式基板包括金屬基板或塑膠基板。
  10. 一種可撓式太陽電池的製造方法，包括：提供一硬式透明基板；在該硬式透明基板上形成多個透明電極；在各該透明電極上形成一光電轉化層；在該光電轉化層上形成一金屬電極，以形成由各該透明電極、該光電轉化層及該金屬電極構成的多個太陽電池；在該硬式透明基板上形成多個封裝結構，其中各該封裝結構封住各該太陽電池；在該些封裝結構上形成相對該硬式透明基板的一軟式基板；以及切割該硬式透明基板，使該些太陽電池各自獨立地配置於該軟式基板上。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之可撓式太陽電池的製造方法，其中形成該光電轉化層之步驟包括使部分該光電轉化層與該硬式透明基板接觸。
  12. 如申請專利範圍第10項所述之可撓式太陽電池的製造方法，其中形成該光電轉化層之步驟包括藉由該透明電極使該光電轉化層與該硬式透明基板互相隔離。
  13. 如申請專利範圍第10項所述之可撓式太陽電池的製造方法，其中形成該光電轉化層之步驟包括使部分各該透明電極露出。
  14. 如申請專利範圍第13項所述之可撓式太陽電池的製造方法，其中形成該金屬電極之步驟包括同時於露出的各該透明電極上形成一金屬層，且該金屬層與該金屬電極電性隔離。
  15. 如申請專利範圍第10項所述之可撓式太陽電池的製造方法，其中該些封裝結構包括封裝膠材；或者封裝材與封裝蓋。
  16. 如申請專利範圍第15項所述之可撓式太陽電池的製造方法，其中該封裝材為多個各自獨立的型式。
  17. 如申請專利範圍第16項所述之可撓式太陽電池的製造方法，其中形成該些封裝結構之步驟包括：在該硬式透明基板上形成多個獨立型式的該封裝材，該些封裝材包圍該些太陽電池；以及在該些封裝材上形成該封裝蓋。
  18. 如申請專利範圍第17項所述之可撓式太陽電池的製造方法，其中切割該硬式透明基板之步驟更包括：切割該封裝蓋，使該些太陽電池各自獨立地配置於該軟式基板上。
  19. 如申請專利範圍第15項所述之可撓式太陽電池的製造方法，其中該封裝材與該封裝蓋均為多個各自獨立的型式。
  20. 如申請專利範圍第19項所述之可撓式太陽電池的製造方法，其中形成該些封裝結構之步驟包括：在該硬式透明基板上形成多個獨立型式的該封裝材，該些封裝材包圍該些太陽電池；以及在該些封裝材上各自形成獨立型式的該封裝蓋。
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