TW201917920A - 薄膜光伏打裝置及用於封裝其之方法 - Google Patents

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Abstract

本揭示內容提供一平面或中孔光伏打裝置，該裝置包含一基板、與該基板接觸的一透明導電氧化物層、與該透明導電氧化物層接觸的一電子傳輸層以及包含帶有一鈣鈦礦結構的一材料的一吸光層。該吸光材料係與該電子傳輸層接觸。該裝置更包含與該吸光層接觸的一電洞傳輸層，俾使該吸光層位於該電子傳輸層與該電洞傳輸層之間。又，該裝置包含與該電洞傳輸層電性接觸的一電極元件以及配置在該裝置後部的一封裝層。該封裝層係配置成纏繞包含該吸光層、該電洞傳輸層與該電極元件的一結構並沿著該結構的整個周邊與該電子傳輸層連續接觸。該透明導電氧化物層、該電子傳輸層、該電洞傳輸層與該電極元件係配置成俾使，在使用當中，在從該裝置被提取之前，該吸光層所生成的電子行經該電子傳輸層到達該透明導電氧化物層的一第一部分以及在從該裝置被提取之前，該吸光層所生成的電洞行經該電洞傳輸層到達該電極元件並從該電極元件到達該透明導電氧化物層的一第二部分。

Description

薄膜光伏打裝置及用於封裝其之方法
發明領域 本發明大致上關於一種金屬鹵化物光伏打裝置及其製造方法，尤其本發明關於一種封裝金屬鹵化物光伏打裝置之方法。
發明背景 近年來，基於金屬鹵化物鈣鈦礦(PSC)的光伏打裝置已顯示出有前途的性能。22%等級的記錄功率轉換效率使基於PSC的裝置有望被大規模採用。
此技術面臨的主要問題之一是相對較差的穩定性以及對操作與環境條件，例如高溫與潮濕的高敏感性。
本領域需要一種技術解決方案，其允許改善基於PSC鈣鈦礦的光伏打裝置的穩定性。
發明概要 根據一第一態樣，本發明提供一種光伏打裝置，包含： 一基板； 一透明導電氧化物層，其與該基板接觸； 一電子傳輸層，其與該透明導電氧化物層接觸 一吸光層，其包含帶有鈣鈦礦結構的材料；該吸光材料與該電子傳輸層接觸； 一電洞傳輸層，其與該吸光層接觸，俾使該吸光層定位於該電子傳輸層與該電洞傳輸層之間； 一電極元件，其與該電洞傳輸層電性接觸；以及 一封裝層，其設置在該裝置的後部；該封裝層被配置成纏繞包含該吸光層、該電洞傳輸層與該電極元件的一結構並沿著該結構的整個周邊與該電子傳輸層連續接觸； 其中該透明導電氧化物層、該電子傳輸層、該電洞傳輸層與該電極元件被配置成俾使，在從該裝置被提取之前，該吸光層中所生成的電子行經該電子傳輸層到達該透明導電氧化物層的一第一部分；以及在從該裝置被提取之前，該吸光層中所生成的電洞行經該電洞傳輸層到達該電極元件並從該電極元件到達該透明導電氧化物層的一第二部分。
該光伏打裝置可為一平面或中孔裝置。
在具體例中，該透明導電氧化物的該第一與第二部分彼此電性及/或物理性絕緣。舉例來說，該第一與第二部分可彼此隔開並藉由一空隙分開，該空隙可為至少部分地填充有電性絕緣材料的孔洞。
在具體例中，該電子傳輸層包含一或多個開口，其配置成致能電極元件與該透明導電氧化物的該第二部分之間的電性接觸。
在另擇具體例中，該電子傳輸層不具有物理性開口，然而，其厚度係俾使電洞能夠從該電極元件隧穿至該透明導電氧化物(TCO)的該第二部分。
該電極元件與TCO的一部分之間的歐姆接觸可在不是經由該電子傳輸層的物理性開口，而是藉由減少該電子傳輸層的尺寸，俾使其不完全覆蓋該透明導電氧化物層來達成。舉例來說，該玻璃可用於在該電子傳輸層沉積的沉積期間遮蔽未來的接觸區域。
在具體例中，該封裝材料係在包含該吸光層、該電洞傳輸層與該電極元件的該結構周圍形成一加壓密封，使得允許在該光伏打裝置使用中的同時，實質上降低該結構內的化學反應的速度，例如分解反應。
再者，由該封裝層形成的連續密封係能防止諸如氧氣與濕氣的環境因子/污染物進入接觸該結構並損及該裝置的活性部件。
在具體例中，該封裝材料包含聚異丁烯。或者，該封裝材料可包含具有下列的材料：於23°C、100% R.H.低於0.1 g*mm/m2 *日的透水率，於80°C低於1000 cm3 *mm/m2 *日*atm的透氣率，於23°C大於1010 ohm*cm的電阻率，對鈣鈦礦光伏打裝置的化學惰性以及對該電洞阻擋層或透明導電氧化物層的良好黏著性。
該電子傳輸層可包含TiO2 。再者，該電洞傳輸層可包含PTAA (聚[雙(4-苯基)(2,4,6-三甲基苯基)胺]))。該電極元件可由金製成。
根據一第二態樣，本發明提供一種形成光伏打裝置的方法；該方法包含下列步驟： 提供包含一透明導電氧化物層的一基板； 藉由在該透明導電氧化物層創建一開口，形成該透明導電氧化物層的一第一與一第二部分； 在該透明導電氧化物層上形成一電子傳輸層； 在該電子傳輸層上形成一吸光層；該吸光層包含帶有鈣鈦礦結構的一材料； 在該吸光層上形成一電洞傳輸層； 以俾使電極元件與該電洞傳輸層電性接觸並與該透明導電氧化物層的該第二部分電性接觸的方式，在該電洞傳輸層上形成一電極元件；以及 以俾使封裝層纏繞包含該吸光層、該電洞傳輸層與該電極元件的一結構並沿著該結構的整個周邊與該電子傳輸層連續接觸的方式，在該裝置的後部形成一封裝層； 其中該透明導電氧化物層、該電子傳輸層、該電洞傳輸層與該電極元件係為俾使，在使用中，在從該裝置被提取之前，該吸光層所生成的電子行經該電子傳輸層到達該透明導電氧化物層的該第一部分；以及在從該裝置被提取之前，該吸光層所生成的電洞行經該電洞傳輸層到達該電極元件並從該電極元件到達該透明導電氧化物層的一第二部分。
該光伏打裝置可為一平面或中孔裝置。
在一些具體例中，該方法更包含在該電子傳輸層形成一或多個開口的步驟，以促進該電極元件與該透明導電氧化物的該第二部分的電性接觸。
本發明具體例的優點提供了一種具經改良之穩定性的基於薄膜鈣鈦礦的光伏打裝置。使用聚合性密封材料，例如包含PIB (聚異丁烯)、PO (聚烯烴)或另一個適宜聚合性材料的聚合性材料的完全封裝係允許減緩了在該裝置使用中的同時由溫度所引發的化學反應，以及同一時間，由於濕氣進入該裝置所致的降解。由於缺少當前鈣鈦礦太陽能電池中常見的電極饋通(electrode feed-through)，所以該完全封裝是可行的。
具體例之詳細說明 本發明的具體例關於光伏打裝置，其包含基於鈣鈦礦晶體結構的吸光層以及完全的封裝。具體例允許藉由實質上減緩或防止由於高溫引起的吸收層內的材料在電池內反應而導致的逸氣來改善該裝置的穩定性。
申請人意識到，鈣鈦礦光伏打裝置的穩定性差不僅與環境污染有關，亦和該裝置使用中由於高溫而發生反應的裝置內的材料降解有關。
申請人設計了一種用於接觸該電池的電子選擇膜的新穎設計，其允許沿著該裝置的活性部件的整個周邊用低滲透性材料，例如PIB或另一個適宜聚合性材料完全封裝，而無金屬饋通。
在下列詳細說明中，討論了申請人就玻璃/聚合性密封劑/玻璃封裝方法所獲得的結果。
現在參照圖1，顯示有根據本發明實施例製造的平面光伏打裝置100的示意圖。該裝置100具有一基板102，該裝置100的組件係形成在該基板上。此類型的太陽能電池具有覆板(superstrate)構形；因此入射光子係經由該基板進入該裝置。
該基板102具有一層透明導電氧化物，例如FTO，其係與該基板接觸。該透明導電氧化物通常藉由在該層內創建物理性開口而被分成兩個部分104a與104b。
電子傳輸層106係定位成與該透明導電氧化物(TCO)層104接觸。在此具體例中，該層106係由TiO2 製成。
包含帶有鈣鈦礦結構的材料，在此例中為FAPbI3 的吸光層108係形成在該電子傳輸層106的一部分上並與該電子傳輸層106電性接觸。
在此例中由PTAA製成的電洞傳輸層110係形成得與該吸光層108接觸，以防止電子跨過該光吸收劑層(light absorber layer) 108朝向在此例中由金製成的金屬電極112，其係用於從該裝置提取電荷載體。
該裝置100的組件係使用一封裝層114封裝，該封裝層纏繞包含該吸光層108、該電洞傳輸層110與該電極元件112的該結構。該封裝層114係沿著該結構的整個周邊與該電子傳輸層106接觸。換言之，該封裝層114形成一連續密封，該裝置100的活性部件周圍沒有空隙。該封裝層114通常以聚合性密封的形式提供，並且，舉例來說，可包含PIB、PO或另一個適宜聚合性材料。
此係與一般使用饋通該封裝層的金屬電極以接觸光伏打裝置的後部的現有技術相反。申請人發現該饋通係促進濕氣與污染物從外部進入該裝置，並防止該裝置的壓力密封，使得該裝置內部發生溫度驅動的反應。
為了從該裝置提取電洞而沒有金屬饋通，申請人已發現電性連接可在內部形成，從該金電極112到該FTO的該第二部分104a。使用此技術，在從該裝置被提取之前，該吸光層108所生成的電子行經該電子傳輸層106到達該透明導電氧化物的一第一部分104b。在從該裝置被提取之前，該吸光層108所生成的電洞行經該電洞傳輸層110到達該電極元件112並從該電極元件112到達該透明導電氧化物層的該第二部分104a。
在另擇具體例中，在該電極元件112與TCO層的該部分104a之間的該接觸可在不是經由該電子傳輸層106的物理性開口，而是藉由減少該電子傳輸層106的尺寸，俾使其不完全覆蓋該透明導電氧化物層來達成。舉例來說，玻璃可用於在TiO2 沉積期間遮蔽該接觸區域，俾使在金的沉積之後，該電極元件212直接與該TCO 104a接觸。就此而言，由該封裝劑覆蓋的該材料/層亦包括TCO。然而，在此具體例中，必須注意不在其他層(吸收劑，HTL)的沉積過程期間污染該接觸區域(Au至TCO)。
現在參照圖2，顯示有根據本發明具體例製造的中孔型鈣鈦礦太陽能電池裝置150。該裝置150具有一基板152，該裝置150的組件係形成在該基板上。此類型的太陽能電池具有覆板構形；因此入射光子係經由該基板進入該裝置。
該基板152具有一層透明導電氧化物，例如FTO，其係與該基板接觸。該透明導電氧化物通常藉由在該層內創建物理性開口而被分成兩個部分154a與154b。
電子傳輸層156係定位成與該透明導電氧化物(TCO)層154接觸。在此具體例中，該層156包含一層中孔TiO2 (m-TiO2 )，其沉積在平面密實TiO2 (c-TiO2 )層的頂部上。
包含中孔型鈣鈦礦材料，在此例中包含Cs0.05 FA0.80 MA0.15 PbI2.55 Br0.45 的吸光層108係形成在該電子傳輸層156的一部分上並與該電子傳輸層156電性接觸。
在此例中由PTAA製成的電洞傳輸層160係形成得與該吸光層158接觸，以防止電子跨過該光吸收劑層158朝向在此例中由金製成的金屬電極162，其係用於從該裝置提取電荷載體。
類似於圖1所示的裝置100，該裝置150的組件係使用一封裝層164封裝，該封裝層纏繞包含該吸光層108、該電洞傳輸層160與該電極元件162的該結構。該封裝層164係沿著該結構的整個周邊與該電子傳輸層156接觸，並形成一連續密封。該封裝層164通常以聚合性密封的形式提供，並且，舉例來說，可包含PIB、PO或另一個適宜聚合性材料。
現在參照圖3，顯示有根據圖1的示意圖製造的光伏打裝置200的攝影圖像。該圖像是從覆板玻璃的上方拍攝。重要的是，該圖像200顯示跨過該太陽能電池後部與該玻璃基板(或在此例中為覆板) 202的該PIB封裝層214的完全密封。又，圖像200顯示該金電極元件212。
重要的是，該PIB封裝層214被配置成俾使該裝置的該後部被密封，而在該裝置與該PIB封裝之間不留下任何氣穴或氣隙。
對於所製造的裝置，觀察到的PCE (JSC →VOC 與VOC →JSC 掃描的平均)通常在8-12%的範圍內。申請人根據IEC61215:2016進行了三次加速壽命測試，濕熱(DH)、熱循環(TC)與濕度凍結(HF)，其係商業光伏打模組的廣泛接受的標準。亦研究了該封裝裝置暴露於周遭溫度與濕度。亦調查了玻璃/EVA/玻璃與玻璃/UV-固化環氧樹脂/玻璃封裝方案，以供比對。
經FTO塗覆的玻璃202係藉由Nd:YAG雷射刻線圖案化並用Hellmanex溶液、異丙醇與UV-臭氧清潔。緻密的TiO2 阻擋層106係於450°C藉由噴霧熱解(~50 nm)使用20 mM二異丙氧基雙(乙醯丙酮)鈦溶液沉積。
為了製作平面PSC，1.2 M HC(NH2 )2 PbI3 溶液係藉由在室溫將HC(NH2 )2 I與PbI2 以1：1莫耳比例溶於二甲基甲醯胺(DMF)來製備。每mL的HC(NH2 )2 PbI3 /DMF溶液添加0.1g氫碘酸(57 wt%，溶於水)。將該鈣鈦礦溶液散佈在該TiO2 /FTO上並使用氣體輔助技術於6500 rpm旋轉30 sec.。讓該膜在160°C熱板上乾燥20 min。
為了製作中孔PSC，將含有分散在乙醇中的150 mg/mL Dyesol 30 NR-D TiO2 糊劑的懸浮液以4000 rpm (2000 rpm/s的加速度)旋塗在該c-TiO2 層的頂部上，達15 s，以形成中孔TiO2 層。隨後使該基板於100 °C退火10 min，接著於500 °C燒結30 min。質量分率= 50 %的Cs0.05 FA0.80 MA0.15 PbI2.55 Br0.45 溶液係藉由在室溫將適當份量的CsI、FAI、FABr、MABr與PbI2 溶於以體積計的二甲基甲醯胺(DMF)與二甲亞碸的4:1混合物來製備。將該鈣鈦礦溶液散佈在該TiO2 /FTO上並分別於2000 rpm (200 rpm/s的加速度)與6000 rpm (2000 rpm/s的加速度)旋轉10與30 s。在6000 rpm旋轉10 s後，將反溶劑氯苯分配到該旋轉的基板上約2 s。讓該膜在120 °C至130 °C的熱板上乾燥20 min。
將含有10.0 mg PTAA、溶於乙腈的7.5 µl的170 mg/mL 雙(三氟甲基磺醯基)醯亞胺鋰溶液(LiTFSI)與4.0 µl 4-三級丁基吡啶(t-BP)溶於1.0 ml甲苯的溶液以3000 rpm旋塗在該HC(NH2 )2 PbI3 /bl-TiO2 /FTO基板上，達30 s。100 nm金電極112係藉由熱蒸發來沉積。該鈣鈦礦108、HTL 110與金層112的沉積期間係分別用卡普通膠帶(Kapton tape)、思高膠帶(Scotch tape)與遮罩來遮蔽，並在充氮的手套箱中加工。樣本的尺寸為33 mm x 25 mm，足以在該鈣鈦礦吸收劑的13 mm x 13 mm區域周圍提供6 mm寬的邊緣，以供邊緣密封。
首先將作為膠帶供應的PIB切割成所欲的寬度並施加至該1 mm厚的蓋玻璃上。隨後將帶有PIB的該蓋玻璃施加至該鈣鈦礦太陽能電池上方。最後將整個結構在真空層壓機中於90°C熱壓10分鐘，該溫度係足夠高以有助於該封裝過程，包括在該IEC測試(最高溫度85°C)之前，在封裝過程期間，在電池上以最小的熱應力接合並除去氣泡。隨後將該封裝裝置儲存於乾燥空氣(平均＜1% RH)達15天，以在環境測試之前使該PIB與該玻璃之間良好接合。
進行測試，以比較三個類型的裝置：習用 (C) - 使用PIB邊緣密封，通過該封裝層的電極元件饋通；HBL 饋通 ( NF) – TiO2 饋通至FTO的PIB邊緣密封(本發明)；以及無饋通完全密封 (FS) - PIB封裝114的完全密封覆蓋與該TiO2 層106內的電性饋通以經由該FTO的一部分104a提取載體(本發明)。
為了研究關鍵驅動因素(溫度與濕度)對PIB封裝裝置的PCE降解的效應，PIB封裝裝置的加速測試係根據如下表所指明的IEC61215:2016濕熱與熱循環測試於環境室中進行。該裝置的PCE係於固定時間間隔以兩個掃描方向(JSC →VOC 與VOC →JSC )異地測量。
平均PCE係將相反掃描所測得的PCE平均來計算(參見算式1)。該相同方法係用於其他參數，例如VOC 、JSC 、FF與RS 。PCE滯後是使用算式2來量化。注意到無滯後的電池具有滯後指數 = 1。 Avg. PCE = (PCE (VOC → JSC )+ PCE (JSC → VOC ))/2 (1) H指數 = (PCE (JSC → VOC ))/(PCE (VOC → JSC ))≤1 (2)
「平均」值是藉由將多個樣本的「Avg.」參數平均來計算。在此項工作中，報導正規化平均(帶有誤差條)或Avg. (無誤差條)參數對其初始值是為了方便比。
為了直接檢查PIB作為防潮屏障的有效性，進行了「鈣測試」，其已廣泛用於直接監測密封系統中的濕氣入侵。在濕氣的存在下，金屬鈣薄層立刻變得透明，表明它與水的反應。為了解釋可能困存於如此製得的PSC中的任何濕氣以及從外部環境入侵的濕氣，PSCs係用蓋玻璃封裝，該蓋玻璃中央塗覆有用於下列加速測試的熱蒸發薄(＜100 nm) Ca層：濕熱與熱循環。在測試之前以及在測試期間(異地)的固定時間間隔拍攝照片，以尋找Ca膜的透明度及/或形狀的變化。
如上文所討論的，對於(C)裝置獲得的測試結果顯示在加速測試期間PSC的降解。根據具體例的帶有經過該電子傳輸層的饋通的NF裝置顯示更良好的穩定性。然而，顯示出一些降解，可能是由於來自熱應力的揮發性產物的損失。
該FS裝置使用毯式PIB覆蓋與FTO饋通。此創建壓力密封的環境，其不僅阻擋外部濕氣的侵入，亦防止任何揮發性物質從該PSC逸出。當濕氣被消除並且反應系統的壓力保持在足夠的位準時，分解與蒸發過程達到平衡並進一步抑制了逸氣。
現在參照圖4與圖5，顯示有分別帶有FAPbI3 吸收劑的平面FS裝置的濕熱測試曲線與滯後指數。圖4顯示針對濕熱(底部x軸)與熱循環(頂部x軸)測試的正規化PCE。很明顯地，該PSCs的穩定性顯著地改善了。所有該FS裝置在540小時的濕熱測試皆存活，其等PCE皆無降級。VOC 、JSC 與FF沒有顯示出降解。此顯示，不像EVA與UV-環氧樹脂，長期直接接觸PIB不會讓鈣鈦礦太陽能電池的性能下降，使其成為用於PSC模組的適宜封裝材料。關於熱循環測試，所有FS裝置皆通過該IEC61215:2016標準，完成了200次熱循環而不損失PCE。尤其，在熱循環過程期間，RS改善了。
現在參照圖6與7，顯示有帶有Cs0.05 FA0.80 MA0.15 PbI2.55 Br0.45 吸收劑的中孔FS裝置的濕熱測試圖表與濕度凍結測試圖表。該結果分別例示了超過1800小時濕熱與30次循環的濕度凍結測試皆存活。
下表整理了對於C型裝置；NF型與FS型的加速測試的結果。該結果顯示在保持壓力密封環境中的完全封裝(FS)有效性，該環境阻止揮發性物種逸離，藉此防止由加速試驗的熱應力所造成的分解。
對於圖1例示的平面鈣鈦礦太陽能電池結構，測試結果整理於下表：
對於圖2例示的中孔PSC結構，測試結果整理於下表：
根據帶有FTO饋通的具體例製造的光伏打裝置優於帶有其他構形的電池。完全的PIB封裝顯示出PSC熱穩定性的改良。申請人認為此係由於抑止了氣態分解產物與t-BP蒸氣的逸出，進而抑制了鈣鈦礦分解反應與HTL的降解。和EVA或UV-固化環氧樹脂不同，發現到PIB對鈣鈦礦太陽能電池材料是惰性的。已顯示PIB具有簡單的應用過程、低的應用溫度與低成本。使用本案提出的方法進行PIB封裝的平面電池在IEC61215:2016濕熱測試的540小時後存活並通過IEC61215:2016熱循環測試，而沒有PCE降解。據申請人所知，該等為迄今為止基於鈣鈦礦的太陽能電池就c-TiO2 /FAPbI3 /PTAAse所發佈的最佳加速壽命測試結果。使用根據本發明具體例的方法經聚合物封裝的中孔電池在超過1800小時的IEC61215:2016濕熱測試與超過30次循環的IEC61215:2016濕度凍結測試存活。據申請人所知，該等為迄今為止就吸收劑層內帶有MA含量的中孔鈣鈦礦太陽能電池所發佈的的最佳加速壽命測試結果。
現在參照圖8，顯示有可用於製造根據具體例的光伏打裝置的一系列步驟的流程圖。
在步驟510提供包含一透明導電氧化物層的一基板，以在其上形成該裝置。在使用當中，就此裝置構形而言，該基板係用作覆板，因此入射光子經由該基板進入該裝置。
在步驟520，該透明導電氧化物層的一第一與一第二部分係藉由在該透明導電氧化物層中創建一開口來形成。該開口可使用雷射形成。又，在步驟530，一電子傳輸層、或電子傳輸層係形成在該透明導電氧化物層上。
在此狀態，基於鈣鈦礦的吸光層係形成在該電子傳輸層的至少一部分上，步驟540，隨後一電洞傳輸層係形成在該吸光層上，步驟550。
在步驟560，一電極元件係形成在該電洞傳輸層上，俾使該電極元件與該電洞傳輸層電性接觸並與該透明導電氧化物層的該第二部分電性接觸。為了在該電極元件與該透明導電氧化物層的該第二部分之間形成連接，在該電子傳輸層中形成至少一開口。該開口可使用雷射、化學蝕刻或物理蝕刻方法形成。
在步驟570，一封裝層係形成在該裝置的後部。該封裝層纏繞包含該吸光層、該電洞傳輸層與該電極元件的一結構，並沿著該結構的整個周邊與該電子傳輸層連續接觸。
該透明導電氧化物層、該電子傳輸層、該電洞傳輸層與該電極元件係為俾使，在使用當中，在從該裝置被提取之前，該吸光層所生成的電子行經該電子傳輸層到達該透明導電氧化物層的該第一部分；以及在從該裝置被提取之前，該吸光層所生成的電洞行經該電洞傳輸層到達該電極元件並從該電極元件到達該透明導電氧化物層的一第二部分。
本案說明的裝置與方法論關於基於鈣鈦礦的光伏打裝置。然而，熟習此藝者將理解到的是，本發明核心的電極饋通設計與完全密封封裝可應用至不同類型的薄膜光伏打裝置。尤其，在無實質上的修改之下，本發明可應用至相對於本案所述裝置呈現倒置的鈣鈦礦電池。換言之，其中該電子傳輸層與該電洞傳輸層是倒置的。
熟習此藝者將理解到，在不脫離廣泛描述的本發明的精神或範疇之下，可對特定具體例中所示的本發明進行眾多變化及/或修改。因此，本發明的具體例在所有方面都被認為是例示性的而非限制性的。
100‧‧‧平面光伏打裝置
102‧‧‧基板
104a‧‧‧透明導電氧化物的一第二部分
104b‧‧‧透明導電氧化物的一第一部分
106‧‧‧電子傳輸層
108‧‧‧吸光層
110‧‧‧電洞傳輸層
112‧‧‧金屬電極/電極元件/金電極
114‧‧‧封裝層
116‧‧‧蓋玻璃
150‧‧‧中孔型鈣鈦礦太陽能電池裝置
152‧‧‧基板
154a‧‧‧透明導電氧化物的一部分
154b‧‧‧透明導電氧化物的一部分
156‧‧‧電子傳輸層
158‧‧‧吸光層
160‧‧‧電洞傳輸層
162‧‧‧金屬電極/電極元件
164‧‧‧封裝層
166‧‧‧蓋玻璃
200‧‧‧圖像
202‧‧‧基板
212‧‧‧電極元件/金電極元件
214‧‧‧PIB封裝層
500‧‧‧流程圖
510、520、530、540、550、560、570‧‧‧步驟
由下列對本發明具體例的說明，僅為舉例，參照隨附圖式，本發明的特徵與優點將變得顯而易見，其中： 圖1與2顯示根據本發明具體例的光伏打裝置的示意圖； 圖3顯示根據本發明具體例的光電裝置的攝影圖像； 圖4至7顯示根據本發明具體例所製造的裝置的熱循環/濕熱測試曲線與滯後指數；以及 圖8是根據本發明具體例的製造光伏打裝置之方法的流程圖。

Claims (21)

  1. 一種光伏打裝置，包含： 一基板； 一透明導電氧化物層，其與該基板接觸； 一電子傳輸層，其與該透明導電氧化物層接觸； 一吸光層，其包含帶有鈣鈦礦結構的材料；該吸光材料與該電子傳輸層接觸； 一電洞傳輸層，其與該吸光層接觸，俾使該吸光層位於該電子傳輸層與該電洞傳輸層之間； 一電極元件，其與該電洞傳輸層電性接觸；以及 一封裝層，其設置在該裝置的後部；該封裝層被配置成纏繞包含該吸光層、該電洞傳輸層與該電極元件的一結構並沿著該結構的整個周邊與該電子傳輸層連續接觸； 其中該透明導電氧化物層、該電子傳輸層、該電洞傳輸層與該電極元件係配置成俾使，在使用中，該吸光層所生成的電子在從該裝置被提取之前係行經該電子傳輸層到達該透明導電氧化物層的一第一部分；以及該吸光層所生成的電洞在從該裝置被提取之前係行經該電洞傳輸層到達該電極元件並從該電極元件到達該透明導電氧化物層的一第二部分。
  2. 如請求項1之光伏打裝置，其中該光伏打裝置是一平面裝置。
  3. 如請求項1之光伏打裝置，其中該光伏打裝置是一中孔裝置。
  4. 如請求項1至3中任一項之裝置，其中該透明導電氧化物的該第一與第二部分彼此電性絕緣。
  5. 如請求項1至4中任一項之裝置，其中該電子傳輸層包含一或多個開口，其配置成致能該電極元件與該透明導電氧化物的該第二部分之間的電性接觸。
  6. 如請求項1至4中任一項之裝置，其中該電子傳輸層不具有物理性開口，然而，其厚度係俾使電洞能夠從該電極元件隧穿至該透明導電氧化物的該第二部分。
  7. 如請求項1至6中任一項之裝置，其中封裝材料係在包含該吸光層、該電洞傳輸層與該電極元件的該結構周圍形成一加壓密封，使得允許在該光伏打裝置使用中的同時，實質上降低該結構內的化學反應的速度。
  8. 如請求項7之裝置，其中由該封裝層形成的連續密封係能防止氧氣或濕氣進入接觸該結構並防止氧氣或濕氣損及該裝置的活性部件。
  9. 如請求項7或8之裝置，其中該封裝材料包含具有下列特性的一適宜材料：於23 °C、100% R.H.低於0.1 g*mm/m2 *日的透水率，於80 °C低於1000 cm3 *mm/m2 *日*atm的透氣率，於23 °C大於1010 ohm*cm的電阻率、對鈣鈦礦光伏打裝置的化學惰性以及對該電洞阻擋層或透明導電氧化物層的良好黏著性。
  10. 如請求項1至9中任一項之裝置，其中封裝材料包含聚合性材料。
  11. 如請求項10之裝置，其中該封裝材料包含PIB與PO的至少一者。
  12. 如請求項1至11中任一項之裝置，其中該電子傳輸層包含TiO2 。
  13. 如請求項1至12中任一項之裝置，其中該電洞傳輸層包含PTAA。
  14. 如請求項1至13中任一項之裝置，其中該電極元件係由金製成。
  15. 如請求項1至14中任一項之裝置，其中該裝置更包含配置在該裝置的後部的一玻璃蓋。
  16. 一種形成光伏打裝置的方法；該方法包含下列步驟： 提供包含一透明導電氧化物層的一基板； 藉由在該透明導電氧化物層創建一開口，形成該透明導電氧化物層的一第一與一第二部分； 在該透明導電氧化物層上形成一電子傳輸層； 在該電子傳輸層上形成一吸光層；該吸光層包含帶有一鈣鈦礦結構的一材料； 在該吸光層上形成一電洞傳輸層； 以俾使電極元件與該電洞傳輸層電性接觸並與該透明導電氧化物層的該第二部分電性接觸的方式，在該電洞傳輸層上形成一電極元件；以及 以俾使封裝層纏繞包含該吸光層、該電洞傳輸層與該電極元件的一結構並沿著該結構的整個周邊與該電子傳輸層連續接觸的方式，在該裝置的後部形成一封裝層； 其中該透明導電氧化物層、該電子傳輸層、該電洞傳輸層與該電極元件係為俾使，在使用中，該吸光層所生成的電子在從該裝置被提取之前係行經該電子傳輸層到達該透明導電氧化物層的該第一部分；以及該吸光層所生成的電洞在從該裝置被提取之前係行經該電洞傳輸層到達該電極元件並從該電極元件到達該透明導電氧化物層的一第二部分。
  17. 如請求項16之方法，其中該光伏打裝置是一平面裝置。
  18. 如請求項16之方法，其中該光伏打裝置是一中孔裝置。
  19. 如請求項16至18中任一項之方法，其中該方法更包含在該電子傳輸層形成一或多個開口的步驟，以促進該電極元件與該透明導電氧化物的該第二部分的電性接觸。
  20. 如請求項16至19中任一項之裝置，其中封裝材料包含聚合性材料。
  21. 如請求項16至20中任一項之裝置，其中封裝材料包含PIB與PO的至少一者。
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