TWI306314B - Method of sealing solar cells - Google Patents
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Description
1306314 九、發明說明: 【發明所屬之技術領域】 本發明係有關於一種半導體元件之封裝方法,特別是 有關於一種太陽能電池之封裝方法。 【先前技#i】
染料敏化太陽能電池(dye-sensitized solar cell, DSSC) 的運作機制有二:(1)利用有機染料吸收光能產生電子流, 以及(2)應用複合層疊方式增加電子吸收與收集的效率。在 電池運作過程中,電子_電洞對產生的數目與塗佈在二氧化 鈦(Ti02)表面的染料數目成正比,故染料塗佈品質的好壞 對整個元件的光電轉換效率有極大影響。 請參閱第1圖,說明一般染料敏化太陽能電池(Dssc) 的製作方式。染料敏化太陽能電池1G係由上導電玻璃基板 12與下導電玻璃基板14所組成。奈米級尺寸的二氧^匕欽 (Τ1〇2)粒子經溶.解後,_、㈣在上導電破璃基板η 上,以形成-二氧化鈦層16。經加熱處理後,形似 海錦、具多孔及大表面積的薄膜(厚度通常約1() 塗佈含釕㈣、花青素或葉綠料的染料溶液於 層16表面’以形成一作為光吸收劑的染料層18。接著, 滴上含職離子(Γ)的電解質液20。 之俊,莖 口虫日、屬觸媒層22於 基板14上’以作為-龍電極。最後,將上導 12、下導電玻璃基板14與電解質、、夜 _, 土 电解貝液20如二明治方式組裝 0962-A21748TWF(N2);P61950017TW;david 5 1306314 起來,並對二氧化鈦層進行照光即可驅動電子,形成一太 . 陽能電池裝置10。 上述製作過程中,二氧化鈦層内表面常會被水氣佔據 而減少染料的塗佈面積,導致光電效率不佳,且殘留於二 氧化鈦層的水氣會嚴重影響元件壽命。故如何有效去除二 氧化鈦奈米孔隙層中的水氣,即是目前太陽能電池技術發 展過程中亟待解決的重要課題。 另一導致電解質洩漏的主因則是目前所使用的有機封 • 裝材料經陽光長期曝曬後易造成劣化、毁損,故解決方式 可以適合的封裝材取替之,例如無機封裝材料等,由於上、 下基板皆為玻璃材質,故同為玻璃質的封裝材為較佳選擇。 【發明内容】 本發明提供一種太陽能電池之封裝方法,包括:提供 一第一基板;塗佈一半導體層於該第一基板上;提供一第 二基板;塗佈一金屬層於該第二基板上;組合該第一與第 _ 二基板,使該半導體層與該金屬層相對排列,兩基板間形 成一容納空間;排出該容納空間内之氣體,形成一真空狀 態,以使一染料溶液回填至該容納空間;填充一電解液至 該容納空間内;以及密封該容納空間。 為讓本發明之上述目的、特徵及優點能更明顯易 懂,下文特舉一較佳實施例,並配合所附圖式,作詳細 說明如下: 【實施方式】 0962-A21 748TWF(N2);P61950017TW:david 6 1306314 本發明提供一種太陽能電池的封裝方法,包括:提供 - 一第一基板;塗佈一半導體層於第一基板上;提供一第二 基板;塗佈一金屬層於第二基板上;組合第一與第二基板, 使半導體層與金屬層相對排列,兩基板間形成一容納空 間;排出容納空間内的氣體,形成一真空狀態,以使一染 料溶液回填至容納空間;填充一電解液至容納空間内;以 及密封容納空間。 請參閱第2A〜2H圖,說明本發明太陽能電池的封裝方 鲁法。 請參閱第2A圖,提供一第一基板30。第一基板30例 如為一玻璃基板。之後’形成一導電層32於第一基板30 上。導電層32可包括銦錫氧化層(Indium Tin Oxide,ITO) 或鋁鋅氧化層(Aluminum Zinc Oxide, AZ0)。接著,塗佈一 半導體層34於導電層32上。半導體層34例如為一二氧化 鈦層。 請參閱第2B圖,同時,提供一第二基板36。第二基 板3 6例如為一玻璃基板。之後,塗佈一金屬層3 8於第二 基板36上。金屬層38可由|巴(palladium,Pd)或始(platinum, Pt)所構成。接著,於第二基板36側邊預留一開口 40,以 作為後續排放氣體之用。開口 40設置的位置並不受限,亦 可製作在第一基板30的側邊。 請參閱第2C圖,藉由例如網印(screen printing)或分散 法(dispersion)於第一基板30側邊製作出複數個側邊結構 (side frame)42。侧邊結構42可由玻璃膠(glass gel)材質戶斤 0962-A21748TWF(N2);P61950017TW;david 7 1306314 構成。 • 請參閱第2D圖’藉由例如網印(screen printing)或燒結 • 法(sinterinS)於第二基板36上未被金屬層3 8覆蓋的位置製 作出複數個肋(rib)結構44,用來控制電池高度。肋結構44 亦可由玻璃膠(glass gel)材質所構成。之後,設置一抽氣管 (exhaust tube)46於開口 40的伖置。抽氣管46可包括玻璃 管、金屬管或合金管。製程上亦可作些許變更,例如將側 邊結構42製作在第二基板36上或將肋結構44製作在第一 • 基板30上。 請參閱第2E圖’組合第、基板3〇與第二基板36,使 半導體層34與金屬層38相對排列,其中肋結構44用來控 制電池高度,侧邊結構42使電池形成一容納空間48。 請參閱第2F圖,將抽氣督46連接於一排氣裝置5〇, 以排出容納空間48内的氣體,形成一真空狀態,其真空·度 大體介於10_2〜1(Γ6托。在抽真空的同時,亦對此電池進行 溫度大約攝氏100〜350度的加熱處理,以去除吸附在半導 ®體層34中的水氣。 由於抽真空後容納空間4 8與外界環境產生壓力差 異,致染料溶液52可藉此壓力差順利回填(refill)至容納空 間48,而進一步被半導體層34吸附形成一染料層54,如 第2G圖所示。染料溶液52可由釕(ruthenium)、花青素 (anthocyanidins)或葉綠素(chlorophyll)等成份所組成。 本發明真空封裝技術除可有效去除過程中吸附在二氧 化欽奈米孔隙層中的水氣’增加染料塗佈面積,提升光電 0962-A21748TWF(N2);P6195001 7TW;david 8 1306314 效率,在抽真空後所造成電池内、外的壓差,亦可使染料 . 溶液輕易回填至電池内,製程簡易方便。而使用玻璃質的 封裝材(侧邊結構或肋結構)在經陽光長期曝曬後,可避免 習知有機材料易劣化、毁損的問題。 待移除未被半導體層34吸附的染料溶液52後,填充 ‘ 一電解液56至容納空間48内。電解液56可包含碘離子。 完成電解液56充填後,最後密封步驟可包括對抽氣管46 進行常溫封口 58(如第2H圖所示)或將抽氣管46移除後封 Φ 口。至此,即完成本發明染料敏化太陽能電池的封裝。 雖然本發明已以較佳實施例揭露如上,然其並非用以 限定本發明,任何熟習此項技藝者,在不脫離本發明之精 神和範圍内,當可作更動與潤飾,因此本發明之保護範圍 當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
0962-A21748TWF(N2);P61950017TW;david 1306314 【圖式簡單說明】 第1圖係為習知染料敏化太陽能電池製作方法之剖面 示意圖。 第2A〜2H圖係為本發明染料敏化太陽能電池封裝方法 之剖面示意圖。 【主要元件符號說明】 習知第1圖 10〜太陽能電池; 12〜上導電玻璃基板; 14〜下導電玻璃基板; 16〜二氧化鈦層; 18〜染料層; 20〜電解質液; 22〜金屬觸媒層。 本發明第2A〜2H圖 30〜第一基板; 32〜導電層; 34〜半導體層; 36〜第二基板; 38〜金屬層; 40〜開口, 42〜侧邊結構; 0962-A21 748TWF(N2) ;P61950017TW;david 10 1306314 44〜肋結構, 46〜抽氣管; 48〜容納空間; 50〜排氣裝置; 52〜染料溶液; 54〜染料層; 56〜電解液; 5 8〜密封抽氣管。
0962-A21748TWF(N2);P6195001 7TW;david
Claims (1)
1306314 十、申請專利範圍: 1. 一種太陽能電池之封裝方法,包括: 提供一第一基板; 塗佈一半導體層於該第一基板上; 提供一第二基板; 塗佈一金屬層於該第二基板上; 組合該第一與第二基板,使該半導體層與該金屬層相 對排列,兩基板間形成一容納空間; 排出該容納空間内之氣體,’形成一真空狀態,以使一 染料溶液回填至該容納空間; 填充一電解液至該容納空間内;以及 密封該容納空間。 2. 如申請專利範圍第1項所述之太陽能電池之封裝方 法,其中該第一與第二基板係為玻璃基板。 3. 如申請專利範圍第1項所述之太陽能電池之封裝方 法,其中該半導體層係為二氧化鈦層。 4. 如申請專利範圍第1項所述之太陽能電池之封裝方 法,更包括形成一導電層於該半導體層與該第一基板之間。 5. 如申請專利範圍第4項所述之太陽能電池之封裝方 法,其中該導電層係包括銦錫氧化層(Indium Tin Oxide, IT0)或銘鋅氧化層(Aluminum Zinc Oxide, AZ0)。 6. 如申請專利範圍第1項所述之太陽能電池之封裝方 法,其中該金屬層係包括把(palladium,Pd)或銘(platinum, Pt)。 0962-A21748TWF(N2);P619500UTW;david 12 1306314 7’如申凊專利範圍第1項所述之太陽能電池之封裝方 法,更包括形成一開口穿過該第一或第二基板, 納空間與外界連通。 合 、8.如申請專利範圍第7項所述之太陽能電池之封裝方 法,更包括設置—抽氣管於該開口位置,使其與— 置連接,以排出該容納空間内之氣體。 只
9. 如申請專利範圍第8項所述之太陽能電池之封農方 法’其中δ亥抽氣管係包括玻璃管、金屬管或合金管。 10. 如申請專利範圍第1項所述之太陽能電池之封襞方 法,更包括於排出該容納空間内之氣體時,加熱該第一 弟一基板。 / 1 1 .如申凊專利範圍第10項所述之太陽能電池之封妒 方法,其中加熱該第一與第二基板之溫度大體介於 100〜350 度。 & 12. 如申請專利範圍第1項所述之太陽能電池之封裴方 法’其中該真空狀態之真空度大體介於1〇-2〜1〇-6托。 13. 如申請專利範圍第1項所述之太陽能電池之封骏方 法,其中該染料溶液係藉由該容納空間與外界之壓力差回 填至該容納空間。 14. 如申請專利範圍第丨項所述之太陽能電池之封裂方 法其中δ亥染料溶液係包括釕(ruthenium)、花青素 (anthocyanidins)或葉綠素(chi〇r〇phyll)。 15. 如申請專利範圍第1項所述之太陽能電池之封裴方 法,更包括於填充該電解液至該容納空間前,移除未被兮 0962-A21748TWF(N2);P6195001 丌 W:david 13 1306314 半導體層吸附之該染料溶液。 16.如申請專利範圍第1項所述之太陽能電池之封裝方 法,其中該電解液係包括碘離子。
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