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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