TWI415282B - 矽量子點薄層平板聚光型太陽電池之製備方法 - Google Patents

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矽量子點薄層平板聚光型太陽電池之製備方法
本發明係有關於一種矽量子點平板聚光型太陽電池之製備方法，尤指一種可在一具透光性基板上披覆一含矽量子點氮化矽及氧化矽等材料之薄膜層，經由堆疊而組成一平板式光波導結構，可將太陽光聚集在一小面積上，並照射在一小面積之太陽電池上，進而組成一矽量子點平板聚光型太陽電池之製備方法。
目前市場上之聚光型太陽電池係採用傳統之菲涅爾聚光透鏡(Frenzel Lens)，將太陽光聚焦在一小面積之高效率太陽電池上，除了需要一光學模組系統外，還需要一高精密太陽光追蹤器，其目的係為了能獲得一直射之太陽光光源，以達到聚光之效果。然而，其缺點係結構複雜，並且在上述高成本儀器設備下，相對地必須得定期支付高成本運轉維護費用；此外，該類聚光型太陽電池其光波導材料，係採用一般市場上之玻璃基材料為主，所以其整體結構外型係為同心軸狀，造成整體體積較大，因此於實用上，常造成無法配合建築物作整合之窘況。故，一般習用者係無法符合使用者於實際使用時之所需。
本發明之主要目的係在於，克服習知技藝所遭遇之上述問題並提供一種可在一具透光性基板上披覆一含 矽量子點氮化矽及氧化矽等薄膜材料，經由堆疊而組成一平板式光波導結構，可將太陽光聚集在一小面積上，並照射在一小面積之太陽電池上，進而組成一矽量子點平板聚光型太陽電池之製備方法。
本發明之次要目的係在於，以本方法所構成之整體結構外型係為平板狀，具結構簡單，除了很適宜與建築物整合之外，亦不需要使用高成本設備儀器，因此無需另外支付儀器運轉維修費，係可使本發明在降低成本之同時，亦能達到提升太陽光吸收效率之目的。
本發明係使用矽量子點氮化矽及氧化矽等薄膜材料，披覆在一具透光性基板上，經由堆疊而組成一平板式光波導結構，可將太陽光聚集在一小面積上，並照射在一小面積之太陽電池上，進而組成一矽量子點平板聚光型太陽電池之製備方法。
為達以上之目的，本發明係一種矽量子點平板聚光型太陽電池之製備方法，於一較佳實施例中，首先係選擇一具透光性之基板；並在該基板上被覆一薄膜層，利用物理或化學之方法，於該薄膜層中合成多數奈米(nm)尺寸大小均勻分佈之矽量子點，形成一矽量子點氮化矽薄膜層；利用物理或化學之方法，於矽量子點氮化矽薄膜層上，形成一氧化矽薄膜層；利用直射與散射之太陽光，穿透過氧化矽薄膜，與矽量子點氮化矽薄膜中矽量子點會產生兩種作用，(1)高能量光子被矽量子點吸收後，接著再發射出等方向性之低能量光子(2)經與矽量子點之折射與繞射作用，獲得更大散射角度之光束；以及 由該矽量子點氮化矽薄膜與透明基板組成之光導板將太陽光聚集成一聚光光源，產生一聚光光束並直接照射在一小面積之太陽電池上，組成一矽量子點平板聚光型太陽電池。
於另一較佳實施例中，首先係選擇一具透光性之基板；並在該基板上被覆一薄膜層，利用物理或化學之方法，於該薄膜層中合成多數奈米尺寸大小均勻分佈之矽量子點，形成一具矽量子點薄膜層；重覆上述步驟，完成多個披覆有該矽量子點薄膜層之基板，並將其堆疊成1至n層，且於第n層時，該第n層上之矽量子點薄膜層面與該第n-1層之透明基板面堆疊，而形成一個堆疊有1至n層三明治結構之矽量子點薄膜光導板；以及由該堆疊有1至n層三明治結構之矽量子點薄膜光導板將太陽光聚集成一聚光光源，此聚光源直接照射在一小面積之太陽電池上，組成一矽量子點平板聚光型太陽電池。多層堆疊的目的，在於能完全有效率的利用全太陽光譜，提昇矽量子點平板聚光型太陽電池之效率。
請參閱『第1圖～第5圖』所示，係分別為本發明之第一製作流程示意圖、本發明第一較佳實施例之結構第一示意圖、本發明第一較佳實施例之結構第二示意圖、本發明第一較佳實施例之結構第三示意圖及本發明第一較佳實施例之結構第四示意圖。如圖所示：本發明係 一種矽量子點平板聚光型大陽電池之製備方法，於第一較佳實施例中，其至少包括下列步驟：(A1)選擇基板11：如第2圖所示，選擇一基板20，其中，該基板20係可為玻璃、塑膠或樹脂所成之透明基板；(B1)被覆矽量子點薄膜層12：如第3圖所示，在該基板20上被覆一薄膜層，利用物理或化學之方法，於該薄膜層中合成多數1~10奈米(nm)尺寸大小均勻分佈之矽量子點211，形成一厚度0.1~100微米(μm)尺寸大小之矽量子點薄膜層21，其中，該薄膜層係可為矽量子點氮化矽薄膜層或氧化矽薄膜層；(C1)形成三明治結構之矽量子點薄膜光導板13：如第4圖所示，完成於該矽量子點氮化矽薄膜層21上被覆一氧化矽薄層22，而形成一個三明治結構之矽量子點薄膜光導板2；以及(D1)組成平板聚光型太陽電池14：如第5圖所示，由該矽量子點薄膜光導板2將太陽光3聚集成一聚光光源，產生一聚光光束4並直接照射在一小面積之太陽電池5上，組成一矽量子點平板聚光型太陽電池6。
請參閱『第6圖～第8圖』所示，係分別為本發明之第二製作流程示意圖、本發明第二較佳實施例之結構第三示意圖及本發明第二較佳實施例之結構第四示意圖。如圖所示：本發明矽量子點平板聚光型太陽電池之 製備方法，於第二較佳實施例中，係至小包括下列步驟：(A2)選擇基板11a：如上述第2圖所示，選擇該基板20；(B2)被覆矽量子點薄膜層12a：如上述第3圖所示，在該基板20上被覆該薄膜層，利用物理或化學之方法，於該薄膜層中合成多數1~10奈米尺寸大小均勻分佈之矽量子點211，形成該厚度0.1~100微米尺寸大小之矽量子點薄膜層21；(C2)形成三明治結構之矽量子點薄膜光導板13a：如第7圖所示，重覆上述步驟(A2)至步驟(B3)，完成多個披覆有該矽量子點薄膜層21a~21c之基板20a~20c，並將其堆疊成1至n層，且於第n層時，該第n層上之矽量子點薄膜層21面與該第n-1層之透明基板20a面堆疊，而形成一個堆疊有1至n層三明治結構之矽量子點薄膜光導板2a；以及(D2)組成矽量子點平板聚光型太陽電池14a：如第8圖所示，由該堆疊有1至n層三明治結構之矽量子點薄膜光導板2a將太陽光3聚集成一聚光光源4，聚光光束4再照射在一小面積之太陽電池5a上，組成一矽量子點平板聚光型太陽電池6a。
請參閱『第9圖』所示，係本發明之聚光示意圖。如圖所示：當本發明於製備時，以上述第一較佳實施例為例，其係利用物理或化學等方法，於一基板20被覆上一層矽量子點氮化矽薄膜層21，於矽量子點氮化矽 薄膜層21上再被覆上一層氧化矽薄膜層22，以形成一三明治結構之矽量子點氮化矽光導板2。利用直射與散射之太陽光，穿透過氧化矽薄膜，與矽量子點氮化矽薄膜中矽量子點作用會產生兩種光束，(1)再發射光束3b：太陽光譜中，較高能量光子被矽量子點吸收後，接著再發射出等方向性之較低能量光子(2)折射與繞射光束3a：太陽光經與矽量子點之折射與繞射作用，獲得更大散射角度之光束；再發射光束3b與折射與繞射光束3a，自該矽量子點氮化矽薄膜層21射向與進入該基板20，基板20光折射率大於1(例如；空氣介質之光折射率為1)，光束在基板20傳遞過程中，當遇到基板與空氣介質之界面時，其入射角大於全反射角時，產生光全反射現象(如第5圖所示)，這些全反射光源4a、4b被導引與聚光至該基板20、20a之四周截面積上，並與該基板20、20a四周截面積約大小相同之太陽電池5結合，組成一矽量子點平板聚光型太陽電池6。
本發明平板聚光型太陽電池6之幾何聚光倍率M，係先以該基板之面積除以該基板4倍之截面積，其公式係為：M=(A/(4xa))，其中，該A係為該基板面向太陽之面積大小；該a係為該基板之截面積大小。
本發明平板聚光型太陽電池6之轉換效率η，其公式係為： η=P/(S×A)，其中，該A係為該基板面向太陽之面積大小；該S係為太陽光功率密度；該P係為太陽電池產生的功率。
當本發明以上述矽量子點平板聚光型太陽電池6於運用時，該矽量子點氮化矽光導板2在太陽光照射下，太陽光3係穿透該氮化矽薄膜層22，進入該矽量子點氮化矽薄膜層21、21a內之矽量子點211、211a。於其中，有部份之太陽光3係與該矽量子點211、211a作用，產生折射光3a，藉由改變原太陽光束方向或角度，將部份太陽光源陷在該矽量子點氮化矽薄膜層21、31a與基板20、20a之高折射率介質中，使該折射光3a自該矽量子點氮化矽薄膜層21、21a與基板20、20a之高折射率介質，其折射率必須大於1，射向四周之空氣介質，空氣介質折射率等於1，當其入射角大於全反射角時，可產生全反射光源4a；而另有部份較高能量光子之太陽光3，則能直接激發該矽量子點211、211a，產生再發射光源3b，藉由改變原太陽光束方向或角度，將部份太陽光源陷在該矽量子點氮化矽薄膜層21、21a與基板20、20a之高折射率介質中，使該折射光3a自該矽量子點氮化矽薄膜層21、21a與基板20、20a之高折射率介質，其折射率必須大於1，射向四周之空氣介質，空氣介質折射率等於1，當其入射角大於全反射角時，可產生全反射光源4b。藉以上兩部份全反射光源4a、4b之相加總合，成為該聚光光源。
藉此，本發明係使用矽量子點氮化矽或矽量子點氧化矽等基質材料為光波導材料，披覆在一具透光性基板上，經由堆疊而組成一平板式光波導結構，可將太陽光聚集在一小面積上，並照射在一小面積之太陽電池上，進而組成一矽量子點平板聚光型太陽電池之製備方法。因此以本方法所構成之整體結構外型係為平板狀，具結構簡單，除了很適宜與建築物整合之外，亦不需要使用高成本設備儀器，因此無需另外支付儀器運轉維修費，係可使本發明在降低成本之同時，亦能達到提升太陽光吸收效率之目的。
綜上所述，本發明係一種矽量子點平板聚光型太陽電池之製備方法，能有效改善習用之種種缺點，以本方法所構成之整體結構外型係為平板狀，具結構簡單，除了很適宜與建築物整合之外，亦不需要使用高成本設備儀器，因此無需另外支付儀器運轉維修費，係可使本發明在降低成本之同時，亦能達到提升太陽光吸收效率之目的，進而使本發明之產生能更進步、更實用、更符合使用者之所須，確已符合發明專利申請之要件，爰依法提出專利申請。
惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍；故，凡依本發明申請專利範圍及發明說明書內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆應仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。
(本發明部分)
步驟‧‧‧(A1)~(D1)11~14
步驟‧‧‧(A2)~(D2)11a~14a
矽量子點薄膜光導板‧‧‧2、2a
基板‧‧‧20、20a~20c
矽量子點薄膜層‧‧‧21、21a~21c
矽量子點‧‧‧211、211a
氧化矽薄膜層‧‧‧22
太陽光‧‧‧3
折射光‧‧‧3a
再發射光源‧‧‧3b
聚光光束‧‧‧4
全反射光源‧‧‧4a、4b
太陽電池‧‧‧5
平板聚光型太陽電池‧‧‧6、6a
第1圖，係本發明之第一製作流程示意圖。
第2圖，係本發明第一較佳實施例之結構第一示意圖。
第3圖，係本發明第一較佳實施例之結構第二示意圖。
第4圖，係本發明第一較佳實施例之結構第三示意圖。
第5圖，係本發明第一較佳實施例之結構第四示意圖。
第6圖，係本發明之第二製作流程示意圖。
第7圖，係本發明第二較佳實施例之結構第三示意圖。
第8圖，係本發明第二較佳實施例之結構第四示意圖。
第9圖，係本發明之聚光示意圖。
步驟‧‧‧11~14

Claims (8)

  1. 一種矽量子點平板聚光型太陽電池之製備方法，係至少包含下列步驟：(A1)選擇一基板；(B1)在該基板上被覆一薄膜層，利用物理或化學之方法，於該薄膜層中合成多數1~10奈米(nm)尺寸大小均勻分佈之矽量子點，形成一厚度0.1~100微米(μm)尺寸大小之矽量子點薄膜層；(C1)於矽量子點薄膜層上再被覆一氧化矽薄膜層，該薄膜層厚度0.1~10微米(μm)，而形成一個三明治結構之矽量子點薄膜光導板；(D1)由該矽量子點薄膜光導板將太陽光聚集成一聚光光源，產生一聚光光束並直接照射在一小面積之太陽電池上，組成一矽量子點平板聚光型太陽電池；以及於其中，當該矽量子點薄膜光導板在太陽光照射下，其中有部份太陽光係與該矽量子點直接作用，產生折射與繞射現象，使光自該矽量子點薄膜層/基板之高折射率介質射向四周之空氣介質時，空氣介質之光折射率為1，當其入射角大於全反射角下，係產生全反射光源；而另外部份太陽光則直接激發該矽量子點，產生再發射光源，使該再發射光源自該矽量子點薄膜層/基板之高折射率介質射向四周之空氣介質時，空氣介質之光折射率為1， 當其入射角大於全反射角下，係產生全反射光源，藉以上兩部份全反射光源之相加總合，成為該聚光光源。
  2. 依據申請專利範圍第1項所述之矽量子點平板聚光型太陽電池之製備方法，其中，該基板係可為玻璃、塑膠或樹脂所成之透明基板。
  3. 依據申請專利範圍第1項所述之矽量子點平板聚光型太陽電池之製備方法，其中，該薄膜層係可為氮化矽薄膜層或氧化矽薄膜層。
  4. 依據申請專利範圍第1項所述之矽量子點平板聚光型太陽電池之製備方法，其中，該平板聚光型太陽電池之幾何聚光倍率係先以該基板之面積除以該基板4倍之截面，其公式係為：M=(A/(4xa))。
  5. 一種矽量子點平板聚光型太陽電池之製備方法，係至少包含下列步驟：(A2)選擇一基板；(B2)在該基板上被覆一薄膜層，利用物理或化學之方法，於該薄膜層中合成多數1~10奈米尺寸大小均勻分佈之矽量子點，形成一厚度0.1~100微米尺寸大小之矽量子點薄膜層；(C2)重覆上述步驟(A2)至步驟(B2)，完成多個披覆有該矽量子點薄膜層之基板，並將其 堆疊成1至n層，且於第n層時，該第n層上之矽量子點薄膜層面與該第n-1層上之基板面係相互堆疊，而形成一個堆疊有1至n層三明治結構之矽量子點薄膜光導板；(D2)由該堆疊有1至n層三明治結構之矽量子點薄膜光導板將太陽光聚集成一聚光光源，將此聚光光束照射在一小面積之太陽電池上，組成一矽量子點平板聚光型太陽電池；以及於其中，當該矽量子點薄膜光導板在太陽光照射下，其中有部份太陽光係與該矽量子點直接作用，產生折射與繞射現象，使光自該矽量子點薄膜層/基板之高折射率介質射向該四周之空氣介質時，空氣介質之光折射率為1，當其入射角大於全反射角下，係產生全反射光源；而另外部份太陽光則直接激發該矽量子點，產生再發射光源，使該再發射光源自該矽量子點薄膜層/基板之高折射率介質射向該四周之空氣介質時，空氣介質之光折射率為1，當其入射角大於全反射角下，係產生全反射光源，藉以上兩部份全反射光源之相加總合，成為該聚光光源。
  6. 依據申請專利範圍第5項所述之矽量子點平板聚光型太陽電池之製備方法，其中，該基板係可為玻璃、塑膠或樹脂所成之透明基板。
  7. 依據申請專利範圍第5項所述之矽量子點平板聚光 型太陽電池之製備方法，其中，該薄膜層係可為氮化矽薄膜層或氧化矽薄膜層。
  8. 依據申請專利範圍第5項所述之矽量子點平板聚光型太陽電池之製備方法，其中，該平板聚光型太陽電池之幾何聚光倍率M，係先以該基板之面積除以該基板4倍之截面積，其公式係為：M=(A/(4xa))。
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5877874A (en) * 1995-08-24 1999-03-02 Terrasun L.L.C. Device for concentrating optical radiation
TW477900B (en) * 1999-05-28 2002-03-01 Terrasun L L C Device for concentrating optical radiation
TW200524196A (en) * 2003-12-10 2005-07-16 Koninkl Philips Electronics Nv Method for photo-embossing a monomer-containing layer

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5877874A (en) * 1995-08-24 1999-03-02 Terrasun L.L.C. Device for concentrating optical radiation
TW477900B (en) * 1999-05-28 2002-03-01 Terrasun L L C Device for concentrating optical radiation
TW200524196A (en) * 2003-12-10 2005-07-16 Koninkl Philips Electronics Nv Method for photo-embossing a monomer-containing layer

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