TWI416544B - 複合電極及其製作方法、矽太陽能電池電極及矽太陽能電池 - Google Patents
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Description
本發明是關於一種由導電高分子與多孔型金屬電極組合而成的複合電極結構,以及此結構之複合電極於矽太陽能電池上的應用;此種複合結構的引入可用於提升多孔型金屬電極的導電性,並提升矽太陽能電池的光電轉換效率。
矽太陽能電池作為目前技術發展最成熟的太陽能電池,雖是如此,此類型之太陽能電池在結構設計與材料選擇等,仍存在許多可改進的空間。以電池電極來說,為減少銀電極與矽基板間的能障並減少電子電洞對再結合引起的效率損失,工業上通常會加一層鋁電極,藉由鋁、矽間的擴散來對矽基板進行高濃度的摻雜,使電極與矽基板形成歐姆接觸的結構以降低介面電阻,此外,鋁電極的加入也能加強電場,降低電子電洞對的再結合並協助載子收集。
一般工業製程上較常使用的多孔型電極具有低材料成本與製程成本等優點,然而多孔型電極由於本身低密度的結構,使其機械性質或電氣性質等基本性質的表現遠遜於塊材型電極。
針對多孔型電極,若要改善其多孔結構所導致的缺點,可藉由添加其對應性質(如:機械性質或電氣性質等)較好的材料,以提升電極欲改良的相關性質。1996年
Unitika與Ricoh等公司提出相關專利,於多孔型電極中添加低熔點可熔纖維之材料,此處理除可提升電極機械性質外,並可在電極層中產生一層新的電流收集層,然而,此技術不論在製程複雜度及材料成本的控管方面仍有其改善之空間。
本發明的主要目的,係利用導電高分子等相關材料進行電極後處理,以作為改良多孔型電極電氣性質的方法,其利用導電高分子包覆金屬顆粒,使多孔型金屬電極中具有金屬-導電高分子的複合結構,以形成複合電極,並提升電極導電性;將具有上述金屬-導電高分子的複合結構之多孔型複合電極應用於矽太陽能電池時,可提升矽太陽能電池的光電轉換效率。
將此結構之多孔型複合電極應用於矽太陽能電池時,由於該複合電極具有較佳的導電性,可提升電場效應,並提高電極電流收集能力,進而提升整體電池的光電轉換效率。
本發明主要具有以下有益效果:
1、將金屬-導電高分子的複合結構引入多孔型金屬電極時,可提升多孔型電極之導電性。
2、將此複合結構之多孔型電極應用於矽太陽能電池時,可提升電池光電轉換效率。
為更進一步瞭解本發明之特徵及技術內容,請參閱以下有關本發明之詳細說明與附圖,然所附圖式僅提供參考
與說明用,並非用來對本發明加以限制。
本發明提出一種由具有金屬顆粒之多孔型金屬電極與導電高分子所構成之複合電極,該複合電極可應用於矽太陽能電池之電極;其中該複合電極中的金屬顆粒可被導電高分子所包覆,使上述之多孔型金屬電極因複合結構的引入而提升其導電性;再者,具有上述複合電極之矽太陽能電池更可提升電池的光電轉換效率。
本發明利用導電高分子對多孔型金屬電極中的金屬表面進行包覆,形成金屬-導電高分子的複合結構,除了使電極內部產生新的電流傳輸通道外,並造成金屬與導電高分子接合處的能帶產生扭曲的現象,進而提升電極導電性。而本發明之複合電極可應用於一種矽太陽能電池電極(如第一圖、第一A圖所示之背電極12),以提升電池的光電轉換效率。
本案之具體實施例提出以下製程,以製作上述之複合電極:
步驟一:以無機酸對導電高分子進行摻雜。例如,以鹽酸或硝酸等無機酸針對導電高分子進行摻雜;而本發明並不限定所使用的導電高分子種類,例如:聚苯胺(polyaniline,PANI)、聚苯硫醚(polyphenylene sulfide,PPS)、聚吡咯(polypyrrole,PPY)、聚對苯(poly(p-phenylene),PPP)、聚噻吩(polythiophene,PT)、聚苯基乙烯(poly(p-phenylene vinylene),PPV)、聚芴
(polyfluorene,PF)或聚乙炔(polyacetylene,PA)等等。
步驟二:利用有機溶劑溶解上述導電高分子並配製成導電高分子溶液。
步驟三:將導電高分子溶液塗佈於多孔型金屬電極,例如多孔型鋁金屬電極表面,使溶液滲透入電極內部。
步驟四:利用真空乾燥方式除去有機溶劑,使導電高分子在該多孔型金屬電極中的金屬顆粒(例如,鋁電極顆粒)表面形成包覆層,即形成多孔型複合電極。
本發明提出以下各種不同參數的條件,如:摻雜酸的種類、鋁金屬電極的導電性以及導電高分子的種類等,以說明本發明之功效。
實施例一、使用鹽酸或硝酸對聚苯胺(polyaniline,PANI)導電高分子進行摻雜,並使用此導電高分子對同類別之電極進行塗佈、測試(如上述步驟一至步驟四)。結果如表1,其顯示,不論是使用鹽酸或硝酸針對導電高分子之摻雜,均可提升上述多孔型鋁金屬電極的導電性。
接著,將鹽酸或硝酸摻雜後的聚苯胺塗佈於一矽太陽能電池之電極,並進行太陽能電池效率的測試,結果如表2所示。
如表2所示,分別以鹽酸、硝酸對聚苯胺進行摻雜後所製作的矽太陽能電池之電極,可使太陽能電池效率分別提升0.41%與0.66%,效率提升幅度分別達2.56%與4.50%。
實施例二、使用經硝酸摻雜後之聚苯胺導電高分子溶液對不同導電性(即Type A與Type B)的多孔型鋁金屬電極進行塗佈、測試。結果如表3,其顯示,使用硝酸摻雜後之導電高分子,可提升不同電氣性質之多孔型鋁金屬電極的導電性。
接著,將硝酸摻雜後的聚苯胺塗佈於不同電氣性質之矽太陽能電池的電極,並進行電池效率的測試,結果如表4所示。
由表4可知,利用硝酸摻雜後的聚苯胺對Type A、Type B之太陽能電池電極進行處理,其太陽能電池效率分別提升0.66%與0.32%,效率提升幅度分別達4.50%與2.15%。
實施例三、使用經鹽酸摻雜之聚苯硫醚(polyphenylene sulfide,PPS)導電高分子溶液對多孔型鋁金屬電極進行塗佈。結果如表5所顯示,使用鹽酸對導電高分子摻雜,可提升上述多孔型鋁金屬電極的導電性。
接著,將鹽酸摻雜後的聚苯硫醚塗佈於矽太陽能電池的電極,並進行電池效率的測試,結果如表6所示。
由表6可知,使用聚苯硫醚進行太陽能電池電極進行處理時,其太陽能電池效率提升0.29%,效率提升幅度達1.95%。
由以上將導電高分子包覆該多孔型金屬電極中的金屬顆粒之相關實施例可知,金屬顆粒-導電高分子之複合結構可提升電極導電性。
再者,根據以上將導電高分子包覆太陽能電池電極中的金屬顆粒之相關實施例可知,金屬顆粒-導電高分子之複合電極的應用可提升矽太陽能電池效率。換言之,本發明之金屬顆粒-導電高分子之複合結構應用於一種矽太陽能電池1,其包含一接收入射光之正面及一與該正面相對之背面,該正面具有一正面電極11,該背面成型有一背電極12,其中該背電極12係包含有導電高分子122與具有金屬顆粒121之多孔型金屬電極,其中,該導電高分子122係包覆該多孔型金屬電極中的金屬顆粒121,以藉由上述之複合電極提升太陽能電池的效率;此外,本發明之金屬顆粒-導電高分子之複合結構更可應用於其他種類、結構的太陽能電池,例如本發明之金屬顆粒-導電高分子之複合結構可應用於雙面受光的太陽能電池中之電極。
綜合以上所述,本發明具有以下優點:
1、將金屬-導電高分子的複合結構引入多孔型金屬電極時,可提升多孔型電極之導電性。
2、將此複合結構之多孔型電極應用於矽太陽能電池時,可提升電池光電轉換效率。
本案所提供之實施例僅為較佳之實施結果,並非因此侷限本發明之專利範圍,故舉凡運用本發明說明書及圖示內容所為之等效技術變化,均包含於本發明之範圍內。
1‧‧‧矽太陽能電池
11‧‧‧正面電極
12‧‧‧背電極
121‧‧‧金屬顆粒
122‧‧‧導電高分子
第一圖係為本發明之矽太陽能電池的示意圖。
第一A圖係為將本發明之複合電極應用於矽太陽能電池之電極的微觀示意圖。
第二圖係顯示本發明之複合電極的SEM影像。
12‧‧‧太陽能電池電極
121‧‧‧金屬顆粒
122‧‧‧導電高分子
Claims (17)
- 一種複合電極,該複合電極包含有導電高分子與具有金屬顆粒之多孔型金屬電極,其中,該導電高分子係包覆該多孔型金屬電極中的金屬顆粒。
- 如申請專利範圍第1項所述之複合電極,其中該多孔型金屬電極至少包括鋁金屬。
- 如申請專利範圍第1項所述之複合電極,其中該導電高分子係溶解於有機溶劑中,以披覆於該多孔型金屬電極中的金屬顆粒者。
- 如申請專利範圍第1項所述之複合電極,其中該導電高分子至少包括聚苯胺(polyaniline,PANI)、聚苯硫醚(polyphenylene sulfide,PPS)、聚吡咯(polypyrrole,PPY)、聚對苯(poly(p-phenylene),PPP)、聚噻吩(polythiophene,PT)、聚苯基乙烯(poly(p-phenylene vinylene),PPV)、聚芴(polyfluorene,PF)或聚乙炔(polyacetylene,PA)。
- 一種矽太陽能電池電極,該矽太陽能電池電極包含有導電高分子與具有金屬顆粒之多孔型金屬電極,其中,該導電高分子係包覆該多孔型金屬電極中的金屬顆粒。
- 如申請專利範圍第5項所述之矽太陽能電池電極,其中該多孔型金屬電極至少包括鋁金屬。
- 如申請專利範圍第5項所述之矽太陽能電池電極,其中該導電高分子係溶解於有機溶劑中,以披覆於該多孔型金屬電極中的金屬顆粒者。
- 如申請專利範圍第5項所述之矽太陽能電池電極,其中該導電高分子至少包括聚苯胺(polyaniline,PANI)、聚苯硫醚(polyphenylene sulfide,PPS)、聚吡咯(polypyrrole,PPY)、聚對苯(poly(p-phenylene),PPP)、聚噻吩(polythiophene,PT)、聚苯基乙烯(poly(p-phenylene vinylene),PPV)、聚芴(polyfluorene,PF)或聚乙炔(polyacetylene,PA)。
- 一種矽太陽能電池,其包含一電極,其中該電極係包含有導電高分子與具有金屬顆粒之多孔型金屬電極,其中,該導電高分子係包覆該多孔型金屬電極中的金屬顆粒。
- 如申請專利範圍第9項所述之矽太陽能電池,其中該多孔型金屬電極至少包括鋁金屬。
- 如申請專利範圍第9項所述之矽太陽能電池,其中該導電高分子至少包括聚苯胺(polyaniline,PANI)、聚苯硫醚(polyphenylene sulfide,PPS)、聚吡咯(polypyrrole,PPY)、聚對苯(poly(p-phenylene),PPP)、聚噻吩(polythiophene,PT)、聚苯基乙烯(poly(p-phenylene vinylene),PPV)、聚芴(polyfluorene,PF)或聚乙炔(polyacetylene,PA)。
- 一種複合電極之製造方法,包括以下之步驟:配製一導電高分子溶液;提供一多孔型金屬電極,並將該導電高分子溶液施用於該多孔型金屬電極,使該導電高分子溶液滲透入該 多孔型金屬電極之孔隙;以及進行一乾燥程序,以去除該導電高分子溶液之溶劑。
- 如申請專利範圍第12項所述之複合電極之製造方法,其中該導電高分子溶液係以一有機溶劑溶解一導電高分子製成。
- 如申請專利範圍第13項所述之複合電極之製造方法,其中該導電高分子至少包括聚苯胺(polyaniline,PANI)、聚苯硫醚(polyphenylene sulfide,PPS)、聚吡咯(polypyrrole,PPY)、聚對苯(poly(p-phenylene),PPP)、聚噻吩(polythiophene,PT)、聚苯基乙烯(poly(p-phenylene vinylene),PPV)、聚芴(polyfluorene,PF)或聚乙炔(polyacetylene,PA)。
- 如申請專利範圍第13項所述之複合電極之製造方法,其中該導電高分子可進一步摻雜一酸類。
- 如申請專利範圍第12項所述之複合電極之製造方法,其中該導電高分子溶液係塗佈於該多孔型金屬電極上。
- 如申請專利範圍第12項所述之複合電極之製造方法,其中該乾燥程序係一真空乾燥程序。
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