TWI419350B - 太陽能電池模組修復裝置與修復方法 - Google Patents
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Description
本發明係關於一種太陽能電池模組的製造設備與製造方法，特別是一種用以修復太陽能電池模組的太陽能電池模組修復裝置及其修復方法。
隨著世界各國對於綠色能源的重視，薄膜太陽能電池市場亦隨著各國的重視而快速地成長。第1A圖至第1F圖繪示為習知的薄膜太陽能電池模組的製程示意圖。請參照第1A圖，首先提供玻璃基板110，其中玻璃基板110之一表面具有一透明導電層(TCO)薄膜120。請參照第1B圖，之後，經由雷射剝除的方式，在透明導電層(TCO)薄膜120上形成多個開口P1，其中這些開口P1將透明導電層(TCO)薄膜120劃分為多個彼此分離的透明導電層120a。
請參照第1C圖，於這些透明導電層120a以及玻璃基板110上形成一光電轉換層(photovoltaic layer)130。請參照第1D圖，經由雷射剝除的方式，在光電轉換層130上形成多條開口P2，其中這些開口P2位於透明導電層120a上，並且暴露出部份的透明導電層120a。請參照第1E圖，於光電轉換層130以及透明導電層120a上形成一背電極薄膜140，其中部分之形成背電極薄膜140的材質被填入開口P2內，並且與透明導電層120a電性接觸。如第1F圖所示，經由雷射剝除的方式，在背電極薄膜140上形成多條開口P3，其中這些開口P3位於透明導電層120a的上方、貫穿背電極薄膜140以及光電轉換層130並且曝露出部分的透明導電層120a。此外，這些開口P3亦將背電極薄膜140劃分為多個彼此分離的背電極層140a，以形成一薄膜太陽能電池模組100，其中薄膜太陽能電池模組100具有多個彼此串連的太陽能電池100’。
基於上述的製程，習知技術卻存在著下述的問題。請參照第2圖，第2圖為第1F圖之區域Q的放大示意圖。一般而言，光電轉換層130是由一P型半導體層132、一本質型半導體層134(又稱為I型半導體層)以及一N型半導體層136所堆疊而成，其中P型半導體層132與透明導電層120a接觸，並且本質型半導體層134被夾合於P型半導體層132與N型半導體層136之間。在形成開口P3的過程中，形成開口P3的光電轉換層130的壁面上往往會因為雷射功率不足或是雷射頭老化的問題等等而形成有多個半導體結晶150或殘留未移除之薄膜，進而降低了光電轉換層130將光線轉換為電能的能力。
舉例而言，當半導體結晶150或殘留未移除之薄膜位於P型半導體層132與本質型半導體層134的交界處，而造成P型半導體層132與本質型半導體層134電性短路時，半導體結晶150或殘留未移除之薄膜往往會降低薄膜太陽能電池模組100的發電能力。同樣地，當半導體結晶150或殘留未移除之薄膜位於N型半導體層136與本質型半導體層134的交界處，而造成N型半導體層136與本質型半導體層134電性短路時，半導體結晶150或殘留未移除之薄膜亦會降低薄膜太陽能電池模組100的發電能力。
有鑑於上述的問題，習知技術US 6228662 B1以及US 6365825 B1提出了利用焦耳熱效應的原理來氧化這些半導體結晶150或殘留未移除之薄膜的技術，以修復薄膜太陽能電池模組100並且恢復薄膜太陽能電池模組100的發電能力。然而，US 6228662 B1以及US 6365825 B1卻存在著修復時程過長的問題。
鑒於以上的問題，本發明在於提供一種太陽能電池模組修復裝置及其修復方法，其可縮短修復太陽能電池模組之缺陷的時程。
本發明所揭露之太陽能電池模組修復裝置是用以修復一太陽能電池模組。此太陽能電池模組包括彼此串聯的一第一太陽能電池以及一第二太陽能電池。此太陽能電池模組修復裝置包括一第一端子、一第二端子以及一電源供應裝置。第一端子電性連接於第一太陽能電池的一第一電極層。第二端子電性連接於第二太陽能電池的一第二電極層，其中第一電極層與第二電極層的極性相同。電源供應裝置電性連接於第一端子以及第二端子。電源供應裝置產生一偏壓訊號。此偏壓訊號經由第一端子以及第二端子而被傳遞至第一太陽能電池以及第二太陽能電池。此偏壓訊號包括一正偏壓部分以及一負偏壓部分。正偏壓部分的電壓值大於零，負偏壓部分的電壓值小於零。負偏壓部分具有依照時間排列的多個電壓區段。每一電壓區段的電壓值為定值。較早產生的電壓區段的電壓值比較晚產生的電壓區段的電壓值大。負偏壓部分的持續時間大於正偏壓部分的持續時間。
依照本發明之較佳實施例，上述之正偏壓部分是產生於負偏壓部分之後。較佳的是，此偏壓訊號包括多個連續的負偏壓部分，其中正偏壓部分是產生於這些負偏壓部分之後。
依照本發明之較佳實施例，上述的正偏壓部分的電壓值為一固定值。
依照本發明之較佳實施例，上述電源供應裝置為一直流電源產生器。
依照本發明之較佳實施例，上述電源供應裝置為一脈衝產生器。
依照本發明之較佳實施例，上述負偏壓部分的任一電壓區段的電壓值的絕對值不超過第一太陽能電池以及第二太陽能電池之崩潰電壓。
依照本發明之較佳實施例，上述該正偏壓部分的電壓值不超過第一太陽能電池以及與第二太陽能電池的開路電壓值。
依照本發明之較佳實施例，上述之太陽能電池模組修復裝置亦可以包括多個第一端子以及多個第二端子。
本發明所揭露之修復太陽能電池模組的修復方法包括下述的步驟。提供一太陽能電池模組，其包括彼此串聯的一第一太陽能電池以及一第二太陽能電池。將一第一端子電性連接於第一太陽能電池的一第一電極層，並且將一第二端子電性連接於第二太陽能電池的一第二電極層，其中第一電極層與第二電極層的極性相同。產生一偏壓訊號，並且經由第一端子以及第二端子將偏壓訊號傳遞至第一太陽能電池以及第二太陽能電池。此偏壓訊號包括一正偏壓部分以及一負偏壓部分。正偏壓部分的電壓值大於零，負偏壓部分的電壓值小於零。負偏壓部分具有依照時間排列的多個電壓區段。每一電壓區段的電壓值為定值。較早產生的電壓區段的電壓值比較晚產生的電壓區段的電壓值大。負偏壓部分的持續時間大於正偏壓部分的持續時間。
依照本發明之較佳實施例，上述步驟之正偏壓部分是產生於負偏壓部分之後。較佳的是，此偏壓訊號包括多個連續的負偏壓部分，其中正偏壓部分是產生於這些負偏壓部分之後。
依照本發明之較佳實施例，上述步驟的正偏壓部分的電壓值為一固定值。
依照本發明之較佳實施例，上述步驟的負偏壓部分的任一電壓區段的電壓值的絕對值不超過第一太陽能電池以及與第二太陽能電池之崩潰電壓。
依照本發明之較佳實施例，上述步驟的正偏壓部分的電壓值不超過第一太陽能電池以及第二太陽能電池的開路電壓值。
依照本發明之較佳實施例，上述步驟的太陽能電池模組更包括至少一第三太陽能電池，第一太陽能電池係經由這些第三太陽能電池與第二太陽能電池串連。較佳的是，這些第三太陽能電池串連於第一太陽能電池與第二太陽能電池之間。
本發明所揭露之太陽能電池模組修復裝置是用以修復一太陽能電池模組。此太陽能電池模組包括彼此串聯的一第一太陽能電池以及一第二太陽能電池。此太陽能電池模組修復裝置包括一第一端子、一第二端子以及一電源供應裝置。第一端子電性連接於第一太陽能電池的一第一電極層。第二端子電性連接於第二太陽能電池的一第二電極層，其中第一電極層與第二電極層的極性相同。電源供應裝置電性連接於第一端子以及第二端子。電源供應裝置產生一偏壓訊號。此偏壓訊號經由第一端子以及第二端子而被傳遞至第一太陽能電池以及第二太陽能電池。此偏壓訊號包括一正偏壓部分以及一負偏壓部分。正偏壓部分的電壓值大於零，負偏壓部分的電壓值小於零。負偏壓部分的電壓值為定值，並且負偏壓部分的持續時間大於正偏壓部分的持續時間。
基於上述，本發明的偏壓訊號負偏壓部分的波形是一階梯狀，是以相較於習知技術US 6228662 B1以及US 6365825 B所提出的偏壓訊號的波形，本發明的偏壓訊號可以有效地縮短修復的時程。另外，本發明更可以經由多個連續的負偏壓部份來對薄膜太陽能電池模組進行修復，並且在這些連續的負偏壓部份後再施加一正偏壓部份以消除累積於薄膜太陽能電池模組內的電荷，是以經由這些連續的負偏壓部份本發明可以進一步地縮短修復薄膜太陽能電池模組的時程。
以上的關於本發明內容的說明及以下的實施方式的說明係用以示範與解釋本發明的精神與原理，並且提供本發明的專利申請範圍更進一步的解釋。
以下在實施方式中詳細敘述本發明的詳細特徵以及優點，其內容足以使任何熟習相關技藝者了解本發明的技術內容並據以實施，且根據本說明書所揭露的內容、申請專利範圍及圖式，任何熟習相關技藝者可輕易地理解本發明相關的目的及優點。以下的實施例係進一步詳細說明本發明的觀點，但非以任何觀點限制本發明的範疇。
請參照第3圖，其繪示為依據本發明一實施例的太陽能電池模組修復裝置的示意圖。太陽能電池模組修復裝置200用以對一太陽能電池模組進行修復。為了說明上的方便，本實施例是以第3圖之太陽能電池模組300做為修復的對象，以對太陽能電池模組修復裝置200進行詳細地說明。
太陽能電池模組300具有多個太陽能電池300’。太陽能電池300’包括一基板310、一透明導電層320、一光電轉換層330以及一背電極層340。透明導電層320、光電轉換層330以及背電極層340依序堆疊於基板310上。基板310的材質例如是玻璃或者是樹脂等材質，是以基板310具有良好的絕緣性。透明電極層320的材質例如是銦錫氧化物(ITO,Indium Tin Oxide)、氧化鋅(ZnO)或是二氧化錫(SnO2
)等等透明的導電材質。光電轉換層330的材質可以是非晶矽半導體(amorphous silicon-based semiconductor)或是砷化鎵基材質(GaAs-based material)等等。背電極層340的材質可以是銀或是氧化鋅(ZnO)其他的導電材質。需說明的是，上述的透明導電層320與背電極層340的位置並非用以限定本發明太陽能電池模組修復裝置200所適用的電池的類型，在依據本發明的其它實施例中，被修復的太陽能電池300’的背電極層340亦可以與基板310接觸，並且光電轉換層330介於透明電極層320與背電極層340之間。
在本實施例之太陽能電池模組300中，一太陽能電池300’係經由一導電柱342與另一相鄰的太陽能電池300’串聯。更詳細的說，一太陽能電池300’的背電極層340是經由導電柱342與鄰近的另一太陽能電池300’的背電極層電性連接。
太陽能電池模組修復裝置200包括一第一端子210、一第二端子220以及一電源供應裝置230。第一端子210適於電性連接於一太陽能電池300’的背電極層340。第二端子220適於電性連接於另一太陽能電池300’的背電極層340。在本實施例中，與第一端子210與一第二端子220電性連接的兩個太陽能電池300’之間串聯有多個其他的太陽能電池300’。但是，在依據本發明的其它實施例中，與第一端子210與一第二端子220電性連接的兩個太陽能電池300’亦可以直接彼此串連，意即沒有其它的太陽能電池300’串聯在這兩個太陽能電池300’之間。
電源供應裝置230電性連接於第一端子210以及第二端子220之間。電源供應裝置230例如可以是一脈衝產生器或是一直流電源產生器，其用以產生一偏壓訊號。請參照第4圖，其繪示為第3圖之電源供應裝置230所輸出的偏壓訊號S的示意圖。當第一端子210以及第二端子220電性連接於與之相對應的兩個背電極層340後，並且當電源供應裝置230產生偏壓訊號S後，偏壓訊號S經由第一端子210以及第二端子220而被傳遞至這兩個與第一端子210和第二端子220電性連接的太陽能電池300’。
上述的偏壓訊號S具有一正偏壓(forward biased voltage)部分I以及一負偏壓(reversed biased voltage)部分II。在本實施例中，光電轉換層330是由一P型半導體層、一本質型半導體層以及一N型半導體層所堆疊而成。所謂的正偏壓部分I的定義是指施加於太陽能電池300’的外部電壓，自P型半導體層流向N型半導體層的電壓在內部形成順向偏壓，而負偏壓部分II的定義是指施加於太陽能電池300’的外部電壓，自N型半導體層流向P型半導體層的電壓在內部形成逆向偏壓。
負偏壓部分II具有多個依照時間排列的電壓區段R。每一電壓區段R的電壓值皆為一定值，其中負偏壓部分II的任一電壓區段的電壓值(為一負數)大於這些太陽能電池300’的崩潰電壓值VB
(為一負數)。較早產生的電壓區段R的電壓值比較晚產生的電壓區段R的電壓值大。換句話說，本實施例的負偏壓部分II的波形是一階梯狀的波形，並且此階梯狀的負偏壓部分II的電壓值是隨著時間的增加而逐漸地減小。此外，負偏壓部分II的持續時間大於正偏壓部分I的持續時間。在本實施例中，正偏壓部份I是一固定值，其中正偏壓部份I的電壓值小於這些太陽能電池300’的開路電壓值VOC
基於上述的結構，由於本實施例的負偏壓部分II的波形是階梯狀的波形，是以在一單位時間以及一固定的壓降之下，本實施例之負偏壓之階梯狀的波形可以給予半導體結晶或未完全移除之薄膜150(請參照第2圖)較多的能量，以使半導體結晶或未完全移除之薄膜150氧化。並且在使半導體結晶150或殘留未移除之薄膜氧化後，於的負偏壓部分II之後的正偏壓部份I更可以用來移除(氧化)半導體結晶或未完全移除之薄膜150的過程中累積在這些太陽能電池300’內的電子與電洞。
需注意的是，上述的實施例雖然僅以一對第一端子210以及第二端子220來分別與一對太陽能電池300’的背電極層340電性接觸，但是此實施例並非用來限定本發明的第一端子210以及第二端子220的數量。在依據本發明的再一實施例中，太陽能電池模組修復裝置200更可以具有多對第一端子210以及第二端子220，其中這些第一端子210以及第二端子220電性連接於電源供應裝置230。如此一來，本實施例便可以經由將每一對第一端子210以及第二端子220與相對應的兩個背電極層340電性接觸，利用等電位之特性來同時對多個太陽能電池300’輸出偏壓訊號S，以對部分的太陽能電池300’進行修復，之後本實施例更可以經由電源供應裝置230內的切換裝置將這些第一端子210以及第二端子220的極性對調並且輸出偏壓訊號S以對剩餘的太陽能電池300’進行修復，其中此切換裝置是與第一端子210以及第二端子220電性連接。是以，本實施例可以經由多對的第一端子210以及第二端子220來同時移除(氧化)多個太陽能電池300’內的半導體結晶150或殘留未移除之薄膜。
請參照第5圖，其繪示為依據本發明的另一實施例之偏壓訊號S的示意圖。偏壓訊號S更可以具有一正偏壓部分I以及多個連續的負偏壓部分II，亦即一負偏壓部份II係直接地接續在另一負偏壓部份II的末端，之後正偏壓部分I直接接續在最後一個負偏壓部份II的末端。如此一來，太陽能電池300’內的多個半導體結晶150或殘留未移除之薄膜可以在接受多個連續的負偏壓部份II的能量並且氧化後，在接受正偏壓部分I。是以在相同的時間下，相較於習知技術而言，本發明可以經由較短的修復時程來達到相同的修復效果。
請參照第6圖，其繪示為依據本發明之再一實施例的偏壓訊號S的示意圖。除了上述負偏壓部分II的階梯狀的波形外，在本發明的再一實施例中負偏壓部分II的電壓值更可以為定值。如此一來，經由第6圖所示的負偏壓部分II的作用，本實施例可以更進一部地縮短本發明對太陽能電池300’的修復時間。
綜上所述，由於本發明的負偏壓部分的波形是負偏壓階梯狀的波形，是以在一單位時間以及一固定的壓降之下，本發明之負偏壓階梯狀的波形可以給予半導體結晶或未完全移除之薄膜較多的能量，以使半導體結晶或未完全移除之薄膜氧化。此外，由於本發明的偏壓訊號更可以具有多個連續的負偏壓部分，是以在相同的時間下，相較於習知技術而言，本發明能夠以較短的修復時程來達到相同的修復效果。
雖然本發明以前述的實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明。在不脫離本發明的精神和範圍內，所為的更動與潤飾，均屬本發明的專利保護範圍。關於本發明所界定的保護範圍請參考所附的申請專利範圍。
100．．．薄膜太陽能電池模組
100’．．．太陽能電池
110．．．玻璃基板
120．．．二氧化矽薄膜
120a．．．透明電極層
130．．．光電轉換層
132．．．P型半導體層
134．．．本質型半導體層
136．．．N型半導體層
140．．．金屬薄膜
140a．．．背電極層
150．．．半導體結晶
200．．．太陽能電池模組修復裝置
210．．．第一端子
220．．．第二端子
230．．．電源供應裝置
300．．．太陽能電池模組
300’．．．太陽能電池
310．．．基板
320．．．透明電極層
330．．．光電轉換層
340．．．背電極層
342．．．導電柱
P1．．．開口
P2．．．開口
P3．．．開口
R．．．電壓區段
S．．．偏壓訊號
I．．．正偏壓部份
II．．．負偏壓部分
第1A圖至第1F圖是習知的薄膜太陽能電池模組的製程示意圖；
第2圖為第1F圖之區域Q的放大示意圖；
第3圖是依據本發明一實施例的太陽能電池模組修復裝置的示意圖；
第4圖是第3圖之電源供應裝置所輸出的偏壓訊號的示意圖；
第5圖是依據本發明另一實施例之偏壓訊號的示意圖；以及
第6圖是依據本發明之再一實施例的偏壓訊號S的示意圖。
200．．．太陽能電池模組修復裝置
210．．．第一端子
220．．．第二端子
230．．．電源供應應應裝置
300．．．太陽能電池模組
300’．．．太陽能電池模組
310．．．基板
320．．．透明電極層
330．．．光電轉換層
340．．．背電極層
342．．．導電柱
Claims (19)
- 一種太陽能電池模組修復裝置，用以修復一太陽能電池模組，該太陽能電池模組包括彼此串聯的一第一太陽能電池以及一第二太陽能電池，該太陽能電池模組修復裝置包括：一第一端子，電性連接於該第一太陽能電池的一第一電極層；一第二端子，電性連接於該第二太陽能電池的一第二電極層，其中該第一電極層與該第二電極層的極性相同；以及一電源供應裝置，電性連接於該第一端子以及該第二端子，該電源供應裝置產生一偏壓訊號，該偏壓訊號經由該第一端子以及該第二端子而被傳遞至該第一太陽能電池以及該第二太陽能電池，該偏壓訊號包括一正偏壓(forward biased voltage)部分以及一負偏壓(reversed biased voltage)部分，該負偏壓部分具有依照時間排列的多個電壓區段，每一該些電壓區段的電壓值為定值，較早產生的該電壓區段的電壓值比較晚產生的該電壓區段的電壓值大，該負偏壓部分的持續時間大於該正偏壓部分的持續時間。
- 如請求項1所述之太陽能電池模組修復裝置，其中該正偏壓部分是產生於該負偏壓部分之後。
- 如請求項1所述之太陽能電池模組修復裝置，其中偏壓訊號包括多個連續的負偏壓部分，該正偏壓部分是產生於該些負偏壓部分之後。
- 如請求項1所述之太陽能電池模組修復裝置，其中該順向偏壓部分的電壓值為一固定值。
- 如請求項1所述之太陽能電池模組修復裝置，其中該電源供應裝置為一直流電源產生器。
- 如請求項1所述之太陽能電池模組修復裝置，其中該電源供應裝置為一脈衝產生器。
- 如請求項1所述之太陽能電池模組修復裝置，其中該負偏壓部分的任一電壓區段的電壓值的絕對值不超過該第一太陽能電池以及與該第二太陽能電池之崩潰電壓。
- 如請求項1所述之太陽能電池模組修復裝置，其中該正偏壓部分的電壓值不超過該第一太陽能電池以及該第二太陽能電池的開路電壓值(VOC )。
- 如請求項1所述之太陽能電池模組修復裝置，其中電源供應裝置具有一切換裝置，該切換裝置連接到該第一端子以及該第二端子，以調換該第一端子與第二端子的極性。
- 如請求項1所述之太陽能電池模組修復裝置，更包括多個第一端子以及多個第二端子。
- 一種修復太陽能電池模組的修復方法，其包括：提供一太陽能電池模組，其包括彼此串聯的一第一太陽能電池以及一第二太陽能電池；將一第一端子電性連接於該第一太陽能電池的一第一電極層，並且將一第二端子電性連接於該第二太陽能電池的一第二電極層，其中該第一電極層與該第二電極層的極性相同；以及產生一偏壓訊號，並且經由該第一端子以及該第二端子將該偏壓訊號傳遞至該第一光電裝換模組以及該第二太陽能電池，該偏壓訊號包括一正偏壓部分以及一負偏壓部分，該正偏壓部分的電 壓值大於零，該負偏壓部分的電壓值小於零，該負偏壓部分的電壓值隨著時間的增加而階梯式地逐步下降。
- 如請求項11所述之修復太陽能電池模組的修復方法，其中該順向偏壓部分是產生於該負偏壓部分之後。
- 如請求項12所述之修復太陽能電池模組的修復方法，其中偏壓訊號包括多個連續的負偏壓部分，該順向偏壓部分是產生於該些負偏壓部分之後。
- 如請求項11所述之修復太陽能電池模組的修復方法，其中該順向偏壓部分的電壓值為一固定值。
- 如請求項11所述之修復太陽能電池模組的修復方法，其中該負偏壓部分的任一電壓區段的電壓值的絕對值不超過該第一太陽能電池以及與該第二太陽能電池之崩潰電壓。
- 如請求項11所述之修復太陽能電池模組的修復方法，其中該正偏壓部分的電壓值不超過該第一太陽能電池以及該第二太陽能電池的開路電壓值。
- 如請求項11所述之修復太陽能電池模組的修復方法，該太陽能電池模組更包括至少一第三太陽能電池，該第一太陽能電池係經由該些第三太陽能電池與該第二太陽能電池串連。
- 如請求項17所述之修復太陽能電池模組的修復方法，該些第三太陽能電池串連於該第一太陽能電池與該第二太陽能電池之間。
- 一種太陽能電池模組修復裝置，用以修復一太陽能電池模組，該太陽能電池模組包括彼此串聯的一第一太陽能電池以及一第二 太陽能電池，該太陽能電池模組修復裝置包括： 一第一端子，電性連接於該第一太陽能電池的一第一電極層； 一第二端子，電性連接於該第二太陽能電池的一第二電極層，其中該第一電極層與該第二電極層的極性相同；以及一電源供應裝置，電性連接於該第一端子以及該第二端子，該電源供應裝置產生一偏壓訊號，該偏壓訊號經由該第一端子以及該第二端子而被傳遞至該第一太陽能電池以及該第二太陽能電池，該偏壓訊號包括一正偏壓部分以及一負偏壓部分，該負偏壓部分的電壓值為定值，該負偏壓部分的持續時間大於該正偏壓部分的持續時間。
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