TWI422051B - 太陽能電池模組 - Google Patents

Description

太陽能電池模組

本發明是有關於一種光電轉換模組，且特別是有關於一種具有平坦反射層的太陽能電池模組。

太陽能是一種具有永不耗盡且無污染的能源，在解決目前石化能源所面臨的污染與短缺的問題時，一直是最受矚目的焦點。其中，又以太陽能電池可直接將太陽能轉換為電能，而成為目前相當重要的研究課題。

圖1為繪示習知太陽能電池模組的剖面示意圖。請參照圖1，覆板式(superstrate)太陽能電池模組10包括依序配置在前玻璃基板12上的前電極層14、p-i-n半導體主動層16、背接觸層(back contact layer)18以及反射層20。然後，利用接著層22例如是乙烯醋酸乙烯酯(ethylene vinyl acetate，EVA)將反射層20與背玻璃基板24壓合在一起，以完成覆板式太陽能電池模組10的製作。

覆板式太陽能電池模組10的反射層20是將未被p-i-n半導體主動層16完全吸收的光波段，使其反射回p-i-n半導體主動層16，以增加光子利用率。銀(Ag)金屬達一定厚度，且具備不透明、低吸收、高反射，全波段反射等優點，是最佳的反射層的材料之一。然而，由於銀反射層20一般是直接鍍於背接觸層18上，銀反射層20和背接觸層18之間的粗糙界面會造成光子吸收損失(absorption loss)與光散射損失，因而影響光子的反射效率，使太陽能電池的光電效率下降。

有鑑於此，本發明提供一種具有平坦、高反射效率之反射層的太陽能電池模組，以大幅提高光反射效率，進而增進太陽能電池模組的光電轉換效率。

本發明提出一種太陽能電池模組，包括第一透明基板、第二透明基板及接著層。第一透明基板具有依序配置於其上的第一電極層、光電轉換層及第二電極層。第二透明基板具有配置於其上的平坦反射層。此外，第一透明基板與第二透明基板經接著層而壓合在一起，且接著層位於第一透明基板的第二電極層與第二透明基板的反射層之間。

在本發明之一實施例中，上述之平坦反射層的材料包括金屬或金屬合金。

在本發明之一實施例中，上述之平坦反射層的材料包括鋁、銀、含鋁的合金或含銀的合金。

在本發明之一實施例中，上述之平坦反射層為透明、半透明或不透明，其厚度例如是約0.5~50奈米。

在本發明之一實施例中，上述之平坦反射層為完全不透明，其厚度例如是約50~1000奈米。

在本發明之一實施例中，上述之平坦反射層具有透光鏤空圖案。

在本發明之一實施例中，上述之第二電極層為透明導電氧化物層。

在本發明之一實施例中，上述之第二電極層的材料包括氧化鋅、二氧化錫、氧化銦錫或氧化銦。

在本發明之一實施例中，上述之第二電極層的厚度例如是約50~1500奈米。

在本發明之一實施例中，上述之接著層的材料包括高分子絕緣層。

在本發明之一實施例中，上述之接著層的材料包括聚乙烯醋酸乙烯酯(EVA)、聚乙烯醇縮丁醛(PVB)或透明高分子絕緣接著膠材。

在本發明之一實施例中，上述之光電轉換層是由P型摻雜層及N型摻雜層堆疊形成的PN接面結構；P型摻雜層、本質層、N型摻雜層堆疊形成的PIN接面結構；或PN接面結構或PIN接面結構重複排列之串疊結構所組成。

在本發明之一實施例中，上述之第一透明基板包括玻璃基板。

在本發明之一實施例中，上述之第二透明基板包括玻璃基板。

在本發明之一實施例中，上述之第一電極層的材料為透明導電氧化物層。

在本發明之一實施例中，上述之第一電極層的材料包括氧化鋅、二氧化錫、氧化銦錫或氧化銦。

基於上述，本發明的太陽能電池模組將平坦反射層形成在第二透明基板(或稱背玻璃基板)上，然後再與具有太陽能電池的第一透明基板(或稱前玻璃基板)利用接著層壓合在一起。與習知具有粗糙表面反射層的太陽能電池模組相比，由於本發明的太陽能電池模組具有平坦銀反射層，銀反射層在400~1100nm波長之光反射效率可以高達99.9%以上，進而大幅提高光子利用率、增加短路電流及提高太陽能電池的光電轉換效率。

為讓本發明之上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

圖2為依據本發明之一實施例所繪示之太陽能電池模組的剖面示意圖。

請參照圖2，本發明的太陽能電池模組100包括第一透明基板102、第二透明基板110及接著層114。第一透明基板102例如是玻璃基板(或稱前玻璃基板)，具有依序配置於其上的第一電極層104、光電轉換層106及第二電極層108。

第一電極層104(或稱前電極層)例如是透明導電氧化物(transparent conductive oxide，TCO)層，其材料例如是氧化鋅(ZnO)、二氧化錫(SnO₂ )、氧化銦錫(ITO)或氧化銦(In₂ O₃ )等等。第一電極層104的厚度例如是約500~1000奈米(nm)。第一電極層104通常具有織化(texture)表面以使入射光散射，進而增加光進入光電轉換層106的光路徑。

光電轉換層106(或稱半導體主動層)用來將太陽能轉換為電能。在一實施例中，光電轉換層106例如是由P型摻雜層115、本質(intrinsic)層116、N型摻雜層117堆疊形成的p-i-n接面結構所組成，如圖2所示。在另一實施例中(未繪示)，光電轉換層106也可以由P型摻雜層及N型摻雜層堆疊形成的p-n接面結構、p-n接面結構或p-i-n接面結構重複排列之串疊(tandem)結構所組成。光電轉換層106的材料可以是單晶矽、多晶矽、非晶矽或微晶矽。此外，P型摻雜層所摻雜的材料選自元素週期表中三族元素的群組，例如是硼(B)、鋁(Al)、鎵(Ga)、銦(In)、鉈(Tl)。N型摻雜層所摻雜的材料選自元素週期表中五族元素的群組，例如是氮(N)、磷(P)、砷(As)、銻(Sb)、鉍(Bi)。

第二電極層108(或稱背接觸層)可以具有與第一電極層104相同或不同的材料與厚度。第二電極層108例如是透明導電氧化物層，其材料例如是氧化鋅、二氧化錫、氧化銦錫或氧化銦等等。第二電極層108的厚度例如是約50~1500奈米。特別要注意的是，由於光電轉換層106及第二電極層108是依序配置在具有織化表面的第一電極層104上，所以光電轉換層106及第二電極層108同樣也具有織化表面(或粗糙表面)。

第二透明基板110例如是玻璃基板(或稱背玻璃基板)，具有配置於其上的平坦反射層112。平坦反射層112的材料包括金屬或金屬合金，例如是鋁、銀、含鋁的合金或含銀的合金。平坦反射層112的厚度例如是約0.5~1000奈米。在一實施例中，反射層112為透明、半透明或不透明，但仍可提供反射功能，其厚度約0.5~50奈米。在另一實施例中，反射層112為完全不透明，其厚度約50~1000奈米。在一實施例中，平坦反射層112為完全不透明，也就是說，平坦反射層112完全覆蓋第二透明基板110，如圖2所示。在另一實施例中，平坦反射層112具有透光鏤空圖案，也就是說，平坦反射層112具有開口113(如圖3所示)，因此太陽能電池模組100可視為透光(可透視)型(see through)太陽能電池模組。

此外，第一透明基板102與第二透明基板110經接著層114而壓合在一起，且接著層114位於第一透明基板102的第二電極層108與第二透明基板110的反射層112之間。接著層114的材料包括高分子絕緣層，例如乙烯醋酸乙烯酯(ethylene vinyl acetate，EVA)、聚乙烯醇縮丁醛(poly vinyl butyral，PVB)或透明高分子絕緣接著膠材等等。

在本發明的太陽能電池模組100中，由於平坦反射層112是鍍於具有平坦表面的第二透明基板110上，因此入射光的反射效率可以高達99.9%以上，大幅提高光子利用率、增加短路電流J_SC (short circuit current)及提升光電轉換效能。

此外，位於反射層112下方之接著層114的吸光波段約為300~350奈米之間，此波長範圍的入射光已經被光電轉換層106於第一次光電反應時先行吸收，因此並不會被接著層114吸收。換言之，位於反射層112下方之接著層114並不影響太陽能電池模組100的光電轉換效率。

以下，特舉一個實驗例與一個對照例來證實本發明的功效。

【實驗例】

首先，準備一個前玻璃基板，在前玻璃基板上依序形成前電極層、p-i-n半導體主動層及ZnO背接觸層，其中ZnO背接觸層的厚度為約750奈米。然後，準備一個背玻璃基板，在背玻璃基板上形成銀反射層，且銀反射層的厚度為約200奈米。接著，使用乙烯醋酸乙烯酯(EVA)將前玻璃基板與背玻璃基板接著在一起，且乙烯醋酸乙烯酯位於前玻璃基板的ZnO背接觸層與背玻璃基板的銀反射層之間。

【對照例】

首先，準備一個前玻璃基板，在前玻璃基板上依序形成前電極層、p-i-n半導體主動層、背接觸層以及銀反射層，其中ZnO背接觸層的厚度為約80奈米，且銀反射層的厚度為約200奈米。然後，準備一個後玻璃基板。接著，使用乙烯醋酸乙烯酯(EVA)將前玻璃基板與背玻璃基板接著在一起，且乙烯醋酸乙烯酯位於前玻璃基板的銀反射層與背玻璃基板之間。

圖4為【實驗例】及【對照例】之太陽能電池膜組之量子效率(quantum efficiency)對波長的曲線圖。如圖4所示，在500~700奈米的波長範圍中，【對照例】之太陽能電池膜組的短路電流J_SC 為14.11mA/cm² ，而【實驗例】之太陽能電池膜組的短路電流J_SC 為14.22mA/cm² ，增加了約0.8%的電流密度。由此可知，銀反射層形成在背玻璃基板上之太陽能電池膜組確實可以增加反射效率及提高太陽能電池膜組之電流密度。

綜上所述，本發明的太陽能電池模組將平坦反射層形成在背玻璃基板上，然後再與具有太陽能電池的前玻璃基板利用接著層壓合在一起，因此形成之覆板式太陽能電池模組至少具有下列優點：

1.平坦反射層具有高達99.9%以上的光反射效率，因此可以大幅提高光子利用率、增加短路電流及提升太陽能電池的光電轉換效率。

2.平坦反射層可以鍍在背玻璃基板上以先行備料，簡化太陽能電池模組製程、提高生產速度及降低生產成本。

3.本發明的太陽能電池模組以現有設備即可施行量產，不需增加設備成本。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，故本發明之保護範圍，當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

10．．．覆板式太陽能電池模組

12．．．前玻璃基板

14．．．前電極層

16．．．p-i-n半導體主動層

18．．．背接觸層

20．．．反射層

22．．．接著層

24．．．背玻璃基板

100．．．太陽能電池模組

102．．．第一透明基板

104．．．第一電極層

106．．．光電轉換層

108．．．第二電極層

110．．．第二透明基板

112．．．反射層

113．．．開口

114．．．接著層

115．．．P型摻雜層

116．．．本質層

117．．．N型摻雜層

圖1為繪示習知太陽能電池模組的剖面示意圖。

圖2為依據本發明之一實施例所繪示之太陽能電池模組的剖面示意圖。

圖3為依據本發明之另一實施例所繪示之太陽能電池模組的剖面示意圖。

圖4為【實驗例】及【對照例】之太陽能電池膜組之量子效率對波長的曲線圖。

100．．．太陽能電池模組

102．．．第一透明基板

104．．．第一電極層

106．．．光電轉換層

108．．．第二電極層

110．．．第二透明基板

112．．．反射層

114．．．接著層

115．．．P型摻雜層

116．．．本質層

117．．．N型摻雜層

Claims (18)

1. 一種太陽能電池模組，包括：一第一透明基板，具有依序配置於其上的一第一電極層、一光電轉換層及一第二電極層；以及一第二透明基板，具有配置於其上的一平坦反射層，其中該第一透明基板與該第二透明基板經一接著層而壓合在一起，且該接著層位於該第一透明基板的該第二電極層與該第一透明基板的該反射層之間。
2. 如申請專利範圍第1項所述之太陽能電池模組，其中該平坦反射層的材料包括金屬或金屬合金。
3. 如申請專利範圍第2項所述之太陽能電池模組，其中該平坦反射層的材料包括鋁、銀、含鋁的合金或含銀的合金。
4. 如申請專利範圍第1項所述之太陽能電池模組，其中該平坦反射層為透明、半透明或不透明。
5. 如申請專利範圍第4項所述之太陽能電池模組，其中該平坦反射層的厚度為0.5~50奈米。
6. 如申請專利範圍第1項所述之太陽能電池模組，其中該平坦反射層為完全不透明。
7. 如申請專利範圍第6項所述之太陽能電池模組，其中該平坦反射層的厚度為50~1000奈米。
8. 如申請專利範圍第1項所述之太陽能電池模組，其中該平坦反射層具有透光鏤空圖案。
9. 如申請專利範圍第1項所述之太陽能電池模組，其中該第二電極層為透明導電氧化物層。
10. 如申請專利範圍第9項所述之太陽能電池模組，其中該第二電極層的材料包括氧化鋅、二氧化錫、氧化銦錫或氧化銦。
11. 如申請專利範圍第1項所述之太陽能電池模組，其中該第二電極層的厚度為50~1500奈米。
12. 如申請專利範圍第1項所述之太陽能電池模組，其中該接著層的材料包括高分子絕緣層。
13. 如申請專利範圍第12項所述之太陽能電池模組，，其中該接著層的材料包括乙烯醋酸乙烯酯(EVA)、聚乙烯醇縮丁醛(PVB)、或透明高分子絕緣接著膠材。
14. 如申請專利範圍第1項所述之太陽能電池模組，其中該光電轉換層是由P型摻雜層及N型摻雜層堆疊形成的PN接面結構；P型摻雜層、本質層、N型摻雜層堆疊形成的PIN接面結構；或PN接面結構或PIN接面結構重複排列之串疊結構所組成。
15. 如申請專利範圍第1項所述之太陽能電池模組，其中該第一透明基板包括玻璃基板。
16. 如申請專利範圍第1項所述之太陽能電池模組，其中該第二透明基板包括玻璃基板。
17. 如申請專利範圍第1項所述之太陽能電池模組，其中該第一電極層的材料為透明導電氧化物層。
18. 如申請專利範圍第17項所述之太陽能電池模組，其中該第一電極層的材料包括氧化鋅、二氧化錫、氧化銦錫或氧化銦。