TWI449191B - 太陽能電池封裝結構及電路設計 - Google Patents
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Description
本發明係關於一種電池封裝結構及電路設計，特別關於一種太陽能電池封裝結構及電路設計。
太陽能本身並無公害問題且取得容易，永不竭盡，故太陽能成為重要替代性能源之一。較常應用太陽能之太陽能電池是一種光電轉換元件，其經由太陽光照射後，把光能轉換成電能。
太陽能電池的種類繁多，諸如矽基(silicon-based)太陽能電池元件、半導體化合物(compound semiconductor)太陽能電池元件或有機(organic)太陽能電池元件、或染料敏化太陽能電池元件(dye sensitized solar cell,DSSC)。而影響太陽能電池之光電轉換效能的因素除了材料本身之外，封裝結構的可靠性也是相當重要的因素。若太陽能電池封裝結構不密閉，水氣、灰塵可能會侵入而降低太陽能電池元件得使用效能與壽命。再者，染料敏化太陽能電池的封裝結構內係存有電解質，若封裝結構的可靠性不佳，則電解質可能流出而造成太陽能電池元件損壞以及生產的產率下降。
圖1為一種習知染料敏化電池封裝結構1的示意圖，其包含兩導電基板101、102相對設置。導電基板101上設有一染料層103；導電基板102上設有一催化層104。另外，導電基板101上設有一導電層105；導電基板102上設有另一導電層106。染料敏化電池封裝結構1更包含一框膠107，連結於基板101、102之間並與基板101、102形成封閉結構。
框膠107更覆蓋部分導電層105、106。在框膠107、兩導電基板101、102之間設有電解質108。為將發電的訊號導出，染料敏化電池封裝結構1更包含兩導線109、110，分別與導電層105、106連接。
在習知染料敏化電池封裝結構1中，導線109、110雖可將電力導出，但由於框膠107只有局部覆蓋導線109、110，使得框膠107的結構強度減弱，甚至可能伴隨溢膠的現象。在長久使用下，染料敏化電池封裝結構1的密閉性會出現問題，如在框膠107覆蓋導線109、110之處出現裂痕，若再加上太陽照射所產生的黃化脆裂，更是雪上加霜，以致染料敏化電池封裝結構1的可靠度及使用壽命大幅降低。
因此，如何提供一種太陽能電池封裝結構及電路設計，能夠解決上述問題，進而提升產品的可靠度及使用壽命，實為當前重要課題之一。
有鑑於上述課題，本發明之目的為提供一種能夠提升產品的可靠度及使用壽命之太陽能電池封裝結構及電路設計。
為達上述目的，依據本發明之一種太陽能電池封裝結構及電路設計包含一第一導電基板、一第二導電基板、一第一導線以及一第二導線。第二導電基板與第一導電基板相對設置。第一導線經由一第一導電通孔與第一導電基板電性連結。第二導線經由一第二導電通孔與第二導電基板電性連結。
在一實施例中，第一導電通孔及第二導電通孔均位於第一導電基板或第二導電基板。
在一實施例中，第一導電通孔位於第一導電基板，第二導電通孔位於第二導電基板。
在一實施例中，第一導電基板或第二導電基板具有一透明基板。
在一實施例中，太陽能電池封裝結構及電路設計更包含一框膠，其連結第一導電基板與第二導電基板，框膠、第一導電基板及第二導電基板形成一密閉空間。
在一實施例中，太陽能電池封裝結構及電路設計，其中封裝結構係為矽基太陽能電池元件、半導體化合物太陽能電池元件、有機太陽能電池元件或染料敏化太陽能電池元件。
在一實施例中，太陽能電池封裝結構及電路設計更包含一第一導電層，其設置於第一導電基板，第一導電通孔藉由第一導電層與第一導電基板電性連接。
在一實施例中，太陽能電池封裝結構及電路設計更包含一第二導電層，其設置於第二導電基板，第二導電通孔藉由第二導電層與第二導電基板電性連接。
在一實施例中，第一導線或第二導線為一印刷導線或一實體導線。
承上所述，本發明之太陽能電池封裝結構及電路設計係藉由第一導電通孔及第二導電通孔將第一導電基板與第二導電基板之訊號導出，其中第一導電通孔與第二導電通孔可位於同一基板或是分別位於兩基板。由於本發明之太陽能電池封裝結構及電路設計不需要設置導線穿過框膠來將電力導出，進而提升框膠的結構強度並可因此提升產品的可靠度及使用壽命。
以下將參照相關圖式，說明依本發明較佳實施例之一種太陽能電池封裝結構及電路設計，其中相同的元件將以相同的參照符號加以說明。
圖2為本發明第一實施例之一種太陽能電池封裝結構及電路設計的剖面示意圖。本發明不限制太陽能電池封裝結構2之種類，可例如為矽基太陽能電池元件、半導體化合物太陽能電池元件、有機太陽能電池元件或染料敏化太陽能電池元件。於此，太陽能電池封裝結構2係以一染料敏化太陽能電池的封裝結構為例。
太陽能電池封裝結構2包含一第一導電基板201、一第二導電基板202、一第一導線209、一第二導線210、一第一導電通孔211以及一第二導電通孔212。其中，第一導電基板201與第二導電基板202相對設置，第一導電通孔211位於第一導電基板201，第二導電通孔212位於第二導電基板202，且第一導電通孔211與第二導電通孔212位於太陽能電池封裝結構2的相對二側，第一導線209經由第一導電通孔211與第一導電基板201電性連結，第二導線210經由第二導電通孔212與第二導電基板202電性連結。
本發明不特別限制第一導電基板201與第二導電基板202之基板材質，其可例如為矽基板、陶瓷基板、金屬基板、玻璃基板或塑膠基板等。於此，太陽光線係由第一導電基板201入射，故第一導電基板201之基板為可透光，而第二導電基板202之基板則可為透光或不透光。第一導電基板201與第二導電基板202係分別具有一導電層，導電層可為透光導電層或不透光導電層，其中透光導電層之材質例如可為透光導電氧化物(TCO)，例如氧化銦錫、氧化錫、或氧化鋅；或是摻雜氟的二氧化錫(Sn：F)，而此種具有摻雜氟的二氧化錫為導電層20基板又稱可為FTO基板。
第一導線209或第二導線210可為一印刷導線或一實體導線，於此係以實體的導線為例，且於第一導電通孔211與第二導電通孔212內具有導電物質(例如電鍍)或是填設導電焊料、導電柱，並分別焊接使得第一導電通孔211與第二導電通孔212，能與第一導線209或第二導線210電性連結。
本實施例中，太陽能電池封裝結構2更可包含一染料層203設置於第一導電基板201上。形成染料層203前，可先將一染料吸附層(例如二氧化鈦)塗佈於第一導電基板201上，再設置染料，以讓二氧化鈦吸附染料。當吸收光時，染料層203會產生電子，而電子會傳遞至導電基板201、202上的導電層。於此，染料層203中的染料可例如包含釕(Ru)等金屬錯合物色素、或是甲基、酞菁等有機色素。
另外，太陽能電池封裝結構2更可包含一第一導電層205設置於第一導電基板201上。其中，第一導電通孔211藉由第一導電層205與第一導電基板201電性連接。第一導電層205之一部分係直接與第一導電通孔211相連結，其另一部分係分別於染料層203周圍形成框部。形成第一導電層205的方式可為印刷、塗佈或點膠，藉由第一導電層205的設置，能夠協助電流的傳遞。於此，染料層203所產生的電流，會先傳遞至第一導電基板201上的導電層，再由導電層傳遞至第一導電層205。於此，第一導電層205係以銀膠為例，其可為其他材質的導電膠，例如鋁膠或銅膠。需補充的是，在第一導電層205構成框部的部分，還可以設置玻璃膠(glass paste)於其上以形成絕緣保護，其材質可例如為含秘氧化物，用以減少第一導電層205之框部部分的氧化，並形成電性的絕緣。另外，在第一導電層205最外圍的一側，通常有一集電部C1(於此以大致呈長條狀為例)，用以匯集太陽電池封裝結構2的電流，並作為電池的正極或負極，以與相鄰的太陽能電池封裝結構2或外部的控制電路電性串連或並聯。
太陽能電池封裝結構2更可包含一催化層204設置於第二導電基板202上，催化層204例如鉑(Pt)或碳(C)，可促進電解質208的氧化還原。
另外，太陽能電池封裝結構2更可包含一第二導電層206設置於第二導電基板202上。第二導電通孔212藉由第二導電層206與第二導電基板202電性連接。第二導電層206之一部分係直接與第二導電通孔212相連，其另一部分係分別於催化層204周圍形成框部。第二導電層206能夠協助電流的傳遞，並與第一導電層205一同形成電性迴路。其中，在第二導電層206最外圍的一側，通常有一集電部C2(於此以大致呈長條狀為例，且實質上與第一導電層205之集電部C1平行)，用以匯集太陽電池封裝結構2的電流，並作為太陽電池封裝結構2的正極或負極，以與相鄰的太陽能電池封裝結構2或外部的控制電路電性串連或並聯。於此，第二導電層206係以銀膠為例，其可為其他材質的導電膠，例如鋁膠或銅膠。需補充的是，在第二導電層206構成框部的部分，還可以設置玻璃膠於其上以形成保護層，其材質可例如為含鉍氧化物，用以減少第二導電層206之框部部分的氧化，並避免和第一導電基板201上的第一導電層205電性短路。
太陽能電池封裝結構2可更包含一框膠207，其係連結第一導電基板201與第二導電基板202。第一導電基板201、第二導電基板202以及框膠207係形成一密閉空間。其中，框膠207可包含具有防水性、耐熱性之樹脂材料以延長產品的使用壽命。
另外，為增加第一導電基板201與第二導電基板202之連結強度，第一導電基板201與第二導電基板202之間更設有一連結膠213。於此，係以連結膠213設置於第一導電層206與第二導電層206之間，以連結第一導電基板201與第二導電基板202。另外，框膠207與連結膠213的材質可為相同，例如均為熱熔膠或是UV膠或環氧樹脂。
另外，太陽能電池封裝結構2可更包含一電解質208，其係充填於密閉空間內。經照光後，染料層203中的染料分子形成激發態，並迅速向第一導電基板201或第一導電層205注入電子，同時自身轉化為染料氧化態，處於氧化態的染料分子則由電解質208溶液取得電子而回到基態，而使得染料分子再生。另外，電解質溶液中的電解質208提供電子以後，則擴散到第二導電基板202或第二導電層206，重新得到電子而還原。從而，完成一個光電化學反應循環。
圖3為本發明第二實施例之一種太陽能電池封裝結構及電路設計3的立體示意圖。
請參照圖3所示，以說明本發明第二實施例之太陽能電池封裝結構3。太陽能電池封裝結構3包含一第一導電基板301、一第二導電基板302、一第一導線309、一第二導線310、一框膠(圖未顯示)、一電解質(圖未顯示)、一第一導電通孔311、一第二導電通孔312、一第一導電層305、一第二導電層306、一染料層303及一催化層304。由於第一導電基板301、第二導電基板302、第一導線309、第二導線310、框膠、電解質、染料層303以及催化層304與第一實施例之對應元件類同，故於此不再贅述。
與上述實施例主要不同在於，太陽能電池封裝結構3之第一導電通孔311與第二導電通孔312皆位於同一基板，且均在同一側邊上，於此係以第一導電通孔311與第二導電通孔312位於第二導電基板302為例，且第一導電通孔311與第二導電通孔312之間有一距離。第一導電層305係第一導電通孔311連接，使得第一導線309經由第一導電通孔311與第一導電層305而與第一導電基板301電性連接，以將電力導出。第二導電層306係第二導電通孔312連接，使得第二導線310經由第二導電通孔312與第二導電層306而與第二導電基板302電性連接，以將電力導出。
此外，太陽能電池封裝結構3更包含一絕緣層314，由於第一導電層305與第一導電層306於投影方向有部分重疊，利用絕緣層314位於第一導電層305的集電部C1與第二導電層306的集電部C2(圖式中部分集中部C2係以繪示於第一導電基板301上為例，但其實際上可位於第二導電基板302)之間，以將二者電性隔離。
綜上所述，本發明之太陽能電池封裝結構及電路設計係藉由第一導電通孔及第二導電通孔將第一導電基板與第二導電基板之訊號導出，其中第一導電通孔與第二導電通孔可位於同一基板或是分別位於兩基板。由於本發明之太陽能電池封裝結構及電路設計不需要設置導線穿過框膠來將電力導出，進而提升框膠的結構強度並可因此提升產品的可靠度及使用壽命。
以上所述僅為舉例性，而非為限制性者。任何未脫離本發明之精神與範疇，而對其進行之等效修改或變更，均應包含於後附之申請專利範圍中。
1．．．染料敏化電池封裝結構
101、102．．．導電基板
103．．．染料層
104．．．催化層
105．．．導電層
106．．．導電層
107．．．框膠
108．．．電解質
109、110．．．導線
2、3．．．太陽能電池封裝結構
201、301．．．第一導電基板
202、302．．．第二導電基板
203、303．．．染料層
204、304．．．催化層
205、305．．．第一導電層
206、306．．．第二導電層
207．．．框膠
208．．．電解質
209、309．．．第一導線
210、310．．．第二導線
211、311．．．第一導電通孔
212、312．．．第二導電通孔
213．．．連結膠
314．．．絕緣層
C1、C2．．．集電部
圖1為一種習知染料敏化電池封裝結構的示意圖；
圖2為本發明第一實施例之一種太陽能電池封裝結構的剖面示意圖；以及
圖3為本發明第二實施例之一種太陽能電池封裝結構的立體示意圖。
2．．．太陽能電池封裝結構
201．．．第一導電基板
202．．．第二導電基板
203．．．染料層
204．．．催化層
205．．．第一導電層
206．．．第二導電層
207．．．框膠
208．．．電解質
209．．．第一導線
210．．．第二導線
211．．．第一導電通孔
212．．．第二導電通孔
213．．．連結膠
C1、C2．．．集電部
Claims (10)
- 一種太陽能電池封裝結構及電路設計，包含：一第一導電基板；一第二導電基板，與該第一導電基板相對設置；一第一導線，經由一第一導電通孔與該第一導電基板電性連結；以及一第二導線，經由一第二導電通孔與該第二導電基板電性連結，該第一導電基板與該第二導電基板係配合組裝，經照光可產生該太陽能電池封裝結構之電力。
- 如申請專利範圍第1項所述之太陽能電池封裝結構及電路設計，其中該第一導電通孔及該第二導電通孔均位於該第一導電基板或該第二導電基板。
- 如申請專利範圍第1項所述之太陽能電池封裝結構及電路設計，其中該第一導電通孔位於該第一導電基板，該第二導電通孔位於該第二導電基板。
- 如申請專利範圍第1項所述之太陽能電池封裝結構及電路設計，其中該第一導電基板或該第二導電基板具有一透明基板。
- 如申請專利範圍第1項所述之太陽能電池封裝結構及電路設計，更包含：一框膠，連結該第一導電基板與該第二導電基板，該框膠、該第一導電基板及該第二導電基板形成一密閉空間。
- 如申請專利範圍第1項所述之太陽能電池封裝結構及電路設計，其中該封裝結構係為矽基太陽能電池元件、半導體化合物太陽能電池元件或有機太陽能電池元件。
- 如申請專利範圍第1項所述之太陽能電池封裝結構及電路設計，其中該封裝結構係為染料敏化太陽能電池元件。
- 如申請專利範圍第1項所述之太陽能電池封裝結構及電路設計，更包含：一第一導電層，設置於該第一導電基板，該第一導電通孔藉由該第一導電層與該第一導電基板電性連接。
- 如申請專利範圍第1項所述之太陽能電池封裝結構及電路設計，更包含：一第二導電層，設置於該第二導電基板，該第二導電通孔藉由該第二導電層與該第二導電基板電性連接。
- 如申請專利範圍第1項所述之太陽能電池封裝結構及電路設計，其中該第一導線或該第二導線為一印刷導線或一實體導線。
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