TWI492405B - A light emitting type transparent solar cell device - Google Patents
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Description
本發明係有關一種光電能量轉換裝置，特別是關於一種可發光式透明太陽能電池裝置。
隨著經濟成長，人民生活水準提高，石化能源消耗量及全球照明用電量逐漸攀升。因此要如何找尋替代性能源並有效減少照明用電量將成為當前重要課題，在眾多替代性能源當中，太陽能電池具有許多優點：來源豐富、潔淨、易取得…等，在全球石油價格上漲和暖化問題備受關注的壓力下，太陽能電池成為替代性能源的明日之星。
在目前使用的眾多太陽能電池中，均大多使用不透明的材料來增加其光電轉換效率，但卻犧牲其採光的特性而使得其架設的場所遭受到限制，如現今傳統矽太陽能電池，並不能使可見光穿透，若應用於建築物四周牆壁上則會完全阻擋陽光，無法達到自然採光之功效。而近幾年來有研究學者提出透明式太陽能電池，將透明式太陽能電池應用於建築物玻璃上，雖然在白晝時可讓可見光穿透，達到自然採光之效用，卻無法在夜間提供光源當作夜間照明設備。
因此，本發明係在針對上述之困擾，提出一種可發光式透明太陽能電池裝置，以有效克服上述之該等問題。
本發明之主要目的，在於提供一種可發光式透明太陽能電池裝置，其係利用正、負型透明導電氧化物層與透明螢光層之特性，在白晝時可讓可見光穿透進入室內，達到自然採光之效用，同時兼具能將光能轉換成電能並儲存之，在夜間時則將儲存的電能轉換成光能，以作為室內照明用之光源，進而節省石化能源之消耗。
為達上述目的，本發明提供一種可發光式透明太陽能電池裝置，包含一透明基板，在此透明基板上，由下而上依序設有一作為螢光層之透明螢光層、一正型(p-type)透明導電氧化物層、一本質型
(intrinsic-type)透明導電氧化物層、一負型(n-type)透明導電氧化物層與一作為保護層之抗反射層。
茲為使 貴審查委員對本發明之結構特徵及所達成之功效更有進一步之瞭解與認識，謹佐以較佳之實施例圖及配合詳細之說明，說明如後：
本發明提供一種可發光式透明太陽能電池裝置，其除了具有太陽能電池將光能轉換成電能的功能，更具有發光二極體將電能轉換成光能之功能。請參閱第1圖，此種可發光式透明太陽能電池裝置包含一透明基板10，其材質可為玻璃、石英、透明塑膠、單晶氧化鋁或可撓性透明材質。在此透明基板10上，由下而上依序設有一作為螢光層之透明螢光層12、一正型(p-type)透明導電氧化物層14、一本質型(intrinsic-type)透明導電氧化物層16、一負型(n-type)透明導電氧化物層18、一作為保護層之抗反射層20，上述堆疊順序係考慮到各層材料的能隙值。另外，在各層材料之選擇中，螢光層12之材質為氧化鑭磷摻鈰離子(LaPO4
：Ce3+
)或氧化鋅矽摻錳離子(Zn2
SiO4
：Mn2+
)；正型透明導電氧化物層14之材質為氧化亞銅(Cu2
O)、氧化鋅(ZnO)、氧化鋅摻氮(ZnO：N)、氧化鋅-鋁：氮(ZnO-Al：N)、氧化鎳(NiO)、氧化鐵(FeO)、氧化銅鋁(CuAlO2
)、氧化銅鎵(CuGaO2
)、氧化銅鈧、氧化銅鉻、氧化銅銦、氧化銅釔、氧化銀銦或氧化鍶銅(SrCuO2
)；負型透明導電氧化物層16之材質為氧化銦(In2
O3
)、氧化錫(SnO2
)、氧化鋅(ZnO)、氧化鎘(CdO)、氧化銦錫(ITO)、氧化銦鋅(IZO)、氧化鋁鋅(AZO)或氧化鎵鋅(GZO)，另外，抗反射層20亦為透明材質。由此可知，此種可發光式透明太陽能電池裝置皆由透明導電氧化物材質所構成，比起一般做為太陽能電池或發光二極體的元件，更具有採光之特性。
上述可發光式透明太陽能電池裝置的正、負型透明導電氧化物層14、18可互換位置，或省略抗反射層20，抑或省略本質型透明導電氧化物層16，讓負型透明導電氧化物層18直接設於正型透明導電氧化物層14上，仍可使此轉換裝置具有光能與電能互相轉換的功能。
以下請繼續參閱第2圖，在白天的時候，運作模式如同透明太陽能電池。陽光照到透明導電氧化物層14、16、18時，紫外光被透明導電氧化物層14、18所吸收，接著便分別產生電子與電洞，由於正、負型透明導電氧化物層14、18本來就帶有正負電荷，因此正負電荷形成有一內建電場，此內建電場可以讓藉由陽光照射而產生的電子電洞在轉換裝置中流動，此時電流便從正型透明導電氧化物層14往儲能裝置22流入，使儲能裝置22儲存由陽光轉換而來之電力。另外，可見光的部分則因為能量低於材料的能隙，因此，可見光會穿透過此可發光式透明太陽能電池裝置，進而達到採光的效果。
若上述可發光式透明太陽能電池裝置的正、負型透明導電氧化物層14、18互換位置，或省略抗反射層20，抑或省略本質型透明導電氧化物層16時，在白天的運作模式仍如同上段所述，仍具有將光能轉換成電能的功效。
接著請參閱第3圖，在夜晚的時候，運作模式如同發光二極體元件。當電流從儲能裝置22往正型透明導電氧化物層14流入轉換裝置時，電洞與電子在不同的電極電壓作用下從電極流向正、負型透明導電氧化物層14、18，其中本質型透明導電氧化物層16係用來延長載子的生命週期。當電子與電洞相遇而產生覆合，電子會跌落到較低的能階，同時以光子的模式釋放出能量，且由於抗反射層20存在的緣故，光線會集中往下射出。此發出的光之波長，是由正、負型透明導電氧化物層14、18的能隙決定。但當載子在覆合且以光子模式發射出來後，此時的光通常為非可見光，此非可見光係激發螢光層12中的螢光物質發光，以達到夜間照明的功效。
若上述可發光式透明太陽能電池裝置的正、負型透明導電氧化物層14、18互換位置，或省略抗反射層20，抑或省略本質型透明導電氧化物層16時，在夜晚的運作模式仍類似上段所述，可將電能轉換成光能，並進而激發螢光層12中的螢光物質發光，以達到照明的功效。
因此，由上述可知，本發明可將白天儲存的電能，於夜晚時，轉換成光能，以作為照明設備之用，進而節省石化能源之消耗。另外，
本發明在應用上，則可裝設在各個需要玻璃或是透明隔間的位置，並使用在建築物與太陽能電池、發光二極體一體的建築結構上，不僅可以直接取代一般住家窗戶玻璃，大樓玻璃帷幕，汽車玻璃。而且安裝及拆裝簡易，不需改變原有建築結構和車輛設計，亦不會增加其重量負荷，如此將可以提高太陽能源的實用性與便利性。
綜上所述，本發明利用正、負型透明導電氧化物層與螢光層之特性，在白晝時可讓可見光穿透進入室內，達到自然採光之效用，同時兼具能將光能轉換成電能並儲存之，在夜間時則將儲存的電能轉換成光能，以作為室內照明用之光源，進而節省石化能源之消耗。
以上所述者，僅為本發明一較佳實施例而已，並非用來限定本發明實施之範圍，故舉凡依本發明申請專利範圍所述之形狀、構造、特徵及精神所為之均等變化與修飾，均應包括於本發明之申請專利範圍內。
10‧‧‧透明基板
12‧‧‧透明螢光層
14‧‧‧正型透明導電氧化物層
16‧‧‧本質型透明導電氧化物層
18‧‧‧負型透明導電氧化物層
20‧‧‧抗反射層
22‧‧‧儲能裝置
第1圖為本發明之結構剖視圖。
第2圖為本發明於白天運作之示意圖。
第3圖為本發明於黑夜運作之示意圖。
10．．．透明基板
12．．．透明螢光層
14．．．正型透明導電氧化物層
16．．．本質型透明導電氧化物層
18．．．負型透明導電氧化物層
20．．．抗反射層
Claims (10)
- 一種可發光式透明太陽能電池裝置，包含：一透明基板；一透明螢光層，其係設於該透明基板上；一第一型透明導電氧化物層，其係設於該透明螢光層上；與一第二型透明導電氧化物層，其係設於該第一型透明導電氧化物層上，該第一、第二型透明導電氧化物層在吸收光能，並將其轉換成電能後，係儲存該電能於一儲能裝置中，該第一、第二型透明導電氧化物層係從該儲能裝置接收該電能，並將其轉換成非可見光，以進而激發該透明螢光層中之螢光物質發光。
- 如申請專利範圍第1項所述之可發光式透明太陽能電池裝置，更包含一本質型透明導電氧化物層，其係設於該第一、第二型透明導電氧化物層之間。
- 如申請專利範圍第1項所述之可發光式透明太陽能電池裝置，更包含一抗反射層，其係設於該第二型透明導電氧化物層上。
- 如申請專利範圍第3項所述之可發光式透明太陽能電池裝置，其中該抗反射層為透明材質。
- 如申請專利範圍第1項所述之可發光式透明太陽能電池裝置，其中該第一、第二型透明導電氧化物層分別為負型、正型透明導電氧化物層。
- 如申請專利範圍第1項所述之可發光式透明太陽能電池裝置，其中該第一、第二型透明導電氧化物層分別為正型、負型透明導電氧化物層。
- 如申請專利範圍第5項或第6項所述之可發光式透明太陽能電池裝置，其中該正型透明導電氧化物層之材質為氧化亞銅(Cu2 O)、氧化鋅(ZnO)、氧化鋅摻氮(ZnO：N)、氧化鋅-鋁：氮(ZnO-Al：N)、氧化鎳(NiO)、氧化鐵(FeO)、氧化銅鋁(CuAlO2 )、氧化銅鎵(CuGaO2 )、氧化銅鈧、氧化銅鉻、氧化銅銦、氧化銅釔、氧化銀銦或氧化鍶銅(SrCuO2 )。
- 如申請專利範圍第5項或第6項所述之可發光式透明太陽能電池裝置，其中該負型透明導電氧化物層之材質為氧化銦(In2 O3 )、氧化錫(SnO2 )、氧化鋅(ZnO)、氧化鎘(CdO)、氧化銦錫(ITO)、氧化銦鋅(IZO)、氧化鋁鋅(AZO)或氧化鎵鋅(GZO)。
- 如申請專利範圍第1項所述之可發光式透明太陽能電池裝置，其中該透明基板之材質為玻璃、石英、透明塑膠、單晶氧化鋁或可撓性透明材質。
- 如申請專利範圍第1項所述之可發光式透明太陽能電池裝置，其中該透明螢光層之材質為氧化鑭磷摻鈰離子(LaPO4 ：Ce3+ )或氧化鋅矽摻錳離子(Zn2 SiO4 ：Mn2+ )。
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