TWI504005B - 太陽能電池模組及其製造方法 - Google Patents

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Description

太陽能電池模組及其製造方法
本發明為有關於一種太陽能電池模組及其製造方法，特別是指一種嵌入染料電池層，用以提高光電轉換效率之太陽能電池模組及其製造方法。
近年來，隨著節能科技的蓬勃發展與環保意識的抬頭，太陽能電池已成為最受矚目的產業之一。
一般而言，傳統的太陽能電池模組是透過單晶矽(Monocrystalline Silicon)、多晶矽(Polycrystalline Silicon)或非晶矽(Amorphous Silicon)等技術將光能轉換為電能，其透過在半導體中摻雜不同雜質形成P型與N型半導體用以進行光電轉換。不過，由於其光電轉換效率與太陽光的照射面積及入射角度有相當大程度的關係，傳統的太陽能電池模組無法再次利用反射的太陽光，故造成光電轉換效率不佳的問題。
有鑑於此，便有廠商提出多重反射共振腔結構，其方式是將各太陽能電池層面對面平行設置或傾斜有一小角度，用以組成能夠使太陽光在太陽能電池模組中進行多重反射的共振腔結構。如此一來，即可進一步利用反射的太陽光來提高光電轉換效率。不過，由於太陽光的反射可能無法經過太陽能電池模組中緊湊的所有太陽能電池層而被充分耗盡，導致造成能量的浪費，故上述方式仍無法有效解決光電轉換效率不佳的問題。
綜上所述，可知先前技術中長期以來一直存在光電轉換效率不佳之問題，因此實有必要提出改進的技術手段，來解決此一問題。
有鑒於先前技術存在的問題，本發明遂揭露一種太陽能電池模組及其製造方法。
本發明所揭露之太陽能電池模組，包含：第一基板、第一太陽能電池層、第二基板、第二太陽能電池層及染料敏化電池層。其中，第一太陽能電池層用以設置在第一基板的上表面；第二基板用以平行設置在第一基板的上方；第二太陽能電池層用以設置在第二基板的下表面，使第一太陽能電池層與第二太陽能電池層形成多重反射共振腔結構；染料敏化太陽能電池用以填充至所述多重反射共振腔結構中；其中，多重反射共振腔結構以入射的太陽光進行光電轉換。
至於本發明所揭露之太陽能電池模組之製造方法，其步驟包括：提供第一基板，並且在此第一基板上設置第一太陽能電池層；提供第二基板，此第二基板平行設置在第一基板的上方，並且在第二基板的下表面設置第二太陽能電池層，使第一太陽能電池層與第二太陽能電池層形成多重反射共振腔結構；將染料敏化太陽能電池層填充至所述多重反射共振腔結構中；其中，多重反射共振腔結構以入射的太陽光進行光電轉換。
本發明所揭露之元件及其製造方法如上，與先前技術之間的差異在於本發明是透過兩層相互平行的太陽能電池層形成多重反射共振腔結構，並且將染料敏化太陽能電池層填充在所述多重反射共振腔結構中，以提高太陽光的利用率進而增加光電轉換效率。
透過上述的技術手段，本發明可以達到提升光電轉換效率之技術功效。
以下將配合圖式及實施例來詳細說明本發明之實施方式，藉此對 本發明如何應用技術手段來解決技術問題並達成技術功效的實現過程能充分理解並據以實施。
首先，先針對本發明太陽能電池模組作說明，請參閱「第1圖」，「第1圖」為本發明太陽能電池模組之剖面示意圖，所述太陽能電池模組10包含：第一基板11、第一太陽能電池層12、第二基板13、第二太陽能電池層14及染料敏化太陽能電池層15。其中，第一基板11及第二基板13是作為太陽能電池的基材，在實際實施上可使用可撓式基板，所述可撓式基板的材質可選自聚酯薄膜、塑膠或超薄玻璃。特別要說明的是，本發明的第一基板11及第二基板13並未侷限於上述列舉的各種材質，任何能夠作為基板的材質皆不脫離本發明的應用範疇。
第一太陽能電池層12用以設置在第一基板11的上表面，舉例來說，利用物理氣相蒸鍍(Physical Vapor Deposition,PVD)、真空蒸鍍、旋轉塗佈......等方式，在第一基板11上形成包含半透明電極、主動層及高反射率電極的第一太陽能電池層12，以此例而言，第一太陽能電池層12為有機太陽能電池，然而本發明並未以此作限定，任何能夠設置在第一基板11並進行光電轉換的方式皆不脫離本發明的應用範疇。在實際實施上，頂端的半透明電極可為厚度“12.5nm”的“銀(Ag)”材質、主動層可為“poly(3-hexylthiophene)(P3HT)”及“[6,6]-phenyl-C61 butyric acid methyl ester(PCBM)”所組成，底部的高反射率電極可為厚度“100nm”的“銀(Ag)”材質。特別要說明的是，當頂端的半透明電極鍍上一層作為緩衝層的“Molybdenum trioxide(MoO3 )”時，此半透明電極視為陽極，同樣地，倘若是底部的高反射率電極鍍上一層作為緩衝層的“Molybdenum trioxide(MoO3 ) ”時，則高反射率電極視為陽極，換句話說，陽極的決定取決於“MoO3 ”鍍在哪一層。
第二基板13用以平行設置在第一基板11的上方，由於第二基板13與第一基板11相同且已於前述做說明，故在此不再多作贅述。在實際實施上，可先在第二基板13表面形成第二太陽能電池層14後，再將具有此第二太陽能電池層14的一面與第一基板11的第一太陽能電池層12相對。
第二太陽能電池層14用以設置在第二基板13的下表面，使第一太陽能電池層12與第二太陽能電池層14形成多重反射共振腔結構。所述多重反射共振腔結構是指能夠重複反射太陽光的共振腔結構，由於多重反射共振腔結構為習知技術，故在此不再多作贅述。同樣地，第二太陽能電池層14包含但不限於有機太陽能電池。
染料敏化太陽能電池層15用以填充至所述多重反射共振腔結構中。在實際實施上，所述染料敏化太陽能電池層15是將第一太陽能電池層12及第二太陽能電池層14的封裝層，如：透光導電玻璃基板、可撓式的有機聚合物膜片(polymer foil)，用以作為染料敏化太陽能電池(Dye Sensitized Solar Cell,DSSC)的基板，並且填充二氧化鈦(TiO2)半導體顆粒、幫助導電的電解質，以及對太陽光有敏化作用的染料(dye)，如：釕(Ru)金屬錯合物，用以形成染料敏化太陽能電池層15。
特別要說明的是，在實際實施上，本發明太陽能電池模組10更可包含一組反射板，此組反射板分別設置在第一基板11及第二基板13的同一側，用以將太陽光引導至多重反射共振腔結構中，稍後將配合圖式對反射板的設置作詳細說明。另外，所述第一太陽能電池層 12、第二太陽能電池層14及染料敏化太陽能電池層15中的陽極與陰極分別電性連接至一組導線，並且透過此組導線電性連接至二次電池的陽極與陰極，以便對二次電池進行充電。同樣地，稍後會再配合圖式對太陽能電池模組10與二次電池的電性連接方式作詳細說明。
如「第2圖」所示意，「第2圖」為本發明太陽能電池模組之製造方法之流程圖，其包括：提供第一基板，並且在第一基板上設置第一太陽能電池層(步驟210)；提供第二基板，此第二基板平行設置在第一基板的上方，並且在第二基板的下表面設置第二太陽能電池層，使第一太陽能電池層與第二太陽能電池層形成多重反射共振腔結構(步驟220)；將染料敏化太陽能電池層填充至第一太陽能電池層及第二太陽能電池層之間(步驟230)。藉由上述步驟即可透過兩層相互平行的太陽能電池層形成多重反射共振腔結構，並且將染料敏化太陽能電池層填充在兩層太陽能電池層之間，以提升光電轉換效率。
在實際實施上，在步驟230之後，可在第一基板及第二基板的同一側設置一組反射板，用以將太陽光引導至所述多重反射共振腔結構中(步驟240)；以及將第一太陽能電池層、第二太陽能電池層及染料敏化太陽能電池層的陽極與陰極分別電性連接一組導線，並且透過這組導線電性連接至二次電池的陽極與陰極(步驟250)。
請參閱「第3圖」、「第3圖」為本發明具有反射板的太陽能電池模組的第一實施例之剖面示意圖。前面提到，反射板16可分別設置在第一基板11及第二基板13的同一側，在實際實施上，所述反射板16可如「第3圖」所示意，透過角度的調整將太陽光有效引導至多重反射共振腔結構中，形成如「第3圖」所示意的太陽光路徑30。換句話說，透過此組反射板16可以讓太陽光路徑30經過所有太陽能電池， 即：第一太陽能電池層12、染料敏化太陽能電池層15及第二太陽能電池層14。
請參閱「第4圖」、「第4圖」為本發明具有反射板的太陽能電池模組的第二實施例之剖面示意圖。在實際實施上，第一太陽能電池層12及第二太陽能電池層14亦可如「第4圖」所示意形成多重反射共振腔結構，並且在此多重反射共振腔結構中填充染料敏化太陽能電池層15。當太陽光路徑31經由反射板16反射後，可經過所有太陽能電池，倘若因太陽光路徑31變化而無法經過所有太陽能電池，也可以由染料敏化太陽能電池層15進行光電轉換。如此一來，即可充分利用多重反射共振腔結構中的空間，並且能夠有效提高光電轉換效率。
最後，如「第5圖」所示意，「第5圖」為應用本發明電性連接二次電池之示意圖。前面提到，第一太陽能電池層12、第二太陽能電池層14及染料敏化太陽能電池層15的陽極與陰極(圖中未示)分別電性連接一組導線17，此組導線17另一端則電性連接二次電池18。在實際實施上，可將所述“MoO3 ”設置在第二太陽能電池層14的電極上以形成陽極，此電極介於第二太陽能電池層14與第二基板13之間；以及可將“MoO3 ”設置在第一太陽能電池層12的電極上以形成陽極，此電極則是介於染料敏化太陽能電池層15與第一太陽能電池層12之間。以「第5圖」為例，第一太陽能電池層12的陽極與陰極透過此組導線17的其中兩條導線對應連接至二次電池18的陽極與陰極；第二太陽能電池層14的陽極與陰極也透過此組導線17的其中兩條導線對應連接至二次電池18的陽極與陰極；染料敏化太陽能電池層15的陽極與陰極同樣透過此組導線17的其中兩條導線電性連接至二次電池18的陽極與陰極。如此一來，即可充分利用多重反射共振腔結 構的空間，藉由染料敏化太陽能電池層15來提高光電轉換效率。特別要說明的是，雖然本發明以上述舉例說明陽極與陰極的電性連接方式，然而本發明並未以此為限，任何將太陽能電池的陽極與陰極電性連接至二次電池18的陽極與陰極的電性連接方式皆不脫離本發明的應用範疇。
綜上所述，可知本發明與先前技術之間的差異在於透過兩層相互平行的太陽能電池層形成多重反射共振腔結構，並且將染料敏化太陽能電池層填充在多重反射共振腔結構之中，藉由此一技術手段可以解決先前技術中所存在的問題，達成提升光電轉換效率之技術功效。
雖然本發明以前述之實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習相像技藝者，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，因此本發明之專利保護範圍須視本說明書所附之申請專利範圍所界定者為準。
10‧‧‧太陽能電池模組
11‧‧‧第一基板
12‧‧‧第一太陽能電池層
13‧‧‧第二基板
14‧‧‧第二太陽能電池層
15‧‧‧染料敏化太陽能電池層
16‧‧‧反射板
17‧‧‧導線
18‧‧‧二次電池
30、31‧‧‧太陽光路徑
步驟210‧‧‧提供一第一基板，並且在該第一基板上設置一第一太陽能電池層
步驟220‧‧‧提供一第二基板，該第二基板平行設置在該第一基板的上方，並且在該第二基板的下表面設置一第二太陽能電池層，使該第一太陽能電池層與該第二太陽能電池層形成一多重反射共振腔結構
步驟230‧‧‧將一染料敏化太陽能電池層填充至該多重反射共振腔結構中
步驟240‧‧‧在該第一基板及該第二基板的同一側設置一組反射板，用以將太陽光引導至該多重反射共振腔結構中
步驟250‧‧‧將該第一太陽能電池層、該第二太陽能電池層及該染料敏化太陽能電池層的陽極與陰極分別電性連接一組導線，並且將該組導線的陽極與陰極電性連接至二次電池的陽極與陰極
第1圖為本發明太陽能電池模組之剖面示意圖。
第2圖為本發明太陽能電池模組之製造方法之流程圖。
第3圖為本發明具有反射板的太陽能電池模組的第一實施例之剖面示意圖。
第4圖為本發明具有反射板的太陽能電池模組的第二實施例之剖面示意圖。
第5圖為應用本發明電性連接二次電池之示意圖。
10‧‧‧太陽能電池模組
11‧‧‧第一基板
12‧‧‧第一太陽能電池層
13‧‧‧第二基板
14‧‧‧第二太陽能電池層
15‧‧‧染料敏化太陽能電池層

Claims (10)

  1. 一種太陽能電池模組，包含：一第一基板；一第一太陽能電池層，用以設置在該第一基板的上表面；一第二基板，用以平行設置在該第一基板的上方；一第二太陽能電池層，用以設置在該第二基板的下表面，使該第一太陽能電池層與該第二太陽能電池層形成一多重反射共振腔結構；及一染料敏化太陽能電池層，用以填充至該多重反射共振腔結構中；其中，該多重反射共振腔結構以入射的太陽光進行光電轉換。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之太陽能電池模組，其中該太陽能電池模組更包含一組反射板，該組反射板分別設置在該第一基板及該第二基板的同一側，用以將太陽光引導至該多重反射共振腔結構中。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之太陽能電池模組，其中該第一太陽能電池層及該第二太陽能電池層為包含半透明電極、主動層及高反射率電極的有機太陽能電池。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之太陽能電池模組，其中該第一基板及該第二基板為可撓式基板，所述可撓式基板的材質係選自聚酯薄膜、塑膠或超薄玻璃。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之太陽能電池模組，其中該第一太陽能電池層、該第二太陽能電池層及該染料敏化太陽能電池層 的陽極與陰極分別電性連接一組導線，並且將該組導線的陽極與陰極電性連接至二次電池的陽極與陰極。
  6. 一種太陽能電池模組之製造方法，其步驟包括：提供一第一基板，並且在該第一基板上設置一第一太陽能電池層；提供一第二基板，該第二基板平行設置在該第一基板的上方，並且在該第二基板的下表面設置一第二太陽能電池層，使該第一太陽能電池層與該第二太陽能電池層形成一多重反射共振腔結構；及將一染料敏化太陽能電池層填充至該多重反射共振腔結構中；其中，該多重反射共振腔結構以入射的太陽光進行光電轉換。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之太陽能電池模組之製造方法，其中該方法更包含在該第一基板及該第二基板的同一側設置一組反射板，用以將太陽光引導至該多重反射共振腔結構中的步驟。
  8. 如申請專利範圍第6項所述之太陽能電池模組之製造方法，其中該第一太陽能電池層及該第二太陽能電池層為包含半透明電極、主動層及高反射率電極的有機太陽能電池。
  9. 如申請專利範圍第6項所述之太陽能電池模組之製造方法，其中該第一基板及該第二基板為可撓式基板，所述可撓式基板的材質係選自聚酯薄膜、塑膠或超薄玻璃。
  10. 如申請專利範圍第6項所述之太陽能電池模組之製造方法，其中該方法更包含將該第一太陽能電池層、該第二太陽能電池層 及該染料敏化太陽能電池層的陽極與陰極分別電性連接一組導線，並且將該組導線的陽極與陰極電性連接至二次電池的陽極與陰極的步驟。
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US20090159123A1 (en) * 2007-12-21 2009-06-25 Qualcomm Mems Technologies, Inc. Multijunction photovoltaic cells
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