TWI543382B - Solar cell protective film and its solar cells - Google Patents

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Description

太陽能電池之保護膜及其太陽能電池
本發明係關於一種太陽能電池相關之技術，更特別的是關於一種用於太陽能電池之保護膜及使用該保護膜之太陽能電池。
太陽能電池係為一種具有自產性及環保性的乾淨能源之一，其係藉由半導體材料對入射光的敏感性來對應地產生帶負電之電子及帶正電之電洞，接著因電位差或電荷濃度差，使電子移動至負電極且電洞移動至正電極，進而產生電能。
現階段的太陽能電池係以矽為基礎材料，因其能量轉換效率(conversion efficiency)較高，其又可以分為：單晶矽、多晶矽、非晶矽、矽薄膜等。目前的太陽能電池市場以單晶及多晶矽的太陽能電池為主，可是以矽基板為材料的矽基太陽能卻只能吸收波長段在400nm-1000nm左右的太陽光，約占太陽光全部之9%的紫外光和約占太陽光全部之44%的紅外光皆無法被吸收利用。
因此，如何提升轉換效率就是一個很重要的發展目標。
本發明之一目的在於提供一種無須改變現有之太陽能電池的製程下，可增加對紫外光之吸收利用率的保護膜及使用其之太陽能電池。
為達上述目的及其他目的，本發明提出一種太陽能電池之保護膜，係為一保護膠層，用於形成於太能電池之抗反射層上，其特徵在於：該保護膠層係由混和有螢光粉之有機材料所形成，其中，該有機材料係選自聚二偏氟乙烯(PVDF)樹脂、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)樹脂、矽氧樹脂(silicone)、及矽 氧樹脂與聚二偏氟乙烯樹脂之混和此四者之其一，該混和有螢光粉之有機材料中的螢光粉係為下轉換螢光粉，該下轉換螢光粉係選自JQX(PO4)2：X3++或JQX(PO4)2：X2+,X2+，其中，X代表任一種稀土金屬，J代表鋰、鈉或鉀，而Q代表任一種鹼土金屬。
於本發明之一實施例中，該有機材料為矽氧樹脂與聚二偏氟乙烯樹脂之混和中，聚二偏氟乙烯樹脂佔該保護膠層之固成分的30%，矽氧樹脂佔該保護膠層之固成分的70%。
於本發明之一實施例中，該保護膠層為混和有螢光粉之有機材料中，該螢光粉佔該保護膠層之固成分的10%，該有機材料佔該保護膠層之固成分的10%~100%。
於本發明之一實施例中，該保護膠層的折射率係介於1.4~1.8之間。
於本發明之一實施例中，該保護膠層的厚度係為30微米以內。
為達上述目的及其他目的，本發明復提出一種使用如前述之保護膜的太陽能電池，包含半導體基板、位於該半導體基板上之抗反射層、位於該半導體基板下之背面導電鋁層、正面導電電極與背面導電電極，其特徵在於：該保護膜係為一保護膠層且形成於該抗反射層上。
藉此，本發明增加太陽電池對於紫外光區的吸收利用，且更不用改變現在業界的製程即可有效增加光電轉換效率。
100‧‧‧太陽能電池
110‧‧‧半導體基板
120‧‧‧抗反射層
130‧‧‧保護膠層
140‧‧‧背面導電鋁層
150‧‧‧正面導電電極
160‧‧‧背面導電電極
第1圖係為本發明一實施例中之太陽能電池的結構示意圖。
第2圖係為採用本發明之保護膠層前後之光電轉換效率的比較圖。
為充分瞭解本發明之目的、特徵及功效，茲藉由下述具體之實施例，並配合所附之圖式，對本發明做一詳細說明，說明如後：
當太陽能電池長期暴露於外部環境時，保護膜係可用於保護太陽能電池，使其具有抵抗外部環境侵蝕的能力。本發明之保護膜係為一種複合式的多功能膜體，可同時提供抗反射之能力，以降低入射至太陽能電池時的反射率，進而增加進入太陽能電池內部的光量。
請參閱第1圖係為本發明一實施例中之太陽能電池的結構示意圖。太陽能電池100係包含：半導體基板110、抗反射層120、保護膠層130、背面導電鋁層140、正面導電電極150及背面導電電極160。
半導體基板110係用於進行光電轉換，以將入射之光能轉為電能。
該抗反射層120較佳係使用SiNx材料，其中，該抗反射層120及該保護膠層130係組成該太陽能電池100之抗反射組，可具有抗反射及集光作用，其係透過該保護膠層130及該抗反射層120間之折射率的搭配來降低入射至半導體基板110上之光線的反射率，該等折射率之搭配組合以降低光線之反射率係屬習知技術，於此不再贅述其原理，然本發明較佳的係採用折射率介於1.4~1.8間的該保護膠層130(舉例來說：在折射率介於1.4~1.8內之介於1.4-1.6的有機高分子，例如，LED用的矽膠和塗膜在鋼筋鋼板的PVDF以及環氧樹酯等皆可適用)。抗反射層的折射率則是大約控制在2.0~2.2之間，亦即，使用折射率為2.0~2.2之間的材料作為該抗反射層。
該正面導電電極150係穿過該保護膠層130與該抗反射層120，以與該半導體基板110連接。此外，背面導電電極160係形成於該正面導電電極150的 對向位置，且該半導體基板110係插置於該正面導電電極150及該背面導電電極160之間，以使該背面導電電極160與該半導體基板110連接，進而再透過該背面導電鋁層140使該正面導電電極150及該背面導電電極160作為負載，即可利用該太陽能電池100中所產生的電能。
本發明之特徵在於該保護膠層130係由混和有螢光粉之有機材料。有機材料係可選自聚二偏氟乙烯(Polyvinylidene fluoride,PVDF)樹脂、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)樹脂、矽氧樹脂(silicone)及矽氧樹脂與PVDF樹脂之混和此四者之其一。採用有機材料之該保護膠層130係具有250至300度熔點、25度C下密度為1.3g/mL、折射率為1.69、透光率為94%的特性。其中，矽氧樹脂與PVDF樹脂之混和比例較佳係為PVDF樹脂佔該保護膠層130之固成分(通常固成分占整體的80~90%，其餘為溶劑)的30%，矽氧樹脂佔該保護膠層130之固成分的70%，其他佔該保護膠層130之固成分比例如：PVDF樹脂50%、矽氧樹脂50%；PVDF樹脂70%、矽氧樹脂30%亦可適用本發明。
混和有螢光粉之有機材料於本發明中係可採用固成分占整體10%以內的螢光粉(無機體)及10%~100%的有機材料，剩下則為溶劑，以此比例進行混和。混和有螢光粉之有機材料中，該螢光粉係為下轉換螢光粉，該下轉換螢光粉係選自「JQX(PO4)2：X3+」或「JQX(PO4)2：X2+,X2+」，其中，X代表任一種稀土金屬，J代表鋰、鈉或鉀，而Q代表任一種鹼土金屬，例如Mg、Ca、Sr、Ba。
舉例來說，於混和有螢光粉之有機材料中，其製作方法係以約1：10之重量百分比(較佳係採用有機材料：螢光粉=90%：10%的重量百分比)混合下轉換螢光粉與聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)，接著再形成於該抗反射層120上，並經過固化，以與該抗反射層120完成兼具抗反射能力及增加對子外光之吸收率的抗 反射組。其中，形成於該抗反射層120上的製作程序舉例來說係可採用網印的方式(如下所述)來進行。
於單純使用有機材料之保護膠係於有機材料依據上述比例製作後、或是混和有螢光粉之有機材料依上述比例製作後，接著係採用網印的方式來進行。首先，透過溶劑的搭配將膠體黏度控制在適合網印的條件下，一般僅要避開太陽能光感胞元匯流排即能以全面塗佈的方式來製作，後續再經過高溫(約180~250度)烘烤即可完成半導體基板110上覆蓋之保護膠層130，其中，形成於半導體基板110上之保護膠層130的厚度較佳為30微米以內。
接著請參閱第2圖，係為採用本發明之有機材料保護膠層前後之光電轉換效率的比較圖。如圖所示，原始效率為16.708%，使用後之效率提升為16.928%，因此本發明之特殊的有機材料保護膠層130將帶來高達0.2%的轉換效率之提升，且其不須對既有之太陽能電池中之半導體製程的改變，僅需對抗反射層上120之保護膠層130進行特殊材料的混和，即可令部分之紫外光轉換為可被吸收之光線，進而提升光電轉換效率。至於同時採用本發明之有機材料及螢光材料之保護膠層後的光電轉換效率則可有0.34%的光電轉換效率提升。
本發明在上文中已以較佳實施例揭露，然熟習本項技術者應理解的是，該實施例僅用於描繪本發明，而不應解讀為限制本發明之範圍。應注意的是，舉凡與該實施例等效之變化與置換，均應設為涵蓋於本發明之範疇內。因此，本發明之保護範圍當以申請專利範圍所界定者為準。
100‧‧‧太陽能電池
110‧‧‧半導體基板
120‧‧‧抗反射層
130‧‧‧保護膠層
140‧‧‧背面導電鋁層
150‧‧‧正面導電電極
160‧‧‧背面導電電極

Claims (7)

  1. 一種太陽能電池之保護膜，係為一保護膠層，用於形成於太能電池之抗反射層上，其特徵在於：該保護膠層係由混和有螢光粉之有機材料所形成，其中，該有機材料係選自聚二偏氟乙烯(PVDF)樹脂、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)樹脂、矽氧樹脂(silicone)、及矽氧樹脂與聚二偏氟乙烯樹脂之混和此四者之其一，該混和有螢光粉之有機材料中的螢光粉係為下轉換螢光粉，該下轉換螢光粉係選自JQX(PO4)2：X3+或JQX(PO4)2：X2+,X2+，其中，X代表任一種稀土金屬，J代表鋰、鈉或鉀，而Q代表任一種鹼土金屬。
  2. 如請求項第1項所述之保護膜，其中該有機材料為矽氧樹脂與聚二偏氟乙烯樹脂之混和中，聚二偏氟乙烯樹脂佔該保護膠層之固成分的30%，矽氧樹脂佔該保護膠層之固成分的70%。
  3. 如請求項第1項所述之保護膜，其中該保護膠層為混和有螢光粉之有機材料中，該螢光粉佔該保護膠層之固成分的10%，該有機材料佔該保護膠層之固成分的10%~100%。
  4. 如請求項第1至3項中任一項所述之保護膜，其中該保護膠層的折射率係介於1.4~1.8。
  5. 如請求項第1至3項中任一項所述之保護膜，其中該保護膠層的厚度係為30微米以內。
  6. 如請求項第5項所述之保護膜，其中該保護膠層的折射率係介於1.4~1.8。
  7. 一種使用如請求項第1至6項中任一項所述之保護膜的太陽能電池，包含半導體基板、位於該半導體基板上之抗反射層、位於該半導體基板下之背面導電鋁層、正面導電電極與背面導電電極，其特徵在於：該保護膜係為一保護膠層且形成於該抗反射層上。
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