TWI631718B - Thin film solar cell with chromo pattern - Google Patents

Abstract

一種具發色圖案的薄膜太陽能電池，包含一太陽能薄膜單元、一前保護層、至少一發色圖案，及一背保護層。太陽能薄膜單元包括一受光面及一背光面。前保護層設置於受光面上，並包括鄰近受光面的內表面、一外表面，及形成於外表面上的微結構單元。發色圖案形成於前保護層的內表面，並包括多個具有至少一種顏色的微色點。背保護層設置於太陽能薄膜單元的背光面上。當一入射光經微結構單元照射至每一個微色點時，會藉由繞射現象所產生的帕松光斑照射至對應該等微色點的太陽能薄膜單元的受光面上。

Description

具發色圖案的薄膜太陽能電池

本發明是有關於一種薄膜太陽能電池，特別是指一種具發色圖案的薄膜太陽能電池。

建築整合太陽能(building integrated photovoltaics，BIPV)主要是將太陽能電池相關材料整合於建築物(如玻璃帷幕)中，以透過太陽光發電來作為建築物的能量來源。然而，當太陽能電池整合於玻璃惟幕時，常因太陽能電池漆黑的外觀而局限建築物的外觀設計。

因此，為了讓建築物在整合太陽能電池後，還能兼具美觀，目前常見的設計方式，是將有顏色的玻璃直接做為太陽能電池的保護玻璃，或於太陽能電池的保護玻璃的內表面形成多層膜來達成光反射效果，使太陽能電池具有色彩的外觀，然而，前述兩種方式僅能讓太陽能電池達成單色效果。

為了讓太陽能電池的色彩與圖案更為多元，也有業者將無機顏料網印在太陽能電池的保護玻璃的內表面上，以讓太陽能電池可顯現出不同色彩的圖案。以網印顏料的方式雖可更易進行圖像化並產生多樣色彩，但卻容易大面積遮蔽入射至太陽能電池的太陽光，產生嚴重的遮陰現象，使遮陰處容易因漏電流造成轉換效率下降，更可能造成熱斑效應而損害太陽能電池。

因此，本發明的目的，即在提供一種具發色圖案的薄膜太陽能電池。

於是，本發明具發色圖案的薄膜太陽能電池包含一太陽能薄膜單元、一前保護層、至少一發色圖案，及一背保護層。

該太陽能薄膜單元包括一受光面及一相反該受光面的背光面。

該前保護層設置於該受光面上，並包括一鄰近該受光面的內表面、一相反該內表面的外表面，及一形成於該外表面上的微結構單元。

該發色圖案形成於該前保護層的該內表面，該發色圖案包括多個具有至少一種顏色的微色點。

於本發明中，當一入射光經該微結構單元照射至該每一個微色點時，會藉由繞射現象所產生的帕松光斑(poisson spot)照射至對應該等微色點下方的該太陽能薄膜單元的該受光面上。

本發明的功效在於，藉由多個微色點構成發色圖案，以讓入射光照射該等微色點時，能藉由繞射現象讓太陽光有效地照射至該太陽能薄膜單元的該受光面，且透過該微結構單元讓入射光在不同角度入射形成不同折射角度的折射光，使不同角度的折射光照射至各微色點，產生不同分佈的帕松光斑，而於該受光面形成光線散佈的效果，不僅能呈現多色系效果，還能減少遮陰現象與熱斑效應。

參閱圖1，本發明具發色圖案的薄膜太陽能電池的一實施例，包含一前保護層2、一背保護層3、多個形成於該前保護層2上的發色圖案4，及一位於該前保護層2與該背保護層3之間的太陽能薄膜單元5。

具體地說，該太陽能薄膜單元5包括一受光面51及一相反該受光面51的背光面52。該前保護層2與該背保護層3分別以封合膠材(encapsulation adhesives)6黏合於該受光面51上與該背光面52上，較佳地，該前保護層2是可以由可透光的玻璃或透光的鋼化玻璃所構成，而該背保護層3則可由玻璃、鋼化玻璃或鋁背板所構成，用以穩固的固定並保護該太陽能薄膜單元5。於本實施例中，該前保護層2是以玻璃，該背保護層3是以鋼化玻璃為例作說明；該封合膠材6是選自例如乙烯／乙酸乙烯酯共聚物(ethylene-vinyl acetate，EVA)的熱固性封合膠材，但不以此為限；該太陽能薄膜單元5即是一般將化合物半導體以薄膜製程方式所形成的薄膜太陽能電池結構，例如CIS、CIGS等薄膜太陽能電池，此薄膜太陽能電池的結構為本領域技術人員所周知，且非本發明之重點，於此不加以贅述。

該前保護層2包括一鄰近該受光面51的內表面21、一相反該內表面21的外表面22，及一形成於該外表面22並具有多個自該外表面22向上凸起的單體231的微結構單元23。該等單體231的形成方式可以是直接對該前保護層2的該外表面22進行壓印而產生，也可以使用其他材料額外的形成於該外表面22上，只要能讓該外表面22產生凹凸結構以減小一入射光λ的反射，並可讓入射經該微結構單元23的入射光λ因二次反射形成虛擬景深即可。

該每一個發色圖案4包括多個形成於該前保護層2的該內表面21且呈幾何形狀並具有至少一種顏色的微色點41，該等微色點41的形成方式則可透過網版印刷或噴墨列印等方式，將不同顏色的不透明油墨直接形成於該前保護層2的內表面21。

此處要特別說明的是，本發明具發色圖案的薄膜太陽能電池主要是適用於整合在一般建築物的牆面或玻璃惟幕上。因此，當灰塵或其它微粒落在該微結構單元23的該等單體231之間時，會因為本發明具發色圖案的薄膜太陽能電池呈近90度的安裝，所以不會有灰塵或其它微粒卡在該微結構單元23上而影響薄膜太陽能電池的光電轉換效率。

此外，由於本發明具發色圖案的薄膜太陽能電池具有微結構單元23且將各發色圖案4設計成由多個微色點41所構成，因此，當整合於建築物上後，太陽光(即，該入射光λ)經該微結構單元23時，會讓太陽光產生二次反射而形成虛擬景深的效果，並在照射各發色圖案4時，使太陽光反射各發色圖案4的顏色，從而讓薄膜太陽能電池整體具有立體的色彩效果，而且該微結構單元23還能讓太陽光在不同角度入射形成不同折射角度的折射光，使不同角度的折射光在經該每一個微色點41還會藉由繞射現象所產生不同分佈的帕松光斑，照射至對應位於該等微色點41下方的該太陽能薄膜單元5的該受光面51上並形成光線散佈的效果，以讓太陽光能更有效的照射至該薄膜太陽能單元5，而可減少因為該等發色圖案4對該太陽能薄膜單元5產生的遮陰現象與熱斑效應。

此處值得一提的是，現有太陽能電池整合於建築物時，還會有反射眩光(reflected glare)的問題造成光害(light pollution)，而本發明該前保護層2的該微結構單元23除了能讓太陽光產生二次反射形成虛擬景深的效果之外，還能進一步降低薄膜太陽能電池受太陽光照射產生的反射眩光，使本發明具發色圖案的薄膜太陽能電池具有低眩光的特性。

詳細地說，於本實施例中，該等單體231呈半圓形的向上凸出該外表面22，較佳地，該等單體231呈規律而彼此對稱的排列，且該每一個單體231的直徑介於0.2mm~10mm之間，更佳地，該每一個單體231的中心至相鄰的該每一個單體231的中心的距離L，不大於該單體231的直徑的5倍。舉例而言，當該單體231的直徑為0.2mm時，任相鄰的兩個單體231之間的距離L不大於1mm。

配合參閱圖2與圖3，此處要特別說明的是，該等單體231的形狀與排列並不以前述為限，也可以是其他幾何形狀且均勻的任意排列或彼此不對稱的排列，例如彼此以並列、錯列，或斜列的方式排列。更具體的舉例來說，圖2顯示該等單體231為半橢圓形的態樣且彼此錯列的排列，當該每一個單體231如圖2呈半橢圓形的態樣時，其半橢圓形的長軸的長度介於0.2mm~10mm，且該每一個單體231的中心至相鄰的該每一個單體231的中心的距離L，不大於此長軸長度的5倍；圖3則顯示該等單體231為多邊形的態樣且彼此錯列的排列(此處以六邊形為例做說明，但不以此為限)，當該每一個單體231如圖3呈多邊形的態樣時，其多邊形的最大外接圓的直徑介於0.2mm~10mm，且該每一個單體231的中心至相鄰的該每一個單體231的中心的距離L，不大於此直徑的5倍。

參閱圖4與圖5，於本實施例中，該每一個發色圖案4中的該等微色點41為如圖4所呈現的圓形態樣且彼此並列的排列，該每一個微色點41的直徑介於0.02mm~0.25mm。該等微色點41除了圓形態樣之外，也可以如圖5顯示呈橢圓形態樣，當其為橢圓形態樣時，該每一個橢圓形的微色點41的長軸的長度介於0.02mm~0.25mm。

配合參閱圖6~圖8，要特別說明的是，該等微色點41的排列方式並不以前述為限，也可以是例如彼此以斜列、錯列或均勻散佈的方式排列。舉例來說，圖6~圖8顯示該等微色點41以不同方式排列的態樣，圖6顯示該等微色點41以斜列方式排列；圖7顯示該等微色點41以錯列方式排列；圖8則顯示該等微色點41均勻的散佈。

於本發明中，該等發色圖案4與該等微色點41的排列組合及其間距可依所需顏色明度(value)等視實際需求做改變，也就是說，當要讓薄膜太陽能電池呈現較高的色彩明度時，該等發色圖案4與該等微色點41之間的距離越短，形成於該前保護層2的該內表面21的該等微色點41的密度也就越高。

一般而言，現有要讓應用於建築的太陽能電池具有更鮮豔的顏色時，其塗佈顏料就越多，進而遮蔽了更多的太陽光，但本發明將各發色圖案4設計成由多個微色點41所構成，有效利用帕松光斑的繞射原理，即使該等微色點41遮蔽率達50%時，其太陽能薄膜單元5的發電效率仍能維持一定，且發電效率下降的程度僅與遮蔽率成正比，而不會發生嚴重效率衰退或熱斑問題。

綜上所述，本發明具發色圖案的薄膜太陽能電池適用於整合於建築物的牆面或玻璃惟幕，當太陽光(入射光λ)入射經微結構單元23能使入射光λ經二次反射形成虛擬景深效果，並降低反射眩光，且入射光λ照射該等微色點41時，能藉由帕松光斑的繞射現象讓太陽光有效地照射至該太陽能薄膜單元5的該受光面51，不僅能呈現立體的色彩效果，還能減少因為該等發色圖案4對該太陽能薄膜單元5產生的遮陰現象與熱斑效應，故確實能達成本發明的目的。

惟以上所述者，僅為本發明的實施例而已，當不能以此限定本發明實施的範圍，凡是依本發明申請專利範圍及專利說明書內容所作的簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋的範圍內。

2‧‧‧前保護層
3‧‧‧背保護層
21‧‧‧內表面
5‧‧‧太陽能薄膜單元
22‧‧‧外表面
51‧‧‧受光面
23‧‧‧微結構單元
52‧‧‧背光面
231‧‧‧單體
6‧‧‧封合膠材
4‧‧‧發色圖案
λ‧‧‧入射光
41‧‧‧微色點
L‧‧‧距離

本發明的其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現，其中： 圖1是一局部剖面圖示意圖，說明本發明具發色圖案的薄膜太陽能電池一實施例； 圖2是一局部剖面圖示意圖，說明該實施例之微結構單元的一態樣； 圖3是一不完整的部分放大俯視圖，說明該實施例之微結構單元的另一態樣； 圖4是一不完整的部分放大仰視圖，說明該實施例之每一個微色點呈圓形； 圖5是一不完整的部分放大仰視圖，說明該實施例之每一個微色點呈橢圓形； 圖6是一不完整的部分放大仰視圖，說明該實施例之該等微色點的一排列態樣； 圖7是一不完整的部分放大仰視圖，說明該實施例之該等微色點的另一排列態樣；及 圖8是一不完整的部分放大仰視圖，說明該實施例之該等微色點的又一排列態樣。

Claims (8)

1. 一種具發色圖案的薄膜太陽能電池，包含： 一太陽能薄膜單元，包括一受光面及一相反該受光面的背光面； 一前保護層，設置於該受光面上，並包括一鄰近該受光面的內表面、一相反該內表面的外表面，及一形成於該外表面上的微結構單元； 至少一發色圖案，形成於該前保護層的該內表面，該發色圖案包括多個具有至少一種顏色的微色點；及 一背保護層，設置於該太陽能薄膜單元的該背光面上； 其中，當一入射光經該微結構單元照射至該每一個微色點時，會藉由繞射現象所產生的帕松光斑照射至對應該等微色點的該太陽能薄膜單元的該受光面上。
2. 如請求項1所述的具發色圖案的薄膜太陽能電池，包含多個彼此間隔排列的發色圖案。
3. 如請求項1所述的具發色圖案的薄膜太陽能電池，其中，該每一個微色點為圓形且其直徑介於0.02mm~0.25mm。
4. 如請求項1所述的具發色圖案的薄膜太陽能電池，其中，該每一個微色點為橢圓形且其長軸的長度介於0.02mm~0.25mm。
5. 如請求項1所述的具發色圖案的薄膜太陽能電池，其中，該微結構單元具有多個自該外表面向上凸起的單體。
6. 如請求項5所述的具發色圖案的薄膜太陽能電池，其中，該每一個單體為半圓形且其直徑介於0.2mm~10mm，該每一個單體的中心至相鄰的該每一個單體的中心的距離不大於其直徑的5倍。
7. 如請求項5所述的具發色圖案的薄膜太陽能電池，其中，該每一個單體為半橢圓形且其長軸的長度介於0.2mm~10mm，該每一個單體的中心至相鄰的該每一個單體的中心的距離不大於其長軸的5倍。
8. 如請求項5所述的具發色圖案的薄膜太陽能電池，其中，該每一個單體為多邊形，且多邊形之外接圓的直徑介於0.2mm~10mm，該每一個單體的中心至相鄰的該每一個單體的中心的距離不大於其外接圓的直徑的5倍。