TWI652831B - 彩色太陽能電池及含有該電池之太陽能面板 - Google Patents
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Abstract
本發明提供一種可同時保有高轉換效率並產生視覺上令人滿意之色彩之高效率彩色太陽能電池，其包含：光電轉換基材；至少一層抗反射層，其形成於該光電轉換基材上；二或多層透明無機介電質層，其形成於該抗反射層上，其中該等透明無機介電質層中至少一層係包含鈦的氧化物。本發明亦提供一種包含上述彩色太陽能電池之面板。
Description
本發明係關於一種可同時保有高轉換效率並產生視覺上令人滿意之色彩之彩色太陽能電池、包含該電池之面板，及其製造方法。
隨著石化能源日趨殆盡及其伴隨的環境問題，尋找有效替代能源已為當務之急。其中，利用將太陽光能轉換為電能之太陽能電池為目前具潛力之替代能源方案之一。太陽能電池為利用光電效應將光能轉換為電能之裝置，該等裝置亦常稱為光伏打電池。結晶矽太陽能電池為現今廣泛使用之太陽能電池之一，其設計係於其入光面上形成p/n接面，並於該接面上再形成一層抗反射層，以降低光子之反射量。為了降低反射率並提高整體轉換效率，結晶矽太陽能電池或太陽能面板之外觀通常受限於單調之藍色。然而，在各國政府推廣在建築物之屋頂或外牆安裝太陽能電池或面板之際，為同時兼顧美觀及電池轉換效率，須開發具有不同顏色之太陽能電池或面板作為建築設計或環境顏色之搭配。
日本特許公開號JP 2003197937 A已揭示可透過於太陽能電池表面之抗反射層上設置另一抗反射層，並調變其厚度與折射率，使太陽能電池產生不同的反射光譜進而展現多樣化色彩。然而，太陽能電池所顯現之色彩，極易受到抗反射層之折射率與厚度組合之影響，且其
材料選擇與厚度組合眾多，不僅實施複雜，測試耗時，且其所選擇之材料組合會對太陽能電池轉換效率造成直接性的影響。先前技術往往為達到不同於藍色之外觀，而犧牲性地降低太陽能電池原有之轉換效率，因此往往無法順利進行商業化量產。再者，當將彩色太陽能電池封裝成面板進行實際應用時，面板顯現之顏色亦會再次受到封裝於其上之保護層的影響，多難以得到如所預期或視覺上令人滿意之色彩。
鑒於上述先前技術之問題，本發明之目的，係提供一種可同時保有高轉換效率及視覺上令人滿意之色彩，且方便生產之彩色太陽能電池及包含該電池之面板，以使太陽能電池能普及地被使用。
為達前述之目的，本發明提供一種彩色太陽能電池，其包含：光電轉換基材；至少一層抗反射層，其形成於該光電轉換基材上；二或多層透明無機介電質層，其形成於該抗反射層上，並包含至少一層由鈦的氧化物所構成的透明無機介電質層。
本發明之另一態樣係提供一種太陽能電池面板，其包含根據本發明之彩色太陽能電池所組成的電池模組；位於所述電池模組上的保護層；及位於所述保護層上的透明玻璃板。
S‧‧‧光電轉換基材
AR‧‧‧抗反射層
11‧‧‧第一透明介電質層
12‧‧‧第二透明介電質層
13‧‧‧第三透明介電質層
14‧‧‧第四透明介電質層
141‧‧‧第四透明介電質層
142‧‧‧第四透明介電質層
圖1為根據本發明之彩色太陽能電池之剖面圖。
圖2為根據本發明之彩色太陽能電池之剖面圖。
圖3為根據本發明之彩色太陽能電池之剖面圖。
圖4(a)為根據本發明之紅色太陽能電池於各波長下之反射率。
圖4(b)為根據本發明之紅色太陽能電池於各波長下之反射率。
圖5為根據本發明之綠色太陽能電池於各波長下之反射率。
圖6為根據本發明之紫色太陽能電池於各波長下之反射率。
圖7為根據本發明之紅色太陽能電池於各波長下之反射率。
本文中所使用術語「約」意指包含如由一般熟習此項技術者所測定之特定值的可接受誤差，其部分地視如何量測或測定該值而定。
目前廣泛使用之結晶矽太陽能電池結構主要包含：(1)光電轉換基材；及(2)形成於該光電轉換基材上之抗反射層，其中，該光電轉換基材係包含經n型與p型電荷載體摻雜之半導體材料，該半導體材料可為多晶矽材料或單晶矽材料，該半導體材料經n型與p型電荷載體摻雜後彼此接觸形成具有p/n接面之光電轉換基材；該抗反射層可為矽之氮化物(SiNx)所構成之薄膜。
本發明之彩色太陽能電池係包含：光電轉換基材；形成於該光電轉換基材上之至少一層的抗反射層；及形成於該抗反射層上之二或多層透明無機介電質層，其中該等透明無機介電質層中至少一層係由鈦的氧化物所構成。
根據本發明之一具體實施例，本發明提供一種彩色太陽能電池，其包含：光電轉換基材；至少一層抗反射層，其形成於該光電轉換基材上；及二層透明無機介電質層，其形成於該抗反射層上，其中該二層透明無機介電質層中之一層為包含鈦的氧化物的第一透明無機介電質層及另一層為第二透明無機介電質層。
如所附圖1所示根據本發明之彩色太陽能電池之剖面圖，其即包含：光電轉換基材(S)；抗反射層(AR)，其形成於該光電轉換基材上；包含由鈦的氧化物所構成的第一透明無機介電質層(11)及第二透明無機介電質層(12)。
根據本發明之另一具體實施例，本發明之彩色太陽能電池包含：光電轉換基材；至少一層抗反射層，其形成於該光電轉換基材上；及至少三層透明無機介電質層，其形成於該抗反射層上，並包含至少一層由鈦的氧化物所構成的第一透明無機介電質層、至少一層第
三透明無機介電質層及至少一層第四透明無機介電質層，且該第一透明無機介電質層係介於該第三透明無機介電質層及該第四透明無機介電質層之間。
如所附圖2所示根據本發明之彩色太陽能電池之剖面圖，其即包含：光電轉換基材(S)；抗反射層(AR)，其形成於該光電轉換基材上；及三層透明無機介電質層，其係形成於該抗反射層上，該等透明無機介電層包含由鈦的氧化物所構成的第一透明無機介電質層(11)、第三透明無機介電質層(13)及第四透明無機介電質層(14)，且該第一透明無機介電質層(11)係介於該第三透明無機介電質層(13)與該第四透明無機介電質層(14)之間。
根據本發明又另一具體實施例，如圖3所示，本發明之彩色太陽能電池包含：光電轉換基材(S)；抗反射層(AR)，其形成於該光電轉換基材上；及形成於該抗反射層上之多層透明無機介電質層，該多層透明無機介電層包括二層由鈦的氧化物所構成的第一透明無機介電質層(11)、一層第三透明無機介電質層(13)，其係介於該二層第一透明無機介電質層(11)之間，及兩層包含不同透明介電質之第四透明無機介電質層(141及142)，其中該二層第一透明無機介電質層係分別介於該第三透明無機介電質層與該個別第四透明無機介電質層之間。
適用於本發明之光電轉換基材，係技藝中所知可用於太陽能電池的任何適合的基材，其可包括經n型及p型摻雜之多晶矽基材或單晶矽基材之半導體材料。
適用於本發明作為抗反射層之材料，亦係技藝中所知可用於太陽能電池的任何適合的材料，包括由SiNx所形成的單層SiNx薄膜，或包含兩層氮與矽元素比例不同之SiNx薄膜。該或該等薄膜總合共具有約60nm至約100nm之厚度。
本發明之第一透明無機介電質層係由鈦的氧化物所構成者，其
具有介於約2.2至約2.6間之折射率，及介於約50nm至約100nm之間之厚度。
本發明之第二透明無機介電層是由具介於約1.3至約2.0間、或約1.5至約2.0間之折射率之透明無機介電質所組成，其厚度係介於約1nm至約200nm之間，較佳係介於約100nm至150nm之間。該第二透明無機介電質係選自由經鋁摻雜之鋅的氧化物、氧化銦錫、鋅的氧化物及矽的氮化物所組成之群。
本發明之第三及第四透明無機介電層是由具折射率約1.5至2.0之透明無機介電質所組成，其厚度係介於約1nm至200nm之間，其中較佳係介於約30nm至100nm之間，更佳為該第三透明無機介電層具有約50nm至100nm之厚度，該第四透明無機介電層具有約30nm至80nm之厚度。本發明之第三及第四透明無機介電質係選自由經鋁摻雜之鋅的氧化物、氧化銦錫、鋅的氧化物、矽的氧化物及矽的氮化物所組成之群。
上述第二、第三及第四透明無機介電質層可相同或為不同之無機介電質。
根據本發明，用於形成抗反射層與透明無機介電層可為任何技藝中所已知之方法，其包括磁控直流濺鍍法(DC Magnetron Sputtering)、磁控射頻濺鍍法(RF Magnetron Sputtering)、蒸鍍法(evaporation)、濺鍍法(sputtering)、化學氣相沉積法(CVD)、塗佈法(coating)或其他熟習該項技藝者認為適切可行之方法。
根據本發明之一具體態樣，本發明可提供一種紅色太陽能電池，其可見光波段反射光譜顯示，其於波長600nm至800nm區間之平均反射率高於波長400nm至600nm區間之平均反射率達35%以上。此外，本發明之紅色太陽能電池經封裝後之可見光波段反射光譜仍可展現，波長600nm至800nm區間之平均反射率高於波長400nm至600nm區
間之平均反射率達25%以上。
本發明另提供包含上述太陽能電池之面板，其係經由於本發明之彩色太陽能電池上依序放置保護層與透明層封裝後所形成。適用於本發明之保護層可為技藝中已知之封裝材料，例如可為乙基醋酸乙基酯(ethylene vinyl acetate，EVA)、聚乙烯縮丁醛(polyvinyl butyral，PVB)或其他熟習該項技藝者認為適切可行之類似物，其可保護太陽能電池免於暴露於水或溼氣中。適用於本發明太陽能電池面板之透明層亦可為技藝中已知之材料，例如可為玻璃。
以下實施例將針對本發明提供進一步之說明，為非用以限制本發明之保護範圍。
在多晶矽光電轉換基材上形成包含SiN1.1之抗反射層，並於其上依序以磁控直流濺鍍法形成未經摻雜之鋅的氧化物、鈦的氧化物及氧化銦錫(ITO)後，即形成紅色太陽能電池，各層之厚度與折射率列於下表1。以低入射角之入射光測試該太陽能電池及其經EVA與玻璃層封裝後之面板在各波長之反射率，所得之結果如圖4(a)及圖4(b)。
入射光經過形成設置於抗反射層上之多層透明無機介電質層時，於各膜層介面產生的反射光，經各層折射與厚度組合產生之光程差互相干涉下，使本發明之太陽能電池結構可呈現出紅色。
在多晶矽光電轉換基材上形成包含SiN1.1之抗反射層，並於其上依序以電漿輔助化學氣相沉積法形成SiN1.3、再以磁控直流濺鍍法形成鈦的氧化物及經鋁摻雜之鋅的氧化物後，即形成綠色太陽能電池，各層之厚度與折射率列於下表2。以低入射角之入射光測試該太陽能電池及其經EVA與玻璃層封裝後之面板在各波長之反射率，所得之結果如圖5。
入射光經過形成設置於抗反射層上之多層透明無機介電質層時，於各膜層介面產生的反射光，經各層折射與厚度組合產生之光程差互相干涉下，使本發明之太陽能電池結構可呈現出綠色。
在多晶矽光電轉換基材上形成包含SiN1.1之抗反射層，並於其上依序以磁控直流濺鍍法形成鈦的氧化物及經鋁摻雜之鋅的氧化物後，
即形成紫色太陽能電池，各層之厚度與折射率列於下表3。以低入射角之入射光測試該太陽能電池及其經EVA與玻璃層封裝後之面板在各波長之反射率，所得之結果如圖6。
入射光經過形成設置於抗反射層上之多層透明無機介電質層時，於各膜層介面產生的反射光，經各層折射與厚度組合產生之光程差互相干涉下，使本發明之太陽能電池結構可呈現出紫色。
在多晶矽光電轉換基材上形成包含SiN1.1之抗反射層，並於其上依序以磁控直流濺鍍法形成氧化銦錫、鈦的氧化物、經鋁摻雜之鋅的氧化物、鈦的氧化物、及鋅的氧化物後，即形成紅色太陽能電池，各層之厚度與折射率列於下表4。以低入射角之入射光測試該太陽能電池及其經EVA與玻璃層封裝後之面板在各波長之反射率，所得之結果如圖7。
入射光經過形成設置於抗反射層上之多層透明無機介電質層時，於各膜層介面產生的反射光，經各層折射與厚度組合產生之光程差互相干涉下，使本發明之太陽能電池結構可呈現出紅色。
Claims (8)
- 一種彩色太陽能電池，其包含：光電轉換基材；至少一層抗反射層，其形成於該光電轉換基材上；二或多層透明無機介電質層，其形成於該抗反射層上，其中該二或多層透明無機介電質層包含(i)至少一層由鈦的氧化物所構成的第一透明無機介電質層，及(ii)第二透明無機介電質層，其係選自由經鋁摻雜之鋅的氧化物、氧化銦錫、鋅的氧化物及矽的氮化物所組成之群，且具有介於1.3至2.0之範圍的折射率。
- 如請求項1之彩色太陽能電池，其中該光電轉換基材包含半導體材料。
- 如請求項1之彩色太陽能電池，其中該至少一層抗反射層包含矽的氮化物。
- 如請求項1之彩色太陽能電池，其中該二或多層透明無機介電質層包含至少一層第三透明無機介電質層及至少一層第四透明無機介電質層。
- 如請求項4之彩色太陽能電池，其中該二或多層透明無機介電質層包含一層第一透明無機介電質層、一層第三透明無機介電質層及一層第四透明無機介電質層，且該第一透明無機介電質層係介於該第三透明無機介電質層及該第四透明無機介電質層之間。
- 如請求項4之彩色太陽能電池，其中該二或多層透明無機介電質層包含二層第一透明無機介電質層、一層第三透明無機介電質 層及二層第四透明無機介電質層，且該第三透明無機介電質層係介於該等第一透明無機介電質層間，且該等第一透明無機介電質層係介於該第三透明無機介電質層及該二層第四透明無機介電質層之間，其中該二層第四透明無機介電質層之材料或厚度可為相同或不同。
- 如請求項4至6中任一項之彩色太陽能電池，其中該第三透明無機介電質層與該第四透明無機介電質層折射率係介於1.3至2.0之範圍。
- 一種太陽能電池面板，其包含：如請求項1至7中任一項之彩色太陽能電池；位於所述彩色太陽能電池上的保護層；及位於所述保護層上的透明玻璃板。
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