TWI665809B - 具光子晶體層之太陽能板製造方法及其結構 - Google Patents
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Abstract
本發明提供一種具光子晶體層之太陽能板製造方法及其結構，其中方法包括：提供一太陽能光伏元件；將光子晶體材料奈米化成為一粉末材料；將粉末材料與紫外線硬化膠混合成一混膠材料；將混膠材料進行電離子植入並極化產生一離子極化材料；以及將離子極化材料形成於前電極層上，產生一上光子晶體層。藉由本發明之實施，可以產生低熱效應、高光子繞射、低成本及製程簡化之光子晶體增加光子繞射之太陽能板。
Description
本發明為一種具光子晶體層之太陽能板製造方法及其結構，特別為一種應用於太陽能電池製造之具光子晶體層之太陽能板製造方法及其結構。
如第1圖所示，習知之太陽能光伏元件P100，其包括有：一玻璃保護層101；一抗反射層105；一前電極層110；一n型半導體層113；一p型半導體層115；一背電極層120。
習知之太陽能光伏元件，因長時間的熱效應對於銅銦鎵硒硫[Cu(Inx,Ga1-x)(Sey,S1-y)2, CIGSSe]薄膜太陽能電池元件之界面處的元素產生擴散行為。經過長時間受熱影響的太陽能光伏元件，熱效應的影響，將會是太陽能電池效率退化的重要因素。
此外，在太陽能光伏元件的設計上，除了要降低熱效應外，另一方面，也要考慮如何增加光子繞射，以產生更佳的光電轉換效率，因此如何創造出低熱效應、高光子繞射、且能簡化製程及成本的太陽能光伏元件，顯然是一項具有高難度的課題。
本發明為一種具光子晶體層之太陽能板製造方法及其結構，其主要係要達成降低太陽能光伏電池熱效應又提升光子繞射，以增加發電量的問題。
本發明提供一種具光子晶體層之太陽能板製造方法，其包括：提供一太陽能光伏元件，其包括有一前電極層及一背電極層；奈米化光子晶體材料，其係將光子晶體材料奈米化成為一粉末材料；進行混膠，其係將粉末材料與一紫外線硬化膠進行混合以形成一混膠材料；植入離子及極化，其係將混膠材料進行電離子之植入並於高電場環境下進行極化以產生一離子極化材料；以及形成上光子晶體層，其係將離子極化材料形成於前電極層上，然後進行奈米壓印及紫外光固化以產生一上光子晶體層。
本發明又提供一種光子晶體增加光子繞射之太陽能板結構，其包括：一太陽能光伏元件，其具有一前電極層及一背電極層；以及一上光子晶體層，其係形成於前電極層上。
藉由本發明之實施，至少可以達成下列之進步功效： 一、 可以阻斷熱波長進入光伏元件，又增加可進行光伏轉換光子之繞射。 二、 可以有效降低太陽能輻射熱造成太陽能板發電效能降低的問題。 三、 可藉由在太陽能板內增加光子繞射提升光電轉換效能。以及 四、 可以取代習知抗反射膜及保護玻璃，進而減少製程、材料、及成本。
如第2A圖及第2B圖所示，本實施例為一種具光子晶體層之太陽能板製造方法S100，其包括：提供一太陽能光伏元件S10；奈米化光子晶體材料S20；進行混膠S30；植入離子及極化S40；以及形成上光子晶體層S50。又可進一步包括形成一下光子晶體層S60。
如第3A圖及第3B圖所示，由藉由上述之製造方法，可以製造出一種光子晶體增加光子繞射之太陽能板結構100，其包括：一太陽能光伏元件10；以及一上光子晶體層20。又可進一步包括一下光子晶體層30。
如第2A圖至第4圖所示，提供太陽能光伏元件10，其為一種太陽能電池元件(solar cell element)，太陽能光伏元件10係包括有一前電極層110及一背電極層120，又具體而言，太陽能光伏元件10可以包括有：一前電極層110；一n型半導體層113；一p型半導體層115；以及一背電極層120。
奈米化光子晶體材料S20，其係將光子晶體材料210奈米化成為一粉末材料；又粉末材料進一步可以再混入一電荷控制劑，以便後續之奈米壓印製程，能有效的使粉末材料進行奈米壓印。有關光子晶體材料210的選擇，可以依照用途而定。
為了方便後續說明內容，因此先明確定義熱能光410及光伏轉換光420，熱能光410係太陽輻射所產生帶熱能之光波長，例如紅外線光；光伏轉換光420係指能被上光子晶體層20過濾掉熱能光410後，可用以使太陽能光伏元件10進行光電轉換之光能。或者將熱能光410亦可以定義成非光伏轉換光420波長的其他光源。
當光子晶體材料210設置於前電極層110時，此時上光子晶體層20設計成用以反射太陽輻射之熱能光410又讓光伏轉換光420進入，因此光子晶體材料210的選擇係選擇可以阻斷太陽光的熱能光410，又可通過光伏轉換光420波長之光子晶體材料210，以達到阻熱又提升光電轉換效能之功效。
又當光子晶體材料210設置於背電極層120時，此時下光子晶體層30設計成用以反射光伏轉換光420，以增加光子在太陽能光伏元件10內之繞射，因此光子晶體材料210的選擇，係選擇可以反射光伏轉換光420之光子晶體材料210，以提升光電轉換效率。
進行混膠S30，其係將上述之粉末材料與一紫外線硬化膠進行混合以形成一混膠材料；在混合時，粉末材料與紫外線硬化膠係可以重量1:1的方式進行混合。又為了保持材料的穩定性，粉末材料與紫外線硬化膠係可以在溫度5-9攝氏度之環境下進行混合。
植入離子及極化S40，其係將上述之混膠材料進行電離子之植入並於高電場環境下進行極化以產生一離子極化材料。當電離子植入混膠材料後，由於混膠材料內之紫外光硬化膠為一樹酯，因此可藉由紫外光硬化膠提供一絕佳的環境，使粉末材料能有效的分級結合，又為了有效的進行植入離子，因此植入離子的步驟係可以在負4大氣壓之環境下進行電離子植入。
當混膠材料被植入離子後，此時即可進行極化步驟，藉由極化步驟使所有材料的晶格方向一致，又為了使混膠材料能有效的被極化，因此相關極化的程序，係可以於一高電場環境下進行。
形成上光子晶體層S50，其係將上述之離子極化材料形成於前電極層110上，然後進行奈米壓印及紫外光固化，以產生一上光子晶體層20。因為使用了奈米化光子晶體材料S20，所以光子晶體層係由複數個奈米級光子晶體顆粒所組成。
當使用本實施例之上光子晶體層20後，因為上光子晶體層20已經具有習知抗反射膜的特性，又具習知保護玻璃之功效，因此上光子晶體層20可以達到取代習知抗反射層及玻璃保護層之功效，進而減少製程、材料、及成本。
如上述之太陽能板製造方法，其可進一步包括形成一下光子晶體層S60，其係將離子極化材料形成於背電極層120上，然後進行奈米壓印及紫外光固化，以產生一下光子晶體層30，藉此可以提升光子繞射的效果。
如第5圖所示，上述之太陽能板製造方法，其中植入離子及極化S40步驟之前，進一步可以包括一微膠囊製造方法S35，其可以包括下列步驟：形成碳粉顆S351；二次混膠S353；以及二次凝聚S355。
形成碳粉顆S351，係將混膠材料加熱以形成碳粉顆S351粒；二次混膠S353，係將碳粉顆粒再次加入紫外光硬化膠之樹酯乳液，以進行第二次混膠S353；以及二次凝聚S355，係將碳粉顆經過第二次混膠S353後，經過凝聚即可將混膠材料形成微膠囊結構。
惟上述各實施例係用以說明本創作之特點，其目的在使熟習該技術者能瞭解本創作之內容並據以實施，而非限定本創作之專利範圍，故凡其他未脫離本創作所揭示之精神而完成之等效修飾或修改，仍應包含在以下所述之申請專利範圍中。
S100‧‧‧具光子晶體層之太陽能板製造方法
S10‧‧‧提供一太陽能光伏元件
S20‧‧‧奈米化光子晶體材料
S30‧‧‧進行混膠
S35‧‧‧微膠囊製造方法
S351‧‧‧形成碳粉顆
S353‧‧‧二次混膠
S355‧‧‧二次凝聚
S40‧‧‧植入離子及極化
S50‧‧‧形成上光子晶體層
S60‧‧‧形成一下光子晶體層
P100‧‧‧習知太陽能光伏元件
100‧‧‧具光子晶體層之太陽能板結構
10‧‧‧太陽能光伏元件
101‧‧‧玻璃保護層
105‧‧‧抗反射層
110‧‧‧前電極層
113‧‧‧n型半導體層
115‧‧‧p型半導體層
120‧‧‧背電極層
20‧‧‧上光子晶體層
210‧‧‧光子晶體材料
30‧‧‧下光子晶體層
410‧‧‧熱能光
420‧‧‧光伏轉換光
[第1圖]為習之太陽能光伏元件示意圖； [第2A圖]為本發明之一種具光子晶體層之太陽能板製造方法實施例一； [第2B圖]為本發明之一種具光子晶體層之太陽能板製造方法實施例二； [第3A圖]為本發明之一種具光子晶體層之太陽能板結構實施例圖一； [第3B圖]為本發明之一種具光子晶體層之太陽能板結構實施例圖二； [第4圖]為本發明增加光子繞射之示意實施例圖；以及 [第5圖]為本發明之一種微膠囊製造方法實施例圖；
Claims (8)
- 一種具光子晶體層之太陽能板製造方法，其包括：提供一太陽能光伏元件，其包括有一前電極層及一背電極層；奈米化光子晶體材料，其係將光子晶體材料奈米化成為一粉末材料；進行混膠，其係將該粉末材料與一紫外線硬化膠進行混合以形成一混膠材料；植入離子及極化，其係將該混膠材料進行電離子之植入並於高電場環境下進行極化以產生一離子極化材料；以及形成上光子晶體層，其係將該離子極化材料形成於該前電極層上，然後進行奈米壓印及紫外光固化以產生一上光子晶體層。
- 如申請專利範圍第1項所述之太陽能板製造方法，其進一步包括形成下光子晶體層，其係將該離子極化材料形成於該背電極層上，然後進行奈米壓印及紫外光固化以產生一下光子晶體層。
- 如申請專利範圍第1項所述之太陽能板製造方法，其中該粉末材料進一步包括混入一電荷控制劑。
- 如申請專利範圍第1項或第3項所述之太陽能板製造方法，其中該粉末材料與該紫外線硬化膠係以重量1：1的方式進行混合。
- 如申請專利範圍第1項或第3項所述之太陽能板製造方法，其中該植入離子及極化步驟之前，進一步包括一微膠囊製造方法，其包括下列步驟：形成碳粉顆，係將該混膠材料加熱以形成碳粉顆粒；二次混膠，係將該碳粉顆粒再次加入該紫外光硬化膠，以進行第二次混膠；以及二次凝聚，係將該碳粉顆經過該第二次混膠後，經過凝聚將混膠材料形成微膠囊結構。
- 如申請專利範圍第1項或第3項所述之太陽能板製造方法，其中該粉末材料與該紫外線硬化膠係在溫度5-9攝氏度之環境下進行混合。
- 一種光子晶體增加光子繞射之太陽能板結構，其包括：一太陽能光伏元件，其具有一前電極層及一背電極層；一上光子晶體層，其係形成於該前電極層上；以及一下光子晶體層，其係形成於該背電極層上；其中該光子晶體層含有該些奈米級光子晶體顆粒與紫外線硬化膠混合後又經過加熱之碳粉顆粒。
- 如申請專利範圍第7項所述之太陽能板結構，其中該光子晶體層係由複數個奈米級光子晶體顆粒所組成。
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| US20110203663A1 (en) * | 2010-02-22 | 2011-08-25 | Dennis Prather | Photonic crystal enhanced light trapping solar cell |
| TW201318194A (zh) * | 2011-10-27 | 2013-05-01 | Hon Hai Prec Ind Co Ltd | 太陽能電池的製備方法 |
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