TWI706557B - 堆疊式光伏電池 - Google Patents

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Abstract

一種堆疊式光伏電池，係於第一光伏電池與第二光伏電池之間設置有共振層，利用共振層控制讓光源通過第一光伏電池後，特定波長之光源再通過共振層並產生建設性干涉進入到第二光伏電池，且第二光伏電池所能吸收的光源波長等同於通過共振層之光源波長，讓堆疊式光伏電池可將轉換效率最大化，且可直接使用優化之光伏電池，方便進行設計與開發，且堆疊式光伏電池可兩面受光提升光源使用率。

Description

堆疊式光伏電池
一種堆疊式光伏電池，尤指利用共振層連接兩個光伏電池，且共振層為供特定波長之光源通過並產生建設性干涉，進而提高堆疊式光伏電池之發電效率。
按，單層非晶矽薄膜光伏電池的轉化效率雖然比單晶矽光伏電池低，但是因為矽的用量極少，使得製作成本相較低很多，因此非晶矽薄膜光伏電池之業者無不以提升轉化效率作為研究發展方向，現階段主要是以，堆疊兩個吸收不同光源波長之非晶矽薄膜光伏電池，來提升轉化效率，此種做法受限於主動層材料的搭配才得以優化光伏電池之光電特性，例如：第一活性層為寬能帶材料搭配第二活性層之窄能帶材料，利用具有高低能隙的半導體材料，吸收光源中對應的短波長及長波長的能量，此種做法之堆疊式光伏電池，必須完全重新進行設計，無法使用現有已優化之單層光伏電池直接進行堆疊。是以，要如何能使用現有已優化之單層光伏電池進行堆疊，並可同時提升轉換效率，即為相關業者所亟欲研發之課題所在。
本發明之主要目的乃在於，利用供特定波長之光源通過，並可使通過光源產生建設性干涉之共振層來連接兩個光伏電池，來形成堆疊式光伏電池，讓堆疊式光伏電池可將轉換效率最大化，且可直接使用優化之光伏電池，方便進行設計與開發，且堆疊式光伏電池可兩面受光提升光源使用率。
為達上述目的，本發明之堆疊式光伏電池，係於第一光伏電池與第二光伏電池之間設置有共振層，利用共振層控制讓光源通過第一光伏電池後，特定波長之光源再通過共振層並產生建設性干涉進入到第二光伏電池，且第二光伏電池所能吸收的光源波長等同於通過共振層之光源波長。
前述之堆疊式光伏電池，其中該第一光伏電池係具有第一透明基板以及設置於第一透明基板表面之第一發電薄膜，該第二光伏電池係具有第二透明基板以及設置於第二透明基板表面之第二發電薄膜，共振層係連接於第一發電薄膜與第二發電薄膜之間。
前述之堆疊式光伏電池，其中該共振層係以第一高反射率低折射率膜、高折射率膜以及第二高反射率低折射率膜依序層疊而成，且第一高反射率低折射率膜連接於第一發電薄膜，第二高反射率低折射率膜連接於第二發電薄膜。
前述之堆疊式光伏電池，其中該第一高反射率低折射率膜以及第二高反射率低折射率膜為銀或金等材料所製成。
前述之堆疊式光伏電池，其中該高折射率膜為銦錫氧化物、環氧樹脂或二氧化鈦等材料所製成。
請參閱第一圖所示，由圖中可清楚看出，本發明之堆疊式光伏電池係由第一光伏電池1、第二光伏電池2，以及連接於第一光伏電池1與第二光伏電池2之間之共振層3，其中：
該第一光伏電池1具有第一透明基板11以及設置於第一透明基板11表面之第一發電薄膜12。
該第二光伏電池2具有第二透明基板21以及設置於第二透明基板21表面之第二發電薄膜22。
該共振層3係連接於第一光伏電池1之第一發電薄膜12與第二光伏電池2之第二發電薄膜22之間，且共振層3係供特定波長之光源通過，並可讓通過之光源產生建設性干涉。
藉上，利用共振層3連接第一光伏電池1與第二光伏電池2時，只需將共振層3設計為，通過共振層3之光源波長為第二光伏電池2吸收效率最佳之光源波長即可，當光源通過第一光伏電池1後，只有特定波長之光源產生建設性干涉通過共振層3後進入到第二光伏電池2，即可得到光電轉換效率的最大化。如此，就不需考慮第一光伏電池1與第二光伏電池2兩者活性層材料問題，僅需將共振層3與第二光伏電池2調控搭配即可，即本發明可直接使用已優化之光伏電池(1、2)來製作堆疊式光伏電池。
請參閱第二圖所示，由圖中可清楚看出，本發明之共振層3係以第一高反射率低折射率膜31、高折射率膜32以及第二高反射率低折射率膜33依序層疊而層，且第一高反射率低折射率膜31連接於第一發電薄膜12，第二高反射率低折射率膜33連接於第二發電薄膜22。
前述之第一高反射率低折射率膜31與第二高反射率低折射率膜33為銀或金等材料所製成，金之折射率(Refractive index )為0.242，銀之折射率為0.05，而高折射率膜32可為銦錫氧化物、環氧樹脂或二氧化鈦等材料所製成，銦錫氧化物其折射率為介於1.8~2.0之間，環氧樹脂之折射率約為1.5，二氧化鈦之折射率介於2.4~2.6之間。
藉上，當光源經過第一高反射低折射率膜31穿透至高折射率膜32中，會因折射率變化產生光程差，又因來回光程差導致相位差之改變，及第一高反射低折射率膜31與高折射率膜32、高折射率膜32與第二高反射低折射率膜33的界面反射時的相位差，相位差加總起來後之總相位差為2π的整數倍時，發生同調性的建設性干涉，此時在同調性建設性干涉下的特定波段才得以穿透。利用高折射率膜33及第一高反射低折射率膜31與第二高反射低折射率膜32之材料挑選搭配，並透過計算穿透光之相位差，調整高折射率膜33的厚度，即可控制想要的光源穿透波段並因建設性干涉可使穿透之光源之光強增強，如此即可將兩個優化之第一光伏電池1與第二光伏電池2利用此共振層3連接，透過共振層3的調控即可得到光電轉換效率的最大化，再者，利用調控共振層3之第二高反射率低折射率膜33的反射率，利用反射光增加堆疊式光伏電池之第一光伏電池1的吸光，進而提升堆疊電池的光電轉換效率。又上述作法亦可使第一光伏電池1與第二光伏電池2皆可自第一透明基板11及第二透明基板21受光來提升光源使用率。
1:第一光伏電池 11:第一透明基板 12:第一發電薄膜 2:第二光伏電池 21:第二透明基板 22:第二發電薄膜 3:共振層 31:第一高反射率低折射率膜 32:高折射率膜 33:第二高反射率低折射率膜
第一圖係為本發明第一實施例之示意圖。 第二圖係為本發明第二實施例之示意圖。
1:第一光伏電池
11:第一透明基板
12:第一發電薄膜
2:第二光伏電池
21:第二透明基板
22:第二發電薄膜
3:共振層

Claims (3)

  1. 一種堆疊式光伏電池，係於第一光伏電池與第二光伏電池之間設置有共振層，利用共振層控制讓光源通過第一光伏電池後，特定波長之光源再通過共振層並產生建設性干涉進入到第二光伏電池，且第二光伏電池所能吸收的光源波長等同於通過共振層之光源波長；前述之第一光伏電池係具有第一透明基板以及設置於第一透明基板表面之第一發電薄膜，該第二光伏電池係具有第二透明基板以及設置於第二透明基板表面之第二發電薄膜，共振層係連接於第一發電薄膜與第二發電薄膜之間；前述之共振層係以第一高反射率低折射率膜、高折射率膜以及第二高反射率低折射率膜依序層疊而成，且第一高反射率低折射率膜連接於第一發電薄膜，第二高反射率低折射率膜連接於第二發電薄膜。
  2. 如請求項1所述之堆疊式光伏電池，其中該第一高反射率低折射率膜以及第二高反射率低折射率膜為銀或金等材料所製成。
  3. 如請求項1所述之堆疊式光伏電池，其中該高折射率膜為銦錫氧化物、環氧樹脂或二氧化鈦等材料所製成。
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