TWI777786B - 穿透型太陽能電池 - Google Patents

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Abstract

本發明關於一種穿透型太陽能電池，包含一可透光區及一不可透光區。可透光區包含一基板及依序設置於基板上的一第一透明導電層、一光伏電池層、一第二透明導電層、一第一金屬層、一保護層及一第二金屬層。其中，第二透明導電層完整覆蓋光伏電池層的一上表面，且第一金屬層部分覆蓋第二透明導電層的一上表面。

Description

穿透型太陽能電池
本發明係關於一種太陽能電池，詳細而言，係關於一種穿透型太陽能電池。
太陽能電池因為在將光能轉換為電能的過程中不會產生污染與安全問題，故被視為綠色能源，且隨著其技術發展而能依據不同的使用需求進行裝設。
舉例而言，一般常見的太陽能電池為不透光設計，因此對所裝設的區域來說便具有優異的遮光效果。然而，當裝設太陽能電池的區域欲兼顧採光需求時，則可採用穿透型太陽能電池來達成其目的。
如圖1所示，現有的穿透型太陽能電池100具有可透光區110及環繞可透光區110設置的不可透光區120，且於可透光區110中，其所具有的結構為一條一條的線型（如A區域所示），並透過1%-50%的覆蓋面積比例來提供光的穿透率。
詳細而言，如圖2及圖3所示，可透光區110包含一基板111及依序設置於基板111上的一第一透明導電層112、一光伏電池層113、一第一金屬層114、一保護層115及一第二金屬層116。其中，保護層115用以覆蓋第一透明導電層112、光伏電池層113及第一金屬層114，且第二金屬層116則設置於保護層115上並部分覆蓋保護層115。
其中，光伏電池層113可於光電轉換的過程中激發出正電子及負電子，第一金屬層114用於將負電子傳導出來，第一透明導電層112用於將正電子傳導出來，而第二金屬層116則用於輔助正電子或負電子的傳導。
在上述結構中，因第一金屬層114及第二金屬層116為不透光金屬，故第一金屬層114及第二金屬層116為決定光的「穿透率」的因子，且又以覆蓋面積較大的第一金屬層114為主，而光伏電池層113的覆蓋面積則影響「光電轉換效率」。
在光電轉換的過程中，因光伏電池層113主要是透過第一金屬層114將其內部的負電子傳導出來，因此於現有技術中，第一金屬層114需完整地覆蓋於光伏電池層113的上表面，使光伏電池層113被激發出的負電子透過最短直線路徑的方式被傳導至位於上方的第一金屬層114，才能擁有最佳的光電轉換效率。
若第一金屬層114僅部分覆蓋於光伏電池層113的上表面，則光伏電池層113的上表面會有部分裸露而與保護層115接觸。當光伏電池層113被激發時，位於裸露區的負電子將無法以最短直線路徑的方式傳導至第一金屬層114，而須通過光伏電池層113的內部走到被第一金屬層114覆蓋的區域後，再傳輸至第一金屬層114，從而導致光電轉換效率的低落。另一方面，因裸露而與保護層115接觸的光伏電池層113的上表面，也可能導致光伏電池層113對保護層115微漏電或是污染等問題。
如此一來，為了使穿透型太陽能電池100擁有最佳的光電轉換效率，便要求第一金屬層114需完整地覆蓋於光伏電池層113的上表面，使得第一金屬層114會相應於光伏電池層113具有過大的覆蓋面積，而對光的穿透率產生影響。
換言之，現有技術所使用的穿透型太陽能電池100需要在「穿透率」與「光電轉換效率」之間進行取捨：當「穿透率」高時，第一金屬層114及光伏電池層113的覆蓋面積皆較小，故「光電轉換效率」變低；當「光電轉換效率」高時，第一金屬層114及光伏電池層113的覆蓋面積皆較大，則「穿透率」變低。
有鑑於此，如何提供一種穿透型太陽能電池，使其在提升光電轉換效率的同時，仍能具有優異的穿透率，乃為此一業界亟待解決之問題。
本發明實施例提供一種穿透型太陽能電池，其可在增加光伏電池層的覆蓋面積而提升光電轉換效率的同時，仍能有效降低第一金屬層的覆蓋面積而提升光的穿透率，藉此達到兼顧光電轉換效率與穿透率的目的。
為了解決上述技術問題，本發明是這樣實現的：提供一種穿透型太陽能電池，包含一可透光區及一不可透光區。其中，可透光區包含一基板、一第一透明導電層、一光伏電池層、一第二透明導電層、一第一金屬層、一保護層及一第二金屬層。第一透明導電層、光伏電池層、第二透明導電層及第一金屬層依序設置於基板上。保護層設置於基板上並覆蓋第一透明導電層、光伏電池層、第二透明導電層及第一金屬層。第二金屬層設置於保護層上。其中，第二透明導電層完整覆蓋光伏電池層的一上表面，且第一金屬層部分覆蓋第二透明導電層的一上表面。
於本發明的穿透型太陽能電池中，第一透明導電層具有一第一厚度，光伏電池層具有一第二厚度，第二透明導電層具有一第三厚度，且第一厚度介於0.05-5微米（um）之間，第二厚度介於0.05-5微米之間，第三厚度介於0.05-5微米之間。
於本發明的穿透型太陽能電池中，第一金屬層具有一第四厚度，保護層具有一第五厚度，第二金屬層具有一第六厚度，且第四厚度介於0.05-5微米之間，第五厚度介於0.25-25微米之間，第六厚度介於0.05-5微米之間。
於本發明的穿透型太陽能電池中，保護層的邊緣與第一透明導電層的邊緣之間具有一第一距離，且第一距離介於0-20微米之間。
於本發明的穿透型太陽能電池中，第一透明導電層的邊緣與光伏電池層的邊緣之間具有一第二距離，且第二距離介於0-20微米之間。
於本發明的穿透型太陽能電池中，光伏電池層的邊緣與第一金屬層的邊緣之間具有一第三距離，且第三距離介於0-20微米之間。
於本發明的穿透型太陽能電池中，第一金屬層的邊緣與第二金屬層的邊緣之間具有一第四距離，且第四距離介於0-20微米之間。
於本發明的穿透型太陽能電池中，保護層的上表面至第一金屬層的上表面之間具有一第五距離，且第五距離介於0.05-5微米之間。
於本發明的穿透型太陽能電池中，第一透明導電層及第二透明導電層為氧化銦錫（ITO）或氧化鋁鋅（AZO）。
於本發明的穿透型太陽能電池中，第一金屬層及第二金屬層為選自鋁、銀、銅、鉬或其氧化物所構成的材料，且保護層為有機材料。
在本發明實施例中，乃是透過將第二透明導電層夾設於光伏電池層與第一金屬層之間，使具有較大覆蓋面積的光伏電池層內的負電子被激發後，負電子能通過第二透明導電層傳遞至具有較小覆蓋面積的第一金屬層，從而在增加光伏電池層的覆蓋面積而提升光電轉換效率的同時，仍能有效降低第一金屬層的覆蓋面積而提升光的穿透率，藉此達到兼顧光電轉換效率與穿透率的目的。
下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬本發明保護的範圍。
圖4為本發明一種穿透型太陽能電池200的示意圖。本發明的穿透型太陽能電池200包含一可透光區210及一不可透光區220，且不可透光區220環繞可透光區210設置。
圖5為圖4的B區域中穿透型太陽能電池具有的可透光區的上視圖，圖6為圖4的B區域中穿透型太陽能電池具有的可透光區的剖視圖。如圖5及圖6，可透光區210包含一基板211、一第一透明導電層212、一光伏電池層213、一第二透明導電層214、一第一金屬層215、一保護層216及一第二金屬層217。第一透明導電層212、光伏電池層213、第二透明導電層214及第一金屬層215依序設置於基板211上。保護層216設置於基板211上並用以覆蓋第一透明導電層212、光伏電池層213、第二透明導電層214及第一金屬層215。第二金屬層217則設置於保護層216上並部分覆蓋保護層216。其中，第二透明導電層214完整覆蓋光伏電池層213的一上表面，且第一金屬層215部分覆蓋第二透明導電層214的一上表面。
通過使第二透明導電層214完整地覆蓋於光伏電池層213的上表面，當光伏電池層213在進行光電轉換過程時，第二透明導電層214便可做為光伏電池層213與第一金屬層215之間的負電子傳導路徑，使光伏電池層213內部的負電子能夠先以最短直線路徑的方式直接進入到第二透明導電層214內，之後再經由第二透明導電層214被傳導至第一金屬層215。由於此時的負電子傳輸路徑無須通過光伏電池層213的內部，故可避免現有技術中光電轉換效率低落的情況。再者，因第二透明導電層214完整地覆蓋於光伏電池層213的上表面，故可進一步阻擋了光伏電池層213的上表面與保護層216的接觸，避免光伏電池層213對保護層216微漏電或是污染等問題。
如圖6所示，於本發明穿透型太陽能電池200的一較佳實施例中，第一透明導電層212具有一第一厚度T1，光伏電池層213具有一第二厚度T2，且第一厚度T1介於0.05-5微米（um）之間，第二厚度T2介於0.05-5微米之間。第二透明導電層214具有一第三厚度T3，第一金屬層215具有一第四厚度T4，且第三厚度T3介於0.05-5微米之間，第四厚度T4介於0.05-5微米之間。保護層216具有一第五厚度T5，第二金屬層217具有一第六厚度T6，且第五厚度T5介於0.25-25微米之間，第六厚度T6介於0.05-5微米之間。
需說明的是，因保護層216乃是設置於基板211上並覆蓋第一透明導電層212、光伏電池層213、第二透明導電層214及第一金屬層215，故如圖6所示，保護層216的第五厚度T5乃是由保護層216的下表面（即：保護層216與基板211之上表面接觸的表面）起算至保護層216的上表面（即：保護層216與第二金屬層217之下表面接觸的表面）。也就是說，此時保護層216的上表面至第一金屬層215的上表面之間具有一第五距離D5，且第五距離D5介於0.05-5微米之間。
通過上述對第一透明導電層212、光伏電池層213、第二透明導電層214、第一金屬層215、保護層216及第二金屬層217的厚度的限定，可使本發明的穿透型太陽能電池200具有輕薄的整體厚度，使其可依據需求安裝在不同場所中。
請再次參閱圖6，於本發明穿透型太陽能電池200的另一較佳實施例中，保護層216的邊緣與第一透明導電層212的邊緣之間具有一第一距離D1，且第一距離D1介於0-20微米之間；第一透明導電層212的邊緣與光伏電池層213的邊緣之間具有一第二距離D2，且第二距離D2介於0-20微米之間；光伏電池層213的邊緣與第一金屬層215的邊緣之間具有一第三距離D3，且第三距離D3介於0-20微米之間；第一金屬層215的邊緣與第二金屬層217的邊緣之間具有一第四距離D4，且第四距離D4介於0-20微米之間。
需特別說明的是，因第二透明導電層214完整地覆蓋於光伏電池層213的上表面，故第二距離D2亦可視為第一透明導電層212的邊緣與第二透明導電層214的邊緣之間的距離，而第三距離D3亦可視為第二透明導電層214的邊緣與第一金屬層215的邊緣之間的距離。
通過上述對距離的界定，將可顯著的極大化光伏電池層213的覆蓋面積而提升光電轉換效率，且也能夠極小化第一金屬層215的覆蓋面積而提升光的穿透率（如圖5所示，本發明的第一金屬層215的覆蓋面積已明顯小於圖2先前技術中第一金屬層114的覆蓋面積）。其中，夾設於光伏電池層213及第一金屬層215之間的第二透明導電層214除可做為協助傳導負電子的路徑外，因為其本身具有極高的透光率（約在90%-98%之間），故第二透明導電層214的覆蓋面積對穿透型太陽能電池200整體穿透率的影響極為輕微，幾乎能夠予以忽略。
舉例而言，於本發明中，便可透過縮減現有技術中的第一金屬層及第二金屬層的覆蓋面積，而在增設第二透明導電層的情況下不縮減光伏電池層的覆蓋面積，達到維持光電轉換效率且又提升穿透率的效果。
於本發明的穿透型太陽能電池200中，第一透明導電層212及第二透明導電層214較佳為氧化銦錫（ITO）或氧化鋁鋅（AZO）等透明金屬，且第一金屬層215及第二金屬層217為選自鋁、銀、銅、鉬或其氧化物所構成的材料，而保護層216則為有機材料，但並非以此做為限制。換言之，也可依據不同的需求或考量，選用其他多層金屬做為第一金屬層215或第二金屬層217。
綜上所述，在本發明中，乃是透過將第二透明導電層214夾設於光伏電池層213與第一金屬層215之間，使具有較大覆蓋面積的光伏電池層213內的負電子被激發後，負電子能通過完整覆蓋於光伏電池層213的上表面的第二透明導電層214傳遞至上方具有較小覆蓋面積的第一金屬層215，從而在增加光伏電池層213的覆蓋面積而提升光電轉換效率的同時，仍能有效降低第一金屬層215的覆蓋面積而提升光的穿透率，藉此達到兼顧光電轉換效率與穿透率的目的。此外，因第二透明導電層214本身具有極高的透光率，故即便第二透明導電層214因應光伏電池層213具有較大的覆蓋面積（因第二透明導電層214需完整覆蓋於光伏電池層213的上表面），第二透明導電層214也不會對穿透型太陽能電池200的整體穿透率造成影響。
以上所述之實施例僅係為說明本發明之技術思想及特點，其目的在使熟習此項技藝之人士能夠瞭解本發明之內容並據以實施，當不能以之限定本發明之專利範圍，即大凡依本發明所揭示之精神所作之均等變化或修飾，仍應涵蓋在本發明之專利範圍內。
100:穿透型太陽能電池 110:可透光區 111:基板 112:第一透明導電層 113:光伏電池層 114:第一金屬層 115:保護層 116:第二金屬層 120:不可透光區 200:穿透型太陽能電池 210:可透光區 211:基板 212:第一透明導電層 213:光伏電池層 214:第二透明導電層 215:第一金屬層 216:保護層 217:第二金屬層 220:不可透光區 T1:第一厚度 T2:第二厚度 T3:第三厚度 T4:第四厚度 T5:第五厚度 T6:第六厚度 D1:第一距離 D2:第二距離 D3:第三距離 D4:第四距離 D5:第五距離
此處所說明的附圖用來提供對本發明的進一步理解，構成本發明的一部分，本發明的示意性實施方式及其說明用於解釋本發明，並不構成對本發明的不當限定。在附圖中： 圖1為現有技術的穿透型太陽能電池的示意圖。 圖2為圖1的A區域中穿透型太陽能電池具有的可透光區的上視圖。 圖3為圖1的A區域中穿透型太陽能電池具有的可透光區的剖視圖。 圖4為本發明穿透型太陽能電池的示意圖。 圖5為圖4的B區域中穿透型太陽能電池具有的可透光區的上視圖。 圖6為圖4的B區域中穿透型太陽能電池具有的可透光區的剖視圖。
211:基板
212:第一透明導電層
213:光伏電池層
214:第二透明導電層
215:第一金屬層
216:保護層
217:第二金屬層
T1:第一厚度
T2:第二厚度
T3:第三厚度
T4:第四厚度
T5:第五厚度
T6:第六厚度
D1:第一距離
D2:第二距離
D3:第三距離
D4:第四距離
D5:第五距離

Claims (10)

  1. 一種穿透型太陽能電池，包含： 一可透光區；以及 一不可透光區，環繞該可透光區設置； 其中，該可透光區包含： 一基板； 一第一透明導電層、一光伏電池層、一第二透明導電層及一第一金屬層，依序設置於該基板上； 一保護層，設置於該基板上並覆蓋該第一透明導電層、該光伏電池層、該第二透明導電層及該第一金屬層；以及 一第二金屬層，設置於該保護層上； 其中，該第二透明導電層完整覆蓋該光伏電池層的一上表面，且該第一金屬層部分覆蓋該第二透明導電層的一上表面。
  2. 如請求項1所述之穿透型太陽能電池，其中該第一透明導電層具有一第一厚度，該光伏電池層具有一第二厚度，該第二透明導電層具有一第三厚度，且該第一厚度介於0.05-5微米（um）之間，該第二厚度介於0.05-5微米之間，該第三厚度介於0.05-5微米之間。
  3. 如請求項1所述之穿透型太陽能電池，其中，該第一金屬層具有一第四厚度，該保護層具有一第五厚度，該第二金屬層具有一第六厚度，且該第四厚度介於0.05-5微米之間，該第五厚度介於0.25-25微米之間，該第六厚度介於0.05-5微米之間。
  4. 如請求項1所述之穿透型太陽能電池，其中該保護層的邊緣與該第一透明導電層的邊緣之間具有一第一距離，且該第一距離介於0-20微米之間。
  5. 如請求項1所述之穿透型太陽能電池，其中該第一透明導電層的邊緣與該光伏電池層的邊緣之間具有一第二距離，且該第二距離介於0-20微米之間。
  6. 如請求項1所述之穿透型太陽能電池，其中該光伏電池層的邊緣與該第一金屬層的邊緣之間具有一第三距離，且該第三距離介於0-20微米之間。
  7. 如請求項1所述之穿透型太陽能電池，其中該第一金屬層的邊緣與該第二金屬層的邊緣之間具有一第四距離，且該第四距離介於0-20微米之間。
  8. 如請求項1所述之穿透型太陽能電池，其中該保護層的上表面至該第一金屬層的上表面之間具有一第五距離，且該第五距離介於0.05-5微米之間。
  9. 如請求項1所述之穿透型太陽能電池，其中該第一透明導電層及該第二透明導電層為氧化銦錫（ITO）或氧化鋁鋅（AZO）。
  10. 如請求項1所述之穿透型太陽能電池，其中該第一金屬層及該第二金屬層為選自鋁、銀、銅、鉬或其氧化物所構成的材料，且該保護層為有機材料。
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