TWM409534U - Temperature-oriented of enhanced intelligent thin film solar cell for infrared light transmittance - Google Patents

Description

M409534 五、新型說明： 【新型所屬之技術領域】 本創作疋有關於一種太陽能電池，且特別是有關於一種依據目前 的溫度來罐紅外光波段的太陽光的透光度的賊太陽能電池，並依 據設计需求調整紅外光通過薄膜太陽能電池的比例。 【先前技術】 隨著環保意識抬頭，節能減碳的概念逐漸受眾人所重視，再生能 源的開發與利用成為世界各國積極投入發展的重點。再生能源當中， 由於太陽級處可得’且不像其他騎(如：^化能源、核能)—般會對 地球產生污染’因此太與可將域光轉換成魏的太陽能電池是 目前看好的明星產業。 太陽能電池若可具有大面積的照光面積，便可產生相對大量且可 ，使用的電能。因此有許？麟希驗「綠能建築」的概念融入太陽 成電池中’即在建築物曝曬太陽最多之處鋪設太陽能電池，藉以利用 太陽能電池所產生的電能來彌補建築物内所耗費的電能。 目剛，太陽能電池的關鍵問題在於其光電轉換效率的提升，而能 夠提升太陽能電池的光電轉換效率即意味著產品競爭力的提升。另 外，由於太陽能電池易於取得所需原料，因此太陽能電池的應用範圍 亦受到眾人的注目。 【新型内容】 e 本創作提供一種增強型之紅外光隨溫度自動切換之智能型薄膜太 陽能電池’其可轉魏溫絲調整紅外光的透光度/反射率，且利用 超薄導電層來調整所需的透光度/反射率。 b本創作提出一種增強型之紅外光隨溫度自動切換之智能型薄膜太 陽月b·電池’包括透光基板、上電極層、光伏層下電極層、溫度導向 光學層與超料電層。上電極層配置於透光基板上。光伏層配置於上 M409534 電極層上。下電極層g己置於絲層上。溫度導向光學層則配置於光伏 層與下電極層之間，其_紅外光的透光度隨溫度而變。當溫度導向 =學層的溫度提升至特定範騎，溫度導向光學層贩外光的透光度 降低超薄導電層配置於下電極層上，並反射通過此溫度導向光學 層的紅外光。 在本創作的-實施例中，上述超薄導電層的厚敍於等於2nm且小 於等於20nm。

在本創作的-實施例中’上述超薄導電層的材質包化過渡金屬，其中 上述過渡金屬可以是鎳、銀或鋁。 八 ^本創作的-實施例巾，上述溫度導向光學層的材質包括二氮化飢或 者乳讀與飢元素的化合物。此外，溫度導向光學層也可摻 、 銀或銅等元素。 在本創作的—實施例中，#溫度提升輯氏3g度社時，溫度導向 $層對紅外光的透光率會降低。在本創作的—實施例中，當溫度小 ;氏30度8守’溫度導向光學層對紅外光透光度會提升。 、= 本創作的—實蝴巾，上述溫度導向光學層對紅外光透光度會隨著 >jnL度的提升而降低。 在本創作的-實施例中，上述光伏層包括N型半導體層* p型半導 祖層，並依序配置於上電極層與下電極層之間。 /、 基於上述，當太陽光自透光基板侧進人細太陽能電池時，光伏 電極層之_溫度導向光學層會依據目前的溫度而調整紅外光 通過薄膜太陽能電池的透光度。此外，本實施例透過使 使二-釣步地調整紅外光通過薄膜太陽能電池的比例， 所需的紅外光透光度，藉以控制建築物的採光 …酿至的，廉度等，並可降低空調設備的使用率。 調riLi，6!實施例除了可應用於建築物的窗戶或屋頂上藉以 •至内的恤度之外，亦可以應用於f要較 或花舟產業，帅持溫室的室内溫度，有助於農作物與 5 M409534 言之，本創作實施例的智能型薄膜太陽能電池在產業利用上具有極 巨大的貢獻。 八 ”” 下文特舉實施例， 為讓本創作的上述特徵和優點能更明顯易懂， 並配合所附圖式作詳細說明如下。 【實施方式】 現將詳細參考補作_範性實_，在關中卿所述示範性 貫施例的制。糾，凡可能之處，補歧實施方式巾使用相同標 號的元件/構件/符號代表相同或類似部分。 圖1為依照本創作-實施例說明增強型之紅外光隨溫度自動切換 之智能型_太陽能電池1G的剖面示;tg。請參照圖彳，薄膜 電池10包括透光基板卿、上電極層11〇、光伏層12〇、溫度導向光 學層130 '下電極層14〇以及超薄導電層15〇。 透光基板100例如是採用玻璃基板，其中入射光線L可由此透光 基板100的-側進入薄膜太陽能電池1〇，如圖]所示。上電極層彻 配置於透光基板1〇〇上，其_本實施例所指的上電極層携為^近入 ，光線L方向的電極層’且上電極層11Q的材料可以是採用透光導電 氧化物。在本實施例中，透光導電氧化物可以是銦錫氧化物(刚⑴伽 oxide，丨TO)、氧化鋁辞(A| d〇ped Zn〇，AZ〇)、銦鋅氧化物__加 oxide ’ IZO)、氧化鋅(Zri〇)或其他透光導電材料。 請繼續參考圖1，光伏層120配置於上電極層11〇上。於本實施 例中鳴膜太陽能電池10的光伏層12〇若為單接面(sj_細⑶⑽ 的形態時，光伏層120可包括N型半導體層123與p型半導體層125, ”中N里半導體層123與p型半導體層125可依序配置於上電極層 110 =下電極層14〇之間。詳細而言，N型半導體層123的材料可採 用^晶梦或微_，而N型半導體層123中所_的材料例如是選自 VA族元素的群組，可為氮(N)、碟(P)、珅(AS)、錄(Sb) s ’、1讀。另外，P型半導體層125的材料例如為非晶石夕或微晶 M409534 矽’而P型半導體層125中所摻雜的材料例如是選自元素週期表中丨丨丨A 族元素的群組，可為硼(B)、鋁(Al)、鎵(Ga)、銦(丨n)或鉈(τ丨)等元素。 上述僅為舉例說明，本創作不限於此。在其他可能的實施例中， 4膜太陽能電池1〇的光伏層120也可採用雙接面(double junction)或 二接面(triple junction)的光伏結構。換言之，本實施例的薄膜太陽能電 池10也可以是非晶矽薄膜太陽能電池、微晶矽薄膜太陽能電池、堆疊 式(tandem)薄膜太陽能電池或三層式(trip|e)矽薄膜太陽能電池。值得 ' 一提的是，在圖1中的光伏層120亦可包括有高溫非晶矽本質層 (intrinsic layer),其中高溫非晶矽本質層(未繪示)可配置於N型半導體 • 層123與P型半導體層125之間，以增強此薄膜太陽能電池1〇的光 電轉換效率，如圖1所示。 請繼續參考圖1，下電極層14〇配置於光伏層12〇上。在本實施 例中，下電極層140的材料可採透光導電氧化物(例如銦錫氧化物、氧 化鋁辞、銦鋅氧化物或其他透光導電材料)。另外，溫度導向光學層13〇 配置於光伏層120與下電極層14〇之間，且紅外光通過此溫度導向光 學層的透光度可隨目前環境的溫度τ而改變。也就是說，當溫度導向 光學層130的溫度τ提升至特定範圍時，溫度導向光學層13〇^紅外 '光的透光度便會自動降低。另外，超薄導電層150配置於下電極層14〇 • 上，用以反射通過溫度導向光學層160的部分紅外光。 詳細而言，本創作所指的『智能型』薄膜太陽能電池1〇，係因通 過此薄膜太陽能電池1〇的紅外光的透光度可隨著目前環 動變更。舉例來說，當溫度過糾，通過薄膜太陽能電池ς紅外光 透光度便會降低，藉以可阻擔紅外光通過薄膜太陽能電池1〇的比例。 如此一來’若溫室的建材採用本實施例的薄膜太陽能電池10時，便可 在外部環境為南溫時而避免溫室内的溫度過高。 反之，當外部環境的溫度較低時，通過薄膜太陽能電池10的紅外 光的比例將會提升，如此可讓較多的人射光線L的紅外光得以穿透， 如此一來，若溫室的建材採用本實施例的薄膜太陽能電池時，便可 7 M409534 溫室内部的環境溫度較容易提升。 為了更詳述本創作實施例的精神，以下將詳細說明溫度導向光學 層130隨溫度的透光度變化，如圖2所示，其中圖2為依照本創作一 實施例說明溫度導向光學層130的紅外光透光度示意圖，且橫軸為入 射光線L的光波長’縱軸則為入射光線的透光度，最高為1〇〇〇/0(亦 即光線幾乎可全數通過），最低為0%(以及光線幾乎被完全阻檔）。此 外’溫度導向光學層13〇的材質於本實施例中為二氮化釩。 在本實施例中’曲線L1為溫度導向光學層130的溫度T小於等 於攝氏20度(T$20°C)時’溫度導向光學層130對於入射光線(_的透 光度’而曲線L2則為溫度τ大於等於攝氏30度(丁230。〇時，溫度 ，向光學層130對於入射光線L的透光度。由圖2中可知，當溫度丁 提升至攝氏30度或者溫度T大於攝氏3〇度時(亦即上述溫度導向光學 層130的特疋範圍，請見曲線L2)，溫度導向光學層便會降低紅 外光的透光度，如圖2繪示的紅外光|R波段的透光度。換言之，入射 光線L中大部分紅外光便可被阻擋或是被反射。 在本貫施例中，溫度導向光學層13〇對於紅外光的透光度若約略 :10/。’ #狐度於攝氏3〇度以上時入射光線L中約略·的紅外 過此m度導向光學層13() ’其餘的紅外光則可被反射回透光基 板100、适 另外， 、或藉由光伏層120再次》而轉換為電能。 外，甚疮 T ffiSL At ~ i

100%，亦即溫度於攝氏20度以下時 光均可通過此溫度導向光學層13〇,

為20度時對於紅外光的透光度約略為 下時，入射光線L中幾乎所有的紅外 13〇，若溫室的建材採用本實施例的薄 M409534 光的透光度達成室内溫度的控制，並且降低室内空調的依賴程度，節 省空調所消耗的電能。 上述入射光線L的透光度仰賴於溫度導向光學層的材質，因 此上述透光度均為實驗數據’當溫度導向光學層13〇的材質有些許變 更時’圖2的透光度轉亦有不同，因此本創作不細此為限。於其 他實施例巾，溫度導向光學層㈣的材料亦可以是氧元素她元素的 化合物。 * 值得一提的是’本實施例可透過超薄導電層以更進-步地調整紅 *外光通過薄膜太陽能電池的比例，使本實施例可依據設計者所需的红 春外光的透光度來控制建築物的採光與溫室的溫度等，在此詳細說明超 薄導電層150與溫度導向光學層13〇對於紅外光透級/反射率的相互 關係。於本實施例中，超薄導電層15〇的厚度約略大於等於編且小 於等於20nm(於本實施例中的厚度為5nm)，且其材質包括過渡金屬， 而此處的過渡金屬可以為鎳、銀雜制時賊反射紅外光與加強導 電性的金屬。 由上述可知’本創作實施例可依據設計者需求將超薄導電層15〇 .的厚度與其紅外光透光度作適度調整，以進一步地調整紅外光通過薄 膜太陽能電池的比例。此外，超薄導電層15〇亦可提升下電極層14〇 #的導電性。舉例而言’若設計者希冀當溫度丁高於攝氏3〇度時，薄膜 太陽能電池1G可將人射猶L内95%的紅外紐射換句話說，入 射光線L經過舰太電池彳㈣紅外絲光度僅需5%。但由於溫 度導向光學層13Q於攝氏3〇度的紅外光透光度約略為職，因此便 可將超薄導電層150的紅外光反射率設計為5%，使得入射光線匕穿 透薄膜太陽能電池1〇的紅外光透光度變為5%(1〇% 5%)。因此當 溫度T低於攝氏20度’並且薄膜太陽能電池1〇増加超薄導電層15〇 之後’入射光線L經過薄膜太陽能電池iQ的紅外光透光度由原先圖2 所不的約略1〇〇〇/0變為約略95%⑽％減去超薄導電層15〇提供的5% 紅外線反射率）。於本實施例中，薄膜太陽能電池1()可進—步包括有 9 M409534 透光基板160，其配置於超薄導電層ι5〇上，用以接合與保護薄膜太 陽能電池10。於其他實細巾，透光基板16G亦可配置於下電極層 140與超薄導電層15〇之間，本創作不應以此為限。 綜上所述，當太陽光自透光基板側進入薄膜太陽能電池時，光伏 層與下電極層之_溫度導向光學層會依據目前的溫度_整紅外光 波段的太陽光通過薄膜太陽能電池的透光度。此外，本實施例透過使 用超薄導電相更進—步地調整紅外光通過細太陽能電池的比例， 使其更能夠依據設計者所需敝外光的透光度，藉以控制建築物的採 光與溫室的溫度等，並可降低空調設備的使用率。 外，本創作的實施例除了可應用於建築物的窗戶或屋頂上藉以 調即室内的溫度之外，亦可以應用於需要較多綠光或藍綠混光的農業 f花卉產業’轉持溫㈣室内溫度，有祕農作物與花卉培養。換 5之’本_的實施繼智㈣薄膜太陽能電池在產業洲上具有極 為巨大的貢獻。 雖然本創作已以實關揭露如上，然其麟用以限林創作任 何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本創作的精神和範圍 内’當可作些較動躺飾，故本創作倾細當碰狀巾請 範圍所界定者為準。 【圖式簡單說明】 圖1 =依，本創作—實施例增強型之紅外光隨溫度自動切換之智 月b型溥臈太陽能電池的剖面示意圖。 圖賴本翁—實施舰明溫度導向林層的紅外級光度示音 圖0 〜 【主要元件符號說明】 1〇 :薄膜太陽能電池 100、160 ·•透光基板 11〇:上電極層 M409534 120 光伏層 123 N型半導體層 125 P型半導體層 130 溫度導向光學層 140 下電極層 150 超薄導電層

L :入射光線 L1 :溫度低於攝氏20度時的曲線 L2 :溫度高於攝氏30度時的曲線 IR :紅外光的光線頻率 T:溫度導向光學層的溫度 11

Claims (1)

1. M409534 六、申請專利範圍： 1· 一種增強型之紅外光隨溫度自動切換之智能型薄膜太陽能電池，包 括： 透光基板； 上電極層，配置於該透光基板上； 光伏層，配置於該上電極層上； 下電極層，配置於該光伏層上； 溫度導向光學層，配置於該光伏層與該下電極層之間，該溫度導向 光學層對紅外光的透光度隨溫度而變，其中當該溫度導向光學層 的該溫度提升至特定範圍時，該溫度導向光學層對該紅外光的透 光度會降低；以及 超薄導電層，配置於該下電極層上並反射通過該溫度導向光學層的 該紅外光。 2·如申請專利範圍第1項所述的增強型之紅外光隨溫度自動切換之 智能型薄膜太陽能電池，其中該超薄導電層的厚度大於等於2nm 且小於等於20nm。 3.如申請專利範圍第2項所述的增強型之紅外光隨溫度自動切換之 智能型薄膜太陽能電池，其中該超薄導電層的材質包括過渡金屬。 4·如申請專利範圍第3項所述的增強型之紅外光隨溫度自動切換之 智能型薄膜太陽能電池，其中該過渡金屬包括鎳、銀或鋁。 5. 如申請專利範圍第1項所述的增強型之紅外光隨溫度自動切換之 智能型薄膜太陽能電池，其中該溫度導向光學層的材質包括二氮化 銳或者氧元素與釩元素的化合物。 6. 如申凊專利範圍第1項所述的增強型之紅外光隨溫度自動切換之 智能型_太陽能電池，其中該溫度導向光學層摻雜有鈦、銀或鋼。 7. 如申請專利範圍第1項所述的增強型之紅外舰溫度自動切換之 智能型薄膜太陽能電池，其中當該溫度提升至攝氏加度以上時， 12 M409534 該温度導向光學層對該紅外光的透光率會降低。 8.如申請f利範圍第7項所述的增強型之紅外光隨 導向光學層對雜料，該溫度 9·如申請^範，第1項所述的增強型之紅外光隨溫度自動切換之 智能㈣膜太陽能電池，其巾該溫度導向光學層對該紅外光的透 度隨該溫度的提升而降低。 10.如申請專利範圍第1項所述的增龍之紅外光隨溫度自動切換之 智能裂薄膜太陽能電池’其中該光伏層包括Ν型半導體層與ρ型 半導體層，依序配置於該上電極層與該下電極層之間。0/、 13