TWM565882U - Photovoltaic cell structure - Google Patents

Abstract

本創作揭露一種光伏電池結構，係為一種配置有絕緣層結構之光伏電池；本創作包括有一基板、一緩衝層、一下導電層、一絕緣層、一光伏層，以及一上導電層；藉此，本創作之光伏電池結構係藉由在下導電層之蝕刻區域中設置絕緣層並鄰接光伏層之硬體設計，於上導電層與下導電層對應夾和之光伏層的電子電洞傳遞以達到光電轉換之效用下，有效藉由絕緣層阻絕上導電層與光伏層之側邊，以及光伏層與下導電層之間的短路現象，確實達到提升光電轉換效率與電子傳遞效果等主要優勢者。

Description

光伏電池結構

本創作是有關於一種光伏電池結構，特別是有關於一種配置有絕緣層結構之光伏電池。

按，太陽能電池的研究已是再生能源發展中最受眾人期待的一個部分，雖然現行已商業化的產品中多數以矽為主要材料，然而，使用高分子材料所開發之有機太陽能電池因製程簡單、造價便宜、材質輕盈，以及可撓曲等特性而受到業界與學術界的矚目。目前製備有機太陽能電池的方法中，多是透過塗佈(coating)等方式製備太陽能電池薄膜，其優點在於能夠使得薄膜具有較佳之平整性與均勻性，是一種具有潛力以製備大面積有機太陽能電池的技術，並可在較低成本下生產具有可塑性、重量輕，以期耐衝擊等優點的太陽能電池。

太陽能電池的光電轉換裝置有許多種態樣，其中之一就是光伏電池的光電轉換裝置，例如有機光伏電池或鈣鈦礦太陽能電池等，如第1圖所示，為傳統光伏電池結構之結構組成側視圖，其中傳統光伏電池結構主要是利用電子傳遞層、主動層、電洞傳遞層，以及電極導線等的結合以達成光電轉換與電子傳遞的效果，其中主動層係為OPV中的吸光層，稱為BHJ layer (bulk-heterojunction layer)，而在Perovskite solar cell中就稱為Perovskite layer；傳統光伏電池結構為提升光電轉換效率與發光效率，在相鄰每個發電單元間會藉一堆疊於電洞傳遞層上的導電層與相鄰發電單元之電子傳遞層下端部的導電層電性連接串聯，以提升電壓的效果；然而，在傳統光伏電池結構上，雖然光伏層之各層側邊可以小於1微米(um)，不過對於該區域之主動層與電子傳遞層側邊與上導電層有鄰接短路的風險；此外，下導電層在蝕刻後往往在周邊會有突起的現象，而使得在結構上容易穿透極薄之光伏層而與上導電層產生漏電、短路的現象；因此，如何有效藉由創新的硬體設計，有效達到提升光電轉換效率與電子傳遞效果，仍是光伏電池結構之製作與販賣等相關產業之開發業者與相關研究人員需持續努力克服與解決之課題。

緣是，創作人有鑑於此，並藉由其豐富之專業知識及多年之實務經驗所輔佐，而加以改良創作一種光伏電池結構，其目的在於提供一種配置有絕緣層結構之光伏電池，主要係藉由在下導電層之蝕刻區域中設置絕緣層並鄰接光伏層之硬體設計，於上導電層與下導電層對應夾和之光伏層的電子電洞傳遞以達到光電轉換之效用下，有效藉由絕緣層阻絕上導電層與光伏層之側邊，以及光伏層與下導電層之間的短路現象，確實達到提升光電轉換效率與電子傳遞效果等主要優勢者。

根據本創作之目的，提出一種光伏電池結構，係至少包括有一基板、一緩衝層、一下導電層、一絕緣層、一光伏層，以及一上導電層；緩衝層係形成於基板之一側部；下導電層係相對於基板而形成於緩衝層之另一側部；絕緣層係相對於緩衝層而形成於下導電層之另一側部；光伏層係相對於緩衝層而形成於下導電層之另一側部，且光伏層係與絕緣層接觸，光伏層係包括有一電子傳遞層、一電洞傳遞層，以及一由電子傳遞層與電洞傳遞層對應夾合之主動層；上導電層係相對於下導電層而形成於光伏層之另一端部，其中上導電層係與緩衝層接觸並包覆絕緣層。

在本創作的一個實施例中，基板之厚度係介於10微米~2000微米之間。

在本創作的一個實施例中，基板係由透光塑料或透光玻璃等其中之一種材質所製備而成。

在本創作的一個實施例中，透光塑料係為PET、PE、PN、PI、PA、PU或壓克力塑料等其中之一種材質。

在本創作的一個實施例中，緩衝層係由二氧化矽所製備而成。

在本創作的一個實施例中，下導電層係為金屬或金屬氧化物等其中之一種材質或兩者之組合。

在本創作的一個實施例中，下導電層係以濺鍍、蒸鍍等其中之一種方式所形成後經乾式或濕式蝕刻而成。

在本創作的一個實施例中，兩兩下導電層之間係可進一步形成有一第一蝕刻槽。

在本創作的一個實施例中，第一蝕刻槽係由複數個第一縱向蝕刻槽與複數個第一橫向蝕刻槽交錯組合而成。

在本創作的一個實施例中，下導電層之寬度係介於10微米~100微米之間。

在本創作的一個實施例中，下導電層之透光率係介於70%~95%之間。

在本創作的一個實施例中，下導電層之厚度係介於100奈米~10微米之間。

在本創作的一個實施例中，下導電層係藉由一引線電性連接一外部電源。

在本創作的一個實施例中，引線係由一印刷方式所製備而成。

在本創作的一個實施例中，絕緣層係由印刷或塗覆等其中之一種方式所製備而成。

在本創作的一個實施例中，絕緣層係可進一步形成於第一縱向蝕刻槽之一側部。

在本創作的一個實施例中，絕緣層係由UV膠、環氧樹脂或藍膠等其中之一種材質塗覆於第一縱向蝕刻槽之一側部。

在本創作的一個實施例中，光伏層係由塗佈、噴塗、印刷、濺鍍或蒸鍍等其中之一種方式所製備而成。

在本創作的一個實施例中，兩兩光伏層之間係可進一步形成有一第二蝕刻槽。

在本創作的一個實施例中，第二蝕刻槽係由複數個第二縱向蝕刻槽與複數個第二橫向蝕刻槽交錯組合而成。

在本創作的一個實施例中，上導電層係藉由引線電性連接外部電源。

在本創作的一個實施例中，光伏電池結構係分別於上、下端部貼附一封裝材料，以構成一光伏電池元件。

在本創作的一個實施例中，封裝材料係由透明塑料或透明基板等其中之一種材質所製備而成。

在本創作的一個實施例中，封裝材料之厚度係介於50微米~2000微米之間。

藉此，本創作之光伏電池結構主要係藉由在下導電層之蝕刻區域中設置絕緣層並鄰接光伏層之硬體設計，於上導電層與下導電層對應夾和之光伏層的電子電洞傳遞以達到光電轉換之效用下，有效藉由絕緣層阻絕上導電層與光伏層之側邊，以及光伏層與下導電層之間的短路現象，確實達到提升光電轉換效率與電子傳遞效果等主要優勢。

為利 貴審查員瞭解本創作之技術特徵、內容與優點及其所能達成之功效，茲將本創作配合附圖，並以實施例之表達形式詳細說明如下，而其中所使用之圖式，其主旨僅為示意及輔助說明書之用，未必為本創作實施後之真實比例與精準配置，故不應就所附之圖式的比例與配置關係解讀、侷限本創作於實際實施上的權利範圍，合先敘明。

首先，請參閱第1圖與第2圖所示，為本創作光伏電池結構其一較佳實施例之結構組成剖視圖，以及其二較佳實施例之結構組成剖視圖，本創作之光伏電池結構(1)係至少包括有：一基板(11)、一緩衝層(12)、至少一下導電層(13)、至少一絕緣層(14)、至少一光伏層(15)及至少一上導電層(16)。

該基板(11)之厚度係介於10微米~2000微米之間，該基板(11)係由透光塑料或透光玻璃等其中之一種材質所製備而成。其中，該透光塑料係為PET、PE、PN、PI、PA、PU或壓克力塑料等其中之一種材質。在本創作其一較佳實施例中，該基板(11)係由壓克力塑料態樣呈現之透光塑料所製備而成，且厚度係介於10微米~2000微米之間。

該緩衝層(12)係形成於該基板(11)之一側部，該緩衝層(12)係由二氧化矽所製備而成。在本創作其一較佳實施例中，以二氧化矽態樣呈現之該緩衝層(12)係形成於該基板(11)之上端部。

該下導電層(13)係相對於該基板(11)而形成於該緩衝層(12)之另一側部，該下導電層(13)係為金屬或金屬氧化物等其中之一種材質或兩者之組合，該下導電層(13)係以濺鍍或蒸鍍等其中之一種方式所形成。於具有複數個該下導電層(13)之實施態樣中，相鄰的二個該下導電層(13)係彼此相間隔而不接觸，相鄰的二個該下導電層(13)之間係可進一步以乾式或濕式進行蝕刻構成線路，形成有一第一蝕刻槽(131)，請一併參閱第3圖。其中，該第一蝕刻槽(131)係由複數個第一縱向蝕刻槽(1311)與複數個第一橫向蝕刻槽(1312)交錯組合而成。該下導電層(13)之寬度係介於10微米~100微米之間，該下導電層(13)之透光率係介於70%~95%之間，該下導電層(13)之厚度係介於100奈米~10微米之間。該下導電層(13)係藉由一引線(圖式未標示)電性連接一外部電源(圖式未標示)，其中該引線係由一印刷方式所製備而成。請一併參閱第3圖所示，為本創作光伏電池結構其一較佳實施例之下導電層形成示意圖，首先，由金屬材質所製備而成之該下導電層(13)係對應該基板(11)而形成於該緩衝層(12)之上端部；接著，以不破壞該基板(11)之雷射蝕刻方式於該金屬材質上形成由複數條該第一縱向蝕刻槽(1311)與複數條該第一橫向蝕刻槽(1312)交錯組成之該第一蝕刻槽(131)，並形成複數個下導電層(13)，其中該下導電層(13)之寬度係介於10微米~100微米之間，且透光率係介於70%~95%之間，而厚度係介於100奈米~10微米之間。此外，該下導電層(13)係藉由該引線電性連接該外部電源，以由該外部電源經由該下導電層(13)提供該光伏電池結構(1)所需之電力，其中該引線係由印刷方式所製備而成。

該絕緣層(14)，係相對於該緩衝層(12)而形成於該下導電層(13)之另一側部，該絕緣層(14)係由印刷或塗覆等其中之一種方式所製備而成。該絕緣層(14)係可進一步形成於該等第一縱向蝕刻槽(1311)之一側部，該絕緣層(14)係由照射光線可硬化之UV(紫外線)膠、環氧樹脂或藍膠等其中之一種材質塗覆於該第一縱向蝕刻槽(1311)之一側部。請一併參閱第4圖所示，為本創作光伏電池結構其一較佳實施例之絕緣層形成示意圖，其中以UV膠態樣呈現之該絕緣層(14)係相對於該緩衝層(12)而形成於該下導電層(13)之另一側部，且該絕緣層(14)係以塗覆方式形成於該第一縱向蝕刻槽(1311)之一側部；請再參閱第2圖所示，當該下導電層(13)之側邊在製備時存在有一突起(132)而導致漏電、短路等效率降低時，該絕緣層(14)可進而包覆該光伏層(15)之側邊而防止短路現象以提升光伏電池結構(1)之效率。

該光伏層(15)係相對於該緩衝層(12)而形成於該下導電層(13)之另一側部，且該光伏層(15)係與該絕緣層(14)接觸；該光伏層(15)係包括有一電子傳遞層(圖式未標示)、一電洞傳遞層(圖式未標示)，以及一由該電子傳遞層與該電洞傳遞層對應夾合之主動層(圖式未標示)。此外，該光伏層(15)係由塗佈、噴塗、印刷、濺鍍或蒸鍍等其中之一種方式所製備而成。於具有複數個該光伏層(15)之實施態樣中，相鄰的二個該光伏層(15)係彼此相間隔而不接觸，相鄰的二個該光伏層(15)之間係可進一步形成有一第二蝕刻槽(151)，請一併參閱第6圖。其中該第二蝕刻槽(151)係由複數個第二縱向蝕刻槽(1511)與複數個第二橫向蝕刻槽(1512)交錯組合而成。請一併參閱第5圖與第6圖所示，為本創作光伏電池結構其一較佳實施例之光伏層堆疊示意圖，以及光伏層形成示意圖，首先，該光伏層(15)係以塗佈方式於該下導電層(13)之上端部依序形成該電子傳遞層、該主動層與該電洞傳遞層 (如第5圖所示)；接著，以蝕刻方式於兩兩該光伏層(15)之間形成有該第二蝕刻槽(151)，其中該第二蝕刻槽(151)係由複數個第二縱向蝕刻槽(1511)與複數個第二橫向蝕刻槽(1512)交錯組合而成，並形成複數個光伏層(15)。

該上導電層(16)係相對於該下導電層(13)而形成於該光伏層(15)之另一端部，其中該上導電層(16)係與該緩衝層(12)接觸並包覆該絕緣層(14)。此外，該上導電層(16)係藉由該引線電性連接該外部電源。請一併參閱第7圖所示，為本創作光伏電池結構其一較佳實施例之上導電層形成示意圖，其中該上導電層(16)係形成於該光伏層(15)之上端部，且以該緩衝層(12)接觸並包覆該絕緣層(14)，而與該下導電層(13)相同，該上導電層(16)係藉由該引線電性連接該外部電源，以提供該光伏電池結構(1)所需之電力，其中該引線係由印刷方式所製備而成。

此外，該光伏電池結構(1)係分別於上、下端部貼附一封裝材料(圖式未標示)，以構成一光伏電池元件(圖式未標示)，其中該封裝材料係由透明塑料或透明基板等其中之一種材質所製備而成，而該封裝材料之厚度係介於50微米~500微米之間；在本創作另一較佳實施例中，該光伏電池結構(1)之上、下端部係分別貼附該封裝材料，其中該封裝材料係由透明塑料所構成，且厚度介於50微米~2000微米之間，該封裝材料係於該光伏電池結構(1)構成該光伏電池元件時，用以保護該光伏電池結構(1)而不至於受到損害。

由上述之實施說明可知，本創作與現有技術與產品相較之下，本創作具有以下優點：本創作之光伏電池結構主要係藉由在下導電層之蝕刻區域中設置絕緣層並鄰接光伏層之硬體設計，於上導電層與下導電層對應夾和之光伏層的電子電洞傳遞以達到光電轉換之效用下，有效藉由絕緣層阻絕上導電層與光伏層之側邊，以及光伏層與下導電層之間的短路現象，確實達到提升光電轉換效率與電子傳遞效果等主要優勢。

綜上所述，本創作之光伏電池結構，的確能藉由上述所揭露之實施例，達到所預期之使用功效，且本創作亦未曾公開於申請前，誠已完全符合專利法之規定與要求。爰依法提出創作專利之申請，懇請惠予審查，並賜准專利，則實感德便。

惟，上述所揭之圖示及說明，僅為本創作之較佳實施例，非為限定本創作之保護範圍；大凡熟悉該項技藝之人士，其所依本創作之特徵範疇，所作之其它等效變化或修飾，皆應視為不脫離本創作之設計範疇。

(1)‧‧‧光伏電池結構
(11)‧‧‧基板
(12)‧‧‧緩衝層
(13)‧‧‧下導電層
(131)‧‧‧第一蝕刻槽
(1311)‧‧‧第一縱向蝕刻槽
(1312)‧‧‧第一橫向蝕刻槽
(132)‧‧‧突起
(14)‧‧‧絕緣層
(15)‧‧‧光伏層
(151)‧‧‧第二蝕刻槽
(1511)‧‧‧第二縱向蝕刻槽
(1512)‧‧‧第二橫向蝕刻槽
(16)‧‧‧上導電層

第1圖：本創作光伏電池結構其一較佳實施例之結構組成剖視圖。 第2圖：本創作光伏電池結構其二較佳實施例之結構組成剖視圖。 第3圖：本創作光伏電池結構其一較佳實施例之下導電層形成示意圖。 第4圖：本創作光伏電池結構其一較佳實施例之絕緣層形成示意圖。 第5圖：本創作光伏電池結構其一較佳實施例之光伏層堆疊示意圖。 第6圖：本創作光伏電池結構其一較佳實施例之光伏層形成示意圖。 第7圖：本創作光伏電池結構其一較佳實施例之上導電層形成示意圖。

Claims (10)

1. 一種光伏電池結構，係至少包括有： 一基板(11)； 一緩衝層(12)，係形成於該基板(11)之一側部； 至少一下導電層(13)，係相對於該基板(11)而形成於該緩衝層(12)之另一側部； 至少一絕緣層(14)，係相對於該緩衝層(12)而形成於該下導電層(13)之另一側部； 至少一光伏層(15)，係相對於該緩衝層(12)而形成於該下導電層(13)之另一側部，且該光伏層(15)係與該絕緣層(14)接觸；以及 至少一上導電層(16)，係相對於該下導電層(13)而形成於該光伏層(15)之另一端部，其中該上導電層(16)係與該緩衝層(12)接觸並包覆該絕緣層(14)。
2. 如申請專利範圍第1項所述之光伏電池結構，其中該光伏電池結構(1)係具有複數個該下導電層(13)，相鄰的二個該下導電層(13)係彼此相間隔而不接觸，相鄰的二個該下導電層(13)之間係形成有一第一蝕刻槽(131)。
3. 如申請專利範圍第2項所述之光伏電池結構，其中該第一蝕刻槽(131)係由複數個第一縱向蝕刻槽(1311)與複數個第一橫向蝕刻槽(1312)交錯組合而成。
4. 如申請專利範圍第3項所述之光伏電池結構，其中該絕緣層(14)係形成於複數該第一縱向蝕刻槽(1311)之一側部。
5. 如申請專利範圍第1項所述之光伏電池結構，其中該下導電層(13)係藉由一引線電性連接一外部電源。
6. 如申請專利範圍第1項所述之光伏電池結構，其中該光伏電池結構(1)係具有複數個該光伏層(15)，相鄰的二個該光伏層(15)係彼此相間隔而不接觸，相鄰的二個該光伏層(15)之間係形成有一第二蝕刻槽(151)。
7. 如申請專利範圍第6項所述之光伏電池結構，其中該第二蝕刻槽(151)係由複數個第二縱向蝕刻槽(1511)與複數個第二橫向蝕刻槽(1512)交錯組合而成。
8. 如申請專利範圍第1項所述之光伏電池結構，其中該上導電層(16)係藉由一引線電性連接一外部電源。
9. 如申請專利範圍第1項所述之光伏電池結構，其中該光伏電池結構(1)係分別於上、下端部貼附一封裝材料。
10. 如申請專利範圍第1項所述之光伏電池結構，其中該光伏層(15)係包括有一電子傳遞層、一電洞傳遞層，以及一由該電子傳遞層與該電洞傳遞層對應夾合之主動層。