TWM570531U - Photovoltaic cell structure - Google Patents

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TWM570531U
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layer
photovoltaic
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photovoltaic cell
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張裕洋
丁定國
劉修銘
黃松建
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位元奈米科技股份有限公司
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    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
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    • Y02E10/52—PV systems with concentrators

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Abstract

一種光伏電池結構，包含一透明導電基板，其上具有一透明基板及一設於該透明基板一側面上的下導電層。一光伏材料塗層設於該下導電層上，該光伏材料塗層包含一電子傳遞層、一主動層及一電洞傳遞層。複數蝕刻槽以阻隔形成一光伏單元，於該些蝕刻槽上鋪設一絕緣層。一上導電層設置於該光伏材料塗層另一側與絕緣層上，並經該些蝕刻槽形成線路，並與相鄰之光伏單元之蝕刻槽連接下導電層，其中該上導電層鄰接該光伏單元具金屬鏡面或光澤以提供入射光反射或折射之效果，並提供大區域面積覆蓋各該光伏單元，以增益光反射區域面積及電性連接之目的。

Description

一種光伏電池結構
本創作係有關一種光伏電池，尤指一種具有光反射層之光伏電池結構。
太陽能電池的研究是再生能源中受眾人期待的一個方向。雖然現今已商業化的多數產品是以矽為其主要材料，不過使用高分子材料所開發之有機太陽能電池因其製程簡單、造價便宜、材質輕盈、可撓曲等特性而受到業界與學術界的矚目。
目前在製備有機太陽能電池時，其都是透過塗佈(Coating)為製備太陽能電池薄膜之技術手段，其優點在於能夠使得該薄膜具有較佳之平整性與均勻性。而進一步可以R2R製程即是一種具有潛力用以大面積製備有機太陽能電池的技術，其在產業界已有配合，R2R製程即可良好地配合其運作，得以在較低成本之下生產這些具有可塑性、重量輕、耐衝擊等優點。
太陽能電池之光電轉換裝置在結構上有很多種，其中一種稱為光伏電池的光電轉換裝置，如有機光伏電池或者是鈣鈦礦太陽能電池，主要係可以利用電子傳遞層ETL、主動層(在OPV中吸光層稱為BHJ layer (bulk-heterojunction layer)，在Perovskite solar cell中就稱為Perovskite layer)、電洞傳遞HTL及電極導線ITO的結合達成光電轉換及電子傳遞的效果，其結構如圖1、2示的有機光伏電池，該光伏電池100a(如圖1)包含有一基板101a，該基板101a上具有一下導電層102a，該下導電層102a上具有一光伏層103a提供光電轉換機制，經由上、下導電層104a、102a構成電性迴路，其中所謂的光伏層103a係以電子傳遞層1031a、主動層1032a、電洞傳遞層1033a所構成，或者如圖2的電洞傳遞層1033a、主動層1032a、電子傳遞層1031a，於光伏層103a上具有一上導電層104a，藉由與上、下導電層104a、102a的結合達成光電轉換及電子傳遞的效果。
參考台灣專利第M538243號具有反射效果的光電元件封裝結構，利用光伏元件之基材或封裝基材設置一反射層結構可以增益反射源之利用或是台灣專利I472047號利用光元件間之間隙設置反射層以增加反射光之利用。然以上設計均會增加相關結構之複雜度，且因此相關生產與製作成本將增加，因此，創作人進一步加以設計改良，可以降低結構複雜度，降低生產成本，即可增加反射光之利用目的。
因此，為有利於光伏電池之反射光之利用率，本創作提供一種新穎的光伏電池結構，以利提升電之產生，主要利用電極層(上導電層)的結構提供光反射效果以增加光的利用率，並同時提供電極電性連接的用途，係利用在光伏單元之上導電層提供大面積的塗覆具光反射性之導電材料以達成。
為了達到上述之目的，本創作提供一種光伏電池結構，包含有一透明導電基板、一光伏材料塗層、複數條第一蝕刻槽、複數條第二蝕刻槽、複數絕緣層、一上導電層、複數條第三蝕刻槽及複數條第四蝕刻槽。該透明導電基板上具有一透明基板，該透明基板一側面具有一下導電層。該光伏材料塗層係設於該下導電層的一側面上。該些第一蝕刻槽係以貫穿該下導電層及該光伏材料塗層，以形成複數個光伏單元。該些第二蝕刻槽係以貫穿該光伏材料塗層。該些絕緣層設於該些第一蝕刻槽上及該光伏材料塗層上。該上導電層設於該些絕緣層、該光伏材料塗層及該些第二蝕刻槽上，使該上導電層與該下導電層電性連結。該些第三蝕刻槽係以貫穿該上導電層與該光伏材料塗層，以區隔該光伏單元與該上導電層之電性區隔，並形成該上導電層之電性線路。該些第四蝕刻槽係以縱向及橫向的貫穿該上導電層、該光伏材料塗層及該下導電層，使該上導電層與該光伏材料塗層與該下導電層形成區隔。
在本創作之一實施例中，該些第一蝕刻槽寬距為10um-100um。
在本創作之一實施例中，該些絕緣層為UV膠、環氧樹脂或藍膠。
在本創作之一實施例中，該上導電層及該下導電層以塗佈、濺鍍或蒸鍍製成。
在本創作之一實施例中，該下導電層與該上導電層為金屬或金屬氧化物。
在本創作之一實施例中，該下導電層與該上導電層為金屬氧化物、金屬和金屬氧化物的多層組合。
在本創作之一實施例中，該下導電層透光率可以是70%-95%。
在本創作之一實施例中，該下導電層厚度為100nm-10um。
在本創作之一實施例中，該上導電層為具光澤性，提供光反射或折射效果。
在本創作之一實施例中，該上導電層及該下導電層以一引線與外部電性連接，該引線可經印刷製作為一排線接線區而成。
在本創作之一實施例中，該光伏材料塗層依序包含電子傳遞層、主動層及電洞傳遞層的設於該透明導電基板上。
在本創作之一實施例中，該光伏材料塗層依序包含電子傳遞層、主動層及電洞傳遞層的設於一透明導電層捲材上。
在本創作之一實施例中，該光伏材料塗層依序包含電洞傳遞層、主動層及電子傳遞層設於該透明導電基板上。
在本創作之一實施例中，該光伏材料塗層依序包含電洞傳遞層、主動層及電子傳遞層設於一透明導電層捲材上。
在本創作之一實施例中，該透明基板任一側或兩側設置一緩衝層，以增加該透明基板之強度或與該下導電層之附著力。
在本創作之一實施例中，該緩衝層為壓克力、環氧樹脂、二氧化矽或以上兩種材料之組合。
在本創作之一實施例中，該透明基板為透光塑料或透光玻璃基板。
在本創作之一實施例中，該透光塑料為酚醛樹脂、聚醯胺、聚醯亞胺、聚氨酯、聚乙烯、聚乙烯對苯二甲酸酯、壓克力塑料。
在本創作之一實施例中，該透明基板的厚度為10um-500um。
在本創作之一實施例中，該光伏電池結構上下貼附之阻水阻氣材料層進行封裝，以構成光伏電池元件。
茲有關本創作之技術內容及詳細說明，現配合圖式說明如下：
請參閱圖3，係本創作之光伏電池結構的光伏層示意圖。如圖所示：本創作一種光伏電池結構，依序先將光伏材料塗層10，包含電子傳遞層2、主動層3及電洞傳遞層4，依序塗佈於透明導電基板(或透明導電層捲材)1上，其中所謂的光伏材料塗層10亦可以電洞傳遞層4、主動層3及電子傳遞層2之順序依序塗佈於透明導電基板(或透明導電層捲材)1上。其中，該透明導電基板1包含有一透明基板11及一設於該透明基板11一側面的下導電層12。其中該透明基板11任一側或兩側更可設置一緩衝層(圖中未示)以增加該透明基板11之強度或與該下導電層12之附著力﹔該緩衝層為壓克力、環氧樹脂、二氧化矽或以上兩種材料之組合。另，該透明基板11為透光塑料或透光玻璃基板，其中該透光塑料為酚醛樹脂(phenol novolac，PN)、聚醯胺(Polyamide，PA)、聚醯亞胺(Polyimide，PI)、聚氨酯(Polyurethanes，PU）、聚乙烯(Polyethylene，PE）、聚乙烯對苯二甲酸酯（Polyethylene Terephthalate，PET）、壓克力塑料等。在本圖式中，該透明基板11的厚度為10um-500um。又，該下導電層12係可經塗佈、濺鍍或蒸鍍製成，該下導電層12為金屬或金屬氧化物，或是金屬氧化物、金屬和金屬氧化物的多層組合，且該下導電層12透光率可以是70%-95%，該下導電層12的厚度為100nm-10um。在本圖式中，該下導電層12以利用一引線與外部電性連接，該引線可經印刷製作為一排線接線區(圖中未示)而成。
請參閱圖4a、4b，係圖3的光伏材料塗層進行第一蝕刻槽及第二蝕刻槽的切割側視及圖4a的俯視示意圖。如圖所示﹕本創作以一特定雷射能量不破壞透明基板11方式，進行複數條第一蝕刻槽(線)20之雷射蝕刻，蝕刻該光伏材料塗層10，以形成各該光伏單元，該些第一蝕刻槽20寬距為10um-100um。
再次，以一特定雷射能量不破壞該下導電層12方式，進行複數條第二蝕刻槽(線)30之雷射蝕刻，蝕刻該光伏材料塗層10，提供將來鋪設上導電層(圖中未示)塗料的灌孔(第一蝕刻槽)與該下導電層12電性連接，該些第二蝕刻槽30寬距可以為10um-100um。
請參閱圖5a、5b，係圖4a的光伏材料塗層上製作絕緣層側視及圖5a的俯視示意圖。如圖所示﹕本創作於該些第一蝕刻槽20上各鋪設一絕緣層5，該些絕緣層5為UV膠、環氧樹脂或藍膠經塗佈後覆蓋縱向於該些第一蝕刻槽20之一側。
請參閱圖6a、6b，係圖5a的光伏材料塗層上製作上導電層側視及圖6a俯視示意圖。如圖所示﹕本創作接著以塗佈、濺鍍或蒸鍍於光伏材料塗層10上塗覆一上導電層6，並且與該上導電層6的導電材料填充於該第二蝕刻槽30內，俾使所形成之上導電層6與該下導電層12電性導通，該上導電層可以具光澤性，提供光反射或折射效果，且該上導電層6以利用一引線與外部電性連接，該引線可經印刷製作為一排線接線區(圖中未示)而成。本圖式中，該上導電層6為金屬或金屬氧化物，或是金屬氧化物、金屬和金屬氧化物的多層組合。
請參閱圖7a、7b，係圖6a的光伏材料塗層上進行第三蝕刻槽及第四蝕刻槽切割側視及圖7a的俯視示意圖。如圖所示﹕本創作接著再以一特定雷射能量不破壞該下導電層12的方式，進行複數條第三蝕刻槽(線)40之雷射蝕刻，使該上導電層6與光伏材料塗層10經此蝕刻而構成區隔，藉此區隔之光伏單元與該上導電層6之電性區隔，並構成該上導電層6之電性線路。
接著再以一特定雷射能量不破壞透明基板11的方式，進行複數條第四蝕刻槽(線)50之縱向及橫向蝕刻，使該上導電層12與該光伏材料塗層10與該下導電層12經此蝕刻而構成區隔。
請參閱圖8，係圖7a的進一步，在於本創作之光伏電池結構上下貼附之阻水阻氣材料層7進行封裝，以構成光伏電池元件。
藉由，上述的結構可以減少在製作該上導電層6之相關製程的繁複，於該上導電層6全面塗覆後在以不同雷射能量控制即可構成各個光伏單元與線路。使製程更為簡易，大大降低生產成本，利於量產之應用，提供增加光利用率之光伏電池結構。
惟以上所述僅為本創作之較佳實施例，非意欲侷限本創作的專利保護範圍，故舉凡運用本創作說明書或圖式內容所為的等效變化，均同理皆包含於本創作的權利保護範圍內，合予陳明。
習知：
100a‧‧‧光伏電池結構
101a‧‧‧基板
102a‧‧‧下導電層
103a‧‧‧光伏層
1031a‧‧‧電子傳遞層
1032a‧‧‧主動層
1033a‧‧‧電洞傳遞
本創作：
10‧‧‧光伏材料塗層
1‧‧‧透明導電基板
11‧‧‧透明基板
12‧‧‧下導電層
2‧‧‧電子傳遞層
3‧‧‧主動層
4‧‧‧電洞傳遞層
5‧‧‧絕緣層
6‧‧‧上導電層
7‧‧‧阻水阻氣材料層
20‧‧‧第一蝕刻槽
30‧‧‧第二蝕刻槽
40‧‧‧第三蝕刻槽
50‧‧‧第四蝕刻槽
圖1，為傳統的光伏電池結構示意圖；
圖2，為傳統的另一光伏電池結構示意圖﹔
圖3，本創作之光伏電池結構的光伏材料塗層示意圖；
圖4a，係圖3的光伏材料塗層進行第一蝕刻槽及第二蝕刻槽的切割側視示意圖﹔
圖4b，係圖4a的俯視示意圖﹔
圖5a，係圖4a的光伏材料塗層上製作絕緣層側視示意圖﹔
圖5b，係圖5a的俯視示意圖﹔
圖6a，係圖5a的光伏材料塗層上製作上導電層側視示意圖﹔
圖6b，係圖6a俯視示意圖﹔
圖7a，係圖6a的光伏材料塗層上進行第三蝕刻槽及第四蝕刻槽的切割側視示意圖﹔
圖7b，係圖7a的俯視示意圖﹔
圖8，係圖7a的另一光伏電池結構實施例示意圖。

Claims (20)

  1. 一種光伏電池結構，包含： 一透明導電基板，其上具有一透明基板，該透明基板一側面具有一下導電層﹔ 一光伏材料塗層，係設於該下導電層的一側面上﹔ 複數條第一蝕刻槽，係以貫穿該下導電層及該光伏材料塗層，以形成複數個光伏單元﹔ 複數條第二蝕刻槽，係以貫穿該光伏材料塗層﹔ 複數絕緣層，係設於該些第一蝕刻槽上及該光伏材料塗層上﹔ 一上導電層，係設於該些絕緣層、該光伏材料塗層及該些第二蝕刻槽上，使該上導電層與該下導電層電性連結﹔ 複數條第三蝕刻槽，係以貫穿該上導電層與該光伏材料塗層，以區隔該光伏單元與該上導電層之電性區隔，並形成該上導電層之電性線路﹔ 複數條第四蝕刻槽，係以縱向及橫向的貫穿該上導電層、該光伏材料塗層及該下導電層，使該上導電層與該光伏材料塗層與該下導電層形成區隔。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之光伏電池結構，其中，該些第一蝕刻槽寬距為10um-100um。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之光伏電池結構，其中，該些絕緣層為UV膠、環氧樹脂或藍膠。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之光伏電池結構，其中，該上導電層及該下導電層以塗佈、濺鍍或蒸鍍製成。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之光伏電池結構，其中，該下導電層與該上導電層為金屬或金屬氧化物。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之光伏電池結構，其中，該下導電層與該上導電層為金屬氧化物、金屬和金屬氧化物的多層組合。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之光伏電池結構，其中，該下導電層透光率可以是70%-95%。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之光伏電池結構，其中，該下導電層厚度為100nm-10um。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之光伏電池結構，其中，該上導電層為具光澤性，提供光反射或折射效果。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之光伏電池結構，其中，該上導電層及該下導電層以一引線與外部電性連接，該引線可經印刷製作為一排線接線區而成。
  11. 如申請專利範圍第1項所述之光伏電池結構，其中，該光伏材料塗層依序包含電子傳遞層、主動層及電洞傳遞層的設於該透明導電基板上。
  12. 如申請專利範圍第1項所述之光伏電池結構，其中，該光伏材料塗層依序包含電子傳遞層、主動層及電洞傳遞層的設於一透明導電層捲材上。
  13. 如申請專利範圍第1項所述之光伏電池結構，其中，該光伏材料塗層依序包含電洞傳遞層、主動層及電子傳遞層設於該透明導電基板上。
  14. 如申請專利範圍第1項所述之光伏電池結構，其中，該光伏材料塗層依序包含電洞傳遞層、主動層及電子傳遞層設於一透明導電層捲材上。
  15. 如申請專利範圍第1項所述之光伏電池結構，其中，該透明基板任一側或兩側設置一緩衝層，以增加該透明基板之強度或與該下導電層之附著力。
  16. 如申請專利範圍第15項所述之光伏電池結構，其中，該緩衝層為壓克力、環氧樹脂、二氧化矽或以上兩種材料之組合。
  17. 如申請專利範圍第1項所述之光伏電池結構，其中，該透明基板為透光塑料或透光玻璃基板。
  18. 如申請專利範圍第17項所述之光伏電池結構，其中，該透光塑料為酚醛樹脂、聚醯胺、聚醯亞胺、聚氨酯、聚乙烯、聚乙烯對苯二甲酸酯、壓克力塑料。
  19. 如申請專利範圍第1項所述之光伏電池結構，其中，該透明基板的厚度為10um-500um。
  20. 如申請專利範圍第1項所述之光伏電池結構，其中，該光伏電池結構上下貼附之阻水阻氣材料層進行封裝，以構成光伏電池元件。
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