TWM646410U - 光伏電池結構改良 - Google Patents
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Abstract
一種光伏電池結構改良，包含：一透明導電基材、複數條的第一蝕刻槽、複數條的第一絕緣層、複數條的第二絕緣層、一光伏層、一上導電層、複數條的第二蝕刻槽、複數條的第三蝕刻槽及複數條的第四蝕刻槽。以該些第一、第二、第三及第四蝕刻槽及該些第一、第二絕緣層，使該光伏層區隔為複數個光伏單元。其中，以第一個的光伏單元的上導電層通過以該些第三蝕刻槽及該些第四蝕刻槽之間構成光伏單元的電性連通通道，連接第二個的光伏單元的該下導電層，構成橫向的該些光伏單元的電性串聯關係，縱向的該些光伏單元以並聯型態電性連接。
Description
本創作係有關一種光伏電池結構，尤指一種關於電極結構改良之光伏電池結構。
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，得以在較低成本之下生產這些具有可塑性、重量輕、耐衝擊等優點之太陽能電池。
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(Organic PhotoVoltaics，OPV)或者是鈣鈦礦太陽能電池(Perovskite solar cell)，主要係可以利用電子傳遞層ETL、主動層(在有機光伏電池(Organic PhotoVoltaics，OPV)中吸光層稱為BHJ layer(bulk-heterojunction layer)，在鈣鈦礦太陽能電池(Perovskite solar cell中就稱為Perovskite layer)、電洞傳遞層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所示的有機光伏電池，該光伏電池100a(如圖1)包含有一基材101a，該基材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，
經由上導電層104a、下導電層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所構成。
如何提升R2R光伏電池之加工便利性，提升光伏電池結構製作加工的利用，乃是本創作所要解決的課題。
因此，本創作之主要目的，在於以光伏層之結構結合蝕刻槽與絕緣層技術的加工設計，不但可以簡化光伏電池結構製程，使光伏電池結構製作的量產性提升。
為了達到上述之目的，本創作提供一種光伏電池結構改良，包含：一透明導電基材、複數條的第一蝕刻槽、複數條的第一絕緣層、複數條的第二絕緣層、一光伏層、一上導電層、複數條的第二蝕刻槽、複數條的第三蝕刻槽及複數條的第四蝕刻槽。該透明導電基材包含有一透明基材及一下導電層，該下導電層設於該透明基材一側面上。該些第一蝕刻槽係以貫穿該下導電層。該些第一絕緣層係以設於該些第一蝕刻槽的槽口上。該些第二絕緣層係以設於該下導電層上，且位於該些第一絕緣層一側。該光伏層係設於該下導電層、該些第一絕緣層及該些第二絕緣層的一側面上。該上導電層係設於該光伏層的一側面上。該些第二蝕刻槽係以貫穿部份的該光伏層至該些第一絕緣層的一側面上。該些第三蝕刻槽，係以貫穿部份的該光伏層，且位於該些第一絕緣層及該些第二絕緣層之間。該些第四蝕刻槽係以貫穿該上導電層及該光伏層至該些第二絕緣層的一側面上，以形成複數個光伏單元。其中，以第一個的光伏單元的上導電層通過以該些第三蝕刻槽及該些第四蝕刻槽之間構成光伏單元的電性連通通道，連接第二個的光伏單元的該下導電層，構成橫向的該些光伏單元的電性串聯關係，縱向的該些光伏單元以並聯型態電性連接。
在本創作之一實施例中，該光伏層依序包含有一電子傳遞層、一主動層及一電洞傳遞層或該光伏層依序包含有一電洞傳遞層、一主動層及一電子傳遞層。
在本創作之一實施例中，該透明基材任一側或兩側更可設置一緩衝層。
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，該透明導電基材為透明導電基板或透明導電捲材。
在本創作之一實施例中，該透明基材為透光塑料或透光玻璃基材。
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或壓克力塑料。
在本創作之一實施例中，該透明基材的厚度為10um~500um。
在本創作之一實施例中，該上導電層及下導電層為金屬或金屬氧化物。
在本創作之一實施例中，該上導電層及該下導電層為導電高分子、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，該下導電層透光率為70%~95%。
在本創作之一實施例中，該下導電層的厚度為100nm~10um。
在本創作之一實施例中，該上導電層及該下導電層設有一引線與外部電性連接，該引線為排線接線區。
在本創作之一實施例中，該些第一蝕刻槽以縱向及橫向貫穿該下導電層。
在本創作之一實施例中，該些第二蝕刻槽以縱向及橫向的貫穿該光伏層的電子傳遞層及該主動層，或該些第二蝕刻槽以縱向及橫向的貫穿該光伏層的電洞傳遞層及該主動層。
在本創作之一實施例中，該些第三蝕刻槽以縱向及橫向的貫穿該電子傳遞層及該主動層，且該些第三蝕刻槽位於該些第一絕緣層及該些第二絕緣層之間，或該些第三蝕刻槽以縱向及橫向的貫穿該電洞傳遞層及該主動層，且該些第三蝕刻槽位於該些第一絕緣層及該些第二絕緣層之間。
在本創作之一實施例中，該些第四蝕刻槽以縱向及橫向貫穿該上導電層及該光伏層，且至該些第二絕緣層的一側面上。
在本創作之一實施例中，該些第一絕緣層及該些第二絕緣層為UV膠、環氧樹脂或藍膠。
在本創作之一實施例中，該些第一絕緣層以縱向及橫向設於該些第一蝕刻槽上。
在本創作之一實施例中，該些第二絕緣層以縱向及橫向設於該下導電層上。
在本創作之一實施例中，該些第一絕緣層及該些第二絕緣層的厚度為0.5um~25um。
在本創作之一實施例中，對應該些第二絕緣層位置的該下導電層表面上設有一輔助電極層。
在本創作之一實施例中，該輔助電極層表面電阻阻抗低於1Ω/□。
在本創作之一實施例中，該輔助電極層厚度為1~5um。
在本創作之一實施例中，該些第一蝕刻槽、該些第二蝕刻槽、該些第三蝕刻槽及該些第四蝕刻槽的寬距為5um~500um。
在本創作之一實施例中，該光伏電池結構的上下設有一阻水阻氣材料層，該阻水阻氣材料層包含有一透明阻水阻氣層與一阻水阻氣膠。
在本創作之一實施例中，該透明阻水阻氣層厚度為10um-800um。
在本創作之一實施例中，該透明阻水阻氣層為透明塑料或玻璃基材。
100a:光伏電池改良結構
101a:基材
102a:下導電層
103a:光伏層
1031a:電子傳遞層
1032a:主動層
1033a:電洞傳遞
104a:上導電層
10:光伏層
1:透明導電基材
11:透明基材
12:下導電層
2:電子傳遞層
3:主動層
4:電洞傳遞層
5:上導電層
6:第一絕緣層
61:第二絕緣層
7:阻水阻氣材料層
71:透明阻水阻氣層
72:阻水阻氣膠
20:第一蝕刻槽
30:第二蝕刻槽
40:第三蝕刻槽
50:第四蝕刻槽
101、102:光伏單元
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3a，本創作之光伏電池結構的透明導電基材示意圖；圖3b，係在圖3a俯視示意圖；圖4a，係在圖3a的下導電層進行第一蝕刻槽切割側視示意圖；圖4b，係在圖4a的俯視示意圖；圖5a，係在圖4a的第一蝕刻槽的槽口上製作第一絕緣層及在第一蝕刻槽的一側(右邊)位置上製作第二絕緣層的側視示意圖；圖5b，係在圖5a的俯視示意圖；圖6a，係在圖5a的第一絕緣層、第二絕緣層及下導電層表面上製作電子傳遞層及主動層示意圖；圖6b，係在圖6a的俯視示意圖；圖7a，係在圖6a的光伏層的電子傳遞層及主動層上進行第二蝕刻槽切割側視示意圖；圖7b，係圖7a的俯視示意圖；圖8a，係在圖7a的光伏層的電子傳遞層及主動層上進行第三蝕刻槽切割側視示意圖；
圖8b，係在圖8a的俯視示意圖；圖9a，係在圖8a的光伏層上製作電洞傳遞層及上導電層的側視示意圖；圖9b，係在圖9a的俯視示意圖；圖10a，係在圖9a的光伏層及上導電層進行第四蝕刻槽切割側視示意圖；圖10b，係在圖10a的俯視示意圖；圖10c，係在圖10a的局部放大示意圖；圖11，係本創作之另一光伏電池結構的實施例示意圖。
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3a、3b，係本創作之光伏電池結構的下導電層及圖3a的俯視示意圖。如圖所示：本創作光伏電池結構改良，在製作光伏電池結構時，首先製作透明導電基材1，該透明導電基材1包含有一透明基材11及一設於該透明基材11一側面的下導電層12。其中該透明基材11任一側或兩側更可設置一緩衝層(圖中未示)以增加該透明基材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。在本圖式中，該透明導電基材1為透明導電基板或透明導電捲材；該透明基材11為透明捲材。
此外，該透明基材11為透光塑料或透光玻璃基材，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，該透明基材11的厚度為10um~500um。
另外，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，或是導電高分子、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。
請參閱圖4a、4b，係在圖3a的下導電層進行第一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材(透明捲材)11方式，進行複數條的第一蝕刻槽(線)20之雷射蝕刻，以縱向及橫向蝕刻該下導電層12，該些第一蝕刻槽20寬距為5um~500um。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5a、5b，係在圖4a的第一蝕刻槽的槽口上製作第一絕緣層及在第一蝕刻槽的一側(右邊)位置上製作第二絕緣層的側視及圖5a的俯視示意圖。如圖所示：本創作於該些第一蝕刻槽20的槽口上各鋪設有複數條第一絕緣層6及在第一蝕刻槽20的一側(右邊)位置上的該下導電層12鋪設複數條第二絕緣層61。
此外，該些第一絕緣層6、第二絕緣層61為UV膠、環氧樹脂或藍膠經塗佈後覆蓋縱向及橫向於該些第一蝕刻槽20及該第一蝕刻槽20一側(右邊)的下導電層12位置上。在本圖式中，該些第一絕緣層6及該些第二絕緣層61的厚度為0.5um~25um。
另外，進一步地可以是需要的再將對應第二絕緣層61位置的該下導電層12表面上以濺鍍、蒸鍍、噴墨或印刷等方式塗覆製作一輔助電極層(圖中未示)。該輔助電極層表面電阻阻抗低於1Ω/□，該輔助電極層厚度為1~5um。
請參閱圖6a、6b，係在圖5a的第一絕緣層、第二絕緣層及下導電層表面上製作電子傳遞層及主動層與在圖6a的俯視示意圖。如圖所示：
本創作於該下導電層12、該些第一絕緣層6及該些第二絕緣層61上進一步依序塗覆製作該光伏層10的電子傳遞層(或電洞傳遞層)2與主動層3。
請參閱圖7a、7b，係在圖6a的電子傳遞層及主動層上進行第二蝕刻槽切割側視及圖7a的俯視示意圖。如圖所示：本創作再以一特定雷射能量在對應該些第一絕緣層6位置，且在不破壞該些第一絕緣層6及該下導電層12的方式，以縱向及橫向的進行複數條的第二蝕刻槽(線)30的蝕刻，以蝕刻該光伏層10的電子傳遞層(電洞傳遞層)2及該主動層3。在本圖式中，該些第二蝕刻槽30的寬距為5um~500um。
請參閱圖8a、8b，係在圖7a的光伏層的電子傳遞層及主動層上進行第三蝕刻槽切割側視及在圖8a的俯視示意圖。如圖所示：本創作再以一特定雷射能量不破壞該下導電層12的方式，以縱向及橫向的進行複數條的第三蝕刻槽(線)40蝕刻，以蝕刻該電子傳遞層(或電洞傳遞層)2及該主動層3，該些第三蝕刻槽40位於該些第一絕緣層6及該些第二絕緣層61之間。在本圖式中，該第三蝕刻槽40寬距為5um-500um。
請參閱圖9a、9b，係在圖8a的光伏層上製作電洞傳遞層及上導電層的側視及在圖9a的俯視示意圖。如圖所示：本創作接著在該光伏層10的主動層3的表面上塗覆一電洞傳遞層(或電子傳遞層)4。再接著於該電洞傳遞層(電子傳遞層)4表面上製作有一上導電層5。本圖式中，該上導電層5為金屬或金屬氧化物，或是導電高分子、金屬氧化物、金屬和金屬氧化物的多層組合，以蒸鍍、濺鍍、噴墨或印刷塗覆方式製作。
請參閱圖10a、10b、10c，係在圖9a的電洞傳遞層及上導電層進行第四蝕刻槽切割側視、在圖10a的俯視及在圖10a的局部放大示意圖。如圖所示：本創作以一特定雷射能量不破壞下導電層12及該第二絕緣層61的方式，以縱向及橫向的進行複數條的第四蝕刻槽(線)50之雷射蝕刻，該第四蝕刻槽50的寬距為5um-500um。在本圖式中，該上導電層5經蝕刻後可以
利用一引線(圖中未示)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。
如此完成串接之光伏電池結構(如圖10c)，第一個的光伏單元101的上導電層5通過以該第三蝕刻槽40及該第四蝕刻槽50之間構成該些光伏單元的電性連通通道，連接第二個的光伏單元102的該下導電層12，構成橫向的該些光伏單元的電性串聯關係，縱向的該些光伏單元以並聯型態電性連接。
而該第一絕緣層6可以提供阻隔避免於塗覆或蒸鍍過程可能有部分的電洞傳遞層4與上導電層5之部分材質通過第二蝕刻槽30，而與下導電層12電性連接造成短路。其中該第二絕緣層61可以提供避免第四蝕刻槽50作業時破壞絕緣層下的下導電層12而斷路。
此外，在前述提及於對應第二絕緣層61下與該下導電層12間設置輔助電極層(圖中未示)，可以增益輔助該位置光電轉換後的下導電層的電子傳遞效率。
另外，串接之光伏電池結構可依各該產品元件需求再進一步裁切使用。據此本創作可以減少在製作光伏電池結構之相關製程的繁複，使製程更為簡易，大大降低生產成本，利於量產之應用。
請參閱圖11，係本創作之另一光伏電池結構的實施例示意圖。如圖所示：本創作於該光伏電池結構的上下貼附有阻水阻氣材料層7，該阻水阻氣材料層7包含有一透明阻水阻氣層71與一阻水阻氣膠72，該透明阻水阻氣層71有10um-800um，進行封裝，以構成光伏電池結構。在本圖式中，該透明阻水阻氣層71為透明塑料或玻璃基材。
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。
10:光伏層
1:透明導電基材
11:透明基材
12:下導電層
2:電子傳遞層
3:主動層
4:電洞傳遞層
5:上導電層
6:第一絕緣層
61:第二絕緣層
20:第一蝕刻槽
30:第二蝕刻槽
40:第三蝕刻槽
50:第四蝕刻槽
Claims (28)
- 一種光伏電池結構改良，包含：一透明導電基材，包含有一透明基材及一下導電層，該下導電層設於該透明基材一側面上；複數條的第一蝕刻槽，係以貫穿該下導電層；複數條的第一絕緣層，係以設於該些第一蝕刻槽的槽口上；複數條的第二絕緣層，係以設於該下導電層上，且位於該些第一絕緣層一側；一光伏層，係設於該下導電層、該些第一絕緣層及該些第二絕緣層的一側面上；一上導電層，係設於該光伏層的一側面上；複數條的第二蝕刻槽，係以貫穿部份的該光伏層至該些第一絕緣層的一側面上；複數條的第三蝕刻槽，係以貫穿部份的該光伏層，且位於該些第一絕緣層及該些第二絕緣層之間；複數條的第四蝕刻槽，係以貫穿該上導電層及該光伏層至該些第二絕緣層的一側面上，以形成複數個光伏單元；其中，以第一個的該光伏單元的該上導電層通過以該些第三蝕刻槽及該些第四蝕刻槽之間構成該些光伏單元的電性連通通道，連接第二個的該光伏單元的該下導電層，構成橫向的該些光伏單元的電性串聯關係，縱向的該些光伏單元以並聯型態電性連接。
- 如請求項1所述之光伏電池結構改良，其中，該光伏層依序包含有一電子傳遞層、一主動層及一電洞傳遞層或該光伏層依序包含有一電洞傳遞層、一主動層及一電子傳遞層。
- 如請求項1所述之光伏電池結構改良，其中，該透明基材任一側或兩側更可設置一緩衝層。
- 如請求項3所述之光伏電池結構改良，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。
- 如請求項1所述之光伏電池結構改良，其中，該透明導電基材為透明導電基板或透明導電捲材。
- 如請求項1所述之光伏電池結構改良，其中，該透明基材為透光塑料或透光玻璃基材。
- 如請求項6所述之光伏電池結構改良，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、聚乙烯對苯二甲醛酯或壓克力塑料。
- 如請求項1所述之光伏電池結構改良，其中，該透明基材的厚度為10um~500um。
- 如請求項1所述之光伏電池結構改良，其中，該上導電層及該下導電層為金屬或金屬氧化物。
- 如請求項1所述之光伏電池結構改良，其中，該上導電層及該下導電層為導電高分子、金屬氧化物、金屬和金屬氧化物的多層組合。
- 如請求項1所述之光伏電池結構改良，其中，該下導電層透光率為70%~95%。
- 如請求項1所述之光伏電池結構改良，其中，該下導電層的厚度為100nm~10um。
- 如請求項1所述之光伏電池結構改良，其中，該上導電層及該下導電層設有一引線與外部電性連接，該引線為排線接線區。
- 如請求項2所述之光伏電池結構改良，其中，該些第一蝕刻槽以縱向及橫向貫穿該下導電層。
- 如請求項2所述之光伏電池結構改良，其中，該些第二蝕刻槽以縱向及橫向的貫穿該光伏層的電子傳遞層及該主動層，或該些第二蝕刻槽以縱向及橫向的貫穿該光伏層的該電洞傳遞層及該主動層。
- 如請求項2所述之光伏電池結構改良，其中，該些第三蝕刻槽以縱向及橫向的貫穿該電子傳遞層及該主動層，且該些第三蝕刻槽位於該些第一絕緣層及該些第二絕緣層之間，或該些第三蝕刻槽以縱向及橫向的貫穿該電洞傳遞層及該主動層，且該些第三蝕刻槽位於該些第一絕緣層及該些第二絕緣層之間。
- 如請求項2所述之光伏電池結構改良，其中，該些第四蝕刻槽以縱向及橫向貫穿該上導電層及該光伏層，且至該些第二絕緣層的一側面上。
- 如請求項1所述之光伏電池結構改良，其中，該些第一絕緣層及該些第二絕緣層為UV膠、環氧樹脂或藍膠。
- 如請求項1所述之光伏電池結構改良，其中，該些第一絕緣層以縱向及橫向設於該些第一蝕刻槽上。
- 如請求項1所述之光伏電池結構改良，其中，該些第二絕緣層以縱向及橫向設於該下導電層上。
- 如請求項1所述之光伏電池結構改良，其中，該些第一絕緣層及該些第二絕緣層的厚度為0.5um~25um。
- 如請求項2所述之光伏電池結構改良，其中，對應該些第二絕緣層位置的該下導電層表面上設有一輔助電極層。
- 如請求項22所述之光伏電池結構改良，其中，該輔助電極層表面電阻阻抗低於1Ω/□。
- 如請求項22所述之光伏電池結構改良，其中，該輔助電極層厚度為1~5um。
- 如請求項1所述之光伏電池結構改良，其中，該些第一蝕刻槽、該些第二蝕刻槽、該些第三蝕刻槽及該些第四蝕刻槽的寬距為5um~500um。
- 如請求項1所述之光伏電池結構改良，其中，該光伏電池結構的上下設有一阻水阻氣材料層，該阻水阻氣材料層包含有一透明阻水阻氣層與一阻水阻氣膠。
- 如請求項26所述之光伏電池結構改良，其中，該透明阻水阻氣層厚度為10um~800um。
- 如請求項26所述之光伏電池結構改良，其中，該透明阻水阻氣層為透明塑料或玻璃基材。
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Family Applications (1)
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| CN220368983U (zh) | 2024-01-19 |
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