CN201936892U - 拼装式薄膜太阳能电池组成结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型是有关一种拼装式薄膜太阳能电池组成结构，至少包含：数个薄膜太阳能电池单元，每一单元间是相连拼合，以及一背板保护层，其形成于相连拼合的该薄膜太阳能电池单元上。其中前述每一薄膜太阳能电池单元包括：一透明基板，该透明基板一面是照光面；一第一导电层，其形成于该透明基板上，用以使通过透明基板的光线进入电池单元内部；一p-i-n半导体层，其形成于该第一导电层上方，用以在受光照射后产生电子空穴对，以提供光电流并增加光吸收率；以及一第二导电层，其形成于该p-i-n半导体层上，用以与前述第一导电层取出电能与提升光电转换的效率。

Description

拼装式薄膜太阳能电池组成结构

技术领域

本实用新型是有关于一种拼装式薄膜太阳能电池组成结构，尤指一种具有大面积的薄膜太阳能电池组成结构。

背景技术

薄膜太阳能电池可在价格低廉的玻璃、塑胶或不锈钢基板上大量制作，以生产出大面积的太阳能电池，而其工艺更可直接导入已经相当成熟的TFT-LCD工艺，此为其优点之一，故业界无不争相投入该领域的研究。

基本上，薄膜太阳能电池相对其他类型的太阳能电池而言工艺较为简单，具有成本低、可大量生产的优点。就薄膜太阳能电池基板的组成而言，参阅图1现有习知的薄膜太阳能电池组成结构图，其基本工艺会经过三层沉积(deposition)、三道激光划线(scribe)手续，如下面所述：首先，先以物理气相沉积工艺(PVD)在预订尺寸的玻璃基板上镀上一层透明导电薄膜(Transparent Conductive Oxide，TCO)，其选择透光性高及导电性佳的材质，如氧化铟锡(ITO)、氧化锡(SnO2)、或氧化锌(ZnO)等；接着以红外线激光划线定义其前电极图案(patterning)；至此为第一道沉积与划线手续。第二阶段为主吸收层(Active layer)的制作，其一般以等离子辅助化学气相沉积(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition，PECVD)工艺在电极面上长出一层p-i-n类型排列的氢化非晶硅结构(p-a-Si:H/i-a-Si:H/n-a-Si:H)，此主吸收层是以p-n半导体接面(p-njunction)作为光吸收及能量转换的主体结构。此步骤后同样会进行激光划线步骤，为制作出的主吸收层定义图案，至此为第二道沉积与划线手续。最后再以溅镀(sputter)工艺在其上形成铝/银材质为主的背部电极(backcontact)，并进行第三道激光划线定义出其背部电极图形。

近来将有建材功能的太阳能光电模版导入建筑物本体，让系统元件不只可以发电，并且也是建筑外壳的一部分，称为建筑整合型态阳光电系统(BIPV)受到广泛注意。其是开发具有建材功能的太阳光电模版(PV module)，然后以建筑设计手法将太阳能光电模版导入建筑物本体。因此BIPV是一种可反应风土气候的被动式(passive)绿色建筑设计手法，其不仅具有发电及储能的经济效益，更可进而替代既有建材，降低初制成本，并且结合遮阳处理、采光照明等设计手法，以获得建筑节能效益。先进国家如日本与荷兰目前均在太阳光电的发展策略与未来计划上均有着重，故BIPV的领域将有极大的发展潜力。目前BIPV的应用主要有大楼帷幕墙或外墙、大楼、停车场的遮阳棚、大楼天井、斜顶式屋顶建筑的屋瓦、大型建筑物屋顶/隔音墙等。

以建筑玻璃帷幕为例，采用BIPV具有下列优势：一、可有效利用建筑物的表面积。二、替代建筑物的外表包覆材料。三、代替屋顶、墙面、窗户的建材。四、可遮阳，降低建筑物外表温度。五、降低整体建筑成本。六、建筑物外观较美观等。为达到前述目的，市场对于透明或不透明的大面积BIPV均存在着强大的需求。

然而如前所述，现有太阳光电模版工艺技术采用等离子辅助化学气相沉积(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition，PECVD)工艺在电极面上长出一层p-i-n类型排列的氢化非晶硅结构(p-a-Si:H/i-a-Si:H/n-a-Si:H)作为主吸收层(Active layer)，模版尺寸受限于PECVD反应腔室的成膜尺寸(标准尺寸为1.4x1.1m²)，工艺起始必须先将腔室抽为真空，如需制作用于建筑整合的大面积太阳光电模版，例如尺寸为5x5m²的太阳光电模版，需研发大尺寸PECVD工艺设备，以克服主吸收层成膜不均(Uniformity)、抽取真空不易等问题，成本及售价殊为高昂，不利使建筑整合光电系统的市场或其他大面积薄膜太阳能模组应用市场。

是故，有必要提供一种大面积太阳光电模版，其成本廉宜适用于建筑整合或其他大面积光电模组的推广应用。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种薄膜太阳能电池组成结构，利用数个薄膜太阳能电池单元拼合成为一大面积的薄膜太阳能电池，并在数个拼合的薄膜太阳能电池单元上方形成一大面积背板保护层。习知薄膜太阳能电池结构由下而上包括：基板、第一导电层、P-I-N层、第二导电层及背板保护层，本实用新型则是先形成数个薄膜太阳能电池单元，其结构下而上包括：基板、第一导电层、P-I-N层、第二导电层，再将数个单元相互连接拼合。在拼合的薄膜太阳能电池单元上粘合一大面积背板保护层，藉以利用原先小尺寸的PECVD工艺产制大面积的薄膜太阳能电池，有效地降低产制大面积电池成本，以应用于建筑物或农业大棚等可提高能源再生及回收循环的利用。

本实用新型另一目的是藉由选择拼合数个透明或不透明的小尺寸薄膜太阳能电池单元，形成透明或不透明的大面积拼装式薄膜太阳能电池模版。其是藉由：在各个小尺寸薄膜太阳能电池单元的p-i-n层主吸收层的上方，形成透明导电层，其可以是透明导电电极或薄层单一过渡金属或铝的其中之一。

本实用新型又另一目的是藉由在大面积拼装式薄膜太阳能电池模组上结合透明的大面积钢化玻璃，解决大面积钢化玻璃不易裁切为小尺寸的问题。

为了实现上述目的，依据本实用新型提出的一种拼装式薄膜太阳能电池组成结构，至少包含：数个薄膜太阳能电池单元，每一单元间是相连拼合，以及一背板保护层，其形成于相连拼合的该薄膜太阳能电池单元上。其中前述每一薄膜太阳能电池单元包括：一透明基板，该透明基板的一面是照光面；一第一导电层，其是形成于该透明基板上，用以使通过透明基板的光线进入电池单元内部；一p-i-n半导体层，其是形成于该第一导电层上方，用以在受光照射后产生电子空穴对(或称为电子电洞对)，以提供光电流并增加光吸收率；以及一第二导电层，其形成于该p-i-n半导体层上，用以与前述第一导电层取出电能与提升光电转换的效率。

本实用新型还可采用以下技术措施进一步实现。

前述的拼装式薄膜太阳能电池组成结构，其中所述的第一导电层为透明导电电极，且第二导电层为透明导电电极或单一过渡金属或铝的其中之一。

前述的拼装式薄膜太阳能电池组成结构，其中所述的透明背板的材料为强化玻璃。

前述的拼装式薄膜太阳能电池组成结构，其中所述的透明基板的材料为玻璃、石英、透明塑胶、蓝宝石基板或是透明可挠性的材料。

前述的拼装式薄膜太阳能电池组成结构，其中所述的过渡金属为银或镍，其中银的厚度介于3nm～25nm之间。

前述的拼装式薄膜太阳能电池组成结构，其中所述的第一导电层及第二导电层为氧化锌铝(AZO)、氧化锌镓(GZO)或氧化锌硼(ZnO)。

本实用新型与现有技术相比具有明显的优点和有益效果。借由上述技术方案，本实用新型的拼装式薄膜太阳能电池组成结构，至少具有下列优点：

一、本实用新型的拼装式薄膜太阳能电池组成结构，有效地降低产制大面积电池成本，以应用于建筑物或农业大棚等可提高能源再生及回收循环的利用。

二、本实用新型的拼装式薄膜太阳能电池组成结构，可以形成大面积的结构。

三、本实用新型的拼装式薄膜太阳能电池组成结构，在大面积拼装式薄膜太阳能电池模组上结合透明的大面积钢化玻璃，解决大面积钢化玻璃不易裁切为小尺寸的问题。

附图说明

图1是现有已知的薄膜太阳能电池组成结构图。

图2是本实用新型一具体实施例的拼装式薄膜太阳能电池组成结构图。

图3是本实用新型一具体实施例的拼装式薄膜太阳能电池上方视图。

图4是本实用新型一具体实施例的拼装式薄膜太阳能电池上方视图

图5是本实用新型一具体实施例的薄膜太阳能电池的立体视图。

图6是本实用新型另一具体实施例的拼装式薄膜太阳能电池组成结构图。

100、200、300、600：拼装式薄膜太阳能电池单元

101、201、301、601：透明基板

102、202、302：第一导电层

103、203、303、602：p-i-n半导体层

104、204、304、603：第二导电层

400：背板保护层

具体实施方式

为更进一步阐述本实用新型为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本实用新型提出的拼装式薄膜太阳能电池组成结构其具体实施方式、步骤、结构、特征及其功效详细说明。

请参阅图2，是本实用新型第一实施例的拼装式薄膜太阳能电池组成结构。本实用新型拼装式薄膜太阳能电池组成结构，至少包含：数个具有相同组成结构的薄膜太阳能电池单元100、200、300，每一单元间是相连拼合，以及一背板保护层400，其形成于相连拼合的薄膜太阳能电池单元100、200、300上。应注意的是，拼装式薄膜太阳能电池单元100、200、300仅为例式性说明，视需要可增加或减少相连拼合的薄膜太阳能电池单元数量。各个单元包括：一透明基板101、201、301，该基板的一面是照光面；一第一导电层102、202、302，其是形成于该透明基板101、201、301上方，用以使通过透明基板101、201、301的光射入电池内部的p-i-n半导体层，以及取出电能与提升光电转换的效率。一p-i-n半导体层103、203、303，用以使通过透明基板产生电子空穴对，以提供光电流并增加光吸收率；以及一第二导电层104、204、304，其是形成于p-i-n半导体层103、203、303上方，用以取出电能与提升光电转换的效率。本实用新型进一步在第二导电层104、204、304上方形成一大面积背板保护层，所形成的拼装式薄膜太阳能电池组成结构相较于现有习知小尺寸薄膜太阳能电池(例如1.4x1.1m2)具有较大面积，例如5x5m²，其下方视图请参照图2，其显示有多个薄膜太阳能电池单元相互连接成为一大面积薄膜太阳能电池单元；参照图3，其显示本实用新型一具体实施例的薄膜太阳能电池的上方视图，另参照图5，显示其显示本实用新型一具体实施例的薄膜太阳能电池的立体视图。

在第二导电层104、204、304上方形成一大面积背板保护层的方法是先在第二导电层104、204、304涂敷一层太阳能电池封装用EVA膜，再在PVB胶层上覆盖一层大面积背板保护层。使用EVA胶层粘合大面积背板保护层与相连拼合的多个薄膜太阳能的优势在于，EVA膜为一种以EVA(Ethylene乙烯、Vinyl乙烯基、Acetate醋酸盐的简称)为基础的热固性有粘性的胶片，用于放在夹胶玻璃中间，在加热前呈雾状，两面有浮凸的纹路，经过加热后，变成完全透明的并且有很强的粘着力，在严苛的条件下也有很强的稳定性。

在本实用新型另一具体实施例中，本实用新型的背板保护层可采取以EVA胶层粘合一大面积钢化玻璃(Tempered Glass)作为背板保护层，可作为建筑物的玻璃帷幕，达到节能功效，且由于EVA胶层相较于传统以PVB粘合的玻璃对于高频率的音波有优异隔音效果，应属理想。另外，因EVA胶片粘合一大面积钢化玻璃可以抵抗高温、潮气、紫外线等等，并且能长时间的在户外使用，亦可作为农业大棚的屋顶材料，其透光性非常适用于温室或有机农业栽培，且具有发电效益。

在本实用新型又一具体实施例中，为使本实用新型的薄膜太阳能电池具有高度透光特性，前述第二导电层可为透明导电电极。透明导电电极主要可分为兩种，一种是金属薄膜，另一种是透明导电氧化物(Transparentconductiveoxide，TCO)。

以TCO而言，在本实施例，该第一透明导电氧化物可为氧化锌铝(AZO)、氧化锌镓(GZO)或氧化锌硼(ZnO)等透明导电氧化物，由于氧化锌在室温下的激子束缚能(60meV)与氮化镓的激子束缚能(GaN 25meV)相比高出很多，而较大的激子束缚能代表更高的发光效率，因此是光电元件主动层的很好材科。上述透明导电氧化物具有较低的电阻率，俾使增加光的穿透率。

以金属薄膜而言，可为单一过渡金属或铝其中之一，该过渡金属例如为银或镍等等，以银为例，银的厚度介于3nm～25nm之间，且银的特性在可见光范围有良好的透光性且因银具降低电阻值的特性，因此具有良好的导电性质，较佳地，银的厚度介于3nm～5nm、10nm～15nm及20nm～25nm。另外因银的厚度很薄，使薄膜太阳能电池的整体厚度降低。藉由半透明导电金属层取代现有习知的透明导电膜，有效地增加光层及穿透长度，并增加光反射特性，以增加整体转换效率。

在本实施例中，该透明基板的材料可使用一般的玻璃、石英、透明塑胶、蓝宝石基板或是透明可挠性的材料等等。

当该透明基板101、201、301的照光面受到太阳光照射，则光线藉由穿透该透明基板101、201、301及透明的第一导电层102、202、302进入至该p-i-n半导体层103、203、303，使太阳光照射于pn接面上，俾使部份电子因拥有足够的能量，离开原子而变成自由电子，失去电子的原子因而产生空穴，并透过p型半导体及n型半导体分别吸引空穴与电子，把正电和负电分开，在pn接面两端因而产生电位差，再藉由第一导电层102、202、302及第二导电层104、204、304连接一电路(图未示)，使电子得以通过，并与在pn接面另一端的空穴再次结合，便产生电流，再藉由该第一导电层102、202、302及第二导电层104、204、304取出电能，以转换成可利用的功率，且因本实用新型的第二导电层104、204、304可为过渡金属例如为银或镍等，其具有良好的导电性，且为使在可见光范围有良好的透光性，本实用新型第一导电层102、202、302及第二导电层104、204、304的厚度适中，以避免产生不连续岛膜致使导电率下降。

请参阅图6，是本实用新型另一实施例的拼装式薄膜太阳能电池单元600的组成结构图，至少包含：一透明基板601，该透明基板601的一面是一照光面；一p-i-n半导体层602，是形成于该该透明基板601的上方，用以产生电子空穴对，以提供电流并增加光吸收率；以及数个第二导电层603，是形成于p-i-n半导体层602的上方，用以取出电能与提升光电转换的效率。

本实用新型进一步在第二导电层104、204、304上方形成一大面积背板保护层，所形成的拼装式薄膜太阳能电池组成结构相较于现有习知小尺寸薄膜太阳能电池(例如1.4x1.1m2)具有较大面积，例如5x5m²，其下方视图请参照图2，其显示有多个薄膜太阳能电池单元相互连接成为一大面积薄膜太阳能电池单元；上方视图请参照图3，其显示为一大面积的薄膜太阳能电池。

虽然本实用新型已以较佳实施例揭露如上，然并非用以限定本实用新型实施的范围，依据本实用新型的权利要求书及说明内容所作的简单的等效变化与修饰，仍属于本实用新型技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种拼装式薄膜太阳能电池组成结构，其特征在于至少包含：

数个薄膜太阳能电池单元，每一单元间是相连拼合；以及

一背板，其面积大于前述每一薄膜太阳能电池单元的面积，形成相连拼合的该等薄膜太阳能电池单元上；

其中前述每一薄膜太阳能电池单元包括：

一透明基板，该透明基板的一面是照光面；

一第一导电层，其是透明导电电极且形成于该透明基板上；

一p-i-n半导体层，其是形成于该第一导电层上方；及

一第二导电层，其形成于该p-i-n半导体层上。

2.如权利要求1所述的拼装式薄膜太阳能电池组成结构，其特征在于其中所述的第二导电层为透明导电电极或单一过渡金属或铝的其中之一。

3.如权利要求1所述的拼装式薄膜太阳能电池组成结构，其特征在于其中所述的背板的材料为强化玻璃。

4.如权利要求2所述的拼装式薄膜太阳能电池组成结构，其特征在于其中所述的背板的材料为强化玻璃。

5.如权利要求1所述的拼装式薄膜太阳能电池组成结构，其特征在于其中所述的透明基板的材料为玻璃、石英、透明塑胶、蓝宝石基板或是透明可挠性的材料。

6.如权利要求2所述的拼装式薄膜太阳能电池组成结构，其特征在于其中所述的透明基板的材料为玻璃、石英、透明塑胶、蓝宝石基板或是透明可挠性的材料。

7.如权利要求2所述的拼装式薄膜太阳能电池组成结构，其特征在于其中所述的过渡金属为银或镍。

8.如权利要求7所述的拼装式薄膜太阳能电池组成结构，其特征在于其中所述的银的厚度介于3nm～25nm之间。

9.如权利要求1所述的拼装式薄膜太阳能电池组成结构，其特征在于其中所述的第一导电层为氧化锌铝、氧化锌镓或氧化锌硼。

10.如权利要求2所述的拼装式薄膜太阳能电池组成结构，其特征在于其中所述的第一导电层及第二导电层为氧化锌铝、氧化锌镓或氧化锌硼。 

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