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TWI379427B - Transparent solar cell module - Google Patents

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TWI379427B
TWI379427B TW096151505A TW96151505A TWI379427B TW I379427 B TWI379427 B TW I379427B TW 096151505 A TW096151505 A TW 096151505A TW 96151505 A TW96151505 A TW 96151505A TW I379427 B TWI379427 B TW I379427B
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transparent
solar cell
substrate
film
cell module
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I Min Chan
Chao Hsien Kuo
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Ind Tech Res Inst
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Description

P63960017TW 26237twf.doc/n 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明是有關於一種透明型太陽能電池模組。 【先前技術】 太陽能是一種具有永不耗盡且無污染的能源，在解決 目前石化能源所面臨的污染與短缺的問題時，一直是最受 矚目的焦點。其中，透明型太陽能電池(solar cell)可直接將 太陽能轉換為電能，是目前相當重要的研究課題。 早期的透明型太陽能電池通常是設置在屋頂上，但， 在地窄人稠的都市中，頂樓面積有限，裝設面積不大。而 建築物的立面的玻璃帷幕牆的面積大且無法規的限制，是 透明型太陽能電池模組可以利用的區域。 結合建桌物之太陽能電池（building integrated photovoltaic，BIPV)通常必須具有良好的透明性。而透明 型太陽能電池（thin film solar cell of see-through type)在這 些應用當中具有節能與美觀等優點，且符合人性居住的需 求。 目前，在一些專利已有揭露關於透明型薄膜太陽能電 池及其製造方法的相關技術。 美國專利第4,795,500號(US 4795500)提出一種太陽能 電池元件(“raOTOVOLATIC DEVICE”）。此太陽能電池^ 件包括第一透明基板、透明導電層、光電轉換層、背電極 以及光阻。此太陽能電池元件在背電極與光電轉換層以及 透明導電層中均會形成孔洞，以達到透明的目的光製 1379427 ·. P63960017TW 26237twf.doc/n 程所使用的光阻並不需要去除，其可造成彩色的效果，減 少背電極之金屬光澤。 美國專利第4,663,495號(US 4663495)提出一種透明太 陽能電池模組（“TRANSPARENT PHOTOVOLATIC MODULE”）。太陽能電池模組的上下電極都使用透明導電 氧化物，使其可雙面照光，而沒有被吸收的光還可以穿透， 形成透明型太陽能模組。
美國專利第6,858,461號(US 6,858,461 B2)提出一種 部分透明太陽能電池模組(“partially transparent PHOTO VOLATIC MODULES”）。在此太陽能電池模組中， 會利用雷射切割（laser scribing)方式移除部分金屬電極與 光電轉換層，而形成至少一條溝渠(gr〇〇ve)，以使太陽能電 池模組可達到部分透明的目的。 其他相關的專利如美國專利第4,623,601號、美國專 利第6，180,871號等。 '
目前的非晶料膜透明型太陽能電池或是染料敏化透 明型太陽能電池雖可得到電力，但是，由於薄膜或染料只 會吸收特定波段的光，導致薄膜有紅色或是黃色等顏色產 生。雖然’應用在玻璃帷幕時，建築外牆不失美觀，但 會使得室内色概變，無法符合是需求。因此，如何能夠 不改變室内㈣，將會是未來Blpv _在 要課題。 π u 崎:： 6 1379427 ·. •« P63960017TW26237tw£doc/n 約增加3〇%。況且，透明型產品必需使用化學氣相沈積製 程並增加雷射製程不僅製造的成本高’而且有炫光的問 題’不適合眼睛近看或是久看。 【發明内容】 本發明提供一種透明塑太陽能電池模組可以改盖 陽光譜失真的問題。 ^ 本發明提供一種透明型太陽能電池模組可以調整室 φ 内的色標、演色性與色溫。 本發明提供一種透明型太陽能電池模組可作811)¥應 用。 〜 本發明提出一種透明型太陽能電池模組，其包括透明 型太陽能電池與光學濾光膜。透明型太陽能電池包括透明 基板與透明型太陽能電池部。透明型太陽能電池部位於透 明基板之第一表面之上。光學濾光膜，則位於透明型太陽 能電池上。 • 依照本發明實施例所述，上述之透明型太陽能電池模 組中’光學瀘光膜位於透明基板的第二表面上。 依照本發明實施例所述，上述之透明型太陽能電池模 組更包括至少一抗反射層，位於光學濾光膜與該透明基板 之間’或透明基板以及該透明型太陽能電池部之間，或光 學遽光膜與透明基板之間以及透明基板以及透明型太陽能 電池部之間均設置抗反射層。 依照本發明實施例所述，上述之透明型太陽能電池模 組中’光學濾光膜位於透明基板的第一表面與透明型太陽 7 1379427 P63960017TW 26237twf.doc/i 能電池部之間。 依照本發明實施例所述，上述之透明型太陽能電池模 組更包括至少-抗反射層，位於透明基板之第二表面上， 或位於透明基板與該光學遽光膜之間，或光學滤光膜與透 明型太陽能電池部之間，或是透明基板與該光學爐光膜之 間以及光學滤光膜與透明型太陽能電池部之間擇一以及透 明基板之第二表面上均設置抗反射層。 • 依照本發明實施例所述，上述之透明型太陽能電池模 組中，透明型太陽能電池部位於光學濾光膜與透明基板之 間。 依照本發明實施例所述，上述之透明型太陽能電池模 組更包括至少一抗反射層，位於透明基板之第二表面上， 或位於該透明基板與該透明型太陽能電池部之間，或該透 明基板之該第二表面上以及該透明基板與該透明型太陽能 電池部之間均設置抗反射層。 • 依照本發明實施例所述’上述之透明型太陽能電池模 組更包括另一透明基板，使透明型太陽能電池部位於透明 基板與另一透明基板之間。 依照本發明實施例所述，上述之透明型太陽能電池模 組更包括一絕緣層位於透明型太陽能電池部與另一透明基 .板之間。 依照本發明實施例所述，上述之透明型太陽能電池模 組中，光學濾光膜將透明型太陽能電池模組的穿透明譜色 標(CIE)限制在 CIE(0.10, 〇·75)和 CIE(0.25, 0.60)所構成的 8 1379427 P63960017TW 26237twf.doc/n 矩·？{^區域内。 依照本發明實施例所述，上述之透明型太陽能電池模 組中’光學縣膜可將透明型太陽能電池模_穿透明說 的演色性(Ra)調整至大於75。 曰 依照本發明實施例所述’上述之透明型太陽能電池模 組中，光學濾光膜將透明型太陽能電池模組的穿透明譜色 溫(CT)調整至凱氏1〇〇〇度至10000度。 曰 依照本發明實施例所述，上述之透明型太陽能電池模 組中’光學濾光膜為折射率η高於L9與折射η低於19 的薄膜構成之堆疊膜。 依照本發明實施例所述，上述之透明型太陽能電池模 組中’透明基板為硬式基板或可撓式基板。 、 依照本發明實施例所述，上述之透明型太陽能電池模 組中’硬式基板包括玻璃基板。 依照本發明實施例所述，上述之透明型太陽能電池模 組中’可撓式基板包括塑膠基板。 依照本發明實施例所述，上述之透明型太陽能電池模 組中，透明型太陽能電池部包括一第一電極、一第二電極 與一光電轉換層。 依照本發明實施例所述，上述之透明型太陽能電池模 組中’透明型太陽能電池部為矽薄膜透明型太陽能電池 部、染料敏化透明(DSSC)型太陽能電池部、銅銦鎵硒(CIGS) 型太陽能電池部、銅銦硒(CIS)型太陽能電池部、碲化鎘 (CdTe)型太陽能電池部、或有機透明型太陽能電池部。 9 1379427 P63960017TW26237twf.doc/n 本發明之透明型太陽能電池可以改善太陽光譜失真 的問題。 本發明之透明型太陽能電池可以調整室内的色標、演 色性與色溫。 本發明之透明型太陽能電池可作BIPV應用。 為讓本發明之上述和其他目的、特徵和優點能更明顯 易懂，下文特舉數個實施例，並配合所附圖式，作詳細說 明如下。 【實施方式】 本發明之透明型太陽能電池模組中的太陽能電池配 置有光學濾光膜，可以改善透明型太陽能電池模組之光電 轉換層僅吸收特定波段的光造成室内色調改變的問題，達 到控制透明型太陽能電池之穿透明譜的色標(CIE)、演色性 (Ra)以及色溫(CT)之目的。以下舉數個實施例來說明透明 型太陽能電池模組中光學濾光膜的位置關係，然而，本發 明並不以此為限。 圖1至3分別是依照本發實施例所續·示之透明型太陽 能電池模組的剖面示意圖。 請參照圖1至3，本發明之透明型太陽能電池模組均 包括透明基板模組100、透明型太陽能電池2〇〇與光學濾 光膜30。更具體地說’透明基板模組1〇〇包括透明基板 透明型太陽能電池200包括透明基板4〇與透明型太陽能電 池部80。透明型太陽能電池部8〇則依序包括電極5〇、光 電轉換層60以及電極70。電極50設置於透明基板4〇上； 1379427 ·. P63960017TW 26237twf.doc/n 光電轉換層60位於電極50以及電極70之間；電極70與 絕緣層20接觸，使得透明型太陽能電池2〇〇封裝於透明基 板模組100的透明基板1〇的表面10b上。而光學濾光膜 30位於透明型太陽能電池2〇〇上。也就是說，光學滤光膜 30可以位於透明基板4〇上，透明基板4〇與透明型太陽能 電池部80之間，或是位於透明型太陽能電池部8〇上。為 清楚起見，各圖式中透明基板模組1〇〇、透明型太陽能電 池200以及絕緣層20均以間隔一距離來表示之〇以下將依 照光學濾光膜30在透明型太陽能電池2〇〇之位置的不同來 詳細說明之。 實施例一 請參照圖1 ’太陽能電池模組300A中的透明型太陽能 電池200的透明基板40的表面40a上方依序配置太陽能電 池部80的電極50、光電轉換層60以及電極70。透明基板 40的表面40b上則配置光學濾光膜30。 由於透明基板40的表面40b上設有光學濾光膜30， 因此’當太陽光400從透明基板40的第二表面40b入射 前，會先經過光學濾光膜30，過濾掉部分波段的光線，另 一部分波段的光線在透明型太陽能電池部80被吸收並產 生電能；又另一部分波段的光線則通過透明型太陽能電池 部80 ’並經由絕緣層20，最後再通過透明基板模組1〇〇， 以使得最終在透明基板10之表面l〇a側（室内）的光線的色 調調整至特定的範圍内。 11 1^/9427 P63960017TW 26237twf.doc/n 在一實施例中’為增加長波長光線的反射，增進元件 之效率，在透明基板40的表面40b上還包括抗反射層9〇, 使其位於光學濾光膜3〇與透明基板4〇之間。在另一實施 例中，透明基板40的表面4〇a上還包括抗反射層92，使 其位於透明基板40與太陽能電池部8〇的電極5〇之間。在 又一實施例’在透明基板40的表面4〇b以及40a上分別具 有抗反射層90與抗反射層92。 實施例二 請參照圖2A與2B，透明型太陽能電池模組3〇〇B與 300B的組成構件與實施例一者相同，其差異點在於透明型 太陽能電池200中的光學濾光膜3〇配置的位置不同。在此 實施例中，光學濾光膜3〇是位於太陽能電池部8〇的電極 50與透明基板40的表面4〇a之間。由於透明基板40與電 極50之間設有光學濾光膜3〇,因此，當太陽光4〇〇從透 明基板40的表面40b入射之後，會先經過光學濾光膜3〇, 過遽掉部分皮段的光線，另一部分波段的光線在透明型太 陽能電池部80被吸收並產生電能；又另一部分波段的光線 則通過透明型太陽能電池部8〇,並經由絕緣層20,最後再 通過透明基板模組100 ’以使得最終在透明基板1〇之表面 10a側（室内)的光線的色調調整至特定的範圍内。 同樣地，為增加長波長光線的反射，以增進元件之效 率，也可以在透明基板的兩個表面、40a上分別設置抗 反射層90、92,或同時設置9〇與92 ^更詳細地說，抗反 12 1379427 ·. P63960017TW 26237twf.doc/n 射層90設置在透明基板40的表面4〇b上；抗反射層92 置在透明基板40的表面40a上，使得抗反射層92位於光 學遽光膜30與透明基板40之間，如圖2A所示。或者， 抗反射層90是設置在透明基板4〇的表面40b上；抗反射 層92置在光學濾光膜30與太陽能電池部80之間，如圖 2B所示。 實施例3 請參照圖3 ’透明型太陽能電池模組3〇〇c的組成構 件與實施例一者相同，其差異點在於透明型太陽能電池 200中的光學濾光膜30配置的位置不同。在此實施例中， 光學濾光膜30是位於太陽能電池部8〇的電極7〇之未設置 光電轉換層60的表面上’使得光學濾光膜3〇位於太陽能 電池部80與絕緣層20之間。 由於太陽能電池部80的電極70上設有光學濾光膜 30，因此，當太陽光400從透明基板40的第二表面4〇b 入射後’一部分波段的光線在透明型太陽能電池部8〇被吸 收並產生電能；另一部分波段的光線，則通過透明型太陽 能電池部80’再經由光學濾光膜3〇過濾部分波段的光線， 然後再通過絕緣層20與透明基板模組1〇〇，以使得最終在 透明基板10之表面l〇a側（室内）的光線的色調調整至特定 的範圍内。 同樣地，為增加長波長光線的反射，以增進元件之效 率，也可以在透明基板的兩個表面4〇b、4〇a上分別設置抗 13 1379427 P63960017TW 26237twf.doc/n 反射層90、92 ’或同時設置90與92。更詳細地說，抗反 射層90可以設置在透明基板4〇的表面4肋上；抗反射層 92可以是置在透明基板40的表面4〇a上，使得抗反射層 92位於透明基板40與太陽能電池部8〇的電極50之間。 上述之透明型太陽能電池200為染料化透明型太陽 能電池、矽薄膜透明型太陽能電池、銅銦鎵硒(CIGS)型太 陽能電池模組、銅銦iS(CIS)型太陽能電池模組或有機透明 型太陽能電池。 上述光電轉換層60的材質例如是染料、非結晶矽、 微結晶矽或其合金比如是矽化鍺(SiGe)、硫化鎘(CdS)、銅 銦鎵二晒(CuInGaSe2，CIGS)、銅銦二硒(CuInSe2，CIS)、 蹄化録(CdTe)、有機材料或上述材料堆疊之多層結構。 上述透明型太陽能電池部8〇之電極5〇、電極70以及 光電轉換層60的形狀、結構並無特別的限制，光電轉換層 60可以是單接面或雙接面，或是更多接面者。 上述電極50與電極70之材質可以相同或相異，例如 是透明導電氧化物(transparent conductive oxide，TCO)，比 如是銦錫氧化物（indium tin oxide，ITO)、摻氟氧化錫 (fluorine doped tin oxide ’ FTO)、摻鋁氧化辞(aluminium doped zinc oxide ’ AZO)、摻鎵氧化鋅(ganium doped zinc oxide，GZO)或其組合。 上述透明基板40可以是硬式基板或可撓式基板。硬 式基板例如是作為建築物之帷幕玻璃基板。可撓式基板例 如是塑膠基板。 上述透明基板10可以是硬式基板或可撓式基板。硬 14 1379427 P63960017TW 26237twf.doc/n 式基板例如是作為建築物之帷幕玻璃基板。可撓式基板例 如是塑膠基板。透明基板10可以與透明基板40相同或相 異。 絕緣層20之材質例如是乙烯_醋酸乙稀共聚物 (ethylene vinyl acetate，EVA)、聚乙焊醇縮丁搭(pvB)或具 有相似性質者。 ' 光學濾光膜30可將透明型太陽能電池的穿透明
譜色標限制在CIE(0.10, 0.75)和CIE(0.25, 0.60)所構成的矩 形區域内，次色性調整至大於75 ;色溫調整至凱氏1〇〇〇 度至10000度。光學濾光膜3〇例如是由多層折射率n大於 1.9的高折神關與乡層折射率n小於19的低折射率膜 詹相互層疊所形成之堆疊膜。高折射率膜層例如是㈤广
Cr203、Gd203、Hf02、In2〇3、IT0、La2〇3、Nb2〇5、Nd2〇3、 PbO、Sn02、Ta2〇5、Ti02、V2〇5、w〇3、Zr〇2、Zn〇、ZnS、
ZnSe。低折射率膜層例如是a%、Al2〇3、Bap2、、
CaF2、CeF3、GdF3、LiF、MgF2、NaF、Na3AlF6、Na5Al3F14 '
NdF3、Si02、Si2〇3。 抗反射層90與抗反射層92之材質可以相同或相異。 抗反射層90與抗反射層92之㈣可叹射長波長的光 線，提升兀件之效率。例如是由多層折射率η大於L9的 高折射率膜層與多層折射率η小於1 9的低折射率膜層相 互層疊所形成之堆疊膜。高折射率膜層例如是⑽、 Cr203、Gd203、Hf02、ΐη2〇3、IT〇、[峨、吨〇5、耻〇3、 PbO、Sn02、Ta2〇5、Ti〇2、V2〇5、衝3、吨、Zn〇 zns、 1379427 .. P63960017TW 26237twf.doc/n
ZnSe。低折射率膜層例如是a1F3、Al2〇3、BaF2、BiF3、 CaF2、CeF3、GdF3、LiF、MgF2、NaF、Na3AlF6、Na5Al3F14、 NdF3、Si02、Si20” 以下將說明以電腦來模擬實驗本發明之含有抗反射 層以及光學濾光膜之太陽能電池的結果。 太陽能電池之結構依序為第一抗反射層/透明基板/第 二抗反射層/前電極/光電轉換層/背電極。其中，第一抗反 φ 射層由104奈米的MgFz m奈米的Ti〇2 /17奈米的MgFz /96奈米的Ti〇2 /13奈米的MgF2 /29奈米的Ti02 /38奈米 的MgFz /11奈米的Ti02所構成。透明基板為玻璃。第二 抗反射層為50奈米的Ti〇2。前電極為厚度20奈米的摻鋁 氧化鋅。光電轉換層為300奈米的非晶矽。背電極為8〇 奈米的摻鋁氧化鋅。其結果顯示短路電流密度Jsc= 10.15mA/cm2’相較於無第一抗反射層與第二抗反射層之太 陽能電池之短路電流密度Jsc= 9.86mA/cm2，本發明之太陽 能電池中增設抗反射層確實可以提升其短路電流密度。 籲 另一個模擬實驗之太陽能電池之結構為第一抗反射 層/透明基板/第二抗反射層/前電極/光電轉換層/背電極/光 學滤光膜。第一抗反射層、透明基板、第二抗反射層、前 電極、光電轉換層以及背電極之條件同上。光學濾光膜則 是以7層堆疊之Ti〇2以及Si〇2所構成。其結果顯示短路 電流密度Jsc= 11.50mA/cm2 ’相較於無第一抗反射層、第 一抗反射廣以及光電轉換層之太陽能電池的短路電流密度 Jsc=9.86mA/cm2 ’本發明之太陽能電池増加抗反射層以及 16 1379427 . ·· * P63960017TW 26237twf.doc/n 光電轉換層更可以大幅提升其短路電流密度。 本發明之透明型太陽能電池模組增設了 可以改善太陽光譜失真的問題，而且可以調整室^ = . 標、演色性與色溫，作BIPV制，達到與建築物結合之 目的0 雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定 本發明’任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範 • 圍内，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍 當視後附之申請專利範圍所界定者為準。 【圖式簡單說明】 圖1至圖3分別是依照本發各實施例所繪示之一種透 明型太陽能電池模組的剖面示意圖。 【主要元件符號說明】 300A、3O0B、300B，、300C :透明型太陽能電池模組 10 ' 40 :透明基板 10a、l〇b、40a、40b :表面 ® 2〇 :絕緣層 3〇 :光學濾光膜 50、70 :電極 6〇 :光電轉換層 80 :透明型太陽能電池部 9〇、92 :抗反射層 1〇〇 :透明基板模組 200 :透明型太陽能電池 4〇〇 :太陽光 17

Claims (1)

  1. ~年，月“狂I! 101-8-6 十、申請專利範圍： 1· 一種透明型太陽能電池模組，包括： 一透明型太陽能電池，包括： -透明基板，具有-第—表面與—第二表面； -透明型太陽能電池部，位於該透明基板之 一表面之上；以及 :光學濾、光膜，位於該透明型太陽能電池的該透 板上或透明型太陽能電池部上，其中該光學遽光膜將 陽of電池模組的穿透明譜色標(;IE)限制在 (.10,0.75)和（：正(0.25,0.60)所構成的矩形區域内。 2^申料·_丨項所述之透明敎陽能電池模 、、’ ^中該光學縣膜位於該透明基板的該第二表面上。 %糊範㈣1項所述之透_太陽能電池模 笑柄^ ―抗反機’位於該光科光膜與該透明 透明基板以及該透明型太陽能電池部之 及該光膜與該透明基板之間以及該透明基板以 透明型太_電池部之間均設置抗反射層。 組，圍第1項所述之透明型太陽能電池模 透明型太於該透明基板的該第-表面舆該 組，5更專利範圍第4項所述之透明型太陽能電池模 面上，^ >一抗反射層，位於該透明基板之該第二表 遽相光臈之間’或該光學 i太％此電池。卩之間，或是該透明基板與 18 1379427 101-8-6 6.如_請專利範圍第丨項所述之透明型太陽能電池模 =其中該透日太陽能電池部位於該光學遽光膜與該 明基板之間。
    7·如申請專纖圍第1項所狀透明型太陽能電池模 2 ’更包括至少-抗反射層，位於該透明基板之該第二表 上’或位於該透明基板與該透明型太陽能電池部之間， 二、?，明絲之該第二表面上以及該透板與該透明型 太％能電池部之間均設置抗反射層。 ☆ 8.如中請專利制第丨項所述之透·太陽能電池模 =、更包括另-透明基板，使該透明型太陽能電池部位於 該透明基板與該另一透明基板之間。 、 《，9.如申料利㈣第8項所述之翻型太陽能電池模 Φ 〔且，更包括一絕緣層位於該透明型太陽能電池部盥該另一 透明基板之間。 〃 10.如申請專利範圍第丨項所述之透明型太陽能電池 空=，其中該光學濾光膜可將該透明型太陽能電池模組的 透明譜的演色性(Ra)調整至大於75。 如申請專利範圍第1項所述之透明型太陽能電池 吴、、’且其中s亥光學濾光膜將該透明型太陽能電池模組的穿 透明谱色溫(CT)調整至凱氏丨000度至1〇〇〇〇度。 12.如申請專利範圍第i項所述之透明型太陽能電池 19 1379427 .. .1 101-8-6 模組，其中該光學濾光膜為折射率n大於19與折射n低 於1.9之薄膜構成之堆疊膜。 13. 如申請專利範圍第丨項所述之透明型太陽能電池 模組，其中該透明基板為硬式基板或可撓式基板。 14. 如申請專利範圍第13項所述之透明型太陽能電 池模組’其中該硬式基板包括玻璃基板。 15. 如申凊專利範圍第13項所述之透明型太陽能電 池模組’其中該可撓式基板包括塑膠基板。 16. 如申凊專利範圍第1項所述之透明型太陽能電池 板組’其中該透明型太能電池部包括一第一電極、一第 二電極與一光電轉換層。 17. 如申請專利範圍第1項所述之透明型太陽能電池 模組，其中遠透明型太陽能電池部為石夕薄膜透明型太陽能 電池部、染料敏化透明(DSSC)型太陽能電池部、銅銦鎵硒 (CIGS)型太陽能電池部、銅銦硒(cis)型太陽能電池部、碲 化鎘(CdTe)型太陽能電池部、或有機透明型太陽能電池部。 20
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