TWI851990B - 槽式太陽能電池模組及其製備方法 - Google Patents

Abstract

本發明提供了一種槽式太陽能電池模組及其製備方法。其中，該槽式太陽能電池模組的基板係具有線槽的下沉結構，可以作為下導線的電極埋設於基板之中。據此，本發明之槽式太陽能電池模組可以將其光能轉換結構層和上導線直接以整面結構進行製作，大幅增加了槽式太陽能電池模組的能量轉換效率及空間。

Description

槽式太陽能電池模組及其製備方法

本發明揭示了一種槽式太陽能電池模組及其製備方法，尤指一種透過雷射或光蝕刻開槽手段將下導線下沉至基板中的槽式太陽能電池模組及其製備方法。

隨著綠能相關的科技蓬勃發展且越來越受到重視，各種與綠能相關的技術逐漸成為能源相關科技的顯學。而在這麼多綠能科技之中，太陽能是其中相當重要的一個分支。具體來說，現有的太陽能利用大多均需要利用到太陽能電池來做為光電效應中，光能轉換成電能的元件應用。

以現有的太陽能電池結構來說，主要可以根據構成其的材料區分為相當多種類的太陽能電池，例如矽基半導體電池、CdTe薄膜電池、CIGS薄膜電池、染料敏化薄膜電池、鈣鈦礦電池或有機材料電池等等。

其中矽電池又分為單晶矽電池、多晶矽電池及無定形體矽薄膜電池。對於太陽能電池來說，最重要特性即其光電轉換效率。目前矽基太陽能電池中，單晶矽電池效率約為25.0%；多晶矽電池效率約為20.4%。

而矽晶電池類別之外的固態太陽能電池在放大面積皆為內串聯式的電極設計。這些固態太陽能電池由複數個太陽能電池單元、複數個絕緣構件以及複數個連接構件串連而成。

但是，串聯設計的太陽能電池模組具有許多的缺點，例如：串聯式設計之太陽能模組特性為高電壓低電流。但是市面上之小型室內物聯網應用電源需求均屬低電壓高電流之應用範圍。而屋頂型戶外太陽能模組，在組合成超大型模組前，每個太陽能電池單位元件亦為低電壓高電流之設計。

除此之外，固態太陽能電池的有效發電面積會受限於連接構件與絕緣構件之寬度，無法做到大面積全面性成長光電轉換層，進而影響太陽能模組之光電轉換效率。而且連接構件與絕緣構件之寬度如要做的更細，將會提高製造生產成本。

為了解決先前技術中所提到的問題，本發明提供了一種槽式太陽能電池模組及其製備方法。其中，所述槽式太陽能電池模組主要由一基板、一下導線、一透明導電層、一光能轉換結構層及一上導電層所構成。

其中，該基板上設有複數個線槽。該下導線則對應設置於每個該線槽中。進一步地，該透明導電層設置於該基板上並且與該複數個下導線接觸。

至於該光能轉換結構層設置於該透明導電層之上，並且該上導電層設置於該光能轉換結構層之上。在本發明中，該複數個線槽兩兩之間以一間隔隔開。

為了製得本發明所稱的槽式太陽能電池模組，本發明更提供了一種槽式太陽能電池模組的製備方法。所述槽式太陽能電池模組的製備方法包含下列步驟。

首先，執行步驟(A)，提供一基板，並於該基板上以一開槽手段製作複數個線槽。接著執行步驟(B)，利用一填槽手段將一下導線設置於每個該線槽中。

再執行步驟(C)，於該基板上形成一透明導電層。接著執行步驟(D)，於該透明導電層上形成一光能轉換結構層。完成後，透過步驟(E)，於該光能轉換結構層上形成一上導電層，製得如上所述的該槽式太陽能電池模組。

以上對本發明的簡述，目的在於對本發明之數種面向和技術特徵作一基本說明。發明簡述並非對本發明的詳細表述，因此其目的不在特別列舉本發明的關鍵性或重要元件，也不是用來界定本發明的範圍，僅為以簡明的方式呈現本發明的數種概念而已。

10:槽式太陽能電池模組

10’:槽式太陽能電池模組

100:基板

101:線槽

200:下導線

300:透明導電層

400:光能轉換結構層

401:電洞傳輸層

402:鈣鈦礦吸光層

403:電子傳輸層

500:上導電層

501:上導線層

600:封裝模組

(A)~(E):步驟

圖1係本發明實施例槽式太陽能電池模組的結構示意圖。

圖2係本發明實施例槽式太陽能電池模組的製備過程示意圖。

圖3係本發明實施例槽式太陽能電池模組的另一製備過程示意圖。

圖4係本發明實施例槽式太陽能電池模組的另一結構示意圖。

圖5係本發明實施例槽式太陽能電池模組製備方法的流程圖。

為能瞭解本發明的技術特徵及實用功效，並可依照說明書的內容來實施，茲進一步以如圖式所示的較佳實施例，詳細說明如後：首先請參照圖1，圖1係本發明實施例槽式太陽能電池模組的結構示意圖。如圖1所示，本實施例之槽式太陽能電池模組10主要由基板100、下導線200、透明導電層300、光能轉換結構層400及上導電層500 所構成。進一步地，由於槽式太陽能電池模組10因使用上有封裝的需求，本實施例之槽式太陽能電池模組10外更設有封裝模組600。

具體來說，本實施例採用的封裝模組600可以選自玻璃、高分子膠抑或金屬氧化物層據以實現，本發明並不加以限制。

在本實施例中，基板100上設有複數個線槽101。具體來說，本實施例之線槽101兩兩之間以一間隔隔開。並且，複數個線槽101係以雷射開槽或光蝕刻開槽等手段製作之。因此，線槽101能夠圖樣化為任何使用者需要的形狀，本發明並不加以限制。

進一步地，在複數個線槽101製作完成之後，下導線200則對應設置於每個線槽101中。以本實施例來說，下導線200的材質為金屬，該金屬的材質為銅、銀、金、鉑金或其組合。以本實施例來說，下導線200的材質以導電性最佳的銀線做為首選。

在本實施例中，下導線200填充至複數個線槽101的方式並不加以限制。除了一般半導體製程上的蒸鍍或蝕刻重複步驟製作之外，亦可以使用噴墨精準填充後再用精密雷射(如準分子雷射)去除外溢的銀線材料亦可，本發明並不加以限制。

而本實施例中的透明導電層300係設置於基板100上，並且與複數個下導線200接觸。具體來說，本實施例之透明導電層300的材料為透明導電氧化物材料(Transparent Conductive Oxide,TCO)。更仔細來說，該透明導電氧化物材料(Transparent Conductive Oxide,TCO)可以選自氧化銦錫(Indium Tin Oxide,ITO)、銦摻雜氧化鋅(Indium-doped Zinc Oxide,IZO)、鋁摻雜氧化鋅(Al-doped Zinc Oxide,AZO)或氟摻雜氧化錫(F-doped Tin Oxide,FTO)。

至於本實施例之光能轉換結構層400係設置於透明導電層300之上。本實施例採用的光能轉換結構層400係由電洞傳輸層401、鈣鈦礦吸光層402以及電子傳輸層403所構成。

其中，該電洞傳輸層401形成於透明導電層300上。而該鈣鈦礦吸光層402形成於電洞傳輸層401上。最後，該電子傳輸層403形成於鈣鈦礦吸光層402之上。並且電子傳輸層403與上導電層500連接。

在本發明概念下其他可能實施例中，電洞傳輸層401以及電子傳輸層403的形成位置亦可以實施為顛倒的狀態。即電子傳輸層403形成於透明導電層300上。鈣鈦礦吸光層402形成於電子傳輸層403上。最後，電洞傳輸層401形成於鈣鈦礦吸光層402之上。並且電洞傳輸層401與上導電層500連接，本發明並不加以限制。

本實施例之光能轉換結構層400係可採用濕式製程製作。然在本發明概念下其他可能的實施例，亦可採用如真空鍍膜製程或固態反應法等乾式製程進行製作，本發明並不加以限制。因此，本實施例之上導電層500係設置於光能轉換結構層400之上。

在本實施例中，當上導電層500的材質選用會影響到本發明的應用可能性。具體來說，如圖1的實施例將上導電層500的材質選為金屬時，該金屬的材質為銅、銀、金、鉑金或其組合。以本實施例來說，上導電層500的材質以導電性最佳的銀線做為首選。且上導電層500覆蓋光能轉換結構層400應以盡量減少覆蓋面積的方式設計之。

相對地，當上導電層500的材質選用其他材質時，可先參照圖4。圖4係本發明實施例槽式太陽能電池模組的另一結構示意圖。

如圖4所示，在本發明概念下如以圖4中所示的槽式太陽能電池模組10’進行實施時，該實施例之上導電層500的材質係選用如氧化銦錫 (Indium Tin Oxide,ITO)、銦摻雜氧化鋅(Indium-doped Zinc Oxide,IZO)、鋁摻雜氧化鋅(Al-doped Zinc Oxide,AZO)或氟摻雜氧化錫(F-doped Tin Oxide,FTO)等透明導電氧化物材料(Transparent Conductive Oxide,TCO)。

而因透明導電氧化物材料(Transparent Conductive Oxide,TCO)透光的特性，圖4的實施例中更可在上導電層500上以圖樣化的方式進一步製作上導線層501。據此，圖4中的槽式太陽能電池模組10’實施例便可透過此結構特性，進而具有雙面可受光發電的功能。

同樣地，圖4實施例之上導線層501的材質可與下導線200的材質相同，選用金屬。而本實施例中用以製作上導線層501的金屬材質為銅、銀、金、鉑金或其組合。以本實施例來說，上導線層501的材質同樣以導電性最佳的銀線做為首選。

請搭配圖2-4並參照圖5，圖2係本發明實施例槽式太陽能電池模組的製備過程示意圖；圖3係本發明實施例槽式太陽能電池模組的另一製備過程示意圖；而圖5係本發明實施例槽式太陽能電池模組製備方法的流程圖。

如圖2到圖5所示，首先本實施例係先執行步驟(A)，提供一基板，並於該基板上以一開槽手段製作複數個線槽。

在步驟(A)中，本實施例之基板100係採用透明基板實現之。該透明基板可以是石英玻璃抑或藍寶石玻璃等，本發明並不加以限制。具體來說，複數個線槽101的開槽手段可以透過雷射或是光化學等方式，透過遮罩精準蝕刻出預定的圖樣。

因此，如圖2所示，經過精密製作的複數個線槽101係以有序的方式分佈於基板100之上。接著，執行步驟(B)，利用一填槽手段將一下導線設置於每個該線槽中。

步驟(B)係對應圖2中間的示意圖。在步驟(B)中，所述填槽手段除了一般半導體製程上的蒸鍍或蝕刻重複步驟製作之外，亦可以使用噴墨精準填充後再用精密雷射(如準分子雷射)去除外溢的銀線材料亦可，本發明並不加以限制。據此，能夠在複數個線槽101中製作出下導線200。

接著執行步驟(C)，於該基板上形成一透明導電層。步驟(C)係對應於圖2中最下方的示意圖。在步驟(C)的製作中，透明導電層300的材料為透明導電氧化物材料(Transparent Conductive Oxide,TCO)。更仔細來說，該透明導電氧化物材料(Transparent Conductive Oxide,TCO)可以選自氧化銦錫(Indium Tin Oxide,ITO)、銦摻雜氧化鋅(Indium-doped Zinc Oxide,IZO)、鋁摻雜氧化鋅(Al-doped Zinc Oxide,AZO)或氟摻雜氧化錫(F-doped Tin Oxide,FTO)。

步驟(C)透明導電層300的製作方式同樣可以使用如蒸鍍或濺鍍等半導體製程上的手段實現，本發明並不加以限制。接著，請同時參照圖3及圖5，步驟(D)係對應於圖3中最上方的示意圖。

步驟(D)係於該透明導電層上形成一光能轉換結構層。在本實施例中，光能轉換結構層400係分為三層進行製作的固態結構。進一步來說，步驟(D)係先於透明導電層300上形成電洞傳輸層401之後，在於電洞傳輸層401上形成鈣鈦礦吸光層402。緊接著，在鈣鈦礦吸光層402上形成電洞傳輸層403，以完成本實施例光能轉換結構層400的製作。

同樣地，本實施例光能轉換結構層400中的各層結構係可採用濕式製程製作。然在本發明概念下其他可能的實施例，亦可採用如真空鍍膜製程或固態反應法等乾式製程進行製作，本發明並不加以限制。

接著，如圖3中下方兩個示意圖所示，步驟(E)係於該光能轉換結構層上形成一上導電層，製得如上所述的該槽式太陽能電池模組。具體來說，透過本實施例製得的槽式太陽能電池模組10具有極高的光電轉換面積。

同理，步驟(E)中用以製作上導電層500的材質如選為金屬時，該金屬的材質為銅、銀、金、鉑金或其組合。以本實施例來說，上導電層500的材質以導電性最佳的銀線做為首選。且上導電層500覆蓋光能轉換結構層400應以盡量減少覆蓋面積的方式設計之。

相對地，當步驟(E)中上導電層500的材質選用其他材質時，可如圖4的實施例一般，將上導電層500的材質以氧化銦錫(Indium Tin Oxide,ITO)、銦摻雜氧化鋅(Indium-doped Zinc Oxide,IZO)、鋁摻雜氧化鋅(Al-doped Zinc Oxide,AZO)或氟摻雜氧化錫(F-doped Tin Oxide,FTO)等透明導電氧化物材料(Transparent Conductive Oxide,TCO)據以實現。

而因透明導電氧化物材料(Transparent Conductive Oxide,TCO)透光的特性，待步驟(E)將上導電層500完成後，可以在上導電層500之上以圖樣化的方式進一步製作如圖4所示的上導線層501。據此，便可如圖4中的槽式太陽能電池模組10’一般透過此結構特性，進而使槽式太陽能電池模組10’具有雙面可受光發電的功能。

於本製備方法的實施例中，同圖4一般，當有製作上導線層501的需求時，上導線層501所用的材質可與製作下導線200時相同，選用金屬。而本實施例中用以製作上導線層501的金屬材質為銅、銀、金、鉑 金或其組合。具體而言，上導線層501的材質同樣以導電性最佳的銀線做為首選。

在本發明概念下的實施例於製作時可透過更平坦化的條件進行製備。平坦化製程有助於大面積製造時的品質管理，並能有效減少太陽能電池模組中的角落缺陷。除此之外，槽式太陽能電池模組10或槽式太陽能電池模組10’的結構更可最大化模組發電之有效面積與製程品質，進而提升整體光電轉換的效率。

惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即依本發明申請專利範圍及說明內容所作之簡單變化與修飾，皆仍屬本發明涵蓋之範圍內。

10:槽式太陽能電池模組

100:基板

101:線槽

200:下導線

300:透明導電層

400:光能轉換結構層

401:電洞傳輸層

402:鈣鈦礦吸光層

403:電子傳輸層

500:上導電層

600:封裝模組

Claims (16)

1. 一種槽式太陽能電池模組，包含：一基板，該基板上設有複數個線槽；一下導線，以一填槽手段將該下導線對應設置於每個該線槽中；一透明導電層，設置於該基板上並且與該複數個下導線接觸；一光能轉換結構層，設置於該透明導電層之上；一上導電層，設置於該光能轉換結構層之上；以及一上導線層，設置於該上導電層上；其中，該複數個線槽兩兩之間以一間隔隔開；其中，該填槽手段為採用一噴墨精準填充後再用一雷射去除外溢的一金屬材料。
2. 如請求項1所述的槽式太陽能電池模組，其中該太陽能電池模組外更設有一封裝模組。
3. 如請求項1所述的槽式太陽能電池模組，其中該透明導電層的材料為一透明導電氧化物材料(Transparent Conductive Oxide,TCO)。
4. 如請求項3所述的槽式太陽能電池模組，其中該透明導電氧化物材料(Transparent Conductive Oxide,TCO)為氧化銦錫(Indium Tin Oxide,ITO)、銦摻雜氧化鋅(Indium-doped Zinc Oxide,IZO)、鋁摻雜氧化鋅(Al-doped Zinc Oxide,AZO)或氟摻雜氧化錫(F-doped Tin Oxide,FTO)。
5. 如請求項1所述的槽式太陽能電池模組，其中該下導線及該上導電層的材質為金屬。
6. 如請求項5所述的槽式太陽能電池模組，其中該金屬的材質為銅、銀、金、鉑金或其組合。
7. 如請求項1所述的槽式太陽能電池模組，其中該上導電層的材料為透明導電氧化物材料(Transparent Conductive Oxide,TCO)。
8. 如請求項7所述的槽式太陽能電池模組，其中該透明導電氧化物材料(Transparent Conductive Oxide,TCO)為氧化銦錫(Indium Tin Oxide,ITO)、銦摻雜氧化鋅(Indium-doped Zinc Oxide,IZO)、鋁摻雜氧化鋅(Al-doped Zinc Oxide,AZO)或氟摻雜氧化錫(F-doped Tin Oxide,FTO)。
9. 如請求項1所述的槽式太陽能電池模組，其中該光能轉換結構層為一鈣鈦礦太陽能電池結構，包含：一電洞傳輸層，形成於該透明導電層上；一鈣鈦礦吸光層，形成於該電洞傳輸層上；以及一電子傳輸層，形成於該鈣鈦礦吸光層之上，該電子傳輸層與該上導電層連接。
10. 如請求項1所述的槽式太陽能電池模組，其中該光能轉換結構層為一鈣鈦礦太陽能電池結構，包含：一電子傳輸層，形成於該透明導電層上；一鈣鈦礦吸光層，形成於該電子傳輸層上；以及一電洞傳輸層，形成於該鈣鈦礦吸光層之上，該電洞傳輸層與該上導電層連接。
11. 一種槽式太陽能電池模組的製備方法，包含：(A)提供一基板，並於該基板上以一開槽手段製作複數個線槽；(B)利用一填槽手段將一下導線設置於每個該線槽中，該填槽手段為採用一噴墨精準填充後再用一雷射去除外溢的一金屬材料；(C)於該基板上形成一透明導電層；(D)於該透明導電層上形成一光能轉換結構層；(E)於該光能轉換結構層上形成一上導電層；(F)於該上導電層上形成一上導線層，製得如請求項1所述的該槽式太陽能電池模組。
12. 如請求項11所述的槽式太陽能電池模組的製備方法，其中該開槽手段為雷射開槽或光蝕刻開槽。
13. 如請求項11所述的槽式太陽能電池模組的製備方法，其中該光能轉換結構層為一鈣鈦礦太陽能電池結構，包含：一電洞傳輸層，形成於該透明導電層上；一鈣鈦礦吸光層，形成於該電洞傳輸層上；以及一電子傳輸層，形成於該鈣鈦礦吸光層之上，該電子傳輸層與該上導電層連接。
14. 如請求項11所述的槽式太陽能電池模組的製備方法，其中該光能轉換結構層為一鈣鈦礦太陽能電池結構，包含：一電子傳輸層，形成於該透明導電層上；一鈣鈦礦吸光層，形成於該電子傳輸層上；以及 一電洞傳輸層，形成於該鈣鈦礦吸光層之上，該電洞傳輸層與該上導電層連接。
15. 如請求項11所述的槽式太陽能電池模組的製備方法，其中該上導電層的材料為透明導電氧化物材料(Transparent Conductive Oxide,TCO)。
16. 如請求項15所述的槽式太陽能電池模組的製備方法，其中該透明導電氧化物材料(Transparent Conductive Oxide,TCO)為氧化銦錫(Indium Tin Oxide,ITO)、銦摻雜氧化鋅(Indium-doped Zinc Oxide,IZO)、鋁摻雜氧化鋅(Al-doped Zinc Oxide,AZO)或氟摻雜氧化錫(F-doped Tin Oxide,FTO)。

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