專利名稱：具有發(fā)光構(gòu)件的太陽能電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是有關(guān)于一種光伏打裝置(photovoltaic device)，且特別是有關(guān)于一種 具有發(fā)光構(gòu)件的太陽能電池。
背景技術(shù)：
太陽能似乎為取之不盡的能源，因而獲得許多研究的關(guān)注。出于此目的，吾人開發(fā) 太陽能電池而將太陽能直接轉(zhuǎn)換成電能。當前，太陽能電池通常由單晶硅或多晶硅制得，且這類裝置占太陽能電池市場的 90%以上。然而，此類型的太陽能電池的生產(chǎn)將需要高品質(zhì)硅片，因而使得制造程序成本 高。此外，基于硅片的太陽能電池不適合于某種應(yīng)用，諸如透明玻璃窗簾及其它建筑整合型 光伏打裝置(BIPV)。因此，在上述應(yīng)用中采用薄膜太陽能電池，尤其采用透明型薄膜太陽能 電池。已知的透明型薄膜太陽能電池模塊包括一玻璃基板、一透明電極、一光電轉(zhuǎn)換層 及一背面接觸點。透明電極形成在玻璃基板上。光電轉(zhuǎn)換層配置在透明電極上。此外，背 面接觸點通過位置位移配置在該光電轉(zhuǎn)換層上，且與下層透明電極接觸。為了提高太陽能 電池的效率，角錐狀結(jié)構(gòu)或紋理結(jié)構(gòu)形成在透明導電層的表面上。然而，因為光可直接通過 光電轉(zhuǎn)換層，且自太陽能電池透射出來而不會被吸收，所以該等角錐狀結(jié)構(gòu)或紋理結(jié)構(gòu)僅 有限地提高太陽能電池的效率。因此，在此目前亟需一種具有較高光電轉(zhuǎn)換效率的改良的太陽能電池。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種具有較高光電轉(zhuǎn)換效率的太陽能電池。本發(fā)明提供一種太陽能電池，其依序包括一透明基板、一光學層、一發(fā)光構(gòu)件及一 光伏打裝置。光學層配置于透明基板上，且可反射波長在約500nm至約730nm間范圍中的 光，且透射波長在約300nm與約600nm間范圍中的光。發(fā)光構(gòu)件配置于光學層上，且可發(fā)射 具有在約500nm與約730nm之間的范圍中的波長的光。此外，能將光轉(zhuǎn)換成電的光伏打裝 置配置在發(fā)光構(gòu)件上。根據(jù)本發(fā)明的一實施方式，發(fā)光構(gòu)件可包含一發(fā)光材料，其在約500nm至約700nm 間的范圍中具有最大的光譜強度。根據(jù)本發(fā)明的另一實施方式，發(fā)光材料包括但不限于4- ( 二氰基亞甲基)-2-叔丁 基-6- (1，1，7，7-四甲基久洛尼定基-9-烯基)-4H-吡喃 (dicyanomethylene) -2-t-bu tyl-6-(l, 1,7, 7-tetramethyl julolidyl-9-enyl) -4H-pyran, DCJTB)、惡嗪-4-高氯酸鹽、 3-苯基-熒蒽、GF ORANGE-RED 、GF CLEAR 、FLU0R0L 555 、LDS 730 、LDS 750 、BASF 241 及 BASF 339 。本發(fā)明的太陽能電池的優(yōu)點在于透射進入該太陽能電池的光可被截留于其中， 且隨后被轉(zhuǎn)換成電能，從而大幅提高了太陽能電池的效率。



為讓本發(fā)明的上述和其它目的、特征、優(yōu)點與實施例能更明顯易懂，所附附圖的說 圖1為本發(fā)明的一實施例的橫截面圖；明如下:
圖2A及圖2B分別為根據(jù)本發(fā)明的一實施例的光學層的反射率及透射率；
圖2C為根據(jù)本發(fā)明的一實施例的光學層的橫截面圖2D為根據(jù)本發(fā)明的一實施例的發(fā)光構(gòu)件的發(fā)射光譜；
圖3A及圖;3B分別為根據(jù)本發(fā)明的另一實施例的光學層的反射率及透射率；以及
圖3C為根據(jù)本發(fā)明的另一實施例的發(fā)光構(gòu)件的發(fā)射光譜；
其中，主要組件符號說明
100太陽能電池110透明基板
120光學層 121第一層
122第二層 130發(fā)光構(gòu)件
140光伏打裝置141透明導電層
142光電轉(zhuǎn)換層143背面導電層。
具體實施例方式圖1為根據(jù)本發(fā)明的一實施例的太陽能電池的橫截面圖。如圖1所描繪，太陽能 電池100依序包括透明基板110、光學層120、發(fā)光構(gòu)件130及光伏打裝置140。光伏打構(gòu)件 200能夠?qū)⒐廪D(zhuǎn)換成電，且在下文中加以詳細描述。通常，日光自透明基板110的一側(cè)投射至太陽能電池100上。透明基板110的材 料并無特殊限制，只要此材料在所處環(huán)境中是穩(wěn)定的，且可被日光穿透即可。舉例而言，透 明基板110可由玻璃或其它透明塑料(諸如，聚(甲基丙烯酸甲酯)(PMMA)、聚苯乙烯及聚 碳酸酯)制成。透明基板110可保護光學層120、發(fā)光構(gòu)件130及光伏打裝置140以避免受 到破壞，且可進一步防止水氣及污染物滲進太陽能電池100中。光學層120配置在透明基板110上。光學層120能夠反射波長在約500nm至約 730nm間的范圍內(nèi)的光線，且能透射波長在約300nm至約600nm間的范圍中的光線。在一實 施例中，可通過光學層120反射波長在約500nm與約730nm之間的光線的90%以上，且波長 在約300nm與約600nm之間的光線的90%以上可穿透光學層120。在一實施例中，如圖2A 及圖2B所描繪，光學層120可對約550nm至約700nm的光具有90%以上的反射率，且對約 300nm至約540nm的光具有90%以上的透射率。在另一實施例中，如圖3A及圖所示，光 學層120對在約550nm至800nm的范圍中的光具有約95%的高反射率，且對在約300nm至 約510nm的范圍中的光具有約95%的高透射率。可通過薄膜干涉的理論設(shè)計并實現(xiàn)光學層 120的上述光學特性，在下一段落中將加以描述。圖2C圖示根據(jù)本發(fā)明案的一實施例的光學層120的結(jié)構(gòu)。光學層120可包含多 個第一層121及多個第二層122，其中每一第一層121與每一第二層122是彼此相互交替地 配置。在另一實施例中，第一層121以及第二層122分別具有一第一折射率及一第二折射 率，且第一折射率大于第二折射率。舉例而言，具有高折射率的第一層121可由二氧化鈦制成，且第二層122可由二氧化硅制成。根據(jù)光伏打裝置中的光電轉(zhuǎn)換層的所要吸收光譜，并 通過調(diào)整第一層及第二層的厚度，以及第一層與第二層的數(shù)目來修改光學層120的反射率 及透射率。此外，第一層及第二層的材料種類也會影響光學層120的反射率及透射率。發(fā)光構(gòu)件130配置于光學層120上，且發(fā)光構(gòu)件130會吸收由光學層120透射來的 光線，并使得發(fā)光構(gòu)件130發(fā)射光線，其中，此光線的波長為在光伏打裝置中的光電轉(zhuǎn)換層 的吸收光譜范圍內(nèi)。舉例而言，發(fā)光構(gòu)件130能夠通過吸收波長在約300nm與約600nm之 間的光線，而發(fā)射波長在約500nm與約730nm之間的光線。通常，發(fā)光構(gòu)件130可吸收具有 較高能量的光，且發(fā)射具有較低能量的光。此外，發(fā)光構(gòu)件130具有吸收光譜及發(fā)射光譜， 其中發(fā)光構(gòu)件130的光譜的發(fā)射邊緣低于光伏打裝置140中的光電轉(zhuǎn)換層的吸收光譜的邊 緣。此情形意味通過光伏打裝置140中的光電轉(zhuǎn)換層的所要吸收光譜來決定發(fā)光構(gòu)件130 的材料。在一實施例中，發(fā)光構(gòu)件130包含發(fā)光材料層，發(fā)光材料層發(fā)射的光，其在約 500nm至約700nm范圍之間具有最大光譜強度。在一實施例中，發(fā)光材料可為有機染料 分子，(例如，4-( 二氰基亞甲基)-2-叔丁基-6-(l，l，7，7-四甲基久洛尼定基-9-烯 基)-4H- 口比 口南(4-(dicyanomethylene)-2-t-butyl-6-(1,1,7,7-tetra methyljuloli dyl-9-enyl)-4H-pyran ；DCJTB))且通過熱蒸鍍形成于光學層120上，但是也可采用已 知的溶液涂布工藝(諸如，模涂及旋涂)。在另一實施例中，發(fā)光構(gòu)件130由發(fā)光材料 制成，發(fā)光材料包括但不限于4-( 二氰基亞甲基)-2-叔丁基-6-(1，1，7，7-四甲基久洛 尼定基-9-烯基)-4H-吡喃(DCJTB)、惡嗪-4-高氯酸鹽(oxazine-4-perchlorate)、 3-苯基-熒蒽(3-phenyl-fluoranthene)、GF ORANGE-RED 、GF CLEAR 、FLU0R0L 555 、 LDS 730 、LDS 750 、BASF 241 及 BASF 339 。GF ORANGE-RED 及 GF CLEAR 可購自 Ciki-Geigy-Ten-Horn-Pigment Chemie N.V.(荷蘭)。FLU0R0L 555 、LDS 730 及 LDS 750 可購自 Exciton Chemical Co. Inc. (Dayton，Ohio)，且 BASF 241 及 BASF 339 可購 自 BASF Aktiengeselschaft (德國)。發(fā)光構(gòu)件130可包含上述一或多個發(fā)光材料。在一實施例中，發(fā)光構(gòu)件130包含 DCJTB層，其發(fā)射光譜繪示在圖2D中。發(fā)射光譜橫跨約520nm至約750nm的波長范圍且在 約630nm處具有最大發(fā)光強度。在另一實例中，發(fā)光構(gòu)件130可依次包括一 BASF 339 層、 一 BASF Ml 層以及一 GF CLEAR 層，其中BASF 339 層配置于光學層120上。圖3C圖示 具有三層的發(fā)光構(gòu)件130的發(fā)射光譜。在又一實施例中，發(fā)光構(gòu)件130可包含一基質(zhì)以及分散于基質(zhì)中的發(fā)光材料。在 一實例中，基質(zhì)包含三(8-羥基喹啉)鋁(tris(8-hydroxyquinoline)aluminum ；AlQ3), 且發(fā)光材料包括但不限于4-( 二氰基亞甲基)-2-叔丁基-6-(1，1，7，7-四甲基久洛尼定 基-9-烯基)-4H-吡喃(DCJTB)、惡嗪-4-高氯酸鹽、3-苯基-熒蒽、GF ORANGE-RED 、GF CLEAR 、FLU0R0L 555 、LDS 730 、LDS 750 ,BASF 241 及 BASF 339 。在一實例中，通過 物理沉積工藝將DCJTB摻雜于AlGj3中，但是亦可使用其它溶液工藝。在該實例中，AlGl3形 成穩(wěn)定的非晶膜，且所得Al(i3:DCJTB薄膜約6 μ m厚。光學層120的可透射區(qū)域內(nèi)的光(例如，300nm至600nm)可經(jīng)由光學層120透射 且到達發(fā)光構(gòu)件130。發(fā)光構(gòu)件130吸收入射光且將其轉(zhuǎn)換成可被光伏打裝置的光電轉(zhuǎn)換 層吸收的較長波長的光，舉例而言，該較長波長的范圍介于約500nm與約730nm之間。再者，部分自發(fā)光構(gòu)件130發(fā)射且未被光電轉(zhuǎn)換層吸收的光，大體上可再通過背面導電層143或 光學層120反射至光電轉(zhuǎn)換層中，而不會自光學層120中透射出。如此一來，光線則被截留 在太陽能電池100中，進而能提高光電轉(zhuǎn)換效率。光伏打裝置140配置于發(fā)光構(gòu)件130上。在一實施例中，光伏打裝置140包括透 明導電層141、光電轉(zhuǎn)換層142及背面導電層143。透明導電層141配置于發(fā)光構(gòu)件130上。在一實例中，透明導電層141為透明導 電氧化層。舉例而言，透明導電氧化層可包括氧化鋅(ZnO)、摻雜氟的二氧化錫(SnO2 = F)， 或氧化銦錫(ITO)。光電轉(zhuǎn)換層142配置于透明導電層141上。在一些實例中，光電轉(zhuǎn)換層142包括 由P型半導體、本質(zhì)半導體及N型半導體(未圖標)組成的p-i-n結(jié)構(gòu)。本質(zhì)半導體(亦 稱作無摻雜半導體)為無顯著摻雜劑存在于其中的純半導體。在上述實例中，半導體材料 可包括(但不限于)非晶硅。非晶硅可吸收具有波長小于約730nm的光。或者，光電轉(zhuǎn)換 層142可為任何類型，視其需要而定。諸如，由結(jié)晶硅、砷化鎵(GaAs)、銅銦鎵硒(CIGS)或 碲化鎘(CdTe)制成的材料。當光電轉(zhuǎn)換層142吸收光時，在其中產(chǎn)生電子-空穴對，且隨 后通過建立在光電轉(zhuǎn)換層142中的電場分離電子-空穴對以形成電流。背面導電層143配置于光電轉(zhuǎn)換層142上，且亦可充當鏡面。在一些實例中，背面 導電層240可包括銀、鋁、銅、鉻或鎳。背面導電層143及透明導電層141兩者能夠?qū)⒂晒?電轉(zhuǎn)換層142產(chǎn)生的電流傳輸至外部負載裝置(未圖標)。背面導電層143亦可反射光且 充當鏡面。當光經(jīng)由光電轉(zhuǎn)換層142到達背面導電層143的表面時，背面導電層143可將 光反射回至光電轉(zhuǎn)換層142。自發(fā)光構(gòu)件130發(fā)射的光可在背面導電層143與光學層120之間反射。當發(fā)光構(gòu) 件130所發(fā)射的光穿透至光電轉(zhuǎn)換層142時，光電轉(zhuǎn)換層142可吸收一部分光且因此產(chǎn)生 電子-空穴對。然而，一部分光將直接通過光電轉(zhuǎn)換層142而不會產(chǎn)生電子-空穴對?？?通過背面導電層143將上述不被光電轉(zhuǎn)換層142吸收而直接通過光電轉(zhuǎn)換層142的光線， 再次反射回來至光電轉(zhuǎn)換層142中。此外，因上文中描述的光學層120的反射特性，可通過 光學層120反射來自背面導電層143且通過光電轉(zhuǎn)換層142的光。因此，透射進入太陽能 電池100的光可被截留于其中，且隨后被轉(zhuǎn)換成電能。因此，大幅提高太陽能電池的效率。雖然本發(fā)明已以實施方式揭露如上，然其并非用以限定本發(fā)明，任何熟習此技藝 者，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當可作各種的更動與潤飾，因此本發(fā)明的保護范圍當 視后附的權(quán)利要求書所界定的范圍為準。
權(quán)利要求
1.一種太陽能電池，其包含一透明基板；一光學層，配置于該透明基板上，其中該光學層反射波長在約500nm至約730nm間的范 圍中的光，且透射波長在約300nm至約600nm間的范圍中的光；一發(fā)光構(gòu)件，配置于該光學層上，其中該發(fā)光構(gòu)件用以發(fā)射波長在約500nm至約730nm 的范圍中的一光；及一光伏打裝置，配置于該發(fā)光構(gòu)件上。
2.如權(quán)利要求1所述的太陽能電池，其中所述光伏打裝置包含一透明導電層，配置于所述發(fā)光構(gòu)件上，其中所述透明導電層包含選自由氧化鋅&ι0、 摻雜氟的二氧化錫SnO2 = F以及氧化銦錫ITO所組成的群組中的至少一材料；一光電轉(zhuǎn)換層，配置于該透明導電層上，其中所述光電轉(zhuǎn)換層包含非晶硅；以及一背面導電層，配置于該光電轉(zhuǎn)換層上。
3.如權(quán)利要求1的太陽能電池，其中所述光學層包含多個第一層及多個第二層，其中 每一所述第一層以及每一所述第二層是交替地配置，其中所述第一層及所述第二層分別具 有一第一折射率以及一第二折射率，且該第一折射率大于該第二折射率。
4.如權(quán)利要求3的太陽能電池，其中所述第一層由二氧化硅制成，且所述第二層由二 氧化鈦制成。
5.如權(quán)利要求1的太陽能電池，其中所述光學層反射在波長約500nm至約730nm范圍 中的光線的90%以上；且所述光學層透射波長在約300nm至約600nm的范圍中的光線的 90%以上。
6.如權(quán)利要求1的太陽能電池，其中所述發(fā)光構(gòu)件包含一發(fā)光材料，其在在約500nm至 約700nm的范圍中具有一最大的光譜強度。
7.如權(quán)利要求6的太陽能電池，其中所述發(fā)光材料選自由4-( 二氰基亞甲基)-2-叔丁 基-6-(1，1，7，7-四甲基久洛尼定基-9-烯基)-4H-吡喃、惡嗪-4-高氯酸鹽、3-苯基-熒 蒽、GF ORANGE-RED 、GF CLEAR 、FLU0R0L 555 ,LDS 730 ,LDS 750 ,BASF 241Λ 以及BASF 339 組成的群組。
8.如權(quán)利要求1的太陽能電池，其中該發(fā)光構(gòu)件包含一基質(zhì)及分散于該基質(zhì)中的一發(fā) 光材料。
9.如權(quán)利要求8的太陽能電池，其中該基質(zhì)包含三(8-羥基喹啉)鋁。
10.如權(quán)利要求8的太陽能電池，其中該發(fā)光材料選自由4-(二氰基亞甲基)-2-叔丁 基_6-(1，1，7，7-四甲基久洛尼定基-9-烯基)-4H-吡喃、惡嗪-4-高氯酸鹽、3-苯基-熒 蒽、GF ORANGE-RED 、GF CLEAR 、FLU0R0L 555 ,LDS 730 ,LDS 750 ,BASF 241 以及BASF 339 組成的群組。
全文摘要
本發(fā)明揭示一種太陽能電池，其包括一透明基板、一光學層、一發(fā)光構(gòu)件及一光伏打裝置。該光學層配置于該透明基板上，且能夠反射波長在約500nm至約730nm范圍中的光，且亦透射波長在約300nm至約600nm范圍中的光。該發(fā)光構(gòu)件配置于該光學層上，且能夠發(fā)射波長在約500nm至約730nm范圍中的光。該光伏打裝置配置于該發(fā)光構(gòu)件上且可操作以將光轉(zhuǎn)換成電。
文檔編號H01L31/042GK102097505SQ201010585319
公開日2011年6月15日 申請日期2010年12月3日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月3日
發(fā)明者江獲先, 王秋富 申請人:杜邦太陽能有限公司