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TW201814918A - 太陽能電池鏤空電路及太陽能電池顯示裝置 - Google Patents

太陽能電池鏤空電路及太陽能電池顯示裝置 Download PDF

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TW201814918A
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Abstract

本發明係提供一種太陽能電池鏤空電路，包含一基板、一第一導電層、一光電轉換層以及一第二導電層。第一導電層、光電轉換層及第二導電層分別依序層疊於基板上且形成一中空環繞區域，且中空環繞區域於基板上中心位置定義一開口。於一實施例中，一顯示面板被覆蓋於基板上中心位置之開口，以顯示文字或圖案於開口而形成太陽能電池顯示裝置。藉此，可於顯示訊息同時，透過太陽能電池鏤空電路提供所需電力，可延長使用時間，並且透過太陽能電池鏤空電路的正、負極接點配置方式，可獲得較大可視範圍。

Description

太陽能電池鏤空電路及太陽能電池顯示 裝置
本發明係關於一種太陽能電池電路及顯示裝置；更特別言之，本發明係關於一種太陽能電池鏤空電路及太陽能電池顯示裝置。
一般於小型可攜之顯示裝置上，常配備有如鋰電池、鎳氫電池等化學燃料電池以提供所需電力。然而，此等電池之電量往往無法供應長時間使用。再者，固然目前已有可充電式電池，惟其電量仍有限，且需多次循環充電仍造成使用不便。現行亦開發如行動電源等產品，惟其仍需事先充電，且其需額外攜帶及龐大體積亦不利於使用。現行市場上遂發展出將太陽能電池結合顯示裝置，試圖利用源源不絕之日光或明亮的室內燈光，解決電量無法持久之問題。
上所述的太陽能池，基本包含一可用於將光能轉變為電能之光電轉換層，及分別形成於光電轉換層頂面及底面之電極。入射光為光電轉換層吸收且轉換為電能後，藉由光電轉換層頂面及底面之二電極形成內電路迴路，此時再與此內電 路迴路連接，即可傳送電能。實際上常將多個太陽能電池連接形成太陽能電池模組。請同時參照第1圖至第3圖。第1圖係繪示一習知太陽能電池模組100示意圖；第2圖係繪示第1圖之太陽能電池模組100側剖視圖；第3圖係繪示第1圖之太陽能電池模組100使用時之電路圖。於基板101上分別依序層疊形成一正電極層102、一光電轉換層103以及一負電極層104。為形成大面積太陽能電池模組，分別形成有貫通光電轉換層103及負電極層104之第一隔絕區域I1、貫通光電轉換層103之第二隔絕區域I2以及貫通正電極層101之第三隔絕區域I3。請參照第3圖，透過第一隔絕區域I1、第二隔絕區域I2以及第三隔絕區域I3形成內電流迴路S，並透過焊接接點105分別形成位於同一平面上之負極接點106及正極接點107以便與外部電路連接而將光電轉換層103轉換的電能取出使用。
上述的太陽能電池模組100雖可透過串聯多個太陽能電池以便形成大的受光面積，但因其填充因子(Fill Factor)將隨著整體面積變大而下降，導致太陽能電取出效率降低。再者，若與一般顯示裝置整合時，因結構上的配置差異，將使可視面積降低，此將不利於現行小型可攜顯示裝置輕薄尺寸及大可視面積的發展方向。
據上，發展可提供足夠電力、且具輕薄尺寸，且可高度與現行顯示裝置整合之太陽能電池模組實為必要。
本發明提供一種太陽能電池鏤空電路，其可以簡 易方式整合於現行顯示裝置。再者，以此種太陽能電池鏤空電路製成之太陽能電池顯示裝置可具有較大之可視面積，並且基於正、負極接點的配置方式，可獲致更為彈性之應用型態。
為達上述目的，於一實施例中，太陽能電池鏤空電路包含一基板、一第一導電層、一光電轉換層以及一第二導電層。第一導電層形成於基板上。光電轉換層形成於第一導電層上。第二導電層形成於光電轉換層上。其中第一導電層、光電轉換層及第二導電層於基板上形成一中空環繞區域，且中空環繞區域於基板上中心位置定義一開口，中空環繞區域相對應開口定義一負極接點或一正極接點。
上述的太陽能電池鏤空電路中，第一導電層材質可包含透明導電玻璃(TCO)，第二導電層材質可包含透明導電玻璃(TCO)、金屬或其組合。光電轉換層材質包含單晶矽、非晶矽(a-Si)、微晶矽(μc-Si)、非晶矽鍺(a-SiGe)、非晶氧化矽(a-SiO)或非晶碳化矽(a-SiC)、硒化銅銦鎵(CIGS)、碲化鎘(CdTe)、染料敏化太陽能電池(DSSC)或有機太陽能電池。
上述的太陽能電池鏤空電路中，第一導電層上形成一第一隔絕區域，其貫穿光電轉換層及第二導電層。第一導電層上形成一第二隔絕區域，其貫穿光電轉換層。其中第二導電層部分填充第二隔絕區域。中空環繞區域為第一隔絕區域隔絕而形成靠近開口之一第一環繞區域及遠離開口之一第二環繞區域。第一環繞區域作為一正極接點，第二環繞區域作為一負極接點。另一例中，第一環繞區域亦可作為一負極接點，此時第二環繞區域作為一正極接點。
另一實施例中，第一導電層上形成複數第一隔絕區域，各第一隔絕區域貫穿光電轉換層及第二導電層。第一導電層上形成複數第二隔絕區域，各第二隔絕區域貫穿光電轉換層，第二導電層部分填充各第二隔絕區域。基板上形成一第三隔絕區域，其貫穿第一導電層。其中第三隔絕區域位於其中一第二隔絕區域及其中一第一隔絕區域之間。中空環繞區域為各第一隔絕區域隔絕而形成靠近開口之一第一環繞區域、遠離開口之一第二環繞區域及位於第一環繞區域及第二環繞區域間之一第三環繞區域。其中第一環繞區域可作為一正極接點，此時第二環繞區域作為一負極接點。另一例中，第一環繞區域亦可作為一負極接點，此時第二環繞區域作為一正極接點。
於另一實施例中，本發明提供一種太陽能電池顯示裝置，包含一基板、一第一導電層、一光電轉換層、一第二導電層以及一顯示面板。第一導電層形成於基板上。光電轉換層形成於第一導電層上。第二導電層形成於光電轉換層上。其中第一導電層、光電轉換層及第二導電層於基板上形成一中空環繞區域，且中空環繞區域於基板上中心位置定義一開口。顯示面板覆蓋開口且於開口位置相對顯示文字或圖案。
上述太陽能電池顯示裝置中，顯示面板可為一觸控面板或一非觸控面板。中空環繞區域面積為開口面積的1/8。中空環繞區域並相對應開口定義一負極接點或一正極接點。
100‧‧‧習知太陽能電池模組
101‧‧‧基板
102‧‧‧正電極層
103‧‧‧光電轉換層
104‧‧‧負電極層
105‧‧‧焊接接點
106‧‧‧負極接點
107‧‧‧正極接點
200‧‧‧太陽能電池鏤空電路
201‧‧‧基板
202‧‧‧第一導電層
203‧‧‧光電轉換層
204‧‧‧第二導電層
205‧‧‧導電物質
300‧‧‧太陽能電池顯示裝置
301‧‧‧顯示面板
A‧‧‧中空環繞區域
A1‧‧‧第一環繞區域
A2‧‧‧第二環繞區域
A3‧‧‧第三環繞區域
I1‧‧‧第一隔絕區域
I2‧‧‧第二隔絕區域
I2 ’‧‧‧第二隔絕區域
I3‧‧‧第三隔絕區域
U‧‧‧結構單元
O‧‧‧開口
L‧‧‧光線
S‧‧‧內電流迴路
第1圖係繪示一習知太陽能電池串聯結構示意圖；第2圖係繪示第1圖之太陽能電池串聯結構側剖視圖；第3圖係繪示第1圖之太陽能電池串聯結構使用時之電路圖；第4A圖係繪示本發明一實施例之太陽能電池鏤空電路側剖視圖；第4B圖係繪示第4A圖之太陽能電池鏤空電路之俯視圖；第5A圖係繪示本發明另一實施例之太陽能電池鏤空電路側剖視圖；第5B圖係繪示第5A圖之太陽能電池鏤空電路之俯視圖；第6A圖係繪示依據本發明又一實施例之太陽能電池鏤空電路側剖視圖；第6B圖係繪示第6A圖之太陽能電池鏤空電路之俯視圖；第7A圖係繪示本發明再一實施例之太陽能電池鏤空電路側剖視圖；第7B圖係繪示第7A圖之太陽能電池鏤空電路之俯視圖；第8圖係繪示本發明中形成太陽能電池鏤空電路之正負極接點之一實施例示意圖；第9圖係繪示依據本發明一實施例之太陽能電池顯示裝置示意圖；第10A圖係繪示第9圖之太陽能電池顯示裝置側剖視圖，光線由基板入射；以及 第10B圖係繪示第9圖之太陽能電池顯示裝置另一實施例之側剖視圖，光線由顯示面板入射。
以下將參照圖式說明本發明之複數個實施例。為明確說明起見，許多實務上的細節將在以下敘述中一併說明。然而，應瞭解到，這些實務上的細節不應用以限制本發明。也就是說，在本發明部分實施例中，這些實務上的細節是非必要的。此外，為簡化圖式起見，一些習知慣用的結構與元件在圖式中將以簡單示意的方式繪示之。
請參照第4A圖及第4B圖。第4A圖係繪示本發明一實施例之太陽能電池鏤空電路200側剖視圖；第4B圖係繪示第4A圖之太陽能電池鏤空電路200之俯視圖。太陽能電池鏤空電路200包含一基板201、一第一導電層202、一光電轉換層203以及一第二導電層204。第一導電層202形成於基板201上。光電轉換層203形成於第一導電層202上。第二導電層204形成於光電轉換層203上。第一導電層202、光電轉換層203及第二導電層204於基板201上形成一中空環繞區域A。中空環繞區域A於基板201上中心位置定義一開口O。中空環繞區域A可於形成第一導電層202、光電轉換層203或第二導電層204時各別形成，亦或於第一導電層202/光電轉換層203/第二導電層204之多層結構形成後再形成。
上述的光電轉換層203為將光能轉換成電能之用，其大致為一薄膜太陽能電池結構，且其材質可包含單晶 矽、非晶矽(a-Si)、微晶矽(μc-Si)、非晶矽鍺(a-SiGe)、非晶氧化矽(a-SiO)或非晶碳化矽(a-SiC)、硒化銅銦鎵(CIGS)、碲化鎘(CdTe)、染料敏化太陽能電池(DSSC)或有機太陽能電池等。第一導電層202及第二導電層204用於將透過光電轉換層203轉換後產生的電能取出之用。一般而言，第一導電層202材質可選取如透明導電玻璃(TCO)，而第二導電層204材質可選取如透明導電玻璃(TCO)、金屬或其組合。
為形成實際可用之電路，第一導電層202上形成一第一隔絕區域I1，第一隔絕區域I1貫穿光電轉換層203及第二導電層204。另於第一導電層202上形成一第二隔絕區域I2，第二隔絕區域I2貫穿光電轉換層203，而第二導電層204則部分填充第二隔絕區域I2。此時，中空環繞區域A為第一隔絕區域I1隔絕而形成靠近開口O之一第一環繞區域A1及遠離開口O之一第二環繞區域A2。於第4A圖及第4B圖中，第一環繞區域A1係作為一正極接點，而第二環繞區域A2係作為一負極接點。第4A圖中，一般狀況下，第一導電層201之材質可選取為透明導電玻璃而作為正極接點材料，而第二導電層204材質可選取為透明導電玻璃(TCO)、金屬或其組合作為負極接點材料。因第一隔絕區域I1及第二隔絕區域I2的形成，令第一環繞區域A1與第二導電層204導通，而第二環繞區域A2與第一導電層202導通。當光線L由基板201照射至光電轉換層203時，將光能轉換成電能，並產生內電流迴路S。此時，可透過由第一環繞區域A1所構成之負極接點及第二環繞區域A2所構成之正極接點將透過光電轉換層203轉換後產生的電能取出。本發明亦可透過 結構上的配置而改變正極接點及負極接點的位置。舉例而言，於另外的實施例中，第一環繞區域A1係可作為一正極接點，此時第二環繞區域A2係相對作為一負極接點。此正極接點及負極接點位置可調配之實施例將於後續段落說明之。
請參照第5A圖及第5B圖。第5A圖係繪示本發明另一實施例之太陽能電池鏤空電路200之側剖視圖；第5B圖係繪示第5A圖之太陽能電池鏤空電路200之俯視圖。第5A圖及第5B圖中的太陽能電池鏤空電路200具有與第4A圖及第4B圖中的太陽能電池鏤空電路200類似的結構，差別在於第一隔絕區域I1及第二隔絕區域I2之形成位置。由第5A圖中，基於第一隔絕區域I1及第二隔絕區域I2之形成位置的差異，令第一環繞區域A1與第一導電層202導通，而第二環繞區域A2與第二導電層204導通，可看到內電流迴路S的流向恰與第4A圖中相反。此時，靠近開口O之第一環繞區域A1係作為一正極接點，而遠離開口O之第二環繞區域A2係相對作為一負極接點。由第5B圖亦可清楚看出此正極接點及負極接點的相對位置變化。
為能獲致更多的應用範圍。前述的太陽能鏤空電路亦可於中空環繞區域A上形成串聯電路之組合。
請續參照第6A圖及第6B圖。第6A圖係繪示依據本發明又一實施例之太陽能電池鏤空電路200側剖視圖；第6B圖係繪示第6A圖之太陽能電池鏤空電路200之俯視圖。於第6A圖中的太陽能電池鏤空電路200，其結構類似於前述第4A圖中所繪示，在基板201上形成有中空環繞區域A。主要差異，在於第6A圖中，太陽能電池鏤空電路200包含多個第一隔絕區 域I1及第二隔絕區域I2，以及形成一第三隔絕區域I3。類似於前述實施例，複數第一隔絕區域I1形成於第一導電層202上，且各第一隔絕區域I1貫穿光電轉換層203及第二導電層204。複數第二隔絕區域I2形成於第一導電層202，各第二隔絕區域I2貫穿光電轉換層203，第二導電層204部分填充各第二隔絕區域I2。此外，基板201上形成有一第三隔絕區域I3，第三隔絕區域I3貫穿第一導電層202。第三隔絕區域I3，位於其中一第二隔絕區域I2及其中一第一隔絕區域I1之間。於第6A圖中，中空環繞區域A為二個第一隔絕區域I1隔絕而形成靠近開口O之一第一環繞區域A1、遠離開口O之一第二環繞區域A2及位於第一環繞區域A1及第二環繞區域A2間之一第三環繞區域A3。此時，當光線L照射至光電轉換層203時，所產生之內電流迴路S如第6A圖所繪示。第6A圖中，太陽能電池鏤空電路200可視為由結構單元U重複連接構成。每一結構單元U中，包含一第一隔絕區域I1、一第二隔絕區域I2以及一第三隔絕區域I3。藉由此種結構單元U形成之重複連接，並透過第三隔絕區域I3，令前一結構單元U的正(負)電極與後一結構單元U的負(正)電極導通而形成內電流迴路S的串聯電路。
請參照第7A圖及第7B圖。第7A圖係繪示本發明另一實施例之太陽能電池鏤空電路200側剖視圖；第7B圖係繪示第7A圖之太陽能電池鏤空電路200之俯視圖。第7A圖及第7B圖中的太陽能電池鏤空電路200具有與第6A圖及第6B圖中的太陽能電池鏤空電路200類似的結構，差別在於二個第一隔絕區域I1及二個第二隔絕區域I2之形成位置，第三隔絕區域I3 則仍舊為於其中一第一隔絕區域I1及其中一第二隔絕區域I2之間。由第7A圖中，基於第一隔絕區域I1及第二隔絕區域I2之形成位置的差異，所形成之內電流迴路S的流向恰與第6A圖中相反。此時，靠近開口O之第一環繞區域A1係作為一正極接點，而遠離開口O之第二環繞區域A2係相對作為一負極接點。由第7B圖亦可清楚看出此正極接點及負極接點的相對位置變化。
請續參照第8圖。第8圖係繪示本發明中形成太陽能電池鏤空電路200之正負極接點之一實施例示意圖。於前述已說明第4A圖中，透過第一隔絕區域I1及第二隔絕區域I2的形成，而可令中空第一環繞區域A1作為負極接點，中空第二環繞區域A2作為正極接點。為簡化製程，另一可能的實施例第8圖所繪示。原本之製程順序，係先形成光電轉換層203，再依序形成第二隔絕區域I2、第二導電層204、第一隔絕區域I1。由於第一隔絕區域I1及第二隔絕區域I2一般皆以雷射切割形成，而形成如光電轉換層203及第二導電層204一般皆透過鍍膜製程。為避免雷射切割製程及鍍膜製程交錯執行帶來的不便利性，則可先完成鍍膜製程後再進行雷射切割製程。舉例而言，先以鍍膜製程依序形成光電轉換層203及第二導電層204，再進行雷射切割製程先形成第一隔絕區域I1，然後形成第二隔絕區域I2 ’，或先形成第二隔絕區域I2 ’，再形成第一隔絕區域I1。此時，因第一隔絕區域I1及第二隔絕區域I2 ’皆為切穿光電轉換層203及第二導電層204，故第二隔絕區域I2 ’並不似前述實施例中之第二隔絕區域I2具有形成導出正極接點的效果，故使用網印或其他方式填入導電物質205於第二隔絕區域I2 ’以便形 成正極接點。
請續參照第9圖、第10A圖及第10B圖。第9圖係繪示依據本發明一實施例之太陽能電池顯示裝置300示意圖。第10A圖係繪示第9圖之太陽能電池顯示裝置300側剖視圖，光線L由基板201入射。第10B圖係繪示第9圖之太陽能電池顯示裝置300另一實施例之側剖視圖，光線L由顯示面板301入射。前述太陽能電池鏤空電路200之一應用例，係結合一顯示面板301而形成如第9圖所繪示的太陽能電池顯示裝置300。於第9圖中係以手持電子書為例，將顯示面板301覆蓋基板201上中心位置之開口O以便於相對開口O位置顯示文字或圖案。此時，於電子書邊框部分下方，即對應太陽能電池鏤空電路200之中空環繞區域A。透過太陽能電池鏤空電路200，即可於一邊閱讀電子書時一併儲存電能，以便提供顯示面板301所需電力。本發明的太陽能電池鏤空電路200中，由於結構的特殊配置方式，使載子於第一導電層202中的路徑較短，因而使填充因子(Fill Factor)得以提高而提高電取出效率。藉此，中空環繞區域A面積僅為開口O面積的1/8即可提供足夠電力，本發明可大幅讓出配置空間給顯示面板301，進而大幅提高電子書的顯示區域。再者，由於第一導電層202及第二導電層204的特殊配置方式，使本發明之太陽能電池顯示裝置300兼具應用上的多樣性，例如易於與外部裝置整合而不至於增加繁複製程或大幅增加體積。
本發明中，第一導電層202及第二導電層204可視實際狀況而改變其正負極配置。於第10A圖中，第一導電層202 選擇為正電極材質，而第二導電層204選擇為負電極材質，故靠近開口O之第一環繞區域A1係作為一負極接點，而遠離開口O之第二環繞區域A2係相對作為一正極接點。此時，光線L可由基板201照射至光電轉換層203，將光能轉換成電能，並產生內電流迴路S。
於另一可能實施例中，如第10B圖中所繪示。第一導電層202選擇為負電極材質，而第二導電層204選擇為正電極材質，故靠近開口O之第一環繞區域A1係作為一正極接點，而遠離開口O之第二環繞區域A2係相對作為一負極接點。此時，光線L可由顯示面板301照射至光電轉換層203，將光能轉換成電能，並產生內電流迴路S。
前述正極接點、負極接點以及光線L入射方向可自由搭配以獲得更為寬廣之應用範圍。
綜上，本發明提供的太陽能電池鏤空電路200可以簡易方式與顯示面板301整合而形成太陽能電池顯示裝置300。此種太陽能電池顯示裝置300可具有較大之可視面積，並且基於特殊的正、負極接點的配置方式，可具有應用上之彈性。
雖然本發明已以實施方式揭露如上，然其並非用以限定本發明，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。

Claims (15)

  1. 一種太陽能電池鏤空電路，其包含：一基板；一第一導電層，形成於該基板上；一光電轉換層，形成於該第一導電層上；以及一第二導電層，形成於該光電轉換層上；其中該第一導電層、該光電轉換層及該第二導電層於該基板上形成一中空環繞區域，且該中空環繞區域於該基板上中心位置定義一開口，該中空環繞區域相對應該開口定義一負極接點或一正極接點。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之太陽能電池鏤空電路，其中該第一導電層材質包含透明導電玻璃(TCO)，該第二導電層材質包含透明導電玻璃(TCO)、金屬或其組合。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之太陽能電池鏤空電路，其中該光電轉換層材質包含晶矽、非晶矽(a-Si)、微晶矽( μc-Si)、非晶矽鍺(a-SiGe)、非晶氧化矽(a-SiO)、非晶碳化矽(a-SiC)、硒化銅銦鎵(CIGS)、碲化鎘(CdTe)、染料敏化太陽能電池(DSSC)或有機太陽能電池。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之太陽能電池鏤空電路，其中該第一導電層上形成一第一隔絕區域，該第一隔絕區域貫穿該光電轉換層及該第二導電層，該第一導電層上形成一第二隔絕區域，該第二隔絕區域貫穿該光電轉換 層，該第二導電層部分填充該第二隔絕區域。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之太陽能電池鏤空電路，其中該中空環繞區域為該第一隔絕區域隔絕而形成靠近該開口之一第一環繞區域及遠離該開口之一第二環繞區域。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之太陽能電池鏤空電路，其中該第一環繞區域作為該正極接點，該第二環繞區域作為該負極接點。
  7. 如申請專利範圍第5項所述之太陽能電池鏤空電路，其中該第一環繞區域作為該負極接點，該第二環繞區域作為該正極接點。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之太陽能電池鏤空電路，其中該第一導電層上形成複數第一隔絕區域，各該第一隔絕區域貫穿該光電轉換層及該第二導電層；該第一導電層上形成複數第二隔絕區域，各該第二隔絕區域貫穿該光電轉換層，該第二導電層部分填充各該第二隔絕區域；該基板上形成一第三隔絕區域，該第三隔絕區域貫穿該第一導電層，其中該第三隔絕區域位於其中一該第二隔絕區域及其中一該第一隔絕區域之間。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之太陽能電池鏤 空電路，其中該中空環繞區域為各該第一隔絕區域隔絕而形成靠近該開口之一第一環繞區域、遠離該開口之一第二環繞區域及位於該第一環繞區域及該第二環繞區域間之一第三環繞區域。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之太陽能電池鏤空電路，其中該第一環繞區域作為該正極接點，該第二環繞區域作為該負極接點。
  11. 如申請專利範圍第9項所述之太陽能電池鏤空電路，其中該第一環繞區域作為該負極接點，該第二環繞區域作為該正極接點。
  12. 一種太陽能電池顯示裝置，包含：一基板；一第一導電層，其形成於該基板上；一光電轉換層，其形成於該第一導電層上；一第二導電層，其形成於該光電轉換層上，其中該第一導電層、該光電轉換層及該第二導電層於該基板上形成一中空環繞區域，且該中空環繞區域於該基板上中心位置定義一開口；以及一顯示面板，該顯示面板覆蓋該開口且於該開口位置相對顯示文字或圖案。
  13. 如申請專利範圍第12項所述之太陽能電池 顯示裝置，其中該顯示面板為一觸控面板或一非觸控面板。
  14. 如申請專利範圍第12項所述之太陽能電池顯示裝置，其中該中空環繞區域面積為該開口面積的1/8。
  15. 如申請專利範圍第12項所述之太陽能電池顯示裝置，其中該中空環繞區域相對應該開口定義一負極接點或一正極接點。
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