CN101728445B - 具有高分子多层膜的太阳能电池及其制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有高分子多层膜的太阳能电池及其制作方法，该太阳能电池包括一太阳能电池及一高分子多层膜，高分子多层膜设置于该太阳能电池上，高分子多层膜具有至少二种不同折射率的高分子光学干涉层；借此，高分子多层膜可反射不适合太阳能电池能吸收的太阳光波段，并允许适合的太阳光波段通过，如此，使太阳能电池仅吸收适合其能隙的波段的太阳光，其余被反射的太阳光或未被太阳能电池所吸收的光线也能用来作为后续照明、发电、发热系统的用途，可避免太阳能电池产生多余的热能而提升温度，并能降低散热系统的散热负担，有效维持太阳能电池的光电转换效率。

Description

具有高分子多层膜的太阳能电池及其制作方法

技术领域

本发明涉及一种具有高分子多层膜的太阳能电池及其制作方法，尤其涉及一种可反射不适合太阳能电池所能吸收利用的光线波段，并且降低散热系统的散热负担，从而维持高光电转换效率的太阳能电池。

背景技术

按，能源泛指石油、光、热及核能等可供人类利用的能量，而其中又以石油为现代社会最主要的能源形式，近世纪以来石油一直是驱动人类所有经济活动的力量，然而伴随原油的开采逐渐匮乏，在世界各国对于石油的需求又居高不下的情况下，因为石油而衍生出的各种急迫现象时有耳闻，举凡经济、政治甚至战争都和石油有着莫大的关联性，虽原油即将耗尽已为既定的事实，但值得庆幸的是，人们早已开始进行其它替代性能源的开发，如太阳能、风力、火力及水力等低污染的自然界能源，其中，又以太阳能电池最受关注及青睐。

太阳能电池是一种可以将能量转换的光电组件，不同于一般传统电池的是，太阳能电池所输出的电压及电流与照光条件及负载形式有关。

一般市面上的太阳能电池最主要的结构为p-n二极管，其为太阳能电池的光伏效应的来源。

p-n二极管的基本构造是由p型与n型半导体接合而成，并利用p型半导体的空穴，与n型半导体多出一个自由电子的电位差来产生电流，当太阳能电池受太阳光照射时，光子被吸收而产生电子-空穴对，并受到内建电位的影响，分别被n型及p型半导体吸引而聚集在两端，此时吾人在于外部以电极连接起来即可形成一个回路，从而进行预期的发电作业。附带一提的是，由于太阳能电池产生的电是直流电，因此需加装直/交流转换器以转换成交流电，才能成为家庭或工业用电。

太阳能电池的发电能源来自太阳光，而太阳辐射的光谱主要是以可见光为中心，波长从约0.2微米的紫外光到数微米长的红外光是主要的分布范围。而因为任何材料的折射系数和光吸收系数都为波长的函数，因此入射光中不同的波长对光电流就有不同的贡献，其公式为：

$J_L={\∫}_0^{{\mathrm{\λ}}_{\mathrm{Eg}}}\stackrel{\‾}{J_L}\left(\mathrm{\λ}\right)\mathrm{d\λ}$

此乃描述入射光能量需大于能隙才能被吸收，即单一p-n二极管并无法吸收全波段的太阳光，而仅能吸收大于其能隙的入射光能量，再者，其余未能被吸收的光子则有可能被其它组件或二极管吸收而成热能，造成散热负担。

另，如上所述的现有技术的太阳能电池在接收太阳光时，根据半导体的能隙而仅能针对部分波段的光而转换成电能，其余不适合的波段光则有可能被吸收转换成热能，而所产生的热能会直接提升p-n二极管的温度，影响半导体内的电子-空穴对的作用，从而降低光电的转换效率，致使太阳能电池无法在最佳的状态下输出较高的电能。

一些热源的产生原因还包括：自由载子吸收，是指太阳能电池吸收的光子并无法百分之百的产生电子-空穴对，这也会被吸收又产生热能。此外当太阳能电池吸收到过高的光子能量时，由于其所吸收的光子能量远大于半导体能隙，故产生高能态的电子-空穴对，此高能态且不稳定的电子-空穴对会再放射出声子(phonon)，而声子将会再被晶体所吸收而产生热量，即所谓的能带内能量释放(intraband energy relaxation)，致使产生额外的热源。以上这些原因造成的热能都会再降低太阳能电池的散热模块的散热效率并严重影响太阳能的光电转换效率。

太阳能电池使用透镜聚光与反射镜来达成高效率的要求与设计案例越来越多，美国专利号US6051776也揭露出此种高效率的太阳能电池的使用架构，由于使用高倍率聚光透镜能够降低太阳能芯片使用面积，但是由于光线聚光于芯片上，过高的温度将会使光电转换效率反而降低，而部分太阳能电池易受特定波长，如紫外光线等长期照射而使芯片劣化，所以寻找一种能减少热量产生与降低芯片劣化的高效率聚光太阳能电池更为本发明的一种构想。更重要的是，本发明提供一种用于太阳能电池上广义的波长选择器，能有效选择利用光线的波长范围，能将部分光线反射，其余部分光线穿透，能做不同发电方式的结合利用。本发明的高分子多层膜的太阳能电池，由于不同材料的能阶吸收特性不同，则各种太阳能电池所适合吸收的光波段大多不同。利用本发明的高分子多层膜，将可以作为一有用的波长选择器，射入的光线经此高分子多层膜后，合适波段可以通过高分子多层膜的反射或穿透，将部分光线导到太阳能电池后被吸收利用，而部份不合适此太阳能电池吸收利用的波段将应可以回收给其余太阳能电池或发电、发热、照明系统所利用。这样将可以使本发明的高分子太阳能电池与其它发电方式再做结合，此种能结合各种不同发电的方式乃利用高分子多层膜能设计特定反射或穿透波段范围的特性，将可以提高太阳能电池的使用寿命与效能。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提出一种具有高分子多层膜的太阳能电池及其制作方法，该太阳能电池可有效反射过滤不适合波段的太阳光，使太阳能电池仅吸收大于其能隙的波段的太阳光，可避免太阳能电池产生多余的热能而提升温度，有效维持太阳能电池的光电转换效率。

并且，本发明提供一有波长选择功能的太阳能电池，利用本发明的高分子多层膜，将可以作为一有用的波长选择器，射入的光线经此高分子多层膜后，合适波段可以通过高分子多层膜的反射或穿透，将部分光线导到太阳能电池后被吸收利用，而部份不合适此太阳能电池吸收利用的波段将应可以回收给其余太阳能电池或发电、发热、照明系统所利用。

依据上述的目的，本发明提出一种具有高分子多层膜的太阳能电池，其包括一太阳能电池；以及一高分子多层膜，其设置于该太阳能电池上，该高分子多层膜具有至少二种不同折射率的高分子光学干涉层，该些高分子光学干涉层共同押出而一体成型并经过延伸工艺延伸本体，使至少一种材质的折射率沿特定的方向上有变化，入射的光线经过高分子多层膜之后将有部份光线会被反射，而部分光线则会穿透此高分子多层膜，部分穿透高分子多层膜的光线中大部分将会被太阳能电池所吸收利用。

依据上述的目的，本发明另提出一种具有高分子多层膜的太阳能电池的制作方法，其包括下列步骤：提供一太阳能电池；提供至少二种不同折射率的高分子光学干涉层，将该等高分子光学干涉层共同押出而一体成型构成一高分子多层膜；以及将该高分子多层膜设置于该太阳能电池上。

本发明具有以下有益效果：通过高分子多层膜可反射不适合的波段的太阳光，并允许适合波段的太阳光通过，如此，使太阳能电池仅吸收合适且大于其能隙的波段的太阳光，可避免太阳能电池产生多余的热能而提升温度，降低散热系统的散热负担，并有效维持太阳能电池的光电转换效率。

本发明的另一优点为于一些特殊应用场合，可能会同时使用不同吸收波段的太阳能电池系统，或合并使用不同的发电或发热系统如热水器，或可导入光纤作为照明用途的绿色建筑等，更符合经济上的使用。此时使用太阳能电池或发电发热系统两者之间有不同的吸收波段需求，将可以利用本发明的高分子多层膜，将适合的波段打入适合的太阳能电池中，而符合另一太阳能电池所能吸收或发电、发热系统的波段，则经由此高分子多层膜反射后再经额外集光光学系统或集热系统再次利用，即可以同时可以达成多种太阳能电池与多种电力发电的需求或导入如建筑整合型太阳电池模块(Building-integratedphotovoltaic，BIPV)的设置方式，可结合太阳能发电与建筑对象的多种需求建筑中的作为照明用途或隔热，保暖等功能。故本发明更可以应用于除了包含太阳能电池的外另含其余发电系统同时利用的场所。

目前太阳能电池种类繁多，目前主流以单晶硅(single crystallinesilicon)、多晶硅(poly crystalline silicon)、非晶硅(amorphous silicon)、球状硅等硅类太阳能电池为主，除此之外还有非硅类的薄膜(thin film)太阳能电池，例如铜铟化硒CuInSe(CIS)、铜铟硒化镓(CuInGaSe₂(CIGS))、硒化锑(CdTe)等半导体化合物组成的薄膜太阳能电池。此外还有染料感光(dye-sensitized)太阳能电池、有机(organic)太阳能电池、聚合物(polymer)太阳能电池、热载子(hot-carrier)太阳能电池等更新式的太阳能电池。基本上各式的太阳能电池，有不同的能阶(band gap)分布与吸收光谱，而本发明中的高分子多层膜都可以根据各种太阳能电池所需要反射或穿透的频谱位置与分布来设计，所以各形式的太阳能电池都可以使用于本发明专利之中。而本发明更提供一种设置太阳能电池的上的高分子多层膜，当于户外使用时可以吸收一定太阳能频谱再转换成电力，对于室内使用或非太阳光的光源，本发明的高分子多层膜同样能达成特定波长的反射与穿透设计，使太阳能芯片也能吸收非太阳光的光线来发电，将可以应用于室内有光线照明的地方将可用的光线有效回收利用。

为了能更进一步了解本发明为达成既定目的所采取的技术、方法及功效，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图，相信本发明的目的、特征与特点，当可由此得一深入且具体的了解，然而所附附图仅提供参考与说明用，并非用来对本发明加以限制者。

附图说明

图1为本发明的第一实施例；

图2为本发明的第二实施例的太阳光投射示意图；

图2A为本发明的第二实施例的立体示意图；

图3为本发明的第三实施例；

图4为本发明的第四实施例；

图5为本发明的第五实施例；

图6为本发明的第六实施例；

图7为本发明的第七实施例；

图8为本发明的第八实施例；

图9为本发明的第九实施例；

图10为本发明的第十实施例；

图11为本发明具有高分子多层膜的太阳能电池的制造方法流程图。

其中，附图标记：

1：太阳能电池

1’：太阳能电池

2：高分子多层膜

2’：高分子多层膜

21：高分子光学干涉层

22：表皮层

3：折射聚光件

4：反射聚光件

41：反射面

42：入光口

43：出光口

5：抗反射层

51：锥形透光部

6：散热模块

7：入射光

8：反射光

8’：反射光

9：穿透光

9’：穿透光

10：透光基材

具体实施方式

请参阅图1所示，其为本发明的第一实施例，本发明包含一太阳能电池1及一高分子多层膜2。

该太阳能电池1主要为一p-n二极管及金属电极等组件所组成，其中p-n二极管由一p型半导体及一n型半导体所共同构成，并在两者之间形成所谓的空乏区，p-n二极管可吸收光子并产生电子-空穴对以进行光电转换动作，由于此乃属公知的半导体的现有技术，并非本发明案的主要技术特征，因此不在此多作赘述。

于本实施例中，该高分子多层膜2设置于该太阳能电池1上方处，该高分子多层膜2具有至少二不同的折射率的高分子光学干涉层21。

本发明中的高分子光学干涉层21的材料主要以热塑性材料为主，可选自芳香二羧酸(aromatic dicarboxylic acids)与酯类(esters)所构成的族群或选自由萘二羧酸、间苯二酸(isophthalic acid)、对苯二酸(terephthalicacid)与酯类所构成的族群。本发明实施例中多使用两种不同材料的设计，而第一种较佳材料为萘二羧酸(naphthalene dicarboxylic acid)萘二羧酸与间苯二酸的共聚物，第二种则为萘二羧酸(naphthalene dicarboxylic acid)，这些较佳的高分子材料包括聚对苯二甲酸乙二醇酯(PolyethyleneTerephthalate，PET)，聚萘二甲酸乙二醇酯(Polyethylene Naphthalate，PEN)。此外其余可用于本发明的较佳高分子材料另有聚甲基丙烯酸甲酯(polymethylmethacrylate，PMMA)。此外其余可用于本发明的较佳高分子材料另有聚甲基丙烯酸甲酯(polymethylmethacrylate，PMMA)或聚碳酸脂粒子(Polycarbonate，PC)、聚苯乙烯粒子(Polystyrene，PS)、聚丙烯(Polypropylene，PP)，甲基丙烯酸甲酯聚苯乙烯(MethylmethacrylateStyrenre，MS)。材料的选择主要在于容易生产制造，与具有优良的光学特性即可，使用的高分子材料应不以此为限。材料的选择主要在于容易生产制造，与具有优良的光学特性即可。

该些高分子光学干涉层21可通过分流器(feedblock)分流并由押出机(extruder)共同押出一体成型构成此高分子多层膜2，之后，并再经过延伸(stretch)工艺来调整折射率与厚度，使至少一材质的折射率(refract index)在特定方向有一定变化，其折射率变化一般介于0.1～0.4左右，较佳值应大于0.25以上，当折射率变化越高时，高分子多层膜2的层数越可以减少，以提高良率与降低材料成本。其中，该些高分子光学干涉层21具有两种不同折射率，且此二不同折射率的高分子光学干涉层21相互间隔地堆栈排列，而其中太阳照光可分为入射光7及反射光8，当入射光7照射该高分子多层膜2时，高分子光学干涉层21将会根据其各层高分子材料组成的物理厚度(physicalthickness)与光学折射率(refract index)决定其相位差(phase difference)，决定造成其建设性或破坏性的干涉，即特定波段的反射率与穿透率便能由高分子光学干涉层21的材质与厚度变化来调整。在美国第3,610,729号以及第3，711，176号专利中提到由两种高分子聚合物层彼此迭加而成，经共押出工艺所制作的光学干涉膜，通过两种聚合物层彼此间的折射率的差异与厚度变化，可使入射光产生建设性干涉(constructive interference)。借此，光学干涉膜可让特定波长的光通过，而让其它波长的光反射。所以当入射光7打入由高分子光学干涉层21所构成的高分子多层膜2后，此高分子多层膜2会将不适合于太阳能电池1的能隙所吸收利用的照光反射而形成反射光8，反射光8也可再供利用，即其可以再导入另一合适吸收波段的太阳电池发电系统，或导入其它发热或发电的系统或导入光纤系统中可作为照明用途等。

本发明高分子多层膜2的膜堆设计的膜堆重复单元(repeat unit)设置，即本发明的高分子多层膜2可以使用两种以上的高分子材料来堆栈。多层膜一般可依材料的数量与种类设置为(AB)ⁿ或(ABCBA)ⁿ或(ABCB)ⁿ或(ABDCA)ⁿ，或其它的高低折射率堆栈的设计，其中A、B、C、D为不同折射率的不同材料，而各膜堆的光学厚度(即折射率n与物理厚度d相乘后的数值)可因所欲反射与穿透波段的需求而改变，光学厚度的变化可采线性或非线性方式将各重复单元的膜堆依不同的厚度采渐进梯度(gradient)变化而达成广区域波段的设计。更可于该高分子多层膜2的上下端面各设置有一表皮层22，其可供光线穿透并提升该高分子光学干涉层21的物理机械性质，并阻隔水气等物质，表皮层22的表面也可以设置微结构面或粗糙面能将光线均匀散射扩散，能改善因聚光光线过度集中的高热量集中问题，也能在表皮层22上设置或涂布(coating)各种功能型涂料或保护层，如硬化层(hard coat)、抗反射层(anti-reflection)，或添加抗静电涂料来增加其附属功能。该表皮层22内也可添加有功能型的添加剂与助剂(assistant)，该添加剂或助剂可为抗黄化的紫外光吸收剂、可阻隔红外线与具静电防止功能的锡锑氧化物(ATO)与增加均匀扩散的扩散剂，如PMMA颗粒或Silicon颗粒等。抗黄化的紫外线吸收剂可防止高分子多层膜2在经长期太阳光照射后产生材料黄化的现象，而扩散剂则可使紫外光均匀的分布照射，而添加锡锑氧化物则可以阻隔红外线与防止静电，本发明也可以视需求在搭配在表皮层22内部增加一些染料(dyes)或色素(pigment)来将部分不需要的光线波段吸收。以下将描述本发明如何制作高分子多层膜的太阳电池的详细实施过程。

步骤一：先提供一太阳能电池1；

步骤二：以共押出工艺押出形成高分子多层膜2，高分子多层膜2至少包含二种不同折射率堆栈的高分子光学干涉层21；

步骤三：将该高分子多层膜2设置于该太阳能电池1上。

步骤二中，高分子多层膜2的制作是采用PMMA与PET两种材料为押出的材料，两材料经过分流器后可将两材料交互堆栈，以押出机(extruder)采共押出所制作出，押出的工艺设备方式可参考美国专利号3773882工艺方式制作。共押出的高分子多层膜2的总膜厚约290um，其中两种高分子聚合物的总层数为320层，其中表皮层厚度约为25um。表皮层的一般厚度一般不超过总膜厚的20％～30％，目的为能提供押出机押出时一定的高流动性与成品的物理机械支撑性质。高分子多层膜2之后再经过延伸机采双轴延伸方式延伸，各轴向的延伸倍率约为3.5倍，延伸后此时总膜厚约为23.6um。此时本发明的高分子多层膜设计反射的波段是将部分波长范围为紫外线的波段反射。

步骤三中，将高分子多层膜2设置于太阳能电池1之上，可采直接贴合方式将其贴合于太阳能电池1之上或将高分子多层膜2贴合于另一透光基材之上再设置于太阳能电池1的上方。

请参阅图2及图2A为本发明的第二实施例，该太阳能电池1上更设置有一折射聚光件3，该折射聚光件3可为一般传统光学透镜(lens)，惟其厚度与体积与重量都会较大，较不易缩小太阳能模块的体积与重量，而较佳的折射聚光组件3可采用佛氏透镜(Fresnel lens)、微结构透镜(micro lens)、绕射光学组件(diffractive optical element，DOE)或全像光学组件(holographicoptical element，HOE)，其中为折射聚光组件3若为微结构透镜时，其结构一般可为半球或金字塔或抛物面、椭圆状、双曲面状等非球面透镜(asphericlens)。折射聚光组件3均可以根据太阳能电池的形状需求设置，如太阳能电池1的排列或形状为长条状时此折射聚光组件3的透镜可为长条状单轴向的设计，此微透镜形状例如采用柱状透镜(lenticular)可将光线汇聚成长条线状，太阳能电池排列若为方形或轴对称(axial symmetric)的排列或形状时，此时折射聚光组件3的微结构透镜可采用双轴向或轴对称的设计，如金字塔状(pyramid)、半球状(sphere)、抛物面状等双轴向或轴对称的设计。折射聚光组件3的组成透镜结构中也可设置为多种不同结构单元复合的排列组成如部份结构为金字塔部分结构为半球状，其组成微结构组成的透镜形状也可根据需求设置为凹状(concave)或凸状(convex)或凹凸并存等。因为折射聚光组件3若采高分子多层膜为材料时本身可自由卷曲和弯曲，所以折射聚光组件3可以弯曲并不需为一平面，折射聚光组件3更可以根据实际使用的形状需求再贴附或设置于一透光的硬质基材上来固定其形状成平面或特定的弯曲面等，基材可为PMMA或PC等高分子聚合物所构成的板材或透光本体，可用来增加其刚性与支撑力。也可以将折射聚光组件3直接贴附于太阳能电池1上，由太阳能电池1作为其支撑。该折射聚光件3可将入射光7转折并改变其行进方向，从而聚集于该太阳能电池1上，而该折射聚光件3的面积可远大于该太阳能电池1的面积，如此，该太阳能电池1即可在不局限本身面积的条件下广泛的接收入射光7，从而大幅提升发电的功率，而因此可以使用最少的太阳能电池1面积来获取最大的发电功率。

值得一提的是，该折射聚光件3并不仅局限于上述的种类，只要是可广泛地接收入射光7并转折其行进方向而聚集于该太阳能电池1上的组件，都可视为本发明的等效变化。

该入射光7穿透于该折射聚光件3并被改变行进方向后，再通过该高分子多层膜2且反射回不适合太阳能电池1所能吸收利用的波段的反射光8，如此，集中照射在该太阳能电池1上的入射光7为大于该太阳能电池1的能隙的光线，而不适合于该太阳能电池1吸收的能隙的照光已于高分子光学干涉层21上以反射光8的形式排除或再导入其它发电或发热系统再利用或导入光纤之中可作为照明用途，这些较不适合于太阳能电池1所使用的光线波段将不会造成太阳能电池1额外散热的负担与额外不必要的干扰。

图1与图2中的若使用一样的面积的太阳能电池1可以发现太阳能电池1的发电能量与进入的光线呈正比，而进入图1中的太阳能电池1的光线与进入图2中太阳能电池1的光线能量主要差异会在于折射聚光件3的存在，当折射聚光件3的面积加大时，所收集的入射光7将会以倍数增加，学理上希望折射聚光组件3的面积越大越好，即透镜的等效数值孔径(numerical aperture，NA)越大，越能接收更多的光线量，即其发电功率与折射聚光件3的面积成正比，如此，虽可大幅增加入射光7的能量，但也于太阳能电池1上伴随衍生出热能的问题。此时散热的问题将会非常重要。而太阳能电池系统与散热系统本身会吸收来自各方的直射光线或斜向打入的杂光(ghost ray)，这些直射光线或杂光光线，有些光线可能直接打入高分子多层膜2而有些光线可能直接打入散热系统，而这些被散热系统所额外吸收的光线或是被太阳能电池1吸收的光线也会因芯片生产时内部的芯片缺陷问题而会产生热能，这些热源都将严重影响散热系统的散热效率。而本发明的高分子多层膜2正可以先行过滤并反射消除可能会引起散热与导热问题的光线波段。可更有效能地维持太阳能电池1的光电转换效率。

第二实施例的细部制作过程如下：

步骤一：提供一太阳能电池1；

步骤二：以共押出工艺押出形成高分子多层膜2，高分子多层膜2至少包含二种不同折射率堆栈的高分子光学干涉层21；

步骤三：将折射聚光件3设置于高分子多层膜2下方。

步骤四：将该高分子多层膜2设置于该太阳能电池1上。

步骤二中，高分子多层膜2的制作是采用PMMA与PET两种材料为押出的材料，两材料经过分流器后可将两材料交互堆栈，以押出机(extruder)采共押出所制作出，共押出的高分子多层膜2的总膜厚约1730um，其中两种高分子聚合物的总层数为1600层，其中表皮层厚度约为100um，高分子多层膜2之后再经过延伸机采双轴延伸方式延伸此膜，各轴向的延伸倍率约为3.5倍，延伸后此时总膜厚约为141.2um。此时本发明的高分子多层膜设计，其反射的主要波段是将波长1110nm～1700nm红外线波段反射。

步骤三中，将此高分子多层膜2设置于折射聚光件3的上方，此折射聚光件3为采用Fresnel Lens结构制作的结构膜片，即此结构膜片的一表面带有Fresnel Lens的结构，其主要目的为提供高度聚光的能力，在本步骤中使用感压胶(PSA)将高分子多层膜2粘贴于折射聚光件3上方，成为一体。

步骤四：将粘合一体的高分子多层膜2与折射聚光件3设置于太阳能电池1之上，折射聚光件若本身已有足够支撑的物理性质则可直接设置于太阳能电池1之上，如无足够机械性质，则在步骤三与步骤四中可以将高分子多层膜2与折射聚光件3分别贴合于一透光基材的两侧，再将其设置于太阳能电池1的上方，透光基材主要的目的是提供高透光性与物理机械的支撑性。

请参阅图3为本发明的第三实施例，该折射聚光件3也可设置于该高分子多层膜2的下方，即该高分子多层膜2及该太阳能电池1之间，如此，该入射光7会先经由该高分子多层膜2将不适合太阳能电池1所能吸收利用的波段光线反射到空气或导引给其余合适的发电或发热系统或导光系统利用，先将可能会造成额外吸收生热的波段先行反射过滤，其余可穿透的光线波段再经由该折射聚光件3进行折射聚光给予太阳能电池1吸收利用。

请参阅图4为本发明的第四实施例，该折射聚光件3可直接以粘合(lamination)或其余后工艺的方式固接于该高分子多层膜2上端，或采用多层共押出(co-extrusion)方式将折射聚光件3与高分子多层膜2一体成型制作出。

请参阅图5为本发明的第五实施例，反之，该折射聚光件3也可以粘合的方式固接于该高分子多层膜2的下端，如此，同样可达到如同前述实施例的相同功效。而图4与图5的中的表皮层22可以视粘合或押出时的需求将其移除或设置。

请参阅图6为本发明的第六实施例，该太阳能电池1上可设置有一反射聚光件4，而该高分子多层膜2则设置于该反射聚光件4的上方处，该反射聚光件4可为一复合抛物面聚光组件(compound parabolic concentrator，CPC)，其具有复数个反射面41、复数个入光口42及复数个出光口43，该些入光口42及该些出光口43分别形成于该反射聚光件4的上下两端，该些反射面41各形成于该些入光口42及该些出光口43之间。该入射光7可经由该入光口42投射于该反射聚光件4的反射面41并向下穿射该出光口43而集中至该太阳能电池1的上端面上，另，该反射聚光件4也可为复合椭圆面聚光组件(compound elliptical concentrator，CEC)，复合双曲面聚光组件(compound hyperbolic concentrator，CHC)或仅具斜边的锥状面(taper)面。反射聚光件4的入光口42或出光口43形状可为圆型、多边形或其余封闭形状等。反射聚光件4其形状的特征乃是入光口42孔径比出光口43大或相等，即可以使光线顺利导入到太阳能电池1。若入光口42孔径比出光口43小，则打入的入射光7会有部分光线会被反射回去，相对地其效率会较差。反射聚光件4的入光出光开口的轮廓与其剖面轮廓的形状并无设计限制，故变化众多。此组件一般为金属、玻璃、或塑料材质，也可以视需求将组件镀上高反射的金属或介电质膜以增加反射率，其主要功用是将进入的光线以反射或全反射(total reflection)方式将光线角度改变并导入特定区域中。反射聚光件4本身可为空心(hollow)或实心固体方式设置。当反射聚光件4以实心固体结构设置时，其结构可以类似导光管(light guide)的形式存在，方式类似以光纤(fiber)传导方式将入射光7导入太阳能电池1。

传统的反射聚光件一般体积与厚度将较大，将会加大太阳能模块的体积与厚度，若将结构微小化并数组化(array)设置，将可将体积与厚度大幅降低，概念如同传统光学透镜改为Fresnel lens或微结构透镜，这都能将结构变小、平面化，且使体积厚度变薄。如图8所示，反射聚光组件4的结构形状为类似CPC结构，这与图6所示的反射聚光组件4功能很类似，只是图6的反射聚光组件4是将图8的反射聚光组件4由一个传统大型筒体结构(厚体积组件)架构变成了一薄膜结构(薄膜片)或板材组件架构。此膜片存在有许多挖空的微小型反射面能将光线导入特定区域。当然以上两者除了体积与厚度差异可能甚大之外，反射面41的基本形状可能会有些改变，反射面41与入光口42与出光口43孔径都不限定轮廓形状，一般入光口大于或等于出光口会有较好的导光与聚光效果，能将出光口43孔径与面积缩小到太阳能电池1适合的大小使用即可。故本发明的反射聚光组件4未来将可适需求调整使用。例如将由许多微小反射面以一定的轮廓所构成的反射聚光组件4设置于太阳能电池的1上方，将能有效达成折光聚光于太阳能电池1的需求。而本发明的高分子多层膜2与反射聚光组件4的功能大致为独立，所以两者的上下相对位置与设置顺序也能视需求而互相替换。

请参阅图7为本发明的第七实施例，该高分子多层膜2、该折射聚光件3及该反射聚光件4可共同设置于该太阳能电池1上，该折射聚光件3则设置于该反射聚光件4上端面，该高分子多层2膜则设置于该折射聚光件3上端面。

该高分子多层膜2、该折射聚光件3及该反射聚光件4可共同一体成型而呈一薄片结构体，该入射光7可依序经由该高分子多层膜2、该折射聚光件3及该反射聚光件4而集中投射于该太阳能电池1上，如此，可更有效率的收集太阳光并有效避免其在行经路径上发生散失的现象。

而图7与图8中的折射聚光件3与反射聚光件4与高分子多层膜2的设置顺序与膜面的方向都可以更换与改变，当各组件主要的功能大致不会影响时，各组件设置的顺序不会有太大的影响，而当反射聚光件4为薄片设置时，属于薄膜片板材组件架构(或薄膜结构)，此时折射聚光件3与反射聚光件4与高分子多层膜2此三者更可以接合为一体，而顺序也可以交换设置，这样的薄片架构设置方式能使体积与重量更为精简，更可以直接粘合于太阳能电池1之上或能大幅缩短与太阳能电池1的设置距离，使整个模块的体积更为精简。本发明中的折射聚光件3与反射聚光件4与高分子多层膜2其三者的功能大致为独立，在某些情况下会有相互的影响，但仍可于搭配需求于设计时调整，可将影响降低。一些实施例中可以视需求来改变三者摆放的位置，而彼此设置的位置差异可能将会造成一些组件相对的大小、结构形状因此而改变，影响到光学系统设置的体积与面积，但仍可经适当设计与搭配达成各组件原有的功效。对于太阳能电池1而言，光线的分布面积与分布均匀性等与可能会因三者光路设置而有所改变，但对于其接收的光线频谱不会有太大影响，实际设计端看各组件主要功能是改变光路或是改变频谱而决定。例如高分子多层膜2本身已设置有抗紫外线功能时，将的设置于折射聚光件3与反射聚光件4之上将会对易受紫外光所破坏而变黄的折射聚光件3与反射聚光件4有较佳的保护作用。再者一般折射聚光件3有高于反射聚光件4的聚光能力与较小的聚光点(spotsize)，故将其折射聚光件3设置于反射聚光件4上方时会有较好的聚光能力，而较小的聚光点表示可以降低太阳能电池1的面积与材料成本，但是热集中，散热的效果就更为重要，反之，将两者位置相反设置后将会有较佳的均匀性而聚旋光性就会变差，而较佳的实施例仍是将折射聚光件3设置于反射聚光件4的上方，而高分子多层膜2视情况设置，较佳实施例仍为将其设置于最上面位置。

图7中该太阳能电池1之上端面设有一抗反射层5，该抗反射层5上具有多数个一体成型于该太阳能电池1上的锥形透光部51，不论该入射光7以何种角度投射于该锥形透光部51内，都可向下投射至该太阳能电池1而不会反射发散至其它方向，该锥形透光部51的结构一般可为金字塔或半圆球状、三角锥、多边型角锥，或非球面状的凹凸状结构，抗反射层一般利用蚀刻(etching)方式制作于太阳能电池1表面之上，以达成抗反射功能。

该太阳能电池1下方设置有一散热模块6，其常用组件为陶瓷、石墨(carbon)、半导体、聚合物(polymer)、金属、金属合金等所构成的散热组件或散热鳍片(heat sink)或热导管(heat pipe)。差异在于材料的热传导性(thermal conductivity)越高，将可以越快将热排放到空气，但散热材质不应以上为限。该散热模块6可吸收该太阳能电池1所产生的热能并转移至空气中，如此，可有效控制该太阳能电池1的温度而不致影响半导体的电子-空穴对的作用，从而有效维持太阳能电池1的光电转换效率。

请参阅图8所示，该反射聚光件4也可为一长状镜筒体，整体的体积与厚度较大，属于筒体结构(厚体积组件)架构，但也适合户外大面积场所的设置，其同样具有一反射面41、一入光口42及一出光口43。该反射聚光件4可为空心薄壳所组成的高反射金属、透光薄壳玻璃，或透光塑料薄壳，能在其反射面41镀上高反射率的反射膜来增加反射率。该反射聚光件4若为实心的透光玻璃或塑料体组成时，若光线无法达成全反射(total reflection)或全反射效果不佳时，也可视需求将反射面41镀以高反射的反射膜以增加反射率。本质上图8所示的反射聚光件4与图6或图7所示的反射聚光件4两者差异在于厚度的薄型化，其设置概念与功能是相近的，如此也可达到等同七实施例的功效。

以上的实施例说明本发明的反射聚光件4可以采用筒体结构(厚体积组件)架构或薄膜结构(薄膜片)与板材的组件架构设置于太阳能电池1之上，相同的情况也出现在折射聚光件3的设置。折射聚光件3也可以采用一般传统光学透镜的厚体积组件架构，或采用带有Fresnel lens、微结构体、DOE，HOE的薄膜片板材组件架构来取代。同样的差异也是在于光学组件使用薄膜片与板材组件架构时的厚度与体积能够有效缩减。所以本发明的太阳能电池的折射聚光件3与反射聚光件4都能视需求选择采用筒体结构(厚体积组件)架构或薄片膜片板材组件架构。本发明的具有高分子多层膜的太阳能电池除了设置高分子多层膜2于太阳能电池1之上能将光线作部份穿透或反射的选择来降低热对太阳能光电转换系统的影响，能维持太阳能芯片电池的光电转换效率。当使用在具有高度聚光能力、高转换效率的太阳能光电转换系统时，即本发明除了在太阳能电池1之上设置高分子多层膜2之外，可再选择将其中一种聚光光学组件(折射聚光件3或反射聚光件4)或两种聚光光学组件(折射聚光件3与反射聚光件4)同时安装设置于太阳能电池1之上，而这些组件的相对位置也能适时的加以更换。

再请参阅图9，为本发明另一应用方式，提供一用于建筑整合型太阳电池模块(Building-integrated photovoltaic，BIPV)的设置方式，可结合太阳能发电与建筑对象的多种需求。本实施例中乃将太阳电池模块应用于建筑之上，将高分子多层膜2设置于太阳能电池1之上，而太阳能电池1可为部份透光的组件，依穿透与反射的光线波段不同，将可提供不同的颜色与呈现的情境，赋予建筑物特殊色彩的装饰，根据所设计的波段不同，可达成一定的阻隔紫外线、隔热、照明、或暖房等功能。而将太阳能电池1的设置于透光基材10之上，透光基材10可为玻璃或塑料等材质的透明板，主要作为一支撑物，也可以于透光基材10中内部添加色素或染料。入射光7入射于高分子多层膜2后，光线经光学多层膜干涉作用，将有部份反射光8被反射，而部份穿透光9将穿透，穿透光9将有部分的光线会经过太阳能电池1而被吸收，而未被太阳能电池1吸收的光线将可以再进入透光基材10，将可进入建筑内部而提供室内的使用者作为照明采光或暖房或隔热等各种可能的用途。

再请参阅图10，为本发明的高分子多层膜做为电磁波或光线的多波段选择器。当入射光7打入高分子多层膜2时，反射光8被反射，而部分穿透光9穿过太阳电池1，而此太阳能电池1所能吸收的能隙有限，而部分光线将再穿过此太阳能电池1而到达高分子多层膜2’，而此高分子多层膜2’所能穿透的反射的波段不同于高分子多层膜2，而部份反射光8’可以再被反射回去给太阳能电池1再次吸收利用，而部分穿透光9’则到达太阳能电池1’被吸收利用，此种架构可以根据需求将各种不同的太阳能电池迭合或连接，让使用空间更为紧密。此种方式乃利用不同堆栈组成的高分子多层膜可以具有不同的波长选择能力，将合适的波长打入或反射到合适的太阳能电池中使用。

请参阅图11所示，其为本发明具有高分子多层膜的太阳能电池的制造方法流程图，其中，只要是将经由共押出所制成的高分子多层膜2设置于太阳能电池1上，即可视为本发明的均等变化。

经由本发明可产生以下有益效果：

通过高分子多层膜2可反射不适合的波段的太阳光，并允许适合波段的太阳光通过，如此，可有效过滤不适合波段的太阳照光而将的形成反射光8反射回空气中，使太阳能电池1仅吸收光子能量大于其能隙的波段的入射光7，如此将可避免太阳能电池1产生多余的热能而提升温度，从而降低散热模块6的散热负担，有效维持太阳能电池1的光电转换效率。

当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (12)

1.一种具有高分子多层膜的太阳能电池，其特征在于，包括

一太阳能电池；

一高分子多层膜，其设置于该太阳能电池上，该高分子多层膜具有至少二种不同折射率的光学干涉层，该些高分子光学干涉层共同押出而一体成型并经过延伸工艺延伸本体，使至少一种材质的折射率沿特定的方向上有变化，入射的光线经过高分子多层膜之后将有部分光线会被反射，而部分光线则会穿透此高分子多层膜，所述穿透高分子多层膜的光线中大于太阳能电池材料的能隙的光线波段将会被太阳能电池所吸收利用；以及

一反射聚光件，设置于该高分子多层膜下方，该反射聚光件为具有入光口、出光口及多个微小型反射面的薄片，该反射聚光件与该高分子多层膜接合且共同叠设于该太阳能电池上。

2.根据权利要求1所述的具有高分子多层膜的太阳能电池，其特征在于，该太阳能电池上设置有一折射聚光件，该折射聚光件分开或粘合于该高分子多层膜。

3.根据权利要求2所述的具有高分子多层膜的太阳能电池，其特征在于，该高分子多层膜、该折射聚光件及该反射聚光件共同迭设于该太阳能电池上。

4.根据权利要求1所述的具有高分子多层膜的太阳能电池，其特征在于，该高分子多层膜的上下两端面各设置有一表皮层，该表皮层具有添加剂，该添加剂为抗黄化的紫外光吸收剂、阻隔红外线与具静电防止功能的锡锑氧化物、增加均匀扩散的扩散剂。

5.根据权利要求2所述的具有高分子多层膜的太阳能电池，其特征在于，该高分子多层膜的上下两端面各设置有一表皮层，该表皮层具有添加剂，该添加剂为抗黄化的紫外光吸收剂、阻隔红外线与具静电防止功能的锡锑氧化物、增加均匀扩散的扩散剂。

6.根据权利要求3所述的具有高分子多层膜的太阳能电池，其特征在于，该高分子多层膜的上下两端面各设置有一表皮层，该表皮层具有添加剂，该添加剂为抗黄化的紫外光吸收剂、阻隔红外线与具静电防止功能的锡锑氧化物、增加均匀扩散的扩散剂。

7.一种具有高分子多层膜的太阳能电池，其特征在于，包括

一太阳能电池；

一高分子多层膜，其设置于该太阳能电池上，该高分子多层膜具有至少二种不同折射率的光学干涉层，该些高分子光学干涉层共同押出而一体成型并经过延伸工艺延伸本体，使至少一种材质的折射率沿特定的方向上有变化，入射的光线经过高分子多层膜之后将有部分光线会被反射，而部分光线则会穿透此高分子多层膜，所述穿透高分子多层膜的光线中大部分会被太阳能电池所吸收利用，使太阳能电池吸收大于能隙波段的光线；以及

一反射聚光件，该反射聚光件为筒体结构，具有一入光口及一出光口与一反射面，该入光口及该出光口分别形成于该反射聚光件的上下两端，该反射面各形成于该入光口及该出光口之间，且该入光口的孔径大于或等于该出光口的孔径。

8.一种具有高分子多层膜的太阳能电池的制作方法，其特征在于，包括下列步骤：

提供一太阳能电池；

提供至少二种不同折射率的高分子光学干涉层，将该些高分子光学干涉层共同押出而一体成型构成一高分子多层膜；在该高分子多层膜下方设置一反射聚光件，该反射聚光件为具有入光口、出光口及多个微小型反射面的薄片；以及

将该反射聚光件与该高分子多层膜接合且共同叠设于该太阳能电池上。

9.根据权利要求8所述的具有高分子多层膜的太阳能电池的制作方法，其特征在于，该些高分子光学干涉层包含二种不同折射率的高分子光学干涉层，该二种不同折射率的高分子光学干涉层相互堆栈并共押出而构成该高分子多层膜。

10.根据权利要求8所述的具有高分子多层膜的太阳能电池的制作方法，其特征在于，该些高分子光学干涉层经共押出一体成型后，再进行延伸工艺。

11.根据权利要求10所述的具有高分子多层膜的太阳能电池的制作方法，其特征在于，该太阳能电池上设置有一折射聚光件，该折射聚光件分开或粘合于该高分子多层膜。

12.根据权利要求11所述的具有高分子多层膜的太阳能电池的制作方法，其特征在于，该高分子多层膜、该折射聚光件及该反射聚光件共同迭设于该太阳能电池上。

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