專利名稱：染料標示型高分子、聚光板及其形成方法、太陽能電池模組及免插電燈具的制作方法
染料標示型高分子、聚光板及其形成方法、太陽能電池模組及免插電燈具技術領域
本發明是有關于一種可應用于聚光板的材料、圖形及其應用；具體地說，本發明是涉及一種染料標示型高分子(Dye-labeled polymer)、一種聚光板(luminescentsolar collector)及其形成方法、以及一種使用該聚光板的太陽能電池模組(solar cellmodule)及使用該聚光板的免插電燈具(off-grid lamp usingthe collector)。
背景技術：
近年環保與綠色能源的意識抬頭，使得環保科技(如太陽能電池產業)的相關研究日益增多。以太陽能電池而言，娃基太陽能電池(Silicon-based solar cell)目前在市場上約有九成的占有率。然而，雖然娃基太陽能電池的光電轉換效率穩定，但其平均光電轉換效率仍未能突破20%。
另一方面,化合 物半導體型太陽能電池(compound semiconductor solar cell)的光電轉換效率雖優于硅基太陽能電池，但其材料取得及制程成本均較硅基材料昂貴，因此未能應用至日常生活上。
另外，薄膜太陽能電池則擁有極佳的成本優勢，然其光電轉換效率及元件、材料可靠性偏低，故仍未能有進一步的發展。
目前商用化的硅基太陽能電池元件的主要問題在于其制造成本偏高、光電轉換效率偏低。再者，目前太陽能電池系統體積龐大且笨重，不易應用至輕薄、可攜式產品上。發明內容
本發明的目的之一在于提供一種染料標示型高分子，其應用于太陽能電池的聚光板時，此聚光板可具有較佳的聚光效率，基本上克服了現有技術中太陽能電池制造成本偏高、光電轉換效率偏低等問題。
本發明的再一目的在于提供一種具有彩色化、高透光可視性及較佳的聚光效率的聚光板。
本發明一實施例提供一種染料標不型高分子，包括一突光染料基團(afluorescent dye moiety)及一高分子基團(a polymer moiety),其中該突光染料基團及該高分子基團是以化學鍵結連接。
本發明另一實施例提供一種聚光板，一導光平板；一波長轉換材料位于該導光平板上，其中該波長轉換材料包括:(Γ95重量份的高分子材料；以及5 100重量份的前述染料標示型高分子，其中該高分子材料與該染料標示型高分子相異。
本發明另一實施例提供一種聚光板，包括:一導光平板；以及至少一熒光柱，內埋在該導光平板中，其中該熒光柱包括一波長轉換材料，該波長轉換材料吸收一第一波長的光，放出一第二波長的光，且該第一波長小于該第二波長。
本發明另一實施例提供一種聚光板的形成方法，包括:提供一第一導光平板及一第二導光平板；在該第一導光平板表面形成至少一第一柱狀凹槽；將一第一熒光材料填入該第一柱狀凹槽中，以形成一第一熒光柱；以及對組該第一、第二導光平板，使該第一熒光柱內埋在第一導光平板及第二導光平板之間，以形成一內埋式突光柱。
本發明另一實施例提供一種聚光板的形成方法，包括:提供一導光平板，該導光平板具有一主表面及一側表面；由該導光平板的側表面形成至少一柱狀孔洞深入該導光平板；以及將一突光材料填入該柱狀孔洞中，以在該導光平板中內埋一突光柱。
本發明另一實施例提供一種聚光板的形成方法，包括:提供一第一導光平板，該第一導光平板上具有至少一柱狀凹槽；在該第一導光平板上涂布一熒光材料；以及將一第二導光平板貼合上具有該熒光材料的第一導光平板上，使得該熒光材料形成具有相對于該柱狀凹槽的至少一柱狀結構。
本發明另一實施例提供一種太陽能電池模組，包括:一前述的聚光板；以及一太陽能電池，光學耦接至該聚光板，使得通過該聚光板的光聚集至該太陽能電池，以將光轉換成電能。
本發明又一實施例提供一種免插電燈具，包括:一前述的聚光板；一太陽能電池，光學耦接至該聚光板，使得通過該聚光板的光聚集至該太陽能電池，以將光轉換成電能；一儲電元件，電性連接至該太陽能電池，以接收并儲存該太陽能電池輸出的電能；以及一發光元件(如發光二極管晶粒)，電性連接至該儲電元件。
本發明的優點在于:本發明的染料標示型高分子通過選擇不同的熒光染料基團及高分子基團的組合，可使得染料標示型高分子具有不同溶解參數，因此，在其被應用于聚光板時，可配合所使用的高分子材料的溶解參數，以解決傳統熒光染料與高分子材料混摻時溶解參數相差值太大的問題；而且，由于本發明的染料標示型高分子及高分子材料的兼容性高，所形成聚光板的聚光效率可因而提升；此外，較佳的兼容性也可提升聚光板的透光性。
為讓本發明的上述和其它目的、特征、和優點能更明顯易懂，下文特舉出較佳實施例，并配合所附附圖，作詳細說明如下:
圖1顯示包含本發明的染料標示型高分子的聚光板110的剖面圖2a_2c顯示在各實施例中導光平板具有不同的結構；
圖3a_3b、圖4a_4b顯示在各實施例中導光平板具有不同的結構；
圖5顯示根據本發明各實施例的內埋式熒光柱聚光板的透視圖6a_6b顯示根據傳統的聚光板結構的剖面圖7顯示根據本發明一實施例的內埋式熒光柱聚光板的剖面圖8a_8f、圖9顯示根據本發明各實施例的內埋式熒光柱聚光板的可能結構；
圖10a、10b顯示根據本發明一些實施例中的內埋式熒光柱聚光板的透視圖1la-1lc顯示根據本發明一些實施例中的內埋式熒光柱聚光板的透視圖12、圖13顯示根據本發明一實施例制造內埋式熒光柱聚光板的流程圖及制程剖面圖14、圖15顯示根據本發明另一實施例制造內埋式熒光柱聚光板的流程圖及制程剖面圖16、圖17顯示根據本發明又一實施例制造內埋式熒光柱聚光板的流程圖及制程透視圖18、圖19顯示根據本發明另一實施例制造內埋式熒光柱聚光板的流程圖及制程剖面圖20顯示根據本發明一實施例所形成的太陽能電池模組；
圖21、圖22a_22d顯示根據本發明另一實施例所形成的太陽能電池模組；
圖23為本發明一實施例的免插電燈具的示意圖24、25、26顯不本發明一實施例中的免插電燈具；
圖27顯示一實施例及比較例所形成聚光板的穿透度；
圖28顯示本發明一實施例的染料標示型高分子的熒光光譜；其中，主要元件符號說明:
110,2310,2410,2510,2610"聚光板
114、214、314、314、411、2314 導光平板
112、312、412、2312 波長轉換材料
2300、2400、2500、2600"免插電燈具
2320、2420、2520、2620 太陽能電池
2330、2430、2530、2630"儲電元件
2340 發光二極管晶粒
2440、2540、2640"發光二極管元件
2350、2450 開關元件
500、700、900、1000、1200、2200 聚光板
502,602,702,802,902,1702"導光平板
504,704,804a,804b,804c,804d,804e"熒光柱
804f、904、1004a、1004b、1104a、1104b 熒光柱
1104cU204,1204a, 1204bU704,1904a"熒光柱
1304、2204 熒光柱
604a 熒光體
604b 熒光材 料
606、706 入射光
608、708 激發光
910 連續相薄膜
1202、1204、1206、1208、1402、1404、1406 步驟
1602,1604,1606,1802,1804,1806,1408"步驟
1302a、1502a、1902a 第一導光平板
1302b、1502b、1902b 第二導光平板
1303、1503 第一柱狀凹槽
1504a 第一突光柱
1504b 第二突光柱
1802a 主表面
1802b 側表面
1803 柱狀孔洞
1903 柱狀凹槽
1905 熒光材料
1904b 薄膜
2012、2112、2212 太陽能電池。
具體實施方式
以下依本發明的不同特征舉出數個不同的實施例。本發明中特定的元件及安排是為了簡化，但本發明并不以這些實施例為限。舉例而言，于第二元件上形成第一元件的描述可包括第一元件與第二元件直接接觸的實施例，亦包括具有額外的元件形成在第一元件與第二元件之間、使得第一元件與第二元件并未直接接觸的實施例。此外，為簡明起見，本發明在不同例子中以重復的元件符號及/或字母表示，但不代表所述各實施例及/或結構間具有特定的關系。
目前商用化的太陽能電池的存在有制造成本偏高、光電轉換效率偏低等問題。因此，在本發明一些實施例中，提供一種染料標示型高分子，其例如可應用于太陽能電池的聚光板，此聚光板可具有較佳的聚光效率。另外，在本發明另一些實施例中，則提供一種具有內埋式熒光柱的聚光板結構，也可具有較佳的聚光效率。此外，在又一實施例中，具有內埋式熒光柱的聚光板結構可更進一步包含染料標示型高分子。
在本發明一實施例中，提供一種染料標示型高分子，例如可用于聚光板中的波長轉換材料。
傳統上，波長轉換材料是以熒光染料與高分子材料混摻形成。然而，由于熒光染料與高分子材料兼容性不佳，使得突光染料與高分子材料間形成巨觀相分離(macrophaseseperation),而造成光散射(scattering),并更進一步導致光穿透率下降、突光染料自聚集(self-aggregation)及突光量子效率(quantumefficiency)下降等問題。
因此，在本發明一實施例中，提供一種染料標示型高分子，是將熒光染料基團與高分子基團通過化學鍵結連接。藉由將熒光染料標示于與高分子材料兼容性佳的高分子基團上，來解決上述傳統熒光染料與高分子材料兼容性不佳所衍生的問題。
在上述染料標示型高分子中的高分子基團例如為聚己內酯(Poly( ε-caprolactone)moiety)、聚乙烯(Polyethylene)、聚乙烯醇(Polyvinylalcohol)、聚苯乙烯(Polystyrene)、或前述的組合高分子共聚物(copolymer)。上述高分子材料及安排是為了簡化，但本發明并不以這些實施例為限。在染料標示型高分子中的突光染料基團例如為香豆素(coumarin)、花(perylene)、萘(naphthalene)、花(pyrene)、多次甲基(polymethine)、咔唑(carbazole)、蒽(anthracene)、或前述的組合。
其中，高分子基團的單體及熒光染料基團的摩爾比例例如介于1:20至1:1000。若染料標示型高分子中熒光染料基團的含量太高，可能會造成所形成的高分子容易形成結晶，而導致穿透率下降。若熒光染料基團的含量太低，則會造成光轉換率較低。然而，上述比例會根據高分子基團性質而改變，不同染料基團及高分子基團可具有不同的較佳組成比例，此技藝人士可視實際情況進行調整，并非以上述比例為限。
下表 I顯示本發明各實施例中染料標示型高分子的結構。應注意的是，下述結構僅為說明之用，本發明的范疇并非以此為限。
表I
權利要求
1.一種染料標示型高分子，包括一熒光染料基團及一高分子基團，其中所述熒光染料基團及所述高分子基團是以化學鍵結連接。
2.如權利要求1所述的染料標示型高分子，其中所述高分子基團包括聚己內酯、聚乙烯、聚乙烯醇、聚苯乙烯、或前述的組合共聚物。
3.如權利要求1所述的染料標示型高分子，其中所述熒光染料基團包括香豆素、茈、萘、芘、多次甲基、咔唑、蒽、或上述的組合。
4.如權利要求1所述的染料標示型高分子，其中所述高分子基團的單體與所述熒光染料基團的摩爾比例介于1:20至1:1000。
5.如權利要求1所述的染料標示型高分子，其中所述染料標示型高分子的吸收波長介于 200 至 400nm。
6.如權利要求1所述的染料標示型高分子，其中所述染料標示型高分子的光致發光波長介于350至llOOnm。
7.如權利要求1所述的染料標示型高分子，其中所述染料標示型高分子的溶解參數介于 8 至 25MPa1/2。
8.一種聚光板,包括: 一導光平板； 一波長轉換材料位于所述導光平板上，其中所述波長轉換材料包括: (Γ95重量份的高分子材料；以及 5^100重量份的如權利要求1所述的染料標示型高分子，其中所述高分子材料與所述染料標示型高分子相異。
9.如權利要求8所述的聚光板，其中所述導光平板為一剛性基板或可撓性基板。
10.如權利要求8所述的聚光板，其中所述高分子材料為聚乙烯乙酸乙烯酯、壓克力、聚碳酸樹脂、聚乙烯醇縮丁醛、環氧樹脂或前述的組合。
11.如權利要求8所述的聚光板，其中所述高分子材料及所述染料標示型高分子的溶解參數相差值介于±5MPa1/2。
12.如權利要求8所述的聚光板，其中所述聚光板是應用于太陽能電池、光伏玻璃。
13.—種聚光板,包括: 一導光平板；以及 至少一熒光柱，內埋在所述導光平板中，其中所述熒光柱包括一波長轉換材料，所述波長轉換材料吸收一第一波長的光，放出一第二波長的光，且第一波長小于第二波長。
14.如權利要求13所述的聚光板，其中所述熒光柱包括不同的熒光材料。
15.如權利要求13所述的聚光板，其中所述熒光柱包括圓柱、空心圓柱、方柱、空心方柱、多角形、或前述的組合。
16.如權利要求13所述的聚光板,其中所述突光柱的寬度介于10至100μ m。
17.如權利要求16所述的聚光板，其中所述熒光柱在所述導光平板中形成一特定形狀，包括柵狀、網狀、或前述的組合。
18.如權利要求13所述的聚光板,其中所述突光柱的寬度大于100μ m。
19.如權利要求18所述的聚光板，其中所述熒光柱在所述導光平板中形成一特定形狀，包括柵狀、網狀、圖形、文字、符號、 或前述的組合。
20.如權利要求13所述的聚光板,其中所述第一波長介于300nm至IOOOnm,所述第二波長介于700nm至lOOOnm。
21.如權利要求13所述的聚光板，其中所述波長轉換材料包括如權利要求1所述的染料標示型高分子。
22.如權利要求13所述的聚光板，其中所述波長轉換材料包括: (Γ95重量份的高分子材料；以及 5^100重量份的如權利要求1所述的染料標示型高分子，其中所述高分子材料與所述染料標示型高分子相異。
23.如權利要求13所述的聚光板,其包括多個突光柱,所述多個突光柱間以一連續相薄膜連接。
24.一種聚光板的形成方法，包括: 提供一第一導光平板及一第二導光平板； 在所述第一導光平板表面形成至少一第一柱狀凹槽； 將一第一熒光材料 填入所述第一柱狀凹槽中，以形成一第一熒光柱；以及對組所述第一、第二導光平板，使所述第一熒光柱內埋在第一導光平板及第二導光平板之間，以形成一內埋式熒光柱。
25.如權利要求24所述的聚光板的形成方法，在對組前更包括: 在所述第二導光平板表面形成至少一第二柱狀凹槽；以及 將一第二熒光材料填入所述第二柱狀凹槽中，以形成一第二熒光柱。
26.如權利要求25所述的聚光板的形成方法，其中所述第一熒光柱及所述第二熒光柱于所述第一、第二導光平板對組后彼此貼合。
27.如權利要求24所述的聚光板的形成方法，其中在所述第一導光平板上形成第一柱狀凹槽的方法包括壓印、蝕刻、激光刻印、或前述的組合。
28.一種聚光板的形成方法，包括: 提供一導光平板，所述導光平板具有一主表面及一側表面； 由所述導光平板的側表面形成至少一柱狀孔洞深入所述導光平板；以及 將一突光材料填入所述柱狀孔洞中，以在所述導光平板中內埋一突光柱。
29.如權利要求28所述的聚光板的形成方法，其中形成柱狀孔洞的方法包括激光穿孔、離子束穿孔、或前述的組合。
30.如權利要求28所述的聚光板的形成方法，其中所述柱狀孔洞貫穿所述導光平板。
31.如權利要求28所述的聚光板的形成方法，其中所述柱狀孔洞未貫穿所述導光平板。
32.一種聚光板的形成方法，包括: 提供一第一導光平板，所述第一導光平板上具有至少一柱狀凹槽； 在所述第一導光平板上涂布一突光材料；以及 將一第二導光平板貼合上具有熒光材料的第一導光平板上，使得所述熒光材料形成具有相對于所述柱狀凹槽的至少一柱狀結構。
33.如權利要求32所述的聚光板的形成方法，其形成多個內埋式熒光柱，且所述內埋式熒光柱具有一連續相薄膜連接。
34.一種太陽能電池模組，包括: 一如權利要求8所述的聚光板或一如權利要求13所述的聚光板；以及一太陽能電池，光學耦接至所述聚光板，使得通過所述聚光板的光聚集至所述太陽能電池，以將光轉換成電能。
35.一種免插電燈具，包括: 一如權利要求8所述的聚光板或一如權利要求13所述的聚光板； 一太陽能電池，光學耦接至所述聚光板，使得通過所述聚光板的光聚集至所述太陽能電池，以將光轉換成電能； 一儲電元件，電性連接至所述太陽能電池，以接收并儲存所述太陽能電池輸出的電能；以及 一發光二極管晶粒，電性連接至所述儲電元件。
36.如權利要求35所述的 免插電燈具，更包括一開關元件，電性連接至所述儲電元件。
全文摘要
本發明涉及一種染料標示型高分子，包括熒光染料基團及高分子基團，其中熒光染料基團及高分子基團是以化學鍵結連接。本發明還涉及一種聚光板，包括導光平板；波長轉換材料位于導光平板上，其中波長轉換材料包括0~95重量份的高分子材料；以及5~100重量份的前述的染料標示型高分子，其中高分子材料與染料標示型高分子相異。本發明涉及另一種聚光板，包括導光平板；以及至少一熒光柱，內埋在導光平板中，其中熒光柱包括波長轉換材料。本發明還涉及聚光板的形成方法及使用該聚光板的太陽能電池模組及免插電燈具。
文檔編號F21Y101/02GK103183971SQ201210579910
公開日2013年7月3日 申請日期2012年12月27日 優先權日2011年12月30日
發明者吳明憲, 李明家, 廖文毅 申請人:財團法人工業技術研究院