CN102479873A - 高光电转换效率的压合型太阳能电池及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明是关于一种高光电转换效率的压合型太阳能电池及其制造方法。该制造方法包括以下步骤：提供第一透明基板；然后，在第一透明基板上形成第一电极；接着，在第一电极上形成至少一个堆叠半导体结构，其中每一个堆叠半导体结构包括p型半导体层、本质层与n型半导体层，且本质层位于p型半导体层与n型半导体层之间；而后，在堆叠半导体结构上形成第二电极；继之，提供第二透明基板；随后，在第二透明基板上形成红外光转换层，此红外光转换层用以将红外光转换为可见光；接下来，在红外光转换层和/或第二电极上形成黏着层；之后，压合第一透明基板与第二透明基板。本发明的太阳能电池可以提高光电转换效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种太阳电池及其制造方法，特别是涉及一种高光电转换效率(photoelectric conversion efficiency，PCE)的压合型太阳能电池及其制造方法。
背景技术
太阳能是一种干净无污染而且取之不尽用之不竭的能源，在解决目前石化能源所面临的污染与短缺的问题时，一直是最受瞩目的焦点。由于太阳能电池可直接将太阳能转换为电能，因此成为目前相当重要的研究课题。
硅基太阳能电池为业界常见的一种太阳能电池。硅基太阳能电池的原理是将p型半导体与n型半导体相接合，以形成p-n接面。当太阳光照射到具有此p-n结构的半导体时，光子所提供的能量可把半导体中的电子激发出来而产生电子-电洞对。电子与电洞均会受到内建电位的影响，使得电洞往电场的方向移动，而电子则往相反的方向移动。如果以导线将此太阳能电池与负载(load)连接起来，则可形成一个回路(loop)，并可使电流流过负载，此即为太阳能电池发电的原理。
随着环保意识抬头，节能减碳的概念逐渐受众人所重视，再生能源的开发与利用成为世界各国积极投入发展的重点。目前，太阳能电池的关键问题在于其光电转换效率的提升，而能够提升太阳能电池的光电转换效率即意味着产品竞争力的提升。
发明内容
有鉴于上述现有技术所存在的缺陷，本发明的目的在于，提供一种高光电转换效率的压合型太阳能电池的制造方法，使其不需改变原有的太阳能电池制造工艺即可快速地制造具有高光电转换效率的太阳能电池。
本发明另一目的是提供一种高光电转换效率的压合型太阳能电池，使其可将无法被太阳能电池所利用的红外光转换为可被太阳能电池所利用的可见光，以提高光电转换效率。
为了实现上述目的，依据本发明提出一种高光电转换效率的压合型太阳能电池的制造方法，此方法是先提供第一透明基板；然后，在第一透明基板上形成第一电极；接着，在第一电极上形成至少一个堆叠半导体结构，其中每一个堆叠半导体结构包括p型半导体层、本质层(intrinsic layer)与n型半导体层，且本质层位于p型半导体层与n型半导体层之间；而后，在堆叠半导体结构上形成第二电极；继之，提供第二透明基板；随后，在第二透明基板上形成红外光转换层(infrared light conversion layer)，此红外光转换层用以将红外光转换为可见光；接下来，在红外光转换层和/或第二电极上形成黏着层；之后，压合第一透明基板与第二透明基板。
本发明还可采用以下技术措施进一步实现。
前述的高光电转换效率的压合型太阳能电池的制造方法，其中所述的红外光转换层的材料例如为稀土(rare earth)元素。
前述的高光电转换效率的压合型太阳能电池的制造方法，其中所述的稀土元素例如为镧系(La)元素。
前述的高光电转换效率的压合型太阳能电池的制造方法，其中所述的可见光例如为绿光或蓝绿混光。
本发明另外提出一种高光电转换效率的压合型太阳能电池，其包括第一透明基板、第二透明基板、第一电极、第二电极、至少一堆叠半导体结构、红外光转换层以及黏着层；该第二透明基板配置于第一透明基板上；该第一电极配置于第一透明基板与第二透明基板之间；该第二电极配置于第一电极与第二透明基板之间；该堆叠半导体结构配置于第一电极与第二电极之间，其中堆叠半导体结构包括p型半导体层、本质层与n型半导体层，且本质层位于p型半导体层与n型半导体层之间；该红外光转换层配置于第二透明基板与第二电极之间，用以将红外光转换为可见光；该黏着层配置于红外光转换层与第二电极之间。
前述的高光电转换效率的压合型太阳能电池，其中所述的红外光转换层的材料例如为稀土元素。
前述的高光电转换效率的压合型太阳能电池，其中所述的稀土元素例如为镧系元素。
前述的高光电转换效率的压合型太阳能电池，其中所述的可见光例如为绿光或蓝绿混光。
前述的高光电转换效率的压合型太阳能电池，其中所述的第一电极与第二电极的材料各自例如为透明导电氧化物(transparent conductiveoxide，TCO)。
前述的高光电转换效率的压合型太阳能电池，其中所述的p型半导体层、本质层与n型半导体层的材料各自例如为非晶硅或微晶硅。
本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益效果。借由上述技术方案，本发明的高光电转换效率的压合型太阳能电池及其制造方法，至少具有下列优点：
一、本发明的高光电转换效率的压合型太阳能电池的制造方法，先分别制造具有红外光转换层的透明基板与一般熟知的太阳能电池，然后再藉由将黏着层将二者压合在一起，因此在本发明的压合型太阳能电池的制造过程中，不需改变原有的太阳能电池制造过程程，因而不会导致生产成本增加。此外，由于具有红外光转换层的透明基板与一般熟知的太阳能电池是分别制造的，因此可视实际需求而在不同的场所制造具有红外光转换层的透明基板与一般熟知的太阳能电池。
二、本发明的高光电转换效率的压合型太阳能电池，当太阳光自第二电极侧进入太阳能电池时，红外光转换层可将太阳光中的红外光转换为本质层可吸收的可见光，因此可以大幅地提升太阳能电池的光电转换效率。另外，由于照射至本发明的压合型太阳能电池的太阳光中的红外光被转换为可见光，因此可以大幅度地降低红外光所造成的热累积效应，进而提高太阳能电池的效能。再者，若照射至本发明的压合型太阳能电池的太阳光中的红外光被转换为绿光或蓝绿混光，则本发明的压合型太阳能电池可以应用于需要较多绿光或蓝绿混光的农业或花卉产业，以助于农作物与花卉培养。
为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附图式作详细说明如下。
附图说明
图1A至图1C分别为本发明实施例的高光电转换效率的压合型太阳能电池的制造流程的剖视图。
100、108：透明基板 102、106：电极
104：堆叠半导体结构 104a：p型半导体层
104b：本质层 104c：n型半导体层
110：红外光转换层 112：黏着层
114：压合型太阳能电池
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的高光电转换效率的压合型太阳能电池及其制造方法其具体实施方式、步骤、结构、特征及其功效详细说明。
图1A至图1C为本发明实施例的高光电转换效率的压合型太阳能电池的制造流程的剖视图。首先，请参照图1A，提供透明基板100。透明基板100的材料例如为玻璃。然后，在透明基板100上形成电极102。电极102的材料例如为透明导电氧化物。上述的透明导电氧化物可以是铟锡氧化物(indium tin oxide，ITO)、氧化铝锌(Al doped ZnO，AZO)、铟锌氧化物(indium zinc oxide，IZO)或其他透明导电材料。电极102的形成方法例如为溅镀法(sputtering)、化学气相沉积法(chemical vapor deposition，CVD)或蒸镀法(evaporation)。接着，在电极102上形成堆叠半导体结构104。在本实施例中，堆叠半导体结构104包括p型半导体层104a、本质层104b与n型半导体层104c。详细地说，堆叠半导体结构104的形成方法例如是先在电极102上形成p型半导体层104a。p型半导体层104a的材料例如为非晶硅或微晶硅，而p型半导体层104a中所掺杂的材料例如是选自元素周期表中IIIA族元素的群组，其可以是硼(B)、铝(Al)、镓(Ga)、铟(In)或铊(Tl)。然后，在p型半导体层104a上形成本质层104b。本质层104b作为光产生电子-电洞对的主要区域。本质层104b的材料例如为未经掺杂的非晶硅或微晶硅。之后，在本质层104b上形成n型半导体层104c。n型半导体层104c的材料例如为非晶硅或微晶硅，而n型半导体层104c中所掺杂的材料例如是选自元素周期表中VA族元素的群组，其可以是磷(P)、砷(As)、锑(Sb)或铋(Bi)。在形成堆叠半导体结构104之后，在堆叠半导体结构104上形成电极106。电极106的材料例如为透明导电氧化物。上述的透明导电氧化物可以是铟锡氧化物、氧化铝锌、铟锌氧化物或其他透明导电材料。
在本实施例中，堆叠半导体结构104是由依序形成于电极102上的p型半导体层104a、本质层104b与n型半导体层104c所构成。在其他实施例中，也可以视实际需求，将n型半导体层104c、本质层104b与p型半导体层104a依序形成于电极102上来构成堆叠半导体结构。此外，在本实施例中，电极102与电极106之间仅具有一个堆叠半导体结构，而在其他实施例中，也可以视实际需求而于电极102与电极106之间形成依序堆叠的多个堆叠半导体结构。
此外，上述在透明基板100上形成电极102、堆叠半导体结构104与电极106的步骤即为一般熟知的太阳能电池的制程步骤。也就是说，图1中的结构即为一般熟知的太阳能电池，其可由现有的设备来制造，不需使用额外的设备，且不需改变目前的制程步骤。
接着，请参照图1B，提供透明基板108。透明基板108的材料例如为玻璃。然后，在透明基板108上形成红外光转换层(infrared lightconversion layer)110。红外光转换层110用以将红外光转换为可见光。红外光转换层110的形成方法例如为溅镀法、化学气相沉积法或蒸镀法。红外光转换层110的材料例如为稀土元素，例如镧系元素。之后，在红外光转换层110上形成黏着层112。黏着层112的材料例如为乙烯醋酸乙烯酯(ethylene vinyl acetate，EVA)。
之后，请参照图1C，以黏着层112朝向电极106的方式压合透明基板100与透明基板108，以形成压合型太阳能电池114。
在本实施例中，黏着层112形成于红外光转换层110上。当然，在其他实施例中，也可以将黏着层112形成于电极106上，然后再以黏着层112朝向红外光转换层110的方式压合透明基板100与透明基板108，以形成压合型太阳能电池114。或者，也可以同时在红外光转换层110与电极106上形成黏着层112。
如上所述，本发明在制造压合型太阳能电池114的过程中，先分别制造具有红外光转换层110的透明基板108与一般熟知的太阳能电池(如图1A所示的结构)，然后再藉由将黏着层112将二者压合在一起。也就是说，在本发明的压合型太阳能电池的制造过程中，不需改变原有的太阳能电池制造过程，因而不会导致生产成本增加。此外，由于图1B中的具有红外光转换层110的透明基板108与图1A中的太阳能电池是分别制造的，因此亦可视实际需求而在不同的场所制造具有红外光转换层110的透明基板108与图1A中的太阳能电池。
以下将以图1C中的压合型太阳能电池114为例，对本发明的太阳能电池作说明。
请参照图1C，压合型太阳能电池114包括透明基板100、透明基板108、电极102、电极106、堆叠半导体结构104、红外光转换层110以及黏着层112。透明基板108配置于透明基板100上。电极102配置于透明基板100与透明基板108之间。电极106配置于电极102与透明基板108之间。堆叠半导体结构104配置于电极102与电极106之间。堆叠半导体结构104包括p型半导体层104a、本质层104b与n型半导体层104c，且本质层104b位于p型半导体层104a与n型半导体层之间104c。红外光转换层110配置于透明基板108与电极106之间，用以将红外光转换为可见光。黏着层112配置于红外光转换层110与电极106之间。
对于一般的太阳能电池来说，当太阳光照射至太阳能电池时，由于以非晶硅或微晶硅为材料的本质层无法有效地吸收太阳光中的红外光(其在太阳光中约占50％)，因此红外光会直接穿过太阳能电池而无法被利用，使得太阳能电池的光电转换效率无法大幅度地提升。然而，对于压合型太阳能电池114来说，当太阳光穿过透明基板108而照射至红外光转换层110时，红外光转换层110可将太阳光中无法被太阳能电池所利用的红外光转换为可被太阳能电池所利用的可见光。由于本质层104b 对于可见光具有较佳的吸收率，因此当太阳光中的红外光被红外光转换层110转换为可见光而进入本质层104b时，与一般的太阳能电池相比，增加了照射至本质层104b的可见光的量，因而提升了压合型太阳能电池114的光电转换效率。
此外，相对于其他颜色的可见光来说，若压合型太阳能电池114的本质层是以非晶硅为材料，而非晶硅材料对于绿光与蓝绿混光具有较佳的吸收率(对于绿光具有最佳的吸收率)，因此可以藉由调整红外光转换层110中稀土元素的种类、组成比例等来将太阳光中的红外光转换为绿光或蓝绿混光，以进一步地提升压合型太阳能电池114的光电转换效率。
特别一提的是，经红外光转换层110所转换成的绿光或蓝绿混光经过压合型太阳能电池114之后，未被吸收的部分可以进一步地被利用。举例来说，经红外光转换层110转换而形成且未被吸收的绿光或蓝绿混光可以与原本穿过压合型太阳能电池114的未被吸收的可见光混合而产生不同颜色的光。因此，若将压合型太阳能电池114应用于建筑设计中，则可以视实际需求来调整而呈现出不同于白光的光。此外，若将压合型太阳能电池114应用于需要较多绿光或蓝绿混光的农业或花卉产业，则可有助于农作物与花卉培养。
再者，在本实施例中，由于照射至压合型太阳能电池114的太阳光中的红外光已被转换为可见光，因此红外光照射至太阳能电池时所产生的热累积效应可以被大幅度地降低，使得压合型太阳能电池114经太阳光照射之后仍可以维持在与周遭环境相同的温度。此外，由于热累积效应已被大幅度地降低，因此可以进一步避免因热累积效应而造成光电转换效率降低的问题，进而达到提升太阳能电池的效能的目的。
虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然并非用以限定本发明实施的范围，依据本发明的权利要求书及说明内容所作的简单的等效变化与修饰，仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (10)
1.一种高光电转换效率的压合型太阳能电池的制造方法，其特征在于其包括以下步骤：
提供一第一透明基板；
在该第一透明基板上形成一第一电极；
在该第一电极上形成至少一堆叠半导体结构，其中每一堆叠半导体结构包括一p型半导体层、一本质层与一n型半导体层，且该本质层位于该p型半导体层与该n型半导体层之间；
在该至少一堆叠半导体结构上形成一第二电极；
提供一第二透明基板；
在该第二透明基板上形成一红外光转换层，该红外光转换层用以将红外光转换为一可见光；
在该红外光转换层和/或该第二电极上形成一黏着层；以及
压合该第一透明基板与该第二透明基板。
2.根据权利要求1所述的高光电转换效率的压合型太阳能电池的制造方法，其特征在于其中所述的红外光转换层的材料为一稀土元素。
3.根据权利要求2所述的高光电转换效率的压合型太阳能电池的制造方法，其特征在于其中所述的稀土元素为镧系元素。
4.根据权利要求1所述的高光电转换效率的压合型太阳能电池的制造方法，其特征在于其中所述的可见光为绿光或蓝绿混光。
5.一种高光电转换效率的压合型太阳能电池，其特征在于包括：
一第一透明基板；
一第二透明基板，配置于该第一透明基板上；
一第一电极，配置于该第一透明基板与该第二透明基板之间；
一第二电极，配置于该第一电极与该第二透明基板之间；
至少一堆叠半导体结构，配置于该第一电极与该第二电极之间，其中每一堆叠半导体结构包括一p型半导体层、一本质层与一n型半导体层，且该本质层位于该p型半导体层与该n型半导体层之间；
一红外光转换层，配置于该第二透明基板与该第二电极之间，用以将红外光转换为一可见光；以及
一黏着层，配置于该红外光转换层与该第二电极之间。
6.如权利要求5所述的高光电转换效率的压合型太阳能电池，其特征在于其中所述的红外光转换层的材料为一稀土元素。
7.如权利要求6所述的高光电转换效率的压合型太阳能电池，其特征在于其中所述的稀土元素为镧系元素。
8.如权利要求5所述的高光电转换效率的压合型太阳能电池，其特征在于其中所述的可见光为绿光或蓝绿混光。
9.如权利要求5所述的高光电转换效率的压合型太阳能电池，其特征在于其中所述的第一电极与该第二电极的材料为透明导电氧化物。
10.如权利要求5所述的高光电转换效率的压合型太阳能电池，其特征在于其中所述的p型半导体层、该本质层与该n型半导体层的材料分别为非晶硅或微晶硅。
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| WO2007040183A1 (ja) * | 2005-10-03 | 2007-04-12 | Sharp Kabushiki Kaisha | シリコン系薄膜光電変換装置、その製造方法およびその製造装置 |
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2010
- 2010-11-24 CN CN2010105629238A patent/CN102479873A/zh active Pending
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