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TW201007959A - Solar cells provided with color modulation and method for fabricating the same - Google Patents

Solar cells provided with color modulation and method for fabricating the same Download PDF

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TW201007959A TW098125640A TW98125640A TW201007959A TW 201007959 A TW201007959 A TW 201007959A TW 098125640 A TW098125640 A TW 098125640A TW 98125640 A TW98125640 A TW 98125640A TW 201007959 A TW201007959 A TW 201007959A
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Description

201007959 六、發明說明: 【發明所屬之技術領域】 本發明係有關於可將太陽輻射能量轉換為有用電能的光 伏特電池(photovoltaic cells),特別是有關於具有色彩 太陽能電池及其製造方法。 【先前技術】
㈣或光伏特電池雜陽光的絲#自光電轉換 機制轉換為電能。近年來,在全球化環境保護的浪潮之下, 太%旎電池供應電力被寄予厚望,並已積極進行研究發展, 期能獲致廣泛_業化。基於㈣需求或視覺美觀的因素, 太陽此電池可能需要有不同的外觀色彩,例如:當將太陽能 電池應用在建築物的屋頂或外牆時’若考量建準 時,即便需要與賴物或周遭環境_色做整體u美觀 。而習知技術即如美國專利第5,725,006號和第6,049,035 號等,即便需要額外的製程,方能舒太陽能電池不同的色 f,同時卻又劣化太陽能電池的光電轉換效率。因此,毋須 ,由複雜設計或製程’又不會影響太陽能轉轉換效率的前 提下’而能獲致乡種色彩太陽能電池者,為此業界人士之所 需。 【發明内容】 j發明之一目的,在於提供具有色彩調變之太陽 f池及Γ製造方法。根據本發明之太陽能電池包括一光電 思、f與巧於光電轉換層上方之一色彩調變層,光電轉換 ΐ可產生電能’而色彩調變層係用以調變太陽能電 池之色衫外觀、抑或是提昇轉換效率。 致上述目的,本發明可即由提供_種太陽能電 匕括.一光電轉換層,用以從一入射光產生電能;至 >、-第-電極和至少H極,設·上述光電轉換層上 201007959 ί轉上述電能;以及—色彩調變層,設置於上述光 1:轉換層上方,用以調變其色彩外觀。 括.tt明1可藉由提供一種太陽能電池的製造方法,其包 括·祕-光電轉換層;形成至少—電 二 光電轉換層上方;形成—色彩機層於上述光電 轉換層上方,用以調變其色彩外觀。 【實施方式】 5 ®細示根據本發明—較佳實施例之太陽 $ 方法流酬面®。請參照第1 ®,ν型半導體層 拔品^成设置於ρ型半導體基底1〇上,而於其間形成有ρ_Ν 14 ’故而在ρ_Ν接❺14處形成有電場 f^eld)。因此’當光及於此電場形成之處,即便會產生正電 荷載子(positive charge carriers)和負電荷載子 (negative charge carriers) ’便會產生電流流經p_N接面 14,此即稱為光電轉換機制(ph〇t〇electric c〇nversi〇n mechamsm)。廣義來說,p型半導體基底1〇和N型半導體層 12的組合,即用以建構光電轉換層u,用以自入射光產生 電能。P,半導體層10可以是P型矽基底,而N型半導體層 12可以是順應地(C0nf0rmably)沈積於p型矽基底上方,經 由N型雜質摻雜入p型矽基底而得。同理,N型半導體基底 和P型半導體層的組合,也可以用來建構光電轉換層u。廣 義而論,光電轉換層11可以是由一種或多種半導體物質所 構成,此半導體物質可以是單晶(single cryStaiiine)、多 b曰(polycrystalline)、非晶(amorphous)狀態之石夕、鍺或類 似的半導體材料。 如第2圖所示’透明抗反射層16係形成設置於光電轉換 層11上方’可以是由氮化石夕(silicon nitride)材質所構 成’其形成方法可以是蒸鍵法(evap〇rati〇n)、滅鍍法 (sputtering)、印刷法(print screen)、化學氣相沈積法(CVD) 201007959 或其他熟習此技藝之人士所知悉之方式。抗反射層16係用 以保護太陽能電池,並可降低電池單元表面的反射漏失 (reflective loss);較佳而言,抗反射層16的厚度約可介 於1〜500nm間之範圍。 接著,導電層18和20分別形成設置於光電轉換層11相 對應之表面上方,其形成方法可以是蒸鍍法 (evaporation)、濺鍍法(sputtering)、印刷法(print
screen)、化學氣相沈積法(CVD)或其他熟習此技藝之人士所 知悉之方式。如第3圖所示,導電層18係形成設置於光電 轉換層11之正面,因此形成設置於抗反射層16上;而導電 層20則形成設置光電轉換層11之背面,與p型半導體基底 10相接觸。導電層18和20可以是由金屬或合金所構成,其 材質可以是金、銀、紹、銅、鉑等類似物質,亦可以是諸如 氧化銦錫(ΙΤ0)或氧化鋅(Zn〇)等透明導電氧化物 (transparent conductive oxide) ° 導電層18可以經過熱處理,使導電層18内含之導電物 質可以藉由穿透效應(spiking effect),通過抗反射層16而及 於N型半導體層12。此外,導電層π和20可經過定義 (patterned)成為複數平行線’分別做為前電極22和背電極 24。如同第4圖所示,前電極22係電連接至N型半導體層 12,背電極24係電連接至p型半導體基底1(),據此,前電 極22和背電極24即成為光電轉換層u之兩個電性端子; 巧話說,當太陽能電池單幻接受太陽光照射時,電極22 =用以對光電轉換層u所產生的電能進行充、放電操 二,佳而言,背電極Μ可職置成各種形狀,諸如凹凸 l^c^av_nvex)結構,俾利光能聚集(lightc〇Uecti〇n)。 stmeti 可以形成特定表面結構(SUlfaCe_textured 夕入具有粗紗面,騎於光線能及於光電轉換層11 之入射效率,會有所提昇。 w 201007959 根據本發明’色糊變層%係形成設置於抗反射層16 上方’故而使太陽能電池單元丨具有各種顏色。色彩調變層 26可以是由一種或多種介電物質(dielectdc material)所構 成,而形成色彩調變層26係於真空或接近真空的環境下, 以塗佈法(coating)、蒸錢法(evap〇rati〇n,諸如電子搶蒸鍵)、 濺鍍法(sputtering)、化學氣相沈積法(CVD)或其他適切& 方法等。 各種介電物質或其組合物均可以使用,例如氧化物(Sn〇2, Al2〇3, Si〇2, ZnO, Y2〇3, Ta2〇5, Ή〇2 Cr2〇3 等)、氟化物(MgF2:
Na3AlF6 等)、硫化物(ZnS,PbS,CdS 等)、氮化物(Si3N4, A1N, A10xNy,etc.)、碌化物(CdTe等)、栖化物(PbSe等)及/或類似 物質等。較佳而言’色彩調變層26的厚度約可介於1〜sooonm 間之範圍。 根據本發明,藉由提供色彩調變層26設置於抗反射層 16 ’無須犧牲轉換效率或使用複雜製程,即可獲致所需的視 覺效果,。在某些實驗條件下,色彩調變層26更可減少反 射損失(reflectiveloss),而能增加太陽功率轉換效率。 接著,一保護層28和一透明層30依序形成覆蓋於色彩 調變層26上方。保護層28是由一透明薄膜,較佳而言,可 以是由伸乙基醋酸乙婦酯(ethylene vinyl acetate: EVA) 或聚乙烯縮丁搭(polyvinyl butyral: PVB)所構成,藉以避 免太陽此電池皁元直接暴露於太陽或雨水、抑或是受濕的影 響。較佳而言,透明層30可以是由熱處理玻璃(treated glass) 或非熱處理玻璃(nontreatedglass)所組成。 值得一提的是上述實施例所示之步驟順序,可以視實際 應用予以調整,例如:形成電極22和24之步驟可以在形成 色彩調變層26步驟之後。因此,上述實施例僅用為示例之 用’並非用以限定本發明之申請專利範圍。 以下舉若干實驗例,茲以為參考: 201007959 實驗例I: 向/ f層ί1是由第一型之秒層形成於第二型之梦基底 所开f成目丨第一型是Ρ型’則第二型為Ν型;若第-二型為ρ型。例如’光電轉換層11是由具 Λ Λ6、厚度140〜25(3 _之树質所構成,抗反 折射率h 8〜2.2、厚度60〜120⑽之氣化石夕 以ϊί給2中’並無色彩調變層26形成覆蓋於各底層, ”哲m、W做一對照’而其反射頻譜(reflective ❹ 圖’可知其分別測量為34.92、 實驗例Π : Μ / ίίίί層U是由第一型之碎層形成於第二型之碎基底 Ξ Λ ί成目第-型是p型,則第二型為n型;若第一 有二率μ f,為p型°例如’光電轉換層11是由具 ΐϊϋϋ厚度14G〜25_之魏請構成;抗反 二有折射率h 8〜2.2、厚度6(M20麗之氮化矽 =,=ΐ層26是由具有厚度ι _〜2, _之材質 率驗長之崎_於第7 ®。此實驗例之 i!!i^ectlve spectrum)示於第8圖,可知其〇肌w 刀別/則罝為 56.65、-18.54、23.76 等。 實驗例ΠΙ : 內/ίίί?層由第一型之石夕層形成於第二型之梦基底 内/上所構成,右第一型是p型,則第二 ;若 型疋N型’則第二型為p型。例如 轉、 有折射率3· 4〜3. 6、厚請〜咖_之; =6·是Λ具;f折射率8〜2.2、厚度 =26是由具有厚度8G(H.虜之材質所 ίί後之曲線圖示於第9圖。此實驗例之反 射頻《曰(reflectlvespectmm)示於第1〇圖,可知其c正厶〜砀* 201007959 分別測量為22、14.41、-8.29等。 實驗例IV : 光電轉換層11是由第-型之抑形成於第二型之梦基底 内/上所構成’ ^第-型是p型,則第二型為N型;若第一 iif f,則第二型為p型。例如,光電轉換層11是由具 ϋ3.4〜3.6、厚度14G25G//m之稽f所構成;抗反 射層16是由具有折射率1· 8〜2. 2、厚度6(M2Qnm之氮化石夕 所構成;色彩調變層2具有多層結構,本例中,是以三層所 構成,第-層具有折射率2· 15〜2· 55、厚度75(Η舰,第 二層具有折射率3. 6〜4. G、厚度1,55(Μ95()Α,第三層具有 折射率2.15〜2.55、厚度96(Η36〇Α,第一層 '第二層、第 二層係依序由下而上堆疊而得。此實驗例之反射頻譜 (reflective spectrum)示於第η圖,可知其笱*分別測 量為 47.05、28.63、-13.77 等。 由上述諸實驗例可知,本發明所揭示之具有色彩調變層 之太陽月b電池’可以簡單結構和足夠的轉換效率冑現,而能 展現既定的色彩,故雜做為雜材料,使美觀 得以善且。 雖然本發明已以若干實施例和實驗例敘述如上,惟本發 明之範圍並未為該等實施例和實驗例所限定,尤其色彩調變 之材質並非限定於實施例所列示之材質,任何可藉由光調變 層26之色彩調變特性達到調整太陽能電池外觀顏色者,均 可適用。進-步說’光調變層26可以是氧化物、氣化物、 硫化,、氮化物、碲化物、硒化物及/或類似物質等,抑或是 異於氧化物、氟化物、硫化物、氮化物、碲化物、硒化物等 之材質。 根據上述之揭示,本發明尚包含其他之修改或變化,而 可以上述特定實施例的方式實現,因此,本發明所涵蓋之範 圍當以後附之申請專利範圍界定為準。 201007959 【圖式簡單說明】 第1至5圖所示為根據本發明一較佳實施例之太陽能電 池製造方法流程剖面圖; 第6圖係顯示實例I中太陽能電池之反射光譜(reflective spectrum); 第7圖係顯示實例Π中色彩調變層之折射率對波長圖; 第8圖係顯示實例π中太陽能電池之反射光譜; 第9圖係顯示實例m中色彩調變層之折射率對波長圖; 第10圖係顯示實例ΙΠ中太陽能電池之反射光譜;以及 • 第11圖係顯示實例IV中太陽能電池之反射光譜。 【主要元件符號說明】 1〜太陽能電池單元;10〜p型半導體基底;u〜光電轉換 層;12〜η型半導體層;14〜p-n接面;16〜抗反射層;18〜導 體層’ 20~導體層;22〜前電極;24〜背電極;26〜色彩調變層; 28〜保護層;以及,30〜透明層。

Claims (1)

  1. 201007959 七、申請專利範圍: I. 一種太陽能電池,包括: 一光電轉換層’用以從一入射光產生電能; 至少一第一電極和至少一第二電極,設置於上述光電轉 換層上方,用以輸出上述電能; 一色彩調變層,設置於上述光電轉換層上方,用以調變 其色彩外觀。 2·如申請專利範圍第1項所述之太陽能電池,尚包括一 抗反射層’設置於上述色彩調變層和上述光電轉換層之間。 、3.如申請專利範圍第2項所述之太陽能電池,其中,上 瘳 述至少一第一電極經由該抗反射層接觸上述光電轉換層。 4'如申請專利範圍第1項所述之太陽能電池,其中,上 述色彩調變層包含氧化物、氟化物、硫化物、氮化物、碲化 物及硒化物等中之至少一者所構成。 5. 如申請專利範圍第1項所述之太陽能電池,其中,上 述色彩調變層包含複數薄膜。 6. 如申請專利範圍第1項所述之太陽能電池,其中,上 述色彩調變層具有idOOOmni厚度。 7. 如申請專利範圍第1項所述之太陽能電池,其中,上 述光電轉換層具有粗糙表面。 參 8. 如申請專利範圍第1項所述之太陽能電池,其中,上 述光電轉換層具有非粗糙表面。 9·如申請專利範圍第1項所述之太陽能電池,尚包括一 保護層和一透明層,依序設置於上述色彩調變層上方。 10·如申請專利範圍第9項所述之太陽能電池,其中,上 述保護層具有1.4-1.6之折射率。 II. 如申請專利範圍第10項所述之太陽能電池,其中’ 上述保瘦層具有是由伸乙基醋酸乙稀醋(ethyiene vinyi acetate: EVA)和聚乙稀縮丁搭(p〇iyvinyi butyral: PVB) 10 201007959 中之至少一者所構成。 12·如申請專利範圍第9項所述之太陽能電池, 述透明層具有1.4-1.6之折射率。 、中’上 13. 如申請專利範圍第12項所述之太陽能電池, 上述透明層是由玻璃所構成。 再中’ 14. 如申請專利範圍第1項所述之太陽能電池,复 和上述第二電極係設置於上述光電轉換層之Ϊ 15. 如申請專利範圍第丨項所述之太陽能電池其 IS和上述第二電極係分別設置於上述光電轉換層= 16. —種太陽能電池的製造方法,包括: 提供一光電轉換層; 層上 =至少-第-電極和至少—第二電極於上述光電轉換 形成一色彩調變層於上述光電轉換層上方,用以調變其 色衫外觀。 〃 17. 如申請專利範圍第16項所述之太陽能電池,尚包括 形成一抗反射層於上述色彩調變層和上述光電轉換層之間。 18. 如申請專利範圍第17項所述之太陽能電池,尚包括 形成上述至少一第一電極經由該抗反射層接觸上述光電轉 換層。 19. <如申請專利範圍第16項所述之太陽能電池,其中, 上述色彩調變層包含氧化物、氟化物、硫化物、氮化物、蹄 化物及硒化物等中之至少一者所構成。 20·如申請專利範圍第16項所述之太陽能電池,其中, 上述色彩調變層具有厚度。 21_如申請專利範圍第16項所述之太陽能電池,尚包括 在-真空或近真空環境下形成上述色彩調變層。 201007959 22. 如申請專利範圍第16項所述之太陽能電池,其中, 上述光電轉換層具有粗糙表面。 23. 如申請專利範圍第16項所述之太陽能電池,其中, 上述光電轉換層具有非粗糙表面。 24. 如申請專利範圍第16項所述之太陽能電池,尚包括: 形成一保護層於上述色彩調變層上方:以及 形成一透明層於上述保護層上方。 25. 如申請專利範圍第24項所述之太陽能電池,其中, 上述保護層具有1.4〜1.6之折射率。 26. 如申請專利範圍第25項所述之太陽能電池,其中, 上述保護層具有是由伸乙基醋酸乙烯酯(ethylene vinyl acetate: EVA)和聚乙浠縮丁搭(p〇iyVinyi butyral: PVB) 中之至少一者所構成。 27. 如申請專利範圍第24項所述之太陽能電池,其中, 上述透明層具有1.4-1.6之折射率。 28. 如申請專利範圍第27項所述之太陽能電池,其中, 上述透明層是由玻璃所構成。 、 29·如申請專利範圍第16項所述之太陽能電池,其中, 上述第一電極和上述第二電極係設置於上述光電換 同一側表面上。 、 30.如申請專利範圍第16項所述之太陽能電池其 述第"電鋪分職置於上觀電轉換層
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