TWI482296B - 具奈米抗反射層之太陽能電池構造 - Google Patents

Description

具奈米抗反射層之太陽能電池構造

本發明係關於一種具奈米抗反射層之太陽能電池構造；特別是關於一種採用低溫技術形成具奈米抗反射層之太陽能電池構造。

舉例而言，在太陽能轉換效率上，矽晶製成的太陽能電池除了受僅能吸收特定電子伏特以上的太陽光能所限制外，尚受限於太陽反射光造成的損失、材料對太陽光的吸收能力不足、載子在尚未被導出之前就被材料中的缺陷捕捉而失效，或是載子受到材料表面的懸浮鍵結捕捉產生復合等諸多因素，因而導致其轉換效率下降。因此，為了提升矽晶太陽能電池的高效率化，其設有一抗反射層，以減低發生太陽光反射。

習用太陽能電池構造，如中華民國專利申請公開第200933911號之〝具抗反射層之太陽能電池〞專利申請案，其揭示一種具抗反射層之太陽能電池。該具抗反射層之太陽能電池包含一基板、至少一抗反射疊層、至少一正面電極及至少一背面電極。基板具有一正面及一背面，並具有接近背面之一第一型半導體層及接近正面之一第二型半導體層。抗反射疊層形成於基板之正面上，且包含複數個高折射率材料層及複數個低折射率材料層。此等高折射率材料層及此等低折射率材料層互相交錯疊置，且此等低折射率材料層之其一位於基板之正面上，各高折射率材料層之折射率大於各低折射率材料層之折射率。正面電極係形成於抗反射疊層上，並電性連接於該第二型半導體層。背面電極係形成於基板之背面，並電性連接於該第一型半導體層。

另一習用太陽能電池構造，如中華民國專利申請公開第200933905號之〝應用於太陽能電池之多層膜抗反射層〞專利申請案，其揭示一種具多層膜抗反射層之太陽能電池。該具多層膜抗反射層之太陽能電池主要是使用多層膜來當作矽基或薄膜太陽能電池的抗反射層，以提升透光率達到吸收更多光源，提高矽基或薄膜太陽能電池的效率，可減少對光伏打作用層蝕刻等相關之半導體製程，而減少製造更複雜的矽基或薄膜太陽能電池效率結構，即能提高生產矽基或薄膜太陽能電池之效能。

另一習用太陽能電池構造，如中華民國專利申請公開第200840070號之〝製造太陽能電池之抗反射層或鈍化層的方法及裝置〞專利申請案，其揭示一種具多層膜抗反射層之太陽能電池。該太陽能電池之抗反射及/或鈍化塗層的製造方法藉由濺鍍方式沉積一含氫抗反射及/或鈍化塗層於矽晶圓上。

另一習用太陽能電池構造，如美國專利申請公開第20110027935號之〝Method for making a full-spectrum solar cell with an anti-reflection layer doped with silicon quantum dots〞專利申請案，其揭示一種具抗反射層之太陽能電池。該太陽能電池之抗反射層[anti-reflection layer]由氮化矽[silicon nitride]或氮化矽[silicon oxide]薄膜形成。

然而，前述中華民國專利申請公開第200933911號、第200933905號、第200840070號及美國專利申請公開第20110027935號僅設置一般的抗反射層，其在提升太陽能轉換效率上尚有相當大的空間。因此，習用太陽能電池存在有必要進一步提供更高太陽能轉換效率的需求。前述諸中華民國及美國專利申請公開案僅為本發明技術背景之參考及說明目前技術發展狀態而已，其並非用以限制本發明。

有鑑於此，本發明為了滿足上述需求，其提供一種具奈米抗反射層之太陽能電池構造，其利用一奈米抗反射層提供一奈米化構造，且該奈米化構造用以降低太陽光反射率，以解決習用太陽能電池的太陽能轉換效率不高的問題。

本發明之主要目的係提供一種具奈米抗反射層之太陽能電池構造，其利用一奈米抗反射層提供一奈米化構造，且該奈米化構造用以降低太陽光反射率，以達成提升太陽能轉換效率之目的。

為了達成上述目的，本發明之太陽能電池構造包含：一基板，其由一透明材質製成，該基板具有一第一電極層；至少一奈米抗反射層，其設置於該基板上，該奈米抗反射層提供一奈米化構造；一p型半導體層，其設置於該奈米抗反射層上；一i發電層，其設置於該p型半導體層上；一n型半導體層，其設置於該i發電層上；及一透明導電膜層，其設置於該n型半導體層上，以形成一第二電極層；其中該奈米抗反射層之奈米化構造用以阻止太陽光發生反射，以降低太陽光反射率，以便提升太陽能轉換效率。

本發明另一較佳實施例之太陽能電池構造包含：一基板，其由一透明材質製成，該基板具有一第一電極層；至少一奈米抗反射層，其設置於該基板上，該奈米抗反射層提供一奈米化構造；一p-i-n結構層，其設置於該基板上，該p-i-n結構層形成一p-n接面層；及一透明導電膜層，其設置於該p-i-n結構層上，以形成一第二電極層；其中該奈米抗反射層及p-i-n結構層設置於該基板及透明導電膜層之間。

本發明較佳實施例之該p-i-n結構層具有一第一側及一第二側，該奈米抗反射層設置於該p-i-n結構層之第一側或第二側。

本發明較佳實施例之該奈米化構造包含數個奈米柱或數個奈米管。

本發明較佳實施例之該奈米抗反射層成長於一金屬層上。

本發明較佳實施例之該奈米抗反射層係屬一氧化鋅層[ZnO]。

本發明較佳實施例之該透明導電膜層具有數個電極。

本發明較佳實施例之該電極為一銀電極層。

本發明較佳實施例之該太陽能電池可選自單晶矽太陽能電池、多晶矽太陽能電池或非晶矽太陽能電池。

為了充分瞭解本發明，於下文將例舉較佳實施例並配合所附圖式作詳細說明，且其並非用以限定本發明。

本發明較佳實施例之太陽能電池構造之奈米抗反射層可形成於各種太陽能電池，例如：單晶矽、多晶矽、非晶矽、砷化鎵[GaAs]、銻化鎘[CdTe]或銅銦硒[CIGS]之薄膜式太陽能電池，但其並非用以限定本發明之範圍。舉例而言，本發明較佳實施例之單一個或數個該奈米抗反射層可成長於太陽能電池內部，但其並非用以限定本發明之範圍。

第1圖揭示本發明較佳實施例之具奈米抗反射層之太陽能電池構造之側剖視示意圖。第2圖揭示本發明較佳實施例製造具奈米抗反射層之太陽能電池構造之流程方塊圖。請參照第1及2圖所示，本發明較佳實施例之太陽能電池構造包含一基板11、至少一奈米抗反射層12、一p型半導體層13、一i發電層14、一n型半導體層15及一透明導電膜層16，其中該p型半導體層13、i發電層14及n型半導體層15組成一p-i-n結構層。

請再參照第1及2圖所示，該基板11由一透明材質製成，例如：各種玻璃[ITO glass]或其它透明材質，以便可供太陽光[含可見光、紅外光及紫外光]入射至該太陽能電池構造之內部。另外，本發明較佳實施例之該基板11具有一第一電極層110，且該第一電極層110可選自一鋅金屬電極層。

請再參照第1及2圖所示，該奈米抗反射層12可選擇設置單一抗反射層或多層抗反射層。在抗反射構造上，該奈米抗反射層12提供一奈米化構造，且該奈米化構造包含數個奈米柱[nano pillar]或數個奈米管[nano tube]。在太陽能電池內，該奈米抗反射層12之奈米化構造用以阻止自該基板11一側入射之太陽光發生反射，以降低太陽光反射率，以便提升太陽能轉換效率。

請再參照第1及2圖所示，該奈米抗反射層12設置於該基板11之第一電極層110上。舉例而言，該奈米抗反射層12成長於一金屬層[例如：鋅]上，即該奈米抗反射層12以適當方式直接成長[growth]於該基板11上。或，本發明另一較佳實施例將預先成長的奈米構造另以適當製程[例如：印刷製程]移轉至該基板11上，但其並非用以限定本發明之範圍。另外，本發明較佳實施例之該奈米抗反射層係屬一氧化鋅層[ZnO]或其它材料層。

請再參照第1及2圖所示，將該p型半導體層13設置於該奈米抗反射層12上。相對的，再將該i發電層14設置於該p型半導體層上，而該i發電層14由無掺質材料製成，且將該i發電層14之厚度適當降低。相對的，再將該n型半導體層15設置於該i發電層14上，以形成該p-i-n結構層。當太陽光入射至該p型半導體層13及n型半導體層15時，在該i發電層14內產生一內建電場。

請再參照第1圖所示，在該p-i-n結構層中，將該i發電層14以三明治[sandwiched]方式夾設於該p型半導體層13及n型半導體層15之間，以便利用該p-i-n結構層形成一p-n接面層。此時，該奈米抗反射層12鄰接於該p-i-n結構層[第一側]之p型半導體層13。或，本發明另一較佳實施例將該奈米抗反射層12鄰接於該p-i-n結構層[第二側]之n型半導體層15。

請再參照第1及2圖所示，該透明導電膜層16設置於由該p型半導體層13、i發電層14及n型半導體層15組成之p-i-n結構層上，以形成一第二電極層，其對應於該基板11之第一電極層110，以便輸出光電轉換電流。本發明較佳實施例之該透明導電膜層16具有數個電極160，且該電極160為一銀電極層。

第3圖揭示本發明較佳實施例之太陽能電池構造形成奈米抗反射層之掃瞄式電子顯微鏡[SEM]照片，其對照於第2圖之奈米抗反射層。請參照第1及3圖所示，該奈米抗反射層12之奈米柱或奈米管以隨機方式[randomly]往上成長，其用以降低入射太陽光之反射率，因而可有效提升光電轉換效率之功效。

前述較佳實施例僅舉例說明本發明及其技術特徵，該實施例之技術仍可適當進行各種實質等效修飾及/或替換方式予以實施；因此，本發明之權利範圍須視後附申請專利範圍所界定之範圍為準。

11．．．基板

110．．．第一電極層

12．．．奈米抗反射層

13．．．p型半導體層

14．．．i發電層

15．．．n型半導體層

16．．．透明導電膜層

160．．．電極

第1圖：本發明較佳實施例之具奈米抗反射層之太陽能電池構造之側剖視示意圖。

第2圖：本發明較佳實施例製造具奈米抗反射層之太陽能電池構造之流程方塊圖。

第3圖：本發明較佳實施例之太陽能電池構造形成奈米抗反射層之掃瞄式電子顯微鏡[SEM]照片。

11．．．基板

110．．．第一電極層

12．．．奈米抗反射層

13．．．p型半導體層

14．．．i發電層

15．．．n型半導體層

16．．．透明導電膜層

160．．．電極

Claims (9)

1. 一種太陽能電池構造，其包含：一基板，其由一透明材質製成，該基板具有一第一電極層；至少一奈米抗反射層，其設置於該基板上，該奈米抗反射層提供一奈米化構造；一p型半導體層，其設置於該奈米抗反射層上；一i發電層，其設置於該p型半導體層上；一n型半導體層，其設置於該i發電層上；及一透明導電膜層，其設置於該n型半導體層上，以形成一第二電極層；其中該奈米抗反射層之奈米化構造用以阻止太陽光發生反射，以降低太陽光反射率，以便提升太陽能轉換效率。
2. 一種太陽能電池構造，其包含：一基板，其由一透明材質製成，該基板具有一第一電極層；至少一奈米抗反射層，其設置於該基板上，該奈米抗反射層提供一奈米化構造；一p-i-n結構層，其設置於該基板上，該p-i-n結構層形成一p-n接面層；及一透明導電膜層，其設置於該p-i-n結構層上，以形成一第二電極層；其中該奈米抗反射層及p-i-n結構層設置於該基板及透明導電膜層之間。
3. 依申請專利範圍第2項所述之太陽能電池構造，其中該p-i-n結構層具有一第一側及一第二側，該奈米抗反射層設置於該p-i-n結構層之第一側或第二側。
4. 依申請專利範圍第1或2項所述之太陽能電池構造，其中該奈米化構造包含數個奈米柱或數個奈米管。
5. 依申請專利範圍第1或2項所述之太陽能電池構造，其中該奈米抗反射層成長於一金屬層上。
6. 依申請專利範圍第1或2項所述之太陽能電池構造，其中該奈米抗反射層係屬一氧化鋅層。
7. 依申請專利範圍第1或2項所述之太陽能電池構造，其中該透明導電膜層具有數個電極。
8. 依申請專利範圍第7項所述之太陽能電池構造，其中該電極為一銀電極層。
9. 依申請專利範圍第1或2項所述之太陽能電池構造，其中該太陽能電池可選自單晶矽太陽能電池、多晶矽太陽能電池或非晶矽太陽能電池。