[go: up one dir, main page]

TWI599056B - 太陽能電池 - Google Patents

太陽能電池 Download PDF

Info

Publication number
TWI599056B
TWI599056B TW104144015A TW104144015A TWI599056B TW I599056 B TWI599056 B TW I599056B TW 104144015 A TW104144015 A TW 104144015A TW 104144015 A TW104144015 A TW 104144015A TW I599056 B TWI599056 B TW I599056B
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
layer
electrical property
electrode
solar cell
electrode layer
Prior art date
Application number
TW104144015A
Other languages
English (en)
Other versions
TW201724535A (zh
Inventor
黃莉媚
白文賓
Original Assignee
財團法人工業技術研究院
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 財團法人工業技術研究院 filed Critical 財團法人工業技術研究院
Priority to TW104144015A priority Critical patent/TWI599056B/zh
Priority to CN201511022096.2A priority patent/CN106920853B/zh
Priority to US15/368,705 priority patent/US10249772B2/en
Publication of TW201724535A publication Critical patent/TW201724535A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI599056B publication Critical patent/TWI599056B/zh

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F77/00—Constructional details of devices covered by this subclass
    • H10F77/30—Coatings
    • H10F77/306—Coatings for devices having potential barriers
    • H10F77/311—Coatings for devices having potential barriers for photovoltaic cells
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F10/00—Individual photovoltaic cells, e.g. solar cells
    • H10F10/10—Individual photovoltaic cells, e.g. solar cells having potential barriers
    • H10F10/16—Photovoltaic cells having only PN heterojunction potential barriers
    • H10F10/167—Photovoltaic cells having only PN heterojunction potential barriers comprising Group I-III-VI materials, e.g. CdS/CuInSe2 [CIS] heterojunction photovoltaic cells
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F77/00—Constructional details of devices covered by this subclass
    • H10F77/20—Electrodes
    • H10F77/206—Electrodes for devices having potential barriers
    • H10F77/211—Electrodes for devices having potential barriers for photovoltaic cells
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F77/00—Constructional details of devices covered by this subclass
    • H10F77/20—Electrodes
    • H10F77/206—Electrodes for devices having potential barriers
    • H10F77/211—Electrodes for devices having potential barriers for photovoltaic cells
    • H10F77/215—Geometries of grid contacts
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F77/00—Constructional details of devices covered by this subclass
    • H10F77/20—Electrodes
    • H10F77/244—Electrodes made of transparent conductive layers, e.g. transparent conductive oxide [TCO] layers
    • H10F77/247—Electrodes made of transparent conductive layers, e.g. transparent conductive oxide [TCO] layers comprising indium tin oxide [ITO]
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F77/00—Constructional details of devices covered by this subclass
    • H10F77/20—Electrodes
    • H10F77/244—Electrodes made of transparent conductive layers, e.g. transparent conductive oxide [TCO] layers
    • H10F77/251—Electrodes made of transparent conductive layers, e.g. transparent conductive oxide [TCO] layers comprising zinc oxide [ZnO]
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/541—CuInSe2 material PV cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Landscapes

  • Photovoltaic Devices (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)

Description

太陽能電池
本發明是有關於一種光電元件，且特別是有關於一種太陽能電池。
太陽能電池的理論效率雖高，但實際的光電轉換效率並非如此。影響光電轉換效率的因素有很多，像是太陽能電池本身的串聯及並聯電阻、或是太陽能電池電極對陽光的遮蔽效應、或是反射光沒有被有效捕捉的損失等等。而太陽能電池內部的電子及電洞的復合(recombination)則是另一個影響光電轉換效率的重要因素。半導體材料表面以及介面之間的晶格中斷會產生較多的晶格缺陷密度，例如懸鍵(dangling bonds)等，而這些缺陷會成為復合中心，導致電子與電洞經過這些缺陷時產生復合。若半導體材料的表面缺陷密度過大，則復合效應明顯，漏電流也因此增加，使得光電流減少，進而造成太陽能電池的光電轉換效率降低。
假設半導體材料內部無缺陷，能隙(band gap)內是不會有任何能態存在。但如果半導體材料內存在缺陷，能隙內就會出現一些能態，而這些能態稱之為缺陷態(defect state/trap)。當能隙內有這些能態（缺陷態）時，電子與電洞便有可能在半導體材料內的缺陷處復合，如此便造成光電轉換效率的下降。由於半導體材料表面上的缺陷多於半導體材料內部的缺陷，因此發生在半導體材料表面上的電子電洞復合較為頻繁。
為了降低電子電洞復合的頻率，表面鈍化常被使用於太陽能電池中。表面鈍化可大致上區分為化學鈍化(chemical passivation)以及場效應鈍化(field-effect passivation)兩種，化學鈍化是在太陽能電池表面鍍上一層鈍化膜（通常為介電質、帶氫原子薄膜或半導體層)來降低晶格表面的缺陷。化學鈍化可利用熱氧化製程於太陽能電池表面上形成鈍化層（其材質例如為SiO x、Si/SiO 2以及Al 2O 3等介電材料）。熱氧化屬較高製程溫度(1000℃)的表面鈍化技術之一，雖然可獲得良好品質的鈍化層，但其高溫條件會造成半導體材料中載子的壽命退化以及n+/p介面摻雜的再分配。化學鈍化亦可利用電漿增益化學氣相沈積(PECVD)沈積氮化矽(SiN x)薄膜，而在氮化矽薄膜的製備過程中，製程溫度可以維持在400℃左右，且製程中所通過的氫氣可修復太陽能電池內一些不穩定的缺陷。
場效應鈍化則是利用鈍化層本身所帶的固定電荷(fixed charge)來抑制電子電洞的復合，而鈍化層的表面鈍化性能取決於其所帶的固定電荷量以及半導體的摻雜濃度。對於n型半導體，具有正電荷的鈍化層會引起介電層-半導體介面之多數載子（電子）累積，導致能帶向下彎曲，使太陽能電池表面的少數載子（電洞）被遮蔽，進而達到鈍化效果。
在現有技術中，不論是化學鈍化還是場效應鈍化，都需採用昂貴、耗能、污染性高的真空鍍膜方式將鈍化層直接沈積於太陽能電池的光電轉換半導體層的表面上。此外，鈍化層是沈積在太陽能電池的半成品上，而電極層的製作則是在鈍化層的製作之後。
本發明揭露一種太陽能電池，其包括二電極層、一光電轉換半導體層以及一第一電氣特性調制疊層。光電轉換半導體層位於二電極層之間，且第一電氣特性調制疊層配置於其中一電極層之上。第一電氣特性調制疊層包括相互堆疊的至少一正電荷膜與至少一負電荷膜，且與第一電氣特性調制疊層接觸的電極層位於第一電氣特性調制疊層與光電轉換半導體層之間。
本發明揭露另一種太陽能電池，其包括二電極層、一光電轉換半導體層以及一第一電氣特性調制疊層。光電轉換半導體層位於二電極層之間，且第一電氣特性調制疊層配置於其中一電極層之上。第一電氣特性調制疊層包括一表面改質層，且與第一電氣特性調制疊層接觸的電極層位於第一電氣特性調制疊層與光電轉換半導體層之間。
基於上述，本揭露於電極層上設置電氣特性調制疊層，而因電氣特性調制疊層的設置所產生的感應電荷可使得光電轉換半導體層中的空乏區變寬並且提高少數載子的位障(potential barrier)。承上述，本揭露的電氣特性調制疊層不但有助於降低少數載子的再結合機率，而且有助於增加多數載子的導出機率。
為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
實施例
圖1是依照本發明第一實施例中的太陽能電池的剖面示意圖。請參照圖1，本實施例的太陽能電池100包括第一電極層110、第二電極層120、光電轉換半導體層130、第一電氣特性調制疊層140以及第二電氣特性調制疊層150。光電轉換半導體層130位於第一電極層110與第二電極層120之間，而第一電氣特性調制疊層140配置於第一電極層110上，且第二電氣特性調制疊層150配置於第二電極層120上。第一電氣特性調制疊層140包括相互堆疊的至少一正電荷膜142與至少一負電荷膜144，且與第一電氣特性調制疊層140接觸的第一電極層110位於第一電氣特性調制疊層140與光電轉換半導體層130之間。此外，第二電氣特性調制疊層150包括相互堆疊的至少一正電荷膜152與至少一負電荷膜154，且與第二電氣特性調制疊層150接觸的第二電極層120位於第二電氣特性調制疊層150與光電轉換半導體層130之間。在本實施例中，第一電氣特性調制疊層140未與第二電氣特性調制疊層150接觸。
從圖1可知，在本實施例中，第一電極層110與配置於第一電極層110上的第一電氣特性調制疊層140可構成一電極結構E，而第二電極層120與配置於第二電極層120上的第二電氣特性調制疊層150可構成另一電極結構E，且光電轉換半導體層130夾於二電極結構E之間。舉例而言，第一電極層110之材質例如為銦錫氧化物(ITO)或氧化鋅(ZnO)等透明導電氧化物，且第二電極層120之材質例如為銦錫氧化物(ITO)或氧化鋅(ZnO)等透明導電氧化物。
在本實施例中，光電轉換半導體層130包括基極區132、射極區134以及位於基極區132與射極區134之間的空乏區136，其中基極區132位於空乏區136與第一電極層110之間，且射極區134位於空乏區136與第二電極層120之間。
在本實施例中，第一電氣特性調制疊層140中的正電荷膜142以及負電荷膜144可為一層或多層，而圖1中所繪示的第一電氣特性調制疊層140包括交替堆疊的2層正電荷膜142以及2層負電荷膜144，且其中一層負電荷膜144（即最靠近第一電極層110之負電荷膜）與第一電極層110接觸。然值得注意的是，本實施例不限定第一電氣特性調制疊層140中正電荷膜142以及負電荷膜144的數量，此領域技術人員當可依據實際設計需求而更動第一電氣特性調制疊層140中正電荷膜142以及負電荷膜144的數量。在本實施例中，正電荷膜142之材質包括聚二甲基二烯丙基氯化銨(poly dimethyl diallyl ammonium chloride, PDDA)、聚(丙烯胺鹽酸鹽) (Poly(allylamine hydrochloride), PAH)、多聚賴氨酸或聚乙烯亞胺(Polyethylenimine，PEI)，而負電荷膜144之材質包括聚苯乙烯磺酸鈉(Poly(sodium-p-styrenesulfonate,PSS))、聚丙烯酸(poly(acrylic acid))或聚全氟磺酸(Nafion)。
類似地，第二電氣特性調制疊層150中的正電荷膜152以及負電荷膜154可為一層或多層，而圖1中所繪示的第二電氣特性調制疊層150包括交替堆疊的2層正電荷膜152以及2層負電荷膜154，且其中一層正電荷膜152(即最靠近第二電極層120之正電荷膜)與第二電極層120接觸。然值得注意的是，本實施例不限定第二電氣特性調制疊層150中正電荷膜152以及負電荷膜154的數量，此領域技術人員當可依據實際設計需求而更動第二電氣特性調制疊層150中正電荷膜152以及負電荷膜154的數量。在本實施例中，正電荷膜152之材質包括聚二甲基二烯丙基氯化銨(PDDA)、聚(丙烯胺鹽酸鹽)(PAH)、多聚賴氨酸或聚乙烯亞胺(PEI)，而負電荷膜154之材質包括聚苯乙烯磺酸鈉(PSS)、聚丙烯酸(PAA)或聚全氟磺酸(Nafion)。在本實施例中，第一電氣特性調制疊層140未與第二電氣特性調制疊層150接觸。
第二實施例之一種太陽能電池，其包括二電極層、一光電轉換半導體層以及一第一電氣特性調制疊層。光電轉換半導體層位於二電極層之間，且第一電氣特性調制疊層配置於其中一電極層之上。第一電氣特性調制疊層包括一表面改質層，且與第一電氣特性調制疊層接觸的電極層位於第一電氣特性調制疊層與光電轉換半導體層之間。
圖2是依照本發明第二實施例中的太陽能電池的剖面示意圖。請參照圖2，本實施例的太陽能電池200包括第一電極層210、第二電極層220、光電轉換半導體層230、第一電氣特性調制疊層240以及第二電氣特性調制疊層250。光電轉換半導體層230位於第一電極層210與第二電極層220之間，而第一電氣特性調制疊層240配置於第一電極層210上，且第二電氣特性調制疊層250配置於第二電極層220上。第一電氣特性調制疊層240包括一表面改質層，且與第一電氣特性調制疊層240接觸的第一電極層210位於第一電氣特性調制疊層240與光電轉換半導體層230之間。在本實施例中，表面改質層之材質包括3-氨基丙基-三甲氧基矽烷(3-Aminopropyl trimethoxysilane，APTMS)、3-氨基丙基-三甲氧基矽(3-Aminopropyl trimethoxysilane，APTES)、對苯二酚(hydroquinone)、烷硫醇(alcanethiol)。
在一實施例中，表面改質層可以是單層也可以多層。
在一實施例中，電氣特性調制疊層240可以只配置於其中一電極層(即第一電極層210或第二電極層220)之上或同時配置在二電極層(即第一電極層210與第二電極層220)之上。
圖3是依照本發明第三實施例的太陽能電池的剖面示意圖。請參照圖3，本實施例的太陽能電池100a與第一及第二實施例的太陽能電池100及200類似，主要差異之處在於：本實施例的太陽能電池100a進一步包括了第一鈍化層160以及第二鈍化層170，其中第一鈍化層160配置於第一電極110與光電轉換半導體層130之間，而第二鈍化層170則配置於第二電極120與光電轉換半導體層130之間。
在本實施例中，第一鈍化層160的材質例如為二氧化矽(SiO 2)或氮化矽(SiN x, x＞0)，而第二鈍化層170的材質例如為氧化鋁(Al 2O 3)。
圖4A與圖4B是依照本發明第四實施例中的一種太陽能電池的剖面示意圖。請參照圖4A與圖4B，本實施例的太陽能電池100b、100c與第一實施例的太陽能電池100類似，主要差異之處在於：本實施例的太陽能電池100b僅包括第一電氣特性調制疊層140，而本實施例的太陽能電池100c僅包括第二電氣特性調制疊層150。因此，電氣特性調制疊層可以只配置於其中一電極層之上或同時配置在二電極層之上。
製造方式及測試
在第一施例中，第一電氣特性調制疊層140中的正電荷膜142與負電荷膜144以及第二電氣特性調制疊層150中的正電荷膜152與負電荷膜154例如是透過逐層自組裝製程(layer-by-layer self-assembly process)來形成。上述的正電荷膜142、152的材料來源例如為聚二甲基二烯丙基氯化銨 (Poly dimethyl diallyl ammonium chloride, PDDA)、聚(丙烯胺鹽酸鹽)、聚賴氨酸或聚乙烯亞胺等，上述的負電荷膜144、154的材料來源可為聚苯乙烯磺酸鈉(poly (sodium-p-styrene sulfonate), PSS)、聚丙烯酸或聚全氟磺酸等。
以砷化銅銦鎵(CIGS)薄膜太陽能電池為例，裸露的n型氧化鋅(ZnO)電極層之表面主要帶負電荷，將此n型氧化鋅電極層與極性相反的帶正電聚高分子電解質PDDA溶液接觸時，會形成一層帶正電荷的PDDA薄膜。隨後，將已形成有帶正電荷的PDDA薄膜之氧化鋅電極層與帶負電荷的PSS 溶液接觸，以於帶正電荷的PDDA薄膜上形成一層帶負電荷的PSS薄膜。之後，可重覆上述的自組裝多層薄膜步驟，以於第一電極層110與第二電極層120上完成第一電氣特性調制疊層140與第二電氣特性調制疊層150的製作。
正電荷膜142、152以及與負電荷膜144、154與電極層110、120表面之靜電吸附現象可由Zeta界面電位(Zeta potential)分析觀察。當帶電荷自組裝膜吸附於第一電極層110與第二電極層120的表面上之後，會形成電雙層(electric double layer)，以操控該第一電極層110與第二電極層120表面的電荷分佈。當氧化鋅(ZnO)電極奈米顆粒與帶正電荷聚高分子電解質接觸後，其Zeta表面電位平均為+45mV。Zeta界面電位為正值表示電中性的氧化鋅(ZnO)電極層之表面感應到正電荷，使氧化鋅(ZnO)的表面電位為正電位。
當氧化鋅(ZnO)奈米顆粒與帶負電荷的PSS薄膜接觸時，氧化鋅(ZnO)電極層感應到負表面電位。
圖5為第一實施例之太陽能電池的暗電流(dark current)示意圖。請參照圖5，在逆向偏壓-0.5 V的情況下，當砷化銅銦鎵(CIGS)薄膜太陽能電池吸附帶正電荷的PDDA薄膜以及帶負電荷的PSS薄膜後，所測得的暗電流約減少17.5％。暗電流主要是由於少數載子的再結合損失。具有帶電荷堆疊薄膜的太陽能電池的暗電流較低表示在電池內的再結合損失獲得改善，進而使太陽電池的開路電壓(Voc)提高，更確定帶電荷聚高分子薄膜具有表面鈍化的效果。
砷化銅銦鎵(CIGS)薄膜太陽能電池吸附了帶正電荷的PDDA薄膜以及帶負電荷的PSS薄膜之後，砷化銅銦鎵(CIGS)薄膜太陽能電池內部的少數載子的位障(potential barrier)便會提高，可有效降低少數載子（電洞）的再結合機率並且增加多數載子（電子）被導出的機率，進而使砷化銅銦鎵(CIGS)薄膜太陽能電池的開路電壓(Voc)提高。
以砷化銅銦鎵(CIGS)薄膜太陽能電池的能帶來解釋，載子會從氧化鋅(ZnO)電極層流到n型半導體層的導帶(conduction band)中的空穴態(empty states)，導致頻帶隨化學勢以及氧化鋅(ZnO)電極層的費米能階達到平衡而彎曲。此平衡導致耗盡電子的區域形成，而且載子的位障也會產生於氧化鋅(ZnO)電極層的界面，當帶正電荷之自組裝薄膜被沉積在氧化鋅(ZnO)電極層的表面上時，電子會被吸往氧化鋅(ZnO)電極層與n型半導體層之間的介面。因此，吸附在氧化鋅(ZnO)電極層表面之帶電荷自組裝薄膜所產生的感應電荷，將使得光電轉換半導體層130之間的空乏區(depletion region)的寬度變寬，進而提高少數載子的位障。
與其他薄膜製程相較，採用逐層自組裝製程（layer-by-layer self-assembly process, LBL process）來製作第一電氣特性調制疊層140與第二電氣特性調制疊層150具有明顯優勢，說明如下。逐層自組裝製程主要是利用靜電吸附(electrostatic interaction)原理使得帶正電荷薄膜與帶負電荷薄膜能夠自主性地吸附在電極層上以形成一疊層。具體而言，逐層自組裝製程與真空鍍膜技術相較，成本、耗能以及污染性皆較低。
分析太陽能電池電性最常使用之測量方式為電流-電壓曲線量測，此量測可清楚顯示太陽能電池的開路電壓(Voc)、短路電流(Isc)、最大功率(Pmax)、轉換效率、填充因子(FF%)等數值。因此，本實施例採用電流-電壓曲線量測以分析具有第一電氣特性調制疊層140與第二電氣特性調制疊層150的太陽能電池100之電性。量測過程中，所使用之光源為1.0 sun，而實驗溫度在1 sun照光下進行嚴格控制。
圖6為砷化銅銦鎵(CIGS)薄膜太陽能電池的電流-電壓關係曲線圖(I-V curve)。請參照圖6，在ZnO負電極層表面依序吸附帶正電荷的PDDA薄膜以及帶負電荷的PSS薄膜之後（即圖6中的CIGS+PDDA/PSS），砷化銅銦鎵(CIGS)薄膜太陽能電池的開路電壓(Voc)上從520 mV（即圖6中的CIGS bare）提升至542 mV，約提升22mV；砷化銅銦鎵(CIGS)薄膜太陽能電池的短路電流(Isc)從32.3 mA/cm 2提升至34.5 mA/cm 2，約提升2.2mA/cm 2。
圖7為本發明第二實施例之結構，以異質接面太陽電池(heterojunction with intrinsic thin layer, HIT) 太陽能電池的電流-電壓關係曲線圖(I-V curve)為例。請參照圖7，在電極層表面上吸附3－氨基丙基－三甲氧基矽烷(3-Aminopropyl trimethoxysilane, APTMS)表面改質層之後，異質接面(HIT)太陽能電池的開路電壓(Voc)上從678 mV（即圖4中的HIT bare）提升至694 mV（即圖4中的HIT+APTMS），約提升16mV；異質接面(HIT)太陽能電池的短路電流(Isc)從35.4 mA/cm2提升至37.2 mA/cm2，約提升1.8mA/cm2。
綜上所述，本揭露之上述實施例於至少一電極層上設置電氣特性調制疊層，而因電氣特性調制疊層的設置所產生的感應電荷可使得光電轉換半導體層中的空乏區變寬並且提高少數載子的位障。承上述，本揭露中的電氣特性調制疊層不但有助於降低少數載子的再結合機率，而且有助於增加多數載子的導出機率。
此外，由於電氣特性調制疊層是形成在至少一電極層上，因此電氣特性調制疊層可以在太陽能電池完成製作後才進行製作，或者是在太陽能電池被模組化之前才進行製作。換言之，電氣特性調制疊層可以被整合於太陽能電池的製程中而由cell廠來製作，亦可在被模組化之前由模組廠來製作。
雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。
100、200、100a、100b、100c：太陽能電池 110、210：第一電極層 120、220：第二電極層 130、230：光電轉換半導體層 132：基極區 134：射極區 136：空乏區 140、240：第一電氣特性調制疊層 142：正電荷膜 144：負電荷膜 150、250：第二電氣特性調制疊層 152：正電荷膜 154：負電荷膜 160：第一鈍化層 170：第二鈍化層 E：電極結構
圖1是依照本發明第一實施例的太陽能電池的剖面示意圖。 圖2是依照本發明第二實施例的太陽能電池的剖面示意圖。 圖3是依照本發明第三實施例的太陽能電池的剖面示意圖。 圖4A與圖4B是依照本發明第四實施例的太陽能電池的剖面。 圖5為第一實施例之太陽能電池的暗電流(dark current)示意圖。 圖6為第一實施例太陽能電池的電流-電壓關係曲線圖(I-V curve)。 圖7為第二實施例中的太陽能電池的電流-電壓關係曲線圖(I-V curve)。
100：太陽能電池 110：第一電極層 120：第二電極層 130：光電轉換半導體層 132：基極區 134：射極區 136：空乏區 140：第一電氣特性調制疊層 142：正電荷膜 144：負電荷膜 150：第二電氣特性調制疊層 152：正電荷膜 154：負電荷膜 E：電極結構

Claims (11)

  1. 一種太陽能電池，包括：二電極層；一光電轉換半導體層，位於該些電極層之間；以及一第一電氣特性調制疊層，配置於其中一電極層之上，其中該第一電氣特性調制疊層包括相互堆疊的至少一正電荷膜與至少一負電荷膜，與該第一電氣特性調制疊層接觸的電極層位於該第一電氣特性調制疊層與該光電轉換半導體層之間，而該正電荷膜之材質包括聚二烯丙基二甲基氯化銨、聚(丙烯胺鹽酸鹽)、多聚賴氨酸或聚乙烯亞胺，且該負電荷膜之材質包括聚苯乙烯磺酸鈉、聚丙烯酸或聚全氟磺酸。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的太陽能電池，其中該光電轉換半導體層包括一基極區、一射極區以及一位於該基極區與該射極區之間的空乏區，該些電極層包括一第一電極層與一第二電極層，該第一電氣特性調制疊層配置於該第一電極層上，而該基極區位於該空乏區與該第一電極層之間，且該射極區位於該空乏區與該第二電極層之間。
  3. 如申請專利範圍第2項所述的太陽能電池，其中該第一電氣特性調制疊層中的負電荷膜與該第一電極層接觸。
  4. 如申請專利範圍第2項所述的太陽能電池，更包括一第二電氣特性調制疊層，其中該第二電氣特性調制疊層配置於該第二電極層上。
  5. 如申請專利範圍第4項所述的太陽能電池，其中該第二電氣特性調制疊層中的正電荷膜與該第二電極層接觸。
  6. 如申請專利範圍第1項所述的太陽能電池，更包括一第二電氣特性調制疊層，其中該第二電氣特性調制疊層配置於另一電極層之上，且與該第二電氣特性調制疊層接觸的電極層位於該第二電氣特性調制疊層與該光電轉換半導體層之間，其中該第一電氣特性調制疊層未與該第二電氣特性調制疊層接觸。
  7. 如申請專利範圍第1項所述的太陽能電池，其中該第一電極層之材質包括透明導電氧化物。
  8. 如申請專利範圍第1項所述的太陽能電池，其中該第二電極層之材質包括透明導電氧化物。
  9. 如申請專利範圍第1項所述的太陽能電池，更包括：一第一鈍化層，配置於該第一電極與該光電轉換半導體層之間；以及一第二鈍化層，配置於該第二電極與該光電轉換半導體層之間。
  10. 一種太陽能電池，包括：二電極層；一光電轉換半導體層，位於該些電極層之間；以及一第一電氣特性調制疊層，配置於其中一電極層之上，其中該第一電氣特性調制疊層包括一表面改質層，與該第一電氣特性調制疊層接觸的電極層位於該第一電氣特性調制疊層與該光電轉 換半導體層之間，且該表面改質層包括3-氨基丙基-三甲氧基矽烷、3-氨基丙基-三甲氧基矽、對苯二酚、烷硫醇。
  11. 如申請專利範圍第10項所述的太陽能電池，更包括：一第一鈍化層，配置於該第一電極與該光電轉換半導體層之間；以及一第二鈍化層，配置於該第二電極與該光電轉換半導體層之間。
TW104144015A 2015-12-28 2015-12-28 太陽能電池 TWI599056B (zh)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
TW104144015A TWI599056B (zh) 2015-12-28 2015-12-28 太陽能電池
CN201511022096.2A CN106920853B (zh) 2015-12-28 2015-12-30 太阳能电池
US15/368,705 US10249772B2 (en) 2015-12-28 2016-12-05 Solar cell

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
TW104144015A TWI599056B (zh) 2015-12-28 2015-12-28 太陽能電池

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW201724535A TW201724535A (zh) 2017-07-01
TWI599056B true TWI599056B (zh) 2017-09-11

Family

ID=59088024

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW104144015A TWI599056B (zh) 2015-12-28 2015-12-28 太陽能電池

Country Status (3)

Country Link
US (1) US10249772B2 (zh)
CN (1) CN106920853B (zh)
TW (1) TWI599056B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP4376096A1 (en) * 2022-11-24 2024-05-29 Fei Jiang Wrapped photovoltaic cell and photovoltaic module

Family Cites Families (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA2163065C (en) * 1994-11-22 2003-07-29 Takaya Sato Solid ion conductive polymer electrolyte and composition and production method therefor
AU7644600A (en) 1999-10-13 2001-04-23 Centrotherm Elektrische Anlagen Gmbh And Co. Method and device for producing solar cells
MXPA04008557A (es) * 2002-03-05 2004-12-06 Akzo Nobel Nv Procedimiento para fabricar una unidad de celda solar utilizando un substrato temporal.
DE60328665D1 (de) 2002-03-05 2009-09-17 Helianthos Bv Herstellungsverfahren einer solarzelle unter verwe
US7659475B2 (en) 2003-06-20 2010-02-09 Imec Method for backside surface passivation of solar cells and solar cells with such passivation
US7993700B2 (en) 2007-03-01 2011-08-09 Applied Materials, Inc. Silicon nitride passivation for a solar cell
US20090211623A1 (en) 2008-02-25 2009-08-27 Suniva, Inc. Solar module with solar cell having crystalline silicon p-n homojunction and amorphous silicon heterojunctions for surface passivation
US20100132774A1 (en) 2008-12-11 2010-06-03 Applied Materials, Inc. Thin Film Silicon Solar Cell Device With Amorphous Window Layer
DE102008055028A1 (de) 2008-12-19 2010-07-01 Q-Cells Se Solarzelle
US8168462B2 (en) 2009-06-05 2012-05-01 Applied Materials, Inc. Passivation process for solar cell fabrication
EP2290704A1 (en) 2009-08-27 2011-03-02 Applied Materials, Inc. Passivation layer for wafer based solar cells and method of manufacturing thereof
TWI402898B (zh) 2009-09-03 2013-07-21 Atomic Energy Council 鈍化修補太陽能電池缺陷之方法
TWI576861B (zh) 2010-02-12 2017-04-01 碩禾電子材料股份有限公司 導電鋁膠及其製造方法、太陽能電池及其模組
TWI416544B (zh) 2010-06-23 2013-11-21 Nat Univ Tsing Hua 複合電極及其製作方法、矽太陽能電池電極及矽太陽能電池
TWI481060B (zh) 2012-07-13 2015-04-11 Ever Energy Co Ltd 太陽能電池的製作方法
US9997646B2 (en) * 2012-08-24 2018-06-12 Industrial Technology Research Institute Solar cell, and solar cell module employing the same
JP2014090153A (ja) 2012-10-05 2014-05-15 Tokyo Ohka Kogyo Co Ltd 表面被覆膜の形成方法及び表面被覆膜を有する太陽電池

Also Published As

Publication number Publication date
CN106920853B (zh) 2019-11-05
US10249772B2 (en) 2019-04-02
US20170186892A1 (en) 2017-06-29
CN106920853A (zh) 2017-07-04
TW201724535A (zh) 2017-07-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101611497B (zh) 太阳电池
CN100533750C (zh) 薄膜太阳能电池模块及其制造方法
CN104103699A (zh) 太阳能电池
JP2013531886A (ja) 傾斜再結合層によって分離された多重接合を有する光起電デバイス
TWI496300B (zh) 異質接面太陽能電池及其製造方法
Le et al. Advances in solar energy harvesting integrated by van der Waals graphene heterojunctions
TWI524544B (zh) 太陽能電池及其太陽能電池模組
CN111668373A (zh) 钙钛矿太阳能电池及其制备方法
KR20240116984A (ko) 페로브스카이트 광전자 장치를 제조하는 방법
TWI599056B (zh) 太陽能電池
KR101820030B1 (ko) 은-환원된 그래핀 산화물 복합 재료를 이용한 태양 전지 및 그 제조 방법
Nayak et al. Nickel oxide-based hole-selective contact silicon heterojunction solar cells
KR20130035876A (ko) 광전 변환 장치
KR20120078904A (ko) 후면 전극형 태양전지 및 이의 제조방법
US12094663B2 (en) Bypass diode interconnect for thin film solar modules
KR101529232B1 (ko) 박막 태양전지 및 그 제조방법
US9093645B2 (en) Manufacturing method of the organic solar cell
KR101420905B1 (ko) 3차원 탄소나노튜브 네트워크를 포함하는 태양전지 및 이의 제조방법
KR101738785B1 (ko) 실리콘 태양전지, 및 그 제조 방법
CN118139427A (zh) 钙钛矿太阳能电池及制作方法
US8691616B2 (en) Method for manufacturing thin film solar cell
Wu et al. A new type back contact solar cells based on Si wafer and combined with the multilayer MoO x/Ag/MoO x and Cesium Carbonate films
JP2016027638A (ja) 光電変換装置
KR20140095605A (ko) 하이브리드 박막 태양전지 및 이의 제조방법
KR20110074248A (ko) 박막 태양전지