TWI735247B - 薄膜太陽能電池的前電極層及其製造方法 - Google Patents
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Abstract
本發明提供一種薄膜太陽能電池的前電極層的製造方法，其包括以下步驟。首先，在基板上形成具有多個微結構的第一透明導電層。接著，在第一透明導電層的具有多個微結構的表面上形成第二透明導電層。本發明另提供一種薄膜太陽能電池的前電極層。
Description
本發明是有關於一種太陽能電池及其製造方法，且特別是有關於一種薄膜太陽能電池的前電極層及其製造方法。
薄膜太陽能電池依照環境光的入射方向可分為覆板型（superstrate）薄膜太陽能電池以及基板型（substrate）太陽能電池。在覆板型薄膜太陽能電池中，一部分的環境光穿透透明基板後經由光電轉換層吸收，而剩餘的環境光則會經背電極層反射後再被光電轉換層吸收。環境光經背電極層反射的多寡會影響薄膜太陽能電池的轉換效率，一般為了提高環境光的反射量，會在前電極層的製程中加入蝕刻製程以使形成後的前電極層具有多個微結構。當環境光行進至前電極層時會因該些微結構而散射，因此，經散射的環境光行進至背電極層的路程將增加而達到全反射條件，藉此提高環境光的反射量。
上述的蝕刻製程通常使用剝膜液或草酸作為蝕刻液。在蝕刻液為剝膜液的情況下，其對於前電極層包括的材料具有較低的蝕刻速率，使得形成後的前電極層具有的表面不夠粗糙而具有低的霧度值（約為8%），使得薄膜太陽能電池對於光的利用率不佳。在蝕刻液為草酸的情況下，其雖然對於前電極層包括的材料具有極高的蝕刻速率，使得形成後的前電極層可具有高的霧度值（20%~48%），但其具有的高表面粗糙度將使後續形成的膜層的良率降低（產生裂紋等情況），包括此前電極層的薄膜太陽能電池的光轉換效率將因此降低。
本發明提供一種薄膜太陽能電池的前電極層的製造方法，其形成的前電極層具有高的霧度值且可使後續形成於前電極層上的膜層具有高的良率。
本發明的薄膜太陽能電池的前電極層的製造方法包括以下步驟。首先，在基板上形成具有多個微結構的第一透明導電層。接著，在第一透明導電層的具有多個微結構的表面上形成第二透明導電層。
在本發明的一實施例中，上述的第二透明導電層的表面粗糙度小於第一透明導電層的表面粗糙度。
在本發明的一實施例中，上述的在基板上形成具有多個微結構的第一透明導電層包括以下步驟。首先，在基板上形成第一透明導電材料層。接著，對第一透明導電材料層進行蝕刻製程。
在本發明的一實施例中，上述的蝕刻製程包括濕式蝕刻製程。
在本發明的一實施例中，上述的在濕式蝕刻製程中使用的蝕刻液包括草酸。
在本發明的一實施例中，上述的形成第一透明導電材料層的方法包括進行物理氣相沉積法或金屬化學氣相沉積法。
在本發明的一實施例中，上述的形成第二透明導電層的方法包括進行物理氣相沉積法或金屬化學氣相沉積法。
本發明提供一種薄膜太陽能電池的前電極層，其具有高的霧度值且可使後續設置於其上的膜層具有高的良率。
本發明的薄膜太陽能電池的前電極層是由上述的薄膜太陽能電池的前電極層的製造方法所製成，且第二透明導電層的表面粗糙度小於第一透明導電層的表面粗糙度。
基於上述，本發明的薄膜太陽能電池的製造方法使形成的前電極層包括第一透明導電層以及設置於其上的第二透明導電層，其中第一透明導電層經由蝕刻製程形成以包括多個微結構而具有高的表面粗糙度。因此，通過基板而入射至第一透明導電層的環境光可具有高的霧度值。另外，第二透明導電層具有的表面粗糙度低於第一透明導電層具有的表面粗糙度，因此其可用於補償第一透明導電層具有的高表面粗糙度，使得後續形成於第二透明導電層上的膜層不因第一透明導電層具有較高表面粗糙度的關係而使形成的良率降低（產生裂紋等情況），進而避免薄膜太陽能電池的光轉換效率降低。
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。
現將詳細地參考本發明的示範性實施例，示範性實施例的實例說明於附圖中。只要有可能，相同元件符號在圖式和描述中用來表示相同或相似部分。本發明亦可以各種不同的形式體現，而不應限於本文中所述的實施例。圖式中的層與區域的厚度會為了清楚起見而放大。相同或相似的參考號碼表示相同或相似的元件，以下段落將不再一一贅述。另外，實施例中所提到的方向用語，例如：上、下、左、右、前或後等，僅是參考附圖的方向。因此，使用的方向用語是用來說明並非用來限制本發明。
圖1為本發明的一實施例的薄膜太陽能電池的製造方法1的流程圖。
請參照圖1，在步驟S10中，在基板上形成第一透明導電材料層。基板例如是使用透明材料所製成，以利環境光可穿透其而進入薄膜太陽能電池的內部。在一些實施例中，基板的材料包括玻璃、透明樹脂或其他合適的透明材料。上述的透明樹脂可例如是聚對苯二甲酸乙二酯、聚萘二甲酸乙二酯、聚碳酸酯、聚醚或聚醯亞胺。在本實施例中，基板的材料為玻璃。第一透明導電材料層的形成方法例如是利用物理氣相沉積法或金屬化學氣相沉積法而全面性地形成於基板上。在一些實施例中，第一透明導電材料層的材料包括透明導電氧化物（Transparent Conductive Oxide；TCO）。舉例來說，第一透明導電材料層的材料可包括氧化銦錫（ITO）、摻雜鋁的氧化鋅（AZO）、氧化錫（SnO
2）或氧化銦（In
2O
3）。
在步驟S20中，對第一透明導電材料層進行蝕刻製程，以形成第一透明導電層，其中第一透明導電層遠離基板的表面上具有多個微結構。進行蝕刻製程的目的是藉由移除部分的第一透明導電材料層，以使第一透明導電材料層遠離基板的表面具有提高的表面粗糙度。在一些實施例中，上述的蝕刻製程可包括濕式蝕刻製程、乾式蝕刻製程或其組合。在本實施例中是採用濕式蝕刻製程。在本實施例中，濕式蝕刻製程例如是使用草酸作為蝕刻液，原因為其對於第一透明導電材料層的材料具有高蝕刻速率，因此易於使第一透明導電材料層遠離基板的表面具有較大的表面粗糙度。然而，本發明不以此為限，即，可選用其餘對於第一透明導電材料層的材料具有高蝕刻速率的蝕刻液。
在步驟S30中，在第一透明導電層的具有多個微結構的表面上形成第二透明導電層。第二透明導電層的形成方法例如是利用物理氣相沉積法或金屬化學氣相沉積法而全面性地形成於第一透明導電層的具有多個微結構的表面上。由於第二透明導電層是藉由薄膜沉積的方式來形成，因此，第二透明導電層具有的表面粗糙度小於第一透明導電層具有的表面粗糙度。在一些實施例中，第二透明導電層的材料包括透明導電氧化物。舉例來說，第二透明導電層的材料可包括氧化銦錫、摻雜鋁的氧化鋅、氧化錫或氧化銦。
至此，完成本發明的薄膜太陽能電池的前電極層的製作。詳細地說，本發明的薄膜太陽能電池的前電極層包括第一透明導電層以及設置於其上的第二透明導電層。由於第一透明導電層經由上述的蝕刻製程而具有較大的表面粗糙度，因此，通過基板而入射至前電極層的環境光可具有良好的散射效果，即，其是由於前電極層中的第一透明導電層具有較大的霧度值，藉此可使環境光的利用率提升。另外，形成於第一透明導電層上的第二透明導電層由於是藉由薄膜沉積的方式來形成，因此可用於補償第一透明導電層具有的高表面粗糙度，使得後續形成於第二透明導電層上的膜層不因第一透明導電層具有較高表面粗糙度的關係而使形成的良率降低（產生裂紋等情況），進而避免薄膜太陽能電池的光轉換效率降低。
在步驟S40中，在第二透明導電層上形成光電轉換層。光電轉換層的形成方法例如是藉由化學氣相沉積法形成，但本發明並不限於此。在一些實施例中，光電轉換層的材料可包括單晶矽、多晶矽或非晶矽，即，本實施例的薄膜太陽能電池可為一種矽薄膜太陽能電池。在本實施例中，光電轉換層的材料為非晶矽。光電轉換層例如包括依序層疊的第一非本徵半導體層、本徵半導體層以及第二非本徵半導體層，其中第一非本徵半導體層具有第一摻雜類型，且第二非本徵半導體層具有第二摻雜類型。上述的第一摻雜類型與第二摻雜類型各自為P型與N型中的一者。在本實施例中，第一摻雜類型為P型，且第二摻雜類型為N型，但本發明並不限於此。
在步驟S50中，在光電轉換層上形成背電極層。背電極層的形成方法例如是藉由濺鍍法或化學氣相沉積法形成，但本發明並不限於此。背電極層的材料例如是金屬、合金或金屬氧化物。舉例來說，背電極層的材料包括鉬鉭或鉬鉭與鋁的組合。
至此，完成本實施例的薄膜太陽能電池的製作。
本實施例的薄膜太陽能電池的製造方法雖然是以上述方法為例進行說明，然而本發明的薄膜太陽能電池的形成方法並不以此為限。
請參照圖2，圖2繪示了本發明的一實施例的薄膜太陽能電池10的局部剖面示意圖。本發明實施例的薄膜太陽能電池10包括基板100、前電極層200、光電轉換層110以及背電極層120，其中前電極層200包括第一透明導電層210以及第二透明導電層220。基板100、前電極層200、光電轉換層110以及背電極層120具有的材料及其功能可參照前述實施例，於此不再贅述。在一些實施例中，第一透明導電層210約具有0.5μm~1.0μm的厚度，且第二透明導電層220約具有0.5μm~1.0μm的厚度，且第一透明導電層210與第二透明導電層220的總厚度為1.0μm~1.5μm。在一些實施例中，第一透明導電層210的厚度與第二透明導電層220的厚度的比例為1：2~2：1。在本實施例中，第一透明導電層210的厚度與第二透明導電層220的厚度的比例為1：1，但本發明不以此為限。值得一提的是，第一透明導電層210的形成過程中會經歷蝕刻製程，使得其厚度減少，因此，在另一些實施例中，第一透明導電層210的厚度可小於第二透明導電層220的厚度。此外，包括本實施例的第一透明導電層210的前電極層200的厚度會略小於習知薄膜太陽能電池中的前電極層的厚度。另外，本實施例的前電極層200具有16%~35%的霧度值。
實驗例
以下將藉由實例與數個比較例對本發明作進一步說明，但該實驗例僅為例示說明之用，而非用以限制本發明之範圍。
在以下的實例1、比較例1與比較例2中，將各種前電極層的結構應用在薄膜太陽能電池中。
實例1為本實施例的薄膜太陽能電池10，其中薄膜太陽能電池10的前電極層200包括第一透明導電層210以及第二透明導電層220。第一透明導電層210先藉由薄膜沉積的方式形成後再利用草酸進行蝕刻以形成為具有多個微結構。第二透明導電層220則藉由薄膜沉積的方式形成。
在比較例1中，薄膜太陽能電池包括的前電極層是藉由薄膜沉積的方式形成後再利用剝膜液進行蝕刻以形成為具有多個微結構。
在比較例2中，薄膜太陽能電池包括的前電極層是藉由薄膜沉積的方式形成後再利用草酸進行蝕刻以形成為具有多個微結構。
實例1的實驗數據以及比較例1與比較例2的實驗數據彙整於以下的表1中。
[表1]
| 前電極層的霧度值(%) | 薄膜太陽能電池的光轉換效率(%) | 薄膜太陽能電池的填充因子(%) | |
| 實例1 | 25% | 6.6% | 65% |
| 比較例1 | 8% | 6% | 60% |
| 比較例2 | 40% | 5.1% | 54% |
從表1可知，比較例1的薄膜太陽能電池使用剝膜液進行蝕刻以形成前電極層，由於剝膜液對於前電極層包括的材料具有相對低的蝕刻速度，因此具有較小的表面粗糙度，使得比較例1的薄膜太陽能電池具有小於實例1的薄膜太陽能電池10的霧度值。相對地，與比較例1的薄膜太陽能電池相比，實例1的薄膜太陽能電池10中的第一透明導電層210由於具有較大的表面粗糙度，因此，包括第一透明導電層210的前電極層200具有較大的霧度值，藉此可提高進入光電轉換層110的光通量，使環境光的利用率提升。
再者，從表1可知，比較例2的薄膜太陽能電池使用草酸進行蝕刻以形成前電極層，雖然比較例2的薄膜太陽能電池具有高霧度值，然而，其的前電極層具有的高表面粗糙度將造成後續形成的光電轉換層的良率下降，此將使得比較例2的薄膜太陽能電池具有相對低的光轉換效率以及填充因子（正比於光轉換效率）。相對地，與比較例2的薄膜太陽能電池相比，實例1的薄膜太陽能電池10中的前電極層200由於包括第二透明導電層220，因此可補償第一透明導電層210具有的高表面粗糙度，使得形成於第二透明導電層220上的光電轉換層110不因第一透明導電層210具有較高表面粗糙度的關係而良率降低（產生裂紋等情況）。基於此，結合前電極層200具有的高霧度值，藉此可使實例1的薄膜太陽能電池10具有較佳的光轉換效率以及填充因子。
綜上所述，本發明的薄膜太陽能電池的製造方法使形成的前電極層包括第一透明導電層以及設置於其上的第二透明導電層，其中第一透明導電層經由蝕刻製程形成以包括多個微結構而具有高的表面粗糙度。因此，通過基板而入射至前電極層的環境光可具有良好的散射效果，藉此可提高進入光電轉換層的光通量，使環境光的利用率提升。另外，第二透明導電層由於是藉由薄膜沉積的方式來形成，因此可用於補償第一透明導電層具有的高表面粗糙度，使得後續形成於第二透明導電層上的光電轉換層不因第一透明導電層具有較高表面粗糙度的關係而造成良率降低（產生裂紋等情況），使得薄膜太陽能電池具有較佳的光轉換效率以及填充因子。
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。
1:薄膜太陽能電池的製造方法
10:薄膜太陽能電池
100:基板
110:光電轉換層
120:背電極層
200:前電極層
210:第一透明導電層
220:第二透明導電層
S10、S20、S30、S40、S50:步驟
圖1為本發明的一實施例的薄膜太陽能電池的製造方法的流程圖。
圖2為本發明的一實施例的薄膜太陽能電池的局部剖面示意圖。
1:薄膜太陽能電池的製造方法
S10、S20、S30、S40、S50:步驟
Claims (6)
- 一種薄膜太陽能電池的前電極層的製造方法，包括：在基板上形成具有多個微結構的第一透明導電層，其中在所述基板上形成具有所述多個微結構的所述第一透明導電層的步驟包括：在所述基板上形成第一透明導電材料層，其中形成所述第一透明導電材料層的方法包括進行物理氣相沉積法或金屬化學氣相沉積法；以及對所述第一透明導電材料層進行蝕刻製程；以及在所述第一透明導電層的具有所述多個微結構的表面上形成第二透明導電層，其中所述第一透明導電層的厚度小於所述第二透明導電層的厚度。
- 如請求項1所述的薄膜太陽能電池的前電極層的製造方法，其中所述第二透明導電層的表面粗糙度小於所述第一透明導電層的表面粗糙度。
- 如請求項1所述的薄膜太陽能電池的前電極層的製造方法，其中所述蝕刻製程包括濕式蝕刻製程。
- 如請求項3所述的薄膜太陽能電池的前電極層的製造方法，其中在所述濕式蝕刻製程中，使用的蝕刻液對所述第一 透明導電材料層的蝕刻速率大於或等於草酸對所述第一透明導電材料層的蝕刻速率。
- 如請求項1所述的薄膜太陽能電池的前電極層的製造方法，其中形成所述第二透明導電層的方法包括進行物理氣相沉積法或金屬化學氣相沉積法。
- 一種薄膜太陽能電池的前電極層，其是由如請求項1所述的薄膜太陽能電池的前電極層的製造方法所製成，其中所述第二透明導電層的表面粗糙度小於所述第一透明導電層的表面粗糙度。
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