CN101483200A

CN101483200A - 太阳能电池

Info

Publication number: CN101483200A
Application number: CNA2008100012465A
Authority: CN
Inventors: 林宜平; 吴泉毅; 丘绍裕; 吕绍麟
Original assignee: Chunghwa Picture Tubes Ltd
Current assignee: Chunghwa Picture Tubes Ltd
Priority date: 2008-01-09
Filing date: 2008-01-09
Publication date: 2009-07-15

Abstract

本发明公开一种太阳能电池，包括基板、反射层、缓冲层、第一导电层、第二导电层、第一电池单元以及第二电池单元。其中，反射层是设置于基板上，第一电池单元设置于反射层上，缓冲层设置于第一电池单元上，第一导电层设置于缓冲层上。至于第二电池单元是设置于第一导电层上，其中在第一与第二电池单元中，接近缓冲层的是相同极性的半导体层，而远离缓冲层的也是相同极性的半导体层。第二导电层则是设置于第二电池单元上。由于本发明结构上的排列，可等效于两单一太阳能电池并联，所以可借此提升光利用率，以增加光电转换效率。

Description

太阳能电池

技术领域

本发明是有关于一种太阳能电池(solar cell)，且特别是有关于一种可增加光电转换效率(photoelectric conversion efficiency)的太阳能电池。

背景技术

太阳能电池应用的范围非常广，大致可应用于电力(如大功率发电系统、家庭发电系统等)、通讯(如无线电力、无线通讯等)、消费性电子产品(如计算机、手表、电动玩具、收音机等)、交通运输(如汽车、船舶、交通号志、道路照明、灯塔等)、农业(如抽水机、灌溉等)。

而太阳能电池的原理是将高纯度的半导体材料加入一些不纯物使其呈现不同的性质，以形成p型半导体及n型半导体，并将pn两型半导体相接合，如此即可形成一p-n结。而p-n结是由带正电的施体离子与带负电的受体离子所组成，在所述正、负离子所在的区域内，存在着一个内建电位(built-inpotential)。此一内建电位可驱赶在此区域中的可移动载子，故此区域称的为耗尽区(depletion region)。当太阳光照射到一个p-n结构的半导体时，光子所提供的能量可能会把半导体中的电子激发出来，产生电子-空穴对，电子与空穴均会受到内建电位的影响，空穴往电场的方向移动，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一负载(load)连接起来，形成一个回路(loop)就会有电流流过负载，这就是太阳能电池发电的原理。如果要对太阳能电池进行改良，最好是从提升其光电转换效率着手。

发明内容

本发明提供一种太阳能电池，可提升光电转换效率。

本发明提供一种太阳能电池，等效于两个单一太阳能电池并联。

本发明提出一种太阳能电池，包括基板、反射层、缓冲层、第一导电层、第二导电层、第一电池单元以及第二电池单元。其中，反射层是设置于基板上，第一电池单元设置于反射层上，缓冲层设置于第一电池单元上，第一导电层设置于缓冲层上。至于第二电池单元是设置于第一导电层上，其中在第一与第二电池单元中，接近缓冲层的是相同极性的半导体层，而远离缓冲层的也是相同极性的半导体层。第二导电层则是设置于第二电池单元上。

在本发明的太阳能电池中，上述的太阳能电池，还包括设置于第二电池单元与第二导电层之间的一透明导电层，其包括氧化锌或氧化锌铝(ZnO:Al，AZO)。

在本发明的太阳能电池中，上述缓冲层包括单层结构或多层结构。而缓冲层的材料是选自包括透明导电氧化物(transparent conductive oxide，TCO)、氧化锌(ZnO)、氧化铟(In₂O₃)与氧化锡(SnO)所组成的族群中的至少一种材料，其中所述透明导电氧化物是选自包括氧化铟锡(Indium Tin Oxide，ITO)与氧化锌铝(AZO)。

在本发明的太阳能电池中，上述反射层与第二导电层是电性相连的。

在本发明的太阳能电池中，上述反射层、第一导电层与第二导电层的材料是分别选自由铝、钼、银、金、铬与镍所组成的族群的其中之一。

在本发明的太阳能电池中，上述第一电池单元与第二电池单元包括单晶硅(single crystal silicon)太阳能电池、多晶硅(polycrystalline silicon)太阳能电池、非晶硅(amorphous silicon)太阳能电池、III-V族太阳能电池或II-VI族太阳能电池。

在本发明的太阳能电池中，上述第一电池单元与第二电池单元包括薄膜型太阳能电池或纳米太阳能电池。

本发明另提出一种太阳能电池，包括基板、第三导电层、缓冲层、第一导电层、反射层、第一电池单元以及第二电池单元。其中，第三导电层设置于基板上，而第一电池单元设置于第三导电层上，缓冲层设置于第一电池单元上，而第一导电层设置于缓冲层上。至于第二电池单元是设置于第一导电层上，其中在第一与第二电池单元中，接近缓冲层的是相同极性的半导体层，而远离缓冲层的也是相同极性的半导体层。反射层则设置于第二电池单元上。

在本发明的另一种太阳能电池中，上述太阳能电池还包括一层设置于基板与第三导电层之间的透明导电层，其包括氧化锌或氧化锌铝(ZnO:Al，AZO)。

在本发明的另一种太阳能电池中，上述缓冲层包括单层结构或多层结构，且上述缓冲层的材料是选自由透明导电氧化物、氧化锌(ZnO)、氧化铟(In₂O₃)与氧化锡(SnO)所组成的族群的其中之一，其中所述透明导电氧化物是包括由氧化铟锡(ITO)与氧化锌掺杂铝(AZO)所组成。

在本发明的另一种太阳能电池中，上述反射层与第三导电层是电性相连的。

在本发明的另一种太阳能电池中，上述反射层、第一导电层与第三导电层的材料是分别选自由铝、钼、银、金、铬与镍所组成的族群的其中之一。

在本发明的另一种太阳能电池中，上述第一电池单元与第二电池单元包括单晶硅太阳能电池、多晶硅太阳能电池、非晶硅太阳能电池、III-V族太阳能电池或II-VI族太阳能电池。

在本发明的另一种太阳能电池中，上述第一电池单元与第二电池单元包括薄膜型太阳能电池或纳米太阳能电池。

本发明因采用在上下两电池中将接近缓冲层的设为相同极性的半导体层，因此可借由这种结构上的特殊排列，等效于两个单一太阳能电池并联，并因此提升光利用率，以增加光电转换效率。

附图说明

为让本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，以下结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明，其中：

图1是依照本发明的第一实施例的一种太阳能电池的剖面示意图。

图2是依照本发明的第二实施例的一种太阳能电池的剖面示意图。

图3是依照本发明的第三实施例的一种太阳能电池的剖面示意图。

图4是依照本发明的第四实施例的一种太阳能电池的剖面示意图。

图5A是第一实施例的太阳能电池的电性连接示意图。

图5B是第一实施例的太阳能电池的电路图。

主要元件符号说明：

100、200、300、400：基板

102、202、308、408：反射层

104、204、304、404：缓冲层

106、206、306、406：第一导电层

108、208：第二导电层

110、210、310、410：第一电池单元

112、122、212、222、312、322、412、422：n型半导体层

114、124、214、224、314、324、414、424：本征半导体层

116、126、216、226、316、326、416、426：p型半导体层

118、218、318、418：透明导电层

120、220、320、420：第二电池单元

302、402：第三导电层

具体实施方式

请参照图1，第一实施例的太阳能电池包括基板100、反射层102、缓冲层104、第一导电层106、第二导电层108、第一电池单元110以及第二电池单元120。图1中的反射层102是设置于基板100上、第一电池单元110设置于反射层102上、缓冲层104则设置于第一电池单元110上、第一导电层106设置于缓冲层104上、第二电池单元120设置于第一导电层106上，而第二导电层108是设置于第二电池单元120上。而且，在第一电池单元110与第二电池单元120中，接近缓冲层104的是相同极性的半导体层，远离缓冲层104的也是相同极性的半导体层；举例来说，在第一实施例中，第一电池单元110是由一n型半导体层112、一本征半导体层(intrinsic semiconductor)114与一p型半导体层116所构成，第二电池单元120是由一n型半导体层122、一本征半导体层124与一p型半导体层126所构成。因此，接近缓冲层104的是n型半导体层112与122。而上述半导体层112、114、116、122、124与126可以利用化学气相沉积(CVD)方式沉积。

而上述第一电池单元110与第二电池单元120以材料来区分，例如是单晶硅(single crystal silicon)太阳能电池、多晶硅(polycrystal silicon)太阳能电池、非晶硅(amorphous silicon)太阳能电池(又称a-Si太阳能电池)、III-V族(如砷化镓(GaAs)、磷化铟(InP)、磷化镓铟(InGaP)等)太阳能电池或II-VI族(如碲化镉(CdTe)、硒化铟铜(CuInSe₂)等)太阳能电池。如以结构本身而言，第一电池单元110与第二电池单元120可以是薄膜型太阳能电池或纳米太阳能电池。

请继续参照图1，第一实施例的第一导电层106是设置于缓冲层104与第二电池单元120之间。此外，在第二电池单元120与第二导电层108之间还可设置一透明导电层118，例如氧化锌或氧化锌铝(ZnO:Al，AZO)。而图1的缓冲层104可为单层结构或是多层结构。而缓冲层104的材料例如是选自包括透明导电氧化物(transparent conductive oxide，TCO)、氧化锌(ZnO)、氧化铟(In₂O₃)与氧化锡(SnO)所组成的族群中的至少一种材料，而上述透明导电氧化物例如是选自包括氧化铟锡(Indium Tin Oxide，ITO)与氧化锌铝(AZO)。当缓冲层104是多层结构时，可以是由氧化锡(或者氧化锌或氧化铟)/透明导电氧化物(TCO)/氧化锡(或者氧化锌或氧化铟)所构成的三层结构。至于缓冲层104的制作方式则可以采取溅镀或者蒸镀方式成膜。

在第一实施例中，反射层102、第一导电层106与第二导电层108的材料可分别选自由铝(Al)、钼(Mo)、银(Ag)、金(Au)、铬(Cr)与镍(Ni)所组成的其中之一，而且这类作为电极用的元件可以利用物理气相沉积(PVD)或网印方式沉积。此外，第一导电层106与第二导电层108还可利用光刻与蚀刻制程形成图案线路。

另外，当图1的第一电池单元110中的n型半导体层是远离缓冲层设置，则如图2所示。

图2是依照本发明的第二实施例的一种太阳能电池的剖面示意图，其与第一实施例一样有基板200、反射层202、缓冲层204、第一导电层206、第二导电层208、第一电池单元210、第二电池单元220及透明导电层218。而且，第一、第二电池单元210与220分别是由一n型半导体层212、222、一本征半导体层214、224与一p型半导体层216、226所构成。第二实施例与第一实施例的差别只在接近缓冲层204的是p型半导体层216与226。

请参照图3，第三实施例的太阳能电池包括基板300、第三导电层302、缓冲层304、第一导电层306、反射层308、第一电池单元310以及第二电池单元320。图3中的第三导电层302是设置于基板300上、第一电池单元310设置于第三导电层302上、缓冲层304则设置于第一电池单元310上、第一导电层306设置于缓冲层304上、第二电池单元320则设置于第一导电层306上、反射层308设置于第二电池单元320上。而在第一电池单元310与第二电池单元320中，接近缓冲层304的是相同极性的半导体层，远离缓冲层304的也是相同极性的半导体层；举例来说，在第三实施例中，第一电池单元310是由一n型半导体层312、一本征半导体层314与一p型半导体层316所构成，第二电池单元320则是由一n型半导体层322、一本征半导体层324与一p型半导体层326所构成。因此，接近缓冲层304的是p型半导体层316与326。至于第一电池单元310与第二电池单元320，如以材料来区分，可以是单晶硅太阳能电池、多晶硅太阳能电池、非晶硅(α-Si)太阳能电池、III-V族(如砷化镓、磷化铟、磷化镓铟等)太阳能电池或II-VI族(如碲化镉、硒化铟铜等)太阳能电池。如以结构本身而言，第一电池单元310与第二电池单元320可以是薄膜型太阳能电池或纳米太阳能电池。

请继续参照图3，第三实施例的第一导电层306是设置于缓冲层304与反射层308之间。此外，在第一电池单元310与基板300的间还可设置一透明导电层318，例如氧化锌或氧化锌铝(AZO)。此外，图3的缓冲层304可以是单层结构或多层结构，其材料可参照第一实施例。至于第三导电层302、第一导电层306与反射层308的材料也可参考第一实施例所述。而且这类作为电极用的元件可以利用物理气相沉积(PVD)或网印方式沉积。此外，第一导电层306与第三导电层302还可利用光刻与蚀刻制程形成图案线路

图4是依照本发明的第四实施例的一种太阳能电池的剖面示意图，其与第三实施例相同有基板400、第三导电层402、缓冲层404、第一导电层406、反射层408、第一电池单元410、第二电池单元420及透明导电层418。而且，第一、第二电池单元410与420分别是由一n型半导体层、一本征半导体层与一p型半导体层(412/414/416以及422/424/426)所构成。第四实施例与第三实施例的差别只在接近缓冲层404的是n型半导体层412与422。

由于本发明的太阳能电池是等效于两个单一太阳能电池并联，因此以第一与第二实施例而言，反射层是与第二导电层电性相连的；以第三与第四实施例而言，反射层是与第三导电层电性相连的。为了能够更详细地描述电极的连接情形，请参照图5A与图5B。

图5A与图5B分别是第一实施例的太阳能电池的电性连接示意图与电路图。

请参照图5A与图5B，当反射层102与第二导电层108电性相连至一端，而第一导电层106是连接到另一端时，可把图5A视为一个两端子元件，其第二电池单元120与第一电池单元110则可视为如图5B的等效的两组太阳能电池并联，其光电转换电流将等于I_{第二电池单元}+I_{第一电池单元}。至于反射层102与第二导电层108或在第三与第四实施例中的反射层与第三导电层，可以采用制程方式连接或是在后段模组连接。如果是采用制程方式连接，则可用设计掩模的方式在制作太阳能电池期间就完成上述电性连接；如果是采用于后段模组连接的方式，则完成整个太阳能电池制作后，将电极与反射层的焊垫(pad)利用线路连接。

综上所述，本发明的特点在于将接近缓冲层的上、下两电池中的半导体层设为相同极性，借此使本发明的太阳能电池等效于两个单一太阳能电池并联，进而提升光利用率，以增加光电转换效率。

虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的修改和完善，因此本发明的保护范围当以权利要求书所界定的为准。

Claims

1.一种太阳能电池，包括：

一基板；

一反射层，设置于该基板上；

一第一电池单元，设置于该反射层上；

一缓冲层，设置于该第一电池单元上；

一第一导电层，设置于该缓冲层上；

一第二电池单元，设置于该第一导电层上，其中在该第一电池单元与该第二电池单元中，接近该缓冲层的是相同极性的半导体层，而远离该缓冲层的是相同极性的半导体层；以及

一第二导电层，设置于该第二电池单元上。

2.如权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，还包括一透明导电层，设置于该第二电池单元与该第二导电层之间。

3.如权利要求2所述的太阳能电池，其特征在于，该透明导电层包括氧化锌或氧化锌铝。

4.如权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，该缓冲层包括单层结构或多层结构。

5.如权利要求4所述的太阳能电池，其特征在于，该缓冲层的材料是选自包括透明导电氧化物、氧化锌、氧化铟与氧化锡所组成的族群中的至少一种材料。

6.如权利要求5所述的太阳能电池，其特征在于，该透明导电氧化物是选自氧化铟锡与氧化锌铝。

7.如权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，该反射层与该第二导电层是电性相连的。

8.如权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，该反射层、该第一导电层与该第二导电层的材料是分别选自由铝、钼、银、金、铬与镍所组成的族群的其中之一。

9.如权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，该第一电池单元与该第二电池单元包括单晶硅太阳能电池、多晶硅太阳能电池、非晶硅太阳能电池、III-V族太阳能电池或II-VI族太阳能电池。

10.如权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，该第一电池单元与该第二电池单元包括薄膜型太阳能电池或纳米太阳能电池。

11.一种太阳能电池，包括：

一基板；

一第三导电层，设置于该基板上；

一第一电池单元，设置于该第三导电层上；

一缓冲层，设置于该第一电池单元上；

一第一导电层，设置于该缓冲层上；

一反射层，设置于该第二电池单元上。

12.如权利要求11所述的太阳能电池，其特征在于，还包括一透明导电层，设置于该基板与该第三导电层之间。

13.如权利要求12所述的太阳能电池，其特征在于，该透明导电层包括氧化锌或氧化锌铝。

14.如权利要求11所述的太阳能电池，其特征在于，该缓冲层包括单层结构或多层结构。

15.如权利要求14所述的太阳能电池，其特征在于，该缓冲层的材料是选自由透明导电氧化物、氧化锌、氧化铟与氧化锡所组成的其中之一。

16.如权利要求15所述的太阳能电池，其特征在于，该透明导电氧化物是包括由氧化铟锡与氧化锌掺杂铝所组成。

17.如权利要求11所述的太阳能电池，其特征在于，该反射层与该第三导电层是电性相连的。

18.如权利要求11所述的太阳能电池，其特征在于，该反射层、该第一导电层与该第三导电层的材料是分别选自由铝、钼、银、金、铬与镍所组成的其中之一。

19.如权利要求11所述的太阳能电池，其特征在于，该第一电池单元与该第二电池单元包括单晶硅太阳能电池、多晶硅太阳能电池、非晶硅太阳能电池、III-V族太阳能电池或II-VI族太阳能电池。

20.如权利要求11所述的太阳能电池，其特征在于，该第一电池单元与该第二电池单元包括薄膜型太阳能电池或纳米太阳能电池。