CN101651164B - 太阳能电池 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种太阳能电池。根据本发明的太阳能电池包含一半导体结构组合以及多个纳米复合结构。该半导体结构组合包含至少一p-n结面以及一用以吸收光线的照射面。该多个纳米复合结构形成于该半导体结构组合的该照射面上，并且每一个纳米复合结构包含一第一纳米层以及一第二纳米层。该第一纳米层形成于该照射面上。该第二纳米层形成于该第一纳米层上。特别地，该第一纳米层的折射率大于该第二纳米层的折射率。

Description

太阳能电池
技术领域
本发明涉及一种太阳能电池，特别地，本发明涉及一种具有高度光吸收效率的太阳能电池。
背景技术
太阳能电池因为其将发自一光源(例如，太阳光)的光能转换成电能，藉以操控例如计算机、电脑等电子装置或供市电使用，所以太阳能电池已被广泛地使用。
由于太阳能电池的功能为将光能转换成电能，因此如何使太阳能电池有效地吸收光能一直是亟待解决的问题。光线以不同角度入射至太阳能电池时，在太阳能电池的表面上会有折射及反射的现象发生，所以如何降低射入光线反射的机率一直是研究中的议题。
在现有技术中，在太阳能电池上形成一抗反射层可以降低反射的机率。据研究统计，在表面没有抗反射层的太阳能电池，对于入射光的反射率大约为30～35％。另外，为了进一步大幅降低反射率，表面粗糙化(即表面具有微结构)的抗反射层已被公开促使入射光至少产生双重反射，致使反射率能够降低至10％以下。需注意的是，以上所述是从几何光学的领域切入去解决反射率的问题，即以光的粒子性去探讨其折射及反射的现象。
理论上，若在太阳能电池上形成纳米结构，并且纳米结构彼此间的间距是根据光线的波长而设计，则当光线入射至纳米结构时，就能够以光的波动性去探讨其穿透率。此外，若纳米结构本身的折射率配合邻近的介质而经过设计，将可以控制光的穿透率，使得入射光几乎由太阳能电池所吸收，以大幅提升其光吸收效率。
因此，本发明的主要目的在于提供一种具有高度光吸收效率的太阳能电池，以解决上述问题。
发明内容
本发明的一目的在于提供一种太阳能电池。
根据本发明的一具体实施例，该太阳能电池包含一半导体结构组合以及多个纳米复合结构。
该半导体结构组合包含至少一p-n结面(p-n junction)以及一用以吸收光线的照射面。该多个纳米复合结构形成于该半导体结构组合的该照射面上，并且每一个纳米复合结构包含一第一纳米层以及一第二纳米层。该第一纳米层形成于该照射面上。该第二纳米层形成于该第一纳米层上。特别地，该第一纳米层的折射率大于该第二纳米层的折射率。
根据本发明的另一具体实施例亦为一种太阳能电池。该太阳能电池包含一半导体结构组合、多个第一纳米层以及一第二纳米层。
该多个第一纳米层形成于该半导体结构组合的该照射面上。该第二纳米层形成于该多个第一纳米层以及该照射面上。特别地，每一个第一纳米层的折射率大于该第二纳米层的折射率。
相比现有技术，根据本发明的太阳能电池利用该第一纳米层及该第二纳米层之间折射率的差异(即渐变折射率的概念)及控制该第一纳米层彼此间的间距以控制光的穿透率，使得入射光几乎全部由太阳能电池所吸收，大幅提升其光吸收效率。
本发明的优点与精神可以藉由以下的发明详述及所附图式得到进一步的了解。
附图说明
图1显示了根据本发明的一具体实施例的太阳能电池的截面视图。
图2显示了根据本发明的另一具体实施例的太阳能电池的截面视图。
具体实施方式
请参阅图1。图1显示了根据本发明的一具体实施例的太阳能电池1的截面视图。
如图1所示，该太阳能电池1包含一半导体结构组合10以及多个纳米复合结构12。该半导体结构组合10包含至少一p-n结面(p-n junction)1000以及一用以吸收光线的照射面1020。
于实际应用中，该半导体结构组合10还可以包含一硅基板(siliconsubstrate)100及一表面钝化层102。该表面钝化层102可以使由光产生的载子(即电子与电洞)发生表面重合的机率减低。
该至少一p-n结面1000可以形成于该硅基板100中。于一具体实施例中，该照射面1020可以是该表面钝化层102的表面，但不以此为限。
如图1所示，该多个纳米复合结构12形成于该半导体结构组合10的该照射面1020上，并且每一个纳米复合结构12包含一第一纳米层120以及一第二纳米层122。该第一纳米层120形成于该照射面1020上，并且该第二纳米层122形成于该第一纳米层120上。
于一具体实施例中，该第一纳米层120可以由硅(Si)所制成，但不以此为限。
于实际应用中，该第一纳米层120可以由一电化学蚀刻(Photochemicaletching)制程所形成。由该电化学蚀刻制程，该第一纳米层120可以随机地(random)形成于该半导体结构组合10的该照射面1020上。原则上，该多个纳米复合结构12彼此间的一间距(pitch)P可以经过设计，使得该间距P大致上小于射入光线的四分之一个波长λ。另外，由于该电化学蚀刻制程不需要使用光罩，因此可以降低根据本发明的太阳能电池1的制造成本。
于实际应用中，于该第一纳米层120形成之后，该第一纳米层120可以进一步置于一热氧化(thermal oxidation)制程中以形成一氧化层(即该第二纳米层122)于该第一纳米层120上。于一具体实施例中，该第二纳米层122可以由二氧化硅(SiO2)所制成，但不以此为限。
需注意的是，该第一纳米层120的折射率大于该第二纳米层122的折射率。于实际应用中，除了该多个纳米复合结构12的该间距P大致上小于射入光线的四分之一个波长λ外，该第一纳米层120及该第二纳米层122的折射率可以分别配合邻近的介质而经过设计，如此将可以控制入射光的穿透率。
举例而言，于此实施例中，该第一纳米层120是由硅所制成，其折射率为3.9。该第二纳米层122是由二氧化硅所制成，其折射率为1.5。当光线由空气(折射率为1)中入射至该太阳能电池1时，基于渐变折射率的概念，使得空气与该太阳能电池1之间折射率的差异变小，因此入射光的穿透率获得提升，致使太阳能电池1的光吸收效率随之提升。
请参阅图2。图2显示了根据本发明的另一具体实施例的太阳能电池2的截面视图。
如图2所示，该太阳能电池2包含一半导体结构组合20、多个第一纳米层22以及一第二纳米层24。该半导体结构组合20可以包含至少一p-n结面2000以及一用以吸收光线的照射面2020。
于实际应用中，该半导体结构组合20还可以包含一硅基板200及一表面钝化层202。于一具体实施例中，该照射面2020可以是该表面钝化层202的表面，但不以此为限。
该多个第一纳米层22形成于该半导体结构组合20的该照射面2020上。该第二纳米层24形成于该多个第一纳米层22以及该照射面2020上。
于一具体实施例中，该多个第一纳米层22可以由硅所制成，并且该第二纳米层24可以由一氧化层所制成。举例而言，该氧化层可以是二氧化硅。
于实际应用中，该多个第一纳米层22可以藉由一电化学蚀刻制程所形成。原则上，该多个第一纳米层22彼此间的一间距P可以经过设计，使得该间距P大致上小于射入光线的四分之一个波长λ。
于该第一纳米层22形成之后，进一步可以执行一原子层沉积(atomic layerdeposition)制程以形成该氧化层(即该第二纳米层24)于该多个第一纳米层22上。
于实务上，原子层沉积制程具有以下优点：(1)可在原子等级控制材料的形成；(2)可更精准地控制薄膜的厚度；(3)可大面积量产；(4)有优异的均匀度(uniformity)；(5)有优异的三维包覆性(conformality)；(6)无孔洞结构；(7)缺陷密度小；以及(8)沉积温度低等制程优点。
同样地，每一个第一纳米层22的折射率大于该第二纳米层24的折射率，其功能性及理由如上所述，在此不再赘述。
相比现有技术，根据本发明的太阳能电池利用该第一纳米层及该第二纳米层之间折射率的差异及控制该第一纳米层彼此间的间距以控制光的穿透率，使得入射光几乎由太阳能电池所吸收，大幅提升其光吸收效率。
通过以上优选实施例的详述，是希望能更加清楚描述本发明的特征与精神，而并非以上述所公开的优选实施例来对本发明的范围加以限制。相反地，其目的是希望能涵盖各种改变及具相等性的安排于本发明所欲申请的专利范围的范围内。

Claims (10)

1.一种太阳能电池，该太阳能电池包含：
一半导体结构组合，该半导体结构组合包含一硅基板、至少一p-n结面、一表面钝化层，以及一用以吸收光线的照射面；以及
多个纳米复合结构，该多个纳米复合结构形成于该半导体结构组合的该照射面上，每一个纳米复合结构包含：
一第一纳米层，该第一纳米层形成于该照射面上；以及
一第二纳米层，该第二纳米层形成于该第一纳米层上；
其中该第一纳米层的折射率大于该第二纳米层的折射率，该表面钝化层供使由光产生的载子发生表面重合的机率减低，且该多个纳米复合结构彼此间的间距小于射入光线的四分之一个波长。
2.如权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，该第一纳米层由硅所制成。
3.如权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，该第二纳米层由二氧化硅所制成。
4.如权利要求2所述的太阳能电池，其特征在于，该第一纳米层由一电化学蚀刻制程所形成。
5.如权利要求3所述的太阳能电池，其特征在于，该第二纳米层由一热氧化制程所形成。
6.一种太阳能电池，该太阳能电池包含：
一半导体结构组合，该半导体结构组合包含一硅基板、至少一p-n结面、一表面钝化层，以及一用以吸收光线的照射面；
多个第一纳米层，该多个第一纳米层形成于该半导体结构组合的该照射面上；以及
一第二纳米层，该第二纳米层形成于该多个第一纳米层以及该照射面上；
其中每一个第一纳米层的折射率大于该第二纳米层的折射率，该表面钝化层供使由光产生的载子发生表面重合的机率减低，且该多个第一纳米层彼此间的间距小于射入光线的四分之一个波长。
7.如权利要求6所述的太阳能电池，其特征在于，该多个第一纳米层是由硅所制成。
8.如权利要求6所述的太阳能电池，其特征在于，该第二纳米层是由二氧化硅所制成。
9.如权利要求7所述的太阳能电池，其特征在于，该多个第一纳米层由一电化学蚀刻制程所形成。
10.如权利要求8所述的太阳能电池，其特征在于，该第二纳米层由一原子层沉积制程所形成。
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