CN101728446B - 光伏打电池及其制造方法 - Google Patents

Abstract

一种光伏打电池包含一基板、多个光伏打转换单元、一抗反射层及一色转换层。光伏打转换单元设置于基板上；抗反射层与色转换层设置于光伏打转换单元的上方，色转换层包含多个色转换材料及多个复合粒子，其中，色转换层与抗反射层的配置可包含有色转换层设置于抗反射层上，或抗反射层设置在色转换层上的态样。一种光伏打电池的制造方法亦一并揭露。

Description

光伏打电池及其制造方法

【技术领域】

本发明关于一种光伏打电池，特别关于一种同时具有色转换材料与复合粒子在色转换层中的光伏打电池及其制造方法。

【背景技术】

光伏打基板中的P型半导体层及N型半导体层彼此连结而形成一P/N接面，以使在此接面两侧的电洞(P型)与电子(N型)在受到光线的刺激后，产生电子-电洞对而产生电(子)流。然而，对于硅晶圆来说，其仅对于波长范围介于860～880纳米(nm)的光线最具敏感性，即，光伏打基板对部分波长光(例如：短波长光)的光转换率较差，甚至无法利用，而此亦为目前光伏打基板转换效率无法提升的主要原因之一。

因此，为了提升太阳能电池(solar cell)对光线的转换能力，一般习知技术多藉由增加一抗反射层(anti-reflection layer)于光伏打基板的表面上，以降低光伏打基板对光线的反射，进而提升光线进入光伏打基板的量，不过此一作法仅能使得进入至光伏打基板的光线量增加，却无法确实提升光伏打基板对于不同波长范围光线的利用率。另外，更有部分技术是增设一滤光装置，邻设于光伏打基板或设置于光伏打基板上方，使高能量的光线偏移至较低的能量，期使入射的光线波长较能激发硅晶圆以产生更多的电能。

然而，上述的滤光装置将短波的光转换出较长的波段，以激发硅晶圆，但仍有部分波长未被转换，或转换效率不佳，甚至偏移后仍未落入激发硅晶圆的波长范围内，造成光伏打基板对光线的利用率仍然不佳。

因此，如何提供一种光伏打电池及其制造方法，能提升光伏打转换的效率，以提升光伏打基板对光线的利用，实为当前重要的课题之一。

【发明内容】

本发明之目的为提供一种光伏打电池及其制造方法，能提升光伏打电池的效率，以提升光伏打基板对光线的利用率。

为达上述目的，本发明提供一种光伏打电池，其包含一基板、多个光伏打转换单元、丨抗反射层及一色转换层。光伏打转换单元设置于基板上；抗反射层设置于光伏打转换单元上，色转换层设置于抗反射层上；色转换层包含多个色转换材料及多个复合粒子。

同时，本发明更提供依据上述光伏打电池的制造方法，其包含以下步骤：提供一基板；形成多个光伏打转换单元于基板上；形成一抗反射层于光伏打转换单元上；以及形成一色转换层于抗反射层上。其中，色转换层内混有多个色转换材料及多个复合粒子。

为达上述目的，本发明亦提出一种光伏打电池，其包含一基板、多个光伏打转换单元、｜色转换层及一抗反射层。光伏打转换单元设置于基板上；色转换层设置于光伏打转换单元上，抗反射层设置于色转换层上；色转换层包含多个色转换材料及多个复合粒子。

同时，本发明更提供依据上述光伏打电池的制造方法包含以下步骤：提供一基板；形成多个光伏打转换单元于基板上；形成一色转换层于光伏打转换单元上；以及形成一抗反射层于色转换层上。其中，色转换层内混有多个色转换材料及多个复合粒子。

承上所述，因依据本发明之光伏打电池及其制造方法，其藉由色转换层的设置，使得在光线进入光伏打转换单元前，可于色转换层中调整波长范围以利光伏打电池的光电转换效率提升，并藉由抗反射层的设置以降低光伏打电池对光线的反射，进而提升光线进入光伏打电池的量。另外，藉由色转换层之设置与复合粒子与色转换材料之交互作用，并利用复合粒子中绝缘层的厚度以调控此交互作用，能将高能量的光线有效偏移至较低的能量，故可提升光伏打电池对于不同波长范围光线的利用率。与习知技术相较，本发明之光伏打电池及其制造方法能藉由抗反射层及色转换层的设置，以提升光伏打电池对光线的利用率，并有效地提升光伏打电池的光电转换效率。

【实施方式】

以下将参照相关附图，说明依据本发明较佳实施例之一种光伏打电池及其制造方法，其中相同的元件将以相同的元件符号加以说明。

请参照图1A所示，其为本发明较佳实施例之一种光伏打电池的结构示意图。光伏打电池包含一基板1、多个光伏打转换单元2、丨抗反射层31及一色转换层33。光伏打转换单元2设置于基板1上；抗反射层31设置于光伏打转换单元2上；色转换层33设置于抗反射层31上，色转换层33包含多个色转换材料331及多个复合粒子333，如图1A所示。

基板1的材料可为玻璃、塑胶、半导体、绝缘体、可挠性或不锈钢基板之一。

光伏打转换单元2的材料可为单晶硅(mono-Si)、多晶硅(poly-Si)的半导体材料或为非晶硅(amorphous-Si)的半导体材料，更详细来说，光伏打转换单元2的材料可选自于P型半导体材料、N型半导体材料及其组合所构成之群组。根据图1A及图1B所示的实施例可知，光伏打转换单元2是由一P型半导体层23及一N型半导体层21所构成。

抗反射层31及/或色转换层33藉由涂布、浸泡、沉积、喷洒、真空蒸镀、网版印刷、平版印刷、溅镀、点注、浇注或贴合方式形成。

抗反射层31的材料选自氮化硅(SiO)、氧化硅(SiN)、氮氧化硅(SiON)及其组合所构成的群组。抗反射层31经由表面处理以形成一粗糙面311，使抗反射层31具有良好的抗反射效果，以增加光线进入光伏打转换单元2，并提升光伏打电池对光线的利用率。于此，粗糙面311上形成有至少一凹结构311a及/或凸结构311b，藉以达到表面结构化(texturization)的效果，但不以此为限，举例来说，请参照图1A所示，色转换层33设置于上述的粗糙面311为例说明，且色转换层33均匀设置于凹结构311a及/或凸结构311b上。

另外，抗反射层31的表面处理方式可为物理性及/或化学性的表面处理，实际的应用手段可为研磨或蚀刻，其中，蚀刻方式更为干式蚀刻及/或湿式蚀刻方式以实现，但不以此为限。

色转换材料331选自萤光粉体、有机萤光色素、高分子萤光材料、无机萤光材料、量子点萤光材料、混成萤光材料、磷光粉体、染料及其组合所构成的群组。此外，上所述的色转换材料331更可选自于纳米级的材料。据此，为更有效提高光转换效率，色转换层33可透过不同光转换材料331的配方或藉由双层至多层的结构变化，以使得光线能够在色转换层33中进行波段范围的调整。

请参照图1B所示，其为本发明较佳实施例之另一种光伏打电池的结构示意图。光伏打电池包含一基板1、多个光伏打转换单元2、丨色转换层33及一抗反射层31。光伏打转换单元2设置于基板1上；色转换层33设置于光伏打转换单元2上，色转换层33包含多个色转换材料331及多个复合粒子333，抗反射层31设置于色转换层33上，如图1B所示。

其中，抗反射层31及/或色转换层33藉由涂布、浸泡、沉积、喷洒、真空蒸镀、网版印刷、平版印刷、溅镀、点注、浇注或贴合方式形成。

值得注意的是，复合粒子333的结构可如图1C所示，其为本发明较佳实施例之一种复合粒子的结构示意图。复合粒子333为由外包覆一绝缘层333a之微粒333b所构成，举例来说，复合粒子333可藉由氧化微粒333b(例如：金属粒子)以形成绝缘层333a(例如：氧化金属层)，即复合粒子333的绝缘层333a藉由氧化微粒333b以形成，且复合粒子333可藉由控制氧化反应的程度以形成具有良好绝缘特性的微粒子。同时经由控制绝缘层333a之厚度，可以调控微粒333b中表面电浆子与色转换材料331之交互作用，使得色转换材料331之转换效率达到最佳化。此外，微粒333b亦可依不同的需求而选自金属及高分子材料、或金属及陶瓷材料…等复合材料，且整个复合粒子333可以为纳米级微粒，其粒径大小为100~1000纳米。

而就应用层面来说，上述的光伏打电池可应用作为太阳能电池。

请同时参照图2、图3A至图3E所示，其中，图2为对应于图1A所示之光伏打电池的制造方法，而图3A至图3E所示的结构则是分别对应于图2中的步骤S11、步骤S12、步骤S13、步骤S14及步骤S15。

首先，如图2及图3A所示，步骤S11为提供一基板1，如图3A所示。

再如图2及图3B所示，步骤S12为形成多个光伏打转换单元2于基板1上。以本实施例为例，光伏打转换单元2是由一P型半导体层23及一N型半导体层21所构成，如图3B所示。

如图2及图3C所示，步骤S13为形成一抗反射层31于光伏打转换单元2上，其结构如图3C所示。

如图2及图3D所示，步骤S14为对抗反射层31进行表面处理而形成一粗糙面311，粗糙面311具有至少一凹结构311a及/或凸结构311b。其中，在步骤S14中，藉由处理抗反射层31的表面以形成凹结构311a及/或凸结构311b，且用以处理抗反射层31表面的方法可为物理性方法、化学性方法或两者同时并用，以实际的手段为例，处理抗反射层31表面的方法可为研磨或蚀刻方式，其中，蚀刻方式更为干式蚀刻及/或湿式蚀刻，较佳的表面处理方式为电浆蚀刻。

如图2及图3E所示，步骤S15为形成一色转换层33于抗反射层31上，更详细地来说，色转换层33均匀地设置在粗糙面311上，且色转换层33内混有多个色转换材料331及多个复合粒子333。以本实施例为例，多个复合粒子333及多个色转换材料331更均匀地混在色转换层33中，且复合粒子333为纳米级微粒，其粒径大小为100~1000纳米，当然，可依实际需要，色转换材料331亦可选自纳米级材料。

值得注意的是，如上所述之制造方法，其中提供此些复合粒子333的步骤更包含以下子步骤：提供多个微粒333b(例如：金属粒子)；以及氧化此些微粒333b，换言之，于微粒333b形成一绝缘层333a(例如：氧化金属层)，或是以其他任何一种绝缘材料直接覆盖微粒333b以形成，即绝缘化此些微粒333b使其形成具有良好绝缘特性的微粒子，如图1C所示。其中，形成上述绝缘层333a的方法选自于氧化、钝化、覆盖其他绝缘材料及其组合。

如上所述，绝缘化此些微粒333b的目的是为了避免复合粒子333的使用会影响到光伏打电池的电性表现，且经由微粒333b之表面电浆子或是绝缘层之电子电洞对与色转换材料331之交互作用，可以增加色转换材料331之光转换效率。

另，请再同时参照图4、图5A至图5E所示，其中，图4为对应于图1B所示之光伏打电池的制造方法，而图5A至图5E所示的结构则是分别对应于图4中的步骤S21、步骤S22、步骤S23、步骤S24及步骤S25。

首先，如图4及图5A所示，步骤S21为提供一基板1，如图5A所示。

如图4及图5B所示，步骤S22为形成多个光伏打转换单元2于基板1上。以本实施例为例，光伏打转换单元2是由一P型半导体层23及一N型半导体层21所构成，如图5B所示。

如图4及图5C所示，步骤S23为形成一色转换层33于光伏打转换单元2上。色转换层33包含多个色转换材料331及多个复合粒子333，其结构如图5C所示。以本实施例为例，多个复合粒子333及多个色转换材料331更均匀地混在色转换层33中，且复合粒子333为纳米级微粒，其粒径大小为100~1000纳米。另，色转换材料331可依实际需要以选取纳米级材料。

由于绝缘化此些复合粒子333的方法以详述于上，故于此不再赘述。

如图4及图5D所示，步骤S24为形成一抗反射层31于色转换层33上，如图5D所示。

如图4及图5E所示，步骤S25为对抗反射层31进行表面处理以形成一粗糙面311，粗糙面311具有至少一凹结构311a及/或凸结构311b。其中，在步骤S25中，藉由处理抗反射层31的表面以形成凹结构311a及/或凸结构311b，且用以处理抗反射层31表面的方法可为物理性方法、化学性方法或两者同时并用，举例来说，处理抗反射层31表面的方法可为研磨或蚀刻方式，其中，蚀刻方式更为干式蚀刻及/或湿式蚀刻，较佳的表面处理方式为电浆蚀刻。

承上所述可知，因本发明所揭露的光伏打电池内设置有色转换层33，故，当光线进入至光伏打电池后，除了波长落在800纳米附近的光线可直接被光伏打转换单元2利用并进行光电转换外，对于具有较短波长的光线(波长范围介于200～500纳米)来说，则会先藉由位在色转换层33的色转换材料331进行吸收并使其自波长200～500纳米变化为波长较长之可见光或是红外光，同时藉由与其相邻的复合粒子333之金属微粒(例如上述的微粒333b)表面电浆子之交互作用，得以使得色转换材料331之转换效率增加，藉以使进入至光伏打转换单元2的大部分光线均落于可用波长的区段，进而提高光伏打电池对于整体入射光的利用率。故，来自外界射入的光线均可藉由与色转换材料331和复合粒子333之交互作用，使波长较短之入射光转换成高强度可见光或是红外光，俾使光伏打电池的光电转换效能提升。

综上所述，因依据本发明之光伏打电池及其制造方法，其藉由色转换层的设置，使得在光线进入光伏打转换单元前，可于色转换层中调整波长范围以利光伏打电池的光电转换效率提升，并藉由抗反射层的设置以降低光伏打电池对光线的反射，进而使进入光伏打电池的光线量增加。另，藉由色转换层中的纳米级复合粒子可提供表面电浆子与色转换材料之交互作用，进而提升色转换材料之转换效率，故可提升光伏打电池对于光线的利用率。再，因为复合粒子具有绝缘特性，故色转换层仍维持绝缘的特性，而不影响光伏打电池的电性表现。

以上所述仅为举例性，而非为限制性者。任何未脱离本发明之精神与范畴，而对其进行之等效修改或变更，均应包含于后附之申请专利范围中。

【附图说明】

图1A为依据本发明较佳实施例之一种光伏打电池的结构示意图；

图1B为依据本发明较佳实施例之另一种光伏打电池的结构示意图；

图1C为本发明较佳实施例之一种复合粒子的结构示意图；

图2为图1A所示之光伏打电池的制造方法的流程图；

图3A至图3E为对应图2之光伏打电池制造方法的结构示意图；

图4为图1B所示之光伏打电池的制造方法的流程图；以及

图5A至图5E为对应图4之光伏打电池制造方法的结构示意图。

【主要元件符号说明】

1：基板

2：光伏打转换单元

21：N型半导体层

23：P型半导体层

31：抗反射层

311：粗糙面

311a：凹结构

311b：凸结构

33：色转换层

331：色转换材料

333：复合粒子

333a：绝缘层

333b：微粒

S11～S15、S21～S25：制作流程

Claims (15)

1.一种光伏打电池，其特征是，包含：

一基板；

多个光伏打转换单元，设置于该基板上；

一抗反射层，设置于该些光伏打转换单元上；以及

一色转换层，设置于该抗反射层上，该色转换层包含多个色转换材料及多个复合粒子，其中该复合粒子由一绝缘层包一微粒所构成，该微粒为金属或绝缘材料。

2.根据权利要求1所述的光伏打电池，其特征是，所述复合粒子为纳米级微粒。

3.根据权利要求1所述的光伏打电池，其特征是，所述复合粒子粒径大小为100～1000纳米。

4.根据权利要求1所述的光伏打电池，其特征是，所述基板的材料可为玻璃、塑胶、半导体、绝缘体、可挠性或不锈钢基板之一。

5.根据权利要求1所述的光伏打电池，其特征是，所述光伏打转换单元的材料可选自于P型半导体材料、N型半导体材料及其组合所构成的群组。

6.根据权利要求1所述的光伏打电池，其特征是，所述抗反射层的材料选自氮化硅、氧化硅、氮氧化硅及其组合所构成的群组。

7.根据权利要求1所述的光伏打电池，其特征是，所述色转换材料选自荧光粉体、有机荧光色素、高分子荧光材料、无机荧光材料、量子点荧光材料、混成荧光材料、磷光粉体、染料及其组合所构成的群组。

8.根据权利要求1所述的光伏打电池，其特征是，所述光伏打转换单元的材料为多晶硅、单晶硅、非晶硅及其组合。

9.一种光伏打电池的制造方法，其特征是，包含以下步骤：

提供一基板；

形成多个光伏打转换单元于该基板上；

形成一抗反射层于该些光伏打转换单元上；以及

形成一色转换层于该抗反射层上，且该色转换层内混有多个色转换材料及多个复合粒子，其中该复合粒子由一绝缘层包一微粒所构成，该微粒为金属或绝缘材料。

10.根据权利要求9所述的制造方法，其特征是，所述抗反射层及/或该色转换层藉由涂布、浸泡、沉积、喷洒、真空蒸镀、网版印刷、平版印刷、溅镀、点注、浇注或贴合方式形成。

11.根据权利要求9所述的制造方法，其特征是，所述提供该复合粒子的步骤更包含以下子步骤：

氧化该些微粒以分别于各微粒的表面形成所述绝缘层。

12.根据权利要求9所述的制造方法，其特征是，所述提供该些复合粒子的步骤更包含以下子步骤：

藉由所述绝缘材料直接覆盖各微粒。

13.根据权利要求9所述的制造方法，其特征是，所述形成该抗反射层的步骤包含以下子步骤：

对该抗反射层进行表面处理而形成一粗糙面。

14.根据权利要求13所述的制造方法，其特征是，所述表面处理方式为物理性及/或化学性。

15.根据权利要求13所述的制造方法，其特征是，所述表面处理方式为干式蚀刻及/或湿式蚀刻。

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