CN101728447A - 太阳能装置及其制造方法 - Google Patents

Abstract

一种太阳能装置包含一基板、多个光电转换元件、一抗反射层、一色转换层以及多个复合粒子。光电转换元件设置于基板上；抗反射层设置于光电转换元件上；色转换层设置于抗反射层上；多个复合粒子设置于抗反射层与色转换层之间。一种太阳能装置的制造方法亦一并揭露。

Description

太阳能装置及其制造方法

【技术领域】

本发明关于一种太阳能装置，特别关于一种具有复合粒子的太阳能装置及其制造方法。

【背景技术】

太阳能基板中的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)的光线较具敏感性，即，太阳能基板对部分波长光(例如：短波长光)的光电转换率较差，甚至无法利用，而此亦为目前太阳能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，一般熟知的方法多藉由增加一抗反射层(anti-reflection layer)于太阳能基板的表面上，以降低太阳能基板对光线的反射，进而提升光线进入太阳能基板的量，不过此一作法仅能使得进入至太阳能基板的光线量增加，却无法确实提升太阳能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，邻设于太阳能基板或设置于太阳能基板上方，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，造成太阳能基板对光线的利用率仍然不佳。

因此，如何提供一种太阳能装置及其制造方法，能提升光电转换的效率，以提升太阳能基板对光线的利用，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太阳能装置及其制造方法，能提升太阳能装置的效率，以提升太阳能基板对光线的利用率。

为达上述目的，依据本发明之一种太阳能装置包含一基板、多个光电转换元件、一抗反射层、一色转换层以及多个个复合粒子。光电转换元件设置于基板上；抗反射层设置于光电转换元件上；色转换层设置于抗反射层上；多个复合粒子设置于抗反射层与色转换层之间。

为达上述目的，依据本发明之一种太阳能装置的制造方法包含以下步骤：提供一基板；形成多个光电转换元件于基板上；形成一抗反射层于光电转换元件上；对抗反射层的表面进行表面处理而形成一粗糙面；提供多个复合粒子于粗糙面；以及形成一色转换层于抗反射层上。

承上所述，因依据本发明之太阳能装置及其制造方法，其藉由抗反射层、复合粒子与色转换层的设置，使得在光线进入光电转换元件前，可于抗反射层、复合粒子与色转换层之间调整波长范围以利光电转换效率的提升，其中，复合粒子可微小化至纳米级的尺寸，故，无论是反射自光电转换元件及/或抗反射层的反射光线或是来自外界射入的光线，均可藉由复合粒子以重复地折射，并进入至色转换层中以连续地进行波长范围的调整，俾使太阳能装置的光电转换效能提升，同时如果复合粒子内部包含有金属微粒，亦可利用金属颗粒之表面电浆子具有产生巨大局部电场之特性，而增加反射层之效率；另外，因为复合粒子的材料为绝缘材料，故抗反射层与色转换层仍维持绝缘的特性，而不影响太阳能装置的电学特性。与习知技术相较，本发明之太阳能装置及其制造方法能藉由抗反射层、复合粒子与色转换层的设置，以提升太阳能装置对光线的利用率，并有效地提升太阳能装置的光电转换率。

【实施方式】

以下将参照相关图式，说明依据本发明较佳实施例之一种太阳能装置及其制造方法，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太阳能装置的结构示意图。太阳能装置包含一基板1、多个光电转换元件2、一抗反射层3、一色转换层5以及多个复合粒子4。光电转换元件2设置于基板1上；抗反射层3设置于光电转换元件2上；色转换层5设置于抗反射层3上；多个复合粒子4设置于抗反射层3与色转换层5之间。

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。

光电转换元件2的材料可为单晶硅(mono-Si)、多晶硅(poly-Si)、非晶硅(amorphous-Si)的半导体材料或为其他可用于作光电转换的材料，更详细来说，光电转换元件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所示的实施例可知，光电转换元件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3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3具有一表面31，此表面31进行表面处理以形成一粗糙面311，使基板1能够具有更好的抗反射效果，使进入光电转换元件2的光线增加，并提升太阳能装置对光线的利用率。其中，以本实施例为例，此粗糙面311具有至少一凹结构311a及/或凸结构311b，但不以此为限。

另外，用以表面处理抗反射层3的表面31的方式可为物理性及/或化学性的表面处理，例如但不限于研磨或蚀刻，其中，蚀刻方式更为干式蚀刻及/或湿式蚀刻方式以实现。

复合粒子4选自绝缘材料、复合材料及其组合，例如氧化金属或钝化金属，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，当然，以本实施例为例，此些复合粒子4设置于粗糙面311，如图1A所示，其更均匀设置于上述的凹结构311a及/或凸结构311b上为例说明。

值得注意的是，复合粒子4的结构可如图1B所示，其为本发明较佳实施例之另一种复合粒子的结构示意图。复合粒子4由一绝缘层42包覆一微粒41所构成，举例来说，绝缘化此些微粒41的方式可藉由氧化微粒41(例如：金属粒子)的表面以形成绝缘层42(例如：氧化金属层)，其中，微粒41可藉由控制氧化反应的程度以形成具有良好绝缘特性的复合粒子4。同时经由控制绝缘层42之厚度，可以调控微粒41中表面电浆子与色转换材料之交互作用，使得色转换材料之转换效率达到最佳化。

此外，微粒41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，且复合粒子4可以为纳米级微粒，其粒径大小为100～1000纳米。

如上所述，绝缘化此些微粒41的目的是为了避免外包绝缘层42之复合粒子4的使用会影响到太阳能电池的电性表现，并且经由微粒41之表面电浆子或是绝缘层之电子-电洞对与色转换材料之交互作用，可以增加色转换材料之光转换效率。

色转换层5的材料选自萤光粉体、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，如上所述的色转换层5材料更选自纳米级材料，以便减少光线散射之损失，并利用调配的方式或藉由双层至多层混搭设计，而得到不同波段范围的调整，使色转换层5具有更多元的变化态样。

而就应用层面来说，上述的太阳能装置可应用作为太阳能电池(solar cell)。

上述为本发明所揭露的一种太阳能装置的结构，以下则提出一种用以制作出上述太阳能装置的制造方法，如图2所示，其包含步骤S1至步骤S6。同时，为结合每一步骤与其所对应的结构，则请一并参照图3A至图3F所示，其中，图3A所示的结构对应至图2中的步骤S1、图3B所示的结构对应至图2中的步骤S2、图3C所示的结构对应至图2中的步骤S3、图3D所示的结构对应至图2中的步骤S4、图3E所示的结构对应至图2中的步骤S5且图3F所示的结构对应至图2中的步骤S6，藉以详尽地说明太阳能装置的制造方法。

首先，如图2及图3A所示，步骤S1为提供一基板1，如图2A所示。

如图2及图3B所示，步骤S2为形成多个光电转换元件2于基板上。于此，光电转换元件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S3为形成一抗反射层3于光电转换元件2上，抗反射层3具有一表面31，其结构如图3C所示。

如图2及图3D所示，步骤S4为对抗反射层3的表面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S4中，形成此等凹结构311a及/或此等凸结构311b的表面处理可藉由物理性方法、化学性方法或两者并用，以处理抗反射层3的表面31而形成凹结构311a及/或凸结构311b，举例来说，可利用研磨或蚀刻方式以实现，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S5为提供多个复合粒子4于粗糙面311，以本实施例为例，多个复合粒子4更均匀地分散在抗反射层3的粗糙面311的凹结构311a及/或凸结构311b，且复合粒子4为纳米级微粒，其粒径大小为100～1000纳米。其中，在步骤S5中提供复合粒子4于抗反射层3的粗糙面311的方式可藉由化学气相沉积(CVD)、物理气相沈积(PVD)、电浆增强型化学式气相沈积(PECVD)、蒸镀及其组合以实现。

如图2及图3F所示，步骤S6为形成一色转换层5于抗反射层3上。

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4的步骤更包含以下子步骤：形成多个微粒41于粗糙面311；以及氧化并形成绝缘层于此些微粒41的表面。上述绝缘化的步骤执行于步骤S5之后，换言之，先提供微粒41于抗反射层3的粗糙面311之后，再于微粒41外部形成一绝缘层42，即绝缘化此些微粒41使其形成复合粒子4，如图1B所示。其中，绝缘化上述复合粒子4的方法选自于氧化、钝化及其组合。

另，如上所述之制造方法，其中提供此些复合粒子4的步骤更包含以下子步骤：提供多个微粒41；氧化此些微粒41以形成绝缘层42或是以其他任何一种绝缘材料直接覆盖微粒41以形成；以及提供表面包覆绝缘层42的此些微粒41于粗糙面311。更详细来说，上述绝缘化的步骤执行于步骤S5之前，也就是在提供复合粒子4于抗反射层3的粗糙面311之前，先行将微粒41进行绝缘化的处理，如此可形成一绝缘层42(例如氧化金属层)，如图1B所示，使其成为复合粒子4。如上所述，绝缘化此些微粒41的步骤，此一处理是为了避免复合粒子4的形成会影响到太阳能装置的电性表现。

如此一来，本发明所揭露的太阳能装置，因其具有复合粒子4的设置，故，当光线进入至太阳能装置后，波长在800纳米附近的光线可直接进入至光电转换元件2以进行光电转换，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5的色转换材料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4内部包含之金属微粒(例如上述的微粒41)的表面电浆子之交互作用，得以使得色转换材料之转换效率增加，藉以使进入至光电转换元件2的大部分光线均落于可用波长的区段，进而提高太阳能装置对于整体入射光的利用率。同时如果复合粒子4内部包含有金属微粒(例如上述的微粒41)，则藉由表面电浆子所产生之强大局部电场，亦可增加色转换层5之转换效率。

综上所述，因依据本发明之太阳能装置及其制造方法，其藉由抗反射层、复合粒子与色转换层的设置，使得在光线进入光电转换元件前，可于抗反射层、复合粒子与色转换层以重复地调整波长范围进而使太阳能装置的光电转换率提升；另外，因为复合粒子具有绝缘特性，故抗反射层、色转换层与太阳能装置之间仍维持绝缘的特性，而不影响太阳能装置的电性表现。与习知技术相较，本发明之太阳能装置及其制造方法能藉由掺混在抗反射层与色转换层之间的复合粒子，能提升太阳能装置对光线的利用率，以有效地提升光电转换效率。

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为一示意图，显示依据本发明较佳实施例之一种太阳能装置的结构示意图；

图1B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所示之太阳能装置的制造方法的流程图；以及

图3A至图3F为图2之太阳能装置制造方法的流程步骤示意图。

【主要元件符号说明】

1：基板

2：光电转换元件

21：N型半导体层

23：P型半导体层

3：抗反射层

31：表面

311：粗糙面

311a：凹结构

311b：凸结构

4：复合粒子

41：微粒

42：绝缘层

5：色转换层

S1、S2、S3、S4、S5、S6：制作流程

Claims (13)

1.一种太阳能装置，包含：

一基板；

多个光电转换元件，设置于该基板上；

一抗反射层，设置于该些光电转换元件上；

一色转换层，设置于该抗反射层上；以及

多个复合粒子，设置于该抗反射层与该色转换层之间。

2.如权利要求1所述之太阳能装置，其中该复合粒子为纳米级微粒。

3.如权利要求1所述之太阳能装置，其中该复合粒子粒径大小为100～1000纳米。

4.如权利要求1所述之太阳能装置，其中该复合粒子由一绝缘层包一微粒所构成。

5.如权利要求4所述之太阳能装置，其中该微粒为金属或绝缘材料。

6.如权利要求4所述之太阳能装置，其中该绝缘层藉由氧化该微粒或是直接覆盖该微粒以形成。

7.如权利要求1所述之太阳能装置，其中该基板的材料为玻璃、塑胶、半导体、绝缘体、可挠性或不锈钢基板之一。

8.如权利要求1所述之太阳能装置，其中该抗反射层的表面经由表面处理方式形成一粗糙面，该些复合粒子设置于该粗糙面上。

9.一种太阳能装置的制造方法，包含以下步骤：

提供一基板；

形成多个光电转换元件于该基板上；

形成一抗反射层于该些光电转换元件上；

对该抗反射层的表面进行表面处理而形成一粗糙面；

提供多个复合粒子于该粗糙面；以及

形成一色转换层于该抗反射层上。

10.如权利要求9所述之制造方法，其中提供该些复合粒子的步骤包含以下子步骤：

提供多个微粒于该粗糙面；以及

氧化并分别形成一绝缘层于该些微粒的表面。

11.如权利要求9所述之制造方法，其中提供该些复合粒子的步骤包含以下子步骤：

提供多个微粒；

氧化该些微粒以分别形成一绝缘层直接覆盖该微粒；以及

提供表面包覆该绝缘层的该些微粒于该粗糙面。

12.如权利要求9所述之制造方法，其中提供该些复合粒子的步骤包含以下子步骤：

提供多个微粒；

藉由一绝缘材料直接覆盖该微粒；以及

提供表面包覆该绝缘层的该些微粒于该粗糙面。

13.如权利要求9所述之制造方法，其中提供该些复合粒子于该粗糙面的方式选自化学气相沉积、物理气相沈积、电浆增强型化学式气相沈积、蒸镀及其组合。

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