CN102097514B

CN102097514B - 太阳能电池

Info

Publication number: CN102097514B
Application number: CN2010105357695A
Authority: CN
Inventors: 胡雁程; 陈芃; 陈宗保; 梁硕玮; 吴振诚; 陈建任
Original assignee: AU Optronics Corp
Current assignee: AU Optronics Corp
Priority date: 2010-11-04
Filing date: 2010-11-04
Publication date: 2013-01-30
Anticipated expiration: 2030-11-04
Also published as: CN102097514A

Abstract

本发明公开一种太阳能电池，其包括半导体基材、掺杂层、抗反射层、电极、钝化堆栈层以及接触层。半导体基材具有前表面以及后表面。掺杂层位于半导体基材的前表面上。抗反射层位于掺杂层上。电极位于抗反射层上且与掺杂层电性连接。钝化堆栈层位于半导体基材的后表面上，且钝化堆栈层包括第一介电层、第二介电层以及夹于第一介电层与第二介电层之间的中间介电层。特别是，中间介电层的介电常数约低于第一介电层的介电常数以及第二介电层的介电常数。接触层覆盖钝化堆栈层且与半导体基材的后表面电性接触。本发明的太阳能电池由于中间介电层的介电常数够低，因此可以提升光线在太阳能电池内的反射效率，进而提高太阳能电池的效能。

Description

太阳能电池

技术领域

本发明涉及一种太阳能电池，且尤其涉及一种太阳能电池于内部具有较佳反射效率。

背景技术

硅基太阳能电池为业界常见的一种太阳能电池。硅基太阳能电池的原理是将高纯度的半导体材料(硅)加入掺质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接面。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。通过电极的设置使空穴往电场的方向移动并使电子则往相反的方向移动，如此即可构成太阳能电池。一般来说，要对太阳能电池进行改良，首先是从提升其光电转换效率着手。

然而现有太阳能电池中，倘若半导体材料的厚度越薄，则对于光线的反射效率就越低，意即光线通过半导体材料的通过率偏高，则会使得在太阳能电池内的光线再利率，即在太阳能电池内的光线反射率偏低，就会损失光线的吸收率。因而，导致太阳能电池的光电转换率偏低。

发明内容

本发明提供一种太阳能电池，其对于光线(例如：红外光光线)具有较佳反射效率。

本发明提出一种太阳能电池，其包括半导体基材、掺杂层、抗反射层、电极、钝化堆栈层以及接触层。半导体基材具有前表面以及后表面。掺杂层位于半导体基材的前表面上。抗反射层位于掺杂层上。电极位于抗反射层上且与掺杂层电性连接。钝化堆栈层位于半导体基材的后表面上，且钝化堆栈层包括第一介电层、第二介电层以及夹于第一介电层与第二介电层之间的中间介电层。特别是，中间介电层的介电常数实质上低于第一介电层的介电常数以及第二介电层的介电常数。接触层覆盖钝化堆栈层且与半导体基材的后表面电性接触。

其中，该中间介电层的介电常数约大于或等于1并且小于氧化硅的介电常数。

其中，该中间介电层包括碳氧化硅、多孔性碳氧化硅、氮碳化硅、多孔性氮碳化硅、含氟聚合物、多孔性含氟聚合物、含氟氧化硅、多孔性含氟氧化硅、多孔硅石膜、黑钻石、多孔性黑钻石、含甲基硅倍半氧烷、多孔性甲基硅倍半氧烷、氢硅酸盐类、多孔性氢硅酸盐类、或上述的组合。

其中，该中间介电层的厚度约介于5纳米至500纳米，该第一介电层的厚度约介于5纳米至100纳米，且该第二介电层的厚度约介于5纳米至100纳米。

其中，该第一介电层与该第二介电层分别包括氧化硅、氮化硅或是氮氧化硅。

其中，该第一介电层包括氧化硅且该第二介电层包括氮化硅。

其中，该第一介电层包括氧化硅且该第二介电层包括氧化硅。

其中，该第一介电层包括氮化硅且该第二介电层包括氮化硅。

其中，该半导体基材包括一掺杂半导体材料。

其中，该接触层包括金属。

基于上述，本发明的太阳能电池的钝化堆栈层包括第一介电层、中间介电层以及第二介电层，其中中间介电层的介电常数实质上低于第一介电层的介电常数以及第二介电层的介电常数。由于中间介电层的介电常数够低，因此可以提升光线(例如红外光光线)在太阳能电池内的反射效率，进而提高太阳能电池的效能。

以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。

附图说明

图1是根据本发明一实施例的太阳能电池的剖面示意图。

图2显示出五种太阳能电池结构的反射率与波长的曲线图。

其中，附图标记：

102：半导体基底

102a，102b：表面

104：掺杂层

106：抗反射层

107：电极

108：钝化堆栈层

108a：第一介电层

108b：中间介电层

108c：第二介电层

110：接触层

A～E：曲线

具体实施方式

图1是根据本发明一实施例的太阳能电池的剖面示意图。请参照图1，本实施例的太阳能电池包括半导体基材102、掺杂层104、抗反射层106、电极107、钝化堆栈层108以及接触层110。

半导体基材102具有前表面102a以及后表面102b。在本实施例中，半导体基材102例如是掺杂有P型掺质的半导体材料。所述P型掺质可以是选自元素周期表中三族元素的群组，例如是硼(B)、铝(Al)、镓(Ga)、铟(In)等等。另外，半导体基材102的材料可为硅、硫化镉(CdS)、铜铟镓二硒(CuInGaSe₂，CIGS)、铜铟二硒(CuInSe₂，CIS)、碲化镉(CdTe)、半导体有机材料(organic material)或上述材料堆栈的多层结构。上述的硅包括单晶硅(single crystal silicon)、多晶硅(polycrystal silicon)、非晶硅(amorphous silicon)或是微晶硅(microcrystal silicon)。

掺杂层104是位于半导体基材102的前表面102a上。在本实施例中，掺杂层104例如是掺杂有N型掺质的半导体材料。所述N型掺质可以是选自元素周期表中的第五族元素，例如磷(P)、砷(As)或是锑(Sb)等等。类似地，掺杂层104的材料可为硅、硫化镉、铜铟镓二硒、铜铟二硒、碲化镉、半导体有机材料或上述材料堆栈的多层结构。上述的硅包括单晶硅、多晶硅、非晶硅或是微晶硅。

抗反射层106是位于掺杂层104上。抗反射层106可为单层或多层结构，且其材质例如是氮氧化硅、氮化硅或是其它的抗反射材料、或上述的组合。

电极107位于抗反射层106上并且与掺杂层104电性连接。更详细而言，电极107是贯穿抗反射层106而与掺杂层104电性连接。电极107可为单层或多层结构，且其材料可包括金属材料(如铝、金、银、铜、钼、钛、钽等)或透明导电氧化物(transparent conductive oxide，TCO)。所述透明导电氧化物例如是氧化铝锌(AZO)、铟锌氧化物(IZO)、铟锡氧化物(ITO)、氧化锌(ZnO)、二氧化锡(SnO₂)、氧化铟(In₂O₃)或是其它透明导电材质。

钝化堆栈层108是位于半导体基材102的后表面102b上，且钝化堆栈层108包括第一介电层108a、第二介电层108c以及夹于第一介电层108a与第二介电层108c之间的中间介电层108b。特别是，中间介电层108c的介电常数实质上低于第一介电层108a的介电常数，且中间介电层108c的介电常数实质上低于第二介电层的介电常数。

根据本实施例，第一介电层108a以及第二介电层108c可为氧化硅、氮化硅或是氮氧化硅、或是其它合适的材料为范例，但不以此为限。本发明是以第一介电层108a以及第二介电层108c实质上都为同一材料为范例。然而，于其它实施例中，第一介电层108a以及第二介电层108c可为不同的材料。再者，第一介电层108a以及第二介电层108c其中一者可为单层或多层结构。而中间介电层108b的介电常数约大于或等于1并且小于氧化硅的介电常数。基于上述，中间介电层108b可为单层或多层结构，且其材料包括碳氧化硅(SiCO)、多孔性碳氧化硅(SiCO)、氮碳化硅(SiCN)、多孔性氮碳化硅(SiCN)、含氟聚合物、多孔性含氟聚合物、含氟氧化硅、多孔性含氟氧化硅、多孔硅石膜、黑钻石(blackDiamond)、多孔性黑钻石(black Diamond)、含甲基硅倍半氧烷(Methylsilsesquioxane，MSQ)、多孔性甲基硅倍半氧烷(Methylsilsesquioxane，MSQ)、氢硅酸盐类(Hydrogen Silsesquioxane，HSQ)、多孔性氢硅酸盐类(Hydrogen Silsesquioxane，HSQ)、或其它合适的材料、或上述的组合。

举例而言，第一介电层108a、中间介电层108b以及第二介电层108c的组合可为氧化硅-低介电常数介电层-氮化硅；氮化硅-低介电常数介电层-氧化硅；氧化硅-低介电常数介电层-氧化硅；或是氮化硅-低介电常数介电层-氮化硅。较佳的是，第一介电层108a、中间介电层108b以及第二介电层108c的组合为氧化硅-低介电常数介电层-氮化硅，但是不以此为限。

另外，在上述钝化堆栈层108中，中间介电层108c的厚度约介于5纳米(nm)至500纳米(nm)，第一介电层108a的厚度介于5纳米(nm)至100纳米(nm)，且第二介电层108b的厚度介于5纳米(nm)至100纳米(nm)。换言之，中间介电层108c的厚度实质上大于第一介电层108a的厚度，且中间介电层108c的厚度实质上大于第二介电层108c的厚度。

接触层110是覆盖钝化堆栈层108且与半导体基材102的后表面102b电性接触。更详细来说，接触层110穿过钝化堆栈层108而与半导体基材102的后表面102b电性接触。接触层110可为单层或多层结构，且其材料包括金属材料，较佳的是选用具有高导电性且高反射性的金属材料，例如是如铝或是其它金属。当然，若不考虑接触电阻问题，接触层110可采用电极107所述的材料。

在上述的实施例中，设置在半导体基材102的背表面102b的钝化堆栈层108是由第一介电层108a、第二介电层108c以及夹于第一介电层108a与第二介电层108c之间的中间介电层108b构成。而且，中间介电层108c的介电常数实质上低于第一介电层108a的介电常数，且中间介电层108c的介电常数实质上低于第二介电层的介电常数。由于中间介电层108b的介电常数够低，因此，当光线自半导体基材102的前表面102a射入而进入钝化堆栈层108时，光线可于钝化堆栈层108具有较佳的反射效率。特别是，对于红外光光线来说，红外光光线在钝化堆栈层108具有较佳的反射效率。

以下将以五种不同的钝化层结构来比较其反射效率。图2显示出五种太阳能电池结构的反射率与波长的曲线图。请参照图2，曲线A至E代表五种太阳能电池结构的反射率与波长的关系。在曲线A～E所代表的太阳能电池中，其半导体基材(掺杂P型离子的结晶硅)、掺杂层(掺杂N型离子的结晶硅)、抗反射层(氮化硅)、电极以及接触层(铝)的材质都相同，唯有钝化层的组成不相同。

在曲线A所代表的太阳能电池中，钝化层是由氧化硅(厚度约15nm)-低介电常数材料(厚度约100nm)-氧化硅(厚度约15nm)堆栈层所构成为范例，其中低介电常数材料的介电常数约为3为范例。而且，低介电常数材料的介电常数实质上都低于氧化硅的介电常数或氮化硅的介电常数。

在曲线B所代表的太阳能电池中，钝化层是由氧化硅(厚度约15nm)-氮化硅(厚度约100nm)堆栈层所构成。

在曲线C所代表的太阳能电池中，钝化层是由氧化硅(厚度约15nm)-氮化硅(厚度约100nm)-氧化硅(厚度约15nm)堆栈层所构成。

在曲线D所代表的太阳能电池中，钝化层是由氧化硅(厚度约15nm)所构成。

在曲线E所代表的太阳能电池中，则无设置钝化层。

由图2的图表可知，A曲线所代表的太阳能电池具有较佳的反射效率。特别是，对于波长约为800～100nm之间的红外线光线具有较佳的反射效率。换言之，钝化层是由堆栈结构所构成且堆栈结构中的中间介电层层是具有低介电常数介电材料，此种钝化层的结构具有较佳的反射效率。

综上所述，本发明的太阳能电池的钝化堆栈层包括第一介电层、中间介电层以及第二介电层，其中中间介电层的介电常数实质上低于第一介电层的介电常数以及第二介电层的介电常数。由于中间介电层的介电常数够低，因此可以提升光线在太阳能电池内的反射效率，特别的是红外光光线在太阳能电池内的反射效率，进而提高太阳能电池的效能。也就是说，光线(例如红外光光线)通过抗反射层106、掺杂层104、半导体基底102后，被钝化堆栈层108反射的反射率较高。

再者，本发明钝化堆栈层更可以与硅表面或缺陷处(如差排、晶界、点缺陷)的悬浮键(dangling bond)形成键结，有效降低电子空穴对在硅表面及缺陷处的再结合率(recombination rate)，进而提升少数载子存活期(lifetime)，而达到提升太阳电池效率的目的。

当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明权利要求的保护范围。

Claims

1.一种太阳能电池，其特征在于，包括：

一半导体基材，其具有一前表面以及一后表面；

一掺杂层，位于该半导体基材的该前表面上；

一抗反射层，位于该掺杂层上；

一电极，位于该抗反射层上且与该掺杂层电性连接；

一钝化堆栈层，位于该半导体基材的该后表面上，该钝化堆栈层包括：

一接触该半导体基材后表面的第一介电层；

一第二介电层；以及

一中间介电层，夹于该第一介电层与该第二介电层之间，其中该中间介电层的介电常数低于该第一介电层的介电常数以及该第二介电层的介电常数，且该中间介电层的厚度大于该第一介电层的厚度，且该中间介电层的厚度大于该第二介电层的厚度；以及

一接触层，覆盖该钝化堆栈层且与该半导体基材的该后表面电性接触。

2.根据权利要求1的所述的太阳能电池，其特征在于，该中间介电层的介电常数大于或等于1并且小于氧化硅的介电常数。

3.根据权利要求2的所述的太阳能电池，其特征在于，该中间介电层包括碳氧化硅、氮碳化硅、含氟聚合物、含氟氧化硅、多孔硅石膜、黑钻石、含甲基硅倍半氧烷、氢硅酸盐类、或上述的组合。

4.根据权利要求2所述的太阳能电池，其特征在于，该中间介电层包括多孔性碳氧化硅、多孔性氮碳化硅、多孔性含氟聚合物、多孔性含氟氧化硅、多孔性黑钻石、多孔性甲基硅倍半氧烷、多孔性氢硅酸盐类或上述的组合。

5.根据权利要求1的所述的太阳能电池，其特征在于，该中间介电层的厚度介于5纳米至500纳米，该第一介电层的厚度介于5纳米至100纳米，且该第二介电层的厚度介于5纳米至100纳米。

6.根据权利要求1的所述的太阳能电池，其特征在于，该第一介电层与该第二介电层为氧化硅、氮化硅或是氮氧化硅。

7.根据权利要求6的所述的太阳能电池，其特征在于，该第一介电层包括氧化硅且该第二介电层包括氮化硅。

8.根据权利要求6的所述的太阳能电池，其特征在于，该第一介电层包括氧化硅且该第二介电层包括氧化硅。

9.根据权利要求6的所述的太阳能电池，其特征在于，该第一介电层包括氮化硅且该第二介电层包括氮化硅。

10.根据权利要求1的所述的太阳能电池，其特征在于，该半导体基材包括一掺杂半导体材料。

11.根据权利要求1的所述的太阳能电池，其特征在于，该接触层包括金属。