CN102097540A - 一种堆栈型太阳能薄膜电池及其制作方法 - Google Patents

一种堆栈型太阳能薄膜电池及其制作方法 Download PDF

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Abstract

一种堆栈型太阳能薄膜电池及其方法。本发明的堆栈型太阳能薄膜电池包括至少一非晶硅薄膜电池单元、至少一微晶硅薄膜电池单元，以及一晶种层与一本征半导体接口层设置于非晶硅薄膜电池单元与微晶硅薄膜电池单元之间。本发明的方法包括将一基板加载一反应室内；在反应室内以同位方式(in-situ)于基板上形成至少一非晶硅薄膜电池单元以及至少一微晶硅薄膜电池单元；以及将基板载出反应室。由于本发明利用同位方式制作堆栈型太阳能薄膜电池，可简化堆栈型太阳能薄膜电池的制作步骤，且利用晶种层改善非晶硅薄膜电池单元与微晶硅薄膜电池单元之间的接面，因此可提升堆栈型太阳能薄膜电池的发电效率。

Description

一种堆栈型太阳能薄膜电池及其制作方法
技术领域：
本发明涉及一种制作堆栈型太阳能薄膜电池的方法，尤其涉及一种的制作具高发电效率的堆栈型太阳能薄膜电池的方法。
背景技术：
现今人类使用的能源主要来自于石油资源，但由于地球石油资源有限，因此近年来对于替代能源的需求与日遽增，而在各式替代能源中又以太阳能最具发展潜力。近年来，各种类型的太阳能薄膜电池相继推出，例如非晶硅太阳能薄膜电池与微晶硅太阳薄膜电池。此外，利用堆栈非晶硅材料与微晶硅材料形成的堆栈型太阳能薄膜电池也逐渐成为目前太阳能薄膜电池的研发重点的一。
请参考图1。图1绘示了常规堆栈型太阳能薄膜电池的示意图。如图1所示，常规堆栈型太阳能薄膜电池10包括一透明基板12、一第一透明电极14设置于透明基板12上、一非晶硅薄膜电池单元20设置于第一透明电极14上、一微晶硅薄膜电池单元30设置于非晶硅薄膜电池单元20上、一第二透明电极16设置于微晶硅薄膜电池单元30上，以及一反射电极18设置于第二透明电极16上。非晶硅薄膜电池单元20包括一p型非晶硅层22、一本征非晶硅层24与一n型非晶硅层26。微晶硅薄膜电池单元30包括一p型微晶硅层32、一i型微晶硅层34与一n型微晶硅层36。如图1所示，非晶硅薄膜电池单元20的N型非晶硅层26与微晶硅薄膜电池单元30的P型微晶硅层32接合，然而由于非晶硅具有高度缺陷，因此N型非晶硅层26与P型微晶硅层32形成的二极管具有较高的阻抗而形成不佳的接面。在此状况下，当非晶硅薄膜电池单元20与微晶硅薄膜电池单元30在串联导通后，N型非晶硅层26与P型微晶硅层32会形成接面特性不佳的逆向式接面二极管，使得因照光产生的电子电洞对较不易通过此接面而影响到习知堆栈型太阳能薄膜电池10的发电效率。
发明内容：
本发明的所要解决的技术问题在于克服上述现有技术的不足，提供一种堆栈型太阳能薄膜电池及其制作方法，以提升堆栈型太阳能薄膜电池的发电效率。
为了解决上述技术问题，本发明提供一种制作堆栈型太阳能薄膜电池的方法，包括下列步骤，首先将一基板载入一反应室内，接着在该反应室内，于该基板上以同位方式形成至少一非晶硅薄膜电池单元与至少一微晶硅薄膜电池单元，再将所述基板载出所述反应室。
为了解决上述技术问题，本发明另提供一种堆栈型太阳能薄膜电池，包括一基板、至少一非晶硅薄膜电池单元设置于该基板上、一晶种层设置于该非晶硅薄膜电池单元上、一本征半导体接口层设置于该晶种层上，以及至少一微晶硅薄膜电池单元，设置于该本征半导体接口层上。
由于本发明利用同位方式制作堆栈型太阳能薄膜电池，可简化堆栈型太阳能薄膜电池的制作步骤，且利用晶种层改善非晶硅薄膜电池单元与微晶硅薄膜电池单元之间的接面，因此可提升堆栈型太阳能薄膜电池的发电效率。
附图说明：
图1绘示了习知堆栈型太阳能薄膜电池的示意图。
图2绘示了本发明的制作堆栈型太阳能薄膜电池的方法流程图。
图3至图7绘示了本发明一较佳实施例的制作堆栈型太阳能薄膜电池的方法示意图。
图8为本实施例的堆栈型太阳能薄膜电池的电流密度与电压的关系图。
图9绘示了本发明另一较佳实施例的制作堆栈型太阳能薄膜电池的方法示意图。
图10与图11绘示了本发明另两较佳实施例的制作堆栈型太阳能薄膜电池的方法示意图。
【主要组件符号说明】
10  堆栈型太阳能薄膜电池       12  透明基板
14  第一透明电极               16  第二透明电极
18  反射电极                   20  非晶硅薄膜电池单元
22  p型非晶硅层                24  本征非晶硅层
26  n型非晶硅层                30  微晶硅薄膜电池单元
32  p型微晶硅层                34  i型微晶硅层
36  n型微晶硅层                40  反应室
50  基板                       52  第一透明电极
54  非晶硅薄膜电池单元         56  第一掺杂型式非晶硅层
58  本征非晶硅层               60  第二掺杂型式非晶硅层
62  晶种层                     621  非晶硅晶种层
622  微晶硅晶种层              63  本征半导体接口层
64  微晶硅薄膜电池单元         66  第一掺杂型式微晶硅层
68  本征微晶硅层               70  第二掺杂型式微晶硅层
72  第二透明电极               74  反射电极
具体实施方式：
在说明书及后续的申请专利范围当中使用了某些词汇来指称特定的组件。所属领域中具有通常知识者应可理解，制造商可能会用不同的名词来称呼同样的组件。本说明书及后续的申请专利范围并不以名称的差异来作为区别组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区别的基准。在通篇说明书及后续的请求项当中所提及的「包括」是为一开放式的用语，故应解释成「包括但不限定于」，在此说明。
请参考图2。图2绘示了本发明的一较佳实施例的制作堆栈型太阳能薄膜电池的方法流程图。如图2所示，本实施例制作堆栈型太阳能薄膜电池的方法包括下列步骤：
步骤100：提供一基板，并于基板上形成一第一透明电极，且较佳可将第一透明电极粗糙化(textured)，以降低入射光的反射，由此增加光捕捉的能力；
步骤102：将已成长有第一透明电极的基板载入一反应室内，并在反应室内以同位方式于基板上形成至少一非晶硅薄膜电池单元、至少一微晶硅薄膜电池单元，以及一第二掺杂型式的晶种层位于非晶硅薄膜电池单元与微晶硅薄膜电池单元之间；以及
步骤104：将基板载出反应室，并形成一第二透明电极。
请再参考图3至图7，一并配合参考图2。图3至图7绘示了本发明一较佳实施例的制作堆栈型太阳能薄膜电池的方法示意图。如图3所示，首先提供一基板50。在本实施例中，堆栈型太阳能薄膜电池的光入射面是为基板50的底表面，因此基板50的材质是选用透光材质，例如玻璃基板或其它透光基板。接着，于基板50上形成一第一透明电极52。在本实施例中，第一透明电极52的材质可为例如铝掺杂氧化锌(aluminum-doped zinc oxide)、镓掺杂氧化锌(gallium-doped zinc oxide)、氟掺杂氧化锡(fluorine-doped tin oxide，FTO)等透明导电材质，并利用物理气相沉积或其它方法加以形成，且第一透明电极52厚度是介于5000埃至10000埃，并以8000埃为较佳，但不以此为限。此外，为增加入光量，可使第一透明电极52形成粗糙化表面。
如图4所示，将基板50载入一反应室40。在本实施例中，非晶硅薄膜电池单元与微晶硅薄膜电池单元是以同位方式利用电浆增强化学气相沉积(plasma-enhanced chemical vapor deposition)制程加以制作，因此反应室40是为一电浆增加化学气相沉积机台的反应室，但不以此为限。随后，于第一透明电极52上形成至少一非晶硅薄膜电池单元54，其包含下列步骤：进行电浆增强化学气相沉积制程以依序于第一透明电极52上形成一第一掺杂型式非晶硅层56与一本征非晶硅层58；以及可选择性地再于本征非晶硅层58上形成一第二掺杂型式非晶硅层60。在本实施例中，第一掺杂型式与该第二掺杂型式是为两种相反型式的掺杂，且第一掺杂型式为p型，而第二掺杂型式为n型。第一掺杂型式非晶硅层56可为单一掺杂非晶硅层或由掺杂非晶硅层与非掺杂非晶硅层组成的复合掺杂非晶硅层，且其掺杂可选自IIIA族原子，例如硼，而掺杂浓度约介于10E16至10E21 atoms/cm3之间，但不以此为限。另外，第一掺杂型式非晶硅层56的厚度约介于50埃至500埃，且较佳为200埃，但不以此为限。本征非晶硅层58的厚度约介于2000埃至5000埃，并以3000埃为较佳，但不以此为限。若第二掺杂型式非晶硅层58存在，则其厚度小于500埃，且其掺杂可选自V A族原子，例如磷，而掺杂浓度约介于10E16至10E21atoms/cm3之间，但不以此为限。
如图5所示，接着在同一反应室40内，于非晶硅薄膜电池单元52上形成一晶种层62。在本实施例中，晶种层62是为微晶硅晶种层，并利用电浆增强化学气相沉积制程形成，其厚度约介于30埃至500埃之间，但不以此为限。此外，晶种层62具有第二掺杂型式(亦即n型)，且掺杂浓度约介于10E16至10E21 atoms/cm3之间，但不以此为限。
如图6所示，于晶种层62上形成至少一微晶硅薄膜电池单元64，其包含进行电浆增强化学气相沉积制程以依序于微晶硅晶种层62上形成一第一掺杂型式微晶硅层66、一本征微晶硅层68与一第二掺杂型式微晶硅层70。在本实施例中，第一掺杂型式微晶硅层66可为单一掺杂微晶硅层或由掺杂微晶硅层与非掺杂微晶硅层组成的复合掺杂微晶硅层，且其掺杂可选自III A族原子，例如硼，而掺杂浓度约介于10E16至10E21atoms/cm3之间，但不以此为限。另外，第一掺杂型式微晶硅层66的厚度约介于50埃至500埃，且较佳为200埃，但不以此为限。本征微晶硅层68的厚度约介于1000埃至30000埃，并以20000埃为较佳，但不以此为限。第二掺杂型式微晶硅层70的厚度约介于30埃至500埃之间，且其掺杂可选自V A族原子，例如磷，而掺杂浓度约介于10E16至10E21atoms/cm3之间，但不以此为限。
如图7所示，将基板50载出反应室40。接着依序于第二掺杂型式微晶硅层70上形成一第二透明电极72与一反射电极74，即制作出本实施例的pinpin堆栈型太阳能薄膜电池，其中光线可由基板50的一侧入射(如图中的箭号所示)。在本实施例中，第二透明电极70的材质可为例如铝掺杂氧化锌、镓掺杂氧化锌、氟掺杂氧化锡等透明导电材质，并利用物理气相沉积或其它制程加以形成，且第二透明电极52厚度是介于300埃至2000埃，并以800埃为较佳，但不以此为限。反射电极74可为例加银电极或其它电极，且其厚度约为1800埃，但不以此为限。
在本发明中，晶种层62可作为微晶薄膜电池单元64的第一掺杂型式微晶硅层66的晶种的用，由此第一掺杂型式微晶硅层66可具有较少的缺陷。此外，晶种层62与第一掺杂型式微晶硅层可形成具有低阻抗的二极管接面，因此当电流通过此接面时会减少被阻挡或复合的机率，故可增加发电效率。另外，在本发明的方法中，非晶硅薄膜电池单元54中的第二掺杂型式非晶硅层58与晶种层62是于同一反应室40内以同位方式加以制作、而晶种层62与微晶硅薄膜电池单元64是于同一反应室40内以同位方式加以制作，因此可避免堆栈型太阳能薄膜电池的各膜层因与外界环境接触而产生污染或膜层特性不佳的问题。
请参考图8。图8为本实施例的堆栈型太阳能薄膜电池的电流密度与电压的关是图，其中曲线1代表常规堆栈型太阳能薄膜电池的电流密度与电压的关系，而曲线2代表本实施例的堆栈型太阳能薄膜电池的电流密度与电压的关系。如图8所示，在相同的电压下，本实施例的堆栈型太阳能薄膜电池相较于常规堆栈型太阳能薄膜电池明显地具有较高的电流密度，因此本实施例的堆栈型太阳能薄膜电池具有较佳的发电效率。
请参考图9，并一并参考图3至图7。图9绘示了本发明另一较佳实施例的制作堆栈型太阳能薄膜电池的方法示意图。在本实施例中，与前述实施例相同的组件是采用相同的方式形成，因此为了简化说明并比较两实施例的不同处，在本实施例的叙述中使用与前述实施例相同的符号标注相同的组件，并不再对重复组件与制程步骤作赘述。与前述实施例不同之处在于，堆栈型太阳能薄膜电池的光入射面是为第二透明电极72的一侧(如图中的箭号所示)，而非基板50的一侧，因此基板50可选用不透明基板例如不锈钢基板、塑料基板其它各式可挠曲或不可挠曲的不透明基板，但不以此为限，另外，在本实施例中，第一掺杂型式与该第二掺杂型式是为两种相反型式的掺杂，且第一掺杂型式为n型，而第二掺杂型式为p型。
本实施例的方法包含下列步骤。首先可选择性地于基板50上形成一对光线具高反射率的反射电极74。反射电极74可为银电极、铝电极或其它电极，且其厚度小于3000埃，但不以此为限。接着于反射电极74上形成一第一透明电极52。第一透明电极52的材料与制程与前述实施例类似，而其厚度是介于300埃至10000埃，但不以此为限。随后于第一透明电极52上形成微晶硅薄膜电池单元64，其中微晶硅薄膜电池单元64依序包括第一掺杂型式微晶硅层66、本征微晶硅层68与第二掺杂型式微晶硅层70。第一掺杂型式微晶硅层66、本征微晶硅层68与第二掺杂型式微晶硅层70的制程、材料与厚度等与前述实施例类似。接着，于第二掺杂型式微晶硅层70上再形成晶种层62，其中本实施例的晶种层62是选用微晶硅晶种层，其具有第一掺杂型式(亦即n型)，且晶种层62的制程、材料与厚度等与前述实施例类似。随后，于晶种层62上同位形成非晶硅薄膜电池单元54，其包含下列步骤。选择性地于晶种层62上形成第一掺杂型式非晶硅层56，接着再依序形成本征非晶硅层58与第二掺杂型式非晶硅层60。第一掺杂型式非晶硅层56、本征非晶硅层58与第二掺杂型式非晶硅层60的制程、材料与厚度等与前述实施例类似。最后，于第二掺杂型式非晶硅层60上形成第二透明电极72，其中为增加入光量，可使第二透明电极72粗糙化而形成起伏表面，即制作出本实施例的nipnip堆栈型太阳能薄膜电池。
请再参考图10与图11，并一并参考图3至图7。图10与图11绘示了本发明另两较佳实施例的制作堆栈型太阳能薄膜电池的方法示意图。在本实施例中，与前述实施例相同的组件是采用相同的方式形成，因此为了简化说明并比较两实施例的不同处，在本实施例的叙述中使用与前述实施例相同的符号标注相同的组件，并不再对重复组件与制程步骤作赘述。如图10所示，本实施例的晶种层62是为一复合晶种层，其包括一非晶硅晶种层621与一微晶硅晶种层622，且非晶硅晶种层621与微晶硅晶种层622的形成步骤可加以变更，不以图10所绘示的顺序为限。如图11所示，本实例的方法于形成晶种层62之后与形成微晶硅薄膜电池单元64之前，另包括于晶种层62与微晶硅薄膜电池单元54之间形成一本征半导体接口层63。
在本发明的说明书中，微晶是指具微晶结构且结晶比例大于30％的结晶状态，且”微晶硅”并非仅局限于具微晶结构的硅，而亦可为具微晶结构的硅锗(μc-SiGe)、具微晶结构的碳化硅(μc-SiCx)、具微晶结构的氧化硅(μc-SiOx)或其它具微晶结构的半导体材质(包含μc-Si:H，μc-SiC:H，μc-Si:HX，μc-SiC:HX，μc-SiGe:H，μc-SiO:H，μc-SiGeC:H，μc-SiN:H，μc-SiON:HX，μc-SiOCN:HX...etc)。
综上所述，本发明利用同位方式制作堆栈型太阳能薄膜电池，并利用微晶硅晶种层改善非晶硅薄膜电池单元与微晶硅薄膜电池单元之间的接面，由此可提升堆栈型太阳能薄膜电池的发电效率。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的保护范围。

Claims (24)

1.一种制作堆栈型太阳能薄膜电池的方法，包括：
将一基板载入一反应室内；
在所述反应室内，以同位方式在所述基板上形成：
至少一非晶硅薄膜电池单元；以及
至少一微晶硅薄膜电池单元；以及
将所述基板载出所述反应室。
2.如权利要求1所述的制作堆栈型太阳能薄膜电池的方法，其特征在于：所述非晶硅薄膜电池单元包括一第一掺杂型式非晶硅层、一本征非晶硅层与一第二掺杂型式非晶硅层。
3.如权利要求2所述的制作堆栈型太阳能薄膜电池的方法，其特征在于：所述微晶硅薄膜电池单元包括一第一掺杂型式微晶硅层、一本征微晶硅层与一第二掺杂型式微晶硅层。
4.如权利要求3所述的制作堆栈型太阳能薄膜电池的方法，其特征在于：还包括在所述非晶硅薄膜电池单元与所述微晶硅薄膜电池单元之间形成一晶种层。
5.如权利要求4所述的制作堆栈型太阳能薄膜电池的方法，其特征在于：所述晶种层包括一微晶硅晶种层。
6.如权利要求4所述的制作堆栈型太阳能薄膜电池的方法，其特征在于：所述晶种层是为一复合晶种层，其包括一微晶硅晶种层与一非晶硅晶种层。
7.如权利要求4所述的制作堆栈型太阳能薄膜电池的方法，其特征在于：所述晶种层是在所述非晶硅薄膜电池单元之后形成，且所述微晶硅薄膜电池单元是在所述晶种层之后形成。
8.如权利要求7所述的制作堆栈型太阳能薄膜电池的方法，其特征在于：所述第一掺杂型式与所述第二掺杂型式是为两种相反型式的掺杂，所述第一掺杂型式为p型，且所述第二掺杂型式为n型。
9.如权利要求8所述的制作堆栈型太阳能薄膜电池的方法，其特征在于：所述晶种层具有所述第二掺杂型式。
10.如权利要求7所述的制作堆栈型太阳能薄膜电池的方法，其特征在于：所述基板包括一玻璃基板。
11.如权利要求7所述的制作堆栈型太阳能薄膜电池的方法，其特征在于：还包括在形成所述非晶硅薄膜电池单元之前，先在所述基板上形成一第一透明电极。
12.如权利要求7所述的制作堆栈型太阳能薄膜电池的方法，其特征在于：还包括在形成所述微晶硅薄膜电池单元之后，再在所述微晶硅薄膜电池单元上形成一第二透明电极。
13.如权利要求12所述的制作堆栈型太阳能薄膜电池的方法，其特征在于：还包括在形成所述第二透明电极之后，再在所述第二透明电极上形成一反射电极。
14.如权利要求7所述的制作堆栈型太阳能薄膜电池的方法，其特征在于：还包括在所述晶种层与所述微晶硅薄膜电池单元之间形成一本征半导体接口层。
15.如权利要求4所述的制作堆栈型太阳能薄膜电池的方法，其特征在于：所述晶种层是在所述微晶硅薄膜电池单元之后形成，且所述非晶硅薄膜电池单元是在所述晶种层之后形成。
16.如权利要求15所述的制作堆栈型太阳能薄膜电池的方法，其特征在于：所述第一掺杂型式与所述第二掺杂型式是为两种相反型式的掺杂，所述第一掺杂型式为n型，且所述第二掺杂型式为p型。
17.如权利要求16所述的制作堆栈型太阳能薄膜电池的方法，其特征在于：所述晶种层具有所述第一掺杂型式。
18.如权利要求15所述的制作堆栈型太阳能薄膜电池的方法，其特征在于：所述基板包括一不透明基板。
19.如权利要求18所述的制作堆栈型太阳能薄膜电池的方法，其特征在于：所述不透明基板包括一不锈钢基板或一塑料基板。
20.如权利要求19所述的制作堆栈型太阳能薄膜电池的方法，其特征在于：所述不透明基板包括一可挠曲基板或一不可挠曲基板。
21.如权利要求15所述的制作堆栈型太阳能薄膜电池的方法，其特征在于：还包括在形成所述微晶硅薄膜电池单元之前，先在所述基板上形成一第一透明电极与一反射电极。
22.一种堆栈型太阳能薄膜电池，包括：
一基板；
至少一非晶硅薄膜电池单元，设置在所述基板上；
一晶种层，设置在所述非晶硅薄膜电池单元上；
一本征半导体接口层，设置在所述晶种层上；以及
至少一微晶硅薄膜电池单元，设置在所述本征半导体接口层上。
23.如权利要求22所述的堆栈型太阳能薄膜电池，其特征在于：所述晶种层包括一微晶硅晶种层。
24.如权利要求22所述的堆栈型太阳能薄膜电池，其特征在于：所述晶种层是为一复合晶种层，其包括一微晶硅晶种层与一非晶硅晶种层。
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