CN102479833A - 穿透光可调整的高光电转换效率太阳能电池 - Google Patents

穿透光可调整的高光电转换效率太阳能电池 Download PDF

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刘幼海
刘吉人
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Abstract

本发明是关于一种穿透光可调整的高光电转换效率太阳能电池，其包括透明基板、第一电极、第二电极、p型半导体层、n型半导体层、非晶硅本质层、红外光转换层以及金属层；第一电极配置于透明基板上。第二电极配置于第一电极与透明基板之间；p型半导体层配置于第一电极与第二电极之间；n型半导体层配置于p型半导体层与第一电极之间；非晶硅本质层配置于p型半导体层与n型半导体层之间；红外光转换层配置于n型半导体层与第一电极之间，用以将红外光转换为可见光；金属层配置于红外光转换层与第一电极之间。本发明可以提高光电转换效率，且可调整穿过太阳能电池的光线的穿透量。

Description

穿透光可调整的高光电转换效率太阳能电池
技术领域
本发明涉及太阳电池，特别是涉及一种穿透光可调整的高光电转换效率(photoelectric conversion efficiency，PCE)太阳能电池。
背景技术
太阳能是一种干净无污染而且取之不尽用之不竭的能源，在解决目前石化能源所面临的污染与短缺的问题时，一直是最受瞩目的焦点。由于太阳能电池可直接将太阳能转换为电能，因此成为目前相当重要的研究课题。
硅基太阳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p型半导体与n型半导体相接合，以形成p-n接面。当太阳光照射到具有此p-n结构的半导体时，光子所提供的能量可把半导体中的电子激发出来而产生电子-电洞对。电子与电洞均会受到内建电位的影响，使得电洞往电场的方向移动，而电子则往相反的方向移动。如果以导线将此太阳能电池与负载(load)连接起来，则可形成一个回路(loop)，并可使电流流过负载，此即为太阳能电池发电的原理。
随着环保意识抬头，节能减碳的概念逐渐受众人所重视，再生能源的开发与利用成为世界各国积极投入发展的重点。目前，太阳能电池的关键问题在于其光电转换效率的提升，而能够提升太阳能电池的光电转换效率即意味着产品竞争力的提升。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种穿透光可调整的高光电转换效率太阳能电池，使其可将无法被太阳能电池所利用的红外光转换为可被太阳能电池所利用的可见光以提高光电转换效率，且可调整穿过太阳能电池的光线的穿透量。
为了实现上述目的，依据本发明提出的一种穿透光可调整的高光电转换效率太阳能电池，其包括透明基板、第一电极、第二电极、p型半导体层、n型半导体层、非晶硅本质层(intrinsic laycr)、红外光转换层(infraredlight conversion layer)以及金属层；第一电极配置于透明基板上；第二电极配置于第一电极与透明基板之间；p型半导体层配置于第一电极与第二电极之间；n型半导体层配置于p型半导体层与第一电极之间；非晶硅本质层配置于p型半导体层与n型半导体层之间；红外光转换层配置于n型半导体层与第一电极之间，用以将红外光转换为可见光；金属层配置于红外光转换层与第一电极之间。
本发明还可采用以下技术措施进一步实现。
前述的穿透光可调整的高光电转换效率太阳能电池，其中所述的红外光转换层的材料例如为稀土(rare earth)元素。
前述的穿透光可调整的高光电转换效率太阳能电池，其中所述的稀土元素例如为镧(La)系元素。
前述的穿透光可调整的高光电转换效率太阳能电池，其中所述的可见光例如为绿光或蓝绿混光。
前述的穿透光可调整的高光电转换效率太阳能电池，其中所述的金属层的厚度例如介于2nm至25nm之间。
前述的穿透光可调整的高光电转换效率太阳能电池，其中所述的金属层例如为不透明的(opaque)金属层或半透明的(translucent)金属层。
前述的穿透光可调整的高光电转换效率太阳能电池，其中所述的金属层的材料例如为铝或过渡金属(transition metal)。
前述的穿透光可调整的高光电转换效率太阳能电池，其中所述的第一电极与第二电极的材料例如为透明导电氧化物(transparent conductiveoxide，TCO)。
前述的穿透光可调整的高光电转换效率太阳能电池，其中所述的p型半导体层与n型半导体层的材料例如为非晶硅或微晶硅。
前述的穿透光可调整的高光电转换效率太阳能电池，其中所述的透明基板的材料例如为玻璃。
本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益效果。借由上述技术方案，本发明的穿透光可调整的高光电转换效率太阳能电池，至少具有下列优点：
一、本发明的穿透光可调整的高光电转换效率太阳能电池，在n型半导体层与第一电极之间配置红外光转换层以及在红外光转换层与第一电极之间配置金属层，藉由红外光转换层来将太阳光中无法被太阳能电池所利用的红外光转换为本质层可吸收的可见光，以及藉由金属层将此可见光反射至本质层，因此可以大幅地提升太阳能电池的光电转换效率。
二、本发明的穿透光可调整的高光电转换效率太阳能电池，由于照射至太阳能电池的太阳光中的红外光被转换为可见光，因此可以大幅度地降低红外光所造成的热累积效应，进而提高了太阳能电池的效能。
三、本发明的穿透光可调整的高光电转换效率太阳能电池，藉由调整上述金属层的厚度来调整其透明度，可控制太阳能电池的光穿透度。
三、本发明的穿透光可调整的高光电转换效率太阳能电池，若照射至太阳能电池的太阳光中的红外光被转换为绿光或蓝绿混光，则实用新型的太阳能电池可以应用于需要较多绿光或蓝绿混光的农业或花卉产业，以助于农作物与花卉培养。
为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附图式作详细说明如下。
附图说明
图1是本发明较佳实施例的穿透光可调整的高光电转换效率太阳能电池的剖面示意图。
10：太阳能电池        100：透明基板
102、104：电极        106：p型半导体层
108：n型半导体层      110：非晶硅本质层
112：红外光转换层     114：金属层
116：太阳光
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的穿透光可调整的高光电转换效率太阳能电池其具体实施方式、步骤、结构、特征及其功效详细说明。
请参阅图1所示，本发明较佳实施例的穿透光可调整的高光电转换效率太阳能电池的剖面示意图。本发明较佳实施例的穿透光可调整的高光电转换效率太阳能电池10包括：透明基板100、电极102、电极104、p型半导体层106、n型半导体层108、非晶硅本质层110、红外光转换层112以及金属层114。
上述的透明基板100的材料例如为玻璃。上述的电极102配置于透明基板100上。该电极102的材料例如为透明导电氧化物。上述的透明导电氧化物可以是铟锡氧化物(indium tin oxide，ITO)、氧化铝锌(Al dopedZnO，AZO)、铟锌氧化物(indium zinc oxide，IZO)或其他透明导电材料。上述的电极104配置于电极102与透明基板100之间。该电极104的材料例如为透明导电氧化物(例如铟锡氧化物、氧化铝锌、铟锌氧化物或其他透明导电材料)。
上述的p型半导体层106配置于电极102与电极104之间。该p型半导体层106的材料例如为非晶硅或微晶硅，而p型半导体层106中所掺杂的材料例如是选自元素周期表中IIIA族元素的群组，其可以是硼(B)、铝(Al)、镓(Ga)、铟(In)或铊(Tl)。
上述的n型半导体层108配置于p型半导体层106与电极102之间。n型半导体层108的材料例如为非晶硅或微晶硅，而n型半导体层108中所掺杂的材料例如是选自元素周期表中VA族元素的群组，其可以是磷(P)、砷(As)、锑(Sb)或铋(Bi)。
上述的非晶硅本质层110配置于p型半导体层106与n型半导体层108之间。非晶硅本质层110作为光产生电子-电洞对的主要区域。
上述的红外光转换层112配置于n型半导体层108与电极102之间，用以将红外光转换为可见光。红外光转换层112的材料例如为稀土元素，例如镧系元素。详细地说，对于一般的太阳能电池来说，当太阳光照射至太阳能电池时，由于以非晶硅为材料的本质层无法吸收太阳光中的红外光(其在太阳光中约占50％)，因此红外光会直接穿过太阳能电池而无法被利用，使得太阳能电池的光电转换效率无法大幅度地提升。然而，在本实施例中，当太阳光116穿过透明基板100而照射至红外光转换层112时，红外光转换层112可将太阳光116中无法被太阳能电池所利用的红外光转换为可被太阳能电池所利用的可见光。
此外，上述的金属层114配置于红外光转换层112与电极102之间。金属层114的材料例如为铝或过渡金属。当太阳光116中无法被太阳能电池所利用的红外光被红外光转换层112转换为可被太阳能电池所利用的可见光之后，经由金属层114的反射可进入非晶硅本质层110。由于非晶硅本质层110对于可见光具有较佳的吸收率，因此当太阳光116中的红外光被红外光转换层112转换为可见光且藉由金属层114反射进入非晶硅本质层110时，与一般的太阳能电池相比，增加了照射至非晶硅本质层110的可见光的量，因而提升了太阳能电池10的光电转换效率。
此外，相对于其他颜色的可见光来说，由于太阳能电池10中的本质层是以非晶硅为材料，而非晶硅材料对于绿光与蓝绿混光具有较佳的吸收率(对于绿光具有最佳的吸收率)，因此可以藉由调整红外光转换层112中稀土元素的种类、组成比例等来将太阳光116中的红外光转换为绿光或蓝绿混光，以进一步地提升太阳能电池10的光电转换效率。
该金属层114的厚度例如介于2nm至25nm之间。可经由调整金属层114的厚度来调整金属层114的透明度。当金属层114的厚度越薄时，则金属层114的透明度越高，因而成为半透明的金属层。当金属层114的厚度越厚时，则金属层114的透明度越低，因而成为不透明的金属层。因此，当金属层114为不透明的金属层时，经红外光转换层112所转换成的可见光可以全部地被不透明的金属层114反射至非晶硅本质层110来提高光电转换效率。或者，当金属层114为半透明的金属层时，一部分的经红外光转换层112所转换成的可见光可以被半透明的金属层114反射至非晶硅本质层110来提高光电转换效率，而另一部分的经红外光转换层112所转换成的可见光则可以穿过半透明的金属层114而进一步地被利用。
举例来说，一部分的经红外光转换层112所转换成的绿光或蓝绿混光可以与其他颜色的可见光混合而产生不同颜色的光。因此，若将太阳能电池10应用于建筑设计中，则可以视实际需求来调整而呈现出不同于白光的光。此外，若将太阳能电池10应用于需要较多绿光或蓝绿混光的农业或花卉产业，则穿过半透明的金属层114的绿光或蓝绿混光可有助于农作物与花卉培养。此外，藉由调整金属层114的透明度也可以控制太阳能电池10的光穿透度，以符合使用者的需求。
特别一提的是，在本实施例中，由于照射至太阳能电池10的太阳光116中的红外光已被转换为可见光，因此红外光照射至太阳能电池时所产生的热累积效应可以被大幅度地降低，使得太阳能电池10经太阳光116照射之后仍可以维持在与周遭环境相同的温度。此外，由于热累积效应已被大幅度地降低，因此可以进一步避免因热累积效应而造成光电转换效率降低的问题，进而达到提升太阳能电池的效能的目的。
虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然并非用以限定本发明实施的范围，依据本发明的权利要求书及说明内容所作的简单的等效变化与修饰，仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种穿透光可调整的高光电转换效率太阳能电池，其特征在于包括：
一透明基板；
一第一电极，配置于该透明基板上；
一第二电极，配置于该第一电极与该透明基板之间；
一p型半导体层，配置于该第一电极与该第二电极之间；
一n型半导体层，配置于该p型半导体层与该第一电极之间；
一非晶硅本质层，配置于该p型半导体层与该n型半导体层之间；
一红外光转换层，配置于该n型半导体层与该第一电极之间，用以将红外光转换为一可见光；以及
一金属层，配置于该红外光转换层与该第一电极之间。
2.如权利要求1所述的穿透光可调整的高光电转换效率太阳能电池，其特征在于其中所述的红外光转换层的材料为一稀土元素。
3.如权利要求2所述的穿透光可调整的高光电转换效率太阳能电池，其特征在于其中所述的稀土元素为镧系元素。
4.如权利要求1所述的穿透光可调整的高光电转换效率太阳能电池，其特征在于其中所述的可见光包括绿光或蓝绿混光。
5.如权利要求1所述的穿透光可调整的高光电转换效率太阳能电池，其特征在于其中所述的金属层的厚度介于2nm至25nm之间。
6.如权利要求1所述的穿透光可调整的高光电转换效率太阳能电池，其特征在于其中所述的金属层为不透明的金属层或半透明的金属层。
7.如权利要求1所述的穿透光可调整的高光电转换效率太阳能电池，其特征在于其中所述的金属层的材料是铝或过渡金属。
8.如权利要求1所述的穿透光可调整的高光电转换效率太阳能电池，其特征在于其中所述的第一电极与该第二电极的材料为透明导电氧化物。
9.如权利要求1所述的穿透光可调整的高光电转换效率太阳能电池，其特征在于其中所述的p型半导体层与该n型半导体层的材料为非晶硅或微晶硅。
10.如权利要求1所述的穿透光可调整的高光电转换效率太阳能电池，其特征在于其中所述的透明基板的材料为玻璃。
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