CN102479834A - 具有微晶硅本质层的高光电转换效率太阳能电池 - Google Patents

Abstract

本发明是关于一种具有微晶硅本质层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、红外光转换层、n型半导体层以及微晶硅本质层；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；红外光转换层配置于p型半导体层与第二电极之间，用以将红外光转换为可见光；n型半导体层配置于p型半导体层与第一电极之间；微晶硅本质层配置于p型半导体层与n型半导体层之间。本发明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。

Description

具有微晶硅本质层的高光电转换效率太阳能电池

技术领域

本发明涉及一种太阳电池，特别是涉及一种具有微晶硅本质层的高光电转换效率(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，提供一种具有微晶硅本质层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。

为了实现上述目的，依据本发明提出的一种具有微晶硅本质层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、红外光转换层(infrared light conversion layer)、n型半导体层以及微晶硅本质层(intrinsic layer)；该第一电极配置于透明基板上；该第二电极配置于该第一电极与该透明基板之间；该p型半导体层配置于该第一电极与该第二电极之间；该红外光转换层配置于该p型半导体层与该第二电极之间，用以将红外光转换为可见光；该n型半导体层配置于该p型半导体层与该第一电极之间；该微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。

本发明还可采用以下技术措施进一步实现。

前述的具有微晶硅本质层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。

前述的具有微晶硅本质层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。

前述的具有微晶硅本质层的高光电转换效率太阳能电池，其中所述的可见光例如为红光。

前述的具有微晶硅本质层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(transparentconductive oxide，TCO)。

前述的具有微晶硅本质层的高光电转换效率太阳能电池，其中所述的p型半导体层的材料例如为非晶硅或微晶硅。

前述的具有微晶硅本质层的高光电转换效率太阳能电池，其中所述的n型半导体层的材料例如为非晶硅或微晶硅。

前述的具有微晶硅本质层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。

前述的具有微晶硅本质层的高光电转换效率太阳能电池，其还可以在第一电极与n型半导体层之间配置半透明金属层。

前述的具有微晶硅本质层的高光电转换效率太阳能电池，其中所述的半透明金属层的材料例如为铝或过渡金属(transition metal)。

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，本发明的具有微晶硅本质层的高光电转换效率太阳能电池，至少具有下列优点：

一、本发明的具有微晶硅本质层的高光电转换效率太阳能电池，在p型半导体层与第二电极之间配置红外光转换层来将红外光转换为本质层可吸收的可见光，因此可以大幅地提升太阳能电池的光电转换效率。

二、本发明的具有微晶硅本质层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，进而提高太阳能电池的效能。

三、本发明的具有微晶硅本质层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红光，则本发明的太阳能电池可以应用于需要较多红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是本发明一实施例的具有微晶硅本质层的高光电转换效率太阳能电池的剖视示意图。

图2是本发明另一实施例的具有微晶硅本质层的高光电转换效率太阳能电池的剖视示意图。

10、20：太阳能电池    100：透明基板

102、104：电极        106：p型半导体层

108：红外光转换层     110：n型半导体层

112：微晶硅本质层     114：太阳光

116：半透明金属层

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具有微晶硅本质层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，是本发明一实施例的具有微晶硅本质层的高光电转换效率太阳能电池的剖视示意图。本发明一实施例的具有微晶硅本质层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、红外光转换层108、n型半导体层110以及微晶硅本质层112。

透明基板100的材料例如为玻璃。电极102配置于透明基板100上。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 doped ZnO，AZ0)、铟锌氧化物(indium zinc oxide，IZO)或其他透明导电材料。电极104配置于电极102与透明基板100之间。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)。

p型半导体层106配置于电极102与电极104之间。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)。

n型半导体层110配置于p型半导体层106与电极102之间。n型半导体层110的材料例如为非晶硅或微晶硅，n型半导体层110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)。

微晶硅本质层112配置于p型半导体层106与n型半导体层110之间。微晶硅本质层112作为光产生电子-电洞对的主要区域。

红外光转换层108配置于p型半导体层106与电极104之间，用以将红外光转换为可见光。红外光转换层108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，由于以微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114穿过透明基板100而照射至红外光转换层108时，红外光转换层108可将太阳光114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。由于微晶硅本质层112对于可见光具有较佳的吸收率，因此当太阳光114中的红外光被红外光转换层108转换为可见光而进入微晶硅本质层112时，与一般的太阳能电池相比，增加了照射至微晶硅本质层112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中的本质层是以微晶硅为材料，而微晶硅材料对于红光具有最佳的吸收率，因此可以藉由调整红外光转换层108中稀土元素的种类、组成比例等来将太阳光114中的红外光转换为红光，以进一步地提升太阳能电池10的光电转换效率。

特别一提的是，经红外光转换层108所转换成的红光经过太阳能电池10之后，未被吸收的部分可以进一步地被利用。举例来说，经红外光转换层108转换而形成且未被吸收的红光可以与原本穿过太阳能电池10的未被吸收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应用于需要较多红光的农业或花卉产业，则可有助于农作物与花卉培养。

再者，在本实施例中，由于照射至太阳能电池10的太阳光114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114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。

请参阅图2所示，是本发明另一实施例的具有微晶硅本质层的高光电转换效率太阳能电池的剖视示意图。在另一实施例中，还可以在电极102与n型半导体层110之间配置半透明金属层116(如图2所示)。半透明金属层116的材料例如为铝或过渡金属。在本实施例中，当太阳光114照射至太阳能电池20时，未被吸收的红光以及其他未被吸收的可见光会经过半透明金属层116而穿出太阳能电池20。此时，藉由调整半透明金属层116的厚度可以控制穿出太阳能电池20的光的颜色与出光量。

详细地说，若半透明金属层116的厚度较薄，则穿出太阳能电池20的光的强度较大，且含有较多的红光，因此同样可以应用于需要较多红光的农业或花卉产业，以助于农作物与花卉培养；若半透明金属层116的厚度较厚，则穿出太阳能电池20的光的强度较小，且含有较少的红光。

此外，部分的可见光还可被半透明金属层116反射而再次进入微晶硅本质层112，并被微晶硅本质层112吸收。

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)

1.一种具有微晶硅本质层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；

一红外光转换层，配置于该p型半导体层与该第二电极之间，用以将红外光转换为一可见光；

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；以及

一微晶硅本质层，配置于该p型半导体层与该n型半导体层之间。

2.如权利要求1所述的具有微晶硅本质层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是一稀土元素。

3.如权利要求1所述的具有微晶硅本质层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是镧系元素。

4.如权利要求1所述的具有微晶硅本质层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红光。

5.如权利要求1所述的具有微晶硅本质层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是透明导电氧化物。

6.如权利要求1所述的具有微晶硅本质层的高光电转换效率太阳能电池，其特征在于其中所述的p型半导体层的材料是非晶硅或微晶硅。

7.如权利要求1所述的具有微晶硅本质层的高光电转换效率太阳能电池，其特征在于其中所述的n型半导体层的材料是非晶硅或微晶硅。

8.如权利要求1所述的具有微晶硅本质层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是玻璃。

9.如权利要求1所述的具有微晶硅本质层的高光电转换效率太阳能电池，其特征在于还包括一半透明金属层，配置于该第一电极与该n型半导体层之间。

10.如权利要求9所述的具有微晶硅本质层的高光电转换效率太阳能电池，其特征在于其中所述的半透明金属层的材料是铝或过渡金属。

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