CN102479849A

CN102479849A - 具有高光电转换效率的太阳能电池结构及其制作方法

Info

Publication number: CN102479849A
Application number: CN2010105641386A
Authority: CN
Inventors: 张一熙; 刘吉人
Original assignee: Jifu New Energy Technology Shanghai Co Ltd
Current assignee: Jifu New Energy Technology Shanghai Co Ltd
Priority date: 2010-11-24
Filing date: 2010-11-24
Publication date: 2012-05-30

Abstract

本发明涉及一种具有高光电转换效率的太阳能电池结构及其制作方法，其包括一透明基板，在透明基板上依序设有非晶硅层、三五族多晶半导体层及透明导电层，且透明导电层的表面上形成有一图案层，通过透明导电层吸收射入光线，图案层将光线水平导向以均匀扩散于三五族的多晶半导体层中，可有效提升光电转换效率。

Description

具有高光电转换效率的太阳能电池结构及其制作方法

技术领域

本发明涉及一种太阳能电池技术，特别涉及一种形成有图案层的透明导电层的，该图案层可将射入光线水平导向，进而增加吸光量的具有高光电转换效率的太阳能电池结构。

背景技术

自二十世纪延烧到二十一世纪，随着人类生活的进步，对于能源的需求是愈来愈高，但地球所蕴含的能源将日渐枯竭，全球能源危机的阴影一直徘徊不去，潜藏在生活中随时都有可能爆发。因此，全球致力于各种替代能源的研发与开创，其中太阳能作为绿色能源开发利用是最活跃的领域。据估计，每年由太阳照射到地球表面的能量约为地球上所有人每年消耗的一百万倍，即，若能充分利用百分之一的太阳能，并以10％的转换率使其转换为电能，即可满足我们的需求。

因此，太阳能产业应运而生，太阳能发电是利用半导体材料所制作出的太阳能电池，太阳能电池是半导体吸收光量或光子后，电子被激发并发生跃迁，激发的电子驱动电路从而形成电池。目前使用的各式太阳能电池材料包括单晶硅、多晶硅、非晶硅等半导体种类或三五族、二六族的元素链接的材料。其中以硅材料最为普遍，因为它是IC半导体的主要原料，且人们对于硅原料的制作及组件加工技术已累积相当成熟的经验，是很理想的太阳能电池材料。但是以硅晶做成的太阳能电池的转换效率，由于材料本身的光谱吸收能力的限制、且平坦的硅晶表面会使部分太阳光反射而造成损失等因素，让太阳能电池无法百分之百将光能转换成电能输出，导致转换效率无法提升。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有高光电转换效率的太阳能电池结构，从而解决现有技术中的缺陷。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种具有高光电转换效率的太阳能电池结构，包括：

一透明基板；

一非晶硅层，其设于该透明基板上；

一三五族多晶半导体层，其设于该非晶硅层上；及

一透明导电层，其设于该三五族半导体层上，且该透明导电层的表面上形成有一图案层，该图案层将入射光线水平导向至该三五族多晶半导体层中。

其中，该图案是金字塔型、连续V型槽、不连续V型槽或波浪型。

该透明导电层为透明导电氧化物。

该透明导电氧化物的材料是氧化铟锡、氧化锌铝或氧化锌锡。

该三五族多晶半导体层包含第一型半导体层、一本质型半导体层、一第二型半导体层。

其中，当该第一型半导体层为P型半导体时，该第二型半导体层为N型半导体；以及当该第一型半导体层为N型半导体时，该第二型半导体层为P型半导体。

该透明基板的材质为玻璃、石英、透明塑料、单晶氧化铝或可挠性透明材质。

本发明还提供了一种具有高光电转换效率的太阳能电池的制作方法，其特征在于，包括下列步骤：

提供一透明基板；

在该透明基板上形成一非晶硅层；

在该非晶硅层上形成一三五族多晶半导体层；及

在一透明导电层的表面上形成一图案层，且在该三五族多晶半导体层上形成该透明导电层，通过该图案层将入射光线水平导向至该三五族多晶半导体层中。

该透明导电层为透明导电氧化物。

该透明导电氧化物的材料为氧化铟锡、氧化锌铝或氧化锌锡。

形成该三五族多晶半导体层的步骤包含：

在该非晶硅层上形成一第一型半导体层；

在该第一型半导体层上形成一本质型半导体层；及

在该本质型半导体层上形成一第二型半导体层。

本发明的太阳能电池结构成本低、结构简单且能提高光吸收性与光电转换效率，可吸收不同波长的入射光线。本发明的太阳能电池结构是利用表面上形成的具有图案层来导向光的方向，通过图案层的导向来提高吸光量，从而克服入射光线反射或穿透率不足的问题，进而达到提高光电转换效率的目的。

附图说明

图1为本发明一实施例的立体结构示意图；

图2为图1的局部放大结构剖视图；

图3为本发明另一实施例的结构剖视图；

图4a为本发明的图案层为连续V型槽的结构示意图；

图4b为本发明的图案层为不连续V型槽的结构示意图；

图4c为本发明的图案层为波浪型的结构示意图；

图5为本发明制作太阳能电池的流程图。

附图标记说明：10-太阳能电池结构；12-透明基板；14-非晶硅层；16-三五族多晶半导体层；18透明导电层；20-金字塔型图案层；22-第一型半导体层；24-本质型半导体层；26-第二型半导体层；28-连续V型槽图案层；30-不连续V型槽图案层；32-波浪型图案层。

具体实施方式

以下结合附图，对本发明上述的和另外的技术特征和优点作更详细的说明。

请参阅图1，本发明的太阳能电池结构10包括一透明基板12，透明基板12的材质可为玻璃、石英、透明塑料、单晶氧化铝或可挠性透明材质。此透明基板12上依序设有一非晶硅层14、三五族多晶半导体层16及透明导电层18，且上述顺序即是由下至上堆栈的顺序。其中，透明导电层18的表面上形成有一图案层，在此，图案层以具有金字塔型图案层20为例说明。透明导电层18的表面上可同时形成金字塔型图案层20，如通过蚀刻或电镀，或者，先在三五族多晶半导体层16上设透明导电层18，再于透明导电层18的表面上形成具有金字塔型图案层20，如通过雷射的方法。金字塔型图案层20将入射光线水平导向至三五族多晶半导体层16中，可有效增加三五族多晶半导体层16的吸光量。透明导电层18为透明导电氧化物(Transparent Conductive Oxide，TCO)，而透明导电氧化物的材料为氧化铟锡(Indium Tin Oxide，ITO)、氧化锌铝(Aluminium Zinc Oxide，AZO)或氧化锌锡(Zinc Tin Oxide，ZTO)。透明导电层18可通过化学气相沉积(LPCVD)的方法控制透明导电薄膜结晶的方向，进而控制自然形成的纳米尺度绒面(texture)表面形貌并提高光捕捉性及组件效能，因此具有较低生产成本的优势。

图2为图1的局部放大结构剖视图。当太阳光照射于透明导电层18时，由于透明导电层18具有较高的光穿透率而允许长波长光线的入射，因此透明导电层18具有吸收光线波长范围宽广的高效率特性。形成于透明导电层18表面的金字塔型图案层20将入射光线做水平导向，这不仅使光线行走路径变长，又可达到减少反射光损失的效果。

三五族多晶半导体层16是经透明导电层18来接收太阳光的入射光线然后产生电能的，其中三五族多晶半导体层16可包含有三层，这三层是一第一型半导体层22、一本质型半导体层24、一第二型半导体层26，其中，非晶硅层14上依序设有第一型半导体层22、本质型半导体层24、第二型半导体层26，且上述顺序是由下至上堆栈的顺序。本质型半导体层24为I型多晶半导体，当第一型半导体层22为P型半导体时，则第二型半导体层26为N型半导体；当第一型半导体层22为N型半导体时，则第二型半导体层26为P型半导体。P型半导体掺杂(doping)有三价原子，N型半导体掺杂有五价原子，两者主要作为内部电场。当太阳光的入射光线经透明导电层18的金字塔型图案层20改变光路后，进入本质型半导体层24时，会产生更多的电子(electron)、电洞(hole)的载子，透过P型半导体及N型半导体形成的内建电场把载子(carrier)经由电极导出，以完成光电转换。

当然，除了上述三五族多晶半导体层16包含三层结构之外，如图3所示，三五族多晶半导体层16还可以是包含两层的结构，这两层的结构为一第一型半导体层22及一第二型半导体层26，并于非晶硅层14上依序设有第一型半导体层22及第二型半导体层26。其中当第一型半导体层22为P型多晶半导体时，则第二型半导体层26为N型多晶半导体；或当第一型半导体层22为N型多晶半导体时，则第二型半导体层26为P型多晶半导体。当太阳光的入射光线进入N型多晶半导体与P型多晶半导体所形成的PN接面时，部份电子因而拥有足够的能量，离开原子而变成自由电子，失去电子的原子因而产生电洞(hole)。透过P型半导体及N型半导体分别吸引电洞与电子，把正电和负电分开，在PN接面两端因而产生电位差。在导电层接上电路，使电子得以通过，并与在PN接面另一端的电洞再次结合，电路中便产生电流，即可通过例如导线将电能予以输出。

由于三五族多晶半导体层16为直接能隙半导体，对光有较佳的光电转换效率，且三五族材料种类多，对于吸收光谱与特性的调变上，选择性较高也可薄膜化并可大大降低制造成本，并且其转换效率与材料本身对热效应的影响也很低，有助于降低太阳能电池在使用高聚焦倍率集光系统下的稳定性，如此便可降低材质的破坏性与提升电池本身的寿命。此外，经由透明导电层18增加入射光线的穿透，以及金字塔型图案层20对入射光线的导向，能有效增加三五族多晶半导体层16的吸光量，进而提高光电转换效率的功效。

此外，为了能够充分利用太阳光，可通过雷射、电镀或蚀刻的方法在透明导电层18的表面上形成一图案层，除了上述形成具金字塔型图案层20之外，如图4a所示，还可以在透明导电层18的表面上形成连续V型槽图案层28，如图4b所示，在透明导电层18的表面上形成不连续V型槽图案层30，以及如图4c所示，在透明导电层18的表面上形成波浪型图案层32。不论是上述哪种微结构的图案层，这些图案层都能将太阳光的各角度入射光线作水平导向，以有效改变光路，使光行走路线变长而能均匀地分布于三五族多晶半导体层16中，不仅可增加吸旋光性，又可克服入射光线因直线穿透而产生光反射的损失，以及同时解决穿透率不足而光电转换效率差的问题。

图5为本发明太阳能电池的制作方法，在步骤S10中，提供一透明基板，该透明基板可为玻璃、石英、透明塑料、单晶氧化铝或可挠性透明材质等。接着在步骤S12中，利用电浆辅助化学气相沉积法在透明基板上形成一层非晶硅层，接着利用非晶硅层本身晶格的特性，利用金属有机化学气相沉积法，在步骤S14中，在非晶硅层上形成一三五族多晶半导体层，其中，形成三五族多晶半导体层的步骤包含：在非晶硅层上形成一第一型半导体层，接着在第一型半导体层形成一本质型半导体层，最后再于本质型半导体层上形成一第二型半导体层。然后，在步骤S16中，先在一透明导电层的表面上形成一图案层，最后在三五族多晶半导体层上形成具有图案层的透明导电层，通过图案层，如金字塔型、连续V型槽、不连续V型槽、波浪型等图案层，将入射光线水平导向且均匀扩散于三五族的多晶半导体层中，可有效提升光电转换效率。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，对本发明而言仅仅是说明性的，而非限制性的。本专业技术人员理解，在本发明权利要求所限定的精神和范围内可对其进行许多改变，修改，甚至等效，但都将落入本发明的保护范围内。

Claims

1.一种具有高光电转换效率的太阳能电池结构，包括：

一透明基板；

一非晶硅层，其设于该透明基板上；

一三五族多晶半导体层，其设于该非晶硅层上；及

2.如权利要求1所述的具有高光电转换效率的太阳能电池结构，其特征在于，该图案是金字塔型、连续V型槽、不连续V型槽或波浪型。

3.如权利要求1所述的具有高光电转换效率的太阳能电池结构，其特征在于，该透明导电层为透明导电氧化物。

4.如权利要求3所述的具有高光电转换效率的太阳能电池结构，其特征在于，该透明导电氧化物的材料是氧化铟锡、氧化锌铝或氧化锌锡。

5.如权利要求1所述的具有高光电转换效率的太阳能电池结构，其特征在于，该三五族多晶半导体层包含第一型半导体层、一本质型半导体层、一第二型半导体层。

6.如权利要求5所述的具有高光电转换效率的太阳能电池结构，其特征在于，当该第一型半导体层为P型半导体时，该第二型半导体层为N型半导体；以及当该第一型半导体层为N型半导体时，该第二型半导体层为P型半导体。

7.如权利要求1所述的具有高光电转换效率的太阳能电池结构，其特征在于，该透明基板的材质为玻璃、石英、透明塑料、单晶氧化铝或可挠性透明材质。

8.一种具有高光电转换效率的太阳能电池的制作方法，其特征在于，包括下列步骤：

提供一透明基板；

在该透明基板上形成一非晶硅层；

在该非晶硅层上形成一三五族多晶半导体层；及

9.如权利要求8所述的具有高光电转换效率的太阳能电池的制作方法，其特征在于，该图案是金字塔型、连续V型槽、不连续V型槽或波浪型。

10.如权利要求8所述的具有高光电转换效率的太阳能电池的制作方法，其特征在于，该透明导电层为透明导电氧化物。

11.如权利要求10所述的具有高光电转换效率的太阳能电池的制作方法，其特征在于，该透明导电氧化物的材料为氧化铟锡、氧化锌铝或氧化锌锡。

12.如权利要求8所述的具有高光电转换效率的太阳能电池的制作方法，其特征在于，形成该三五族多晶半导体层的步骤中，包含：

在该非晶硅层上形成一第一型半导体层；

在该第一型半导体层上形成一本质型半导体层；及

在该本质型半导体层上形成一第二型半导体层。

13.如权利要求12所述的具有高光电转换效率的太阳能电池的制作方法，其特征在于，当该第一型半导体层为P型半导体时，该第二型半导体层为N型半导体；以及当该第一型半导体层为N型半导体时，该第二型半导体层为P型半导体。

14.如权利要求8所述的具高光电转换效率的太阳能电池的制作方法，其特征在于，该透明基板的材质为玻璃、石英、透明塑料、单晶氧化铝或可挠性透明材质。