CN102610669A - 太阳能电池 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种太阳能电池，包含第一电极、埋入电极、光电转换层以及第二电极。光电转换层位于第一电极以及第二电极之间，且配置在第一电极和埋入电极上。埋入电极设于第一电极上，且埋入电极嵌设于光电转换层。本发明可提高整体太阳能电池的光电转换效率。

Description

太阳能电池
技术领域
本发明涉及一种太阳能电池，尤其涉及一种具有埋入电极的太阳能电池。
背景技术
太阳能似乎是一种用之不竭的能源，因此太阳能的相关研究引起许多注意。太阳能电池便是为了将太阳能直接转换成电能而开发的装置。目前，太阳能电池通常由单晶硅及多晶硅制成，且占据大于90％的太阳能电池市场。虽然利用太阳能电池发电具有诸多优点，但因其光电转换效率不够高，而造成太阳能电池未能普遍地使用。有鉴于此，研究人员致力于提高太阳能电池的光电转换效率。
发明内容
为了克服现有技术的缺陷，本发明提供一种太阳能电池，能提高太阳能电池的光电转换效率。此太阳能电池包含一第一电极、至少一埋入电极、一光电转换层以及一第二电极。光电转换层位于第一电极以及第二电极之间，且配置在第一电极和埋入电极上。埋入电极设于第一电极上，且埋入电极嵌设于光电转换层。
依据本发明一实施方式，第二电极的一面积小于第一电极的一面积，且埋入电极与第二电极不重叠。
依据本发明一实施方式，光电转换层包含一射极层以及一半导体层。射极层位于第一电极上。半导体层位于射极层上，其中射极层与半导体层形成一PN结。
依据本发明一实施方式，半导体层为n型硅层。
依据本发明一实施方式，射极层包含一重掺杂部分，且重掺杂部分围绕埋入电极。
依据本发明一实施方式，光电转换层还包含一表面电场层，位于半导体层上，且接触第二电极。
依据本发明一实施方式，第二电极不接触埋入电极。
依据本发明一实施方式，上述太阳能电池还包含一截光层位于光电转换层上，且截光层具有一凹凸表面。
依据本发明一实施方式，埋入电极的一厚度为约30μm至约130μm。
依据本发明一实施方式，埋入电极的一宽度为约5μm至约30μm。
本发明可提高整体太阳能电池的光电转换效率。
附图说明
为让本发明的上述和其他目的、特征、优点与实施例能更明显易懂，附图的说明如下：
图1绘示本发明一实施方式的太阳能电池的立体示意图。
其中，附图标记说明如下：
100太阳能电池              136表面电场层
110第一电极                140第二电极
120埋入电极                150截光层
130光电转换层              L入射光
132射极层                  T埋入电极厚度
134半导体层                H光电转换层厚度
132a重掺杂部分             W埋入电极宽度
具体实施方式
为了使本揭示内容的叙述更加详尽与完备，下文针对了本发明的实施态样与具体实施例提出了说明性的描述；但这并非实施或运用本发明具体实施例的唯一形式。以下所揭示的各实施例，在有益的情形下可相互组合或取代，也可在一实施例中附加其他的实施例，而无须进一步的记载或说明。
在以下描述中，将详细叙述许多特定细节以使读者能够充分理解以下的实施例。然而，可在无此等特定细节的情况下实践本发明的实施例。在其他情况下，为简化附图，公知的结构与装置仅示意性地绘示于图中。
图1绘示本发明一实施方式的太阳能电池100的立体示意图。太阳能电池100包含第一电极110、至少一埋入电极120、光电转换层130以及第二电极140。入射光L由第二电极140的一侧传递进入光电转换层130，光电转换层130再将入射的光线转变为电能。
第一电极110以及第二电极140分别配置于光电转换层130的相对两侧，用以将太阳能电池100所产生的电能传递至一外部负载装置(未绘示)。第一电极110位于太阳能电池100的入光面的相对侧。在一实施方式中，第一电极110为整面性地形成在光电转换层130的下方。第一电极110可包含例如铝、银、铜、镍等金属材料，可通过各种物理气象沉积技术来形成第一电极110。
第二电极140位于入射光L的一侧，如图1所示。第二电极140可由透光或不透光的导电材料所制成。在第二电极140为不透光导电材料的实施方式中，第二电极140可为图案化的电极，例如长条状或其他形状。第二电极140的面积举例小于第一电极110的面积。入射光L可经由未被第二电极140覆盖的区域进入光电转换层130。在此实施方式中，第二电极140可例如为银、铜等导电性高的金属所制成。另一方面，在第二电极140为透光导电材料的实施方式中，第二电极140可毯覆式地形成，而不具有特定的图案。在此实施方式中，第二电极140可例如为氧化铟锡、氧化锌、氧化锡或氧化锌镁等导电性高的氧化物所制成。
埋入电极120设于第一电极110上，用以收集光电转换层130所产生的电流载子，例如电子或空穴。埋入电极120为导电率高的金属所制成，且电性连接第一电极110。埋入电极120延伸进入光电转换层130中，并且嵌设于光电转换层130。因此，当光电转换层130吸收光并产生电子/空穴载子时，载子传递至第一电极110的路径得以缩短，从而避免载子在传递至第一电极110的过程中发生电子-空穴再结合的现象。因此，可提高太阳能电池100的光电转换效率。在一实施方式中，埋入电极120实体连接第一电极110，且埋入电极120的厚度T为光电转换层130的厚度H的约20％至约80％，更佳为约40％至70％。若埋入电极120的厚度T太小，则所能提供的功能有限。若埋入电极120的厚度T太大，则可能影响到入光面的表面结构。因此，根据本发明的一实施方式，埋入电极120的厚度T为光电转换层130的厚度H的约20％至约80％，所以埋入电极120不会接触第二电极140。埋入电极120可例如为圆柱状结构、六面柱状结构或圆锥状结构。埋入电极120的厚度可例如为约30μm至约130μm，更明确地为约50μm至约100μm。埋入电极120的宽度W可例如为约5μm至约30μm，更明确地为约10μm至约20μm。
在一实施方式中，埋入电极120与第二电极140不重叠。具体而言，第二电极140为图案化电极，第二电极140在第一电极110上的垂直投影不会与埋入电极120重叠。亦即，埋入电极120不是配置在第二电极140的正下方。在第二电极140为不透光的图案化电极的实施方式中，第二电极140会遮蔽部分的入射光L，所以位在第二电极140正下方附近的光电转换层130的部分所接收到的光能量较少，因此所产生的载子也相对较少。若将埋入电极120设置在第二电极140的正下方，会使埋入电极120原本能具有的传递载子的效果受限。因此，根据本发明的一实施方式，埋入电极120是配置在第二电极140正下方以外的位置。
埋入电极120的其中一特征是位在太阳能电池100入光面的相对侧，因此埋入电极120不会遮蔽入射光L。据此，埋入电极120配置的数量及密度以及位置排列的自由度可大幅提高。
光电转换层130位于第一电极110以及第二电极140之间，且光电转换层130位于第一电极110和埋入电极120上。光电转换层130所产生的载子可经由埋入电极120而传递至第一电极110。换言之，埋入电极120为载子提供一个较短的传递路径，而得以降低或避免电子与空穴发生再结合的现象，从而具有较高的短路电流(short circuit current)，并提高整体太阳能电池100的光电转换效率。
在一实施方式中，光电转换层130包含射极层132、半导体层134以及表面电场层136，如图1所示。
半导体层134位在射极层132上，且半导体层134与射极层132之间形成一PN结。半导体层134可为n型半导体层，例如n型硅层；射极层132可为p型半导体层，例如p型硅层。因此，射极层132与半导体层134的介面处形成一PN结。射极层132的厚度可例如为约2-20μm，更明确地为约5-15μm。在半导体层134为n型硅层以及射极层132为p型硅层的实施例中，n型硅层中的掺杂浓度可例如为约7×1014(1/cm3)，p型硅层的掺杂浓度可例如为约2×1018(1/cm3)。
射极层132位于第一电极110以及埋入电极120上，并且射极层132沿着第一电极110以及埋入电极120的表面起伏。上述配置关系，让所形成的PN结的面积能够增加，并因此提高光电转换层130的光电转换效率。射极层132可包含一重掺杂部分132a，且重掺杂部分132a围绕埋入电极120，用以降低埋入电极120与半导体层134之间的介面电阻。
表面电场层136位于半导体层134上，且接触该第二电极140。表面电场层136为与半导体层134相同类型的半导体材料，但是其掺杂浓度大于半导体层134的掺杂浓度。例如，表面电场层136可为掺杂浓度约5×1019(1/cm3)的n型硅层。表面电场层136的厚度可例如为约0.1至约3μm。表面电场层136用以增加光电转换层130中的内建电场。
在另一实施方式中，太阳能电池100还包含一截光层150位于入射光L的一侧。截光层150具有一凹凸表面，且配置在光电转换层130上。当入射光L传递进入光电转换层130后，截光层150可将入射的光线截留在太阳能电池100内，避免已经进入到光电转换层130的光线再经由太阳能电池100内部的反射现象而离开太阳能电池100。所以，进入光电转换层130的光线可被光电转换层130充分吸收，进而提高光电转换效率。在此实施方式中，将埋入电极120设置在第一电极上，更能突显其重要性。因为埋入电极120设置在第一电极上，所以不会对截光层150的凹凸表面造成任何不利的影响。
下表一列出本发明一实施方式的太阳能电池100以及公知技术中不具有埋入电极的太阳能电池的光电性质。根据本发明实施方式的太阳能电池100的开路电压(Voc)、短路电流密度(Jsc)、充填因子(fill factor，F.F)以及光电转换效率(E)分别为0.6331V、36.95mA/cm2、79.12％以及18.51％。公知技术的不具有埋入电极的太阳能电池的开路电压、短路电流密度、充填因子以及光电转换效率分别为0.6337V、36.62mA/cm2、79.1％以及18.36％。由此可证实，具有埋入电极的本发明实施方式，确实可提高整体太阳能电池的光电转换效率。
表一
  Voc(V)   Jsc(mA/cm2)   F.F(％)   E(％)
  有埋入电极   0.6331   36.95   79.12   18.51
  无埋入电极   0.6337   36.62   79.10   18.36
虽然本发明已以实施方式揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视所附的权利要求所界定的范围为准。

Claims (10)

1.一种太阳能电池，包含：
一第一电极；
至少一埋入电极，设于该第一电极上；
一光电转换层，该光电转换层位于该第一电极和该埋入电极上，且该埋入电极嵌设于该光电转换层；以及
一第二电极，其中该光电转换层位于该第一电极以及该第二电极之间。
2.如权利要求1所述的太阳能电池，其中该第二电极的一面积小于该第一电极的一面积，且该埋入电极与该第二电极不重叠。
3.如权利要求1所述的太阳能电池，其中该光电转换层包含：
一射极层，位于该第一电极上；以及
一半导体层，位于该射极层上，其中该射极层与该半导体层形成一PN结。
4.如权利要求3所述的太阳能电池，其中该半导体层为n型硅层。
5.如权利要求3所述的太阳能电池，其中该射极层包含一重掺杂部分，且该重掺杂部分围绕该埋入电极。
6.如权利要求3所述的太阳能电池，其中该光电转换层还包含一表面电场层，位于该半导体层上，且接触该第二电极。
7.如权利要求1所述的太阳能电池，其中该第二电极不接触该埋入电极。
8.如权利要求1所述的太阳能电池，还包含一截光层位于该光电转换层上，且该截光层具有一凹凸表面。
9.如权利要求1所述的太阳能电池，其中该埋入电极的一厚度为约30μm至约130μm。
10.如权利要求1所述的太阳能电池，其中埋入电极的一宽度为约5μm至约30μm。
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