CN102891188A - 串迭型太阳能电池 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种串迭型太阳能电池，依次由透明基板、前电极层、第一电池层、功能性光学介质层、第二电池层与背电极层所堆叠形成。当入射光由透明基板入射后，依序进入前电极层、第一电池层、功能性光学介质层以及第二电池层，而入射光自背电极层一次反射后借由此功能性光学介质层减少再度进入第一电池层的能量。
Description
技术领域
本发明涉及一种太阳能电池，特别是涉及一种串迭型的太阳能电池。
背景技术
20世纪70年代，由美国贝尔实验室首先研制出的硅太阳能电池逐步发展起来。随着太阳电池的发展，如今太阳能电池有多种类型，典型的有单晶硅太阳能电池、多晶硅太阳能电池、非晶硅太阳能电池、化合物太阳能电池、串迭型太阳能电池与染料敏化太阳能电池等。由于材料特性上的限制，对于结晶硅太阳电池的效率，几乎已经达到最佳的水平，要再进一步提升的空间有限。目前比较具有成长潜力的为多接面的串迭型太阳电池(Tandem SolarCell)。
串迭型太阳能电池属于一种运用新颖元件结构的太阳能电池。把两个或两个以上的电池堆叠起来，将能够吸收较高能量光谱的电池放在上层，吸收较低能量光谱的电池放在下层，通过不同材料的电池，将光子的能量层层吸收。亦即，通过设计多层不同能隙的太阳能电池来达到吸收效率最佳化的结构设计。
然而串迭型太阳能电池仍有以下缺点待改善：
1.当入射光进入串迭型太阳能电池后，各层太阳能电池组件的光吸收效果会递减，使得整体串迭型太阳能电池无法发挥更大的能量转换效率。
2.由于上下层太阳能电池组件的吸光差，造成上下层太阳能电池的光电流产生电流不匹配(current mismatch)的问题，导致整体串迭型太阳能电池输出的短路电流降低。
发明内容
为了解决上述先前技术不尽理想之处，本发明提供了一种串迭型太阳能电池，包含依次堆叠形成的透明基板、前电极层、第一电池层、功能性光学介质层、第二电池层与背电极层，其中，第一电池层的材料由非晶硅(Amorphous silicon)或者是非晶硅锗(Amorphous silicon-germanium)材料所组成。第二电池层的材料由单晶硅、单晶锗、多晶硅、多晶锗、微晶硅、微晶锗、多晶硅锗、微晶硅锗或者硅锗合金所组成。借此，当入射光由透明基板入射后，依次进入前电极层、第一电池层、功能性光学介质层以及第二电池层，而入射光自背电极层一次反射后借由功能性光学介质层而减少再度进入第一电池层的能量。
因此，本发明的主要目的是提供一种串迭型太阳能电池，借由其功能性光学介质层朝向第一电池层的一面设置抗反射薄膜，可减少入射光自背电极层一次反射后进入第一电池层的能量，可以增加第二电池层捕捉(trap)入射光的量，降低第一电池层与第二电池层的光吸收差，改善电流不匹配的问题，由此提高此串迭型太阳能电池输出的短路电流，并进一步提高此串迭型太阳能电池整体的光电转换效率。
此外，本发明的次要目的是提供一种串迭型太阳能电池，借由其功能性光学介质层至少具有第一介质层及第二介质层，而第一介质层设置于功能性光学介质层朝向背电极层的一面且具有第一折射系数(refractive index)，而第二介质层设置于功能性光学介质层朝向前电极层的一面且具有第二折射系数，第一折射系数大于第二折射系数。借此，可减少入射光自背电极层一次反射后进入第一电池层的能量，可以增加第二电池层捕捉(trap)入射光的量，降低第一电池层与第二电池层的光吸收差，改善电流不匹配的问题，由此提高此串迭型太阳能电池输出的短路电流，并进一步提高此串迭型太阳能电池整体的光电转换效率。
此外，本发明的再一目的是提供一种串迭型太阳能电池，借由其功能性光学介质层具有梯度折射系数(gradient refractive index)，且此梯度折射系数的数值自朝向背电极层的一面至朝向前电极层的一面递减。借此，可减少入射光自背电极层一次反射后进入第一电池层的能量，可以增加第二电池层捕捉(trap)入射光的量，降低第一电池层与第二电池层的光吸收差，改善电流不匹配的问题，由此提高此串迭型太阳能电池输出的短路电流，并进一步提高此串迭型太阳能电池整体的光电转换效率。
本发明再提供一种串迭型太阳能电池，包含依次堆叠形成的透明基板、前电极层、第一电池层、第二电池层、功能性光学介质层、第三电池层与背电极层。其中，第一电池层与第二电池层的材料由非晶硅(Amorphous silicon)或是非晶硅锗(Amorphous silicon-germanium)材料所组成。第三电池层的材料由单晶硅、单晶锗、多晶硅、多晶锗、微晶硅、微晶锗、多晶硅锗、微晶硅锗或者硅锗合金所组成。借此，当入射光由透明基板入射后，依序进入前电极层、第一电池层、第二电池层、功能性光学介质层以及第三电池层，而入射光自背电极层一次反射后借由此功能性光学介质层而减少再度进入第二电池层的能量。
因此，本发明的再一目的是提供一种串迭型太阳能电池，借由其功能性光学介质层朝向第一电池层的一面设置抗反射薄膜，可减少入射光自背电极层一次反射后进入第二电池层的能量，可以增加第三电池层捕捉(trap)入射光的量，降低第三电池层与第二电池层的光吸收差，改善电流不匹配的问题，由此提高此串迭型太阳能电池输出的短路电流，并进一步提高此串迭型太阳能电池整体的光电转换效率。
此外，本发明的再一目的是提供一种串迭型太阳能电池，借由其功能性光学介质层至少具有第一介质层及第二介质层，而第一介质层设置于功能性光学介质层朝向背电极层的一面且具有第一折射系数(refractive index)，而第二介质层设置于功能性光学介质层朝向前电极层的一面且具有第二折射系数，第一折射系数大于第二折射系数。借此，可减少入射光自背电极层一次反射后进入第二电池层的能量，可以增加第三电池层捕捉(trap)入射光的量，降低第三电池层与第二电池层的光吸收差，改善电流不匹配的问题，由此提高此串迭型太阳能电池输出的短路电流，并进一步提高此串迭型太阳能电池整体的光电转换效率。
此外，本发明的再一目的是提供一种串迭型太阳能电池，借由其功能性光学介质层具有梯度折射系数(gradient refractive index)，且此梯度折射系数的数值自朝向背电极层的一面至朝向前电极层的一面递减。借此，可减少入射光自背电极层一次反射后进入第二电池层的能量，可以增加第三电池层捕捉(trap)入射光的量，降低第三电池层与第二电池层的光吸收差，改善电流不匹配的问题，由此提高此串迭型太阳能电池输出的短路电流，并进一步提高此串迭型太阳能电池整体的光电转换效率。
本发明再提供一种串迭型太阳能电池，包含依次堆叠形成的透明基板、前电极层、第一电池层、功能性光学介质层、第二电池层、第三电池层与背电极层。其中，第一电池层的材料由非晶硅(Amorphous silicon)或者是非晶硅锗(Amorphous silicon-germanium)材料所组成，第二电池层与第三电池层的材料由单晶硅、单晶锗、多晶硅、多晶锗、微晶硅、微晶锗、多晶硅锗、微晶硅锗或者硅锗合金所组成。借此，当入射光由透明基板入射后，依次进入前电极层、第一电池层、功能性光学介质层、第二电池层以及第三电池层，而入射光自背电极层一次反射后借由此功能性光学介质层而减少再度进入第一电池层的能量。
因此，本发明的再一目的是提供一种串迭型太阳能电池，借由其功能性光学介质层朝向第一电池层的一面设置抗反射薄膜，可减少入射光自背电极层一次反射后进入第一电池层的能量，可以增加第二电池层捕捉(trap)入射光的量，降低第一电池层与第二电池层的光吸收差，改善电流不匹配的问题，由此提高此串迭型太阳能电池输出的短路电流，并进一步提高此串迭型太阳能电池整体的光电转换效率。
此外，本发明的再一目的是提供一种串迭型太阳能电池，借由其功能性光学介质层至少具有第一介质层及第二介质层，而第一介质层设置于功能性光学介质层朝向背电极层的一面且具有第一折射系数(refractive index)，而第二介质层设置于功能性光学介质层朝向前电极层的一面且具有第二折射系数，第一折射系数大于第二折射系数。借此，可减少入射光自背电极层一次反射后进入第一电池层的能量，可以增加第二电池层捕捉(trap)入射光的量，降低第一电池层与第二电池层的光吸收差，改善电流不匹配的问题，由此提高此串迭型太阳能电池输出的短路电流，并进一步提高此串迭型太阳能电池整体的光电转换效率。
此外，本发明的再一目的是提供一种串迭型太阳能电池，借由其功能性光学介质层具有梯度折射系数(gradient refractive index)，且此梯度折射系数的数值自朝向背电极层的一面至朝向前电极层的一面递减。借此，可减少入射光自背电极层一次反射后进入第一电池层的能量，可以增加第二电池层捕捉(trap)入射光的量，降低第一电池层与第二电池层的光吸收差，改善电流不匹配的问题，由此提高此串迭型太阳能电池输出的短路电流，并进一步提高此串迭型太阳能电池整体的光电转换效率。
本发明再提供一种串迭型太阳能电池，包含透明基板、前电极层、第一电池层、第二电池层、第三电池层、背电极层以及功能性光学介质层。其中，第一电池层的材料由非晶硅(Amorphous silicon)或是非晶硅锗(Amorphoussilicon-germanium)材料所组成，第二电池层与第三电池层的材料由单晶硅、单晶锗、多晶硅、多晶锗、微晶硅、微晶锗、多晶硅锗、微晶硅锗或者硅锗合金所组成。此外，功能性光学介质层包含第一功能性光学介质层以及第二功能性光学介质层，其中，第一功能性光学介质层设置于第一电池层与第二电池层之间，第二功能性光学介质层设置于第二电池层与第三电池层之间。借此，当入射光由透明基板入射后，依次进入前电极层、第一电池层、第一功能性光学介质层、第二电池层、第二功能性光学介质层以及第三电池层，而入射光自背电极层一次反射后借由第二功能性光学介质层而减少再度进入第二电池层的能量；且再度进入第二电池层的入射光则借由第一功能性光学介质层而减少进入第一电池层的能量。
因此，本发明的再一目的是提供一种串迭型太阳能电池，借由其功能性光学介质层朝向第一电池层的一面设置抗反射薄膜，可减少入射光自背电极层一次反射后进入第一电池层与第二电池层的能量，可以增加第二电池层与第三电池层捕捉(trap)入射光的量，降低第一电池层、第二电池层与第三电池层的光吸收差，改善电流不匹配的问题，由此提高此串迭型太阳能电池输出的短路电流，并进一步提高此串迭型太阳能电池整体的光电转换效率。
此外，本发明的再一目的是提供一种串迭型太阳能电池，借由其功能性光学介质层至少具有第一介质层及第二介质层，而第一介质层设置于功能性光学介质层朝向背电极层的一面且具有第一折射系数(refractive index)，而第二介质层设置于功能性光学介质层朝向前电极层的一面且具有第二折射系数，第一折射系数大于第二折射系数。借此，可减少入射光自背电极层一次反射后进入第一电池层与第二电池层的能量，可以增加第二电池层与第三电池层捕捉(trap)入射光的量，降低第一电池层、第二电池层与第三电池层的光吸收差，改善电流不匹配的问题，由此提高此串迭型太阳能电池输出的短路电流，并进一步提高此串迭型太阳能电池整体的光电转换效率。
此外，本发明的再一目的是提供一种串迭型太阳能电池，借由其功能性光学介质层具有梯度折射系数(gradient refractive index)，且此梯度折射系数的数值自朝向背电极层的一面至朝向前电极层的一面递减。借此，可减少入射光自背电极层一次反射后进入第一电池层与第二电池层的能量，可以增加第二电池层与第三电池层捕捉(trap)入射光的量，降低第一电池层、第二电池层与第三电池层的光吸收差，改善电流不匹配的问题，由此提高此串迭型太阳能电池输出的短路电流，并进一步提高此串迭型太阳能电池整体的光电转换效率。
此外，本发明的再一目的是提供一种串迭型太阳能电池，借由其功能性光学介质层包含第一功能性光学介质层与第二功能性光学介质层，两者的配置与变化并不需要一致，可视情况调整以达到使此串迭型太阳能电池的光电转换效率最佳的效果。
本发明再提供一种串迭型太阳能电池，包含依次堆叠形成的透明基板、前电极层、第一电池层、第二电池层、功能性光学介质层、第三电池层与背电极层。其中，第一电池层的材料由非晶硅(Amorphous silicon)或是非晶硅锗(Amorphous silicon-germanium)材料所组成，第二电池层与第三电池层的材料由单晶硅、单晶锗、多晶硅、多晶锗、微晶硅、微晶锗、多晶硅锗、微晶硅锗或者硅锗合金所组成。借此，当入射光由透明基板入射后，依次进入前电极层、第一电池层、第二电池层、功能性光学介质层以及第三电池层，而入射光自背电极层一次反射后借由功能性光学介质层而减少再度进入第二电池层的能量。
因此，本发明的再一目的是提供一种串迭型太阳能电池，借由其功能性光学介质层朝向第一电池层的一面设置抗反射薄膜，可减少入射光自背电极层一次反射后进入第二电池层的能量，可以增加第三电池层捕捉(trap)入射光的量，降低第三电池层与第二电池层的光吸收差，改善电流不匹配的问题，由此提高此串迭型太阳能电池输出的短路电流，并进一步提高此串迭型太阳能电池整体的光电转换效率。
此外，本发明的再一目的是提供一种串迭型太阳能电池，借由其功能性光学介质层至少具有第一介质层及第二介质层，而第一介质层设置于功能性光学介质层朝向背电极层的一面且具有第一折射系数(refractive index)，而第二介质层设置于功能性光学介质层朝向前电极层的一面且具有第二折射系数，第一折射系数大于第二折射系数。借此，可减少入射光自背电极层一次反射后进入第二电池层的能量，可以增加第三电池层捕捉(trap)入射光的量，降低第三电池层与第二电池层的光吸收差，改善电流不匹配的问题，由此提高此串迭型太阳能电池输出的短路电流，并进一步提高此串迭型太阳能电池整体的光电转换效率。
此外，本发明的再一目的是提供一种串迭型太阳能电池，借由其功能性光学介质层具有梯度折射系数(gradient refractive index)，且此梯度折射系数的数值自朝向背电极层的一面至朝向前电极层的一面递减。借此，可减少入射光自背电极层一次反射后进入第二电池层的能量，可以增加第三电池层捕捉(trap)入射光的量，降低第三电池层与第二电池层的光吸收差，改善电流不匹配的问题，据此提高此串迭型太阳能电池输出的短路电流，并进一步提高此串迭型太阳能电池整体的光电转换效率。
附图说明
图1为根据本发明提供的第一优选实施例的串迭型太阳能电池的示意图。
图2为根据本发明提供的第二及第五优选实施例的串迭型太阳能电池的示意图。
图3为根据本发明提供的第三优选实施例的串迭型太阳能电池的示意图。
图4为根据本发明提供的第四优选实施例的串迭型太阳能电池的示意图。
图5～图7为根据本发明提供的第一优选实施例的串迭型太阳能电池的功能性光学介质层的示意图。
【主要组件符号说明】
具体实施方式
由于本发明公开了一种具有功能性光学介质层的串迭型太阳能电池，其中所利用的太阳能电池的光电转换原理以及光折射原理已经被本领域技术人员所知晓，所以下文中的说明不再作完整描述。同时，下文中所对照的图示是为了表达与本发明特征有关的结构示意，并没有也不需要依据实际尺寸完整绘制，在此首先叙明。
首先请参考图1，是本发明提出的第一优选实施例，为一种串迭型太阳能电池10，包含依次堆叠形成的透明基板11、前电极层12、第一电池层13、功能性光学介质层17、第二电池层14与背电极层16。其中，第一电池层13可以是非晶硅(Amorphous silicon)材料，或者是其它如非晶硅锗(Amorphoussilicon-germanium)材料也可以。而第二电池层14的材料可以是单晶硅、单晶锗、多晶硅、多晶锗、微晶硅、微晶锗、多晶硅锗、微晶硅锗或是硅锗合金的材料都可以。
以往已知技术中的串迭型太阳能电池，其上下电池层会因为光吸收效果递减，而造成电流不匹配的问题，而本发明与以往已知技术的串迭型太阳能电池的差异即在于本发明的串迭型太阳能电池10具有功能性光学介质层17，通过设置此功能性光学介质层17可以增加电池层捕捉(trap)入射光L的量，降低各电池层的光吸收差，进一步使此串迭型太阳能电池10输出的短路电流提高。在本发明所提出的第一优选实施例中，借由功能性光学介质层17的不同配置与变化，用以提高其第二电池层14的光吸收效率。可降低第一电池层13与第二电池层14光吸收效率的差异，进一步使此串迭型太阳能电池10输出的短路电流提高，也提高了此串迭型太阳能电池10的整体光电转换效率。
请同时参考图1与图5，此功能性光学介质层17进一步包含抗反射薄膜171，设置在朝向第一电池层13的一面，也就是朝向入射光L进入方向的一面。且功能性光学介质层17的抗反射薄膜171的材料并不受到限制，但以硅氧氮化物(SiOxNy，x，y＝0～1)，或者是二氧化钛(TiO2)为优选。
借此，当入射光L由此串迭型太阳能电池10的透明基板11入射后，依次进入前电极层12、第一电池层13、功能性光学介质层17、第二电池层14以及背电极层16。当入射光L到达背电极层16之后产生反射光L’，此反射光L’的光路径为依次由背电极层16、第二电池层14、功能性光学介质层17、第一电池层13、前电极层12、透明基板11反射而出。当反射光L’的光路径到达功能性光学介质层17时，可借由功能性光学介质层17的抗反射薄膜171减少反射光L’进入第一电池层13。也就是说，借由功能性光学介质层17的抗反射薄膜171减少入射光L由背电极层16一次反射后再度进入第一电池层13的能量，由此增加第二电池层14捕捉(trap)入射光L的量，进一步提高第二电池层14的光吸收效率。据此，可降低第一电池层13与第二电池层14光吸收效率的差异，进一步使此串迭型太阳能电池10输出的短路电流提高，也提高了此串迭型太阳能电池10的整体光电转换效率。
请接着参考图1与图6，此功能性光学介质层17也可设置为至少具有第一介质层1711与第二介质层1712。第一介质层1711的材料并不受到限制，其中可以是硅(Si)、硅氧氮化物(SiOxNy，x，y＝0～1)、氧化锌(ZnO)、氧化铝锌(AZO)、氧化镓锌(GZO)、氧化钇锌(YZO)、氧化铟锌(IZO)或者是氧化铟锡(ITO)。第二介质层1712的材料也不受到限制，其中可以是硅、硅氧氮化物、氧化锌、氧化铝锌、氧化镓锌、氧化钇锌、氧化铟锌或者是氧化铟锡等。
第一介质层1711设置于功能性光学介质层17朝向背电极层16的一面并具有第一折射系数r1。而第二介质层1712设置于功能性光学介质层17朝向前电极层12的一面且具有第二折射系数r2。第一折射系数r1大于第二折射系数r2。
借此，当入射光L由此串迭型太阳能电池10的透明基板11入射后，依次进入前电极层12、第一电池层13、功能性光学介质层17、第二电池层14以及背电极层16。当入射光L到达背电极层16之后产生反射光L’，此反射光L’的光路径为依次由背电极层16、第二电池层14、功能性光学介质层17、第一电池层13、前电极层12、透明基板11反射而出。当反射光L’的光路径到达功能性光学介质层17时，可借由功能性光学介质层17的第一介质层1711的第一折射系数r1大于第二介质层1712的第二折射系数r2，减少反射光L’进入第一电池层13。也就是说，借由功能性光学介质层17的第一介质层1711的第一折射系数r1大于第二介质层1712的第二折射系数r2，减少入射光L由背电极层16一次反射后再度进入第一电池层13的能量，由此提高第二电池层14捕捉入射光L的量，进一步提高第二电池层14的光吸收效率。而当第一电池层13与第二电池层14光吸收效率的差异降低之后，也进一步使得此串迭型太阳能电池10输出的短路电流提高，也提高了此串迭型太阳能电池10的整体光电转换效率。
请继续参考图1与图7，此功能性光学介质层17也可以是具有一梯度折射系数的形式，也就是说此功能性光学介质层17朝向背电极层16的一面具有一梯度折射系数的数值t1，而朝向前电极层12的一面则具有一梯度折射系数的数值t2，而梯度折射系数t1至t2为递减的方式。
上述的功能性光学介质层17的材料也不受到限制，但其中以包含有硅氧氮化物(silicon oxide nitride)为优选，此硅氧氮化物具有化学式：SixOyNz，其中x，y，z均为正数。更进一步地，硅氧氮化物的浓度由朝向背电极层16的一面至朝向前电极层12的一面递减。
除了上述的材料以外，功能性光学介质层17也可以包含氧化锌(ZnO)、氧化铝锌(AZO)、氧化镓锌(GZO)、氧化钇锌(YZO)、氧化铟锌(IZO)或者是氧化铟锡(ITO)，并且其浓度由朝向背电极层16的一面至朝向前电极层12的一面递减。
借此，当入射光L由此串迭型太阳能电池10的透明基板11入射后，依次进入前电极层12、第一电池层13、功能性光学介质层17、第二电池层14以及背电极层16。当入射光L到达背电极层16之后产生反射光L’，此反射光L’的光路径为依次由背电极层16、第二电池层14、功能性光学介质层17、第一电池层13、前电极层12、透明基板11反射而出。当反射光L’的光路径到达功能性光学介质层17时，可借由此具有梯度折射系数的功能性光学介质层17，并且此梯度折射系数的数值从朝向背电极层16的一面至朝向前电极层12的一面递减，减少反射光L’进入第一电池层13。也就是说，借由此功能性光学介质层17的梯度折射系数设置，减少入射光L由背电极层16一次反射后再度进入第一电池层13的能量，由此提高第二电池层14捕捉入射光L的量，进一步提高第二电池层14的光吸收效率。而当第一电池层13与第二电池层14光吸收效率的差异降低之后，也进一步使得此串迭型太阳能电池10输出的短路电流提高，也提高了此串迭型太阳能电池10的整体光电转换效率。
请参考图2，是根据本发明所提出的第二优选实施例，是一种串迭型太阳能电池20，包含依次堆叠形成的透明基板21、前电极层22、第一电池层23、第二电池层24、功能性光学介质层27、第三电池层25与背电极层26。其中，第一电池层23与第二电池层24可以是非晶硅材料，或者是其它如非晶硅锗材料也可以。而第三电池层15的材料可以是单晶硅、单晶锗、多晶硅、多晶锗、微晶硅、微晶锗、多晶硅锗、微晶硅锗或是硅锗合金的材料都可以。
此第二优选实施例与第一优选实施例的差异在于，第二优选实施例多了第三电池层25，且为了使此串迭型太阳能电池20的第二电池层24与第三电池层25的光吸收差降低，因此在第二电池层24与第三电池层25之间设置功能性光学介质层27。借此，当入射光L由透明基板21入射后，依次进入前电极层22、第一电池层23、第二电池层24、功能性光学介质层27、第三电池层25以及背电极层26之后产生反射光L’，此反射光L’的光路径依次由背电极层26、第三电池层25、功能性光学介质层27、第二电池层24、第一电池层23、前电极层22、透明基板21反射而出。当反射光L’的光路径到达此功能性光学介质层27时，可借由此功能性光学介质层27而减少再度进入第二电池层24的能量。用以增加第三电池层25捕捉入射光L的量，降低第三电池层25与第二电池层24的光吸收效率的差异，进一步使此串迭型太阳能电池20输出的短路电流提高，并提高了此串迭型太阳能电池20的整体光电转换效率。
在本发明所提出的第二优选实施例中，也可通过功能性光学介质层27的不同配置与变化，用以提高第三电池层25的光吸收效率。此功能性光学介质层27的配置与变化、以及其材料的组成，都如第一优选实施例的功能性光学介质层17所述，同时也请参考图5至图7。
请参考图3，是根据本发明所提出的第三优选实施例，是一种串迭型太阳能电池30，包含依次堆叠形成的透明基板31、前电极层32、第一电池层33、功能性光学介质层37、第二电池层34、第三电池层35与背电极层36。其中，第一电池层23可以是非晶硅材料，或者是其它如非晶硅锗材料都可以。而第二电池层34与第三电池层35的材料可以是单晶硅、单晶锗、多晶硅、多晶锗、微晶硅、微晶锗、多晶硅锗、微晶硅锗或是硅锗合金的材料都可以。
此第三优选实施例与第二优选实施例的差异在于，第三优选实施例的第二电池层34与第二优选实施例的第二电池层24的组成材料不同，且功能性光学介质层37设置的位置也不同。此第三优选实施例的功能性光学介质层37设置在第一电池层33与第二电池层34之间，由此降低第二电池层34与第一电池层33的光吸收差。由此，当入射光L由透明基板31入射后，依次进入前电极层32、第一电池层33、功能性光学介质层37、第二电池层34、第三电池层35以及背电极层36之后产生反射光L’，此反射光L’的光路径依次由背电极层36、第三电池层35、第二电池层34、功能性光学介质层37、第一电池层33、前电极层32、透明基板31反射而出。当反射光L’的光路径到达此功能性光学介质层37时，可借由此功能性光学介质层37而减少再度进入第一电池层33的能量。用以增加第二电池层34捕捉入射光L的量，降低第一电池层33与第二电池层34的光吸收效率的差异，进一步使此串迭型太阳能电池30输出的短路电流提高，并提高了此串迭型太阳能电池30的整体光电转换效率。
在本发明所提出的第三优选实施例中，也可通过功能性光学介质层37的不同配置与变化，用以提高第二电池层34的光吸收效率。此功能性光学介质层37的配置与变化、以及其材料的组成，都如第一优选实施例的功能性光学介质层17所述，同时也请参考图5至图7。
请参考图4，是根据本发明所提出的第四优选实施例，是一种串迭型太阳能电池40，包含透明基板41、前电极层42、第一电池层43、第二电池层44、第三电池层45、背电极层46以及功能性光学介质层47。其中，第一电池层43可以是非晶硅材料，或者是其它如非晶硅锗材料都可以。而第二电池层44与第三电池层45的材料可以是单晶硅、单晶锗、多晶硅、多晶锗、微晶硅、微晶锗、多晶硅锗、微晶硅锗或是硅锗合金的材料都可以。
此第四优选实施例与第三优选实施例的第一电池层43、第二电池层44与第三电池层45的材料组成相同。差异在于第四优选实施例的功能性光学介质层47包含第一功能性光学介质层47a以及第二功能性光学介质层47b。其中，第一功能性光学介质层47a设置于第一电池层43与第二电池层44之间，而第二功能性光学介质层47b设置于第二电池层44与第三电池层45之间。因此，此串迭型太阳能电池40由透明基板41、前电极层42、第一电池层43、第一功能性光学介质层47a、第二电池层44、第二功能性光学介质层47b、第三电池层45以及背电极层46依次堆叠形成。
当入射光L由透明基板41入射后，依次进入前电极层42、第一电池层43、第一功能性光学介质层47a、第二电池层44、第二功能性光学介质层47b、第三电池层45以及背电极层46之后产生反射光L’，此反射光L’的光路径依次由背电极层46、第三电池层45、第二功能性光学介质层47b、第二电池层44、第一功能性光学介质层47a、第一电池层43、前电极层42、透明基板41反射而出。当反射光L’的光路径到达此第二功能性光学介质层47b时，可借由此第二功能性光学介质层47b而减少再度进入第二电池层44的能量，用以增加第三电池层45捕捉入射光L的量，并降低第二电池层44与第三电池层45的光吸收效率的差异。接着，再借由第一功能性光学介质层47a减少反射光L’再度进入第一电池层43的能量。据此，可进一步使此串迭型太阳能电池40输出的短路电流提高，并提高了此串迭型太阳能电池40的整体光电转换效率。
在本发明所提出的第四优选实施例中，也可通过功能性光学介质层47的不同配置与变化，用以提高第二电池层44与第三电池层45的光吸收效率，并降低第一电池层43、第二电池层44与第三电池层45的光吸收差异。此功能性光学介质层47的配置与变化、以及其材料的组成，都如第一优选实施例的功能性光学介质层17所述，同时也请参考图5至图7。
要进一步说明的是，在此第四优选实施例中，功能性光学介质层47所包含的第一功能性光学介质层47a与第二功能性光学介质层47b的配置与变化并不需要一致，可视情况调整以达到使此串迭型太阳能电池的光电转换效率最佳的效果。
本发明再提出第五优选实施例，是一种串迭型太阳能电池50，请参考图2，其包含依次堆叠形成的透明基板51、前电极层52、第一电池层53、第二电池层54、功能性光学介质层57、第三电池层55以及背电极层56。其中，第一电池层53可以是非晶硅材料，或者是其它如非晶硅锗材料都可以。而第二电池层54与第三电池层55的材料可以是单晶硅、单晶锗、多晶硅、多晶锗、微晶硅、微晶锗、多晶硅锗、微晶硅锗或是硅锗合金的材料都可以。
此第五优选实施例的结构与第二优选实施例相同，差异仅在于两实施例的第二电池层54所使用的材料不同。其功能性光学介质57也是设置在第二电池层54与第三电池层55之间，用以降低第二电池层54与第三电池层55的光吸收差。由此，当入射光L由透明基板51入射后，依次进入前电极层52、第一电池层53、第二电池层54、功能性光学介质层57、第三电池层55以及背电极层56之后产生反射光L’，此反射光L’的光路径依次由背电极层56、第三电池层55、功能性光学介质层57、第二电池层54、第一电池层53、前电极层52、透明基板51反射而出。当反射光L’的光路径到达此功能性光学介质层57时，可借由此功能性光学介质层57而减少再度进入第二电池层54的能量。用以增加第三电池层55捕捉入射光L的量，并且降低第三电池层55与第二电池层54的光吸收效率差异，进一步使此串迭型太阳能电池50输出的短路电流提高，并提高了此串迭型太阳能电池50的整体光电转换效率。
在本发明所提出的第五优选实施例中，也可通过功能性光学介质层57的不同配置与变化，用以提高第三电池层55的光吸收效率。此功能性光学介质层57的配置与变化、以及其材料的组成，都如第一优选实施例的功能性光学介质层17所述，同时也请参考图5至图7。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非用来限定本发明所要获得的专利权。同时，以上的描述，对于本领域技术人员来讲，应可明了及实施，因此其它未脱离本发明所公开的精神下所完成的等同改变或修饰，均应包含在权利要求的范围中。
Claims (13)
1.一种串迭型太阳能电池，包含依次堆叠形成的透明基板、前电极层、第一电池层、功能性光学介质层、第二电池层与背电极层，其特征在于：
第一电池层的材料选自于由非晶硅与非晶硅锗所组成的组；第二电池层的材料选自于由单晶硅、单晶锗、多晶硅、多晶锗、微晶硅、微晶锗、多晶硅锗、微晶硅锗和硅锗合金所组成的组；
入射光由透明基板入射后，依次进入前电极层、第一电池层、功能性光学介质层以及第二电池层，入射光自背电极层一次反射后借由功能性光学介质层而减少再度进入第一电池层的能量。
2.一种串迭型太阳能电池，包含依次堆叠形成的透明基板、前电极层、第一电池层、第二电池层、功能性光学介质层、第三电池层与背电极层，其特征在于：
第一电池层与第二电池层的材料选自于由非晶硅与非晶硅锗所组成的组；第三电池层的材料选自于由单晶硅、单晶锗、多晶硅、多晶锗、微晶硅、微晶锗、多晶硅锗、微晶硅锗和硅锗合金所组成的组；
入射光由透明基板入射后，依次进入前电极层、第一电池层、第二电池层、功能性光学介质层以及第三电池层，入射光自背电极层一次反射后借由功能性光学介质层而减少再度进入第二电池层的能量。
3.一种串迭型太阳能电池，包含依次堆叠形成的透明基板、前电极层、第一电池层、功能性光学介质层、第二电池层、第三电池层与背电极层，其特征在于：
第一电池层的材料选自于由非晶硅与非晶硅锗所组成的组；第二电池层与第三电池层的材料选自于由单晶硅、单晶锗、多晶硅、多晶锗、微晶硅、微晶锗、多晶硅锗、微晶硅锗和硅锗合金所组成的组；
入射光由透明基板入射后，依次进入前电极层、第一电池层、功能性光学介质层、第二电池层以及第三电池层，入射光自背电极层一次反射后借由功能性光学介质层而减少再度进入第一电池层的能量。
4.一种串迭型太阳能电池，包含透明基板、前电极层、第一电池层、第二电池层、第三电池层、背电极层与功能性光学介质层，其特征在于：
第一电池层的材料选自于由非晶硅与非晶硅锗所组成的组；第二电池层与第三电池层的材料选自于由单晶硅、单晶锗、多晶硅、多晶锗、微晶硅、微晶锗、多晶硅锗、微晶硅锗和硅锗合金所组成的组；
功能性光学介质层包含第一功能性光学介质层以及第二功能性光学介质层，其中，第一功能性光学介质层设置于第一电池层与第二电池层之间，第二功能性光学介质层设置于第二电池层与第三电池层之间；
入射光由透明基板入射后，依次进入前电极层、第一电池层、第一功能性光学介质层、第二电池层、第二功能性光学介质层以及第三电池层，入射光自背电极层一次反射后借由第二功能性光学介质层而减少再度进入第二电池层的能量；且再度进入第二电池层的入射光借由第一功能性光学介质层而减少进入第一电池层的能量。
5.一种串迭型太阳能电池，包含依次堆叠形成的透明基板、前电极层、第一电池层、第二电池层、功能性光学介质层、第三电池层与背电极层，其特征在于：
第一电池层的材料选自于由非晶硅与非晶硅锗所组成的组；第二电池层与第三电池层的材料选自于由单晶硅、单晶锗、多晶硅、多晶锗、微晶硅、微晶锗、多晶硅锗、微晶硅锗和硅锗合金所组成的组；
入射光由透明基板入射后，依次进入前电极层、第一电池层、第二电池层、功能性光学介质层以及第三电池层，入射光自背电极层一次反射后借由功能性光学介质层而减少再度进入第二电池层的能量。
6.根据权利要求1至权利要求5中的任一项权利要求所述的串迭型太阳能电池，其中，功能性光学介质层朝向第一电池层的一面还设置有抗反射薄膜。
7.根据权利要求6所述的串迭型太阳能电池，其中，抗反射薄膜选自于由硅氧氮化物SiOxNy及二氧化钛所组成的组，其中，x，y＝0～1。
8.根据权利要求1至权利要求5中的任一项权利要求所述的串迭型太阳能电池，其中，功能性光学介质层至少具有第一介质层及第二介质层，第一介质层设置于功能性光学介质层朝向背电极层的一面且具有第一折射系数，第二介质层设置于功能性光学介质层朝向前电极层的一面且具有第二折射系数，第一折射系数大于第二折射系数。
9.根据权利要求8所述的串迭型太阳能电池，其中，第一介质层选自于由硅、硅氧氮化物、氧化锌、氧化铝锌、氧化镓锌、氧化钇锌、氧化铟锌与氧化铟锡所组成的组，第二介质层选自于由硅、硅氧氮化物、氧化锌、氧化铝锌、氧化镓锌、氧化钇锌、氧化铟锌与氧化铟锡所组成的组。
10.根据权利要求1至权利要求5中的任一项权利要求所述的串迭型太阳能电池，其中，功能性光学介质层具有梯度折射系数，所述梯度折射系数的数值从朝向背电极层的一面至朝向前电极层的一面递减。
11.根据权利要求10所述的串迭型太阳能电池，其中，功能性光学介质层包含硅氧氮化物，且所述硅氧氮化物具有化学式：SixOyNz，其中，x，y，z都是正数。
12.根据权利要求11所述的串迭型太阳能电池，其中，所述硅氧氮化物的浓度从朝向背电极层的一面至朝向前电极层的一面递减。
13.根据权利要求10所述的串迭型太阳能电池，其中，功能性光学介质层选自于由氧化锌、氧化铝锌、氧化镓锌、氧化钇锌、氧化铟锌与氧化铟锡所组成的组。
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|---|---|---|---|---|
| CN1706050A (zh) * | 2003-07-24 | 2005-12-07 | 株式会社钟化 | 层积型光电变换装置 |
| CN101238586A (zh) * | 2005-08-10 | 2008-08-06 | 法国原子能委员会 | 抗反射涂层，尤其用于太阳能电池，以及用于生产该涂层的方法 |
| US20100269896A1 (en) * | 2008-09-11 | 2010-10-28 | Applied Materials, Inc. | Microcrystalline silicon alloys for thin film and wafer based solar applications |
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