CN108155265A - 硅基异质接面太阳能电池 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种硅基异质接面太阳能电池，包括以下构件。基板具有相对的第一表面与第二表面。第一本征半导体层设置于第一表面上。第二本征半导体层设置于第二表面上。P型半导体层设置于第一本征半导体层上。第一电极设置于P型半导体层上。N型半导体层设置于第二本征半导体层上。第二电极设置于N型半导体层上。第一本征半导体层的厚度与第二本征半导体层的厚度分别为10nm至20nm。在第一本征半导体层与第二本征半导体层中分别包含至少一个硅量子点。所述硅基异质接面太阳能电池可有效地降低制作上的困难度，且可有效地防止电场下降的情况发生。
Description
技术领域
本发明涉及一种太阳能电池，尤其涉及一种硅基异质接面太阳能电池。
背景技术
硅(Silicon)为目前通用的太阳能电池的原料代表，而在市场上又区分为单结晶硅、多结晶硅与非结晶硅。目前最成熟的工业生产制造技术和最大的市场占有率是以单晶硅和非晶硅为主的光电板。
近来，发展出一种具有本征薄层的异质接面(Heterojunction with IntrinsicThin-layer，HIT)硅基太阳能电池构造，其于单晶硅基板与非晶硅层之间夹有本征型(i型)非晶硅层(intrinsic amorphous silicon thin layer)，以降低界面上的缺陷，进而改善异质接合界面的特性。然而，为了避免因本征型非晶硅层的厚度增加所造成的电场下降，现有技术会将本征型非晶硅层的厚度设定为约5nm的较薄厚度，然而较薄厚度的本征型非晶硅层在制作上相当困难。
发明内容
本发明提供一种硅基异质接面太阳能电池，其可有效地降低制作上的困难度，且可有效地防止电场下降的情况发生。
本发明提出一种硅基异质接面太阳能电池，包括基板、第一本征半导体层、第二本征半导体层、P型半导体层、至少一个第一电极、N型半导体层与至少一个第二电极。基板具有相对的第一表面与第二表面。第一本征半导体层设置于第一表面上。第二本征半导体层设置于第二表面上。P型半导体层设置于第一本征半导体层上。第一电极设置于P型半导体层上。N型半导体层设置于第二本征半导体层上。第二电极设置于N型半导体层上。第一本征半导体层的厚度与第二本征半导体层的厚度分别为10nm至20nm。在第一本征半导体层与第二本征半导体层中分别包含至少一个硅量子点。
依照本发明的一实施例所述，在上述硅基异质接面太阳能电池中，硅量子点例如是硅结晶结构所形成的量子点。
依照本发明的一实施例所述，在上述硅基异质接面太阳能电池中，硅量子点的粒径例如是1nm至5nm。
依照本发明的一实施例所述，在上述硅基异质接面太阳能电池中，第一本征半导体层中的硅量子点例如是邻近于第一表面。第二本征半导体层中的硅量子点例如是邻近于第二表面。
依照本发明的一实施例所述，在上述硅基异质接面太阳能电池中，硅量子点占第一本征半导体层的比例例如是30％至50％。硅量子点占第二本征半导体层的比例例如是30％至50％。
依照本发明的一实施例所述，在上述硅基异质接面太阳能电池中，第一本征半导体层与第二本征半导体层中的硅量子点的数量可为多个。相临两个硅量子点的间距例如是5nm至10nm。
依照本发明的一实施例所述，在上述硅基异质接面太阳能电池中，第一本征半导体层的能隙与第二本征半导体层的能隙例如分别是1.5eV至1.7eV。
依照本发明的一实施例所述，在上述硅基异质接面太阳能电池中，第一本征半导体层的制造方法与第二本征半导体层的制造方法例如分别采用射频等离子体增强型化学气相沉积法(radio frequency plasma-enhanced chemical vapor deposition，RF-PECVD)、热丝化学气相沉积法(hot-wire chemical vapor deposition，HW-CVD)或特高频等离子体增强型化学气相沉积法(very high frequency plasma-enhanced chemicalvapor deposition，VHF-PECVD)。
依照本发明的一实施例所述，在上述硅基异质接面太阳能电池中，用于形成硅量子点的处理气体包括硅烷(silane，SiH4)与氢气。氢气与硅烷的比值例如是10至20。
依照本发明的一实施例所述，在上述硅基异质接面太阳能电池中，还包括第一透明导电膜与第二透明导电膜。第一透明导电膜设置于P型半导体层与第一电极之间。第二透明导电膜设置于N型半导体层与第二电极之间。
基于上述，在本发明所提出的硅基异质接面太阳能电池中，由于第一本征半导体层与第二本征半导体层的厚度分别为10nm至20nm，因此可有效地降低制作上的困难度。此外，由于在第一本征半导体层与第二本征半导体层中分别包含硅量子点，所以可通过硅量子点补偿因厚度增加所造成的电场下降，因此可有效地防止电场下降的情况发生。另外，可通过硅量子点的能隙特性与优良光电特性，达成高效能硅基太阳能电池的量产目标。
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，并配合附图作详细说明如下。
附图说明
图1为本发明一实施例的硅基异质接面太阳能电池的剖面示意图。
附图标记说明：
100：硅基异质接面太阳能电池
110：基板
112：第一表面
114：第二表面
120：第一本征半导体层
130：第二本征半导体层
122、132：硅量子点
140：P型半导体层
150：第一电极
160：N型半导体层
170：第二电极
180：第一透明导电膜
190：第二透明导电膜
具体实施方式
图1为本发明一实施例的硅基异质接面太阳能电池的剖面示意图。
请参照图1，硅基异质接面太阳能电池100包括基板110、第一本征半导体层120、第二本征半导体层130、P型半导体层140、至少一个第一电极150、N型半导体层160与至少一个第二电极170。硅基异质接面太阳能电池100例如是具有本征薄层的异质接面(HIT)硅基太阳能电池。
基板110具有相对的第一表面112与第二表面114。基板110例如是N型半导体基板或P型半导体基板，如N型硅基板或P型硅基板。在一实施例中，基板110可为N型单晶硅基板。基板110的厚度例如是90微米至250微米。在一实施例中，基板110的厚度可为90微米至150微米之间。此外，基板110的第一表面112与第二表面114可分别为糙化表面。
第一本征半导体层120设置于第一表面112上。第一本征半导体层120的厚度为10nm至20nm，因此可有效地降低制作上的困难度。此外，第一本征半导体层120对于太阳能电池的电特性具有相当大的影响。当第一本征半导体层120的厚度过厚时，电子与电洞在材料内部传导时的重合机率极高。为避免此现象发生，第一本征半导体层120的厚度不宜过厚。当第一本征半导体层120的厚度过薄时，又容易造成吸光性不足。因此，在本实施例中，将第一本征半导体层120的厚度设为10nm至20nm。第一本征半导体层120的材料例如是非晶硅。第一本征半导体层120的能隙例如是1.5eV至1.7eV。
在第一本征半导体层120中包含至少一个硅量子点122，而可通过硅量子点122补偿因第一本征半导体层120的厚度增加所造成的电场下降，因此可有效地防止电场下降的情况发生。硅量子点122例如是硅结晶结构所形成的量子点。在此实施例中，第一本征半导体层120中的硅量子点122的数量是以多个为例来进行说明。第一本征半导体层120中的硅量子点122可组成单层结构。硅量子点122占第一本征半导体层120的比例例如是30％至50％。
硅量子点122的粒径例如是1nm至5nm。在一实施例中，硅量子点122的粒径可为3nm至5nm。当硅量子点122的粒径小于1nm时，硅量子点122的制作困难。当硅量子点122的粒径大于5nm时，硅量子点122的尺寸过大而不具有量子效果。
相临两个硅量子点122的间距例如是5nm至10nm。当硅量子点122的间距粒径小于5nm时，由于硅量子点122之间的距离太近，容易在晶界面产生漏电的问题。当硅量子点122的间距大于10nm时，由于硅量子点122之间的距离太远，对于增强电场的效果较差。
第一本征半导体层120中的硅量子点122例如是邻近于第一表面112。举例来说，第一本征半导体层120中的硅量子点122可位于第一表面112上。在此情况下，由于硅量子点122能够达到非晶到结晶相转换区域，因此可填补与单晶硅接面处发生的缺陷。
第二本征半导体层130设置于第二表面114上。第二本征半导体层130的厚度为10nm至20nm，因此可有效地降低制作上的困难度。此外，第二本征半导体层130对于太阳能电池的电特性具有相当大的影响。当第二本征半导体层130的厚度过厚时，电子与电洞在材料内部传导时的重合机率极高。为避免此现象发生，第二本征半导体层130的厚度不宜过厚。当第二本征半导体层130的厚度过薄时，又容易造成吸光性不足。因此，在本实施例中，将第二本征半导体层130的厚度设为10nm至20nm。第二本征半导体层130的材料例如是非晶硅。第二本征半导体层130的能隙例如是1.5eV至1.7eV。
在第二本征半导体层130中包含至少一个硅量子点132，而可通过硅量子点132补偿因第二本征半导体层130的厚度增加所造成的电场下降，因此可有效地防止电场下降的情况发生。硅量子点132例如是硅结晶结构所形成的量子点。在此实施例中，第二本征半导体层130中的硅量子点132的数量是以多个为例来进行说明。第二本征半导体层130中的硅量子点132可组成单层结构。硅量子点132占第二本征半导体层130的比例例如是30％至50％。
硅量子点132的粒径例如是1nm至5nm。在一实施例中，硅量子点132的粒径可为3nm至5nm。当硅量子点132的粒径小于1nm时，硅量子点132的制作困难。当硅量子点132的粒径大于5nm时，硅量子点132的尺寸过大而不具有量子效果。
相临两个硅量子点132的间距例如是5nm至10nm。当硅量子点132的间距粒径小于5nm时，由于硅量子点132之间的距离太近，容易在晶界面产生漏电的问题。当硅量子点132的间距大于10nm时，由于硅量子点132之间的距离太远，对于增强电场的效果较差。
第二本征半导体层130中的硅量子点132例如是邻近于第二表面114。举例来说，第二本征半导体层130中的硅量子点132可位于第二表面114上。在此情况下，由于硅量子点132能够达到非晶到结晶相转换区域，因此可填补与单晶硅接面处发生的缺陷。
第一本征半导体层120的制造方法与第二本征半导体层130的制造方法例如分别采用射频等离子体增强型化学气相沉积法、热丝化学气相沉积法或特高频等离子体增强型化学气相沉积法。用于形成第一本征半导体层120的处理气体与第二本征半导体层130的处理气体分别包括硅化合物(如，硅烷)与氢气，且还可包括氩气。其中，在形成硅量子点122与硅量子点132的处理气体中，氢气与硅烷的比值例如是10至20。在形成硅量子点122与硅量子点132的处理中，基板温度例如是100℃至200℃。
P型半导体层140设置于第一本征半导体层120上。P型半导体层140的材料例如是经P型掺质进行掺杂的非晶硅。
第一电极150设置于P型半导体层140上。第一电极150可用于取出硅基异质接面太阳能电池100所产生的电力。第一电极150的材料例如是铝(Al)、镍(Ni)、金(Au)、银(Ag)、钛(Ti)或钯(Pd)。在此实施例中，第一电极150的数量是以两个为例来进行说明，但本发明并不以此为限。
N型半导体层160设置于第二本征半导体层130上。N型半导体层160的材料例如是经N型掺质进行掺杂的非晶硅。
第二电极170设置于N型半导体层160上。第二电极170可用于取出硅基异质接面太阳能电池100所产生的电力。第二电极170的材料例如是铝、镍、金、银、钛或钯。在此实施例中，第二电极170的数量是以为两个例来进行说明，但本发明并不以此为限。
此外，硅基异质接面太阳能电池100还可选择性地包括第一透明导电膜180与第二透明导电膜190中的至少一个。
第一透明导电膜180设置于P型半导体层140与第一电极150之间，可用以提升电流的收集效率。第一透明导电膜180的材料例如是氧化铟(In2O3)、氢化钨氧化铟(In2O3:W:H，其中W与H的含量例如是在5％以下)、氧化锌(ZnO)、经Ga、Al或B掺杂的氧化锌、氧化锡(SnO2)或铟锡氧化物(ITO)等金属氧化物。
第二透明导电膜190设置于N型半导体层160与第二电极170之间，可用以提升电流的收集效率。第二透明导电膜190的材料例如是氧化铟(In2O3)、氢化钨氧化铟(In2O3:W:H，其中W与H的含量例如是在5％以下)、氧化锌(ZnO)、经Ga、Al或B掺杂的氧化锌、氧化锡(SnO2)或铟锡氧化物(ITO)等金属氧化物。
基于上述实施例可知，在硅基异质接面太阳能电池100中，由于第一本征半导体层120与第二本征半导体层130的厚度分别为10nm至20nm，因此可有效地降低制作上的困难度。此外，由于在第一本征半导体层120与第二本征半导体层130中分别包含硅量子点122与硅量子点132，所以可通过硅量子点122与硅量子点132补偿因厚度增加所造成的电场下降，因此可有效地防止电场下降的情况发生。另外，可通过硅量子点122与硅量子点132的能隙特性与优良光电特性，达成高效能硅基太阳能电池的量产目标。
综上所述，在上述实施例所提出的硅基异质接面太阳能电池中，通过将本征半导体层的厚度设为10nm至20nm，且在本征半导体层中包含硅量子点，可有效地降低制作上的困难度与防止电场下降，且可达成高效能硅基太阳能电池的量产目标。
虽然本发明已以实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更改与润饰，故本发明的保护范围当视权利要求所界定的为准。
Claims (10)
1.一种硅基异质接面太阳能电池，其特征在于，包括：
基板，具有相对的第一表面与第二表面；
第一本征半导体层，设置于所述第一表面上；
第二本征半导体层，设置于所述第二表面上；
P型半导体层，设置于所述第一本征半导体层上；
至少一个第一电极，设置于所述P型半导体层上；
N型半导体层，设置于所述第二本征半导体层上；以及
至少一个第二电极，设置于所述N型半导体层上，其中
所述第一本征半导体层的厚度与所述第二本征半导体层的厚度分别为10nm至20nm，且在所述第一本征半导体层与所述第二本征半导体层中分别包含至少一个硅量子点。
2.根据权利要求1所述的硅基异质接面太阳能电池，其特征在于，所述至少一个硅量子点包括硅结晶结构所形成的量子点。
3.根据权利要求1所述的硅基异质接面太阳能电池，其特征在于，所述至少一个硅量子点的粒径为1nm至5nm。
4.根据权利要求1所述的硅基异质接面太阳能电池，其特征在于，所述第一本征半导体层中的所述至少一个硅量子点邻近于所述第一表面，且所述第二本征半导体层中的所述至少一个硅量子点邻近于所述第二表面。
5.根据权利要求1所述的硅基异质接面太阳能电池，其特征在于，所述至少一个硅量子点占所述第一本征半导体层的比例为30％至50％，且所述至少一个硅量子点占所述第二本征半导体层的比例为30％至50％。
6.根据权利要求1所述的硅基异质接面太阳能电池，其特征在于，所述第一本征半导体层与所述第二本征半导体层中的所述至少一个硅量子点的数量为多个，且相临两个硅量子点的间距为5nm至10nm。
7.根据权利要求1所述的硅基异质接面太阳能电池，其特征在于，所述第一本征半导体层的能隙与所述第二本征半导体层的能隙分别为1.5eV至1.7eV。
8.根据权利要求1所述的硅基异质接面太阳能电池，其特征在于，所述第一本征半导体层的制造方法与所述第二本征半导体层的制造方法分别包括射频等离子体增强型化学气相沉积法、热丝化学气相沉积法或特高频等离子体增强型化学气相沉积法。
9.根据权利要求1所述的硅基异质接面太阳能电池，其特征在于，用于形成所述至少一个硅量子点的处理气体包括硅烷与氢气，其中所述氢气与所述硅烷的比值为10至20。
10.根据权利要求1所述的硅基异质接面太阳能电池，其特征在于，还包括：
第一透明导电膜，设置于所述P型半导体层与所述至少一个第一电极之间；以及
第二透明导电膜，设置于所述N型半导体层与所述至少一个第二电极之间。
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