CN201868457U - 转换红外光的具有高、低温非晶硅本质层的太阳能电池 - Google Patents

Abstract

本实用新型是关于一种转换红外光的具有高、低温非晶硅本质层的太阳能电池，其包括透明基板、第一与第二电极、红外光转换层以及依序配置于第一电极与第二电极之间的第一n型半导体层、高温非晶硅本质层、第一p型半导体层、第二n型半导体层、低温非晶硅本质层与第二p型半导体层；第一n型半导体层位于高温非晶硅本质层与第二电极之间；红外光转换层配置于第一n型半导体层与第二电极之间或第二p型半导体层与第一电极之间，用以将红外光转换为可见光。

Description

转换红外光的具有高、低温非晶硅本质层的太阳能电池

技术领域

本实用新型涉及一种太阳电池，特别是涉及一种转换红外光的具有高、低温非晶硅本质层的太阳能电池。

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

有鉴于上述现有技术所存在的缺陷，本实用新型的目的在于，提供一种转换红外光的具有高、低温非晶硅本质层的太阳能电池，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，依据本实用新型提出的一种转换红外光的具有高、低温非晶硅本质层的太阳能电池，其包括透明基板、第一电极、第二电极、第一n型半导体层、第一p型半导体层、高温非晶硅本质层(intrinsiclayer)、第二n型半导体层、第二p型半导体层、低温非晶硅本质层以及红外光转换层(infrared light conversion layer)；该第一电极配置于透明基板上；该第二电极配置于第一电极与透明基板之间；该第一n型半导体层、高温非晶硅本质层、第一p型半导体层、第二n型半导体层、低温非晶硅本质层与第二p型半导体层依序配置于第一电极与第二电极之间，且第一n型半导体层位于高温非晶硅本质层与第二电极之间；该红外光转换层配置于第一n型半导体层与第二电极之间或第二p型半导体层与第一电极之间，用以将红外光转换为可见光。

本实用新型还可采用以下技术措施进一步实现。

前述的转换红外光的具有高、低温非晶硅本质层的太阳能电池，其中所述的红外光转换层的材料例如为稀土(rare earth)元素。

前述的转换红外光的具有高、低温非晶硅本质层的太阳能电池，其中所述的稀土元素例如为镧(La)系元素。

前述的转换红外光的具有高、低温非晶硅本质层的太阳能电池，其中所述的可见光例如为绿光或蓝绿混光。

前述的转换红外光的具有高、低温非晶硅本质层的太阳能电池，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)。

前述的转换红外光的具有高、低温非晶硅本质层的太阳能电池，其中所述的第一p型半导体层、第二p型半导体层、第一n型半导体层与第二n型半导体层的材料例如为非晶硅或微晶硅。

前述的转换红外光的具有高、低温非晶硅本质层的太阳能电池，其中所述的透明基板的材料例如为玻璃。

前述的转换红外光的具有高、低温非晶硅本质层的太阳能电池，其中当红外光转换层位于第一n型半导体层与第二电极之间时，还可以在第一电极与第二p型半导体层之间配置半透明金属层。

前述的转换红外光的具有高、低温非晶硅本质层的太阳能电池，其中当红外光转换层位于第二p型半导体层与第一电极之间时，还可以在第二电极与第一n型半导体层之间配置半透明金属层。

前述的转换红外光的具有高、低温非晶硅本质层的太阳能电池，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)。

本实用新型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，本实用新型的转换红外光的具有高、低温非晶硅本质层的太阳能电池，至少具有下列优点：

一、本实用新型的转换红外光的具有高、低温非晶硅本质层的太阳能电池，当太阳光自第二电极侧进入太阳能电池时，本实用新型于第一n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，或者当太阳光自第一电极侧进入太阳能电池时，本实用新型于第二p型半导体层与第一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、本实用新型的转换红外光的具有高、低温非晶硅本质层的太阳能电池，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、本实用新型的转换红外光的具有高、低温非晶硅本质层的太阳能电池，若照射至太阳能电池的太阳光中的红外光被转换为绿光或蓝绿混光，则本实用新型的太阳能电池可以应用于需要较多绿光或蓝绿混光的农业或花卉产业，以助于农作物与花卉培养。

为让本实用新型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为本实用新型一实施例的具有高、低温非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为本实用新型另一实施例的具有高、低温非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3为本实用新型再一实施例的具有高、低温非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4为本实用新型又一实施例的具有高、低温非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、30、40：太阳能电池    100：透明基板

102、104：电极                106、112：n型半导体层

108：高温非晶硅本质层         110、116：p型半导体层

114：低温非晶硅本质层         118：红外光转换层

120：太阳光                   122：半透明金属层

具体实施方式

为更进一步阐述本实用新型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，对依据本实用新型提出的转换红外光的具有高、低温非晶硅本质层的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，为本实用新型一实施例的转换红外光的具有高、低温非晶硅本质层的太阳能电池之剖视示意图。在本文中，“高温非晶硅本质层”是表示以高温制程所形成的非晶硅本质层，而“低温非晶硅本质层”是表示以低温制程所形成的非晶硅本质层。

请参照图1，太阳能电池10包括透明基板100、电极102、电极104、n型半导体层106、高温非晶硅本质层108、p型半导体层110、n型半导体层112、低温非晶硅本质层114、p型半导体层116以及红外光转换层118。

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，AZO)、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)。

n型半导体层106、高温非晶硅本质层108、p型半导体层110、n型半导体层112、低温非晶硅本质层114与p型半导体层116依序配置于电极102与电极104之间，且n型半导体层106位于高温非晶硅本质层108与电极104之间。n型半导体层106、112的材料例如为非晶硅或微晶硅，而n型半导体层106、112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)。p型半导体层110、116的材料例如为非晶硅或微晶硅，而p型半导体层110、116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)。高温非晶硅本质层108例如是利用高温化学气相沈积制程所形成的非晶硅材料层。低温非晶硅本质层114例如是利用低温化学气相沈积制程所形成的非晶硅材料层。高温非晶硅本质层108与低温非晶硅本质层114皆可吸收可见光，且高温非晶硅本质层108对于绿光与蓝绿混光具有较佳的吸收率(对绿光具有最佳的吸收率)，而低温非晶硅本质层114对于黄光与橙光具有较佳的吸收率。高温非晶硅本质层108与低温非晶硅本质层114作为光产生电子-电洞对的主要区域。

红外光转换层118配置于n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118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，由于以非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120穿过透明基板100而照射至红外光转换层118时，红外光转换层118可将太阳光120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。

在本实施例中，当太阳光120中的红外光被红外光转换层118转换为可见光之后，大部分的可见光会先被高温非晶硅本质层108吸收。此外，未被高温非晶硅本质层108吸收的可见光随后会被低温非晶硅本质层114吸收。也就是说，经红外光转换层118所转换而形成的可见光在进入太阳能电池10之后，几乎可以被高温非晶硅本质层108与低温非晶硅本质层114完全地吸收。与一般的太阳能电池相比，由于在将太阳光120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之后，增加了照射至高温非晶硅本质层108与低温非晶硅本质层114的可见光的量，且可见光几乎完全地被高温非晶硅本质层108与低温非晶硅本质层114吸收，因此太阳能电池10可以具有较高的光电转换效率。

在一实施例中，由于高温非晶硅本质层108对于绿光与蓝绿混光具有较佳的吸收率(对于绿光具有最佳的吸收率)，因此可以藉由调整红外光转换层118中稀土元素的种类、组成比例等来将太阳光120中的红外光转换为绿光或蓝绿混光，以进一步地提升太阳能电池10的光电转换效率。此外，由于低温非晶硅本质层114对于黄光与橙光具有较佳的吸收率，因此未被高温非晶硅本质层108吸收的黄光与橙光可以被低温非晶硅本质层114吸收，因而达到提高光电转换效率的功效。

特别一提的是，经红外光转换层118所转换成的绿光或蓝绿混光经过太阳能电池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118转换而形成且未被吸收的绿光或蓝绿混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应用于需要较多绿光或蓝绿混光的农业或花卉产业，则可有助于农作物与花卉培养。

再者，由于照射至太阳能电池10的太阳光120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120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，为本实用新型另一实施例的转换红外光的具有高、低温非晶硅本质层的太阳能电池的剖视示意图。如图2所示，在另一实施例中，还可以在电极102与p型半导体层116之间配置半透明金属层122。半透明金属层122的材料例如为铝或过渡金属。在本实施例中，当太阳光120自透明基板100的方向照射至太阳能电池20时，未被吸收的绿光或蓝绿混光以及其他未被吸收的可见光会经过半透明金属层122而穿出太阳能电池20。此时，藉由调整半透明金属层122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122的厚度较薄，则穿出太阳能电池20的光的强度较大，且含有较多的绿光或蓝绿混光，因此同样可以应用于需要较多绿光或蓝绿混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122的厚度较厚，则穿出太阳能电池20的光的强度较小，且含有较少的绿光或蓝绿混光。

此外，部分的可见光还可被半透明金属层122反射而再次进入高温非晶硅本质层108与低温非晶硅本质层114，并被高温非晶硅本质层108与低温非晶硅本质层114吸收。

在上述实施例中，太阳光120皆是自透明基板100的方向照射至太阳能电池。在以下实施例中，太阳光120也可以是由相对侧照射至太阳能电池。此时，红外光转换层118必须配置于电极102与p型半导体层116之间。

请参阅图3所示，为本实用新型再一实施例所绘示的具有高、低温非晶硅本质层的高光电转换效率太阳能电池的剖视示意图。请参照图3，在本实施例中，太阳能电池30与太阳能电池10的差别在于：在太阳能电池30中，红外光转换层118配置于电极102与p型半导体层116之间。当太阳光120自电极102的方向照射太阳能电池30时，红外光转换层118会将太阳光120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，然后一部分的可见光先被低温非晶硅本质层114吸收，而未被低温非晶硅本质层114吸收的可见光会被高温非晶硅本质层108吸收，因此同样可以达到提高光电转换效率的功效。

当然，在另一实施例中，同样可以于太阳能电池30中配置半透明金属层122。如图4所示，在太阳能电池40中，半透明金属层122配置于电极104与n型半导体层106之间。因此，太阳能电池40也可以具有与太阳能电池20相同的功效。

虽然本实用新型已以较佳实施例揭露如上，然并非用以限定本实用新型实施的范围，依据本实用新型的权利要求书及说明内容所作的简单的等效变化与修饰，仍属于本实用新型技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种转换红外光的具有高、低温非晶硅本质层的太阳能电池，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；

一第一n型半导体层、一高温非晶硅本质层、一第一p型半导体层、一第二n型半导体层、一低温非晶硅本质层与一第二p型半导体层，依序配置于该第一电极与该第二电极之间，且该第一n型半导体层位于该高温非晶硅本质层与该第二电极之间；以及

一红外光转换层，配置于该第一n型半导体层与该第二电极之间或该第二p型半导体层与该第一电极之间，用以将红外光转换为一可见光。

2.如权利要求1所述的转换红外光的具有高、低温非晶硅本质层的太阳能电池，其特征在于其中所述的红外光转换层的材料为一稀土元素。

3.如权利要求2所述的转换红外光的具有高、低温非晶硅本质层的太阳能电池，其特征在于其中所述的稀土元素为镧系元素。

4.如权利要求1所述的转换红外光的具有高、低温非晶硅本质层的太阳能电池，其特征在于其中所述的可见光为绿光或蓝绿混光。

5.如权利要求1所述的转换红外光的具有高、低温非晶硅本质层的太阳能电池，其特征在于其中所述的第一电极与该第二电极的材料为透明导电氧化物。

6.如权利要求1所述的转换红外光的具有高、低温非晶硅本质层的太阳能电池，其特征在于其中所述的第一p型半导体层、该第二p型半导体层、该第一n型半导体层与该第二n型半导体层的材料为非晶硅或微晶硅。

7.如权利要求1所述的转换红外光的具有高、低温非晶硅本质层的太阳能电池，其特征在于其中所述的透明基板的材料为玻璃。

8.如权利要求1所述的转换红外光的具有高、低温非晶硅本质层的太阳能电池，其特征在于其中当红外光转换层位于该第一n型半导体层与该第二电极之间时，还包括一半透明金属层，配置于该第一电极与该第二p型半导体层之间。

9.如权利要求1所述的转换红外光的具有高、低温非晶硅本质层的太阳能电池，其特征在于其中当红外光转换层位于该第二p型半导体层与该第一电极之间时，还包括一半透明金属层，配置于该第二电极与该第一n型半导体层之间。

10.如权利要求8或9所述的转换红外光的具有高、低温非晶硅本质层的太阳能电池，其特征在于其中所述的半透明金属层的材料为铝或过渡金属。

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