CN201904351U - 具高光电转换效率的太阳能电池结构 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种具高光电转换效率的太阳能电池结构，包括一透明基板，其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，藉由透明导电层吸收射入光线，并透过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
技术领域
本实用新型有关一种太阳能电池，特别是指一种形成有图案层的透明导电层，可将射入光线水平导向，进而增加吸光量的具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，随着人類生活的进步，对于能源的需求是愈來愈高，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，其中又以太阳能为绿色能源开发利用最活跃的领域。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，太阳能电池透过吸收半导体中的光量或光子，从而激发电子使其足以驱动电路。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、二六族的元素链结的材料。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元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。
有鉴于此，本实用新型遂针对上述现有技术的缺失，提出一种具高光电转换效率的太阳能电池结构，以有效克服上述的该等问题。
发明内容
本实用新型的主要目的在于提供一种成本低、结构简单且能提高光吸收性与光电转换效率的具高光电转换效率的太阳能电池结构。
本实用新型的另一目的在于提供一种具高光电转换效率的太阳能电池结构，可吸收不同波长的入射光线，利用表面上形成具有图案层的透明导电层，透过图案层的导向来提高吸光量，以克服入射光线因为反射或穿透率不足的问题，并进而达到光电转换效率的目的。
为达上述的目的，本实用新型提供一种具高光电转换效率的太阳能电池结构，其包括一透明基板，其上依序设有一非晶硅层、一三五族多晶半导体层及一透明导电层，且透明导电层的表面上形成有一图案层，将入射光线水平导向至三五族多晶半导体层中。
本实用新型提供了一种具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，设于该透明基板上；
一三五族多晶半导体层，设于该非晶硅层上；及
一透明导电层，设于该三五族多晶半导体层上，且该透明导电层的表面上形成有一图案层，将入射光线水平导向至该三五族多晶半导体层中。
实施时，该图案为金字塔型、连续V型槽、不连续V型槽或波浪型。
实施时，该透明导电层为透明导电氧化物。
实施时，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。
实施时，该三五族多晶半导体层包含第一型半导体层、一本质型半导体层和一第二型半导体层。
实施时，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。
实施时，该透明基板的材质为玻璃、石英、透明塑胶、单晶氧化铝或可挠性透明材质。
与现有技术相比，本实用新型所述的具高光电转换效率的太阳能电池结构，形成有图案层的透明导电层，可将射入光线水平导向，进而增加吸光量。
底下通过具体实施例详加说明，当更容易了解本实用新型的目的、技术内容、特点及其所达成的功效。
附图说明
图1为本实用新型的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为本实用新型另一实施例的结构剖视图；
图4a为本实用新型的图案层为连续V型槽的结构示意图；
图4b为本实用新型的图案层为不连续V型槽的结构示意图；
图4c为本实用新型的图案层为波浪型的结构示意图。
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
请参阅图1，本实用新型的太阳能电池结构10包括一透明基板12，透明基板12的材质可为玻璃、石英、透明塑胶、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叠的顺序。其中，透明导电层18的表面上可形成有一图案层20，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，如蚀刻或电镀制程，亦或，先于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，如激光制程。通过金字塔型图案层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可藉由化学气相沉积(LPCVD)制程控制透明导电薄膜结晶方向，进而控制自然形成的奈米尺度绒面(texture)表面形貌并提高光捕捉性及元件效能，因此具有较低生产成本的优势。
请同时参阅图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拥有较高光穿透率而允许长波长光线的入射，因此具吸收光线波长范围宽广的高效率特性。再透过形成于透明导电层18的表面上的金字塔型图案层20，将入射光线做水平导向，不仅使光线行走路径变长，又可达到减少反射光的损失问题。
三五族多晶半导体层16经透明导电层18接收太阳光的入射光线后产生电能，其中三五族多晶半导体层16可包含有三层，其为一第一型半导体层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，且上述顺序即是由下至上堆叠的顺序。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型半导体参杂有三价原子，N型半导体参杂有五价原子，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、电洞载子对，透过P型半导体及N型半导体形成的内建电场把载子经由电极导出，以完成光电转换。
当然，除了上述的三五族多晶半导体层16包含三层结构之外，如第3图所示，三五族多晶半导体层16亦可为包含两层的结构，其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。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，即可藉由譬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。再者，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。
接续，为了能够充分利用太阳光，可透过雷射或蚀刻制程将一图案层形成于透明导电层18的表面上，除了上述形成具金字塔型图案层20之外，亦可为如图4a所示，于透明导电层18的表面上形成的连续V型槽图案层28，如图4b所示，于透明导电层18的表面上形成的不连续V型槽图案层30，以及如图4c所示，于透明导电层18的表面上形成的波浪型图案层32，不论是是上述任一微结构的图案层，皆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。
以上所述，仅为本实用新型的较佳实施例而已，并非用来限定本实用新型实施的范围。故即凡依本实用新型申请范围所述的特征及精神所为的均等变化或修饰，均应包括于本实用新型的申请专利范围内。
Claims (7)
1.一种具高光电转换效率的太阳能电池结构，其特征在于，包括：
一透明基板；
一非晶硅层，设于该透明基板上；
一三五族多晶半导体层，设于该非晶硅层上；及
一透明导电层，设于该三五族多晶半导体层上，且该透明导电层的表面上形成有一图案层，将入射光线水平导向至该三五族多晶半导体层中。
2.如权利要求1所述的具高光电转换效率的太阳能电池结构，其特征在于，该图案为金字塔型、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为氧化铟锡、氧化锌铝或氧化锌锡。
5.如权利要求1所述的具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、一本质型半导体层和一第二型半导体层。
6.如权利要求5所述的具高光电转换效率的太阳能电池结构，其特征在于，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、透明塑胶、单晶氧化铝或可挠性透明材质。
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