TW200840064A - Solar cell - Google Patents

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200840064 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明是有關於一種太陽能電池，且特別是有關於一種具 光學反射元件之太陽能電池。 【先前技術】 太陽能電池與一般的電池不同。太陽能電池是將太陽能轉換 成電能的裝置，不需要透過電解質來傳遞導電離子，而是改採半 導體產生PN接面（PNjunction)以獲得電位。 太陽能電池係一種利用太陽光直接發電的光電半導體，其係 將咼純度的半導體材料加入一些不純物使其呈現不同的性質，如 加入硼可形成P型半導體，加入磷可形成N型半導體，pN兩 型怨的半導體結合後，當太陽光入射時，會產生電子與電洞，有 電流通過時，則產生電力。 太陽能電池種類繁多，若依材料的種類來區分，可分為單晶 夕(single crystal silicon)、多晶石夕(p〇iycr^stai siiic〇n)或非晶石夕 (amorphous silicon，簡稱a_Si)等，要判別一個太陽能電池性能的 好壞’主要是鎌職效率的好壞來妓，高猶效率的主 要做法其巾之—是包括將端能魏製作成堆疊式電池(了_师 ⑽。堆疊式電池是將兩個或兩個以上的電池元件堆疊，上層電 5 200840064 池疋吸收較咼能1的光譜，下層電池是吸收較低能量的光譜，透 過不同材料的電池可將光子的能量層層吸收。 第-圖缘示習知之堆疊式太陽能電池之剖面示意圖。為了 方便說明，第一圖僅繪示說明所需之構件。請參考第一圖，習 知之堆疊式太陽能電池丨至少包括第一光電轉換單元12、第 二光電轉換單元14、-反射層13、上玻璃基板u、下玻璃基 板16及一電極15。其中’電極15係配置於下玻璃基板π上， 反射層13係配置於第-光電轉換單元12及第二光電轉換單元 14之間，而上玻璃基板U係配置於第一光電轉換單元12上。 上玻璃基板11係為-透縣板’ #光線17由上玻璃基板 11入射日T，部分級會經由反射層13反射至第—光電轉換單 兀12’而部分光線會穿透反射層13至第二光電轉換單元Μ。 更明確地說，當光線Π由上麵基板u人射時，由於單層反 射層13之材料特性，短波段波長會經由反射層13反射至^一 光電轉換單元丨2中’且第-光電轉換料重複吸收短波段波長， 而長波段波長前透反射層13至第二光解元14内並被第 二光電轉換單元14吸收。 反射層13在不同的厚度下對光線會產生不_干涉效果。反 射和的厚度必彡麵在-定的_，才會得馳波段具高反射 而長波段具低反射㈣性，細，糾的反射層㈣具有不同的 200840064 ==7_度的要求條件亦不相同。第 ㈣的反騎所f要的厚度狀鱗性之曲_，當使用氧 化鋅㈣献射層材料時，_的厚度必彡糊膽_才合 械波長有較高的反射率，在此條件下，所_的反射率為哪， 當使用銦錫氧化物_)献射層材料時，反射層的厚度必須達到 25〇〇埃(A)，在此條件下’所達到的反射率為爾。 第-光電賊單元12及第二光電轉鮮元14在電性傳導上 具備串聯_ ’其_反射層13將第—找轉換單元12及第二 光電轉換單元14串聯’因此，若反射層的厚度較小，則串聯之電 阻值亦胃減少。為達職㈣電阻的要求必須使反射層的厚度減 少’但減少反射層厚度又無法符合堆4式太陽能電池在反射率上 的需求，且使用單肢射層所得刺反射縣並不顯著。因此， 習知的太陽能電池具有許多問題尚待解決。 【發明内容】 有L於上述，本發明的目的就是在提供一種太陽能電池， 具有咼低折射係數的多層薄膜交互堆疊，以提高太陽能電池對 光能量的吸收。 本發明的再一目的是在提供一種太陽能電池，其包括上述 之堆豐式薄膜，使太陽能電池具有較佳的光電轉換效率。 為達上述或與其他目的，本發明提出一種太陽能電池，此 太陽此電池包括一基板、至少一第一光電轉換單元、至少一第二 200840064 光電轉換單元及一光學反射元件。第一光電轉換單元及第二光電 轉換單元配置於基板上，光學反射元件係配置於第—光電轉換單 兀，第二光電轉換單元之間，其中該光學反射元件係由多層薄膜 堆疊所組成，且具有至少兩種不同之折射係數。 依照本發明較佳實施例所述之太陽能電池，其中第—光带 轉換早7L包括—第—半導體層、—第—N型半導體層及一第一^ 型半導體層’其巾第—半導體層係配置於第-N型半導體層及第 一 P型半導體層之間，且第—半_層之材料為非晶石夕。曰 依照本發明較佳實施例所述之太陽能電池，其带 轉換單元包括—第二料體層、—第二N型半導體層及一第二^ 中第二半導體層係配置於第^型半導體層及第 -P層之間，且第二半導體層之材料為微晶石夕。 —依照本發明較佳實施例所述之太陽能電池 兀件包含至少三層_，_包括—透明導電軸或是—介電層。 3本發明較佳實施例所述之太陽能電池，其中第州曰層 之^層的折射係數係不同於第n層及第n+ 係數，其中，n為正實數。 胃之h層的折射 =本發明較佳實施例所述之太陽能電池，其中第η :时層之介電層的折射係數係相同，或是 介電層的折難數係不同。 依照本發明較佳實施例所述之太陽能電池，其中第糾層之介 200840064 之間 =、本❸她佳實施例所述之太陽能電池，其中其中入射 盆"、二至光學反航件的波長範圍係介於·奈米之間。 :、n、i—光電娜單元人射至光學反㈣件及第-光電轉換單元，且 乐— 邛刀先、、象猎由光學反射元件反射至第一光電轉 換單元中。 依,¾本發明較佳實施例所述之太陽能電池，其中光學反射 =件之材料例R介電材料，包括氧化物錢化物。較佳地，光 學反射元件之材料包括銦錫氧化物、辞氧化物或錫氧化物。 ㈣'本發明較佳實施例所述之太陽能電池，更包括—電極及一 皿板p極s&置於基板上，電極之材料包括金屬或合金，而蓋板 -基板上且;住第—光電轉換單元及第二光電轉換單 ^餘之材料包油錫氧化物。其中基板包括—玻璃基板、 一石英基板或其他適當材料之基板。 、，在本發騎料之太陽能電池f，具高低折射率且相互堆疊 之，予反射7C件’因此’可以選擇性的反射特定的波長範圍，並 使付反射率;，如此—來，即可使太陽能電池具良好的光電轉 換效率。 特徵和優點能更明顯易 0式’作洋細說明如下。 為讓本發明之上述和其他目的、 if，下文特舉較佳實施例，並配合所附 9 200840064 【實施方式】 第三圖繪示本發明較佳實施例之太陽能電池的結構示音 圖。本實施例之太陽能電池，本實施例之太陽能電池3至少包 括第-光電轉換單it 32、-光學反射祕33、第二光電轉換單 元34及-基板36。光學反射元件33配置於第—光電轉換單元 32及第二光電轉換單元34之間，第二光電轉換單元从及第 一光電轉換單元32係依序堆疊配置於基板％上，且第一光電 轉換單元32位於光人射面。以下針對第—光電轉換單元 第二光電轉換單以4及光學反射耕33的細部結構與配置關 係之詳細說明如下。 ，在本實施例中，第—光電轉換單元32是吸收能量較高的短 波段波長，其波長範圍係介於3〇〇至7〇〇4米之間，第二光電 轉換單元34是⑽能量魏的紐段波長，纽長範_介 於700至2500奈米之間。 、.，第一光電轉換單元32包括第一 N型半導體層323、第一半 導體層322及第-P型半導體層321依序配置於第二光電轉換單 元34上。第一半導體層奶之材質包括非換雜之非晶石夕 Γ〇ΦW S〇弟一 N型半導體層343之材質包括N摻雜之非 曰曰石夕’第-I型铸體之材質包括p摻雜之非晶石夕。 另外’第二光電棘拖 电耔換旱元34包括第型半導體層343、第 二半導體層342及第二l 千V組曰七弟 t半導體層341依序堆疊設置於基板36 10 200840064 ^半V體層342之材質包括非摻雜之微晶石夕 ^o-C^tamne Si) ’第二N型半導體層343之材質包括n推雜 "夕第P ^'半導體之材質包括P摻雜微晶石夕。基板36包括 玻离基板；5英基板或其他適當材料之基板。 。月、”i、、'K麥閱第二gj ’光學反射元件33配置於第—光電轉換單 兀32及第二光電轉換單元％之間，光學反射元件之材料包括氧 化物或氮化物例如是銦錫氧化物、鋅氧化物、錫氧化物或其他 適當之導電材料。 此外，在一較佳實施例中，本發明之太陽能電池更包括一蓋 板31及一電極35配置於基板36上，蓋板31覆蓋住第一光電轉 換元件32及第一光電轉換元件34，其材質例如為銦錫氧化物或 /、他適δ的材貝。電極％配置於該基板％上，其中電極％之 材料例如為金屬、合金或其他適當的材質。 請繼續參閱第三圖，為了增進堆疊式太陽能電池光電轉換的 特性，在本實施例中，光學反射元件33係由多層薄膜交互堆疊形 成於第一光電轉換單元32及第二光電轉換單元34之間，包括至 少兩種不同折射係數，其折射率介於1.3-5.6之間，較佳者是介於 认2·6之間。在本實施例中，光學反射元件33係由高低折射係數 之’專膜父互堆疊所組成，或例如是由低高折射係數之薄膜交互堆 宜所纟且成。在本實施例中，光學反射元件33包含至少三層薄膜， 係由第一介電層331、第二介電層332及第三介電層333所構成， 200840064 射弟〜介電層的材質與其他兩層介電層不同，第二介電層的材 質例如是鋅氧化物(Zn〇)，其折射率大約是μ，或是碳化石夕 (么）θ、折射率大約是2.6，或是銦锡氧化物(ITO)，其折射率 大約疋U。在本實施例中，帛一介電層及第三介電層可為相同 或不同的材質。 +另外，在本實施射，由於第二介電層的㈣與其他兩層介 電層不同’因此，第二介電層的折射係數係不同於其他介電層， 例如疋第—介電層的折射係數係小於第_介電層及第三介電層的 折射係數。當然，第二介電層的折射係數係也可以大於第一介電 層及第二介電層的折射係數。當然，第-介電層及第三介電層的 折射係數相同也在本實施例之範圍内。 當光線37經蓋板31入射至堆疊式太陽能電池3時，光線37 會經由第一光電轉換單元32入射至光學反射元件33及第二光電 轉換單元34中，其中部分之光線37會經由光學反射元件％反射 入第一光電轉換單元中，而有部分之光線37入射至第二光電轉換 單元34。在本實施例中，光線之波長範圍介於3〇〇_25〇〇奈米之間， 其中經光學反射元件33反射至第一光電轉換單元32的波長範圍 是介於300-700奈求之間，穿過光學反射元件33入射至第二光電 轉換單元34的波長範圍係介於700_25〇〇奈米之間。當然，經光學 反射元件33反射至第一光電轉換單元32的波長範圍也可介於在 700-2500奈米之間，而穿過光學反射元件33入射至第二光電轉換 12 200840064 單凡34的波長範圍是介於在3〇〇_7〇〇奈米之間。 值付》兄明的是，在本實施例中，由於光學反射元件％是由不 ，折射係數之多層介電層交互堆疊所組成，因此，當人射光^經 農板31人射至太陽能電池3時，入射光37、經由第一介電層糾 第--人反射至第-光電轉換單元32内，而當光線通過第二介電層 時，入射光會經第二介電層342第二次反射至第一光電轉換單: 32中接下來，當光線進入至第三介電層343時，則是經第三介 电層343第二次反射。綜上所述，因介電層間彼此折射率的差異， 入射光可重複的反射至第—光電轉換單元32，因此，激發更多的 電子電洞對形成於第—光電轉換單幻2内，並且，由於光學反射 元件是由不同折射係數的多層介電層交互堆疊所組成，因此，當 =射光進人第-光電轉換單元32時，會因光線的干涉個，可使 得入射光在長波長具有較高的反射率，或是使得在短波長具有較 高的反射率。 圖’第四圖繪示在本實施例巾光學反射耕的反 f寸—實施例中光學反射元件的組成結構例如是第-介電 "曰11 ;lrf層及第三介電層之材質分別是鋅氧化物(Zn0)、錫 气tl2)料氧化物(Zn0)，厚度範圍分狀鋅氧化物(_ 矢)/錫乳化物(65(H矣)/辞氧化物(9000埃）。在另一實施例中，光學 ί射^馳成結構例如是第―介電層、第二介電層及第三介電 是辞氧化物(Ζη〇)、鋼錫氧化物_及辞氧化物 耗圍分別是辞氧化物_埃v 1因錫氧化物_埃)/ 、’氧 _埃）H本發明並未將光學反射元件之組成 13 200840064 結構限定於上述實施例所述，熟習此技藝者可以依據實際製程 來決定光學反射元件的組成結構。換言之，光學反射元件可以 是如前述所述的任何組成結構其中之一。 承上所述，與習知之太陽能電池相較之下，當習知之光電伏 打電池使用單層鋅氧化物的反射層時，本發明之太陽能電池與習 知之太陽能電池相較之下所達成之反射率增加約15%，且厚度減 夕約600埃。當習知之太陽能電池使用單層銦錫氧化物的反射層 曰寸，在相同的厚度範圍之下，本發明之太陽能電池之反射率可增 加、、句35/6，g習知之太陽能電池使用單層錫氧化物的反射層時， 本發明之太陽能電池之反射率增加約4〇%，厚度範圍約減少2⑻ 埃。在本發明中，光學反射元件反射之波長範圍介於3⑻_25⑻埃 之間，在一貫施例中，對短波長具較高反射率，其反射率為75_8〇 %，因此本實闕之堆疊式太陽能電池與習知的太陽能電池相較 之下，其反射率增加，且反射層的厚度減少，如此一來，即可使 太陽能電池具良好的光電轉換效率。 上所述，本發明之堆疊式太陽能電池具有下列優點： 擎 本發明利用堆疊式反射層具有光學反射元件，其係由 :问折射率之薄膜所組成，因此，當人射之光線人射至太陽能 电池時’藉由高低不同折射率堆疊形成 :地反射特定波長範圍的人射光，並使得反射率二，= 光電伏打電池的光電轉換效能提高。 人4知之堆宜式太陽能電池相比之下，本發明之光學反 14 200840064 射元件的厚度值減少’因此，有助於降低太陽能電池的串聯電阻 值，以提升元件的表現。 雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定 本發明’任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範= 内，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後 附之申請專利範圍所界定者為準。 【圖式簡單說明】 第一圖為習知之堆疊式太陽能電池之剖面示意圖； 第二圖為為第―®之太陽能電池之反射層的厚度及反射特性 之曲線圖； 第三圖為本發明較佳實施例之太陽能電池的剖面示意圖； 以及 第四圖為第三圖之太陽能電池與f知之太陽能電池之反射特 性比較之曲線圖。 【主要元件符號說明】 1、3 :太陽能電池 11 :上玻璃基板 12、32 :第一光電轉換單元 13 :反射層 15 200840064 14、 34 :第二光電轉換單元 15、 35 :電極 16 :下玻璃基板 17、37 :光線 31 :蓋板 33 :光學反射元件 36 ··基板 321 :第一 P型半導體層 322 :第一半導體層 323 :第一 N型半導體層 341 :第二P型半導體層 342 :第二半導體層 343 :第二N型半導體層 16

Claims (1)

1. 200840064 十、申請專利範圍： 1· 一種太陽能電池，包括： 一基板； 至少-第-光電轉換單元及—第二光電轉換單元，該第一光 電轉換單元及該第二光電轉換單元配置於該基板上；以及 至夕光子反射70件’係配置於該第—光電轉換單元及該第 光A換單凡之間’其中該光學反射元件係由多層薄膜堆疊所 組成，且具有至少兩種不同之折射係數。 2·如申請專利範圍第！項所述之太陽能電池，其中該第一光電轉 換單元包括： 一第一半導體層；以及 、曾-第-N型料體層及—第—p型半導體層，其中該第一半 導體層係配置於該第—N型半導體層及該第_p型半導體層之間。 3. 如申請專娜圍第2項所述之太電池，射該第一半導體 層之材料為非轉，該第—N型半導體層包括n摻雜之非晶 矽，該第—p型半導體包括p摻雜之非晶矽。 4. 如申請專利範圍第i項所述之太陽能電池，其中該第二光電轉 換單元包括： 一第二半導體層；以及 -第二N型半導體層及—第二？型半導_，其中該 體層係配置於該第二N型半導體層及該第二p型半導體層之間; 17 200840064 申月專利feu帛4酬述之太陽能電池 層之材料為微晶石夕，該第：___ ；；中以一 胃$ — Ρ $ ϋ 孓牛V肽層包括Ν摻雜微晶矽， 弟型切體包括Ρ摻雜微晶石夕。 6·如申請專利範圍第i 件包含n射減學反射元 —層—之_膜’該薄膜包括-透明導電層或—介電層。 \口 °月專利祀圍第6項所述之太陽能電池，其中第n+1層之該 ^膜的折射__料n狀帛啦㈣薄麟射係 數，其中η為正實數。 8·如申請專利範圍第7項所述之太陽能電池，其中該第η層及該 弟奸2層之薄膜的折射係數係為相同。 9· ^申請專概圍$ 7賴述之太陽能電池，其中該第η層及該 第η+2層之薄膜的折射係數係為不同。 /申明專利範圍第7項所述之太陽能電池，其中該第州層之 ’專月果的折射係數係大於或小於該第η層及第η+2層之介電層的 折射係數。 U·如申料概圍第6項所狀太陽能電池，其巾該輯膜之折 射率介於1.3-5.6之間。 12·如申請專利範圍第6項所述之太陽能電池，其中該㈣膜之折 射率較佳者是介於1.4-2.6之間。 士申明專利範圍第6項所述之太陽能電池，其巾該介電層的材 夤包括鋅氧化物，其折射率大約是1.4。 18 200840064 14.如申請專利範圍第6項所述之太陽能電池，其中該介電層的材 質包括碳化矽，其折射率大約是2.6。 15·如申請專利範圍第6項所述之太陽能電池，其中該介電層的材 質包括銦錫氧化物，其折射率大約是18。 16·如申請專利範圍第1項所述之太陽能電池，其中一光線係經由 5亥第一光電轉換單元入射至該光學反射元件及該第二光電轉換 單元’且該部分該光線係藉由該光學反射元件反射入該第一光 電轉換單元中。 17·如申請專利範圍第16項所述之太陽能電池，其中該入射光線 入射至該光學反射元件的波長範圍係介於300-2500奈米之間。 18·如申請專利範圍第16項所述之太陽能電池，其中該反射至該 第一光電轉換單元之光線的波長範圍是介於3〇〇_7〇〇奈来之 門。亥入射至a亥弟一光電轉換单元34之光線的波長範圍係介於 700-2500奈米之間。 19·如申請專利範圍第16項所述之太陽能電池，其中該反射至$ 第一光電轉換單元之光線的波長範圍介於700-2500奈米之門 而該入射至該第二光電轉換單元之光線的波長範圍是仑、 300-700奈米之間。 於 20·如申請專利範圍第丨項所述之太陽能電池，其中該光學反射一 件之材料包括氧化物、氮化物、銦錫氧化物、鋅氧化物疋 氧化物或導電材料。 錫 19 200840064 21·如申請專利範圍第1項所述之太陽能電池，其更包括一電極及 一蓋板，該電極配置於該基板上，該蓋板配置於該基板上且覆 盍住該第一光電轉換單元及該第二光電轉換單元。 22·如申凊專利範圍第21項所述之太陽能電池，其中該電極之材 料包括金屬或合金，該蓋板之材料包括銦錫氧化物。 23·如申請專利範圍第1項所述之太陽能電池，其中該基板包括〜 玻璃基板、一石英基板或其他適當材料之基板。 20