TW201003941A - Solar battery - Google Patents

Description

201003941 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係有關於一種太陽電池。 【先前技術】 、近年來’出於能量之有效利狀觀點，太陽電池正逐漸 被廣泛利用。 作為該太陽電池，已知有使用單晶⑦之⑦太陽電池、使 =多：矽層之多晶矽太陽電池、使用非晶矽之非晶矽太陽 電池寺石夕系之太陽電池。 石夕系之太陽電池例如係由# 體伟於玻璃a…丄構成，該光電轉換 人系於玻璃基板之文光面側積層有作為表面電極而形成之 dc:(rnsparent c°nducting °他’透明導電氧化物) 二透明電極、形成於表面電極上之含有石夕之半導體層 光电轉換層）、及作為f面電極而形成之Ag薄膜。3 由t導/層具有當接受光時會產生電子及電洞切膜㈣） Ρ η叙㈣所夾持之被稱為咖接面之層構造。 並且，人射至玻璃基板之太陽光首先通 給至半導體層。 田电a而仏 ，時’當太陽光中所含之稱為光子之能量粒子碰撞至丨 型時，因光伏效應產生電子及電洞，電里 電洞朝向p型移動。 D η尘移動， 將該等電子及電洞藉由表面電極及背面 出，藉此可將光能轉換成電能。 ❿刀別取 另—方面，透過半導體層之光被背面電極之表面反射後 140021.doc 201003941 再次供給至半導體層’藉此於半導體； 電洞’將光能轉換成電能。 人一生電子及 然而，於上述太陽電池中，透過半導體 :之光中，大部分光會被半導體層與背面；極之= 射’而有-部分光雖極少但會侵入背面電極。界面所反 ^结果，存在因侵人背面電極之光而造 面電極之界面上產生吸收損<，：二 效率變低之問題。 太％電池之發電 …面電極積層於半導體層上之情形時， 面電極之構成材料(例如Ag)會向半導體層擴散之虞。 因此’為提高反射率，哎者 向半防^面電極之構成材料 .v體層擴政寺’有時會在背面電極與半導體層之間形 成GZO(Ga摻雜Zn〇)等之透明電極。 於此情形時’透過半導體層之太陽光將被分成被半導體 層一透明琶極之界面全反射而再次供給至半導體層之光、 與透過透明電極後被透明電極與背面電極之界面反射而再 次供給至半導體層之光。 藉此可認為，於入射至太陽電池之光之路徑中，在向背 面電極入射之前段可使太陽光得到反射，因此可在半導體 層與背面電極之界面降低吸收損失而#高太帛冑池之發電 效率。 然而’透明電極之折射率（例如，Gz〇之折射率為n二 2·05以上）與半導體膜之折射率（例如，Si膜之折射率為n== 3.8〜4·0左右）之差較小’半導體層與透明電極之界面上的 140021‘doc 201003941 全反射之比例較低。 具體而言’相對於透明電極而以較小之入射角所入射之 太陽光在半導體層與透明電極之界面上不滿足全 而僅產生折射。因此，力 g 本件 光會透過㈣電極而入 射至月面電極。 即’存在透明電極之反射率較低之問題。 :列：’如曰本專利特開2〇〇7·266〇95號公報所揭示般， 已知有在背面電極鱼肖全 3 GZ〇4之透明電極之間插入有包 斤射率比透明電極低的叫且厚度為5 _以上25 _以 下之折射率調整層的構成。 然而’於上述先前技術令，由於折射率調整層之膜厚相 對权薄’故而於製造時難^ ^ ^ 、 肝竹耵半凋整層之膜厚調整至 考慮到半導肢層至背面電極之間的光學距離等之膜厚。 料可藉由折射率調整層來防止背面電極之構成材 =丰V體層之擴散’但無法藉由上述 厚來獲得反射率提高等之光學效果。 S之臈 在光電轉換層與背面電極層之間，除了包含⑽等 3 =極、’還需插入折射率調整層’由此存在太陽電池 、每衣耘增加，製造效率降低之問題。 【發明内容】 :此，本發明係為解決上述課題而完成者，目的在於提 ^種可使低折射導電層與光電轉換層之界面上的反射率 U並且可抑制製造製程增加之太陽電池。 為解決上述課題，本發明之太陽電池包含：具有透光性 140021.doc 201003941 之基板；光電轉換體’其包含具有透光性之表面電極、光 包轉換層及具有反光性之背面電極，且設於上述基板上； 以及低折射導電層，其與上述光電轉換層鄰接，配置於上 述光a轉換層之與上述基板相反之面上，含有具有透光性 之導電材料，且折射率為2 〇以下。 根據該構成，由於低折射導電層之折射率為2 〇以下， 因此與設有—般之透明電極（折射率2.05以上）之情形相 比，可增大光電轉換層之折射率與低折射導電層之折射率 之差。 精此，可提高光電轉換層與低折射導電層之界面上的全 反射之比例。 因此’相對於低折射導電層而人射角較小之光亦滿足全 反射條件，可提高光電轉換層與低折射導電層之界面上的 因此，由於可提高光之反射率，故而可提高發電效率。 又’於本發明之太陽電池中較好的是，上述低折射導電 ::設於上述光電轉換層與上述背面電極之間，且於上述 =轉換層與上述背面電極之間僅設有上述低折射導電 根據該構成，於入射至太 « ,. « ΛΑ , ^ ^電池之先之路徑中透過光| 轉換層的光會被背面電極之 ^ ^ ά 反射可抑制透過低折身; V電層而入射至背面電極 u 尤之入射里。因此，可降低矣 面電極上之光之吸收損失。 於。亥構成中，藉由於光電韓拖屉I皆A g 轉換層舁旁面電極之間僅設3 140021.doc 201003941 1層低折射導電層，與於光電轉換層與背面電 有透明電極㈣還設有折料㈣狀成:除設 抑制製造製程之增加，從而可維持製造效率。成相比，可 又由於係將低折射導電層設置成鄰接於光電轉換 因此可防if-北π A , u也w換層， 月笔極之構成材料擴散至光電轉換層。 又於本發明之太陽電池令較好的是，上述低折 層具有於SiG2h人有摻雜物之構成。 、^ 根據該構成’由於採用Si〇2作為低折射導 因此可使低折射導電層之折射率降低至】.5左右:抖’ 電藉由於⑽2中混入接雜物’可使叫本身帶有導 層鄰接於光電轉換 之間之導通而將低 層之間之接觸而於 藉此便無需為確保經由低折射導電 層的層（例如，背面電極）與光電轉換層 折射導電層形成為較薄，或者為取得2 低折射導電層上形成接觸孔等。 因此，可維持低折射導電層盥 a /、尤電轉換層之界面上的及 射率之提高，並且可在考詹到光風 形成低折射導電層 亏恿】九予距離等之狀態下容易地 根據本發明，由於將低折射導電層之折射率設定為Η 以下，因此與言免有一般之透明電極（折射以上）之 情形相比’可增大光電轉換層之折射率與低折射導電層之 折射率之差。 導電層之界面上的全 藉此’可提高光電轉換層與低折射 反射之比例。 140021.doc 201003941 因此，相對於低折射導電層而以較小之入射角入 一 亦滿足全反射條件’可提高光電轉換層與低折射=光 界面上的反射率。 电層之 因此，由於可提高光之反射率，故而可提高 【實施方式】 羊 其次，參照圖式說明本發明之實施形態之太陽電池。 (太陽電池） 圖1係表示非晶石夕型太陽電池之剖面圖。 如圖1所示，太陽電池10係所謂之單型太陽電池，具有 於透明之絕緣性基板1 1之一方之面1 1 以八 J ua(以下，稱作背面 11 a)上形成之光電轉換體丨2。 基板11例如係由玻璃或透明樹脂等太陽光之透過性優異 且具有耐久性之絕緣材料形成，一邊之長度例如為35〇〇 mm左右。 在該太陽電池ίο中’太陽光係入射至光電轉換體12所對 向之基板面之相反側，即基板u之他方之面llb(以下，稱 作表面1 lb)。 光電轉換體12係構成為於表面電極13與背面電極15之間 夹持半導體層（光電轉換層）14，且形成於除基板"之背面 11 a之外周以外之全範圍。 表面電極13包含具有透光性之金屬氧化物，例如GZ〇、 ITO(Indium Tin Oxide’ 氧化銦錫）等所謂之TC〇(transparent conducting oxide，透明導電氧化物），且形成於基板丨丨之 背面11 a上。 140021.doc 201003941 於表面電極13上形成有半導體層i4。 曰：：導體層14例如具有於p型非晶石夕膜(未圖示)與η型非 ^膜（未圖示）之間夹h型非晶石夕膜（未圖示）之咖接面構 於該pin接面構造中，自 自表面电極13側起依次積層有型 非:曰矽膜、!型非晶矽膜、η型非晶矽膜。 當太陽光人射至該半導體層14，太陽光中所含之能量粒 入射至i型非晶⑦臈時’在光伏效應之作用下產生電子 及電洞。 於是，電子朝向n型非晶石夕臈移動，電洞朝向p型非晶石夕 膜移動。 將該等電子及電洞藉由表面電極13及背面電極15而分別 取$，藉由可將光能轉換成電能（光電轉換）。 月面電極15相對於半導體層1杨積層於表面電極13之相 反側。 奇面電極1 5包含As、雨'Ll X C? g CU專導電性金屬膜，例如適合使 用低溫煅燒型奈求油墨金屬（Ag)而形成。 背面電極15亦具有作為用於使透過半導體層咐太陽光 反射而再次供給至半導體層14之反射層之功能。 又，雖未圖示，但上述光電轉換體12較好的是具有於各 層之表面及背面形成有微小凹凸之紋理構造。 於此情形時，可達成將入射至各層之太陽光之光路伸長 ，稜鏡效果及侷限光之效果，故而可提高太陽電池1〇之光 月b之轉換效率。 140021.doc 201003941 層16。 換言之， 此處’於+導體層14與背面電極i5之間設有低折射導電 低折射導電層16鄰接於光電轉換層12，且 於光電轉換層U之與基㈣為減之面上。 — 該2折射導電層16係形成於半導體層14^型非晶石夕膜 上之整個面。 於半導體膜14與背面電極15之間僅形成有低折射導 ^ 電層 3作為低折射導電層16所採用之材料，較好的是具有防止 背面電極15之構成材料擴散至半導體層14之擴散阻隔性、 用於保持背面電極15與半導體層14之導通之導電性，且低 電阻之材料。 - 又，為提高半導體層14與低折射導電層“之界面上的全 反射之比例，低折射導電層16之折射率η較好的是設 2.0以下。 ’ 具體而言，較好的是將折射率η設定為14以上Μ以下， 且將膜厚d(參照圖丨）設定為40 nm以上8〇 nm以下。 進而，更好的是將折射率n設定為1-44以上15〇以下且 將膜厚d設定為50 nm以上75 nm以下。 如此，藉由將低折射導電層16之折射率η形成為20以 下，可增大半導體層14之折射率（η=38〜4〇)與低 電層16之折射率之差^ 因此’可提高半導體層14與低折射導電_之界面上的 全反射之比例。 140021.doc 201003941 因此，相對於低折射導電層16入射角較小之光亦滿足全 反射條件，從而可利用半導體層14與低折射導電層16之界 面而使入射至低折射導電層16之太陽光高效地反射。 又，藉由將低折射導電層16之膜厚d形成為4〇 nm以上， 於製造時可將低折射導電層16之膜厚^地調整為考慮到 半導體層14至背面電極15之間的光學距離等之膜厚。 又，可防止自背面電極15向半導體層14之擴散，並藉由 低折射導電層1 6實現反射率之提高。 另一方面’藉由將低折射導電層之膜厚形成為8〇啦以 下，可維持低折射導電層16之太陽光之透過率。 因此，可防止於低折射導電層16中太陽光被吸收。 、作為如此之本實施形態之低折射㈣層16之構成材料， 適口使用Si〇2，藉由於Sic>2中混人摻雜物，可獲得導電 “由於低折射導電層16係形成於半導體層Μη型非晶石夕 〇 膜上’因此，作為混人低折射導電層16之_2中之換雜 物，較好的是η型推雜物，藉此可防止向半導體層14 = 作為η型之摻雜物 (Sb)、叙（出）、經（Li)、 ，例如可列舉磷（P)、砷（As)、 鎂（?^)等。

古=者:於在低折射導㈣16或以電極15之形成時不以 间'皿進订锻燒之情形時，摻雜物擴散至半導體層14之虞較 少，故而亦可取代„型之摻雜物而混人p型之摻雜物。、 作為P型之摻雜物，例如可列舉硼(B)、鎵(Ga)、鋁 J40021.doc 201003941 (Al)、銦（In)、鉈（ΤΙ)、鈹（Be)等。 毛層16之構成材料， 眭，且可將低折射導 如此，藉由使用Si〇2作為低折射導 可具有防止擴散之擴散阻隔性及導電 電層16之折射率n設定為146左右。 可列舉對 、CVD 法 、蒸鍍法 再者，作為上述低折射導電層16之成膜方法， 形成有半導體層14為止之基板丨丨採用濺鍍法 (Chemical Vapor Deposition，化學氣相沈積法-等。 、/ 又，除此以外，亦可適用在塗佈膏狀之材料後進行炮择 之方法。 於藉由濺鍍法進行成膜之情形時，較好的是使用預先混 入有摻雜物之免材。 又，於CVD法之情形時，較好的是—面向腔室内導入摻 雜物之材料氣體一面進行成膜。 ^ 又，於使用膏狀材料之情形時，可在塗佈低折射導電層 16之構成材料與上述背面電極15之構成材料之後，將兩者 一齊進行煅燒。 又’作為滿足上述低折射導電層16之條件之材料，除了 2 乂 外還可列舉於 SiO、MgF2(n = 1.37)、Al2〇3(n = 1.65)等中混入有上述摻雜物之材料。 (模擬測試） 此處’發明者設定各種形成半導體層與背面電極之間之 層的條件，進行對藉由該等各條件而形成之太陽電池之反 射率進行測定之模擬測試，並對各模擬結果進行比較。 140021.doc •12- 201003941 本測試之太陽電池係設為於半導體層與背面電極之間設 有包含ZnO之透明電極之構成或者取代透明電極而設有於 Si〇2中混入有η型摻雜物之低折射導電層。 再者，所謂反射率，係表示由半導體層與透明電極或低 折射導電層之界面所反射的光以及由透明電極或低折射導 電層與背面電極之界面所反射的光相對於透過半導體層的 光之比例。 本測試之測試條件如下。 再者，條件1之太陽電池表示先前之太陽電池之構成， 條件3之太陽電池表示本實施形態之太陽電池之構成。 人此相對，條件2之太陽電池表示相對於條件3之太陽電 池而使膜厚發生變化之構成。 條件1 .層構成（基板/表面電極/半導體層/透明電極 (ZnO)/背面電極） 透明電極之折射率2.05 透明電極之膜厚d=80.0 nm 條件2 .層構成（基板/表面電極/半導體層/低折射導電層 (Si〇2中混入有^型摻雜物）/背面電極） 低折射導電層之折射率η = 1.46 低折射導電層之膜厚d=8.() nm 條件3 .層構成（基板/表面電極/半導體層/低折射導電層 (Si〇2中混入有n型摻雜物V背面電極） 低折射導電層之折射率η=1.46 低折射導電層之膜厚d= 54.5 nm 140021.doc -13- 201003941 圖2A〜圖4B係表示反射率（％)相對於波長（nm)之圖。圖 2A、圖3A及圖4A表示入射角〇。之情形時之反射率，圖 2B、圖3B及圖4B表示入射角45。之情形時之反射率。 圖2A及圖2B表示條件】之情形時之反射率，圖3a及圖邛 表示條件2之情形時之反射率，圖4A及圖4B表示條件3之 情形時之反射率。 首先，於條件1之模擬結果中，如圖2A所示，於低波段 (例如，波長300〜500 nm)反射率低至95%以下，隨著朝向 间波段（例如，波長6〇〇 nm以上），反射率變高。 於低波段反射率變低之理由可認為係，因由透明電極與 半導體層之界面所反射之光與由背面電極與透明電極之界 面所反射之光之相位差，兩者干涉而抵消，未被供給至半 導體層。 又，反射率不會成為100%之理由可認為係，雖透過透 明電極而入射至背面電極之光中大部分的光被透明電極與 背面電極之界面所反射，但仍有一部分光雖極少但侵入了 背面電極，從而存在被背面電極吸收之吸收損失。 另一方面，入射角45。時之反射率如圖把所示，於波長 500 nm附近急遽減少。 其理由可認為係如上所述由透明電極與半導體層之界面 所反射之光與由透明電極與背面電極之界面所反射之光之 相位差引起的干涉或者背面電極之吸收損失等。 八尺條件2之模擬結果中，如圖3 A所示，於低波段， 自低波段至高波段可獲得大致固定之反射率，但與條件i 140021.doc •14- 201003941 相比反射率較低。 另Γ方面，人射角450時之反射率如圖3B所*，自低波 段至尚波段，整體反射率較低，還存在不均。 可認為其原因在於，除了背而 1才面電極之吸收損失以外，於 膜厚相對較薄之情形時，易引刼 、 、… ’易以起如上所述之由透明電極與 半導體層之界面所反射之光盥由秀 、 尤-、由透明電極與背面電極之界 面所反射之光之相位差造成的干涉。 即，於膜厚為8函左右之情形時，如上所述難以將低折 射導電層之膜厚調整為考慮到半導體層至背面電極之間的 光學距離等之料，無法獲得反㈣提高之光學效果。 其次，於條件3之模擬結果中，如圖4A所示，於入射角 0。之情形時，可獲得自低波段至高波段整體均勻之反射 率’具體而言反射率為約99%左右。 另一方面，入射角45。時之反射率如圖仙所示，自低波 段至尚波段整體上可獲得大致1〇〇%之反射率。 再者，於將低折射導電層設定為與條件丨之膜厚（8〇 nm) 為同等之情形時（未圖示）之模擬結果與條件丨相比反射率提 高’獲得良好之結果。 如此，本實施形態之太陽電池10具有於半導體層14與背 面電極15之間設有折射率11為2〇以下之低折射導電層μ之 構成。 曰 根據該構成，藉由於半導體層14與背面電極15之間設置 低折射導電層16，可防止背面電極15之構成材料向半導體 層14擴散。 140021.doc -15- 201003941 尤其’藉由將低折射導電層16之折射率設定為2.0以 下，與設有-般之透明電極（折射率為化2〇5以上）之情形 相比，可增大半導體層14之折射率與低折射導電層Μ之折 射率之差。 藉此，可提高半導體層14與低折射導電層^之界面上的 全反射之比例。 因此，相對於低折射導電層16而人射角較小之光亦滿足 全反射條件’藉此可提高半導體層14與低折射導電層此 界面上的反射率。 又，藉由於入射至太陽電池之光之路徑中使透過半導體 層14之光被背面電極15更前段反射，可抑制透過低折射導 電層16而入射至背面電極15之光之入射量。 因此，可降低背面電極丨5之光之吸收損失。 ，因此，可提高太陽電池10之反射率，故而可提高發電效 率 〇 藉由於半‘體層丨4與背面電極丨5之間僅設置丨層低 折射導電層16，與如先前般於半導體層14與背面電極此 間除透明電極以夕卜還設置折射率調整層之情形相比，可抑 制衣w衣耘之增加，從而可維持製造效率。 進而，ϋ由如本實施形態之低折射導電層16般於⑽中 混=接雜物，可使SiQ2自身帶有導電性。 精此’無需為確保背面電極15與半導體層14之導通而使 +斤射導$層形成為較薄，或者為取得半導體層Μ與背面 電極15之接觸而於低折射導電層上形成接觸孔等。 140021 .doc -16· 201003941 因此，不僅可維持低折射導電層16與半導體層14之界面 上的反射率之提高，而且可在考慮到光學距離等之狀態下 容易地形成低折射導電層16。 再者，本發明之技術範圍並不限定於上述實施形態，亦 包括於不脫離本發明宗旨之範圍内對上述實施形態添加各 種變更者。 即，上述實施形態中列舉之構成等僅為一例，可作適杂 變更。 田 η於上述實施形癌中，對非晶石夕型之太陽電池進行 了》兒月但亦可採用於微晶矽型太陽電池或結晶矽（單晶 石夕、多晶矽）型太陽電池。 又’於上述實施形態t，對單型太陽電池進行了說明， 但亦可採用於在—對電極間夾持有非晶石夕及微晶石夕之率聯 型太陽電池。 於串聯型太陽電池中’藉由第1半導體層(例如，非曰 石夕)吸收短波長光，第2半導體層(例如，微晶石夕)吸收長： 長光’可實現發電效率之提高。 又，藉由於各半導體層之間設置中間電極，通過第 導體層後到達第2半導體屬之光之-部分被中間電極反射 而再次入射至第!半導體層，故而可提高光電轉換體之感 度特性’有助於發電效率之提高。 於此情形時’可適用於背面電極與半導體層之 折射導電層之構成。 又百低 又’亦可適縣代設置於非⑭與微^之間之中間電 140021.doc 201003941 極而設有本發明之低折射導電層之構成。 如以上所詳述’本發明可有利地用於可提高低折射導電 層與光電轉換層之界面上的反射率，並且可抑制製造製: 之增加之太陽電池。 、 【圖式簡單說明】 圖1係表示本發明實施形態之非晶矽型之太陽電池之 面圖； ° 不 不 不 圖2A及圖2B表示模擬測試之條件〖之測定結果，係表 相對於波長（nm)之反射率（％)之圖； 圖3A及圖3B表示模擬測試之條件2之測定結果，係表 相對於波長（nm)之反射率（％)之圖；及 圖4A及圖4B表示模擬測試之停件 1求仟3之測定結果，係表 相對於波長（nm)之反射率之圖。 【主要元件符號說明】 10 11 12 13 14 15 16 太陽電池 基板 光電轉換體 表面電極 半導體層（光電轉換層） 为面電極 低折射導電層 140021.doc

Claims (1)

1. 201003941 七、申請專利範圍： 1.—種太陽電池，其特徵在於包含： 具有透光性之基板； 光電轉換體’其包含具有透光性之表面電極、光電轉 換層及具有反光性之背面電極，且設於上述基板上；以及 、低折射導電層，其與上述光電轉換層鄰接，配置於上 述光電轉換層之金上其％ j日Θ ^ θ 一上迷基板相反之面上，含有具有透光 ’之導電材料，且折射率為2.0以下。 2·如請求項1之太陽電池，其中 上述低折料電層係設於上述光電轉換層與 電極之間， 〜a w ;上述光電轉換層與上述背面電極之 折射導電層。 僅叹有上逃低 3.如請求項1或2之太陽電池，其中 U 成，述低折射導電層具有於Si〇2中混入有摻雜物之構 140021.doc