TW201135958A - Textured superstrates for photovoltaics - Google Patents

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TW201135958A
TW201135958A TW099141314A TW99141314A TW201135958A TW 201135958 A TW201135958 A TW 201135958A TW 099141314 A TW099141314 A TW 099141314A TW 99141314 A TW99141314 A TW 99141314A TW 201135958 A TW201135958 A TW 201135958A
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TW
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glass
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light scattering
range
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TW099141314A
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Nicholas Francis Borrelli
Douglas Warren Hall
Glenn Eric Kohnke
Sasha Marjanovic
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Corning Inc
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201135958 [0001] [0002] Ο [0003] Ο [0004] [0005] 發明說明: 【發明所屬之技術領域】 本發明一般係關於光伏打電池,以及特別是關於光線散射 紋理化覆板以及製造光線散射紋理化覆板例如矽為主光 伏打電池。 【先前技#亍】 任何構造的太陽能電池的一項重要特性是效能;也就是在 標準的太陽能照射下每單位面積所發出的功率量。這種 特性決定每瓦最後的成本。理論上,具有非晶型和微晶矽 雙重結構的效能被認為優於單單只有非晶型或微晶矽的 電池。使用非晶型和微晶矽雙重結構的優點是藉由利用 非晶型和微晶矽的組合,設計其可加強捕獲更多的太陽能 頻譜。電池的非晶型部分可吸收太陽能頻譜的較高能量 區,而微晶矽的部分則吸收較低能量區。 合併非晶和微晶矽的典型串接電池通常含有一基板,其上 沉積透明電極,非晶矽的上方電池,微晶矽的底部電池,和 反向接觸或反電極。光線通常從沉積基板的側邊入射,使 得基板在此電池配置中變成覆板。 非晶型石夕層實際上的厚度受限於Staebler-Wronski效 應,以非晶型矽層增加的厚度減少載體的積聚。厚度受限 於只有約300奈米(nm),所以需要最大化這層的光線吸收 。一種最大化非晶型矽層光線吸收的方法是在電池層的 介面處提供散射,尤其是在透明導電氧化物(TC0)/非晶型 碎介面。 如以上所討論的,這種薄膜太陽能電池裝置主要的挑戰是 099141314 表單編號A0101 第3頁/共30頁 1003166749-0 201135958 增加效能。在幾乎所有的例子中,由於活性的薄膜厚度因 而是吸收的限制,要找出藉由延伸光徑以增加光線捕獲的 方式。典贺的方式是提供TC0膜紋理。很多傳統的砍光伏 打電池使用紋理的TCO膜,譬如Asahi玻璃公司生產的 Asah卜U膜。 [0006] 另一種此項技術已知的TCO散射表面是以表面型態的Zn〇 製造,總透射和擴散透射可比的上Asahi-U膜。 [0007] 另一種此項技術中已知的散射TCO則是使用Forschung- szentrum Julich公司所發展的Applied Materials (AMAT)。 [0008] Asahi公司還有另一種型態的TCO膜紋理,Asahi HU。 Asahi HU的波長無關於整個看得見的和近ir區的散射。 [0009] 紋理化TC0技術包含底下的一個或多個缺點:1)紋理粗糖 度會使沉積矽的品質劣化以及產生短路,使太陽電池的整 體效能劣化;2 )紋理的最佳化受限於可以由沉積或姓刻處 理所獲得的紋理,以及較厚TC0層所造成的透射降低;和3) 在Ζ η 0的情況中,電聚處理或濕触刻來產生紋理會增加成 本。 [0010] 解決薄膜矽太陽電池之光線捕獲需求的另一種方式是在 氮化矽沉積之前,對TC0及/或矽下方的基板製作紋理,而 不是在沉積薄膜上製作紋理。在一些傳統薄膜矽太陽電 池中,使用穿孔而不是TC0來作為跟基板接觸之矽底部的 接觸。在一些傳統薄膜矽太陽電池中的紋理包含黏合劑 基材中的S i 02顆粒沉積在平面玻璃基板上。這類紋理通 099141314 表單編號A0101 第4頁/共30頁 1003166749-0 201135958 常使用溶膠-凝膠類處理來完成,在其中顆粒懸浮在液體 中將基板拉過此液體,接著燒結。熔珠保持球形,由燒結 凝膠固定在其位置上。 [0011] 還有很多在TCO沉積之前產生紋理表面的其他方法。這此 方法包括噴砂處理,聚笨乙烯微球粒沉積和蝕刻和化學 • 餘刻。這些關於紋理表面方法的限制是根據所能產生的 • 表面紋理型態。 [0012] 具有小於約1〇〇微米Si厚度的整塊晶型以太陽能電池的光 〇 線捕獲是有幫助的。以這種厚度而言,不足的厚度可有效 吸收單回或雙回(反射後的一次接觸)的所有太陽能輻射 。因此,可發展大型幾何結構的蓋板玻螭,加強光線捕獲 。例如,將乙基醋酸乙烯(EVA)封裝材料放在蓋板玻璃和 矽之間。這種蓋板玻璃的例子是Saint_G〇bainGlass& 司的Albarino產品系列。一般是使用滾軋處理來形成這 種大型結構。 [0013] 紋理玻璃基板方式包含底下的一個或多個缺點:丨)溶膠_ 凝膠化學和相關處理必須提供玻璃微球跟基板的膠合;2) 此處理在玻璃基板兩側產生紋理表面;3)矽石微球和溶膠 —凝膠材料需要額外的成本;以及4)薄膜黏附和/或在矽薄 膜中產生裂痕的問題。 [〇〇丨4]光伏打電池具有紋理覆板為有益的,例如對於具有光線散 射特性足以產生與波長無關之光線捕獲的矽串聯光伏打 電池。藉由使用來製造紋理覆板之方法能夠特別設計覆 板紋理表面之特性以提供所需要光線散射/捕獲特性亦為 099141314 表單編號A0101 第5頁/共30頁 1003166749-0 201135958 [0015] [0016] [0017] [0018] [0019] [0020] [0021] 099141314 有益的。 【發明内容】 如這裡所描述的,紋理覆板和製造紋理覆板的方法解決上 述傳統的紋理覆板和製造紋理覆板方法的一項或以上缺 點,在光伏打應用上是很有用的,譬如雙重矽的光伏打電 池。一項實施例是製造光線散射紋理覆板的方法,此方法 提供玻璃片,研磨並疊置玻璃片表面,在玻璃片表面形成 圖徵,以形成光線散射的紋理覆板。 $ —個光線散射的紋理覆板實施例包括:具有圖徵紋理表 ; 面的玻璃片,其紋理表面的RMS粗縫度在lOOnm到1. 5微米 的範圍,相關長度在500nm到2微米的範圍。 另一個實施例是包括以上述方法製造光線散射的紋理覆 板的光伏打裝置。 本發明其他特性及優點揭示於下列說明,以及部份可由說 明清楚瞭解,或藉由實施下列說明以及申請專利範圍以及 附圖而明瞭。 人們暸解先前一般說明及下列詳細說明只作為範例性及 說明性,以及預期提供概要或架構以瞭解申請專利範圍界 定出本發明原理及特性。 所包含附圖將更進一步提供瞭解本發明以及在此加入以 及構成說明書之一部份。附圖顯示出本發明不同的實施 例及隨同β羊細a兒明以解釋本發明之原理及操作。 【實施方式】 現在參考本發明優先實施例詳細作說明,其範例顯示於附 表單編號A0101 第6頁/共30頁 1003166749-0 201135958 [0022] [0023] [0024] Ο [0025] ❹[0026] [0027] 圖中。儘可能地,整個附圖中相同的參考數字代表相同的 或類似的元件。 所謂”體散射"可以定義成由於光線所行經之材料折射率 的不均勻性,對光線路徑所造成的效應。 所謂"表面散射”可以定義成由光伏打電池各層之間介面 的粗糙度對光線路徑所造成的效應。 所謂"基板”可以用來描述基板或覆板,決定於光伏打電池 的配置。例如,如果在組合成光伏打電池時它是在光伏 打電池之光線入射側的話,那麼基板就是覆板。覆板可以 保護光伏打材料免於受到碰撞和環境劣化,同時允許適當 的太陽光譜波長透射。此外,多個光伏打電池可以排列成 一個光伏打模組。 所謂"鄰近"可以定義成相當接近。鄰近結構彼此可以有, 或可以沒有實體接觸。鄰近結構可以有其他的層和/或結 構配置在它們之間。 最好在玻璃覆板上產生的表面紋理可提供散射的行為允 許在雙重梦光伏打電池的活性矽層,更有效率的捕獲入射 太陽光。 在一項實施例中,光線散射的紋理覆板包括:具有圖徵紋 理表面的玻璃片,其紋理表面的RMS粗糙度在100nm到1. 5 微米的範圍,相關長度在5〇〇nm到2微米的範圍。 在另一個實施例中,光線散射的紋理覆板包括:具有圖徵 紋理表面的玻璃片,其紋理表面的RMS粗糙度在500 nm到 099141314 表單編號A0101 第7頁/共30頁 1003166749-0 [0028] 201135958 1· 25微米的範圍,相關長度在75〇nn^lj1· 6微米的範圍。 [0029] [0030] [0031] 在另一個實施例中,光線散射的紋理覆板包括:具有圖徵 紋理表面的玻璃片,其紋理表面的RMS粗糙度在7〇〇⑽到 1微米的範圍,相關長度在800ηπ^ι]1·2微米的範圍。 一項實施例中,光伏打裝置包括如這裡實施例所描述的光 線散射的紋理覆板。在玻璃片的設計_’紋理化最大表面 積的表面。在一項實施例中,玻璃片疋真正扁平的。在一 項實施範例中,Μ破璃片有兩個相對的扁平表面。在一 項實施例中,光伏打装Χ中有一個表面是紋理化的;紋理 化的玻璃片是在覆板設計中,用來入射光線’而紋理❹ 面是在光線進人的玻❹—面。在—項實施例中,另一面 也是紋理化的。 可用來描述這裡説明的紋理覆板光線散射行為特徵的參 數是總180度的命前透射;總擴散透射,即總向前散射,排 除-2 5<6»<2 5度的部份準定義);總和擴散反 射對波長;角度擴散作為波長的函數;表面型態;粗綠度均 方根(RMS )和空間頻率構成(功率頻譜的相關長度);原子 力顯微(AFM)影像;和掃描電子顯微(SEM)影像。Lc(相關 長度)是相關函數,以數學相關函數來描述,測量系統中的 階數,以及說明在不同位置微小的變數是如何相關。使用 光線追蹤模式來模擬雙重矽電池的效能(最大可達電流密 度(MACD)),以定義最佳化基板紋理表面的圖徵。紋理覆 板表面是由AFM掃瞄的25微米X 25微米區域所構成尺度 大小如下3,7尺寸是2/3,1,3/2,表面高度是2/3,13/2 。總共執行9種模擬。接下來的介面是以薄祺保角增長 099141314 表單編號A0101 第8頁/共30頁 1003166749-0 201135958 (TFCG)模式導出。表丨顯示光線追蹤模式的結果。 [0032] 表1 相 對 相2/3 關1 長3/2 度 Ο [0033] Ο [0034] 099141314 相對表面粗糙度 2/3 1 3/3 5.5% 8.5% 10. 6% 1.9% 6.0% 8.1% 0. 5% 1.3% 3.3% 圖!6A,16B,16C,16D和16E是依據說明的方法製造的範 例光線散射的紋理覆板的AFM影像,具備的特性列在表1。 圖16A顯示Lc為2/3,相對表面粗糙度2/3的紋理覆板表面 從上到下的示意圖。圖16B顯示Lc為3/2,相對表面粗糙 度2/3的紋理覆板表面從上到下的示意圖。圖i6c顯示Lc 為1,相對表面粗糙度丨的紋理覆板表面從上到下的示意圖 。圖16D顯示Lc為3/2,相對表面粗糙度3/2的紋理覆板表 面從上到下的示意圖。圖16E顯示Lc為2/3,相對表面粗 賴:度3/2的紋理覆板表面從上到下的示意圖。 Lc為1’相對表面粗糙度】的模擬紋理覆板表面,顯示出提 升了 6/和先鈾結果比起來較高的值,可能是由於改善的 (較不圓的)表面擬合所導致。增加的粗趟度和/或減少的 相關長度可改善效能。只增加粗糙度或只減少相關長度 也可改善效能。增加的_度以及減少的相關長度一起 可改善最多的效能。這些限制無法不定地延伸。一般而 言,電效能會限制⑽度。TFCG可能限制減少相關長度所 得到的好處。額外的石夕沉積(經由保角增長)無法說明多 表單編號A0101 第9頁/共30頁 1003166749-0 201135958 數的提升效能。 [0035] 依據一些實施例,光線散射的紋理覆板厚度約4. 〇mm或以 下,例如3. 5 mm或以下,例如3. 2 mm或以下,例如3.0 mm 或以下,例如2. 5 mm或以下,例如2. 〇 mm或以下,例如 1 · 9 mm或以下,例如1. 8 mm或以下,例如1. 5 mm或以下, 例如1.1 mm或以下,例如0.5 mm至2.0 mm,例如〇·5 mm 至1.1 mm,例如0.7 mm至1.1 mm。這些只是範例的厚度 ,玻璃片的厚度可以是任何數值,包括範圍從〇. lmin以上的 小數位,也包括4. 0 mm。 [0036] 在一項實施例中,光線散射的紋理覆板表面的1^3粗糙度 在100nm到1. 5微米的範圍,相關長度在5〇〇nm到2微米的 範圍。在另一實施例中,光線散射的紋理覆板表面的RMS 粗缝度在500mn到1. 25微米的範圍,相關長度在750nm到 1. 6微米的範圍。又在另一實施例中,光線散射的紋理覆 板表面的RMS粗链度在700 nm到1微米的範圍,相關長度在 800nm到1. 2微米的範圍。 [〇〇37] 一項實施例是製造光線散射的紋理覆板的方法,此方法包 括提供玻璃片,研磨並疊置玻璃片表面,在玻璃片表面形 成圖徵,以形成光線散射的紋理覆板。 [0038] 在研磨和疊置處理過程可以設定參數,決定如何發展最後 的紋理覆板圖徵。例如,參數是粗粒成分,粗粒大小;粗粒 沉積,例如襯墊,稠漿;疊置技術,或和其硬度相關的玻璃 成分。 [0039] 在一項實施例中,此方法包括使用含磨蝕粒子和去離子水 099141314 表單編號A0101 第10頁/共30頁 1003166749-0 201135958 的研磨介質稠漿的研磨和疊置。磨蝕粒子的平均直徑可 以是大於0到15微米,譬如1到10微米,譬如1到5微米。在 一項實施例中,磨钱粒子包含氧化銘。 [0040] 在一項實施例中,研磨和疊置包括將研磨介質引入疊置襯 墊。依據一項實施例中,引入研磨介質包括一滴一滴地滴 下研磨介質到疊置襯墊。 [0041] Ο [0042] 依據一項實施例,疊置概墊是一塊包含選自不錄鋼,玻璃, 銅,或其組合的板。疊置板可以是紋理的表面或是圖案的 表面,譬如凹槽型玻璃板。 依據一項實施例,研磨和疊置包括在玻璃片表面下方旋轉 疊置襯墊,在這裡研磨的稠漿接觸玻璃片表面。在一項實 施範例,玻璃片是靜止的。可調整旋轉速度以最佳化覆板 最後的紋理表面。例如,假使旋轉太快,玻璃片可能變成 有到痕的,而不是研磨的。 [0043] ❹ 在一項實施例中,此方法進一步包括以酸钮刻在研磨和疊 置表面上的圖徵。餘刻的條件,譬如钱刻溶液成分和餘刻 時間,都是可以改變的參數,以進一步修整紋理表面的圖 徵。在一項實施例中,蝕刻包括將研磨和疊置表面暴露到 包含氟化氫,氯化氫,水,或其組合的酸性溶液中。酸性溶 液可包含一定比例的氟化氫酸,氯化氫酸,和水,例如1比1 比20,或4列如2比2比20,或匕5比20 〇 <可以Ιϋ! 子水。 在一項實施例中,研磨,疊置,和蝕刻處理包括以細微的粗 粒研磨和疊置玻璃片,接著再以氟化氫(HF)/氣化氫 099141314 表單編號Α0101 第11頁/共30頁 1003166749-0 [0044] 201135958 (HC1)溶液蝕刻處理,提供表面型態控制的平滑度。 [0045] 研磨和疊置,或蝕刻處理可允許修改處理過程,以控制粗 糙度和光線散射表面上的紋理圖徵,因而是總以及擴散透 射度,以及角度散射的量。 [0046] 範例: 調查後者的參數和其在表面粗糙度上的影響,以及光線散 射的行為。 [0047] 依據這裡說明的方法,製造具有低(50-250nm),中(約 250-500nm),和高( 500nm-l微米),或非常高表面粗糙度 紋理表面的光線散射覆板。 [0048] 測試數種不同型態的玻璃,從顯示器品質到超高品質和特 製的玻璃,譬如Eagle XGTM,HPFS,鹼石灰,CdTe太陽能 的特製玻璃等。有些玻璃比其他玻璃更適合化學-機械表 面拋光,疊置,研磨,和蝕刻處理。此外,較低指數的玻璃 由於玻璃表面較低的Fresnel反射,可提供稻微高的QE。 [0049] 依據一項實施例,紋理玻璃表面包含的圖徵具有的平均直 徑從100nm到15微米,例如從100nm到10微米,例如從 100nm到5微米。依據一項實施例,紋理玻璃表面包含的圖 徵具有的平均直徑從lOOnm到2微米,例如從250nm到1. 5 微米。
[0050] 依據一項實施例,紋理玻璃表面包含的圖徵具有大於1. 5 微米的平均直徑,有些圖徵更達到10微米或以上。通常我 們希望散射只有在散射圖徵大約等於光波長大小的時候 發生。非常高紋理玻璃表面的範例顯示於圖2 A和2B的SEM 099141314 表單編號A0101 第12頁/共30頁 1003166749-0 201135958 [0051] Ο [0052] [0053] Ο 影像。在這些例子中,光線散射的紋理坡填表面塗上一層 tco。 3 在-項實施例中,光線散射的製品包括坡萬片,表面的圖 徵以控制的方式散射光,在接續的活性♦層中加強光線的 吸收。在這個研磨和疊置,以及蝕刻的例子中,紋理玻璃 表面提供的散射函數,基本上是無關於波長。此外,在太 陽光譜上的總傳輸率是大於80%,如圖1所示有大於85% 的模糊度或散射度(角度>2. 5度的散射光線強度和總向前 強度的比例)。圖1是範例紋理玻填表面的總以及擴散透 射度的圖表,其微紋理顯示於圖2Α和2Β。線1〇顯示透射度 。線14擴散透射度。 用來研磨和疊置玻璃片的研磨介質是平均直徑範圍是從 • 5微米到1〇微米,譬如2, 3, 5, 7和9微米的氧化鋁粒子和 去離子水。在5, 7和9的粗粒大小看不出產生的紋理玻璃 覆板的光線散射行為有明顯的差異。 使用含平均直徑約2微米粗粒大小的氧化銘粒子和去離子 水的稍漿,以及利用凹槽形玻璃疊置襯塾,加以研磨和疊 置,製造範例的未蝕刻紋理玻璃表面。這些紋理表面顯示 於圖5Α和6Α的SEM中。圖8是顯示具有紋理表面玻璃覆板 的模糊度的圖表,藉由研磨和疊置和蝕刻,製造低 (50-250 nm),中(約250-500 nm),和高(500 nm-1微 米)粗糙度分別以線1 5,1 6和1 7來表示。模糊度可以描述 成擴散透射對總傳輸的散射比例。圖9顯示只以研磨和疊 置製造的類似表面粗縫度,兩種不同型態玻璃的總以及擴 散透射度。分別以線20和22來表示高純度熔融氧化矽的 099141314 表單編號A0101 第13頁/共30頁 1003166749-0 201135958 總以及擴散透射度。分別以線18和24來表示鹼石灰的總 以及擴散透射度。 [0054] 也測試在5%的HF/HC1溶液,從5分鐘到90分鐘範圍一系列 的蝕刻時間。圖1 〇,11 (5分鐘蝕刻),和圖12(11分鐘蝕刻 )是顯示研磨,疊置和敍刻的紋理表面玻璃覆板的圖 表,譬如分別是低(50-250nm),中(約250-500nm),和高 ( 500 nm -1微米)粗韆度。紋理表面的影像顯示於圖5A 和6A的SEM中,接下來蝕刻的影像則顯示於圖5B和6B。圖 5A和6A顯示的紋理表面是以5%的HF/HC1溶液,分別蝕刻5 分鐘和11分鐘,產生的紋理表面顯示於圖5B和6B。為範例 的低,中和高粗糙度表面進行Zy go雷射干涉儀測量。低粗 糙度表面的平均rms粗糙度是123. 4nm,標準差是26. 5nm 。中粗糙度表面的平均rms粗糙度是449.4nm,標準差是 63.6 nm。高粗糙度表面的平均rms粗糙度是713.1nm, 標準差是9. 3nm。最好是總透射度在85%以上,結合高擴 散透射度。中和兩粗輪度的範例紋理表面的相關長度是 7 50 mn到2微米。可藉由這裡說明的方法修改型態和粒子 大小,以及相關長度。 [0055] 以1/1/20比例的氟化氫(HF)/氣化氫(ΗΠ)/水溶液,触 刻研磨和疊置的破填覆板3〇, 45, 60,和9〇分鐘。_口 HC1疋業界可取㈣化學品。和未料的研磨和疊置玻璃 覆板比較玉個光4上的透射度。總透射度隨著⑽增加, 平-的波長顯不透射度是無關於波長,這兩種行為都是有 幫助的。以30分鐘的㈣而言,擴散散射相對於較長的姓 刻時間增加’而且總逯射度沒有耗損這是相當好的。Μ 099141314 I單編號A0101 第14頁/共30頁 1003166749-0 201135958 [0056] [0057] Ο [0058] [0059] ο [0060] [0061] [0062] 分鐘的钱刻也觀察到類似的結果。這顯示蝕刻步驟在最 佳化透射和散射的角色功能。圖3是以相同的樣本組,在 波長633nm測得的角度散射。 在波長633nm測得的角度散射寬度會隨著蝕刻時間而滅少 。圖4顯示的是範例紋理玻璃覆板蝕刻3〇分鐘的雙向透射 分配函數(BTDF)。BTDF資料顯示波長無關於紋理表面。 圖13 A和1 3 B分別顯示範例蝕刻和未蝕刻的光線散射紋理 坡續覆板,總以及擴散透射度的圖表。線32和30顯示以研 磨和疊置和蝕刻製造的範例光線散射紋理覆板的總以及 擴散透射度。線26和28顯示以研磨和疊置製造的範例光 線散射紋理覆板的總以及擴散透射度。 圖14和15的圖表分別顯示具有高表面粗糙度(~〇· 5微米) 的姓刻和未蝕刻的Eagle XGTM顯示器玻璃的ccBTDF。 散射行為和特定表面紋理之間精確的物理連結很難以簡 單的詞語來說明。表面紋理一般是根據RMS粗糙度和相關 長度來描述圖徵。 為具有微紋理的範例紋理玻璃表面進行AFM的測量顯 示於圖2A和2B。在高倍放大的SEM中可顯示更細緻的紋理 。圖徵中更細緻的紋理是歸因於散射的高空間頻率組成 。這些範例紋理表面的相關長度大於5微米。 另一項實施例是以所描述方法製造的包含光線散射紋理 覆板的光伏打裝置。依據一項實施例,光伏打裝置包括鄰 近覆板的導電性材料,以及鄰近導電性材料的主動光伏打 099141314 表單編號A0101 第15頁/共30頁 1003166749-0 201135958 [0063] [0064] [0065] 099141314 ”貝。在有些實施例中,導電性材料是透明的導電薄膜。 在-項實施範例中,透明的導電薄膜包含紋理表面。依據 -項實施例,主動光伏打介質和透明的導電薄膜物理接觸 〇 依據-項實施例,此裝置進—步包括和主動光伏打介質物 理接觸的反向電極,位在作為導電性材料的主動光伏打介 質的另一面。主動光伏打介質可包括很多層。在一項實 施例中,主動光伏打介質包括非晶形矽微晶矽或其組合 〇 表面紋理透明的導電氧化物()基板的紐散射特性在 最佳化薄膜太陽能電池效能的處理上,是很重要的話題。 由於/zc-Si:H薄膜比a —Si:H薄膜有較低的光學吸收係數 ,雙重非晶形/微晶矽(a_Si:H//zc—Si:H)光伏打太陽能 電池中光線捕獲的效率是非常重要的,用以提供高量子效 率。有效率的光線捕獲不只會導致較高的短路電流 (Jsc),也會允許較薄的内部"c_Si:I^TC〇層這在降 低製造這種太陽能電池的整體成本上尤其重要。就因為 這些理由和潛藏的巨大商機,3-5^/;^-^:11雙重光伏 打太陽能電池中的光線捕獲吸引很多人的注意。 光線散射也根據紋理玻璃表面(介面)的型態。因此,這些 薄膜太陽能電池有效率的光線捕獲是根據粗糙表面的光 線散射,藉由使用有紋理表面的覆板,弓丨入太陽能電池。 傳統上,覆板設計中的a_S i: Η太陽能電池使用了表面紋理 的TCO接觸層,一般是ζη〇或Sn〇2。然而,覆板和TC〇可以 是表面紋理的,以最大化光線捕獲效庵。我們發展了玻璃 表單編號A0101 第16頁/共30頁 1003166749-0 201135958 表面紋理的化學-機械式方法,再加上紋理的TCO —起使用 ,可提供高Jsc,允許a-Si :Η/ μ c-Si :Η雙重太陽能電池 中較薄的ec-Si:H和TCO内層。 [0066] Ο 表面紋理的玻璃作為覆板,可改善光線捕獲,因而是薄膜 Si-雙重光伏打太陽能電池的量子效率。以化學-機械式 處理紋理化表面,可能導致從這些表面增加的光線散射, 也可能導致Si-雙重矽層中增加的光線捕獲。然而,受益 於量子效率的表面粗糙度程度也是有限制的。例如,太粗 糙的表面可能導致太陽能電池明顯的分流。圖7A是依據 範例的方法製成的透明導電氧化物塗層的玻璃覆板SEM影 像,也是具有針孔36的粗糙表面範例。這些針孔可能導致 光伏打電池中TCO的分流或分層。換句話說太平滑的表面 ,雖然也會產生一些光散射,但可能不會明顯改善qE效能, 也不具成本效益。圖7B是依據範例的方法製成的透明導 電氡化物塗層的紋理玻璃覆板SEM影像,具有最佳的粗糙 度。 Ο [0067] 熟知此技術者瞭解本發明能夠作許多變化及改變而並不 會脫離本發明之精神及範圍。預期本發明含蓋本發明各 種變化及改變,其屬於下列申請專利範圍以及同等物範圍 内。 【圖式簡單說明】 [0068] [0069] [0070] 本發明能夠由下料細㈣單獨地或隨同關瞭解。 圖1為範例14,文理坡續表面之總及擴散透射度曲線圖。 圖2A及2B為依^:範例性方法以及塗覆τ⑶製造出紋理玻璃 099141314 表單編號Α0101 $ Π頁/共30 頁 1003166749-0 201135958 [0071] [0072] [0073] [0074] [0075] [0076] [0077] 表面之掃瞄電子顯微影像(SEM )。 圖3為範例性光線散射紋理覆板在633nmT量測散射角度 曲線圖。 圖4為範例性紋理破璃覆板研磨’疊置,再蝕刻3〇分鐘之雙 向透射分佈函數(BTDF)關係曲線圖。 圖5 A, 5 B,6 A及6 B為依據範例性方法製造出紋理玻壤表面 之掃瞄電子顯微影像(SEM)。 圖7A及7B為依據範例性方法製造出塗覆透明導電性氧化 物紋理玻璃表面之掃瞄電子顯微影像(SEM)。 圖8為曲線圖,其顯示出藉由研磨,疊置以及㈣製造出具 有例如低(50-250 nra),中等(約25〇_5〇〇 nm)以及高 ( 500 nm-l微米)紋理表面玻璃覆板模糊度。 圖9為曲線圖’其顯不出只藉由研磨以及疊置製造出具有 類似表面_度兩種不同型式破璃之總及擴散透射度。 圖10’ 11及12為曲線圖,其顯示出範例性研磨疊置及姓 刻玻璃覆板之BTDF。 [0078] [0079] 圖UA及13B為曲線圖,其分別顯示出敍刻及絲刻範例性 先線散射紋理玻璃覆板之總及擴散透射度。 圖14及15為曲紙其分_示出具有高表面粗輪度(約 .5微米)未触細刻顯示器坡璃㈣祕之ccm卜 圖i6A,16B,16C,16u16Em__mm“ 列性紋理覆板之原子力顯微影像(afm)。 099141314 表單編號A0101 第18頁/共30 頁 1003166749-0 [0080] 201135958 【主要元件符號說明】 [0081] 總透射度10;擴散透射度14;曲線15,16,17,18, 20, 22, 24, 26, 28, 30, 32 。 〇 099141314 表單編號A0101 第19頁/共30頁 1003166749-0

Claims (1)

  1. 201135958 七、申請專利範圍: 1 . 一種製造光線散射紋理覆板的方法,該方法包括: 提供玻璃片;以及 研磨以及疊置玻璃片表面以在玻璃片表面形成圖徵以形 成光線散射的紋理覆板。 2 ·依據申請專利範圍第丨項之方法其中更進一步包含利用酸 触刻在研磨以及疊置表面上的圖徵。 3 .依據巾請專利範圍第2項之方法,其巾㈣包含暴露研磨以 及疊置表面於酸溶液,該溶液包含氫氟酸,鹽酸,水,或其 混合物。 4.依據申請專利範圍第i項之方法其中氯氣酸,鹽酸以及 水比例為1 : 1 : 2 0。 5 ·依據申請專利範圍第1項之方法,其中研磨以及疊置包含塗 覆研磨介質至疊置板,其中研磨介質接觸玻璃片之表面。 6 ·依據中請專利範圍第5項之方法,其中疊置板為包含不錄鋼 ,玻璃,銅,或其組合物選取出之材料。 7 .依據申請專利範圍第6項 項之方法,其中疊置板包含紋理表面 8 ·依據申睛專利範圍第1頂,士丄仕a 貝之方法,其中研磨以及疊置包含塗 覆研磨介質至疊置柘甘士 ^ 板,其中研磨介質接觸玻璃片之表面。 9 .依據申請專利範圍笫〗 祀固弟I項之方法其中研磨介f為在水 化銘粒子。 099141314 10 * 11 . 依據申請專利範圍第1項之方法 lOOrnn至15微米。 其中圖徵平均直徑為 依據申睛專利範圍 第1項之方法,其中光線散射紋理覆板具 表單編號A0I01 第20頁/共30頁 1003166749-0 201135958 有RMS粗糙度在l〇〇nm至1. 5微米範圍内以及相關長度在 500nm到2微米的範圍内。 12 .依據申請專利範圍第1項之方法,其中光線散射紋理覆板具 有RMS粗糙度在50 0nm至1. 2 5微米範圍内以及相關長度在 750nm到1. 6微米的範圍内。 13 .依據申請專利範圍第1項之方法,其中光線散射紋理覆板具 有RMS粗糙度在70 0nm至1微米範圍内以及相關長度在 800nm到1. 2微米的範圍内。 14 . 一種光線散射紋理覆板,該覆板包含:具有圖徵之紋该表面
    的玻璃片,其中紋理表面具有RMS粗糙度在lOOnm至1. 5微 米範圍内以及相關長度在500nm到2微米的範圍内。 15 · —種光線散射紋理覆板,該覆板包含:具有圖徵之紋ί里表面 的玻璃片,其中紋理表面具有RMS粗糙度在500nm至1· 25 微米範圍内以及相關長度在750nm到1. 6微米的範圍内。 16 · —種光線散射紋理覆板,該覆板包含:具有圖徵之紋斑表面 的玻璃片,其中紋理表面具有RMS粗糙度在700nm至1微米 範圍内以及相關長度在8〇〇nm到1.2微米的範圍内。 17 .依據申請專利範圍第14項之光線散射紋理覆板,其中玻璃 片厚度為4. Omm或較小。 18 . —種光伏打裝置,其包含依據申請專利範圍第14項製造出 之光線散射覆板。 19,一種光伏打裝置,其包含依據申請專利範圍第1項製造出之 光線散射覆板。 20 .依據申請專利範圍第19項之光伏打裝置,其中包含:導電 性材料鄰近於覆板;以及主動光伏打介質鄰近於導電性 料。 099141314 表單編號A0101 第21頁/共30頁 1003166749-0 201135958 21 .依據申請專利範圍第20項之光伏打裝置,其中導電性材料 為透明的導電性薄膜。 22 .依據申請專利範圍第21項之光伏打裝置,其中透明的導電 性薄膜包含紋理表面。 23 .依據申請專利範圍第21項之光伏打裝置,其中主動光伏打 介質實際接觸透明的導電性材料。 24 .依據申請專利範圍第21項之光伏打裝置,其中更進一步包 含反向電極實際接觸主動光伏打介質以及位於主動光伏打 介質相對表面上作為導電性材料。 25 .依據申請專利範圍第21項之光伏打裝置,其中主動光伏打 介質包含多層。 26 .依據申請專利範圍第21項之光伏打裝置,其中主動光伏打 介質包含非晶矽,微晶矽,或其組合。 099141314 表單編號A0101 第22頁/共30頁 1003166749-0
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