TW201301546A - 透明導電薄膜結構及製造方法 - Google Patents

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Shui-Yang Lian
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Abstract

一種透明導電薄膜結構及製造方法，其透明導電薄膜係應用於太陽能電池中，而太陽能電池由基板依序疊加有氧化物透明導電層、矽膜層及電極層，又該透明導電薄膜形成於氧化物透明導電層與矽膜層之間，該透明導電薄膜具有粗糙結構，可增加太陽光的散射次數，並增加光的行走路徑，俾以提高太陽能電池電池之轉換效率。

Description

透 明導電薄膜結構及製造方法
本發明係有關於一種太陽能電池，尤指一種能提高太陽光於太陽能電池之行走路徑之透明導電薄膜結構及製造方法。
由於工業技術的不斷研發創新，且在光電產業以及相關產品的快速發展下，其發展推出的光電產品有以下幾種：發光二極體(Light Emitting Devices；LED)、液晶顯示器(Liquid crystal display；LCD)、平面顯示器(Flat Panel Displays)、觸控面板(Touch Panel)、太陽能電池(Solar Cells)，而在光電元件的製備上，透明導電玻璃是一個相當重要的材料，尤其對太陽能電池來說更為重要，該太陽能電池對透明導電玻璃必須具有下列幾項條件：1、低電阻率；2、高穿透率；3、良好的歐姆接觸；4、對電漿具有較安定的化學惰性。
對於矽基薄膜太陽能電池而言，透明導電玻璃不論光學或是電學特性，均會直接影響太陽能電池的轉換效率，因此透明導電玻璃必須在太陽能電池可利用的光譜範圍內具有高穿透與高導電性，並且能夠讓太陽光在其太陽能電池中進行散射，增加光的行走路徑與改善界層間的歐姆接觸，是故，本發明主要是增加太陽光於太陽能電池內之行走路徑與改善界層間的歐姆接觸，而提高太陽能電池之轉換效率。
有鑑於此，本發明人於多年從事相關產品之製造開發與設計經驗，針對上述之目標，詳加設計與審慎評估後，終得一確具實用性之本發明。
本發明所欲解決之技術問題在於針對現有技術存在的上述缺失，提供一種透明導電薄膜結構及製造方法。
其透明導電薄膜係應用於太陽能電池中，而太陽能電池由基板依序疊加有氧化物透明導電層、矽膜層及電極層，該氧化物透明導電層(transparent conductive oxide；TCO)由二氧化錫(SnO2)所構成，又該透明導電薄膜形成於氧化物透明導電層與矽膜層之間，而該透明導電薄膜之厚度為10~100nm，且透明導電薄膜具有粗糙表面，藉由透明導電薄膜之粗糙表面讓太陽光在氧化物透明導電層中進行散射，即能增加光行走的路徑，俾以提高太陽能電池之轉換效率。
其中，該透明導電薄膜可為氧化錫銦(Indium Tin Oxide；ITO)、氧化錫鈦(Titanium Tin Oxide；ITIO)、氧化鋅鎵(Ga doped Zinc Oxide；GZO)、氧化鋅鎵鋁((Ga,Al) Zinc Oxide；GAZO)、氧化鋁鋅(Aluminum doped Zinc Oxide；AZO)、氧化鋅(Zinc Oxide；ZnO)、氧化鋅氟(F doped Zinc Oxide；FTO)、氧化錫銻(Antimony Tin Oxide；ATO)、氧化錫鎘(Cadmium Tin Oxide；CdO)或氧化銦鋅(Indium Zinc Oxide；IZO)等材料所構成。
另該透明導電薄膜之製造方法可為射頻磁控濺鍍方式(Radio Frequency Magnetron Sputter)、奈米微粒塗佈法(Spin coating)、溶膠凝膠法(Sol-gel)、化學氣相沉積(Chemical Vapor Deposition；CVD)及物理氣相沉積(Physical Vapor Deposition；PVD)所製成。
其他目的、優點和本創作的新穎特性將從以下詳細的描述與相關的附圖更加顯明。
為使　貴審查委員對本發明之目的、特徵及功效能夠有更進一步之瞭解與認識，以下茲請配合【圖式簡單說明】詳述如后：先請由第1圖所示觀之，一種透明導電薄膜結構及製造方法，其透明導電薄膜(10)係應用於太陽能電池(20)中，而太陽能電池(20)由基板(21)依序疊加有氧化物透明導電層(22)、矽膜層(23)及電極層(24)，該氧化物透明導電層(22)(transparent conductive oxide；TCO)由二氧化錫(SnO2)所構成，又該透明導電薄膜(10)形成於氧化物透明導電層(22)與矽膜層(23)之間，而該透明導電薄膜(10)之厚度為10~100 nm，且透明導電薄膜(10)具有粗糙表面，藉由透明導電薄膜(10)之粗糙表面讓太陽光在氧化物透明導電層(22)中進行散射，即能增加光行走的路徑，俾以提高太陽能電池(20)之轉換效率。
其中，該透明導電薄膜(10)可為氧化錫銦(Indium Tin Oxide；ITO)、氧化錫鈦(Titanium Tin Oxide；ITIO)、氧化鋅鎵(Ga doped Zinc Oxide；GZO)、氧化鋅鎵鋁((Ga,Al) Zinc Oxide；GAZO)、氧化鋁鋅(Aluminum doped Zinc Oxide；AZO)、氧化鋅(Zinc Oxide；ZnO)、氧化鋅氟(F doped Zinc Oxide；FTO)、氧化錫銻(Antimony Tin Oxide；ATO)、氧化錫鎘(Cadmium Tin Oxide；CdO)或氧化銦鋅(Indium Zinc Oxide；IZO)等材料所構成。
另該透明導電薄膜(10)之製造方法可為射頻磁控濺鍍方式(Radio Frequency Magnetron Sputter)、奈米微粒塗佈法(Spin coating)、溶膠凝膠法(Sol-gel)、化學氣相沉積(Chemical Vapor Deposition；CVD)及物理氣相沉積(Physical Vapor Deposition；PVD)所製成。
再請由第2圖所示觀之，本發明主要於太陽能電池(20)內增設有一層透明導電薄膜(10)，而該透明導電薄膜(10)所使用之材料與製造方法可有多種選擇，如上段所述之使用材料與製造方法皆屬於本發明所保護之範圍，其中，本發明舉例一種材料與一種製造方法進一步說明，該太陽能電池(20)採用射頻磁控濺鍍方式(Radio Frequency Magnetron Sputter)來沉積由氧化鋁鋅(Aluminum doped Zinc Oxide；AZO)構成之透明導電薄膜(10)，在連續式濺鍍系統(In-line Sputtering System)上，使用射頻磁控濺鍍方式(Radio Frequency Magnetron Sputter)在氧化物透明導電層(22)(TCO)上沉積一層厚度為10~100nm的氧化鋅鋁(Aluminum-doped zinc oxide；AZO)透明導電薄膜(10)，且設定的背景壓力之真空值為5x10-7 torr、射頻功率為800 W、製程壓力為1x10-2 torr、溫度為300 K，另設定反應參數中的氧氬比(R=[O2]/[Ar])為3，即能於太陽能電池(20)中生成一層具有粗糙表面之透明導電薄膜(10)，如第4圖所示，為掃描式電子顯微鏡(Scanning Electron Microscope；簡稱SEM)對透明導電薄膜(10)的拍攝結果。
再利用太陽電池電壓電流量測系統進行量測，此系統主要是以AM1.5G太陽光源模擬器配合電錶來量測太陽能電池(20)的光學與電學特性，如第3圖所示觀之，該本發明之太陽能電池(20)圖中是以AZO表示，而未具有透明導電薄膜之太陽能電池則以NO AZO表示(一般薄膜太陽能電池是在玻璃基板上沉積光電半導體層，本發明是在玻璃基板上沉積一層具有散射結構的AZO)，經由電壓-電流曲線圖的比較結果明顯得知具有透明導電薄膜(10)之太陽能電池(20)較未具有透明導電薄膜之太陽能電池能提升1%以上之轉換效率，其中，開路電壓為0.84 V、短路電流為17.8 mA/cm2、填充因子為0.69，可得轉換效率為10.4%。
綜上所述，本發明確實已達突破性之結構設計，而具有改良之發明內容，同時又能夠達到產業上之利用性與進步性，且本發明未見於任何刊物，亦具新穎性，當符合專利法相關法條之規定，爰依法提出發明專利申請，懇請　鈞局審查委員授予合法專利權，至為感禱。
唯以上所述者，僅為本發明之一較佳實施例而已，當不能以之限定本發明實施之範圍；即大凡依本發明申請專利範圍所作之均等變化與修飾，皆應仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。
 本發明部份：
(10)．．．透明導電薄膜
(20)．．．太陽能電池
(21)．．．基板
(22)．．．氧化物透明導電層
(23)．．．矽膜層
(24)．．．電極層
第1圖：係本發明之具有透明導電薄膜之太陽能電池結構示意圖。
第2圖：係本發明之使用氧化鋅鋁生成透明導電薄膜之太陽能電池之結構示意圖。
第3圖：係本發明之具有透明導電薄膜之太陽能電池比較未具有透明導電薄膜之太陽能電池之電壓-電流曲線圖。
第4圖：係本發明之具有透明導電薄膜之太陽能電池所拍攝之表面微結構圖。
(10)．．．透明導電薄膜
(20)．．．太陽能電池
(21)．．．基板
(22)．．．氧化物透明導電層
(23)．．．矽膜層
(24)．．．電極層

Claims (9)

  1. 一種透明導電薄膜結構及製造方法，其透明導電薄膜係應用於太陽能電池中，而太陽能電池由基板依序疊加有氧化物透明導電層、矽膜層及電極層，又該透明導電薄膜形成於氧化物透明導電層與矽膜層之間，且透明導電薄膜具有粗糙表面，藉由透明導電薄膜之粗糙表面讓太陽光在氧化物透明導電層中進行散射，即能增加光行走的路徑，俾以提高太陽能電池之轉換效率。
  2. 根據申請專利範圍第1項所述之透明導電薄膜結構及製造方法，其中，該透明導電薄膜之厚度為10~100nm。
  3. 根據申請專利範圍第1項所述之透明導電薄膜結構及製造方法，其中，該氧化物透明導電層(transparent conductive oxide；TCO)由二氧化錫(SnO2)所構成。
  4. 根據申請專利範圍第1項所述之透明導電薄膜結構及製造方法，其中，該透明導電薄膜可為氧化錫銦(Indium Tin Oxide；ITO)、氧化錫鈦(Titanium Tin Oxide；ITIO)、氧化鋅鎵(Ga doped Zinc Oxide；GZO)、氧化鋅鎵鋁((Ga,Al) Zinc Oxide；GAZO)、氧化鋁鋅(Aluminum doped Zinc Oxide；AZO)、氧化鋅(Zinc Oxide；ZnO)、氧化鋅氟(F doped Zinc Oxide；FTO)、氧化錫銻(Antimony Tin Oxide；ATO)、氧化錫鎘(Cadmium Tin Oxide；CdO)或氧化銦鋅(Indium Zinc Oxide；IZO)所構成。
  5. 根據申請專利範圍第1項所述之透明導電薄膜結構及製造方法，其中，該透明導電薄膜是利用射頻磁控濺鍍方式(Radio Frequency Magnetron Sputter)沉積而成。
  6. 根據申請專利範圍第1項所述之透明導電薄膜結構及製造方法，其中，該透明導電薄膜是利用奈米微粒塗佈法(Spin coating)所製成。
  7. 根據申請專利範圍第1項所述之透明導電薄膜結構及製造方法，其中，該透明導電薄膜是利用溶膠凝膠法(Sol-gel)所製成。
  8. 根據申請專利範圍第1項所述之透明導電薄膜結構及製造方法，其中，該透明導電薄膜是利用化學氣相沉積(Chemical Vapor Deposition；CVD)所製成。
  9. 根據申請專利範圍第1項所述之透明導電薄膜結構及製造方法，其中，該透明導電薄膜是利用物理氣相沉積(Physical Vapor Deposition；PVD)所製成。
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