TW201733140A - 串接太陽電池及其製造方法 - Google Patents

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羅斯曼倫 約翰尼斯 安東尼斯 瑪莉亞 凡
斯可福瑞德 克利斯提安 凡斯瑞
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嵐柏特 喬漢 吉爾梨格斯
魯道夫 伊曼紐爾 伊西多爾 斯若普
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荷蘭史迪克汀艾能吉翁德卓克中心
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Abstract

本發明揭露一種串接太陽電池，包含矽晶圓類太陽電池與薄膜太陽電池結構的堆疊。矽晶圓類太陽電池具有用於接收輻射的第一晶圓表面以及與第一晶圓表面相對的第二晶圓。薄膜太陽電池結構具有用於接收輻射的第一膜表面以及與第一膜表面相對的第二膜表面。薄膜太陽電池結構的第二膜表面與矽晶圓類太陽電池的第一晶圓表面介接。矽晶圓類太陽電池與薄膜太陽電池結構的堆疊具備延伸通過第一膜表面與第二晶圓表面之間的堆疊的至少一個導電元件。導電元件具備在第二晶圓表面上的接觸墊且形成第一膜表面與接觸墊之間的導電路徑。

Description

串接太陽電池及其製造方法
本發明是關於一種串接太陽電池，且本發明是關於一種用於製造此類串接太陽電池的方法。
對於晶圓類Si技術，由底部矽晶圓類太陽電池以及頂部薄膜太陽電池組成的串接太陽電池或（更普遍為）多接面太陽電池現今被視為達成較高效率的重要競爭者。串接體可具有兩個端子（two terminal；2T）幾何佈置、三個端子（three terminal；3T）幾何佈置以及四個端子（four terminal；4T）幾何佈置。通常不考慮三個端子幾何佈置，此是因為中間層需要進行電流輸送。對於多接面裝置，普遍使用兩個端子概念，而三個端子概念以及四個端子概念（以及其組合）使得額外透明電極以及附隨端子併入至裝置堆疊。
在串接太陽電池中，透明電極存在於頂部電池中。大多數透明導體（尤其在高導電性下）具有較差的光透射特性。儘管相較於單接面裝置，串接裝置中的電流密度較低，但對於透明電極而言，光學損耗與電性損耗之間的折衷始終存在。
前部金屬柵格考慮到較薄的透明電極層。儘管柵格會不可避免地產生陰影損耗（shadow losses），但歸因於寄生吸收加上陰影的總損耗可小於在無柵格的概念下的損耗。
詳言之，當將鈣鈦礦層應用於串接幾何佈置中時，額外缺點會呈現於薄膜太陽電池中的吸收體層，此是因為與光學特性組合的可由頂部電極達到的導電性在目前先進技術OPV以及鈣鈦礦電池中相當差。
WO 2015/017885揭露一種堆疊式太陽電池裝置，其提供具有光子接收表面以及第一單一同質接面矽太陽電池（first single homojunction silicon solar cell）的光伏打裝置。第一單一同質接面矽太陽電池包括具有相反極性的兩個摻雜矽部分且具有第一帶隙。光伏打裝置更包括第二太陽電池結構，其具有具鈣鈦礦結構的吸收體材料且具有大於第一帶隙的第二帶隙。光伏打裝置經配置以使得第一太陽電池以及第二太陽電池中的每一者吸收由光子接收表面所接收到的部分光子。
本發明的目標是克服或減少先前技術的缺點中的至少一者。
所述目標是由包括矽晶圓類太陽電池與薄膜太陽電池結構的堆疊的串接太陽電池達成。所述矽晶圓類太陽電池具有用於接收輻射的第一晶圓表面以及與所述第一晶圓表面相對的第二晶圓表面。所述薄膜太陽電池結構具有用於接收輻射的第一膜表面以及與所述第一膜表面相對的第二膜表面。所述薄膜太陽電池結構的所述第二膜表面與所述矽晶圓類太陽電池的所述第一晶圓表面介接。所述矽晶圓類太陽電池與所述薄膜太陽電池結構的所述堆疊具備至少一個導電元件，所述導電元件延伸通過所述第一膜表面與所述第二晶圓表面之間的所述堆疊，且具備在所述第二晶圓表面上的接觸墊且形成所述第一膜表面與所述接觸墊之間的導電路徑。
有利地，在底部矽晶圓類太陽電池與頂部薄膜太陽電池結構之間進行串聯連接的情況下產生串接太陽電池，使得不需要在串接太陽電池的輻射接收前部表面上設置外部佈線，所述外部佈線會遮蔽前部表面且縮減用於俘獲輻射的區域。
根據一態樣，本發明提供如上文所描述的串接太陽電池，其中導電元件配置於自第一膜表面延伸至第二晶圓表面的通路孔（via hole）中。
根據一態樣，本發明提供如上文所描述的串接太陽電池，其中第一晶圓表面涵蓋具有第一極性的第一電極層，且第二晶圓表面涵蓋具有第二極性的第二電極層，第二極性與第一極性相反。
根據一態樣，本發明提供如上文所描述的串接太陽電池，其中第一膜表面涵蓋具有第一極性的第三電極層，且第二膜表面涵蓋具有第二極性的第四電極層。
根據一態樣，本發明提供如上文所描述的串接太陽電池，其中太陽電池包括在第一電極層與第四電極層之間的重組層（recombination layer），以用於電耦接第一電極層與第四電極層。
根據一態樣，本發明提供如上文所描述的串接太陽電池，其中薄膜太陽電池結構包括在第三電極層與第四電極層之間的吸收體層（absorber layer）。
根據一態樣，本發明提供如上文所描述的串接太陽電池，其中矽晶圓太陽電池包括在第一電極層與第二電極層之間的基極導電層（base conductivity layer）。
根據一態樣，本發明提供如上文所描述的串接太陽電池，其中前部接觸結構配置於第一膜表面上，且前部接觸結構電耦接至至少一個導電元件。
根據一態樣，本發明提供如上文所描述的串接太陽電池，其中後部表面接觸結構配置於第二晶圓表面上，所述後部表面接觸結構與第二晶圓表面上的至少一個接觸墊隔離。
根據一態樣，本發明提供如上文所描述的串接太陽電池，其中導電元件藉由隔離側壁而至少與吸收體層以及第四電極層隔離。
根據一態樣，本發明提供如上文所描述的串接太陽電池，另外，其中導電元件是藉由隔離側壁而與重組層以及第一電極層隔離。
根據一態樣，本發明提供如上文所描述的串接太陽電池，另外，其中導電元件是藉由隔離側壁而與第三電極層隔離。
根據一態樣，本發明提供如上文所描述的串接太陽電池，另外，其中導電元件是藉由隔離側壁而與基極導電層以及第二電極層隔離。
根據一態樣，本發明提供如上文所描述的串接太陽電池，其中在串接太陽電池的邊緣處，第一電極層、重組層、第四電極層、吸收體層以及第三電極層是被邊緣隔離層覆蓋。
根據一態樣，本發明提供如上文所描述的串接太陽電池，其中鈍化穿隧層（passivating tunnel layer）配置於第一電極層與基極導電層之間。
根據一態樣，本發明提供如上文所描述的串接太陽電池，其中第二鈍化穿隧層配置於第二電極層與基極導電層之間。
根據一態樣，本發明提供如上文所描述的串接太陽電池，其中吸收體層包括選自包括以下各者的群組的一者：鈣鈦礦（perovskite）材料層、CIGS化合物層、薄膜矽基層（thin film silicon based layer）、III-V族半導體基層（III-V semiconductor based layer）、基於InP化合物、InGaP化合物或GaAs化合物或基於奈米線的層。
根據一態樣，本發明提供如上文所描述的串接太陽電池，其中對於p型電極層，第三電極層包括選自包括以下各者的群組的材料：p型摻雜a-Si:H、p型奈米晶Si（nano-crystalling-Si）、p型微晶Si（micro-crystalling-Si）以及p型多晶Si（poly-crystalling-Si）、螺-OMeTAD（spiro-OMeTAD）、共軛聚合物（conjugated polymer）、PEDOT、氧化鎳（nickel oxide）、氧化鉬（molybdenum oxide）或p型透明導電氧化物；且對於n型電極層，第三電極層包括選自包括以下各者的群組的材料：n型摻雜a-Si:H、n型奈米晶Si、n型微晶Si以及n型多晶Si、摻雜n的ZnO、TiO2 、ITO或另一透明導電氧化物TCO。
根據一態樣，本發明提供如上文所描述的串接太陽電池，其中重組層包括選自包括以下各者的群組的材料：TCO、呈非晶狀態、奈米晶狀態、微晶狀態或多晶狀態的高度摻雜退化Si或n+奈米晶SiOx :H。
根據一態樣，本發明提供如上文所描述的串接太陽電池，其中第一電極層及/或第二電極層包括摻雜多晶矽層與氧化矽基鈍化穿隧層的雙層。
此外，本發明是關於一種用於製造串接太陽電池的方法，包括： 產生具有用於接收輻射的第一晶圓表面以及與第一晶圓表面相對的第二晶圓的矽晶圓類太陽電池， 將具有用於接收輻射的第一膜表面以及與第一膜表面相對的第二膜表面的薄膜太陽電池結構配置於矽晶圓類太陽電池上，以此方式使得薄膜太陽電池結構的第二膜表面與矽晶圓類太陽電池的第一晶圓表面介接， 向矽晶圓類太陽電池與薄膜太陽電池結構的堆疊提供至少一個導電元件，所述導電元件延伸通過第一膜表面與第二晶圓表面之間的堆疊，以及 向導電元件提供在第二晶圓表面上的至少一個接觸墊以形成第一膜表面與接觸墊之間的導電路徑。
根據一態樣，本發明提供如上文所描述的方法，其中所述在矽晶圓類太陽電池上配置薄膜太陽電池結構包括藉由逐層形成製程而在矽晶圓類太陽電池的第一晶圓表面的側上產生薄膜太陽電池結構的步驟。
根據一態樣，本發明提供如上文所描述的方法，其中所述在矽晶圓類太陽電池上配置薄膜太陽電池結構包括分離地產生薄膜太陽電池結構的步驟，以及接著將薄膜太陽電池結構堆疊在矽晶圓類太陽電池的第一晶圓表面的側上的步驟。
根據一態樣，本發明提供如上文所描述的方法，更包括：在自第一膜表面延伸至第二晶圓表面的通路孔中產生，將導電元件配置於通路孔中以自第一膜表面延伸至第二晶圓表面。
根據一態樣，本發明提供如上文所描述的方法，包括：在第一晶圓表面中或在第一晶圓表面上產生具有第一極性的第一電極層，以及在第二晶圓表面中或在第二晶圓表面上產生具有第二極性的第二電極層，第二極性與第一極性相反。
根據一態樣，本發明提供如上文所描述的方法，包括：在第一膜表面中或在第一膜表面上產生具有第一極性的第三電極層，以及在第二膜表面中或在第二膜表面上產生具有第二極性的第四電極層。
根據一態樣，本發明提供如上文所描述的方法，包括：在第一電極層上產生重組層以便在串接太陽電池中配置於第一電極層與第四電極層之間，以用於電耦接第一電極層與第四電極層。
根據一態樣，本發明提供如上文所描述的方法，其中薄膜太陽電池結構包括在第三電極層與第四電極層之間的吸收體層。
根據一態樣，本發明提供如上文所描述的方法，其中矽晶圓類太陽電池包括在第一電極層與及第二電極層之間的基極導電層。
根據一態樣，本發明提供如上文所描述的方法，包括：在第一膜表面上配置前部接觸結構，前部接觸結構電耦接至至少一個導電元件。
根據一態樣，本發明提供如上文所描述的方法，包括在第二晶圓表面上配置背部接觸結構，所述背部接觸結構與至少一個接觸墊隔離。
根據一態樣，本發明提供如上文所描述的方法，包括：提供導電元件藉由隔離側壁而至少與吸收體層以及第四電極層的隔離。
根據一態樣，本發明提供如上文所描述的方法，另外包括：藉由隔離側壁而使導電元件與重組層以及第一電極層隔離。
根據一態樣，本發明提供如上文所描述的方法，另外包括：藉由隔離側壁而使導電元件與第三電極層隔離。
根據一態樣，本發明提供如上文所描述的方法，另外包括：藉由隔離側壁而使導電元件與基極導電層以及第二電極層隔離。
根據一態樣，本發明提供如上文所描述的方法，包括：在串接太陽電池的邊緣處，藉由邊緣隔離層來覆蓋第一電極層、重組層、第四電極層、吸收體層以及第三電極層。
根據一態樣，本發明提供如上文所描述的方法，包括：在第一電極層與基極導電層之間形成鈍化穿隧層。
根據一態樣，本發明提供如上文所描述的方法，包括：在第二電極層與基極導電層之間形成第二鈍化穿隧層。
有利實施例進一步由附屬申請專利範圍定義。
圖1展示根據本發明的實施例的串接太陽電池100的橫截面。
串接太陽電池100包括結晶矽晶圓類太陽電池110以及薄膜太陽電池結構130。
太陽電池110、130中的每一者包括用於接收輻射以作為能量源的前部表面，以及後部表面。頂部電極配置於每一太陽電池的前部表面上，且底部電極配置於後部表面上。
矽晶圓類太陽電池110包括在其前部表面112上的具有第一極性的第一電極層114（亦即，第一導電型的第一摻雜層）以作為頂部電極，且包括在其後部表面116上的具有與第一極性相反的第二極性的第二電極層118（亦即，第二導電型的第二摻雜層）以作為底部電極。舉例而言，第一導電型是p型，則第二導電型是n型（或反之亦然）。
矽晶圓類太陽電池包括基極導電層115，其在第一電極層114與第二電極層118之間。
薄膜太陽電池結構130包括在其前部表面132上的具有第一極性的第三電極層134（亦即，屬於第一導電型）以作為頂部電極，且包括在其後部表面136上的具有與第一極性相反的第二極性的第四電極層138以作為底部電極。
薄膜太陽電池結構包括吸收體層135，其在第三電極層134與第四電極層138之間。
薄膜太陽電池結構堆疊於矽晶圓類太陽電池上，其中薄膜太陽電池結構130的第四電極層（底部電極）138與矽晶圓類太陽電池110的第一電極層（頂部電極）114介接。
重組層120在第一電極層114與第四電極層138中間，重組層120經配置以用於電耦接薄膜太陽電池結構130與矽晶圓類太陽電池110。
以此方式，獲得矽晶圓類太陽電池110與薄膜太陽電池結構130之間的串聯連接。
另外，串接太陽電池100經配置為背部接觸的太陽電池配置。延伸通過矽晶圓類太陽電池與薄膜太陽電池結構的堆疊的至少一個導電元件140配置於串接太陽電池的頂部電極（亦即，薄膜太陽電池130的第三電極層134）與矽晶圓類太陽電池110的後部表面116之間。
根據一實施例，導電元件140是導電通孔結構，導電通孔結構包括延伸通過矽晶圓類太陽電池與薄膜太陽電池結構的堆疊的通路孔以及實質上填充通路孔的導電材料。
導電元件140電耦接至前部第三電極層134。在後部表面116上，端子或接點142提供於導電元件140上。接點142是藉由間隙144或藉由其他絕緣構件而與後部表面電極層118隔離。
以此方式，導電元件140形成前部第三電極層134與接點142之間的導電路徑。
在矽晶圓太陽電池110的後部表面116上，提供後部表面接觸結構146以作為相對於接點142的相對電極。後部表面接觸結構可（例如）包括完整區域金屬化或（印刷）接觸柵格，或在本領域具有知識者已知的任何其他接觸結構。
有利地，根據本發明的串接太陽電池100規定：在串接太陽電池100的輻射接收前部表面上，不需要將會遮蔽前部表面且縮減用於捕獲輻射的區域的外部佈線。
在如圖1中所展示的實施例中，導電元件140自前部表面至後部表面觸碰兩種極性的所有電極層，此可造成內部短路。根據實施例，第三電極層134、吸收體層135、第四電極層138、第一電極層114皆作為具有高電阻率的層而被提供，其會將短路限於導電元件140附近的受限區域。基本原理是這些層並不要求側向導電性。在串接太陽電池中，（例如）藉由限制厚度及/或藉由控制摻雜程度（此兩者皆亦有利於這些層的透明度），這些層經組態以實質上僅在自前部至後部的方向上輸送電流，且因此其可針對低導電性進行調諧（以用於使未被頂部電池使用的光朝向底部電池傳輸）。通常，（例如）透明氧化物以及矽中的高導電性伴隨著較高吸光率，較高吸光率是由為提供導電性所需的自由載子引起的。
導電層、第四電極層138、重組層120以及第一電極層114可極其薄，例如，介於1奈米與200奈米之間。作為一實例，具有側向輸送特性的作為太陽電池中的電極材料的透明導電氧化物通常具有為大約1歐姆每平方至100歐姆每平方的薄層電阻。若透明導電氧化物用於第四電極層138，則透明導電氧化物可具有為100歐姆每平方至10000歐姆每平方或更高的薄層電阻。
可根據用於製造串接太陽電池的方法來製造串接太陽電池100，所述方法包括：產生具有用於接收輻射的第一晶圓表面112以及與第一晶圓表面相對的第二晶圓116的矽晶圓類太陽電池110；產生具有用於接收輻射的第一膜表面132以及與第一膜表面相對的第二膜表面136的薄膜太陽電池結構130；將薄膜太陽電池配置於矽晶圓類太陽電池上，以此方式使得薄膜太陽電池結構130的第二膜表面136與矽晶圓類太陽電池110的第一晶圓表面112介接；向矽晶圓類太陽電池與薄膜太陽電池結構的堆疊提供至少一個導電元件140，所述導電元件140延伸通過第一膜表面132與第二晶圓表面118之間的堆疊；以及在第二晶圓表面118處向導電元件140提供接點142以形成第一膜表面132與接點142之間的導電路徑。
根據一實施例，所述方法包括將導電元件140形成於通路孔中。
因此，所述方法更包括：產生自第一膜表面延伸至第二晶圓表面的通路孔；以及接著將導電元件配置於通路孔中以自第一膜表面延伸至第二晶圓表面。
可藉由「鑽通孔」方法來產生通路孔。
可藉由使用逐層形成製程在矽晶圓類太陽電池的頂部表面上產生薄膜太陽電池而將薄膜太陽電池結構配置於矽基太陽電池的頂部表面上。替代地，矽晶圓類太陽電池上的薄膜太陽電池結構可分離地產生，且接著在其產生之後，將其堆疊在第一電極層以及重組層的頂部上，以在矽晶圓類太陽電池的頂部表面側（亦即，第一晶圓表面側）上形成完整的薄膜太陽電池結構。
圖2展示根據本發明的實施例的串接太陽電池200的橫截面。
串接太陽電池200具有與如上文參考圖1所描述的串接太陽電池100相同的分層結構。另外，導電元件140具備使導電元件140至少與吸收體層135、第四電極層138、重組層120以及第一電極層114隔離的隔離側壁148。在此實施例中，第三電極層134與導電元件140電連接。
因此，在一實施例中，所述製造方法包括在產生第三電極層之前，在吸收體層135、第四電極層138、重組層120以及第一電極層114的堆疊中產生通路孔。在產生通路孔之後，吸收體層135、第四電極層138、重組層120以及第一電極層114的側壁被隔離材料148覆蓋。接下來，將導電元件40產生於通路孔中。接著，將第三電極層134形成於吸收體層135上，以此方式使得第三電極層134接觸導電元件140的鄰近末端。
可藉由印刷製程、分配製程等等或經由氣相製程（例如，基於化學氣相沉積（chemical vapor deposition；CVD）的技術或基於原子層沉積（atomic layer deposition；ALD）的技術）而將隔離材料148沉積於通路孔中。
圖3展示根據本發明的實施例的串接太陽電池300的橫截面。
串接太陽電池300具有與如上文參考圖1所描述的串接太陽電池100相同的分層結構。另外，導電元件140具備使導電元件140與矽晶圓的第三電極層134、吸收體層135、第四電極層138、重組層120以及第一電極層114隔離的隔離側壁148。
根據此實施例，第三電極層134具備電接觸第三電極層134且亦與導電元件140電連接的前部表面接觸結構150。
前部表面接觸結構150通常是配置於第三電極層140上的導電線或導電陣列的經圖案化網狀結構。網狀結構150可包括印刷或應用於（例如）透明基材中的（網板或模板）印刷網狀結構或銀基奈米線網狀結構。
前部表面接觸結構150亦可應用於如上文參考圖1或圖2所描述的實施例中的一或多者中。
因此，在一實施例中，所述製造方法包括在第三電極層134、吸收體層135、第四電極層138、重組層120以及第一電極層114的堆疊中產生通路孔。在產生通路孔之後，第三電極層134、吸收體層135、第四電極層138、重組層120以及第一電極層114的側壁被隔離材料148覆蓋。接下來，將導電元件140產生於通路孔中。
在另一步驟中，將電極線的網狀結構150形成於第三電極層上，以此方式使得所述網狀結構接觸導電元件140。
作為隔離側壁148的應用的替代例，導電元件140可包括固有地不與矽晶圓類太陽電池110與薄膜太陽電池結構130的堆疊中的一或多個（較佳地是所有）層接觸的插塞糊（plug paste）材料。
圖4展示根據本發明的實施例的串接太陽電池400的橫截面。
根據此實施例的串接太陽電池400具有與如上文參考圖1所描述的串接太陽電池100相同的分層結構。另外，導電元件140具備使導電元件140至少與第三電極層134、吸收體層135、第四電極層138、重組層120、第一電極層114以及基極導電層115隔離的隔離側壁148。在此實施例中，第三電極層134具備電接觸第三電極層134且亦與導電元件140電連接的前部表面接觸結構150。
因此，在一實施例中，所述製造方法包括在第三電極層134、吸收體層135、第四電極層138、重組層120、第一電極層114以及基極導電層115的堆疊中產生通路孔。在產生通路孔之後，第三電極層134、吸收體層135、第四電極層138、重組層120、第一電極層114以及基極導電層115的側壁被隔離材料148覆蓋。接下來，將導電元件140產生於通路孔中。
在另一步驟中，將電極線的網狀結構150形成於第三電極層上，以此方式使得所述網狀結構接觸導電元件140。
圖5展示根據本發明的實施例的串接太陽電池500的橫截面。
串接太陽電池500具有與如上文參考圖3所描述的串接太陽電池300相同的分層結構。另外，在串接太陽電池500的周邊邊緣502處，將邊緣隔離壁160配置於矽晶圓的第三電極層134、吸收體層135、第四電極層138、重組層120以及第一電極層114的邊緣上。
因此，在一實施例中，所述製造方法包括在串接太陽電池500的周邊邊緣502處，在第三電極層134、吸收體層135、第四電極層138、重組層120以及第一電極層114的對應周邊邊緣處產生邊緣隔離壁160。
應用邊緣隔離以防止（例如）歸因於製程問題（比如外溢）而在所述邊緣處產生的頂部太陽電池130與底部太陽電池110之間的不當電接觸（分流）。
如在本領域具有知識者應瞭解，邊緣隔離壁160可與通路孔中的隔離側壁148同時產生，但亦可在製造製程的不同階段產生。根據一實施例，邊緣隔離壁160是藉由印刷製程產生的。
再者，應瞭解，可將邊緣隔離壁160應用於如上文參考圖1、圖2以及圖4所描述的其他實施例中的一或多者的組合中。
圖6展示根據本發明的實施例的串接太陽電池600的橫截面。
根據此實施例的串接太陽電池600具有與如上文參考圖1所描述的串接太陽電池100相同的分層結構。另外，串接太陽電池600包括配置於矽晶圓類太陽電池110的第一電極層114與基極導電層115之間的第一鈍化穿隧層162。
在一實施例中，第一鈍化穿隧層162是基於氧化矽、SiOx :H或SiO2 、或本質（intrinsic）非晶矽a-Si:H（厚度在0.5奈米與3奈米之間）或基於氧化鉬MoOx 的薄層。
另外或作為第一鈍化穿隧層的替代例，矽晶圓類太陽電池110可包括第二鈍化穿隧層164。將第二鈍化穿隧層164配置於矽晶圓類太陽電池110的第二電極層118與基極導電層115之間。
在一實施例中，製造串接太陽電池的方法將包括在製造矽晶圓類太陽電池110期間在第一電極層114與基極導電層115之間產生第一鈍化穿隧層162。另外或替代地，所述方法可包括在製造矽晶圓類太陽電池110期間在第二電極層114與基極導電層115之間產生第二鈍化穿隧層164。
在本領域具有知識者應瞭解，亦可將第一鈍化穿隧層162及/或第二鈍化穿隧層164應用於如參考圖1、圖2、圖3、圖4以及圖5所描述的其他實施例中的一或多者的組合中。
薄膜太陽電池結構可包括鈣鈦礦材料層以作為吸收體層。替代地（但不限於此），吸收體層可包括CIGS化合物、薄膜矽基層、CdTe基層、III-V族半導體基層或基於InP化合物、InGaP化合物或GaAs化合物或基於奈米線。
取決於極性，第一電極層114以及第二電極層118可為擴散層、或離子植入層、或沉積層或磊晶層或包括（例如）具有摻雜非晶矽或其組合、具有p型摻雜或n型摻雜的異質接面。在異質接面結構的狀況下，沉積層可為摻雜非晶矽、或摻雜奈米晶矽或摻雜多晶矽或其組合。
特別有益的組合是氧化矽基鈍化穿隧層162及/或氧化矽基鈍化穿隧層164與摻雜多晶基矽第一電極層114及/或第二電極層118組合。多晶矽層可充分地摻雜以實現載子選擇性鈍化電極，同時具有高光學透明度（尤其是在對於串接體的底部矽太陽電池的受關注波長區中），以及高側向電阻率（其與第一電極層114特別相關）。
對於p型電極層，第三電極層134可包括選自包括以下各者的群組的材料：p型摻雜a-Si:H、p型奈米晶Si、p型微晶Si以及p型多晶Si、螺-OMeTAD、共軛聚合物、PEDOT、氧化鎳、氧化鉬或p型透明導電氧化物；且對於n型電極層，第三電極層134可包括選自包括以下各者的群組的材料：n型摻雜a-Si:H、n型奈米晶Si、n型微晶Si以及n型多晶Si、摻雜n的ZnO、TiO2 、ITO或另一透明導電氧化物TCO。
類似地，第四電極層138可選自與第三電極層134相同的材料，但具有相反的導電類型/極性類型。
重組層120可包括選自包括以下各者的群組的材料：TCO、高度摻雜（退化）Si（非晶、奈米晶、微晶或多晶）或n+奈米晶SiOx:H，或將針對入射輻射的足夠透明度與針對電荷載子的足夠重組速率合併的任何其他材料。
在矽晶圓類太陽電池110將為異質結類型太陽電池的狀況下，通常作為部分第一電極層114的TCO層可與重組層120組合，或亦可充當重組層。
基極導電層115可為本質矽半導體層（i型層），或為相較於第一電極層114及/或第二電極層118的摻雜劑程度為相對低摻雜劑程度的相對低摻雜p型層或n型層。
應理解，串接太陽電池可包括在堆疊的頂部上的抗反射層（未圖示）。
在本領域具有知識者應瞭解，矽晶圓類太陽電池可具有上面配置有膜太陽電池結構的拋光表面或刻花表面。
在諸圖的前文描述中，已參考本發明的特定實施例來描述本發明。然而，將顯而易見，在不脫離如所附申請專利範圍中概括的本發明的範疇的情況下可對本發明進行各種修改以及改變。
另外，在不脫離本發明的基本範疇的情況下，可進行許多修改以使特定情形或材料適應本發明的教示。因此，希望本發明並不限於所揭露的特定實施例，但本發明將包含屬於所附申請專利範圍的範疇內的所有實施例。
詳言之，可組合本發明的各個態樣的特定特徵。本發明的一態樣可藉由添加相對於本發明的另一態樣所描述的特徵而有利地進一步增強。
100‧‧‧串接太陽電池
110‧‧‧矽晶圓類太陽電池/矽晶圓太陽電池/太陽電池
112‧‧‧表面
114‧‧‧第一電極層/頂部電極
115‧‧‧基極導電性層
116‧‧‧表面
118‧‧‧第二電極層
120‧‧‧重組層
130‧‧‧薄膜太陽電池結構/太陽電池/薄膜太陽電池
132‧‧‧前部表面/第一膜表面
134‧‧‧第三電極層
135‧‧‧吸收體層
136‧‧‧後部表面/第二膜表面
138‧‧‧第四電極層/底部電極
140‧‧‧導電元件
142‧‧‧接點
144‧‧‧間隙
146‧‧‧後部表面接觸結構
148‧‧‧隔離側壁/隔離材料
150‧‧‧前部表面接觸結構/網狀結構
160‧‧‧邊緣隔離壁
162‧‧‧第一鈍化穿隧層
164‧‧‧第二鈍化穿隧層
200、300、400、500、600‧‧‧串接太陽電池
在下文中將參考隨附圖式而僅藉助於實例來描述本發明的實施例，隨附圖式在本質上是示意性的，且因此不必按比例繪製。此外，圖式中的相同參考符號是指相同元件。 圖1展示根據本發明的實施例的串接太陽電池的橫截面。 圖2展示根據本發明的實施例的串接太陽電池的橫截面。 圖3展示根據本發明的實施例的串接太陽電池的橫截面。 圖4展示根據本發明的實施例的串接太陽電池的橫截面。 圖5展示根據本發明的實施例的串接太陽電池的橫截面。 圖6展示根據本發明的實施例的串接太陽電池的橫截面。
100‧‧‧串接太陽電池
110‧‧‧矽晶圓類太陽電池/矽晶圓太陽電池/太陽電池
112‧‧‧表面
114‧‧‧第一電極層/頂部電極
115‧‧‧基極導電層
116‧‧‧表面
118‧‧‧第二電極層
120‧‧‧重組層
130‧‧‧薄膜太陽電池結構/太陽電池/薄膜太陽電池
132‧‧‧前部表面/第一膜表面
134‧‧‧第三電極層
135‧‧‧吸收體層
136‧‧‧後部表面/第二膜表面
138‧‧‧第四電極層/底部電極
140‧‧‧導電元件
142‧‧‧接點
144‧‧‧間隙
146‧‧‧後部表面接觸結構

Claims (38)

  1. 一種串接太陽電池，包括矽晶圓類太陽電池與薄膜太陽電池結構的堆疊； 所述矽晶圓類太陽電池具有用於接收輻射的第一晶圓表面以及與所述第一晶圓表面相對的第二晶圓； 所述薄膜太陽電池結構具有用於接收輻射的第一膜表面以及與所述第一膜表面相對的第二膜表面； 所述薄膜太陽電池結構的所述第二膜表面與所述矽晶圓類太陽電池的所述第一晶圓表面介接； 所述矽晶圓類太陽電池與所述薄膜太陽電池結構的所述堆疊具備至少一個導電元件，所述至少一個導電元件延伸通過所述第一膜表面與所述第二晶圓表面之間的所述堆疊，且具備在所述第二晶圓表面上的接觸墊且形成所述第一膜表面與所述接觸墊之間的導電路徑。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的串接太陽電池，其中所述導電元件配置於自所述第一膜表面延伸至所述第二晶圓表面的通路孔中。
  3. 如申請專利範圍第1項或第2項所述的串接太陽電池，其中所述第一晶圓表面涵蓋具有第一極性的第一電極層，且所述第二晶圓表面涵蓋具有第二極性的第二電極層，所述第二極性與所述第一極性相反。
  4. 如申請專利範圍第3項所述的串接太陽電池，其中所述第一膜表面涵蓋具有第一極性的第三電極層，且所述第二膜表面涵蓋具有第二極性的第四電極層。
  5. 如申請專利範圍第4項所述的串接太陽電池，其中所述太陽電池包括在所述第一電極層與所述第四電極層之間的重組層，以用於電耦接所述第一電極層與所述第四電極層。
  6. 如前述申請專利範圍中任一項所述的串接太陽電池，其中所述薄膜太陽電池結構包括在所述第三電極層與所述第四電極層之間的吸收體層。
  7. 如前述申請專利範圍中任一項所述的串接太陽電池，其中所述矽晶圓太陽電池包括在所述第一電極層與所述第二電極層之間的基極導電層。
  8. 如前述申請專利範圍中任一項所述的串接太陽電池，其中前部接觸結構配置於所述第一膜表面上，且所述前部接觸結構電耦接至所述至少一個導電元件。
  9. 如前述申請專利範圍中任一項所述的串接太陽電池，其中後部表面接觸結構配置於所述第二晶圓表面上，且與所述第二晶圓表面上的所述至少一個接觸墊隔離。
  10. 如前述申請專利範圍第3項至第7項中任一項所述的串接太陽電池，其中所述導電元件是藉由隔離側壁而至少與所述吸收體層以及所述第四電極層隔離。
  11. 如申請專利範圍第10項所述的串接太陽電池，其中另外，所述導電元件是藉由所述隔離側壁而與所述重組層以及所述第一電極層隔離。
  12. 如申請專利範圍第10項或第11項所述的串接太陽電池，其中另外，所述導電元件是藉由所述隔離側壁而與所述第三電極層隔離。
  13. 如申請專利範圍第11項或第12項所述的串接太陽電池，其中另外，所述導電元件是藉由所述隔離側壁而與所述基極導電層以及所述第二電極層隔離。
  14. 如前述申請專利範圍第1項至第13項中任一項所述的串接太陽電池，其中在所述串接太陽電池的邊緣處，所述第一電極層、所述重組層、所述第四電極層、所述吸收體層以及所述第三電極層是被邊緣隔離層覆蓋。
  15. 如前述申請專利範圍第1項至第14項中任一項所述的串接太陽電池，其中鈍化穿隧層配置於所述第一電極層與所述基極導電層之間。
  16. 如前述申請專利範圍第1項至第15項中任一項所述的串接太陽電池，其中第二鈍化穿隧層配置於所述第二電極層與所述基極導電層之間。
  17. 如前述申請專利範圍中任一項所述的串接太陽電池，其中所述吸收體層包括選自包括以下各者的群組的一者：鈣鈦礦材料層、CIGS化合物層、薄膜矽基層、III-V族半導體基層以及基於InP化合物、InGaP化合物或GaAs化合物或基於奈米線的層。
  18. 如前述申請專利範圍中任一項所述的串接太陽電池，其中對於p型電極層，所述第三電極層包括選自包括以下各者的群組的材料：p型摻雜a-Si:H、p型奈米晶Si、p型微晶Si以及p型多晶Si、螺-OMeTAD、共軛聚合物、PEDOT、氧化鎳、氧化鉬以及p型透明導電氧化物；且對於n型電極層，所述第三電極層包括選自包括以下各者的群組的材料：n型摻雜a-Si:H、n型奈米晶Si、n型微晶Si以及n型多晶Si、摻雜n的ZnO、TiO2 、ITO以及另一透明導電氧化物TCO。
  19. 如前述申請專利範圍中任一項所述的串接太陽電池，其中所述重組層包括選自包括以下各者的群組的材料：TCO、呈非晶狀態、奈米晶狀態、微晶狀態或多晶狀態的高度摻雜退化Si以及摻雜有n型奈米晶SiOx :H。
  20. 如前述申請專利範圍中任一項所述的串接太陽電池，其中所述第一電極層及/或所述第二電極層包括摻雜多晶矽層與氧化矽基鈍化穿隧層的雙層。
  21. 一種用於製造串接太陽電池的方法，包括： 產生具有用於接收輻射的第一晶圓表面以及與所述第一晶圓表面相對的第二晶圓表面的矽晶圓類太陽電池； 將具有用於接收輻射的第一膜表面以及與所述第一膜表面相對的第二膜表面的薄膜太陽電池結構配置於所述矽晶圓類太陽電池上，以此方式使得所述薄膜太陽電池結構的所述第二膜表面與所述矽晶圓類太陽電池的所述第一晶圓表面介接， 向所述矽晶圓類太陽電池與所述薄膜太陽電池結構的堆疊提供導電元件，所述至少一個導電元件延伸通過所述第一膜表面與所述第二晶圓表面之間的所述堆疊，以及 向所述導電元件提供在所述第二晶圓表面上的至少一個接觸墊以形成所述第一膜表面與所述接觸墊之間的導電路徑。
  22. 如申請專利範圍第21項所述的用於製造串接太陽電池的方法，其中 所述將所述薄膜太陽電池結構配置在所述矽晶圓類太陽電池上包括藉由逐層形成製程而在所述矽晶圓類太陽電池的所述第一晶圓表面的側上產生所述薄膜太陽電池結構的步驟。
  23. 如申請專利範圍第21項所述的用於製造串接太陽電池的方法，其中 所述將所述薄膜太陽電池結構配置在所述矽晶圓類太陽電池上包括分離地產生所述薄膜太陽電池結構的步驟，以及接著將所述薄膜太陽電池結構堆疊在所述矽晶圓類太陽電池的所述第一晶圓表面的側上的步驟。
  24. 如申請專利範圍第21項至第23項中任一項所述的用於製造串接太陽電池的方法，更包括： 產生在自所述第一膜表面延伸至所述第二晶圓表面的通路孔， 將所述導電元件配置於所述通路孔中以自所述第一膜表面延伸至所述第二晶圓表面。
  25. 如前述申請專利範圍第21項至第24項中任一項所述的用於製造串接太陽電池的方法，包括： 在所述第一晶圓表面中或在所述第一晶圓表面上產生具有第一極性的第一電極層， 以及在所述第二晶圓表面中或在所述第二晶圓表面上產生具有第二極性的第二電極層，所述第二極性與所述第一極性相反。
  26. 如申請專利範圍第25項所述的用於製造串接太陽電池的方法，包括： 在所述第一膜表面中或在所述第一膜表面上產生具有第一極性的第三電極層， 以及在所述第二膜表面中或在所述第二膜表面上產生具有第二極性的第四電極層。
  27. 如申請專利範圍第26項所述的用於製造串接太陽電池的方法，包括： 在所述第一電極層上產生重組層以便在所述串接太陽電池中配置於所述第一電極層與所述第四電極層之間，以用於電耦接所述第一電極層與所述第四電極層。
  28. 如申請專利範圍第27項所述的用於製造串接太陽電池的方法，其中所述薄膜太陽電池結構包括在所述第三電極層與所述第四電極層之間的吸收體層。
  29. 如前述申請專利範圍第21項至第28項中任一項所述的用於製造串接太陽電池的方法，其中所述矽晶圓類太陽電池包括在所述第一電極層與第二電極層之間的基極導電層。
  30. 如前述申請專利範圍第21項至第29項中任一項所述的用於製造串接太陽電池的方法，包括：在所述第一膜表面上配置前部接觸結構，所述前部接觸結構電耦接至所述至少一個導電元件。
  31. 如前述申請專利範圍第21項至第30項中任一項所述的用於製造串接太陽電池的方法，包括將背部接觸結構配置在所述第二晶圓表面上，與所述接觸墊隔離。
  32. 如前述申請專利範圍第25項至第31項中任一項所述的用於製造串接太陽電池的方法，包括 提供所述導電元件藉由隔離側壁而至少與所述吸收體層以及所述第四電極層的隔離。
  33. 如申請專利範圍第32項所述的用於製造串接太陽電池的方法，包括： 另外，藉由所述隔離側壁而使所述導電元件與所述重組層以及所述第一電極層隔離。
  34. 如申請專利範圍第32項或第33項所述的用於製造串接太陽電池的方法，包括： 另外，藉由所述隔離側壁而使所述導電元件與所述第三電極層隔離。
  35. 如申請專利範圍第33項或第34項所述的用於製造串接太陽電池的方法，包括： 另外，藉由所述隔離側壁而使所述導電元件與所述基極導電層以及所述第二電極層隔離。
  36. 如前述申請專利範圍第21項至第35項中任一項所述的用於製造串接太陽電池的方法，包括： 在所述串接太陽電池的邊緣處，藉由邊緣隔離層來覆蓋所述第一電極層、所述重組層、所述第四電極層、所述吸收體層以及所述第三電極層。
  37. 如前述申請專利範圍第21項至第36項中任一項所述的用於製造串接太陽電池的方法，包括： 在所述第一電極層與所述基極導電層之間形成鈍化穿隧層。
  38. 如前述申請專利範圍第21項至第37項中任一項所述的用於製造串接太陽電池的方法，包括： 在所述第二電極層與所述基極導電層之間形成第二鈍化穿隧層。
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