TW201822364A - 矽基異質接面太陽能電池 - Google Patents

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Abstract

一種矽基異質接面太陽能電池，包括以下構件。基板具有相對的第一表面與第二表面。第一本質型半導體層設置於第一表面上。第二本質型半導體層設置於第二表面上。P型半導體層設置於第一本質型半導體層上。第一電極設置於P型半導體層上。N型半導體層設置於第二本質型半導體層上。第二電極設置於N型半導體層上。第一本質型半導體層的厚度與第二本質型半導體層的厚度分別為10 nm至20 nm。在第一本質型半導體層與第二本質型半導體層中分別包含至少一個矽量子點。

Description

矽基異質接面太陽能電池
本發明是有關於一種太陽能電池，且特別是有關於一種矽基異質接面太陽能電池。
矽(Silicon)為目前通用的太陽能電池的原料代表，而在市場上又區分為單結晶矽、多結晶矽與非結晶矽。目前最成熟的工業生產製造技術和最大的市場佔有率是以單晶矽和非晶矽為主的光電板。
近來，發展出一種具有本質薄層的異質接面(Heterojunction with Intrinsic Thin-layer，HIT)矽基太陽能電池構造，其於單晶矽基板與非晶矽層之間夾有本質型(i型)非晶矽層(intrinsic amorphous silicon thin layer)，以降低界面上的缺陷，進而改善異質接合界面的特性。然而，為了避免因本質型非晶矽層的厚度增加所造成的電場下降，習知技術會將本質型非晶矽層的厚度設定為約5nm的較薄厚度，然而較薄厚度的本質型非晶矽層在製作上相當困難。
本發明提供一種矽基異質接面太陽能電池，其可有效地降低製作上的困難度，且可有效地防止電場下降的情況發生。
本發明提出一種矽基異質接面太陽能電池，包括基板、第一本質型半導體層、第二本質型半導體層、P型半導體層、至少一個第一電極、N型半導體層與至少一個第二電極。基板具有相對的第一表面與第二表面。第一本質型半導體層設置於第一表面上。第二本質型半導體層設置於第二表面上。P型半導體層設置於第一本質型半導體層上。第一電極設置於P型半導體層上。N型半導體層設置於第二本質型半導體層上。第二電極設置於N型半導體層上。第一本質型半導體層的厚度與第二本質型半導體層的厚度分別為10 nm至20 nm。在第一本質型半導體層與第二本質型半導體層中分別包含至少一個矽量子點。
依照本發明的一實施例所述，在上述矽基異質接面太陽能電池中，矽量子點例如是矽結晶結構所形成的量子點。
依照本發明的一實施例所述，在上述矽基異質接面太陽能電池中，矽量子點的粒徑例如是1 nm至5 nm。
依照本發明的一實施例所述，在上述矽基異質接面太陽能電池中，第一本質型半導體層中的矽量子點例如是鄰近於第一表面。第二本質型半導體層中的矽量子點例如是鄰近於第二表面。
依照本發明的一實施例所述，在上述矽基異質接面太陽能電池中，矽量子點佔第一本質型半導體層的比例例如是30%至50%。矽量子點佔第二本質型半導體層的比例例如是30%至50%。
依照本發明的一實施例所述，在上述矽基異質接面太陽能電池中，第一本質型半導體層與第二本質型半導體層中的矽量子點的數量可為多個。相臨兩個矽量子點的間距例如是5 nm至10 nm。
依照本發明的一實施例所述，在上述矽基異質接面太陽能電池中，第一本質型半導體層的能隙與第二本質型半導體層的能隙例如分別是1.5 eV至1.7 eV。
依照本發明的一實施例所述，在上述矽基異質接面太陽能電池中，第一本質型半導體層的製造方法與第二本質型半導體層的製造方法例如分別採用射頻電漿增強型化學氣相沉積法(radio frequency plasma-enhanced chemical vapor deposition，RF-PECVD)、熱絲化學氣相沉積法(hot-wire chemical vapor deposition，HW-CVD)或特高頻電漿增強型化學氣相沉積法(very high frequency plasma-enhanced chemical vapor deposition，VHF-PECVD)。
依照本發明的一實施例所述，在上述矽基異質接面太陽能電池中，用於形成矽量子點的製程氣體包括矽烷(silane，SiH4 )與氫氣。氫氣與矽烷的比值例如是10至20。
依照本發明的一實施例所述，在上述矽基異質接面太陽能電池中，更包括第一透明導電膜與第二透明導電膜。第一透明導電膜設置於P型半導體層與第一電極之間。第二透明導電膜設置於N型半導體層與第二電極之間。
基於上述，在本發明所提出的矽基異質接面太陽能電池中，由於第一本質型半導體層與第二本質型半導體層的厚度分別為10 nm至20 nm，因此可有效地降低製作上的困難度。此外，由於在第一本質型半導體層與第二本質型半導體層中分別包含矽量子點，所以可藉由矽量子點補償因厚度增加所造成的電場下降，因此可有效地防止電場下降的情況發生。另外，可藉由矽量子點的能隙特性與優良光電特性，達成高效能矽基太陽能電池的量產目標。
為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
圖1為本發明一實施例的矽基異質接面太陽能電池的剖面示意圖。
請參照圖1，矽基異質接面太陽能電池100包括基板110、第一本質型半導體層120、第二本質型半導體層130、P型半導體層140、至少一個第一電極150、N型半導體層160與至少一個第二電極170。矽基異質接面太陽能電池100例如是具有本質薄層的異質接面(HIT)矽基太陽能電池。
基板110具有相對的第一表面112與第二表面114。基板110例如是N型半導體基板或P型半導體基板，如N型矽基板或P型矽基板。在一實施例中，基板110可為N型單晶矽基板。基板110的厚度例如是90微米至250微米。在一實施例中，基板110的厚度可為90微米至150微米之間。此外，基板110的第一表面112與第二表面114可分別為糙化表面。
第一本質型半導體層120設置於第一表面112上。第一本質型半導體層120的厚度為10 nm至20 nm，因此可有效地降低製作上的困難度。此外，第一本質型半導體層120對於太陽能電池的電特性具有相當大的影響。當第一本質型半導體層120的厚度過厚時，電子與電洞在材料內部傳導時的重合機率極高。為避免此現象發生，第一本質型半導體層120的厚度不宜過厚。當第一本質型半導體層120的厚度過薄時，又容易造成吸光性不足。因此，在本實施例中，將第一本質型半導體層120的厚度設為10 nm至20 nm。第一本質型半導體層120的材料例如是非晶矽。第一本質型半導體層120的能隙例如是1.5 eV至1.7 eV。
在第一本質型半導體層120中包含至少一個矽量子點122，而可藉由矽量子點122補償因第一本質型半導體層120的厚度增加所造成的電場下降，因此可有效地防止電場下降的情況發生。矽量子點122例如是矽結晶結構所形成的量子點。在此實施例中，第一本質型半導體層120中的矽量子點122的數量是以多個為例來進行說明。第一本質型半導體層120中的矽量子點122可組成單層結構。矽量子點122佔第一本質型半導體層120的比例例如是30%至50%。
矽量子點122的粒徑例如是1 nm至5 nm。在一實施例中，矽量子點122的粒徑可為3 nm至5 nm。當矽量子點122的粒徑小於1 nm時，矽量子點122的製作困難。當矽量子點122的粒徑大於5 nm時，矽量子點122的尺寸過大而不具有量子效果。
相臨兩個矽量子點122的間距例如是5 nm至10 nm。當矽量子點122的間距粒徑小於5 nm時，由於矽量子點122之間的距離太近，容易在晶界面產生漏電的問題。當矽量子點122的間距大於10 nm時，由於矽量子點122之間的距離太遠，對於增強電場的效果較差。
第一本質型半導體層120中的矽量子點122例如是鄰近於第一表面112。舉例來說，第一本質型半導體層120中的矽量子點122可位於第一表面112上。在此情況下，由於矽量子點122能夠達到非晶到結晶相轉換區域，因此可填補與單晶矽接面處發生的缺陷。
第二本質型半導體層130設置於第二表面114上。第二本質型半導體層130的厚度為10 nm至20 nm，因此可有效地降低製作上的困難度。此外，第二本質型半導體層130對於太陽能電池的電特性具有相當大的影響。當第二本質型半導體層130的厚度過厚時，電子與電洞在材料內部傳導時的重合機率極高。為避免此現象發生，第二本質型半導體層130的厚度不宜過厚。當第二本質型半導體層130的厚度過薄時，又容易造成吸光性不足。因此，在本實施例中，將第二本質型半導體層130的厚度設為10 nm至20 nm。第二本質型半導體層130的材料例如是非晶矽。第二本質型半導體層130的能隙例如是1.5 eV至1.7 eV。
在第二本質型半導體層130中包含至少一個矽量子點132，而可藉由矽量子點132補償因第二本質型半導體層130的厚度增加所造成的電場下降，因此可有效地防止電場下降的情況發生。矽量子點132例如是矽結晶結構所形成的量子點。在此實施例中，第二本質型半導體層130中的矽量子點132的數量是以多個為例來進行說明。第二本質型半導體層130中的矽量子點132可組成單層結構。矽量子點132佔第二本質型半導體層130的比例例如是30%至50%。
矽量子點132的粒徑例如是1 nm至5 nm。在一實施例中，矽量子點132的粒徑可為3 nm至5 nm。當矽量子點132的粒徑小於1 nm時，矽量子點132的製作困難。當矽量子點132的粒徑大於5 nm時，矽量子點132的尺寸過大而不具有量子效果。
相臨兩個矽量子點132的間距例如是5 nm至10 nm。當矽量子點132的間距粒徑小於5 nm時，由於矽量子點132之間的距離太近，容易在晶界面產生漏電的問題。當矽量子點132的間距大於10 nm時，由於矽量子點132之間的距離太遠，對於增強電場的效果較差。
第二本質型半導體層130中的矽量子點132例如是鄰近於第二表面114。舉例來說，第二本質型半導體層130中的矽量子點132可位於第二表面114上。在此情況下，由於矽量子點132能夠達到非晶到結晶相轉換區域，因此可填補與單晶矽接面處發生的缺陷。
第一本質型半導體層120的製造方法與第二本質型半導體層130的製造方法例如分別採用射頻電漿增強型化學氣相沉積法、熱絲化學氣相沉積法或特高頻電漿增強型化學氣相沉積法。用於形成第一本質型半導體層120的製程氣體與第二本質型半導體層130的製程氣體分別包括矽化合物(如，矽烷)與氫氣，且更可包括氬氣。其中，在形成矽量子點122與矽量子點132的製程氣體中，氫氣與矽烷的比值例如是10至20。在形成矽量子點122與矽量子點132的製程中，基板溫度例如是100℃至200℃。
P型半導體層140設置於第一本質型半導體層120上。P型半導體層140的材料例如是經P型摻質進行摻雜的非晶矽。
第一電極150設置於P型半導體層140上。第一電極150可用於取出矽基異質接面太陽能電池100所產生的電力。第一電極150的材料例如是鋁(Al)、鎳(Ni)、金(Au)、銀(Ag)、鈦(Ti)或鈀(Pd)。在此實施例中，第一電極150的數量是以兩個為例來進行說明，但本發明並不以此為限。
N型半導體層160設置於第二本質型半導體層130上。N型半導體層160的材料例如是經N型摻質進行摻雜的非晶矽。
第二電極170設置於N型半導體層160上。第二電極170可用於取出矽基異質接面太陽能電池100所產生的電力。第二電極170的材料例如是鋁、鎳、金、銀、鈦或鈀。在此實施例中，第二電極170的數量是以為兩個例來進行說明，但本發明並不以此為限。
此外，矽基異質接面太陽能電池100更可選擇性地包括第一透明導電膜180與第二透明導電膜190中的至少一者。
第一透明導電膜180設置於P型半導體層140與第一電極150之間，可用以提升電流的收集效率。第一透明導電膜180的材料例如是氧化銦(In2 O3 )、氫化鎢氧化銦(In2 O3 :W:H，其中W與H的含量例如是在5%以下)、氧化鋅(ZnO)、經Ga、Al或B摻雜的氧化鋅、氧化錫(SnO2 )或銦錫氧化物(ITO)等金屬氧化物。
第二透明導電膜190設置於N型半導體層160與第二電極170之間，可用以提升電流的收集效率。第二透明導電膜190的材料例如是氧化銦(In2 O3 )、氫化鎢氧化銦(In2 O3 :W:H，其中W與H的含量例如是在5%以下)、氧化鋅(ZnO)、經Ga、Al或B摻雜的氧化鋅、氧化錫(SnO2 )或銦錫氧化物(ITO)等金屬氧化物。
基於上述實施例可知，在矽基異質接面太陽能電池100中，由於第一本質型半導體層120與第二本質型半導體層130的厚度分別為10 nm至20 nm，因此可有效地降低製作上的困難度。此外，由於在第一本質型半導體層120與第二本質型半導體層130中分別包含矽量子點122與矽量子點132，所以可藉由矽量子點122與矽量子點132補償因厚度增加所造成的電場下降，因此可有效地防止電場下降的情況發生。另外，可藉由矽量子點122與矽量子點132的能隙特性與優良光電特性，達成高效能矽基太陽能電池的量產目標。
綜上所述，在上述實施例所提出的矽基異質接面太陽能電池中，藉由將本質型半導體層的厚度設為10 nm至20 nm，且在本質型半導體層中包含矽量子點，可有效地降低製作上的困難度與防止電場下降，且可達成高效能矽基太陽能電池的量產目標。
雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。
100‧‧‧矽基異質接面太陽能電池
110‧‧‧基板
112‧‧‧第一表面
114‧‧‧第二表面
120‧‧‧第一本質型半導體層
130‧‧‧第二本質型半導體層
122、132‧‧‧矽量子點
140‧‧‧P型半導體層
150‧‧‧第一電極
160‧‧‧N型半導體層
170‧‧‧第二電極
180‧‧‧第一透明導電膜
190‧‧‧第二透明導電膜
圖1為本發明一實施例的矽基異質接面太陽能電池的剖面示意圖。

Claims (10)

  1. 一種矽基異質接面太陽能電池，包括： 一基板，具有相對的一第一表面與一第二表面； 一第一本質型半導體層，設置於該第一表面上； 一第二本質型半導體層，設置於該第二表面上； 一P型半導體層，設置於該第一本質型半導體層上； 至少一個第一電極，設置於該P型半導體層上； 一N型半導體層，設置於該第二本質型半導體層上；以及 至少一個第二電極，設置於該N型半導體層上，其中 該第一本質型半導體層的厚度與該第二本質型半導體層的厚度分別為10 nm至20 nm，且在該第一本質型半導體層與該第二本質型半導體層中分別包含至少一個矽量子點。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的矽基異質接面太陽能電池，其中該至少一個矽量子點包括矽結晶結構所形成的量子點。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的矽基異質接面太陽能電池，其中該至少一個矽量子點的粒徑為1 nm至5 nm。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的矽基異質接面太陽能電池，其中該第一本質型半導體層中的該至少一個矽量子點鄰近於該第一表面，且該第二本質型半導體層中的該至少一個矽量子點鄰近於該第二表面。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的矽基異質接面太陽能電池，其中該至少一個矽量子點佔該第一本質型半導體層的比例為30%至50%，且該至少一個矽量子點佔該第二本質型半導體層的比例為30%至50%。
  6. 如申請專利範圍第1項所述的矽基異質接面太陽能電池，其中該第一本質型半導體層與該第二本質型半導體層中的該至少一個矽量子點的數量為多個，且相臨兩個矽量子點的間距為5 nm至10 nm。
  7. 如申請專利範圍第1項所述的矽基異質接面太陽能電池，其中該第一本質型半導體層的能隙與該第二本質型半導體層的能隙分別為1.5 eV至1.7 eV。
  8. 如申請專利範圍第1項所述的矽基異質接面太陽能電池，其中該第一本質型半導體層的製造方法與該第二本質型半導體層的製造方法分別包括射頻電漿增強型化學氣相沉積法、熱絲化學氣相沉積法或特高頻電漿增強型化學氣相沉積法。
  9. 如申請專利範圍第1項所述的矽基異質接面太陽能電池，其中用於形成該至少一個矽量子點的製程氣體包括一矽烷與一氫氣，其中該氫氣與該矽烷的比值為10至20。
  10. 如申請專利範圍第1項所述的矽基異質接面太陽能電池，更包括： 一第一透明導電膜，設置於該P型半導體層與該至少一個第一電極之間；以及 一第二透明導電膜，設置於該N型半導體層與該至少一個第二電極之間。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2720275A4 (en) * 2011-06-13 2014-12-10 Univ Tohoku QUANTUM NANO-BOXES, TWO-DIMENSIONAL NETWORK OF QUANTUM NANO-BOXES AND SEMICONDUCTOR DEVICE USING THE SAME, AND PROCESS FOR THEIR MANUFACTURE
JP5607589B2 (ja) * 2011-08-26 2014-10-15 トヨタ自動車株式会社 量子ドット配列材料並びにこれを用いた光電変換素子及び波長変換素子
CN102280500B (zh) * 2011-09-26 2013-04-17 华中科技大学 基于异质结结构的硅量子点太阳能电池及其制备方法
CN103094403B (zh) * 2011-10-28 2016-06-08 上海太阳能工程技术研究中心有限公司 Pecvd法制备双面异质结太阳能电池的串行式设备和工艺
CN102403376B (zh) * 2011-10-28 2014-05-07 华中科技大学 含有硅量子点的n-i-p异质结太阳能电池及其制备方法
CN202384349U (zh) * 2011-12-21 2012-08-15 苏州阿特斯阳光电力科技有限公司 一种硅基异质结太阳能电池
CN203325953U (zh) * 2013-06-14 2013-12-04 国电光伏有限公司 一种含本征层的双面高效异质结电池
CN204088347U (zh) * 2014-07-14 2015-01-07 国家电网公司 基于应变型异质结量子点的太阳能电池装置

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