TW202412332A - 雙面吸光型光伏電池 - Google Patents
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Abstract
本發明提供一種雙面吸光型光伏電池。特定而言，本發明提供一種光伏電池，其包含：第1透明導電膜；第2透明導電膜；自第1透明導電膜至第2透明導電膜依序配置的第1 pn結、第2 pn結和第3 pn結，其中所述第1 pn結包含第1能隙，所述第2 pn結包含第2能隙，所述第3 pn結包含第3能隙，其限制條件為：第1能隙、第2能隙和第3能隙的滿足第2能隙 ≤ 第1能隙 + 0.5 eV且第2能隙 ≤ 第3能隙 + 0.5 eV。所述的雙面吸光型光伏電池具有改良的電池外部量子效率、光電轉換效率、填充因子、開路電壓(V
OC)及/或短路電流(J
SC)。
Description
本發明提供一種光伏電池。本發明提供一種包含矽的光伏電池，特別是包含非晶矽或單晶矽的光伏電池。本發明提供一種包含銅銦鎵硒（CIGS）薄膜的光伏電池。本發明提供一種包含有機薄膜的光伏電池。本發明另提供一種包含複數個光伏電池的光伏電池堆疊。
現有技術的光伏電池大致可分成矽基光伏電池、薄膜光伏電池、有機光伏電池和化合物半導體光伏電池。其中以矽基光伏電池為大宗，乃因矽基光伏電池的生產技術與設備已相當成熟。化合物半導體光伏電池則常用於聚光型光伏電池中。
為進一步提升光伏電池的效率，可將具有不同能隙的化合物半導體層進行堆疊而形成多接面結構，利用不同能隙的半導體層吸收不同波長的光，以提升光伏電池的效率。然而，多接面化合物半導體光伏電池結構的製造工序複雜且困難，且成本極高。此外，多接面結構因為須要成長具有不同能隙的化合物半導體吸收層，然而，往往各吸收層之間的能隙匹配時，晶格常數並不匹配，難以提升各吸收層的結晶品質，進而限制了多接面化合物半導體光伏電池的效率。此外，由於不同能隙的半導體層其光電轉換效率不同，因此，照光後產生的光電流強度也不盡相同，由於各化合物半導體層產生的光電流強度差異過大，電流匹配度不佳時，也會影響該光伏電池整體電流的輸出強度。
因此，所屬技術領域中持續存在改善光伏電池外部量子效率、光電轉換效率、填充因子、開路電壓(V
OC)及/或短路電流(J
SC)的需求。
本發明提供一種光伏電池，其包含：
第1透明導電膜；
第2透明導電膜；
自第1透明導電膜至第2透明導電膜依序配置的第1 pn結、第2 pn結和第3 pn結，其中所述第1 pn結包含第1能隙，所述第2 pn結包含第2能隙，所述第3 pn結包含第3能隙，其限制條件為：
第1能隙、第2能隙和第3能隙滿足
第2能隙 ≤ 第1能隙 + 0.5 eV且第2能隙 ≤ 第3能隙 + 0.5 eV。
如前文所述的光伏電池，其中所述第1透明導電膜或所述第2透明導電膜的能隙大於2.2 eV。
如前文所述的光伏電池，其中所述第1透明導電膜或所述第2透明導電膜於可見光波長範圍的平均光穿透率大於85%。
如前文所述的光伏電池，其中所述第1透明導電膜包含氧化銦錫（ITO）。
如前文所述的光伏電池，其中所述第2透明導電膜包含氧化銦錫（ITO）、銦摻雜氧化鋅（In:ZnO）、鋁摻雜氧化鋅（Al:ZnO）、鎵摻雜氧化鋅（Ga:ZnO）、硼摻雜氧化鋅（B:ZnO）、氫摻雜氧化銦（InO:H）、氟摻雜氧化銦（F:In
2O
3）或氟摻雜氧化錫（SnO
2:F）。
如前文所述的光伏電池，其中所述第2能隙包含間接能隙。
如前文所述的光伏電池，其中所述第1能隙包含直接能隙。
如前文所述的光伏電池，其中所述第3能隙包含直接能隙。
如前文所述的光伏電池，其中所述第2能隙的範圍為0.5至1.5 eV。
如前文所述的光伏電池，其中所述第1能隙的範圍為1至4 eV。
如前文所述的光伏電池，其中所述第3能隙的範圍為1至4 eV。
如前文所述的光伏電池，其中在連接第1透明導電膜和第2透明導電膜的方向上，所述第1 pn結對於所述第2 pn結的厚度比率小於或等於10
-3。
如前文所述的光伏電池，其中在連接第1透明導電膜和第2透明導電膜的方向上，所述第3 pn結對於所述第2 pn結的厚度比率小於或等於10
-3。
本發明另提供一種光伏電池，其包含：
第1透明導電膜；
第2透明導電膜；
自第1透明導電膜至第2透明導電膜依序配置的第1 pn結、第2 pn結和第3 pn結，其中所述第1 pn結與所述第2 pn結的極性方向相反，所述第1 pn結與所述第3 pn結的極性方向相同。
如前文所述的光伏電池，其中所述第1透明導電膜或所述第2透明導電膜的能隙大於2.2 eV。
如前文所述的光伏電池，其中所述第1透明導電膜或所述第2透明導電膜於可見光波長範圍的平均光穿透率大於85%。
如前文所述的光伏電池，其中所述第1透明導電膜包含氧化銦錫（ITO）。
如前文所述的光伏電池，其中所述第2透明導電膜包含氧化銦錫（ITO）、銦摻雜氧化鋅（In:ZnO）、鋁摻雜氧化鋅（Al:ZnO）、鎵摻雜氧化鋅（Ga:ZnO）、硼摻雜氧化鋅（B:ZnO）、氫摻雜氧化銦（InO:H）、氟摻雜氧化銦（F:In
2O
3）或氟摻雜氧化錫（SnO2:F）。
如前文所述的光伏電池，其中所述第2 pn結包含多晶矽或單晶矽。
如前文所述的光伏電池，其中所述第1 pn結包含光敏性導電聚合物、數均分子量(Mn)≤1,000的聚合物，例如但不限於：Mn≤200、Mn≤400、Mn≤500、Mn≤600、Mn≤800或Mn≤1,000的聚合物、有機金屬鹵化物型鈣鈦礦、銅銦鎵硒（CIGS）、鈣鈦氧化物、非晶矽、II-VI族化合物或Ⅲ-Ⅴ族化合物。
如前文所述的光伏電池，其中所述第3 pn結包含光敏性導電聚合物、Mn≤1,000的聚合物，例如但不限於：Mn≤200、Mn≤400、Mn≤500、Mn≤600、Mn≤800或Mn≤1,000的聚合物、有機金屬鹵化物型鈣鈦礦、銅銦鎵硒（CIGS）、鈣鈦氧化物、非晶矽、II-VI族化合物或Ⅲ-Ⅴ族化合物。
如前文所述的光伏電池，其另包含第3透明導電膜，其位於所述第1 pn結與所述第2 pn結之間。
如前文所述的光伏電池，其另包含第4透明導電膜，其位於所述第2 pn結與所述第3 pn結之間。
如前文所述的光伏電池，其中所述第3透明導電膜與所述第2透明導電膜電連接。
如前文所述的光伏電池，其中所述第4透明導電膜與所述第1透明導電膜電連接。本發明另提供一種光伏電池堆疊，其包含：
第1電極；
第2電極；和
自所述第1電極至所述第2電極依序配置的第1光伏電池、第2光伏電池和第3光伏電池，其中所述第1電極包含所述第1光伏電池的陽極，所述第2電極包含所述第3光伏電池的陰極，
其中所述第2光伏電池的陽極和所述第3光伏電池的陽極與所述第1電極電性連接，且所述第1光伏電池的陰極和所述第2光伏電池的陰極與所述第2電極電性連接。
如前文所述的光伏電池堆疊，其中所述第2光伏電池的陰極包含透明導電膜且包含所述第1光伏電池的陰極。
如前文所述的光伏電池堆疊，其中所述第2光伏電池的陽極包含透明導電膜且包含所述第3光伏電池的陽極。
為便於理解本文所陳述的揭示內容，茲於以下定義若干術語。
在本說明書及申請專利範圍中所使用的表達含量、比例、物理特徵等的所有數位應理解為在所有情況下經術語「約」修飾。本文中，術語「約」意謂如由一般熟習此項技術者所測定的特定值的可接受誤差，其部分地視如何量測或測定所述值而定。
本文中，除非特別限定，單數形「一」和「該」亦包括其複數形。本文中任何和所有實施例和例示性用語（「例如」和「如」）目的僅為了更加突顯本揭露，並非針對本發明的範圍構成限制，本申請說明書中的用語不應被視為暗示任何未請求的方法及條件可構成實施本發明時的必要特徵。
關於兩項或超過兩項的清單的「或」一詞涵蓋所有以下詞的解釋：清單中的任一項、清單中的所有項，及清單中各項的任何組合。
本文中所揭示的所有範圍均應理解為涵蓋其中所包含的任何及所有次範圍。舉例而言，「1至10」的所述範圍應視為包含最小值1與最大值10之間的任何及所有次範圍且包含最大值1及最大值10；亦即，以1或大於1的最小值開始且以10或小於10的最大值結束的所有次範圍，例如：1至6.7、3.2至8.1或5.5至10，以及所述範圍內的任何數位，例如：2.6、4.7或7.3。
以下透過具體實施方式對本發明進行進一步的具體描述。有必要在此指出的是以下具體實施方式只用於對本發明做進一步的說明，不能理解為對本發明保護範圍的限制，習此項技術者根據本發明內容對本發明做出一些非本質的改進和調整，仍屬於本發明的保護範圍。在討論本發明的若干非限制性具體實施方式之前，應理解，本發明在其申請上不限於本文中所示及所論述的特定非限制性實施方式的細節，因為本發明可具有其他實施方式。此外，在本文中用於論述本發明的術語是出於描述而非限制的目的。再此外，除非另外指明，否則以下類似數字的論述是指類似要素。
為達成前述目的，本發明首先提供一種可雙面吸光發電的多結型串接的光伏電池。圖1(a)表示根據本發明實施方案的光伏電池100，其包含：透明導電膜21（第1透明導電膜）；透明導電膜22（第2透明導電膜）；自透明導電膜21至透明導電膜22依序配置的pn結3（第1 pn結）、pn結5（第2 pn結）和pn結7（第3 pn結）。
pn結3位於透明導電膜21與pn結5之間。pn結3位於透明導電膜21與pn結7之間。pn結3位於透明導電膜21與透明導電膜22之間。
pn結5位於透明導電膜21與pn結7之間。pn結5位於pn結3與pn結7之間。pn結5位於pn結3與pn結7之間。pn結5位於pn結3與透明導電膜22之間。
pn結7位於透明導電膜21與透明導電膜22之間。pn結7位於pn結3與透明導電膜22之間。pn結7位於pn結5與透明導電膜22之間。
pn結5所使用的吸光材料可不同於pn結3或pn結7所使用的吸光材料，如：pn結5使用的吸光材料包含結晶矽材料；pn結3或pn結7使用的吸光材料包含薄膜化合物材料或薄膜有機材料。pn結3與pn結7可以是相同類型的薄膜吸光材料。pn結3與pn結7可以是不同相同類型的薄膜吸光材料。
光伏電池100另可包含電極91及電極92，其中透明導電膜21與電極91電連接。透明導電膜22與電極92電連接。透明導電膜21位於光伏電池3與電極91之間。透明導電膜21位於光伏電池5與電極91之間。透明導電膜21位於光伏電池7與電極91之間。透明導電膜22位於光伏電池3與電極92之間。透明導電膜22位於光伏電池5與電極92之間。透明導電膜22位於光伏電池7與電極92之間。
在一些具體實施例中，電極91及電極92可分別在透明導電膜21及透明導電膜22上，藉絲網印刷、濕式電鍍及幹式鍍膜方式製備。合適之電極91及電極92例如但不限於：銀、銅、金等或其合金。
當太陽光進入光伏電池100後，經由pn結3或pn結7的吸光材料的薄膜光電特性，分別吸收短波長的太陽光，再讓長波長的太陽光進入到pn結5的吸光材料中，每個吸光材料吸光後均產生光電流，最後再透過透明導電膜21、電極91、透明導電膜22及電極92將電流匯出。
在一些具體實施例中，pn結3包含光敏性導電聚合物、Mn≤1,000的聚合物、有機金屬鹵化物型鈣鈦礦、CIGS、鈣鈦氧化物、非晶矽、II-VI族化合物（例如：碲化鎘（CdTe））或Ⅲ-Ⅴ族化合物（例如：砷化鎵（GaAs）、磷化銦（InP）、磷化鎵銦（InGaP））。
pn結5包含單晶矽。單晶矽吸光材料的能隙約為1.1 eV，是非直接能隙，導致在短波長波段吸光時，單晶矽吸光層將光轉化成電的效率低於薄膜吸光材料。
pn結7包含光敏性導電聚合物、Mn≤1,000的聚合物、有機金屬鹵化物型鈣鈦礦、CIGS、鈣鈦氧化物、非晶矽、II-VI族化合物（例如：碲化鎘（CdTe））或Ⅲ-Ⅴ族化合物（例如：砷化鎵（GaAs）、磷化銦（InP）、磷化鎵銦（InGaP））。
在一些具體實施例中，可透過pn結3及/或pn結7吸光材料的薄膜厚度與能隙，來調控進到pn結5的入光量，提升光伏電池100對太陽光的有效吸光，以達到改善光電轉換效率之目的。
在一些具體實施例中，透明導電膜21具有大於2.2 eV的能隙Eg
21，例如但不限於：2.2、2.3、2.4、2.5、2.6、2.7、2.8、2.9、3、3.1、3.2、3.3、3.4、3.5、3.6、3.7、3.8、3.9、4或更高，合適的範圍可為以上數值之任意組合。透明導電膜22具有大於2.2 eV的能隙Eg
22，例如但不限於：2.2、2.3、2.4、2.5、2.6、2.7、2.8、2.9、3、3.1、3.2、3.3、3.4、3.5、3.6、3.7、3.8、3.9、4或更高，合適的範圍可為以上數值之任意組合。
於可見光波長範圍內，透明導電膜21的平均光穿透率大於85%，例如但不限於：85、86、87、88、89、90、91、92、93、94、95、96、97、98或99%，合適的範圍可為以上數值之任意組合。透明導電膜22的平均光穿透率大於85%，例如但不限於：85、86、87、88、89、90、91、92、93、94、95、96、97、98或99%，合適的範圍可為以上數值之任意組合。
如前所示，pn結5可為異質接面，為了讓pn結5的吸光材料於兩面吸光，光伏電池100的透明導電膜21及/或透明導電膜22可採用透明導電氧化物薄層。
合適作為透明導電膜21及/或透明導電膜22的材料例如但不限於：氧化銦錫（ITO）、銦摻雜氧化鋅（In:ZnO）、鋁摻雜氧化鋅（Al:ZnO）、鎵摻雜氧化鋅（Ga:ZnO）、硼摻雜氧化鋅（B:ZnO）、氫摻雜氧化銦（InO:H）、氟摻雜氧化銦（F:In
2O
3）或氟摻雜氧化錫（SnO
2:F）。較佳為氧化銦錫（ITO）。合適作為透明導電膜22的材料例如但不限於：氧化銦錫（ITO）、銦摻雜氧化鋅（In:ZnO）、鋁摻雜氧化鋅（Al:ZnO）、鎵摻雜氧化鋅（Ga:ZnO）、硼摻雜氧化鋅（B:ZnO）、氫摻雜氧化銦（InO:H）、氟摻雜氧化銦（F:In
2O
3）或氟摻雜氧化錫（SnO
2:F）。較佳為氧化銦錫（ITO）。各透明導電膜材料的物理性質如表一所示：
表一：各透明導電膜的材料物理性質
| 透明導電膜材料 | 沈積工藝 | Eg (eV) | 電阻率 (10 -4Ω•cm) | 遷移率 (cm 2/Vs) | 濃度 (10 20cm -3) | 可見光穿透率 (%) | 參考文獻 |
| SnO 2:F | CVD | 3.8 | 6 | 20 | 5 | 85 | Russo and Lindner (1986) |
| PLD | 4.3 | 5 | 15 | 8 | 87 | Kim et al. (2008) | |
| SnO 2:Sb | CVD | 3.8 | 10 | 20 | 3 | 70 | Russo and Lindner (1986) |
| SP | 3.8 | 8.4 | 12.3 | 6 | 80-83 | Lee and Park (2006) | |
| Sn:In 2O 3(ITO) | 濺鍍 | 2.8 | 1.6 | 60 | 6 | 85 | Tominaga et al. (1996) |
| 濺鍍 | 3.2 | 1.5-2.5 | 85 | Commercially available | |||
| Mo:In 2O 3 | TRE | 3.2 | 1.7 | 80-130 | 2-3 | 75 | Meng et al. (2001) |
| 濺鍍 | 4.3 | 5.9 | 20.2 | 5.2 | 90 | Miao et al. (2006) | |
| F:In 2O 3 | CVD | 3.5 | 2.9 | ＞85 | Maruyama and Fukui (1990) | ||
| Nb:TiO 2 | PLD | 3.0 | 2-4 | 0.1-20 | 80 | Furubayashi et al. (2005) | |
| B:ZnO | CVD | 3.2 | 0.4-4 | 2.5-35 | 3.5-5.5 | 90 | Hu and Gordon (1992) |
| Al:ZnO | FCVA | 3.37 | 9.6 | 7.2 | 9 | 80-85 | Lee et al. (2004) |
| PLD | 0.9 | 47 | 15 | 83 | Agura et al. (2003) | ||
| APCVD | 3.2 | 1.4 | 34 | 13 | 91 | Stricker et al. (2010) | |
| Ga:ZnO | 濺鍍 | 3.2 | 2.6 | 18 | 13 | 80-90 | Fortunato et al. (2004) |
| APCVD | 3.2 | 1.5 | 29 | 14 | 89-92 | Stricker et al. (2012) | |
| In:ZnO | 濺鍍 | 3.2 | 2.9 | 31 | 7 | 95 | Minami et al. (1996) |
前述材料中，ITO、AZO、IGZO、IZO等材料可採取磁控濺射鍍膜方式製備。SnO
2:F (FTO)、In
2O:H (IOH)、ZnO:B (BZO)等，可在膜面上生成絨面結構的都採取化學氣相沉積方式製備。
在一些具體實施例中，光伏電池100的pn結3和pn結7吸光材料的能隙大於pn結5吸光材料的能隙，且在連接透明導電膜21和透明導電膜22的方向上，pn結3和pn結7厚度小於單晶矽厚度的千分之一，才能讓長波長波段的光入射至pn結5中。
在連接透明導電膜21和透明導電膜22的方向上，透明導電膜21的厚度t
21下限為40 nm，上限為80 nm，例如但不限於：40、45、50、55、60、65、70、75或80 nm。厚度t
21範圍為以上數值的任意組合。透明導電膜22的厚度t
22下限為40 nm，上限為80 nm，例如但不限於：40、45、50、55、60、65、70、75或80 nm。厚度t
22範圍為以上數值的任意組合。
pn結3包含能隙Eg
3（第1能隙）。能隙Eg
3包含直接能隙。能隙Eg
3數值的下限為1 eV，上限為4 eV，例如但不限於：1、1.1、1.2、1.3、1.4、1.5、1.6、1.7、1.8、1.9、2、2.1、2.2、2.3、2.4、2.5、2.6、2.7、2.8、2.9、3、3.1、3.2、3.3、3.4、3.5、3.6、3.7、3.8、3.9或4 eV。能隙Eg
3範圍為以上數值的任意組合。
pn結5包含能隙Eg
5（第2能隙）。能隙Eg
5包含間接能隙。能隙Eg
5數值的下限為0.5 eV，上限為1.5 eV，例如但不限於：0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1、1.1、1.2、1.3、1.4或1.5 eV。能隙Eg
5範圍為以上數值的任意組合。
pn結7包含能隙Eg
7（第3能隙）。能隙Eg
7包含直接能隙。能隙Eg
7數值的下限為1 eV，上限為4 eV，例如但不限於：1、1.1、1.2、1.3、1.4、1.5、1.6、1.7、1.8、1.9、2、2.1、2.2、2.3、2.4、2.5、2.6、2.7、2.8、2.9、3、3.1、3.2、3.3、3.4、3.5、3.6、3.7、3.8、3.9或4 eV。能隙Eg
7範圍為以上數值的任意組合。
能隙Eg
3、能隙Eg
5和能隙Eg
7設計規則如下：
能隙Eg
5≤ 能隙Eg
3- 2.7 eV、能隙Eg
5≤ 能隙Eg
3- 2.6 eV、能隙Eg
5≤ 能隙Eg
3- 2.5 eV、能隙Eg
5≤ 能隙Eg
3- 2.4 eV、能隙Eg
5≤ 能隙Eg
3- 2.3 eV、能隙Eg
5≤ 能隙Eg
3- 2.2 eV、能隙Eg
5≤ 能隙Eg
3- 2.1 eV、能隙Eg
5≤ 能隙Eg
3- 2 eV、能隙Eg
5≤ 能隙Eg
3- 1.9 eV、能隙Eg
5≤ 能隙Eg
3- 1.8 eV、能隙Eg
5≤ 能隙Eg
3- 1.7 eV、能隙Eg
5≤ 能隙Eg
3- 1.6 eV、能隙Eg
5≤ 能隙Eg
3- 1.5 eV、能隙Eg
5≤ 能隙Eg
3- 1.4 eV、能隙Eg
5≤ 能隙Eg
3- 1.3 eV、能隙Eg
5≤ 能隙Eg
3- 1.2 eV、能隙Eg
5≤ 能隙Eg
3- 1 eV、能隙Eg
5≤ 能隙Eg
3- 0.9 eV、能隙Eg
5≤ 能隙Eg
3- 0.8 eV、能隙Eg
5≤ 能隙Eg
3- 0.7 eV、能隙Eg
5≤ 能隙Eg
3- 0.6 eV、能隙Eg
5≤ 能隙Eg
3- 0.5 eV、能隙Eg
5≤ 能隙Eg
3- 0.4 eV、能隙Eg
5≤ 能隙Eg
3- 0.3 eV、能隙Eg
5≤ 能隙Eg
3- 0.2 eV、能隙Eg
5≤ 能隙Eg
3- 0.1 eV、能隙Eg
5≤ 能隙Eg
3、能隙Eg
5≤ 能隙Eg
3+ 0.1 eV、能隙Eg
5≤ 能隙Eg
3+ 0.2 eV、能隙Eg
5≤ 能隙Eg
3+ 0.3 eV、能隙Eg
5≤ 能隙Eg
3+ 0.4 eV或能隙Eg
5≤ 能隙Eg
3+ 0.5 eV。
能隙Eg
5≤ 能隙Eg
7- 2.7 eV、能隙Eg
5≤ 能隙Eg
7- 2.6 eV、能隙Eg
5≤ 能隙Eg
7- 2.5 eV、能隙Eg
5≤ 能隙Eg
7- 2.4 eV、能隙Eg
5≤ 能隙Eg
7- 2.3 eV、能隙Eg
5≤ 能隙Eg
7- 2.2 eV、能隙Eg
5≤ 能隙Eg
7- 2.1 eV、能隙Eg
5≤ 能隙Eg
7- 2 eV、能隙Eg
5≤ 能隙Eg
7- 1.9 eV、能隙Eg
5≤ 能隙Eg
7- 1.8 eV、能隙Eg
5≤ 能隙Eg
7- 1.7 eV、能隙Eg
5≤ 能隙Eg
7- 1.6 eV、能隙Eg
5≤ 能隙Eg
7- 1.5 eV、能隙Eg
5≤ 能隙Eg
7- 1.4 eV、能隙Eg
5≤ 能隙Eg
7- 1.3 eV、能隙Eg
5≤ 能隙Eg
7- 1.2 eV、能隙Eg
5≤ 能隙Eg
7- 1 eV、能隙Eg
5≤ 能隙Eg
7- 0.9 eV、能隙Eg
5≤ 能隙Eg
7- 0.8 eV、能隙Eg
5≤ 能隙Eg
7- 0.7 eV、能隙Eg
5≤ 能隙Eg
7- 0.6 eV、能隙Eg
5≤ 能隙Eg
7- 0.5 eV、能隙Eg
5≤ 能隙Eg
7- 0.4 eV、能隙Eg
5≤ 能隙Eg
7- 0.3 eV、能隙Eg
5≤ 能隙Eg
7- 0.2 eV、能隙Eg
5≤ 能隙Eg
7- 0.1 eV、能隙Eg
5≤ 能隙Eg
7、能隙Eg
5≤ 能隙Eg
7+ 0.1 eV、能隙Eg
5≤ 能隙Eg
7+ 0.2 eV、能隙Eg
5≤ 能隙Eg
7+ 0.3 eV、能隙Eg
5≤ 能隙Eg
7+ 0.4 eV或能隙Eg
5≤ 能隙Eg
7+ 0.5 eV。
能隙Eg
5與能隙Eg
3的大小關係與能隙Eg
5與能隙Eg
7的大小關係可分別成立，亦可為上述關係之任意組合。
在連接透明導電膜21和透明導電膜22的方向上，pn結3具有50 nm至3,000 nm的厚度t
3，例如但不限於：50、100、150、200、250、300、350、400、450、500、550、600、650、700、750、800、850、900、950、1,000、1,200、1,400、1,500、1,600、1,800、2,000、2,200、2,400、2,500、2,600、2,800或3,000 nm，合適的厚度t
3範圍可為以上數值的任一組合，較佳厚度t
3的範圍為100 nm至2,500 nm。pn結5具有50 μm至300 μm的厚度t
5，例如但不限於：50、60、80、100、120、140、150、160、180、200、220、240、250、260、280或300μm，較佳厚度t
5的範圍為100 μm至200 μm。pn結7具有100 nm至3,000 nm的厚度t
7，例如但不限於：50、100、150、200、250、300、350、400、450、500、550、600、650、700、750、800、850、900、950、1,000、1,200、1,400、1,500、1,600、1,800、2,000、2,200、2,400、2,500、2,600、2,800或3,000 nm，合適的厚度t
7範圍可為以上數值的任一組合，較佳厚度t
7的範圍為100 nm至2,500 nm。
在一些較佳實施方案中，在連接透明導電膜21和透明導電膜22的方向上，厚度t
3對於厚度t
5的比率≤5x10
-2，例如但不限於：10
-4、1.5x10
-4、2x10
-4、2.5x10
-4、3x10
-4、3.5x10
-4、4x10
-4、4.5x10
-4、5x10
-4、5.5x10
-4、6x10
-4、6.5x10
-4、7x10
-4、7.5x10
-4、8x10
-4、8.5x10
-4、9x10
-4、9.5x10
-4、或10
-3。合適之範圍可為以上數值的任意組合。
在一些較佳實施方案中，在連接透明導電膜21和透明導電膜22的方向上，厚度t
7對於厚度t
5的比率≤5x10
-2，例如但不限於：10
-4、1.5x10
-4、2x10
-4、2.5x10
-4、3x10
-4、3.5x10
-4、4x10
-4、4.5x10
-4、5x10
-4、5.5x10
-4、6x10
-4、6.5x10
-4、7x10
-4、7.5x10
-4、8x10
-4、8.5x10
-4、9x10
-4、9.5x10
-4、或10
-3。合適之範圍可為以上數值的任意組合。
在一些較佳實施方案中，透過pn結3、pn結5及pn結7吸光材料的厚度及吸光效率的對應設計，改善光伏電池外部量子效率、光電轉換效率、填充因子、開路電壓(V
OC)及短路電流(J
SC)。具體而言，利用太陽能電池外部量子效率之分析儀器(External Quantum Efficiency, EQE)，來分別量測pn結3、pn結5及pn結7吸光材料對太陽光吸收回應的外部量子效率頻譜圖，pn結3及pn結7主要針對太陽光頻譜380 nm至780 nm範圍的光波區段進行吸收回應量測，pn結5主要針對太陽光頻譜600 nm至1200 nm範圍的光波區段進行吸收回應量測。因為太陽光頻譜主要在380 nm至1200 nm的範圍內，可以被目前習之用於作為太陽能電池的吸光材料所吸收光能後，再轉換成為電能。
在一些實施方案中，當光由pn結3／pn結5側入射時，光伏電池100的吸光效率為≥ 85%，例如但不限於：85、86、87、88、89、90、91、92、93、94、95、96、97、98、99、99.5、99.9%。在一些實施方案中，當光由pn結7／pn結5側入射時，光伏電池100的吸光效率為≥ 85%，例如但不限於：85、86、87、88、89、90、91、92、93、94、95、96、97、98、99、99.5、99.9%。
在一些較佳實施方案中，針對pn結3及pn結7，在太陽光頻譜380 nm至780 nm範圍的光波區段進行EQE量測所得的吸收回應頻譜面積A
EQE 37，與針對pn結5，在太陽光頻譜600 nm至1200 nm範圍的光波區段進行EQE量測所得的吸收回應頻譜面積A
EQE 5，其中當A
EQE 37/A
EQE 5符合以下關係時可改善太陽光入射至pn結5的光量，達到優化的光電轉換發電效能：
0.8 ≤ A
EQE 37/A
EQE 5≤ 1.25，較佳：0.85 ≤ A
EQE 37/A
EQE 5≤ 1.18，更佳：0.9 ≤ A
EQE 37/A
EQE 5≤ 1.11，尤佳：0.95 ≤ A
EQE 37/A
EQE 5≤ 1.05。
在一些較佳實施方案中，光伏電池100的各層厚度、能隙與吸光效率的設計規則如下：
| 電池側： pn結3/pn結5 | 規則1 | 規則2 | 規則3 | 規則4 | 規則5 |
| 厚度t 3(nm) | 100至500 | 500至1,000 | 1,000至1,500 | 1,500至2,000 | 2,000至2,500 |
| 厚度t 5(μm) | 50至250 | 50至250 | 50至200 | 50至250 | 50至250 |
| 能隙Eg 3(eV) | 1.0至2.0 | 1.5至2.5 | 2.0-3.0 | 2.5-3.5 | 3.0-4.0 |
| 能隙Eg 5(eV) | 0.5至0.7 | 0.7至0.9 | 0.9-1.1 | 1.1-1.3 | 1.3-1.5 |
| 吸光效率 | ≥85% | ≥85% | ≥85% | ≥85% | ≥85% |
| 厚度t 21(nm) | 40至80 | 40至80 | 40至80 | 40至80 | 40至80 |
| 能隙Eg 21(eV) | 2.2至3.2 | 2.7至3.7 | 3.2至3.7 | 3.7至4.2 | ≥4.2 |
| 電池側： pn結7/pn結5 | 規則1 | 規則2 | 規則3 | 規則4 | 規則5 |
| 厚度t 7(nm) | 100至500 | 500至1,000 | 1,000至1,500 | 1,500至2,000 | 2,000至2,500 |
| 厚度t 5(μm) | 50至250 | 50至250 | 50至250 | 50至250 | 50至250 |
| 能隙Eg 7(eV) | 1.0至2.0 | 1.5至2.5 | 2.0至3.0 | 2.5至3.5 | 3.0至4.0 |
| 能隙Eg 5(eV) | 0.5至0.7 | 0.7至0.9 | 0.9至1.1 | 1.1至1.3 | 1.3至1.5 |
| 吸光效率 | ≥85% | ≥85% | ≥85% | ≥85% | ≥85% |
| 厚度t 22(nm) | 40至80 | 40至80 | 40至80 | 40至80 | 40至80 |
| 能隙Eg 22(eV) | 2.2至3.2 | 2.7至3.7 | 3.2至3.7 | 3.7至4.2 | ≥4.2 |
在一些較佳實施方案中，前述設計規則可達成的技術效果如下：
| 電池側： pn結3/pn結5 | 規則1 | 規則2 | 規則3 | 規則4 | 規則5 |
| 光電轉換效率（%） | 15至20 | 24至28 | 24至28 | 20至24 | 15至20 |
| 填充因子 （%） | 75至85 | 75至85 | 75至85 | 75至85 | 75至85 |
| V OC（V） | 0.6至1.6 | 0.8至1.8 | 1.0至2.0 | 1.2至2.2 | 1.4至2.4 |
| J SC（mA/cm 2） | 15至20 | 25至30 | 25至30 | 20至25 | 15至20 |
| 電池側： pn結7/pn結5 | 規則1 | 規則2 | 規則3 | 規則4 | 規則5 |
| 光電轉換效率（%） | 15至20 | 24至28 | 24至28 | 20至24 | 15至20 |
| 填充因子 （%） | 75至85 | 75至85 | 75至85 | 75至85 | 75至85 |
| V OC（V） | 0.6至1.6 | 0.8至1.8 | 1.0至2.0 | 1.2至2.2 | 1.4至2.4 |
| J SC（mA/cm 2） | 15至20 | 25至30 | 25至30 | 20至25 | 15至20 |
光伏電池100的pn結3、pn結5和pn結7的極性配置如下：pn結3與pn結5的極性方向相反。pn結3與pn結7的極性方向相同。pn結5與pn結3的極性方向相反。pn結5與pn結7的極性方向相反。pn結7與pn結3的極性方向相同。pn結7與pn結5的極性方向相反。
圖1(b)所示的光伏電池110類似於光伏電池100，差異在於：pn結3包含p型層31及n型層33，pn結5包含p型層51及n型層53，pn結7包含p型層71及n型層73。p型層31具有能隙Eg
3。n型層33具有能隙Eg
3。p型層51具有能隙Eg
5。n型層53具有能隙Eg
5。p型層71具有能隙Eg
7。n型層73具有能隙Eg
7。
n型層33與透明導電膜21電連接。n型層33與p型層31電連接。n型層33位於透明導電膜21與p型層31之間。
p型層31與n型層33電連接。p型層31與pn結5電連接。p型層31與p型層51電連接。p型層31位於n型層33與pn結5之間。p型層31位於n型層33與p型層51之間。
p型層51與pn結3電連接。p型層51與p型層31電連接。p型層51與n型層53電連接。p型層51位於pn結3與n型層53之間。p型層51位於p型層31與n型層53之間。
n型層53與p型層51電連接。n型層53與pn結7電連接。n型層53與n型層73電連接。n型層53位於p型層51與pn結7之間。n型層53位於p型層51與n型層73之間。
n型層73與pn結5電連接。n型層73與n型層53電連接。n型層53與p型層71電連接。n型層73位於pn結5與p型層71之間。n型層73位於n型層53與p型層71之間。
p型層71與n型層73電連接。p型層71與透明導電膜22電連接。p型層71位於n型層73與透明導電膜22之間。
圖2(a)所示的光伏電池101類似於光伏電池100，差異在於：光伏電池101包含透明導電膜23（第3透明導電膜）及透明導電膜24（第4透明導電膜）。透明導電膜23位於pn結3與pn結5之間。透明導電膜23與pn結3電連接。透明導電膜23與pn結5電連接。透明導電膜23的材料特性和其製作方式如透明導電膜21或透明導電膜22，在此不再贅述。透明導電膜24位於pn結5與pn結7之間。透明導電膜24與pn結5電連接。透明導電膜24與pn結7電連接。透明導電膜24的材料特性和其製作方式如透明導電膜21或透明導電膜22，在此不再贅述。光伏電池101包含自電極91至電極92依序配置的透明導電膜21、pn結3、透明導電膜23、pn結5、透明導電膜24、pn結7、和透明導電膜22。
圖2(b)所示的光伏電池111類似於光伏電池101，差異在於：pn結3包含p型層31及n型層33，pn結5包含p型層51及n型層53，pn結7包含p型層71及n型層73。因此，透明導電膜23位於p型層31與p型層51之間。透明導電膜23與p型層31電連接。透明導電膜23與p型層51電連接。透明導電膜24位於n型層53與n型層73之間。透明導電膜24與n型層53電連接。透明導電膜24與n型層73電連接。光伏電池101包含自電極91至電極92依序配置的透明導電膜21、n型層33、p型層31、透明導電膜23、p型層51、n型層53、透明導電膜24、n型層73、p型層71、和透明導電膜22。
在一些實施方案中，pn結3、pn結5及pn結7可為獨立、可吸收太陽光來發電的光伏電池。因此，如圖3所示，光伏電池110可為光伏電池堆疊200，其包含：電極91（第1電極）；電極92（第2電極）；和自電極91至電極92依序配置的光伏電池30（第1光伏電池）、光伏電池50（第2光伏電池）和光伏電池70（第3光伏電池）。在光伏電池堆疊200中，是以光伏電池50為基板，然後在其上下兩面分別製作光伏電池30及光伏電池70，使其整體電池結構為：光伏電池30/光伏電池50/光伏電池70。
光伏電池30及/或光伏電池70，可透過其中吸光材料的厚度與能隙，來調控進到光伏電池50的入光量，提升光伏電池堆疊200對太陽光的有效吸光，以達到改善光伏電池堆疊200的光電轉換效率。
在一些實施方案中，光伏電池30包含結晶型光伏電池，例如但不限於：單晶矽光伏電池。光伏電池30光伏電池30及/或光伏電池70包含薄膜型光伏電池，例如但不限於包含下材料的薄膜型光伏電池：銅銦鎵硒（CIGS）、Mn≤1,000的聚合物、有機金屬鹵化物型鈣鈦礦、非晶矽（a-Si）、碲化鎘（CdTe）、Ⅲ-Ⅴ族化合物（如：砷化鎵（GaAs）、磷化銦（InP）、磷化鎵銦（InGaP））。
光伏電池30包含pn結3。光伏電池30位於電極91與光伏電池50之間。光伏電池30位於電極91與光伏電池70之間。光伏電池30位於電極91與電極92之間。光伏電池30與電極91電連接。光伏電池30與光伏電池50電連接。光伏電池30通過電極93與光伏電池50電連接。電極91包含光伏電池30的陽極。電極93包含光伏電池30的陰極。電極93的材料特性和其製作方式如電極91或電極92，在此不再贅述。
光伏電池50包含pn結5。光伏電池50位於電極91與光伏電池70之間。光伏電池50位於光伏電池30與光伏電池70之間。光伏電池50位於電極91與電極92之間。光伏電池50位於光伏電池30與電極92之間。光伏電池50與光伏電池30電連接。光伏電池50通過電極93與光伏電池30電連接。光伏電池50與光伏電池70電連接。光伏電池50通過電極94與光伏電池70電連接。電極94包含光伏電池50的陰極。電極94包含光伏電池50的陽極。電極94的材料特性和其製作方式如電極91或電極92，在此不再贅述。
光伏電池70包含pn結7。光伏電池70位於電極91與電極92之間。光伏電池70位於光伏電池30與電極92之間。光伏電池70位於光伏電池50與電極92之間。光伏電池70與電極92電連接。光伏電池70與光伏電池50電連接。光伏電池70通過電極94與光伏電池50電連接。電極94包含光伏電池70的陽極。電極92包含光伏電池70的陰極。
電極91與電極94電性連接。電極91與光伏電池30的陽極電性連接。電極91與光伏電池50的陽極電性連接。電極91與光伏電池70的陽極電性連接。電極92與電極93電性連接。電極92與光伏電池30的陰極電性連接。電極92與光伏電池50的陰極電性連接。電極92與光伏電池70的陰極電性連接。
在一些實施方案中，使用pn結5作為pn結3或pn結7的鍍膜基板；pn結5在鍍制透明導電膜23後，即可以依照pn結3的層結構，逐一透過磁控濺射鍍膜或熱蒸鍍鍍膜等方式，按照設計堆疊上所需要的薄層；pn結5在鍍制透明導電膜24後，即可以依照pn結7的層結構，逐一透過磁控濺射鍍膜或熱蒸鍍鍍膜等方式，按照設計堆疊上所需要的薄層。
在一些實施方案中，使用pn結5作為pn結3或pn結7的鍍膜基板；pn結5在鍍制透明導電膜23後，即可以依照pn結3的層結構，逐一透過磁控濺射鍍膜或熱蒸鍍鍍膜等方式，按照設計堆疊上所需要的薄層；pn結5在鍍制透明導電膜24後，即可以依照pn結7的層結構，逐一透過磁控濺射鍍膜或熱蒸鍍鍍膜等方式，按照設計堆疊上所需要的薄層。
在一些實施方案中，使用光伏電池50作為光伏電池30或光伏電池70的鍍膜基板；光伏電池50在鍍制電極93後，即可以依照光伏電池30的層結構，逐一透過磁控濺射鍍膜或熱蒸鍍鍍膜等方式，按照設計堆疊上所需要的薄層；光伏電池50在鍍制電極94後，即可以依照光伏電池70的層結構，逐一透過磁控濺射鍍膜或熱蒸鍍鍍膜等方式，按照設計堆疊上所需要的薄層。
在一些實施方案中，pn結3包含CIGS。在一些實施方案中，光伏電池30為包含CIGS的光伏電池。在一些實施方案中，pn結7包含CIGS。在一些實施方案中，光伏電池70為包含CIGS的光伏電池。
具體的實施方案可為如圖4所示的結構400。p型層31包含p型CIGS層41。p型層71包含p型CIGS層41。p型CIGS層41較佳作為吸光層。如果pn結3（光伏電池30）及/或pn結7（光伏電池70）具有光穿透性的能力，p型CIGS層41的厚度t
41為50至500 nm。n型層33包含n型CIGS層43。n型層73包含n型CIGS層43。n型CIGS層43較佳作為吸光層。n型CIGS層43的厚度t
43為5至20 nm。
pn結3可視需要包含透明導電膜21、24及透明導電膜22、23，透明導電膜21、24與n型CIGS層43電連接。透明導電膜22、23與p型CIGS層41電連接。
在一些較佳實施方案中，p型CIGS層41與透明導電膜22、23之間包含p型載子傳輸層42。p型載子傳輸層42與p型CIGS層與透明導電膜22、23電連接。p型載子傳輸層42的厚度t
42為10至30 nm。n型CIGS層43與透明導電膜21、24之間包含n型載子傳輸層44。n型載子傳輸層44與透明導電膜21、24電連接。n型載子傳輸層44的厚度t
42為5至20 nm。
因此，自透明導電膜21、24至透明導電膜22、23依序配置：n型載子傳輸層44、n型CIGS層43、p型CIGS層41及p型載子傳輸層42。
在一些實施方案中，p型載子傳輸層42的結構包含p型非晶矽薄膜/氟化鈉 (p-type a-Si:H/NaF)。在一些實施方案中，n型載子傳輸層44的結構包含In
2S
3/ZnO或ZnMgO/ZnO。
在一些實施方案中，pn結3包含有機材料。在一些實施方案中，光伏電池30為包含有機材料的光伏電池。在一些實施方案中，pn結7包含有機材料。在一些實施方案中，光伏電池70為包含有機材料的光伏電池。
具體的實施方案可為如圖5所示的結構600。p型層31包含p型載子傳輸有機材料層61。p型層71包含p型載子傳輸有機材料層61。p型載子傳輸有機材料層61的厚度t
61為10至30 nm。n型層33包含n型載子傳輸有機材料層63。n型層73包含n型載子傳輸有機材料層63。n型載子傳輸有機材料層63的厚度t
63為5至20 nm。
在一些實施方案中，p型載子傳輸有機材料層61包含有機導電薄膜。p型載子傳輸有機材料層61包含具有傳輸空穴，阻擋電子能力的材料。n型載子傳輸有機材料層63包含有機導電薄膜。n型載子傳輸有機材料層63包含具有傳輸電子，阻擋空穴能力的材料。
pn結3可視需要包含有機吸光材料層62。有機吸光材料層62與n型載子傳輸有機材料層63電連接。有機吸光材料層62與p型載子傳輸有機材料層61電連接。考慮pn結3具有光穿透性的能力，則有機吸光材料層62的厚度t
62為50至300 nm。在一些實施方案中，有機吸光材料層62包含Mn≤1,000的聚合物或鈣鈦礦。
因此，自透明導電膜21、24至透明導電膜22、23依序配置：n型載子傳輸有機材料層63、有機吸光材料層62及p型載子傳輸有機材料層61。
在上述材料中以CIGS與有機薄膜吸光材料，可以透過材料的配方調配製備，藉以直接調整薄膜吸光層的能隙（如：CIGS能隙：1.01至1.68 eV，有機薄膜：1.0至3.3 eV。）之後再將材料經由連續式鍍膜方式來鍍制吸光材料層，以完成本發明之光伏電池或光伏電池堆疊。
在一些較佳實施方案中，CIGS能隙控制在：1.2至1.68eV的區間；有機薄膜能隙控制在：1.2至3.3eV的區間。
在一些較佳實施方案中，本發明之光伏電池可為以下結構：薄膜型pn結3/結晶型pn結5/薄膜型pn結7。結晶型pn結5包含異質接面型pn結。薄膜型pn結3或pn結7包含CIGS薄膜型pn結或有機薄膜型pn結（如：Mn≤1,000的聚合物或聚合物鈣鈦礦材料）。
在一些較佳實施方案中，本發明之光伏電池堆疊可為以下結構：薄膜型光伏電池30/結晶型光伏電池50/薄膜型光伏電池70。結晶型光伏電池50包含異質接面型光伏電池。薄膜型光伏電池30或光伏電池70包含CIGS薄膜型光伏電池或有機薄膜型光伏電池（如：Mn≤1,000的聚合物或聚合物鈣鈦礦材料）。
在光伏電池的製備方式中，所有膜層都採取幹式鍍膜方式，如：CIGS是採取真空磁控濺射鍍膜，Mn≤1,000的聚合物及鈣鈦礦則採取真空熱蒸鍍方式，透明導電膜則可以採取真空磁控濺射鍍膜或化學氣相沉積鍍膜兩種方式。
在一些實施方案中，pn結5包含矽，較佳為非晶矽或單晶矽。在一些實施方案中，光伏電池50為包含矽的光伏電池，較佳包含非晶矽的光伏電池，較佳包含單晶矽的光伏電池。更佳包含異質接面單晶矽的光伏電池。
具體的實施方案可為如圖6所示的結構800。p型層51包含p型非晶矽層81。p型非晶矽層81的厚度t
81為5至20 nm。n型層53包含n型非晶矽層83。n型非晶矽層83的厚度t
88為5至20 nm。
在一些較佳實施方案中，p型非晶矽層81與n型非晶矽層83之間包含一或多個本質(intrinsic)矽層85、86，較佳為本質非晶矽層。本質矽層85的厚度t
85為5至10 nm。本質矽層86的厚度t
86為5至10 nm。p型非晶矽層81與n型非晶矽層83之間包含單晶矽層84，較佳為n型單晶矽層或p型單晶矽層，更佳為n型單晶矽層。單晶矽層84的厚度t
84為100至300 μm。本質矽層86的厚度t
86為5至10 nm。
本質矽層85與p型非晶矽層81電連接。本質矽層85與單晶矽層84電連接。本質矽層86與n型非晶矽層83電連接。本質矽層86與單晶矽層84電連接。因此，自p型非晶矽層81至n型非晶矽層83之間依序配置：p型非晶矽層81、本質矽層85、單晶矽層84、本質矽層86及n型非晶矽層83。
pn結5可視需要包含透明導電膜23及透明導電膜24，透明導電膜23與p型非晶矽層81電連接。透明導電膜24與n型非晶矽層83。因此，自透明導電膜23至透明導電膜24依序配置：p型非晶矽層81、本質矽層85、單晶矽層84、本質矽層86及n型非晶矽層83。
在一些實施方案中，光伏電池100較佳為如圖7(a)所示的光伏電池120，光伏電池120以結構400作為pn結3、以結構800作為pn結5、並以結構400'作為pn結5，結構400'各元件之配置如前文針對結構400所述。具體而言，光伏電池120包含自電極91至電極92依序配置的結構400、結構800和結構400'。
在一些較佳實施方案中，光伏電池120較佳為如圖7(b)所示的光伏電池121，其包含自電極91至電極92依序配置的透明導電膜21、n型CIGS層43、p型CIGS層41、p型非晶矽層81、n型非晶矽層83、n型CIGS層43'、p型CIGS層41'和透明導電膜22。
視需要，p型CIGS層41與p型非晶矽層81之間可配置透明導電膜23。n型CIGS層43'與n型非晶矽層83之間可配置透明導電膜24。因此，光伏電池120為如圖7(c)所示的光伏電池122，其包含自電極91至電極92依序配置的透明導電膜21、n型CIGS層43、p型CIGS層41、透明導電膜23、p型非晶矽層81、n型非晶矽層83、透明導電膜24、n型CIGS層43'、p型CIGS層41'和透明導電膜22。
在一些較佳實施方案中，光伏電池120為如圖7(d)所示的光伏電池123，其包含自電極91至電極92依序配置的透明導電膜21、n型載子傳輸層44、n型CIGS層43、p型CIGS層41、p型載子傳輸層42、透明導電膜23、p型非晶矽層81、本質矽層85、單晶矽層84、本質矽層86、n型非晶矽層83、透明導電膜24、n型載子傳輸層44'、n型CIGS層43'、p型CIGS層41'、p型載子傳輸層42'和透明導電膜22。
在一些實施方案中，光伏電池堆疊200較佳為如圖7(e)所示的光伏電池堆疊220，光伏電池堆疊220是以結構400作為光伏電池30、以結構800作為光伏電池50、並以結構400'作為光伏電池70，結構400'各元件之配置如前文針對結構400所述。具體而言，光伏電池堆疊220包含自電極91至電極92依序配置的結構400、電極93、結構800、電極94和結構400'。
在一些實施方案中，光伏電池100較佳為如圖8(a)所示的光伏電池130，光伏電池130以結構400作為pn結3、以結構800作為pn結5、並以結構600作為pn結5。具體而言，光伏電池120包含自電極91至電極92依序配置的結構400、結構800和結構600。
在一些較佳實施方案中，光伏電池120較佳為如圖8(b)所示的光伏電池131，其包含自電極91至電極92依序配置的透明導電膜21、n型CIGS層43、p型CIGS層41、p型非晶矽層81、n型非晶矽層83、n型載子傳輸有機材料層63、p型載子傳輸有機材料層61和透明導電膜22。
視需要，p型CIGS層41與p型非晶矽層81之間可配置透明導電膜23。n型載子傳輸有機材料層63與n型非晶矽層83之間可配置透明導電膜24。因此，光伏電池120為如圖8(c)所示的光伏電池132，其包含自電極91至電極92依序配置的透明導電膜21、n型CIGS層43、p型CIGS層41、透明導電膜23、p型非晶矽層81、n型非晶矽層83、透明導電膜24、n型載子傳輸有機材料層63、p型載子傳輸有機材料層61和透明導電膜22。
在一些較佳實施方案中，光伏電池120為如圖8(d)所示的光伏電池133，其包含自電極91至電極92依序配置的透明導電膜21、n型載子傳輸層44、n型CIGS層43、p型CIGS層41、p型載子傳輸層42、透明導電膜23、p型非晶矽層81、本質矽層85、單晶矽層84、本質矽層86、n型非晶矽層83、透明導電膜24、n型載子傳輸有機材料層63、有機吸光材料層62、p型載子傳輸有機材料層61和透明導電膜22。
在一些實施方案中，光伏電池堆疊200較佳為如圖8(e)所示的光伏電池堆疊230，光伏電池堆疊230是以結構400作為光伏電池30、以結構800作為光伏電池50、並以結構600作為光伏電池70。具體而言，光伏電池堆疊230包含自電極91至電極92依序配置的結構400、電極93、結構800、電極94和結構600。
在一些實施方案中，光伏電池100較佳為如圖9(a)所示的光伏電池140，光伏電池140以結構600作為pn結3、以結構800作為pn結5、並以結構400作為pn結5。具體而言，光伏電池140包含自電極91至電極92依序配置的結構600、結構800和結構400。
在一些較佳實施方案中，光伏電池140較佳為如圖9(b)所示的光伏電池141，其包含自電極91至電極92依序配置的透明導電膜21、n型載子傳輸有機材料層63、p型載子傳輸有機材料層61、p型非晶矽層81、n型非晶矽層83、n型CIGS層43、p型CIGS層41和透明導電膜22。
視需要，p型載子傳輸有機材料層61與p型非晶矽層81之間可配置透明導電膜23。n型CIGS層43與n型非晶矽層83之間可配置透明導電膜24。因此，光伏電池120為如圖9(c)所示的光伏電池142，其包含自電極91至電極92依序配置的透明導電膜21、n型載子傳輸有機材料層63、p型載子傳輸有機材料層61、透明導電膜23、p型非晶矽層81、n型非晶矽層83、透明導電膜24、n型CIGS層43、p型CIGS層41和透明導電膜22。
在一些較佳實施方案中，光伏電池120為如圖9(d)所示的光伏電池143，其包含自電極91至電極92依序配置的透明導電膜21、n型載子傳輸有機材料層63、有機吸光材料層62、p型載子傳輸有機材料層61、透明導電膜23、p型非晶矽層81、本質矽層85、單晶矽層84、本質矽層86、n型非晶矽層83、透明導電膜24、n型載子傳輸層44、n型CIGS層43、p型CIGS層41、p型載子傳輸層42和透明導電膜22。
在一些實施方案中，光伏電池堆疊200較佳為如圖9(e)所示的光伏電池堆疊240，光伏電池堆疊240是以結構600作為光伏電池30、以結構800作為光伏電池50、並以結構400作為光伏電池70。具體而言，光伏電池堆疊240包含自電極91至電極92依序配置的結構600、電極93、結構800、電極94和結構400。
在一些實施方案中，光伏電池100較佳為如圖10(a)所示的光伏電池150，光伏電池150以結構600作為pn結3、以結構800作為pn結5、並以結構600'作為pn結5，結構600'各元件之配置如前文針對結構600所述。具體而言，光伏電池150包含自電極91至電極92依序配置的結構600、結構800和結構600'。
在一些較佳實施方案中，光伏電池150較佳為如圖10(b)所示的光伏電池151，其包含自電極91至電極92依序配置的透明導電膜21、n型載子傳輸有機材料層63、p型載子傳輸有機材料層61、p型非晶矽層81、n型非晶矽層83、n型載子傳輸有機材料層63'、p型載子傳輸有機材料層61'和透明導電膜22。
視需要，p型載子傳輸有機材料層61與p型非晶矽層81之間可配置透明導電膜23。n型載子傳輸有機材料層63'與n型非晶矽層83之間可配置透明導電膜24。因此，光伏電池150為如圖10(c)所示的光伏電池152，其包含自電極91至電極92依序配置的透明導電膜21、n型載子傳輸有機材料層63、p型載子傳輸有機材料層61、透明導電膜23、p型非晶矽層81、n型非晶矽層83、透明導電膜24、n型載子傳輸有機材料層63'、p型載子傳輸有機材料層61'和透明導電膜22。
在一些較佳實施方案中，光伏電池150為如圖10(d)所示的光伏電池153，其包含自電極91至電極92依序配置的透明導電膜21、n型載子傳輸有機材料層63、有機吸光材料層62、p型載子傳輸有機材料層61、透明導電膜23、p型非晶矽層81、本質矽層85、單晶矽層84、本質矽層86、n型非晶矽層83、透明導電膜24、n型載子傳輸有機材料層63'、有機吸光材料層62'、p型載子傳輸有機材料層61'和透明導電膜22。
在一些實施方案中，光伏電池堆疊200較佳為如圖10(e)所示的光伏電池堆疊250，光伏電池堆疊250是以結構600作為光伏電池30、以結構800作為光伏電池50、並以結構600'作為光伏電池70，結構600'各元件之配置如前文針對結構600所述。具體而言，光伏電池堆疊250包含自電極91至電極92依序配置的結構600、電極93、結構800、電極94和結構600'。
習此項技術者將明白在不脫離本發明的範疇或精神的情況下可對本發明作出各種修改及變化。鑒於前述內容，本發明意欲涵蓋本發明的修改及變化，限制條件為其屬於申請專利範圍及其等效物的範疇內。
3:pn結
5:pn結
7:pn結
21:透明導電膜
22:透明導電膜
23:透明導電膜
24:透明導電膜
30:光伏電池
31:p型層
33:n型層
41:p型CIGS層
41':p型CIGS層
42:p型載子傳輸層
42':p型載子傳輸層
43:n型CIGS層
43':n型CIGS層
44:n型載子傳輸層
44':n型載子傳輸層
50:光伏電池
51:p型層
53:n型層
61:p型載子傳輸有機材料層
61':p型載子傳輸有機材料層
62:有機吸光材料層
62':有機吸光材料層
63:n型載子傳輸有機材料層
63':n型載子傳輸有機材料層
70:光伏電池
71:p型層
73:n型層
81:p型非晶矽層
83:n型非晶矽層
84:單晶矽層
85:本質矽層
86:本質矽層
91:電極
92:電極
93:電極
94:電極
100:光伏電池
101:光伏電池
110:光伏電池
111:光伏電池
120:光伏電池
121:光伏電池
122:光伏電池
123:光伏電池
130:光伏電池
131:光伏電池
132:光伏電池
140:光伏電池
141:光伏電池
142:光伏電池
150:光伏電池
151:光伏電池
152:光伏電池
200:光伏電池堆疊
220:光伏電池堆疊
230:光伏電池堆疊
240:光伏電池堆疊
250:光伏電池堆疊
400:結構
400':結構
600:結構
600':結構
800:結構
圖1(a)及圖1(b)為根據本發明一些實施方案的光伏電池。
圖2(a)及圖2(b)為根據本發明一些實施方案的光伏電池。
圖3為根據本發明一些實施方案的光伏電池堆疊。
圖4為根據本發明一些實施方案的pn結結構。
圖5為根據本發明一些實施方案的pn結結構。
圖6為根據本發明一些實施方案的pn結結構。
圖7(a)、圖7(b)、圖7(c)和圖7(d)為根據本發明一些實施方案的光伏電池。
圖7(e)為根據本發明一些實施方案的光伏電池堆疊。
圖8(a)、圖8(b)、圖8(c)和圖8(d)為根據本發明一些實施方案的光伏電池。
圖8(e)為根據本發明一些實施方案的光伏電池堆疊。
圖9(a)、圖9(b)、圖9(c)和圖9(d)為根據本發明一些實施方案的光伏電池。
圖9(e)為根據本發明一些實施方案的光伏電池堆疊。
圖10(a)、圖10(b)、圖10(c)和圖10(d)為根據本發明一些實施方案的光伏電池。
圖10(e)為根據本發明一些實施方案的光伏電池堆疊。
3:pn結
5:pn結
7:pn結
21:透明導電膜
22:透明導電膜
91:電極
92:電極
100:光伏電池
Claims (25)
- 一種光伏電池，其包含： 第1透明導電膜； 第2透明導電膜； 自第1透明導電膜至第2透明導電膜依序配置的第1 pn結、第2 pn結和第3 pn結，其中該第1 pn結包含第1能隙，該第2 pn結包含第2能隙，該第3 pn結包含第3能隙，其限制條件為： 第1能隙、第2能隙和第3能隙的滿足 第2能隙 ≤ 第1能隙 + 0.5 eV且第2能隙 ≤ 第3能隙 + 0.5 eV。
- 如請求項1之光伏電池，其中該第1透明導電膜或該第2透明導電膜的能隙大於2.2 eV。
- 如請求項1之光伏電池，其中該第1透明導電膜或該第2透明導電膜於可見光波長範圍的平均光穿透率大於85%。
- 如請求項1之光伏電池，其中該第1透明導電膜包含氧化銦錫（ITO）。
- 如請求項1之光伏電池，其中該第2透明導電膜包含氧化銦錫（ITO）、銦摻雜氧化鋅（In:ZnO）、鋁摻雜氧化鋅（Al:ZnO）、鎵摻雜氧化鋅（Ga:ZnO）、硼摻雜氧化鋅（B:ZnO）、氫摻雜氧化銦（InO:H）、氟摻雜氧化銦（F:In 2O 3）或氟摻雜氧化錫（SnO 2:F）。
- 如請求項1至5中任一項之光伏電池，其中該第2能隙包含間接能隙。
- 如請求項1至5中任一項之光伏電池，其中該第1能隙包含直接能隙。
- 如請求項1至5中任一項之光伏電池，其中該第3能隙包含直接能隙。
- 如請求項1至5中任一項之光伏電池，其中該第2能隙的範圍為0.5至1.5 eV。
- 如請求項1至5中任一項之光伏電池，其中該第1能隙的範圍為1至4 eV。
- 如請求項1至5中任一項之光伏電池，其中該第3能隙的範圍為1至4 eV。
- 如請求項1至5中任一項之光伏電池，其中在連接第1透明導電膜和第2透明導電膜的方向上，該第1 pn結對於該第2 pn結的厚度比率小於或等於5x10 -2。
- 如請求項1至5中任一項之光伏電池，其中在連接第1透明導電膜和第2透明導電膜的方向上，該第3 pn結對於該第2 pn結的厚度比率小於或等於5x10 -2。
- 一種光伏電池，其包含： 第1透明導電膜； 第2透明導電膜； 自第1透明導電膜至第2透明導電膜依序配置的第1 pn結、第2 pn結和第3 pn結，其中該第1 pn結與該第2 pn結的極性方向相反，該第1 pn結與該第3 pn結的極性方向相同。
- 如請求項14之光伏電池，其中該第1透明導電膜或該第2透明導電膜的能隙大於2.2 eV。
- 如請求項14之光伏電池，其中該第1透明導電膜或該第2透明導電膜於可見光波長範圍的平均光穿透率大於85%。
- 如請求項14之光伏電池，其中該第1透明導電膜包含氧化銦錫（ITO）。
- 如請求項14之光伏電池，其中該第2透明導電膜包含氧化銦錫（ITO）、銦摻雜氧化鋅（In:ZnO）、鋁摻雜氧化鋅（Al:ZnO）、鎵摻雜氧化鋅（Ga:ZnO）、硼摻雜氧化鋅（B:ZnO）、氫摻雜氧化銦（InO:H）、氟摻雜氧化銦（F:In 2O 3）或氟摻雜氧化錫（SnO 2:F）。
- 如請求項14至18中任一項之光伏電池，其中該第2 pn結包含多晶矽或單晶矽。
- 如請求項14至18中任一項之光伏電池，其中該第1 pn結包含光敏性導電聚合物、數均分子量(Mn)≤1,000的聚合物、有機金屬鹵化物型鈣鈦礦、銅銦鎵硒（CIGS）、鈣鈦氧化物、非晶矽、II-VI族化合物或Ⅲ-Ⅴ族化合物。
- 如請求項14至18中任一項之光伏電池，其中該第3 pn結包含光敏性導電聚合物、數均分子量(Mn)≤1,000的聚合物、有機金屬鹵化物型鈣鈦礦、銅銦鎵硒（CIGS）、鈣鈦氧化物、非晶矽、II-VI族化合物或Ⅲ-Ⅴ族化合物。
- 如請求項14至18中任一項之光伏電池，其另包含第3透明導電膜，其位於該第1 pn結與該第2 pn結之間。
- 如請求項14至18中任一項之光伏電池，其另包含第4透明導電膜，其位於該第2 pn結與該第3 pn結之間。
- 如請求項22之光伏電池，其中該第3透明導電膜與該第2透明導電膜電連接。
- 如請求項23之光伏電池，其中該第4透明導電膜與該第1透明導電膜電連接。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| TW111133800A TW202412332A (zh) | 2022-09-07 | 2022-09-07 | 雙面吸光型光伏電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| TW111133800A TW202412332A (zh) | 2022-09-07 | 2022-09-07 | 雙面吸光型光伏電池 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| TW202412332A true TW202412332A (zh) | 2024-03-16 |
Family
ID=91228169
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| TW111133800A TW202412332A (zh) | 2022-09-07 | 2022-09-07 | 雙面吸光型光伏電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| TW (1) | TW202412332A (zh) |
-
2022
- 2022-09-07 TW TW111133800A patent/TW202412332A/zh unknown
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