TW297167B

TW297167B -

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Publication number: TW297167B
Application number: TW085100723A
Authority: TW
Inventors: Yasuyuki Arai
Original assignee: Handotai Energy Kenkyusho Kk; Nippon Todenka Co Ltd
Priority date: 1995-01-09
Filing date: 1996-01-22
Publication date: 1997-02-01
Also published as: US5891264A; JP3792281B2; JPH0969642A; US5711824A

Description

經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（1 ) 發明背景本發明關於太陽電池，其中使用非晶或微晶矽薄膜，形成產生光電壓的光電轉換層。本發明關於具有網紋結構之太陽電池的反光電極。再者，本發明關於使用有機樹脂膜做爲基底之太陽電池的反光電極。利用具有光電轉換層的太陽電池，其中使用非晶或微晶矽膜形成至少一個P I N接面。此太陽電池中，入射在太陽電池並穿透而不吸收於光電轉換層的光被設在光入射側位置及反側位置的反光電極反射，再入射在光電轉換層，因而反光電極促進光電轉換層的光吸收。反光電極由單層膜（鋁（A1)或銀（Ag))、透明導電膜（例如氧化銦錫（I T 0 )合金、氧化鋅（ Ζ η 0 )、氧化錫（Sn02)或金屬膜（例如鈦（Ti )、鉻（Cr)、錬（Ni)、不銹鋼）的疊層、鋁或銀形成。反光電極具有在所需方向對正做爲材料之金屬晶體所形成的不平表面（所謂的網紋結構）。入射在光電轉換層且到達反光電極而不吸入光電轉換層的光在各種方向散射及反射，使得光入射在光電轉換層。藉此試圖增進光吸收效率。當鋁膜做爲反光電極時，99. 99%純度的鋁膜在傳統情形由濺射形成於玻璃基底或有機樹脂膜基底上。但此法只可得到幾乎有均勻表面的鋁膜。不平鋁膜中，由於積分反射（全部反射光的總量）幾 -----^--J.-裝----τ--;訂-----1 線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -4 - 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（2 ) 乎包含鏡（方向）反射（反射光的反射角與入射光的入射角相同），故不能期盼有效利用光。詳言之，不能充分利用入射光的長波長分量。試圖由沿著所需方向的鋁膜晶體生長得到網紋結構。當鋁做爲反光電極且加熱基底而由濺射形成鋁膜時，促進鋁結晶，產生晶粒而得到具有不平形狀的表面。但由於產生晶粒的尺寸和形狀對太陽電池的反光電極而言是大的或不平，故對增進光電轉換效率無效》膜品質不均。形成的鋁膜中，會生長具有1 //m直徑之大且異常的晶粒。藉由晶粒產生，在上電極（光入射側電極）與反光電極之間會造成短路。圖5顯示S E N照片，代表大且異常的晶粒產生在傳統方法所形成之鋁膜的情形。當鋁膜由濺射形成於有機樹脂膜基底上時，由於膜品質降低，故無法得到細微膜品質，反光電極的反光率減小，電阻增加。結果，不能得到有高性能的太陽電池。發明概要爲解決上述問題，本發明的目標是在構成形成於撓性有機樹脂膜基底上之太陽電池反光電極的鋁膜中，增加太陽電池的光電流（光電壓所產生的電流），得到細微且均勻的網紋結構，有效利用入射光的長波長分量，而得到有高性能的太陽電池。依據本發明，提供具有基底、反光電極、光電轉換層、透明電極的太陽電池，其中反光電極包含鋁膜，含有做本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐) " -5 - ------.-丨J-裝----^—.訂------{猓 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（3 ) 爲〇·1至6. 〇%之雜質元素之矽、鎳、銅的至少一種〇依據本發明，提供具有基底、反光電極、光電轉換層、透明電極的太陽電池，其中反光電極包含含有做爲〇 1至6. 0%之雜質元素之矽、鎳、銅之至少一種的第一鋁膜，和形成於第一鋁膜上且無雜質元素的第二鋁膜〇依據本發明，提供具有基底、反光電極、光電轉換層、透明電極的太陽電池，其中反光電極包含含有做爲〇.1至6. 0%之雜質元素之矽、鎳、銅之至少一種的鋁膜，和形成於鋁膜上且無雜質元素的銀膜。依據本發明，提供具有基底、反光電極、光電轉換層、透明電極的太陽電池，其中反光電極包含含有做爲〇·1至6. 0%之雜質元素之矽、鎳、銅之至少一種的第一鋁膜，和形成於第一鋁膜上且無雜質元素的第二鋁膜 ’其中第一鋁膜的平均表面粗糙度爲5 0mm以上。依據本發明，提供具有基底、反光電極、光電轉換層、透明電極的太陽電池，其中反光電極包含含有做爲 0.1至6. 0%之雜質元素之矽、鎳、銅之至少一種的鋁膜，和形成於鋁膜上且無雜質元素的銀膜，鋁膜的平均表面粗糙度爲5 0mm以上。太陽電池中，最好矽做爲雜質元素。玻璃、金羼或有機樹脂膜可做爲基底。聚乙烯對酞酸酯、聚乙烯某二甲酸酯、聚酯碉、聚亞胺、芳族聚醯胺可做爲有機樹脂膜材料本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -------„-丨J-裝----：--.訂------{線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) A7 B7 五、發明説明（4 ) 〇 . 依據本發明，提供製造太陽電池電極的方法，具有下列步驟：使用含有0.1至6. 0之矽、鎳、銅之至少一種的鋁做爲靶，由濺射在5 0至2 0 0 °C基底溫度的基底上形成鋁膜。依據本發明，提供太陽電池之電極的製造方法，具有下列步驟：使用含有0.1至6. 0之矽、鎳、銅之至少 —種的鋁做爲靶，由濺射在5 0至2 0 0°C基底溫度的基底上形成具有不平表面的第一鋁膜；在第一鋁膜上形成第二鋁膜和銀膜的其中一個，其中第二鋁膜和鋁膜沒有雜質元素。太陽電池之電極的製造方法中，最好矽做爲雜質元素。玻璃、金屬或有機樹脂膜可做爲基底。聚乙烯對酞酸酯、聚乙烯某二甲酸酯、聚酯砚、聚亞胺、芳族聚醯胺可做爲有機樹脂膜材料。經濟部中央標準局員工消費合作社印製 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 依據本發明，提供太陽電池之電極的製造方法，具有下列步驟：加熱有機樹脂膜基底以從基式釋放氣體；在加熱步驟後，由濺射在5 0至2 0 0°C基底溫度的基式上形成鋁膜。可使用DC濺射或RF濺射。依據本發明，提供太陽電池之電極的製造方法，具有下列步驟：加熱有機樹脂膜基底以從基底釋放氣體；在力口熱步驟後，使用含有0.1至6. 0重量％之雜質元素之矽、鎳、銅之至少一種的鋁做爲靶，由濺射在5 0至本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐）經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7__ 五、發明説明（5 ) 2 〇〇°C基底溫度的基底上形成鋁膜。上述方法中，矽最好做爲雜質元素。發明人發現，使用含有0. 1至6. 0重量％ (最好 0. 5至2. 0重量％)之雜質元素之矽的鋁做爲靶，由濺射在50至200 °C (最好70至1 50 °C)基底溫度的基底上形成鋁膜，得到適於太陽電池反光電極之具有不平表面的鋁膜。 (藉由A u g e r電子分光方法）鋁膜的雜質元素含量爲0. 1至6. 0，宜爲0. 1至2. 0%，0. 1至 1. 0%更佳。當鋁膜的雜質元素含量爲1. 0%以下時，鋁膜的漫射反射比（積分反射比一鏡（方向）反射比）變高。圖12顯示做爲鋁膜之雜質元素之矽含量與鋁膜漫射反射比的關係入射光波長是做爲標準值的650nm)，及鋁靶的矽含量爲0. 5重量％、1. 0重量％、2. 0 重量％且基底溫度在濺射中爲1 5 0°C的情形。當靶的雜質元素含量爲0. 5重量％、1. 0重量％ '2. 0重量％時，形成鋁膜的雜質元素含量分別是 0 . 2 至 0. 4% (通常 0. 3%) 、0· 3 至 1. 0% (通常 0. 7 % ) 、0. 6 至 1. 5(通常 1. 0%)。鋁膜的膜厚度增加會增大形成不平表面的晶粒及增加漫射反射比》 (見圖16) 最好矽（Si)做爲雜質元素。當使用鎳（Ni)、銅（Cu)等時，得到相同效果。使用DC濺射和RF灘本紙張尺度適用中國國家標準（CNS〉A4規格（210X297公釐）一8 _ 7------„--J -裝-- (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) -訂經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A 7 B7 五、發明説明（6 ) 射得到較佳結果。鋁膜中，形成具有均勻性的晶粒。晶粒的平均尺寸（直徑）爲幾百至幾千A。晶粒在太陽電池反光電極構成網紋結構凸部，可得到適於反射入射光（特別是長波長光）的尺寸和形狀。因此，依據本發明，可形成具有細微網紋結構且做爲太陽電池反光電極的鋁膜。具有細微網紋結構的鋁膜做爲反光電極的太陽電池中，與使用具有均勻表面之傳統鋁膜的情形比較，光電流可增加，光電轉換效率可大爲增進。由於可防止晶粒之異常且大的生長，故可防止短路發生在太陽電池的下電極與透明電極之間* 反光電極之凸和凹部的數目隨鋁膜的膜厚度增加而增加，因此形成凸和凹部之鋁晶粒（粒子）的尺寸（直徑）增大。反光電極的凸和凹部增加太陽電池轉換效率。但若凸和凹部變大，則太陽電池的開路電壓等降低。使用圖8的資料，解釋反光電極的凹凸形狀對太陽電池特性的影響。圖8顯示使用平均表面粗糙度（J I S B0601 Rz所測（10點平均粗糙度））不同之反光電極所產生之太陽電池（AMI. 5，100mW/ cm2)之光電流（短路電流）和開路電壓的特性。圖8 中，短路電流隨凸和凹部變大而增加。這是因爲主要由網紋結構所造成的光限制效應增加吸入光電轉換層的光。從表面粗糙度（凸和凹部的尺寸）約3 0 nm的點降低開路電壓》實施例的接面不均造成開路電壓降低。形成本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） ^------_—J -裝— (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) •訂. i(球· -9 - 經濟部中央標準局員工消費合作杜印製 A7 ___B7_ 五、發明説明（7 ) 於具有不平表面（凸和凹部）之反光電極上的光電轉換層有P I N接面結構。薄P型或N型層的表面粗糙度爲1 〇至30nm， I型層的表面粗糙度爲300至500nm 。當基膜有凹凸形狀時，藉由基膜凹凸形狀的影響，形成於基膜上之光電轉換層的膜厚度不均。若不平表面的平均粗糙度等於或大於構成光電轉換層之P型或N型層的厚度，則由於此影響不可忽略，故可造成開路電壓降低。因此，當構成反光電極之鋁膜的凸和凹部大時，光限制效應增加光電流。但由於開路電壓降低，故轉換效率不能充分增進。在某一情形，提供凸和凹進一步降低轉換效率，因而不能得到有機樹脂膜的效果。對於此問題，本發明，大致不合雜質元素（雜質元素含量小於0. 1 %且非故意添加雜質元素）且做爲太陽電池反光電極的鋁膜或銀膜形成於具有不平表面且含有 0. 1至6. 0重量％ (最好0. 5至2. 0重量％)之雜質元素之矽的鋁膜上。藉此，使用不含雜質元素的鋁膜或銀膜，可減小具有不平表面之鋁凹凸形狀的影響。結果，可增加太陽電池開路電壓，因此可增進轉換效率。製造反光電極中，含有0. 1至6. 0重量％ (最好 0. 5至2. 0重量％)之雜質元素之矽的鋁做爲靶，基底溫度爲50至200 °C，最好是70至1 50 °C。因此，具有不平表面且含有諸如矽之雜質元素的鋁膜由濺射形成於基底上。再者，使用不含雜質元素的鋁或銀做爲靶，本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X29*7公釐） :—-^-----.--J 裝----:1—，訂-------{球 (讀先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ~10 - 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（8 ) 鋁膜或銀膜形成於具有不平表面的鋁上。因此，在具有尖銳不平表面且含有矽原子的鋁膜上形成不含雜質元素的鋁膜或銀膜，可形成具有細微不平表面且無尖或大的不平面的太陽電池反光電極。具有不含雜質元素的鋁膜或銀膜形成於具有不平表面之鋁膜上之反光電極的太陽電池中，短路電流和開路電壓增加，因此與具有傳統不平表面的太陽電池比較，光電轉換效率可大爲增進。當有機樹脂膜基底做爲形成構成反光電極之鋁膜的基底時，在鋁膜形成於有機樹脂膜上之前，加熱有機樹脂膜來進行除氣處理，最好在1 〇—p a以下的真空氣氛。藉中加熱或在此除氣處理的真空氣氛，除去包含在有機樹脂膜之釋放成氣體的成分，例如水。因此，與不進行上述除氣處理的情形比較，細微鋁膜形成於有機樹脂膜上。聚乙烯對酞酸酯（PET)、聚乙烯苯二甲酸酯（ PEN)、聚酯碉（PES)、聚亞胺或芳族聚醯胺可做爲有機樹脂膜基底。詳言之，當聚乙烯某二甲酸酯（ PEN)基底做爲有機樹脂膜時，在1 30至200 °C ( 1 40至1 8 0°C較佳，約1 5 0°C更好）加熱來進行有機樹脂膜基底的除氣處理。最好有機樹脂膜基底的除氣處理在真空氣氛（1 X 1 0_1Ρ a以下）進行。然後，當加熱時由濺射形成鋁膜，可得具有均勻膜品質的細微鋁膜。當加熱時使用含有雜質元素的鋁做爲靶，鋁膜由濺射形成於進行除氣處理的有機樹脂膜基底上，因本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210X297公釐）_ιι - 丨：-------^ I 裝-------:訂-----I' 線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) A7 B7 五、發明説明（9 ) 而相較於不進行除氣處理的情形，可得到具有細微均勻膜品質、適於太陽電池反光電極之不平表面（凸和凹部）、網紋結構的鋁膜。在鋁膜上形成不含雜質元素的鋁膜或銀膜，有效減小凹凸形狀。當對有機樹脂膜基底濺射時，由於含氫的氣體在濺射中藉由加熱和真空氣氛而自基底釋放，故阻礙散射到基底之鋁原子的基底附著。因此，相較於未釋放氣體的基底，鋁充分附著，因而形成低密度的鋁膜。依據本發明，預先藉由有機樹脂膜的除氣處理，防止氣體從基底釋放，因而可形成具有均勻膜品質的細微鋁膜。若基底溫度在除氣處理中增加，則除氣處理時間縮短。發明人證實在進行除氣處理的有機樹脂膜基底上形成鋁膜，在50至200°C (最好70至1 5 0°C)基底溫度使用不含雜質元素的純鋁（99. 99%)做爲靶，由 RF濺射可得到具有幾百至幾千A之晶粒尺寸（直徑）、均勻膜品質、網紋結構的細微鋁膜。經濟部中央標準局員工消費合作社印製：-^----L--J-裝-- (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 圖式簡沭圖1顯示用於實施例1的輥對輥型磁控管D C濶射裝置；圖2顯示太陽電池，其中有網紋結構的鋁膜做爲實施例1的反光電極；圖3顯示實施例1之鋁和傳統鋁膜的漫射反射比比較本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐）n 0

一 i Z 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（i〇) 結*果；圖4顯示實施例的鋁膜做爲反光電極之太陽電池和傳統鋁膜做爲反光電極之太陽電池（之入射光波長）的收集效率；圖5顯示S EM照片，代表大且異常的晶粒產生在傳統方法所形成之鋁膜的狀態；圖6顯示S EM照片，代表實施例1所形成之鋁膜的表面狀態；圖7顯示漫射反射比（入射光波長爲6 5 0 nm，標準值）對鋁膜的膜厚度；圖8顯示反光電極的凹凸形狀尺寸（平均表面粗糙度 )和反光電極之光電流和開路電壓的特性；圖9顯示實施例3和4的太陽電池剖面結構；圖10顯示用於實施例3的輥對輥型磁控管DC濺射 •裝置；圓11顯示關於實施例3之太陽電池和傳統太陽電池之特性的比較結果；圖12顯示做爲鋁膜之雜質元素之矽含量與鋁膜漫射反射比的關係；圖13A和13B顯示鋁膜的表面SEM照片；圖1 4A和1 4 B顯示鋁膜的表面S EM照片；圖15顯示障壁層是氧化鋅之情形和障壁層是不銹鋼之情形之太陽電池短路電流的比較結果；圖1 6解釋漫射反射比；本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -13 - I.----L-IJ-裝----.——~訂-----乂龈 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局員工消費合作杜印製 A7 ________B7 五、發明説明（11 ) 圖17顯示平均表面粗糙度與漫射反射比的關係圖18顯示電漿CVD裝置；圖19顯示本發明之太陽電池的收集效率和反射比對入射光波長；圖2 0顯示實施例之太陽電池和傳統太陽電池的特性比較結果。較佳實施例詳述實施例1 此實施例顯示薄膜太陽電池的例子，使用具有網紋結構且形成於撓性有機樹脂膜基底上的鋁膜做爲反光電極。聚乙烯某二甲酸酯（P E N )膜做爲有機樹脂膜基底。輥對輥型磁控管D C濺射裝置形成鋁膜。聚乙烯對酞酸酯（PET)、聚酯硕（PES)、聚亞胺或芳族聚醯胺可做爲有機樹脂膜基底。可進行R F濺射。圖1顯示用於實施例1的輥對輥型磁控管D C濺射裝置。圓2顯示具有網紋結構的鋁膜做爲實施例1之反光電極的太陽電池" 進行除氣處理以除去吸入有機樹脂膜的氣體。

圖1之裝置的室1中，做爲撓性有機樹脂膜基底5的 PEN膜輥（50至1 50//m厚，在實施例爲75/zm )經由罐3設到退繞機及捲繞機4，因而由張力固持。設在退繞機2、罐3、捲繞機4的驅動馬達（未顯示）可轉移有機樹脂膜基底5。旋轉泵（未顯示）抽空室1到1 X 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐）：—^-----.— ίΛ .裝-- (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 -14 - 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（12 ) 1 O-ip a以下，在實施例爲1 X 1 〇-3P a以下，以得到真空狀態。諸如金靥模調溫器的罐加熱裝置（未顯示）控制罐3 的溫度，因而轉動罐3來加熱整個有機樹脂膜。有機樹脂膜基底5的基底溫度爲130至200 °C，140至 1 80 °C較佳，約1 50 °C更好。控制基底轉移速度，以保持有機樹脂膜基底5的上述基底溫度幾分鐘，最好5分鐘以上，因而進行除氣處理。在有機樹脂膜基底5的除氣處理後，室1再度在1 X 1 〇-5P a等級抽空，得到真空狀態。在抽空後，使用加入1. 0重量％之矽原子的鋁靶6來放電，然後膜被罐3 轉移，因而進行D C濺射。鎳或銅也可做爲加入鋁靶的雜質元素。使用後側的水將靶冷卻。預濺射（預塗覆）約3 0分鐘。施加功率爲 0. 8kW。濺射氣體爲氬（Ar)，以lOOsccm 引入室中。濺射壓力設爲0. 5Pa。藉由罐3的溫控，有機樹脂膜基底5的基底溫度爲 50至1 80°C，70至1 50°C較佳，在實施例爲 150°C。膜形成速度爲700至7000A/mi η，在實施例爲700Α。形成2000至20000Α厚的膜，在實施例爲2800Α。鋁膜的膜形成條件例子如下。 T— S 距離. ：85mm 耙尺寸：5 X 5吋本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐）~~~ -15 - τ--^-----_--i.裝-- (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) •、va 心 Viti7 A7 B7 0 . 5 P a lOOsccm的氬 1. 6 至 10_ 8xlO-2W/cm2 A1(Si摻雜〇至2重量％) 在150 °C 6分鐘 7 0 至 1 5 0 ΐ 0有細微網紋結構。構成凸部之晶體的平均粒度（直徑）爲幾百至幾千Α。形成鋁膜的雜質元素含量爲0. 9%。形成鋁膜的平均表面粗糙度爲60nm 〇圖6顯示S EM照片，代表實施例1所形成之鋁膜的表面狀態。未看到大且異常生長的晶體。爲了比較，在有機樹脂膜基底5的溫度爲7 0°C和 1 5 0°C的情形，形成的鋁膜厚度和晶體生長圖呈現如下〇經濟部中央標隼局員工消費合作社印製五、發明説明（13 ) 濶射壓力濺射氣體施加功率密度靶膜預烘焙基底溫度形成的鋁膜 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 圖13A和13B顯示使用加入〇. 5重量％之矽原子的鋁靶所形成之鋁膜和不加入矽原子的鋁靶所形成之鋁膜的表面S EM照片（在有機樹脂膜基底5的溫度設爲 70°C的情形）。圖14A和14B顯示使用加入0. 5 重量％之矽原子的鋁靶所形成之鋁膜和不加入矽原子的鋁靶所形成之鋁膜的表面SEM照片（在有機樹脂膜基底5 的溫度設爲15 0°C的情形）。圖1 4A和1 5 B中，當基底溫度增加時，得到有大粒度的晶體，當膜厚度增加時，也得到有大粒度的晶體。本紙張尺度適用中國國家標隼（CNS ) A4規格（210X 297公釐） "16 ~ 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（14 ) 當添加矽原子時，有相同粒度的晶體均句生長。因此，有細微網紋結構的鋁膜1 〇可形成於撓性有機樹脂膜基底5上。構成網紋結構之晶體的粒度隨銘膜的膜厚度增加而變大。圖7代表漫射反射比（入射光波長爲6 5 0 nm，標準值）對鋁膜的膜厚。圖7中，在2000A至 2 Ο Ο Ο 0A範圍’漫射反射比隨鋁膜的膜厚度增加而增加。 1 0 0至3 Ο Ο 0A (在實施例約8 Ο 0A)厚的氧化鋅（ZnO)由濺射形成障壁層11。10至500A (例如5 0A)厚的不銹鋼可做爲障壁層1 1。也可使用鈦（Ti)、鉻（Cr)等。圖1 5顯示障壁層是氧化鋅（Ζ η ◦)之情形和障壁層是不銹鋼之情形之太陽電池的短路電流測量結果。圖 1 5中，使用氧化鋅（ZnO)做爲障壁層，這是因爲它容易吸收光的長波長分量。形成功率產生層1 2。使用非晶矽膜，由電漿化學蒸鍍（CVD)形成300A厚的N型層、3000A厚的 I型層、2 0 0A厚的P型層。N型層和p型層可爲微晶矽薄膜或具有微晶的非晶矽薄膜。然後，8 0 0A厚的I TO (氧化銦鍚）膜由濺射形成透明電極1 3。接線電極由印刷方法形成，然後處理而完成太陽電池。有網紋結構之實施例的鋁膜與沒有網紋結構的傳統金吕本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（2I0X297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) -裝. 訂 -17 - 經濟部中央標隼局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（l5 ) 膜（基底溫度在濺射時爲室溫，靶爲99. 99%純鋁）比較。二者中，使用在1 5 0°C進行除氣處理5分鐘的基底。圖3顯示實施例1之鋁膜和傳統鋁膜的漫射反射比比較結果。漫射反射比是從積分反射比減去鏡（方向）反射比所得的值（見圖1 6 )。圖3中，實施例所形成之鋁膜的漫射反射比大爲增加。圖4顯示實施例的鋁膜做爲反光電極之太陽電池和傳統鋁膜做爲反光電極之太陽電池（之入射光波長）的收集效率。圖4中，使用實施例的鋁膜做爲反光電極來形成太陽電池，入射光之長波長分量（波長約5 0 0至 8 0 0 nm)的收集效率可大爲增進。圖19顯示鋁膜漫射反射比爲8%、24%、70% 之情形之樣本的收集效率和反射比對入射光波長（在使用實施例的鋁膜做爲反光電極所形成的太陽電池中）。圖 1 9中，當漫射反射比大時，長波長分量的收集效率大，長波長分量的反射比小。小反射比代表入射光的有效使用，這是因爲用於光電轉換的光量大。圖2 0顯示實施例之太陽電池和傳統太陽電池的特性比較結果。用於比較之太陽電池的面積爲1 cm2。圖 2 0中，相較於傳統太陽電池，實施例之太陽電池的開路電壓雖減少約1 %，但實施例之太陽電池的短路電流增力口約1 1% »因此，光電轉換效率可增進約8%。實施例中，不進行有機樹脂膜基底5的除氣處理，當本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐）_18 丨U-----.--J-裝--------訂-----^ 線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 _____B7 五、發明説明（i6) 濺射形成鋁膜（加入1. 〇重量％的矽原子做爲雜質元素 )時，生長晶粒而得到網紋結構。但膜品質變差，相較於進行除氣處理的情形，導電性、光反射比等降低。實施例2 此實施例中，由RF濺射在玻璃基底上形成鋁膜，製成太陽電池。基底是Coming 7059玻璃。此基底置於室中，室再抽空到7 X 1 〇-4P a而得到真空狀態。基底溫度爲50至200 °C，70至150 °C較佳，在實施例爲1 5 0°C。預濺射（預塗覆）30分鐘。主濺射10分鐘。濺射壓力爲0. 5Pa。濶射氣體爲氬（Ar)，以 8 5 s c cm引入。濺射功率爲1 . 3W/cm2。濺射率（膜形成率）爲300A/min。因此，加入1. 0重量％之矽原子的鋁膜形成 3 0 0 0A厚。鋁膜有細微網紋結構，構成凸部之晶體的平均粒度爲幾百至幾千A。1 0 0至3 0 0 0A (在實施例約800A)厚的氧化鋅（ZnO)由濺射形成障壁層〇形成功率產生層。使用非晶矽膜，由電漿C VD形成 300A厚的N型層、3000A厚的I型層' 200A 厚的P型層。N型層和P型層可爲微晶矽薄膜或具有微晶的非晶矽薄膜。然後，800A厚的I TO膜由濺射形成透明電極。本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐）_19 _ 1- _ - - 1 I i·- L— - -I HI - -- -I n 1. - I- - 一 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 ________B7 五、發明説明（17 ) 接線電極由印刷方法形成，然後處理而完成太陽電池。因此’使用加入1. 0重量％之矽做爲雜質元素的銀靶，使用RF濺射所形成的鋁膜（有網紋結構），太陽電池製於玻璃基底上。由於相較於平坦鋁膜做爲反光電極的傳統情形，有效吸收光的長波長分量，故光電轉換效率可大增。實施例3 此實施例中，有網紋結構的鋁膜和形成其上的銀膜（減小形成於鋁膜表面上的凸和凹部）形成於撓性有機樹脂膜基底上而得到反光電極，使用所得的反光電極產生薄膜太陽電池。圖9顯示實施例3之太陽電池的剖面結構。此太陽電池包含有機樹脂膜製的基底2 0 1、反光電極、非晶矽製的光電轉換層2 0 6、I TO (氧化銦鍚）合金製的透明電極2 0 7、形成於透明電極2 0 7上的輔助電極2 0 8 。反光電極有凹凸形且含有矽原子的鋁膜2 0 2、不銹鋼製的漫射阻隔層203、銀膜204、氧化鋅膜205，這些膜相疊。可使用不含雜質元素的鋁膜取代銀膜2 0 4 〇輥對輥型磁控管DC(直流）濺射裝置形成用於太陽電池反光電極的電極膜。有機樹脂膜基底是7 5 Mm厚的聚乙烯菓二甲酸酯（PEN)膜。聚乙烯對酞酸酯（ PET)、聚酯硕（PES)、聚亞胺等也可做爲有機樹本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（21〇X297公釐)~~ ~ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂. 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A 7 B7 五、發明説明（18 ) 脂膜基底。也可進行磁控管高頻（射頻’ RF)濺射。圖1 0顯示用於實施例3的輥對輥型磁控管D C濺射裝置。圖1 0中，50至1 50em (在實施例爲 7 5 //m)厚且做爲撓性有機樹脂膜基底3 0 5的P EN 膜置於室301 ，經由罐303設到退繞機304 ’因而由張力固持。設在退繞機302、罐303、捲繞機 3 0 4的驅動馬達（未顯示）轉移有機樹脂膜基底3 0 5 〇耙 306 — 1、306 — 2、306-3、306 — 4沿著基底轉移方向。設在靶與基底之間的縫隙及要供應的放電功率控制沈積速度。使用含有0.1至6. 0重量％(在實施例爲1. 0 重量％)之雜質元素之矽原子的鋁靶，靶3 0 6 — 1用來形成具有不平表面的鋁膜。靶3 0 6 _ 2由不銹鋼製成，用來形成漫射阻隔層，使形成的鋁膜不與其上的銀膜反應。靶3 0 6 _ 3由銀製成，用來形成減小凹凸形狀的膜* 可使用不含雜質元素的鋁取代銀。靶3 0 6_4由氧化碎製成，用來形成漫射阻隔層，使基膜不與其上的矽反應。諸如旋轉泵的抽空系統3 0 8將室3 0 1抽空到約 1 X 1 0_3P a ，得到真空狀態。在形成膜前，進行除氣處理以除去吸入有機樹脂膜之氣氛中的氣體。罐加熱裝置3 0 9控制罐3 0 3的溫度，因而基底 3 0 5的轉移和罐3的轉動可加熱有機樹脂膜基底3 0 5 。除氣處理的基底溫度爲130至200 °C，140至本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210 X 297公釐） i n^i n^i -1 —^n K^i ^ 0¾ . .f 1.¾ (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) -21 A7 B7 五、發明説明（l9 ) 1 8 0°C較佳，在實施例爲1 5 0°C。控制基底轉移速度，以將有機樹脂膜基底3 0 5的上述基底溫度保持幾分鐘，最好5分鐘以上，而對整個輥狀膜基底進行除氣處理。在有機樹脂膜基底3 0 5的除氣處理後，室3 0 1再度在1 X 1 〇-5P a等級抽空，得到真空狀態。在真空抽空後，純氬氣從供氣系統307以1 00 s c cm引入室 301。室301由設在抽空系統308的壓力調節單元保持在0. 5Pa壓力。然後，將直流功率送到靶而產生輝光放電，引發濺射膜形成。進行預濺射（預塗覆），除去黏在靶表面上的污染。實施例中，當轉移有機樹脂膜基底3 0 5時，預濺射 30分鐘。藉由接到罐303的罐加熱裝置309 ，控制有機樹脂膜基底3 0 5的基底溫度，以保持5 0至 200°C (在實施例爲150°C)。在預濺射後，進行主濺射。直流功率和膜基底轉移速度可週整沈積在有機樹脂膜基底上的膜厚度。經濟部中央標準局員工消費合作社印製 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 實施例中，由於有不同膜形成速度的膜連續相疊，故當膜基底轉移速度恆定時，調整送到靶的直流功率來控制各層的膜厚度。鋁膜的膜形成速度可設爲7 〇至 700nm/mi η，在實施例爲 200nm/mi η，因而形成1 0 0 0 nm厚的膜。形成鋁膜的雜質元素含量爲 0 . 5 %。鋁膜的平均表面粗糙度爲9 0 nm。圖1 7顯示平均表面粗糙度與漫射反射比的關係。上述1 〇點平均粗糙度本紙張尺度ΐϊ用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） ~ 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（2〇) 測量平均粗糙度。圖1 7中，漫射反射比隨平均粗糙度增加而增加。不銹鋼膜的膜形成速度可設爲1至1 0 0 nm/ m i η，在實施例爲2 nm/m i η，因而形成1 0 nm 厚的膜。銀膜的膜形成速度可設爲1 0至5 Ο 0 nm/ m i η，在實施例爲1 0 nm/m i η，因而形成 lOOnm厚的膜β 當使用不含雜質元素的鋁取代銀時，膜形成速度爲 20 至 5〇nm/mi η，例如 20nm/mi η，因而形成lOOnm厚的膜。氧化鋅膜的膜形成速度可設爲3 0至2 5 0 nm/ mi η，在實施例爲16〇nm/mi η，因而形成 8 0 n m厚的膜》形成光電轉換層》使用圖1 8的裝置，由電漿CVD 在非晶矽層依序形成3 Ο 0A厚的N型層、5 Ο Ο 0A厚的本質I型層、200A厚的P型層。N型層和P型層可爲微晶矽薄膜或有微晶的非晶矽薄膜。在形成光電轉換層後，8 Ο 0A厚的氧化銦錫（ I TO)合金膜由濺射形成透明電極。I T ◦膜的薄片電阻爲1 00至1000Ω/平方，因此I TO膜具有如太陽電池之電極的高電阻，因而銀製的柵狀電極在I TO膜上形成輔助電極。鉛電極形成於反光電極側和透明電極側，處理而完成太陽電池。本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐）00 :-----------α-裝— (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7_五、發明説明（21 ) 圖11顯示光電轉換層3之太陽電池與使用凹凸形狀之鋁膜所產生之傳統太陽電池的電流-電壓特性比較結果。如圖1 1 ，實施例3的太陽電池中，相較於傳統太陽電池，短路電流增加約0. 3mA，因此爲16. 3mA’ 開路電壓增加0.IV，因此爲0. 84V。開路電壓值與使用沒有凹凸形狀之平坦基底的情形相同。形成鋁膜（有凹凸形狀且含有矽原子）和銀膜（有減小凹凸形狀的功能）的二層結構做爲反光電極，可得此結果。使用反光電極（有凹凸形狀，疊上含有做爲反光電極之矽的鋁膜和其上的銀膜）所產生之實施例3的太陽電池中，相較於使用沒有凹凸形狀之反光電極所產生的傳統太陽電池和使用有凹凸形狀之反光電極所產生的傳統太陽電池，光電轉換效率可大增。當使用不含雜質元素的鋁膜取代銀膜時，類似於銀膜，具有不平表面之鋁膜的凹凸形狀可減小，開路電壓可增進。但由於鋁的光反射比低於銀，故短路電流減小某一程度。因此相較於使用銀的情形，太陽電池的轉換效率降到某一程度。眚施例4 此實施例中，由磁控管D C濺射在玻璃基底上反光電極而製成太陽電池。太陽電池具有與圖9相同的結構。基底爲Co r n i ng 7059玻璃。濺射裝置很普通， (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -裝. 、-°一 -1 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（21〇Χ297公釐） 24 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（22) 及時改變靶而形成反光電極。所需的靶設在反應室，基底轉移並處理，因而膜可連續形成。形成反光電極。濺射裝置的室中，在放置玻璃基底和加入0. 1至6. 0重量％ (在實施例爲1· 0重量％) 之雜質元素之矽原子的鋁靶後，室抽空到1 X 1 〇-4P a ，得到真空狀態。基底溫度爲50至200 °C，70至 1 50°C較佳，在實施例爲1 50°C。預濺射（預塗覆）30分鐘。然後，進行在基底上形成膜的主濺射。主濺射中，濺射氣體爲氬（Ar)，以 85sccm送入室中，使得室的壓力保持在〇. 5Pa 〇當8 0 0W直流功率施於靶時，得到1 〇〇 nm/ mi η的膜形成速度。因此，藉由10分鐘的膜形成，形成1 0 0 0 nm厚且含有矽原子的鋁膜。形成的鋁膜在表面上有凹凸形狀。在靶改變後，藉由相同方式，1至2 0 nm (在實施例爲10nm)厚的不銹鋼膜、10至200nm (在實施例爲lOOnm)厚的銀膜、10至300nm (在實施例爲8 0 nm)厚的氧化鋅膜依序相疊。爲形成光電轉換層，使用非晶矽膜，由電漿CVD形成30nm厚的N型層、500nm厚的I型層、 2 0 nm厚的P型層。N型層和P型層可爲微晶矽薄膜或有微晶的非晶矽薄膜。 8 0 nm厚的氧化銦鍚（I TO)合金膜由濺射形成本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（ 210X297公釐）_ -------.--.J-裝------訂-----^ 踩 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（23 ) 透明電極。I TO膜的薄片電阻爲100至1 000Ω/ 平方，因此I TO膜具有如太陽電池之電極的高電阻，因而銀製的柵狀電極在I T 0膜上形成輔助電極。鉛電極形成於反光電極和透明電極，處理而完成太陽電池。形成於玻璃基底上之實施例4的太陽電池中，相較於銀膜不形成於有不平表面之鋁膜之的傳統太陽電池，開路電壓增加，轉換效率可增進。如上述，藉由本發明，可形成具有細微網紋結構的銘膜做爲太陽電池反光電極。使用具有細微網紋結構之鋁膜做爲反光電極的太陽電池中，相較於使用傳統平坦鋁膜的情形，光電轉換效率可大增。由於可防止異常且大的晶體生長，故可防止短路發生在太陽電池的透明電極與反光電極之間。再者，在有網紋結構的鋁膜上形成銀或鋁膜，相較於構成反光電極的鋁膜只有凹凸形狀的情形，可得到有細微網紋結構而無尖銳凹凸形狀的太陽電池反光電極。使用反光電極的太陽電池中，相較於使用有凹凸形狀之反光電極的傳統太陽電池，開路電壓增加，因此光電轉換效率可大增。再者，當使用有機樹脂膜基底時，可得到有細微且均勻網紋結構的鋁膜。使用鋁膜做爲反光電極，有機樹脂膜基底上之太陽電池的光電轉換效率可大增。本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -I----Γ- ---I 訂-----1^ 球-------广--_—------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) _26 -

Claims

附件1: 經濟部中央揉準局員工消費合作社印製 ΨΜΙΆΆίΐ民•啤月修正Ιί彻/4 六、申請專利範圍 — 1. —種太陽電池，包括：基底；形成於基底上的反光電極：形成於電極上的光電轉換層；形成於該層上的透明電極，其中反光電極具有包含〇·1至6. 0%雜質元素之矽、鎳、銅之至少一種的第一鋁膜，和形成於第—鋁膜上且不含雜質元素的第二鋁膜，其中第一鋁膜的平均表面粗糙度在5 〇 nm以上。 2. —種太陽電池，包括：基底；形成於基底上的反光電極；形成於電極上的光電轉換層：形成於該層上的透明電極，其中反光電極具有包含0·1至6. 0%雜質元素之矽、鎳、銅之至少一種的鋁膜，和形成於鋁膜上且不含雜質元素的鋁膜，其中鋁膜的平均表面粗糙度在5 O n m以上。 3. 如申請專利範圍第1項的太陽電池，其中雜質元素爲矽。 4 .如申請專利範圍第2項的太陽電池，其中雜質元素爲矽。 5.如申請專利範圍第1項的太陽電池，其中基底包含有機樹脂膜。本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（2丨0X297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂經濟部中央標準局貝工消費合作社印製 A8 B8 C8 D8 7、申請專利範圍 6. 如申請專利範圍第2項的太陽電池，其中基底包含有機樹脂膜。 7. 如申請專利範圍第5項的太陽電池’其中有機樹脂膜由聚乙烯對酞酸酯、聚乙烯棻二甲酸酯、聚酯砚、聚亞胺、芳族聚醯胺之一構成* 8. 如申請專利範圍第6項的太陽電池’其中有機樹脂膜由聚乙烯對酞酸酯、聚乙烯棻二甲酸醋、聚酯碩、聚亞胺、芳族聚醯胺之一構成。 9 _ 一種太陽電池之電極的製造方法’包括下列步驟使用含有0.1至6. 0重量％之砍、鎳、銅之至少 —種的鋁做爲靶，在5 0至2 0 0°C基底溫度由猫射在基底上形成具有不平表面的第一鋁膜；- 在第一鋁膜上形成第二鋁膜和銀膜之一’ 其中第一鋁膜的表面平均粗糙度爲5 0 11111或更大’ 第二鋁膜和銀膜之一沒有雜質元素° 1 0 .如申請專利範圍第9項的方法’其中包含在祀的雜質元素是矽。 1 1 .如申請專利範圍第9項的方法’其中基底包含有機樹脂膜。 1 2 ·如申請專利範圍第1 1項的方法’其中有機樹脂膜由聚乙烯對酞酸酯、聚乙烯萘二甲酸酯、聚酯硪、聚亞胺、芳族聚醯胺之一構成。 1 3 .如申請專利範圍第1 1項的方自’在形成第一本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐）。 (請先閔讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂線 A8 Βδ C8 D8 、申請專利範圍鋁膜之前，進一步包括步驟；加熱有機樹脂膜基底以從基底釋放氣體 I.---------< II (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂經濟部中央標準局員工消費合作社印裝本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（2丨0X297公釐）