TWI389327B - Structure and manufacturing method of amorphous silicon germanium film combined with single crystal silicon substrate - Google Patents

Description

非晶矽鍺薄膜結合單晶矽基板之太陽電池結構與製造方法

本發明為有關太陽電池，尤其關於一種非晶矽鍺薄膜結合單晶矽基板之太陽電池結構與製造方法。

太陽能電池是將太陽能轉換為電能的裝置，且不需要透過電解質來傳遞導電離子，而是改採P型與N型半導體產生PN介面來獲得電位，當半導體受到太陽光的照射時，大量的自由電子伴隨而生，帶負電的電子向N型半導體處移動，而此電子的移動產生了電流，也就是在PN介面處產生電位差以形成可供儲存的電能。

而太陽能電池的材料，主要可以分為單晶矽、多晶矽和非晶矽三大類，單晶矽太陽能電池的光電轉換效率最高，使用年限也較長，比較適合發電廠或交通照明號誌等場所的使用。

其中，多晶矽太陽能電池，因其多晶特性，再切割和再加工的手續上，比單晶太陽能電池和非晶矽太陽能電池更加困難，效率方面也比單晶矽太陽能電池低，而非晶矽太陽能電池，由於其價格最便宜，生產速度也最快，所以非晶矽太陽能電池也比較常應用在消費性電子產品上。

由於，太陽能電池的光電轉換效率為影響其電能的主要因素，因此如何增加單晶矽太陽能電池的光電流，以進一步增加光電轉換效率已成為亟待解決的技術問題。

爰是，本發明的目的在於設計能增加吸收太陽光波中長波長的一種非晶矽鍺薄膜結合單晶矽基板之太陽電池結構與製造方法。

基於上述目的本發明為一種非晶矽鍺薄膜結合單晶矽基板之太陽電池結構，其包含：一P型單晶矽基板、一N型非晶矽鍺薄膜結構、一透明導電層、複數金屬電極、一背面電場與一背面金屬電極層；該P型單晶矽基板具兩面，為一上表面與一下表面，該N型非晶矽鍺薄膜結構設置於該P型單晶矽基板的該上表面，該透明導電層堆疊設置於該N型非晶矽鍺薄膜結構上，該金屬電極設置於該透明導電層上，並貫穿該透明導電層而與該N型非晶矽鍺薄膜結構連結設置，該背面電場設置於該P型單晶矽基板的該下表面，該背面金屬電極層設置於該背面電場下。

本發明為一種非晶矽鍺薄膜結合單晶矽基板之太陽電池製造方法，其步驟包含：製備一P型單晶矽基板具有兩表面，其為一上表面與一下表面，對該上表面進行濕式蝕刻製程，形成具有粗糙面結構的該上表面；再使用共濺鍍法在該上表面上形成一N型非晶矽鍺薄膜結構。

再使用濺鍍法於該N型非晶矽鍺薄膜上形成一透明導電層；並以網版印刷技術於該透明導電層形成複數金屬薄膜，據此形成該金屬電極。

再經高溫燒結程序，於該P型單晶矽基板的下表面形成一背面電場與一背面金屬電極層，使該背面金屬電極層能驅入到該P型單晶矽基板上，使該P型單晶矽基板與該背面金屬電極層形成該背面電場；同時，該金屬電極也會貫穿該透明導電層，並連接於該N型非晶矽鍺薄膜的結構上。

藉由上述技術方案，本發明為一種非晶矽鍺薄膜結合單晶矽基板之太陽電池結構與製造方法，其具有下列優點：

一、由習知技術中可知，非晶矽鍺對太陽光的吸收性比矽強約500倍，所以可輕易把太陽光的能量有效地吸收。

二、而本發明為提升太陽電池的轉換效率，而加入該N型非晶矽鍺薄膜，藉由非晶矽鍺會讓能隙越高的特性，而去吸收波長較短的光，本發明結合單晶矽電池與可吸收短波長的該N型非晶矽鍺薄膜，不僅可提升轉換效率，也進一步顧及商業成本。

茲有關本發明的詳細內容及技術說明，現以實施例來作進一步說明，但應瞭解的是，該等實施例僅為例示說明的用途，而不應被解釋為本發明實施的限制。

請參閱「圖1、2」所示，為本發明的結構示意圖與流程示意圖，本發明為一種非晶矽鍺薄膜結合單晶矽基板之太陽電池結構，其包含：一P型單晶矽基板10、一N型非晶矽鍺薄膜20結構、一透明導電層30、複數金屬電極40、一背面電場50與一背面金屬電極層60；該P型單晶矽基板10具兩面，為一上表面11與一下表面12，且該上表面11為粗糙面結構，該N型非晶矽鍺薄膜20結構設置於該P型單晶矽基板10的該上表面11，該N型非晶矽鍺薄膜20結構的厚度為0.5~2微米，該透明導電層30堆疊設置於該N型非晶矽鍺薄膜20結構上，該金屬電極40設置於該透明導電層30上，並貫穿該透明導電層30而與該N型非晶矽鍺薄膜20結構連結設置，且該金屬電極40以指狀交叉形式分佈呈現，該背面電場50設置於該P型單晶矽基板10的該下表面12，該背面金屬電極層60設置於該背面電場50下。

如「圖2」中所示，本發明為一種非晶矽鍺薄膜結合單晶矽基板之太陽電池製造方法，其步驟包含：步驟S1：開始；以及步驟S2：製備一P型單晶矽基板10具有兩表面，其為一上表面11與一下表面12，對該上表面11進行濕式蝕刻製程，形成具有粗糙面結構的該上表面11。

步驟S3：使用共濺鍍法在該上表面11上形成一N型非晶矽鍺薄膜20結構，而該N型非晶矽鍺薄膜20的設置方式，為選自於共濺鍍與共蒸鍍的任一種。

步驟S4：再使用濺鍍法於該N型非晶矽鍺薄膜20上形成一透明導電層30，該透明導電層30為選自於氧化銦錫與氧化鋅的任一種，該透明導電層30亦可同時作為習知技術的抗反射層之用；而步驟S5：並以網版印刷技術於該透明導電層30形成複數金屬薄膜，據此形成該金屬電極40。

步驟S6：經高溫燒結程序，於該P型單晶矽基板10的下表面12形成一背面電場50與一背面金屬電極層60，使該背面金屬電極層60能驅入到該P型單晶矽基板10上，使該P型單晶矽基板10與該背面金屬電極層60形成該背面電場50，其中經高溫燒結程序前，於該P型單晶矽基板10上形成該背面電場50與該背面金屬電極層60的方式，為選自於網版印刷、金屬蒸鍍與濺鍍的任一種；同時，該金屬電極40也會貫穿透明導電層30，並連接於該N型非晶矽鍺薄膜20的結構上；步驟S7：結束。

上述技術中，其蝕刻方式為選自於KOH與NaOH的任一種，該粗糙化表面圖形經KOH或NaOH蝕刻形成具有粗糙面結構的該上表面11。

由於，習知技術中仍多以單晶矽太陽能電池為主，其較大的缺點為光吸收係數小，無法有效吸收大部分的太陽光譜。因此為了增加單晶矽太陽電池的光吸收效率，本發明設有該N型非晶矽鍺薄膜20以大幅提高太陽能電池對太陽光譜短波長光的吸收，且該N型非晶矽鍺薄膜20的製作成本低，所以，本發明結合效率較高的單晶矽電池技術與低成本可吸收短波長的該N型非晶矽鍺薄膜20，不僅可提升轉換效率，也進一步顧及商業成本，以提升大眾使用率。

惟上述僅為本發明的較佳實施例而已，並非用來限定本發明實施的範圍。即凡依本發明申請專利範圍所做的均等變化與修飾，皆為本發明專利範圍所涵蓋。

10．．．P型單晶矽基板

11．．．上表面

12．．．下表面

20．．．N型非晶矽鍺薄膜

30．．．透明導電層

40．．．金屬電極

50．．．背面電場

60．．．背面金屬電極層

圖1為本發明的結構示意圖。

圖2為本發明的流程示意圖。

10．．．P型單晶矽基板

11．．．上表面

12．．．下表面

20．．．N型非晶矽鍺薄膜

30．．．透明導電層

40．．．金屬電極

50．．．背面電場

60．．．背面金屬電極層

Claims (10)

1. 一種非晶矽鍺薄膜結合單晶矽基板之太陽電池結構，其包含有：一P型單晶矽基板，該P型單晶矽基板具兩面，為一上表面與一下表面；一N型非晶矽鍺薄膜結構，該N型非晶矽鍺薄膜結構設置於該P型單晶矽基板的該上表面；一透明導電層，該透明導電層堆疊設置於該N型非晶矽鍺薄膜結構上：複數金屬電極，該金屬電極設置於該透明導電層上，並貫穿該透明導電層而與該N型非晶矽鍺薄膜結構連結設置；一背面電場，該背面電場設置於該P型單晶矽基板的該下表面；以及一背面金屬電極層，該背面金屬電極層設置於該背面電場下。
2. 如申請專利範圍第1項所述的非晶矽鍺薄膜結合單晶矽基板之太陽電池結構，其中於該P型單晶矽基板的上表面為粗糙面結構。
3. 如申請專利範圍第1項所述的非晶矽鍺薄膜結合單晶矽基板之太陽電池結構，其中該金屬電極貫穿該透明導電層而與該N型非晶矽鍺薄膜結構連結設置，且該金屬電極以指狀交叉形式分佈呈現。
4. 如申請專利範圍第1項所述的非晶矽鍺薄膜結合單晶矽基板之太陽電池結構，其中該N型非晶矽鍺薄膜結構的厚度為0.5~2微米。
5. 一種非晶矽鍺薄膜結合單晶矽基板之太陽電池製造方法，步驟包含有：a.製備一P型單晶矽基板具有兩表面，其為一上表面與一下表面，對該上表面進行濕式蝕刻製程，形成具有粗糙面結構的該上表面；b.使用共濺鍍法在該上表面上形成一N型非晶矽鍺薄膜結構；c.再使用濺鍍法於該N型非晶矽鍺薄膜上形成一透明導電層；d.並以網版印刷技術於該透明導電層上形成複數金屬薄膜，據此形成該金屬電極；e.經高溫燒結程序，於該P型單晶矽基板的下表面形成一背面電場與一背面金屬電極層，使該背面金屬電極層能驅入到該P型單晶矽基板上，使該P型單晶矽基板與該背面金屬電極層形成該背面電場；同時，該金屬電極也會貫穿該透明導電層，並連接於該N型非晶矽鍺薄膜的結構上。
6. 如申請專利範圍第5項所述的非晶矽鍺薄膜結合單晶矽基板之太陽電池製造方法，其中蝕刻方式為選自於KOH與NaOH的任一種。
7. 如申請專利範圍第6項所述的非晶矽鍺薄膜結合單晶矽基板之太陽電池製造方法，其中該粗糙化表面圖形經KOH蝕刻形成具有粗糙面結構的該上表面。
8. 如申請專利範圍第5項所述的非晶矽鍺薄膜結合單晶矽基板之太陽電池製造方法，其中該透明導電層為選自於氧化銦錫與氧化鋅的任一種。
9. 如申請專利範圍第5項所述的非晶矽鍺薄膜結合單晶矽基板之太陽電池製造方法，其中設置該N型非晶矽鍺薄膜的方式，為選自於共濺鍍與共蒸鍍的任一種。
10. 如申請專利範圍第5項所述的非晶矽鍺薄膜結合單晶矽基板之太陽電池製造方法，其中經高溫燒結程序前，於該P型單晶矽基板上形成該背面電場與該背面金屬電極層的方式，為選自於網版印刷、金屬蒸鍍與濺鍍的任一種。