TWI390745B - 薄膜太陽能電池 - Google Patents

Description

薄膜太陽能電池

本發明係有關於一種薄膜太陽能電池，特別是有關於一種由多個不同粒徑之奈米級微粒所組成之抗反射層以及具有此抗反射層之薄膜太陽能電池。

隨著全世界環保意識的高漲，各先進國家開始大量的投入研製和開發薄膜太陽能電池，通常為了減少入射太陽光於薄膜太陽能電池表面產生反射現象，會在薄膜太陽能電池表面形成一抗反射層，進而提高入射太陽光之穿透率與光電轉換效率，因此，為了達到較高的光電轉換效率，業界持續在抗反射膜層進行相關之技術探究，如美國早期公開專利號US20070116966揭露一種抗反射層的製作方式，係藉由真空製程方式以在薄膜太陽能電池之玻璃基板上濺鍍一梯漸層(graded layer)之抗反射薄膜，據此可降低光反射效應以達到光電轉換效率之改善。另，美國公告專利號US6734352揭露一種形成在玻璃基板上具有多個微米級顆粒所構成之抗反射膜，同時在玻璃基板與透明導電膜之間形成具有多層結構(上下層分別使用高折射率與低折射率之物質)之墊層，可藉以改善薄膜太陽能電池整體之光穿透率。

鑒於上述習知技術中，製作抗反射層的相關技術仍多所限制，必須在真空環境下製作具有較佳穿透率之抗反射膜層，或者形成上下層結構的墊層並搭配抗反射膜層，實屬耗費相當高的製作成本與時間。

為了解決上述問題，本發明主要提出一種具有抗反射層之薄膜太陽能電池，其中此抗反射層係由不同粒徑之奈米級微粒所組，同時這些不同粒徑之奈米級微粒主要由不同之折射率之鈦氧化物與矽氧化物所構成，且在薄膜太陽能電池之基板之表面上形成不連續之面貌。

因此，本發明之主要目的，在於提供一種薄膜太陽能電池，藉由其抗反射層係由多個不同奈米級粒徑之微粒所組成，可形成一不連續之表面，據此可有效降低光反射之效應，進而提升薄膜太陽能電池之光穿透率與光電轉換效益。

本發明之次要目的，在於提供一種薄膜太陽能電池，其中此抗反射層係由多個不同粒徑之奈米級微粒所組成，藉以形成一同時具有高折射率與低折射率之薄膜。

本發明之再一目的，在於提供一種薄膜太陽能電池，其中此抗反射層係由多個不同粒徑之奈米級微粒所組成，當入射光之波長為560奈米時，則自薄膜太陽能電池之抗反射層、基板到前電極層之間具有大於74%之光穿透率。

本發明之又一目的，在於提供一種薄膜太陽能電池，其中此抗反射層係由多個不同粒徑之奈米級微粒所組成，當入射光之波長為800奈米時，則自薄膜太陽能電池之抗反射層、基板到前電極層之間具有大於77%之光穿透率。

本發明之再一目的，在於提供一種薄膜太陽能電池，其中此抗反射層係在非真空環境下製作完成，可大幅降低其製作成本與時間。

由於本發明係揭露一種薄膜太陽能電池及其抗反射層係由多個不同粒徑之奈米級微粒所組成者，其中所利用的太陽能電池之光電轉換原理，已為相關技術領域具有通常知識者所能明瞭，故以下文中之說明，不再作完整描述。同時，以下文中所對照之圖式，係表達與本發明特徵有關之結構示意，並未亦不需要依據實際尺寸完整繪製，盍先敘明。

首先參考第1A圖，為本發明之第一較佳實施例，係一種薄膜太陽能電池10之結構，至少包含一基板11、一前電極層12、一光吸收層13、一背電極層14與一抗反射層15，其中基板11包含一朝向入射光L1之第一表面111以及與第一表面111相向之一第二表面112，而抗反射層15係藉由非真空製作方式而形成在基板11之第一表面111上，抗反射層15係由多個不同粒徑之奈米級微粒151所組成(請參考第1B圖)，而此抗反射層15的厚度介於30奈米到70奈米之間為較佳，而抗反射層15之奈米級微粒151主要係由鈦氧化物與矽氧化物所組成。此外，前電極層12係形成在基板11之第二表面112上，而此前電極層12係為一透明導電氧化物。

請參考第1B圖，係為第1A圖之抗反射層15之局部放大圖，由於抗反射層15係由多個不同粒徑之奈米級微粒151所組成，且其直徑介於5奈米與25奈米之間，由於不同粒徑之奈米級微粒151而形成之結構使得此抗反射層15具有一不連續之面貌，可提高其透光率且降低光反射效應，進一步提高薄膜太陽能電池10的發電效率。此外，此抗反射層15為一同時具有高折射率與低折射率之薄膜，而折射率介於1.3到2.5之間為較佳，據此，當入射光之波長為560奈米時，則自抗反射層15、基板11到前電極層12之間具有大於74%之整體光穿透率；而當入射光之波長為800奈米時，則自抗反射層15、基板11到前電極層12之間具有大於77%之整體光穿透率。

此外，在上述實施例中，奈米級微粒151主要成份係由鈦氧化物與矽氧化物所組成，此外，也可以是鈰氧化物、鋁氧化物、鎂氟化物、鎂氧化物、矽氮化物、矽氧化物、鉭氧化物、鋅硫化物或矽等任何一種成份。至於如何將奈米級微粒151形成一具有不連續表面之抗反射膜層15的方式並不限制，其中以塗佈與硬化的方式為較佳。

請參考第2圖，本發明進一步提出第二較佳實施例，係一種薄膜太陽能電池20之結構，至少包含依序形成之一第一抗反射層25、一基板21、一第二抗反射層26、一前電極層22、一光吸收層23、一背電極層24與，其中基板21包含一朝向入射光L1之第一表面211以及與第一表面211相向之一第二表面212，而第一抗反射層25與第二抗反射層26係藉由非真空製作方式而分別形成在基板21之第一表面211與第二表面212上，抗反射層25係由多個不同粒徑之奈米級微粒所組成，而此抗反射層25的厚度介於30奈米到70奈米之間為較佳。此外，前電極層22係形成在基板11之第二表面112上，而此前電極層12係為一透明導電氧化物，而抗反射層15之奈米級微粒主要係由鈦氧化物與矽氧化物所組成。

請參考第3圖，本發明進一步提出第三較佳實施例，係一種薄膜太陽能電池30之結構，至少包含依序形成之一基板31、一抗反射層35、一前電極層32、一光吸收層33與一背電極層34，其中基板31包含一朝向入射光之第一表面311以及與該第一表面311相向之一第二表面312，而此抗反射層35係藉由一非真空製作方式而形成在第二表面312上，而此抗反射層35的厚度介於30奈米到70奈米之間為較佳。此外，前電極層32係形成在基板31之第二表面312上，而此前電極層32係為一透明導電氧化物，而抗反射層35之奈米級微粒主要係由鈦氧化物與矽氧化物所組成。

請接著參考第4圖，本發明再提出第四較佳實施例，係一種薄膜太陽能電池40之結構，至少依序包含一抗反射層45、一前電極層42、一光吸收層43、一背電極層44與一基板41，其中前電極層42包含一朝向入射光之第一表面421，而此抗反射層45係藉由一非真空製作方式而形成在第一表面421上，而此抗反射層45的厚度介於30奈米到70奈米之間為較佳。而此前電極層42係為一透明導電氧化物，而抗反射層45之奈米級微粒主要係由鈦氧化物與矽氧化物所組成。

此外，以上第二到第四較佳實施例所述之奈米級微粒之材質、形成方式以及組成粒徑的大小，皆如第一實施例所敘述者，其中第一到第四較佳實施例最大的不同，僅在抗反射層在薄膜太陽能電池所對應之位置的不同。

在此要特別說明的是，由於形成此抗反射層係塗佈具有多個不同粒徑之奈米級微粒，因此不須在真空環境下製作，相較於習知技術所使用濺鍍或沉積的方式所形成之抗反射層需要繁複的過程、真空的環境、複雜結構以及較高的成本與時間，本發明所提供之具有多個不同粒徑之奈米級微粒所形成之抗反射層，係以非真空方式(non-vacuum process)製作而成，不僅能夠使製程更為簡化，成本大幅的降低，並且由於同時具有不同粒徑且不同折射率之奈米級微粒，藉由調整微粒大小的比例不同，使得光穿透率之效果較佳，進而得到光電轉換效益之改善。

以上所述僅為本發明之較佳實施例，並非用以限定本發明之申請專利權利；同時以上的描述，對於熟知本技術領域之專門人士應可明瞭及實施，因此其他未脫離本發明所揭示之精神下所完成的等效改變或修飾，均應包含在申請專利範圍中。

10、20、30、40．．．薄膜太陽能電池

11、21、31、41．．．基板

111、211、311．．．第一表面

112、212、312、421．．．第二表面

12、22、32、42．．．前電極層

13、23、33、43．．．光吸收層

14、24、34、44．．．背電極層

15、25、26、35、45．．．抗反射層

151．．．奈米級微粒

L1．．．入射光

第1A圖為一示意圖，係根據本發明提出之第一較佳實施例，為一種薄膜太陽能電池之結構。

第1B圖為一局部放大圖，係根據本發明提出之第一較佳實施例，為一種具多個不同粒徑之奈米級微粒所組成之抗反射層。

第2圖為一示意圖，係根據本發明提出之第二較佳實施例，為一種薄膜太陽能電池之結構。

第3圖為一示意圖，係根據本發明提出之第三較佳實施例，為一種薄膜太陽能電池之結構。

第4圖為一示意圖，係根據本發明提出之第四較佳實施例，為一種薄膜太陽能電池之結構。

10．．．薄膜太陽能電池

11．．．基板

111．．．第一表面

112．．．第二表面

12．．．前電極層

13．．．光吸收層

14．．．背電極層

15．．．抗反射層

151．．．奈米級微粒

L1．．．入射光

Claims (22)

1. 一種薄膜太陽能電池，至少依序包含一基板、一前電極層、一光吸收層與一背電極層，其中該基板包含一朝向入射光之第一表面以及與該第一表面相向之一第二表面，其特徵在於：藉由一非真空製作方式在該第一表面上形成一抗反射層，使得該抗反射層由多個不同粒徑之奈米級微粒所組成以形成一不連續之表面，其中該等奈米級微粒分別具有不同之折射率，且該等奈米級微粒主要係由鈦氧化物與矽氧化物所組成。
2. 依據申請專利範圍第1項所述之薄膜太陽能電池，其中該等奈米級微粒之直徑介於5奈米與25奈米之間。
3. 依據申請專利範圍第1項所述之薄膜太陽能電池，其中當入射光之波長為560奈米時，則自該抗反射層、基板到前電極層之間具有大於74%之光穿透率。
4. 依據申請專利範圍第1項所述之薄膜太陽能電池，其中當入射光之波長為800奈米時，則自該抗反射層、基板到前電極層之間具有大於77%之光穿透率。
5. 依據申請專利範圍第1項所述之薄膜太陽能電池，其中該抗反射層具有厚度介於30奈米與70奈米之間。
6. 依據申請專利範圍第1項所述之薄膜太陽能電池，更進一步包含另一抗反射層形成在該基板之第二表面與該前電極層之間。
7. 依據申請專利範圍第1項所述之薄膜太陽能電池，其中該折射率係介於1.3與2.5之間。
8. 依據申請專利範圍第1項所述之薄膜太陽能電池，其中該等奈米級微粒可進一步選自於由鈰氧化物、鋁氧化物、鎂氟化物、鎂氧化物、矽氮化物、矽氧化物、鉭氧化物與鋅硫化物所構成之群組。
9. 一種薄膜太陽能電池，至少依序包含一基板、一前電極層、一光吸收層與一背電極層，其中該基板包含一朝向入射光之第一表面以及與該第一表面相向之一第二表面，其特徵在於：藉由一非真空製作方式在該第二表面上形成一抗反射層，使得該抗反射層由多個不同粒徑之奈米級微粒所組成以形成一不連續之表面，其中該等奈米級微粒分別具有不同之折射率，且該等奈米級微粒主要係由鈦氧化物與矽氧化物所組成。
10. 依據申請專利範圍第9項所述之薄膜太陽能電池，其中該等奈米級微粒之直徑介於5奈米與25奈米之間。
11. 依據申請專利範圍第9項所述之薄膜太陽能電池，其中當入射光之波長為560奈米時，則自該抗反射層、基板到前電極層之間具有大於74%之光穿透率。
12. 依據申請專利範圍第9項所述之薄膜太陽能電池，其中當入射光之波長為800奈米時，則自該抗反射層、基板到前電極層之間具有大於77%之光穿透率。
13. 依據申請專利範圍第9項所述之薄膜太陽能電池，其中該抗反射層具有厚度介於30奈米與70奈米之間。
14. 依據申請專利範圍第9項所述之薄膜太陽能電池，其中該折射率係介於1.3與2.5之間。
15. 依據申請專利範圍第9項所述之薄膜太陽能電池，其中該等奈米級微粒可進一步選自於由鈰氧化物、鋁氧化物、鎂氟化物、鎂氧化物、矽氮化物、矽氧化物、鉭氧化物與鋅硫化物所構成之群組。
16. 一種薄膜太陽能電池，至少依序包含一基板、一背電極層、一光吸收層與一前電極層，其特徵在於：藉由一非真空製作方式在在該前電極層朝入射光之一表面上形成一抗反射層，使得該抗反射層由多個不同粒徑之奈米級微粒所組成以形成一不連續之表面，其中該等奈米級微粒分別具有不同之折射率，且該等奈米級微粒主要係由鈦氧化物與矽氧化物所組成。
17. 依據申請專利範圍第16項所述之薄膜太陽能電池，其中該等奈米級微粒之直徑介於5奈米與25奈米之間。
18. 依據申請專利範圍第16項所述之薄膜太陽能電池，其中當入射光之波長為560奈米時，則自該抗反射層、基板到前電極層之間具有大於74%之光穿透率。
19. 依據申請專利範圍第16項所述之薄膜太陽能電池，其中當入射光之波長為800奈米時，則自該抗反射層、基板到前電極層之間具有大於77%之光穿透率。
20. 依據申請專利範圍第16項所述之薄膜太陽能電池，其中該抗反射層具有厚度介於30奈米與70奈米之間。
21. 依據申請專利範圍第16項所述之薄膜太陽能電池，其中該折射率係介於1.3與2.5之間。
22. 依據申請專利範圍第16項所述之薄膜太陽能電池，其中該等奈米級微粒可進一步選自於由鈰氧化物、鋁氧化物、鎂氟化物、鎂氧化物、矽氮化物、矽氧化物、鉭氧化物與鋅硫化物所構成之群組。