TWI418043B - 薄膜太陽能電池 - Google Patents

Description

薄膜太陽能電池

本發明是有關於一種薄膜太陽能電池，特別是一種將第二電極層形成於第一N型微晶矽層、N型氧化矽層及第二N型微晶矽層上的薄膜太陽能電池。

按，目前由於國際能源短缺，而世界各國一直持續研發各種可行之替代能源，而其中又以太陽能發電之太陽電池最受到矚目，太陽電池係具有使用方便、取之不盡、用之不竭、無廢棄物、無污染、無轉動部份、無噪音、可阻隔輻射熱、使用壽命長、尺寸可隨意變化、並與建築物作結合及普及化等優點。

然，傳統單一P-I-N堆疊型微晶矽太陽能電池，雖具一定之光電轉換效率，但於實際應用上仍希望藉由提昇其各項電特性並達到高效率光電轉換之目標。

有鑑於此，本發明之目的就是在提供一種薄膜太陽能電池，以增加薄膜太陽能電池的光電轉換效率。

緣是，為達上述目的，依本發明之薄膜太陽能電池，包含：基板層、位於基板層上的第一電極層、位於第一電極層上的P型微晶矽半導體層、位於P型微晶矽半導體層上的I型半導體層、位於I 型半導體層上的第一N型微晶矽層、位於第一N型微晶矽層上的N型氧化矽層、位於N型氧化矽層之上的第二N型微晶矽層以及位於第二N型微晶矽層的第二電極層。其中，N型氧化矽層更可以是N型非晶質氧化矽構成且厚度介於0至800埃。

又，本發明更提出一種薄膜太陽能電池，包含：基板層、位於基板層上的第一電極層、位於第一電極層上的光吸收層、位於光吸收層上的P型微晶矽半導體層、位於P型微晶矽半導體層上的I型半導體層、位於I型半導體層上的第一N型微晶矽層、位於第一N型微晶矽層上的N型氧化矽層、位於N型氧化矽層之上的第二N型微晶矽層以及位於第二N型微晶矽層的第二電極層。其中，N型氧化矽層更可以是N型非晶質氧化矽構成，光吸收層更可以是非晶質矽(a-Si cell)或非晶質鍺構成。此外，第一N型微晶矽層及二N型微晶矽層之厚度係較佳介於0至200埃以及N型氧化矽層之厚度係較佳介於0至800埃。

另外，本發明更提出一種薄膜太陽能電池，包含：基板層、位於基板層上的第一電極層、位於第一電極層上的第一光吸收層、位於第一光吸收層上的第二光吸收層，位於第二光吸收層上的P型微晶矽半導體層、位於P型微晶矽半導體層上的I型半導體層、位於I型半導體層上的第一N型微晶矽層、位於第一N型微晶矽層上的N型氧化矽層、位於N型氧化矽層之上的第二N型微晶矽層以及位於第二N型微晶矽層的第二電極層。其中，N型氧化矽層更可以是N型非晶質氧化矽構成，光吸收層更可以是非晶質矽或非晶質鍺構成。此外，第二光吸收層可以是P-I-N型半導體層。

承上所述，依本發明之薄膜太陽能電池，其可具下述優點： 本發明之薄膜太陽能電池係透過在I型半導體層上形成第一N型微晶矽層、N型氧化矽層以及第二N型微晶矽層以增加光電轉換效率。

茲為使 貴審查委員對本發明之技術特徵及所達到之功效有更進一步之瞭解與認識，謹佐以較佳之實施例及配合詳細之說明如後。

200‧‧‧基板層

210‧‧‧第一電極層

220‧‧‧P型微晶矽半導體層

230‧‧‧I型半導體層

240‧‧‧第一N型微晶矽層

250‧‧‧N型氧化矽層

260‧‧‧第二N型微晶矽層

270‧‧‧第二電極層

280‧‧‧光吸收層

290‧‧‧第一光吸收層

300‧‧‧第二光吸收層

400‧‧‧基板層

410‧‧‧第一電極層

420‧‧‧P型半導體層

430‧‧‧I型半導體層

440‧‧‧N型微晶矽層

470‧‧‧第二電極層

480‧‧‧光吸收層

第1圖係為本發明之薄膜太陽能電池之第一實施例之示意圖。

第2圖係為本發明之薄膜太陽能電池之第二實施例之示意圖。

第3圖係為本發明之薄膜太陽能電池之第三實施例之示意圖。

第4圖係為薄膜太陽能電池之比較例之示意圖。

第5圖係為第二實施例之N型氧化矽層之厚度分別為0、300、600及900埃之光電轉換效率、填充因子、開路電壓及短路電流密度之比較圖。

第6圖係為第二實施例之N型氧化矽層之厚度分別為0、200及300埃之光電轉換效率、填充因子、開路電壓及短路電流密度之比較圖。

以下將參照相關圖式，說明依本發明較佳實施例之薄膜太陽能電池，為使便於理解，下述實施例中之相同元件係以相同之符號標示來說明。

請參閱第1圖，第1圖係為本發明之薄膜太陽能電池之第一實施例之示意圖。第1圖中，本發明之薄膜太陽能電池之第一實施例包含基板層200、第一電極層210、P型微晶矽半導體層220、I型半 導體層230、第一N型微晶矽層240、N型氧化矽層250、第二N型微晶矽層260以及第二電極層270。其中，第一電極層210、P型微晶矽半導體層220、I型半導體層230、第一N型微晶矽層240、N型氧化矽層250、第二N型微晶矽層260以及第二電極層270係依序形成於基板層200上。詳言之，傳統的P-I-N型半導體層的薄膜太陽能電池中，P-I-N型半導體層係分別由單層的P型半導體層、I型半導體層及N型半導體層組成，然而本發明之薄膜太陽能電池係具有第一N型微晶矽層240、N型氧化矽層250、第二N型微晶矽層260，其中，第一N型微晶矽層240與第二N型微晶矽層260係用來增加表面積，而N型氧化矽層250係用來避免光被吸收。另外，在此實施例中，第一N型微晶矽層240與第二N型微晶矽層260之厚度係例如較佳介於0至200埃以及N型氧化矽層250係由N型非晶質氧化矽構成且厚度係較佳介於0至800埃。

一般而言，在製作薄膜太陽能電池時，通常會在真空的狀態下以物理氣相沉積法或化學氣相沉積法沉積所需的材料層，而P型半導體層係指在本徵材質中加入的雜質可產生多餘的電洞，亦即以電洞構成多數載子的半導體，而N型半導體層係指在本徵材質中加入的雜質可產生多餘的電子，亦即以電子構成多數載子的半導體。此外I型半導體層內具有鑲埋混合和矽烷氣體及氨氣而形成的微晶矽層。本發明係將傳統的P-I-N半導體層中的N型半導體層以三層結構取代，換言之，N型半導體層由第一N型微晶矽層240、N型氧化矽層250以及第二N型微晶矽層260，藉以增加光電轉換效率的效果。

又，本發明更提出一種薄膜太陽能電池之第二實施例，請參閱第 2圖，第2圖係為本發明之薄膜太陽能電池之第二實施例之示意圖。第2圖中，包含基板層200、第一電極層210、光吸收層280、P型微晶矽半導體層220、I型半導體層230、第一N型微晶矽層240、N型氧化矽層250、第二N型微晶矽層260以及第二電極層270。其中，第一電極層210、光吸收層280、P型微晶矽半導體層220、I型半導體層230、第一N型微晶矽層240、N型氧化矽層250、第二N型微晶矽層260以及第二電極層270係依序形成於基板層200上。在這邊特別提到的是，本發明之第二實施例中更具有光吸收層280，此亦為第二實施例與第一實施例之相異處。另外，在第二實施例中，第一N型微晶矽層240與第二N型微晶矽層260之厚度係例如較佳介於0至200埃以及N型氧化矽層250係非晶質氧化矽構成，其厚度係較佳介於0至800埃。此外，光吸收層280係例如為非晶質矽或非晶質鍺構成。換言之，光吸收層280之材質係例如矽或鍺。

另外，本發明之薄膜太陽能電池更提出第三實施例，請參閱第3圖，第3圖係為本發明之薄膜太陽能電池之第三實施例之示意圖。第3圖中包含基板層200、第一電極層210、第一光吸收層290、第二光吸收層300、P型微晶矽半導體層220、I型半導體層230、第一N型微晶矽層240、N型氧化矽層250、第二N型微晶矽層260以及第二電極層270。其中，第一電極層210、第一光吸收層290、第二光吸收層300、P型微晶矽半導體層220、I型半導體層230、第一N型微晶矽層240、N型氧化矽層250、第二N型微晶矽層260以及第二電極層270係依序形成於基板層200上。在這邊特別提到的是，本發明之第三實施例中具有兩個光吸收層，此亦為第三實施 例與第二實施例之相異處。另外，在第三實施例中，第一N型微晶矽層240與第二N型微晶矽層260之厚度係例如較佳介於0至200埃以及N型氧化矽層250係N型非晶質氧化矽構成，其中，厚度係較佳介於0至800埃。此外，第一光吸收層290係例如為非晶質矽或非晶質鍺構成，亦即第一光吸收層290及第二光吸收層300之材質係例如矽或鍺。第二光吸收層300係例如為P-I-N型半導體層。 除此之外，這裡要特別提到的是，上開所述之第一實施例至第三實施例，第一N型微晶矽層240與第二N型微晶矽層260之材質亦可利用N型微晶鍺取代。

為證明本發明之薄膜太陽能電池確實可以增加光電轉換效率，在此提出薄膜太陽能電池之一比較例，接下來請一併參閱第2及4至6圖，第4圖係為薄膜太陽能電池之比較例之示意圖、第5圖係為第二實施例之N型氧化矽層之厚度分別為0、300、600及900埃之光電轉換效率、填充因子、開路電壓及短路電流密度之比較圖以及第6圖係為第二實施例之N型氧化矽層之厚度分別為0、200及300埃之光電轉換效率、填充因子、開路電壓及短路電流密度之比較圖，其中，第5圖及第6圖中N型氧化矽層之厚度為0埃的光電轉換效率相關之測量值係代表比較例之測量值。第2及4圖中，此比較例係在基板層400上依序形成第一電極層410、光吸收層480、P型半導體層420、I型半導體層430、N型微晶矽層440以及第二電極層470。將此比較例與本發明之薄膜太陽能電池之第二實施例比較，其中，比較例的N型微晶矽層430之厚度與第二實施例的第一N型微晶矽層240及第二N型微晶矽層260之厚度總合相同，並且第二實施例的N型氧化矽層250之厚度係200埃，換言之，第5圖 及第6圖中N型氧化矽層之厚度為0埃的情況即為比較例之測量結果。另外，一般在計算薄膜太陽能電池的光電轉換效率時，會量測三個數值，分別為：填充因子(FF)、開路電壓(Voc)、短路電流密度(Jsc)，其中此三項數值與光電轉換效率有正相關。經過測量比較例及第二實施例的光電轉換效率之後得知，比較例的填充因子為0.73、短路電流密度為11.56以及開路電壓為1.32，經過計算之後可得知比較例的光電轉換效率為11.31，而第二實施例的填充因子為0.74、短路電流密度為12.03以及開路電壓為1.34，經過計算之後可得知第二實施例的光電轉換效率為11.93。再者，觀察第5及6圖之光電轉換效率，其中N型氧化矽層在200、300及600埃的厚度下皆具有較好的光電轉換效率，並且根據第5圖可約略估計N型氧化矽層在0至800埃可具有相對於比較例更好的光電轉換效率。以此觀之，本發明之薄膜太陽能電池確實可以增加光電轉換效率。另外，在這邊要特別提到的是，本發明之薄膜太陽能電池中，在形成第一N型微晶矽層240、N型氧化矽層250及第二N型微晶矽層260之後，即形成第二電極層270以達到增加薄膜太陽能電池的光電轉換效率之效果。

以上所述僅為舉例性，而非為限制性者。任何未脫離本發明之精神與範疇，而對其進行之等效修改或變更，均應包含於後附之申請專利範圍中。

200‧‧‧基板層

210‧‧‧第一電極層

220‧‧‧P型微晶矽半導體層

230‧‧‧I型半導體層

240‧‧‧第一N型微晶矽層

250‧‧‧N型氧化矽層

260‧‧‧第二N型微晶矽層

270‧‧‧第二電極層

280‧‧‧光吸收層

Claims (10)

1. 一種薄膜太陽能電池，係由下列層依序堆疊所構成：一基板層；一第一電極層，位於該基板層上；一P型微晶矽半導體層，位於該第一電極層上；一I型半導體層，位於該P型微晶矽半導體層上；一第一N型微晶矽層，位於該I型半導體層上；一N型氧化矽層，位於該第一N型微晶矽層上；一第二N型微晶矽層，位於該N型氧化矽層上；以及一第二電極層，鄰接於該第二N型微晶矽層上。
2. 如申請專利範圍第1項所述之薄膜太陽能電池，其中該N型氧化矽層係N型非晶質氧化矽構成且厚度介於0至800埃。
3. 一種薄膜太陽能電池，係由下列層依序堆疊所構成：一基板層；一第一電極層，位於該基板層上；一光吸收層，位於該第一電極層上；一P型微晶矽半導體層，位於該光吸收層上；一I型半導體層，位於該P型微晶矽半導體層上；一第一N型微晶矽層，位於該I型半導體層上；一N型氧化矽層，位於該第一N型微晶矽層上；一第二N型微晶矽層，位於該N型氧化矽層上；以及一第二電極層，鄰接於該第二N型微晶矽層上。
4. 如申請專利範圍第3項所述之薄膜太陽能電池，其中該N型氧化矽層係N型非晶質氧化矽構成。
5. 如申請專利範圍第3項所述之薄膜太陽能電池，其中該光吸收層係非晶質矽或非晶質鍺構成。
6. 如申請專利範圍第3項所述之薄膜太陽能電池，其中該第一N型微晶矽層及第二N型微晶矽層之厚度皆介於0至200埃及該N型氧化矽層之厚度介於0至800埃。
7. 一種薄膜太陽能電池，係由下列層依序堆疊所構成：一基板層；一第一電極層，位於該基板層上；一第一光吸收層，位於該第一電極層上；一第二光吸收層，位於該第一光吸收層上；一P型微晶矽半導體層，位於該第二光吸收層上；一I型半導體層，位於該P型微晶矽半導體層上；一第一N型微晶矽層，位於該I型半導體層上；一N型氧化矽層，位於該第一N型微晶矽層上；一第二N型微晶矽層，位於該N型氧化矽層上；以及一第二電極層，鄰接於該第二N型微晶矽層上。
8. 如申請專利範圍第7項所述之薄膜太陽能電池，其中該N型氧化矽層係N型非晶質氧化矽構成。
9. 如申請專利範圍第7項所述之薄膜太陽能電池，其中該第一光吸收層係非晶質矽或非晶質鍺構成。
10. 如申請專利範圍第7項所述之薄膜太陽能電池，其中該第二光吸收層係P-I-N型半導體層。