TWI419343B

TWI419343B - 串疊型太陽能電池

Info

Publication number: TWI419343B
Application number: TW099123883A
Authority: TW
Inventors: Chien Chung Bi; Ying Jhe Yang
Original assignee: Nexpower Technology Corp
Priority date: 2010-07-20
Filing date: 2010-07-20
Publication date: 2013-12-11
Also published as: TW201205826A

Description

串疊型太陽能電池

本發明係有關於一種太陽能電池，特別是有關於一種串疊型的太陽能電池。

20世紀70年代，由美國貝爾實驗室首先研製出的矽太陽能電池逐步發展起來。隨著太陽電池之發展，如今太陽能電池有多種類型，典型的有單晶矽太陽能電池、多晶矽太陽能電池、非晶矽太陽能電池、化合物太陽能電池、串疊型太陽能電池與染料敏化太陽能電池等。由於材料特性上的限制，對於結晶矽太陽電池的效率，幾乎已經達到最佳的水準，要再進一步提升的空間有限。目前比較具有成長潛力的為多接面的串疊型太陽電池(Tandem Solar Cell)。

串疊型太陽能電池屬於一種運用新穎原件結構的太陽能電池。把兩個或兩個以上的電池堆疊起來，將能夠吸收較高能量光譜的電池放在上層，吸收較低能量光譜的電池放在下層，透過不同材料的電池，將光子的能量層層吸收。亦即，藉由設計多層不同能隙的太陽能電池來達到吸收效率最佳化的結構設計。

然而串疊型太陽能電池仍有以下缺點待改善：

1.當入射光進入串疊型太陽能電池後，各層太陽能電池元件的光吸收效果會遞減，使的整體串疊型太陽能電池無法發揮更大的能量轉換效率。

2.由於上下層太陽能電池元件之吸光差，造成上下層太陽能電池之光電流產生電流不匹配(current mismatch)的問題，導致整體串疊型太陽能電池輸出之短路電流降低。

為了解決上述先前技術不盡理想之處，本發明提供了一種串疊型太陽能電池，包含依序堆疊形成的透明基板、前電極層、第一電池層、功能性光學介質層、第二電池層與背電極層，其中，第一電池層之材料係由非晶矽(Amorphous silicon)或者是非晶矽鍺(Amorphous silicon-germanium)材料所組成之。第二電池層之材料係由單晶矽、單晶鍺、多晶矽、多晶鍺、微晶矽、微晶鍺、多晶矽鍺或者是微晶矽鍺所組成。藉此，當入射光由透明基板入射後，依序進入前電極層、第一電池層、功能性光學介質層以及第二電池層，而入射光自背電極層一次反射後藉由功能性光學介質層而減少再度進入第一電池層之能量。

因此，本發明之主要目的係提供一種串疊型太陽能電池，藉由其功能性光學介質層朝向第一電池層之一面設置抗反射薄膜，可減少入射光自背電極層一次反射後進入第一電池層之能量，可以增加第二電池層捕捉(trap)入射光的量，降低第一電池層與第二電池層的光吸收差，改善電流不匹配之問題，據此提高此串疊型太陽能電池輸出的短路電流，並進一步提高此串疊型太陽能電池整體的光電轉換效率。

此外，本發明之次要目的係提供一種串疊型太陽能電池，藉由其功能性光學介質層至少具有一第一介質層及一第二介質層，而第一介質層係設置於功能性光學介質層朝向背電極層之一面且具有第一折射係數(refractive index)，而第二介質層係設置於功能性光學介質層朝向前電極層之一面且具有一第二折射係數，第一折射係數係大於第二折射係數。藉此，可減少入射光自背電極層一次反射後進入第一電池層之能量，可以增加第二電池層捕捉(trap)入射光的量，降低第一電池層與第二電池層的光吸收差，改善電流不匹配之問題，據此提高此串疊型太陽能電池輸出的短路電流，並進一步提高此串疊型太陽能電池整體的光電轉換效率。

此外，本發明之再一目的係提供一種串疊型太陽能電池，藉由其功能性光學介質層具有一梯度折射係數(gradient refractive index)，且此梯度折射係數之數值係自朝向背電極層之一面至朝向前電極層之一面遞減。藉此，可減少入射光自背電極層一次反射後進入第一電池層之能量，可以增加第二電池層捕捉(trap)入射光的量，降低第一電池層與第二電池層的光吸收差，改善電流不匹配之問題，據此提高此串疊型太陽能電池輸出的短路電流，並進一步提高此串疊型太陽能電池整體的光電轉換效率。

本發明再提供一種串疊型太陽能電池，包含依序堆疊形成的透明基板、前電極層、第一電池層、第二電池層、功能性光學介質層、第三電池層與背電極層。其中，第一電池層與第二電池層之材料係由非晶矽(Amorphous silicon)或是非晶矽鍺(Amorphous silicon-germanium)材料所組成。第三電池層材料係由單晶矽、單晶鍺、多晶矽、多晶鍺、微晶矽、微晶鍺、多晶矽鍺與微晶矽鍺所組成。藉此，當入射光由透明基板入射後，依序進入前電極層、第一電池層、第二電池層、功能性光學介質層，以及第三電池層，而入射光自背電極層一次反射後藉由此功能性光學介質層而減少再度進入第二電池層之能量。

因此，本發明之再一目的係提供一種串疊型太陽能電池，藉由其功能性光學介質層朝向第一電池層之一面設置抗反射薄膜，可減少入射光自背電極層一次反射後進入第二電池層之能量，可以增加第三電池層捕捉(trap)入射光的量，降低第三電池層與第二電池層的光吸收差，改善電流不匹配之問題，據此提高此串疊型太陽能電池輸出的短路電流，並進一步提高此串疊型太陽能電池整體的光電轉換效率。

此外，本發明之再一目的係提供一種串疊型太陽能電池，藉由其功能性光學介質層至少具有一第一介質層及一第二介質層，而第一介質層係設置於功能性光學介質層朝向背電極層之一面且具有第一折射係數(refractive index)，而第二介質層係設置於功能性光學介質層朝向前電極層之一面且具有一第二折射係數，第一折射係數係大於第二折射係數。藉此，可減少入射光自背電極層一次反射後進入第二電池層之能量，可以增加第三電池層捕捉(trap)入射光的量，降低第三電池層與第二電池層的光吸收差，改善電流不匹配之問題，據此提高此串疊型太陽能電池輸出的短路電流，並進一步提高此串疊型太陽能電池整體的光電轉換效率。

此外，本發明之再一目的係提供一種串疊型太陽能電池，藉由其功能性光學介質層具有一梯度折射係數(gradient refractive index)，且此梯度折射係數之數值係自朝向背電極層之一面至朝向前電極層之一面遞減。藉此，可減少入射光自背電極層一次反射後進入第二電池層之能量，可以增加第三電池層捕捉(trap)入射光的量，降低第三電池層與第二電池層的光吸收差，改善電流不匹配之問題，據此提高此串疊型太陽能電池輸出的短路電流，並進一步提高此串疊型太陽能電池整體的光電轉換效率。

本發明再提供一種串疊型太陽能電池，包含依序堆疊形成的透明基板、前電極層、第一電池層、功能性光學介質層、第二電池層、第三電池層與背電極層。其中，第一電池層之材料係由非晶矽(Amorphous silicon)或者是非晶矽鍺(Amorphous silicon-germanium)材所組成，第二電池層與第三電池層材料係由單晶矽、單晶鍺、多晶矽、多晶鍺、微晶矽、微晶鍺、多晶矽鍺與微晶矽鍺所組成。藉此，當入射光由透明基板入射後，依序進入前電極層、第一電池層、功能性光學介質層、第二電池層以及第三電池層，而入射光自背電極層一次反射後藉由此功能性光學介質層而減少再度進入第一電池層之能量。

因此，本發明之再一目的係提供一種串疊型太陽能電池，藉由其功能性光學介質層朝向第一電池層之一面設置抗反射薄膜，可減少入射光自背電極層一次反射後進入第一電池層之能量，可以增加第二電池層捕捉(trap)入射光的量，降低第一電池層與第二電池層的光吸收差，改善電流不匹配之問題，據此提高此串疊型太陽能電池輸出的短路電流，並進一步提高此串疊型太陽能電池整體的光電轉換效率。

此外，本發明之再一目的係提供一種串疊型太陽能電池，藉由其功能性光學介質層至少具有一第一介質層及一第二介質層，而第一介質層係設置於功能性光學介質層朝向背電極層之一面且具有第一折射係數(refractive index)，而第二介質層係設置於功能性光學介質層朝向前電極層之一面且具有一第二折射係數，第一折射係數係大於第二折射係數。藉此，可減少入射光自背電極層一次反射後進入第一電池層之能量，可以增加第二電池層捕捉(trap)入射光的量，降低第一電池層與第二電池層的光吸收差，改善電流不匹配之問題，據此提高此串疊型太陽能電池輸出的短路電流，並進一步提高此串疊型太陽能電池整體的光電轉換效率。

本發明再提供一種串疊型太陽能電池，包含透明基板、前電極層、第一電池層、第二電池層、第三電池層、背電極層以及功能性光學介質層。其中，第一電池層之材料係由非晶矽(Amorphous silicon)或是非晶矽鍺(Amorphous silicon-germanium)材料所組成，第二電池層與第三電池層材料係由單晶矽、單晶鍺、多晶矽、多晶鍺、微晶矽、微晶鍺、多晶矽鍺與微晶矽鍺所組成。此外，功能性光學介質層包含第一功能性光學介質層以及第二功能性光學介質層，其中，第一功能性光學介質層係設置於第一電池層與第二電池層之間，第二功能性光學介質層係設置於第二電池層與第三電池層之間。藉此，當入射光由透明基板入射後，依序進入前電極層、第一電池層、第一功能性光學介質層、第二電池層、第二功能性光學介質層以及第三電池層，而入射光自背電極層一次反射後藉由第二功能性光學介質層而減少再度進入第二電池層之能量；且再度進入第二電池層之入射光則藉由第一功能性光學介質層而減少進入第一電池層之能量。

因此，本發明之再一目的係提供一種串疊型太陽能電池，藉由其功能性光學介質層朝向第一電池層之一面設置抗反射薄膜，可減少入射光自背電極層一次反射後進入第一電池層與第二電池層之能量，可以增加第二電池層與第三電池層捕捉(trap)入射光的量，降低第一電池層、第二電池層與第三電池層的光吸收差，改善電流不匹配之問題，據此提高此串疊型太陽能電池輸出的短路電流，並進一步提高此串疊型太陽能電池整體的光電轉換效率。

此外，本發明之再一目的係提供一種串疊型太陽能電池，藉由其功能性光學介質層至少具有一第一介質層及一第二介質層，而第一介質層係設置於功能性光學介質層朝向背電極層之一面且具有第一折射係數(refractive index)，而第二介質層係設置於功能性光學介質層朝向前電極層之一面且具有一第二折射係數，第一折射係數係大於第二折射係數。藉此，可減少入射光自背電極層一次反射後進入第一電池層與第二電池層之能量，可以增加第二電池層與第三電池層捕捉(trap)入射光的量，降低第一電池層、第二電池層與第三電池層的光吸收差，改善電流不匹配之問題，據此提高此串疊型太陽能電池輸出的短路電流，並進一步提高此串疊型太陽能電池整體的光電轉換效率。

此外，本發明之再一目的係提供一種串疊型太陽能電池，藉由其功能性光學介質層具有一梯度折射係數(gradient refractive index)，且此梯度折射係數之數值係自朝向背電極層之一面至朝向前電極層之一面遞減。藉此，可減少入射光自背電極層一次反射後進入第一電池層與第二電池層之能量，可以增加第二電池層與第三電池層捕捉(trap)入射光的量，降低第一電池層、第二電池層與第三電池層的光吸收差，改善電流不匹配之問題，據此提高此串疊型太陽能電池輸出的短路電流，並進一步提高此串疊型太陽能電池整體的光電轉換效率。

此外，本發明之再一目的係提供一種串疊型太陽能電池，藉由其功能性光學介質層包含第一功能性光學介質層與第二功能性光學介質層，兩者的配置與變化並不需要一致，可視情況調整以達到使此串疊型太陽能電池之光電轉換效率最佳的效果。

本發明再提供一種串疊型太陽能電池，包含依序堆疊形成的透明基板、前電極層、第一電池層、第二電池層、功能性光學介質層、第三電池層與背電極層。其中，第一電池層之材料係由非晶矽(Amorphous silicon)或是非晶矽鍺(Amorphous silicon-germanium)材料所組成，第二電池層與第三電池層材料係由單晶矽、單晶鍺、多晶矽、多晶鍺、微晶矽、微晶鍺、多晶矽鍺與微晶矽鍺所組成。藉此，當入射光由透明基板入射後，依序進入前電極層、第一電池層、第二電池層、功能性光學介質層以及第三電池層，而入射光自背電極層一次反射後藉由功能性光學介質層而減少再度進入第二電池層之能量。

由於本發明係揭露一種具有功能性光學介質層的串疊型太陽能電池，其中所利用之太陽能電池之光電轉換原理以及光折射原理，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，合先敘明。

首先請參考第1圖，係本發明提出之第一較佳實施例，為一種串疊型太陽能電池10，包含依序堆疊形成的透明基板11、前電極層12、第一電池層13、功能性光學介質層17、第二電池層15與背電極層16。其中，第一電池層13可以是砷化鎵、銻化鎘、銅銦硒以及銅銦硒鎵等非晶矽(Amorphous silicon)材料，或者是其他如非晶矽鍺(Amorphous silicon-germanium)材料亦可。而第二電池層14的材料可以是單晶矽、單晶鍺、多晶矽、多晶鍺、微晶矽、微晶鍺、多晶矽鍺、微晶矽鍺或是矽鍺合金之材料皆可。

以往習知技術中的串疊型太陽能電池，其上下電池層會因為光吸收效果遞減，而造成電流不匹配的問題，而本發明與以往習知技術的串疊型太陽能電池的差異即在於本發明之串疊型太陽能電池10具有功能性光學介質層17，藉由設置此功能性光學介質層17可以增加電池層捕捉(trap)入射光L的量，降低各電池層的光吸收差，進一步使此串疊型太陽能電池10輸出的短路電流提高。在本發明所提出之第一較佳實施例中，藉著功能性光學介質層17的不同配置與變化，用以提高其第二電池層14的光吸收效率。可降低第一電池層13與第二電池層14光吸收效率的差異，進一步使此串疊型太陽能電池10輸出的短路電流提高，也提高了此串疊型太陽能電池10的整體光電轉換效率。

請同時參考第1圖與第5圖，此功能性光學介質層17進一步包含一抗反射薄膜171，設置在朝向第一電池層13之一面，亦即朝向入射光L進入方向之一面。且功能性光學介質層17之抗反射薄膜171的材料並不設限，但以矽氧氮化物(SiOxNy,x,y=0~1)、或者是二氧化鈦(TiO2)為較佳。

藉此，當入射光L由此串疊型太陽能電池10之透明基板11入射後，依序進入前電極層12、第一電池層13、功能性光學介質層17、第二電池層14以及背電極層16。當入射光L到達背電極層16之後產生反射光L’，此反射光L’之光路徑為依序由背電極層16、第二電池層14、功能性光學介質層17、第一電池層13、前電極層12、透明基板11反射而出。當反射光L’之光路徑到達功能性光學介質層17時，可藉由功能性光學介質層17之抗反射薄膜171減少反射光L’進入第一電池層13。亦即，藉由功能性光學介質層17之抗反射薄膜171減少入射光L由背電極層16一次反射後再度進入第一電池層13之能量，藉此增加第二電池層14捕捉(trap)入射光L的量，進一步提高第二電池層14的光吸收效率。據此，可降低第一電池層13與第二電池層14光吸收效率的差異，進一步使此串疊型太陽能電池10輸出的短路電流提高，也提高了此串疊型太陽能電池10的整體光電轉換效率。

請接著參考第1圖與第6圖，此功能性光學介質層17亦可設置為至少具有第一介質層1711與第二介質層1712。第一介質層1711的材料並不設限，其中可以是矽(Si)、矽氧氮化物(SiOxNy,x,y=0~1)、氧化鋅(ZnO)、氧化鋁鋅(AZO)、氧化鎵鋅(GZO)、氧化錋鋅(YZO)、氧化銦鋅(IZO)或者是氧化銦錫(ITO)。與第二介質層1712的材料亦不設限，其中可以是矽、矽氧氮化物、氧化鋅、氧化鋁鋅、氧化鎵鋅、氧化錋鋅、氧化銦鋅或者是氧化銦錫等。

第一介質層1711設置於功能性光學介質層17朝向背電極層16之一面並具有第一折射係數r1。而第二介質層1712設置於功能性光學介質層17朝向前電極層12之一面且具有第二折射係數r2。第一折射係數r1大於第二折射係數r2。

藉此，當入射光L由此串疊型太陽能電池10之透明基板11入射後，依序進入前電極層12、第一電池層13、功能性光學介質層17、第二電池層14以及背電極層16。當入射光L到達背電極層16之後產生反射光L’，此反射光L’之光路徑為依序由背電極層16、第二電池層14、功能性光學介質層17、第一電池層13、前電極層12、透明基板11反射而出。當反射光L’之光路徑到達功能性光學介質層17時，可藉由功能性光學介質層17之第一介質層1711的第一折射係數r1大於第二介質層1712的第二折射係數r2，減少反射光L’進入第一電池層13。亦即，藉由功能性光學介質層17之之第一介質層1711的第一折射係數r1大於第二介質1712的第二折射係數r2，減少入射光L由背電極層16一次反射後再度進入第一電池層13之能量，藉此提高第二電池層14捕捉入射光L的量，進一步提高第二電池層14的光吸收效率。而當第一電池層13與第二電池層14光吸收效率的差異降低之後，也進一步使的此串疊型太陽能電池10輸出的短路電流提高，也提高了此串疊型太陽能電池10的整體光電轉換效率。

請繼續參考第1圖與第7圖，此功能性光學介質層17也可以是具有一梯度折射係數的形式，也就是說此功能性光學介質層17朝向背電極層16之一面具有一梯度折射係數之數值t1，而朝向前電極層12之一面則具有一梯度折射係數之數值t2，而梯度折射係數t1至t2係為遞減的方式。

上述的功能性光學介質層17的材料亦不設限，但其中則以包含有矽氧氮化物(silicon oxide nitride)為較佳，此矽氧氮化物具有一化學式：SixOyNz，其中x，y，z皆為正數。更進一步地，矽氧氮化物之濃度係由朝向背電極層16之一面至朝向前電極層12之一面遞減。

除了上述的材料以外，功能性光學介質層17也可以包含氧化鋅(ZnO)、氧化鋁鋅(AZO)、氧化鎵鋅(GZO)、氧化錋鋅(YZO)、氧化銦鋅(IZO)或者是氧化銦錫(ITO)，並且其濃度係由朝向背電極層16之一面至朝向前電極層12之一面遞減。

藉此，當入射光L由此串疊型太陽能電池10之透明基板11入射後，依序進入前電極層12、第一電池層13、功能性光學介質層17、第二電池層14以及背電極層16。當入射光L到達背電極層16之後產生反射光L’，此反射光L’之光路徑為依序由背電極層16、第二電池層14、功能性光學介質層17、第一電池層13、前電極層12、透明基板11反射而出。當反射光L’之光路徑到達功能性光學介質層17時，可藉由此具有梯度折射係數之功能性光學介質層17，並且此梯度折射係數之數值係自朝向背電極層16之一面至朝向前電極層12之一面遞減，減少反射光L’進入第一電池層13。亦即，藉由此功能性光學介質層17之梯度折射係數設置，減少入射光L由背電極層16一次反射後再度進入第一電池層13之能量，藉此提高第二電池層14捕捉入射光L的量，進一步提高第二電池層14的光吸收效率。而當第一電池層13與第二電池層14光吸收效率的差異降低之後，也進一步使的此串疊型太陽能電池10輸出的短路電流提高，也提高了此串疊型太陽能電池10的整體光電轉換效率。

請參考第2圖，係根據本發明所提出之第二較佳實施例，為一種串疊型太陽能電池20，包含依序堆疊形成的透明基板21、前電極層22、第一電池層23、第二電池層24、功能性光學介質層27、第三電池層25與背電極層26。其中，第一電池層23與第二電池層24可以是砷化鎵、銻化鎘、銅銦硒以及銅銦硒鎵等非晶矽材料，或者是其他如非晶矽鍺材料亦可。而第三電池層15的材料可以是單晶矽、單晶鍺、多晶矽、多晶鍺、微晶矽、微晶鍺、多晶矽鍺、微晶矽鍺或是矽鍺合金之材料皆可。

此第二較佳實施例與第一較佳實施例之差異在於，第二較佳實施例多了第三電池層25，且為了使此串疊型太陽能電池20的第二電池層24與第三電池層25的光吸收差降低，因此，在第二電池層24與第三電池層25之間設置功能性光學介質層27。藉此，當入射光L由透明基板21入射後，依序進入前電極層22、第一電池層23、第二電池層24、功能性光學介質層27、第三電池層25以及背電極層26之後產生反射光L’，此反射光L’之光路徑依序由背電極層26、第三電池層25、功能性光學介質層27、第二電池層24、第一電池層23、前電極層22、透明基板21反射而出。當反射光L’之光路徑到達此功能性光學介質層27時，可藉由此功能性光學介質層27而減少再度進入第二電池層24之能量。用以增加第三電池層25捕捉入射光L的量，降低第三電池層25與第二電池層24的光吸收效率的差異，進一步使此串疊型太陽能電池20輸出的短路電流提高，並提高了此串疊型太陽能電池20的整體光電轉換效率。

在本發明所提出之第二較佳實施例中，亦可藉著功能性光學介質層27的不同配置與變化，用以提高其第三電池層25的光吸收效率。而此功能性光學介質層27的配置與變化、以及其材料之組成，皆如第一較佳實施例之功能性光學介質層17所述，同時亦請參考圖示第5至7圖。

請參考第3圖，係根據本發明所提出之第三較佳實施例，為一種串疊型太陽能電池30，包含依序堆疊形成的透明基板31、前電極層32、第一電池層33、功能性光學介質層37、第二電池層34、第三電池層35與背電極層36。其中，第一電池層23可以是砷化鎵、銻化鎘、銅銦硒以及銅銦硒鎵等非晶矽材料，或者是其他如非晶矽鍺材料亦可。而第二電池層34與第三電池層35的材料可以是單晶矽、單晶鍺、多晶矽、多晶鍺、微晶矽、微晶鍺、多晶矽鍺、微晶矽鍺或是矽鍺合金之材料皆可。

此第三較佳實施例與第二較佳實施例之差異在於，第三較佳實施例之第二電池層34與第二較佳實施例之第二電池層24之組成材料不同，且功能性光學介質層37設置的位置亦不同。此第三較佳實施例之功能性光學介質層37係設置在第一電池層33與第二電池層34之間，藉此降低第二電池層34與第一電池層33的光吸收差降低。藉此，當入射光L由透明基板31入射後，依序進入前電極層32、第一電池層33、功能性光學介質層37、第二電池層34、第三電池層35以及背電極層36之後產生反射光L’，此反射光L’之光路徑依序由背電極層36、第三電池層35、第二電池層34、功能性光學介質層37、第一電池層33、前電極層32、透明基板31反射而出。當反射光L’之光路徑到達此功能性光學介質層37時，可藉由此功能性光學介質層37而減少再度進入第一電池層33之能量。用以增加第二電池層34捕捉入射光L的量，降低第一電池層33與第二電池層34的光吸收效率的差異，進一步使此串疊型太陽能電池30輸出的短路電流提高，並提高了此串疊型太陽能電池30的整體光電轉換效率。

在本發明所提出之第三較佳實施例中，亦可藉著功能性光學介質層37的不同配置與變化，用以提高其第二電池層34的光吸收效率。而此功能性光學介質層37的配置與變化、以及其材料之組成，皆如第一較佳實施例之功能性光學介質層17所述，同時亦請參考圖示第5至7圖。

請參考第4圖，係根據本發明所提出之第四較佳實施例，為一種串疊型太陽能電池40，包含透明基板41、前電極層42、第一電池層43、第二電池層44、第三電池層45、背電極層46以及功能性光學介質層47。其中，第一電池層43可以是砷化鎵、銻化鎘、銅銦硒以及銅銦硒鎵等非晶矽材料，或者是其他如非晶矽鍺材料亦可。而第二電池層44與第三電池層45的材料可以是單晶矽、單晶鍺、多晶矽、多晶鍺、微晶矽、微晶鍺、多晶矽鍺、微晶矽鍺或是矽鍺合金之材料皆可。

此第四較佳實施例與第三較佳實施例之第一電池層43、第二電池層44與第三電池層45之材料組成相同。差異在於第四較佳實施例之功能性光學介質層47包含第一功能性光學介質層47a以及第二功能性光學介質層47b。其中，第一功能性光學介質層47a係設置於第一電池層43與第二電池層44之間，而第二功能性光學介質層47b係設置於第二電池層44與第三電池層45之間。因此，此串疊型太陽能電池40係由透明基板41、前電極層42、第一電池層43、第一功能性光學介質層47a、第二電池層44、第二功能性光學介質層47b、第三電池層45以及背電極層46依序堆疊形成。

當入射光L由透明基板41入射後，依序進入前電極層42、第一電池層43、第一功能性光學介質層47a、第二電池層44、第二功能性光學介質層47b、第三電池層45以及背電極層46之後產生反射光L’，此反射光L’之光路徑依序由背電極層46、第三電池層45、第二功能性光學介質層47b、第二電池層44、第一功能性光學介質層47a、第一電池層43、前電極層42、透明基板41反射而出。當反射光L’之光路徑到達此第二功能性光學介質層47b時，可藉由此第二功能性光學介質層47b而減少再度進入第二電池層44之能量，用以增加第三電池層45捕捉入射光L的量，並降低第二電池層44與第三電池層45的光吸收效率的差異。接著，再藉由第一功能性光學介質層47a減少反射光L’再度進入第一電池層43之能量。據此，可進一步使此串疊型太陽能電池40輸出的短路電流提高，並提高了此串疊型太陽能電池40的整體光電轉換效率。

在本發明所提出之第四較佳實施例中，亦可藉著功能性光學介質層47 的不同配置與變化，用以提高其第二電池層44與第三電池層45的光吸收效率，並降低第一電池層43、第二電池層44與第三電池層45的光吸收差異。而此功能性光學介質層47的配置與變化、以及其材料之組成，皆如第一較佳實施例之功能性光學介質層17所述，同時亦請參考圖示第5至7圖。

要進一步說明的是，在此第四較佳實施例中，功能性光學介質層47所包含的第一功能性光學介質層47a與第二功能性光學介質層47b的配置與變化並不需要一致，可視情況調整以達到使此串疊型太陽能電池之光電轉換效率最佳的效果。

本發明再提出第五較佳實施例，為一種串疊型太陽能電池50，請參考第2圖，其包含依序堆疊形成的透明基板51、前電極層52、第一電池層53、第二電池層54、功能性光學介質層57、第三電池層55以及背電極層56。其中，第一電池層23可以是砷化鎵、銻化鎘、銅銦硒以及銅銦硒鎵等非晶矽材料，或者是其他如非晶矽鍺材料亦可。而第二電池層24與第三電池層15的材料可以是單晶矽、單晶鍺、多晶矽、多晶鍺、微晶矽、微晶鍺、多晶矽鍺、微晶矽鍺或是矽鍺合金之材料皆可。

此第五較佳實施例的結構與第二較佳實施例相同，差異僅在於兩實施例之第二電池層54所使用的材料不同。其功能性光學介質57亦是設置在第二電池層54與第三電池層55之間，用以降低第二電池層54與第三電池層55的光吸收差。藉此，當入射光L由透明基板51入射後，依序進入前電極層52、第一電池層53、第二電池層54、功能性光學介質層57、第三電池層55以及背電極層56之後產生反射光L’，此反射光L’之光路徑依序由背電極層56、第三電池層55、功能性光學介質層57、第二電池層54、第一電池層53、前電極層52、透明基板51反射而出。當反射光L’之光路徑到達此功能性光學介質層57時，可藉由此功能性光學介質層57而減少再度進入第二電池層54之能量。用以增加第三電池層55捕捉入射光 L的量，並且降低第三電池層55與第二電池層54的光吸收效率差異，進一步使此串疊型太陽能電池50輸出的短路電流提高，並提高了此串疊型太陽能電池50的整體光電轉換效率。

在本發明所提出之第五較佳實施例中，亦可藉著功能性光學介質層57的不同配置與變化，用以提高其第三電池層55的光吸收效率。而此功能性光學介質層57的配置與變化、以及其材料之組成，皆如第一較佳實施例之功能性光學介質層17所述，同時亦請參考圖示第5至7圖。

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、50‧‧‧串疊型太陽能電池

11、21、31、41、51‧‧‧透明基板

12、22、32、42、52‧‧‧前電極層

13、23、33、43、53‧‧‧第一電池層

17、27、37、47、57‧‧‧功能性光學介質層

47a‧‧‧第一功能性光學介質層

47b‧‧‧第二功能性光學介質層

171‧‧‧抗反射薄膜

14、24、34、44、54‧‧‧第二電池層

25、35、45、55‧‧‧第三電池層

16、26、36、46、56‧‧‧背電極層

1711‧‧‧第一介質層

1712‧‧‧第二介質層

r1‧‧‧第一折射係數

r2‧‧‧第二折射係數

t1‧‧‧朝背電極層之一面

t2‧‧‧朝前電極層之一面

L‧‧‧入射光

L’‧‧‧反射光

第1圖為一示意圖，係根據本發明提供之第一較佳實施例，為一種串疊型太陽能電池。

第2圖為一示意圖，係根據本發明提供之第二及第五較佳實施例，為一種串疊型太陽能電池。

第3圖為一示意圖，係根據本發明提供之第三較佳實施例，為一種串疊型太陽能電池。

第4圖為一示意圖，係根據本發明提供之第四較佳實施例，為一種串疊型太陽能電池。

第5~7圖為一示意圖，係根據本發明提供之第一較佳實施例，為一種串疊型太陽能電池之功能性光學介質層。

10‧‧‧串疊型太陽能電池

11‧‧‧透明基板

12‧‧‧前電極層

13‧‧‧第一電池層

17‧‧‧功能性光學介質層

14‧‧‧第二電池層

16‧‧‧背電極層

L‧‧‧入射光

L’‧‧‧反射光

Claims

一種串疊型太陽能電池，包含一透明基板、一前電極層、一第一電池層、一第二電池層、一第三電池層、一背電極層與一功能性光學介質層，其特徵在於：該第一電池層之材料係選自於由非晶矽與非晶矽鍺所組成之群組；該第二電池層與該第三電池層材料係選自由單晶矽、單晶鍺、多晶矽、多晶鍺、微晶矽、微晶鍺、多晶矽鍺與微晶矽鍺所組成之群組；該功能性光學介質層包含第一功能性光學介質層以及第二功能性光學介質層，其中，該第一功能性光學介質層係設置於該第一電池層與該第二電池層之間，該第二功能性光學介質層係設置於該第二電池層與該第三電池層之間；藉此，一入射光由該透明基板入射後，依序進入該前電極層、該第一電池層、該第一功能性光學介質層、該第二電池層、該第二功能性光學介質層，以及該第三電池層，而該入射光自該背電極層一次反射後藉由該第二功能性光學介質層而減少再度進入該第二電池層之能量；且再度進入該第二電池層之入射光則藉由該第一功能性光學介質層而減少進入該第一電池層之能量。
依據申請專利範圍第1項中任一項之串疊型太陽能電池，其中該功能性光學介質層朝向該第一電池層之一面進一步設置有一抗反射薄膜。
依據申請專利範圍第2項之串疊型太陽能電池，其中該抗反射薄膜係選自由矽氧氮化物(SiOxNy,x,y=0~1)及二氧化鈦(TiO₂)所組成之群組。
依據申請專利範圍第1項中任一項之串疊型太陽能電池，其中該功能性光學介質層至少具有一第一介質層及一第二介質層，該第一介質層係設置於該功能性光學介質層朝向該背電極層之一面且具有一第一折射係數，而該第二介質層係設置於該功能性光學介質層朝向該前電極層之一面且具有一第二折射係數，該第一折射係數係大於該第二折射係數。
依據申請專利範圍第4項之串疊型太陽能電池，其中該第一介質層係選自由矽、矽氧氮化物、氧化鋅、氧化鋁鋅、氧化鎵鋅、氧化錋鋅、氧化銦鋅與氧化銦錫所組成之群組，而該第二介質層係選自由矽、矽氧氮化物、氧化鋅、氧化鋁鋅、氧化鎵鋅、氧化錋鋅、氧化銦鋅與氧化銦錫所組成之群組。
依據申請專利範圍第1項中任一項之串疊型太陽能電池，其中該功能性光學介質層具有一梯度折射係數，該梯度折射係數之數值係自朝向該背電極層之一面至朝向該前電極層之一面遞減。
依據申請專利範圍第6項之串疊型太陽能電池，其中該功能性光學介質層包含有一矽氧氮化物，且該矽氧氮化物具有一化學式：Si_xO_yN_z，其中x，y，z皆為正數。
依據申請專利範圍第7項之串疊型太陽能電池，其中該矽氧氮化物之濃度係自向該背電極層之一面至朝向該前電極層之一面遞減。
依據申請專利範圍第6項之串疊型太陽能電池，其中該功能性光學介質層係選自由氧化鋅(ZnO)、氧化鋁鋅(AZO)、氧化鎵鋅(GZO)、氧化錋鋅(YZO)、氧化銦鋅(IZO)與氧化銦錫(ITO)所組成之群組。