TWI423455B - 太陽能電池 - Google Patents

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Description

太陽能電池
本發明涉及太陽能電池技術領域，尤其涉及一種化合物太陽能電池。
太陽能電池成為能源領域之研究熱點，其可被安裝於房屋等建築構件上、汽車等行動裝置上、室內、甚至各種便攜式電子裝置上，用於將太陽光能轉化為電能。
一種典型之太陽能電池之結構包括P型半導體材料層和N型半導體材料層。該太陽能電池之光電轉換過程是指當太陽光照射到半導體材料層上時，其中一部分被表面反射掉，其餘部分被半導體材料層吸收或透過。被吸收之光子，當然有一些變成熱能，另一些則同組成半導體之原子及價電子碰撞，如此產生電子-空穴對，光能就以產生電子-空穴對之形式轉變為電能，並在P型半導體材料層和N型半導體材料層相鄰面兩邊形成勢壘電場，使電子驅向N區，空穴驅向P區，從而N區有過剩之電子，P區有過剩之空穴，在P-N結附近形成與勢壘電場方向相反之光生電場。光生電場之一部分除抵消勢壘電場外地小，還使P型半體材料層帶正電，N型半導體材料層帶負電，在N區與P區之間之薄層產生所謂光生伏打電動勢。若分別在P型半體材料層和N型半導體材料層接上電極引 線，接通負載，則外電路便有電流通過。如此形成之一個個電池元件，把它們串聯、並聯起來，就能產生一定之電壓和電流，輸出功率。
如<<新材料產業>>，2003年第7期上發表之<<矽基太陽能電池與材料>>一文所述，矽基材料被認為是目前較理想之太陽能電池材料。然，矽基太陽能電池製造成本高，其光電轉換效率亦有待提高。
有鑒於此，有必要提供一種具有更好光電轉換性能之太陽能電池實為必要。
一種太陽能電池，其包括：一背電極層；一P型半導體層；一N型半導體層；一前電極層，所述背電極層及前電極層分別與所述P型半導體層及N型半導體層接觸，所述P型半導體層與所述N型半導體層相連，所述P型半導體層材質為P型奈米半導體化合物，所述N型半導體層材質為N型奈米半導體化合物。所述P型奈米半導體化合物選自奈米砷化鋁鎵、摻雜氫之奈米氮化鋁鎵或摻雜鎂之奈米氮化鋁鎵。
由於材質微粒為奈米級尺寸，所述P型半導體層及N型半導體層表面粗糙度較低，從而有助於產生之電子、空穴之遷移，提高光電轉換效率。所述P型半導體層及N型半導體層在生長時容易形成與下層相一致之晶格取向，從而有助於減少位錯等晶格缺陷，如此電子、空穴在遷移時受到之阻力較小，有助於提高光電轉換效率。
100‧‧‧太陽能電池
10‧‧‧基板
20‧‧‧背電極層
30‧‧‧P型半導體層
40‧‧‧P-N過渡層
50‧‧‧N型半導體層
60‧‧‧前電極層
圖1為本發明之實施例提供之太陽能電池示意圖。
下面將結合附圖，對本發明作進一步的詳細說明。
請參閱圖1，本發明之實施例提供之太陽能電池100包括依序疊置之一基板10、一背電極層20、一P型半導體層30、一P-N過渡層40、一N型半導體層50以及一前電極層60。
依鋪設時之剛性、可撓性或機械強度之需要，所述基板10之材質可以選用玻璃、矽、金屬或合金。所述基板10之厚度可以在10微米~100微米之間。
所述背電極層20之材質可以選自鋁(Al)、銀(Ag)、銅(Cu)、鉬(Mo)等金屬單質或鋁銅(Al-Cu)、銀銅(Ag-Cu)、銅鉬(Cu-Mo)等合金。所述背電極層20可以使用磁控濺射法以層面方式沈積在所述基板10上。
所述P型半導體層30之材質為奈米P型半導體化合物，該奈米P型半導體化合物可以為奈米砷化鋁鎵(AlGaAs)、摻雜氫之奈米氮化鋁鎵(AlGaN：H)或摻雜鎂之奈米氮化鋁鎵(AlGaN：Mg)。所述P型半導體層30可以使用外延生長方法，例如金屬有機化學氣相沈積法(MOCVD)形成在所述背電極層20上。所述P型半導體層30厚度在1微米~10微米之間，其材質微粒外徑優選在10奈米~100奈米之間。由於材質微粒為奈米級尺寸，所述P型半導體層30外延生長時更容易形成與所述背電極層20相一致之晶格取向，從而利於減少內部位錯等晶格缺陷。該P型半導體層30表面亦會較平 整，表面粗糙度會較低。
所述P-N過渡層40之材質可以為摻雜鎵(Ga)之硒化銅銦(通式記為CuIn1-xGaxSe2)。所述P-N過渡層40可以使用磁控濺射法沈積在所述P型半導體層30上，其厚度可以在0.2微米~0.5微米之間。而由於所述P型半導體層30表面平整，該P-N過渡層40可以較容易形成在該P型半導體層30表面。該P-N過渡層40有助於整個太陽能電池100之穩定性以及光電轉換效率。
所述N型半導體層50之材質為奈米N型半導體化合物，該奈米N型半導體化合物可以為奈米氮化鎵(GaN)、摻雜矽之奈米氮化鎵(AlGaN：Si)或奈米磷化銦鎵(InGaP)。同樣地，所述N型半導體層50亦可以使用外延生長方法，例如金屬有機化學氣相沈積法(MOCVD)形成在所述P-N過渡層40上。所述N型半導體層50厚度在0.5微米~10微米之間，其材質微粒外徑優選在10奈米~100奈米之間。由於材質微粒為奈米級尺寸，所述N型半導體層50外延生長時更容易形成與所述P-N過渡層40相一致之晶格取向，從而利於減少內部位錯等晶格缺陷。
由於材質微粒為奈米級尺寸，所述P型半導體層30及N型半導體層50與所述P-N過渡層40相接觸之表面粗糙度均較低，從而有助於所述P型半導體層30及N型半導體層50產生之電子、空穴之遷移，提高光電轉換效率。所述P型半導體層30採用之P型半導體化合物、所述N型半導體層50採用之N型半導體化合物本身便具有比矽基材料料更高之光電轉換性能。
所述前電極層60材質為透明導電氧化物，該透明導電氧化物可以選自銦錫氧化物(Indium Tin Oxide,ITO)、氧化鋅(ZnO)或摻雜氧化鋁之氧化鋅(ZnO-Al2O3)。所述前電極層60可以使用磁控濺射法以層面之方式沈積在所述N型半導體層50上，其厚度可以在300奈米~900奈米之間。所述前電極層60還作為所述N型半導體層50之減反射層。
整個太陽能電池100可以被安裝在房屋等建築構件上、汽車等行動裝置上、室內、甚至各種便攜式電子裝置上。在必要之情況下，太陽能電池100上可以設置一透光防雨框架。
綜上所述，本發明確已符合發明專利之要件，遂依法提出專利申請。惟，以上所述者僅為本發明之較佳實施方式，自不能以此限制本案之申請專利範圍。舉凡熟悉本案技藝之人士援依本發明之精神所作之等效修飾或變化，皆應涵蓋於以下申請專利範圍內。
100‧‧‧太陽能電池
10‧‧‧基板
20‧‧‧背電極層
30‧‧‧P型半導體層
40‧‧‧P-N過渡層
50‧‧‧N型半導體層
60‧‧‧前電極層

Claims (9)

  1. 一種太陽能電池，其包括：一背電極層；一P型半導體層；一N型半導體層；一前電極層，所述背電極層及前電極層分別與所述P型半導體層及N型半導體層接觸，所述P型半導體層與所述N型半導體層相連，其改進在於，所述P型半導體層材質為P型奈米半導體化合物，所述N型半導體層材質為N型奈米半導體化合物，所述P型奈米半導體化合物選自奈米砷化鋁鎵、摻雜氫之奈米氮化鋁鎵或摻雜鎂之奈米氮化鋁鎵。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之太陽能電池，其中，所述太陽能電池還包括一基板，所述背電極層形成在該基板上，該基板材質選自玻璃、矽、金屬或合金。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之太陽能電池，其中，所述背電極層材質選自鋁、銀、銅、鉬中一種金屬單質或兩種金屬單質之合金。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之太陽能電池，其中，所述N型奈米半導體化合物選自奈米氮化鎵、摻雜矽之奈米氮化鎵或奈米磷化銦鎵。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之太陽能電池，其中，所述P型奈米半導體化合物及N型奈米半導體化合物微粒粒徑在10奈米至100奈米 之間。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之太陽能電池，其中，所述太陽能電池進一步包括一P-N過渡層，所述P型半導體層與所述N型半導體層通過該P-N過渡層間接相連，該P-N過渡層材質為摻雜鎵之硒化銅銦。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之太陽能電池，其中，所述前電極層材質為透明導電氧化物。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之太陽能電池，其中，所述透明導電氧化物選自銦錫氧化物、氧化鋅或摻雜氧化鋁之氧化鋅。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之太陽能電池，其中，所述前電極層厚度在300奈米~900奈米之間。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US20050061363A1 (en) * 2003-09-23 2005-03-24 Ginley David S. Organic solar cells including group IV nanocrystals and method of manufacture
US20050183769A1 (en) * 2003-11-10 2005-08-25 Hiroki Nakagawa Method of producing substrate for dye-sensitized solar cell and dye-sensitized solar cell

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