TWI430456B - 薄膜太陽能電池及其製作方法 - Google Patents

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薄膜太陽能電池及其製作方法
本發明揭露一種薄膜太陽能電池及其製作方法，特別是一種具有矽化物層的薄膜太陽能電池及其製作方法。
在習知技術中，薄膜太陽能電池通常由玻璃基板、前電極層、光吸收層及背電極層依序堆疊而成，當光線經由玻璃基板進入薄膜太陽能電池後，在光吸收層進行光電轉換，再藉由前電極層及背電極層將電流導出後加以利用。
然而，在這樣的結構中，有部分光線在尚未利用前就已經射出薄膜太陽能電池外，因此為了進一步提升光在光吸收層中的利用率，已知的習知技術中使前電極層產生凹凸的表面，造成光線在由前電極層進入光吸收層之前能產生較多的折射，使光線能達到較佳的使用率；或者，在玻璃基板上方鍍上一層不規則的金屬表面，由於金屬表面不規則的構型，亦可使光線由玻璃基板進入前電極層時產生較多的折射；上述的方式，皆使光線透過凹凸表面產生較多的折射，而達到較佳的光利用率。例如，美國專利US5136351(下稱’351)在基板式(Substrate)薄膜太陽能電池結構中提供了一種增加光線利用率的結構，主要是透過背電極層與基板間形成有一層光反射層，且此一光反射層為不規則的表面，以及在光吸收層與背電極層之間再有一層具有不規則表面的光反射層，如此，當光線自前電極層進入，經光吸收層至背電極層，再由背電極層穿射至基板時，由於在光吸收層與被電極層之間以及背電極層與基板之間具有不規則表面的反射層，因此能使光線產生多次的反射，以達到較佳的光使用率。
再者，在美國專利US6207890(下稱’890)中亦提出，利用蝕刻的方式使基板產生不規則表面且在基板面上的凹陷部份為圓形或圓弧狀，以增加光 的利用率。然而，在’351專利中，由於要形成一層不規則的反光層，因此需要增加製程來製作反光層，且在’351專利中所使用的反光層的材質為銀，因此增加了製作上的成本，同時，由於在整體結構上多一層反光層，使得整個薄膜太陽能電池結構的厚度上也隨之增加。此外，在’890專利中由於是直接在蝕刻在玻璃基板上，因此蝕刻出來的深寬比不高，間接影響到光線反射的效率。
由於提升增加光線的折射，可有效提升光線的利用率，因此本發明提供一種薄膜太陽能電池，包含依序排列的玻璃層、含氫離子矽化物層、第一電極層、光吸收層及第二電極層。其中，含氫離子矽化物層係由離子植入方式，將氫離子植入矽化物層的表面，使矽化物層靠近氫離子植入表面之一側形成含氫離子矽化物層。含氫離子矽化物層之厚度介於0.01μm~10μm之間且具有不規則粗糙表面，不規則粗糙表面具有複數個凹陷部，凹陷部寬度介於0.01μm~5μm之間，凹陷部深度介於0.01μm~10μm之間。
因此本發明之主要目的在於提供一種薄膜太陽能電池，由於在含氫離子矽化物層具有不規則粗糙表面，使得光線可產生較多折射，以提高光線的使用率。
本發明之又一目的在於提供一種薄膜太陽能電池，由於含氫離子矽化物層上具有不規則粗糙表面，因此使得前電極層形成於複合基板上時，亦產生不規則表面的構型，使光線產生更多折射，以提高光線的使用率。
再者，本發明為了提升增加光線的折射，可有效提升光線的利用率，再提供一種薄膜太陽能電池的製作方法，包含提供玻璃基板，其中玻璃基板包含有結合表面。提供矽化物基板，矽化物基板具有第一表面。將氫離子以離子植入方式植入矽化物基板之第一表面，使矽化物基板靠近第一表面之一側形成含氫離子矽化物層，氫離子於含氫離子矽化物層中具有特定濃度分佈。將矽化物基板之第一表面與玻璃基板之結合表面結合接著，進 行加熱步驟，使含氫離子矽化物層內自氫離子濃度最高處產生剝離，形成一個剝離面。於含氫離子矽化物層的剝離面進行蝕刻步驟，使剝離面形成不規則粗糙表面。形成第一電極層於不規則粗糙表面上。形成光吸收層於第一電極層上，以及，形成第二電極層於該光吸收層上。
因此本發明之主要目的在於提供一種薄膜太陽能電池的製作方法，由於在含氫離子矽化物層上具有不規則粗糙表面，使得光線可產生較多折射，以提高光線的使用率。
本發明之又一目的在於提供一種薄膜太陽能電池的製作方法，由於含氫離子矽化物層上具有不規則粗糙表面，因此使得前電極層形成於複合基板上時，亦產生不規則表面的構型，使光線產生更多折射，以提高光線的使用率。
本發明主要係揭露一種薄膜太陽能及其製作方法，請參考第1A圖，為本發明第一實施例之薄膜太陽能電池主要結構示意圖。薄膜太陽能電池包含依序排列的玻璃層11、含氫離子矽化物層12、第一電極層13、光吸收層14及第二電極層15。請參考第1B圖，其中，含氫離子矽化物層12係以離子植入的方式，將氫離子植入至矽化物層120一側之表面121，使矽化物層120靠近表面121之一側形成含氫離子矽化物層12。同時，在氫離子植入的過程中，氫離子16自表面121朝向矽化物層120的中央產生濃度不同的分佈，接著，請參考第1C圖，將矽化物層120加熱至攝氏150度~攝氏300度之間，使矽化物層120與含氫離子矽化物層12自氫離子16濃度最高處產生剝離，以形成一個剝離面122。請參考第1D圖，在剝離面122上進行蝕刻步驟，以使剝離面122產生不規則粗糙表面123，此一蝕刻步驟可以為濕蝕刻或乾蝕刻皆可，而藉由此蝕刻步驟使得剝離面122產生不規則粗糙表面123，藉此可使入射光線反射至光吸收層14的量增加，進而提升光能量的吸收，產生更佳的光利用率。含氫離子矽化物層12之厚度介於0.01μ m~10μm之間，且經蝕刻後產生的不規則粗糙表面123會具有複數個凹陷部124，凹陷部124寬度介於0.01μm~5μm之間，且凹陷部124深度介於0.01μm~10μm之間。上述第一實施例中，矽化物層120係可選自由矽(Si)或矽鍺(SiGe)所組成的群組。
本發明第二實施例之薄膜太陽能電池製作方法，包含下列步驟：首先，請參考第2A圖，提供玻璃基板21，玻璃基板21包含結合表面211，同時，提供矽化物基板220，矽化物基板220具有表面221，且可選自由矽(Si)或矽鍺(SiGe)所構成的群組。接著，將氫離子以離子植入方式植入矽化物基板220之表面221，使矽化物基板220靠近表面221之一側形成含氫離子矽化物層22，此時，氫離子於含氫離子矽化物層22中具有特定濃度分佈。請參考第2B圖，將矽化物基板220之表面221與玻璃基板21之結合表面211結合。接著，如第2C圖，進行加熱步驟，將玻璃基板21及矽化物基板220加熱至攝氏150度至攝氏300度，使矽化物基板220中之含氫離子矽化物層22內自氫離子濃度最高處產生剝離，以形成剝離面222。請參考第2D圖，於剝離面222進行蝕刻步驟，使含氫離子矽化物層22上之剝離面222形成不規則粗糙表面223，不規則粗糙表面223具有複數個凹陷部224。接著，請參考第2E，形成第一電極層23於不規則粗糙表面223上。之後，請參考第2F圖，形成光吸收層24於第一電極層23上。最後，請參考2G圖，形成第二電極層25於光吸收層24上。
在上述第二實施例中，凹陷部224之寬度介於0.01μm~5μm之間，凹陷部224之深度介於0.01μm~10μm之間，且含氫離子矽化物層22之厚度介於0.01μm~10μm之間。
在本發明中，光線主要係由第一電極層13,23進入光吸收層14,24，因此為了使光線能夠穿透第一電極層13,23，本發明所使用的第一電極層13,23為透明導電薄膜(transparent conductive oxide thin film,TCO)，藉此，當光線透過第一電極層13,23後，進入到光吸收層14,24後，部分光線在光吸 收層14,24進行光電轉換，而有部分光線會穿透光吸收層14,24到第二電極層15,25，而同樣地，在本發明中第二電極層15,25亦可為透明導電薄膜(TCO)，當光線再穿透第二電極層15,25時，由於含氫離子矽化物層12,22為不透光結構且具有不規則的表面，因此光線在碰到含氫離子矽化物層12,22會產生有效的反射，使光線反射回光吸收層14,24，產生更佳的光利用率。
相較於’351專利，本發明利用含氫離子矽化物層的不規則表面產生反射，比直接形成一層銀金屬的反射層成本來的低，且反射的效果也較佳。同時，相較於’890專利，本發明在含氫離子矽化物層上進行蝕刻，比直接蝕刻在玻璃基板上會有較佳的深寬比，因此所得到的反射效果也會比較好。
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權利範圍；同時以上的描述，對於相關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。
11‧‧‧玻璃層
12‧‧‧含氫離子矽化物層
120‧‧‧矽化物層
121‧‧‧表面
122‧‧‧剝離面
123‧‧‧不規則粗糙表面
124‧‧‧凹陷部
13‧‧‧第一電極層
14‧‧‧光吸收層
15‧‧‧第二電極層
16‧‧‧氫離子
21‧‧‧玻璃基板
211‧‧‧結合表面
22‧‧‧含氫離子矽化物層
220‧‧‧矽化物基板
221‧‧‧表面
222‧‧‧剝離面
223‧‧‧不規則粗糙表面
224‧‧‧凹陷部
23‧‧‧第一電極層
24‧‧‧光吸收層
25‧‧‧第二電極層
第1A圖，本發明第一實施例之薄膜太陽能電池主要結構示意圖。
第1B圖，含氫離子矽化物層形成示意圖。
第1C圖，含氫離子矽化物層剝離示意圖。
第1D圖，剝離面蝕刻示意圖。
第2A圖，本發明第二實施例之薄膜太陽能電池製作方法示意圖。
第2B圖，矽化物基板與玻璃基板結合示意圖。
第2C圖，含氫離子矽化物層剝離示意圖。
第2D圖，剝離面蝕刻示意圖。
第2E圖，第一電極層形成於不規則粗糙表面示意圖。
第2F圖，光吸收層形成於第一電極層示意圖。
第2G圖，第二電極層形成於光吸收層示意圖。
11‧‧‧玻璃層
12‧‧‧含氫矽化物層
13‧‧‧第一電極層
14‧‧‧光吸收層
15‧‧‧第二電極層

Claims (9)

  1. 一種薄膜太陽能電池，包含依序排列的一玻璃層、一含氫離子矽化物層、第一電極層、一光吸收層及第二電極層，其中，該含氫離子矽化物層的厚度介於0.01μm~10μm之間，係由離子植入方式，將氫離子植入一矽化物層一側之表面而形成具有特定濃度分佈的該含氫離子矽化物層，並進一步蝕刻以構成具有複數個凹陷部的不規則粗糙表面，且該凹陷部寬度介於0.01μm~5μm之間，該凹陷部深度介於0.01μm~10μm之間。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之薄膜太陽能電池，其中將該玻璃層及含氫離子矽化物層加熱至攝氏150度~攝氏300度之間，使該含氫離子矽化物層內自氫離子濃度分佈最高處產生剝離，以形成一剝離面並由該剝離面側在該含氫離子矽化物層進行蝕刻，使該剝離面產生前述不規則粗造表面。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之薄膜太陽能電池，其中該不規則粗糙表面之該蝕刻方式係選自由濕蝕刻、乾蝕刻方式所組成之群組。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之薄膜太陽能電池，其中該矽化物層係選自由矽(Si)或矽鍺(SiGe)所組成的群組。
  5. 一種薄膜太陽能電池製作方法，包含：提供一玻璃基板，該玻璃基板包含一結合表面；提供一矽化物基板，該矽化物基板具有第一表面；將氫離子以離子植入方式植入該矽化物基板之該第一表面，使該矽化物基板靠近該第一表面之一側形成一含氫離子矽化物層，該氫離子於該含氫離子矽化物層中具有特定濃度分佈；將該矽化物基板之該第一表面與該玻璃基板之該結合表面結合；進行一加熱步驟，使該含氫離子矽化物層內自氫離子濃度最高處產生剝離，以形成一剝離面；於該剝離面側進行蝕刻，使該含氫離子矽化物層上之該剝離面形成一 不規則粗糙表面；形成第一電極層於該不規則粗糙表面上；形成一光吸收層於該第一電極層上；以及形成第二電極層於該光吸收層上。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之薄膜太陽能電池製作方法，其中該不規則粗糙表面具有複數個凹陷部，該凹陷部之寬度介於0.01μm~5μm之間，該凹陷部之深度介於0.01μm~10μm之間。
  7. 如申請專利範圍第5項所述之薄膜太陽能電池製作方法，其中該含氫離子矽化物層之厚度介於0.01μm~10μm之間。
  8. 如申請專利範圍第5項所述之薄膜太陽能電池製作方法，其中該加熱步驟之加熱溫度介於攝氏150度~攝氏300度之間。
  9. 如申請專利範圍第5項所述之薄膜太陽能電池製作方法，其中該矽化物基板之材質係選自由矽(Si)或矽鍺(SiGe)所構成的群組。
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