TWI447926B - 一種於太陽能電池裝置內形成透明光捕捉結構的方法 - Google Patents

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Description

一種於太陽能電池裝置內形成透明光捕捉結構的方法
本發明係一種形成透明光捕捉結構的方法，主要係藉由使用透明薄膜材料於太陽能電池裝置內形成透明光捕捉結構的方法。
太陽能是一種可永續使用並且不會產生污染的綠色能源，可望解決部分燃燒石化燃料短缺及其所產生的溫室氣體的問題，其中，太陽能電池可以直接將太陽能轉換為電能，且產品維護費用低廉，是目前能源環境產業中非常重要的研究課題。
目前依所形成的太陽能電池材料可分為矽晶太陽能電池，矽基薄膜太陽能電池、銅銦鎵硒(CIGS)太陽能電池、有機材料電池等領域。其中的矽基薄膜太陽電池目前實驗室的穩定最高轉換效率約在12%左右，但因薄膜太陽能電池的矽材料使用量低、製造過程可大幅降低生產成本，及容易大面積化量產的優點，可大幅降低每度電的發電成本而使設置成本回收期縮短，同時部分透光及使用的彈性亦有其不可取代的優勢。
太陽能電池是一種接受到太陽光即可直接進行發電的光電半導體元件，其工作原理主要是透過光伏特效應，即當被光照到時，元件瞬間就可輸出電壓及電流，其基本構造是運用正型(p-type)與負型(n-type)半導體接合而成的，或在兩者中外加一層中性吸收層(undoped layer,i-layer)，所以當太陽光照射時，光子能激發電子和電洞對，這些電子和電洞受到內建電場的影響，藉由漂移(drift)使電子向n型區飄移，電洞向p型區漂移，故此極為光電流(photo-current)。此時外部如果用電極連接起來形成一個迴路，即是太陽電池發電的原理。
在光電轉換的過程中，並非所有入射光子皆能被電池吸收並轉換為電能，太陽光為一長波段的能量分佈，過高能量之光波長所導致的損耗被視為是目前效率仍無法達到超高效率的關鍵因素之一，另外其他的損耗機制如PN接面的能量損耗、半導體-金屬接面處之能量損耗、載子於傳輸過程再複合之能量損耗及光波長長於材料能隙之能量損耗，皆會降低薄膜太陽能電池的效率，這些損耗大部分以熱的型式逸失。
然而以上所述為光入射進太陽能電池原建後的損耗，在太陽能電池的使用上，因為光在入射進元件前會有因為折射率差異形成反射作用造成光的損失，而矽基薄膜太陽電池的基板通常以玻璃為主，折射率為1.5左右，而TCO材料的折射率約在2.0左右，此折射率差異會造成光的反射而減少光的利用率；同時，一般常見增加光學效率的方法為使用商用具有結構的TCO透明導電玻璃，以減少光的反射同時使光線產生散射以增加光在太陽能電池中的路徑，以提升光子的利用效率。
在傳統的光折射與光反射的發展技術上，如美國編號第2009/0231714A1號專利，該專利技術使用各式方法在與大氣接觸的基板表面形成具抗反射功能的結構，且使用於顯示器螢幕上，如美國編號第2006/0065299號專利，該專利於玻璃表面沉積多層導電氧化物結構，前述專利技術之目的功能與本發明之目的與應用領域盡管完全不同，但仍不失為一種可啟發新發明之不同思考模式。
故而，為了能提高太陽能電池的光捕捉效率，降低太陽能電池的不必要耗損，故需要研發新式太陽能電池之新式結構，藉以提高太陽能電池的發電品質且可降低太陽能電池的製造時間與製造成本。
本發明為一種於太陽能電池裝置內形成透明光捕捉結構的方法，主要係使用一層或是複數層透明薄膜於太陽能電池裝置內形成透明光捕捉結構。
本發明提出一種於太陽能電池裝置內形成透明光捕捉結構的方法，首先形成一層或是複數層透明薄膜於透明基板上，以製程方法進行處理而形成具表面起伏之光捕捉層，再形成第一透明導電氧化層於光捕捉層上，該透明導電氧化物層因該光捕捉層結構產生相仿的結構，後續形成薄膜太陽能電池元件於透明導電氧化物層上，再形成第二薄透明導電氧化層於薄膜太陽能電池元件上之後，最後形成金屬電極層於第二薄透明導電氧化層上。
本發明藉由在基板上形成單層或多層光捕捉薄膜結構，以提升太陽能電池的光吸收與捕捉效率，藉以改善目前薄膜太陽能電池光電轉換效率的低落問題。故而，關於本發明之優點與精神可以藉由以下發明詳述及所附圖式得到進一步的瞭解。
本發明提供一種於太陽能電池裝置內形成透明光捕捉結構的方法。請參考第1A圖至第1H圖，係為本發明形成方法之實施例連續示意圖，詳細說明如下列：如第1A圖所示，首先提供一透明基板101，通常透明基板101可以選自玻璃基板亦或是塑膠基板。續以化學氣相沉積法(chemical vapor deposition,CVD)、物理氣相沉積法(Physical Vapor Deposition,PVD)或容易分散圖不等方法，形成一薄膜層102於該透明基板101上。該薄膜層102可為氮化物層，如氮化矽(SiNx )層所形成，而亦或為氧化物層，如氧化矽(SiO2 )、氧化鋁(Al2 O3 )層、或為氮氧化物，或為高分子材料所形成。而該102層的厚度為10奈米(nm)至10000奈米(nm)之間。
繼續如第1B圖所示，除可保留原102薄膜，隨後亦可以選擇各式的蝕刻法，包括物理性蝕刻法，或是化學性蝕刻法、退火法或是壓印法等方法，以使該薄膜層102形成具有凹凸不平的高低差結構的光捕捉層102。在經過製程處理後，圖中102層的表面因其結構凹凸不平且具有高低差而形成高低差結構，而高低差結構的表面之高低落差為0奈米至2000奈米之間，且具有2至1.5之間的特定或漸變折射率，並具有透明且可為非導體的性質。而該光捕捉層102具有光捕捉的功能，且可由一層薄膜或是多層薄膜所構成。
如第1C圖所示，以物理氣相沉積法，或是化學氣相沉積法以形成第一透明導電氧化(Transparent Conducting Oxide,TCO)層103於該光捕捉層102上。該第一透明導電氧化層103通常使用有參雜之氧化錫(如SnO2 ：F)或有參雜之氧化鋅(如ZnO2 ：Al)，該第一透明導電氧化層103因本發明光捕捉層102之高低差結構而表面具有相仿的凹凸不平的高低差結構。
再如第1D圖所示，經由化學氣相沉積法形成正型(p-type)導電層104於該第一透明導電氧化層103上。
更如第1E圖所示，形成未摻雜層105於該正型(p-type)導電層104上。
又如第1F圖所示，經由化學氣相沉積法以形成負型(n-type)導電層106於該未摻雜導電層105上。
而如第1G圖所示，形成第二透明導電氧化(Back TCO)層107於該負型導電層106上。
最後如第1H圖所示，以物理氣相沉積法，或以網印法等形成一金屬電極(Back electrode)層108於該第二透明導電氧化層107上，而該金屬電極層108通常以銀、鋁、銅、鎳合金金屬所形成。
而猶如第2圖所示光捕捉層之多層薄膜示意圖，當使用多層薄膜，如光捕捉層薄膜102A，光捕捉層薄膜102B，光捕捉層薄膜102C等多層薄膜以累積形成該光捕捉層102時，其目的乃使折射率會產生逐漸的變化以產生漸變折射率。
如第3圖所示，其中前述第1D圖之正型導電層104，第1E圖之未摻雜層105與第1F圖之負型導電層106可形成薄膜太陽能電池單元(Solar Cell)301，故而第1D圖正型導電層104與第1F圖負型導電層106之順序可為相反的順序，亦即形成如第3圖薄膜太陽能電池單元301的排列順序示意圖，其薄膜太陽能電池單元由上至下的組合為負型導電層106，未摻雜層105與正型導電層104。故由第1D圖之正型導電層104，第1E圖之未摻雜層105與第1F圖之負型導電層106所述的組合方式僅為薄膜太陽能電池單元301的部份例示表示，並非限定該薄膜太陽能電池單元301內的組成成分與組合方式，更應包含未於本發明中所未提及之薄膜太陽能電池單元301。
本發明藉由光學反射結構之形成以提升太陽能電池裝置的光吸收與捕捉效率，藉以改善目前薄膜太陽能電池光電轉換效率的低落問題。且本發明在基板上形成單層或多層光捕捉薄膜結構，藉以提高太陽能電池的發電品質，且可降低太陽能電池的製造時間與製造成本。
以上所述僅為本發明之較佳實施例而已，並非用以限定本發明之申請專利範圍；凡其它未脫離本發明所揭示之精神下所完成之等效改變或修飾，均應包含在下述之申請專利範圍內。
101‧‧‧透明基板
102‧‧‧光捕捉層
102A‧‧‧光捕捉層薄膜
102B‧‧‧光捕捉層薄膜
102C‧‧‧光捕捉層薄膜
103‧‧‧第一透明導電氧化層
104‧‧‧正型導電層
105‧‧‧未摻雜層
106‧‧‧負型導電層
107‧‧‧第二透明導電氧化層
108‧‧‧金屬電極層
301‧‧‧薄膜太陽能電池單元
第1A圖至第1H圖係為本發明實施例之連續示意圖。
第2圖係為本發明光捕捉層之多層薄膜示意圖。
第3圖係為本發明薄膜太陽能電池單元的排列示意圖。
101‧‧‧透明基板
102‧‧‧光捕捉層
103‧‧‧第一透明導電氧化層
104‧‧‧正型導電層
105‧‧‧未摻雜層
106‧‧‧負型導電層
107‧‧‧第二透明導電氧化層
108‧‧‧金屬電極層
301‧‧‧薄膜太陽能電池單元

Claims (9)

  1. 一種於太陽能電池裝置內形成透明光捕捉結構的方法，至少包含：提供一透明基板，該透明基板上具有單數或複數層透明薄膜；製程處理該透明薄膜以成為一光捕捉層；形成一第一透明導電氧化層於該光捕捉層上；形成一薄膜太陽能電池單元於該第一透明導電氧化層上；形成一第二透明導電氧化層於該薄膜太陽能電池單元上；以及形成一金屬電極層於該第二透明導電氧化層上，藉以形成於該太陽能電池裝置內形成透明光捕捉結構的方法。
  2. 如申請專利範圍第1項所述於太陽能電池裝置內形成透明光捕捉結構的方法，其中該透明基板係由一玻璃基板，以及一塑膠基板之群組中所選出。
  3. 如申請專利範圍第1項所述於太陽能電池裝置內形成透明光捕捉結構的方法，其中該透明薄膜係由氮化物、氧化物、氮氧化物以及高分子材料之群組中所選出。
  4. 如申請專利範圍第1項所述於太陽能電池裝置內形成透明光捕捉結構的方法，其中製作該透明薄膜的方法係由物理氣相沉積法、化學氣相沉積法以及塗佈法之群組中所選出。
  5. 如申請專利範圍第1項所述於太陽能電池裝置內形成透明光捕捉結構的方法，其中該光捕捉層的厚度包含10奈米至10000奈米之間。
  6. 如申請專利範圍第1項所述於太陽能電池裝置內形成透明光捕捉結構的方法，其中該光捕捉層的表面包含有凹凸不平的高低差結構，其高低落差約為0奈米至2000奈米之間。
  7. 如申請專利範圍第1項所述於太陽能電池裝置內形成透明光捕捉結構的方法，其中處理該單數或複數層透明薄膜之技術係由物理性蝕刻法、化學性蝕刻法、退火法以及壓印法之群組中所選出。
  8. 如申請專利範圍第1項所述於太陽能電池裝置內形成透明光捕捉結構的方法，其中形成該金屬電極層之方法係由物理氣相沉積法，以及網印法之群組中所選出。
  9. 如申請專利範圍第1項所述於太陽能電池裝置內形成透明光捕捉結構的方法，其中該金屬電極層係由銀、鋁、銅、鎳合金金屬之群組中所選出。
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW200905896A (en) * 2007-07-19 2009-02-01 Atomic Energy Council Fabricating method of polysilicon thin-film solar cell
TW200917504A (en) * 2007-10-02 2009-04-16 Univ Chang Gung Solar energy photoelectric conversion apparatus
WO2010032490A1 (ja) * 2008-09-19 2010-03-25 株式会社アルバック 太陽電池及びその製造方法
TW201032347A (en) * 2009-02-16 2010-09-01 Lg Display Co Ltd Method of fabrication solar cell

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW200905896A (en) * 2007-07-19 2009-02-01 Atomic Energy Council Fabricating method of polysilicon thin-film solar cell
TW200917504A (en) * 2007-10-02 2009-04-16 Univ Chang Gung Solar energy photoelectric conversion apparatus
WO2010032490A1 (ja) * 2008-09-19 2010-03-25 株式会社アルバック 太陽電池及びその製造方法
TW201032347A (en) * 2009-02-16 2010-09-01 Lg Display Co Ltd Method of fabrication solar cell

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