TWI464889B - 具異質介面之太陽能電池及其製造方法 - Google Patents

具異質介面之太陽能電池及其製造方法 Download PDF

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Description

具異質介面之太陽能電池及其製造方法
本發明係關於一種太陽能電池及其製造方法，尤其關於一種具異質介面之太陽能電池及其製造方法。
太陽能電池是一種能量轉換的光電元件，它是經由太陽光照射後，把光的能量轉換成電能，此種光電元件稱為太陽能電池(Solar Cell)。從物理學的角度來看，有人稱之為光伏(Photovoltaic，簡稱PV)電池。
傳統的太陽能電池的主要材料，可以是矽、砷化鎵(GaAs)、磷化銦(InP)、碲化鎘(CdTe)及硫化鎘(CdS)等。利用這幾類材料所製造出的太陽能電池所吸收的光線的波長範圍不同，也分別有其不同的應用領域。舉例而言，基於矽材料之太陽能電池能轉換的光波長範圍是1000－1300nm、基於砷化鎵(GaAs)材料之太陽能電池能轉換的光波長範圍是700－900nm、基於碲化鎘(CdTe)材料之太陽能電池能轉換的光波長範圍是500－900nm、而基於硫化鎘(CdS)材料之太陽能電池能轉換的光波長範圍是400－600nm。
由於太陽光的波長分佈範圍很廣，單單利用矽、砷化鎵(GaAs)、磷化銦(InP)、碲化鎘(CdTe)或硫化鎘(CdS)材料所製作出的太陽能電池僅有一部分的太陽光轉換成電能。因此，習知技術一直無法克服此缺點。此外，習知之太陽能電池之受光面通常形成有手指狀電極，因而遮蔽部分受光面積，造成效率無法有效被提升。
因此，本發明之一個目的係提供一種具異質介面之太陽能電池及其製造方法，其可以吸收較大範圍的波長的光線，並降低光線的遮蔽率。
為達上述目的，本發明提供一種具異質介面之太陽能電池，其包含一矽基板、一保護層、一背面電極層、一異質材料層及一透明導電層。矽基板具有一正面及一背面。保護層之一正面連結至矽基板之背面。背面電極層電連接至矽基板，並貫穿保護層而伸出保護層之一背面。異質材料層形成於矽基板之正面上。異質材料層與矽基板分別吸收不同波長範圍之光線而產生一電壓差。透明導電層形成於異質材料層上。
本發明亦提供一種具異質介面之太陽能電池之製造方法，包含以下步驟：提供一矽基板，矽基板具有一正面及一背面；於矽基板之背面上形成一保護層，保護層之一正面面對矽基板之背面；於保護層之一背面形成一背面電極層；燒結背面電極層，使背面電極層穿透保護層而電連接至矽基板；於矽基板之正面上形成一異質材料層，異質材料層與矽基板分別吸收不同波長範圍之光線而產生一電壓差；及於異質材料層上形成一透明導電層。
藉由上述實施樣態，可以在薄型化的矽基板上形成異質材料層，以建構出具異質介面之太陽能電池。矽基板吸收長波長的光線，異質材料層吸收短波長的光線，透明導電層同時具有抗反射及收集載子的功效。因此，不需要具有習知技術之手指狀電極，使得光線遮蔽率可以有效被降低，進而提升太陽能電池的效率。由於矽基板不需要太厚，可以有效降低成本，並減少對矽晶圓之依賴。
為讓本發明之上述內容能更明顯易懂，下文特舉一較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。
圖1顯示依據本發明第一實施例之太陽能電池之示意圖。如圖1所示，本實施例之太陽能電池包含一矽基板10、一保護層20、一背面電極層30、一異質材料層40及一透明導電層50。
矽基板10具有一正面10F及一背面10B。保護層20係由氮化矽或二氧化矽所構成。保護層20之一正面20F連結至矽基板10之背面10B。背面電極層30電連接至矽基板10，並貫穿保護層20而伸出保護層20之一背面20B。異質材料層40形成於矽基板10之正面10F上，異質材料層40與矽基板10分別吸收不同波長範圍之光線而產生一電壓差。透明導電層50係由氧化銦鍚(ITO)或氧化鋅(ZnO)所構成，且透明導電層50形成於異質材料層40上。
於本實施例中，矽基板10係為一P型矽層，且異質材料層40係為一N型半導體層，其材料譬如是砷化鎵(GaAs)、磷化銦(InP)、碲化鎘(CdTe)及硫化鎘(CdS)。或者，矽基板10係為一N型矽層，且異質材料層40係為一P型半導體層，其材料譬如是砷化鎵(GaAs)、磷化銦(InP)、碲化鎘(CdTe)及硫化鎘(CdS)。異質材料層40可以藉由沈積、濺鍍及蒸鍍法形成，藉由控制材料的成分及濃度，即可控制所沈積材料為P型或N型。
圖2顯示依據本發明第二實施例之太陽能電池之示意圖。如圖2所示，本實施例係類似於第一實施例，不同之處在於矽基板10係由一P/N型矽層12及一N/P型矽層14所組成，且異質材料層40係由一P/N型半導體層42及一N/P型半導體層44所組成。
P/N型半導體層42之材料譬如是砷化鎵(GaAs)、磷化銦(InP)、碲化鎘(CdTe)及硫化鎘(CdS)。N/P型半導體層44之材料譬如是砷化鎵(GaAs)、磷化銦(InP)、碲化鎘(CdTe)及硫化鎘(CdS)。
圖3顯示依據本發明之太陽能電池之製造方法之流程圖。如圖3所示，本發明之太陽能電池之製造方法包含以下步驟。
首先，於步驟S1，提供一矽基板10。矽基板10具有一正面10F及一背面10B。
接著，於步驟S2，於矽基板10之背面10B上形成一保護層20。保護層20之一正面20F面對矽基板10之背面10B。
然後，於步驟S3，於保護層20之一背面20B形成一背面電極層30。背面電極層30之材料通常為銀膠。
接著，於步驟S4，燒結背面電極層30，使背面電極層30穿透保護層20而電連接至矽基板10。
然後，於步驟S5，於矽基板10之正面10F上形成一異質材料層40。異質材料層40與矽基板10分別吸收不同波長範圍之光線而產生一電壓差。
最後，於步驟S6，於異質材料層40上形成一透明導電層50。各層的特性已經說明於上述內容中，於此不再詳述。
藉由本發明之上述構造，可以在薄型化的矽基板上形成異質材料層，以建構出具異質介面之太陽能電池。矽基板吸收長波長的光線，異質材料層吸收短波長的光線，透明導電層同時具有抗反射及收集載子的功效。因此，不需要具有習知技術之手指狀電極，使得光線遮蔽率可以有效被降低，進而提升太陽能電池的效率。由於矽基板不需要太厚，可以有效降低成本，並減少對矽晶圓之依賴。
在較佳實施例之詳細說明中所提出之具體實施例僅用以方便說明本發明之技術內容，而非將本發明狹義地限制於上述實施例，在不超出本發明之精神及以下申請專利範圍之情況，所做之種種變化實施，皆屬於本發明之範圍。
S1－S6．．．方法步驟
10．．．矽基板
10B．．．背面
10F．．．正面
12．．．P/N型矽層
14．．．N/P型矽層
20．．．保護層
20B．．．背面
20F．．．正面
30．．．背面電極層
40．．．異質材料層
42．．．P/N型半導體層
44．．．N/P型半導體層
50．．．透明導電層
圖1顯示依據本發明第一實施例之太陽能電池之示意圖。
圖2顯示依據本發明第二實施例之太陽能電池之示意圖。
圖3顯示依據本發明之太陽能電池之製造方法之流程圖。
10．．．矽基板
10B．．．背面
10F．．．正面
20．．．保護層
20B．．．背面
20F．．．正面
30．．．背面電極層
40．．．異質材料層
50．．．透明導電層

Claims (10)

  1. 一種具異質介面之太陽能電池，包含：一矽基板，其具有一正面及一背面；一保護層，該保護層之一正面連結至該矽基板之該背面；一背面電極層，其電連接至該矽基板，並貫穿該保護層而伸出該保護層之一背面；一異質材料層，形成於該矽基板之該正面上，該異質材料層與該矽基板分別吸收不同波長範圍之光線而產生一電壓差，其中該矽基板吸收該不同波長範圍之光線之長波長的光線，該異質材料層吸收該不同波長範圍之光線之短波長的光線；及一透明導電層，形成於該異質材料層上，該透明導電層具有抗反射的功效。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之具異質介面之太陽能電池，其中該矽基板係為一P型矽層，且該異質材料層係為一N型半導體層，其中該N型半導體層之材料係選自於由砷化鎵(GaAs)、磷化銦(InP)、碲化鎘(CdTe)及硫化鎘(CdS)所組成之群組。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之具異質介面之太陽能電池，其中該矽基板係為一N型矽層，且該異質材料層係為一P型半導體層，其中該P型半導體層之材料係選自於由砷化鎵(GaAs)、磷化銦(InP)、碲化鎘(CdTe)及硫化鎘(CdS)所組成之群組。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之具異質介面之太陽 能電池，其中該保護層係由氮化矽或二氧化矽所構成，且該透明導電層係由氧化銦鍚(ITO)或氧化鋅(ZnO)所構成。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之具異質介面之太陽能電池，其中該矽基板係由一P型矽層及一N型矽層所組成，該異質材料層係由一N型半導體層及一P型半導體層所組成，其中該N型半導體層之材料係選自於由砷化鎵(GaAs)、磷化銦(InP)、碲化鎘(CdTe)及硫化鎘(CdS)所組成之群組，且該P型半導體層之材料係選自於由砷化鎵(GaAs)、磷化銦(InP)、碲化鎘(CdTe)及硫化鎘(CdS)所組成之群組。
  6. 一種具異質介面之太陽能電池之製造方法，包含以下步驟：提供一矽基板，該矽基板具有一正面及一背面；於該矽基板之該背面上形成一保護層，該保護層之一正面面對該矽基板之該背面；於該保護層之一背面形成一背面電極層；燒結該背面電極層，使該背面電極層穿透該保護層而電連接至該矽基板；於該矽基板之該正面上形成一異質材料層，該異質材料層與該矽基板分別吸收不同波長範圍之光線而產生一電壓差，其中該矽基板吸收該不同波長範圍之光線之長波長的光線，該異質材料層吸收該不同波長範圍之光線之短波長的光線；及於該異質材料層上形成一透明導電層，該透明導電 層具有抗反射的功效。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之具異質介面之太陽能電池之製造方法，其中該矽基板係為一P型矽層，且該異質材料層係為一N型半導體層，其中該N型半導體層之材料係選自於由砷化鎵(GaAs)、磷化銦(InP)、碲化鎘(CdTe)及硫化鎘(CdS)所組成之群組。
  8. 如申請專利範圍第6項所述之具異質介面之太陽能電池之製造方法，其中該矽基板係為一N型矽層，且該異質材料層係為一P型半導體層，其中該P型半導體層之材料係選自於由砷化鎵(GaAs)、磷化銦(InP)、碲化鎘(CdTe)及硫化鎘(CdS)所組成之群組。
  9. 如申請專利範圍第6項所述之具異質介面之太陽能電池之製造方法，其中該保護層係由氮化矽或二氧化矽所構成，且該透明導電層係由氧化銦鍚(ITO)或氧化鋅(ZnO)所構成。
  10. 如申請專利範圍第6項所述之具異質介面之太陽能電池之製造方法，其中該矽基板係由一P型矽層及一N型矽層所組成，該異質材料層係由一N型半導體層及一P型半導體層所組成，其中該N型半導體層之材料係選自於由砷化鎵(GaAs)、磷化銦(InP)、碲化鎘(CdTe)及硫化鎘(CdS)所組成之群組，且該P型半導體層之材料係選自於由砷化鎵(GaAs)、磷化銦(InP)、碲化鎘(CdTe)及硫化鎘(CdS)所組成之群組。
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