TWI466306B - 具有高透光率之可撓式太陽能電池結構及其製備方法 - Google Patents

具有高透光率之可撓式太陽能電池結構及其製備方法 Download PDF

Info

Publication number
TWI466306B
TWI466306B TW098130392A TW98130392A TWI466306B TW I466306 B TWI466306 B TW I466306B TW 098130392 A TW098130392 A TW 098130392A TW 98130392 A TW98130392 A TW 98130392A TW I466306 B TWI466306 B TW I466306B
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
semiconductor layer
type
transparent conductive
conductive film
zinc oxide
Prior art date
Application number
TW098130392A
Other languages
English (en)
Other versions
TW201110369A (en
Inventor
ru yuan Yang
Chin Min Hsiung
Chuen Shii Chou
Wu Jang Huang
Original Assignee
Univ Nat Pingtung Sci & Tech
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Univ Nat Pingtung Sci & Tech filed Critical Univ Nat Pingtung Sci & Tech
Priority to TW098130392A priority Critical patent/TWI466306B/zh
Publication of TW201110369A publication Critical patent/TW201110369A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI466306B publication Critical patent/TWI466306B/zh

Links

Classifications

    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Landscapes

  • Photovoltaic Devices (AREA)

Description

具有高透光率之可撓式太陽能電池結構及其製備方法
本發明係有關於一種可撓式太陽能電池，其特別有關於一種具有高透光率之可撓式太陽能電池結構及其製備方法。
由於近年來全球氣候的異常以及因應各國經濟起飛而使用之大量的石油燃料，促使地球環境遭受到極大的破壞。因此，全球的環保人士無不大力提倡使用其他較不具污染性之替代性能原。在替代性能源中，主要可分為：風力、水力、太陽能以及生質能等等。其中太陽能電池被列為目前最受矚目的研究發展重點之一。早期，太陽能電池之製作方式係屬於塊材型矽太陽能電池(Bulk cell)，但其需消耗40%以上的原料，造成總體成本的增加。因此，各國開始致力於研發新型太陽能電池，即矽薄膜太陽能電池
在薄膜太陽能電池的結構上，一般是以透明玻璃為基板，其上依序成長第一層電極、光電轉換層以及第二層電極。在第一層電極的材料選擇上，因其位於入射光面，因此需採用具有透光特性之透明導電氧化層(transparent conductive oxide,TCO)，一般稱為透明導電膜，其在可見光範圍內具有低電阻(電阻係數低於1×10-3 Ω/cm)。透明導電膜之配置係與入射光之穿透率有關，因此可藉由改良透明導電膜的品質以及配置，以提升矽薄膜太陽能電池之轉換效率。
參照美國公告專利第6,822,158號，標題為：薄膜太陽能電池及其製作方法(Thin-film solar cell and manufacture method therefor)，其主要揭示一種太陽能電池模組的製程方式。其配置一透明導電膜於背電極及光電轉換層之間，以使入射光反射回光電轉換層中進行再作用，藉以改善電流特性並增加電池整體之光電轉換效率。另參照中華民國專利公告號第302,553號，標題為：積體化薄膜太陽電池及其製造方法，其揭示一種薄膜太陽電池之雷射切割技術，並提出在光電轉換層與背電極間沈積額外的透明導電膜以增加光反射率。然而該案並未揭示較佳之透明導電膜材料與組成結構。
此外，為了提昇光電轉換層對太陽光譜的吸收範圍並達到更高效率的太陽能電池，堆疊型太陽能電池因而因應而生。堆疊型太陽能電池係藉由堆疊不同能隙之薄膜材料，進而增加太陽能電池之光譜吸收範圍。
因此，有必要提出一種具有高透光率且具有多能隙之P-i-N結構所組成之可撓式太陽能電池，其可利用結晶矽質、微晶矽質、奈米晶矽質結構來提高其光波長之吸收範圍，更藉由高透光率之透明導電膜提昇入射光之穿透率，進而提升可撓式太陽能電池之轉換效率。
本發明提供一種具有高透光率之可撓式太陽能電池結構，其高透光率以及多能隙之特性有助於增加光吸收範圍，進而提昇太陽能電池之光電轉換效率。
本發明提出一種具有高透光率之可撓式太陽能電池結構，其包含：一可撓式基板；一第一氧化鋅透明導電膜；一P型半導體層；一本質型(i型)半導體層；一N型半導體層；以及一第二氧化鋅透明導電膜。其中，第一氧化鋅透明導電膜係配置於該可撓式基板上，具有(002)以及(103)之結晶面，由陰極電弧電漿沉積系統製備之，其片電阻值係介於370Ω/□至470Ω/□之間，而其於可見光之穿透率係介於90%至95%之間。P型半導體層係配置於該第一氧化鋅透明導電膜上並鑲埋一結晶矽質，且該結晶矽質佔該P型半導體層之比例係為80%至100%之間，而該結晶矽質之晶粒尺寸係介於1微米至5微米之間。本質型(i型)半導體層之厚度係介於0.5微米到2微米之間，係配置於該P型半導體層上並鑲埋一微晶矽質，且其佔該本質型(i型)半導體層之比例係為30%至50%之間。此外，微晶矽質之晶粒尺寸係介於10奈米至25奈米之間。該N型半導體層係配置於該本質型(i型)半導體層上並鑲埋一奈米晶矽質，且其佔該N型半導體層之比例係為10%至20%之間，而該奈米晶矽質之晶粒尺寸係小於10奈米。第二氧化鋅透明導電膜係配置於該N型半導體層上，具有(002)以及(103)之結晶面，由陰極電弧電漿沉積系統製備之，其片電阻值係介於250Ω/□至350Ω/□之間，而其平均粗糙度係介於2.5奈米至9.5奈米之間，其於可見光之穿透率係介於90%至95%之間。需注意，可撓式基板、第一氧化鋅透明導電膜、P型半導體層、本質型(i型)半導體層、N型半導體層以及第二氧化鋅透明導電膜皆具有一粗糙表面。
本發明尚提出一種具有高透光率之可撓式太陽能電池製備方法，其包含下列步驟：(一)以陰極電弧電漿沉積系統製備一第一氧化鋅透明導電膜於一可撓式基板上；(二)沈積一P型半導體層於該第一氧化鋅透明導電膜上方；(三)至少通入一氫氣以及一矽烷氣體以沈積一本質型(i型)半導體層於該P型半導體層上方；(四)再次至少通入該氫氣、該矽烷氣體以及一磷化氫氣體沈積一N型半導體層於該本質型(i型)半導體層上方；(五)以及至少通入一氧氣以及一氬氣以沈積一第二氧化鋅透明導電膜於該N型半導體層上方。於步驟(一)：其至少通入一氧氣以及一氬氣以沈積該第一氧化鋅透明導電膜，該氧氣除以該氬氣之比例係介於7至11之間，且其製程功率係介於300瓦至500瓦之間，而製程溫度係介於25℃至40℃之間，使該第一氧化鋅透明導電之片電阻值係介於370Ω/□至470Ω/□之間，並具有(002)以及(103)之結晶面，而其於可見光之穿透率係介於90%至95%之間。於步驟(二)：使該P型半導體層內鑲埋一結晶矽質，且該結晶矽質佔該P型半導體層之比例係為80%至100%之間，而該結晶矽質之晶粒尺寸係介於1微米至5微米之間。於步驟(三)使該本質型(i型)半導體層之厚度係介於0.5微米到2微米之間，係配置於該P型半導體層上，鑲埋一微晶矽質，且該微晶矽質佔該本質型(i型)半導體層之比例係為30%至50%之間，而該微晶矽質之晶粒尺寸係介於10奈米至25奈米之間，且所通入之該氫氣流量與該矽烷氣體流量之比例係在25倍至60倍之間。於步驟(四)：使該N型半導體層內鑲埋一奈米晶矽質，且該奈米晶矽質佔該N型半導體層之比例係為10%至20%之間，而該奈米晶矽質之晶粒尺寸係小於10奈米，且所通入之該氫氣流量與該矽烷氣體流量之比例係在5倍至25倍之間。以及於步驟(五)：該氧氣除以該氬氣之比例係介於7至11之間，且其製程功率係介於300瓦至500瓦之間，而製程溫度係介於25℃至40℃之間，使其片電阻值介於250Ω/□至350Ω/□之間，並具有(002)以及(103)之結晶面，而其平均粗糙度係介於2.5奈米至9.5奈米之間，其於可見光之穿透率係介於90%至95%之間。需注意，以上述製備方法製備之可撓式基板、第一氧化鋅透明導電膜、P型半導體層、本質型(i型)半導體層、N型半導體層以及第二氧化鋅透明導電膜皆具有一粗糙表面。
為讓本發明之上述和其他目的、特徵、和優點能更明顯易懂，下文特舉數個較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。
雖然本發明可表現為不同形式之實施例，但附圖所示者及於下文中說明者係為本發明可之較佳實施例，並請了解本文所揭示者係考量為本發明之一範例，且並非意圖用以將本發明限制於圖式及/或所描述之特定實施例中。
現參照第1圖，其所示為具有高透光率之可撓式太陽能電池100側視剖面圖，該結構為本發明之第一實施例。本發明之具有高透光率之可撓式太陽能電池100包含：基板110；第一氧化鋅透明導電膜120；P型半導體層130；本質型(i型)半導體層140；N型半導體層150以及第二氧化鋅透明導電膜160。其中，P型半導體層130內係鑲埋結晶矽質131，本質型(i型)半導體層140內係鑲埋微晶矽質141，而N型半導體層150內係鑲埋奈米晶矽質151。需注意，本發明之可撓式基板110、第一氧化鋅透明導電膜120、P型半導體層130、本質型(i型)半導體層140、N型半導體層150以及第二氧化鋅透明導電膜160皆具有一粗糙表面。
可撓式基板110係選自於具有高分子材料之塑膠、聚乙烯對苯二甲酸酯(Poly Ethylene Terephthalate，PET)、聚醯亞胺(Polyimide，PI)以及液晶材料之一。在一最佳實施例中，可撓式基板110係選自聚醯亞胺。需注意，利用不同材料之可撓式基板110會影響第一電極120之光電特性。
第一氧化鋅透明導電膜120及第二氧化鋅透明導電膜160係分別形成於可撓式基板110及N型半導體層150上，且其係選用陰極電弧電漿沉積系統作為主要製程方式。於本發明實施例中，第一氧化鋅透明導電膜120係配置於可撓式基板110上，其片電阻值係介於370Ω/□至470Ω/□之間，具有(002)以及(103)之結晶面，且其晶粒尺寸係介於1.6奈米至2.6奈米之間，而其於可見光之穿透率係介於90%至95%之間。此外，第二氧化鋅透明導電膜160係配置於N型半導體層150上，其片電阻值係介於250Ω/□至350Ω/□之間，具有(002)以及(103)之結晶面，且其晶粒尺寸係介於1.6奈米至2.6奈米之間，而其平均粗糙度係介於2.5奈米至9.5奈米之間，其於可見光之穿透率係介於90%至95%之間。其中，第一氧化鋅透明導電膜120及第二氧化鋅透明導電膜160之目的為幫助電流之收集及增加光的使用率其及穿透率，以提昇光電轉換之效率。在一實施例中，本發明之第一氧化鋅透明導電膜120於可見光之最佳穿透率係為90%至93%之間，其最佳晶粒尺寸係介於1.6奈米至2奈米之間，而最佳片電阻值係介於375Ω/□至420Ω/□之間；第二氧化鋅透明導電膜160之最佳片電阻值係介於275Ω/□至320Ω/□之間，其最佳晶粒尺寸係介於1.6奈米至2奈米之間，而於可見光最佳穿透率係介於90%至93%之間，且其最佳平均粗糙度係介於3.5奈米至6.5奈米之間。在另一最佳實施例中，本發明之第一氧化鋅透明導電膜120於可見光之最佳穿透率係為92%，其最佳晶粒尺寸係為2奈米，而最佳片電阻值係為375Ω/□；第二氧化鋅透明導電膜160之最佳片電阻值係為275Ω/□，其最佳晶粒尺寸係為2奈米，而於可見光最佳穿透率係為92%，且其最佳平均粗糙度係為6.5奈米。需注意，第一氧化鋅透明導電膜120及第二氧化鋅透明導電膜160所具有之片電阻值、晶粒尺寸、穿透率以及粗糙度可用以調整太陽能電池之轉換效率。
P型半導體層130內具有鑲埋結晶矽質131，係形成於第一氧化鋅透明導電膜120上。P型半導體層130可選用電漿增強型化學式氣相沈積製程(Plasma-enhanced chemical vapor deposition,PECVD)、熱絲化學氣相沉積法(Hot-wire chemical vapor deposition,HW-CVD)或特高頻電漿增強型化學式氣相沈積(Very high frequency-plasma enhance chemical vapor deposition,VHF-PECVD)製程作為主要製程方式，並通入矽化合物(Silicide)氣體如矽烷(silane,SH4 )並混和氫氣(Hydrogen,H)、氬氣(Argon,Ar)等氣體作為結晶矽質131之製作氣體。且結晶矽質131可選自微晶矽，奈米晶矽，多晶矽質之一。在一較佳實施例中，結晶矽質131係為多晶矽，其形成方式可選自金屬銹發法(Metal induced crystalline，MIC)、準分子雷射退火(Excimer laser anneal，ELA)、以及固相結晶化(Solid phase crystalline，SPC)所組成族群之一。需注意的是，本發明之P型半導體層130內之結晶矽質131係佔P型半導體層130之整體比例係為80%至100%之間，而結晶矽質131之晶粒尺寸係介於1微米至5微米之間。需注意，不同的結晶比例與晶粒尺寸會影響P型半導體層130之載子移動率與光電特性。
其中P型半導體層130之摻雜方式於本發明中係採用可選用氣體摻雜、熱擴散法(Thermal diffusion)、固相結晶化(Solid phase crystalline,SPC)或準分子雷射退火(Excimer laser anneal,ELA)等製程作為主要的製程方式。
本質型(i型)半導體層140內係鑲埋微晶矽質141，其係形成於P型半導體層130上方，用以提昇太陽能電池之電特性。其中，本質型(i型)半導體層140之厚度係介於0.5微米到2微米之間，且該微晶矽質141佔該本質型(i型)半導體層140之比例係為30%至50%之間，而該微晶矽質之晶粒尺寸係介於10奈米至25奈米之間。此外，本質型(i型)半導體層140對於薄膜型太陽能電池之電特性影響最大，其是由於電子與電洞在材料內部傳導時，若該本質型(i型)半導體層140厚度過厚，兩者重合機率極高。為避免此現象發生，本質型(i型)半導體層140不宜過厚。反之，本質型(i型)半導體層140厚度過薄時，又易造成吸光性不足。
本發明之i型半導體層140係由電漿增強型化學式氣相沈積來形成，通入之氣體可選用矽化合物(Silicide)氣體如矽烷(silane,SH4 )並混和氫氣(Hydrogen,H)、氬氣(Argon,Ar)等作為該微晶矽質薄膜之製作氣體。
N型半導體層150具有鑲埋奈米矽質151，其係形成於本質型(i型)半導體140層上方。其中，奈米晶矽質151佔該N型半導體層150之比例係為10%至20%之間，而奈米晶矽質151之晶粒尺寸係小於10奈米。N型半導體層150可選用於電漿增強型化學式氣相沈積製程、熱絲化學氣相沉積法與特高頻電漿增強型化學式氣相沈積製程之一作為主要製程方式，其中N型半導體層150之氧含量係介於5×1018 到5×1017 原子/立方公分之間。
其中，N型半導體層150係指在本質材料中加入的雜質可產生多餘的電子，以電子構成多數載子之半導體。例如，就矽和鍺半導體而言，若在其本質半導體中摻入5價原子的雜質時，即形成多餘之電子。其中，電子流係以電子為主來運作。N型半導體層150之摻雜方式可選用於氣體摻雜熱、準分子雷射退火(Excimer laser anneal,ELA)、固相結晶化(Solid phase crystalline,SPC)、擴散法(Thermal diffusion)或離子佈植法(Ion implantation)作為主要製程方式。
需注意的是，N型半導體層150之能隙大於本質型(i型)半導體層140之能隙，而本質型(i型)半導體層140之能隙係大於P型半導體層130之能隙。
其中N型半導體層150之厚度係在本質型(i型)半導體層140之厚度的1/7至1/50倍之間，而本質型(i型)半導體層140之厚度係在P型半導體層130之厚度的20至50倍之間。在一較佳實施例中，N型半導體層150之較佳厚度係在本質型(i型)半導體層140之厚度的1/7至1/15倍之間，而本質型(i型)半導體層140之較佳厚度係在P型半導體層130之厚度的20至35倍之間。
本發明之一種具有高透光率之可撓式太陽能電池100之製備方法流程圖，請參考第2圖，其可包含下列步驟：
步驟210：沉積第一氧化鋅透明導電膜120於可撓式基板110。
步驟220：沈積P型半導體層130。
步驟230：沈積本質型(i型)半導體層140。
步驟240：沈積N型半導體層150，其中N型半導體層150之氧含量係介於5×1018 到1×1017 原子/立方公分之間。
步驟250：沈積第二氧化鋅透明導電膜160於N型半導體層150上方。在製備具有高透光率之可撓式太陽能電池100時，N型半導體層150之厚度係在本質型(i型)半導體層140之厚度的1/7至1/50倍之間，而本質型(i型)半導體層140之厚度係在P型半導體層130之厚度的20至50倍之間。在一較佳實施例中，N型半導體層150之能隙大於本質型(i型)半導體層140之能隙，而本質型(i型)半導體層140之能隙係大於P型半導體層130之能隙。其中N型半導體層150之較佳厚度係在本質型(i型)半導體層140之厚度的1/7至1/15倍之間，而本質型(i型)半導體層140之較佳厚度係在P型半導體層130之厚度的20至35倍之間。
於步驟210中，係以陰極電弧電漿沉積系統製備第一氧化鋅透明導電膜120於可撓式基板110上，其至少通入一氧氣以及一氬氣以沈積第一氧化鋅透明導電膜120，該氧氣除以該氬氣之比例係介於7至11之間，且其製程功率係介於300瓦至500瓦之間，而製程溫度係介於25℃至40℃之間，使第一氧化鋅透明導電膜120之片電阻值係介於370Ω/□至470Ω/□之間，並具有(002)以及(103)之結晶面，且其晶粒尺寸係介於1.6奈米至2.6奈米之間，而其於可見光之穿透率係介於90%至95%之間。本發明係利用之製程參數為：功率=325瓦、真空度=2×10-3 torr、溫度=35℃，偏壓真空值=5×10-5 torr以及零偏壓的條件下，調變不同的氧氬比取得一最佳之製程參數。在一較佳實施例中，固定功率為325W時，通入氧氣氬氣比值達到11:1時，電阻率(resistivity)可到達4.6×10-3 Ω-cm。此外，在固定功率為325W時，通入氧氣氬氣比值為7:1時，片電阻可到達375Ω/□。需注意，隨著通入氧氣氬氣比值的提升，第一氧化鋅透明導電膜120的沈積率亦隨之下降。其原因為導電電子的增加是來自於間隙原子及/或氧空缺，過多的間隙原子會產生離子化雜質(ionized impurity)散射並降低電子遷移率。因此，當氧氬比越少時，其所造成的氧空缺越多，導電度亦跟著提升。反之，當氧氬比增加時，其所造成的氧空缺越少，可提供的電子數越少，導電度亦跟著下降。
在步驟220中，沈積P型半導體層130於第一電極120上，為使P型半導體層130鑲埋結晶矽質131。P型半導體層130選用電漿增強型化學式氣相沈積製程(Plasma-enhanced chemical vapor deposition,PECVD)、熱絲化學氣相沉積法(Hot-wire chemical vapor deposition,HW-CVD)或特高頻電漿增強型化學式氣相沈積(Very high frequency-plasma enhance chemical vapor deposition,VHF-PECVD)製程作為主要製程方式，並藉由通入矽化合物(Silicide)氣體如矽烷(silane,SH4 )並混和氫氣(Hydrogen,H)、氬氣(Argon,Ar)等氣體，可使P型半導體層130鑲埋結晶矽質131。藉由改變矽烷及氫氣混和比例，可使結晶矽質131為微晶矽，奈米晶矽，多晶矽質之一，鑲埋結晶矽質131之P型半導體層130即可形成。
其中結晶矽質131之製程方式亦可選用金屬銹發法(Metal induced crystalline,MIC)、準分子雷射退火(Excimer laser anneal,ELA)、以及固相結晶化(Solid phase crystalline,SPC)所組成族群之一。需注意，結晶矽質131佔P型半導體層130之比例係為80%至100%之間，而結晶矽質131之晶粒尺寸係介於1微米至5微米之間。
在步驟230中，在電漿增強型化學式氣相沈積製程(Plasma-enhanced chemical vapor deposition,PECVD)、熱絲化學氣相沉積法(Hot-wire chemical vapor deposition,HW-CVD)與特高頻電漿增強型化學式氣相沈積(Very high frequency-plasma enhance chemical vapor deposition,VHF-PECVD)之一中至少通入一氫氣以及一矽烷氣體，使本質型(i型)半導體層140沈積於P型半導體層130上方，且藉由通入之氫氣流量與矽烷氣體流量之比例在10倍至80倍之間，使本質型(i型)半導體層140內鑲埋微晶矽質141。其中微晶矽質141佔本質型(i型)半導體層140之30%至70%。於一實施例中，微晶矽質141佔本質型(i型)半導體層140之較佳比例係在30%至50%，且微晶矽質141之晶粒尺寸係介於10奈米至25奈米之間，而所通入之氫氣流量與矽烷氣體流量之比例係在25倍至60倍之間。此外，本發明之本質型(i型)半導體層140之厚度係介於0.5微米到2微米之間。
在步驟240中，再次在電漿增強型化學式氣相沈積製程(Plasma-enhanced chemical vapor deposition,PECVD)、熱絲化學氣相沉積法(Hot-wire chemical vapor deposition,HW-CVD)特高頻電漿增強型化學式氣相沈積(Very high frequency-plasma enhance chemical vapor deposition,VHF-PECVD)之一中至少通入氫氣、矽烷氣體以及磷化氫氣體，使N型半導體層150沈積本質型(i型)半導體層140上。藉由通入之氫氣流量與矽烷氣體流量之比例係在10倍至50倍之間，使N型半導體層150內鑲埋奈米晶矽質151，其中奈米晶矽質151佔N型半導體層150之5%至40%。在一較佳實施例中，奈米晶矽質151佔N型半導體層150之比例係為10%至20%之間，而該奈米晶矽質151之晶粒尺寸係小於10奈米，且所通入之氫氣流量與矽烷氣體流量之比例係在5倍至25倍之間。
在步驟250中，至少通入一氧氣以及一氬氣以沈積一第二氧化鋅透明導電膜160於N型半導體層150上方。其中，氧氣除以氬氣之比例係介於7至11之間，且其製程功率係介於300瓦至500瓦之間，而製程溫度係介於25℃至40℃之間，使其片電阻值介於250Ω/□至350Ω/□之間，並具有(002)以及(103)之結晶面，且其晶粒尺寸係介於1.6奈米至2.6奈米之間，而其平均粗糙度係介於2.5奈米至9.5奈米之間，其於可見光之穿透率係介於90%至95%之間。其中，第二氧化鋅透明導電膜160之導電原理與第一氧化鋅透明導電膜120之導電原理相同，且其最佳實施例係固定功率為325瓦、真空度為2×10-3 torr、溫度為35℃，偏壓真空值為5×10-5 torr以及零偏壓的條件下，使通入氧氣氬氣比值達到11:1，進而使電阻率(resistivity)到達4.6×10-3 Ω-cm。此外，在固定功率為325W時，通入氧氣氬氣比值為7:1時，片電阻更可到達375Ω/□。
需注意，本發明之製備方法可使可撓式基板110、第一氧化鋅透明導電膜120、P型半導體層130、本質型(i型)半導體層140、N型半導體層150以及第二氧化鋅透明導電膜160皆具有一粗糙表面。
根據本發明之一特徵，具有高透光率之可撓式太陽能電池之製備方法是在一特定溫度下進行，以使第一氧化鋅透明導電膜120、P型半導體層130、本質型(i型)半導體層140、N型半導體層150以及第二氧化鋅透明導電膜120具有較佳之薄膜品質，且於一實施例中，溫度之較佳範圍係介於25℃至300℃之間。在一最佳實施例中，若製程功率係介於325瓦至425瓦之間、製程溫度係介於30℃至35℃之間以及該氧氣除以該氬氣之比例介於9至11之間時，所製備之第一氧化鋅透明導電膜120於可見光之最佳穿透率係為90%至93%之間，其最佳晶粒尺寸係介於1.6奈米至2奈米之間，而最佳片電阻值係介於375Ω/□至420Ω/□之間；第二氧化鋅透明導電膜160之最佳片電阻值係為275Ω/□至320Ω/□之間，其最佳晶粒尺寸係介於1.6奈米至2奈米之間，而最佳穿透率係介於90%至93%之間，且其最佳平均粗糙度係介於3.5奈米至6.5奈米之間。
在一最佳實施例中，藉由調整製程功率、製程溫度以及氣體流量可使第一氧化鋅透明導電膜120於可見光之最佳穿透率係為92%，其最佳晶粒尺寸係為2奈米，而最佳片電阻值係為375Ω/□；第二氧化鋅透明導電膜160之最佳片電阻值係為275Ω/□，其最佳晶粒尺寸係為2奈米，而最佳穿透率係為92%，且其最佳平均粗糙度係為6.5奈米。
需注意，為使本發明之具有高透光率之可撓式太陽能電池100結構及其製備方法具有更高效率的吸收光能，其厚度之設計係需符合光電流之設計，要求如下所述：在堆疊型太陽能電池中，第i 個堆疊電池的厚度d i 都應該要相同，用以達到相同的光生電流I Li ，為了滿足電流不斷定律，其公式如下所示：
其中，Φ i (λ)是波長λ到第i 個接面介面的入射光通量密度，ηc 是在第i 層的光載子吸收效率。為了使公式能更簡化及更有效的使用，需將載子吸收損失跟光阻礙效應的影響省略，ηc 和Φ i 即可藉由吸收係數之調變使其與後續各光電轉換層很接近，並可如入射光通量Φ 0 (λ)所定義之。
其中：
以及
公式(3)之近似值是在I Li 的最大上限。堆疊型太陽能電池之最佳化即是藉由滿足I Li =I L /m (i =1,...,m )的位置選擇來達成。
對於第i層半導體材料的選擇，不僅是需要照光時具有Eg1 >Eg2 >Eg3 能隙的順序，更還要滿足各層光吸收係數a1 (λ)<a2 (λ)<a3 (λ)的要求。
此外，第i 層的光電特性如下所示：
對i =1,...,m 而言，V i ,I Li ,I si , ni ,R si 跟R shi 所代表的意義分別為電壓、光電流、飽和電流、理想二極體因子、串聯電阻及並聯電阻。需注意的是，光電流I Li 與V i 關係，其主要係由經過非晶矽/微晶矽太陽能電池中各組成的漂移電子組成。
本發明之一較佳實施例中至少有一製程氣體經過純化步驟，以減少該製程氣體中氧氣含量。製程氣體中氧氣含量過多將會在沈積之薄膜結構中產生過多氧空缺，造成太陽能電池中的載子移動率降低，進而使發電效率降低。藉由進行純化氣體之步驟，該較佳實施例中成長之薄膜之氧氣濃度係低於5×1018 原子/立方公分。
需注意的是，本發明所揭示之方法與結構，不僅適用於單一單元電池(cell)，更可實施於模組化之太陽能電池製程。於模組化製程中，以雷射製程分別切割第一氧化鋅透明導電膜120、第二氧化鋅透明導電膜160及P型半導體層130、本質型(i型)半導體層140、N型半導體層150所組成之光電轉換層以形成一串連之模組。模組化製程進行方式為：首先沈積第一氧化鋅透明導電膜120於可撓式基板110上，以一預設之間隔進行雷射切割第一氧化鋅透明導電膜120以形成複數個單元電池之上電極；沈積光電轉換層於複數個單元電池之上電極上，於距離第一道雷射切割路徑一第一距離處，進行雷射切割該光電轉換層以形成複數個單元電池之光電轉換層；沈積第二電極160於複數個單元電池之光電轉換層上，於距離第二道雷射切割路徑一第二距離處，進行雷射切割第二氧化鋅透明導電膜160以形成複數個單元電池之下電極。藉由複數個單元電池之下電極電性連接複數個單元電池之上電極以達成一串連效果。其中切割第一氧化鋅透明導電膜120所預設之間隔係為個單元電池之長度，需依據製程基板大小而決定；第一雷射切割路徑寬度係介於40um到80um；第一距離係介於70um到110um；第二雷射切割路徑寬度係介於90um到110um；第三雷射切割路徑寬度係介於40um到80um；而第二距離係介於70um到110um。
綜上所述，本發明之一種具有高透光率之可撓式太陽能電池，該多能隙結構以及高透光率之導電膜係用以幫助太陽光譜波長範圍的吸收以及太陽光之使用率，其將有助於提高開路電壓(Voc)，使短路電流(Isc)與填充因子不變，進而提昇太陽能電池之光電轉換效率。
雖然本發明已以前述較佳實施例揭示，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與修改。如上述的解釋，都可以作各型式的修正與變化，而不會破壞此發明的精神。因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
100．．．具有高透光率之可撓式太陽能電池
110．．．可撓式基板
120．．．第一氧化鋅透明導電膜
130．．．P型半導體層
131．．．結晶矽質
140．．．本質型(i型)半導體層
141．．．微晶矽質
150．．．N型半導體層
151．．．奈米晶矽質
160．．．第二氧化鋅透明導電膜
第1圖顯示本發明之具有高透光率之可撓式太陽能電池之結構側視剖面圖；以及
第2圖顯示本發明之具有高透光率之可撓式太陽能電池製備方法之流程圖。
100．．．具有高透光率之可撓式太陽能電池
110．．．可撓式基板
120．．．第一氧化鋅透明導電膜
130．．．P型半導體層
131．．．結晶矽質
140．．．本質型(i型)半導體層
141．．．微晶矽質
150．．．N型半導體層
151．．．奈米晶矽質
160．．．第二氧化鋅透明導電膜

Claims (13)

  1. 一種具有高透光率之可撓式太陽能電池結構，其包含：一可撓式基板，具有一粗糙表面；一第一氧化鋅透明導電膜，配置於該可撓式基板上並具有(002)以及(103)之結晶面，具有一粗糙表面，由陰極電弧電漿沉積系統製備之，其片電阻值係介於370Ω/□至470Ω/□之間，於可見光之穿透率係介於90%至95%之間，其晶粒尺寸係介於1.6奈米至2.6奈米之間；一P型半導體層，具有一粗糙表面，配置於該第一氧化鋅透明導電膜上，該P型半導體層內鑲埋一結晶矽質，該結晶矽質之晶粒尺寸係介於1微米至5微米之間且佔該P型半導體層之比例係為80%至100%之間；一本質型(i型)半導體層，配置於該P型半導體層上，厚度係介於0.5微米到2微米之間並具有一粗糙表面，鑲埋一微晶矽質，且該微晶矽質之晶粒尺寸係介於10奈米至25奈米之間且佔該本質型(i型)半導體層之比例係為30%至50%之間；一N型半導體層，配置於該本質型(i型)半導體層上，具有一粗糙表面，鑲埋一奈米晶矽質，且該奈米晶矽質之晶粒尺寸係小於10奈米且佔該N型半導體層之比例係為10%至20%之間；以及一第二氧化鋅透明導電膜，配置於該N型半導體層上，具 有一粗糙表面，並具有(002)以及(103)之結晶面，由陰極電弧電漿沉積系統製備之，其片電阻值係介於250Ω/□至350Ω/□之間，其平均粗糙度係介於2.5奈米至9.5奈米之間，其於可見光之穿透率係介於90%至95%之間，其晶粒尺寸係介於1.6奈米至2.6奈米之間；其中該N型半導體層之氧含量係介於5×1018 到5×1017 原子/立方公分之間；且該本質型(i型)半導體層之厚度係為該N型半導體層之厚度的7至15倍之間，且該本質型(i型)半導體層之厚度係為該P型半導體層之厚度的20至35倍之間；以及該N型半導體層之能隙大於該本質型(i型)半導體層之能隙，而該本質型(i型)半導體層之能隙係大於該P型半導體層之能隙。
  2. 如請求項1所述之可撓式太陽能電池結構，其中該第一氧化鋅透明導電膜於可見光之穿透率係為90%至93%之間。
  3. 如請求項1所述之可撓式太陽能電池結構，其中該第一氧化鋅透明導電膜之片電阻值係介於375Ω/□至420Ω/□之間。
  4. 如請求項1所述之可撓式太陽能電池結構，其中該第二氧化鋅透明導電膜之片電阻值係介於275Ω/□至320Ω/□之間。
  5. 如請求項1所述之可撓式太陽能電池結構，其中該第二氧化鋅透明導電膜於可見光之穿透率係介於90%至93%之間。
  6. 一種具有高透光率之可撓式太陽能電池製備方法，其包含下列 步驟：以陰極電弧電漿沉積系統製備一第一氧化鋅透明導電膜於一可撓式基板上，通入一氧氣以及一氬氣以沈積該第一氧化鋅透明導電膜，該氧氣除以該氬氣之比例係介於7至11之間，而製程溫度係介於25℃至40℃之間，使該第一氧化鋅透明導電膜具有一粗糙表面且片電阻值係介於370Ω/□至470Ω/□之間並具有(002)以及(103)之結晶面，而其於可見光之穿透率係介於90%至95%之間，其晶粒尺寸係介於1.6奈米至2.6奈米之間；沈積一P型半導體層於該第一氧化鋅透明導電膜上，使該P型半導體層內鑲埋一結晶矽質並具有一粗糙表面，該結晶矽質之晶粒尺寸係介於1微米至5微米之間且佔該P型半導體層之比例係為80%至100%之間；至少通入一氫氣與一矽烷氣體以沈積一本質型(i型)半導體層於該P型半導體層上，使該本質型(i型)半導體層內鑲埋一微晶矽質並使其具有一粗糙表面，且其厚度係介於0.5微米到2微米之間，且該微晶矽質佔該本質型(i型)半導體層之比例係為30%至50%之間，而該微晶矽質之晶粒尺寸係介於10奈米至25奈米之間，且所通入之該氫氣流量與該矽烷氣體流量之比例係在25倍至60倍之間；至少通入該氫氣、該矽烷氣體以及一磷化氫氣體沈積一N型半導體層於該本質型(i型)半導體層上，使該N型半導體 層內鑲埋一奈米晶矽質並具有一粗糙表面，該奈米晶矽質之晶粒尺寸係小於10奈米且佔該N型半導體層之比例係為10%至20%之間，所通入之該氫氣流量與該矽烷氣體流量之比例係在5倍至25倍之間；以及至少通入一氧氣以及一氬氣以沈積一第二氧化鋅透明導電膜於該N型半導體層上，該氧氣除以該氬氣之比例係介於7至11之間，而製程溫度係介於25℃至40℃之間，使該第二氧化鋅透明導電膜具有一粗糙表面且其片電阻值係介於250Ω/□至350Ω/□之間並具有(002)以及(103)之結晶面，其平均粗糙度係介於2.5奈米至9.5奈米之間，其於可見光之穿透率係介於90%至95%之間，其晶粒尺寸係介於1.6奈米至2.6奈米之間；其中在沈積該N型半導體層時，該氫氣、該矽烷氣體以及該磷化氫氣體係經過一純化步驟，使得該N型半導體層之氧含量係介於5×1018 到5×1017 原子/立方公分之間；且該本質型(i型)半導體層之厚度係為該N型半導體層之厚度的7至15倍之間，且該本質型(i型)半導體層之厚度係為該P型半導體層之厚度的20至35倍之間；以及該N型半導體層之能隙大於該本質型(i型)半導體層之能隙，而該本質型(i型)半導體層之能隙係大於該P型半導體層之能隙。
  7. 如請求項6所述之方法，其中該第一氧化鋅透明導電膜於可見 光之穿透率係為90%至93%之間。
  8. 如請求項6所述之方法，其中該第一氧化鋅透明導電膜之片電阻值係介於375Ω/□至420Ω/□之間。
  9. 如請求項6所述之方法，其中製備該第一氧化鋅透明導電膜之該氧氣除以該氬氣之比例介於9至11之間。
  10. 如請求項6所述之方法，其中該第二氧化鋅透明導電膜之片電阻值係為275Ω/□至320Ω/□之間。
  11. 如請求項6所述之方法，其中該第二氧化鋅透明導電膜於可見光之最佳穿透率係介於90%至93%之間。
  12. 如請求項6所述之方法，其中該第二氧化鋅透明導電膜之平均粗糙度係介於3.5奈米至6.5奈米之間。
  13. 如請求項6所述之方法，其中製備該第二氧化鋅透明導電膜之該氧氣除以該氬氣之比例係介於9至11之間。
TW098130392A 2009-09-09 2009-09-09 具有高透光率之可撓式太陽能電池結構及其製備方法 TWI466306B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
TW098130392A TWI466306B (zh) 2009-09-09 2009-09-09 具有高透光率之可撓式太陽能電池結構及其製備方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
TW098130392A TWI466306B (zh) 2009-09-09 2009-09-09 具有高透光率之可撓式太陽能電池結構及其製備方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW201110369A TW201110369A (en) 2011-03-16
TWI466306B true TWI466306B (zh) 2014-12-21

Family

ID=44836260

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW098130392A TWI466306B (zh) 2009-09-09 2009-09-09 具有高透光率之可撓式太陽能電池結構及其製備方法

Country Status (1)

Country Link
TW (1) TWI466306B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI455339B (zh) * 2011-12-22 2014-10-01 Atomic Energy Council 可撓式太陽能電池結構之安裝處理方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20070068571A1 (en) * 2005-09-29 2007-03-29 Terra Solar Global Shunt Passivation Method for Amorphous Silicon Thin Film Photovoltaic Modules
US20090020149A1 (en) * 2007-07-16 2009-01-22 Woods Lawrence M Hybrid Multi-Junction Photovoltaic Cells And Associated Methods

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20070068571A1 (en) * 2005-09-29 2007-03-29 Terra Solar Global Shunt Passivation Method for Amorphous Silicon Thin Film Photovoltaic Modules
US20090020149A1 (en) * 2007-07-16 2009-01-22 Woods Lawrence M Hybrid Multi-Junction Photovoltaic Cells And Associated Methods

Also Published As

Publication number Publication date
TW201110369A (en) 2011-03-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20110259395A1 (en) Single Junction CIGS/CIS Solar Module
CN103107228B (zh) 光电转换装置
CN103038897A (zh) 具有微晶吸收体层和钝化层的薄膜太阳能电池以及制造这种电池的方法
CN102668111A (zh) 光电转换装置和其制造方法
JP5222434B2 (ja) 薄膜光電変換装置およびその製造方法
JP2010283161A (ja) 太陽電池及びその製造方法
JP2004260014A (ja) 多層型薄膜光電変換装置
CN101640226B (zh) 叠层结构和包括该叠层结构的薄膜太阳能电池
CN101552302A (zh) 一种具有超晶格p型半导体层的硅薄膜太阳能电池
WO2005109526A1 (ja) 薄膜光電変換装置
WO2008059857A1 (fr) Dispositif de conversion photoélectrique en film mince
JP4864077B2 (ja) 光電変換装置およびその製造方法
TWI466306B (zh) 具有高透光率之可撓式太陽能電池結構及其製備方法
CN210156406U (zh) 具有双层非晶硅本征层的异质结太阳能电池结构
CN102144296B (zh) 光伏电池及光伏电池制造方法
JP2011014618A (ja) 太陽電池及びその製造方法
TWI405343B (zh) 具有高光電轉換效率之可撓式太陽能電池及其製備方法
CN106229361B (zh) 一种p‑i‑n发电层结构及其制备方法以及透光太阳能电池及其制备方法
JP4441298B2 (ja) 光電変換装置およびその製造方法
KR101326539B1 (ko) Ｗｏ3 버퍼층을 포함하는 박막형 태양전지
JP2010283162A (ja) 太陽電池及びその製造方法
JP2011176084A (ja) 光電変換モジュール及びその製造方法
JP2010034411A (ja) 薄膜太陽電池およびその製造方法
CN106910793A (zh) 异质接面太阳能电池
JP6226858B2 (ja) 薄膜太陽電池及びその製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A Annulment or lapse of patent due to non-payment of fees