TWI474495B - 製造太陽能電池之方法 - Google Patents
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Description
本發明涉及一種製造太陽能電池之方法。
為了滿足近幾年來增加的能量需求，已經開發出各種將太陽光能轉換為電能的太陽能電池。在該等太陽能電池中，商業上已經廣泛使用應用矽薄膜的太陽能電池。
通常，太陽能電池在其半導體中藉由外界的光產生電子/電洞對。在電子/電洞對中，藉由在p-n接面所產生的電場，使電子移動至n型半導體而電洞移動至p型半導體。因而，產生電能。
太陽能電池已經發展為增強其入射光的效能，這是為了具有更好的效益。如此，已經提出將各種迫使更多光進入一薄膜中的結構，該薄膜包括一p-n接面並將太陽能轉換為電能。
於一透明層上形成包括了具有不均勻圖形之紋理結構的薄膜型結構。為了提高入射光的效能，已經在積極地研究具有紋理結構的太陽能電池。
因此，本發明實施例指示一種太陽能電池的製造方法，該製造方法大體上避免了因現有技術中的不足和侷限所導致的一個或多個問題。
本發明的一目的是提供一種以利用了提高入射光效能的太陽能電池製造方法製造出來的太陽能電池。
對於本發明額外的優點和特點將在隨後的描述中闡明，以及部分內容將從描述中顯而易見，或者可以藉由實施實施例瞭解到。本發明的優點將藉由在描述中特別指出的結構和關於此點的權利要求以及所附附圖說明實現和獲得。
根據本發明的一方面，一種製造太陽能電池的方法包括：形成一第一透明導電層於一透明基板上；使用具有大約58~300分子重量之酸的蝕刻劑溶液紋理化第一透明導電層的上表面；形成一光電轉換層於該第一透明導電層上；形成一第二透明導電層於該光電轉換層上；以及形成一後電極於該第二透明導電層上。
在該第一透明導電層的紋理化中，本發明太陽能電池的製造方法迫使晶體的上部分而不是晶體之間的側面部分被蝕刻，因為使用包含了大約58~300分子重量之酸的蝕刻劑溶液，即，使用包含了具有大分子重量的酸的蝕刻劑溶液。如此，太陽能電池製造方法可以形成具有圓形不均勻圖形的第一透明導電層。換句話說，該太陽能電池製造方法允許該第一透明導電層具有大間距的不均勻圖形。因此，可提供在該第一透明導電層之邊界面內提高了透射比的太陽能電池。
該蝕刻劑溶液可以包含醋酸，並且該醋酸可以包括一氫鍵。如此，蝕刻劑溶液可以具有與具有大約120分子重量的酸相似的特點。因此，本發明使用包含了醋酸之溶液紋理化該第一透明導電層的太陽能製造方法，可以提高太陽能電池的透射比。
對於本發明額外的優點、方法、特點和系統將在隨後的圖示及詳細描述中闡明。意即，所有該些額外的優點、方法、特點和系統係包含於該描述及本發明之範圍中，並藉由隨後的申請專利範圍來保護。可以理解地是，前面概述和後面詳細描述都具實例性和解釋性，並意圖對本發明實施例提供進一步的解釋說明。
現在更加詳細地描述本發明實施例，並參考圖式。這些實施例作為例子提供用於為熟悉本領域的技術人員提供闡述說明。因此，這些實施例可以具體為不同的形式，並不局限於本說明書中描述的這些實施例。
另外，可以理解的是當一元件，如一基板、一層、一區域、一膜或一電極，被指為形成在實施例中的另一個元件“上”或“下”的時候，其可以被表現為直接位於另一個元素的上或下，或者可以被表現為位於介於中間之元件的上或下(間接地)。元素的術語“上”或“下”依照圖式確定。在圖式中，元素的側面為了便於說明而放大，但並不意味著元素的實際尺寸。
第1圖至第6圖為根據本發明實施例中所揭露之製造薄膜型太陽能電池的方法的截面圖。在第1圖至第6圖中，第3圖為第2圖之一部分A的放大截面圖。
參考第1圖，準備一透明基板100。透明基板100的上表面可以藉由一蝕刻劑溶液或一蝕刻劑氣體來被紋理化。或者，該透明基板的上表面可以藉由如噴砂處理及其他等的各種處理來被紋理化。
透明基板100由一透明絕緣材料形成。實際上，透明基板100可以為玻璃基板、石英基板和塑膠基板中的任意一種。
然後，在透明基板100上形成一第一透明導電層200。在透明基板100上藉由蝕刻一透明電導材料來製作第一透明導電層200。如該透明電導材料的例子，可以使用氧化鋅(ZnO)、氧化錫(SnO)或氧化錫銦(ITO)。另外，可以在氧化鋅(ZnO)中摻雜鎵(Ga)、鋁(Al)或硼(B)，並且可以在氧化錫(SnO)中摻雜氟(F)。如此，便於在第一透明層200中傳輸孔洞(或電洞)。
第一透明導電層200可以透過化學蒸汽沉積(CVD)過程或包含了濺鍍步驟的物理蒸汽沉積(PVD)過程而形成。或者，第一透明導電層200可以藉由各種薄膜沉積過程而形成。
又，第一透明導電層200可以在低溫下形成。例如，第一透明導電層200可以在大約150~180℃的溫度範圍內形成。最佳地，第一透明導電層200在大約150~160℃的溫度範圍內形成。
另外，第一透明導電層200可以具有大約1.9~2.0的反射係數。第一透明導電層200的厚度可以為大約4000~6000的範圍。
第一透明導電層200的上表面被紋理化，如第2圖所示。使用包含了具有大約58~300分子重量之酸的蝕刻劑溶液來紋理化第一透明導電層200。
第一透明導電層200藉由浸泡在酸溶液中來紋理化。在此情況下，第一透明導電層200可以浸泡在酸溶液中大約5秒至1分鐘。最佳地，第一透明導電層200浸泡在酸溶液中大約5~30秒。
該酸可以包括氫鍵。如此，該酸可以具有與有兩倍分子重量之酸相似的特點。例如，如果具有60分子重量的酸包括氫鍵，則其特點與另一種具有120分子重量的酸相似。
可以使用醋酸作為酸的例子。在此情況下，該蝕刻劑溶液可以包含大約1~4wt%的醋酸。最佳地，該蝕刻劑溶液包含大約3wt%的醋酸。
紋理化過程迫使在第一透明導電層200的上表面上形成不均勻圖形201，如第3圖所示。不均勻圖形201被形成為輕微傾斜度。換句話說，不均勻圖形201可以被形成為一圓形圖案。如此，不均勻圖形201可以被形成為具有一延長間距P和一較低高度。例如，不均勻圖形201可以形成在大約0.5~1.0μm的間距範圍內和大約0.1~0.3μm的高度範圍內。這個平滑圓形不均勻圖形201是藉由含有58~300分子重量之酸的蝕刻劑溶液紋理化第一透明導電層200之上表面而得到的。
在紋理化過程之後，在第一透明導電層200上形成一光電轉換層300，如第4圖所示。光電轉換層300包括一p型矽層310、一i型矽層320和一n型矽層330，依序堆疊在該第一透明導電層200上。
P型矽層310係經由在第一透明導電層200上沉積p型雜質和矽(或摻雜雜質矽)的化學蒸汽沉積(CVD)過程而形成。或者，取代矽的矽碳化物可沉積在第一透明導電層200上。P型矽層310覆蓋不均勻圖形201。該P型雜質可以包括由硼(B)、鎵(Ga)、銦(In)以及其他所構成的第三族元素組中的任意一種。因此，p型矽層310可以由摻雜有p型雜質的非晶矽形成。
I型矽層320係藉由使用該CVD方法在p型矽層310上沉積矽而形成。此時，導電雜質不用摻雜在i型矽層320中。
覆蓋了i型矽層320的N型矽層330係藉由在i型矽層320上沉積n型雜質和矽而形成。該N型雜質可以成為銻(Sb)、砷(As)、磷(P)和其他所構成的第五族元素組中的任意一種。因此，p型矽層310可以具有n型雜質摻雜在非晶矽膜內的結構。
P型矽層310響應太陽光並產生孔洞(電洞)。產生於P型矽層310內的電洞被傳送至第一透明導電層200。
沉積在p型矽層310上的i型矽層320係由不摻雜任何雜質的非晶矽構成。如此，插於P型矽層和n型矽層310和330之間的i型矽層320具有緩衝功能。
沉積在i型矽層320上的N型矽層330亦與之後將要形成的第二透明導電層400鄰近。N型矽層330響應太陽光並產生電子。N型矽層330內的電子被傳送至第二透明導電層400。
參考第5圖，在光電轉換層300上形成第二透明導電層400。第二透明導電層400係由在光電轉換層300上沉積導電材料而製成。透明導電材料可以成為氧化鋅(ZnO)、氧化錫(SnO)、氧化銦錫(ITO)及其他中的任意一種。硼可以摻雜在由氧化錫(SnO)所構成的第二透明導電層400內。
CVD和PVD中任意一種處理方法可以使用於第二透明導電層400的形成。又，第二透明導電層400可以在低溫或高溫條件下形成。例如，第二透明導電層400可以在大約150~180℃的溫度範圍內形成。最佳地，第二透明導電層400係透過在150~160℃的溫度範圍內執行的CVD和PVD過程中之任意一種而形成。或者，第二透明導電層400可以在大約250~300℃的溫度範圍內形成。
另外，第二透明導電層400可以具有大約1.9~2.0的折射係數。設置在n型矽層330上的第二透明導電層400允許容易地傳送電子。如此，第二透明導電層400具有相當高的電子遷移率。
之後，在第二透明導電層400上形成後電極500，如第6圖所示。後電極500可以透過利用該銀(Ag)靶或鋁靶的濺鍍過程而形成。或者，後電極500可以藉由在第二透明導電層400上塗覆一電極材料膠並讓所塗覆的電極材料膠硬化而形成。
當該太陽能電池暴露於太陽光下的時候，太陽光穿過透明基板100和第一透明導電層200進入光電轉換層300。該入射太陽光迫使電子和孔洞(電洞)對在p型、i型和n型矽層310，320和330內產生。此時，矽層310、320和330內所產生之電子/電洞對的電子因p型和n型矽層310和330所產生的電場而漂移至後電極500。矽層310、320和330內所產生之電子/電洞對的電洞也因p型和n型矽層310和330所驅動的電場而漂移至第一透明導電層200。如此，在第一透明導電層200和後電極500之間誘引出電位差。因此，根據本發明實施例中的太陽能電池產生對應電位差的電能。
本發明實施例中的太陽能電池包括具有紋理化表面的第一透明導電層200。如此，太陽光有效地從第一透明導電層200進入至光電轉換層300。換句話說，係藉由第一透明導電層200和光電轉換層300之間的邊界表面來縮小太陽光反射。因此，本發明實施例中的太陽能電池提高了電產生效能。
又，根據本發明實施例揭露的太陽能電池允許第一透明導電層200的上表面以平緩不均勻圖形201型式被形成。此外，第一透明導電層200可以在低溫下形成。這個結果是藉包含有大分子重量之酸的蝕刻劑溶液紋理化第一透明導電層200而產生。
更加具體地，當第一透明導電層200在低溫範圍內形成的時候，例如，在150~180℃的溫度範圍內，可能在第一透明導電層200內造成缺陷和不均勻結晶。除了這些，位於第一透明導電層200之晶體間的間隙202會變大。結果，本發明實施例中的方法使用包含大分子重量之酸的蝕刻劑溶液，如醋酸，來進行第一透明導電層200的紋理化處理。在此情況下，包含了大分子重量之酸的蝕刻劑溶液防止了在紋理化處理期間晶體的側蝕刻現象和晶體的損壞。如此，酸不會滲入缺陷及/或間隙中，並且在第一透明導電層200上形成平緩的不均勻圖形201。因此，第一透明導電層200具有更多的增強折射係數，如此大量的太陽光可以進入光電轉換層300。結果，本發明實施例中的太陽能電池製造方法可以提供具有提高入射光效能和提高電產生效能的太陽能電池。此外，平緩的不均勻圖形201可以將光吸收效應應用於本發明之太陽能電池。而且，藉包含大分子重量之酸的蝕刻劑溶液，如醋酸，易於紋理化透過低溫處理所形成的第一透明導電層200。換句話說，本發明實施例中的太陽能電池製造方法可以在低溫過程中製造具有提高入射光效能的太陽能電池。
另外，第一透明導電層200之平緩紋理化的上表面迫使第一透明導電層200具有低阻抗。實際上，比起藉由如鹽酸、硝酸或其他等包含有小分子重量之酸的蝕刻劑溶液來進行激烈紋理化的其他透明導電層，第一透明導電層200具有較低的阻抗。換句話說，本發明實施例中的太陽能電池製造方法使第一透明導電層200能夠藉包含了大分子重量之酸的蝕刻劑溶液，如醋酸，來紋理化，從而減低增益邊界的損壞及第一透明導電層200的阻抗。因此，當減小了該第一透明導電層200的阻抗，本發明實施例中的太陽能電池製造方法可以提供具有提高電產生效能的太陽能電池。
本發明實施例中的太陽能電池的製造方法可以用於各種太陽能電池。例如，上述太陽能電池製造方法可以用於製造以CIGS-based(以銅銦鎵(二)硒為主)的太陽能電池、以矽為主的太陽能電池、燃料敏化太陽能電池(DSSC)、II-VI化合物半導體太陽能電池、III-VI化合物半導體太陽能電池及其他。
實驗實例
通過在大約180℃的溫度內，於大約5000厚度的透明玻璃基板上沉積摻雜鎵的氧化鋅來形成一透明導電層#1。然後，該透明導電層#1浸泡在包含了大約3wt%醋酸的溶液中30秒。
比較實例
一透明導電層#2在與實驗實例相同的條件下形成。之後，透明導電層#2浸泡在包含了大約0.25wt%的硝酸溶液30秒。
第7圖為顯示根據實驗實例形成透明導電層的照片。第8圖為說明根據實驗實例和比較實例，依照時間，形成透明導電層的光透射量的圖表。第9圖為說明根據實驗實例和比較實例，依照波長，形成透明導電層的光透射比的圖表。
參考第7圖，明顯顯示出藉由實驗實例平緩地形成不均勻圖形。又，實驗實例形成的不均勻圖形幾乎為圓形。
參見第8圖，明顯地，在全部時間中，實驗實例中的透明導電層#1與比較實例中的透明導電層#2相比具有更多的光傳送量。另外，根據比較實例，在幾乎所有的波長內，如第9圖所示，透明導電層#1比透明導電層#2具更大的透射比。因此，實驗實例比起比較實例明顯地可以提供提高的入射光效能和提高的電產生效能。
說明書中對於“一實施例”“實驗實例”的任何說明意味著與實施例有聯繫的具體特性、結構或特點包括在本發明的至少一個實施例中。在說明書中各個位置的這些片語不必要全部參考相同的實施例。另外，當具體特性、結構或特點與任意實施例有聯繫的描述的時候，對於本領域的技術人員而言，這些特性，結構或特點也與其他實施例有關。
可以理解地是上所述者僅為用以解釋本發明之較佳實施例，並非企圖據以對本發明作任何形式上之限制，是以，凡有在相同之發明精神下所作有關本發明之任何修飾或變更，皆仍應包括在本發明意圖保護之範疇。
100．．．透明基板
200．．．第一透明導電層
201．．．不均勻圖形
202．．．間隙
300．．．光電轉換層
310．．．p型矽層
320．．．i型矽層
330．．．n型矽層
400．．．第二透明導電層
500．．．後電極
P．．．延長間距
第1圖至第6圖為說明本發明實施例中製造薄膜型太陽能電池的方法的截面圖；
第7圖為顯示根據實驗實例形成透明導電層的照片；
第8圖為說明根據實驗實例和比較實例，依照時間，形成透明導電層的光透射量的圖表；以及
第9圖為說明根據實驗實例和比較實例，依照波長，形成透明導電層的光透射量的圖表。
100．．．透明基板
200．．．第一透明導電層
300．．．光電轉換層
310．．．p型矽層
320．．．i型矽層
330．．．n型矽層
400．．．第二透明導電層
500．．．後電極
Claims (7)
- 一種製造太陽能電池之方法，包括：形成一第一透明導電層於一透明基板上；使用一具有分子重量約58~300之酸的蝕刻劑溶液紋理化該第一透明導電層的上表面；形成一光電轉換層於該第一透明導電層上；形成一第二透明導電層於該光電轉換層上；以及形成一後電極於該第二透明導電層上，其中，於該第一透明導電層之上表面的紋理化允許在該第一透明導電層上形成一具有大約0.5~1.0μm之一間距範圍的不均勻圖形，其中，該第二透明導電層具有1.9~2.0之折射係數，其中，該第一透明導電層具有缺陷及不均勻結晶，其中，該第一透明導電層具有大約4000~6000Å之一厚度。
- 依據申請專利範圍第1項所述的製造太陽能電池之方法，其中，該第一透明導電層之形成包括在該透明基板上沉積氧化鋅之一過程。
- 依據申請專利範圍第2項中所述的製造太陽能電池之方法，其中，該氧化鋅摻雜鎵、鋁和硼中之任何一種。
- 依據申請專利範圍第1項所述的製造太陽能電池之方法，其中，該透明導電層之形成包括在大約150~180℃的一溫度範圍內於該透明基板上沉積一透明導電氧化材料的一過程。
- 依據申請專利範圍第1項所述的製造太陽能電池之方法，其中，該蝕刻劑溶液包括醋酸。
- 依據申請專利範圍第5項所述的製造太陽能電池之方法，其中，該蝕刻劑溶液中之醋酸的量大約為1~4wt%。
- 依據申請專利範圍第6項所述的製造太陽能電池之方法，其中，該醋酸包括一氫鍵。
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