TWI509817B - Solar cell with anti-reflection structure and manufacturing method thereof - Google Patents

Description

具抗反射結構的太陽電池及其製造方法

本發明係有關一種太陽能電池，尤指一種具抗反射結構的太陽電池及其製造方法。

由於能源短缺，世界各國一直持續致力於研究各種可行的替代能源，其中以太陽能電池具有使用方便、無汙染、無噪音且使用壽命長等的優點，而吸引大量資金投入進行研究。近幾年越來越多相關的技術被發展如改變介面材料以提高光電轉換效率、利用表面粗糙化或設置抗反射層等方式提高光入射量等，希望能藉此提高整體的光電轉換效率。

除了提高太陽能電池的光電轉換效率之外，另外一個研發重點在於如何有效的降低產品成本，有效降低太陽能電池成本，才能獲取較佳的利益，而降低成本的方式大致上可從材料成本以及製程技術來進行。由於太陽能電池所使用的材料必須具有良好的導電特性，並且如在照光面上的導電材料通常必須使用如氧化銦錫（ITO）等具有透明及導電雙重特性的材料才可符合需求。但相對的，材料成本便會相對性的提高。除此之外，在製程技術方面，通常也必須使用化學氣相沉積等精密生產設備，因此，製造的成本也難以降低。

本發明之主要目的，在於解決習知技術在抗反射結構上的高材料成本及高製造成本的問題。

為達上述目的，本發明提供一種具抗反射結構的太陽能電池，包含有一太陽能基板、一設置於該太陽能基板之一側的網狀導電層、複數形成於該網狀導電層上的微形球體以及一介電層。該些微形球體之直徑介於0.1微米至50微米之間；而該介電層形成於該網狀導電層以及該些微形球體之間，並該些微形球體的直徑大於該介電層的厚度，使該些微形球體凸出於該介電層之表面。

除此之外，本發明亦揭露一種具抗反射結構的太陽能電池的製造方法，包含有步驟：

S1：進行一太陽能基板之製作；

S2：利用網版印刷的方式形成一網狀導電層於該太陽能基板之表面；

S3：將複數微形球體混合揮發性溶液後噴灑於該網狀導電層之表面，使該微形球體設置於該網狀導電層上，該微形球體之直徑介於0.1微米與50微米之間；

S4：利用旋轉塗佈的方式將一介電材料塗佈於該網狀導電層與該些微形球體之間，以形成一介電層，該些微形球體的直徑大於該介電層以及該網狀導電層之厚度。

由上述說明可知，本發明具有以下特點：

一、利用該微形球體配合該介電層的使用，有效形成具有凹凸表面的抗反射結構，藉此增加光入射效率，提高光電轉換效率。

二、利用該網狀導電層的使用，降低太陽能電池中對於透明導電材料的材料成本。

三、藉由網版印刷的方式，減少製程中必須依靠氣相沉積生產機台的製程技術，而有效降低製程成本。

10．．．太陽能基板

11．．．底層電極

12．．．P型半導體層

13．．．N型半導體層

20．．．網狀導電層

21．．．容納空間

30．．．微形球體

40．．．介電層

51．．．實施反射率曲線

52．．．習知反射率曲線

S1~S5、S3A．．．步驟

圖1A～1D，為本發明之結構製程示意圖。

圖2，為本發明之製程步驟示意圖。

圖3，為本發明之反射率示意圖。

有關本發明之詳細說明及技術內容，現就配合圖示說明如下：

請參閱「圖1A」至「圖1D」所示，本發明係為一種具抗反射結構的太陽能電池，包含有一太陽能基板10、一設置於該太陽能基板10之一側的網狀導電層20、複數形成於該網狀導電層20上的微形球體30以及一介電層40。該些微形球體30之直徑介於0.1微米至50微米之間；而該介電層40形成於該網狀導電層20以及該些微形球體30之間，並該些微形球體30的直徑大於該介電層40的厚度，使該些微形球體30凸出於該介電層40之表面。其中該太陽能基板10依序包含有一遠離該網狀導電層20的底層電極11、一P型半導體層12以及一相鄰於該網狀導電層20的N型半導體層13。除此之外，太陽能基板10中更可包含位於該P型半導體層12及該N型半導體層13之間的本質半導體層（未圖式）等，藉此提升光電轉換效率。而由於太陽能基板10並非本發明之重點所在，其結構及材料便不再多加以說明。而該網狀導電層20形成複數供該些微形球體30容置的容納空間21，於本實施例中，每一個容納空間21係可容置一個微形球體30，但於實際實施時，係可依據使用需求以及特性的不同，在單一容納空間20內容置數個較小的微形球體30。

另外，該網狀導電層20之材質係可為銀、鋁等金屬導電材質，藉由該網狀導電層20之網狀的特性，而可使光線穿過該些容納空間20，以供該太陽能基板10進行光電轉換。該些微形球體30之材質係可為二氧化矽、氮化矽或三氧化二鋁等材料。

請參閱「圖1A」至「圖1D」及「圖2」所示，本發明更揭露一種具抗反射結構的太陽能電池的製造方法，包含有以下步驟：

S1：進行一太陽能基板10之製作，如「圖1A」所示，於本實施例中，其係利用RCA清洗的方式對一P型半導體層12進行清洗後，在於該P型半導體層12上摻雜N型離子材料，以形成一N型半導體層13，除此之外，亦可製作本質半導體材料於該P型半導體層12與該N型半導體層13之間以加強光電轉換效率，亦可利用硼離子擴散的方式於該P型半導體層12的底面形成背面電場（Back Surface Field），除此之外，亦可利用將P型離子摻雜入N型半導體上而形成該P型半導體層12，端看使用需求以及考量，而決定製作的順序及結構。由於製作該太陽能基板10的方式以及結構各有不同，於本發明中便不再多加以說明，且本發明所舉例之方式並非用以限制該太陽能基板10之製作方法、結構及使用材料。

S2：網版印刷，請配合參閱「圖1B」所示，利用網版印刷的方式形成一網狀導電層20於該太陽能基板10之表面，該網狀導電層20之材質係可為銀或鋁或其他導電材料，且該網狀導電層20具有複數供該些微形球體30容置的容納空間21。

S3：設置複數微形球體30，請配合參閱「圖1C」所示，將該些微形球體30混合揮發性溶液後噴灑於該網狀導電層20之表面，使該微形球體30設置於該網狀導電層20上，該微形球體30之直徑介於0.1微米與50微米之間，更詳細的說明，該揮發性溶液可為重量百分濃度0.2％的甲醇溶液，其係可將混合後的該些微形球體30與揮發性溶液注入超音波噴灑器中，而後噴灑於該網狀導電層20之表面，其中，於本實施例中，該些微形球體30各別對應至一個容納空間21內，而實際上，該些微形球體30係可大於或小於該容納空間21，當該些微形球體30小於該容納空間21時，複數個該些微形球體30便可同時設置於單一容納空間21內，但該網狀導電層20之厚度仍應小於該些微形球體30的直徑，而使該些微形球體30可凸出於該網狀導電層20上。

S3A：加熱蒸發，將該太陽能基板10進行80～110℃的加熱，而使該揮發性溶液加速蒸發，僅留下該些微形球體30於該網狀導電層20之表面。

S4：形成一介電層40，請配合「圖1D」所示，利用旋轉塗佈的方式將一旋塗式介電材料（Spin on Dielectric, SOD）塗佈於該網狀導電層20與該些微形球體30之間，以形成一介電層40，該些微形球體30的直徑大於該介電層40以及該網狀導電層20之厚度，更進一步的說明，該旋塗式介電材料也會流入該容納空間21（示於「圖1B」）中。

S5：以電子蒸鍍法形成一底層電極11，該底層電極11形成於該太陽能基板10遠離該網狀導電層20之一側。

請配合參閱「圖3」所示，在反射率的表現上，可明顯的看出，利用本發明所製程的反射結構所量測到的實施反射率曲線51，相較於習知結構中的習知反射率曲線52，確實有大幅降低的效果。

綜上所述，由於本發明具有以下特點：

一、利用該微形球體配合該介電層的使用，有效形成具有凹凸表面的抗反射結構，藉此增加光入射效率，提高光電轉換效率。

二、利用該網狀導電層的使用，降低太陽能電池中對於透明導電材料的材料成本。

三、藉由網版印刷的方式，減少製程中必須依靠氣相沉積生產機台的製程技術，而有效降低製程成本。

因此本發明極具進步性及符合申請發明專利之要件，爰依法提出申請，祈 鈞局早日賜准專利，實感德便。

以上已將本發明做一詳細說明，惟以上所述者，僅爲本發明之一較佳實施例而已，當不能限定本發明實施之範圍。即凡依本發明申請範圍所作之均等變化與修飾等，皆應仍屬本發明之專利涵蓋範圍內。

10．．．太陽能基板

11．．．底層電極

12．．．P型半導體層

13．．．N型半導體層

20．．．網狀導電層

30．．．微形球體

40．．．介電層

Claims (10)

1. 一種具抗反射結構的太陽能電池，包含有：
   一太陽能基板；
   一設置於該太陽能基板之一側的網狀導電層；
   複數形成於該網狀導電層上的微形球體，該些微形球體之直徑介於0.1微米至50微米之間；及
   一介電層，形成於該網狀導電層以及該些微形球體之間，並該些微形球體的直徑大於該介電層的厚度，使該些微形球體凸出於該介電層之表面。
2. 如申請專利範圍第1項所述之具抗反射結構的太陽能電池，其中該網狀導電層具有複數供該些微形球體容置的容納空間。
3. 如申請專利範圍第1項所述之具抗反射結構的太陽能電池，其中該太陽能基板依序包含有一遠離該網狀導電層的底層電極、一P型半導體層以及一相鄰於該網狀導電層的N型半導體層。
4. 如申請專利範圍第1項所述之具抗反射結構的太陽能電池，其中該網狀導電層之材質係選自於由銀、鋁及其組合所組成之群組。
5. 如申請專利範圍第1項所述之具抗反射結構的太陽能電池，其中該些微形球體之材質係選自於由二氧化矽、氮化矽及三氧化二鋁所組成之群組。
6. 一種具抗反射結構的太陽能電池的製造方法，包含有以下步驟：
   S1：進行一太陽能基板之製作；
   S2：利用網版印刷的方式形成一網狀導電層於該太陽能基板之表面；
   S3：將複數微形球體混合一揮發性溶液後噴灑於該網狀導電層之表面，使該微形球體設置於該網狀導電層上，該微形球體之直徑介於0.1微米與50微米之間；
   S4：利用旋轉塗佈的方式將一介電材料塗佈於該網狀導電層與該些微形球體之間，以形成一介電層，該些微形球體的直徑大於該介電層以及該網狀導電層之厚度。
7. 如申請專利範圍第6項所述之具抗反射結構的太陽能電池的製造方法，其中於步驟S1中，係於一P型半導體層上進行N型離子摻雜以形成一N型半導體層。
8. 如申請專利範圍第6項所述之具抗反射結構的太陽能電池的製造方法，其中步驟S3與步驟S4之間更具有一步驟S3A：加熱該太陽能基板至80℃～110℃以蒸發該揮發性溶液。
9. 如申請專利範圍第6項所述之具抗反射結構的太陽能電池的製造方法，其中於步驟S4之後更具有一步驟S5：以電子蒸鍍法形成一底層電極，該底層電極形成於該太陽能基板遠離該網狀導電層之一側。
10. 如申請專利範圍第6項所述之具抗反射結構的太陽能電池的製造方法，其中該微形球體之材質係選自於由二氧化矽、氮化矽及三氧化二鋁所組成之群組。