TWI578553B - 結晶矽太陽能電池及其製造方法 - Google Patents

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Description

結晶矽太陽能電池及其製造方法
本發明係關於一種結晶矽太陽能電池(crystalline silicon solar cell)及其製造方法，並且特別地，本發明乃關於一種具有高電洞提取效率的結晶矽太陽能電池及其製造方法。
光伏元件(photovoltaic device)因為其將發自一光源(例如，太陽光)中容易取得的能量轉換成電力，以操控例如，計算機、電腦、加熱器…，等電子裝置，所以光伏元件已被廣泛地使用。最常見的光伏元件即為結晶矽太陽能電池。
目前光電轉換效率較高的結晶矽太陽能電池為日本三洋電子公司所提出的矽異質接面太陽能電池(silicon heterojunction solar cell)，其結構請見美國專利公告號5,935,344。
請參考第1圖，一矽異質接面太陽能電池1其層狀的堆疊結構之截面視圖係描繪於第1圖中。該異質接面太陽能電池1包含一n型態結晶矽基材10、形成在該結晶矽基材10之一上表面102上之一本質非晶矽層(intrinsic amorphous silicon layer)11、形成在該本質非晶矽層11上之一p型態非晶矽層(amorphous silicon layer)12、形成在該p型態非晶矽層12上之一透明導電薄膜13以及形成在該透明導電薄膜13上之一金屬電極14。該金屬電極14做為收集電極。該異質接面太陽能電池1包含並且包含形成在該結晶矽基材10之一下表面104上之一本質非晶矽層15、形成在該本質非晶矽層15上之一n型態非晶矽層16、形成在該n型態非晶矽層16上之一透明導電薄膜17以及形成在該透明導電薄膜17上之一金屬電極18。該金屬電極18做為背電極。
太陽光的每一個光子進入結晶矽基材10並且由該結晶矽基材10吸收，以轉移光子的能量給原為鍵結狀態(共價鍵)的電子，並且藉此釋放原為鍵結狀態的電子成游離的電子。此種可移動的電子，以及其所遺留下原在共價鍵處的電洞(此種電洞也是可移動的)，包含了從該太陽能電池流出的電流之一潛在要素。為了貢獻該電流，上述的電子以及電洞不可以重新結合，反而是由與該矽異質接面太陽能電池1的異質接面相關的電場所分離。若是電子與電洞發生了分離，該電子將會移動至該背電極18，並且該電洞會移動至該收集電極14。
然而，美國專利公告號5,935,344所揭露的矽異質接面太陽能電池，其電洞提取效率太差，致使矽異質接面太陽能電池整體的光電轉換效率仍有改善的空間。
因此，本發明之一面向在於提供一種具有高電洞提取效率的結晶矽太陽能電池及其製造方法，以提升結晶矽太陽能電池整體的光電轉換效率。
根據本發明第一較佳具體實施例之一結晶矽太陽能電池，其包含一結晶矽基材、一第一本質非晶質材料層、一第一非晶矽層、一第一透明導電薄膜、一第二透明導電薄膜以及一第一金屬電極層。該結晶矽基材具有n型態導電型態。該第一本質非晶質材料層係形成在該結晶矽基材之一主表面上。該第一本質非晶質材料層係由氫化非晶氧化矽(a-SiOx:H)或氫化非晶矽(a-Si:H)所形成。該第一非晶矽層具有p型態導電型態，並且係形成在該第一本質非晶質材料層上。該第一透明導電薄膜係形成在該第一非晶矽層上。該第一非晶矽層在與該第一透明導電薄膜接觸之表面處具有一第一功函數，並且該第一透明導電薄膜在與該第一非晶矽層接觸之表面處具有一第二功函數。該第二透明導電薄膜係形成在該第一透明導電層上。該第一透明導電薄膜在與該第二透明導電薄膜接觸之表面處具有一第三功函數，並且該第二透明導電薄膜在與該第一透明導電薄膜接觸之表面處具有一第四功函數。該第一金屬電極層係形成在該第二透明導電薄膜上。特別地，該第二功函數係低於該第一功函數，並且該第四功函數係低於該第三功函數，藉此，降低p型態非晶矽層與金屬電極層之間提取電洞的位能壁障，以提昇電洞提取效率。進一步，該結晶矽太陽能電池包含一第二本質非晶質材料層、一第二非晶矽層、一第三透明導電薄膜以及一第二金屬電極層。該第二本質非晶質材料層係形成在該結晶矽基材之一背表面上，其中該背表面為該主表面之反面。該第二本質非晶質材料層係由氫化非晶氧化矽或氫化非晶矽所形成。該第二非晶矽層具有n型態導電型態，並且係形成在該第二本質非晶質材料層上。該第三透明導電薄膜係形成在該第二非晶矽層上。該第二金屬電極層係形成在該第三透明導電薄膜上。
根據本發明第二較佳具體實施例之一結晶矽太陽能電池，其包含一結晶矽基材、一第一本質非晶質材料層、一第一非晶矽層、一第一透明導電薄膜、一第二透明導電薄膜以及一第一金屬電極層。該結晶矽基材具有p型態導電型態。該第一本質非晶質材料層係形成在該結晶矽基材之一主表面上。該第一本質非晶質材料層係由氫化非晶氧化矽或氫化非晶矽所形成。該第一非晶矽層具有p型態導電型態，並且係形成在該第一本質非晶質材料層上。該第一透明導電薄膜係形成在該第一非晶矽層上。該第一非晶矽層在與該第一透明導電薄膜接觸之表面處具有一第一功函數，並且該第一透明導電薄膜在與該第一非晶矽層接觸之表面處具有一第二功函數。該第二透明導電薄膜係形成在該第一透明導電層上。該第一透明導電薄膜在與該第二透明導電薄膜接觸之表面處具有一第三功函數，並且該第二透明導電薄膜在與該第一透明導電薄膜接觸之表面處具有一第四功函數。該第一金屬電極層係形成在該第二透明導電薄膜上。特別地，該第二功函數係低於該第一功函數，並且該第四功函數係低於該第三功函數，藉此，降低p型態非晶矽層與金屬電極層之間提取電洞的位能壁障，以提昇電洞提取效率。進一步，該結晶矽太陽能電池包含一第二本質非晶質材料層、一第二非晶矽層、一第三透明導電薄膜以及一第二金屬電極層。該第二本質非晶質材料層係形成在該結晶矽基材之一背表面上，其中該背表面為該主表面之反面。該第二本質非晶質材料層係由氫化非晶氧化矽或氫化非晶矽所形成。該第二非晶矽層具有n型態導電型態，並且係形成在該第二本質非晶質材料層上。該第三透明導電薄膜係形成在該第二非晶矽層上。該第二金屬電極層係形成在該第三透明導電薄膜上。
根據本發明第三較佳具體實施例之一製造一結晶矽太陽能電池的方法，首先，製備一結晶矽基材，其中該結晶矽基材具有n型態導電型態。接著，該方法在該結晶矽基材之一主表面上，形成一第一本質非晶質材料層，其中該第一本質非晶質材料層係由氫化非晶氧化矽或氫化非晶矽所形成。接著，該方法在該第一本質非晶質材料層上，形成一第一非晶矽層，其中該第一非晶矽層具有p型態導電型態。接著，該方法在該第一非晶矽層上，形成一第一透明導電薄膜，其中該第一非晶矽層在與該第一透明導電薄膜接觸之表面處具有一第一功函數，並且該第一透明導電薄膜在與該第一非晶矽層接觸之表面處具有一第二功函數。接著，該方法在該第一透明導電層上，形成一第二透明導電薄膜，其中該第一透明導電薄膜在與該第二透明導電薄膜接觸之表面處具有一第三功函數，並且該第二透明導電薄膜在與該第一透明導電薄膜接觸之表面處具有一第四功函數。最後，該方法在該第二透明導電薄膜上，形成一第一金屬電極層。特別地，該第二功函數係低於該第一功函數，並且該第四功函數係低於該第三功函數，藉此，降低p型態非晶矽層與金屬電極層之間提取電洞的位能壁障，以提昇電洞提取效率。進一步，該方法在該結晶矽基材之一背表面上，形成一第二本質非晶質材料層，其中該背表面為該主表面之反面，該第二本質非晶質材料層係由氫化非晶氧化矽或氫化非晶矽所形成。接著，該方法在該第二本質非晶質材料層上，形成一第二非晶矽層，其中該第二非晶矽層具有n型態導電型態。接著，該方法在該第二非晶矽層上，形成一第三透明導電薄膜。最後該方法在該第三透明導電薄膜上，形成一第二金屬電極層。
根據本發明第四較佳具體實施例之一製造一結晶矽太陽能電池的方法，首先，製備一結晶矽基材，其中該結晶矽基材具有p型態導電型態。接著，該方法在該結晶矽基材之一主表面上，形成一第一本質非晶質材料層，其中該第一本質非晶質材料層係由氫化非晶氧化矽或氫化非晶矽所形成。接著，該方法在該第一本質非晶質材料層上，形成一第一非晶矽層，其中該第一非晶矽層具有p型態導電型態。接著，該方法在該第一非晶矽層上，形成一第一透明導電薄膜，其中該第一非晶矽層在與該第一透明導電薄膜接觸之表面處具有一第一功函數，並且該第一透明導電薄膜在與該第一非晶矽層接觸之表面處具有一第二功函數。接著，該方法在該第一透明導電層上，形成一第二透明導電薄膜，其中該第一透明導電薄膜在與該第二透明導電薄膜接觸之表面處具有一第三功函數，並且該第二透明導電薄膜在與該第一透明導電薄膜接觸之表面處具有一第四功函數。最後，該方法在該第二透明導電薄膜上，形成一第一金屬電極層。特別地，該第二功函數係低於該第一功函數，並且該第四功函數係低於該第三功函數，藉此，降低p型態非晶矽層與金屬電極層之間提取電洞的位能壁障，以提昇電洞提取效率。進一步，該方法在該結晶矽基材之一背表面上，形成一第二本質非晶質材料層，其中該背表面為該主表面之反面，該第二本質非晶質材料層係由氫化非晶氧化矽或氫化非晶矽所形成。接著，該方法在該第二本質非晶質材料層上，形成一第二非晶矽層，其中該第二非晶矽層具有n型態導電型態。接著，該方法在該第二非晶矽層上，形成一第三透明導電薄膜。最後，該方法在該第三透明導電薄膜上，形成一第二金屬電極層。
於一具體實施例中，該第一透明導電薄膜可以由富氧氧化銦錫(oxygen-rich ITO)、富氧摻鋁氧化鋅(oxygen-rich ZnO:Al)、五氧化二釩(V2O5)、鎳(Ni)、氧化鎳(NiO)、銅(Cu)、氧化亞銅(Cu2O)、氧化鎢(WOx)、三氧化鉬(MoO3)、金(Au)、鉑(Pt)、鈀(Pd)、氧化鈀(PdO)或其他類似材料所形成。
於一具體實施例中，該第一透明導電薄膜之厚度範圍為0.1 nm~10 nm。
於一具體實施例中，該第三功函數係低於該第二功函數，並且該第一透明導電薄膜內部之功函數的分佈係從該第二功函數逐漸降低為該第三功函數。
於一具體實施例中，該第二透明導電薄膜可以由氧化銦錫(ITO)、含IIIA族元素摻雜之氧化鋅(ZnO)、含VIIA族元素摻雜之二氧化錫(SnO2)、三氧化二銦(In2O3)或其他類似材料所形成。
關於本發明之優點與精神可以藉由以下的發明詳述及所附圖式得到進一步的瞭解。
本發明係提供一種具有高電洞提取效率的結晶矽太陽能電池及其製造方法，以提升結晶矽太陽能電池整體的光電轉換效率。以下藉由對本發明之較佳具體實施例的詳細說明，藉以充分解說關於本發明的特徵、精神、優點以及實施上的可行性。
請參閱第2圖，根據本發明之第一較佳具體實施例之結晶矽太陽能電池2之截面視圖係描繪於第2圖中。
如第2圖所示，該結晶矽太陽能電池2包含一結晶矽基材20、一第一本質非晶質材料層21、一第一非晶矽層22、一第一透明導電薄膜23、一第二透明導電薄膜24以及一第一金屬電極層25。
該結晶矽基材20具有n型態導電型態。該第一本質非晶質材料層21係形成在該結晶矽基材20之一主表面202上。如第2圖所示，該主表面202朝上，將面向太陽。為降低入射太陽光的反射率，該主表面202經粗紋化處理成粗糙表面為佳。
於一具體實施例中，該第一本質非晶質材料層21可以由氫化非晶氧化矽(a-SiOx:H)或氫化非晶矽(a-Si:H)所形成。
該第一非晶矽層22具有p型態導電型態，並且係形成在該第一本質非晶質材料層21上。該第一透明導電薄膜23係形成在該第一非晶矽層22上。該第一非晶矽層22在與該第一透明導電薄膜23接觸之表面處具有一第一功函數W1，並且該第一透明導電薄膜23在與該第一非晶矽層22接觸之表面處具有一第二功函數W2。該第二透明導電薄膜24係形成在該第一透明導電層23上。該第一透明導電薄膜23在與該第二透明導電薄膜24接觸之表面處具有一第三功函數W3，並且該第二透明導電薄膜24在與該第一透明導電薄膜23接觸之表面處具有一第四功函數W4。該第一金屬電極層25係形成在該第二透明導電薄膜24上。
特別地，該第二功函數W2係低於該第一功函數W1，並且該第四功函數W4係低於該第三功函數W3，藉此，降低p型態非晶矽層與金屬電極層之間提取電洞的位能壁障，以提昇電洞提取效率。
於一具體實施例中，該第一透明導電薄膜23可以由富氧氧化銦錫(oxygen-rich ITO)(功函數：4.3~5.0eV)、富氧摻鋁氧化鋅(oxygen-rich ZnO:Al)(功函數：4.5~5.0eV)、五氧化二釩(V2O5)(功函數：5.4eV)、鎳(Ni)(功函數：5.2eV)、氧化鎳(NiO)(功函數：5.0~5.4eV)、銅(Cu)(功函數：5.1eV)、氧化亞銅(Cu2O)(功函數：5.0eV)、氧化鎢(WOx)(功函數：4.5~6.2eV；0≦x≦3)、三氧化鉬(MoO3)(功函數：5.7eV)、金(Au)(功函數：5.3eV)、鉑(Pt)(功函數：5.7eV)、鈀(Pd)(功函數：5.2eV)、氧化鈀(PdO)(功函數：5.4~7.9eV)或其他類似材料所形成。該第一透明導電薄膜23的功函數需至少4.5eV，以5.0eV以上為佳。
於一具體實施例中，為保持該第一透明導電薄膜23的透明度，該第一透明導電薄膜23之厚度範圍為0.1nm~10nm。
於一具體實施例中，該第三功函數W3係低於該第二功函數W2，並且該第一透明導電薄膜23內部之功函數的分佈係從該第二功函數W2逐漸降低為該第三功函數W3。
於一具體實施例中，該第二透明導電薄膜24可以由氧化銦錫(ITO)、含IIIA族元素摻雜之氧化鋅(ZnO)、含VIIA族元素摻雜之二氧化錫(SnO2)、三氧化二銦(In2O3)或其他類似材料所形成。這些常見的透明氧化物薄膜的功函數不會超過4.8eV。
於一具體實施例中，該第二透明導電薄膜24在與第一金屬電極層25接觸之表面處具有一第五功函數W5。該第五功函數W5係低於該第四功函數W4，並且該第二透明導電薄膜24內部之功函數的分佈係從該第四功函數W4逐漸降低為該第五功函數W5。
於一具體實施例中，該第一金屬電極層25可以由銀或鋁所形成。
同樣示於第2圖，進一步，該結晶矽太陽能電池2包含一第二本質非晶質材料層26、一第二非晶矽層27、一第三透明導電薄膜28以及一第二金屬電極層29。
該第二本質非晶質材料層26係形成在該結晶矽基材20之一背表面204上，其中該背表面204為該主表面202之反面。為降低入射太陽光的反射率，該背表面204經粗紋化處理成粗糙表面為佳。
於一具體實施例中，該第二本質非晶質材料層26可以由氫化非晶氧化矽或氫化非晶矽所形成。
該第二非晶矽層27具有n型態導電型態，並且係形成在該第二本質非晶質材料層26上。該第三透明導電薄膜28係形成在該第二非晶矽層27上。該第二金屬電極層29係形成在該第三透明導電薄膜28上。
於一具體實施例中，該第三透明導電薄膜28可以由氧化銦錫(ITO)、含IIIA族元素摻雜之氧化鋅(ZnO)、含VIIA族元素摻雜之二氧化錫(SnO2)、三氧化二銦(In2O3)或其他類似材料所形成。
於一具體實施例中，該第二金屬電極層29可以由銀或鋁所形成。
請參閱第3圖，根據本發明之第二較佳具體實施例之結晶矽太陽能電池3之截面視圖係描繪於第3圖中。
如第3圖所示，該結晶矽太陽能電池3包含一結晶矽基材30、一第一本質非晶質材料層31、一第一非晶矽層32、一第一透明導電薄膜33、一第二透明導電薄膜34以及一第一金屬電極層35。
該結晶矽基材30具有p型態導電型態。該第一本質非晶質材料層31係形成在該結晶矽基材30之一主表面302上。如第3圖所示，該主表面302朝下。為降低入射太陽光的反射率，該主表面302經粗紋化處理成粗糙表面為佳。
於一具體實施例中，該第一本質非晶質材料層31可以由氫化非晶氧化矽或氫化非晶矽所形成。
該第一非晶矽層32具有p型態導電型態，並且係形成在該第一本質非晶質材料層31上。該第一透明導電薄膜33係形成在該第一非晶矽層32上。該第一非晶矽層32在與該第一透明導電薄膜33接觸之表面處具有一第一功函數W1，並且該第一透明導電薄膜33在與該第一非晶矽層32接觸之表面處具有一第二功函數W2。該第二透明導電薄膜34係形成在該第一透明導電層33上。該第一透明導電薄膜33在與該第二透明導電薄膜34接觸之表面處具有一第三功函數W3，並且該第二透明導電薄膜34在與該第一透明導電薄膜33接觸之表面處具有一第四功函數W4。該第一金屬電極層35係形成在該第二透明導電薄膜34上。同樣地，該第二功函數W2係低於該第一功函數W1，並且該第四功函數W4係低於該第三功函數W3，藉此，降低p型態非晶矽層與金屬電極層之間提取電洞的位能壁障，以提昇電洞提取效率。
於一具體實施例中，該第一透明導電薄膜33可以由富氧氧化銦錫(oxygen-rich ITO)、富氧摻鋁氧化鋅(oxygen-rich ZnO:Al)、五氧化二釩(V2O5)、鎳(Ni)、氧化鎳(NiO)、銅(Cu)、氧化亞銅(Cu2O)、氧化鎢(WOx)(功函數：4.5~6.2eV；0≦x≦3)、三氧化鉬(MoO3)、金(Au)、鉑(Pt)、鈀(Pd)、氧化鈀(PdO)或其他類似材料所形成。
於一具體實施例中，為保持該第一透明導電薄膜33的透明度，該第一透明導電薄膜33之厚度範圍為0.1nm~10nm。
於一具體實施例中，該第三功函數W3係低於該第二功函數W2，並且該第一透明導電薄膜33內部之功函數的分佈係從該第二功函數W2逐漸降低為該第三功函數W3。
於一具體實施例中，該第二透明導電薄膜34可以由氧化銦錫(ITO)、含IIIA族元素摻雜之氧化鋅(ZnO)、含VIIA族元素摻雜之二氧化錫(SnO2)、三氧化二銦(In2O3)或其他類似材料所形成。
於一具體實施例中，該第二透明導電薄膜34在與第一金屬電極層35接觸之表面處具有一第五功函數W5。該第五功函數W5係低於該第四功函數W4，並且該第二透明導電薄膜34內部之功函數的分佈係從該第四功函數W4逐漸降低為該第五功函數W5。
於一具體實施例中，該第一金屬電極層35可以由銀或鋁所形成。
同樣示於第3圖，進一步，該結晶矽太陽能電池3包含一第二本質非晶質材料層36、一第二非晶矽層37、一第三透明導電薄膜38以及一第二金屬電極層39。
該第二本質非晶質材料層36係形成在該結晶矽基材30之一背表面304上，其中該背表面304為該主表面302之反面。如第3圖所示，該背表面304朝上。為降低入射太陽光的反射率，該背表面304經粗紋化處理成粗糙表面為佳。
於一具體實施例中，該第二本質非晶質材料層36可以由氫化非晶氧化矽或氫化非晶矽所形成。
該第二非晶矽層37具有n型態導電型態，並且係形成在該第二本質非晶質材料層36上。該第三透明導電薄膜38係形成在該第二非晶矽層37上。該第二金屬電極層39係形成在該第三透明導電薄膜38上。
於一具體實施例中，該第三透明導電薄膜38可以由氧化銦錫(ITO)、含IIIA族元素摻雜之氧化鋅(ZnO)、含VIIA族元素摻雜之二氧化錫(SnO2)、三氧化二銦(In2O3)或其他類似材料所形成。
於一具體實施例中，該第二金屬電極層39可以由銀或鋁所形成。
根據本發明第三較佳具體實施例之一製造一結晶矽太陽能電池的方法，首先，製備一結晶矽基材，其中該結晶矽基材具有n型態導電型態。
接著，該方法在該結晶矽基材之一主表面上，利用例如電漿輔助化學氣相沉積(plasma-enhancement chemical vapor deposition，PECVD)製程形成一第一本質非晶質材料層，其中該第一本質非晶質材料層係由氫化非晶氧化矽或氫化非晶矽所形成，其厚度約為3nm~8nm。為降低入射太陽光的反射率，該主表面先經粗紋化處理成粗糙表面為佳。
接著，該方法在該第一本質非晶質材料層上，利用例如PECVD製程形成一第一非晶矽層，其中該第一非晶矽層具有p型態導電型態，其厚度約為3nm~10nm。
接著，該方法在該第一非晶矽層上，利用例如化學氣相沉積(CVD)法、濺鍍法、物理氣相沉積法、熱蒸鍍法、真空蒸鍍法、電子束蒸鍍法或其他沉積方法形成一第一透明導電薄膜。該第一透明導電薄膜其厚度約為0.1nm~10nm。該第一非晶矽層在與該第一透明導電薄膜接觸之表面處具有一第一功函數W1，並且該第一透明導電薄膜在與該第一非晶矽層接觸之表面處具有一第二功函數W2。
接著，該方法在該第一透明導電層上，利用例如化學氣相沉積法、濺鍍法、物理氣相沉積法、熱蒸鍍法、真空蒸鍍法、電子束蒸鍍法或其他沉積方法形成一第二透明導電薄膜。該第二透明導電薄膜其厚度約為70nm~90nm。該第一透明導電薄膜在與該第二透明導電薄膜接觸之表面處具有一第三功函數W3，並且該第二透明導電薄膜在與該第一透明導電薄膜接觸之表面處具有一第四功函數W4。
最後，該方法在該第二透明導電薄膜上，利用例如網印或蒸鍍等製程形成一第一金屬電極層，其厚度約為數微米。該第一金屬電極層可以由銀或鋁所形成。特別地，該第二功函數W2係低於該第一功函數W1，並且該第四功函數W4係低於該第三功函數W3，藉此，降低p型態非晶矽層與金屬電極層之間提取電洞的位能壁障，以提昇電洞提取效率。
進一步，根據本發明第三較佳具體實施例之方法在該結晶矽基材之一背表面上，利用例如PECVD製程形成一第二本質非晶質材料層，其中該背表面為該主表面之反面，該第二本質非晶質材料層係由氫化非晶氧化矽或氫化非晶矽所形成，其厚度約為3nm~8nm。為降低入射太陽光的反射率，該背表面先經粗紋化處理成粗糙表面為佳。接著，該方法在該第二本質非晶質材料層上，利用例如PECVD製程形成一第二非晶矽層，其中該第二非晶矽層具有n型態導電型態，其厚度約為3nm~10nm。接著，該方法在該第二非晶矽層上，利用例如化學氣相沉積法、濺鍍法、物理氣相沉積法、熱蒸鍍法、真空蒸鍍法、電子束蒸鍍法或其他沉積方法形成一第三透明導電薄膜，其厚度約為70nm~90nm。最後，該方法在該第三透明導電薄膜上，利用例如網印或蒸鍍等製程形成一第二金屬電極層，其厚度約為數微米。該第二金屬電極層可以由銀或鋁所形成。根據本發明第三較佳具體實施例之方法所製造之結晶矽太陽能電池的截面視圖即如第2圖所示。
根據本發明第四較佳具體實施例之一製造一結晶矽太陽能電池的方法，首先，製備一結晶矽基材，其中該結晶矽基材具有p型態導電型態。
接著，該方法在該結晶矽基材之一主表面上，利用例如PECVD製程形成一第一本質非晶質材料層，其中該第一本質非晶質材料層係由氫化非晶氧化矽或氫化非晶矽所形成，其厚度約為3nm~8nm。為降低入射太陽光的反射率，該主表面先經粗紋化處理成粗糙表面為佳。
接著，該方法在該第一本質非晶質材料層上，利用例如PECVD製程形成一第一非晶矽層，其中該第一非晶矽層具有p型態導電型態，其厚度約為3nm~10nm。
接著，該方法在該第一非晶矽層上，利用例如化學氣相沉積法、濺鍍法、物理氣相沉積法、熱蒸鍍法、真空蒸鍍法、電子束蒸鍍法或其他沉積方法形成一第一透明導電薄膜。該第一透明導電薄膜其厚度約為0.1nm~10nm。該第一非晶矽層在與該第一透明導電薄膜接觸之表面處具有一第一功函數W1，並且該第一透明導電薄膜在與該第一非晶矽層接觸之表面處具有一第二功函數W2。
接著，該方法在該第一透明導電層上，利用例如化學氣相沉積法、濺鍍法、物理氣相沉積法、熱蒸鍍法、真空蒸鍍法、電子束蒸鍍法或其他沉積方法形成一第二透明導電薄膜。該第二透明導電薄膜其厚度約為70nm~90nm。該第一透明導電薄膜在與該第二透明導電薄膜接觸之表面處具有一第三功函數W3，並且該第二透明導電薄膜在與該第一透明導電薄膜接觸之表面處具有一第四功函數W4。
最後，該方法在該第二透明導電薄膜上，利用例如網印或蒸鍍等製程形成一第一金屬電極層，其厚度約為數微米。該第一金屬電極層可以由銀或鋁所形成。同樣地，該第二功函數W2係低於該第一功函數W1，並且該第四功函數W4係低於該第三功函數W3，藉此，降低p型態非晶矽層與金屬電極層之間提取電洞的位能壁障，以提昇電洞提取效率。
進一步，根據本發明之第四較佳具體實施例之方法在該結晶矽基材之一背表面上，利用例如PECVD製程形成一第二本質非晶質材料層，其中該背表面為該主表面之反面，該第二本質非晶質材料層係由氫化非晶氧化矽或氫化非晶矽所形成，其厚度約為3nm~8nm。為降低入射太陽光的反射率，該背表面先經粗紋化處理成粗糙表面為佳。接著，該方法在該第二本質非晶質材料層上，利用例如PECVD製程形成一第二非晶矽層，其中該第二非晶矽層具有n型態導電型態，其厚度約為3nm~10nm。接著，該方法在該第二非晶矽層上，利用例如化學氣相沉積法、濺鍍法、物理氣相沉積法、熱蒸鍍法、真空蒸鍍法、電子束蒸鍍法或其他沉積方法形成一第三透明導電薄膜，其厚度約為70nm~90nm。最後，該方法在該第三透明導電薄膜上，利用例如網印或蒸鍍等製程形成一第二金屬電極層，其厚度約為數微米。該第二金屬電極層可以由銀或鋁所形成。根據本發明第四較佳具體實施例之方法所製造之結晶矽太陽能電池的截面視圖即如第3圖所示。
請參閱第1表，根據本發明之結晶矽太陽電池經測試所得各種電池特性，包含開路電壓(Voc)、短路電流密度(Jsc)、填充因子(fill factor,FF)以及轉換效率(η)。第1表中並列出根據本發明之結晶矽太陽電池其基材表面經粗紋化及未經粗紋化的測試結果。第1表中並列出先前技術未引入第一透明導電薄膜之結晶矽太陽電池其基材表面經粗紋化及未經粗紋化兩種電池的測試結果。
從第1表之測試數據，可以清楚看出根據本發明之結晶矽太陽能電池其轉換效率優於先前技術之結晶矽太陽能電池的轉換效率。就綜合性評估指標-填充因子來看，根據本發明之結晶矽太陽能電池的特性更是優於先前技術之結晶矽太陽能電池的特性。
綜上所述，根據本發明之結晶矽太陽能電池，其具有高電洞提取效率，進而提升結晶矽太陽能電池整體的光電轉換效率。
藉由以上較佳具體實施例之詳述，係希望能更加清楚描述本發明之特徵與精神，而並非以上述所揭露的較佳具體實施例來對本發明之範疇加以限制。相反地，其目的是希望能涵蓋各種改變及具相等性的安排於本發明所欲申請之專利範圍的範疇內。因此，本發明所申請之專利範圍的範疇應該根據上述的說明作最寬廣的解釋，以致使其涵蓋所有可能的改變以及具相等性的安排。
1．．．矽異質接面太陽能電池
10．．．結晶矽基材
102．．．結晶矽基材之上表面
104．．．結晶矽基材之下表面
11．．．本質非晶矽層
12．．．p型態非晶矽層
13、17．．．透明導電薄膜
14、18．．．金屬電極
15．．．本質非晶矽層
16．．．n型態非晶矽層
2．．．結晶矽太陽能電池
20．．．結晶矽基材
202．．．結晶矽基材之主表面
204．．．結晶矽基材之背表面
21．．．第一本質非晶質材料層
22．．．第一非晶矽層
23．．．第一透明導電薄膜
24．．．第二透明導電薄膜
25．．．第一金屬電極層
26．．．第二本質非晶質材料層
27．．．第二非晶矽層
28．．．第三透明導電薄膜
29．．．第二金屬電極層
3．．．結晶矽太陽能電池
30．．．結晶矽基材
302．．．結晶矽基材之主表面
304．．．結晶矽基材之背表面
31．．．第一本質非晶質材料層
32．．．第一非晶矽層
33．．．第一本質非晶質材料層
34．．．第二透明導電薄膜
35．．．第一金屬電極層
36．．．第二本質非晶質材料層
37．．．第二非晶矽層
38．．．第三透明導電薄膜
39．．．第二金屬電極層
第1圖係先前技術之矽異質接面太陽能電池其層狀的堆疊結構之截面視圖。
第2圖係根據本發明之第一較佳具體實施例之結晶矽太陽能電池的截面視圖。
第3圖係根據本發明之第二較佳具體實施例之結晶矽太陽能電池的截面視圖。
2．．．結晶矽太陽能電池
20．．．結晶矽基材
202．．．結晶矽基材之主表面
204．．．結晶矽基材之背表面
21．．．第一本質非晶質材料層
22．．．第一非晶矽層
23．．．第一透明導電薄膜
24．．．第二透明導電薄膜
25．．．第一金屬電極層
26．．．第二本質非晶質材料層
27．．．第二非晶矽層
28．．．第三透明導電薄膜
29．．．第二金屬電極層

Claims (10)

  1. 一種結晶矽太陽能電池，包含：一結晶矽基材，具有一第一導電型態；一第一本質非晶質材料層，係形成在該結晶矽基材之一主表面上；一第一非晶矽層，具有一第二導電型態且係形成在該第一本質非晶質材料層上；一第一透明導電薄膜，係形成在該第一非晶矽層上，其中該第一非晶矽層在與該第一透明導電薄膜接觸之表面處具有一第一功函數，並且該第一透明導電薄膜在與該第一非晶矽層接觸之表面處具有一第二功函數；一第二透明導電薄膜，係形成在該第一透明導電層上，其中該第一透明導電薄膜在與該第二透明導電薄膜接觸之表面處具有一第三功函數，並且該第二透明導電薄膜在與該第一透明導電薄膜接觸之表面處具有一第四功函數；以及一第一金屬電極層，係形成在該第二透明導電薄膜上；其中該第二功函數係低於該第一功函數，並且該第四功函數係低於該第三功函數，該第三功函數係低於該第二功函數，並且該第一透明導電薄膜內部之功函數的分佈係從該第二功函數逐漸降低為該第三功函數。
  2. 如請求項1所述之結晶矽太陽能電池，其中該第一本質非晶質材料層係由氫化非晶氧化矽或氫化非晶矽所形成。
  3. 如請求項2所述之結晶矽太陽能電池，其中該第一透明導電薄膜係由選自由富氧氧化銦錫、富氧摻鋁氧化鋅、五氧化二釩、鎳、氧化鎳、銅、氧化亞銅、三氧化鎢、三氧化鉬、金、鉑、鈀以及氧化鈀所組成之群組中之其一所形成，該第二透明導電薄膜係由選自由氧化銦錫、含IIIA族元素摻雜之氧化鋅、含VIIA族元 素摻雜之二氧化錫以及三氧化二銦所組成之群組中之其一所形成。
  4. 如請求項3所述之結晶矽太陽能電池，其中該第二透明導電薄膜在與該第一金屬電極層接觸之表面處具有一第五功函數，該第五功函數係低於該第四功函數，並且該第二透明導電薄膜內部之功函數的分佈係從該第四功函數逐漸降低為該第五功函數。
  5. 如請求項3所述之結晶矽太陽能電池，其中該第一導電態為n型態，該第二導電型態為p型態，該結晶矽太陽能電池進一步包含：一第二本質非晶質材料層，係形成在該結晶矽基材之一背表面上，該背表面為該主表面之反面，該第二本質非晶質材料層係由氫化非晶氧化矽或氫化非晶矽所形成；一第二非晶矽層，具有n型態導電型態且係形成在該第二本質非晶質材料層上；一第三透明導電薄膜，係形成在該第二非晶矽層上；以及一第二金屬電極層，係形成在該第三透明導電薄膜上。
  6. 如請求項3所述之結晶矽太陽能電池，其中該第一導電態為p型態，該第二導電型態為p型態，該結晶矽太陽能電池進一步包含：一第二本質非晶質材料層，係形成在該結晶矽基材之一背表面上，該背表面為該主表面之反面，該第二本質非晶質材料層係由氫化非晶氧化矽或氫化非晶矽所形成；一第二非晶矽層，具有n型態導電型態且係形成在該第二本質非晶質材料層上；一第三透明導電薄膜，係形成在該第二非晶矽層上；以及一第二金屬電極層，係形成在該第三透明導電薄膜上。
  7. 一種製造一結晶矽太陽能電池的方法，包含下列步驟：製備一結晶矽基材，其中該結晶矽基材具有一第一導電型態；在該結晶矽基材之一主表面上，形成一第一本質非晶質材料層，其中該第一本質非晶質材料層係由氫化非晶氧化矽或氫化非晶矽所形成；在該第一本質非晶質材料層上，形成一第一非晶矽層，其中該第一非晶矽層具有一第二導電型態；在該第一非晶矽層上，形成一第一透明導電薄膜，其中該第一非晶矽層在與該第一透明導電薄膜接觸之表面處具有一第一功函數，並且該第一透明導電薄膜在與該第一非晶矽層接觸之表面處具有一第二功函數；在該第一透明導電層上，形成一第二透明導電薄膜，其中該第一透明導電薄膜在與該第二透明導電薄膜接觸之表面處具有一第三功函數，並且該第二透明導電薄膜在與該第一透明導電薄膜接觸之表面處具有一第四功函數；以及在該第二透明導電薄膜上，形成一第一金屬電極層；其中該第二功函數係低於該第一功函數，並且該第四功函數係低於該第三功函數，該第三功函數係低於該第二功函數，並且該第一透明導電薄膜內部之功函數的分佈係從該第二功函數逐漸降低為該第三功函數。
  8. 如請求項7所述之方法，其中該第一透明導電薄膜係由選自由富氧氧化銦錫、富氧摻鋁氧化鋅、五氧化二釩、鎳、氧化鎳、銅、氧化亞銅、三氧化鎢、三氧化鉬、金、鉑、鈀以及氧化鈀所組成之群組中之其一所形成，該第二透明導電薄膜係由選自由氧化銦錫、含IIIA族元素摻雜之氧化鋅、含VIIA族元素摻雜之二氧化錫以及三氧化二銦所組成之群組中之其一所形成，該第二透明導電薄膜在與該第一金屬電極層接觸之表面處具有一第五功函 數，該第五功函數係低於該第四功函數，並且該第二透明導電薄膜內部之功函數的分佈係從該第四功函數逐漸降低為該第五功函數。
  9. 如請求項8所述之方法，其中該第一導電態為n型態，該第二導電型態為p型態，該方法進一步包含下列步驟：在該結晶矽基材之一背表面上，形成一第二本質非晶質材料層，其中該背表面為該主表面之反面，該第二本質非晶質材料層係由氫化非晶氧化矽或氫化非晶矽所形成；在該第二本質非晶質材料層上，形成一第二非晶矽層，其中該第二非晶矽層具有n型態導電型態；在該第二非晶矽層上，形成一第三透明導電薄膜；以及在該第三透明導電薄膜上，形成一第二金屬電極層。
  10. 如請求項8所述之方法，其中該第一導電態為p型態，該第二導電型態為p型態，該結晶矽太陽能電池進一步包含：在該結晶矽基材之一背表面上，形成一第二本質非晶質材料層，其中該背表面為該主表面之反面，該第二本質非晶質材料層係由氫化非晶氧化矽或氫化非晶矽所形成；在該第二本質非晶質材料層上，形成一第二非晶矽層，其中該第二非晶矽層具有n型態導電型態；在該第二非晶矽層上，形成一第三透明導電薄膜；以及在該第三透明導電薄膜上，形成一第二金屬電極層。
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