TWI594450B - Thin film solar cell light integration method and its structure - Google Patents

Thin film solar cell light integration method and its structure Download PDF

Info

Publication number
TWI594450B
TWI594450B TW100101248A TW100101248A TWI594450B TW I594450 B TWI594450 B TW I594450B TW 100101248 A TW100101248 A TW 100101248A TW 100101248 A TW100101248 A TW 100101248A TW I594450 B TWI594450 B TW I594450B
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
layer
transparent conductive
conductive oxide
solar cell
thin film
Prior art date
Application number
TW100101248A
Other languages
English (en)
Other versions
TW201230376A (en
Inventor
Jia-Min Xie
Chang-Hong Shen
wen-xian Huang
Shi-Quan Wu
Bao-Tong Dai
zhong-yao Huang
hao-zhong Guo
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 filed Critical
Priority to TW100101248A priority Critical patent/TWI594450B/zh
Publication of TW201230376A publication Critical patent/TW201230376A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI594450B publication Critical patent/TWI594450B/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

薄膜太陽能電池光侷限整合方法及其結構
本發明係有關於一種薄膜太陽能電池光侷限整合方法及其結構，尤指涉及一種以電漿處理形成具有光吸收層之複合性光侷限奈米材料，可將其整合至薄膜太陽能電池之入光面、中間層及背光面處之製備方法及其結構。
隨著具低成本之薄膜太陽能電池(Thin Film Solar Cells)之開發，薄膜太陽能電池已成為未來太陽能電池發展之趨勢；然而，因薄膜太陽能電池吸收層厚度遠小於晶矽(Crystalline Si)太陽能電池，故其展現之太陽光頻譜吸收響應較弱，導致降低其光電轉換效能，而其薄吸收層亦造成傳統之表面粗糙化(Surface Texturing)技術無法應用於薄膜太陽能電池之光侷限(Light Trapping)上，因此近年來新穎之光捕捉技術已吸引了相當大之注意。
奈米粒子具備之光散射效應、近場電場增強效應與載子注入等光學響應特性，可有效地提昇光路徑及光利用率，以增加太陽能電池之轉換效率。惟在製程整合部分，奈米粒子會產生額外之介面缺陷，並可能在製程過程中破壞吸收層特性，因此含有奈米粒子技術之太陽能電池其轉換效率通常不易有效改善。
金屬奈米粒子及介電奈米粒子材料在發光二極體、化學及生物感測領域上已廣泛被應用，且奈米粒子材料在製備與感測上相當成功，所展現之材料特性亦具有相當之多樣性。其表面電漿子係光或電磁波與金屬內之自由電子交互作用，產生電子電荷密度來回振盪形成偶極距，當共振發生時，此複合式電漿子材料將會產生極高之消光係數(Extinction)及高密度之強近場光學特性。其特殊之光學性質，根據Mie’s散射理論，大尺寸之金屬粒子其消光係數主要來自於粒子之散射，吸收所造成之熱損耗遠低於散射之貢獻；而小尺寸之金屬粒子其消光係數主要來自於粒子之吸收，轉換成強之近場光學效應。這種散射特性與金屬粒子之材料、大小及形狀有關，將使光行進方向因不同波長產生不同方向之散射行為；而強近場光學特性，則與金屬粒子大小及週圍環境有關，因此有效控制金屬顆粒與週圍環境之組態，將有助於薄膜矽太陽電池光侷限技術之應用。
近年來已有相當多之奈米材料結合奈米結構技術方面，或材料/結構整合式薄膜太陽能電池之專利發表，但其轉換效率及增加之比例並不高，主要原因來自於奈米粒子直接與原製程整合會造成奈米粒子/半導體吸收層間產生缺陷或造成原有之薄膜特性破壞，如以下所述：2007年Atwater等人於美國專利第2007/0289623號發表一種「表面電漿效應之光伏特元件(Plasmonic photovoltaic)」發明專利，如第7圖所示。其係於光吸收層40上方利用鋁(Al)及銅(Cu)奈米粒子電漿共振散射層41與入射光產生表面電漿偶合波導(Light Coupling Waveguide)效應，增加入射光之散射，進而增加吸收層40內光吸收，以提昇光電流響應。然而，此技術中係將Al及Cu奈米粒子411置於吸收層40與空氣之界面間，由於Al及Cu在空氣中極易於金屬表面氧化成氧化鋁(Al2O3)及氧化銅(CuO)，因此將降低入射光與金屬粒子偶合之效應。
2009年工研院於中華民國專利第097120261號發表一種「具有電漿子結構的疊層薄膜光能元件及其用途(Laminated thin film photovoltaic device with plasmon structure and use of the same)」發明專利，如第8圖所示。其係將100nm～200nm之奈米金屬顆粒501鑲嵌於低禁帶(low band gap)光電轉換層51及高禁帶(high band gap)光電轉換層52之間，運用此具有電漿子結構層50之疊層薄膜光能元件5可以減少元件整體厚度並提高光電流之產生率。其中該疊層薄膜光能元件50係由較高禁帶寬度之非晶矽薄膜(即高禁帶光電轉換層52)及較低禁帶寬度之微晶矽或矽鍺合金薄膜(即低禁帶光電轉換層51)交疊而成。然而，此種三明治元件結構極易產生兩類問題，其一為無論組裝於低禁帶光電轉換層上之奈米金屬顆粒之製備方式為何，如薄膜退火成核(Thermal Anneal)、奈米模板(Aluminum Anode Oxide,AAO)、旋轉塗佈(Spin Coating)、奈米轉印(Nano-imprint)及深紫外光微影(Deep UV lithography)及聚焦離子束方式(Focus Ion Bean,FIB)等，當光電轉換層抽離真空並與上述技術接觸時，將會產生相當多之表面缺陷；其二則為當電漿技術沉積矽薄膜於奈米金屬顆粒表面上時，極易因電漿離子轟擊導致奈米金屬顆粒表面破壞。因此，上述兩類因素皆會嚴重影響元件之光電轉換效能。
2009年Edward T. Yu及Daniel Derkacs等人於美國專利第2009/0250110號發表一種「正向散射奈米粒子增強方法及光偵測器裝置(Forward scattering nanoparticle enhancement method and photodetector device)」發明專利，如第9圖所示。係將奈米金粒子(100nm)60或二氧化矽粒子(150nm)以靜電吸附方式置於氧化銦錫(Indium Tin Oxide,ITO)之透明氧化層61上，其透明氧化層61下則為n-i-p堆疊層非晶矽(a-Si:H)62；並且，由圖中右側實線為加入奈米金(100nm)粒子之分析曲線可知，其與第8圖相同，皆利用光散射(Light Scattering)效應，將光電流由6.6mA/cm2提昇至7.2mA/cm2，光電轉換效率則由2.77%提高至3%。然而，此專利雖可改善非晶矽層62與透明氧化層61界面間之缺陷問題，惟其仍未解決鋁金屬電極與奈米粒子接觸之問題。
2010年C. Lorenzetti及M. Vitale等人於美國專利第2010/0000398號發表「光伏特電池(Photovoltaic cell)」，如第10圖所示。其係一種多層奈米粒子光敏化層(Photosensitive Layer)，鑲嵌於磷摻雜與硼摻雜之矽薄膜中，惟此結構仍具有上述中華民國專利之缺點。繼之，再將多層奈米粒子材料混雜於半導體材料中，形成另一光敏化層結構(如圖中(c)所示)，而此混合層之半導體材料，若非光吸收材料，對於光電流匹配(matching)則會產生相當大之問題，不僅不利於光電流之產生，甚而降低光電轉換效率。
有鑑於上述2007至2010年間發表之奈米粒子結構應用矽薄膜太陽能專利，多數無法有效解決奈米粒子導致吸收層表面缺陷及電漿離子轟擊導致奈米粒子表面破壞問題，故，一般習用者係無法符合使用者於實際使用時應用於矽薄膜太陽能電池之各面向之所需。因此，提出一種可有效解決上述問題，利於提高入射光之抗反射效率同時，亦可改善光電元件之整合性與長時光照之可靠度之發明實有必要。
本發明之主要目的係在於，克服習知技藝所遭遇之上述問題並提供一種以電漿處理形成具有光吸收層之複合性光侷限奈米材料，可將其整合至薄膜太陽能電池之入光面、中間層及背光面處之製備方法及其結構。
為達以上之目的，本發明係一種薄膜太陽能電池光侷限整合方法及其結構，係為一整合至薄膜太陽能電池之入光面、中間層及背光面處之複合性光侷限奈米材料之製備方法及結構，其提供一基板，並在該基板上依序形成一第一透明導電氧化層、一經由電漿處理所構成之第一光吸收層、一第二透明導電氧化層及一金屬光柵，且在製備上述各層結構製程中更包括形成一電漿子奈米結構層，其中：當欲整合至薄膜太陽能電池之入光面處時，係將該電漿子奈米結構層形成於該第二透明導電氧化層上，且於該電漿子奈米結構層上另外形成一第三透明導電氧化層，並在該基板及該第一透明導電氧化層之間形成一背金屬反射層，俾以完成一整合至薄膜太陽能電池之入光面處之複合性光侷限奈米材料；當欲整合至薄膜太陽能電池之中間層處時，係將該電漿子奈米結構層形成於該第一光吸收層上，且於該電漿子奈米結構層上另外形成一第四透明導電氧化層及一第二光吸收層，並在該基板及該第一透明導電氧化層之間形成一背金屬反射層，俾以完成一整合至薄膜太陽能電池之中間層處之複合性光侷限奈米材料；以及當欲整合至薄膜太陽能電池之背光面處時，係將該電漿子奈米結構層形成於該基板上，俾以完成一整合至薄膜太陽能電池之背光面處之複合性光侷限奈米材料；於其中，上述電漿子奈米結構層包括數個奈米粒子。
本發明係一種薄膜太陽能電池光侷限整合方法，係為一整合至薄膜太陽能電池之入光面、中間層及背光面處之複合性光侷限奈米材料之製備方法，其提供一基板，並在該基板上依序形成一第一透明導電氧化層(Transparent Conductive Oxide,TCO)、一經由電漿處理所構成之第一光吸收層、一第二透明導電氧化層及一金屬光柵，且在製備上述各層結構製程中更包括形成一電漿子奈米結構層(Plasmonic Nanostructure)，其中：當欲整合至薄膜太陽能電池之入光面處時，係將該電漿子奈米結構層形成於該第二透明導電氧化層上，且於該電漿子奈米結構層上另外形成一第三透明導電氧化層，並在該基板及該第一透明導電氧化層之間形成一背金屬反射層，俾以完成一整合至薄膜太陽能電池之入光面處之複合性光侷限奈米材料；當欲整合至薄膜太陽能電池之中間層處時，係將該電漿子奈米結構層形成於該第一光吸收層上，且於該電漿子奈米結構層上另外形成一第四透明導電氧化層及一第二光吸收層，並在該基板及該第一透明導電氧化層之間形成一背金屬反射層，俾以完成一整合至薄膜太陽能電池之中間層處之複合性光侷限奈米材料；以及當欲整合至薄膜太陽能電池之背光面處時，係將該電漿子奈米結構層形成於該基板上，俾以完成一整合至薄膜太陽能電池之背光面處之複合性光侷限奈米材料；請參閱『第1圖』所示，係為本發明之複合性光侷限奈米材料之薄膜太陽能電池整合流程示意圖。如圖所示：本發明以上述整合至薄膜太陽能電池之入光面處之複合性光侷限奈米材料之製備流程為例，其至少包含下列步驟：
(A)提供一基板10，並分別形成一背金屬反射層11及一第一透明導電氧化層(Transparent Conductive Oxide,TCO)12於該基板10上；
(B)利用電漿處理以形成一第一光吸收層13於該第一透明導電氧化層12上；
(C)利用一光罩形成一第二透明導電氧化層14於該第一光吸收層13上；
(D)形成一電漿子奈米結構層(Plasmonic Nanostructure)15於該第二透明導電氧化層14上，其中該電漿子奈米結構層15包括數個奈米粒子151；
(E)利用該光罩形成一第三透明導電氧化層16於該電漿子奈米結構層15上；
(F)利用該第三透明導電氧化層16作為一遮罩，蝕刻該第一光吸收層13；以及
(G)利用另一光罩形成一金屬光柵17於該第三透明導電氧化層16上。
上述基板10係為非透明基板，例如有機聚合物或鋼板材料；亦可為透明基板，如玻璃。
上述各透明導電氧化層12、14及16係可選自於氧化銦錫(ITO)、氧化鋅(ZnO)、氧化鋁鋅(AZO或ZnO:Al)或摻雜氟之二氧化錫(SnO2:F)之材料。
上述背金屬反射層11係可選自於鋁(Al)或銀(Ag)之高反射率金屬膜。
上述第一光吸收層13係為一n-i-p或p-i-n之非晶矽(a-Si:H)堆疊層。
上述奈米粒子151係為金屬奈米粒子(Metal particles)材料，可選自於金(Au)或銀；亦可為介電奈米粒子(Dielectric particles)材料，可選自於二氧化矽(SiO2)、氮化矽(Si3N4)或二氧化鈦(TiO2)。
利用本發明所提出之方法，其製備奈米粒子組裝結構方法，無論係採用薄膜退火成核(Thermal Anneal)、奈米模板(Aluminum Anode Oxide,AAO)、旋轉塗佈(Spin Coating)、奈米轉印(Nano-imprint)、深紫外光微影(Deep UV Lithography)或聚焦離子束方式(Focus Ion Bean,FIB)，皆可相容一般半導體積體電路製程所使用之金屬濺鍍(Sputter)，製作不同介電係數之透明導電層，此薄膜太陽能電池光侷限整合方法，除應用於矽薄膜太陽能電池外，可同時套用至異質結構矽晶太陽能電池、有機薄膜太陽能電池及銅銦鎵硒薄膜太陽能電池中，提高短路電流及改善填充因子，進而提高太陽光譜利用率及光電轉換效率。
請參閱『第2圖』所示，係為本發明之第一整合性結構示意圖。如圖所示：係以第1圖之複合性光侷限奈米材料之薄膜太陽能電池整合流程所形成之整合性結構，係包括一基板10、一配置於該基板10上之背金屬反射層11、一配置於該背金屬反射層11上之第一透明導電氧化層12、一經由電漿處理所構成而配置於該第一透明導電氧化層12上之第一光吸收層13、一配置於該第一光吸收層13上之第二透明導電氧化層14、一配置於該第二透明導電氧化層14上之電漿子奈米結構層15，且該電漿子奈米結構層15係包括數個奈米粒子151、一配置於該電漿子奈米結構層15上之第三透明導電氧化層16、以及一配置於該第三透明導電氧化層16上之金屬光柵17。其中：當組裝大尺寸之金屬奈米粒子及介電奈米粒子於非透明基板上(如有機聚合物或鋼板材料)，再依序製作背金屬反射層(如鋁或銀等高反射率金屬膜)、透明導電氧化層及光吸收層(n-i-p太陽能電池材料)，此複合性光侷限奈米材料可作為太陽能電池之背反層；當組裝小尺寸之金屬奈米粒子於透明基板上(如玻璃)，再依序製作透明導電層及光吸收層(p-i-n太陽能電池材料)，此複合性光侷限奈米材料可作為太陽能電池之表面電漿光侷限層。
請參閱『第3圖』所示，係為本發明之第二整合性結構示意圖。如圖所示：係本發明複合性光侷限奈米材料之第二整合性結構，其包括一基板10a、一配置於該基板10a上之電漿子奈米結構層15a，且該電漿子奈米結構層15a係包括數個奈米粒子151a、一配置於該電漿子奈米結構層15a上之第一透明導電氧化層12a、一經由電漿處理而配置於該第一透明導電氧化層12a上之第一光吸收層13a、一配置於該第一光吸收層13a上之第二透明導電氧化層14a、以及一配置於該第二透明導電氧化層14a上之金屬光柵17a。
本實施例係將複合性光侷限奈米材料整合至n-i-p堆疊層a-Si:H之底層，無論係以金屬奈米粒子或介電奈米粒子，皆可增加光之背反射機率，進而增加光程路徑、增加光停留於光吸收層時間(縱向方向)；而此週期性奈米結構亦同時產生另一種表面電漿子之橫向方向之漸逝波(Evanansence Wave)現象，可增加橫向光波停留於光吸收層時間。
請參閱『第4圖』所示，係為本發明之第三整合性結構示意圖。如圖所示：係本發明複合性光侷限奈米材料之第三整合性結構，其包括一基板10b、一配置於該基板10b上之背金屬反射層11b、一配置於該背金屬反射層11b上之第一透明導電氧化層12b、一經由電漿處理所構成而配置於該第一透明導電氧化層12b上之第一光吸收層13b、一配置於該第一光吸收層13b上之電漿子奈米結構層15b，且該電漿子奈米結構層15b係包括數個奈米粒子151b、一配置於該電漿子奈米結構層15b上之第二透明導電氧化層14b、一配置於該第二透明導電氧化層14b上之第二光吸收層18b、一配置於該第二光吸收層18b上之第三透明導電氧化層16b、以及一配置於該第三透明導電氧化層16b上之金屬光柵17b。
本實施例係將小尺寸之金屬奈米粒子鑲嵌於兩組光吸收層13b、18b中間，利用量子點之量子井侷限效應，以撞擊游離(Impact Ionization)機制可產生更多之載子，以及量子點形成之微能帶(Mini-bands)提高載子之傳輸，形成類似於堆疊型太陽能電池多重接面之多重能階結構，增進全光譜太陽光吸收及載子傳輸收集。
請參閱『第5圖及第6圖』所示，係分別為本發明第二整合性結構之電子顯微掃描示意圖、及本發明第二整合性結構之性能測試示意圖。如圖所示：係本發明以第二整合性結構為例，該實施例之複合性光侷限奈米材料，其結構中電漿子奈米結構層15a之奈米粒子151a雖可直接形成在基板10a上而無需以上下夾層之透明導電氧化層堆疊，惟本發明亦可進一步以第三透明導電氧化層16a上下夾包該奈米粒子151a，如第5圖所示。
第6圖所示為本發明以SnO2:F/Au/ZnO:Al複合性光侷限奈米材料應用於p-i-n疊堆層非晶矽太陽能電池上之實驗數據。本發明係將5nm之金奈米粒子自組裝於具粗糙化之SnO2:F及ZnO:Al介面間，由圖中在140℃及90℃下分別呈現加入金奈米粒子效率曲線2、3與未加入金奈米粒子效率曲線2a、3a之比較顯示，在140℃下加入金奈米粒子效率達8.5%，未加入金奈米粒子效率則為8.0%；而在90℃下加入金奈米粒子效率達7.6%，未加入金奈米粒子效率則為6.9%。由此可知，本發明利用小尺寸金奈米粒子之強近場光學效應，在最佳之奈米粒子表面覆蓋率下，可達成光侷限效應，進而增加太陽能電池之光電流密度。
本發明提出之方法及其結構，係可有效克服無介面保護所產生之表面缺陷及電漿離子轟擊導致奈米粒子表面破壞問題，不僅可應用於矽薄膜太陽能電池之各入射光面向結構，同時更具備有：一漸變式折射率(TCO折射率為2.3；a-Si:H折射率為4.23)結構，可提高入射光之抗反射效率；一週期性表面粗糙化結構，具備橫向方向之表面電漿子漸逝波特性，增加光停留於光吸收層之時間；具備多元方向之結構整合特性，可改善光電元件之整合性；以及長時光照之可靠度。
因此，運用本發明複合性光侷限奈米材料，藉由調控奈米粒子尺寸、形狀及透明導電氧化層薄膜介電性質，可調變至光吸收層較弱之吸收波段，進而提高太陽光頻譜利用率；此外，此複合性光侷限奈米材料亦可減少吸收層與奈米材料之界面缺陷，不僅可提昇元件電性並減少奈米粒子製程所產生之污染及破壞，更可同時多方位整合至薄膜太陽能電池之入光面、中間層及背光面處，進而有效提升薄膜太陽能電池與奈米材料之元件整合性與增加光電轉換效率。
綜上所述，本發明係一種薄膜太陽能電池光侷限整合方法及其結構，可有效改善習用之種種缺點，為三明治結構，將奈米粒子嵌入透明導電薄膜中，並同時提供一漸變式折射率結構，利用表面電漿子奈米結構之高散射效率及強近場光學效應來增加光停留在光吸收層之時間，以增加元件之光電流，達成提升光電元件之效率，同時可減少薄膜材料之使用，並具有減少半導體吸收層缺陷及薄膜特性破壞之優點，可於提高入射光之抗反射效率同時，改善光電元件之整合性並增加光電元件之長時光照穩定性，進而使本發明之產生能更進步、更實用、更符合使用者之所須，確已符合發明專利申請之要件，爰依法提出專利申請。
惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍；故，凡依本發明申請專利範圍及發明說明書內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆應仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。
 (本發明部分)
10、10a、10b．．．基板
11、11b．．．背金屬反射層
12、12a、12b．．．第一透明導電氧化層
13、13a、13b．．．第一光吸收層
14、14a、14b．．．第二透明導電氧化層
15、15a、15b．．．電漿子奈米結構層
151、151a、151b．．．奈米粒子
16、16a、16b．．．第三透明導電氧化層
17、17a、17b．．．金屬光柵
18b．．．第二光吸收層
2、3．．．加入金奈米粒子效率曲線
2a、3a．．．未加入金奈米粒子效率曲線
(習用部分)
40．．．光吸收層
41．．．鋁及銅奈米粒子電漿共振散射層
411．．．鋁及銅奈米粒子
5．．．疊層薄膜光能元件
50．．．電漿子結構層
501．．．奈米金屬顆粒
51．．．低禁帶光電轉換層
52．．．高禁帶光電轉換層
60．．．奈米金粒子
61．．．透明氧化層
62．．．n-i-p堆疊層非晶矽
第1圖，係為本發明之複合性光侷限奈米材料之薄膜太陽能電池整合流程示意圖。
第2圖，係為本發明之第一整合性結構示意圖。
第3圖，係為本發明之第二整合性結構示意圖。
第4圖，係為本發明之第三整合性結構示意圖。
第5圖，係本發明第二整合性結構之電子顯微掃描示意圖。
第6圖，係本發明第二整合性結構之性能測試示意圖。
第7圖，係習用表面電漿效應之光伏特元件示意圖。
第8圖，係習用具有電漿子結構的疊層薄膜光能元件示意圖。
第9圖，係習用光偵測器裝置示意圖。
第10圖，係習用光伏特電池示意圖。
10．．．基板
11．．．背金屬反射層
12．．．第一透明導電氧化層
13．．．第一光吸收層
14．．．第二透明導電氧化層
15．．．電漿子奈米結構層
151．．．奈米粒子
16．．．第三透明導電氧化層
17．．．金屬光柵

Claims (32)

  1. 一種薄膜太陽能電池光侷限整合方法，係為一整合至薄膜太陽能電池之入光面處之複合性光侷限奈米材料之製備方法，其至少包含下列步驟：(A1)提供一基板，並分別形成一背金屬反射層及一第一透明導電氧化層(Transparent Conductive Oxide,TCO)於該基板上；(B1)利用電漿處理以形成一第一光吸收層於該第一透明導電氧化層上；(C1)利用一光罩形成一第二透明導電氧化層於該第一光吸收層上；(D1)形成一電漿子奈米結構層(Plasmonic Nanostructure)於該第二透明導電氧化層上，其中該電漿子奈米結構層包括數個奈米粒子；(E1)利用該光罩形成一第三透明導電氧化層於該電漿子奈米結構層上；(F1)利用該第三透明導電氧化層作為一遮罩，蝕刻該第一光吸收層；以及(G1)利用另一光罩形成一金屬光柵於該第三透明導電氧化層上。
  2. 依據申請專利範圍第1項所述之薄膜太陽能電池光侷限整合方法，其中，該基板係為非透明基板，並可為有機聚合物或鋼板材料。
  3. 依據申請專利範圍第1項所述之薄膜太陽能電池光侷限整合方法，其中，該基板係為透明基板，並可為玻璃。
  4. 依據申請專利範圍第1項所述之薄膜太陽能電池光侷限整合方法，其中，該些透明導電氧化層係可選自於氧化銦錫(ITO)、氧化鋅(ZnO)、氧化鋁鋅(AZO或ZnO:Al)或摻雜氟之二氧化錫(SnO2:F)之材料。
  5. 依據申請專利範圍第1項所述之薄膜太陽能電池光侷限整合方法，其中，該背金屬反射層係可選自於鋁(Al)或銀(Ag)之高反射率金屬膜。
  6. 依據申請專利範圍第1項所述之薄膜太陽能電池光侷限整合方法，其中，該些光吸收層係為一n-i-p或p-i-n之非晶矽(a-Si:H)堆疊層。
  7. 依據申請專利範圍第1項所述之薄膜太陽能電池光侷限整合方法，其中，該奈米粒子係為金屬奈米粒子(Metal particles)材料，可選自於金(Au)或銀。
  8. 依據申請專利範圍第1項所述之薄膜太陽能電池光侷限整合方法，其中，該奈米粒子係為介電奈米粒子(Dielectric particles)材料，可選自於二氧化矽(SiO2)、氮化矽(Si3N4)或二氧化鈦(TiO2)。
  9. 依據申請專利範圍第1項所述之薄膜太陽能電池光侷限整合方法，其中，該電漿子奈米結構層係藉由薄膜退火成核(Thermal Anneal)、奈米模板(Aluminum Anode Oxide,AAO)、旋轉塗佈(Spin Coating)、奈米轉印(Nano-imprint)、深紫外光微影(Deep UV Lithography)或聚焦離子束方式(Focus Ion Bean,FIB)之方式形成。
  10. 依據申請專利範圍第1項所述之薄膜太陽能電池光侷限整合方法，係適用於太陽能電池之表面電漿光侷限層或背反層使用。
  11. 依據申請專利範圍第1項所述之薄膜太陽能電池光侷限整合方法，其中，該薄膜太陽能電池係可為矽薄膜太陽能電池、異質結構矽晶太陽能電池、有機薄膜太陽能電池及銅銦鎵硒薄膜太陽能電池。
  12. 一種薄膜太陽能電池光侷限整合方法，係為一整合至薄膜太陽能電池之中間層處之複合性光侷限奈米材料之製備方法，其至少包含下列步驟：(A2)提供一基板，並分別形成一背金屬反射層及一第一透明導電氧化層於該基板上；(B2)利用電漿處理以形成一第一光吸收層於該第一透明導電氧化層上；(C2)形成一電漿子奈米結構層於該第一光吸收層上，其中該電漿子奈米結構層包括數個奈米粒子；(D2)利用一光罩形成一第二透明導電氧化層於該電漿子奈米結構層上；(E2)利用電漿處理以形成一第二光吸收層於該第二透明導電氧化層上；(F2)利用該光罩形成一第三透明導電氧化層於該第二光吸收層上；以及(G2)利用另一光罩形成一金屬光柵於該第三透明導電氧化層上。
  13. 依據申請專利範圍第12項所述之薄膜太陽能電池光侷限整合方法，其中，該些透明導電氧化層係可選自於氧化銦錫、氧化鋅、氧化鋁鋅或摻雜氟之二氧化錫之材料。
  14. 依據申請專利範圍第12項所述之薄膜太陽能電池光侷限整合方法，其中，該些光吸收層係為一n-i-p或p-i-n之非晶矽堆疊層。
  15. 依據申請專利範圍第12項所述之薄膜太陽能電池光侷限整合方法，其中，該奈米粒子係為金屬奈米粒子材料，可選自於金或銀。
  16. 依據申請專利範圍第12項所述之薄膜太陽能電池光侷限整合方法，其中，該奈米粒子係為介電奈米粒子材料，可選自於二氧化矽、氮化矽或二氧化鈦。
  17. 一種薄膜太陽能電池光侷限整合方法，係為一整合至薄膜太陽能電池之背光面處之複合性光侷限奈米材料之製備方法，其至少包含下列步驟：(A3)提供一基板，並分別形成一電漿子奈米結構層及一第一透明導電氧化層於該基板上，其中該電漿子奈米結構層包括數個奈米粒子；(B3)利用電漿處理以形成一第一光吸收層於該第一透明導電氧化層上；(C3)利用一光罩形成一第二透明導電氧化層於該第一光吸收層上；以及(D3)利用另一光罩形成一金屬光柵於該第二透明導電氧化層上。
  18. 依據申請專利範圍第17項所述之薄膜太陽能電池光侷限整合方法，其中，該些透明導電氧化層係可選自於氧化銦錫、氧化鋅、氧化鋁鋅或摻雜氟之二氧化錫之材料。
  19. 依據申請專利範圍第17項所述之薄膜太陽能電池光侷限整合方法，其中，該些光吸收層係為一n-i-p或p-i-n之非晶矽堆疊層。
  20. 依據申請專利範圍第17項所述之薄膜太陽能電池光侷限整合方法，其中，該奈米粒子係為金屬奈米粒子材料之金或銀，或為介電奈米粒子材料之二氧化矽、氮化矽或二氧化鈦。
  21. 一種半導體元件，係包括：一基板；一第一透明導電氧化層，係形成於該基板上；一電漿子奈米結構層，係形成於該第一透明導電氧化層上而與該第一透明導電氧化層直接接觸；以及一第二透明導電氧化層，係形成於該電漿子奈米結構層上而與該電漿子奈米結構層直接接觸。
  22. 依據申請專利範圍第21項所述之半導體元件，其中，該基板係為非透明基板，並可為有機聚合物或鋼板材料。
  23. 依據申請專利範圍第21項所述之半導體元件，其中，該基板係為透明基板，並可為玻璃。
  24. 依據申請專利範圍第21項所述之半導體元件，其中，該電漿子奈米結構層亦可形成於該基板與該第一透明導電氧化層之間。
  25. 依據申請專利範圍第21項所述之半導體元件，其中，該電漿子奈米結構層亦可形成於該半導體元件之上層。
  26. 依據申請專利範圍第21項所述之半導體元件，其中，該電漿子奈米結構層包括數個奈米粒子，且該奈米粒子係為金屬奈米粒子材料之金或銀，或為介電奈米粒子材料之二氧 化矽、氮化矽或二氧化鈦。
  27. 依據申請專利範圍第21項所述之半導體元件，更進一步包括一背金屬反射層，係形成於該基板與該第一透明導電氧化層之間。
  28. 依據申請專利範圍第27項所述之半導體元件，其中，該背金屬反射層係可選自於鋁或銀之高反射率金屬膜。
  29. 依據申請專利範圍第21項所述之半導體元件，更進一步包括一形成於該第一透明導電氧化層與該電漿子奈米結構層之間之第一光吸收層，及一形成於該第二透明導電氧化層上之第二光吸收層。
  30. 依據申請專利範圍第29項所述之半導體元件，其中，該些光吸收層係為一n-i-p或p-i-n之非晶矽堆疊層。
  31. 依據申請專利範圍第21項所述之半導體元件，更進一步包括一形成於該第二透明導電氧化層上之第三透明導電氧化層，及一形成於該第三透明導電氧化層上之金屬光柵。
  32. 依據申請專利範圍第21或31項所述之半導體元件，其中，該些透明導電氧化層係可選自於氧化銦錫、氧化鋅、氧化鋁鋅或摻雜氟之二氧化錫之材料。
TW100101248A 2011-01-13 2011-01-13 Thin film solar cell light integration method and its structure TWI594450B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
TW100101248A TWI594450B (zh) 2011-01-13 2011-01-13 Thin film solar cell light integration method and its structure

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
TW100101248A TWI594450B (zh) 2011-01-13 2011-01-13 Thin film solar cell light integration method and its structure

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW201230376A TW201230376A (en) 2012-07-16
TWI594450B true TWI594450B (zh) 2017-08-01

Family

ID=46934152

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW100101248A TWI594450B (zh) 2011-01-13 2011-01-13 Thin film solar cell light integration method and its structure

Country Status (1)

Country Link
TW (1) TWI594450B (zh)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI482304B (zh) * 2012-07-19 2015-04-21 Nat Univ Chung Hsing A method for manufacturing a stacked solar cell and a product thereof
TWI518925B (zh) 2013-11-11 2016-01-21 Kingwave Corp A photovoltaic element device having a surface periodic grating structure and a method of manufacturing the same
JP7522111B2 (ja) 2018-08-20 2024-07-24 ピクセレックス システムズ インコーポレイテッド ミーフォトセンサーを使用した高い情報を含む撮像

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW200950119A (en) * 2008-05-30 2009-12-01 Ind Tech Res Inst Laminated thin film photovoltaic device with plasmon structure and use of the same
TW201042792A (en) * 2009-05-26 2010-12-01 Univ Nat Taiwan Photovoltaic cell having nanodots and method for forming the same

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW200950119A (en) * 2008-05-30 2009-12-01 Ind Tech Res Inst Laminated thin film photovoltaic device with plasmon structure and use of the same
TW201042792A (en) * 2009-05-26 2010-12-01 Univ Nat Taiwan Photovoltaic cell having nanodots and method for forming the same

Also Published As

Publication number Publication date
TW201230376A (en) 2012-07-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8216872B1 (en) Method of integrating light-trapping layer to thin-film solar cell
Chen et al. A 19.9%-efficient ultrathin solar cell based on a 205-nm-thick GaAs absorber and a silver nanostructured back mirror
Zhu et al. Nanostructured photon management for high performance solar cells
Pillai et al. Plasmonics for photovoltaic applications
JP5518835B2 (ja) 表面プラズモン共鳴生成ナノ構造を有する太陽光電池
Morawiec et al. Broadband photocurrent enhancement in a-Si: H solar cells with plasmonic back reflectors
EP2375452A1 (en) Nanoparticle antireflection layer
US20180122962A1 (en) Diffuse omni-directional back reflectors and methods of manufacturing the same
US20090250110A1 (en) Forward scattering nanoparticle enhancement method and photo detector device
CN102709402B (zh) 基于图形化金属衬底的薄膜太阳电池及其制作方法
US20110186119A1 (en) Light-trapping plasmonic back reflector design for solar cells
WO2012024793A1 (en) Apparatus for manipulating plasmons
Gwamuri et al. Advances in Plasmonic Light Trapping in Thin‐Film Solar Photovoltaic Devices
Santbergen et al. A-Si: H solar cells with embedded silver nanoparticles
Mirnaziry et al. Design and analysis of multi-layer silicon nanoparticle solar cells
Liu et al. Micro/nanostructures for light trapping in monocrystalline silicon solar cells
TWI594450B (zh) Thin film solar cell light integration method and its structure
Wang et al. Flexible semiconductor Technologies with Nanoholes-Provided high Areal Coverages and their application in Plasmonic-enhanced thin film Photovoltaics
KR20120137945A (ko) 태양전지 및 그의 제조방법
Cai et al. Entire band absorption enhancement in double-side textured ultrathin solar cells by nanoparticle imprinting
Mirnaziry et al. Multi-layer silicon nanoparticle solar cells: Conceptual design and performance analysis
Naghavi et al. Toward high efficiency ultra-thin CIGSe based solar cells using light management techniques
Catchpole et al. Novel applications for surface plasmons in photovoltaics
Wrobel et al. Plasmon-enhanced absorption in heterojunction n-ZnO nanorods/p-Si solar cells
Radder A Comparative analysis of nanoparticle type variants for Plasmonic light trapping enhancement in thin film hydrogenated amorphous silicon solar cells

Legal Events

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