TWI699018B - 矽晶片太陽能電池及其製造方法 - Google Patents

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李祐嵐
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孟心飛
郭力榕
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Abstract

一種矽晶片太陽能電池，包含背電極、光電轉換結構、以及正電極。光電轉換結構設置於背電極上，包括有機載子選擇層，且有機載子選擇層包括有機發光材料。正電極設置於光電轉換結構上。

Description

矽晶片太陽能電池及其製造方法
本發明是有關於一種矽晶片太陽能電池及其製造方法。
矽晶片太陽能電池中的載子選擇層(Carrier Selective Layer；CSL)傳統上利用以下兩種方式形成。第一種是使用高溫爐管擴散或燒結方式形成高摻雜矽(n+/p+Silicon)。第二種是沉積摻雜的材料，例如非晶矽(n/p a-Si：H)或沉積金屬氧化物(metal oxides)。
近年來為了改善傳統高溫製程矽晶片破損導致良率下降及高成本的問題，開發出以有機材料作為載子選擇層。然而，有機材料一般導電性不佳，無法達成載子選擇層需要的高傳導、低阻抗的特性。
根據本發明之各種實施方式，提供一種矽晶片太陽能電池，包括背電極、光電轉換結構、以及正電極。光電轉換結構設置於背電極上，包括有機載子選擇層，且有機載子選擇層包括有機發光材料。。正電極設置於光電轉換結 構上上
根據本發明之某些實施方式，光電轉換結構更包括第一型矽基板、以及第二型射極。第一型矽基板具有相對的第一表面及第二表面，且有機載子選擇層設置於第一型矽基板的第二表面上。第二型射極設置於第一型矽基板的第一表面上。
根據本發明之某些實施方式，矽晶片太陽能電池更包括界面鈍化層設置於第一型矽基板與有機載子選擇層之間。
根據本發明之某些實施方式，第一型矽基板的第一表面鄰近正電極，第二表面遠離正電極。
根據本發明之某些實施方式，第一型矽基板的第一表面遠離正電極，第二表面鄰近正電極。
根據本發明之某些實施方式，有機載子選擇層具有厚度為約1奈米至約50奈米。
根據本發明之某些實施方式，有機發光材料包括9,9-二正辛基芴基-2,7-二基(Poly(9,9-di-n-octylfluorenyl-2,7-diyl)；PFO)、LT-N632(BLUE D)、DSA-Ph、BUBD-1、Ir(mppy)3、PO-01-TB、Ir(dpm)PQ2、Hex-Ir(piq)2(acac)、Ir(piq)2(acac)、Hex-Ir(phq)3、Hex-Ir(phq)2(acac)或FIrpic。
根據本發明之某些實施方式，有機載子選擇層更包括第一型有機摻雜劑摻雜於有機發光材料中。
根據本發明之某些實施方式，第一型有機摻雜劑包括F4-TCNQ。
根據本發明之某些實施方式，第一型有機摻雜劑與有機發光材料具有重量比為約0.008-0.06。
根據本發明之某些實施方式，正電極具有遮光比例為約8%至約20%。
根據本發明之某些實施方式，矽晶片太陽能電池更包括抗反射層設置該光電轉換結構與正電極之間。
根據本發明之各種實施方式，提供一種矽晶片太陽能電池的製造方法，包括以下步驟：提供第一型矽基板，第一型矽基板具有相對的第一表面及第二表面；形成第二型射極於第一型矽基板的第一表面；以及形成有機載子選擇層於第一型矽基板的第二表面，其中有機載子選擇層包括有機發光材料。
根據本發明之某些實施方式，有機載子選擇層更包括第一型有機摻雜劑摻雜於有機發光材料中，且形成有機載子選擇層包括：將有機發光材料及第一型有機摻雜劑分別溶解於第一溶劑及第二溶劑，以形成有機發光材料溶液及有機摻雜劑溶液；混和有機發光材料溶液及有機摻雜劑溶液，以形成有機載子選擇溶液；塗佈有機載子選擇溶液於第一型矽基板的第二表面上；以及進行退火製程，以形成有機載子選擇層於第一型矽基板的第二表面上。
根據本發明之某些實施方式，在有機載子選擇溶液中，有機摻雜劑溶液與有機發光材料溶液具有重量比為 約0.1-0.7。
根據本發明之某些實施方式，有機發光材料包括9,9-二正辛基芴基-2,7-二基(Poly(9,9-di-n-octylfluorenyl-2,7-diyl)；PFO)，第一型有機摻雜劑包括F4-TCNQ。
100、200‧‧‧矽晶片太陽能電池
110、210‧‧‧背電極
120、220‧‧‧光電轉換結構
122、222‧‧‧有機載子選擇層
124、224‧‧‧第一型矽基板
126、226‧‧‧第二型射極
130、230‧‧‧抗反射層
140、240‧‧‧正電極
150、250‧‧‧界面鈍化層
110T、122T、124T、126T、130T、150T、210T、222T、224T、226T、230T‧‧‧厚度
S1‧‧‧第一表面
S2‧‧‧第二表面
當讀到隨附的圖式時，從以下詳細的敘述可充分瞭解本揭露的各方面。值得注意的是，根據工業上的標準實務，各種特徵不是按比例繪製。事實上，為了清楚的討論，各種特徵的尺寸可任意增加或減少。
第1圖為根據本發明之各種實施方式繪示的矽晶片太陽能電池的剖面示意圖。
第2圖為根據本發明之各種實施方式繪示的矽晶片太陽能電池的剖面示意圖。
第3圖為根據本發明之一實施方式的矽晶片太陽能電池的有機載子選擇層之摻雜濃度與功函數及串聯電阻關係圖。
第4圖為根據本發明之一實施方式的矽晶片太陽能電池的電壓-電流密度曲線圖。
第5圖為根據本發明之一實施方式的矽晶片太陽能電池的有機載子選擇層之摻雜濃度與串聯電阻關係圖。
第6圖為根據本發明之一實施方式的矽晶片太陽能電池的電壓-電流密度曲線圖。
以下將以圖式揭露本發明之複數個實施方式，為明確說明起見，許多實務上的細節將在以下敘述中一併說明。然而，應瞭解到，這些實務上的細節不應用以限制本發明。也就是說，在本發明部分實施方式中，這些實務上的細節是非必要的。並且為求清楚說明，元件之大小或厚度可能誇大顯示，並未依照原尺寸作圖。此外，為簡化圖示起見，一些習知慣用的結構與元件在圖示中將以簡單示意的方式繪示之。
在本文中使用空間相對用語，例如「下方」、「之下」、「上方」、「之上」等，這是為了便於敘述一元件或特徵與另一元件或特徵之間的相對關係，如圖中所繪示。這些空間上的相對用語的真實意義包含其他的方位。例如，當圖示上下翻轉180度時，一元件與另一元件之間的關係，可能從「下方」、「之下」變成「上方」、「之上」。此外，本文中所使用的空間上的相對敘述也應作同樣的解釋。
雖然下文中利用一系列的操作或步驟來說明在此揭露之方法，但是這些操作或步驟所示的順序不應被解釋為本發明的限制。例如，某些操作或步驟可以按不同順序進行及/或與其它步驟同時進行。此外，並非必須執行所有繪示的操作、步驟及/或特徵才能實現本發明的實施方式。此外，在此所述的每一個操作或步驟可以包含數個子步驟或動 作。
第1圖為根據本發明之各種實施方式繪示的矽晶片太陽能電池100的剖面示意圖。請參照第1圖，矽晶片太陽能電池100包括背電極110、光電轉換結構120、以及正電極140。矽晶片太陽能電池100還可以包含其他元件，將在以下敘述之。
背電極110可以包含任何合適的導電材料。在一些實施方式中，背電極110包含金屬、合金或透光導電氧化物。在一些實例中，金屬可以為銀、鋁、銅、錫、金、鈦或鈀，合金可以為銀鋁合金或鈦鈀鋁合金，透光導電材料可以為銦錫氧化物(ITO)、氧化鋅或氧化錫，但不限於此。在一些實施方式中，背電極110的厚度110T可以為約100奈米至約3微米，例如為約150、180、200、500、700、900奈米、1、或2微米。可依需求選擇適當的背電極110厚度110T。
光電轉換結構120設置於背電極110上。光電轉換結構120可以包括有機載子選擇層122、第一型矽基板124、以及第二型射極126。
如第1圖所示，第一型矽基板124具有相對的第一表面S1及第二表面S2。第一表面S1為入光面，第二表面S2為背面。在一些實施方式中，第一型矽基板124的第一表面S1為織構化表面。例如，第一表面S1可以是具有金字塔形狀的表面，或是具有奈米結構的粗糙化表面，但不限於此。在其他實施方式中，第一型矽基板124的第一表面S1 也可以為拋光的平坦表面。在一些實施方式中，第一型矽基板124的第二表面S2也可以為上述織構化表面，或是拋光的平坦表面。在一些實施方式中，第一型矽基板124的厚度124T為約150-250微米。第一型矽基板124可以為N型或P型矽基板。例如，第一型矽基板124可以為N型或是P型的矽晶片，且上述矽晶片可以為多晶矽或單晶矽晶片。在一些實施例中，第一型矽基板124的摻雜濃度介於約1014cm-3至約1019cm-3之間。
有機載子選擇層122設置於第一型矽基板124的第二表面S2，並接觸背電極110。有機載子選擇層122包括有機發光材料。有機發光材料可以為螢光或磷光發光材料。在一些實施方式中，有機發光材料包括9,9-二正辛基芴基-2,7-二基(Poly(9,9-di-n-octylfluorenyl-2,7-diyl)；PFO)、LT-N632(BLUE D)、DSA-Ph、BUBD-1、Ir(mppy)3、PO-01-TB、Ir(dpm)PQ2、Hex-Ir(piq)2(acac)、Ir(piq)2(acac)、Hex-Ir(phq)3、Hex-Ir(phq)2(acac)或FIrpic，但不限於此。在一些實施方式中，有機載子選擇層122更包括第一型有機摻雜劑(dopant)摻雜於有機發光材料中。第一型有機摻雜劑可以為具高電子親和力的摻雜材料。在一些實施方式中，第一型有機摻雜劑包括F4-TCNQ，但不限於此。詳細地說，當第一型矽基板124為P型矽基板時，第一型有機摻雜劑為P型摻雜劑。在一些實施例中，有機載子選擇層122可以為摻雜F4-TCNQ的9,9-二正辛基芴 基-2,7-二基(PFO)。在一些實施方式中，第一型有機摻雜劑與有機發光材料的重量比為約0.008至約0.06。例如為約0.015、0.02、0.03、0.04或0.05。在一些實施方式中，有機載子選擇層122具有厚度122T為約1奈米至約50奈米，例如為約2、5、10、15、20、25、30、35、40或45奈米。在此摻雜比例及厚度範圍內的有機載子選擇層122可以最佳地改善因有機發光材料導電度差而導致的太陽能電池低填充因子(Fill Factor；FF)的問題。若有機載子選擇層122的厚度122T太薄，則可能因穿隧而喪失載子選擇性。若厚度122T太厚，可能造成載子無法傳導。
第二型射極126設置於第一型矽基板124的第一表面S1上。第一型矽基板124與第二型射極126之間為P-N接面。詳細地說，當第一型矽基板124為P型矽基板時，第二型射極126為n+射極。在一些實施方式中，第二型射極126的摻雜濃度為約1~10x1021cm-3。如第1圖所示，第二型射極126可以具有與第一型矽基板124的第一表面S1相同的形狀。在一些實施方式中，第二型射極126的厚度126T為約0.25~0.6微米，例如為約0.3、0.4或0.5微米。
在一些實施方式中，矽晶片太陽能電池100更包括抗反射層130設置於第二型射極126上。在一些實施方式中，抗反射層130的材料包含氮化矽，但不限於此。如第1圖所示，抗反射層130的形狀可以具有與第一型矽基板124的第一表面S1、及第二型射極126相同的形狀。在一些實施方式中，抗反射層130的厚度130T為約70~90nm，例如為 約72、75、80或85nm。在一些實施例中，抗反射層130可以為一層或多層。在其他實施方式中，抗反射層130可以被省略。
正電極140設置於抗反射層130上。在一些實施方式中，正電極140的材料可以與背電極110相同或相似。例如，正電極140可以包含金屬、合金或透光導電氧化物。如第1圖所示，在一些實施方式中，正電極140可以為指狀電極，但不限於此。具體而言，正電極140可以使光線穿過而進入光電轉換結構120中。在一些實施例中，正電極140具有遮光比例為約8%至約20%例如為約10%、12%、14%、16%或18%。
在一些實施方式中，矽晶片太陽能電池100更包括至少一層界面鈍化層150設置於第一型矽基板124與有機載子選擇層122之間。在一些實施方式中，界面鈍化層150包含非晶矽(amorphous silicon)材料或氧化物(例如，氧化矽、氧化鋁、二氧化鈦)，但不限於此。在一些實施方式中，界面鈍化層150的厚度150T為約0.5奈米至約5奈米，例如為約1奈米、2奈米、3奈米或4奈米。在其他實施方式中，界面鈍化層150可以被省略。
第2圖為根據本發明之各種實施方式繪示的矽晶片太陽能電池200的剖面示意圖。矽晶片太陽能電池200包括背電極210、光電轉換結構220、抗反射層230以及正電極240。矽晶片太陽能電池200與第1圖所示的矽晶片太陽能電池100的差異在於，光電轉換結構220中的有機載子選 擇層222設置於第一型矽基板224的第一表面S1，且第二型射極226設置於第一型矽基板224的第二表面S2。詳細地說，有機載子選擇層222設置於第一型矽基板224的入光面，並直接接觸抗反射層230，第二型射極226設置於第一型矽基板224的背面。在一些實施方式中，抗反射層230也可以被省略。在一些實施方式中，矽晶片太陽能電池200具有至少一層界面鈍化層250設置於第一型矽基板224與有機載子選擇層222之間，如第1圖所示。在一些實施方式中，界面鈍化層250也可以被省略。矽晶片太陽能電池200中各元件的材料、厚度及形狀可以與上述矽晶片太陽能電池100中具有相似編號的元件相同或相似，故在此不再贅述。
本發明之另一態樣亦提供一種矽晶片太陽能電池的製造方法。以下以第1圖所示之矽晶片太陽能電池100為例說明矽晶片太陽能電池的製造方法。
首先，提供第一型矽基板124，其具有相對的第一表面S1及第二表面S2。在一些實施方式中，可以利用鹼性溶液在第一型矽基板124的第一表面S1蝕刻出微米等級金字塔結構，以增加光的吸收。
接著，形成第二型射極126於第一型矽基板124的第一表面S1上。在一些實施方式中，可以藉由高溫磷擴散製程在第一型矽基板124的第一表面S1形成第二型射極126。此時，在第一型矽基板124與第二型射極126之間形成P-N二極體接面，以提供電場來幫助載子(例如，電子或電洞)分離。
之後，可以利用化學氣相沉積、物理氣相沉積、或濺鍍沉積等方式，沉積如氮化矽、氧化矽、氧化鋁、氧化鋅或其組合之材料於第二型射極126上，以形成抗反射層130。抗反射層130可以幫助矽晶片太陽能電池正面結構的表面鈍化，且可以降低反射率。
接者，可以形成正電極140於抗反射層130上。例如，可以藉由網印導電銀膠形成正電極140。在一些實施方式中，正電極140具有指狀結構，可以使光線穿過而進入光電轉換結構120中。在其他實施方式中，也可以於後續形成有機載子選擇層122之後，再一併形成正電極110及背電極110。
之後，形成有機載子選擇層122於第一型矽基板124的第二表面S2上，其中有機載子選擇層122包括有機發光材料。在一些實施方式中，有機載子選擇層122更包括第一型有機摻雜劑摻雜於有機發光材料中。具有第一型有機摻雜劑的有機載子選擇層122的形成方法詳述如下。
首先，將有機發光材料及第一型有機摻雜劑分別溶解於第一溶劑及第二溶劑，以形成有機發光材料溶液及有機摻雜劑溶液。有機發光材料及第一型有機摻雜劑的材料可以如上所述，於此不再贅述。在一些實施方式中，第一溶劑及第二溶劑可以分別為水或有機溶劑。在一些實施例中，有機溶劑包含甲苯(toluene)、氯苯(CB)、氯仿(CF)、二氯甲烷(DCM)或四氫呋喃(THF)，但不限於此。在一些實施方式中，第一溶劑及第二溶劑為相同的溶劑。在其他實施方 式中，第一溶劑及第二溶劑為不同的溶劑。
之後，混和有機發光材料溶液及有機摻雜劑溶液，以形成有機載子選擇溶液。在一些實施方式中，有機摻雜劑溶液在有機載子選擇溶液中所佔的比例小於或等於有機發光材料溶液所佔的比例。詳細地說，有機載子選擇溶液的摻雜濃度可由有機發光材料溶液及有機摻雜劑溶液的比例調配。在一些實施例中，有機摻雜劑溶液與有機發光材料溶液的重量比為約0.1至約0.7，例如為約0.2、0.3、0.4、05或0.6。此摻雜範圍的有機載子選擇溶液形成之有機載子選擇層122可以大幅改善因有機發光材料導電度差而導致的太陽能電池低填充因子(Fill Factor；FF)的問題。在其他實施方式中，有機載子選擇層122也可以不摻雜第一型有機摻雜劑。也就是說，可以直接製備上述有機發光材料溶液作為有機載子選擇溶液。
接著，塗佈有機載子選擇溶液於第一型矽基板124的第二表面S2上。在一些實施方式中，塗佈製程可以包含旋轉塗佈、刮刀塗佈或狹縫塗佈等適用溶液的塗佈方式。之後，進行退火製程，以形成有機載子選擇層122於第一型矽基板124的第二表面S2上。在一些實施方式中，退火溫度為約80℃至約200℃。有機載子選擇層122的厚度可以藉由調整有機載子選擇溶液的摻雜濃度、以及塗佈次數來控制。
之後，形成背電極110於有機載子選擇層122上。在一些實施方式中，可以藉由熱蒸鍍或網印的方式沉積 導電材料於有機載子選擇層122上，以形成背電極110。
雖然以上敘述是以有機載子選擇層122位於第一型矽基板124的第二表面S2說明矽晶片太陽能電池的製造方法，但本發明並不以此為限。在其他實施方式中，有機載子選擇層122可以設置於第一型矽基板124的第一表面S1，如第2圖所示之矽晶片太陽能電池200。
以下結合各種實驗例對本發明做更詳細的說明，但本發明並不限於以下實驗例。
實驗例1：具有10%摻雜有機載子選擇層的矽晶片太陽能電池
以厚度約為210μm的P型的平面矽基板進行背面保護。再以氫氧化鉀在其正面蝕刻出微米等級金字塔結構。之後，在高溫爐管中通入POCl3進行磷擴散製程，以形成n+高摻雜射極，並形成P-N二極體接面。n+高摻雜射極的摻雜濃度約為1021cm-3，深度約為0.3μm。之後，在射極上沉積75nm的氮化矽作為抗反射層。接著，在抗反射層上網印導電銀膠形成正電極。正電極為指狀電極，其遮光比例為約12.4%。
之後，製備有機載子選擇溶液。將PFO溶於甲苯，配置成重量百分比為1.2%的有機發光材料溶液；將F4-TCNQ溶於四氫呋喃(THF)，配置成重量百分比為0.1%的有機摻雜劑溶液。接著，將上述兩種溶液以parafilm封口，並放置於加熱盤上加熱12小時以上，使PFO及F4-TCNQ充分溶解。之後，以有機摻雜劑溶液：有機發光材 料溶液之重量比為1：10的比例混合上述兩種溶液並繼續加熱約一小時，讓溶液充分混和，形成10%摻雜之有機載子選擇溶液。
之後，以氫氟酸去除上述矽基板背面的原生氧化物後，以塗佈速度為100mm/sec，加速度為200mm/sec2，下料量為約45μl，在手套箱中進行刮刀塗佈。塗佈後再放到加熱盤上以150℃退火30分鐘。之後，以熱蒸鍍銀形成100奈米的背電極。
實驗例2：具有30%摻雜有機載子選擇層的矽晶片太陽能電池
實驗例2的製造方法如同上述實驗例1的製造方法，唯其不同處在於有機載子選擇溶液中，有機摻雜劑溶液：有機發光材料溶液之重量比為3：10，形成30%摻雜之有機載子選擇溶液。
實驗例3：具有50%摻雜有機載子選擇層的矽晶片太陽能電池
實驗例3的製造方法如同上述實驗例1的製造方法，唯其不同處在於有機載子選擇溶液中，有機摻雜劑溶液：有機發光材料溶液之重量比為5：10，形成50%摻雜之有機載子選擇溶液。
實驗例4：具有70%摻雜有機載子選擇層的矽晶片太陽能電池
實驗例4的製造方法如同上述實驗例1的製造方法，唯其不同處在於有機載子選擇溶液中，有機摻雜劑溶 液：有機發光材料溶液之重量比為7：10，形成70%摻雜之有機載子選擇溶液。
實驗例5：具有100%摻雜有機載子選擇層的矽晶片太陽能電池
實驗例5的製造方法如同上述實驗例1的製造方法，唯其不同處在於有機載子選擇溶液中，有機摻雜劑溶液：有機發光材料溶液之重量比為1：1，形成100%摻雜之有機載子選擇溶液。
實驗例6：未摻雜之有機載子選擇層的矽晶片太陽能電池
實驗例6的製造方法如同上述實驗例1的製造方法，唯其不同處在於有機載子選擇溶液中，不具有機摻雜劑溶液，形成未摻雜之有機載子選擇溶液。
比較例1：不具載子選擇的矽晶片太陽能電池
比較例1的製造方法類似於上述實驗例1的製造方法，但比較例1不具有機載子選擇層。
以上述實驗例1-6及比較例1進行電性測量，結果如表一所示。
Figure 108128367-A0101-12-0015-1
Figure 108128367-A0101-12-0016-3
由表一可知，隨著F4-TCNQ摻雜濃度的提高，可以大幅改善因有機發光材料PFO導電度差而導致低填充因子(Fill Factor；FF)的問題。此外，PFO寬能隙的特性也可以提升矽晶片太陽能電池的開路電壓。實驗例3(具有50%F4-TCNQ摻雜的有機載子選擇層)之矽晶片太陽能電池的填充因子達到81.69%，明顯高於實驗例6(未摻雜的有機載子選擇層)及比較例1(不具有機載子選擇層)。在摻雜濃度超過50%(例如實驗例4、5)之後，由於F4-TCNQ溶解度下降，填充因子及功率轉換效率亦隨之減少，但相較於比較例1，實驗例4之矽晶片太陽能電池仍具有較佳的填充因子及功率轉換效率。
以表面電位顯微鏡(Scanning Kelvin Probe Microscopy；SKPM)量測實驗例1-6的功函數以及填充因子的串聯電阻分析，結果如第3圖所示。由第3圖可知，藉由摻雜F4-TCNQ，可以提升有機發光材料PFO的功函數，同時降低串聯電阻。
第4圖為實驗例3及比較例1的矽晶片太陽能電池的電壓-電流密度曲線圖。請參考第4圖及表一，實驗例3 的矽晶片太陽能電池的開路電壓為591.24mV、短路電流密度為37.15mA/cm2、填充因子為81.69%，並且可以達到17.95%的功率轉換效率(Power Conversion Efficiency；PCE)。然而，僅蒸鍍電極而不具有機載子選擇層的比較例1，其功率轉換效率僅有16.8%。
實驗例7：具有10%摻雜有機載子選擇層的矽晶片太陽能電池
以厚度約為210μm的P型的平面矽基板進行背面保護。再以氫氧化鉀在其正面蝕刻出微米等級金字塔結構。之後，在高溫爐管中通入POCl3進行磷擴散製程，以形成n+高摻雜射極，並形成P-N二極體接面。n+高摻雜射極的摻雜濃度約為1021cm-3，深度約為0.3μm。
之後，製備有機載子選擇溶液。將Ir(piq)2(acac)溶於甲苯，配置成重量百分比為1.0%的有機發光材料溶液；將F4-TCNQ溶於四氫呋喃(THF)，配置成重量百分比為0.1%的有機摻雜劑溶液。接著，將上述兩種溶液以parafilm封口，並放置於加熱盤上加熱12小時以上，使Ir(piq)2(acac)及F4-TCNQ充分溶解。之後，以有機摻雜劑溶液：有機發光材料溶液之重量比為1：10的比例充分混合上述兩種溶液，形成10%摻雜之有機載子選擇溶液。
之後，以氫氟酸去除上述矽基板背面的原生氧化物後，以塗佈速度為500mm/sec，加速度為200mm/sec2，下料量為約25μl，在手套箱中進行刮刀塗佈。塗佈後再放到加熱盤上以150℃退火10分鐘。之後，以熱 蒸鍍銀形成100奈米的正電極及背電極。
實驗例8：具有30%摻雜有機載子選擇層的矽晶片太陽能電池
實驗例8的製造方法如同上述實驗例7的製造方法，唯其不同處在於有機載子選擇溶液中，有機摻雜劑溶液：有機發光材料溶液之重量比為3：10，形成30%摻雜之有機載子選擇溶液。
實驗例9：具有50%摻雜有機載子選擇層的矽晶片太陽能電池
實驗例9的製造方法如同上述實驗例7的製造方法，唯其不同處在於有機載子選擇溶液中，有機摻雜劑溶液：有機發光材料溶液之重量比為5：10，形成50%摻雜之有機載子選擇溶液。
實驗例10：具有70%摻雜有機載子選擇層的矽晶片太陽能電池
實驗例10的製造方法如同上述實驗例7的製造方法，唯其不同處在於有機載子選擇溶液中，有機摻雜劑溶液：有機發光材料溶液之重量比為7：10，形成70%摻雜之有機載子選擇溶液。
實驗例11：具有90%摻雜有機載子選擇層的矽晶片太陽能電池
實驗例11的製造方法如同上述實驗例7的製造方法，唯其不同處在於有機載子選擇溶液中，有機摻雜劑溶液：有機發光材料溶液之重量比為9：10，形成90%摻雜之有 機載子選擇溶液。
實驗例12：具有100%摻雜有機載子選擇層的矽晶片太陽能電池
實驗例12的製造方法如同上述實驗例7的製造方法，唯其不同處在於有機載子選擇溶液中，有機摻雜劑溶液：有機發光材料溶液之重量比為1：1，形成100%摻雜之有機載子選擇溶液。
實驗例13：未摻雜之有機載子選擇層的矽晶片太陽能電池
實驗例13的製造方法如同上述實驗例7的製造方法，唯其不同處在於有機載子選擇溶液中，不具有機摻雜劑溶液，形成未摻雜之有機載子選擇溶液。
比較例2：不具載子選擇的矽晶片太陽能電池
比較例2的製造方法類似於上述實驗例7的製造方法，但比較例2不具有機載子選擇層。
以上述實驗例7-13及比較例2進行電性測量，結果如表二所示。
Figure 108128367-A0101-12-0019-4
Figure 108128367-A0101-12-0020-5
由表二可知，隨著F4-TCNQ摻雜濃度的提高，有機發光材料Ir(piq)2(acac)之性能大幅衰減，導電度變差，導致填充因子(Fill Factor,FF)大幅遞減、以及開路電壓(Open-circuit Voltage)極差的問題。實驗例13(具有未摻雜的有機載子選擇層)與比較例2(不具有機載子選擇層)相比，具有較佳的填充因子及功率轉換效率。
以表面電位顯微鏡量測實驗例7-13及比較例2的串聯電阻，結果如第5圖所示。由第5圖可知，串聯電阻隨著F4-TCNQ摻雜濃度的提高而增加。
第6圖為實驗例13及比較例2的矽晶片太陽能電池的電壓-電流密度曲線圖。請參考第6圖及表二，實驗例13的矽晶片太陽能電池的開路電壓為554.42mV、短路電流密度為27.83mA/cm2、填充因子為78.40%，並且可以達到12.10%的功率轉換效率(Power Conversion Efficiency；PCE)。然而，僅蒸鍍電極而不具有機載子選擇層的比較例2，其功率轉換效率僅有11.36%。
如上所述，根據本發明的實施方式，提供一種矽晶片太陽能電池及其製造方法。本發明之矽晶片太陽能電 池具有有機載子選擇層，其包括有機發光材料。藉由設置此有機載子選擇層，可以增強矽晶片太陽能電池的開路電壓、填充因子、功函數及功率轉換效率。在一些實施方式中，可以利用溶液摻雜(solution-doping)有機發光材料的方式形成包含有機摻雜劑的有機載子選擇層，藉此進一步改善電洞(hole)傳導率和載子選擇性，獲得更佳的功率轉換效率。相較於傳統利用高溫製程形成載子選擇層的方式，本發明的方法可以在低溫下形成有機載子選擇層，具有快速、成本低廉、適用於薄矽晶片太陽能電池的大規模生產等優勢。並且可以改善傳統製程因高溫導致矽晶片破損而良率降低等問題。
雖然本發明已以實施方式揭露如上，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潤飾，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‧‧‧矽晶片太陽能電池
110‧‧‧背電極
120‧‧‧光電轉換結構
122‧‧‧有機載子選擇層
124‧‧‧第一型矽基板
126‧‧‧第二型射極
130‧‧‧抗反射層
140‧‧‧正電極
150‧‧‧界面鈍化層
110T、122T、124T、126T、130T、150T‧‧‧厚度
S1‧‧‧第一表面
S2‧‧‧第二表面

Claims (15)

  1. 一種矽晶片太陽能電池，包括：一背電極；一光電轉換結構，設置於該背電極上，包括一有機載子選擇層，且該有機載子選擇層包括一有機發光材料，其中該有機發光材料包括9,9-二正辛基芴基-2,7-二基(Poly(9,9-di-n-octylfluorenyl-2,7-diyl)；PFO)、LT-N632(BLUE D)、DSA-Ph、BUBD-1、Ir(mppy)3、PO-01-TB、Ir(dpm)PQ2、Hex-Ir(piq)2(acac)、Ir(piq)2(acac)、Hex-Ir(phq)3、Hex-Ir(phq)2(acac)、或FIrpic；以及一正電極，設置於該光電轉換結構上。
  2. 如請求項1所述之矽晶片太陽能電池，其中該光電轉換結構更包括：一第一型矽基板，具有相對的一第一表面及一第二表面，且該有機載子選擇層設置於該第一型矽基板的該第二表面上；以及一第二型射極，設置於該第一型矽基板的該第一表面上。
  3. 如請求項2所述之矽晶片太陽能電池，更包括一界面鈍化層設置於該第一型矽基板與該有機載子選擇層之間。
  4. 如請求項2所述之矽晶片太陽能電池，其中該第一型矽基板的該第一表面鄰近該正電極，該第二表面遠離該正電極。
  5. 如請求項2所述之矽晶片太陽能電池，其中該第一型矽基板的該第一表面遠離該正電極，該第二表面鄰近該正電極。
  6. 如請求項1所述之矽晶片太陽能電池，其中該有機載子選擇層具有一厚度為約1奈米至約50奈米。
  7. 如請求項1所述之矽晶片太陽能電池，其中該有機載子選擇層更包括一第一型有機摻雜劑摻雜於該有機發光材料中。
  8. 如請求項7所述之矽晶片太陽能電池，其中該第一型有機摻雜劑包括F4-TCNQ。
  9. 如請求項7所述之矽晶片太陽能電池，其中該第一型有機摻雜劑與該有機發光材料具有一重量比為約0.008-0.06。
  10. 如請求項1所述之矽晶片太陽能電池，其中該正電極具有一遮光比例為約8%至約20%。
  11. 如請求項1所述之矽晶片太陽能電池，更包括一抗反射層設置於該光電轉換結構與該正電極之間。
  12. 一種矽晶片太陽能電池的製造方法，包括以下步驟：提供一第一型矽基板，該第一型矽基板具有相對的一第一表面及一第二表面；形成一第二型射極於該第一型矽基板的該第一表面；以及形成一有機載子選擇層於該第一型矽基板的該第二表面，其中該有機載子選擇層包括一有機發光材料，該有機發光材料包括9,9-二正辛基芴基-2,7-二基(Poly(9,9-di-n-octylfluorenyl-2,7-diyl)；PFO)、LT-N632(BLUE D)、DSA-Ph、BUBD-1、Ir(mppy)3、PO-01-TB、Ir(dpm)PQ2、Hex-Ir(piq)2(acac)、Ir(piq)2(acac)、Hex-Ir(phq)3、Hex-Ir(phq)2(acac)、或FIrpic。
  13. 如請求項12所述之方法，其中該有機載子選擇層更包括一第一型有機摻雜劑摻雜於該有機發光材料中，且形成該有機載子選擇層包括：將該有機發光材料及該第一型有機摻雜劑分別溶解於一第一溶劑及一第二溶劑，以形成一有機發光材料溶液及 一有機摻雜劑溶液；混和該有機發光材料溶液及該有機摻雜劑溶液，以形成一有機載子選擇溶液；塗佈該有機載子選擇溶液於該第一型矽基板的該第二表面上；以及進行一退火製程，以形成該有機載子選擇層於該第一型矽基板的該第二表面上。
  14. 如請求項13所述之方法，其中在該有機載子選擇溶液中，該有機摻雜劑溶液與該有機發光材料溶液具有一重量比為約0.1-0.7。
  15. 如請求項13所述之方法，其中該有機發光材料包括9,9-二正辛基芴基-2,7-二基(Poly(9,9-di-n-octylfluorenyl-2,7-diyl)；PFO)，該第一型有機摻雜劑包括F4-TCNQ。
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