TWM587826U - 薄膜太陽能電池 - Google Patents
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Abstract
本新型創作提供一種薄膜太陽能電池，其包括基板、絕緣層、第一電極層、光電轉換層以及第二電極層。絕緣層設置於基板上且包括多個微結構。多個微結構在基板的法線方向上的正投影面為規則或不規則的幾何圖形。第一電極層設置於絕緣層上。第一電極層的厚度小於或等於1微米。光電轉換層設置於第一電極層上。第二電極層設置於光電轉換層上。
Description
本新型創作是有關於一種薄膜太陽能電池，且特別是有關於一種覆板型薄膜太陽能電池。
薄膜太陽能電池依照環境光的入射方向可分為覆板型（superstrate）薄膜太陽能電池以及基板型（substrate）太陽能電池。在覆板型薄膜太陽能電池中，一部分的環境光穿透透明基板後經由光電轉換層吸收，而剩餘的環境光則會經背電極層反射後再被光電轉換層吸收。環境光經背電極層反射的多寡會影響薄膜太陽能電池的轉換效率，一般為了提高環境光的反射量，會在前電極上形成多個微結構。當環境光行進至前電極時會因該些微結構而散射，因此，經散射的環境光行進至背電極層的路程將增加而達到全反射條件，藉此提高環境光的反射量。
然而，為了在前電極上形成多個微結構，前電極需形成以具有較厚的厚度。習知的前電極例如具有1.5微米左右的厚度，以利於進行蝕刻製程，然而，其將增加製造成本以及製程難度。再者，考量到具備易於蝕刻的特性，前電極一般選用摻雜鋁的氧化鋅（Al-doped Zinc Oxide；AZO）而非氧化銦錫（Indium Tin Oxide； ITO）；然而，由於鋁的活性高而易與氧反應，其將降低AZO具有的載子濃度而提高阻抗，降低薄膜太陽能電池的轉換效率。
本新型創作提供一種薄膜太陽能電池，其具有低阻抗、低成本以及高轉換效率等功效。
本新型創作的薄膜太陽能電池包括基板、絕緣層、第一電極層、光電轉換層以及第二電極層。絕緣層設置於基板上且包括多個微結構。多個微結構在基板的法線方向上的正投影面為規則或不規則的幾何圖形。第一電極層設置於絕緣層上。第一電極層的厚度小於或等於1微米。光電轉換層設置於第一電極層上。第二電極層設置於光電轉換層上。
在本新型創作的一實施例中，上述的相鄰的多個微結構之間的距離為2微米至5微米。
在本新型創作的一實施例中，上述的多個微結構在基板的法線方向上的正投影面各自具有的最大寬度的差距小於2微米。
在本新型創作的一實施例中，上述的多個微結構在基板的法線方向上的正投影面為多邊形。
在本新型創作的一實施例中，上述的多個微結構在基板的法線方向上的正投影面為六邊形、八邊形或其組合。
在本新型創作的一實施例中，上述的絕緣層的最大厚度為1微米至5微米。
在本新型創作的一實施例中，上述的第一電極層的厚度為0.5微米至1微米。
在本新型創作的一實施例中，上述的第一電極層的材料包括氧化銦錫（ITO）、摻雜鋁的氧化鋅（AZO）、氧化錫（SnO
2）或氧化銦（In
2O
3）。
在本新型創作的一實施例中，上述的光電轉換層的材料包括單晶矽、多晶矽、非晶矽或其組合。
在本新型創作的一實施例中，上述的多個微結構的頂表面為平滑表面或粗糙表面。
基於上述，本新型創作藉由在第一電極層與基板之間形成具有微結構的絕緣層，可使第一電極層不需經微影蝕刻製程而能簡單地形成，且形成後的第一電極層可具有小於1微米的厚度，藉此可達到降低阻抗、降低成本以及保持電性等功效。
為讓本新型創作的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
現將詳細地參考本新型創作的示範性實施例，示範性實施例的實例說明於附圖中。只要有可能，相同元件符號在圖式和描述中用來表示相同或相似部分。本新型創作亦可以各種不同的形式體現，而不應限於本文中所述的實施例。圖式中的層與區域的厚度會為了清楚起見而放大。相同或相似的參考號碼表示相同或相似的元件，以下段落將不再一一贅述。另外，實施例中所提到的方向用語，例如：上、下、左、右、前或後等，僅是參考附圖的方向。因此，使用的方向用語是用來說明並非用來限制本新型創作。
圖1為本新型創作的一實施例的薄膜太陽能電池的俯視示意圖。
請參照圖1，本實施例的薄膜太陽能電池10包括基板100以及太陽能電池單元200，太陽能電池單元200設置於基板100的一側上的部分區域。本實施例的薄膜太陽能電池10例如是一種覆板型薄膜太陽能電池。上述的覆板型薄膜太陽能電池是意指環境光是照射到基板100的未設置有太陽能電池單元200的一側，且在穿透基板100後進入太陽能電池單元200的內部。基於此，基板100需使用透明材料製成。在一實施例中，基板100的材料可為玻璃、透明樹脂或其他合適的透明材料。上述的透明樹脂可例如是聚對苯二甲酸乙二酯、聚萘二甲酸乙二酯、聚碳酸酯、聚醚或聚醯亞胺。在本實施例中，基板100的材料為玻璃。
從另一個角度來看，薄膜太陽能電池10具有中心區域10a以及外圍區域10b。基板100例如全面性地設置在中心區域10a以及外圍區域10b中，且太陽能電池單元200亦全面性地設置在外圍區域10b中。太陽能電池單元200在中心區域10a則例如以多條線狀的型態設置，且在中心區域10a中占了3%~50%的區域。需特別說明的是，儘管本實施例的薄膜太陽能電池10的型態是呈現矩形，但本新型創作並不限於此。舉例來說，本實施例的薄膜太陽能電池10的型態亦可呈現圓形或其他幾何形狀。
本實施例的薄膜太陽能電池10可應用於顯示器（未繪示）中。舉例來說，本實施例的薄膜太陽能電池10可設置於顯示面板（未繪示）的顯示面的一側，其中薄膜太陽能電池10的中心區域10a例如與顯示面板的顯示區域對應，且薄膜太陽能電池10的外圍區域10b例如與顯示面板的非顯示區域對應。薄膜太陽能電池10的中心區域10a由於大部分僅為包括透明材料的基板100而可不阻礙顯示面板顯示的畫面。
圖2A以及圖2B為圖1中的剖線A-A’的剖面示意圖。圖3為本新型創作的一實施例的絕緣層的俯視示意圖。
請同時參照圖2A以及圖2B，太陽能電池單元200例如包括依序層疊於基板100上的絕緣層210、第一電極層220、光電轉換層230以及第二電極層240。
絕緣層210例如設置於基板100上且包括多個微結構210a。絕緣層210的形成方法例如是先利用物理氣相沉積法或化學氣相沉積法後再進行微影蝕刻製程而形成。舉例來說，可先利用物理氣相沉積法或化學氣相沉積法於基板100上形成絕緣材料層（未繪示）。接著，於絕緣材料層上形成圖案化光阻層（未繪示）。之後，以圖案化光阻層為罩幕，對絕緣材料層進行蝕刻製程，以形成包括多個微結構210a的絕緣層210。在一實施例中，絕緣層210的材料可為無機材料、有機材料或上述之組合，其限制是需為透明的材料。絕緣材料層具有的厚度例如為1微米至5微米，藉此以利多個微結構210a的形成。形成後的絕緣層210因包括多個微結構210a而具有起伏的頂表面，即，在絕緣層210的頂表面上的多處可彼此具有不同的厚度，使得絕緣層210具有最大厚度T。在本實施例中，絕緣層210具有的最大厚度T例如為1微米至5微米。
絕緣層210具有的多個微結構210a在自基板100的法線方向上觀察時可例如呈現規則或不規則的形狀，即，絕緣層210具有的多個微結構210a在基板100的法線方向上的正投影面為規則或不規則的幾何圖形。在一實施例中，多個微結構210a在自絕緣層210的法線方向上觀察時為具有六邊形、八邊形或其組合的形狀。在本實施例中，多個微結構210a在自絕緣層210的法線方向上觀察時為具有六邊形的形狀，如圖3所示，但本新型創作不以此為限。
請參照圖3，其繪示有彼此具有間隔的多個微結構210a。相鄰的微結構210a之間可具有相等的距離S或具有不相等的距離S（即，具有最大距離）。在一實施例中，相鄰的微結構210a之間的距離S為2微米至5微米。另外，如前述實施例所述，多個微結構210a在基板100的法線方向上的正投影面可例如為規則或不規則的幾何圖形，舉例來說，多個微結構210a在基板100的法線方向上的正投影面可為正六邊形或不規則六邊形。基於此，多個微結構210a在基板100的法線方向上的正投影面各自具有的最大寬度W會不同。此處需特別說明的是，最大寬度W意指通過規則或不規則的幾何圖形中的重心的任兩點連線。在一實施例中，多個微結構210a在基板100的法線方向上的正投影面各自具有的最大寬度W為3微米至100微米。並且，多個微結構210a在基板100的法線方向上的正投影面各自具有的最大寬度W的差距例如小於2微米。當相鄰的微結構210a之間具有的距離S或者多個微結構210a在基板100的法線方向上的正投影面具有的最大寬度W的差距在上述的範圍內時，其可以使較多的環境光散射以增加環境光行進至背電極的路程，藉此使該些環境光達到全反射條件而經背電極反射後行進至光電轉換層。
另外，如圖2A以及圖2B所示，多個微結構210a與其所在的平面210h（平面210h與基板100的表面平行）之間具有夾角Ө，夾角Ө的值可視情況來調整。舉例來說，若希望環境光的正向光較多時，可使夾角Ө的值較小，即，絕緣層210具有較平緩的表面，以使環境光散射的次數不要太多。若希望環境光的斜向光（即，經散射的環境光）較多時，可使夾角Ө的值較大，即，絕緣層210具有較陡峭的表面，藉由增加環境光散射的次數可增加斜向光。在本實施例中，夾角Ө介於5度至50度。多個微結構210a的頂表面（即，遠離基板100的表面）可例如為平滑表面或粗糙表面，如圖2A以及圖2B各自所示的實施例，其中粗糙表面可例如是階梯狀表面。
絕緣層210具有的多個微結構210a可以使入射的環境光散射而增加環境光行進至第二電極層240的路程，藉此使更多的環境光經第二電極層240反射後行進至光電轉換層230。基於此，可提升經光電轉換層230轉換的電量。
第一電極層220例如設置於絕緣層210上，以作為薄膜太陽能電池10的前電極。第一電極層220的形成方法例如是利用物理氣相沉積法或金屬化學氣相沉積法而全面性地形成於絕緣層210上，即，不須藉由微影蝕刻製程以使第一電極層220具有多個微結構。第一電極層220的材料例如是透明導電氧化物（Transparent Conductive Oxide；TCO）。舉例來說，第一電極層220的材料包括氧化銦錫（ITO）、摻雜鋁的氧化鋅（AZO）、氧化錫（SnO
2）或氧化銦（In
2O
3）。在本實施例中，第一電極層220的材料選用具有較低阻抗的氧化銦錫。由於本實施例的第一電極層220不需具有多個微結構，因此，第一電極層220具有的厚度可小於1微米，其使第一電極層220的材料選擇增加了彈性。在一實施例中，第一電極層220具有的厚度為0.5微米至1微米。
與習知的技術相比，本實施例的第一電極層220不需經由額外的用於形成微結構的製程，因此，形成後的第一電極層220的厚度可較小，其具有降低阻抗、降低成本以及保持電性等功效。
光電轉換層230例如設置於第一電極層220上。在一實施例中，光電轉換層230的材料可包括單晶矽、多晶矽或非晶矽，即，本實施例的薄膜太陽能電池10可為一種矽薄膜太陽能電池。在本實施例中，光電轉換層230的材料為非晶矽。舉例來說，光電轉換層230可包括依序層疊的第一非本徵半導體層（未繪示）、第二非本徵半導體層（未繪示）以及本徵半導體層（未繪示），其中第一非本徵半導體層具有第一摻雜類型，且第二非本徵半導體層具有第二摻雜類型。上述的第一摻雜類型與第二摻雜類型各自為P型與N型中的一者。在一實施例中，第一摻雜類型為P型，且第二摻雜類型為N型，但本新型創作並不限於此。
第二電極層240例如設置於光電轉換層230上，以作為薄膜太陽能電池10的背電極。第二電極層240的材料優選為阻值小且具有高反射率的金屬材料。在一實施例中，第二電極層240的材料可例如是銀（Ag）、鋁（Al）或其他具有較佳反射率的金屬的組合。
綜上所述，本新型創作在第一電極層與基板之間形成具有微結構的絕緣層，其可使環境光產生足夠的散射而使大部分經散射的環境光經由第二電極層反射後被光電轉換層吸收，藉此提升薄膜太陽能電池的轉換效率。此外，本新型創作的第一電極層不需經微影蝕刻製程而能簡單地形成，且形成後的第一電極層可具有小於1微米的厚度，藉此可達到降低阻抗、降低成本以及保持電性等功效。
雖然本新型創作已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本新型創作，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本新型創作的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本新型創作的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。
10‧‧‧薄膜太陽能電池
10a‧‧‧中心區域
10b‧‧‧外圍區域
100‧‧‧基板
200‧‧‧太陽能電池單元
210‧‧‧絕緣層
210a‧‧‧微結構
210h‧‧‧平面
220‧‧‧第一電極層
230‧‧‧光電轉換層
240‧‧‧第二電極層
A-A’‧‧‧剖線
S‧‧‧距離
T‧‧‧厚度
W‧‧‧寬度
Ө‧‧‧夾角
10a‧‧‧中心區域
10b‧‧‧外圍區域
100‧‧‧基板
200‧‧‧太陽能電池單元
210‧‧‧絕緣層
210a‧‧‧微結構
210h‧‧‧平面
220‧‧‧第一電極層
230‧‧‧光電轉換層
240‧‧‧第二電極層
A-A’‧‧‧剖線
S‧‧‧距離
T‧‧‧厚度
W‧‧‧寬度
Ө‧‧‧夾角
圖1為本新型創作的一實施例的薄膜太陽能電池的俯視示意圖。
圖2A以及圖2B為圖1中的剖線A-A’的剖面示意圖。
圖3為本新型創作的一實施例的絕緣層的俯視示意圖。
圖2A以及圖2B為圖1中的剖線A-A’的剖面示意圖。
圖3為本新型創作的一實施例的絕緣層的俯視示意圖。
Claims (10)
- 一種薄膜太陽能電池，包括：
基板；
絕緣層，設置於所述基板上且包括多個微結構，其中所述多個微結構在所述基板的法線方向上的正投影面為規則或不規則的幾何圖形；
第一電極層，設置於所述絕緣層上，其中所述第一電極層的厚度小於或等於1微米；
光電轉換層，設置於所述第一電極層上；以及
第二電極層，設置於所述光電轉換層上。 - 如申請專利範圍第1項所述的薄膜太陽能電池，其中相鄰的所述多個微結構之間的距離為2微米至5微米。
- 如申請專利範圍第1項所述的薄膜太陽能電池，其中所述多個微結構在所述基板的所述法線方向上的所述正投影面各自具有的最大寬度的差距小於2微米。
- 如申請專利範圍第1項所述的薄膜太陽能電池，其中所述多個微結構在所述基板的所述法線方向上的所述正投影面為多邊形。
- 如申請專利範圍第4項所述的薄膜太陽能電池，其中所述多個微結構在所述基板的所述法線方向上的所述正投影面為六邊形、八邊形或其組合。
- 如申請專利範圍第1項所述的薄膜太陽能電池，其中所述絕緣層的最大厚度為1微米至5微米。
- 如申請專利範圍第1項所述的薄膜太陽能電池，其中所述第一電極層的厚度為0.5微米至1微米。
- 如申請專利範圍第1項所述的薄膜太陽能電池，其中所述第一電極層的材料包括氧化銦錫（ITO）、摻雜鋁的氧化鋅（AZO）、氧化錫（SnO 2）或氧化銦（In 2O 3）。
- 如申請專利範圍第1項所述的薄膜太陽能電池，其中所述光電轉換層的材料包括單晶矽、多晶矽、非晶矽或其組合。
- 如申請專利範圍第1項所述的薄膜太陽能電池，其中所述多個微結構的頂表面為平滑表面或粗糙表面。
Priority Applications (3)
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|---|---|---|---|
| TW108210830U TWM587826U (zh) | 2019-08-15 | 2019-08-15 | 薄膜太陽能電池 |
| CN201921936869.1U CN211150571U (zh) | 2019-08-15 | 2019-11-11 | 薄膜太阳能电池 |
| US16/703,865 US11177405B2 (en) | 2019-08-15 | 2019-12-05 | Thin film solar cell |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| TW108210830U TWM587826U (zh) | 2019-08-15 | 2019-08-15 | 薄膜太陽能電池 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| TWM587826U true TWM587826U (zh) | 2019-12-11 |
Family
ID=69585693
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| TW108210830U TWM587826U (zh) | 2019-08-15 | 2019-08-15 | 薄膜太陽能電池 |
Country Status (3)
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| CN (1) | CN211150571U (zh) |
| TW (1) | TWM587826U (zh) |
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-
2019
- 2019-08-15 TW TW108210830U patent/TWM587826U/zh unknown
- 2019-11-11 CN CN201921936869.1U patent/CN211150571U/zh active Active
- 2019-12-05 US US16/703,865 patent/US11177405B2/en active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN211150571U (zh) | 2020-07-31 |
| US20210050463A1 (en) | 2021-02-18 |
| US11177405B2 (en) | 2021-11-16 |
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