TWM591259U - 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，其包括透明基板、 太陽能電池單元、絕緣層以及導電層。透明基板包括中央區域以及環繞中心區域的外圍區域。太陽能電池單元包括前電極層、光電轉換層以背電極層。前電極層設置於透明基板上。光電轉換層設置於前電極層上。背電極層設置於光電轉換層上。絕緣層覆蓋背電極層且包括暴露部分的前電極層的接觸窗。導電層設置於絕緣層上且藉由接觸窗與前電極層電性連接。

Description

薄膜太陽能電池
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，環境光穿透透明基板後可經由包括半導體材料的光電轉換層吸收，經吸收的環境光的能量會激發半導體材料以產生多個電子-電洞對。上述電子-電洞對隨後在p-n接面處分離成電子以及電洞，且此電子與電洞可各自藉由太陽能電池單元中的背電極層以及前電極層收集。覆板型薄膜太陽能電池中的前電極層由於位於夾層處而較難以將其蒐集的電洞導出，其將使得部分的電子-電洞對將再次復合而降低太陽能電池單元的轉換效率。
本新型創作提供一種薄膜太陽能電池，其可避免大部分的電子-電洞對再次復合而提升太陽能電池單元的轉換效率。
本新型創作的薄膜太陽能電池包括透明基板、太陽能電池單元、絕緣層以及導電層。透明基板包括中央區域以及環繞中心區域的外圍區域。太陽能電池單元包括前電極層、光電轉換層以背電極層。前電極層設置於透明基板上。光電轉換層設置於前電極層上。背電極層設置於光電轉換層上。絕緣層覆蓋背電極層且包括暴露部分的前電極層的接觸窗。導電層設置於絕緣層上且藉由接觸窗與前電極層電性連接。
在本新型創作的一實施例中，上述的絕緣層的接觸窗經光電轉換層以及背電極層環繞。
在本新型創作的一實施例中，上述的絕緣層的接觸窗未經光電轉換層以及背電極層環繞。
在本新型創作的一實施例中，上述的絕緣層的接觸窗的孔徑為2~10微米。
在本新型創作的一實施例中，上述的前電極層的材料包括氧化鋁鋅（AZO）、氧化鎵鋅（GZO）、氧化銦鋅（IZO）、氧化鋅硼（BZO）或氧化錫（SnO 2）。
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，上述的背電極層的材料包括銀（Ag）、鉻（Cr）、鋁（Al）、鉬鈮（MoNb）、鉬鉭（MoTa）、鋁釹（AlNd）、鋁鎳鑭（AlNiLa）、鋁鉬鉭（AlMoTa）或氧化鉬（MoO x）。
在本新型創作的一實施例中，上述的導電層的材料包括銀（Ag）、鉻（Cr）、鋁（Al）、鉬鈮（MoNb）、鉬鉭（MoTa）、鋁釹（AlNd）、鋁鎳鑭（AlNiLa）、鋁鉬鉭（AlMoTa）或氧化鉬（MoO x）。
在本新型創作的一實施例中，上述的薄膜太陽能電池更包括設置於透明基板上的保護層。保護層覆蓋導電層。
在本新型創作的一實施例中，上述的太陽能電池單元在透明基板的中心區域中佔了5%至20%的區域。
基於上述，本新型創作的薄膜太陽能電池藉由設置於太陽能電池單元外側且與前電極層電性連接的導電層，而可迅速地將前電極層蒐集的電洞導出，以避免大部分的電子-電洞對再次復合而提升太陽能電池單元的轉換效率。
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。圖2A為圖1中位於中心區域的太陽能電池單元的一實施例的放大示意圖。圖2B為圖2A中的剖線A-A’的剖面示意圖。
請同時參照圖1、圖2A以及圖2B，本實施例的薄膜太陽能電池10包括透明基板100、太陽能電池單元200、絕緣層300、導電層400以及保護層500。
太陽能電池單元200例如設置於透明基板100的一側上的部分區域。詳細地說，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L是照射到透明基板100的未設置有太陽能電池單元200的一側，且穿透透明基板100後進入太陽能電池單元200的內部。在一實施例中，透明基板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，透明基板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，如圖1所示。透明基板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例如以多條線狀的型態設置，且每一線狀的太陽能電池單元200例如包括彼此分隔的多個圓環狀圖案，其中多個圓環狀圖案的用途可見後述實施例。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。在一實施例中，太陽能電池單元200在中心區域10a中佔了5%至20%的區域。基於此，薄膜太陽能電池10的中心區域10a由於大部分為透明基板100而可不阻礙顯示面板顯示的畫面。
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透明基板100上的前電極層210、光電轉換層220以及背電極層230。
前電極層210例如設置於透明基板100上。前電極層210的形成方法例如是藉由濺鍍法形成，但本新型創作並不限於此。前電極層210的材料例如是透明導電氧化物（Transparent Conductive Oxide；TCO）。舉例來說，前電極層210的材料包括氧化鋁鋅（AZO）、氧化鎵鋅（GZO）、氧化銦鋅（IZO）、氧化鋅硼（BZO）或氧化錫（SnO 2）。在本實施例中，前電極層210的材料選用氧化鋁鋅。在一實施例中，前電極層210的寬度為5~40微米。在本實施例中，前電極層210的寬度為19微米。
光電轉換層220例如設置於前電極層210上。光電轉換層220的形成方法例如是藉由化學氣相沉積法形成，但本新型創作並不限於此。在一實施例中，光電轉換層220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220的材料為非晶矽。光電轉換層220例如包括依序層疊的第一非本徵半導體層220a、本徵半導體層220b以及第二非本徵半導體層220c，其中第一非本徵半導體層220a、具有第一摻雜類型，且第二非本徵半導體層220c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。在本實施例中，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。
背電極層230例如設置於光電轉換層220上，且與第二非本徵半導體層220c接觸。背電極層230的形成方法例如是藉由濺鍍法或化學氣相沉積法形成，但本新型創作並不限於此。背電極層230的材料例如是金屬、合金或金屬氧化物。舉例來說，背電極層230的材料包括銀（Ag）、鉻（Cr）、鋁（Al）、鉬鈮（MoNb）、鉬鉭（MoTa）、鋁釹（AlNd）、鋁鎳鑭（AlNiLa）、鋁鉬鉭（AlMoTa）或氧化鉬（MoO x）。在本實施例中，背電極層230的材料選用鋁鉬鉭。
在本實施例中，光電轉換層220以及背電極層230具有暴露出部分前電極層210的開口OP。開口OP的用途是為了避免後續形成的用於與前電極層210電性連接的導電層400亦與背電極層230電性連接而導致短路，其亦可稱為光電轉換層220以及背電極層230的“退開區域”。基於此，開口OP對應於導電層400與前電極層210電性連接的區域而形成，而使得每一線狀的太陽能電池單元200包括彼此分隔的多個圓環狀圖案。在一實施例中，開口OP具有4~20微米的孔徑。在本實施例中，開口OP具有8微米的孔徑。光電轉換層220以及背電極層230具有的開口OP可用任何方式形成，本新型創作並無任何限制。在一實施例中，環繞開口OP的光電轉換層220以及背電極層230（即，形成圓環狀圖案的光電轉換層220以及背電極層230）的寬度為2~10微米。在本實施例中，環繞開口OP的光電轉換層220以及背電極層230的寬度為4.5微米。另外，在一實施例中，未環繞開口OP的光電轉換層220以及背電極層230（即，呈線狀的光電轉換層220以及背電極層230）的寬度為5~25微米。在本實施例中，未環繞開口OP的光電轉換層220以及背電極層230的寬度為11微米。
絕緣層300例如設置於透明基板100上，且絕緣層300覆蓋背電極層230並包括暴露部分的前電極層210的接觸窗300h，其中接觸窗300h例如呈圓孔狀。絕緣層300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透明基板100上形成絕緣材料層（未繪示）。接著，於絕緣材料層上形成第一圖案化光阻層（未繪示）。之後，以第一圖案化光阻層為罩幕，對絕緣材料層進行第一蝕刻製程，以形成多個絕緣圖案（未繪示）。再來，於多個絕緣圖案上形成第二圖案化光阻層（未繪示）。醉後，以第二圖案化光阻層為罩幕，對多個絕緣圖案進行第二蝕刻製程，以形成包括接觸窗300h的絕緣層300。在一實施例中，絕緣層300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。在本實施例中，絕緣層300選用有機材料。在一實施例中，絕緣層300的寬度為5~50微米。在本實施例中，絕緣層300的寬度為24微米。
在本實施例中，接觸窗300h例如經光電轉換層220以及背電極層230環繞。詳細地說，絕緣層300包括的接觸窗300h對應於光電轉換層220以及背電極層230包括的開口OP而設置，因此，部分的光電轉換層220以及背電極層230亦環繞接觸窗300h。為了避免後續形成於接觸窗300h內的導電層400與背電極層230電性連接而導致短路，接觸窗300h具有的孔徑需小於開口OP具有的孔徑，基於此，部分的絕緣層300會形成於開口OP的側壁上。在一實施例中，接觸窗300h具有2~10微米的孔徑。在本實施例中，接觸窗300h具有4.5微米的孔徑。
導電層400例如設置於絕緣層300上且藉由接觸窗300h與前電極層210電性連接。詳細地說，部分的導電層400會形成於接觸窗300h內，並且藉由暴露出部分前電極層210的接觸窗300h與前電極層210電性連接，且藉由形成於開口OP的側壁上的絕緣層300與背電極層230電性絕緣。導電層400的形成方法例如是藉由濺鍍法或化學氣相沉積法形成，但本新型創作並不限於此。導電層400的材料例如是金屬、合金或金屬氧化物。舉例來說，導電層400的材料包括銀（Ag）、鉻（Cr）、鋁（Al）、鉬鈮（MoNb）、鉬鉭（MoTa）、鋁釹（AlNd）、鋁鎳鑭（AlNiLa）、鋁鉬鉭（AlMoTa）或氧化鉬（MoO x）。在本實施例中，導電層400的材料選用鋁鉬鉭。在一實施例中，導電層400的寬度為5~30微米。在本實施例中，導電層400的寬度為16.5微米。
在本實施例中，導電層400形成於薄膜太陽能電池10的中心區域10a。導電層400可用於將位於中心區域10a的前電極層210蒐集的電洞進一步迅速地導出，以避免電子-電洞對再複合而降低太陽能電池單元200的轉換效率。另外，導電層400在中央區域10a內是對應於前電極層210而設置，即，導電層400的正投影實質上是落於前電極層210的區域中，因此可避免導電層400的設置而破壞薄膜太陽能電池10的中心區域10a的穿透率。
在一實施例中，薄膜太陽能電池10更包括設置於透明基板100上的保護層500，且保護層500覆蓋導電層400。保護層500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。在本實施例中，保護層500選用有機材料。保護層500用於保護導電層400受外界環境的干擾。
本實施例的薄膜太陽能電池藉由導電層的設置可迅速地將前電極層蒐集的電洞導出，藉此可增加太陽能電池單元的轉換效率。
圖3A以及圖3B是依照本新型創作的另一實施例的顯示裝置的剖面示意圖。在此必須說明的是，圖3A以及圖3B繪示的實施例各自沿用圖2A以及圖2B的實施例的元件標號與部分內容，其中採用相同或近似的標號來表示相同或近似的元件，並且省略了相同技術內容的說明。關於省略部分的說明可參考前述實施例描述與效果，下述實施例不再重複贅述，而圖3A以及圖3B繪示的實施例中的至少一部份未省略的描述可參閱後續內容。
圖3A為圖1中位於中心區域的太陽能電池單元的另一實施例的放大示意圖。圖3B為圖3A中的剖線B-B’的剖面示意圖。圖4為圖1中位於中心區域的太陽能電池單元的又一實施例的放大示意圖。
請同時參照圖3A以及圖3B，其所示太陽能電池單元的實施例與圖2A以及圖2B所示太陽能電池單元的實施例的差異在於：本實施例的接觸窗300h未經光電轉換層220以及背電極層230環繞（即，不具有開口OP），且位於部分的光電轉換層220以及背電極層230的一側。詳細地說，用於使導電層400與前電極層210電性連接的接觸窗300h形成在絕緣層300的邊緣處而非形成於絕緣層300的中央處，基於此，光電轉換層220以及背電極層230具有的“退開區域”可較前述實施例來的小，使得本實施例的位於接觸窗300h一側的光電轉換層220以及背電極層230可具有較大的寬度。在一實施例中，位於接觸窗300h一側的光電轉換層220以及背電極層230的寬度為5~25微米。在本實施例中，位於接觸窗300h一側的光電轉換層220以及背電極層230的寬度為11微米。
另外，圖4示出圖1中位於中心區域的太陽能電池單元的又一實施例的放大示意圖，其所示太陽能電池單元的實施例與圖3A以及圖3B所示太陽能電池單元的實施例的主要差異在於：更包括電路板600。在本實施例中，電路板600與導電層400以及導電層400’電性連接。在一些實施例中，電路板600可為可撓性電路板且其上設置有多個電子元件（未繪示）。詳細地說，電路板600例如是用以將上述的電子元件藉由導電層400以及導電層400’而分別電性連接至前電極層210以及背電極層230，以用以蒐集自光電轉換層220中產生的電流，其中導電層400藉由接觸窗300h導出自前電極層210流出的電洞，且導電層400’ 藉由接觸窗300h’導出自背電極層230流出的電子。
本實施例的薄膜太陽能電池藉由導電層的設置可迅速地將前電極層蒐集的電洞導出，藉此可增加太陽能電池單元的轉換效率。此外，本實施例的光電轉換層以及背電極層因具有較小的“退開區域”而具有相對大的表面積，其亦可增加太陽能電池單元的轉換效率。
綜上所述，本新型創作的薄膜太陽能電池藉由在中央區域內將導電層設置於太陽能電池單元的外側可迅速地將前電極層蒐集的電洞導出，以避免大部分的電子-電洞對再次復合而提升太陽能電池單元的轉換效率。另外，導電層在中央區域內由於是對應於前電極層而設置而可不減小薄膜太陽能電池的中央區域具有的穿透率。
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‧‧‧透明基板 200‧‧‧太陽能電池單元 210‧‧‧前電極層 220‧‧‧光電轉換層 220a‧‧‧第一非本徵半導體層 220b‧‧‧本徵半導體層 220c‧‧‧第二非本徵半導體層 230‧‧‧背電極層 300‧‧‧絕緣層 300h、300h’‧‧‧接觸窗 400、400’‧‧‧導電層 500‧‧‧保護層 600‧‧‧電路板 A-A’、B-B’‧‧‧剖線 L‧‧‧環境光 OP‧‧‧開口
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為圖1中位於中心區域的太陽能電池單元的一實施例的放大示意圖。 圖2B為圖2A中的剖線A-A’的剖面示意圖。 圖3A為圖1中位於中心區域的太陽能電池單元的另一實施例的放大示意圖。 圖3B為圖3A中的剖線B-B’的剖面示意圖。 圖4為圖1中位於中心區域的太陽能電池單元的又一實施例的放大示意圖。
100‧‧‧透明基板
200‧‧‧太陽能電池單元
210‧‧‧前電極層
220‧‧‧光電轉換層
220a‧‧‧第一非本徵半導體層
220b‧‧‧本徵半導體層
220c‧‧‧第二非本徵半導體層
230‧‧‧背電極層
300‧‧‧絕緣層
300h‧‧‧接觸窗
400‧‧‧導電層
500‧‧‧保護層
A-A’‧‧‧剖線
L‧‧‧環境光
OP‧‧‧開口

Claims (10)

  1. 一種薄膜太陽能電池，包括： 透明基板，包括中央區域以及環繞所述中心區域的外圍區域； 太陽能電池單元，包括； 前電極層，設置於所述透明基板上； 光電轉換層，設置於所述前電極層上；以及 背電極層，設置於所述光電轉換層上； 絕緣層，覆蓋所述背電極層且包括暴露部分的所述前電極層的接觸窗；以及 導電層，設置於所述絕緣層上且藉由所述接觸窗與所述前電極層電性連接。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的薄膜太陽能電池，其中所述絕緣層的所述接觸窗經所述光電轉換層以及所述背電極層環繞。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的薄膜太陽能電池，其中所述絕緣層的所述接觸窗未經所述光電轉換層以及所述背電極層環繞。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的薄膜太陽能電池，其中所述絕緣層的所述接觸窗的孔徑為2~10微米。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的薄膜太陽能電池，其中所述前電極層的材料包括氧化鋁鋅（AZO）、氧化鎵鋅（GZO）、氧化銦鋅（IZO）、氧化鋅硼（BZO）或氧化錫（SnO 2）。
  6. 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。
  7. 如申請專利範圍第1項所述的薄膜太陽能電池，其中所述背電極層的材料包括銀（Ag）、鉻（Cr）、鋁（Al）、鉬鈮（MoNb）、鉬鉭（MoTa）、鋁釹（AlNd）、鋁鎳鑭（AlNiLa）、鋁鉬鉭（AlMoTa）或氧化鉬（MoO x）。
  8. 如申請專利範圍第1項所述的薄膜太陽能電池，其中所述導電層的材料包括銀（Ag）、鉻（Cr）、鋁（Al）、鉬鈮（MoNb）、鉬鉭（MoTa）、鋁釹（AlNd）、鋁鎳鑭（AlNiLa）、鋁鉬鉭（AlMoTa）或氧化鉬（MoO x）。
  9. 如申請專利範圍第1項所述的薄膜太陽能電池，其更包括設置於所述透明基板上的保護層，所述保護層覆蓋所述導電層。
  10. 如申請專利範圍第1項所述的薄膜太陽能電池，其中所述太陽能電池單元在所述透明基板的所述中心區域中佔了5%至20%的區域。
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TWI765653B (zh) * 2021-04-09 2022-05-21 凌巨科技股份有限公司 太陽能電池模組與太陽能電池顯示裝置
TWI798951B (zh) * 2021-11-22 2023-04-11 凌巨科技股份有限公司 半穿透式太陽能電池

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