專利名稱：太陽能電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明關(guān)于一種太陽能電池，特別是關(guān)于一種太陽能電池結(jié)構(gòu)上的改良。
背景技術(shù)：
近年來由于國際能源持續(xù)短缺以及環(huán)保意識(shí)高漲，世界各國均致力于發(fā)展環(huán)保性佳的替代能源。其中因太陽能取之不盡，用之不竭，且又無污染產(chǎn)生的問題，利用太陽能產(chǎn)生電力的太陽能電池最受到囑目。目前太陽能電池市場中，使用單晶硅與多晶硅的太陽能電池占絕大多數(shù)。然而，所述電池需使用150微米至350微米的高質(zhì)量硅芯片作為基材，成本較高，因此，可使用玻璃、玻璃陶瓷、堅(jiān)硬或其它可撓性基材作為基板的薄膜太陽能電池，因成本較低，成為新的發(fā)展方向。圖1顯示一種基本的薄膜太陽能電池1，其包含一透明基板2 (例如玻璃)，朝箭頭所示的光線方向；一第一透明導(dǎo)電層4(亦稱「前電極」)形成于所述透明基板2上，作為電極之一；一光伏轉(zhuǎn)換層6，形成于所述第一透明導(dǎo)電層4上，其主要由P型半導(dǎo)體層8、本質(zhì)型半導(dǎo)體層10(i型)及η型半導(dǎo)體層12所組成。在另一薄膜太陽能電池的例子中，所述p-1-n的順序亦可倒轉(zhuǎn)為n-1-p。接著，一第二透明導(dǎo)電層14(亦稱「背電極」)形成于所述光伏轉(zhuǎn)換層6上，作為另一電極，而通常會(huì)另包含具高反射及漫射性的一漫反射層16形成于第二透明導(dǎo)電層14上，用以使未吸收的光再反射或漫射回去，以增加光伏轉(zhuǎn)化層的光吸收率。然而，第二透明導(dǎo)電層14的厚度通常會(huì)額外地吸收光，使得太陽能電池的吸光效果不佳，尤其，光是通過所述第二透明導(dǎo)電層14的光再反射或漫射回去，會(huì)通過所述第二透明導(dǎo)電層14兩次或多次。另外，一用以保護(hù)太陽能電池免受環(huán)境侵害的封裝層18可形成于漫反射層16上。圖2顯示另一種薄膜太陽能電池20，其包含一透明基板22 ;—第一透明導(dǎo)電層24 ;一光伏轉(zhuǎn)換層26，形成于所述第一透明導(dǎo)電層24上；一第二透明導(dǎo)電層28形成于所述光伏轉(zhuǎn)換層26上；一導(dǎo)電金屬層30形成于所述第二透明導(dǎo)電層28上；及一封裝層34形成于所述導(dǎo)電金屬層30上。在此太陽能電池結(jié)構(gòu)中，所述導(dǎo)電金屬層30是作為背電極，而第二透明導(dǎo)電層28是藉由將其表面進(jìn)行處理，進(jìn)行粗糙化來將未吸收的光漫射或反射回光伏轉(zhuǎn)換層26。然而，在此種結(jié)構(gòu)中，因第二透明導(dǎo)電層28的厚度關(guān)系，有些光會(huì)被吸收；此夕卜，第二透明導(dǎo)電層28的粗糙表面與背電極30間易產(chǎn)生等離子體效應(yīng)(plasmon effect),這些都會(huì)造成光的損失。前述太陽能電池，以光伏轉(zhuǎn)換層的i層結(jié)構(gòu)(本質(zhì)型半導(dǎo)體層)最為重要，目前較常使用微晶硅質(zhì)(μ c-Si)薄膜層、非晶硅質(zhì)(a-Si)薄膜層或其層疊型式。例如，TffM323112便提出了一種由非晶硅質(zhì)薄膜層及微晶硅質(zhì)薄膜層所組成的i層結(jié)構(gòu)以提高可見光譜光子的吸收范圍。通常非晶硅質(zhì)薄膜層是用以吸收較短波長光，而微晶硅質(zhì)薄膜層是用以吸收較長波長光。然而，微晶硅質(zhì)薄膜層的吸光系數(shù)很低，因此通常微晶硅質(zhì)薄膜層的厚度需要相當(dāng)后才能達(dá)到想要的吸光效果。一般來說，微晶硅質(zhì)薄膜層需要借助光在各層薄膜之間的全反射來提高光的吸收率。然而，目前的太陽能電池結(jié)構(gòu)，對(duì)于光的吸收仍有改善的空間，特別是微晶硅質(zhì)薄膜層。W02011/033072提供了一種制造非晶硅p_i_n太陽能電池的方法，其包含藉由低壓化學(xué)氣相沉積法(LPCVD)沉積前電極；藉由電漿增強(qiáng)型化學(xué)氣相沉積(PECVD)沉積P-1-n硅層；藉由LPCVD沉積背電極；及提供漫反射層(如白漆)。如先前所述，雖此方法提供漫反射層，可使未吸收光反射，增進(jìn)光的吸收，然而，所反射的光容易被背電極(前述的第二透明導(dǎo)電層)吸收。因此，P-1-n硅層所吸收的光便會(huì)減少，其光吸收效果仍有改進(jìn)的空間。US2008/0185035揭示一太陽能電池模塊，其包含一太陽能組件；位于所述太陽能組件兩側(cè)的封裝層；及分別在封裝層上，用于接收光的玻璃片及背層。然而，US2008/0185035未提到所述太陽能組件的細(xì)部結(jié)構(gòu)，如半導(dǎo)體層或?qū)щ妼拥然蚱涓牧?。US2010/0180942是關(guān)于一種太陽能電池模塊中封裝層的材料的改良。US2010/0180942于第
及
段有提到所述發(fā)明的封裝層可用于薄膜太陽能電池，及薄膜太陽能電池可包含透明導(dǎo)電層、光伏轉(zhuǎn)化層及反射膜等。然而，US2010/0180942未提到如何改善光伏轉(zhuǎn)化層的吸收。US2010/0180943亦關(guān)于一種太陽能電池模塊中封裝層的材料的改良。US2010/0180943于第
及
段有提到所述發(fā)明的封裝層可用于薄膜太陽能電池，及薄膜太陽能電池可包含透明導(dǎo)電層、光伏轉(zhuǎn)化層及反射膜等。然而，US2010/0180943未提到如何改善光伏轉(zhuǎn)化層的吸收。US2010/0180947亦關(guān)于一種太陽能電池模塊中的封裝層的材料的改良。US2010/0180947于第
及
段有提到所述發(fā)明的封裝層可用于薄膜太陽能電池，及薄膜太陽能電池可包含透明導(dǎo)電層、光伏轉(zhuǎn)化層及反射膜等。然而，US2010/0180947未提到如何改善光子吸收層的吸收。據(jù)上，目前亟欲尋求能改善薄膜太陽能電池吸光效能的結(jié)構(gòu)。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一目的在于提供一種太陽能電池，其能改善漫反射層的光反射及漫射效果，增加光伏轉(zhuǎn)換層的光吸收。本發(fā)明提供一種太陽能電池，其包含一透明基板；一透明導(dǎo)電層，形成于所述透明基板上；一光伏轉(zhuǎn)換層形成于所述透明導(dǎo)電層上；一導(dǎo)電金屬層形成于所述光伏轉(zhuǎn)換層上；及一漫反射層形成于所述導(dǎo)電金屬層上，其中所述導(dǎo)電金屬層具有多個(gè)穿孔，使經(jīng)漫反射層反射或漫射的光得以再次或多次穿過至所述光伏轉(zhuǎn)換層。本發(fā)明提供一種太陽能電池，其包含一透明基板；一第一透明導(dǎo)電層，形成于所述透明基板上；一光伏轉(zhuǎn)換層形成于所述第一透明導(dǎo)電層上；一第二透明導(dǎo)電層形成于所述光伏轉(zhuǎn)換層上；一導(dǎo)電金屬層形成于所述第二透明導(dǎo)電層上；及一漫反射層形成于所述導(dǎo)電金屬層上，其中所述導(dǎo)電金屬層具有多個(gè)穿孔，使經(jīng)漫反射層反射或漫射的光得以穿過再次或多次至所述光伏轉(zhuǎn)換層。根據(jù)本發(fā)明，因本發(fā)明的太陽能電池的導(dǎo)電金屬層具有多個(gè)穿孔，光得以直接經(jīng)穿孔穿透至漫反射層，因此，便可避免經(jīng)過導(dǎo)電金屬層所造成的光的損失，其相對(duì)而言，增加了漫反射層反射或漫射光的效果。此外，因經(jīng)漫反射層反射或漫射的光得經(jīng)穿孔穿透至 光伏轉(zhuǎn)換層，本發(fā)明亦增加了光伏轉(zhuǎn)換層的吸光量。
圖1顯示現(xiàn)有技術(shù)的太陽能電池的側(cè)視剖面圖。圖2顯示另一現(xiàn)有技術(shù)的太陽能電池的側(cè)視剖面圖。圖3顯示根據(jù)本發(fā)明的太陽能電池的一實(shí)施例的立體側(cè)視圖。圖4顯示根據(jù)本發(fā)明的太陽能電池的另一實(shí)施例的立體側(cè)視圖。圖5顯示根據(jù)本發(fā)明的太陽能電池的另一實(shí)施例的立體側(cè)視圖。圖6顯示根據(jù)本發(fā)明的太陽能電池的另一實(shí)施例的立體側(cè)視圖。
具體實(shí)施例方式請(qǐng)參照?qǐng)D3，其所示為根據(jù)本發(fā)明的太陽能電池的一實(shí)施例的立體側(cè)視圖。所述太陽能電池包含透明基板36,面向光入射的方向(箭頭方向)；一透明導(dǎo)電層38 ;光伏轉(zhuǎn)換層40 ;一導(dǎo)電金屬層42 ;及一漫反射層44，其中所述導(dǎo)電金屬層42具有多個(gè)穿孔。所述透明導(dǎo)電層38形成于透明基板36上。此層亦可稱作「前電極」且是作為太陽能電池的第一電極。所述透明導(dǎo)電層是可利用本發(fā)明技術(shù)領(lǐng)域中熟知的技術(shù)沉積，例如但不限于蒸鍍法(evaporation)及派鍍法(sputtering)。所述透明導(dǎo)電層的材料可選自但不限于銦錫氧化物(Indiumtin oxide, ΙΤ0)、氧化招(Aluminum oxide,A10)、氧化錫(Stannumdioxide, SnO)及氧化鋅(Zinc oxide, ZnO)。此外,上述材料可視需要摻雜Al、Ga、F、Ti或其它本發(fā)明技術(shù)領(lǐng)域中熟知的元素。光伏轉(zhuǎn)換層40形成于所述透明導(dǎo)電層38上。所述光伏轉(zhuǎn)換層40可包含一或多個(gè)p-1-n半導(dǎo)體結(jié)。傳統(tǒng)上，p-1-n半導(dǎo)體結(jié)主要由P型半導(dǎo)體層(圖未顯示)、本質(zhì)型半導(dǎo)體層(i型，圖未顯示)及η型半導(dǎo)體層(圖未顯示)所組成。P型半導(dǎo)體層指經(jīng)正摻雜的半導(dǎo)體層，所加入的雜質(zhì)，會(huì)使所述半導(dǎo)體層產(chǎn)生多余的電洞。其摻雜方式可利用本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域中所熟知者。例如但不限于電漿增強(qiáng)型化學(xué)氣相沉積(Plasma enhance chemical vapor deposition, PECVD),及特高頻電衆(zhòng)增強(qiáng)型化學(xué)氣相沉積(Very high frequency-plasma enhance chemical vapor deposition,VHF-PECVD)。本質(zhì)型半導(dǎo)體層(i型)為不摻雜者，可以是非晶硅薄膜或微晶硅薄膜。同時(shí)使用非晶硅及微晶硅的雙結(jié)太陽能電池，能提高可見光譜光子的吸收范圍，因此亦能改善太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率。其中非晶硅薄膜的形成方式可利用本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域中熟知者，例如但不限于電衆(zhòng)增強(qiáng)型化學(xué)氣相沉積(Plasma enhance chemical vapor deposition,PECVD)、低壓化學(xué)氣相沉積(Low pressure chemical vapor deposition, LPCVD)及爐管(furnace);而微晶硅薄膜的形成方式亦可利用本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域中熟知者，例如但不限于電漿增強(qiáng)型化學(xué)氣相沉積，及特高頻電漿增強(qiáng)型化學(xué)氣相沉積(Very highfrequency-plasma enhance chemical vapor deposition, VHF-PECVD)。所述n型半導(dǎo)體形成于所述本質(zhì)型半導(dǎo)體層上，η型半導(dǎo)體指經(jīng)負(fù)摻雜的半導(dǎo)體層，所加入的雜質(zhì)，會(huì)使所述半導(dǎo)體層產(chǎn)生多余的電子。其摻雜方式可利用本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域中熟知者，例如但不限于電衆(zhòng)增強(qiáng)型化學(xué)氣相沉積(Plasma enhance chemical vapordeposition, PECVD),及特高頻電衆(zhòng)增強(qiáng)型化學(xué)氣相沉積(Very high frequency-p lasmaenhance chemical vapor deposition.VHF-PECVD)。在另一太陽能電池的實(shí)施例中，光伏轉(zhuǎn)換層40可包含兩個(gè)以上p-1-n半導(dǎo)體結(jié)形成，以增加太陽能電池的效率。其P-1-n半導(dǎo)體結(jié)是可依前述或現(xiàn)有技術(shù)方法形成。W02011/076466中所述的相關(guān)技術(shù)內(nèi)容并入本文中。在另一太陽能電池的實(shí)施例中，上述p-1-n半導(dǎo)體結(jié)的順序亦可倒轉(zhuǎn)為n-1-p。導(dǎo)電金屬層42形成于光伏轉(zhuǎn)換層40上，作為第二電極(或稱背電極)。所述導(dǎo)電金屬層42具有多個(gè)穿孔陣列成篩網(wǎng)狀，故可使未吸收，或經(jīng)漫反射層44反射或散射的光得以穿透至光伏轉(zhuǎn)換層40。圖3所繪的所述導(dǎo)電金屬層型態(tài)僅限例示說明用，事實(shí)上，所述導(dǎo)電金屬層的多個(gè)穿孔的橫截面形狀可選自但不限于圓形、橢圓形、多邊形或不規(guī)則形狀。例如在圖5及6中，所述導(dǎo)電金屬層46的多個(gè)穿孔可呈不規(guī)則狀并以不規(guī)則方式排列。所述導(dǎo)電金屬層是可利用本發(fā)明技術(shù)領(lǐng)域中熟知的技術(shù)形成，例如但不限于蒸鍍法(evaporation)、派鍍法(sputtering)、滾筒印刷(roll to roll printing)、噴墨印刷、網(wǎng)板印刷。此外，亦可利用本發(fā)明技術(shù)領(lǐng)域中熟知的技術(shù)形成具有多個(gè)穿孔的圖樣，例如但不限于微影蝕刻制程。所述導(dǎo)電金屬層可為糊狀物，利用滾筒印刷(roll to rollprinting)或網(wǎng)板印刷方式形成于光伏轉(zhuǎn)換層40上。此外，所述導(dǎo)電金屬層的材料可選自但不限于銀、銅，鋁及鈦。此外，導(dǎo)電金屬層42亦可由具反射性或漫射性的材料組成，幫助光反射或漫射。漫反射層44形成于導(dǎo)電金屬層42上。漫反射層44可為具反射性及/或漫射性的漫反射材料以箔或涂層形式形成于導(dǎo)電金屬層42上，其亦可同時(shí)兼具保護(hù)電池功能的封裝層的作用，優(yōu)選為具大于70 %反射或漫射率者。所述漫反射層可包含涂料或顏料，以白色為佳。漫反射層可利用本發(fā)明技術(shù)領(lǐng)域中熟知的技術(shù)形成于導(dǎo)電金屬層42上，例如但不限于涂布。所述漫反射層的材料可選自白色乙烯-乙酸乙烯酯(ethylene-vinyl acetate)、白色聚乙烯縮丁醒(poly vinyl butyral,White PVB)及白色油漆。優(yōu)選為包含白色聚(乙烯縮丁醒)(poly (vinyl butyral), PVB)。所述漫反射層的材料可另包含塑化劑、胺類、螯合劑、未飽和雜環(huán)化合物及/或金屬以增加漫反射層或其同時(shí)作為封裝材的效果。此外，所述漫反射層亦可實(shí)質(zhì)上由金屬組成(特別是金屬涂層)。上述塑化劑可選自三伸乙甘醇二 -2-乙基己酸酯(triethylene glycold1-2-ethylhexanoate)、四伸乙甘醇二-正-乙基庚酸酯(tetraethylene glycold1-n-heptanoate)、二丁基癸二酸鹽(dibutyl sebacate)及其混合。US2008/0185035所不塑化劑的種類是并入本文中。上述胺類可為二級(jí)胺或三級(jí)胺，例如可選自但不限于2，2，6，6_四甲基哌唳(2,2,6,6-tetramethylpiperidine)>2, 2,6,6-四甲基哌唳醇(2,2,6,6-tetramethyIpiperidinoI)、2_( 二甲基胺基)批 P定(2-(dimethylamino)pyridine)、4_(二甲基胺基)卩比唳(4-(dimethylamino)pyridine)、N_丁基哌唳(N-butyl-piperidine)及 N, N-二乙基環(huán)己基胺(N, N-diethyl cyclohexylamine)。US2010/0180942 所不胺類的種類是并入本文中。上述螯合劑例如可選自但不限于乙伸基二胺四乙酸(ethylenediaminetetraacetic acid)、乙伸基二胺單乙酸(ethylenediamine monoacetic acid)、乙伸基二胺二乙酸(ethylenediamine diacetic acid)、乙伸基二胺三乙酸(ethylenediaminetriacetic acid)、乙伸基二胺(ethylene diamine)、三(2_ 胺基乙基)胺(tris (2-aminoethyl) amine)及二乙伸基二胺五乙酸(di ethylenediamine pentaceticacid)。US2010/0180943所示螯合劑的種類是并入本文中。上述未飽和雜環(huán)化合物可為IH-苯并三氮唑(lH-berzotriazole)或具下式的苯
并三氮唑衍生物，
權(quán)利要求
1.一種太陽能電池，包括: 一透明基板； 一透明導(dǎo)電層，形成于所述透明基板上； 一光伏轉(zhuǎn)換層，形成于所述透明導(dǎo)電層上； 一導(dǎo)電金屬層，形成于所述光伏轉(zhuǎn)換層上 '及 一漫反射層，形成于所述導(dǎo)電金屬層上； 其中所述導(dǎo)電金屬層具有多個(gè)穿孔，使經(jīng)漫反射層反射或漫射的光得以再次或多次穿過至所述光伏轉(zhuǎn)換層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的太陽能電池，其中所述多個(gè)穿孔陣列成篩網(wǎng)狀。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的太陽能電池，其中所述多個(gè)穿孔的橫截面形狀為圓形、橢圓形、多邊形或不規(guī)則形狀。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的太陽能電池，其中所述漫反射層為反射或漫射光的箔或涂層或同時(shí)具保護(hù)電池功能的封裝層。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的太陽能電池，其中所述漫反射層包含白色聚乙烯縮丁醛。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的太陽能電池，其中所述漫反射層包含涂料或顏料。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的太陽能電池，其中所述顏料為白色。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的太陽能電池，其中所述導(dǎo)電金屬層的材料是選自由銀、銅，鋁及鈦所組成的群組。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的太陽能電池，其中進(jìn)一步包含一第二導(dǎo)電層介于所述光伏轉(zhuǎn)換層與所述導(dǎo)電金屬層間。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的太陽能電池，其中所述第二導(dǎo)電層為透明或半透明，且所述第二導(dǎo)電層設(shè)置有穿孔或沒有設(shè)置穿孔。
全文摘要
本發(fā)明提供一種太陽能電池及其制作方法，其包含一透明基板；一透明導(dǎo)電層，形成于所述透明基板上；一光伏轉(zhuǎn)換層形成于所述透明導(dǎo)電層上；一導(dǎo)電金屬層形成于所述光伏轉(zhuǎn)換層上；及一漫反射層形成于所述導(dǎo)電金屬層上，其中所述導(dǎo)電金屬層具有多個(gè)穿孔，使經(jīng)漫反射層反射或漫射的光得以穿過至再次進(jìn)入光伏轉(zhuǎn)換層。因經(jīng)漫反射層反射或漫射的光，得多次經(jīng)過導(dǎo)電金屬層的穿孔至光伏轉(zhuǎn)換層，光伏轉(zhuǎn)換層之光吸收率便可因此增加。
文檔編號(hào)H01L31/0224GK103199124SQ20121000478
公開日2013年7月10日 申請(qǐng)日期2012年1月4日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月4日
發(fā)明者林詠, 葉協(xié)鑫, 陳頌培 申請(qǐng)人:杜邦太陽能有限公司