太陽能電池的制作方法
【專利摘要】一種太陽能電池包含光電轉換結構、第一導電結構與第二導電結構。光電轉換結構具有入光面與相對入光面的背面。第一導電結構設置于光電轉換結構的入光面，且與光電轉換結構電性連接。第一導電結構包含第一透明導電層、電極結構與第二透明導電層。第一透明導電層設置于光電轉換結構的入光面。至少部份的第一透明導電層置于電極結構與光電轉換結構的入光面之間。第二透明導電層覆蓋電極結構與第一透明導電層。第二導電結構設置于光電轉換結構的背面。
【專利說明】太陽能電池
【技術領域】
[0001 ] 本發(fā)明是有關于一種太陽能電池。
【背景技術】
[0002]目前縮小太陽能電池的金屬電極的尺寸為太陽能電池工藝的主要趨勢之一。小尺寸的金屬電極可減少金屬電極覆蓋光電轉換結構的面積，進而增加太陽能電池的收光效率。然而一旦金屬電極縮小，太陽能電池本身的電阻便會增加，如此一來反而會降低太陽能電池的效率。
[0003]另一方面，雖然以銅電鍍的方法制作金屬電極可達到較小尺寸的金屬電極，然而由于電鍍工藝的特性，所形成的金屬電極的斷面大多為蘑菇狀，其會增加金屬電極覆蓋光電轉換結構的面積并且減小電極與透明導電層的接觸面積。蘑菇狀的電極會降低收光效率，但減少電極遮光又會使電極與透明導電層的接觸阻抗過大，兩者都會影響太陽能電池的轉換效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明提出一種太陽能電池，以解決現(xiàn)有太陽能電池轉換效率低的問題。
[0005]本發(fā)明的一態(tài)樣提供一種太陽能電池，包含光電轉換結構、第一導電結構與第二導電結構。光電轉換結構具有入光面與相對入光面的背面。第一導電結構設置于光電轉換結構的入光面，且與光電轉換結構電性連接。第一導電結構包含第一透明導電層、電極結構與第二透明導電層。第一透明導電層設置于光電轉換結構的入光面。至少部份的第一透明導電層置于電極結構與光電轉換結構的入光面之間。第二透明導電層覆蓋電極結構與第一透明導電層。第二導電結構設置于光電轉換結構的背面。
[0006]在一或多個實施方式中，第一導電結構更包含緩沖層，置于電極結構與第二透明導電層之間。
[0007]在一或多個實施方式中，緩沖層的材質為鋅(Zn)、鈦(Ti)、錫(Sn)、銦(In)或上述的任意組合。
[0008]在一或多個實施方式中，第一導電結構更包含種子層，置于電極結構與第一透明導電層之間。
[0009]在一或多個實施方式中，種子層的材質為導電金屬如銅或導電高分子聚合物如聚3，4_ 二氧乙基噻吩(poly (3，4-ethylenedioxythiophene):聚苯乙烯橫酸(poly (styrenesulfonic acid)), PEDOT:PSSο
[0010]在一或多個實施方式中，第一透明導電層的厚度為約10納米至100納米。
[0011]在一或多個實施方式中，電極結構包含多個匯流電極與多個指狀電極。指狀電極分別與匯流電極交錯排列，且與匯流電極電性連接。
[0012]在一或多個實施方式中，指狀電極的寬度隨著遠離第一透明導電層而越大。
[0013]在一或多個實施方式中，指狀電極的寬度隨著遠離第一透明導電層而越小。[0014]在一或多個實施方式中，電極結構的材質為銅或銀。
[0015]因第二透明導電層覆蓋電極結構與第一透明導電層，因此第二透明導電層與電極結構之間具有大量的接觸面積，使得光電轉換結構的載子仍可容易地到達電極結構，光電轉換結構與電極結構之間的電阻值便可有效降低。另一方面，第二透明導電層亦能夠增加光線捕捉量。
[0016]以下結合附圖和具體實施例對本發(fā)明進行詳細描述，但不作為對本發(fā)明的限定?！緦＠綀D】

【附圖說明】
[0017]圖1為本發(fā)明一實施方式的太陽能電池的立體圖。
[0018]圖2為沿圖1的線段A-A的一實施方式的剖面圖。
[0019]圖3為圖1的太陽能電池的上視圖。
[0020]圖4為沿圖1的線段A-A的另一實施方式的剖面圖。
[0021]100:光電轉換結構110:入光面
[0022]120:背面200:第一導電結構
[0023]210:第一透明導電層220:電極結構
[0024]222:匯流電極224:指狀電極
[0025]230:第二透明導電層240:緩沖層
[0026]250:種子層300:第二導電結構
[0027]T1、T2:厚度W:寬度
【具體實施方式】
[0028]以下將以圖式揭露本發(fā)明的多個實施方式，為明確說明起見，許多實務上的細節(jié)將在以下敘述中一并說明。然而，應了解到，這些實務上的細節(jié)不應用以限制本發(fā)明。也就是說，在本發(fā)明部分實施方式中，這些實務上的細節(jié)是非必要的。此外，為簡化圖式起見，一些現(xiàn)有慣用的結構與元件在圖式中將以簡單示意的方式繪示之。
[0029]請一并參照圖1與圖2，其中圖1為本發(fā)明一實施方式的太陽能電池的立體圖，而圖2為沿圖1的線段A-A的一實施方式的剖面圖。如圖所示，太陽能電池包含光電轉換結構100、第一導電結構200與第二導電結構300。光電轉換結構100具有入光面110與相對入光面110的背面120,第一導電結構200設置于光電轉換結構100的入光面110且與光電轉換結構100電性連接，第二導電結構300設置于光電轉換結構100的背面120且與光電轉換結構100電性連接。第一導電結構200包含第一透明導電層210、電極結構220與第二透明導電層230,第一透明導電層210設置于光電轉換結構100的入光面110上，電極結構220設置于第一透明導電層210上。至少部份的第一透明導電層210置于電極結構220與光電轉換結構100的入光面110之間。第二透明導電層230覆蓋電極結構220與第一透明導電層210。
[0030]光電轉換結構100由至少二層以上的半導體層所組合。例如由至少一個P型半導體層和N型半導體層所組成的結構，或者是由至少一個P型半導體層，i型半導體層和N型半導體層所組成的結構。這些半導體層的材料通常為硅，但不限定于硅，任何可將光能轉換為電能的半導體材料，合金或高分子材料亦可包括在內(nèi)。此外，這些半導體層的結晶型態(tài)可為單晶，多晶或非結晶狀態(tài)。另一方面，光線可自光電轉換結構100的入光面110單向入光，亦可自光電轉換結構100的入光面110與背面120雙向入光,本發(fā)明不以此為限。
[0031]因本實施方式的第二透明導電層230覆蓋電極結構220與第一透明導電層210，因此自光電轉換結構100所產(chǎn)生的載子不但可自第一透明導電層210直接傳導至電極結構220，亦可先自第一透明導電層210傳導至第二透明導電層230，接著再由第二透明導電層230傳導至電極結構220。換言之，電極結構220可藉由第一透明導電層210與第二透明導電層230而與光電轉換結構100電性連接。如此一來，即使電極結構220的尺寸縮小，而使得電極結構220與第一透明導電層210之間的接觸面積減少，但因第二透明導電層230與電極結構220之間具有大量的接觸面積，即光電轉換結構100與電極結構220之間的導電面積增加，因此光電轉換結構100的載子仍可容易地到達電極結構220，光電轉換結構100與電極結構220之間的電阻值便可有效降低，一但電阻值降低，便可增加太陽能電池的填充因子(Fill Factor，F(xiàn)F)。另一方面，光線會自第二透明導電層230進入太陽能電池，而一但進入第二透明導電層230后，第二透明導電層230與外在介質(例如空氣)之間的全反射界面可增加光線反射的機率，進而將多數(shù)光線反射至光電轉換結構100中，因此第二透明導電層230亦能夠增加光線捕捉量，因此有助于增加太陽能電池的短路電流密度(Jsc)。
[0032]請參照圖2。在一或多個實施方式中，第一透明導電層210的厚度Tl可為約10納米至100納米。詳細而言，光電轉換結構100的部份的載子可直接由第一透明導電層210傳導至電極結構220。而若第一透明導電層210厚度Tl越薄，則光電轉換結構100與電極結構220之間的電阻值便越低，也就能提高太陽能電池的填充因子。不過第一透明導電層210的厚度Tl可選擇大于或等于10納米，以防止電極結構220的原子擴散至光電轉換結構100中，避免降低大陽能電池的質量。
[0033]另一方面，第一透明導電層210的厚度Tl與第二透明導電層230的厚度T2的總合可選擇為約100納米。舉例而言，若第一透明導電層210與第二透明導電層230的折射率皆為1.8至2.2之間，則厚度Tl與T2的總合為約100納米時，第一透明導電層210與第二透明導電層230對于可見光波段可具有較好的抗反射效果。然而在其它的實施方式中，厚度Tl與T2的總合可依第一透明導電層210與第二透明導電層230的折射率而定，本發(fā)明不以此為限。
[0034]在一或多個實施方式中，第一透明導電層210與第二透明導電層230的材質可為透明導電氧化物(Transparent Conductive Oxide, TCO),例如銦錫氧化物(Tin DopedIndium Oxide, ITO)、氧化錫(Tin Oxide, Sn02)、氧化鋒(Zinc Oxide, ZnO)、氧化招鋒(Aluminum Doped Zinc Oxide, ΑΖ0)、氧化嫁鋒(Gallium Doped Zinc Oxide, ΑΖ0)、氧化銦鋅(Indium Doped Zinc Oxide, IZ0)或上述的任意組合,然而本發(fā)明不以此為限。
[0035]在本實施方式中，第一導電結構200可更包含緩沖層240，置于電極結構220與第二透明導電層230之間。緩沖層240可使得第二透明導電層230與電極結構220之間具有較佳的附著性，使得第二透明導電層230較容易形成于電極結構220上。在一或多個實施方式中，緩沖層240的材質可為鋅(Zn)、鈦(Ti)、錫(Sn)、銦(In)或上述的任意組合，端視第二透明導電層230與電極結構220的材質而定。
[0036]接著請一并參照圖2與圖3，其中圖3為圖1的太陽能電池的上視圖。在本實施方式中，電極結構220可包含多個匯流(Bus)電極222與多個指狀(Finger)電極224。指狀電極224分別與匯流電極222交錯排列，且與匯流電極222電性連接。具體而言，光電轉換結構100的載子能夠藉由第一透明導電層210與第二透明導電層230而到達匯流電極222與指狀電極224。到達指狀電極224的載子可接著流至匯流電極222，的后再沿著匯流電極222而傳導至外部電路。
[0037]接著請參照圖2。在本實施方式中，可以電鍍方式在第一透明導電層210上形成電極結構220，以形成尺寸較小的電極結構220。以圖2為例，電極結構220面向第一透明導電層210的一側的寬度W為約40納米。詳細而言，制造者可先于第一透明導電層210上形成一層圖案化光刻膠層(其為圖3的電極結構220的互補圖案)，再以電鍍方式形成電極結構220后移除圖案化光刻膠層。不過因圖案化光刻膠層的邊緣可能會形成斜面，因此，造成后續(xù)形成的電極結構220的寬度會隨其高度而改變。也就是說，在本實施方式中，指狀電極224(如圖3所繪示)的寬度會隨著遠離第一透明導電層210而越大，例如剖面形成蘑菇狀。因此，若第二透明導電層230未覆蓋電極結構220，則電極結構220于第一透明導電層210的正投影將大于電極結構220與第一透明導電層210之間的接觸面積，因此反而會降低光電轉換結構100的收光面積。不過因本實施方式的第二透明導電層230覆蓋電極結構220，因此，光線可在第二透明導電層230中發(fā)生全反射，進而被導引至光電轉換結構100，以增加太陽能電池的光線捕捉量，進而提升太陽能電池的短路電流密度。
[0038]在本實施方式中，電極結構220的材質可為銅，即此電極結構220以銅電鍍的方式形成于第一透明導電層210上。另外為了增加銅電鍍的效率，在電鍍工藝之前，可選擇先形成一種子層250于第一透明導電層210上，其中種子層250的材質可為導電金屬，例如為銅，然而在其它的實施方式中，種子層250的材質亦可為導電高分子聚合物，例如為聚3，4_ 二氧乙基噻吩(poly (3，4-ethylenedioxythiophene):聚苯乙烯橫酸(poly (styrenesulfonic acid))，PEDOT:PSS。因此以結構上來看，在完成電鍍工藝后，種子層250即位于電極結構220與第一透明導電層210之間。
[0039]接著請參照圖4，其為沿圖1的線段A-A的另一實施方式的剖面圖。本實施方式與圖2的實施方式的不同處在于電極結構220的形狀，以及缺少種子層250 (如圖2所繪示)。在本實施方式中，指狀電極224(如圖3所繪示)的寬度隨著遠離第一透明導電層210而越小，例如其剖面形成正梯形。而因第二透明導電層230亦覆蓋電極結構220與第一透明導電層210，因此本實施方式的太陽能電池亦能夠減少電阻值與增加光線捕捉量。
[0040]在本實施方式中，電極結構220可例如為含有銀或其它金屬的導電膠，而此電極結構220可以利用導電膠網(wǎng)版印刷(Conductive Paste Screen Printing)方法形成于第一透明導電層210上，而其形成的電極結構220的剖面即如圖4所示。至于本實施方式的其它細節(jié)因與圖2的實施方式相同，因此便不再贅述。
[0041]當然，本發(fā)明還可有其它多種實施例，在不背離本發(fā)明精神及其實質的情況下，熟悉本領域的技術人員可根據(jù)本發(fā)明作出各種相應的改變和變形，但這些相應的改變和變形都應屬于本發(fā)明權利要求的保護范圍。
【權利要求】
1.一種太陽能電池，其特征在于，包含: 一光電轉換結構，具有一入光面與相對該入光面的背面； 一第一導電結構，設置于該光電轉換結構的該入光面，且與該光電轉換結構電性連接，該第一導電結構包含: 一第一透明導電層，設置于該光電轉換結構的該入光面； 一電極結構，至少部份的該第一透明導電層置于該電極結構與該光電轉換結構的該入光面之間；以及 一第二透明導電層，覆蓋該電極結構與該第一透明導電層；以及一第二導電結構，設置于該光電轉換結構的該背面。
2.根據(jù)權利要求1所述的太陽能電池，其特征在于，該第一導電結構更包含: 一緩沖層，置于該電極結構與該第二透明導電層之間。
3.根據(jù)權利要求2所述的太陽能電池，其特征在于，該緩沖層的材質為鋅、鈦、錫、銦或上述的任意組合。
4.根據(jù)權利要求1所述的太陽能電池，其特征在于，該第一導電結構更包含； 一種子層，置于該電極結構與該第一透明導電層之間。
5.根據(jù)權利要求4所述的太陽能電池，其特征在于，該種子層的材質為銅。
6.根據(jù)權利要求1所述的太陽能電池，其特征在于，該第一透明導電層的厚度為約10納米至100納米。
7.根據(jù)權利要求1所述的太陽能電池，其特征在于，該電極結構包含: 多個匯流電極；以及 多個指狀電極，分別與該些匯流電極交錯排列，且與該些匯流電極電性連接。
8.根據(jù)權利要求7所述的太陽能電池，其特征在于，該些指狀電極的寬度隨著遠離該第一透明導電層而越大。
9.根據(jù)權利要求7所述的太陽能電池，其特征在于，該些指狀電極的寬度隨著遠離該第一透明導電層而越小。
10.根據(jù)權利要求1所述的太陽能電池，其特征在于，該電極結構的材質為銅或銀。
【文檔編號】H01L31/04GK103730520SQ201310714732
【公開日】2014年4月16日 申請日期:2013年12月23日 優(yōu)先權日:2013年12月23日
【發(fā)明者】簡怡峻, 張 杰 申請人:友達光電股份有限公司