硅基異質(zhì)接面太陽(yáng)能電池的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型揭示一種硅基異質(zhì)接面太陽(yáng)能電池，其包含：一硅基PN接面結(jié)構(gòu)、一第一透明導(dǎo)電膜、一第二透明導(dǎo)電膜、一第一電極，以及一第二電極。借由使用有機(jī)無(wú)機(jī)混合式透明導(dǎo)電膜，該硅基異質(zhì)接面太陽(yáng)能電池具有改善其電流特性及提升光電轉(zhuǎn)換效率的特性，并可以簡(jiǎn)化工藝達(dá)到快速量產(chǎn)。
【專利說(shuō)明】
硅基異質(zhì)接面太陽(yáng)能電池
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型有關(guān)于一種硅基異質(zhì)接面太陽(yáng)能電池，特別有關(guān)于一種具有有機(jī)無(wú)機(jī)混合式透明導(dǎo)電膜的硅基異質(zhì)接面太陽(yáng)能電池。
【背景技術(shù)】
[0002]目前由于國(guó)際能源短缺，而世界各國(guó)一直持續(xù)研發(fā)各種可行的替代能源，而其中又以太陽(yáng)能發(fā)電的太陽(yáng)電池最受到矚目。目前，以硅晶做成的太陽(yáng)能電池的轉(zhuǎn)換效率，因其僅能吸收1.1電子伏特(eV)以上的太陽(yáng)光能的限制、反射光造成的損失、材料對(duì)太陽(yáng)光的吸收能力不足、載子在尚未被導(dǎo)出的前就被材料中的缺陷捕捉而失效，或是載子受到材料表面的懸浮鍵結(jié)捕捉產(chǎn)生復(fù)合等諸多因素，皆使其效率下降。因此，現(xiàn)在市售硅晶太陽(yáng)能電池的轉(zhuǎn)換效率僅約15%，即表示硅晶太陽(yáng)能電池的高效率化其實(shí)還有相當(dāng)大的空間。其中，太陽(yáng)能電池高效率化的基本原理就是結(jié)合不同能隙的發(fā)電層材質(zhì)，把它們做成疊層結(jié)構(gòu)。
[0003]參照美國(guó)公告專利第5，213，628號(hào)，標(biāo)題為:光伏元件(Photovoltaic device)，其主要揭示一種結(jié)合不同能隙的太陽(yáng)能電池，借借由加入非晶硅本質(zhì)半導(dǎo)體，增加太陽(yáng)能電池的載子壽命，減少電子電洞復(fù)合機(jī)率，提高光電流轉(zhuǎn)換效率。
[0004]參照美國(guó)公告專利第6，87 8，9 2 I號(hào)，標(biāo)題為:光伏元件與其制作方法(Photovoltaic device and manufacturing method thereof )，其主要揭不一種石圭基異質(zhì)接面太陽(yáng)能電池，使用銦錫氧化物(In203:Sn02，IT0)透明導(dǎo)電膜作為電流分散層，以提升其電流特性及提升光電轉(zhuǎn)換效率的特性。
[0005]參照美國(guó)公告專利第7，164，150號(hào)，標(biāo)題為:光伏元件及其制作方法(Photovoltaic device and manufacturing method thereof)，其主要揭不一種太陽(yáng)能電池的結(jié)構(gòu)與制作方式。該電池配置一透明導(dǎo)電膜于背電極及光電轉(zhuǎn)換層之間，以使入射光反射回光電轉(zhuǎn)換層中進(jìn)行再作用，借以改善電流特性并增加電池整體的光電轉(zhuǎn)換效率。
[0006]參照美國(guó)公告專利第7，601，558號(hào)，標(biāo)題為:具有漸進(jìn)氧含量的氧化鋅透明電極(Transparent zinc oxide electrode having a graded oxygen content)，其主要揭不一種太陽(yáng)能電池的制作方式。其利用濺鍍法沉積氧化鋅透明導(dǎo)電膜，借由提高透明導(dǎo)電膜的厚度來(lái)提高面的紋理化，借以提升入射光的折射率，進(jìn)而增加電池整體的光電轉(zhuǎn)換效率。
[0007]參照美國(guó)公告專利第8，513，044號(hào)，標(biāo)題為:薄膜光伏轉(zhuǎn)換元的制作方法(Methodfor the manufacturing of thin film photovoltaic converter device)，其主要揭不一種太陽(yáng)能電池的結(jié)構(gòu)與制作方式。其利用濺鍍法沉積氧化鋅透明導(dǎo)電膜，再利用氫氟酸稀釋溶液或離子蝕刻法使透明導(dǎo)電膜形成紋理結(jié)構(gòu)，借此增加入射光的行徑長(zhǎng)度，增加光吸收量，進(jìn)而改善元件電池整體的光電轉(zhuǎn)換效率。
[0008]參照美國(guó)公告專利第US-7838403號(hào)，標(biāo)題為:用于光伏元件光吸收薄膜的電噴霧量產(chǎn)(Spray pyrolysis for large-scale product1n of chalcopyrite absorberlayer in photovoltaic devices )，其主要揭示一種利用靜電力來(lái)推動(dòng)前驅(qū)物溶液，借此推動(dòng)系統(tǒng)提高材料利用率并降低制造成本，進(jìn)而改善薄膜均勻性。
[0009]對(duì)于太陽(yáng)電池所應(yīng)用的透明導(dǎo)電膜而言，錫銦氧化物(ITO)—直是主流材料，然而銦礦稀少并且昂貴，并且，在氫電漿中抵抗力弱，因此未來(lái)勢(shì)必要研發(fā)取代材料。然而，上述專利揭示的濺鍍法所沉積的透明導(dǎo)電膜過(guò)于平坦，無(wú)法達(dá)到所需的粗糙度，形成紋理結(jié)構(gòu)，因此必須額外再進(jìn)行薄膜的蝕刻工藝，導(dǎo)致增加太陽(yáng)能電池的制造成本。
[0010]氧化鋅為一具有潛力的材料，其具有資源豐富且成本低廉的優(yōu)點(diǎn)，未經(jīng)摻雜的氧化鋅即具備一定水平的導(dǎo)電性與光穿透率，并且對(duì)氫電漿的耐抗性強(qiáng)，而摻雜的氧化鋅更具有不亞于錫銦氧化物(ITO)的導(dǎo)電性與光穿透率。
[0011]因此，有必要提出一種硅基異質(zhì)接面太陽(yáng)能電池能改善上述問(wèn)題。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0012]有鑒于此，本實(shí)用新型的主要目的在于提出一種硅基異質(zhì)接面太陽(yáng)能電池，借由使用有機(jī)無(wú)機(jī)混合式材料形成具有粗糙紋理結(jié)構(gòu)的透明導(dǎo)電膜，借此改善硅基異質(zhì)接面電池整體的光電轉(zhuǎn)換效率。
[0013]為達(dá)到本實(shí)用新型的主要目的，本實(shí)用新型提供一種硅基異質(zhì)接面太陽(yáng)能電池，其包含:
[0014]一硅基PN接面結(jié)構(gòu)，具有兩個(gè)相對(duì)表面，其中該硅基PN接面結(jié)構(gòu)是由一 P型半導(dǎo)體層與一 N型半導(dǎo)體層所組成，且該P(yáng)型半導(dǎo)體層的能隙不同于該N型半導(dǎo)體層的能隙；
[0015]—第一透明導(dǎo)電膜，設(shè)置位于該P(yáng)N接面結(jié)構(gòu)的兩個(gè)相對(duì)表面的其中的一表面，其使用有機(jī)導(dǎo)電高分子材料混合無(wú)機(jī)納米結(jié)構(gòu)金屬材料所形成；
[0016]—第二透明導(dǎo)電膜，設(shè)置位于該P(yáng)N接面結(jié)構(gòu)且相對(duì)于該第一透明導(dǎo)電膜的另一表面，其使用有機(jī)導(dǎo)電高分子材料混合無(wú)機(jī)納米金屬材料所形成；
[0017]一第一電極，設(shè)置于該第一透明導(dǎo)電膜之上，用于取出該硅基PN接面結(jié)構(gòu)的電流；以及
[0018]—第二電極，設(shè)置于該第二透明導(dǎo)電膜之上，用于取出該硅基PN接面結(jié)構(gòu)的電流；
[0019]其中，在該第一透明導(dǎo)電膜與該第二透明導(dǎo)電膜中，有機(jī)導(dǎo)電高分子材料與無(wú)機(jī)納米金屬材料的體積比例總和為100%，且無(wú)機(jī)納米金屬材料的體積比例系介于10%至30%之間。
[0020]本實(shí)用新型借由有機(jī)無(wú)機(jī)混合式材料形成具有粗糙紋理結(jié)構(gòu)的透明導(dǎo)電膜，其具有在工藝溫度低于250°C達(dá)到高質(zhì)量的透明導(dǎo)電膜，且表面具有良好的粗糙紋理結(jié)構(gòu)，不需要再經(jīng)過(guò)蝕刻程序即可為太陽(yáng)能電池所使用，可以簡(jiǎn)化工藝達(dá)到快速量產(chǎn)。
[0021]因此，本實(shí)用新型的功效，包含:
[0022]1.提高透明導(dǎo)電膜的成膜速度，表面具有良好的粗糙紋理結(jié)構(gòu)；
[0023]2.增加光的吸收，并同時(shí)最到抗反射層的功能，提升輸出電流密度，進(jìn)而提高光電轉(zhuǎn)換效率；
[0024]3.提供商業(yè)化量產(chǎn)速度，降低量產(chǎn)制作成本。
[0025]為讓本實(shí)用新型的上述和其他目的、特征、和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，下文特舉數(shù)個(gè)較佳實(shí)施例，并配合所附圖式，作詳細(xì)說(shuō)明如下。
【附圖說(shuō)明】
[0026]圖1顯示為本實(shí)用新型異質(zhì)接面太陽(yáng)能電池的第一實(shí)施例剖面示意圖；
[0027]圖2顯示為本實(shí)用新型異質(zhì)接面太陽(yáng)能電池的第二實(shí)施例剖面示意圖；
[0028]圖3顯示為本實(shí)用新型異質(zhì)接面太陽(yáng)能電池的第三實(shí)施例剖面示意圖；以及
[0029]圖4顯示為本實(shí)用新型異質(zhì)接面太陽(yáng)能電池的第四實(shí)施例剖面示意圖。
[0030]附圖標(biāo)記說(shuō)明
[0031]100娃基異質(zhì)接面太陽(yáng)能電池
[0032]HO 基板
[0033]111第一糙化表面
[0034]112第二糙化表面
[0035]120第一本質(zhì)非晶硅層
[0036]130 P型半導(dǎo)體層
[0037]140第二本質(zhì)非晶硅層
[0038]150 N型半導(dǎo)體層
[0039]160 第一電極
[0040]170 第二電極
[0041 ]180第一透明導(dǎo)電膜
[0042]181無(wú)摻雜的透明導(dǎo)電膜
[0043]182有摻雜的透明導(dǎo)電膜
[0044]190第二透明導(dǎo)電膜。
【具體實(shí)施方式】
[0045]雖然本實(shí)用新型可表現(xiàn)為不同形式的實(shí)施例，但附圖所示及于下文中說(shuō)明為本實(shí)用新型可的較佳實(shí)施例，并請(qǐng)了解本文所揭示者考慮為本實(shí)用新型的一范例，且并非意圖用以將本實(shí)用新型限制于附圖及/或所描述的特定實(shí)施例中。
[0046]現(xiàn)請(qǐng)參照?qǐng)D1，其顯示為根據(jù)本實(shí)用新型的第一實(shí)施例中，所揭示的一種硅基異質(zhì)接面太陽(yáng)能電池100結(jié)構(gòu)，其包含:一基板110;—半導(dǎo)體層130;—第一透明導(dǎo)電膜180;一第一電極160;—第二透明導(dǎo)電膜190;以及一第二電極170。
[0047]該基板110選自P型半導(dǎo)性基板、N型半導(dǎo)性基板、P型硅基板以及N型硅基板之一。較佳地，該基板110選自N型半導(dǎo)性硅基單晶基板，但并不限于此，該基板110亦可以選自半導(dǎo)性II1-V單晶基板。
[0048]該半導(dǎo)體層130的導(dǎo)電性相對(duì)于該基板110的導(dǎo)電性。舉例來(lái)說(shuō)，若該基板110選自N型半導(dǎo)性基板，則該半導(dǎo)體層130的導(dǎo)電性則為P型半導(dǎo)體層。
[0049]在一實(shí)施例中，該半導(dǎo)體層130的導(dǎo)電性則為P型半導(dǎo)體層，配置于具有N型半導(dǎo)性的該基板110上。于本實(shí)用新型實(shí)施例中，該半導(dǎo)體層130摻雜濃度在118至102()原子/立方厘米之間。該半導(dǎo)體層130其氧含量介于5 X 118至I X 117原子/立方厘米之間。其中，在原本質(zhì)材料中加入雜質(zhì)(Impuri ties)用以產(chǎn)生多余的電洞，以電穴構(gòu)成多數(shù)載子的半導(dǎo)體，則稱之為P型半導(dǎo)體層。例:就硅或鍺半導(dǎo)體而言，在其本質(zhì)半導(dǎo)體中，摻入3價(jià)原子的雜質(zhì)時(shí)，即形成多余的電穴，且該電穴為電流的運(yùn)作方式。
[0050]其中，該半導(dǎo)體層130的制作工藝可選用電漿增強(qiáng)型化學(xué)式氣相沉積工藝(Plasma-enhanced chemical vapor deposit1n, PECVD)、熱絲化學(xué)氣相沉積法(Hot-wire chemical vapor deposit1n, Hff-CVD)或特高頻電楽增強(qiáng)型化學(xué)式氣相沉積(Veryhigh frequency-plasma enhance chemical vapor deposit1n, VHF-PECVD)工藝作為主要制作方式，并通入娃化合物(Si I i cide )氣體如娃燒(s i lane，SH4)并混和氫氣(Hydrogen, H)、氬氣(Argon,Ar)等氣體作為工藝氣體。
[0051]該半導(dǎo)體層130的摻雜方式于本實(shí)用新型中采用可選用氣體摻雜、熱擴(kuò)散法(Thermal d i ffus 1n )、離子布值(1n imp Iant ing)、固相結(jié)晶化(So I i d phasecrystalline, SPC)或準(zhǔn)分子雷射退火(Excimer laser anneal, ELA)等工藝作為主要的工藝方式。此外，該半導(dǎo)體層130選自非晶硅、非晶硅鍺、非晶碳化硅以及納米晶硅之一。
[0052]在一實(shí)施例中，該半導(dǎo)體層130的導(dǎo)電性則為P型非晶硅半導(dǎo)體層，配置于具有N型半導(dǎo)性單晶硅的該基板110上，以形成一 PN接面結(jié)構(gòu)，亦即該P(yáng)型半導(dǎo)體層的能隙不同于該N型半導(dǎo)體層的能隙。
[0053]該第一透明導(dǎo)電膜180，設(shè)置位于該P(yáng)N接面結(jié)構(gòu)的一表面，且該第二透明導(dǎo)電膜190，設(shè)置位于該P(yáng)N接面結(jié)構(gòu)且相對(duì)于該第一電極的另一表面。參見圖1的實(shí)施例，該第一透明導(dǎo)電膜180，設(shè)置位于該半導(dǎo)體層130的表面，且該第二透明導(dǎo)電膜190，設(shè)置位于該具有N型半導(dǎo)性單晶硅的該基板110的表面。
[0054]第一透明導(dǎo)電膜180與第二透明導(dǎo)電膜190的制作材料使用有機(jī)導(dǎo)電高分子材料混合無(wú)機(jī)納米結(jié)構(gòu)金屬材料所形成。
[0055]該第一透明導(dǎo)電膜與該第二透明導(dǎo)電膜的有機(jī)導(dǎo)電高分子材料選自聚乙炔類導(dǎo)電高分子材料、聚噻吩類導(dǎo)電高分子材料、聚吡咯類導(dǎo)電高分子材料、聚苯胺類導(dǎo)電高分子材料以及Poly(聚乙稀)(arylene vinyIene，芳基乙炔)類導(dǎo)電高分子材料或其組成之一。較佳地，有機(jī)導(dǎo)電高分子材料為聚(3，4-乙烯二氧噻吩)/聚(苯乙烯磺酸)(Po I y (3，4-ethylened1xyth1phene)/poly(styrenesulfonate)，簡(jiǎn)稱PED0T/PSS)。
[0056]該第一透明導(dǎo)電膜180與該第二透明導(dǎo)電膜190的無(wú)機(jī)納米結(jié)構(gòu)金屬材料選自納米金線、納米銀線、納米銅線、納米金粒子、納米銀粒子、納米銅粒子或其組成之一。較佳地，該無(wú)機(jī)納米結(jié)構(gòu)金屬材料為納米銀線，且該納米銀線的長(zhǎng)度介于50納米(nm)至200納米(nm)之間，且該納米銀線的線徑系介于10納米(nm)至50納米(nm)之間。在另一實(shí)施例中，該無(wú)機(jī)納米結(jié)構(gòu)金屬材料為納米銀粒子，且該納米銀粒子的粒徑大小介于10納米(nm)至50納米(nm)之間。
[0057]其中，在該第一透明導(dǎo)電膜180與該第二透明導(dǎo)電膜190中，有機(jī)導(dǎo)電高分子材料與無(wú)機(jī)納米金屬材料的體積比例總和為100%，且無(wú)機(jī)納米金屬材料的體積比例介于10%至30%之間。較佳地，該無(wú)機(jī)納米結(jié)構(gòu)金屬材料的體積比例介于20%至25%之間，可以得到整體較佳的片電阻以及表面粗糙程度。由于該無(wú)機(jī)納米結(jié)構(gòu)金屬材料隨機(jī)散布在有機(jī)導(dǎo)電高分子材料之中，因此可以使得該第一透明導(dǎo)電膜180與該第二透明導(dǎo)電膜190具有不平整的薄膜表面，即形成具有粗糙紋理結(jié)構(gòu)。因此，本實(shí)用新型所揭示的太陽(yáng)能電池的芯片不需要再經(jīng)過(guò)蝕刻程序，可以簡(jiǎn)化工藝達(dá)到快速量產(chǎn)。
[0058]該第一透明導(dǎo)電膜180與該第二透明導(dǎo)電膜190的工藝方式可選自于蒸鍍法、濺鍍法、電鍍法、濕式化學(xué)法、噴霧法、印刷法、浸鍍法的任何一種工藝。較佳地，制作方式選自于印刷法，印刷法更包含噴印法、網(wǎng)印法、滾印法。于制作時(shí)，有機(jī)導(dǎo)電高分子材料與無(wú)機(jī)納米金屬材料先混合，在利用印刷法方式涂布于該P(yáng)N接面結(jié)構(gòu)的表面上。
[0059]該第一透明導(dǎo)電膜180與該第二透明導(dǎo)電膜190于制作時(shí)，有機(jī)導(dǎo)電高分子材料與無(wú)機(jī)納米金屬材料先混合，再利用印刷法方式涂布于該P(yáng)N接面結(jié)構(gòu)的表面上，且制作溫度介于150 °C至250 °C之間，較佳的工藝溫度介于160 °C至200 °C之間。較佳地，該第一透明導(dǎo)電膜180與該第二透明導(dǎo)電膜190的制作方式是使有機(jī)導(dǎo)電高分子材料與無(wú)機(jī)納米金屬材料先混合成具有流動(dòng)性的膠體，再利用噴印方式涂布該膠體于該P(yáng)N接面結(jié)構(gòu)的表面上，且利用加熱方式將涂布在該P(yáng)N接面結(jié)構(gòu)表面上的膠體轉(zhuǎn)換成該第一透明導(dǎo)電膜180與該第二透明導(dǎo)電膜190，且制作溫度介于150 °C至250 °C之間，較佳的制作溫度介于160 °C至200 °C之間。
[0060]該第一透明導(dǎo)電膜與該第二透明導(dǎo)電膜的表面粗糙度介于20納米至50納米之間。在本實(shí)用新型中，第一透明導(dǎo)電膜180與第二透明導(dǎo)電膜190具有粗糙化表面，可以增加入射光的利用率，用以改善光電流特性。
[0061 ]目前太陽(yáng)能電池的透明導(dǎo)電膜多半使用金屬氧化物，要沉積于娃基板存在一定的難度。主要有以下幾個(gè)原因:(I)硅與金屬氧化物具有不同的晶體結(jié)構(gòu)，且晶格常數(shù)相差較多。(2)二者的熱膨脹系數(shù)相差較大。在硅基板上成長(zhǎng)金屬氧化物時(shí)，大的晶格失配和熱失配會(huì)使得薄膜內(nèi)容易生成失配錯(cuò)位和缺陷。然而，本實(shí)用新型使用有機(jī)導(dǎo)電高分子材料與無(wú)機(jī)納米金屬材料來(lái)形成該第一透明導(dǎo)電膜與該第二透明導(dǎo)電膜，可以解決晶格常數(shù)不批配與熱膨脹系數(shù)相差太大的問(wèn)題。
[0062]該第一透明導(dǎo)電膜180的折射率介于1.90至1.94之間，厚度介于50納米(nm)至90納米(nm)之間，可以得到比較好的抗反射作用。該第二透明導(dǎo)電膜190的折射率介于1.90至1.94之間，厚度介于50納米(nm)至120納米(nm)之間，可以得到比較好的抗反射作用。
[0063]—般而言，光穿透率隨著該無(wú)機(jī)納米金屬材料的體積比例增加而降低，且片電阻率隨著該無(wú)機(jī)納米金屬材料的體積比例增加而降低。較佳地，該無(wú)機(jī)納米結(jié)構(gòu)金屬材料的體積比例介于20%至25%之間，該第一透明導(dǎo)電膜180與該第二透明導(dǎo)電膜190在光波長(zhǎng)400納米到1100納米之間的平均光穿透率介于80%至90%之間，且該第一透明導(dǎo)電膜180與該第二透明導(dǎo)電膜190的片電阻介于0.1 Ω /□至50 Ω /□之間。
[0064]第一電極160配置于第一透明導(dǎo)電膜180上，第二電極170配置于第二透明導(dǎo)電膜190上，用以取出電能與提升光電轉(zhuǎn)換的效率。其中，第一電極160以及第二電極170的材料可選用鎳、金、銀、鈦、銅、鈀、及鋁。在一較佳實(shí)施例中，第一電極160以及第二電極170的材料選用銀。于本實(shí)施例中，其厚度介于100納米至900納米之間。
[0065]該第一電極160與該第二電極170的電極線寬介于100微米至2000微米之間。圖中，雖然僅顯示兩條第一電極160，與兩條該第二電極170，但實(shí)施時(shí)，并不限于兩條，較佳地，該第一電極160與該第二電極170具有至少兩條以上的電極線，電極線的數(shù)量介于2條至20條之間。該第一電極160與該第二電極170的電極線寬越小時(shí)，電極線的數(shù)量越多；反之，當(dāng)該第一電極160與該第二電極170的電極線寬越大時(shí)，電極線的數(shù)量越少。借此，未被該第一電極160與該第二電極170遮蔽的光可穿透的開放面積至少具有95%以上。
[0066]該第一電極160與該第二電極170的材料為可選用純金屬與金屬化合物。金屬可包含金、銀、銅、鎳、鋁及其合金，制作方式可選自于蒸鍍法、濺鍍法、電鍍法、電弧電漿沉積法、濕式化學(xué)法、噴霧裂解以及印刷法中的任何一種工藝。第一電極160以及第二電極170的厚度介于100納米至900納米之間，電阻值介于0.1 Ω至5 Ω之間。較佳地，第一電極160以及第二電極170的材料為銀。
[0067]現(xiàn)請(qǐng)參照?qǐng)D2，其顯示為根據(jù)本實(shí)用新型的第二實(shí)施例中，所揭示的一種硅基異質(zhì)接面太陽(yáng)能電池100結(jié)構(gòu)，其包含:一基板110;—半導(dǎo)體層130;—第一透明導(dǎo)電膜180; —第一電極160;—第二透明導(dǎo)電膜190;以及一第二電極170。
[0068]該第二實(shí)施例大致相似于第一實(shí)施例，相似之處不再贅述。該第二實(shí)施例與第一實(shí)施例的主要差異在于:本實(shí)用新型的基板110更具有一第一糙化表面111以及一第二糙化表面112。在一較佳實(shí)施例中，第一糙化表面111以及第二糙化表面112的表面粗糙度介于10納米至80納米，因此所形成的該P(yáng)N接面結(jié)構(gòu)亦具有兩個(gè)相對(duì)的糙化表面。需注意的是，SP使是使用具有該第一糙化表面111以及該第二糙化表面112的基板110所形成的該P(yáng)N接面結(jié)構(gòu)，該第一透明導(dǎo)電膜180與該第二透明導(dǎo)電膜190由于使用有機(jī)導(dǎo)電高分子材料混合無(wú)機(jī)納米結(jié)構(gòu)金屬材料所形成，具有流動(dòng)性，因此能夠輕易地涂布在該P(yáng)N接面結(jié)構(gòu)的表面。
[0069]現(xiàn)請(qǐng)參照?qǐng)D3，其顯示為根據(jù)本實(shí)用新型的第三實(shí)施例中，所揭示的一種異質(zhì)接面太陽(yáng)能電池100，其包含:一基板110;—第一本質(zhì)非晶娃層120; —第一半導(dǎo)體層130;—第一透明導(dǎo)電膜180;—第二本質(zhì)非晶娃層140; —第二半導(dǎo)體層150;以及一第二透明導(dǎo)電膜190;以及一第二電極170。
[0070]該第三實(shí)施例大致相似于第一實(shí)施例，其主要差異在于，該異質(zhì)接面太陽(yáng)能電池100更包含:一第一本質(zhì)非晶娃層120;—第二本質(zhì)非晶娃層140以及一第二半導(dǎo)體層150。亦即是，在該基板110與該第一半導(dǎo)體層130之間，更包含一第一本質(zhì)非晶硅層120。該基板110與該第二透明導(dǎo)電膜190之間，更依序包含一第二本質(zhì)非晶硅層140; —第二半導(dǎo)體層150。亦即是，該基板110與該第二半導(dǎo)體層150之間，包含該第二本質(zhì)非晶硅層140。
[0071]該第三實(shí)施例的該基板110、該第一透明導(dǎo)電膜180與該第二透明導(dǎo)電膜190相同于該第一實(shí)施例的該基板110、該第一透明導(dǎo)電膜180與該第二透明導(dǎo)電膜190，且該第三實(shí)施例的該第一半導(dǎo)體層130相同于該第一實(shí)施例的該半導(dǎo)體層130。即特征相同于上揭第一實(shí)施例所述，因此在此不再贅述。
[0072]第一本質(zhì)非晶硅層120配置于該基板110的第一糙化表面111上，設(shè)置于該基板110與該第一半導(dǎo)體層130之間，其氫含量介于3%至10%之間。第二本質(zhì)非晶硅層140配置于該基板110的第二糙化表面112上，是相對(duì)于在該基板110上相對(duì)該第一本質(zhì)非晶硅層120的另一面，特別是設(shè)置于該基板110與該第二半導(dǎo)體層150之間，其氫含量介于3%至10%之間。
[0073]其中，第一本質(zhì)非晶硅層120與第二本質(zhì)非晶硅層140的制作材料可選用非晶硅、非晶硅鍺、納米晶硅、微晶硅、微晶硅鍺、多晶硅與多晶硅鍺之一。此外，第一本質(zhì)非晶硅層120與第二本質(zhì)非晶硅層140可用以形成量子局限效應(yīng)，借以改良電特性，以增加可吸收的入射光能譜范圍。
[0074]第一本質(zhì)非晶硅層120與第二本質(zhì)非晶硅層140可選用電漿增強(qiáng)型化學(xué)式氣相沉積工藝、熱絲化學(xué)氣相沉積法或特高頻電漿增強(qiáng)型化學(xué)式氣相沉積工藝作為主要制作方式，并通入娃化合物(SiIicide)氣體如娃燒(silane , SH4)并混和氫氣(Hydrogen，H)、氬氣(Argon, Ar)等氣體作為工藝氣體。于本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例中，第一本質(zhì)非晶娃層120與第二本質(zhì)非晶硅層140的厚度介于5納米至20納米之間，且氫含量皆介于3%至7%之間。需注意，氫含量的不同將影響光電轉(zhuǎn)換特性。此外，第一本質(zhì)非晶硅層120與第二本質(zhì)非晶娃層140亦可用以填補(bǔ)P型半導(dǎo)體層130與基板110接面處或N型半導(dǎo)體層150與基板110接面處發(fā)生的缺陷，以增加轉(zhuǎn)換效率。
[0075]在該第三實(shí)施例中，該第一半導(dǎo)體層130的導(dǎo)電性則為P型非晶硅半導(dǎo)體層，配置于具有N型半導(dǎo)性單晶硅的該基板110上，以形成一PN接面結(jié)構(gòu)。即，該P(yáng)型半導(dǎo)體層的能隙不同于該N型半導(dǎo)體層的能隙。
[0076]因此，該第二半導(dǎo)體層150為N型半導(dǎo)體層，配置于該第二本質(zhì)非晶硅層140上。該第二半導(dǎo)體層150的摻雜濃度在118至102°原子/立方厘米之間，且其氧含量介于5 X 118至I X 117原子/立方厘米之間。其中，該第二半導(dǎo)體層150是指在本質(zhì)材料中加入的雜質(zhì)可產(chǎn)生多余的電子，以電子構(gòu)成多數(shù)載子的半導(dǎo)體。例如，就硅和鍺半導(dǎo)體而言，若在其本質(zhì)半導(dǎo)體中摻入5價(jià)原子的雜質(zhì)時(shí)，即形成多余的電子。其中，電子流是以電子為主來(lái)運(yùn)作。
[0077]該第二半導(dǎo)體層150的摻雜方式可選用于氣體摻雜熱、準(zhǔn)分子激光退火、固相結(jié)晶化、擴(kuò)散法或離子布植法作為主要制作方式。在一實(shí)施例中，該第二半導(dǎo)體層150選自非晶硅、非晶硅鍺、非晶碳化硅以及納米晶硅之一。
[0078]請(qǐng)參照?qǐng)D4，其顯示為根據(jù)本實(shí)用新型的第四實(shí)施例中。該第四實(shí)施例大致相似于第三實(shí)施例，相似之處不再贅述。該第四實(shí)施例與第三實(shí)施例的主要差異在于:本實(shí)用新型的基板UO更具有一第一糙化表面111以及一第二糙化表面112。在一較佳實(shí)施例中，第一糙化表面111以及第二糙化表面112的表面粗糙度介于10納米至80納米。
[0079]本實(shí)用新型的基板110所具有的粗糙化表面用以增加入射光的散射率，借由增加入射光的散射率，可增加光補(bǔ)限(light-traping)的效率，改良電特性。第一透明導(dǎo)電膜180與第二透明導(dǎo)電膜190亦具有粗糙化表面，其功能與基板110所具有的粗糙化表面功能相同。
[0080]需注意，當(dāng)基板為N型硅基板時(shí)，則照光面為P型半導(dǎo)體層，且N型半導(dǎo)體層與第二本質(zhì)非晶娃層則可形成背向表面電場(chǎng)(Back Surface Field，BSF)的效果。反之，當(dāng)基板為P型硅基板時(shí)，則照光面為N型半導(dǎo)體層，且P型半導(dǎo)體層與第一本質(zhì)非晶硅層則可形成背向表面電場(chǎng)的效果。
[0081]本實(shí)用新型的實(shí)施例中，采用有機(jī)導(dǎo)電高分子材料混合無(wú)機(jī)納米結(jié)構(gòu)金屬材料所形成該第一透明導(dǎo)電膜180與第二透明導(dǎo)電膜190，且配合不同的第一本質(zhì)非晶硅層120、P型半導(dǎo)體層130、第二本質(zhì)非晶娃層140以及N型半導(dǎo)體層150的工藝方式亦會(huì)影響娃基異質(zhì)接面太陽(yáng)能電池100的光電特性的質(zhì)量。該透明導(dǎo)電膜使用低溫工藝具有特別的功能，亦即是不會(huì)對(duì)先前工藝的薄膜產(chǎn)生加熱退火的效果。
[0082]本實(shí)用新型的一較佳實(shí)施例中至少有一工藝氣體經(jīng)過(guò)純化步驟，以減少該工藝氣體中氧氣含量。工藝氣體中氧氣含量過(guò)多將會(huì)在沉積的薄膜結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生過(guò)多氧空缺，造成太陽(yáng)能電池中的載子移動(dòng)率降低，進(jìn)而使發(fā)電效率降低。借由進(jìn)行純化氣體的步驟，該較佳實(shí)施例中成長(zhǎng)的薄膜的氧氣濃度低于5X 118原子/立方厘米。需注意的是，本實(shí)用新型所揭示的結(jié)構(gòu)與方法，不僅適用于單一單元電池，更可實(shí)施于模塊化的太陽(yáng)能電池工藝。
[0083]相較于傳統(tǒng)硅基異質(zhì)接面硅太陽(yáng)能電池，本實(shí)用新型提出的硅基異質(zhì)接面太陽(yáng)能電池100具有的優(yōu)點(diǎn)如下所示:
[0084]1.采用低成本的透明導(dǎo)電膜，可降低生產(chǎn)成本。
[0085]2.透明導(dǎo)電膜不需額外加入蝕刻工藝，可縮短工藝時(shí)間。
[0086]3.可有效增加紫外光的利用，以提升效能。
[0087]雖然本實(shí)用新型已以前述較佳實(shí)施例揭示，然其并非用以限定本實(shí)用新型，任何熟悉此技藝者，在不脫離本實(shí)用新型的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作各種的更動(dòng)與修改。如上述的解釋，都可以作各型式的修正與變化，而不會(huì)破壞此實(shí)用新型的精神。因此本實(shí)用新型的保護(hù)范圍當(dāng)視權(quán)利要求范圍所界定者為準(zhǔn)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種硅基異質(zhì)接面太陽(yáng)能電池，其特征在于，包含: 一硅基PN接面結(jié)構(gòu)，具有兩個(gè)相對(duì)表面，其中該硅基PN接面結(jié)構(gòu)是由一P型半導(dǎo)體層與一 N型半導(dǎo)體層所組成，且該P(yáng)型半導(dǎo)體層的能隙不同于該N型半導(dǎo)體層的能隙； 一第一透明導(dǎo)電膜，設(shè)置位于該P(yáng)N接面結(jié)構(gòu)的兩個(gè)相對(duì)表面的其中之一表面，其使用有機(jī)導(dǎo)電高分子材料混合無(wú)機(jī)納米結(jié)構(gòu)金屬材料所形成； 一第二透明導(dǎo)電膜，設(shè)置位于該P(yáng)N接面結(jié)構(gòu)且相對(duì)于該第一透明導(dǎo)電膜的另一表面，其使用有機(jī)導(dǎo)電高分子材料混合無(wú)機(jī)納米金屬材料所形成； 一第一電極，設(shè)置于該第一透明導(dǎo)電膜之上，用于取出該硅基PN接面結(jié)構(gòu)的電流；以及 一第二電極，設(shè)置于該第二透明導(dǎo)電膜之上，用于取出該硅基PN接面結(jié)構(gòu)的電流； 其中，在該第一透明導(dǎo)電膜與該第二透明導(dǎo)電膜中，有機(jī)導(dǎo)電高分子材料與無(wú)機(jī)納米金屬材料的體積比例總和為100%，且無(wú)機(jī)納米金屬材料的體積比例介于10%至30%之間。2.如權(quán)利要求1所述的硅基異質(zhì)接面太陽(yáng)能電池，其特征在于，該第一透明導(dǎo)電膜與該第二透明導(dǎo)電膜的制作方式選自噴印法、網(wǎng)印法與滾印法之一。3.如權(quán)利要求1所述的硅基異質(zhì)接面太陽(yáng)能電池，其特征在于，該第一透明導(dǎo)電膜與該第二透明導(dǎo)電膜的厚度介于50納米至120納米之間。4.如權(quán)利要求1所述的硅基異質(zhì)接面太陽(yáng)能電池，其特征在于，該第一透明導(dǎo)電膜的表面粗糙度介于20納米至50納米之間，且該第二透明導(dǎo)電膜的其表面粗糙度介于20納米至50納米之間。5.如權(quán)利要求1所述的硅基異質(zhì)接面太陽(yáng)能電池，其特征在于，該第一透明導(dǎo)電膜與該第二透明導(dǎo)電膜的折射率介于1.90至1.94之間。6.如權(quán)利要求1所述的硅基異質(zhì)接面太陽(yáng)能電池，其特征在于，該第一透明導(dǎo)電膜與該第二透明導(dǎo)電膜的片電阻介于0.1 Ω /□至50 Ω /□之間。7.如權(quán)利要求1所述的硅基異質(zhì)接面太陽(yáng)能電池，其特征在于，該第一透明導(dǎo)電膜與該第二透明導(dǎo)電膜的有機(jī)導(dǎo)電高分子材料選自聚乙炔類導(dǎo)電高分子材料、聚噻吩類導(dǎo)電高分子材料、聚吡咯類導(dǎo)電高分子材料、聚苯胺類導(dǎo)電高分子材料以及聚乙烯類導(dǎo)電高分子材料或其組成之一。8.如權(quán)利要求1所述的硅基異質(zhì)接面太陽(yáng)能電池，其特征在于，該第一透明導(dǎo)電膜與該第二透明導(dǎo)電膜的無(wú)機(jī)納米結(jié)構(gòu)金屬材料選自納米金線、納米銀線、納米銅線、納米金粒子、納米銀粒子、納米銅粒子或其組成之一。9.如權(quán)利要求1所述的娃基異質(zhì)接面太陽(yáng)能電池，其特征在于，該無(wú)機(jī)納米結(jié)構(gòu)金屬材料為納米銀線，且該納米銀線的長(zhǎng)度介于50納米至200納米之間，且該納米銀線的線徑介于10納米至50納米之間。10.如權(quán)利要求1所述的娃基異質(zhì)接面太陽(yáng)能電池，其特征在于，該無(wú)機(jī)納米結(jié)構(gòu)金屬材料為納米銀粒子，且該納米銀粒子的粒徑大小介于10納米至50納米之間。
【文檔編號(hào)】H01L31/054GK205609554SQ201620182609
【公開日】2016年9月28日
【申請(qǐng)日】2016年3月10日
【發(fā)明人】張金隆, 楊茹媛, 蘇盛隆, 陳坤賢
【申請(qǐng)人】鹽城金合盛光電科技有限公司