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    本發明係揭露一種薄膜太陽能電池及製造方法，包含基板、第一電極層、P型微晶矽層、P型微晶氧化矽層、I型微晶矽層、N型微晶矽層及第二電極層。其中，本發明係利用在P型微晶矽層與I型微晶矽層之間形成P型微晶氧化矽層以增加薄膜太陽能電池的開路電壓。
    公开号:TW201308651A
    申请号:TW100128444
    申请日:2011-08-09
    公开日:2013-02-16
    发明作者:Wei-Tse Hsu
    申请人:Nexpower Technology Corp；
    IPC主号:Y02E10-00
    专利说明:
    薄膜太陽能電池及製造方法
    本發明是有關於一種太陽能電池及製造方法，特別是一種薄膜太陽能電池及製造方法。
    近來由於環保意識的抬頭和其他能源的逐漸枯竭短缺，太陽能源又開始受到高度的重視。太陽光是取之不盡、用之不竭的天然能源，除了沒有能源耗盡的疑慮之外，也可以避免能源被壟斷的問題。由於太陽能電池具有使用方便、無污染、使用壽命長等優點，因此可以利用太陽能電池作為能源之取得。
    然而，在製作薄膜太陽能電池時，最需要考慮的就是薄膜太陽能電池的光電轉換效率，若是光電轉換效率過低，有可能會造成薄膜太陽能電池所轉換出來的電力，其成本及效率遠遠不及目前所習知的火力、水力、風力或核能等等的發電。
    有鑑於此，本發明之目的就是在提供一種薄膜太陽能電池及製造方法，以解決目前太陽能電池光電轉換效率過低的問題。
    緣是，為達上述目的，依本發明之薄膜太陽能電池，包含：基板、第一電極層、P型微晶矽層、P型微晶氧化矽層、I型微晶矽層、N型微晶矽層以及第二電極層。其中，本發明之薄膜太陽能電池係自基板開始，分別依序自第一電極層、P型微晶矽層、P型微晶氧化矽層、I型微晶矽層、N型微晶矽層以及第二電極層往上堆疊而形成。詳言之，一般習知的薄膜太陽能電池是在第一電極層及第二電極之間堆疊了P型微晶矽層、I型微晶矽層以及N型微晶矽層，反觀本發明之薄膜太陽能電池是在P型微晶矽層及I型微晶矽層之間還有P型微晶氧化矽層。其中，P型微晶矽氧化層係用來增加薄膜太陽能電池之開路電壓。另外，P型微晶氧化矽層之折射率係例如介於1.8~2.5之間，P型微晶氧化矽層之厚度係例如介於50 至500 埃之間。
    另外，本發明更提出另一種薄膜太陽能電池，包含：基板、第一電極層、P型非晶矽層、I型非晶矽層、第一N型微晶矽層、第一P型微晶矽層、第一P型微晶氧化矽層、第一I型微晶矽層、第二N型微晶矽層以及第二電極層。其中，本發明之薄膜太陽能電池係自基板開始，分別依序自第一電極層、P型非晶矽層、I型非晶矽層、第一N型微晶矽層、第一P型微晶矽層、第一P型微晶氧化矽層、第一I型微晶矽層、第二N型微晶矽層以及第二電極層堆疊而形成。這邊要特別提到的是，一般的薄膜太陽能電池並不會在第一P型微晶矽層及第一I型微晶矽層之間形成第一P型微晶氧化矽層，本發明之薄膜太陽能電池添加第一P型微晶氧化矽層於第一P型微晶矽層及第一I型微晶矽層之間後可以增加開路電壓。其中，第一P型微晶氧化矽層之折射率係例如介於1.8~2.5之間，第一P型微晶氧化矽層之厚度係例如介於50 至500 埃之間。
    另外，在本發明之另一薄膜太陽能電池之實施例中，在第二N型微晶矽層與該第二電極層之間可以包含第二P型微晶矽層、第二P型微晶氧化矽層、第二I型微晶矽層以及第三N型微晶矽層。進一步言之，另一薄膜太陽能電池係由基板開始，分別依序自第一電極層、P型非晶矽層、I型非晶矽層、第一N型微晶矽層、第一P型微晶矽層、第一P型微晶氧化矽層、第一I型微晶矽層、第二N型微晶矽層、第二P型微晶矽層、第二P型微晶氧化矽層、第二I型微晶矽層、第三N型微晶矽層以及第二電極層堆疊而成。其中不僅是第一P型微晶氧化矽層，第二P型微晶氧化矽層亦可以增加薄膜太陽能電池的開路電壓。
    又，本發明更提出一種薄膜太陽能電池製造方法，包含下列步驟，首先由提供基板開始，接著依序堆疊形成第一電極層、P型微晶矽層、P型微晶氧化矽層、I型微晶矽層、N型微晶矽層及第二電極層而成。本發明之薄膜太陽能電池製造方法於一般習知不同點在於，本發明之薄膜太陽能電池製造方法在形成P型微晶矽層與I型微晶矽層之間更形成P型微晶氧化矽層，而P型微晶氧化矽層之功效在於增加薄膜太陽能電池的開路電壓。其中，第一P型微晶氧化矽層之折射率係例如介於1.8~2.5之間，第一P型微晶氧化矽層之厚度係例如介於50 至500 埃之間。
    承上所述，依本發明之薄膜太陽能電池及製造方法，其可具下述優點：本發明之薄膜太陽能電池及製造方法中，在P型微晶矽層及I型微晶矽層之間，更包含有第一P型微晶氧化矽層，藉以增加薄膜太陽能電池之開路電壓。
    茲為使貴審查委員對本發明之技術特徵及所達到之功效有更進一步之瞭解與認識，謹佐以較佳之實施例及配合詳細之說明如後。
    以下將參照相關圖式，說明依本發明較佳實施例之薄膜太陽能電池及製造方法，為使便於理解，下述實施例中之相同元件係以相同之符號標示來說明。
    請參閱第1圖，第1圖係為本發明之薄膜太陽能電池之第一實施例之剖面示意圖。如第1圖所示，本發明之薄膜太陽能電池包含基板200、位於基板200上的第一電極層210、位於第一電極層210上的P型微晶矽層250、位於P型微晶矽層250上的P型微晶氧化矽層260、位於P型微晶氧化矽層260上的I型微晶矽層270、位於I型微晶矽層270上的N型微晶矽層280以及位於N型微晶矽層280上的第二電極層290。換言之，本發明之薄膜太陽能電池之第一實施例中，自基板200開始，依序堆疊第一電極層210、P型微晶矽層250、P型微晶氧化矽層260、I型微晶矽層270、N型微晶矽層280以及第二電極層290而形成本發明之薄膜太陽能電池。其中，基板200的材質係例如以玻璃或其他透明基板構成，第一電極層210係例如為透明導電薄膜，第二電極層290的材質可以是銀或具有類似功效的金屬導電電極。此外，P型微晶氧化矽層260之折射率係介於1.8~2.5，以及厚度係介於50至500埃之間。
    吾人要特別提到的是，一般傳統的薄膜太陽能電池中，在第一電極層與第二電極層之間通常是以P型微晶矽層、I型微晶矽層及N型微晶矽層分別堆疊而成的結構。而本發明係在P型微晶矽層250與I型微晶矽層270之間更形成了P型微晶氧化矽層260，其中P型微晶氧化矽層260可以增加開路電壓(Voc)，連帶使本發明之薄膜太陽能電池的光電轉換效率上升。更進一步而言，一般在計算薄膜太陽能電池的光電轉換效率時，會量測三個數值，分別為：填充因子(FF)、開路電壓(Voc)、短路電流密度(Jsc)，其中此三項數值與光電轉換效率有正相關。換言之，當開路電壓(Voc)上升時，自然的會使薄膜太陽能電池的光電轉換效率上升。
    另外，本發明更提出一種薄膜太陽能電池之第二實施例。請參閱第2圖，第2圖係為本發明之薄膜太陽能電池之第二實施例之剖面示意圖。如第2 圖所示，本發明之薄膜太陽能電池包含基板300、位於基板300上的第一電極層310、位於第一電極層310上的P型非晶矽層320、位於P型非晶矽層320上的I型非晶矽層330、位於I型非晶矽層330上的第一N型微晶矽層340、位於第一N型微晶矽層340上的第一P型微晶矽層350、位於第一P型微晶矽層350上的第一P型微晶氧化矽層360、位於第一P型微晶氧化矽層360上的第一I型微晶矽層370、位於第一I型微晶矽層370上的第二N型微晶矽層380以及位於第二N型微晶矽層380上的第二電極層390。換言之，本發明之薄膜太陽能電池之第二實施例中，自基板開始，依序堆疊第一電極層310、P型非晶矽層320、I型非晶矽層330、第一N型微晶矽層340、第一P型微晶矽層350、第一P型微晶氧化矽層360、第一I型微晶矽層370、第二N型微晶矽層380以及第二電極層390而形成本發明之薄膜太陽能電池。其中，基板300的材質係例如以玻璃或其他透明基板構成，第一電極層310係例如為透明導電薄膜，第二電極層390的材質可以是銀或具有類似功效的金屬導電電極。此外，第一P型微晶氧化矽層360之折射率係介於1.8~2.5，以及厚度係介於50至500埃之間。這邊要特別提到的是，第二實施例與第一實施例之不同點在於，第二實施例中多形成了一組P-I-N層結構，其中，P-I-N層結構係由P型非晶矽層320、I型非晶矽層330及第一N型微晶矽層340所組成，並且P-I-N層結構係位於第一電極層310及第一P型微晶矽層350之間。換言之，本發明之薄膜太陽能電池亦可以是串聯型態。
    此外，本發明更提出一種薄膜太陽能電池之第三實施例。請參閱第3圖，第3圖係為本發明之薄膜太陽能電池之第三實施例之剖面示意圖。如第3圖所示，本發明之薄膜太陽能電池包含基板300、位於基板300上的第一電極層310、位於第一電極層310上的P型非晶矽層320、位於P型非晶矽層320上的I型非晶矽層330、位於I型非晶矽層330上的第一N型微晶矽層340、位於第一N型微晶矽層340上的第一P型微晶矽層350、位於第一P型微晶矽層350上的第一P型微晶氧化矽層360、位於第一P型微晶氧化矽層360上的第一I型微晶矽層370、位於第一I型微晶矽層370上的第二N型微晶矽層380、位於第二N型微晶矽層380上的第二P型氧化矽層351、位於第二P型氧化矽層351上的第二P型微晶氧化矽層361、位於第二P型微晶氧化矽層361上的第二I型微晶矽層371、位於第二I型微晶矽層371上的第三N型微晶矽層381以及位於第三N型微晶矽層上381的第二電極層390。
    換言之，本發明之薄膜太陽能電池之第三實施例中，自基板300開始，依序堆疊第一電極層310、P型非晶矽層320、I型非晶矽層330、第一N型微晶矽層340、第一P型微晶矽層350、第一P型微晶氧化矽層360、第一I型微晶矽層370、第二N型微晶矽層380、第二P型微晶矽層351、第二P型微晶氧化矽層361、第二I型微晶矽層371以及第三N型微晶矽層381以及第二電極層390而形成本發明之薄膜太陽能電池。其中，基板300的材質係例如以玻璃或其他透明基板構成，第一電極層310係例如為透明導電薄膜，第二電極層390的材質可以是銀或具有類似功效的金屬導電電極。此外，第一P型微晶氧化矽層360及第二P型微晶氧化矽層361之折射率係分別介於1.8~2.5，以及厚度係分別介於50至500埃之間。這邊要特別提到的是，第三實施例與第二實施例之不同點在於，第三實施例中係在第二N型微晶矽層380與第二電極層390之間增加了第二P型微晶矽層351、第二P型微晶氧化矽層361、第二I型微晶矽層371以及第三N型微晶矽層381的結構。
    為使貴審更加了解本發明之薄膜太陽能電池之優點，吾人係以第二實施例與比較例之實驗結果做為說明。請參閱第4圖，第4圖係為第二實施例與比較例開路電壓之數據圖。如第4圖所示，w/o P-ucSiOx係表示在第一P型微晶矽層與第一I型微晶矽層之間未形成第一P型微晶氧化矽層的薄膜太陽能電池比較例，而w P-ucSiOx即代表本發明之薄膜太陽能電池之第二實施例之結構。透過第4圖的揭示可以發現，本發明之薄膜太陽能電池之第二實施例相對於比較例，其開路電壓大約多出了15mV，而開路電壓又與光電轉換效率有正相關。換言之，本發明之薄膜太陽能電池確實可以增加光電轉換效率。
    另外，請參閱第5圖，第5圖係為第二實施例與比較例之量子效率比較圖。如第5圖所示，第5圖係為第二實施例與比較例之量子效率(Quantum Efficiency；QE)之比較圖。這邊要進一步闡明，2500/20000係代表比較例，其中2500係表示P型非晶矽層、I型非晶矽層及第一N型微晶矽層之總和厚度為2500埃；而20000係表示第一P型微晶矽層、第一I型微晶矽層及第二N型微晶矽層之總和厚度為20000埃。2500/150/20000係代表第二實施例，其中，2500係表示P型非晶矽層、I型非晶矽層及第一N型微晶矽層之總和厚度為2500埃；而150係表示第一P型微晶氧化矽層之厚度為150埃；以及20000係表示第一P型微晶矽層、第一I型微晶矽層及第二N型微晶矽層之總和厚度為20000埃。在測量量子效率之結果後發現，在比較例中的量子效率分別為10.8及12.56，而在第二實施例中的量子效率分別11.0377及12.1258。由此可見，本發明之薄膜太陽能電池所加入之第一P型微晶氧化矽層還可以有類似中間層的效果，亦即使部份光線反射回P型非晶矽層、I型非晶矽層及第一N型微晶矽層中進行光電轉換效應。然而，這邊要特別提到的是，一般習知薄膜太陽能電池的中間層係位在兩個PIN層結構之間，本發明之薄膜太陽能電池所加入之第一P型微晶氧化矽層係位於第一P型微晶矽層與第一I型微晶矽層之間，因此兩者並不相同。
    另外，本發明更提出一種薄膜太陽能電池製造方法，請參閱第6圖，第6圖係為本發明之薄膜太陽能電池製造方法之流程圖。在第6圖中，本發明之薄膜太陽能電池製造方法之步驟500係提供基板，此基板之材質可以是玻璃或其他透明基板。接著步驟510係形成第一電極層在基板上，第一電極層可以是透明導電的材質。然後步驟520、530、540及550係分別形成P型微晶矽層在該第一電極層上、形成P型微晶氧化矽層在該P型微晶矽層上、形成I型微晶矽層在P型微晶氧化矽層上、形成N型微晶矽層在I型微晶矽層上，其中，P型微晶氧化矽層係用來增加薄膜太陽能電池之開路電壓。接著，步驟560係形成第二電極層在N型微晶矽層上。而P型微晶氧化矽層之折射率係例如介於1.8~2.5之間，其厚度係例如介於50 至500 埃之間。這邊要特別提到的是，本發明之薄膜太陽能電池製造方法之不同點在於一般的薄膜太陽能電池製造方法並不會在P型微晶矽層與I型微晶矽層之間包含有P型微晶氧化矽層。而本發明之薄膜太陽能電池製造方法中，在P型微晶矽層與I型微晶矽層之間包含有P型微晶氧化矽層之外，並且因此使得開路電壓上升，因此連帶的增加了光電轉換效率。因此本發明之薄膜太陽能電池製造方法確實可以增加光電轉換效率。
    以上所述僅為舉例性，而非為限制性者。任何未脫離本發明之精神與範疇，而對其進行之等效修改或變更，均應包含於後附之申請專利範圍中。
    200．．．基板
    210．．．第一電極層
    250．．．P型微晶矽層
    260．．．P型微晶氧化矽層
    270．．．I型微晶矽層
    280．．．N型微晶矽層
    290．．．第二電極層
    300．．．基板
    310．．．第一電極層
    320．．．P型非晶矽層
    330．．．I型非晶矽層
    340．．．第一N型微晶矽層
    350．．．第一P型微晶矽層
    351．．．第二P型微晶矽層
    360．．．第一P型微晶氧化矽層
    361．．．第二P型微晶氧化矽層
    370．．．第一I型微晶矽層
    371．．．第二I型微晶矽層
    380．．．第二N型微晶矽層
    381．．．第三N型微晶矽層
    390．．．第二電極層
    500、510、520、530、540、550、560．．．步驟
    第1圖係為本發明之薄膜太陽能電池之第一實施例之剖面示意圖。第2圖係為本發明之薄膜太陽能電池之第二實施例之剖面示意圖。第3圖係為本發明之薄膜太陽能電池之第三實施例之剖面示意圖。第4圖係為第二實施例與比較例開路電壓之數據圖。第5圖係為第二實施例與比較例之量子效率比較圖。第6圖係為本發明之薄膜太陽能電池製造方法之流程圖。
    200．．．基板
    210．．．第一電極層
    250．．．P型微晶矽層
    260．．．P型微晶氧化矽層
    270．．．I型微晶矽層
    280．．．N型微晶矽層
    290．．．第二電極層
    权利要求:
    Claims (10)
    [1] 一種薄膜太陽能電池，包含：一基板；一第一電極層，位於該基板上；一P型微晶矽層，位於該第一電極層上；一P型微晶氧化矽層，位於該P型微晶矽層上，藉以增加該薄膜太陽能電池之開路電壓；一I型微晶矽層，位於該P型微晶氧化矽層上；一N型微晶矽層，位於該I型微晶矽層上；以及一第二電極層，位於該N型微晶矽層上。
    [2] 如申請專利範圍第1項所述之薄膜太陽能電池，其中該P型微晶氧化矽層之折射率係介於1.8~2.5之間。
    [3] 如申請專利範圍第1項所述之薄膜太陽能電池，其中該P型微晶氧化矽層之厚度係介於50 至500 埃之間。
    [4] 一種薄膜太陽能電池，包含：一基板；一第一電極層，位於該基板上；一P型非晶矽層，位於該第一電極層上；一I型非晶矽層，位於該P型非晶矽層上；一第一N型微晶矽層，位於該I型非晶矽層上一第一P型微晶矽層，位於該第一N型微晶矽層上；一第一P型微晶氧化矽層，位於該第一P型微晶矽層上，藉以增加該薄膜太陽能電池之開路電壓；一第一I型微晶矽層，位於該第一P型微晶氧化矽層上；一第二N型微晶矽層，位於該第一I型微晶矽層上；以及一第二電極層，位於該第二N型微晶矽層上。
    [5] 如申請專利範圍第4項所述之薄膜太陽能電池，其中該第一P型微晶氧化矽層之折射率係介於1.8~2.5之間。
    [6] 如申請專利範圍第4項所述之薄膜太陽能電池，其中該第一P型微晶氧化矽層之厚度係介於50 至500 埃之間。
    [7] 如申請專利範圍第4項所述之薄膜太陽能電池，其中該第二N型微晶矽層與該第二電極層之間更包含一第二P型微晶矽層、一第二P型微晶氧化矽層、一第二I型微晶矽層以及一第三N型微晶矽層，其中，該第二P型微晶矽層係位於該第二N型微晶矽層上、該第二P型微晶氧化矽層係位於該第二P型微晶矽層上、該第二I型微晶矽層係位於該第二P型微晶氧化矽層上以及該第三N型微晶矽層係位於該第二I型微晶矽層上。
    [8] 一種薄膜太陽能電池製造方法，包含：提供一基板；形成一第一電極層在該基板上；形成一P型微晶矽層在該第一電極層上；形成一P型微晶氧化矽層在該P型微晶矽層上，藉以增加該薄膜太陽能電池之開路電壓；形成一I型微晶矽層在該P型微晶氧化矽層上；形成一N型微晶矽層在該I型微晶矽層上；以及形成一第二電極層在該N型微晶矽層上。
    [9] 如申請專利範圍第8項所述之薄膜太陽能電池製造方法，其中該P型微晶氧化矽層之折射率係介於1.8~2.5之間。
    [10] 如申請專利範圍第8項所述之薄膜太陽能電池製造方法，其中該P型微晶氧化矽層之厚度係介於50 至500 埃之間。
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    同族专利:
    公开号 | 公开日
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    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
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    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
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