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    • 专利摘要:
    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、光吸收層、P型微晶矽層、I型微晶鍺化矽層、I型微晶矽層、I型非晶矽層、N型微晶矽層以及第二電極層。其中，I型微晶矽層係用來減少I型微晶鍺化矽層及I型非晶矽層之間的能階障礙，藉以提高該薄膜太陽能電池的光電轉換效率。
    公开号:TW201312773A
    申请号:TW100132157
    申请日:2011-09-06
    公开日:2013-03-16
    发明作者:Chen-Wei Peng；Chun-Yen Chang；Shu-Hung Yu；Wei Lin；Ming-Hung Han
    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薄膜太陽能電池及製造方法，特別是一種利用I型微晶矽層減少I型微晶鍺化矽層及I型非晶矽層之間的能階障礙，藉以提高光電轉換效率的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。
    薄膜太陽能電池發展至今，技術雖漸趨成熟，但仍然有許多尚待改進之處，其主因在於，薄膜太陽能電池的光電轉換效率依然不夠高。
    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，以提高薄膜太陽能電池的光電轉換效率。
    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、光吸收層、P型微晶矽層、I型微晶鍺化矽層、I型微晶矽層、I型非晶矽層、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於基板上，依序往上堆疊第一電極層、光吸收層、P型微晶矽層、I型微晶鍺化矽層、I型微晶矽層、I型非晶矽層、N型微晶矽層以及第二電極層往上堆疊而形成。
    要特別提到的是，若是I型微晶鍺化矽層及I型非晶矽層之間沒有形成I型微晶矽層時，會由於I型微晶鍺化矽層及I型非晶矽層之間能階差異過大，而導致薄膜太陽能電池的光電轉換效率的下降。而本發明之薄膜太陽能電池係在I型微晶鍺化矽層及I型非晶矽層之間形成I型微晶矽層，藉由降低I型微晶鍺化矽層及I型非晶矽層之間之間的能階障礙，以提高薄膜太陽能電池的光電轉換效率。
    另外，前述的光吸收層可以由非晶矽層構成，此非晶矽層亦可以是P-I-N型非晶矽的三層結構構成。
    此外，前述的第一電極層可以是透明導電膜(Transparent conductive oxide；TCO)，或是由摻雜氟的二氧化錫(SnO2：F)或氧化鋅摻硼構成。前述的第二電極層則可以是由銀或具有類似功效的金屬導電電極構成。
    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、光吸收層、P型微晶矽層、I型微晶鍺化矽層、I型微晶矽層、I型非晶矽層、N型微晶矽層以及第二電極層而形成薄膜太陽能電池。
    一般習知的薄膜太陽能電池製造方法係在形成I型微晶鍺化矽層後形成N型微晶矽層。而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，在形成I型微晶鍺化矽層後形成I型微晶矽層與I型非晶矽層，接著在I型非晶矽層上形成N型微晶矽層。其中，I型微晶矽層係用來減少I型微晶鍺化矽層及I型非晶矽層之間的能階障礙，藉以提高薄膜太陽能電池的光電轉換效率。
    另外，本發明之薄膜太陽能電池製造方法中，光吸收層可以由非晶矽層構成，此非晶矽層亦可以是P-I-N型非晶矽的三層結構構成。
    此外，本發明之薄膜太陽能電池製造方法中，第一電極層可以是透明導電膜(TCO)，或是由摻雜氟的二氧化錫(SnO2：F)或氧化鋅摻硼構成，以及第二電極層可以是由銀或具有類似功效的金屬導電電極構成。
    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係透過I型微晶矽層降低I型微晶鍺化矽層及I型非晶矽層之間的能階障礙，藉以提高光電轉換效率。
    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剖面示意圖。第1圖中，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上的光吸收層220、位於光吸收層220上的P型微晶矽層230、位於P型微晶矽層230上的I型微晶鍺化矽層240、位於I型微晶鍺化矽層240上的I型微晶矽層250、位於I型微晶矽層250上的I型非晶矽層260、位於I型非晶矽層260上的N型微晶矽層270以及位於N型微晶矽層270上的第二電極層280。換言之，本發明之薄膜太陽能電池係於基板200上，依序往上堆疊第一電極層210、光吸收層220、P型微晶矽層230、I型微晶鍺化矽層240、I型微晶矽層250、I型非晶矽層260、N型微晶矽層270以及第二電極層280而形成本發明之薄膜太陽能電池。
    另外，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係例如為透明導電膜或是摻雜氟的二氧化錫或氧化鋅摻硼構成，第二電極層280係例如由銀或具有類似功效的金屬導電電極構成。此外，光吸收層220係例如為非晶矽層構成，更進一步而言，非晶矽層可以是由P-I-N型非晶矽層構成。
    另外，吾人更以其他比較例與本發明之薄膜太陽能電池相比，以證明本發明之薄膜太陽能電池較一般習知的薄膜太陽能電池之光電轉換效率高。請參閱第1至5圖，第2圖係為比較例1之薄膜太陽能電池之剖面示意圖、第3圖係為比較例2之薄膜太陽能電池之剖面示意圖、第4圖係為比較例3之薄膜太陽能電池之剖面示意圖以及第5圖係為本發明之薄膜太陽能電池與比較例1、2及3有關填充因子、開路電壓、短路電流密度及光電轉換效率比較之數據圖。其中，要特別提到的是，第5圖中的uc-SiGe、uc-SiGe/uc-Si、uc-SiGe/a-Si及uc-SiGe/uc-Si/a-Si係分別表示比較例1、2、3及本發明之薄膜太陽能電池。如第1至5圖所示，一般習知的比較例1之薄膜太陽能電池係在基板300上，依序往上堆疊第一電極層310、光吸收層320、P型微晶矽層330、I型微晶鍺化矽層340、N型微晶矽層370以及第二電極層380而形成比較例1之薄膜太陽能電池；一般習知的比較例2之薄膜太陽能電池係在基板400上，依序往上堆疊第一電極層410、光吸收層420、P型微晶矽層430、I型微晶鍺化矽層440、I型微晶矽層450、N型微晶矽層470以及第二電極層480而形成比較例2之薄膜太陽能電池；以及一般習知的比較例3之薄膜太陽能電池係在基板500上，依序往上堆疊第一電極層510、光吸收層520、P型微晶矽層530、I型微晶鍺化矽層540、I型非晶矽層560、N型微晶矽層570以及第二電極層580而形成比較例3之薄膜太陽能電池。另外，要特別提到的是，第一電極層310、410、510亦可與本發明之薄膜太陽能電池相同，可為透明導電膜或是摻雜氟的二氧化錫或氧化鋅摻硼構成。
    續言之，一般在量測光電轉換效率(Eff)時，會參考三個數值，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。更進一步而言，將填充因子、開路電壓及短路電流密度所得之乘積即為光電轉換效率。因此，自第5圖觀之，比較例1之填充因子、開路電壓、短路電流密度及光電轉換效率分別為0.722、1336mV、11.7mA/cm2及10.8%，比較例2之填充因子、開路電壓、短路電流密度及光電轉換效率分別為0.725、1350mV、11.8mA/cm2及11.08%，比較例3之填充因子、開路電壓、短路電流密度及光電轉換效率分別為0.71、1338mV、11.85mA/cm2及10.8%，本發明之薄膜太陽能電池之填充因子、開路電壓、短路電流密度及光電轉換效率分別為0.74、1358mV、11.7mA/cm2及11.25%。因此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，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600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610係形成第一電極層在基板上，第一電極層可以是透明導電膜構成，亦可是由摻雜氟的二氧化錫(SnO2：F)或氧化鋅摻硼構成。然後步驟620係形成光吸收層在第一電極層上，其中光吸收層可以由非晶矽層構成，此非晶矽層亦可以是P-I-N型非晶矽的三層結構構成。接著，步驟630、640、650、660、670及680係分別形成P型微晶矽層在光吸收層上、形成I型微晶鍺化矽層在P型微晶矽層上、形成I型微晶矽層在I型微晶鍺化矽層上、形成I型非晶矽層在I型微晶矽層上、形成N型微晶矽層在I型非晶矽層上以及形成第二電極層在N型微晶矽層上，其中，第二電極層係例如由銀或具有類似功效的金屬導電電極構成。這邊要特別提到的是，I型微晶矽層係用來減少I型微晶鍺化矽層及I型非晶矽層之間的能階障礙，藉以提高薄膜太陽能電池的光電轉換效率。
    總言之，本發明之薄膜太陽能電池及製造方法係透過I型微晶矽層減少I型微晶鍺化矽層及I型非晶矽層之間的能階障礙，藉以提高薄膜太陽能電池之光電轉換效率。
    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、300、400、500．．．基板
    210、310、410、510．．．第一電極層
    220、320、420、520．．．光吸收層
    230、330、430、530．．．P型微晶矽層
    240、340、440、540．．．I型微晶鍺化矽層
    250、450．．．I型微晶矽層
    260、560．．．I型非晶矽層
    270、370、470、570．．．N型微晶矽層
    280、380、480、580．．．第二電極層
    600、610、620、630、640、650、660、670、680．．．步驟
    第1圖係為本發明之薄膜太陽能電池之剖面示意圖。第2圖係為比較例1之薄膜太陽能電池之剖面示意圖。第3圖係為比較例2之薄膜太陽能電池之剖面示意圖。第4圖係為比較例3之薄膜太陽能電池之剖面示意圖。第5圖係為本發明之薄膜太陽能電池與比較例1、2及3有關填充因子、開路電壓、短路電流密度及光電轉換效率比較之數據圖。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
    220．．．光吸收層
    230．．．P型微晶矽層
    240．．．I型微晶鍺化矽層
    250．．．I型微晶矽層
    260．．．I型非晶矽層
    270．．．N型微晶矽層
    280．．．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；一光吸收層，位於該第一電極層上；一P型微晶矽層，位於該光吸收層上；一I型微晶鍺化矽層，位於該P型微晶矽層上；一I型微晶矽層，位於該I型微晶鍺化矽層上；一I型非晶矽層，位於該I型微晶矽層上；一N型微晶矽層，位於該I型非晶矽層上；以及一第二電極層，位於該N型微晶矽層上，其中，該I型微晶矽層係用來減少該I型非晶矽層及該I型微晶鍺化矽層之間的能階障礙，藉以提高該薄膜太陽能電池的光電轉換效率。
    [2] 如申請專利範圍第1項所述之薄膜太陽能電池，其中該光吸收層係一非晶矽層構成。
    [3] 如申請專利範圍第2項所述之薄膜太陽能電池，其中該非晶矽層係由P-I-N型非晶矽層構成。
    [4] 如申請專利範圍第1項所述之薄膜太陽能電池，其中該第一電極層係由摻雜氟的二氧化錫或氧化鋅摻硼構成。
    [5] 如申請專利範圍第1項所述之薄膜太陽能電池，其中該第二電極層係由銀構成。
    [6] 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；形成一光吸收層在該第一電極層上；形成一P型微晶矽層在該光吸收層上；形成一I型微晶鍺化矽層在該P型微晶矽層上；形成一I型微晶矽層在該I型微晶鍺化矽層上；形成一I型非晶矽層在該I型微晶矽層上；形成一N型微晶矽層在該I型非晶矽層上；以及形成一第二電極層在該N型微晶矽層上，其中，該I型微晶矽層係用來減少該I型非晶矽層及該I型微晶鍺化矽層之間的能階障礙，藉以提高該薄膜太陽能電池的光電轉換效率。
    [7] 如申請專利範圍第6項所述之薄膜太陽能電池製造方法，其中該光吸收層係一非晶矽層構成。
    [8] 如申請專利範圍第7項所述之薄膜太陽能電池製造方法，其中該非晶矽層係由P-I-N型非晶矽層構成。
    [9] 如申請專利範圍第6項所述之薄膜太陽能電池製造方法，其中該第一電極層係由摻雜氟的二氧化錫或氧化鋅摻硼構成。
    [10] 如申請專利範圍第6項所述之薄膜太陽能電池製造方法，其中該第二電極層係由銀構成。
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