專利名稱：太陽(yáng)能電池結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型是有關(guān)于一種太陽(yáng)能電池(Solar Electricity)結(jié)構(gòu)，且特別是有 關(guān)于一種具有堆疊結(jié)構(gòu)的薄膜太陽(yáng)能電池。
背景技術(shù)：
目前由于國(guó)際能源短缺，世界各國(guó)一直持續(xù)致力于研究各種可行的替代能 源，而其中太陽(yáng)能電池具有使用方便、無污染、無轉(zhuǎn)動(dòng)部分、無噪音、使用壽 命長(zhǎng)、普及化、可阻隔輻射熱并且尺寸可與建筑物結(jié)合而隨意變化等優(yōu)點(diǎn)，而 受到矚目。
典型的太陽(yáng)能電池計(jì)有單晶硅太陽(yáng)能電池、多晶硅太陽(yáng)電池、非晶硅太陽(yáng) 能電池、化合物太陽(yáng)能電池以及染料敏化太陽(yáng)能電池等。而目前由于原料短缺， 因此主要的發(fā)展趨勢(shì)則是以薄膜太陽(yáng)能電池為主。
薄膜太陽(yáng)能電池100，請(qǐng)參照?qǐng)D1，圖1是根據(jù)已知技術(shù)所示的一種薄膜 太陽(yáng)能電池結(jié)構(gòu)100的剖面示意圖。一般已知的薄膜太陽(yáng)能電池結(jié)構(gòu)100系利 用化學(xué)氣相沉積法在200 。C下于玻璃101以及片電阻值<20 0且穿透率>75% 的二氧化錫(Sn02)或氧化鋅(ZnO)導(dǎo)電層102上制備(P-i-N)結(jié)構(gòu)103，再以濺 鍍的方式在P-i-N結(jié)構(gòu)103上沉積金屬接觸電極，例如鋁質(zhì)或銀質(zhì)電極104。 其中P-i-N結(jié)構(gòu)103是在半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的導(dǎo)帶(Conduction Band)與價(jià)帶(Valence Band)之間的本質(zhì)層(Intrinsic Layer; i-Layer)引進(jìn)額外的中間能帶(Intermediate Band),借以吸收原本能量小于能隙而不被吸收的光子，因此增加光電流量。
己知的P-i-N結(jié)構(gòu)103 —般是采用氫化非晶硅(Amorphous Silicon; a-Si:H) 作為本質(zhì)層，再通過原子摻雜(Doping)的方式引進(jìn)額外的中間能帶，使導(dǎo)帶與 價(jià)帶的能階相互耦合(Overlapping)。目前為了增加薄膜的載子遷移率(Carrier Mobility),多采用微晶硅(Microcrysatlline Silicon; c-Si:H)材料作為本質(zhì)層來進(jìn) 行摻雜。
然而，不論是采用氫化非晶硅或微晶硅所形成的P-i-N結(jié)構(gòu)，其所能提高的光電轉(zhuǎn)換效率仍然有限。為了解決此一問題已知技術(shù)提出了使用多層P-i-N
結(jié)構(gòu)相互堆疊，例如以氫化非晶硅P-i-N結(jié)構(gòu)層和微晶硅P-i-N結(jié)構(gòu)層相互堆 疊，來形成的太陽(yáng)能電池，以提高薄膜太陽(yáng)能電池的光吸收性與光電轉(zhuǎn)換效率。
但是，有鑒于多層P-i-N結(jié)構(gòu)的堆疊容易使光穿透率降低，反而因此降低
了薄膜太陽(yáng)能電池的光吸收性與光電轉(zhuǎn)換效率。
因此有需要提供一種成本便宜、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且能提高光吸收性與光電轉(zhuǎn)換效 率的薄膜太陽(yáng)能電池。

實(shí)用新型內(nèi)容
本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題在于提供一種成本便宜、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且能提 高光吸收性與光電轉(zhuǎn)換效率的太陽(yáng)能電池結(jié)構(gòu)。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例是在提供一種太陽(yáng)能電池結(jié) 構(gòu)，包括基材、第一透明導(dǎo)電層、第一半導(dǎo)體薄膜、第二透明導(dǎo)電層第二半導(dǎo) 體薄膜以及接觸電極。其中第一透明導(dǎo)電層位于基材之上。第一半導(dǎo)體薄膜， 位于第一透明導(dǎo)電層之上。第二透明導(dǎo)電層位于第一半導(dǎo)體薄膜之上，且第二 透明導(dǎo)電層具有第一粗糙表面。第二半導(dǎo)體薄膜位于第二透明導(dǎo)電層之上。接 觸電極位于第二半導(dǎo)體層之上。
根據(jù)以上所述的實(shí)施例，本實(shí)用新型的技術(shù)特征是采用互堆疊的多個(gè)材料 相異的半導(dǎo)體薄膜，來吸收不同波長(zhǎng)的入射光，并且在各個(gè)半導(dǎo)體薄膜之間形 成具有粗糙表面的透明導(dǎo)電層，通過粗糙表面的繞射來提高半導(dǎo)體薄膜的光電 轉(zhuǎn)換率，以克服入射光因?yàn)槎鄬佣询B而產(chǎn)生穿透率不足的問題，并進(jìn)而達(dá)到提 高薄膜太陽(yáng)能電池的發(fā)電效率。


為讓本實(shí)用新型的上述和其它目的、特征、優(yōu)點(diǎn)與實(shí)施例能更明顯易懂，
所附附圖的詳細(xì)說明如下
圖1是根據(jù)已知技術(shù)所示的一種薄膜太陽(yáng)能電池結(jié)構(gòu)的剖面示意圖2是根據(jù)本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例所示的一種薄膜太陽(yáng)能電池結(jié)構(gòu)的
剖面示意圖3是根據(jù)本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例所示的一種薄膜太陽(yáng)能電池結(jié)構(gòu)的剖面示意圖4是根據(jù)本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例所示的一種薄膜太陽(yáng)能電池結(jié)構(gòu)的
剖面示意圖。
為清楚描述本實(shí)用新型的技術(shù)特征，上述圖標(biāo)并未按照比例繪示，元件的 尺寸大小，將依照說明書的描述內(nèi)容的需求進(jìn)行變更。
主要元件符號(hào)說明
100:薄膜太陽(yáng)能電池101:玻璃
102:氧化銦錫導(dǎo)電層103:P-i-N結(jié)構(gòu)
104:鋁電極200:薄膜太陽(yáng)能電池結(jié)構(gòu)
201:基材202:第一透明導(dǎo)電層
203:第一半導(dǎo)體薄膜203a:p層
203b:i層203c:n層
204:第二透明導(dǎo)電層205:第二半導(dǎo)體薄膜
205a:p層205b:i層
205c:n層206:接觸電極
307:第三透明導(dǎo)電層307a:粗糙表面
407:第三透明導(dǎo)電層術(shù)a:第三粗糙表面
408:第三半導(dǎo)體薄膜409:第四透明導(dǎo)電層
409a:第四粗糙表面
具體實(shí)施方式
為讓本實(shí)用新型的上述和其它目的、特征、優(yōu)點(diǎn)與實(shí)施例能更明顯易懂，
特提供數(shù)種薄膜太陽(yáng)能電池結(jié)構(gòu)200作為較佳實(shí)施例來進(jìn)一步說明。其中值得 注意的是，為了方便描述起見，在以下實(shí)施例的附圖之中，相似的元件將以相 同的圖式符號(hào)加以標(biāo)示，然而這并不代表各圖式之間，存在有相對(duì)應(yīng)的聯(lián)系關(guān) 系。
請(qǐng)參照?qǐng)D2，圖2是根據(jù)本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例所示的一種薄膜太陽(yáng)能 電池結(jié)構(gòu)200的剖面示意圖。薄膜太陽(yáng)能電池結(jié)構(gòu)200包括基材201、第一 透明導(dǎo)電層202、第一半導(dǎo)體薄膜203、第二透明導(dǎo)電層204、第二半導(dǎo)體薄膜205以及接觸電極206。
其中，第一透明導(dǎo)電層202位于基材201之上。在本實(shí)用新型的較佳實(shí)施 例的中，基材201是一種玻璃基板，而第一透明導(dǎo)電層202則是一種材料為片 電阻值<20 0，且穿透率>75%的二氧化錫或氧化鋅。
第一半導(dǎo)體薄膜203是位于第一透明導(dǎo)電層202上方的一種(P-i-N)結(jié)構(gòu)。 在本實(shí)用新型的一些實(shí)施例之中，第一半導(dǎo)體薄膜203是一種本質(zhì)層為非晶硅 材料的P-i-N結(jié)構(gòu)，其中p層203a的厚度實(shí)質(zhì)介于5nm至20nm之間；i層203b 厚度實(shí)質(zhì)介于50nm至500nm之間；n層203c的厚度實(shí)質(zhì)介于5nm至20nm 之間。主要吸收波長(zhǎng)實(shí)質(zhì)介于300nm至800nm。
第二透明導(dǎo)電層204也是一種位于第一半導(dǎo)體薄膜203上，材料為片電阻 值<20 Q，且穿透率>75%的二氧化錫或氧化鋅。且在本實(shí)用新型的實(shí)施例之 中，第二透明導(dǎo)電層204具有一個(gè)第一粗糙表面204a。在本實(shí)用新型的一些 實(shí)施例之中，第一粗糙表面204a是一種以蝕刻方式在第二透明導(dǎo)電層204上 形成的立體幾何圖案，或者是在形成第二透明導(dǎo)電層204的同時(shí)，以化學(xué)氣相 沉積或物理氣相沉積的方式，在第一半導(dǎo)體薄膜203之上形成具有立體幾何圖 案的第二透明導(dǎo)電層204。
第二半導(dǎo)體薄膜205位于第二透明導(dǎo)電層204之上，是一種由微晶硅或微 晶硅鍺材料所組成的P-i-N結(jié)構(gòu)。在本實(shí)施例之中，第二半導(dǎo)體薄膜205是由 微晶硅材料所組成的P-i-N結(jié)構(gòu)，其中p層205a的厚度實(shí)質(zhì)介于5nm至20nm 之間；i層205b厚度實(shí)質(zhì)介于lpm至3|im之間；n層205c的厚度實(shí)質(zhì)介于 10nm至50nm之間，主要吸收波長(zhǎng)實(shí)質(zhì)介于500nm至1100nm。
接觸電極206則是位于第二半導(dǎo)體層205之上的金屬層。在本實(shí)施例之中， 接觸電極206是一種鋁質(zhì)或銀質(zhì)電極層。
通過第二透明導(dǎo)電層204透明幾何圖案的繞射，可提高第一半導(dǎo)體薄膜 203和第二半導(dǎo)體層205的光電轉(zhuǎn)換效率，以使薄膜太陽(yáng)能電池結(jié)構(gòu)200的發(fā) 電效率實(shí)質(zhì)提高9 %至10 % 。
請(qǐng)參照?qǐng)D3，圖3是根據(jù)本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例所示的一種薄膜太陽(yáng)能 電池結(jié)構(gòu)300的剖面示意圖。薄膜太陽(yáng)能電池結(jié)構(gòu)300包括基材201、第一 透明導(dǎo)電層202、第一半導(dǎo)體薄膜203、第二透明導(dǎo)電層204、第二半導(dǎo)體薄 膜205、第三透明導(dǎo)電層307以及接觸電極206。其中薄膜太陽(yáng)能電池結(jié)構(gòu)300與薄膜太陽(yáng)能電池結(jié)構(gòu)200大致相同，最大的差異在于第二半導(dǎo)體薄膜205 和接觸電極206之間還包括有一層第三透明導(dǎo)電層307，其中第三透明導(dǎo)電層 307的形成方式與材料和第二透明導(dǎo)電層204相似。另外第三透明導(dǎo)電層307 的結(jié)構(gòu)也和第二透明導(dǎo)電層204相似， 一樣具有一個(gè)第二粗糙表面307a，功 能也是用來對(duì)入射光進(jìn)行繞射，以提高第一半導(dǎo)體薄膜203和第二半導(dǎo)體層 205的光電轉(zhuǎn)換效率。
請(qǐng)?jiān)賲⒄請(qǐng)D4，圖4是根據(jù)本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例所繪示的一種薄膜太 陽(yáng)能電池結(jié)構(gòu)400的剖面示意圖。薄膜太陽(yáng)能電池結(jié)構(gòu)400包括基材201、 第-透明導(dǎo)電層202、第一半導(dǎo)體薄膜203、第二透明導(dǎo)電層204、第二半導(dǎo) 體薄膜205、第三透明導(dǎo)電層407、第三半導(dǎo)體薄膜408、第四透明導(dǎo)電層409 以及接觸電極206。其中薄膜太陽(yáng)能電池結(jié)構(gòu)400與薄膜太陽(yáng)能電池結(jié)構(gòu)200 大致相同，最大的差異在于第二半導(dǎo)體薄膜205和接觸電極206之間還包括有 第三透明導(dǎo)電層407、第三半導(dǎo)體薄膜408和第四透明導(dǎo)電層409。
其中，第三半導(dǎo)體薄膜408是一種由微晶硅鍺材料所組成的P-i-N結(jié)構(gòu)。 在本實(shí)施例之中，第三半導(dǎo)體薄膜408是由微晶硅材料所組成的P-i-N結(jié)構(gòu)， 其中p層408a的厚度實(shí)質(zhì)介于5nm至20nm之間；i層408b厚度實(shí)質(zhì)介于lpm 至3pm之間；n層408c的厚度實(shí)質(zhì)介于10nm至50nm之間，主要吸收波長(zhǎng)實(shí) 質(zhì)介于800nm至1400nm。
第三透明導(dǎo)電層407和第四透明導(dǎo)電層409不論在形成方式、材料和結(jié)構(gòu) 上都與第二透明導(dǎo)電層204相似，同時(shí)也分別具有一個(gè)第三粗糙表面407a和 第四粗糙表面409a，功能也是用來對(duì)入射光進(jìn)行繞射，以提高第一半導(dǎo)體薄 膜203、第二半導(dǎo)體層205和第三半導(dǎo)體薄膜408的光電轉(zhuǎn)換效率。
由于第一半導(dǎo)體薄膜203、第二半導(dǎo)體層205和第三半導(dǎo)體薄膜408，是 分別由不同材料所構(gòu)成的P-i-N結(jié)構(gòu)，分別具有不同能隙范圍，可吸收波長(zhǎng)涵 蓋范圍大增，可提高入射光的吸收效率。再加上通過第二透明導(dǎo)電層204、第 三透明導(dǎo)電層407和第四透明導(dǎo)電層409透明幾何圖案的繞射，可提高第一半 導(dǎo)體薄膜203、第二半導(dǎo)體層205和第三半導(dǎo)體薄膜408的光電轉(zhuǎn)換效率，以 使薄膜太陽(yáng)能電池結(jié)構(gòu)400的發(fā)電效率實(shí)質(zhì)提高11 %至12% 。
根據(jù)以上所述的實(shí)施例，本實(shí)用新型的技術(shù)特征是采用互堆疊的多個(gè)材料 相異的半導(dǎo)體薄膜，來吸收不同波長(zhǎng)的入射光，并且在各個(gè)半導(dǎo)體薄膜之間形成具有粗糙表面的透明導(dǎo)電層，通過粗糙表面的繞射來提高半導(dǎo)體薄膜的光電 轉(zhuǎn)換率，以克服入射光因?yàn)槎鄬佣询B而產(chǎn)生穿透率不足的問題，并進(jìn)而達(dá)到提 高薄膜太陽(yáng)能電池的發(fā)電效率。
雖然本實(shí)用新型己以較佳實(shí)施例揭露如上，然其并非用以限定本實(shí)用新 型，任何相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域具有通常知識(shí)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)與潤(rùn)飾，因此本實(shí)用新型的保護(hù)范圍當(dāng)視后附的權(quán)利要求所 界定的范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求1、一種太陽(yáng)能電池結(jié)構(gòu)，其特征在于，包括一基材；一第一透明導(dǎo)電層，位于該基材之上；一第一半導(dǎo)體薄膜，位于該第一透明導(dǎo)電層之上；一第二透明導(dǎo)電層，位于該第一半導(dǎo)體薄膜之上，且該第二透明導(dǎo)電層具有一第一粗糙表面；一第二半導(dǎo)體薄膜，位于該第二透明導(dǎo)電層之上；以及一接觸電極，位于該第二半導(dǎo)體層之上。
2.、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的太陽(yáng)能電池結(jié)構(gòu)，其特征在于，該基材是一玻 璃基材，該第一透明導(dǎo)電層的材料為二氧化錫或氧化鋅，而該接觸電極是一
3.根據(jù)權(quán)利要求l所述的太陽(yáng)能電池結(jié)構(gòu)，其特征在于，該第一半導(dǎo)體 薄膜是由非晶硅材料所構(gòu)成的一第一 P-i-N結(jié)構(gòu)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的太陽(yáng)能電池結(jié)構(gòu)，其特征在于，該第一P-i-N 結(jié)構(gòu)的p層厚度介于5nm至20nm之間；i層厚度介于50nm至500nm之間； n層厚度介于5nm至20nm之間。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的太陽(yáng)能電池結(jié)構(gòu)，其特征在于，該第二半導(dǎo)體 薄膜則由微晶硅或微晶硅鍺材料所組成的一第二 P-i-N結(jié)構(gòu)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的太陽(yáng)能電池結(jié)構(gòu)，其特征在于，該第二P-i-N 結(jié)構(gòu)的p層厚度介于5nm至20nm之間；i層厚度介于1 pm至3 pm之間；n 層厚度介于10nm至50nm之間。
7.根據(jù)權(quán)利要求l所述的太陽(yáng)能電池結(jié)構(gòu)，其特征在于，該第二透明導(dǎo) 電層的材料為二氧化錫或氧化鋅。
8.根據(jù)權(quán)利要求l所述的太陽(yáng)能電池結(jié)構(gòu)，其特征在于，還包括 一第三透明導(dǎo)電層，位于該接觸電極與該第二半導(dǎo)體薄膜之間，且該第三透明導(dǎo)電層具有一第二粗糙表面；一第三半導(dǎo)體薄膜，位于該接觸電極與該第三透明導(dǎo)電層之間；以及 一第四透明導(dǎo)電層，位于該接觸電極與該第三半導(dǎo)體薄膜之間，且該第四透明導(dǎo)電層具有一第三粗糙表面。
9、 根據(jù)權(quán)利要求8所述的太陽(yáng)能電池結(jié)構(gòu)，其特征在于，該第一半導(dǎo)體 薄膜具有由非晶硅材料所構(gòu)成的一第一 P-i-N結(jié)構(gòu)；該第二半導(dǎo)體薄膜具有 由微晶硅所構(gòu)成的一第二 P-i-N結(jié)構(gòu)；第三半導(dǎo)體薄膜具有由微晶硅鍺所構(gòu) 成的一第三P-i-N結(jié)構(gòu)。
10、 根據(jù)權(quán)利要求8所述的太陽(yáng)能電池結(jié)構(gòu)，其特征在于，該第一粗糙 表面、和該第二粗糙表面，是分別由一立體幾何圖案所構(gòu)成，通過該立體幾 何圖案的繞射來提高該第一半導(dǎo)體薄膜和該第二半導(dǎo)體薄膜的光電轉(zhuǎn)換率。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種太陽(yáng)能電池結(jié)構(gòu)，包括基材、第一透明導(dǎo)電層、第一半導(dǎo)體薄膜、第二透明導(dǎo)電層、第二半導(dǎo)體薄膜以及接觸電極。其中第一透明導(dǎo)電層位于基材之上。第一半導(dǎo)體薄膜，位于第一透明導(dǎo)電層之上。第二透明導(dǎo)電層位于第一半導(dǎo)體薄膜之上，且第二透明導(dǎo)電層具有第一粗糙表面。第二半導(dǎo)體薄膜位于第二透明導(dǎo)電層之上。接觸電極位于第二半導(dǎo)體層之上。
文檔編號(hào)H01L31/075GK201222506SQ20082012669
公開日2009年4月15日 申請(qǐng)日期2008年7月11日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月11日
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