專利名稱：將紅外光轉(zhuǎn)換為可見光的具有微晶硅本質(zhì)層的太陽能電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種太陽電池，特別是涉及一種將紅外光轉(zhuǎn)換為可見光的具有微 晶硅本質(zhì)層的太陽能電池。
背景技術(shù)：
太陽能是一種干凈無污染而且取之不盡用之不竭的能源，在解決目前石化能源所 面臨的污染與短缺的問題時(shí)，一直是最受矚目的焦點(diǎn)。由于太陽能電池可直接將太陽能轉(zhuǎn) 換為電能，因此成為目前相當(dāng)重要的研究課題。硅基太陽電池為業(yè)界常見的一種太陽能電池。硅基太陽能電池的原理是將ρ型半 導(dǎo)體與η型半導(dǎo)體相接合，以形成ρ-η接面。當(dāng)太陽光照射到具有此ρ-η結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體時(shí)， 光子所提供的能量可把半導(dǎo)體中的電子激發(fā)出來而產(chǎn)生電子電洞對。電子與電洞均會(huì)受到 內(nèi)建電位的影響，使得電洞往電場的方向移動(dòng)，而電子則往相反的方向移動(dòng)。如果以導(dǎo)線將 此太陽能電池與負(fù)載(load)連接起來，則可形成一個(gè)回路(loop)，并可使電流流過負(fù)載， 此即為太陽能電池發(fā)電的原理。隨著環(huán)保意識(shí)抬頭，節(jié)能減碳的概念逐漸受眾人所重視，再生能源的開發(fā)與利用 成為世界各國積極投入發(fā)展的重點(diǎn)。目前，太陽能電池的關(guān)鍵問題在于其光電轉(zhuǎn)換效率的 提升，而能夠提升太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率即意味著產(chǎn)品競爭力的提升。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于，提供一種將紅外光轉(zhuǎn)換為可見光的具有微晶硅本質(zhì)層的 太陽能電池，使其可將無法被太陽能電池所利用的紅外光轉(zhuǎn)換為可被太陽能電池所利用的 可見光，以提高光電轉(zhuǎn)換效率。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，依據(jù)本實(shí)用新型提出的一種將紅外光轉(zhuǎn)換為可見光的具有微 晶硅本質(zhì)層的太陽能電池，其包括透明基板、第一電極、第二電極、P型半導(dǎo)體層、紅外光轉(zhuǎn) 換層(infrared light conversion layer)、η型半導(dǎo)體層以及微晶硅本質(zhì)層(intrinsic layer)；該第一電極配置于透明基板上；該第二電極配置于該第一電極與該透明基板之 間；該P(yáng)型半導(dǎo)體層配置于該第一電極與該第二電極之間；該紅外光轉(zhuǎn)換層配置于該P(yáng)型 半導(dǎo)體層與該第二電極之間，用以將紅外光轉(zhuǎn)換為可見光；該η型半導(dǎo)體層配置于該P(yáng)型半 導(dǎo)體層與該第一電極之間；該微晶硅本質(zhì)層配置于該P(yáng)型半導(dǎo)體層與該η型半導(dǎo)體層之間。本實(shí)用新型還可采用以下技術(shù)措施進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)。前述的將紅外光轉(zhuǎn)換為可見光的具有微晶硅本質(zhì)層的太陽能電池，其中所述的紅 外光轉(zhuǎn)換層的材料例如為稀土(rare earth)元素。前述的將紅外光轉(zhuǎn)換為可見光的具有微晶硅本質(zhì)層的太陽能電池，其中所述的稀 土元素例如為鑭(La)系元素。前述的將紅外光轉(zhuǎn)換為可見光的具有微晶硅本質(zhì)層的太陽能電池，其中所述的可 見光例如為紅光。[0011]前述的將紅外光轉(zhuǎn)換為可見光的具有微晶硅本質(zhì)層的太陽能電池，其中所述的第 一電極與第二電極的材料例如為透明導(dǎo)電氧化物(transparentconductive oxide, TCO)。前述的將紅外光轉(zhuǎn)換為可見光的具有微晶硅本質(zhì)層的太陽能電池，其中所述的ρ 型半導(dǎo)體層的材料例如為非晶硅或微晶硅。前述的將紅外光轉(zhuǎn)換為可見光的具有微晶硅本質(zhì)層的太陽能電池，其中所述的η 型半導(dǎo)體層的材料例如為非晶硅或微晶硅。前述的將紅外光轉(zhuǎn)換為可見光的具有微晶硅本質(zhì)層的太陽能電池，其中所述的透 明基板的材料例如為玻璃。前述的將紅外光轉(zhuǎn)換為可見光的具有微晶硅本質(zhì)層的太陽能電池，其還可以在第 一電極與η型半導(dǎo)體層之間配置半透明金屬層。前述的將紅外光轉(zhuǎn)換為可見光的具有微晶硅本質(zhì)層的太陽能電池，其中所述的半 透明金屬層的材料例如為鋁或過渡金屬(transition metal) 0本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比具有明顯的優(yōu)點(diǎn)和有益效果。借由上述技術(shù)方案，本實(shí) 用新型的將紅外光轉(zhuǎn)換為可見光的具有微晶硅本質(zhì)層的太陽能電池，至少具有下列優(yōu)點(diǎn)一、本實(shí)用新型的將紅外光轉(zhuǎn)換為可見光的具有微晶硅本質(zhì)層的太陽能電池，在ρ 型半導(dǎo)體層與第二電極之間配置紅外光轉(zhuǎn)換層來將紅外光轉(zhuǎn)換為本質(zhì)層可吸收的可見光， 因此可以大幅地提升太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率。二、本實(shí)用新型的將紅外光轉(zhuǎn)換為可見光的具有微晶硅本質(zhì)層的太陽能電池，由 于照射至太陽能電池的太陽光中的紅外光被轉(zhuǎn)換為可見光，因此可以大幅度地降低紅外光 所造成的熱累積效應(yīng)，進(jìn)而提高太陽能電池的效能。三、本實(shí)用新型的將紅外光轉(zhuǎn)換為可見光的具有微晶硅本質(zhì)層的太陽能電池，若 照射至太陽能電池的太陽光中的紅外光被轉(zhuǎn)換為紅光，則本實(shí)用新型的太陽能電池可以應(yīng) 用于需要較多紅光的農(nóng)業(yè)或花卉產(chǎn)業(yè)，以助于農(nóng)作物與花卉培養(yǎng)。為讓本實(shí)用新型的上述特征和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，下文特舉實(shí)施例，并配合所附 圖式作詳細(xì)說明如下。

圖1是本實(shí)用新型一實(shí)施例的將紅外光轉(zhuǎn)換為可見光的具有微晶硅本質(zhì)層的太 陽能電池的剖視示意圖。圖2是本實(shí)用新型另一實(shí)施例的將紅外光轉(zhuǎn)換為可見光的具有微晶硅本質(zhì)層的 太陽能電池的剖視示意圖。10、20 太陽能電池102、104:電極108 紅外光轉(zhuǎn)換層112:微晶硅本質(zhì)層116:半透明金屬層
100 透明基板 106 φ型半導(dǎo)體層 110 :n型半導(dǎo)體層 114 太陽光
具體實(shí)施方式為更進(jìn)一步闡述本實(shí)用新型為達(dá)成預(yù)定發(fā)明目的所采取的技術(shù)手段及功效，
以下結(jié)合附圖及較佳實(shí)施例，對依據(jù)本實(shí)用新型提出的將紅外光轉(zhuǎn)換為可見光的具有微晶硅本 質(zhì)層的太陽能電池其具體實(shí)施方式
、步驟、結(jié)構(gòu)、特征及其功效詳細(xì)說明。請參閱圖1所示，是本實(shí)用新型一實(shí)施例的將紅外光轉(zhuǎn)換為可見光的具有微晶硅 本質(zhì)層的太陽能電池的剖視示意圖。本實(shí)用新型一實(shí)施例的將紅外光轉(zhuǎn)換為可見光的具有 微晶硅本質(zhì)層的太陽能電池10包括透明基板100、電極102、電極104、P型半導(dǎo)體層106、 紅外光轉(zhuǎn)換層108、η型半導(dǎo)體層110以及微晶硅本質(zhì)層112。透明基板100的材料例如為玻璃。電極102配置于透明基板100上。電極102的材 料例如為透明導(dǎo)電氧化物。上述的透明導(dǎo)電氧化物可以是銦錫氧化物(indium tin oxide, ΙΤ0)、氧化鋁鋅(Al doped ZnO, AZO)、銦鋅氧化物(indium zinc oxide, IZ0)或其他透明 導(dǎo)電材料。電極104配置于電極102與透明基板100之間。電極104的材料例如為透明導(dǎo) 電氧化物(例如銦錫氧化物、氧化鋁鋅、銦鋅氧化物或其他透明導(dǎo)電材料)。ρ型半導(dǎo)體層106配置于電極102與電極104之間。ρ型半導(dǎo)體層106的材料例 如為非晶硅或微晶硅，而P型半導(dǎo)體層106中所摻雜的材料例如是選自元素周期表中IIIA 族元素的群組，其可以是硼(B)、鋁(Al)、鎵(Ga) JB (In)或鉈(Tl)。η型半導(dǎo)體層110配置于ρ型半導(dǎo)體層106與電極102之間。η型半導(dǎo)體層110 的材料例如為非晶硅或微晶硅，而η型半導(dǎo)體層110中所摻雜的材料例如是選自元素周期 表中VA族元素的群組，其可以是磷(P)、砷(As)、銻(Sb)或鉍(Bi)。微晶硅本質(zhì)層112配置于ρ型半導(dǎo)體層106與η型半導(dǎo)體層110之間。微晶硅本 質(zhì)層112作為光產(chǎn)生電子-電洞對的主要區(qū)域。紅外光轉(zhuǎn)換層108配置于ρ型半導(dǎo)體層106與電極104之間，用以將紅外光轉(zhuǎn)換 為可見光。紅外光轉(zhuǎn)換層108的材料例如為稀土元素，例如鑭系元素。詳細(xì)地說，對于一般 的太陽能電池來說，當(dāng)太陽光照射至太陽能電池時(shí)，由于以微晶硅為材料的本質(zhì)層無法吸 收太陽光中的紅外光(其在太陽光中約占50% )，因此紅外光會(huì)直接穿過太陽能電池而無 法被利用，使得太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率無法大幅度地提升。然而，在本實(shí)施例中，當(dāng)太 陽光114穿過透明基板100而照射至紅外光轉(zhuǎn)換層108時(shí)，紅外光轉(zhuǎn)換層108可將太陽光 114中無法被太陽能電池所利用的紅外光轉(zhuǎn)換為可被太陽能電池所利用的可見光。由于微 晶硅本質(zhì)層112對于可見光具有較佳的吸收率，因此當(dāng)太陽光114中的紅外光被紅外光轉(zhuǎn) 換層108轉(zhuǎn)換為可見光而進(jìn)入微晶硅本質(zhì)層112時(shí)，與一般的太陽能電池相比，增加了照射 至微晶硅本質(zhì)層112的可見光的量，因而提升了太陽能電池10的光電轉(zhuǎn)換效率。此外，相對于其他顏色的可見光來說，由于太陽能電池10中的本質(zhì)層是以微晶硅 為材料，而微晶硅材料對于紅光具有最佳的吸收率，因此可以藉由調(diào)整紅外光轉(zhuǎn)換層108 中稀土元素的種類、組成比例等來將太陽光114中的紅外光轉(zhuǎn)換為紅光，以進(jìn)一步地提升 太陽能電池10的光電轉(zhuǎn)換效率。特別一提的是，經(jīng)紅外光轉(zhuǎn)換層108所轉(zhuǎn)換成的紅光經(jīng)過太陽能電池10之后，未 被吸收的部分可以進(jìn)一步地被利用。舉例來說，經(jīng)紅外光轉(zhuǎn)換層108轉(zhuǎn)換而形成且未被吸 收的紅光可以與原本穿過太陽能電池10的未被吸收的可見光混合而產(chǎn)生不同顏色的光。 因此，若將太陽能電池10應(yīng)用于建筑設(shè)計(jì)中，則可以視實(shí)際需求來調(diào)整而呈現(xiàn)出不同于白 光的光。此外，若將太陽能電池10應(yīng)用于需要較多紅光的農(nóng)業(yè)或花卉產(chǎn)業(yè)，則可有助于農(nóng) 作物與花卉培養(yǎng)。[0038]再者，在本實(shí)施例中，由于照射至太陽能電池10的太陽光114中的紅外光已被轉(zhuǎn) 換為可見光，因此紅外光照射至太陽能電池時(shí)所產(chǎn)生的熱累積效應(yīng)可以被大幅度地降低， 使得太陽能電池10經(jīng)太陽光114照射之后仍可以維持在與周遭環(huán)境相同的溫度。此外，由 于熱累積效應(yīng)已被大幅度地降低，因此可以進(jìn)一步避免因熱累積效應(yīng)而造成光電轉(zhuǎn)換效率 降低的問題，進(jìn)而達(dá)到提升太陽能電池的效能的目的。請參閱圖2所示，是本實(shí)用新型另一實(shí)施例的將紅外光轉(zhuǎn)換為可見光的具有微晶 硅本質(zhì)層的太陽能電池的剖視示意圖。在另一實(shí)施例中，還可以在電極102與η型半導(dǎo)體 層110之間配置半透明金屬層116(如圖2所示)。半透明金屬層116的材料例如為鋁或過 渡金屬。在本實(shí)施例中，當(dāng)太陽光114照射至太陽能電池20時(shí)，未被吸收的紅光以及其他 未被吸收的可見光會(huì)經(jīng)過半透明金屬層116而穿出太陽能電池20。此時(shí)，藉由調(diào)整半透明 金屬層116的厚度可以控制穿出太陽能電池20的光的顏色與出光量。詳細(xì)地說，若半透明金屬層116的厚度較薄，則穿出太陽能電池20的光的強(qiáng)度較 大，且含有較多的紅光，因此同樣可以應(yīng)用于需要較多紅光的農(nóng)業(yè)或花卉產(chǎn)業(yè)，以助于農(nóng)作 物與花卉培養(yǎng)；若半透明金屬層116的厚度較厚，則穿出太陽能電池20的光的強(qiáng)度較小，且 含有較少的紅光。此外，部分的可見光還可被半透明金屬層116反射而再次進(jìn)入微晶硅本質(zhì)層112， 并被微晶硅本質(zhì)層112吸收。雖然本實(shí)用新型已以較佳實(shí)施例揭露如上，然并非用以限定本實(shí)用新型實(shí)施的范 圍，依據(jù)本實(shí)用新型的權(quán)利要求書及說明內(nèi)容所作的簡單的等效變化與修飾，仍屬于本實(shí) 用新型技術(shù)方案的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種將紅外光轉(zhuǎn)換為可見光的具有微晶硅本質(zhì)層的太陽能電池，其特征在于包括一透明基板；一第一電極，配置于該透明基板上；一第二電極，配置于該第一電極與該透明基板之間；一 P型半導(dǎo)體層，配置于該第一電極與該第二電極之間；一紅外光轉(zhuǎn)換層，配置于該P(yáng)型半導(dǎo)體層與該第二電極之間，用以將紅外光轉(zhuǎn)換為一 可見光；一 η型半導(dǎo)體層，配置于該ρ型半導(dǎo)體層與該第一電極之間；以及一微晶硅本質(zhì)層，配置于該ρ型半導(dǎo)體層與該η型半導(dǎo)體層之間。
2.如權(quán)利要求1所述的將紅外光轉(zhuǎn)換為可見光的具有微晶硅本質(zhì)層的太陽能電池，其 特征在于其中所述的紅外光轉(zhuǎn)換層的材料是一稀土元素。
3.如權(quán)利要求1所述的將紅外光轉(zhuǎn)換為可見光的具有微晶硅本質(zhì)層的太陽能電池，其 特征在于其中所述的稀土元素是鑭系元素。
4.如權(quán)利要求1所述的將紅外光轉(zhuǎn)換為可見光的具有微晶硅本質(zhì)層的太陽能電池，其 特征在于其中所述的可見光包括紅光。
5.如權(quán)利要求1所述的將紅外光轉(zhuǎn)換為可見光的具有微晶硅本質(zhì)層的太陽能電池，其 特征在于其中所述的第一電極與該第二電極的材料是透明導(dǎo)電氧化物。
6.如權(quán)利要求1所述的將紅外光轉(zhuǎn)換為可見光的具有微晶硅本質(zhì)層的太陽能電池，其 特征在于其中所述的P型半導(dǎo)體層的材料是非晶硅或微晶硅。
7.如權(quán)利要求1所述的將紅外光轉(zhuǎn)換為可見光的具有微晶硅本質(zhì)層的太陽能電池，其 特征在于其中所述的η型半導(dǎo)體層的材料是非晶硅或微晶硅。
8.如權(quán)利要求1所述的將紅外光轉(zhuǎn)換為可見光的具有微晶硅本質(zhì)層的太陽能電池，其 特征在于其中所述的透明基板的材料是玻璃。
9.如權(quán)利要求1所述的將紅外光轉(zhuǎn)換為可見光的具有微晶硅本質(zhì)層的太陽能電池，其 特征在于還包括一半透明金屬層，配置于該第一電極與該η型半導(dǎo)體層之間。
10.如權(quán)利要求9所述的將紅外光轉(zhuǎn)換為可見光的具有微晶硅本質(zhì)層的太陽能電池， 其特征在于其中所述的半透明金屬層的材料是鋁或過渡金屬。
專利摘要本實(shí)用新型是關(guān)于一種將紅外光轉(zhuǎn)換為可見光的具有微晶硅本質(zhì)層的太陽能電池，其包括透明基板、第一電極、第二電極、p型半導(dǎo)體層、紅外光轉(zhuǎn)換層、n型半導(dǎo)體層以及微晶硅本質(zhì)層；第一電極配置于透明基板上；第二電極配置于第一電極與透明基板之間；p型半導(dǎo)體層配置于第一電極與第二電極之間；紅外光轉(zhuǎn)換層配置于p型半導(dǎo)體層與第二電極之間，用以將紅外光轉(zhuǎn)換為可見光；n型半導(dǎo)體層配置于p型半導(dǎo)體層與第一電極之間；微晶硅本質(zhì)層配置于p型半導(dǎo)體層與n型半導(dǎo)體層之間。本實(shí)用新型可將無法被太陽能電池所利用的紅外光轉(zhuǎn)換為可被太陽能電池所利用的可見光，以提高光電轉(zhuǎn)換效率。
文檔編號(hào)H01L31/055GK201904362SQ20102062945
公開日2011年7月20日 申請日期2010年11月24日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月24日
發(fā)明者劉吉人, 劉幼海, 張一熙 申請人:吉富新能源科技(上海)有限公司