专利名称:太阳能装置及其制造方法
太阳能装置及其制造方法
技术领域:
本发明关于一种太阳能装置,特别关于一种具有复合粒子的太阳能装置及其制造方法。
背景技术:
太阳能基板中的P型半导体层及N型半导体层彼此连结而形成一 P/N接面,以使 在此接面两侧的电洞(P型)与电子(N型)在受到光线的剌激后,产生电子-电洞对而产 生电(子)流。然而,对于硅晶圆来说,其仅对于波长范围介于860 880纳米(nm)的光 线较具敏感性,即,太阳能基板对部分波长光(例如短波长光)的光电转换率较差,甚至无 法利用,而此亦为目前太阳能基板转换效率无法提升的主要原因之一。
因此,为了提升太阳能电池(solar cell)对光线的转换能力, 一般熟知的方法多 藉由增加一抗反射层(anti-reflection layer)于太阳能基板的表面上,以降低太阳能基 板对光线的反射,进而提升光线进入太阳能基板的量,不过此一作法仅能使得进入至太阳 能基板的光线量增加,却无法确实提升太阳能基板对于不同波长范围光线的利用率。另外, 更有部分技术是增设一滤光装置,邻设于太阳能基板或设置于太阳能基板上方,使高能量 的光线偏移至较低的能量,期使入射的光线波长较能激发硅晶圆以产生更多的电能。
然而,上述的滤光装置将短波的光转换出较长的波段,以激发硅晶圆,但仍有部分 波长未被转换,或转换效率不佳,甚至偏移后仍未落入激发硅晶圆的波长范围内,造成太阳 能基板对光线的利用率仍然不佳。 因此,如何提供一种太阳能装置及其制造方法,能提升光电转换的效率,以提升太 阳能基板对光线的利用,实为当前重要的课题之一。
发明内容
本发明之目的为提供一种太阳能装置及其制造方法,能提升太阳能装置的效率, 以提升太阳能基板对光线的利用率。 为达上述目的,依据本发明之一种太阳能装置包含一基板、多个光电转换元件、一 抗反射层、一色转换层以及多个个复合粒子。光电转换元件设置于基板上;抗反射层设置于 光电转换元件上;色转换层设置于抗反射层上;多个复合粒子设置于抗反射层与色转换层 之间。 为达上述目的,依据本发明之一种太阳能装置的制造方法包含以下步骤提供一 基板;形成多个光电转换元件于基板上;形成一抗反射层于光电转换元件上;对抗反射层 的表面进行表面处理而形成一粗糙面;提供多个复合粒子于粗糙面;以及形成一色转换层 于抗反射层上。 承上所述,因依据本发明之太阳能装置及其制造方法,其藉由抗反射层、复合粒子 与色转换层的设置,使得在光线进入光电转换元件前,可于抗反射层、复合粒子与色转换层 之间调整波长范围以利光电转换效率的提升,其中,复合粒子可微小化至纳米级的尺寸,
3故,无论是反射自光电转换元件及/或抗反射层的反射光线或是来自外界射入的光线,均 可藉由复合粒子以重复地折射,并进入至色转换层中以连续地进行波长范围的调整,俾使 太阳能装置的光电转换效能提升,同时如果复合粒子内部包含有金属微粒,亦可利用金属 颗粒之表面电浆子具有产生巨大局部电场之特性,而增加反射层之效率;另外,因为复合粒 子的材料为绝缘材料,故抗反射层与色转换层仍维持绝缘的特性,而不影响太阳能装置的 电学特性。与习知技术相较,本发明之太阳能装置及其制造方法能藉由抗反射层、复合粒子 与色转换层的设置,以提升太阳能装置对光线的利用率,并有效地提升太阳能装置的光电 转换率。实施方式
以下将参照相关图式,说明依据本发明较佳实施例之一种太阳能装置及其制造方
法,其中相同的元件将以相同的元件符号加以说明。 请参照图1A所示,其为本发明较佳实施例之一种太阳能装置的结构示意图。太阳
能装置包含一基板1、多个光电转换元件2、一抗反射层3、一色转换层5以及多个复合粒子
4。光电转换元件2设置于基板1上;抗反射层3设置于光电转换元件2上;色转换层5设
置于抗反射层3上;多个复合粒子4设置于抗反射层3与色转换层5之间。 基板1的材料可为玻璃、塑胶、半导体、绝缘体、可挠性或不锈钢基板之一。光电转换元件2的材料可为单晶硅(mono-Si)、多晶硅(poly-Si)、非晶硅
(amorphous-Si)的半导体材料或为其他可用于作光电转换的材料,更详细来说,光电转换
元件2的材料可选自于P型半导体材料、N型半导体材料及其组合所构成之群组。根据图
1A所示的实施例可知,光电转换元件2是由一 P型半导体层23及一 N型半导体层21所构成。 抗反射层3的材料选自氮化硅(Si0)、氧化硅(SiN)、氮氧化硅(SiON)及其组合所 构成的群组。抗反射层3具有一表面31,此表面31进行表面处理以形成一粗糙面311,使 基板1能够具有更好的抗反射效果,使进入光电转换元件2的光线增加,并提升太阳能装置 对光线的利用率。其中,以本实施例为例,此粗糙面311具有至少一凹结构311a及/或凸 结构311b,但不以此为限。 另外,用以表面处理抗反射层3的表面31的方式可为物理性及/或化学性的表 面处理,例如但不限于研磨或蚀刻,其中,蚀刻方式更为干式蚀刻及/或湿式蚀刻方式以实 现。 复合粒子4选自绝缘材料、复合材料及其组合,例如氧化金属或钝化金属,亦可依 不同的需求而选自金属及高分子材料或金属及陶瓷材料…等复合材料,当然,以本实施例 为例,此些复合粒子4设置于粗糙面311,如图lA所示,其更均匀设置于上述的凹结构311a 及/或凸结构311b上为例说明。 值得注意的是,复合粒子4的结构可如图1B所示,其为本发明较佳实施例之另一 种复合粒子的结构示意图。复合粒子4由一绝缘层42包覆一微粒41所构成,举例来说,绝 缘化此些微粒41的方式可藉由氧化微粒41 (例如金属粒子)的表面以形成绝缘层42 (例 如氧化金属层),其中,微粒41可藉由控制氧化反应的程度以形成具有良好绝缘特性的复 合粒子4。同时经由控制绝缘层42之厚度,可以调控微粒41中表面电浆子与色转换材料之 交互作用,使得色转换材料之转换效率达到最佳化。
此外,微粒41亦可依不同的需求而选自金属及高分子材料、或金属及陶瓷材料…
等复合材料,且复合粒子4可以为纳米级微粒,其粒径大小为100 1000纳米。 如上所述,绝缘化此些微粒41的目的是为了避免外包绝缘层42之复合粒子4
的使用会影响到太阳能电池的电性表现,并且经由微粒41之表面电浆子或是绝缘层之电
子_电洞对与色转换材料之交互作用,可以增加色转换材料之光转换效率。 色转换层5的材料选自萤光粉体、有机萤光色素、高分子萤光材料、无机萤光材
料、量子点萤光材料、混成萤光材料、磷光粉体、染料及其组合所构成的群组,如上所述的色
转换层5材料更选自纳米级材料,以便减少光线散射之损失,并利用调配的方式或藉由双
层至多层混搭设计,而得到不同波段范围的调整,使色转换层5具有更多元的变化态样。 而就应用层面来说,上述的太阳能装置可应用作为太阳能电池(solar cell)。 上述为本发明所揭露的一种太阳能装置的结构,以下则提出一种用以制作出上述
太阳能装置的制造方法,如图2所示,其包含步骤Sl至步骤S6。同时,为结合每一步骤与
其所对应的结构,则请一并参照图3A至图3F所示,其中,图3A所示的结构对应至图2中的
步骤S1、图3B所示的结构对应至图2中的步骤S2、图3C所示的结构对应至图2中的步骤
S3、图3D所示的结构对应至图2中的步骤S4、图3E所示的结构对应至图2中的步骤S5且
图3F所示的结构对应至图2中的步骤S6,藉以详尽地说明太阳能装置的制造方法。 首先,如图2及图3A所示,步骤Sl为提供一基板l,如图2A所示。 如图2及图3B所示,步骤S2为形成多个光电转换元件2于基板上。于此,光电转
换元件2是由一 P型半导体层23及一 N型半导体层21所构成,如图3B所示。 如图2及图3C所示,步骤S3为形成一抗反射层3于光电转换元件2上,抗反射层
3具有一表面31,其结构如图3C所示。 如图2及图3D所示,步骤S4为对抗反射层3的表面31进行表面处理而形成一粗 糙面311,粗糙面311具有至少一凹结构311a及/或凸结构311b。其中,在步骤S4中,形 成此等凹结构311a及/或此等凸结构311b的表面处理可藉由物理性方法、化学性方法或 两者并用,以处理抗反射层3的表面31而形成凹结构311a及/或凸结构311b,举例来说, 可利用研磨或蚀刻方式以实现,其中,蚀刻方式更为干式蚀刻及/或湿式蚀刻,较佳的表面 处理方式为电浆蚀刻。 如图2及图3E所示,步骤S5为提供多个复合粒子4于粗糙面311,以本实施例为
例,多个复合粒子4更均匀地分散在抗反射层3的粗糙面311的凹结构311a及/或凸结构
311b,且复合粒子4为纳米级微粒,其粒径大小为100 1000纳米。其中,在步骤S5中提
供复合粒子4于抗反射层3的粗糙面311的方式可藉由化学气相沉积(CVD)、物理气相沈积
(PVD)、电浆增强型化学式气相沈积(PECVD)、蒸镀及其组合以实现。 如图2及图3F所示,步骤S6为形成一色转换层5于抗反射层3上。 值得注意的是,如上所述之制造方法,其中提供此些复合粒子4的步骤更包含以
下子步骤形成多个微粒41于粗糙面311 ;以及氧化并形成绝缘层于此些微粒41的表面。
上述绝缘化的步骤执行于步骤S5之后,换言之,先提供微粒41于抗反射层3的粗糙面311
之后,再于微粒41外部形成一绝缘层42,即绝缘化此些微粒41使其形成复合粒子4,如图
1B所示。其中,绝缘化上述复合粒子4的方法选自于氧化、钝化及其组合。 另,如上所述之制造方法,其中提供此些复合粒子4的步骤更包含以下子步骤提
5供多个微粒41 ;氧化此些微粒41以形成绝缘层42或是以其他任何一种绝缘材料直接覆盖 微粒41以形成;以及提供表面包覆绝缘层42的此些微粒41于粗糙面311。更详细来说,上 述绝缘化的步骤执行于步骤S5之前,也就是在提供复合粒子4于抗反射层3的粗糙面311 之前,先行将微粒41进行绝缘化的处理,如此可形成一绝缘层42(例如氧化金属层),如图 1B所示,使其成为复合粒子4。如上所述,绝缘化此些微粒41的步骤,此一处理是为了避免 复合粒子4的形成会影响到太阳能装置的电性表现。 如此一来,本发明所揭露的太阳能装置,因其具有复合粒子4的设置,故,当光线 进入至太阳能装置后,波长在800纳米附近的光线可直接进入至光电转换元件2以进行光 电转换,对于具有较短波长的光线(波长范围介于200 500纳米)来说,则会先藉由位在 色转换层5的色转换材料进行吸收并使其自波长200 500纳米变化为波长较长之可见光 或是红外光,同时藉由与其相邻的复合粒子4内部包含之金属微粒(例如上述的微粒41) 的表面电浆子之交互作用,得以使得色转换材料之转换效率增加,藉以使进入至光电转换 元件2的大部分光线均落于可用波长的区段,进而提高太阳能装置对于整体入射光的利用 率。同时如果复合粒子4内部包含有金属微粒(例如上述的微粒41),则藉由表面电浆子所 产生之强大局部电场,亦可增加色转换层5之转换效率。 综上所述,因依据本发明之太阳能装置及其制造方法,其藉由抗反射层、复合粒子 与色转换层的设置,使得在光线进入光电转换元件前,可于抗反射层、复合粒子与色转换层 以重复地调整波长范围进而使太阳能装置的光电转换率提升;另外,因为复合粒子具有绝 缘特性,故抗反射层、色转换层与太阳能装置之间仍维持绝缘的特性,而不影响太阳能装置 的电性表现。与习知技术相较,本发明之太阳能装置及其制造方法能藉由掺混在抗反射层 与色转换层之间的复合粒子,能提升太阳能装置对光线的利用率,以有效地提升光电转换 效率。 以上所述仅为举例性,而非为限制性者。任何未脱离本发明之精神与范畴,而对其 进行之等效修改或变更,均应包含于后附之申请专利范围中。
图1A为一示意图,显示依据本发明较佳实施例之一种太阳能装置的结构示意图; 图1B为本发明较佳实施例之一种复合粒子的结构示意图; 图2为图1A所示之太阳能装置的制造方法的流程图;以及 图3A至图3F为图2之太阳能装置制造方法的流程步骤示意图。主要元件符号说明
1 :基板 2:光电转换元件 21:N型半导体层 23 :P型半导体层 3 :抗反射层 31 :表面 311 :粗糙面 311a:凹结构
311b :凸结构 4:复合粒子 41 :微粒 42 :绝缘层 5 :色转换层 Sl、 S2、 S3、 S4、 S5、 S6 :制作流程
权利要求
一种太阳能装置,包含一基板;多个光电转换元件,设置于该基板上;一抗反射层,设置于该些光电转换元件上;一色转换层,设置于该抗反射层上;以及多个复合粒子,设置于该抗反射层与该色转换层之间。
2. 如权利要求1所述之太阳能装置,其中该复合粒子为纳米级微粒。
3. 如权利要求1所述之太阳能装置,其中该复合粒子粒径大小为100 1000纳米。
4. 如权利要求1所述之太阳能装置,其中该复合粒子由一绝缘层包一微粒所构成。
5. 如权利要求4所述之太阳能装置,其中该微粒为金属或绝缘材料。
6. 如权利要求4所述之太阳能装置,其中该绝缘层藉由氧化该微粒或是直接覆盖该微 粒以形成。
7. 如权利要求1所述之太阳能装置,其中该基板的材料为玻璃、塑胶、半导体、绝缘体、 可挠性或不锈钢基板之一。
8. 如权利要求1所述之太阳能装置,其中该抗反射层的表面经由表面处理方式形成一 粗糙面,该些复合粒子设置于该粗糙面上。
9. 一种太阳能装置的制造方法,包含以下步骤 提供一基板;形成多个光电转换元件于该基板上; 形成一抗反射层于该些光电转换元件上; 对该抗反射层的表面进行表面处理而形成一粗糙面; 提供多个复合粒子于该粗糙面;以及 形成一色转换层于该抗反射层上。
10. 如权利要求9所述之制造方法,其中提供该些复合粒子的步骤包含以下子步骤 提供多个微粒于该粗糙面;以及 氧化并分别形成一绝缘层于该些微粒的表面。
11. 如权利要求9所述之制造方法,其中提供该些复合粒子的步骤包含以下子步骤 提供多个微粒;氧化该些微粒以分别形成一绝缘层直接覆盖该微粒;以及 提供表面包覆该绝缘层的该些微粒于该粗糙面。
12. 如权利要求9所述之制造方法,其中提供该些复合粒子的步骤包含以下子步骤 提供多个微粒;藉由一绝缘材料直接覆盖该微粒;以及 提供表面包覆该绝缘层的该些微粒于该粗糙面。
13. 如权利要求9所述之制造方法,其中提供该些复合粒子于该粗糙面的方式选自化 学气相沉积、物理气相沈积、电浆增强型化学式气相沈积、蒸镀及其组合。
全文摘要
一种太阳能装置包含一基板、多个光电转换元件、一抗反射层、一色转换层以及多个复合粒子。光电转换元件设置于基板上;抗反射层设置于光电转换元件上;色转换层设置于抗反射层上;多个复合粒子设置于抗反射层与色转换层之间。一种太阳能装置的制造方法亦一并揭露。
文档编号H01L31/18GK101728447SQ20081016902
公开日2010年6月9日 申请日期2008年10月14日 优先权日2008年10月14日
发明者吴孟修, 戴煜暐, 许国强, 陈永芳 申请人:新日光能源科技股份有限公司