专利名称：太阳能电池结构的制作方法
技术领域：
本实用新型是有关于一种太阳能电池(Solar Electricity)结构，且特别是有 关于一种具有堆叠结构的薄膜太阳能电池。
背景技术：
目前由于国际能源短缺，世界各国一直持续致力于研究各种可行的替代能 源，而其中太阳能电池具有使用方便、无污染、无转动部分、无噪音、使用寿 命长、普及化、可阻隔辐射热并且尺寸可与建筑物结合而随意变化等优点，而 受到瞩目。
典型的太阳能电池计有单晶硅太阳能电池、多晶硅太阳电池、非晶硅太阳 能电池、化合物太阳能电池以及染料敏化太阳能电池等。而目前由于原料短缺， 因此主要的发展趋势则是以薄膜太阳能电池为主。
薄膜太阳能电池100，请参照图1，图1是根据已知技术所示的一种薄膜 太阳能电池结构100的剖面示意图。一般已知的薄膜太阳能电池结构100系利 用化学气相沉积法在200 。C下于玻璃101以及片电阻值<20 0且穿透率>75% 的二氧化锡(Sn02)或氧化锌(ZnO)导电层102上制备(P-i-N)结构103，再以溅 镀的方式在P-i-N结构103上沉积金属接触电极，例如铝质或银质电极104。 其中P-i-N结构103是在半导体结构的导带(Conduction Band)与价带(Valence Band)之间的本质层(Intrinsic Layer; i-Layer)引进额外的中间能带(Intermediate Band),借以吸收原本能量小于能隙而不被吸收的光子，因此增加光电流量。
己知的P-i-N结构103 —般是采用氢化非晶硅(Amorphous Silicon; a-Si:H) 作为本质层，再通过原子掺杂(Doping)的方式引进额外的中间能带，使导带与 价带的能阶相互耦合(Overlapping)。目前为了增加薄膜的载子迁移率(Carrier Mobility),多采用微晶硅(Microcrysatlline Silicon; c-Si:H)材料作为本质层来进 行掺杂。
然而，不论是采用氢化非晶硅或微晶硅所形成的P-i-N结构，其所能提高的光电转换效率仍然有限。为了解决此一问题已知技术提出了使用多层P-i-N
结构相互堆叠，例如以氢化非晶硅P-i-N结构层和微晶硅P-i-N结构层相互堆 叠，来形成的太阳能电池，以提高薄膜太阳能电池的光吸收性与光电转换效率。
但是，有鉴于多层P-i-N结构的堆叠容易使光穿透率降低，反而因此降低
了薄膜太阳能电池的光吸收性与光电转换效率。
因此有需要提供一种成本便宜、结构简单且能提高光吸收性与光电转换效 率的薄膜太阳能电池。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题在于提供一种成本便宜、结构简单且能提 高光吸收性与光电转换效率的太阳能电池结构。
为了实现上述目的，本实用新型的一个实施例是在提供一种太阳能电池结 构，包括基材、第一透明导电层、第一半导体薄膜、第二透明导电层第二半导 体薄膜以及接触电极。其中第一透明导电层位于基材之上。第一半导体薄膜， 位于第一透明导电层之上。第二透明导电层位于第一半导体薄膜之上，且第二 透明导电层具有第一粗糙表面。第二半导体薄膜位于第二透明导电层之上。接 触电极位于第二半导体层之上。
根据以上所述的实施例，本实用新型的技术特征是采用互堆叠的多个材料 相异的半导体薄膜，来吸收不同波长的入射光，并且在各个半导体薄膜之间形 成具有粗糙表面的透明导电层，通过粗糙表面的绕射来提高半导体薄膜的光电 转换率，以克服入射光因为多层堆叠而产生穿透率不足的问题，并进而达到提 高薄膜太阳能电池的发电效率。
为让本实用新型的上述和其它目的、特征、优点与实施例能更明显易懂，
所附附图的详细说明如下
图1是根据已知技术所示的一种薄膜太阳能电池结构的剖面示意图2是根据本实用新型的较佳实施例所示的一种薄膜太阳能电池结构的
剖面示意图3是根据本实用新型的较佳实施例所示的一种薄膜太阳能电池结构的剖面示意图4是根据本实用新型的较佳实施例所示的一种薄膜太阳能电池结构的
剖面示意图。
为清楚描述本实用新型的技术特征，上述图标并未按照比例绘示，元件的 尺寸大小，将依照说明书的描述内容的需求进行变更。
主要元件符号说明
100:薄膜太阳能电池101:玻璃
102:氧化铟锡导电层103:P-i-N结构
104:铝电极200:薄膜太阳能电池结构
201:基材202:第一透明导电层
203:第一半导体薄膜203a:p层
203b:i层203c:n层
204:第二透明导电层205:第二半导体薄膜
205a:p层205b:i层
205c:n层206:接触电极
307:第三透明导电层307a:粗糙表面
407:第三透明导电层術a:第三粗糙表面
408:第三半导体薄膜409:第四透明导电层
409a:第四粗糙表面
具体实施方式
为让本实用新型的上述和其它目的、特征、优点与实施例能更明显易懂，
特提供数种薄膜太阳能电池结构200作为较佳实施例来进一步说明。其中值得 注意的是，为了方便描述起见，在以下实施例的附图之中，相似的元件将以相 同的图式符号加以标示，然而这并不代表各图式之间，存在有相对应的联系关 系。
请参照图2，图2是根据本实用新型的较佳实施例所示的一种薄膜太阳能 电池结构200的剖面示意图。薄膜太阳能电池结构200包括基材201、第一 透明导电层202、第一半导体薄膜203、第二透明导电层204、第二半导体薄膜205以及接触电极206。
其中，第一透明导电层202位于基材201之上。在本实用新型的较佳实施 例的中，基材201是一种玻璃基板，而第一透明导电层202则是一种材料为片 电阻值<20 0，且穿透率>75%的二氧化锡或氧化锌。
第一半导体薄膜203是位于第一透明导电层202上方的一种(P-i-N)结构。 在本实用新型的一些实施例之中，第一半导体薄膜203是一种本质层为非晶硅 材料的P-i-N结构，其中p层203a的厚度实质介于5nm至20nm之间；i层203b 厚度实质介于50nm至500nm之间；n层203c的厚度实质介于5nm至20nm 之间。主要吸收波长实质介于300nm至800nm。
第二透明导电层204也是一种位于第一半导体薄膜203上，材料为片电阻 值<20 Q，且穿透率>75%的二氧化锡或氧化锌。且在本实用新型的实施例之 中，第二透明导电层204具有一个第一粗糙表面204a。在本实用新型的一些 实施例之中，第一粗糙表面204a是一种以蚀刻方式在第二透明导电层204上 形成的立体几何图案，或者是在形成第二透明导电层204的同时，以化学气相 沉积或物理气相沉积的方式，在第一半导体薄膜203之上形成具有立体几何图 案的第二透明导电层204。
第二半导体薄膜205位于第二透明导电层204之上，是一种由微晶硅或微 晶硅锗材料所组成的P-i-N结构。在本实施例之中，第二半导体薄膜205是由 微晶硅材料所组成的P-i-N结构，其中p层205a的厚度实质介于5nm至20nm 之间；i层205b厚度实质介于lpm至3|im之间；n层205c的厚度实质介于 10nm至50nm之间，主要吸收波长实质介于500nm至1100nm。
接触电极206则是位于第二半导体层205之上的金属层。在本实施例之中， 接触电极206是一种铝质或银质电极层。
通过第二透明导电层204透明几何图案的绕射，可提高第一半导体薄膜 203和第二半导体层205的光电转换效率，以使薄膜太阳能电池结构200的发 电效率实质提高9 %至10 % 。
请参照图3，图3是根据本实用新型的较佳实施例所示的一种薄膜太阳能 电池结构300的剖面示意图。薄膜太阳能电池结构300包括基材201、第一 透明导电层202、第一半导体薄膜203、第二透明导电层204、第二半导体薄 膜205、第三透明导电层307以及接触电极206。其中薄膜太阳能电池结构300与薄膜太阳能电池结构200大致相同，最大的差异在于第二半导体薄膜205 和接触电极206之间还包括有一层第三透明导电层307，其中第三透明导电层 307的形成方式与材料和第二透明导电层204相似。另外第三透明导电层307 的结构也和第二透明导电层204相似， 一样具有一个第二粗糙表面307a，功 能也是用来对入射光进行绕射，以提高第一半导体薄膜203和第二半导体层 205的光电转换效率。
请再参照图4，图4是根据本实用新型的较佳实施例所绘示的一种薄膜太 阳能电池结构400的剖面示意图。薄膜太阳能电池结构400包括基材201、 第-透明导电层202、第一半导体薄膜203、第二透明导电层204、第二半导 体薄膜205、第三透明导电层407、第三半导体薄膜408、第四透明导电层409 以及接触电极206。其中薄膜太阳能电池结构400与薄膜太阳能电池结构200 大致相同，最大的差异在于第二半导体薄膜205和接触电极206之间还包括有 第三透明导电层407、第三半导体薄膜408和第四透明导电层409。
其中，第三半导体薄膜408是一种由微晶硅锗材料所组成的P-i-N结构。 在本实施例之中，第三半导体薄膜408是由微晶硅材料所组成的P-i-N结构， 其中p层408a的厚度实质介于5nm至20nm之间；i层408b厚度实质介于lpm 至3pm之间；n层408c的厚度实质介于10nm至50nm之间，主要吸收波长实 质介于800nm至1400nm。
第三透明导电层407和第四透明导电层409不论在形成方式、材料和结构 上都与第二透明导电层204相似，同时也分别具有一个第三粗糙表面407a和 第四粗糙表面409a，功能也是用来对入射光进行绕射，以提高第一半导体薄 膜203、第二半导体层205和第三半导体薄膜408的光电转换效率。
由于第一半导体薄膜203、第二半导体层205和第三半导体薄膜408，是 分别由不同材料所构成的P-i-N结构，分别具有不同能隙范围，可吸收波长涵 盖范围大增，可提高入射光的吸收效率。再加上通过第二透明导电层204、第 三透明导电层407和第四透明导电层409透明几何图案的绕射，可提高第一半 导体薄膜203、第二半导体层205和第三半导体薄膜408的光电转换效率，以 使薄膜太阳能电池结构400的发电效率实质提高11 %至12% 。
根据以上所述的实施例，本实用新型的技术特征是采用互堆叠的多个材料 相异的半导体薄膜，来吸收不同波长的入射光，并且在各个半导体薄膜之间形成具有粗糙表面的透明导电层，通过粗糙表面的绕射来提高半导体薄膜的光电 转换率，以克服入射光因为多层堆叠而产生穿透率不足的问题，并进而达到提 高薄膜太阳能电池的发电效率。
虽然本实用新型己以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本实用新 型，任何相关技术领域具有通常知识者，在不脱离本实用新型的精神和范围内， 当可作各种的更动与润饰，因此本实用新型的保护范围当视后附的权利要求所 界定的范围为准。
权利要求1、一种太阳能电池结构，其特征在于，包括一基材；一第一透明导电层，位于该基材之上；一第一半导体薄膜，位于该第一透明导电层之上；一第二透明导电层，位于该第一半导体薄膜之上，且该第二透明导电层具有一第一粗糙表面；一第二半导体薄膜，位于该第二透明导电层之上；以及一接触电极，位于该第二半导体层之上。
2.、 根据权利要求l所述的太阳能电池结构，其特征在于，该基材是一玻 璃基材，该第一透明导电层的材料为二氧化锡或氧化锌，而该接触电极是一
3.根据权利要求l所述的太阳能电池结构，其特征在于，该第一半导体 薄膜是由非晶硅材料所构成的一第一 P-i-N结构。
4. 根据权利要求3所述的太阳能电池结构，其特征在于，该第一P-i-N 结构的p层厚度介于5nm至20nm之间；i层厚度介于50nm至500nm之间； n层厚度介于5nm至20nm之间。
5. 根据权利要求4所述的太阳能电池结构，其特征在于，该第二半导体 薄膜则由微晶硅或微晶硅锗材料所组成的一第二 P-i-N结构。
6.根据权利要求5所述的太阳能电池结构，其特征在于，该第二P-i-N 结构的p层厚度介于5nm至20nm之间；i层厚度介于1 pm至3 pm之间；n 层厚度介于10nm至50nm之间。
7.根据权利要求l所述的太阳能电池结构，其特征在于，该第二透明导 电层的材料为二氧化锡或氧化锌。
8.根据权利要求l所述的太阳能电池结构，其特征在于，还包括 一第三透明导电层，位于该接触电极与该第二半导体薄膜之间，且该第三透明导电层具有一第二粗糙表面；一第三半导体薄膜，位于该接触电极与该第三透明导电层之间；以及 一第四透明导电层，位于该接触电极与该第三半导体薄膜之间，且该第四透明导电层具有一第三粗糙表面。
9、 根据权利要求8所述的太阳能电池结构，其特征在于，该第一半导体 薄膜具有由非晶硅材料所构成的一第一 P-i-N结构；该第二半导体薄膜具有 由微晶硅所构成的一第二 P-i-N结构；第三半导体薄膜具有由微晶硅锗所构 成的一第三P-i-N结构。
10、 根据权利要求8所述的太阳能电池结构，其特征在于，该第一粗糙 表面、和该第二粗糙表面，是分别由一立体几何图案所构成，通过该立体几 何图案的绕射来提高该第一半导体薄膜和该第二半导体薄膜的光电转换率。
专利摘要本实用新型涉及一种太阳能电池结构，包括基材、第一透明导电层、第一半导体薄膜、第二透明导电层、第二半导体薄膜以及接触电极。其中第一透明导电层位于基材之上。第一半导体薄膜，位于第一透明导电层之上。第二透明导电层位于第一半导体薄膜之上，且第二透明导电层具有第一粗糙表面。第二半导体薄膜位于第二透明导电层之上。接触电极位于第二半导体层之上。
文档编号H01L31/075GK201222506SQ20082012669
公开日2009年4月15日 申请日期2008年7月11日 优先权日2008年7月11日
发明者简毓苍, 简永杰 申请人:东捷科技股份有限公司