專利名稱：薄膜太陽能電池組成結構的制作方法
技術領域：
本發明是有關于一種薄膜太陽能電池組成結構，尤指一種具有高導電率的薄膜太陽能電池組成結構。
背景技術：
因全球太陽能市場需求成長，造成硅原料供應不足、硅晶太陽能電池及模組生產成本水漲船高。而薄膜太陽能電池因具有輕薄、低成本、可撓曲、多種外觀設計等優點，成為繼硅晶太陽能電池之后，被認為是當前最具發展潛力的太陽能技術。太陽能發電的技術，依制造工藝區分主要分為結晶硅(Wafer base)及薄膜(Τ hin Film base)太陽能電池兩大類。其中因硅具有無毒性、氧化物穩定等優點，加上產業界已有成熟穩定的工業處理技術來處理硅材料，因此，硅晶太陽能電池為目前市場應用主流，占全球市場約達九成。然而，由于近年來德國、西班牙等國在太陽能推動政策影響下，太陽能電池模組市場需求強勁推升，2007年，太陽能電池模組的需求增溫，曾導致硅原料嚴重缺貨，價格飛漲。 雖然自2008下半年以來，因多晶硅廠商產能陸續開出，加上市場需求趨緩，促使硅原料價格逐漸調降，但硅原料價格不穩定的經歷，已讓太陽能廠商更加體認風險分散的重要性；再者，硅晶太陽能產業因設備及制造工藝技術成熟、進入門檻低，在眾多競爭者的產業中，以往的高毛利時代已難以復見，促使太陽能廠商加速將研發觸角轉向薄膜太陽能電池領域。薄膜太陽能電池，顧名思義，乃是在塑膠、玻璃或是金屬基板上形成可產生光電效應的薄膜，厚度僅需數μ m，因此在同一受光面積下可較硅晶圓太陽能電池大幅減少原料的用量。薄膜太陽能電池并非是新概念的產品，實際上，以往人造衛星早已普遍采用以砷化鎵 (GaAs)制造的高轉換效率薄膜太陽能電池板(以單晶硅作為基板，轉換效能可達30%以上)來進行發電，但其成本昂貴，多用于航太產業，現今無法普及。故目前業界主流多采用非晶硅(a-Si)來制作薄膜太陽能電池的光吸收層(即半導體層)。薄膜太陽能電池可在價格低廉的玻璃、塑膠或不銹鋼基板上大量制作，以生產出大面積的太陽能電池，而其制造工藝更可直接導入已經相當成熟的TFT-IXD制造工藝，此為其優點之一，故業界無不爭相投入該領域的研究。基本上，薄膜太陽能電池相對其他類型的太陽能電池而言制造工藝較為簡單，具有成本低、可大量生產的優點。就薄膜太陽能電池基板的組成而言，其基本制造工藝會經過三層沉積(d印osition)、三道激光劃線(scribe)手續，如下面所述首先，先以物理氣相沉積工藝(PVD)在預訂尺寸的玻璃基板上鍍上一層透明導電薄膜(Transparent Conductive Oxide, TC0)，其選擇透光性高及導電性佳的材質，如氧化銦錫(ITO)、氧化錫(Sn02)、或氧化鋅(SiO)等。接著以紅外線激光劃線定義其前電極圖案(patterning)。至此為第一道沉積與劃線手續。第二階段為主吸收層(Active layer)的制作，其一般以等離子輔助化學氣相沉積(PlasmaEnhanced Chemical Vapor Deposition, PECVD)工藝在電極面上長出一層 p-i-n類型排列的氫化非晶硅結構(p-a-Si:H/i-a-Si:H/n-a-Si:H)，此主吸收層是以p-n半導體接面(p-n junction)作為光吸收及能量轉換的主體結構。此步驟后同樣會進行激光劃線步驟，為制作出的主吸收層定義圖案，至此為第二道沉積與劃線手續。最后再以濺鍍 (sputter)工藝在其上形成鋁/銀材質為主的背部電極(back contact)，并進行第三道激光劃線定義出其背部電極圖形。然因使用透明導電層于可見光區的透明性，所選用的透明導電層的半導體必須是寬能隙的半導體，所以選用能隙寬度必須大于可見光能量范圍的透明導電層的半導體，故增加了薄膜太陽能電池的整體厚度，且為增加透明導電層的導電性質，一般藉由摻雜微量雜質的方式，來提升其導電性，故工藝較為麻煩，因此，如何降低薄膜太陽能整體厚度以及如何提高光穿透率及吸收率與光電轉換的效率，為此產業亟需解決的問題。
發明內容
本發明的目的在于提供一種薄膜太陽能電池組成結構，所要解決的技術問題是使其利用半透明導電金屬層有效地降低電阻值，以增加導電率，使可利用功率上升，從而提高轉換的效率。本發明的另一目的在于提供一種薄膜太陽能電池組成結構，所要解決的技術問題是使其藉由半透明導電金屬層取代現有習知的透明導電膜，有效地增加光層及穿透長度， 并增加光反射特性，以增加整體轉換效率。為了實現上述目的，依據本發明提出的一種薄膜太陽能電池組成結構，至少包含 一透明基板，該透明基板的一面是一照射面；一 p-i-n半導體層，其形成于該透明基板下方，用以產生電子空穴(或稱為電子電洞)對，以提供光電流并增加光吸收率；以及一第一半透明導電金屬層，其形成于該P-i-n半導體層下方，用以取出電能與提升光電轉換的效率。本發明還可采用以下技術措施進一步實現。前述的薄膜太陽能電池組成結構，其進一步包含一第二半透明導電金屬層，形成于前述透明基板與P-i-n半導體層之間。前述的薄膜太陽能電池組成結構，其中所述的透明基板的材料為玻璃、石英、透明塑膠、藍寶石基板或是透明可撓性的材料。前述的薄膜太陽能電池組成結構，其中所述的第一半透明導電金屬層及第二半透明導電金屬層為單一過渡金屬或鋁；或前述第一半透明導電金屬層及第二半透明導電金屬層包括一第一透明導電氧化物以及一過渡金屬或鋁的其中之一；亦或前述第一半透明導電金屬層及第二半透明導電金屬層包括一第一透明導電氧化物、一過渡金屬或鋁的其中之一以及一第二透明導電氧化物。前述的薄膜太陽能電池組成結構，其中所述的銀的厚度介于3nm 25nm之間。前述的薄膜太陽能電池組成結構，其中所述的第一透明導電氧化物及第二透明導電氧化物為氧化鋅鋁(AZO)、氧化鋅鎵(GZO)或氧化鋅硼(ZnO)。本發明與現有技術相比具有明顯的優點和有益效果。借由上述技術方案，本發明的薄膜太陽能電池組成結構，至少具有下列優點本發明薄膜太陽能電池組成結構，利用半透明導電金屬層有效地降低電阻值，以增加導電率，使可利用功率上升，從而提高轉換的效率，且藉由半透明導電金屬層取代現有習知的透明導電膜，有效地增加光層及穿透長度，并增加光反射特性，以增加整體轉換效率。
圖1是本發明第一實施例的薄膜太陽能電池組成結構圖。圖2本發明第二實施例的薄膜太陽能電池組成結構圖。圖3是本發明薄膜太陽能電池組成結構的第一半透明導電金屬層及第二半透明導電金屬層的第一實施狀態結構圖。圖4是本發明薄膜太陽能電池組成結構的第一半透明導電金屬層及第二半透明導電金屬層的第二實施狀態結構圖。圖5是本發明薄膜太陽能電池組成結構的第一半透明導電金屬層及第二半透明導電金屬層的第三實施狀態結構圖。100 薄膜太陽能電池組成結構10、10，透明基板20、20，p-i_n 半導體層30,30'第一半透明導電金屬層40 第二半透明導電金屬層50、50，、50”第一透明導電氧化物60:第二透明導電氧化物
具體實施例方式為更進一步闡述本發明為達成預定發明目的所采取的技術手段及功效，以下結合附圖及較佳實施例，對依據本發明提出的薄膜太陽能電池組成結構其具體實施方式
、步驟、 結構、特征及其功效詳細說明。請參閱圖1，是本發明第一實施例的薄膜太陽能電池組成結構圖。本發明薄膜太陽能電池組成結構100，至少包含一透明基板10，該透明基板10的一面為一照光面；一 p-i-n半導體層20，是形成于該透明基板10另一面的下方，用以產生電子空穴對，以提供電流并增加光吸收率；以及至少一第一半透明導電金屬層30，是其形成于該p-i-n半導體層 20下方，用以取出電能與提升光電轉換的效率。在本實施例中，該透明基板10的材料可使用一般的玻璃、石英、透明塑膠、藍寶石基板或是透明可撓性的材料等等。該第一半透明導電金屬層30，可為單一過渡金屬或鋁其中之一，該過渡金屬例如為銀或鎳等等，以銀為例，銀的厚度介于3nm 25nm之間，且銀的特性在可見光范圍有良好的透光性且因銀具降低電阻值的特性，因此具有良好的導電性質，較佳地，銀的厚度介于 3nm 5nm、10nm 15nm及20nm 25nm。另外因銀的厚度很薄，使薄膜太陽能電池的整體厚度降低。當該透明基板10的照光面受到太陽光照射，則光線藉由穿透該透明基板10進入至該p-i-n半導體層20，使太陽光照射于pn接面上，俾使部分電子因擁有足夠的能量，離開原子而變成自由電子，失去電子的原子因而產生空穴，并透過P型半導體及η型半導體分別吸引空穴與電子，把正電和負電分開，在pn接面兩端因而產生電位差，再藉由該第一半透
5明導電金屬層30連接一電路(圖未示)，使電子得以通過，并與在pn接面另一端的空穴再次結合，便產生電流，再藉由該第一半透明導電金屬層30取出電能，以轉換成可利用的功率，且因本發明的第一半透明導電金屬層30為過渡金屬或鋁，其具有良好的導電性，且為使于可見光范圍有良好的透光性，本發明的第一半透明導電金屬層30的厚度適中，以避免產生不連續島膜。請參閱圖2，是本發明第二實施例的薄膜太陽能電池組成結構圖。本發明薄膜太陽能電池組成結構100，至少包含一透明基板10’，該透明基板10’的一面是一照光面；至少一第二半透明導電金屬層40，是形成于該透明基板10’另一面的下方，用以取出電能與提升光電轉換的效率；一 p-i-n半導體層20’，是形成于該第二半透明導電金屬層40下方，用以產生電子空穴對，以提供電流并增加光吸收率；以及至少一第一半透明導電金屬層30’， 是其形成于該P-i-n半導體層20’下方，用以取出電能與提升光電轉換的效率。在本實施例中，該透明基板10’的材料可使用一般的玻璃、石英、透明塑膠、藍寶石基板或是透明可撓性的材料等等。該第一半透明導電金屬層30’及第二半透明導電金屬層40，可為單一過渡金屬或鋁其中之一，該過渡金屬例如為銀或鎳等等，以銀為例，銀的厚度介于3nm 25nm之間，且銀的特性在可見光范圍有良好的透光性且因銀具降低電阻值的特性，因此具有良好的導電性質，較佳地，銀的厚度介于3nm 5nm、10nm 15nm及20nm 25nm。另外因銀的厚度很薄，使薄膜太陽能電池的整體厚度降低。當該透明基板10’的照光面受到太陽光照射，則光線藉由穿透該透明基板10’進入至該第二半透明導電金屬層40，并穿透進入至該p-i-n半導體層20’，使太陽光照射于 pn接面上，俾使部分電子因擁有足夠的能量，離開原子而變成自由電子，失去電子的原子因而產生空穴，并透過P型半導體及η型半導體分別吸引空穴與電子，把正電和負電分開，在 pn接面兩端因而產生電位差，再藉由該第一半透明導電金屬層30’連接一電路(圖未示)， 使電子得以通過，并與在pn接面另一端的空穴再次結合，便產生電流，再藉由該第一半透明導電金屬層30’取出電能，以轉換成可利用的功率，且因本發明的第一半透明導電金屬層 30’及第二半透明導電金屬層40為過渡金屬或鋁，其具有良好的導電性，且為使在可見光范圍有良好的透光性，本發明的第一半透明導電金屬層30’及第二半透明導電金屬層40的厚度適中，以避免產生不連續島膜。請參閱圖3，是本發明薄膜太陽能電池組成結構的第一半透明導電金屬層及第二半透明導電金屬層的第一實施狀態結構圖。本發明薄膜太陽能電池組成結構100的第一半透明導電金屬層30、30’及第二半透明導電金屬層40除了可為單一過渡金屬或鋁其中之一以外，亦可為包括一第一透明導電氧化物50以及一過渡金屬或鋁的其中之一，在本實施例，該第一透明導電氧化物50是形成于該過渡金屬或鋁的上方，該第一透明導電氧化物可為氧化鋅鋁(AZO)、氧化鋅鎵(GZO)或氧化鋅硼(SiO)等等透明導電氧化物，此些透明導電氧化物具有較低的電阻率，俾使增加光的穿透率。請參閱圖4，是本發明薄膜太陽能電池組成結構的第一半透明導電金屬層及第二半透明導電金屬層的第二實施狀態結構圖。本發明薄膜太陽能電池組成結構100的第一半透明導電金屬層30、30’及第二半透明導電金屬層40包括一第一透明導電氧化物50’以及一過渡金屬或鋁的其中之一，在本實施例，該第一透明導電氧化物50’是形成于該過渡金屬或鋁的下方，該第一透明導電氧化物50’可為氧化鋅鋁(AZO)、氧化鋅鎵(GZO)或氧化鋅硼 (ZnO)等等透明導電氧化物，此些透明導電氧化物具有較低的電阻率，俾使增加光的穿透率。請參閱圖5，是本發明薄膜太陽能電池組成結構的第一半透明導電金屬層及第二半透明導電金屬層的第三實施狀態結構圖。本發明薄膜太陽能電池組成結構100的第一半透明導電金屬層30、30’及第二半透明導電金屬層40包括一第一透明導電氧化物50”、一過渡金屬或鋁的其中之一以及一第二透明導電氧化物60，在本實施例中，該過渡金屬或鋁是置于該第一透明導電氧化物50”及第二透明導電氧化物60之間，該第一透明導電氧化物 50”及第二透明導電氧化物60可為氧化鋅鋁(AZO)、氧化鋅鎵(GZO)或氧化鋅硼(SiO)等等透明導電氧化物，此些透明導電氧化物具有較低的電阻率，俾使增加光的穿透率。本發明薄膜太陽能電池組成結構，利用半透明導電金屬層有效地降低電阻值，以增加導電率，使可利用功率上升，從而提高轉換的效率，且藉由半透明導電金屬層取代現有習知的透明導電膜，有效地增加光層及穿透長度，并增加光反射特性，以增加整體轉換效率。雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然并非用以限定本發明實施的范圍，依據本發明的權利要求書及說明內容所作的簡單的等效變化與修飾，仍屬于本發明技術方案的范圍。
權利要求
1.一種薄膜太陽能電池組成結構，其特征在于至少包含一透明基板，該透明基板的一面是照光面；一 p-i-n半導體層，其系形成于該透明基板下方，用以產生電子空穴對，以提供光電流并增加光吸收率；以及一第一半透明導電金屬層，其系形成于該P-i-n半導體層下方，用以取出電能與提升光電轉換的效率。
2.如權利要求1所述的薄膜太陽能電池組成結構，其特征在于其進一步包含一第二半透明導電金屬層，形成于前述透明基板與P-i-n半導體層之間。
3.如權利要求1所述的薄膜太陽能電池組成結構，其特征在于其中所述的透明基板的材料為玻璃、石英、透明塑膠、藍寶石基板或是透明可撓性的材料。
4.如權利要求1所述的薄膜太陽能電池組成結構，其特征在于其中所述的第一半透明導電金屬層及第二半透明導電金屬層為單一過渡金屬或鋁。
5.如權利要求1所述的薄膜太陽能電池組成結構，其特征在于其中所述的第一半透明導電金屬層及第二半透明導電金屬層包括一第一透明導電氧化物以及一過渡金屬或鋁的其中之一。
6.如權利要求1所述的薄膜太陽能電池組成結構，其特征在于其中所述的第一半透明導電金屬層及第二半透明導電金屬層包括一第一透明導電氧化物、一過渡金屬或鋁的其中之一以及一第二透明導電氧化物。
7.如權利要求4至6中任一權利要求所述的薄膜太陽能電池組成結構，其特征在于其中所述的過渡金屬為銀或鎳。
8.如權利要求7所述的薄膜太陽能電池組成結構，其特征在于其中所述的銀的厚度介于3nm 25nm之間。
9.如權利要求5或6所述的薄膜太陽能電池組成結構，其特征在于其中所述的第一透明導電氧化物及第二透明導電氧化物為氧化鋅鋁、氧化鋅鎵或氧化鋅硼。
全文摘要
本發明是有關一種薄膜太陽能電池組成結構，至少包含一透明基板，該透明基板的一面是照光面；一p-i-n半導體層，其形成于該透明基板下方，用以產生電子空穴對，以提供光電流并增加光吸收率；以及一第一半透明導電金屬層，其形成于該p-i-n半導體層下方，用以取出電能與提升光電轉換的效率，其中該第一半透明導電金屬層為過渡金屬或鋁，以降低電阻值，使可利用功率上升，從而提高轉換的效率。
文檔編號H01L31/0224GK102479861SQ20101056046
公開日2012年5月30日 申請日期2010年11月24日 優先權日2010年11月24日
發明者劉吉人, 張一熙, 梅長锜 申請人:吉富新能源科技(上海)有限公司