專利名稱：太陽能電池的制作方法
技術領域：
本發明關于一種太陽能電池，特別是關于一種太陽能電池結構上的改良。
背景技術：
近年來由于國際能源持續短缺以及環保意識高漲，世界各國均致力于發展環保性佳的替代能源。其中因太陽能取之不盡，用之不竭，且又無污染產生的問題，利用太陽能產生電力的太陽能電池最受到囑目。目前太陽能電池市場中，使用單晶硅與多晶硅的太陽能電池占絕大多數。然而，所述電池需使用150微米至350微米的高質量硅芯片作為基材，成本較高，因此，可使用玻璃、玻璃陶瓷、堅硬或其它可撓性基材作為基板的薄膜太陽能電池，因成本較低，成為新的發展方向。圖1顯示一種基本的薄膜太陽能電池1，其包含一透明基板2 (例如玻璃)，朝箭頭所示的光線方向；一第一透明導電層4(亦稱「前電極」)形成于所述透明基板2上，作為電極之一；一光伏轉換層6，形成于所述第一透明導電層4上，其主要由P型半導體層8、本質型半導體層10(i型)及η型半導體層12所組成。在另一薄膜太陽能電池的例子中，所述p-1-n的順序亦可倒轉為n-1-p。接著，一第二透明導電層14(亦稱「背電極」)形成于所述光伏轉換層6上，作為另一電極，而通常會另包含具高反射及漫射性的一漫反射層16形成于第二透明導電層14上，用以使未吸收的光再反射或漫射回去，以增加光伏轉化層的光吸收率。然而，第二透明導電層14的厚度通常會額外地吸收光，使得太陽能電池的吸光效果不佳，尤其，光是通過所述第二透明導電層14的光再反射或漫射回去，會通過所述第二透明導電層14兩次或多次。另外，一用以保護太陽能電池免受環境侵害的封裝層18可形成于漫反射層16上。圖2顯示另一種薄膜太陽能電池20，其包含一透明基板22 ;—第一透明導電層24 ;一光伏轉換層26，形成于所述第一透明導電層24上；一第二透明導電層28形成于所述光伏轉換層26上；一導電金屬層30形成于所述第二透明導電層28上；及一封裝層34形成于所述導電金屬層30上。在此太陽能電池結構中，所述導電金屬層30是作為背電極，而第二透明導電層28是藉由將其表面進行處理，進行粗糙化來將未吸收的光漫射或反射回光伏轉換層26。然而，在此種結構中，因第二透明導電層28的厚度關系，有些光會被吸收；此夕卜，第二透明導電層28的粗糙表面與背電極30間易產生等離子體效應(plasmon effect),這些都會造成光的損失。前述太陽能電池，以光伏轉換層的i層結構(本質型半導體層)最為重要，目前較常使用微晶硅質(μ c-Si)薄膜層、非晶硅質(a-Si)薄膜層或其層疊型式。例如，TffM323112便提出了一種由非晶硅質薄膜層及微晶硅質薄膜層所組成的i層結構以提高可見光譜光子的吸收范圍。通常非晶硅質薄膜層是用以吸收較短波長光，而微晶硅質薄膜層是用以吸收較長波長光。然而，微晶硅質薄膜層的吸光系數很低，因此通常微晶硅質薄膜層的厚度需要相當后才能達到想要的吸光效果。一般來說，微晶硅質薄膜層需要借助光在各層薄膜之間的全反射來提高光的吸收率。然而，目前的太陽能電池結構，對于光的吸收仍有改善的空間，特別是微晶硅質薄膜層。W02011/033072提供了一種制造非晶硅p_i_n太陽能電池的方法，其包含藉由低壓化學氣相沉積法(LPCVD)沉積前電極；藉由電漿增強型化學氣相沉積(PECVD)沉積P-1-n硅層；藉由LPCVD沉積背電極；及提供漫反射層(如白漆)。如先前所述，雖此方法提供漫反射層，可使未吸收光反射，增進光的吸收，然而，所反射的光容易被背電極(前述的第二透明導電層)吸收。因此，P-1-n硅層所吸收的光便會減少，其光吸收效果仍有改進的空間。US2008/0185035揭示一太陽能電池模塊，其包含一太陽能組件；位于所述太陽能組件兩側的封裝層；及分別在封裝層上，用于接收光的玻璃片及背層。然而，US2008/0185035未提到所述太陽能組件的細部結構，如半導體層或導電層等或其改良。US2010/0180942是關于一種太陽能電池模塊中封裝層的材料的改良。US2010/0180942于第
及
段有提到所述發明的封裝層可用于薄膜太陽能電池，及薄膜太陽能電池可包含透明導電層、光伏轉化層及反射膜等。然而，US2010/0180942未提到如何改善光伏轉化層的吸收。US2010/0180943亦關于一種太陽能電池模塊中封裝層的材料的改良。US2010/0180943于第
及
段有提到所述發明的封裝層可用于薄膜太陽能電池，及薄膜太陽能電池可包含透明導電層、光伏轉化層及反射膜等。然而，US2010/0180943未提到如何改善光伏轉化層的吸收。US2010/0180947亦關于一種太陽能電池模塊中的封裝層的材料的改良。US2010/0180947于第
及
段有提到所述發明的封裝層可用于薄膜太陽能電池，及薄膜太陽能電池可包含透明導電層、光伏轉化層及反射膜等。然而，US2010/0180947未提到如何改善光子吸收層的吸收。據上，目前亟欲尋求能改善薄膜太陽能電池吸光效能的結構。
發明內容
本發明的一目的在于提供一種太陽能電池，其能改善漫反射層的光反射及漫射效果，增加光伏轉換層的光吸收。本發明提供一種太陽能電池，其包含一透明基板；一透明導電層，形成于所述透明基板上；一光伏轉換層形成于所述透明導電層上；一導電金屬層形成于所述光伏轉換層上；及一漫反射層形成于所述導電金屬層上，其中所述導電金屬層具有多個穿孔，使經漫反射層反射或漫射的光得以再次或多次穿過至所述光伏轉換層。本發明提供一種太陽能電池，其包含一透明基板；一第一透明導電層，形成于所述透明基板上；一光伏轉換層形成于所述第一透明導電層上；一第二透明導電層形成于所述光伏轉換層上；一導電金屬層形成于所述第二透明導電層上；及一漫反射層形成于所述導電金屬層上，其中所述導電金屬層具有多個穿孔，使經漫反射層反射或漫射的光得以穿過再次或多次至所述光伏轉換層。根據本發明，因本發明的太陽能電池的導電金屬層具有多個穿孔，光得以直接經穿孔穿透至漫反射層，因此，便可避免經過導電金屬層所造成的光的損失，其相對而言，增加了漫反射層反射或漫射光的效果。此外，因經漫反射層反射或漫射的光得經穿孔穿透至 光伏轉換層，本發明亦增加了光伏轉換層的吸光量。
圖1顯示現有技術的太陽能電池的側視剖面圖。圖2顯示另一現有技術的太陽能電池的側視剖面圖。圖3顯示根據本發明的太陽能電池的一實施例的立體側視圖。圖4顯示根據本發明的太陽能電池的另一實施例的立體側視圖。圖5顯示根據本發明的太陽能電池的另一實施例的立體側視圖。圖6顯示根據本發明的太陽能電池的另一實施例的立體側視圖。
具體實施例方式請參照圖3，其所示為根據本發明的太陽能電池的一實施例的立體側視圖。所述太陽能電池包含透明基板36,面向光入射的方向(箭頭方向)；一透明導電層38 ;光伏轉換層40 ;一導電金屬層42 ;及一漫反射層44，其中所述導電金屬層42具有多個穿孔。所述透明導電層38形成于透明基板36上。此層亦可稱作「前電極」且是作為太陽能電池的第一電極。所述透明導電層是可利用本發明技術領域中熟知的技術沉積，例如但不限于蒸鍍法(evaporation)及派鍍法(sputtering)。所述透明導電層的材料可選自但不限于銦錫氧化物(Indiumtin oxide, ΙΤ0)、氧化招(Aluminum oxide,A10)、氧化錫(Stannumdioxide, SnO)及氧化鋅(Zinc oxide, ZnO)。此外,上述材料可視需要摻雜Al、Ga、F、Ti或其它本發明技術領域中熟知的元素。光伏轉換層40形成于所述透明導電層38上。所述光伏轉換層40可包含一或多個p-1-n半導體結。傳統上，p-1-n半導體結主要由P型半導體層(圖未顯示)、本質型半導體層(i型，圖未顯示)及η型半導體層(圖未顯示)所組成。P型半導體層指經正摻雜的半導體層，所加入的雜質，會使所述半導體層產生多余的電洞。其摻雜方式可利用本發明所屬技術領域中所熟知者。例如但不限于電漿增強型化學氣相沉積(Plasma enhance chemical vapor deposition, PECVD),及特高頻電衆增強型化學氣相沉積(Very high frequency-plasma enhance chemical vapor deposition,VHF-PECVD)。本質型半導體層(i型)為不摻雜者，可以是非晶硅薄膜或微晶硅薄膜。同時使用非晶硅及微晶硅的雙結太陽能電池，能提高可見光譜光子的吸收范圍，因此亦能改善太陽能電池的轉換效率。其中非晶硅薄膜的形成方式可利用本發明所屬技術領域中熟知者，例如但不限于電衆增強型化學氣相沉積(Plasma enhance chemical vapor deposition,PECVD)、低壓化學氣相沉積(Low pressure chemical vapor deposition, LPCVD)及爐管(furnace);而微晶硅薄膜的形成方式亦可利用本發明所屬技術領域中熟知者，例如但不限于電漿增強型化學氣相沉積，及特高頻電漿增強型化學氣相沉積(Very highfrequency-plasma enhance chemical vapor deposition, VHF-PECVD)。所述n型半導體形成于所述本質型半導體層上，η型半導體指經負摻雜的半導體層，所加入的雜質，會使所述半導體層產生多余的電子。其摻雜方式可利用本發明所屬技術領域中熟知者，例如但不限于電衆增強型化學氣相沉積(Plasma enhance chemical vapordeposition, PECVD),及特高頻電衆增強型化學氣相沉積(Very high frequency-p lasmaenhance chemical vapor deposition.VHF-PECVD)。在另一太陽能電池的實施例中，光伏轉換層40可包含兩個以上p-1-n半導體結形成，以增加太陽能電池的效率。其P-1-n半導體結是可依前述或現有技術方法形成。W02011/076466中所述的相關技術內容并入本文中。在另一太陽能電池的實施例中，上述p-1-n半導體結的順序亦可倒轉為n-1-p。導電金屬層42形成于光伏轉換層40上，作為第二電極(或稱背電極)。所述導電金屬層42具有多個穿孔陣列成篩網狀，故可使未吸收，或經漫反射層44反射或散射的光得以穿透至光伏轉換層40。圖3所繪的所述導電金屬層型態僅限例示說明用，事實上，所述導電金屬層的多個穿孔的橫截面形狀可選自但不限于圓形、橢圓形、多邊形或不規則形狀。例如在圖5及6中，所述導電金屬層46的多個穿孔可呈不規則狀并以不規則方式排列。所述導電金屬層是可利用本發明技術領域中熟知的技術形成，例如但不限于蒸鍍法(evaporation)、派鍍法(sputtering)、滾筒印刷(roll to roll printing)、噴墨印刷、網板印刷。此外，亦可利用本發明技術領域中熟知的技術形成具有多個穿孔的圖樣，例如但不限于微影蝕刻制程。所述導電金屬層可為糊狀物，利用滾筒印刷(roll to rollprinting)或網板印刷方式形成于光伏轉換層40上。此外，所述導電金屬層的材料可選自但不限于銀、銅，鋁及鈦。此外，導電金屬層42亦可由具反射性或漫射性的材料組成，幫助光反射或漫射。漫反射層44形成于導電金屬層42上。漫反射層44可為具反射性及/或漫射性的漫反射材料以箔或涂層形式形成于導電金屬層42上，其亦可同時兼具保護電池功能的封裝層的作用，優選為具大于70 %反射或漫射率者。所述漫反射層可包含涂料或顏料，以白色為佳。漫反射層可利用本發明技術領域中熟知的技術形成于導電金屬層42上，例如但不限于涂布。所述漫反射層的材料可選自白色乙烯-乙酸乙烯酯(ethylene-vinyl acetate)、白色聚乙烯縮丁醒(poly vinyl butyral,White PVB)及白色油漆。優選為包含白色聚(乙烯縮丁醒)(poly (vinyl butyral), PVB)。所述漫反射層的材料可另包含塑化劑、胺類、螯合劑、未飽和雜環化合物及/或金屬以增加漫反射層或其同時作為封裝材的效果。此外，所述漫反射層亦可實質上由金屬組成(特別是金屬涂層)。上述塑化劑可選自三伸乙甘醇二 -2-乙基己酸酯(triethylene glycold1-2-ethylhexanoate)、四伸乙甘醇二-正-乙基庚酸酯(tetraethylene glycold1-n-heptanoate)、二丁基癸二酸鹽(dibutyl sebacate)及其混合。US2008/0185035所不塑化劑的種類是并入本文中。上述胺類可為二級胺或三級胺，例如可選自但不限于2，2，6，6_四甲基哌唳(2,2,6,6-tetramethylpiperidine)>2, 2,6,6-四甲基哌唳醇(2,2,6,6-tetramethyIpiperidinoI)、2_( 二甲基胺基)批 P定(2-(dimethylamino)pyridine)、4_(二甲基胺基)卩比唳(4-(dimethylamino)pyridine)、N_丁基哌唳(N-butyl-piperidine)及 N, N-二乙基環己基胺(N, N-diethyl cyclohexylamine)。US2010/0180942 所不胺類的種類是并入本文中。上述螯合劑例如可選自但不限于乙伸基二胺四乙酸(ethylenediaminetetraacetic acid)、乙伸基二胺單乙酸(ethylenediamine monoacetic acid)、乙伸基二胺二乙酸(ethylenediamine diacetic acid)、乙伸基二胺三乙酸(ethylenediaminetriacetic acid)、乙伸基二胺(ethylene diamine)、三(2_ 胺基乙基)胺(tris (2-aminoethyl) amine)及二乙伸基二胺五乙酸(di ethylenediamine pentaceticacid)。US2010/0180943所示螯合劑的種類是并入本文中。上述未飽和雜環化合物可為IH-苯并三氮唑(lH-berzotriazole)或具下式的苯
并三氮唑衍生物，
權利要求
1.一種太陽能電池，包括: 一透明基板； 一透明導電層，形成于所述透明基板上； 一光伏轉換層，形成于所述透明導電層上； 一導電金屬層，形成于所述光伏轉換層上 '及 一漫反射層，形成于所述導電金屬層上； 其中所述導電金屬層具有多個穿孔，使經漫反射層反射或漫射的光得以再次或多次穿過至所述光伏轉換層。
2.根據權利要求1的太陽能電池，其中所述多個穿孔陣列成篩網狀。
3.根據權利要求1的太陽能電池，其中所述多個穿孔的橫截面形狀為圓形、橢圓形、多邊形或不規則形狀。
4.根據權利要求1的太陽能電池，其中所述漫反射層為反射或漫射光的箔或涂層或同時具保護電池功能的封裝層。
5.根據權利要求1的太陽能電池，其中所述漫反射層包含白色聚乙烯縮丁醛。
6.根據權利要求1的太陽能電池，其中所述漫反射層包含涂料或顏料。
7.根據權利要求6的太陽能電池，其中所述顏料為白色。
8.根據權利要求1的太陽能電池，其中所述導電金屬層的材料是選自由銀、銅，鋁及鈦所組成的群組。
9.根據權利要求1的太陽能電池，其中進一步包含一第二導電層介于所述光伏轉換層與所述導電金屬層間。
10.根據權利要求9的太陽能電池，其中所述第二導電層為透明或半透明，且所述第二導電層設置有穿孔或沒有設置穿孔。
全文摘要
本發明提供一種太陽能電池及其制作方法，其包含一透明基板；一透明導電層，形成于所述透明基板上；一光伏轉換層形成于所述透明導電層上；一導電金屬層形成于所述光伏轉換層上；及一漫反射層形成于所述導電金屬層上，其中所述導電金屬層具有多個穿孔，使經漫反射層反射或漫射的光得以穿過至再次進入光伏轉換層。因經漫反射層反射或漫射的光，得多次經過導電金屬層的穿孔至光伏轉換層，光伏轉換層之光吸收率便可因此增加。
文檔編號H01L31/0224GK103199124SQ20121000478
公開日2013年7月10日 申請日期2012年1月4日 優先權日2012年1月4日
發明者林詠, 葉協鑫, 陳頌培 申請人:杜邦太陽能有限公司