專利名稱：薄膜太陽能電池的制作方法
技術領域：
本發明是有關于一種薄膜太陽能電池，特別是一種改變現有薄膜太陽能電池的半導體層中的I型層的構成材料，以有效提升轉換效率的薄膜太陽能電池。
背景技術：
近來由于環保意識的抬頭和其它能源的逐漸枯竭短缺，太陽能源又開始受到高度的重視。太陽光是取之不盡、用之不竭的天然能源，除了沒有能源耗盡的疑慮之外，也可以避免能源被壟斷的問題。由于太陽能電池具有使用方便、無污染、使用壽命長等優點，因此可以利用太陽能電池作為能源的取得。目前一般常用的太陽能電池又可包含薄膜太陽能電池，其具有成本較低、厚度較薄和電能功率耗損較少等的優點。就現有技術而言，一般常見的薄膜太陽能電池I在基本制程中，主要是以P-1-N半導體層12的三層結構構成為主，該半導體層12包含了 P型層121、I型層122及N型層123，且該半導體層12是以P型層121、I型層122及N型層123的順序，依序經由濺鍍或是化學氣相沉積方式在電極層11上，如圖1所示。且在現有技術中，本質硅薄膜主要成分為氫原子與硅原子，在正常情況下氫原子與硅原子以非晶硅(amorphous, a_Si)形式存在,呈現無序雜亂排列光照時易造成轉換效率衰退。然而，薄膜太陽能電池發展至今，技術雖漸趨成熟，但仍然有許多尚待改進之處，其主因在于，薄膜太陽能電池的轉換效率依然不夠高。
發明內容
鑒于上述現有技術的問題，本發明的目的就是提供一種薄膜太陽能電池，以解決現有技術的薄膜太陽能電池的轉換效率較差的問題。根據本發明的目的，提出一種薄膜太陽能電池，包含電極層以及半導體層。半導體層包含P型層、I型層及N型層。P型層位于電極層上。I型層包含I型非晶硅層及I型短程有序非晶硅層，I型非晶硅層位于P型層上，I型短程有序非晶硅層位于I型非晶硅層上。N型層位于I型短程有序非晶硅層上。其中I型非晶硅層占I型層的厚度比例大于I型短程有序非晶硅層所占的比例。進一步地，本發明所述的薄膜太陽能電池更包含基板，電極層位于基板上。進一步地，基板的材質包含金屬或不透光的玻璃。進一步地，電極層為透明導電薄膜，是由摻雜氟的二氧化錫或氧化鋅摻硼構成。進一步地，I型非晶硅層的厚度可為2300埃。進一步地，I型短程有序非晶硅層的厚度可為200埃。進一步地，I型非晶硅層占I型層的厚度比例為92%，I型短程有序非晶硅層占I型層的厚度比例為8%。進一步地，I型短程有序非晶硅層占I型層的厚度比例進一步可調整至9% 92%，而I型非晶硅層則相對調整至91% 8%。
進一步地，I型層在經由電漿輔助化學氣相沉積制程中，通過調整一制程參數，以改變I型層中氫原子與硅原子的排列，從而在I型層中形成有短程有序非晶硅層；其中，制程參數的調整包含壓力調整至大于80pa，溫度調整至小于200°C。進一步地，I型層中的非晶硅層及短程有序非晶硅層的辨別，通過一穿透式電子顯微鏡拍攝I型層的繞射圖形來達成。根據本發明的目的，又提出一種薄膜太陽能電池，其包含電極層以及半導體層。半導體層包含P型層、I型層及N型層。P型層位于電極層上。I型層包含I型非晶硅層及I型短程有序非晶硅層，I型非晶硅層位于P型層上，I型短程有序非晶硅層位于I型非晶硅層上。N型層位于I型短程有序非晶硅層上。其中，I型非晶硅層占I型層的厚度比例小于I型短程有序非晶硅層所占的比例。進一步地，I型非晶硅層的厚度可為200埃。進一步地，I型短程有序非晶硅層的厚度可為2300埃。進一步地，I型非晶硅層占I型層的厚度比例為8%，I型短程有序非晶硅層占I型層的厚度比例為92%。進一步地，I型短程有序非晶硅層占I型層的厚度比例進一步可調整至91% 8%，而I型非晶硅層則相對調整至9% 92%。根據本發明的目的，再提出一種薄膜太陽能電池，其包含電極層以及半導體層。半導體層包含P型層、I型層及N型層。P型層位于電極層上。I型層包含I型短程有序非晶硅層及I型非晶硅層，I型短程有序非晶硅層位于P型層上，I型非晶硅層位于I型短程有序非晶硅層上。N型層位于I型非晶硅層上。其中，I型非晶硅層占I型層的厚度比例大于I型短程有序非晶硅層所占的比例。進一步地，I型非晶硅層的厚度可為2300埃。進一步地，I型短程有序非晶硅層的厚度可為200埃。進一步地，I型非晶硅層占I型層的厚度比例為92%，I型短程有序非晶硅層占I型層的厚度比例為8%。進一步地，I型短程有序非晶硅層占I型層的厚度比例進一步可調整至9% 92%，而I型非晶硅層則相對調整至91% 8%。根據本發明的目的，更提出一種薄膜太陽能電池，其包含電極層以及半導體層。半導體層包含P型層、I型層及N型層。P型層位于電極層上。I型層包含I型短程有序非晶硅層及I型非晶硅層，I型短程有序非晶硅層位于P型層上，I型非晶硅層位于I型短程有序非晶硅層上。N型層位于I型非晶硅層上。其中，I型非晶硅層占I型層的厚度比例小于I型短程有序非晶硅層所占的比例。進一步地，I型非晶硅層的厚度可為200埃。進一步地，I型短程有序非晶硅層的厚度可為2300埃。進一步地，I型非晶硅層占I型層的厚度比例為8%，I型短程有序非晶硅層占I型層的厚度比例為92%。進一步地，I型短程有序非晶硅層占I型層的厚度比例進一步可調整至91% 8%，而I型非晶硅層則相對調整至9% 92%。承上所述，本發明的薄膜太陽能電池，藉由利用電漿輔助化學氣相沉積(Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition, PECVD)制程參數調整，以形成短程有序非晶娃(polymorphous, pm-Si),其中本發明利用兩種能隙不同的晶娃做混合,改變半導體層中I型層的構成材料，主要以非晶硅層及短程有序非晶硅層混合，形成能隙工程化(bandgap engineering),藉此利用短程有序非晶娃(pm-Si)的能隙較大,且開電壓相較于非晶硅(a-Si)來的大的特性，來增加電洞的傳輸，有效提升轉換效率，與降低光裂化衰退率，以使得太陽能電池達到更高效率。為使貴審查委員對本發明的技術特征及所達到的功效有更進一步的了解與認識，謹佐以較佳的實施例及配合詳細的說明如后。
圖1為現有技術的薄膜太陽能電池的示意圖。圖2為本發明的薄膜太陽能電池的第一實施例的示意圖。圖3A-3D為本發明的薄膜太陽能電池與現有技術的I型層的轉換效率(Eff)、開路電壓(Voc)、短路電流密度(Jsc)及填充因子(FF)比較的數據圖。圖4為本發明的薄膜太陽能電池的I型非晶硅層及I型短程有序非晶硅層于光照后的轉換效率的數據圖。圖5為本發明的薄膜太陽能電池的第二實施例的示意圖。圖6為本發明的薄膜太陽能電池的第三實施例的示意圖。圖7為本發明的薄膜太陽能電池的第四實施例的示意圖。圖8為本發明的薄膜太陽能電池的短程有序非晶硅層、非晶硅層及微晶硅層的繞射圖形的比較的示意圖。
具體實施例方式為了利于貴審查員了解本發明的技術特征、內容與優點及其所能達成的功效，將本發明配合附圖，并以實施例的表達形式詳細說明如下，而其中所使用的圖式，其主旨僅為示意及輔助說明書之用，未必為本發明實施后的真實比例與精準配置，故不應就所附圖式的比例與配置關系解讀、局限本發明于實際實施上的權利范圍，合先敘明。以下將參照相關圖式，說明依本發明薄膜太陽能電池的制造方法的實施例，為使便于理解，下述實施例中的相同組件以相同的符號標示來說明。請參閱圖2，其為本發明薄膜太陽能電池的第一實施例的示意圖。圖中，薄膜太陽能電池2包含電極層200、P型層210、I型層220及N型層230，其中P型層210、I型層220及N型層230即為半導體層。上述中，薄膜太陽能電池2更包含基板(圖未示)，基板的材質可為金屬或不透光的玻璃構成。電極層200位于基板上，其可為透明導電薄膜，主要可由摻雜氟的二氧化錫或氧化鋅摻硼構成。P型層210位于電極層200上。I型層220則改變了以往的構成材料，使得I型層220包含有I型非晶硅層221及I型短程有序非晶硅層222 ;其中非晶硅以無結晶排列方式，光照時易造成轉換效率衰退；而短程有序非晶硅的排列方式則介于單晶硅與非晶硅之間，會產生繞射現象，使硅的結晶呈有序排列，降低光裂化反應。I型非晶硅層221位于P型層210上，I型短程有序非晶硅層222位于I型非晶硅層221上。I型非晶硅層221的厚度較佳可為2300埃，I型短程有序非晶硅層222的厚度較佳可為200埃，但不以此為限。而N型層230則位于I型短程有序非晶硅層222上。在第一實施例中，薄膜太陽能電池2的I型非晶硅層221占I型層220的厚度比例可為92%，I型短程有序非晶硅層222占I型層220的厚度比例可為8%。而，I型短程有序非晶硅層222占I型層220的厚度比例進一步更可調整至9% 92%，相對地I型非晶硅層221則將調整至91% 8%。續言之，一般在量測轉換效率(Eff)時，會參考三個數值，分別為:填充因子(FF)、開路電壓(Voc)、短路電流密度(Jsc)，其中此三項數值與轉換效率有正相關。此外，更以現有技術與本發明的薄膜太陽能電池2相比，以證明本發明薄膜太陽能電池較一般現有的薄膜太陽能電池I的轉換效率高。請參閱表I及圖3A至圖4。請參閱表1，為本發明薄膜太陽能電池的I型非晶硅層及I型短程有序非晶硅層的材料特性比較的數據表，表中，I型非晶硅層221與I型短程有序非晶硅層222的轉換效率(Eff)，為10.5%及10.3%，維持一穩定狀態。另外，I型非晶硅層221與I型短程有序非晶硅層222的短路電流密度(Jsc)，為15.9mA/cm2及14.8mA/cm2,維持一穩定狀態。此夕卜，I型非晶硅層221與I型短程有序非晶硅層222的開路電壓(Voc)，為885mV及910mV，可證明本發明的薄膜 太陽能電池2的I型短程有序非晶硅層222可以增加開路電壓(Voc)，因此可知I型短程有序非晶硅層222具有低電流但高電壓的特性，以產生較大的帶隙能量(Band gap),延長電動流的流速，以提升薄膜太陽能電池的轉換效率。表II型非晶硅層及I型短程有序非晶硅層的材料特性比較的數據表
權利要求
1.一種薄膜太陽能電池，其特征在于，包含: 一電極層；以及 一半導體層，其包含: 一 P型層，位于所述電極層上； 一 I型層，包含一 I型非晶硅層以及一 I型短程有序非晶硅層，所述I型非晶硅層位于所述P型層上，所述I型短程有序非晶硅層位于所述I型非晶硅層上 '及 一 N型層，位于所述I型短程有序非晶硅層上； 其中，所述I型非晶硅層占所述I型層的厚度比例大于所述I型短程有序非晶硅層所占的比例。
2.如權利要求1所述的薄膜太陽能電池，其特征在于，更包含一基板，所述電極層位于所述基板上。
3.如權利要求2所述的薄膜太陽能電池，其特征在于，所述基板的材質是包含金屬或不透光的玻璃。
4.如權利要求1所述的薄膜太陽能電池，其特征在于，所述電極層是一透明導電薄膜，其是由摻雜氟的二氧化錫或氧化鋅摻硼構成。
5.如權利要求1所述的薄膜太陽能電池，其特征在于，所述I型非晶硅層的厚度為2300 埃。`
6.如權利要求1所述的薄膜太陽能電池，其特征在于，所述I型短程有序非晶硅層的厚度為200埃。
7.如權利要求1所述的薄膜太陽能電池，其特征在于，所述I型非晶硅層占所述I型層的厚度比例為92%，所述I型短程有序非晶硅層占所述I型層的厚度比例為8%。
8.如權利要求7所述的薄膜太陽能電池，其特征在于，所述I型短程有序非晶硅層占所述I型層的厚度比例進一步調整至9% 92%，而所述I型非晶硅層則相對調整至91% 8%。
9.如權利要求1所述的薄膜太陽能電池，其特征在于，所述I型層在經由電漿輔助化學氣相沉積制程中，通過調整一制程參數，以改變所述I型層中氫原子與硅原子的排列，從而在所述I型層中形成有所述短程有序非晶硅層；其中，所述制程參數的調整包含壓力調整至大于80pa，溫度調整至小于200°C。
10.如權利要求1所述的薄膜太陽能電池，其特征在于，對于所述I型層中的所述非晶硅層及所述短程有序非晶硅層的辨別，通過一穿透式電子顯微鏡拍攝所述I型層的繞射圖形來達成。
11.一種薄膜太陽能電池，其特征在于，包含: 一電極層；以及 一半導體層，其包含: 一 P型層，位于該電極層上； 一 I型層，包含一 I型非晶硅層以及一 I型短程有序非晶硅層，所述I型非晶硅層位于所述P型層上，所述I型短程有序非晶硅層位于所述I型非晶硅層上 '及 一 N型層，位于所述I型短程有序非晶硅層上； 其中，所述I型非晶硅層占所述I型層的厚度比例小于所述I型短程有序非晶硅層所占的比例。
12.如權利要求11所述的薄膜太陽能電池，其特征在于，更包含一基板，所述電極層位于所述基板上。
13.如權利要求12所述的薄膜太陽能電池，其特征在于，所述基板的材質包含金屬或不透光的玻璃。
14.如權利要求11所述的薄膜太陽能電池，其特征在于，所述電極層為一透明導電薄膜，其是由摻雜氟的二氧化錫或氧化鋅摻硼構成。
15.如權利要求11所述的薄膜太陽能電池，其特征在于，所述I型非晶硅層的厚度為200 埃。
16.如權利要求11所述的薄膜太陽能電池，其特征在于，所述I型短程有序非晶硅層的厚度為2300埃。
17.如權利要求11所述的薄膜太陽能電池，其特征在于，所述I型非晶硅層占所述I型層的厚度比例為8%，所述I型短程有序非晶硅層占所述I型層的厚度比例為92%。
18.如權利要求17所述的薄膜太陽能電池，其特征在于，所述I型短程有序非晶硅層占所述I型層的厚度比例進一步調整至91% 8%，而所述I型非晶硅層則相對調整至9% 92%。
19.一種薄膜太陽能電池，其特征在于，包含: 一電極層；以及 一半導體層，其包含: 一 P型層，位于該電極層上； 一 I型層，包含一 I型短程有序非晶硅層以及一 I型非晶硅層，所述I型短程有序非晶硅層位于所述P型層上，所述I型非晶硅層位于所述I型短程有序非晶硅層上；以及 一 N型層,位于所述I型非晶娃層上； 其中，所述I型非晶硅層占所述I型層的厚度比例大于所述I型短程有序非晶硅層所占的比例。
20.如權利要求19所述的薄膜太陽能電池，其特征在于，更包含一基板，所述電極層位于所述基板上。
21.如權利要求20所述的薄膜太陽能電池，其特征在于，所述基板的材質包含金屬或不透光的玻璃。
22.如權利要求19所述的薄膜太陽能電池，其特征在于，所述電極層為一透明導電薄膜，其是由摻雜氟的二氧化錫或氧化鋅摻硼構成。
23.如權利要求19所述的薄膜太陽能電池，其特征在于，所述I型非晶硅層的厚度為2300 埃。
24.如權利要求19所述的薄膜太陽能電池，其特征在于，所述I型短程有序非晶硅層的厚度為200埃。
25.如權利要求19所述的薄膜太陽能電池，其特征在于，所述I型非晶硅層占所述I型層的厚度比例為92%，所述I型短程有序非晶硅層占所述I型層的厚度比例為8%。
26.如權利要求25所述的薄膜太陽能電池， 其特征在于，所述I型短程有序非晶硅層占所述I型層的厚度比例進一步調整為9% 92%，而所述I型非晶硅層則相對調整為91% 8%。
27.一種薄膜太陽能電池，其特征在于，包含: 一電極層；以及 一半導體層，其包含: 一 P型層，位于該電極層上； 一 I型層，包含一 I型短程有序非晶硅層以及一 I型非晶硅層，所述I型短程有序非晶硅層位于所述P型層上，所述I型非晶硅層位于所述I型短程有序非晶硅層上；以及 一 N型層,位于所述I型非晶娃層上； 其中，所述I型非晶硅層占所述I型層的厚度比例小于所述I型短程有序非晶硅層所占的比例。
28.如權利要求27所述的薄膜太陽能電池，其特征在于，更包含一基板，所述電極層位于所述基板上。
29.如權利要求28所述的薄膜太陽能電池，其特征在于，所述基板的材質包含金屬或不透光的玻璃。
30.如權利要求27所述的薄膜太陽能電池，其特征在于，所述電極層為一透明導電薄膜，其是由摻雜氟的二氧化錫或氧化鋅摻硼構成。
31.如權利要求27所述的薄膜太陽能電池，其特征在于，所述I型非晶硅層的厚度為200 埃。
32.如權利要求27所述的薄膜太陽能電池，其特征在于，所述I型短程有序非晶硅層的厚度為2300埃。
33.如權利要求27所述的薄膜太陽能電池，其特征在于，所述I型非晶硅層占所述I型層的厚度比例為8%，所述I型短程有序非晶硅層占所述I型層的厚度比例為92%。
34.如權利要求33所述的薄膜太陽能電池，其特征在于，所述I型短程有序非晶硅層占所述I型層的厚度比例進一步調整至91 % 8%，而所述I型非晶硅層則相對調整為9% 92%。
全文摘要
本發明涉及一種薄膜太陽能電池，其包含電極層及半導體層。半導體層包含P型層、I型層及N型層。P型層位于電極層上。I型層包含I型非晶硅層及I型短程有序非晶硅層，I型非晶硅層位于P型層上，I型短程有序非晶硅層位于I型非晶硅層上。N型層位于I型短程有序非晶硅層上。藉由I型短程有序非晶硅層產生結晶繞射現象，降低光裂化反應，以提升薄膜太陽能電池的轉換效率。
文檔編號H01L31/0376GK103187460SQ201210028190
公開日2013年7月3日 申請日期2012年1月12日 優先權日2011年12月27日
發明者彭振維, 黃昭雄, 曹耀中 申請人:聯相光電股份有限公司