[发明专利]太阳能电池及其制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种太阳能电池装置及其制作方法，特别涉及一种在基板与半导体层之间形成纳微米粗化结构的太阳能电池，藉以提升太阳能电池的光电转换效率。

背景技术

目前太阳能电池的主流为硅晶片太阳能电池，约占总产量的九成。然而近年来硅原料缺料的问题使得不需使用硅原料或是可减少硅使用量的薄膜型太阳能电池逐渐瞩目，目前的太阳能电池发展仍以硅基太阳能电池为主流。为了追求太阳光谱的有效吸收与利用，堆叠型太阳能电池(Tandem cell)为目前硅薄膜太阳能电池的发展主轴。

图1为已知薄膜太阳能电池的示意图。该薄膜太阳能电池1依序为银金属层11、第一透明导电氧化物12、微晶硅13、非晶硅14、第二透明导电层15及玻璃基板16，由于太阳能电池需要对太阳光谱进行较完全的吸收，一般微晶硅13及非晶硅14的镀膜厚度分别为1.5-2微米(μm)与0.2-0.3微米(μm)。

堆叠型太阳能电池由于采用两种不同能隙大小的材料(非晶硅、微晶硅)，因此其光吸收波段比单一非晶硅材料所制作的太阳能电池还广。透过非晶硅及微晶硅材料堆叠可将原本吸收的可见光波段扩充到红外光波段，较能够完全的吸收利用太阳光，进而使得效率获得提升。

然而，非晶硅材料在长时间照光之后，由于材料内部产生的缺陷会造成光劣化现象而导致电池效率的大幅衰退。另外，在微晶硅方面由于光吸收系数较低，必须仰赖较厚的膜厚才足够将长波段的太阳光完全吸收，此点增加了镀膜时间以及工艺成本。

因此，若能将薄膜的厚度进一步变薄，将可改善非晶硅的光劣化现象并且将微晶硅的镀膜时间大幅缩短，不仅在薄膜品质上可得到较好的品质更可提升产品的生产速率。然而，变薄的膜厚若低于最低吸收厚度，将会导致太阳光吸收不足对效率造成负面影响。

发明内容

有鉴于上述课题，本发明的目的为提供一种太阳能电池及其制作方法，可降低半导体层的厚度，却又不会导致太阳光吸收不足、降低吸收效率。

为达上述目的，本发明提出一种太阳能电池，包括：基板，其具有第一透明导电层；纳微米粗化结构形成于第一透明导电层上；以及半导体层形成于纳微米粗化结构上，并包覆纳微米粗化结构。其中，纳微米粗化结构可为多个纳微米颗粒，其材料为二氧化硅、二氧化钛、氧化锌、聚苯乙烯或聚甲基丙烯酸甲酯，纳微米颗粒的大小为50～1000纳米的单一或混合尺寸。

为达上述目的，本发明提出一种太阳能电池的制作方法，其步骤包括：提供基板；形成纳微米粗化结构于基板上；以及形成半导体层于纳微米粗化结构上，并包覆纳微米粗化结构。形成纳微米粗化结构于基板上的步骤，是以浸泡、喷涂、旋转涂布、自然干燥方式、堆叠、烧结、纳米压印、转印、热压成形等方式附着纳微米粗化结构于基板上。其中纳微米粗化结构可为多个纳微米颗粒。

承上所述，本发明的太阳能电池及其制作方法，以传统硅薄膜太阳能电池为基础，在半导体层(例如：硅膜)与上电极(例如：透明导电氧化物)之间加入纳微米粗化结构以增加光学路径，可提升硅膜光学吸收性质、降低硅薄膜最低吸收厚度，因此可改善非晶硅光劣化现象，缩短微晶硅镀膜时间，节省材料及工艺成本。

附图说明

图1为已知薄膜太阳能电池的示意图。

图2为本发明实施例的太阳能电池的制作方法的流程图。

图3A至图3D为图2每一步骤的剖面图。

图4为本发明另一实施例的太阳能电池的剖面图。

图5为本发明优选实施例的利用搅拌装置涂布纳微米颗粒的示意图。

图6是将纳微米颗粒形成于基板上的流程图。

图7A至图7B为本发明实验的扫描电子显微镜图。

图8为不同粒径的二氧化硅纳米球镀上不同厚度的硅薄膜时，硅薄膜光吸收能力比较曲线图。

附图标记说明

1 太阳能电池                  11 银金属层

12   第一透明导电氧化物       13微晶硅

14   非晶硅                   15 第二透明导电氧化物

16   玻璃基板                 2、2’太阳能电池

20、20’、36基板              21 透明基板

22   第一透明导电层           23 纳微米粗化结构

24   半导体层                 241未掺杂的本征半导体层

242n  型半导体层              25 电极