[发明专利]一种具有超晶格的硅基薄膜太阳能电池结构及其工艺

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有超晶格的硅基薄膜太阳能电池结构及其工艺，通过制作利用不同材料的薄膜相互堆叠而成的超晶格半导体层，该硅基薄膜太阳能电池可以提高其光电特性。

背景技术

目前由于国际能源短缺，世界各国一直持续研发各种可行的替代能源，其中以太阳能发电的太阳电池最受瞩目。太阳电池具有使用方便、取之不尽、用之不竭、无废弃物、无污染、无转动部分、无噪音、可阻隔辐射热、使用寿命长、尺寸可随意变化、并与建筑物结合及普及化等优点，因此利用太阳电池作为能源的取得。

在20世纪70年代，由美国贝尔实验室首先研制出的硅太阳能电池逐步发展起来。随着太阳电池的发展，如今太阳能电池有多种类型，典型的有单晶硅太阳能电池、多晶硅太阳能电池、非晶硅太阳能电池、化合物太阳能电池、染料敏化太阳能电池等。

硅(Silicon)作为目前通用的太阳能电池的原料代表，在市场上又区分为：1.单结晶硅；2.多结晶硅；3.非结晶硅。目前最成熟的工业生产制造技术和最大的市场占有率是以单晶硅和非晶硅为主的光电板。原因是：一、单晶效率最高；二、非晶价格最便宜，且无需封装，生产也最快；三、多晶的切割及下游再加工比较不容易，而前述两种都较易于再切割及加工。为了降低成本，现今主要以积极发展非晶硅薄膜太阳电池为主，但其效率在实际应用中仍然过低。近来，所谓在本征型(i型)半导体层中成长所谓的微晶硅(Microcrystalline Si，μc-Si:H)结构最受瞩目。然而，过去并无在单一P-i-N结构中制作具有超晶格的硅基薄膜太阳能电池。

因此，有必要提出一种具有超晶格的硅基薄膜太阳能电池结构及其工艺，利用超晶格结构来提高其光波长的吸收范围，并增加太阳能电池的光电转换效率。

发明内容

本发明所要解决的问题在于提供一种具有超晶格的硅基薄膜太阳能电池结构与工艺。其中，该超晶格半导体层利用不同材料的薄膜相互堆叠而成，用以提高光电特性，并增加太阳能电池的光电转换效率。

为达到上述目的，本发明提出一种具有超晶格的硅基薄膜太阳能电池结构，其包含一衬底；一透明导电膜；一非晶硅P型半导体层；一超晶格半导体层；一本征型(i型)半导体层；一N型半导体层以及一电极。其中，该衬底的一面为照光面。该透明导电膜形成在该衬底上，其用以取出电能与提升光电转换的效率。该非晶硅P型半导体层形成在该透明导电膜的上方，其厚度在0.5微米至5微米之间。该超晶格半导体层形成在该非晶硅P型半导体层的上方，其由非晶硅与结晶硅相互堆叠而成，其堆叠次数在3至10次之间，且其厚度在10纳米至150纳米之间，用以提高太阳能电池的电特性。该本征型(i型)半导体层内具有镶埋结晶硅，该本征型(i型)半导体层形成在超晶格半导体层的上方，且该本征型(i型)半导体层的厚度在0.5微米至5微米之间，用以提高太阳能电池的电特性。该N型半导体层形成在该本征型(i型)半导体层的上方，该N型半导体层的厚度在0.5微米至5微米之间。该电极形成在该N型半导体层的上方，用以取出电能与提升光电转换的效率。

根据本发明的具有超晶格的硅基薄膜太阳能电池结构，其中该硅基薄膜太阳能电池结构还包含：一抗反射层，形成在该N型半导体层的上方，用以减少反射所造成的光能流失。

为达到上述目的，本发明提出一种具有超晶格的硅基薄膜太阳能电池的工艺，其包含下列步骤：(A)提供一衬底；(B)形成一透明导电膜于该衬底之上；(C)形成一非晶硅P型半导体层于该透明导电膜之上；(D)形成一超晶格半导体层于该非晶硅P型半导体层之上；(E)形成一本征型(i型)半导体层于该超晶格半导体层之上；(F)形成一N型半导体层于该本征型(i型)半导体之上；以及(G)形成一电极于该N型半导体层之上。其中该步骤(A)：该衬底用以作为承载主体。该步骤(B)：该透明导电膜的材料选自于铟锡氧化物、二氧化锡与含杂质的氧化锌所组成族群中的任何一种材料。该步骤(C)：该非晶硅P型半导体层的厚度在0.5微米至5微米之间。该步骤(D)：该超晶格半导体层由非晶硅与结晶硅相互堆叠而成，其堆叠次数在3至10次之间，且该超晶格半导体层的厚度在10纳米至150纳米之间。该步骤(E)：该本征型(i型)半导体层内具有镶埋结晶硅，且该本征型(i型)半导体层的厚度在0.5微米至5微米之间。该步骤(F)：该N型半导体层的厚度在0.5微米至5微米之间。以及该步骤(G)：该电极的材料选自于铟锡氧化层、二氧化锡、氧化锌、镍、金、银、钛、铜、钯与铝所组成族群中的任何一种材料。