专利名称：将红外光转换为可见光的三层型太阳能电池的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种太阳电池，特别是涉及一种将红外光转换为可见光的三层型 太阳能电池。
背景技术：
太阳能是一种干净无污染而且取之不尽用之不竭的能源，在解决目前石化能源所 面临的污染与短缺的问题时，一直是最受瞩目的焦点。由于太阳能电池可直接将太阳能转 换为电能，因此成为目前相当重要的研究课题。硅基太阳电池为业界常见的一种太阳能电池。硅基太阳能电池的原理是将ρ型半 导体与η型半导体相接合，以形成ρ-η接面。当太阳光照射到具有此ρ-η结构的半导体时， 光子所提供的能量可把半导体中的电子激发出来而产生电子-电洞对。电子与电洞均会受 到内建电位的影响，使得电洞往电场的方向移动，而电子则往相反的方向移动。如果以导 线将此太阳能电池与负载(load)连接起来，则可形成一个回路(loop)，并可使电流流过负 载，此即为太阳能电池发电的原理。随着环保意识抬头，节能减碳的概念逐渐受众人所重视，再生能源的开发与利用 成为世界各国积极投入发展的重点。目前，太阳能电池的关键问题在于其光电转换效率的 提升，而能够提升太阳能电池的光电转换效率即意味着产品竞争力的提升。
发明内容有鉴于上述现有技术所存在的缺陷，本实用新型的目的在于，提供一种将红外光 转换为可见光的三层型太阳能电池，使其可将无法被太阳能电池所利用的红外光转换为可 被太阳能电池所利用的可见光，以提高光电转换效率。为了实现上述目的，依据本实用新型提出的一种将红外光转换为可见光的三层型 太阳能电池，本实用新型提出一种将红外光转换为可见光的三层型太阳能电池，其包括透 明基板、第一电极、第二电极、红外光转换层(infrared light conversion layer)以及依 序配置于第一电极与第二电极之间的第一 η型半导体层、第一非晶硅本质层(intrinsic layer)、第一 ρ型半导体层、第二 η型半导体层、第二非晶硅本质层、第二 ρ型半导体层、第 三η型半导体层、微晶硅本质层与一第三ρ型半导体层；该第一电极配置于透明基板上；该 第二电极配置于第一电极与透明基板之间；该第一 η型半导体层位于第一非晶硅本质层与 第二电极之间；该红外光转换层配置于第一 η型半导体层与第二电极之间，用以将红外光 转换为可见光。本实用新型还可采用以下技术措施进一步实现。前述的将红外光转换为可见光的三层型太阳能电池，其中所述的红外光转换层的 材料例如为稀土(rare earth)元素。前述的将红外光转换为可见光的三层型太阳能电池，其中所述的稀土元素例如为 镧(La)系元素。[0010]前述的将红外光转换为可见光的三层型太阳能电池，其中所述的可见光例如为绿 光或蓝绿混光。前述的将红外光转换为可见光的三层型太阳能电池，其中所述的第一电极与第二 电极的材料例如为透明导电氧化物(transparent conductiveoxide，TC0)。前述的将红外光转换为可见光的三层型太阳能电池，其中所述的第一 η型半导体 层、第二 η型半导体层与第三η型半导体层的材料例如为非晶硅或微晶硅。前述的将红外光转换为可见光的三层型太阳能电池，其中所述的第一 ρ型半导体 层、第二 P型半导体层与第三P型半导体层的材料例如为非晶硅或微晶硅。前述的将红外光转换为可见光的三层型太阳能电池，其中所述的透明基板的材料 例如为玻璃。前述的将红外光转换为可见光的三层型太阳能电池，其还可以在第一电极与第三 P型半导体层之间配置半透明金属层。前述的将红外光转换为可见光的三层型太阳能电池，其中所述的半透明金属层的 材料例如为铝或过渡金属(transition metal)。本实用新型与现有技术相比具有明显的优点和有益效果。借由上述技术方案，本 实用新型的将红外光转换为可见光的三层型太阳能电池，至少具有下列优点一、本实用新型的将红外光转换为可见光的三层型太阳能电池，当太阳光自第二 电极侧进入太阳能电池时，本实用新型在第一 η型半导体层与第二电极之间配置红外光转 换层来将红外光转换为本质层可吸收的可见光，因此可以大幅地提升太阳能电池的光电转 换效率。二、本实用新型的将红外光转换为可见光的三层型太阳能电池，由于照射至太阳 能电池的太阳光中的红外光被转换为可见光，因此可以大幅度地降低红外光所造成的热累 积效应，进而提高太阳能电池的效能。三、本实用新型的将红外光转换为可见光的三层型太阳能电池，若照射至太阳能 电池的太阳光中的红外光被转换为绿光或蓝绿混光，则本实用新型的太阳能电池可以应用 于需要较多绿光或蓝绿混光的农业或花卉产业，以助于农作物与花卉培养。为让本实用新型的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附 图式作详细说明如下。
图1为本实用新型一实施例的将红外光转换为可见光的三层型太阳能电池的剖 视示意图。图2为本实用新型另一实施例的将红外光转换为可见光的三层型太阳能电池的 剖视示意图。10、20 太阳能电池102、104:电极108、114 非晶硅本质层120 微晶硅本质层126 太阳光
100 透明基板 106、112、118 :η型半导体层 110、116、122 :ρ型半导体层
124 红外光转换层 128 半透明金属层具体实施方式
为更进一步阐述本实用新型为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下 结合附图及较佳实施例，对依据本实用新型提出的将红外光转换为可见光的三层型太阳能 电池其具体实施方式
、步骤、结构、特征及其功效详细说明。请参阅图1所示，为本实用新型一实施例的将红外光转换为可见光的三层型太阳 能电池的剖视示意图。本实用新型一实施例的太阳能电池10包括透明基板100、电极102、 电极104、n型半导体层106、非晶硅本质层108、p型半导体层110、n型半导体层112、非晶 硅本质层114、ρ型半导体层116、η型半导体层118、微晶硅本质层120、ρ型半导体层122 以及红外光转换层124。透明基板100的材料例如为玻璃。电极102配置于透明基板100上。电极102的材 料例如为透明导电氧化物。上述的透明导电氧化物可以是铟锡氧化物(indium tin oxide, ΙΤ0)、氧化铝锌(Al doped ZnO, AZO)、铟锌氧化物(indium zin coxide, IZ0)或其他透明 导电材料。电极104配置于电极102与透明基板100之间。电极104的材料例如为透明导 电氧化物(例如铟锡氧化物、氧化铝锌、铟锌氧化物或其他透明导电材料)。η型半导体层106、非晶硅本质层108、ρ型半导体层110、η型半导体层112、非晶硅 本质层114、ρ型半导体层116、η型半导体层118、微晶硅本质层120、ρ型半导体层122依 序配置于电极102与电极104之间，且η型半导体层106位于非晶硅本质层108与电极104 之间。η型半导体层106、112、118的材料例如为非晶硅或微晶硅，而η型半导体层106、112、 118中所掺杂的材料例如是选自元素周期表中VA族元素的群组，其可以是磷(P)、砷(As)、 锑(Sb)或铋(Bi)。ρ型半导体层110、116、122的材料例如为非晶硅或微晶硅，而ρ型半导 体层110、116、122中所掺杂的材料例如是选自元素周期表中IIIA族元素的群组，其可以是 硼(B)、铝(Al)、镓(( )、铟(In)或铊(Tl)。非晶硅本质层108、非晶硅本质层114与微晶 硅本质层120皆可吸收可见光，且非晶硅本质层108与非晶硅本质层114对于绿光或蓝绿 混光具有较佳的吸收率。红外光转换层IM配置于η型半导体层106与电极104之间，用以将红外光转换 为可见光。红外光转换层124的材料例如为稀土元素，例如镧系元素。详细地说，对于一般 的太阳能电池来说，当太阳光照射至太阳能电池时，由于以非晶硅为材料的本质层与以微 晶硅为材料的本质层皆无法吸收太阳光中的红外光(其在太阳光中约占50% )，因此红外 光会直接穿过太阳能电池而无法被利用，使得太阳能电池的光电转换效率无法大幅度地提 升。然而，在本实施例中，当太阳光126穿过透明基板100而照射至红外光转换层124时， 红外光转换层1 可将太阳光126中无法被太阳能电池所利用的红外光转换为可被太阳能 电池所利用的可见光。当太阳光126中的红外光被红外光转换层IM转换为可见光之后，大部分的可见 光会先被非晶硅本质层108与非晶硅本质层114吸收。此外，与非晶硅材料相比，由于微晶 硅材料对于可见光具有较宽的吸收波长范围，因此未被非晶硅本质层108与非晶硅本质层 114吸收的可见光可进一步被下方的微晶硅本质层120吸收。也就是说，经红外光转换层 IM所转换而形成的可见光在进入太阳能电池10之后，几乎可以被非晶硅本质层108、非晶 硅本质层114与微晶硅本质层120完全地吸收。与一般的太阳能电池相比，由于在将太阳光1 中无法被太阳能电池所利用的红外光转换为可被太阳能电池所利用的可见光之后， 增加了照射至非晶硅本质层108、非晶硅本质层114与微晶硅本质层120的可见光的量，且 可见光几乎完全被非晶硅本质层108、非晶硅本质层114与微晶硅本质层120吸收，因此太 阳能电池10可以具有较高的光电转换效率。此外，相对于其他颜色的可见光来说，由于非晶硅材料对于绿光与蓝绿混光具有 较佳的吸收率(对于绿光具有最佳的吸收率)，因此可以藉由调整红外光转换层1 中稀土 元素的种类、组成比例等来将太阳光126中的红外光转换为绿光或蓝绿混光，以进一步地 增加非晶硅本质层108与非晶硅本质层114的光吸收率，进而提升太阳能电池10的光电转 换效率。特别一提的是，经红外光转换层IM所转换成的绿光或蓝绿混光经过太阳能电池 10之后，未被吸收的部分还可以进一步地被利用。举例来说，经红外光转换层IM转换而形 成且未被吸收的绿光或蓝绿混光可以与原本穿过太阳能电池10的未被吸收的可见光混合 而产生不同颜色的光。因此，若将太阳能电池10应用于建筑设计中，则可以视实际需求来 调整而呈现出不同于白光的光。此外，若将太阳能电池10应用于需要较多绿光或蓝绿混光 的农业或花卉产业，则可有助于农作物与花卉培养。再者，在本实施例中，由于照射至太阳能电池10的太阳光126中的红外光已被转 换为可见光，因此红外光照射至太阳能电池时所产生的热累积效应可以被大幅度地降低， 使得太阳能电池10经太阳光1 照射之后仍可以维持在与周遭环境相同的温度。此外，由 于热累积效应已被大幅度地降低，因此可以进一步避免因热累积效应而造成光电转换效率 降低的问题，进而达到提升太阳能电池的效能的目的。请参阅图2所示，为本实用新型另一实施例的将红外光转换为可见光的三层型太 阳能电池的剖视示意图。如图2所示，在本实用新型另一实施例中，还可以在电极102与ρ 型半导体层122之间配置半透明金属层128。半透明金属层128的材料例如为铝或过渡金 属。在本实施例中，当太阳光1 照射至太阳能电池20时，未被吸收的绿光或蓝绿混光以 及其他未被吸收的可见光会经过半透明金属层1 而穿出太阳能电池20。此时，藉由调整 半透明金属层1 的厚度可以控制穿出太阳能电池20的光的颜色与出光量。详细地说，若半透明金属层1 的厚度较薄，则穿出太阳能电池20的光的强度较 大，且含有较多的绿光或蓝绿混光，因此同样可以应用于需要较多绿光或蓝绿混光的农业 或花卉产业，以助于农作物与花卉培养；若半透明金属层128的厚度较厚，则穿出太阳能电 池20的光的强度较小，且含有较少的绿光或蓝绿混光。此外，部分的可见光还可被半透明金属层128反射而再次进入非晶硅本质层108、 非晶硅本质层114与微晶硅本质层120，并被非晶硅本质层108、非晶硅本质层114与微晶 硅本质层120吸收。虽然本实用新型已以较佳实施例揭露如上，然并非用以限定本实用新型实施的范 围，依据本实用新型的权利要求书及说明内容所作的简单的等效变化与修饰，仍属于本实 用新型技术方案的范围内。
权利要求1.一种将红外光转换为可见光的三层型太阳能电池，其特征在于包括一透明基板；一第一电极，配置于该透明基板上；一第二电极，配置于该第一电极与该透明基板之间；一第一 η型半导体层、一第一非晶硅本质层、一第一 ρ型半导体层、一第二 η型半导体 层、一第二非晶硅本质层、一第二 P型半导体层、一第三η型半导体层、一微晶硅本质层与一 第三P型半导体层，依序配置于该第一电极与该第二电极之间，且该第一 η型半导体层位于 该第一非晶硅本质层与该第二电极之间；以及一红外光转换层，配置于该第一 η型半导体层与该第二电极之间，用以将红外光转换 为一可见光。
2.如权利要求1所述的将红外光转换为可见光的三层型太阳能电池，其特征在于其中 所述的红外光转换层的材料为一稀土元素。
3.如权利要求2所述的将红外光转换为可见光的三层型太阳能电池，其特征在于其中 所述的稀土元素为镧系元素。
4.如权利要求1所述的将红外光转换为可见光的三层型太阳能电池，其特征在于其中 所述的可见光为绿光或蓝绿混光。
5.如权利要求1所述的将红外光转换为可见光的三层型太阳能电池，其特征在于其中 所述的第一电极与该第二电极的材料为透明导电氧化物。
6.如权利要求1所述的将红外光转换为可见光的三层型太阳能电池，其特征在于其中 所述的第一 η型半导体层、该第二 η型半导体层与该第三η型半导体层的材料为非晶硅或 微晶硅。
7.如权利要求1所述的将红外光转换为可见光的三层型太阳能电池，其特征在于其中 所述的第一 P型半导体层、该第二 P型半导体层与该第三P型半导体层的材料为非晶硅或 微晶硅。
8.如权利要求1所述的将红外光转换为可见光的三层型太阳能电池，其特征在于其中 所述的透明基板的材料为玻璃。
9.如权利要求1所述的将红外光转换为可见光的三层型太阳能电池，其特征在于还包 括一半透明金属层，配置于该第一电极与该第三P型半导体层之间。
10.如权利要求9所述的将红外光转换为可见光的三层型太阳能电池，其特征在于其 中所述的半透明金属层的材料为铝或过渡金属。
专利摘要本实用新型是关于一种将红外光转换为可见光的三层型太阳能电池，其包括透明基板、第一电极、第二电极、红外光转换层以及依序配置于第一电极与第二电极之间的第一n型半导体层、第一非晶硅本质层、第一p型半导体层、第二n型半导体层、第二非晶硅本质层、第二p型半导体层、第三n型半导体层、微晶硅本质层与一第三p型半导体层；该第一电极配置于透明基板上；该第二电极配置于第一电极与透明基板之间；该第一n型半导体层位于第一非晶硅本质层与第二电极之间；该红外光转换层配置于第一n型半导体层与第二电极之间，用以将红外光转换为可见光。本实用新型可以提高光电转换效率。
文档编号H01L31/0352GK201904364SQ201020629478
公开日2011年7月20日 申请日期2010年11月24日 优先权日2010年11月24日
发明者刘吉人, 张一熙, 梅长锜 申请人:吉富新能源科技(上海)有限公司