专利名称：太阳能电池的制作方法
技术领域：
本发明是有关于 一种太阳能电池，且特别是有关于 一种具光学反射元件 的太阳能电池。
背景技术：
太阳能电池与 一般的电池不同。太阳能电池是将太阳能转换成电能的装
置，不需要透过电解质来传递导电离子，而是改采半导体产生PN结(PN j unction )以获4寻电 <立。
太阳能电池一种利用太阳光直接发电的光电半导体，其将高纯度的半导 体材料加入一些杂质使其呈现不同的性质，如加入硼可形成P型半导体，加 入磷可形成N型半导体，PN两型态的半导体结合后，当太阳光入射时，会 产生电子与空穴，有电流通过时，则产生电力。
太阳能电池种类繁多，若依材料的种类来区分，可分为单晶硅(single crystal silicon)、 多晶硅(polycrystal silicon)或非晶珪(amorphous silicon, 简称 a-Si)等，要判别一个太阳能电池性能的好坏，主要是依据转换效率的好坏来 决定，而提高转换效率的主要做法其中之一是包括将太阳能电池制作成堆叠 式电池(TandemCell)。堆叠式电池是将两个或两个以上的电池元件堆叠，上 层电池是吸收较高能量的光谱，下层电池是吸收较低能量的光语，透过不同 材料的电池可将光子的能量层层吸收。
图1绘示已知的堆叠式太阳能电池的剖面示意图。为了方便说明，图l 仅绘示说明所需的构件。请参考图1,已知的堆叠式太阳能电池1至少包括 第一光电转换单元12、第二光电转换单元14、反射层13、上玻璃基板ll、 下玻璃基板16及电极15。其中，电极15配置于下玻璃基板16上，反射层 13配置于第一光电转换单元12及第二光电转换单元14之间，而上玻璃基板 11配置于第一光电转换单元12上。
上玻璃基板11为透明基板，当光线17由上玻璃基板11入射时，部分 光线会经由反射层13反射至第一光电转换单元12,而部分光线会穿透反射层13至第二光电转换单元14。更明确地说，当光线17由上玻璃基板11入 射时，由于单层反射层13的材料特性，短波段波长会经由反射层13反射至 第一光电转换单元12中，且第一光电转换单元重复吸收短波段波长，而长 波段波长穿透反射层13至第二光电转换单元14内并被第二光电转换单元14 吸收。
反射层13在不同的厚度下对光线会产生不同的干涉效果。反射层13的 厚度必须控制在一定的范围，才会得到短波段具高反射而长波段具低反射的 特性，然而，不同的反射层材料具有不同的折射率，因此，对于厚度的要求 条件亦不相同。图2绘示为不同材料的反射层所需要的厚度与反射特性的曲 线图，当使用氧化锌(ZnO)为反射层材料时，薄膜的厚度必须达到3000埃(A) 才会在低波长有较高的反射率，在此条件下，所达到的反射率为62%,当使 用铟锡氧化物(ITO)为反射层材料时，反射层的厚度必须达到2500埃(A)，在 此条件下，所达到的反射率为40%。
第一光电转换单元12及第二光电转换单元14在电性传导上具备串联关 系，其利用反射层13将第一光电转换单元12及第二光电转换单元14串联， 因此，若反射层的厚度较小，则串联的电阻值亦会减少。为达到低串联电阻 的要求必须使反射层的厚度减少，但减少反射层厚度又无法符合堆叠式太阳 能电池在反射率上的需求，且使用单层反射层所得到的反射效果并不显著。 因此，已知的太阳能电池具有许多问题尚待解决。
发明内容
有鉴于上述，本发明的目的就是在提供一种太阳能电池，具有高低折射 率的多层薄膜交互堆叠，以提高太阳能电池对光能量的吸收。
本发明的再一目的是在提供一种太阳能电池，其包括上述的堆叠式薄 膜，使太阳能电池具有优选的光电转换效率。
为达上述或与其他目的，本发明提出一种太阳能电池，此太阳能电池包 括基板、至少第一光电转换单元、至少第二光电转换单元及光学反射元件。 第一光电转换单元及第二光电转换单元配置于基板上，光学反射元件配置于 第一光电转换单元及第二光电转换单元之间，其中该光学反射元件由多层薄 膜堆叠所组成，且具有至少两种不同的折射率。
依照本发明优选实施例所述的太阳能电池，其中第 一光电转换单元包括第一半导体层、第一N型半导体层及第一P型半导体层，其中第一半导体层 配置于第一 N型半导体层及第一 P型半导体层之间，且第一半导体层的材料 为非晶硅。
依照本发明优选实施例所述的太阳能电池，其中第二光电转换单元包括 第二半导体层、第二N型半导体层及第二P型半导体层，其中第二半导体层
配置于第二 N型半导体层及第二 P型半导体层之间，且第二半导体层的材料
为微晶硅。
依照本发明优选实施例所述的太阳能电池，其中光学反射元件包含至少 三层薄膜，薄膜包括透明导电薄膜或介电层。
依照本发明优选实施例所述的太阳能电池，其中第n+l层的介电层的折 射率不同于第n层及第n+2层的介电层的折射率，其中，n为正实数。
依照本发明优选实施例所述的太阳能电池，其中第n层及第n+2层的介 电层的折射率相同，或是第n层及第n+2层的介电层的折射率不同。
依照本发明优选实施例所述的太阳能电池，其中第n+l层的介电层的折 射率大于或小于第n层及第n+2层的介电层的折射率。其中介电层的折射率 介于1.3-5.6之间。
依照本发明优选实施例所述的太阳能电池，其中入射光源入射至光学反 射元件的波长范围介于300-2500纳米之间。
光线经由第一光电转换单元入射至光学反射元件及第二光电转换单元， 且部分光线通过光学反射元件反射至第一光电转换单元中。
依照本发明优选实施例所述的太阳能电池，其中光学反射元件的材料例 如是介电材料，包括氧化物或氮化物。优选地，光学反射元件的材料包括铟 锡氧化物、锌氧化物或锡氧化物。
依照本发明优选实施例所述的太阳能电池，还包括电极及盖板，电极配 置于基板上，电极的材料包括金属或合金，而盖板配置于该基板上且覆盖住 第一光电转换单元及第二光电转换单元，盖板的材料包括铟锡氧化物。其中 基板包括玻璃基板、石英基板或其他适当材料的基板。
在本发明所提出的太阳能电池中，具高低折射率且相互堆叠的光学反射 元件，因此，可以选择性的反射特定的波长范围，并使得反射率增加，如此 一来，即可使太阳能电池具良好的光电转换效率。
为让本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举优选实施例，并配合所附图示，作详细说明如下。
图1为已知的堆叠式太阳能电池的剖面示意图2为图1的太阳能电池的反射层的厚度及反射特性的曲线图3为本发明优选实施例的太阳能电池的剖面示意图；以及
图4为图3的太阳能电池与已知的太阳能电池的反射特性比较的曲线图。
附图标记il明
1、 3:太阳能电池 12、 32:第一光电转换单元 14、 34:第二光电转换单元 16:下玻璃基板 31:盖板 36:基板
322:第一半导体层 341:第二P型半导体层 343:第二N型半导体层
具体实施例方式
图3绘示本发明优选实施例的太阳能电池的结构示意图。本实施例的太 阳能电池3至少包括第一光电转换单元32、光学反射元件33、第二光电转 换单元34及基板36。光学反射元件33配置于第一光电转换单元32及第二 光电转换单元34之间，第二光电转换单元34及第一光电转换单元32依序 堆叠配置于基板36上，且第一光电转换单元32位于光入射面。以下针对第 一光电转换单元32、第二光电转换单元34及光学反射元件33的细部结构与 配置关系的详细说明如下。
在本实施例中，第一光电转换单元32吸收能量较高的短波段波长，其 波长范围介于300至700纳米之间，第二光电转换单元34吸收能量较低的 长波段波长，其波长范围介于700至2500纳米之间。
1:上玻璃基板 13:反射层 15、 35:电极 17、 37:光线 33:光学反射元件 321:第一P型半导体层 323:第一N型半导体层 342:第二半导体层第 一光电转换单元32包括依序配置于第二光电转换单元34上的第一 N 型半导体层323、第一半导体层322及第一P型半导体层321。第一半导体 层322的材料包括非掺杂的非晶硅(Amorphous- Si),第一 N型半导体层343 的材料包括N掺杂的非晶硅，第一 P型半导体的材料包括P掺杂的非晶硅。
另夕卜，第二光电转换单元34包括依序堆叠设置于基板36上的第二 N型 半导体层343、第二半导体层342及第二P型半导体层341。第二半导体层 342的材料包括非掺杂的微晶硅(Micro-Crystalline Si)，第二N型半导体层343 的材料包括N掺杂微晶硅，第二P型半导体的材料包括P掺杂微晶硅。基 板36包括玻璃基板、石英基板或其他适当材料的基板。
请继续参阅图3,光学反射元件33配置于第一光电转换单元32及第二 光电转换单元34之间，光学反射元件的材料包括氧化物或氮化物例如是铟 锡氧化物、锌氧化物、锡氧化物或其他适当的导电材料。
此外，在优选实施例中，本发明的太阳能电池还包括配置于基板36上 的盖板31及电极35,盖板31覆盖住第一光电转换元件32及第二光电转换 元件34,其材料例如为铟锡氧化物或其他适合的材料。电极35配置于该基 板36上，其中电极35的材料例如为金属、合金或其他适当的材料。
请继续参阅图3，为了增进堆叠式太阳能电池光电转换的特性，在本实 施例中，光学反射元件33由多层薄膜交互堆叠形成于第一光电转换单元32 及第二光电转换单元34之间，包括至少两种不同折射率，其折射率介于 1.3-5.6之间，优选介于1.4-2.6之间。在本实施例中，光学反射元件33由高 低折射率的薄膜交互堆叠所组成，或例如是由低高折射率的薄膜交互堆叠所 组成。在本实施例中，光学反射元件33包含至少三层薄膜，由第一介电层 331、第二介电层332及第三介电层333构成，其中第二介电层的材料与其 他两层介电层不同，第二介电层的材料例如是锌氧化物(ZnO),其折射率大 约是1,4,或是碳化硅(SiC),其折射率大约是2.6,或是铟锡氧化物(ITO), 其折射率大约是1.8。在本实施例中，第一介电层及第三介电层可为相同或 不同的材料。
另外，在本实施例中，由于第二介电层的材料与其他两层介电层不同， 因此，第二介电层的折射率不同于其他介电层，例如是第二介电层的折射率 小于第一介电层及第三介电层的折射率。当然，第二介电层的折射率也可以 大于第一介电层及第三介电层的折射率。当然，第一介电层及第三介电层的折射率相同也在本实施例的范围内。
当光线37经盖板31入射至堆叠式太阳能电池3时，光线37会经由第 一光电转换单元32入射至光学反射元件33及第二光电转换单元34中，其 中部分的光线37会经由光学反射元件33反射入第一光电转换单元中，而有 部分的光线37入射至第二光电转换单元34。在本实施例中，光线的波长范 围介于300-2500纳米之间，其中经光学反射元件33反射至第一光电转换单 元32的波长范围是介于300-700纳米之间，穿过光学反射元件33入射至第 二光电转换单元34的波长范围介于700-2500纳米之间。当然，经光学反射 元件33反射至第一光电转换单元32的波长范围也可介于在700-2500纳米 之间，而穿过光学反射元件33入射至第二光电转换单元34的波长范围是介 于在300-700纳米之间。
值得说明的是，在本实施例中，由于光学反射元件33是由不同折射率 的多层介电层交互堆叠所组成，因此，当入射光37经盖板31入射至太阳能 电池3时，入射光37经由第一介电层341第一次反射至第一光电转换单元 32内，而当光线通过第二介电层时，入射光会经第二介电层342第二次反射 至第一光电转换单元32中，接下来，当光线进入至第三介电层343时，则 是经第三介电层343第三次反射。综上所述，因介电层间彼此折射率的差异， 入射光可重复的反射至第一光电转换单元32,因此，激发更多的电子空穴对 形成于第一光电转换单元32内，并且，由于光学反射元件是由不同折射率 的多层介电层交互堆叠所组成，因此，当入射光进入第一光电转换单元32 时，会因光线的干涉作用，可使得入射光在长波长具有较高的反射率，或是 使得在短波长具有较高的反射率。
请参阅图4，图4绘示在本实施例中光学反射元件的反射特性。在一实 施例中光学反射元件的组成结构例如为，第一介电层、第二介电层及第三介 电层的材料分别是锌氧化物(ZnO)、锡氧化物(Sn02)及锌氧化物(ZnO),厚度 范围分别是锌氧化物(卯0埃)/锡氧化物(650埃)/锌氧化物(9000埃)。在另一 实施例中，光学反射元件的组成结构例如为，第一介电层、第二介电层及第 三介电层的材料分别是锌氧化物(ZnO)、铟锡氧化物(ITO)及锌氧化物(ZnO), 厚度范围分别是锌氧化物(800埃)/铟锡氧化物(800埃)/锌氧化物(1000埃)。光学反射元件可以是如前述所述的任何组成结构其中之一。
承上所述，与已知的太阳能电池比较之下，当已知的光电伏打电池使用 单层锌氧化物的反射层时，本发明的太阳能电池与已知的太阳能电池比较之
下所达成的反射率增加约15%，且厚度减少约600埃。当已知的太阳能电池 使用单层铟锡氧化物的反射层时，在相同的厚度范围的下，本发明的太阳能 电池的反射率可增加约35% ，当已知的太阳能电池使用单层锡氧化物的反射 层时，本发明的太阳能电池的反射率增加约40%，厚度范围约减少200埃。 在本发明中，光学反射元件反射的波长范围介于300-2500埃之间，在一实 施例中，对短波长具较高反射率，其反射率为75-80%,因此本实施例的堆 叠式太阳能电池与已知的太阳能电池相比之下，其反射率增加，且反射层的 厚度减少，如此一来，即可使太阳能电池具良好的光电转换效率。 综上所述，本发明的堆叠式太阳能电池具有下列优点
一、 本发明利用堆叠式反射层具有光学反射元件，其由不同折射率的薄 膜所组成，因此，当入射的光线入射至太阳能电池时，通过高低不同折射率
堆叠形成的光学反射元件，可选择性地反射特定波长范围的入射光，并使得 反射率增加，进而使光电伏打电池的光电转换效能提高。
二、 与已知的堆叠式太阳能电池相比的下，本发明的光学反射元件的厚 度值减少，因此，有助于降低太阳能电池的串联电阻值，以提升元件的表现。
虽然本发明已以优选实施例披露如上，然其并非用以限定本发明，任何 本领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与 润饰，因此本发明的保护范围当视权利要求所界定者为准。
权利要求
1、一种太阳能电池，包括一基板；至少第一光电转换单元及第二光电转换单元，该第一光电转换单元及该第二光电转换单元配置于该基板上；以及至少一光学反射元件，配置于该第一光电转换单元及该第二光电转换单元之间，其中该光学反射元件由多层薄膜堆叠所组成，且具有至少两种不同的折射率。
2、 如权利要求1所述的太阳能电池，其中该第一光电转换单元包括 第一半导体层；以及第一 N型半导体层及第一 P型半导体层，其中该第一半导体层配置于该 第一 N型半导体层及该第一 P型半导体层之间。
3、 如权利要求2所述的太阳能电池，其中该第一半导体层的材料为非 晶硅，该第一N型半导体层包括N掺杂的非晶硅，该第一P型半导体包括P 掺杂的非晶硅。
4、 如权利要求1所述的太阳能电池，其中该第二光电转换单元包括 第二半导体层；以及第二 N型半导体层及第二 P型半导体层，其中该第二半导体层配置于该 第二 N型半导体层及该第二 P型半导体层之间。
5、 如权利要求4所述的太阳能电池，其中该第二半导体层的材料为微 晶硅，该第二N型半导体层包括N掺杂微晶硅，该第二P型半导体包括P 掺杂微晶硅。
6、 如权利要求1所述的太阳能电池，其中该光学反射元件包含至少三 层的该薄膜，该薄膜包括透明导电层或介电层。
7、 如权利要求6所述的太阳能电池，其中该光学反射元件的材料包括 氧化物、氮化物、铟锡氧化物、锌氧化物、锡氧化物或导电材料。
8、 如权利要求6所述的太阳能电池，其中第n+l层的该薄膜的折射率 不同于第n层及第n+2层的该薄膜的折射率，其中n为正实数。
9、 如权利要求8所述的太阳能电池，其中该第n层及该第n+2层的薄 膜的折射率为相同或不同。
10、 如权利要求8所述的太阳能电池，其中该第n+l层的薄膜的折射率 大于或小于该第n层及第n+2层的介电层的折射率。
11、 如权利要求6所述的太阳能电池，其中这些薄膜的折射率介于1,3-5.6 之间。
12、 如权利要求6所述的太阳能电池，其中该介电层的材料包括锌氧化 物，其折射率大约是1.4。
13、 如权利要求6所述的太阳能电池，其中该介电层的材料包括碳化硅， 其折射率大约是2.6。
14、 如权利要求6所述的太阳能电池，其中该介电层的材料包括铟锡氧 化物，其折射率大约是1.8。
15、 如权利要求1所迷的太阳能电池，其中光线经由该第一光电转换单 元入射至该光学反射元件及该第二光电转换单元，且该部分该光线通过该光 学反射元件反射入该第一光电转换单元中。
16、 如权利要求15所述的太阳能电池，其中该入射光线入射至该光学 反射元件的波长范围介于300-2500纳米之间。
17、 如权利要求15所述的太阳能电池，其中该反射至该第一光电转换 单元的光线的波长范围是介于300-700纳米之间，该入射至该第二光电转换 单元34的光线的波长范围介于700-2500纳米之间。
18、 如权利要求15所述的太阳能电池，其中该反射至该第一光电转换 单元的光线的波长范围介于700-2500纳米之间，而该入射至该第二光电转 换单元的光线的波长范围是介于300-700纳米之间。
19、 如权利要求1所述的太阳能电池，其还包括电极及配置于该基板上 的盖板，该盖板并覆盖住该第一光电转换单元及该第二光电转换单元。
20、 如权利要求19所述的太阳能电池，其中该电极的材料包括金属或 合金，该盖板的材料包括铟锡氧化物，该基板包括玻璃基板、石英基板或其 他适当材料的基板。
全文摘要
本发明提供一种太阳能电池，其包括基板、至少第一光电转换单元、至少第二光电转换单元及光学反射元件。第一光电转换单元及第二光电转换单元配置于基板上，光学反射元件配置于第一光电转换单元及第二光电转换单元之间，其中该光学反射元件由多层薄膜堆叠所组成，且具有至少两种不同的折射率。
文档编号H01L31/042GK101286531SQ20071009174
公开日2008年10月15日 申请日期2007年4月9日 优先权日2007年4月9日
发明者姚富渊, 邢泰刚, 陈世鹏 申请人:台达电子工业股份有限公司