专利名称：具有场板的薄膜太阳能电池的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种太阳能电池，特别是涉及一种具有场板的薄膜太阳能电池。
背景技术：
图1为现有习知一种薄膜太阳能电池的剖面示意图。请参考图1，薄膜太阳能电池 100包括一对基板112、114、二透明导电层122、124、一 N型半导体层130、一 P型半导体层 140与一非晶硅层150。非晶硅层150位于N型半导体层130与P型半导体层140之间。N 型半导体层130位于非晶硅层150与透明导电层122之间，而P型半导体140位于非晶硅 层150与透明导电层124之间，如图1所示。此外，透明导电层122、124、N型半导体层130、 P型半导体层140与非晶硅层150夹设于基板112、114之间。承上述结构，当阳光160由外侧照射至薄膜太阳能电池100时，如靠近P型半导 体层的一侧，位于N型半导体层130与P型半导体层140之间的非晶硅层150适于受光能 而产生自由电子-电洞对，并藉由N型半导体层130与P型半导体层140形成的内电场使 电子与电洞会分别往两层移动，而产生一种电能的储存形态，此时若外加负载电路或电子 装置，便可提供电能而使电路或装置进行驱动。一般来说，为了提高太阳能电池100的光电转换效率，通常会在基板112与透明导 电层122之间配置一反射电极170，如此一来，光线穿透N型半导体层130后会再被反射电 极170反射回非晶硅层150，以提高光线的利用率，而可提升太阳能电池100的光电转换效率。然而，目前在提升薄膜太阳能电池的光电转换效率上仍有其所面临的瓶颈，因此， 如何能更进一步提升薄膜太阳能电池的光电转换效率一直是众人所关注的问题。由此可见，上述现有的太阳能电池在结构与使用上，显然仍存在有不便与缺陷，而 亟待加以进一步改进。为了解决上述存在的问题，相关厂商莫不费尽心思来谋求解决之道， 但长久以来一直未见适用的设计被发展完成，而一般产品又没有适切结构能够解决上述问 题，此显然是相关业者急欲解决的问题。因此如何能创设一种新型的具有场板的薄膜太阳 能电池，实属当前重要研发课题之一，亦成为当前业界极需改进的目标。有鉴于上述现有的太阳能电池存在的缺陷，本发明人基于从事此类产品设计制造 多年丰富的实务经验及专业知识，并配合学理的运用，积极加以研究创新，以期创设一种新 型的具有场板的薄膜太阳能电池，能够改进一般现有的太阳能电池，使其更具有实用性。经 过不断的研究、设计，并经过反复试作样品及改进后，终于创设出确具实用价值的本发明。
发明内容
本发明的主要目的在于，克服现有的太阳能电池存在的缺陷，而提供一种新型的 具有场板的薄膜太阳能电池，所要解决的技术问题是使其进一步分离半导体堆栈层受光后 所 产生的自由电子-电洞对，使其电性具有较佳的表现，非常适于实用。本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本发明提出的一种具有场板(field plate)的薄膜太阳能电池，其特征在于其包括基板；第一导电 层，配置于所述基板上，并具有第一开口以暴露至少部分所述基板；半导体堆栈层，配置于 所述第一导电层上，并具有第二开口以暴露至少部分所述第一导电层，且所述半导体堆栈 层透过所述第一开口而与该基板实体连接，其中当所述半导体堆栈层受光后，其内部会产 生自由电子-电洞对；第二导电层，配置于所述半导体堆栈层上，并具有第三开口以暴露出 至少部分所述半导体堆栈层，其中所述第二导电层透过所述第二开口而与所述第一导电层 实体连接；介电层，配置于所述第二导电层上，并透过所述第三开口而与所述半导体堆栈层 实体连接以及场板，配置于所述介电层上，并位于对应所述第一开口、所述第二开口与所 述第三开口至少其一的位置上，其中所述场板会提供电场，以分离所述自由电子-电洞对。
本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。前述的具有场板的薄膜太阳能电池，其中当部分所述第二开口与所述第三开口是 位于相同位置时，所述半导体堆栈层与所述第二导电层会同时暴露出所述第一导电层，且 所述介电层会透过所述第二开口与所述第三开口而与所述第一导电层实体连接。前述的具有场板的薄膜太阳能电池，其中所述的第一导电层为透明导电层，其材 质包括铟锡氧化物、铟锌氧化物、铟锡锌氧化物、氧化锌、铝锡氧化物、铝锌氧化物、镉铟氧 化物、镉锌氧化物、镓锌氧化物及锡氟氧化物等至少其一，而所述第二导电层包含反射层与 透明导电层至少其一。前述的具有场板的薄膜太阳能电池，其中所述的第二导电层为透明导电层，其材 质包括铟锡氧化物、铟锌氧化物、铟锡锌氧化物、氧化锌、铝锡氧化物、铝锌氧化物、镉铟氧 化物、镉锌氧化物、镓锌氧化物及锡氟氧化物等至少其一，而所述第一导电层包含反射层与 透明导电层至少其一。前述的具有场板的薄膜太阳能电池，其中所述的第一导电层与所述第二导电层至 少其一的表面为凹凸结构(texture)。前述的具有场板的薄膜太阳能电池，其中所述的半导体堆栈层为p-n接面、p-i-n 接面、p-i-p接面与n-i-n接面至少其一的半导体堆栈结构。前述的具有场板的薄膜太阳能电池，其中所述的半导体堆栈层的材质包含有非晶 硅、多晶硅与微晶硅至少其一，或其组合。前述的具有场板的薄膜太阳能电池，其中所述的半导体堆栈层掺杂有锗合金材料 或碳元素。前述的具有场板的薄膜太阳能电池，其中所述的第一开口的宽度实质上介于 10-100 μ m,而所述第二开口与所述第三开口的宽度实质上介于10-100 μ m。前述的具有场板的薄膜太阳能电池，其中所述的基板为玻璃基板，而其尺寸实质 上大于等于100cm2。本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益效果。由以上可知，为达到上述目 的，本发明提供了一种具有场板的薄膜太阳能电池，其可进一步分离半导体堆栈层受光后 所产生的自由电子-电洞对，使其电性具有较佳的表现。本发明提出的一种具有场板的薄膜太阳能电池，其包括基板、第一导电层、半导体 堆栈层、第二导电层、介电层以及场板。第一导电层配置于基板上，并具有第一开口以暴露 至少部分基板。半导体堆栈层配置于第一导电层上，并具有第二开口以暴露至少部分第一导电层。半导体堆栈层透过第一开口而与基板实体连接。当半导体堆栈层受光后，其内部 会产生自由电子一电洞对。第二导电层配置于半导体堆栈层上，并具有第三开口以暴露出 至少部分半导体堆栈层。第二导电层透过第二开口而与第一导电层实体连接。介电层配置 于第二导电层上，并透过第三开口而与半导体堆栈层实体连接。场板配置于介电层上，并位 于对应第一开口、第二开口与第三开口至少其一的位置上，其中场板会提供电场，以分离自 由电子-电洞对。在本发明的一实施例中 ，当部分第二开口与第三开口是位于相同位置时，半导体 堆栈层与第二导电层会同时暴露出第一导电层，且介电层会透过第三开口而与第一导电层 实体连接。在本发明的一实施例中，第一导电层为透明导电层，其材质包括铟锡氧化物、铟锌 氧化物、铟锡锌氧化物、氧化锌、铝锡氧化物、铝锌氧化物、镉铟氧化物、镉锌氧化物、镓锌氧 化物及锡氟氧化物等至少其一，而第二导电层包含反射层与透明导电层至少其一。在本发明的一实施例中，第二导电层为透明导电层，其材质包括铟锡氧化物、铟锌 氧化物、铟锡锌氧化物、氧化锌、铝锡氧化物、铝锌氧化物、镉铟氧化物、镉锌氧化物、镓锌氧 化物及锡氟氧化物等至少其一，而第一导电层包含反射层与透明导电层至少其一。在本发明的一实施例中，第一导电层与第二导电层至少其一的表面为凹凸结构 (texture)在本发明的一实施例中，半导体堆栈层为p-n接面、p-i-n接面、p-i-p接面与 n-i-n接面至少其一的半导体堆栈结构。在本发明的一实施例中，半导体堆栈层的材质包含有非晶硅、多晶硅与微晶硅至 少其一，或其组合。在本发明的一实施例中，半导体堆栈层掺杂有锗合金材料或碳元素。在本发明的一实施例中，第一开口的宽度实质上介于10-100 μ m,而第二开口与第 三开口的宽度实质上介于10-100 μ m在本发明的一实施例中，基板为玻璃基板，而其尺寸实质上大于等于100cm2。借由上述技术方案，本发明具有场板的薄膜太阳能电池至少具有下列优点及有益 效果本发明由于具有场板的薄膜太阳能电池将场板设置于介电层上，并藉由场板提供一 相似于半导体堆栈层内部电场方向的外加电场，以加快分离半导体堆栈层内部因照光而产 生的自由电子_电洞对，进而可提升薄膜太阳能电池的电性特性，如光电转换效率。综上所述，本发明是有关于一种具有场板的薄膜太阳能电池，包括基板、第一导电 层、半导体堆栈层、第二导电层、介电层及场板。第一导电层、半导体堆栈层、第二导电层、介 电层及场板依序配置于基板上。第一导电层具有暴露基板的第一开口。半导体堆栈层具有 暴露第一导电层的第二开口，并透过第一开口与基板实体连接。第二导电层具有暴露出半 导体堆栈层的第三开口，并透过第二开口与第一导电层实体连接。介电层透过第三开口与 半导体堆栈层实体连接。场板位于相对第一、第二与第三开口至少其一的介电层上。场板 会提供电场以进一步分离半导体堆栈层内部所产生的自由电子-电洞对。本发明在技术上有显著的进步，并具有明显的积极效果，诚为一新颖、进步、实用 的新设计。上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够 更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。
图1为现有习知的一种薄膜太阳能电池的剖面示意图。
图2为本发明一实施例具有场板的薄膜太阳能电池的剖视图。图3为本发明另一实施例具有场板的薄膜太阳能电池的剖视图。100:薄膜太阳能电池112、114、210 基板122:透明导电层130 :N型半导体层140 =P型半导体层150 非晶硅层160:阳光170:反射电极200 具有场板的薄膜太阳能电池 202 光线220:第一导电层222:第一开口230:半导体堆栈层232:第二开口240:第二导电层242:第三开口250:介电层260 场板270 绝缘区
具体实施例方式为更进一步阐述本发明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，对依据本发明提出的具有场板的薄膜太阳能电池其具体实施方式
、结 构、特征及其功效，详细说明如后。有关本发明的前述及其他技术内容、特点及功效，在以下配合参考图式的较佳实 施例的详细说明中将可清楚的呈现。为了方便说明，在以下的实施例中，相同的元件以相同 的编号表示。请参阅图2所示，图2为本发明一实施例具有场板的薄膜太阳能电池的局部剖视 图。请参考图2，具有场板的薄膜太阳能电池200包括基板210、第一导电层220、半导体堆 栈层230、第二导电层240、介电层250以及场板260。第一导电层220配置于基板210上，并具有第一开口 222以暴露出至少部分基板 210。在本实施例中，基板210例如是玻璃基板，而其尺寸例如是大于等于100cm2。此外，第 一导电层220例如是透明导电层，而其材质包括铟锡氧化物、铟锌氧化物、铟锡锌氧化物、 氧化锌、铝锡氧化物、铝锌氧化物、镉铟氧化物、镉锌氧化物、镓锌氧化物及锡氟氧化物等至 少其一。半导体堆栈层230配置于第一导电层220上，并具有第二开口 232以暴露至少部 分第一导电层220。半导体堆栈层230透过第一开口 222而与基板210实体连接。当半导 体堆栈层230受光后，其内部会产生自由电子_电洞对。在本实施例中，半导体堆栈层230 可以是p-n接面(p-n junction)与p-i-n接面(p-i-n junction)至少其一的半导体堆栈 结构，意即半导体堆栈层230可以是采用P型半导体层、本质层与N型半导体层堆栈而成， 且其堆栈结构结构也可以是P-i-n堆栈于p-i-n的方式。在另一实施例中，半导体堆栈层230也可以是p-i-p接面或n-i-n接面(p-i-n junction)至少其一的半导体堆栈结构。在本实施例中，上述的半导体堆栈层230的材质可以是包含非晶硅、多晶硅与微晶硅至少其一，或其组合。换言之，具有场板的薄膜太阳能电池200可以是多晶硅薄膜太阳 能电池、非晶硅薄膜太阳能电池或微晶硅薄膜太阳能电池。此外，上述的半导体堆栈层230 更可以掺杂有锗合金材料或碳元素，以使半导体堆栈层230具有不同的能隙，而可吸收不 同波长范围的光线并将其转换成电能。第二导电层240配置于半导体堆栈层230上，并具有第三开口 242以暴露出至少 部分半导体堆栈层230。第二导电层240透过第二开口 232而与第一导电层220实体连 接。在本实施例中，第二导电层240例如是透明导电层，而其材质包括铟锡氧化物、铟锌氧 化物、铟锡锌氧化物、氧化锌、铝锡氧化物、铝锌氧化物、镉铟氧化物、镉锌氧化物、镓锌氧化 物及锡氟氧化物等至少其一。换言之，当第一导电层220与第二导电层240皆为透明导电 层时，半导体堆栈层230适于吸收来自两侧光线202并转换成电能。在一实施例中，第一导电层220可以是反射层(未绘示)与透明导电层(未绘示) 的迭层结构，此时第二导电层240需为透明导电层，其中反射层位于透明导电层与基板210 之间，且反射层的材质例如是使用银或铝之类反射性较佳的金属。如此，光线202便仅能由 第二导电层240的一侧进入，在通过第二导电层后传递至半导体堆栈层230，以使半导体堆 栈层230受光而产生自由电子-电洞对，而部分未被半导体堆栈层230所吸收的光线202 会穿透半导体堆栈层230，并被第一导电层220的反射层结构所反射，而再次的传递回半导 体堆栈层230，以提高光线的利用率，进而可提升薄膜太阳能电池200的光电转换效率。在另一实施例中，上述的第一导电层220可以是仅采用透明导电层的设计，而第 二导电层240可以是采用上述反射层与透明导电层的迭层结构。如此一来，光线202则会 从第一导电层220的一侧进入而传递至半导体堆栈层230。同理，采用此设计也会形成如上 述单面受光的结构。换言之，当第一导电层220与第二导电层240皆为透明导电层结构时，具有场板的 薄膜太阳能电池200则是采用双面照光的设计。而当第一导电层220与第二导电层240其 中之一为透明导电层结构，另一为反射层与透明导电层的堆栈结构时，具有场板的薄膜太 阳能电池200则是采用单面照光的设计，其中具有场板的薄膜太阳能电池200是采用何种 设计端视使用者的需求而定，上述仅为举例说明。值得一提的是，上述的第一导电层220与第二导电层240至少其一的表面为凹凸 结构(texture structure)，如此，可有效提高光线202传递至半导体堆栈层230的效率。介电层250配置于第二导电层240上，并透过第三开口 242而与半导体堆栈层230 实体连接。在本实施例中，介电层250可为单层或多层结构，且其材质例如是无机材质(如 氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、碳化硅、氧化铪、氧化铝、或其它材质、或上述的组合)、有机材质 (如光阻、苯并环丁烯(enzocyclobutane，BCB)、环烯类、聚酰亚胺类、聚酰胺类、聚酯类、 聚醇类、聚环氧乙烷类、聚苯类、树脂类、聚醚类、聚酮类、或其它材料、或上述的组合)、或高 分子聚合物，或上述的组合。本实施例以二氧化硅或是氮化硅为例，但不限于此。场板260配置于介电层250上，并位于对应第一开口 222、第二开口 232与第三开 口 242至少其一的位置上，其中场板260会提供电场，以分离自由电子-电洞对。在本实施 例中，场板260主要是提供一外加电场于半导体堆栈层230内，藉以加快分离半导体堆栈层230内因受光而产生的自由电子-电洞对，进而可提升薄膜太阳能电池200的电性特性(如 光电转换效率)。在本实施例中，场板260设置于介电层250的位置主要是选在对应第一开 口 222、第二开口 232与第三开口 242至少其一的位置上，并使场板260所形成的电场方向 与半导体堆栈层230内部的内电场方向相似，如此一来，将可加快分离半导体堆栈层230内 因受光而产生的自由电子-电洞对，而具有上述提及的优点。在本实施例中，第一开口 222、第二开口 232与第三开口 242的宽度可以是介于 10-100 μ m，其中本实施例是以第一开口 222的宽度为30 μ m，而第二开口 232与第三开口 242的宽度为60 μ m为举例说明，但不限于此。一般而言，第一开口 222、第二开口 232、第三 开口 242主要是因为进行雷射图案化制程时所形成的，因此开口 222、232、242的宽度是取 决于激光束的尺寸，换言之，当使用者使用其它的雷射机台时，其开口 222、232、242也可能 是其它数值。在本实施例中，具有场板的薄膜太阳能电池200更包括一绝缘区270。一般来说， 形成上述的膜层220、230、240、250、260于基板110之后，接着会进行绝缘制程(isolation process)以于薄膜太阳能电池200的周围形成绝缘区270，其中形成此绝缘区270的方式 例如是采用雷射移除技术、玻璃磨边机或化学机械抛光制程以移除位于外围区270上的膜层。请参阅图3所示，图3为本发明另一实施例具有场板的薄膜太阳能电池的剖视图。在另一实施例中，当部分第二开口 232与第三开口 242是位于相同位置时，半导体 堆栈层230与第二导电层240会同时暴露出第一导电层220，且介电层250会透过第三开 口 242而与第一导电层220实体连接，而形成如图3所绘示的具有场板的薄膜太阳能电池 200a。在薄膜太阳能电池200a中，场板260的位置也可以采用上述的设计，如此一来，薄膜 太阳能电池200a也可具有上述薄膜太阳能电池200所描述的优点。综上所述，上述具有场板的薄膜太阳能电池至少具有下列优点。首先，透过对第一 导电层与第二导电层的膜层设计，可使薄膜太阳能电池在双面照光或单面照光时，具有较 佳的光利用率，以可提高薄膜太阳能电池的光电转换效率。此外，场板设置于介电层上，可 藉由场板提供一相似于半导体堆栈层内部电场方向的外加电场，如此可加快分离半导体堆 栈层内部因照光而产生的自由电子-电洞对，进而可提升薄膜太阳能电池的电性特性。以上所述，仅是 本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽 然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人 员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰 为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质 对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
权利要求
一种具有场板的薄膜太阳能电池，其特征在于其包括基板；第一导电层，配置于所述基板上，并具有第一开口以暴露至少部分所述基板；半导体堆栈层，配置于所述第一导电层上，并具有第二开口以暴露至少部分所述第一导电层，且所述半导体堆栈层透过所述第一开口而与该基板实体连接，其中当所述半导体堆栈层受光后，其内部会产生自由电子-电洞对；第二导电层，配置于所述半导体堆栈层上，并具有第三开口以暴露出至少部分所述半导体堆栈层，其中所述第二导电层透过所述第二开口而与所述第一导电层实体连接；介电层，配置于所述第二导电层上，并透过所述第三开口而与所述半导体堆栈层实体连接；以及场板，配置于所述介电层上，并位于对应所述第一开口、所述第二开口与所述第三开口至少其一的位置上，其中所述场板会提供电场，以分离所述自由电子-电洞对。
2.根据权利要求1所述的具有场板的薄膜太阳能电池，其特征在于其中当部分所述第 二开口与所述第三开口是位于相同位置时，所述半导体堆栈层与所述第二导电层会同时暴 露出所述第一导电层，且所述介电层会透过所述第二开口与所述第三开口而与所述第一导 电层实体连接。
3.根据权利要求1所述的具有场板的薄膜太阳能电池，其特征在于其中所述的第一导 电层为透明导电层，其材质包括铟锡氧化物、铟锌氧化物、铟锡锌氧化物、氧化锌、铝锡氧化 物、铝锌氧化物、镉铟氧化物、镉锌氧化物、镓锌氧化物及锡氟氧化物等至少其一，而所述第 二导电层包含反射层与透明导电层至少其一。
4.根据权利要求1所述的具有场板的薄膜太阳能电池，其特征在于其中所述的第二导 电层为透明导电层，其材质包括铟锡氧化物、铟锌氧化物、铟锡锌氧化物、氧化锌、铝锡氧化 物、铝锌氧化物、镉铟氧化物、镉锌氧化物、镓锌氧化物及锡氟氧化物等至少其一，而所述第 一导电层包含反射层与透明导电层至少其一。
5.根据权利要求1所述的具有场板的薄膜太阳能电池，其特征在于其中所述的第一导 电层与所述第二导电层至少其一的表面为凹凸结构。
6.根据权利要求1所述的具有场板的薄膜太阳能电池，其特征在于其中所述的半导体 堆栈层为p-n接面、p-i-n接面、p-i-p接面与n-i-n接面至少其一的半导体堆栈结构。
7.根据权利要求1所述的具有场板的薄膜太阳能电池，其特征在于其中所述的半导体 堆栈层的材质包含有非晶硅、多晶硅与微晶硅至少其一，或其组合。
8.根据权利要求7所述的具有场板的薄膜太阳能电池，其特征在于其中所述的半导体 堆栈层掺杂有锗合金材料或碳元素。
9.根据权利要求1所述的具有场板的薄膜太阳能电池，其特征在于其中所述的第一 开口的宽度实质上介于10-100 u m,而所述第二开口与所述第三开口的宽度实质上介于10-100umo
10.根据权利要求1所述的具有场板的薄膜太阳能电池，其特征在于其中所述的基板 为玻璃基板，而其尺寸实质上大于等于100cm2。
全文摘要
本发明是有关于一种具有场板的薄膜太阳能电池，包括基板、第一导电层、半导体堆栈层、第二导电层、介电层及场板。第一导电层、半导体堆栈层、第二导电层、介电层及场板依序配置于基板上。第一导电层具有暴露基板的第一开口。半导体堆栈层具有暴露第一导电层的第二开口，并透过第一开口与基板实体连接。第二导电层具有暴露出半导体堆栈层的第三开口，并透过第二开口与第一导电层实体连接。介电层透过第三开口与半导体堆栈层实体连接。场板位于相对第一、第二与第三开口至少其一的介电层上。场板会提供电场以进一步分离半导体堆栈层内部所产生的自由电子-电洞对，进而可提升薄膜太阳能电池的电性特性，如光电转换效率。
文档编号H01L31/042GK101859802SQ200910134438
公开日2010年10月13日 申请日期2009年4月13日 优先权日2009年4月13日
发明者张一熙, 李家娴 申请人:张一熙;李家娴