专利名称：太阳能电池的制作方法
技术领域：
本发明关于一种太阳能电池，特别是关于一种太阳能电池结构上的改良。
背景技术：
近年来由于国际能源持续短缺以及环保意识高涨，世界各国均致力于发展环保性佳的替代能源。其中因太阳能取之不尽，用之不竭，且又无污染产生的问题，利用太阳能产生电力的太阳能电池最受到嘱目。目前太阳能电池市场中，使用单晶硅与多晶硅的太阳能电池占绝大多数。然而，所述电池需使用150微米至350微米的高质量硅芯片作为基材，成本较高，因此，可使用玻璃、玻璃陶瓷、坚硬或其它可挠性基材作为基板的薄膜太阳能电池，因成本较低，成为新的发展方向。图1显示一种基本的薄膜太阳能电池1，其包含一透明基板2 (例如玻璃)，朝箭头所示的光线方向；一第一透明导电层4(亦称「前电极」)形成于所述透明基板2上，作为电极之一；一光伏转换层6，形成于所述第一透明导电层4上，其主要由P型半导体层8、本质型半导体层10(i型)及η型半导体层12所组成。在另一薄膜太阳能电池的例子中，所述p-1-n的顺序亦可倒转为n-1-p。接着，一第二透明导电层14(亦称「背电极」)形成于所述光伏转换层6上，作为另一电极，而通常会另包含具高反射及漫射性的一漫反射层16形成于第二透明导电层14上，用以使未吸收的光再反射或漫射回去，以增加光伏转化层的光吸收率。然而，第二透明导电层14的厚度通常会额外地吸收光，使得太阳能电池的吸光效果不佳，尤其，光是通过所述第二透明导电层14的光再反射或漫射回去，会通过所述第二透明导电层14两次或多次。另外，一用以保护太阳能电池免受环境侵害的封装层18可形成于漫反射层16上。图2显示另一种薄膜太阳能电池20，其包含一透明基板22 ;—第一透明导电层24 ;一光伏转换层26，形成于所述第一透明导电层24上；一第二透明导电层28形成于所述光伏转换层26上；一导电金属层30形成于所述第二透明导电层28上；及一封装层34形成于所述导电金属层30上。在此太阳能电池结构中，所述导电金属层30是作为背电极，而第二透明导电层28是藉由将其表面进行处理，进行粗糙化来将未吸收的光漫射或反射回光伏转换层26。然而，在此种结构中，因第二透明导电层28的厚度关系，有些光会被吸收；此夕卜，第二透明导电层28的粗糙表面与背电极30间易产生等离子体效应(plasmon effect),这些都会造成光的损失。前述太阳能电池，以光伏转换层的i层结构(本质型半导体层)最为重要，目前较常使用微晶硅质(μ c-Si)薄膜层、非晶硅质(a-Si)薄膜层或其层叠型式。例如，TffM323112便提出了一种由非晶硅质薄膜层及微晶硅质薄膜层所组成的i层结构以提高可见光谱光子的吸收范围。通常非晶硅质薄膜层是用以吸收较短波长光，而微晶硅质薄膜层是用以吸收较长波长光。然而，微晶硅质薄膜层的吸光系数很低，因此通常微晶硅质薄膜层的厚度需要相当后才能达到想要的吸光效果。一般来说，微晶硅质薄膜层需要借助光在各层薄膜之间的全反射来提高光的吸收率。然而，目前的太阳能电池结构，对于光的吸收仍有改善的空间，特别是微晶硅质薄膜层。W02011/033072提供了一种制造非晶硅p_i_n太阳能电池的方法，其包含藉由低压化学气相沉积法(LPCVD)沉积前电极；藉由电浆增强型化学气相沉积(PECVD)沉积P-1-n硅层；藉由LPCVD沉积背电极；及提供漫反射层(如白漆)。如先前所述，虽此方法提供漫反射层，可使未吸收光反射，增进光的吸收，然而，所反射的光容易被背电极(前述的第二透明导电层)吸收。因此，P-1-n硅层所吸收的光便会减少，其光吸收效果仍有改进的空间。US2008/0185035揭示一太阳能电池模块，其包含一太阳能组件；位于所述太阳能组件两侧的封装层；及分别在封装层上，用于接收光的玻璃片及背层。然而，US2008/0185035未提到所述太阳能组件的细部结构，如半导体层或导电层等或其改良。US2010/0180942是关于一种太阳能电池模块中封装层的材料的改良。US2010/0180942于第
及
段有提到所述发明的封装层可用于薄膜太阳能电池，及薄膜太阳能电池可包含透明导电层、光伏转化层及反射膜等。然而，US2010/0180942未提到如何改善光伏转化层的吸收。US2010/0180943亦关于一种太阳能电池模块中封装层的材料的改良。US2010/0180943于第
及
段有提到所述发明的封装层可用于薄膜太阳能电池，及薄膜太阳能电池可包含透明导电层、光伏转化层及反射膜等。然而，US2010/0180943未提到如何改善光伏转化层的吸收。US2010/0180947亦关于一种太阳能电池模块中的封装层的材料的改良。US2010/0180947于第
及
段有提到所述发明的封装层可用于薄膜太阳能电池，及薄膜太阳能电池可包含透明导电层、光伏转化层及反射膜等。然而，US2010/0180947未提到如何改善光子吸收层的吸收。据上，目前亟欲寻求能改善薄膜太阳能电池吸光效能的结构。
发明内容
本发明的一目的在于提供一种太阳能电池，其能改善漫反射层的光反射及漫射效果，增加光伏转换层的光吸收。本发明提供一种太阳能电池，其包含一透明基板；一透明导电层，形成于所述透明基板上；一光伏转换层形成于所述透明导电层上；一导电金属层形成于所述光伏转换层上；及一漫反射层形成于所述导电金属层上，其中所述导电金属层具有多个穿孔，使经漫反射层反射或漫射的光得以再次或多次穿过至所述光伏转换层。本发明提供一种太阳能电池，其包含一透明基板；一第一透明导电层，形成于所述透明基板上；一光伏转换层形成于所述第一透明导电层上；一第二透明导电层形成于所述光伏转换层上；一导电金属层形成于所述第二透明导电层上；及一漫反射层形成于所述导电金属层上，其中所述导电金属层具有多个穿孔，使经漫反射层反射或漫射的光得以穿过再次或多次至所述光伏转换层。根据本发明，因本发明的太阳能电池的导电金属层具有多个穿孔，光得以直接经穿孔穿透至漫反射层，因此，便可避免经过导电金属层所造成的光的损失，其相对而言，增加了漫反射层反射或漫射光的效果。此外，因经漫反射层反射或漫射的光得经穿孔穿透至 光伏转换层，本发明亦增加了光伏转换层的吸光量。
图1显示现有技术的太阳能电池的侧视剖面图。图2显示另一现有技术的太阳能电池的侧视剖面图。图3显示根据本发明的太阳能电池的一实施例的立体侧视图。图4显示根据本发明的太阳能电池的另一实施例的立体侧视图。图5显示根据本发明的太阳能电池的另一实施例的立体侧视图。图6显示根据本发明的太阳能电池的另一实施例的立体侧视图。
具体实施例方式请参照图3，其所示为根据本发明的太阳能电池的一实施例的立体侧视图。所述太阳能电池包含透明基板36,面向光入射的方向(箭头方向)；一透明导电层38 ;光伏转换层40 ;一导电金属层42 ;及一漫反射层44，其中所述导电金属层42具有多个穿孔。所述透明导电层38形成于透明基板36上。此层亦可称作「前电极」且是作为太阳能电池的第一电极。所述透明导电层是可利用本发明技术领域中熟知的技术沉积，例如但不限于蒸镀法(evaporation)及派镀法(sputtering)。所述透明导电层的材料可选自但不限于铟锡氧化物(Indiumtin oxide, ΙΤ0)、氧化招(Aluminum oxide,A10)、氧化锡(Stannumdioxide, SnO)及氧化锌(Zinc oxide, ZnO)。此外,上述材料可视需要掺杂Al、Ga、F、Ti或其它本发明技术领域中熟知的元素。光伏转换层40形成于所述透明导电层38上。所述光伏转换层40可包含一或多个p-1-n半导体结。传统上，p-1-n半导体结主要由P型半导体层(图未显示)、本质型半导体层(i型，图未显示)及η型半导体层(图未显示)所组成。P型半导体层指经正掺杂的半导体层，所加入的杂质，会使所述半导体层产生多余的电洞。其掺杂方式可利用本发明所属技术领域中所熟知者。例如但不限于电浆增强型化学气相沉积(Plasma enhance chemical vapor deposition, PECVD),及特高频电衆增强型化学气相沉积(Very high frequency-plasma enhance chemical vapor deposition,VHF-PECVD)。本质型半导体层(i型)为不掺杂者，可以是非晶硅薄膜或微晶硅薄膜。同时使用非晶硅及微晶硅的双结太阳能电池，能提高可见光谱光子的吸收范围，因此亦能改善太阳能电池的转换效率。其中非晶硅薄膜的形成方式可利用本发明所属技术领域中熟知者，例如但不限于电衆增强型化学气相沉积(Plasma enhance chemical vapor deposition,PECVD)、低压化学气相沉积(Low pressure chemical vapor deposition, LPCVD)及炉管(furnace);而微晶硅薄膜的形成方式亦可利用本发明所属技术领域中熟知者，例如但不限于电浆增强型化学气相沉积，及特高频电浆增强型化学气相沉积(Very highfrequency-plasma enhance chemical vapor deposition, VHF-PECVD)。所述n型半导体形成于所述本质型半导体层上，η型半导体指经负掺杂的半导体层，所加入的杂质，会使所述半导体层产生多余的电子。其掺杂方式可利用本发明所属技术领域中熟知者，例如但不限于电衆增强型化学气相沉积(Plasma enhance chemical vapordeposition, PECVD),及特高频电衆增强型化学气相沉积(Very high frequency-p lasmaenhance chemical vapor deposition.VHF-PECVD)。在另一太阳能电池的实施例中，光伏转换层40可包含两个以上p-1-n半导体结形成，以增加太阳能电池的效率。其P-1-n半导体结是可依前述或现有技术方法形成。W02011/076466中所述的相关技术内容并入本文中。在另一太阳能电池的实施例中，上述p-1-n半导体结的顺序亦可倒转为n-1-p。导电金属层42形成于光伏转换层40上，作为第二电极(或称背电极)。所述导电金属层42具有多个穿孔阵列成筛网状，故可使未吸收，或经漫反射层44反射或散射的光得以穿透至光伏转换层40。图3所绘的所述导电金属层型态仅限例示说明用，事实上，所述导电金属层的多个穿孔的横截面形状可选自但不限于圆形、椭圆形、多边形或不规则形状。例如在图5及6中，所述导电金属层46的多个穿孔可呈不规则状并以不规则方式排列。所述导电金属层是可利用本发明技术领域中熟知的技术形成，例如但不限于蒸镀法(evaporation)、派镀法(sputtering)、滚筒印刷(roll to roll printing)、喷墨印刷、网板印刷。此外，亦可利用本发明技术领域中熟知的技术形成具有多个穿孔的图样，例如但不限于微影蚀刻制程。所述导电金属层可为糊状物，利用滚筒印刷(roll to rollprinting)或网板印刷方式形成于光伏转换层40上。此外，所述导电金属层的材料可选自但不限于银、铜，铝及钛。此外，导电金属层42亦可由具反射性或漫射性的材料组成，帮助光反射或漫射。漫反射层44形成于导电金属层42上。漫反射层44可为具反射性及/或漫射性的漫反射材料以箔或涂层形式形成于导电金属层42上，其亦可同时兼具保护电池功能的封装层的作用，优选为具大于70 %反射或漫射率者。所述漫反射层可包含涂料或颜料，以白色为佳。漫反射层可利用本发明技术领域中熟知的技术形成于导电金属层42上，例如但不限于涂布。所述漫反射层的材料可选自白色乙烯-乙酸乙烯酯(ethylene-vinyl acetate)、白色聚乙烯缩丁醒(poly vinyl butyral,White PVB)及白色油漆。优选为包含白色聚(乙烯缩丁醒)(poly (vinyl butyral), PVB)。所述漫反射层的材料可另包含塑化剂、胺类、螯合剂、未饱和杂环化合物及/或金属以增加漫反射层或其同时作为封装材的效果。此外，所述漫反射层亦可实质上由金属组成(特别是金属涂层)。上述塑化剂可选自三伸乙甘醇二 -2-乙基己酸酯(triethylene glycold1-2-ethylhexanoate)、四伸乙甘醇二-正-乙基庚酸酯(tetraethylene glycold1-n-heptanoate)、二丁基癸二酸盐(dibutyl sebacate)及其混合。US2008/0185035所不塑化剂的种类是并入本文中。上述胺类可为二级胺或三级胺，例如可选自但不限于2，2，6，6_四甲基哌唳(2,2,6,6-tetramethylpiperidine)>2, 2,6,6-四甲基哌唳醇(2,2,6,6-tetramethyIpiperidinoI)、2_( 二甲基胺基)批 P定(2-(dimethylamino)pyridine)、4_(二甲基胺基)卩比唳(4-(dimethylamino)pyridine)、N_丁基哌唳(N-butyl-piperidine)及 N, N-二乙基环己基胺(N, N-diethyl cyclohexylamine)。US2010/0180942 所不胺类的种类是并入本文中。上述螯合剂例如可选自但不限于乙伸基二胺四乙酸(ethylenediaminetetraacetic acid)、乙伸基二胺单乙酸(ethylenediamine monoacetic acid)、乙伸基二胺二乙酸(ethylenediamine diacetic acid)、乙伸基二胺三乙酸(ethylenediaminetriacetic acid)、乙伸基二胺(ethylene diamine)、三(2_ 胺基乙基)胺(tris (2-aminoethyl) amine)及二乙伸基二胺五乙酸(di ethylenediamine pentaceticacid)。US2010/0180943所示螯合剂的种类是并入本文中。上述未饱和杂环化合物可为IH-苯并三氮唑(lH-berzotriazole)或具下式的苯
并三氮唑衍生物，
权利要求
1.一种太阳能电池，包括: 一透明基板； 一透明导电层，形成于所述透明基板上； 一光伏转换层，形成于所述透明导电层上； 一导电金属层，形成于所述光伏转换层上 '及 一漫反射层，形成于所述导电金属层上； 其中所述导电金属层具有多个穿孔，使经漫反射层反射或漫射的光得以再次或多次穿过至所述光伏转换层。
2.根据权利要求1的太阳能电池，其中所述多个穿孔阵列成筛网状。
3.根据权利要求1的太阳能电池，其中所述多个穿孔的横截面形状为圆形、椭圆形、多边形或不规则形状。
4.根据权利要求1的太阳能电池，其中所述漫反射层为反射或漫射光的箔或涂层或同时具保护电池功能的封装层。
5.根据权利要求1的太阳能电池，其中所述漫反射层包含白色聚乙烯缩丁醛。
6.根据权利要求1的太阳能电池，其中所述漫反射层包含涂料或颜料。
7.根据权利要求6的太阳能电池，其中所述颜料为白色。
8.根据权利要求1的太阳能电池，其中所述导电金属层的材料是选自由银、铜，铝及钛所组成的群组。
9.根据权利要求1的太阳能电池，其中进一步包含一第二导电层介于所述光伏转换层与所述导电金属层间。
10.根据权利要求9的太阳能电池，其中所述第二导电层为透明或半透明，且所述第二导电层设置有穿孔或没有设置穿孔。
全文摘要
本发明提供一种太阳能电池及其制作方法，其包含一透明基板；一透明导电层，形成于所述透明基板上；一光伏转换层形成于所述透明导电层上；一导电金属层形成于所述光伏转换层上；及一漫反射层形成于所述导电金属层上，其中所述导电金属层具有多个穿孔，使经漫反射层反射或漫射的光得以穿过至再次进入光伏转换层。因经漫反射层反射或漫射的光，得多次经过导电金属层的穿孔至光伏转换层，光伏转换层之光吸收率便可因此增加。
文档编号H01L31/0224GK103199124SQ20121000478
公开日2013年7月10日 申请日期2012年1月4日 优先权日2012年1月4日
发明者林咏, 叶协鑫, 陈颂培 申请人:杜邦太阳能有限公司