专利名称：薄膜太阳能电池的制作方法
技术领域：
本发明是有关于一种薄膜太阳能电池，特别是一种改变现有薄膜太阳能电池的半导体层中的I型层的构成材料，以有效提升转换效率的薄膜太阳能电池。
背景技术：
近来由于环保意识的抬头和其它能源的逐渐枯竭短缺，太阳能源又开始受到高度的重视。太阳光是取之不尽、用之不竭的天然能源，除了没有能源耗尽的疑虑之外，也可以避免能源被垄断的问题。由于太阳能电池具有使用方便、无污染、使用寿命长等优点，因此可以利用太阳能电池作为能源的取得。目前一般常用的太阳能电池又可包含薄膜太阳能电池，其具有成本较低、厚度较薄和电能功率耗损较少等的优点。就现有技术而言，一般常见的薄膜太阳能电池I在基本制程中，主要是以P-1-N半导体层12的三层结构构成为主，该半导体层12包含了 P型层121、I型层122及N型层123，且该半导体层12是以P型层121、I型层122及N型层123的顺序，依序经由溅镀或是化学气相沉积方式在电极层11上，如图1所示。且在现有技术中，本质硅薄膜主要成分为氢原子与硅原子，在正常情况下氢原子与硅原子以非晶硅(amorphous, a_Si)形式存在,呈现无序杂乱排列光照时易造成转换效率衰退。然而，薄膜太阳能电池发展至今，技术虽渐趋成熟，但仍然有许多尚待改进之处，其主因在于，薄膜太阳能电池的转换效率依然不够高。
发明内容
鉴于上述现有技术的问题，本发明的目的就是提供一种薄膜太阳能电池，以解决现有技术的薄膜太阳能电池的转换效率较差的问题。根据本发明的目的，提出一种薄膜太阳能电池，包含电极层以及半导体层。半导体层包含P型层、I型层及N型层。P型层位于电极层上。I型层包含I型非晶硅层及I型短程有序非晶硅层，I型非晶硅层位于P型层上，I型短程有序非晶硅层位于I型非晶硅层上。N型层位于I型短程有序非晶硅层上。其中I型非晶硅层占I型层的厚度比例大于I型短程有序非晶硅层所占的比例。进一步地，本发明所述的薄膜太阳能电池更包含基板，电极层位于基板上。进一步地，基板的材质包含金属或不透光的玻璃。进一步地，电极层为透明导电薄膜，是由掺杂氟的二氧化锡或氧化锌掺硼构成。进一步地，I型非晶硅层的厚度可为2300埃。进一步地，I型短程有序非晶硅层的厚度可为200埃。进一步地，I型非晶硅层占I型层的厚度比例为92%，I型短程有序非晶硅层占I型层的厚度比例为8%。进一步地，I型短程有序非晶硅层占I型层的厚度比例进一步可调整至9% 92%，而I型非晶硅层则相对调整至91% 8%。
进一步地，I型层在经由电浆辅助化学气相沉积制程中，通过调整一制程参数，以改变I型层中氢原子与硅原子的排列，从而在I型层中形成有短程有序非晶硅层；其中，制程参数的调整包含压力调整至大于80pa，温度调整至小于200°C。进一步地，I型层中的非晶硅层及短程有序非晶硅层的辨别，通过一穿透式电子显微镜拍摄I型层的绕射图形来达成。根据本发明的目的，又提出一种薄膜太阳能电池，其包含电极层以及半导体层。半导体层包含P型层、I型层及N型层。P型层位于电极层上。I型层包含I型非晶硅层及I型短程有序非晶硅层，I型非晶硅层位于P型层上，I型短程有序非晶硅层位于I型非晶硅层上。N型层位于I型短程有序非晶硅层上。其中，I型非晶硅层占I型层的厚度比例小于I型短程有序非晶硅层所占的比例。进一步地，I型非晶硅层的厚度可为200埃。进一步地，I型短程有序非晶硅层的厚度可为2300埃。进一步地，I型非晶硅层占I型层的厚度比例为8%，I型短程有序非晶硅层占I型层的厚度比例为92%。进一步地，I型短程有序非晶硅层占I型层的厚度比例进一步可调整至91% 8%，而I型非晶硅层则相对调整至9% 92%。根据本发明的目的，再提出一种薄膜太阳能电池，其包含电极层以及半导体层。半导体层包含P型层、I型层及N型层。P型层位于电极层上。I型层包含I型短程有序非晶硅层及I型非晶硅层，I型短程有序非晶硅层位于P型层上，I型非晶硅层位于I型短程有序非晶硅层上。N型层位于I型非晶硅层上。其中，I型非晶硅层占I型层的厚度比例大于I型短程有序非晶硅层所占的比例。进一步地，I型非晶硅层的厚度可为2300埃。进一步地，I型短程有序非晶硅层的厚度可为200埃。进一步地，I型非晶硅层占I型层的厚度比例为92%，I型短程有序非晶硅层占I型层的厚度比例为8%。进一步地，I型短程有序非晶硅层占I型层的厚度比例进一步可调整至9% 92%，而I型非晶硅层则相对调整至91% 8%。根据本发明的目的，更提出一种薄膜太阳能电池，其包含电极层以及半导体层。半导体层包含P型层、I型层及N型层。P型层位于电极层上。I型层包含I型短程有序非晶硅层及I型非晶硅层，I型短程有序非晶硅层位于P型层上，I型非晶硅层位于I型短程有序非晶硅层上。N型层位于I型非晶硅层上。其中，I型非晶硅层占I型层的厚度比例小于I型短程有序非晶硅层所占的比例。进一步地，I型非晶硅层的厚度可为200埃。进一步地，I型短程有序非晶硅层的厚度可为2300埃。进一步地，I型非晶硅层占I型层的厚度比例为8%，I型短程有序非晶硅层占I型层的厚度比例为92%。进一步地，I型短程有序非晶硅层占I型层的厚度比例进一步可调整至91% 8%，而I型非晶硅层则相对调整至9% 92%。承上所述，本发明的薄膜太阳能电池，藉由利用电浆辅助化学气相沉积(Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition, PECVD)制程参数调整，以形成短程有序非晶娃(polymorphous, pm-Si),其中本发明利用两种能隙不同的晶娃做混合,改变半导体层中I型层的构成材料，主要以非晶硅层及短程有序非晶硅层混合，形成能隙工程化(bandgap engineering),藉此利用短程有序非晶娃(pm-Si)的能隙较大,且开电压相较于非晶硅(a-Si)来的大的特性，来增加电洞的传输，有效提升转换效率，与降低光裂化衰退率，以使得太阳能电池达到更高效率。为使贵审查委员对本发明的技术特征及所达到的功效有更进一步的了解与认识，谨佐以较佳的实施例及配合详细的说明如后。
图1为现有技术的薄膜太阳能电池的示意图。图2为本发明的薄膜太阳能电池的第一实施例的示意图。图3A-3D为本发明的薄膜太阳能电池与现有技术的I型层的转换效率(Eff)、开路电压(Voc)、短路电流密度(Jsc)及填充因子(FF)比较的数据图。图4为本发明的薄膜太阳能电池的I型非晶硅层及I型短程有序非晶硅层于光照后的转换效率的数据图。图5为本发明的薄膜太阳能电池的第二实施例的示意图。图6为本发明的薄膜太阳能电池的第三实施例的示意图。图7为本发明的薄膜太阳能电池的第四实施例的示意图。图8为本发明的薄膜太阳能电池的短程有序非晶硅层、非晶硅层及微晶硅层的绕射图形的比较的示意图。
具体实施例方式为了利于贵审查员了解本发明的技术特征、内容与优点及其所能达成的功效，将本发明配合附图，并以实施例的表达形式详细说明如下，而其中所使用的图式，其主旨仅为示意及辅助说明书之用，未必为本发明实施后的真实比例与精准配置，故不应就所附图式的比例与配置关系解读、局限本发明于实际实施上的权利范围，合先叙明。以下将参照相关图式，说明依本发明薄膜太阳能电池的制造方法的实施例，为使便于理解，下述实施例中的相同组件以相同的符号标示来说明。请参阅图2，其为本发明薄膜太阳能电池的第一实施例的示意图。图中，薄膜太阳能电池2包含电极层200、P型层210、I型层220及N型层230，其中P型层210、I型层220及N型层230即为半导体层。上述中，薄膜太阳能电池2更包含基板(图未示)，基板的材质可为金属或不透光的玻璃构成。电极层200位于基板上，其可为透明导电薄膜，主要可由掺杂氟的二氧化锡或氧化锌掺硼构成。P型层210位于电极层200上。I型层220则改变了以往的构成材料，使得I型层220包含有I型非晶硅层221及I型短程有序非晶硅层222 ;其中非晶硅以无结晶排列方式，光照时易造成转换效率衰退；而短程有序非晶硅的排列方式则介于单晶硅与非晶硅之间，会产生绕射现象，使硅的结晶呈有序排列，降低光裂化反应。I型非晶硅层221位于P型层210上，I型短程有序非晶硅层222位于I型非晶硅层221上。I型非晶硅层221的厚度较佳可为2300埃，I型短程有序非晶硅层222的厚度较佳可为200埃，但不以此为限。而N型层230则位于I型短程有序非晶硅层222上。在第一实施例中，薄膜太阳能电池2的I型非晶硅层221占I型层220的厚度比例可为92%，I型短程有序非晶硅层222占I型层220的厚度比例可为8%。而，I型短程有序非晶硅层222占I型层220的厚度比例进一步更可调整至9% 92%，相对地I型非晶硅层221则将调整至91% 8%。续言之，一般在量测转换效率(Eff)时，会参考三个数值，分别为:填充因子(FF)、开路电压(Voc)、短路电流密度(Jsc)，其中此三项数值与转换效率有正相关。此外，更以现有技术与本发明的薄膜太阳能电池2相比，以证明本发明薄膜太阳能电池较一般现有的薄膜太阳能电池I的转换效率高。请参阅表I及图3A至图4。请参阅表1，为本发明薄膜太阳能电池的I型非晶硅层及I型短程有序非晶硅层的材料特性比较的数据表，表中，I型非晶硅层221与I型短程有序非晶硅层222的转换效率(Eff)，为10.5%及10.3%，维持一稳定状态。另外，I型非晶硅层221与I型短程有序非晶硅层222的短路电流密度(Jsc)，为15.9mA/cm2及14.8mA/cm2,维持一稳定状态。此夕卜，I型非晶硅层221与I型短程有序非晶硅层222的开路电压(Voc)，为885mV及910mV，可证明本发明的薄膜 太阳能电池2的I型短程有序非晶硅层222可以增加开路电压(Voc)，因此可知I型短程有序非晶硅层222具有低电流但高电压的特性，以产生较大的带隙能量(Band gap),延长电动流的流速，以提升薄膜太阳能电池的转换效率。表II型非晶硅层及I型短程有序非晶硅层的材料特性比较的数据表
权利要求
1.一种薄膜太阳能电池，其特征在于，包含: 一电极层；以及 一半导体层，其包含: 一 P型层，位于所述电极层上； 一 I型层，包含一 I型非晶硅层以及一 I型短程有序非晶硅层，所述I型非晶硅层位于所述P型层上，所述I型短程有序非晶硅层位于所述I型非晶硅层上 '及 一 N型层，位于所述I型短程有序非晶硅层上； 其中，所述I型非晶硅层占所述I型层的厚度比例大于所述I型短程有序非晶硅层所占的比例。
2.如权利要求1所述的薄膜太阳能电池，其特征在于，更包含一基板，所述电极层位于所述基板上。
3.如权利要求2所述的薄膜太阳能电池，其特征在于，所述基板的材质是包含金属或不透光的玻璃。
4.如权利要求1所述的薄膜太阳能电池，其特征在于，所述电极层是一透明导电薄膜，其是由掺杂氟的二氧化锡或氧化锌掺硼构成。
5.如权利要求1所述的薄膜太阳能电池，其特征在于，所述I型非晶硅层的厚度为2300 埃。`
6.如权利要求1所述的薄膜太阳能电池，其特征在于，所述I型短程有序非晶硅层的厚度为200埃。
7.如权利要求1所述的薄膜太阳能电池，其特征在于，所述I型非晶硅层占所述I型层的厚度比例为92%，所述I型短程有序非晶硅层占所述I型层的厚度比例为8%。
8.如权利要求7所述的薄膜太阳能电池，其特征在于，所述I型短程有序非晶硅层占所述I型层的厚度比例进一步调整至9% 92%，而所述I型非晶硅层则相对调整至91% 8%。
9.如权利要求1所述的薄膜太阳能电池，其特征在于，所述I型层在经由电浆辅助化学气相沉积制程中，通过调整一制程参数，以改变所述I型层中氢原子与硅原子的排列，从而在所述I型层中形成有所述短程有序非晶硅层；其中，所述制程参数的调整包含压力调整至大于80pa，温度调整至小于200°C。
10.如权利要求1所述的薄膜太阳能电池，其特征在于，对于所述I型层中的所述非晶硅层及所述短程有序非晶硅层的辨别，通过一穿透式电子显微镜拍摄所述I型层的绕射图形来达成。
11.一种薄膜太阳能电池，其特征在于，包含: 一电极层；以及 一半导体层，其包含: 一 P型层，位于该电极层上； 一 I型层，包含一 I型非晶硅层以及一 I型短程有序非晶硅层，所述I型非晶硅层位于所述P型层上，所述I型短程有序非晶硅层位于所述I型非晶硅层上 '及 一 N型层，位于所述I型短程有序非晶硅层上； 其中，所述I型非晶硅层占所述I型层的厚度比例小于所述I型短程有序非晶硅层所占的比例。
12.如权利要求11所述的薄膜太阳能电池，其特征在于，更包含一基板，所述电极层位于所述基板上。
13.如权利要求12所述的薄膜太阳能电池，其特征在于，所述基板的材质包含金属或不透光的玻璃。
14.如权利要求11所述的薄膜太阳能电池，其特征在于，所述电极层为一透明导电薄膜，其是由掺杂氟的二氧化锡或氧化锌掺硼构成。
15.如权利要求11所述的薄膜太阳能电池，其特征在于，所述I型非晶硅层的厚度为200 埃。
16.如权利要求11所述的薄膜太阳能电池，其特征在于，所述I型短程有序非晶硅层的厚度为2300埃。
17.如权利要求11所述的薄膜太阳能电池，其特征在于，所述I型非晶硅层占所述I型层的厚度比例为8%，所述I型短程有序非晶硅层占所述I型层的厚度比例为92%。
18.如权利要求17所述的薄膜太阳能电池，其特征在于，所述I型短程有序非晶硅层占所述I型层的厚度比例进一步调整至91% 8%，而所述I型非晶硅层则相对调整至9% 92%。
19.一种薄膜太阳能电池，其特征在于，包含: 一电极层；以及 一半导体层，其包含: 一 P型层，位于该电极层上； 一 I型层，包含一 I型短程有序非晶硅层以及一 I型非晶硅层，所述I型短程有序非晶硅层位于所述P型层上，所述I型非晶硅层位于所述I型短程有序非晶硅层上；以及 一 N型层,位于所述I型非晶娃层上； 其中，所述I型非晶硅层占所述I型层的厚度比例大于所述I型短程有序非晶硅层所占的比例。
20.如权利要求19所述的薄膜太阳能电池，其特征在于，更包含一基板，所述电极层位于所述基板上。
21.如权利要求20所述的薄膜太阳能电池，其特征在于，所述基板的材质包含金属或不透光的玻璃。
22.如权利要求19所述的薄膜太阳能电池，其特征在于，所述电极层为一透明导电薄膜，其是由掺杂氟的二氧化锡或氧化锌掺硼构成。
23.如权利要求19所述的薄膜太阳能电池，其特征在于，所述I型非晶硅层的厚度为2300 埃。
24.如权利要求19所述的薄膜太阳能电池，其特征在于，所述I型短程有序非晶硅层的厚度为200埃。
25.如权利要求19所述的薄膜太阳能电池，其特征在于，所述I型非晶硅层占所述I型层的厚度比例为92%，所述I型短程有序非晶硅层占所述I型层的厚度比例为8%。
26.如权利要求25所述的薄膜太阳能电池， 其特征在于，所述I型短程有序非晶硅层占所述I型层的厚度比例进一步调整为9% 92%，而所述I型非晶硅层则相对调整为91% 8%。
27.一种薄膜太阳能电池，其特征在于，包含: 一电极层；以及 一半导体层，其包含: 一 P型层，位于该电极层上； 一 I型层，包含一 I型短程有序非晶硅层以及一 I型非晶硅层，所述I型短程有序非晶硅层位于所述P型层上，所述I型非晶硅层位于所述I型短程有序非晶硅层上；以及 一 N型层,位于所述I型非晶娃层上； 其中，所述I型非晶硅层占所述I型层的厚度比例小于所述I型短程有序非晶硅层所占的比例。
28.如权利要求27所述的薄膜太阳能电池，其特征在于，更包含一基板，所述电极层位于所述基板上。
29.如权利要求28所述的薄膜太阳能电池，其特征在于，所述基板的材质包含金属或不透光的玻璃。
30.如权利要求27所述的薄膜太阳能电池，其特征在于，所述电极层为一透明导电薄膜，其是由掺杂氟的二氧化锡或氧化锌掺硼构成。
31.如权利要求27所述的薄膜太阳能电池，其特征在于，所述I型非晶硅层的厚度为200 埃。
32.如权利要求27所述的薄膜太阳能电池，其特征在于，所述I型短程有序非晶硅层的厚度为2300埃。
33.如权利要求27所述的薄膜太阳能电池，其特征在于，所述I型非晶硅层占所述I型层的厚度比例为8%，所述I型短程有序非晶硅层占所述I型层的厚度比例为92%。
34.如权利要求33所述的薄膜太阳能电池，其特征在于，所述I型短程有序非晶硅层占所述I型层的厚度比例进一步调整至91 % 8%，而所述I型非晶硅层则相对调整为9% 92%。
全文摘要
本发明涉及一种薄膜太阳能电池，其包含电极层及半导体层。半导体层包含P型层、I型层及N型层。P型层位于电极层上。I型层包含I型非晶硅层及I型短程有序非晶硅层，I型非晶硅层位于P型层上，I型短程有序非晶硅层位于I型非晶硅层上。N型层位于I型短程有序非晶硅层上。藉由I型短程有序非晶硅层产生结晶绕射现象，降低光裂化反应，以提升薄膜太阳能电池的转换效率。
文档编号H01L31/0376GK103187460SQ201210028190
公开日2013年7月3日 申请日期2012年1月12日 优先权日2011年12月27日
发明者彭振维, 黄昭雄, 曹耀中 申请人:联相光电股份有限公司