CN101989628A

CN101989628A - 具有聚光组件及高有效面积之太阳能电池及其制造方法

Info

Publication number: CN101989628A
Application number: CN200910162274XA
Authority: CN
Inventors: 江国庆; 曾鸿辉
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2009-07-31
Filing date: 2009-07-31
Publication date: 2011-03-23

Abstract

本发明系关于一种太阳能电池及其制造方法，特别是关于一种具有聚光组件及高有效面积之太阳能电池及其制造方法。所述聚光组件例如微透镜之太阳能电池，包含：第一型半导电层；第二型半导电层，耦合该第一型半导电层；微透镜，形成于该第二型半导电层上。微透镜材质包含有机材料(例如光阻)、无机材料(例如氮化或氧化硅)。本太阳能电池可将太阳能转换成电力，得以有效利用资源及防止环境污染，其重量轻且具有极佳的可挠性(flexibility)，并且耐摔、耐冲击、低成本。此外，本太阳能电池能量转换的功率得以有效提升。

Description

具有聚光组件及高有效面积之太阳能电池及其制造方法

【技术领域】

本发明系关于一种太阳能电池及其制造方法，特别是关于一种具有聚光组件及高有效面积之太阳能电池及其制造方法。

【背景技术】

基于全球暖化效应，能源逐渐形成严重社会问题，因此，节能逐渐衍生为一重要政策。太阳能电池可将太阳能转换成电力，得以有效利用资源及防止环境污染，因此，太阳能电池成为一洁能之指针性产品。常见太阳能电池系于硅晶圆上制造，多晶硅与非晶硅太阳能电池与单晶硅太阳能电池相比成本较低且制程较容易。近年来，以高分子等有机材料制作的太阳能电池，越来越受到学术界与工业界的重视。高分子太阳能电池(polymer solar cells)以具有类似塑料特性的高分子材料所制成，其重量轻且具有极佳的可挠性(flexibility)，并且耐摔、耐冲击、低成本。

此外，有机高分子太阳能电池之结构演进，由单层结构、异质接面(heterojunction)结构至混合块材异质接面(bulk heterojunction)结构。太阳能电池的能量转换功率之效果仍然有限，因此，便出现了将数个子太阳能电池进行串联/并联方式进行迭合以制造太阳能电池组件。向上堆栈之太阳能子电池所制成之太阳能电池具有相当厚度且能量转换功率并不如预期。

因此，极需一种有效手段提升太阳能电池的效率。

【发明内容】

本发明之一目的系为提供一具有聚光组件之太阳能电池组件及其方法。

本发明之另一目的系为提供一种具有高有效面积之太阳能电池及其方法。

本发明之再一目的系提供具有透明电极以减少光遮蔽率之太阳能电池。

本发明是按如下的方式来实现的：

一种具微型聚光组件，例如微透镜之太阳能电池，包含：第一型

半导电层；第二型半导电层，耦合该第一型半导电层；微透镜，形成于该第二型半导电层上。微透镜材质包含有机(organic)材料，

例如光阻(photo-resist)、无机(inorganic)材料，

例如氮化硅(silicon nitride)或氧化硅(silicon oxide)。透明电极配置于该第二型半导电层上。

一种具高有效面积之太阳能电池，其包含：第一型半导电层；第二型半导电层，耦合该第一型半导电层；其中该第二型半导电层包含凹陷结构，用以增加照吸光表面积。其中上述面积增为1/cosθ(或secθ)倍或π/2倍照光表面积，θ定义为与该第二型态半导电层表面之夹角。θ为小于九十度，大于十度。该凹陷结构包含周期性之斜面侧壁沟槽、周期性之截面为三角型沟槽、弧形、波浪型沟槽。其中凹陷结构以光学微影蚀刻技术或机械力模具压印制程制作。

一种太阳能电池，其包含：第一型半导电层；第二型半导电层，耦合该第一型半导电层；透明电极位于该第二型半导电层之内或上，用以降低遮光率。其中该透明电极材质包含金属氧化物，其中金属系为一个或以上选自金、银、铟、镓、铝、锡、锗、锑、锌、铂与钯。透明电极材质包含导电高分子、导电胶、银铝胶或奈米碳管。

本发明的积极效果如下：本太阳能电池可将太阳能转换成电力，得以有效利用资源及防止环境污染，其重量轻且具有极佳的可挠性(flexibility)，并且耐摔、耐冲击、低成本。此外，本太阳能电池能量转换的功率得以有效提升。

从以下较佳实施例之叙述并伴随后附图式及申请专利范围将使读者得以清楚了解本发明。

【附图说明】

图1系显示本发明形成凸块示意图。

图2系显示本发明形成聚光组件示意图。

图3系显示本发明形成凹陷结构示意图。

图4系显示本发明形成凹陷结构示意图。

图5系显示本发明形成凹陷结构示意图。

图6系显示本发明形成凹陷结构示意图。

图7系显示本发明以模具压印前示意图。

图8系显示本发明以模具压印时示意图。

图9系显示本发明以滚轴-滚轴式模具压印示意图。

图中：

100 太阳能电池

102 基板

104 第一电极

106 第一型态半导电层

108 第二型态半导电层

110 聚光组件

112 凹陷结构

114 上凸结构

116 第二电极配

120 模具

122 压印

【具体实施方式】

本发明将以较佳之实施例及观点加以详细叙述，而此类叙述系解释本发明之结构及程序，只用以说明而非用以限制本发明之申请专利范围。因此，除说明书中之较佳实施例之外，本发明亦可广泛实行于其它实施例。现将描述本发明之细节，其包括本发明之实施例。参考附图及以下描述，相同参考标号用于识别相同或功能上类似之组件，且期望以高度简化之图解方式说明实施例之主要特征。此外，附图并未描绘实际实施例之每一特征，所描绘之图式组件系皆为相对尺寸而非按比例绘制。以下之特征可实施一项或多项之组合。

本发明适用于各类型太阳能，例如PN型、PIN型、均面接合型、BSF(back surface field)型、积层(迭合)型等。本发明亦适用于接合形成法、扩散法、单晶成长法与离子植入法，扩散法可以采用POCl₃与PH₃做为n型掺杂物。若采用多晶硅制程，因高速制程易在晶粒界外产生缺陷，故可通入氢气处理。若采用非晶硅制程，则可以化学气相沉积法(CVD)通入SiH₄或溅镀制作薄膜。以薄膜太阳能电池而言，亦可采用滚轮-滚轮制程(roll to roll)。

请参阅图1，提供一太阳能电池100，该太阳能电池包含一基板102，基板102系可为任何应用于太阳能电池之基板，包含玻璃基板、硅、锗、石英、陶瓷或软性基板等。于本实施例中，第一电极104位于基板102上，电极可为金属、合金、氧化铟锡(indium tin oxide，简称ITO)、导电高分子、导电胶、银铝胶或奈米碳管。

一第一型态半导电层106，例如p型单晶、复晶或非晶形硅层(但不以此为限)或化合物半导体(如GaAs、InP，但不以此为限)，位于该第一电极104上方，随之，一第二型态半导电层108，例如n型单晶、复晶或非晶形硅层(但不以此为限)或化合物半导体(如GaAs InP，但不以此为限)，位于该第一型态半导电层106，形成p-n接面。半导体层可采离子布植法制作或是高温扩散法制作。掺杂硅层利用磷进行形成掺杂硅层，磷之来源为PH₃。若为PIN型，则包含一绝缘层位于p-n接面间，例如薄氧化层可做为PIN结构之绝缘层。在一较佳之具体实施例中，该氧化层由温度约800至1100℃之氧蒸气环境中形成的氧化硅所构成。同理，氧化层亦可以合适的氧化物之化学组合及程序来形成。例如，氧化层可使用化学气相沈积法形成二氧化硅，该化学气相沈积法是以正硅酸乙酯(TEOS)在温度600至800℃间且压力约0.1至10torr时形成。

本发明特征之一在于，包含复数个微型聚光组件110，微透镜分布于上述第二型态半导电层108上，用于将各方向直接或间接照射之太阳光聚集，导引其进入第二型态半导电层108，以利于增加光子数量。上述之微型聚光组件110，例如微透镜可以采用光学微影制程、喷涂、印刷或网印将微透镜材质制作复数个凸块于第二型态半导电层108之上而得。以光学微影制程为例，先涂布一层厚度约1000nm的正光阻，再用光学微影技术曝光显影以形成宽度约2000nm得的图案，再经过热流整(reflow)处理，温度介于130℃到200℃之间，时间介于30秒到60秒之间，基于表面张力使其成为曲面状或半球面状因而具有像光学透镜的聚光能力，造成第二型态半导电层108内得以产生更多的光电子，参阅图2。微透镜材质包含液态玻璃、有机材料(例如光阻)、无机材料(例如氮化硅或氧化硅)。利用光学微影制程、屏蔽或网印间距可控制微透镜之尺寸与数量。

在另一具体例子中，本发明得提供高有效面积，举一实施例而言，于第二型态半导电层108制作凹陷结构112，此凹陷结构112可增加表面积，以提升表面照光量，有利于受光效率之提升，参阅图3。其表面积增加量为1/cosθ(或secθ)倍，其为角度之函数值，θ定义为凹陷结构112侧壁面与第二型态半导电层108表面(水平面)之夹角。建议之角度为大于十度，小于九十度，最佳为30度至60度。角度设计得当，可增加二次光入射机会，如图所示。值得注意的是此凹陷结构与用以降低反射率之微细(texture)结构不同，且用途有异，微细(texture)结构通常为不规则状、随机形成且无规律性，而本凹陷结构112至少具有区域性规则或区域性周期性图案。举一实施例，上述之第二型态半导体层108之厚度约为1.5-3微米，凹陷结构之深度约为上述第二型态半导体层108厚度之四分之一至四分之三之间。第四与图5分别显示不同截面形状之凹陷结构112，图4所示截面为角状结构，图5所示为弧状结构，此结构可以减少暗影或遮蔽效应提升接收量与二次光入射机会，其表面积增加量为πr/2r(或π/2)倍，r为半圆之半径。图6所示为波浪状结构(具上凸113与凹陷112混合结构)，其可更提升图5之表面积。于此技术领域而具通常知事者可知，凹陷结构112截面不限于上述举例，可依据需求变换。凹陷结构112，可以利用光学微影制程(photo-lithography process)或模具压印技术(micron print，采机械力)制作。波浪状可于以上述方式形成凹渠后，之后以斜向蚀刻对上部分侵蚀，则可能形成类似波浪型结构。

在上述诸多实施例中，包含第二电极116配置于太阳能电池上，其可配置于第二型态半导电层108上或埋于其中，一般利用压印或光学微影制程可制作沟渠，再填入第二电极材料于沟渠中，在将之平坦化便可将第二电极埋入于第二型态半导电层108。传统采用金属或合金做为电极，惟此将遮蔽许多第二型态导电层108面积，而导致受光量减少。本实施例采用透明电极，透明导电电极材质包含金属氧化物，其中金属系选自以下族群之一或其组合：金、银、铟、镓、铝、锡、锗、锑、锌、铂、钯。第二电极较佳可采用ITO、ZnO。而导电高分子、导电胶、银铝胶或奈米碳管亦可做为透明电极。

上述之模具压印技术乃采用具有特定图形的模具120在适当的温度与压力下对半导体层108进行压印，参图7所示，之后脱去模具形成压印图案，对压印金属进行表面热处理，则可制作微米或奈米压印122，如图8所示。若采软性基板，则压印制程可采用卷轴式制程(roll-to-roll process)来进行，如图9所示。以转轴至转轴式装置驱动基材移动，而他端转轴接合模具，使该薄膜移动且被压模成型该软质基材上，此卷轴式制程压印制程将提高产能效率。转轴至转轴式(roll to roll)装置得藉由驱动装置，例如马达等加以驱动使其依据一转轴旋转，而牵动软质基材移动，例示如图中之箭头方向，使得基材可由一端卷至另一端。于此过程中将带动基材移动，可控制转轴之转速，利于控制移动速率。

上述叙述系为本发明之较佳实施例。此领域之技艺者应得以领会其系用以说明本发明而非用以限定本发明所主张之专利权利范围。其专利保护范围当视后附之申请专利范围及其等同领域而定。凡熟悉此领域之技艺者，在不脱离本专利精神或范围内，所作之更动或润饰，均属于本发明所揭示精神下所完成之等效改变或设计，且应包含在下述之申请专利范围内。

Claims

1.一种具聚光组件之太阳能电池，其特征在于：包含：

第一型半导电层；

第二型半导电层，位于该第一型半导电层上；

聚光组件，形成于该第二型半导电层上。

2.根据权利要求1所述之具聚光组件之太阳能电池，其特征在于：

其中该聚光组件材质包含有机材料。

3.根据权利要求1所述之具聚光组件之太阳能电池，其特征在于：

其中该聚光组件材质包含无机材料。

4.根据权利要求1所述之具聚光组件之太阳能电池，其特征在于：

其中包含透明电极配置于该第二型半导电层上。

5.一种高有效面积之太阳能电池，其包含：

第一型半导电层；

第二型半导电层，耦合该第一型半导电层；

其中该第二型半导电层包含凹陷结构，用以增加照光表面积。

6.根据权利要求5所述之高有效面积之太阳能电池，其特征在于：其中上述面积增加量为1/cosθ(或secθ)倍或π/2倍照光表面积，θ定义为与该第二型态半导电层表面之夹角。

7.根据权利要求6所述之高有效面积之太阳能电池，其特征在于：上述θ为小于九十度，大于十度。

8.根据权利要求5所述之高有效面积之太阳能电池，其特征在于：

其中该凹陷结构包含周期性沟槽，该沟槽具斜面侧壁；其中该凹陷结构截面包含三角型、弧形或波浪形沟槽。

9.根据权利要求5所述之高有效面积之太阳能电池，其特征在于：

其中该凹陷结构以光学微影蚀刻或机械力压印制作。

10.一种太阳能电池，其特征在于：其包含：

第一型半导电层；

第二型半导电层，耦合该第一型半导电层；

透明电极位于该第二型半导电层之内或上，用以降低遮光率。

11.根据权利要求10所述之太阳能电池，其特征在于：其中该透明电极材质包含金属氧化物，其中金属系选自以下族群之一或其组合：金、银、铟、镓、铝、锡、锗、锑、锌、铂与钯。

12.根据权利要求10所述之太阳能电池，其特征在于：其中该透明电极材质包含导电高分子、导电胶、银铝胶或奈米碳管。