專利名稱：具有熒光材料的太陽能電池芯片及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種太陽能電池芯片(SolarCdl)，且特別涉及一種具有熒 光材料的太陽能電池芯片及其制造方法。
背景技術(shù)：
太陽能電池芯片的發(fā)展，最早可追溯自1954年由Bdl實驗室所發(fā)明出 來，雖然當時太陽能電池芯片的效率只有6%，但經(jīng)過研究人員不斷地研究 改良，如今單一電池芯片的最高效率己可達到25%左右，而能漸次邁入實 用階段。
由于太陽能電池芯片的光電轉(zhuǎn)換效率，是影響太陽能電池芯片應用價 值的諸多因素中最為重要的因素之一，因此，業(yè)界無不致力于太陽能電池 芯片光電轉(zhuǎn)換效率的提升，以期能在日益蓬勃的太陽能電池芯片市場上， 占有一席之地。
提升太陽能電池芯片光電轉(zhuǎn)換效率的方法之一，是降低太陽光照射太 陽能電池芯片的反射率，或是，通過改善太陽能電池芯片的量子效率，來 提升太陽能電池芯片的光電轉(zhuǎn)換效率。量子效率的定義是入射太陽能電池 芯片的光子數(shù)量除以芯片所產(chǎn)生的電子數(shù)量，由于太陽能電池芯片結(jié)構(gòu)及 材料性質(zhì)的關(guān)系，對于不同能量(波長)的光量子來說，會有不同的量子 效率。
參照圖1A所示，其為不同波長的光在硅基太陽能電池芯片上的量子效 率曲線圖。圖1A中顯示，硅基太陽能電池芯片對高能量(短波長)的量子 效率低，亦即，其光電轉(zhuǎn)換效率較差，但不幸地，照射太陽能電池芯片的 太陽光的光譜，卻有極大部分能量是落于短波長區(qū)段(如圖1B所示)。因 此，為了要提高短波輻射的光電轉(zhuǎn)換效率，常以降低表面摻雜濃度的方法 來提升短波量子效率，然而此方法效果有限，當已達最佳條件時，若要進 一步使芯片效能最佳化，就必需進行更為復雜的工藝參數(shù)調(diào)整。因此，采用此法來提高光電轉(zhuǎn)換效率，將會有工藝調(diào)整較為復雜的缺點，實有另尋 簡化工藝的方法，以便通過提升短波量子效率，來進一步改善太陽能電池 芯片的光電轉(zhuǎn)換效率的必要。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明的目的是提供一種具有熒光材料的太陽能電池芯片 及其制造方法，其可通過提升短波量子效率及降低太陽光照射太陽能電池 芯片的反射率，來進一步改善太陽能電池芯片的光電轉(zhuǎn)換效率。
本發(fā)明的另一目的是提供一種具有熒光材料的太陽能電池芯片及其制 造方法，其可在不過度改變原有生產(chǎn)太陽能電池芯片工藝的情形下，即可 進一步提升太陽能電池芯片的光電轉(zhuǎn)換效率。
為達上述及其它目的，本發(fā)明提供一種具有熒光材料的太陽能電池芯 片。此太陽能電池芯片包括第一摻雜型半導體基底；配置于第一摻雜型 半導體基底上的第二摻雜型半導體層；配置于第二摻雜型半導體層上的具 有熒光材料的抗反射層；以及分別連接第一摻雜型半導體基底與第二摻雜 型半導體層，以作為輸出電力的多個電極。
在一實施例中，此太陽能電池芯片的具有熒光材料的抗反射層為含熒 光材料的二氧化硅溶膠所形成。其中二氧化硅溶膠優(yōu)選地為孔徑介于lnm 至10nm之間的納米孔洞二氧化硅溶膠，熒光材料優(yōu)選地應能將波長短于 500nm的光轉(zhuǎn)換為波長長于500nm的光，以便降低太陽光照射太陽能電池 芯片的反射率，以及通過將短波長的光轉(zhuǎn)換為長波長的光，來提升短波長 的太陽光的量子效率。
在一實施例中，此太陽能電池芯片的具有熒光材料的抗反射層的厚度 優(yōu)選地介于30nm至320nm之間。其折射率優(yōu)選地介于1.0至2.5之間。
在一實施例中，第二摻雜型半導體層與具有熒光材料的抗反射層間， 還配置有第二抗反射層，以進一步降低太陽光照射太陽能電池芯片的反射 率。其中，第二抗反射層的折射率，優(yōu)選地介于第二摻雜型半導體層的折 射率與具有熒光材料的抗反射層的折射率之間。
在一實施例中，此太陽能電池芯片的第一摻雜型半導體基底為選自單 晶硅、多晶硅或化合物中的一種的P型半導體，而第二摻雜型半導體層則
7為摻雜的N型半導體。
在一實施例中，此太陽能電池芯片的第一摻雜型半導體基底為選自單 晶硅、多晶硅或化合物中的一種的N型半導體，而第二摻雜型半導體層則 為摻雜的P型半導體。
本發(fā)明還提供一種具有熒光材料的太陽能電池芯片的制造方法，包括 下列步驟提供第一摻雜型半導體基底；在第一摻雜型半導體基底上進行 摻雜，以在第一摻雜型半導體基底上，形成第二摻雜型半導體層；在第二 摻雜型半導體層上，形成具有熒光材料的抗反射層；以及形成分別連接第 一摻雜型半導體基底與第二摻雜型半導體層的多個電極。
其中，形成具有熒光材料的抗反射層的步驟包括將熒光材料混入二 氧化硅溶膠中；以及將二氧化硅溶膠涂布于第二摻雜型半導體層上等步驟。 而使用的二氧化硅溶膠優(yōu)選地為孔徑介于lnm至10nm之間的納米孔洞二 氧化硅溶膠，使用的熒光材料優(yōu)選地可將波長短于500nm的光轉(zhuǎn)換為波長 長于500nm的光。
其中，形成具有熒光材料的抗反射層的步驟也可以包括將二氧化硅 溶膠涂布于第二摻雜型半導體層上；以及以氣相沉積法在二氧化硅溶膠上， 沉積多個熒光量子點等步驟?；蛘呤前ㄒ詺庀喑练e法將二氧化硅溶膠 沉積于第二摻雜型半導體層上；以及以氣相沉積法在二氧化硅溶膠上，沉 積多個熒光量子點等步驟。同樣地，使用的二氧化硅溶膠優(yōu)選地為孔徑介 于lnm至10nm之間的納米孔洞二氧化硅溶膠，使用的熒光材料優(yōu)選地可 將波長短于500nm的光轉(zhuǎn)換為波長長于500nm的光。
其中，所形成的具有熒光材料的抗反射層的厚度優(yōu)選地介于30nm至 320nm之間。而其折射率優(yōu)選地則介于1至2.5之間。
其中，當?shù)谝粨诫s型半導體基底為P型半導體時，第二摻雜型半導體 層為N型半導體。而當?shù)谝粨诫s型半導體基底為N型半導體時，第二摻雜 型半導體層為P型半導體。而第一摻雜型半導體基底優(yōu)選地使用單晶硅、 多晶硅與化合物中的其一種摻雜而成。
其中，也可以還包括在第二摻雜型半導體層上形成第二抗反射層的步 驟。而第二抗反射層的折射率，優(yōu)選地介于第二摻雜型半導體層的折射率 與具有熒光材料的抗反射層的折射率之間，以達成降低太陽光照射太陽能電池芯片的反射率的較佳效果。
故知，本發(fā)明所提供的一種具有熒光材料的太陽能電池芯片及其制造 方法，除了可通過提升短波量子效率及降低太陽光照射太陽能電池芯片的 反射率，來進一步改善太陽能電池芯片的光電轉(zhuǎn)換效率外，還可在不過度 改變原有生產(chǎn)太陽能電池芯片工藝的情形下，即能進一步提升太陽能電池 芯片的光電轉(zhuǎn)換效率，因而具有易于商業(yè)化的有益效果。
為讓本發(fā)明的上述和其它目的、特征、和優(yōu)點能更明顯易懂，下文特 以優(yōu)選實施例，并結(jié)合附圖，作詳細說明如下


圖1A是顯示不同波長的光在硅基太陽能電池芯片上的量子效率的曲 線圖1B是顯示太陽光的光譜圖2A至圖2E是顯示根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例的一種具有熒光材料的太 陽能電池芯片的工藝剖面示意圖3是顯示不同工藝階段的太陽能電池芯片的反射率曲線比較圖。
具體實施例方式
圖2A至圖2E為根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例的一種具有熒光材料的太陽能 電池芯片IO的工藝剖面示意圖，以下將參照圖2A至圖2E，來詳細說明根 據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例的一種具有熒光材料的太陽能電池芯片10的制造方 法，以及此制造方法所制造的太陽能電池芯片10的結(jié)構(gòu)。
圖2A中，首先準備經(jīng)標準清洗程序清洗的例如是P型或N型的第一 摻雜型半導體基底11，半導體基底11可以是單晶硅、多晶硅與化合物中的 一種經(jīng)摻雜而成。
接著，如圖2B所示地在第一摻雜型半導體基底11上進行摻雜，以在 第一摻雜型半導體基底11上，形成第二摻雜型半導體層12。此步驟將依使 用的半導體基底ll型式的不同而異，也就是說，當?shù)谝粨诫s型半導體基底 ll為P型半導體時，需使用例如是磷等五價的雜質(zhì)原子來摻雜，以在第一 摻雜型半導體基底11上形成N型的第二摻雜型半導體層12。而當?shù)谝粨诫s型半導體基底11為N型半導體時，則使用例如是硼等三價的雜質(zhì)原子來 摻雜，以在第一摻雜型半導體基底11上形成P型的第二摻雜型半導體層12。
為了增進降低太陽能電池芯片10的反射率的效果，本實施例在形成如 圖2D的具有熒光材料的抗反射層14前，也會如圖2C所示地在第二摻雜型 半導體層12上先形成另一抗反射層13。此抗反射層13可以是一般太陽能 電池芯片經(jīng)常使用的抗反射層，亦即折射率約為2的氮化硅層(Si3N4)。由 于僅具氮化硅層的太陽能電池芯片在波長500nrn以下的光反射率仍高(參 照圖3的曲線301)，導致太陽能電池芯片對短波長光的光電轉(zhuǎn)換效率較差， 實有進一步加以改善的必要。
如圖2D所示，為了通過提升短波量子效率及降低太陽光照射太陽能電 池芯片10的反射率，來進一步改善太陽能電池芯片10的光電轉(zhuǎn)換效率， 于是在抗反射層13上再形成具有熒光材料的抗反射層14。
此具有熒光材料的抗反射層14的材料選用能將波長短于500nm的光轉(zhuǎn) 換為波長長于500nm的光的熒光材料，混入孔徑介于lnm至10nm的納米 孔洞二氧化硅溶膠(Mesoporous Silica,簡稱MS)之類的二氧化硅溶膠所 形成，其厚度優(yōu)選地介于30nm至320nm之間，以通過熒光材料來將入射 的短波長的光，先行轉(zhuǎn)換為長波長的光，再入射至太陽能電池芯片10中。 由于太陽能電池芯片IO在長波長的光的量子效率較佳(參考圖1)，因而可 有效地提升太陽能電池芯片10的光電轉(zhuǎn)換效率。
另外，選用的二氧化硅溶膠的折射率，優(yōu)選地介于1至2.5之間。本實 施例中，選用的納米孔洞二氧化硅溶膠的折射率約為1.2，亦即，小于抗反 射層13的折射率，使得具有熒光材料的抗反射層14、抗反射層13與第二 摻雜型半導體層12間的折射率，具有遞增的特性。也就是說，選用的抗反 射層13的折射率，優(yōu)選地介于第二摻雜型半導體層12的折射率與具有熒 光材料的抗反射層14的折射率之間，以達成降低太陽光照射太陽能電池芯 片10的反射率的較佳效果(參照圖3的曲線302)。
其中，形成具有熒光材料的抗反射層14的方式例如是
1、 將熒光材料混入納米孔洞二氧化硅溶膠中，再將納米孔洞二氧化硅 溶膠涂布于第二摻雜型半導體層12上。
2、 將納米孔洞二氧化硅溶膠涂布于第二摻雜型半導體層12上，再以
10氣相沉積法在納米孔洞二氧化硅溶膠上，沉積多個熒光量子點。
3、以氣相沉積法將納米孔洞二氧化硅溶膠沉積于第二摻雜型半導體層12上，再以氣相沉積法在納米孔洞二氧化硅溶膠上，沉積多個熒光量子點等各種不同的方式。
如圖2E所示，為了能將太陽能電池芯片IO連接外部電路，以輸出光電轉(zhuǎn)換所產(chǎn)生的電力，故于太陽能電池芯片10上，亦需形成分別連接至第一摻雜型半導體基底11與第二摻雜型半導體層12的電極151與152，以經(jīng)由連接外部電路的電極151與152，來輸出光電轉(zhuǎn)換所產(chǎn)生的電力。
使用前述方式來提升太陽能電池芯片的短波光電轉(zhuǎn)換效率，由于無須大量改變原有生產(chǎn)太陽能電池芯片的工藝，因而不會有引進新工藝常發(fā)生的繁復的最佳化驗正過程，即能進一步提升太陽能電池芯片的光電轉(zhuǎn)換效率，因而具有易于商業(yè)化的有益效果。
雖然本發(fā)明已以優(yōu)選實施例公開如上，然其并非用于限定本發(fā)明，任何本領(lǐng)域技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)所作的各種改變與潤飾，亦屬本發(fā)明的范圍。因此，本發(fā)明的保護范圍當視后附的權(quán)利要求所界定者為準。
ii
權(quán)利要求
1、一種具有熒光材料的太陽能電池芯片，包括第一摻雜型半導體基底；第二摻雜型半導體層，配置于所述第一摻雜型半導體基底上；具有熒光材料的抗反射層，配置于所述第二摻雜型半導體層上；以及多個電極，分別連接所述第一摻雜型半導體基底與所述第二摻雜型半導體層，以作為輸出電力的電極。
2、 如權(quán)利要求l所述的太陽能電池芯片，其中所述具有熒光材料的抗 反射層由含熒光材料的二氧化硅溶膠形成。
3、 如權(quán)利要求2所述的太陽能電池芯片，其中所述二氧化硅溶膠為孔 徑介于lnm至10nm之間的納米孔洞二氧化硅溶膠。
4、 如權(quán)利要求2所述的太陽能電池芯片，其中所述熒光材料可將波長 短于500nm的光轉(zhuǎn)換為波長長于500nm的光。
5、 如權(quán)利要求l所述的太陽能電池芯片，其中所述具有熒光材料的抗 反射層的厚度介于30nm至320nm之間。
6、 如權(quán)利要求l所述的太陽能電池芯片，其中所述具有熒光材料的抗 反射層的折射率介于1至2.5之間。
7、 如權(quán)利要求l所述的太陽能電池芯片，還包括配置于所述第二摻雜 型半導體層與所述具有熒光材料的抗反射層間的第二抗反射層。
8、 如權(quán)利要求l所述的太陽能電池芯片，其中所述第二抗反射層的折 射率，介于所述第二摻雜型半導體層的折射率與所述具有熒光材料的抗反 射層的折射率之間。
9、 如權(quán)利要求l所述的太陽能電池芯片，其中所述第一摻雜型半導體 基底為P型半導體，而所述第二摻雜型半導體層為N型半導體。
10、 如權(quán)利要求1所述的太陽能電池芯片，其中所述第一摻雜型半導 體基底為N型半導體，而所述第二摻雜型半導體層為P型半導體。
11、 如權(quán)利要求1所述的太陽能電池芯片，其中所述第一摻雜型半導 體基底使用單晶硅、多晶硅與化合物中的一種摻雜而成。
12、 一種具有熒光材料的太陽能電池芯片的制造方法，包括下列步驟 提供第一摻雜型半導體基底；在所述第一摻雜型半導體基底上進行摻雜，以在所述第一摻雜型半導體基底上，形成第二摻雜型半導體層；在所述第二摻雜型半導體層上，形成具有熒光材料的抗反射層；以及 形成分別連接所述第一摻雜型半導體基底與所述第二摻雜型半導體層的多個電極。
13、 如權(quán)利要求12所述的太陽能電池芯片的制造方法，其中形成所述 具有熒光材料的抗反射層的步驟包括-.將熒光材料混入二氧化硅溶膠中；以及 將所述二氧化硅溶膠涂布于所述第二摻雜型半導體層上。
14、 如權(quán)利要求13所述的太陽能電池芯片的制造方法，其中所述二氧 化硅溶膠為孔徑介于lnm至10nm之間的納米孔洞二氧化硅溶膠。
15、 如權(quán)利要求13所述的太陽能電池芯片的制造方法，其中所述熒光 材料可將波長短于500nm的光轉(zhuǎn)換為波長長于500nm的光。
16、 如權(quán)利要求12所述的太陽能電池芯片的制造方法，其中形成所述具有熒光材料的抗反射層的步驟包括將二氧化硅溶膠涂布于所述第二摻雜型半導體層上；以及以氣相沉積法在所述二氧化硅溶膠上沉積多個熒光量子點。
17、 如權(quán)利要求16所述的太陽能電池芯片的制造方法，其中所述二氧 化硅溶膠為孔徑介于lnm至lOnm之間的納米孔洞二氧化硅溶膠。
18、 如權(quán)利要求12所述的太陽能電池芯片的制造方法，其中形成所述 具有熒光材料的抗反射層的步驟包括以氣相沉積法將二氧化硅溶膠沉積于所述第二摻雜型半導體層上；以及以氣相沉積法在所述二氧化硅溶膠上沉積多個熒光量子點。
19、 如權(quán)利要求18所述的太陽能電池芯片的制造方法，其中所述二氧 化硅溶膠為孔徑介于lnm至10nm之間的納米孔洞二氧化硅溶膠。
20、 如權(quán)利要求12所述的太陽能電池芯片的制造方法，其中所述具有 熒光材料的抗反射層的厚度介于30nm至320nm之間。
21、 如權(quán)利要求12所述的太陽能電池芯片的制造方法，其中所述具有 熒光材料的抗反射層的折射率介于1至2.5之間。
22、 如權(quán)利要求12所述的太陽能電池芯片的制造方法，其中所述第一 摻雜型半導體基底為P型半導體，而所述第二摻雜型半導體層為N型半導 體。
23、 如權(quán)利要求12所述的太陽能電池芯片的制造方法，其中所述第一 摻雜型半導體基底為N型半導體，而所述第二摻雜型半導體層為P型半導 體。
24、 如權(quán)利要求12所述的太陽能電池芯片的制造方法，其中所述第一 摻雜型半導體基底使用單晶硅、多晶硅與化合物中的一種摻雜而成。
25、 如權(quán)利要求12所述的太陽能電池芯片的制造方法，還包括在所述 第二摻雜型半導體層與所述具有熒光材料的抗反射層間，形成第二抗反射 層的步驟。
26、 如權(quán)利要求12所述的太陽能電池芯片的制造方法，其中所述第二 抗反射層的折射率，介于所述第二摻雜型半導體層的折射率與所述具有熒 光材料的抗反射層的折射率之間。
全文摘要
一種具有熒光材料的太陽能電池芯片，是于太陽能電池芯片上，應用具有熒光材料的抗反射層，以通過熒光材料來將入射的短波長的光，先行轉(zhuǎn)換為較長波長的光，再入射至太陽能電池芯片中。由于太陽能電池芯片在長波長的光的量子效率較佳，因而可有效地提升太陽能電池芯片的光電轉(zhuǎn)換效率。此外，也利用折射率遞增的多層次抗反射層，以降低太陽能電池芯片的反射率，達成進一步提升太陽能電池芯片的光電轉(zhuǎn)換效率的目的。
文檔編號H01L31/055GK101651165SQ200810145960
公開日2010年2月17日 申請日期2008年8月14日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月14日
發(fā)明者向國成, 吳秉宗, 賴一凡, 陳彥彰 申請人:科冠能源科技股份有限公司