專利名稱：太陽能光電元件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種太陽能光電元件，且特別是涉及一種能提升太陽能電池主體的光 電轉(zhuǎn)換效率的太陽能光電元件。
背景技術(shù)：
由于石化能源短缺，人們對環(huán)保重要性的認(rèn)知提高，因此人們近年來不斷地積極 研發(fā) 替代能源與再生能源的相關(guān)技術(shù)，希望可以減少目前人類對于石化能源的依賴程度以 及使用石化能源時對環(huán)境帶來的影響。在眾多的替代能源與再生能源的技術(shù)中，以太陽能 電池(solar cells)最受矚目。主要是因為太陽能電池可直接將太陽能轉(zhuǎn)換成電能，且發(fā) 電過程中不會產(chǎn)生二氧化碳或氮化物等有害物質(zhì)，不會對環(huán)境造成污染。圖1為堆疊型太陽能電池的示意圖，其中堆疊型太陽能電池100是由三個太 陽能電池堆疊而成，依序包括基板110、底電池(bottom cell) 120、隧穿二極管(tunnel diode) 130、中間電池(mediate cell) 140、另一隧穿二極管 150、頂電池(top cell) 160、窗 戶層(window layer) 170、覆蓋層(cap layer) 180 及正面電極(front contact) 190。頂電 池160、中間電池140及底電池120分別為磷化鋁銦鎵(AlGaInP)電池、砷化鎵(GaAs)電 池及鍺(Ge)電池，其可吸收入射光的波長范圍分別為300納米 660納米、660納米 900 納米及900納米 1800納米之間。理論上，頂電池160、中間電池140及底電池120所能產(chǎn) 生的電流密度分別為 0. 01596A/cm2、0. 01587A/cm2 和 0. 02924A/cm2。據(jù)此，堆疊型太陽能電池100其吸收的入射光的光譜范圍廣，可涵蓋300納米到 1800納米之間，而底電池120所吸收的光波長最長。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種太陽能光電元件，可提高堆疊式太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率。本發(fā)明提出一種太陽能光電元件，包括太陽能電池主體、位于太陽能電池主體上 的窗戶層以及位于窗戶層上的電流聚集層(current collection layer)。電流聚集層包含 圖案化結(jié)構(gòu)，其中圖案化結(jié)構(gòu)暴露部分窗戶層。在本發(fā)明的實施例中，上述的電流聚集層的能隙(Eg)大于或等于窗戶層的能隙。在本發(fā)明的實施例中，上述的電流聚集層的材料包括GaP、A1N、AlInP, ΙΤ0, ZnP, IZ0、AZ0、GZ0 或 AnO。在本發(fā)明的實施例中，上述的電流聚集層例如是透明導(dǎo)電層，其材料包括ΙΤ0、 ZnP, ΙΖ0, ΑΖ0, GZO ^ ZnO0在本發(fā)明的實施例中，上述的電流聚集層的反射率小于40 %。在本發(fā)明的實施例中，上述的電流聚集層的摻雜為η型摻雜，其摻雜劑包括Si、 Te、Sb、Ge或其他適合的摻雜劑。在本發(fā)明的實施例中，上述的電流聚集層的摻雜為ρ型摻雜，其摻雜劑包括C、Mg、 Zn或其他適合的摻雜劑。
在本發(fā)明的實施例中，上述圖案化結(jié)構(gòu)，其形狀可選自格子狀、條紋與手指形所構(gòu) 成的群組。在本發(fā)明的實施例中，太陽能光電元件還包括圖案化正面電極及覆蓋層。圖案化 正面電極位于部分電流聚集層與部分窗戶層上，而覆蓋層位于電流聚集層與窗戶層和圖案 化正面電極之間。此時，上述電流聚集層是經(jīng)蝕刻形成不同于圖案化正面電極的圖案化結(jié) 構(gòu)。在本發(fā)明的實施例中，太陽能光電元件還包括抗反射層，其位于電流聚集層的表
面。 在本發(fā)明的實施例中，上述的電流聚集層的開洞面積比介于0. 3 0. 7之間；優(yōu)選 是介于0.5 0.7之間。在本發(fā)明的實施例中，上述的電流聚集層的厚度在200埃 8000埃之間。在本發(fā)明的實施例中，上述太陽能光電元件還包括位于電流聚集層上的透明導(dǎo)電 層，而在透明導(dǎo)電層上還包括抗反射層。在本發(fā)明的實施例中，當(dāng)電流聚集層上有一層透明導(dǎo)電層時，上述透明導(dǎo)電層與 上述電流聚集層包含相同或相異的圖案化結(jié)構(gòu)。而且，上述太陽能光電元件還包括位于部 分電流聚集層與部分透明導(dǎo)電層上的圖案化正面電極；以及一層覆蓋層，位于電流聚集層 與透明導(dǎo)電層和上述圖案化正面電極之間。本發(fā)明另提出一種太陽能光電元件，包括太陽能電池主體、位于太陽能電池主體 上的窗戶層以及位于窗戶層上的電流聚集層。這里的電流聚集層的電阻低于窗戶層的電 阻，且電流聚集層包含一個圖案化結(jié)構(gòu)，以暴露部分窗戶層。在本發(fā)明的另一實施例中，上述圖案化結(jié)構(gòu)的形狀是可選自格子狀、條紋與手指 形所構(gòu)成的群組。在本發(fā)明的另一實施例中，上述圖案化結(jié)構(gòu)的開洞面積比約介于0. 542 0. 7之 間。在本發(fā)明的另一實施例中，上述太陽能光電元件，還包括一層位于電流聚集層上 的透明導(dǎo)電層，其中透明導(dǎo)電層與電流聚集層包含相同或相異的圖案化結(jié)構(gòu)。基于上述，本發(fā)明的太陽能光電元件其最上層的太陽能電池上由于局部覆蓋有電 流聚集層，因此可增加太陽能光電元件的電流收集效率，但因透明導(dǎo)電層會吸收部分長波 長的入射光，使得下層的太陽能電池?zé)o法產(chǎn)生與上層太陽能電池足以匹配的電流密度，而 降低了整體的串聯(lián)電流，但經(jīng)由電流聚集層開洞的設(shè)計，則可以達(dá)到上下層太陽能電池間 的電流匹配，又能增加電流收集效率。為讓本發(fā)明的上述特征和優(yōu)點能更明顯易懂，下文特舉實施例，并配合附圖作詳 細(xì)說明如下。


圖1是已知的堆疊型太陽能電池的示意圖。圖2是本發(fā)明的實施例的太陽能光電元件的俯視圖。圖3是圖2的太陽能光電元件沿A1-A2線的局部剖面圖。圖4是圖2的太陽能光電元件的一種變形例的俯視圖。
圖5是圖2的太陽能光電元件的另一種變形例的俯視圖。圖6是本發(fā)明的另一實施例的太陽能光電元件的剖面圖。圖7為本發(fā)明的又一 實施例的太陽能光電元件的剖面圖。附圖標(biāo)記說明100:堆疊型太陽能電池110:基板120:底電池130、150 隧穿二極管140:中間電池160:頂電池170、220:窗戶層180、260 覆蓋層190:正面電極200:太陽能光電元件210:太陽能電池主體222:向光面230:電流聚集層240:透明導(dǎo)電層250:圖案化正面電極270:抗反射層280 背面電場(BSF)結(jié)構(gòu)層
具體實施例方式圖2為本發(fā)明的實施例的太陽能光電元件200的俯視圖。圖3為圖2的太陽能光 電元件200沿A1-A2線的局部剖面圖。請同時參考圖2與圖3，太陽能光電元件200可由多個太陽能電池主體堆疊而成， 然而本發(fā)明并不限定太陽能電池主體的數(shù)量，本實施例繪示的太陽能電池主體210作為說 明之用(如圖3所示)，實際上可為一個或多個太陽能電池主體。太陽能光電元件200還包 括位于太陽能電池主體210上的窗戶層220，以及位于窗戶層220上的電流聚集層230，且 電流聚集層230摻雜劑的濃度高于窗戶層220摻雜劑的濃度，所以電流聚集層230的電阻 低于窗戶層220的電阻。電流聚集層230用以增加太陽能電池主體210的電流收集效率， 以提高太陽能光電元件200的光電轉(zhuǎn)換效率。一般的電流聚集層在長波長范圍，例如大于1100納米之上，其透光率不佳。若為 了增加電流收集效率而在太陽能電池主體210上全面覆蓋一層電流聚集層，會造成大部分 長波長的入射光被電流聚集層吸收而無法到達(dá)底電池。值得注意的是，本實施例的電流聚 集層230的開洞面積比介于0. 3 0. 7之間；優(yōu)選地介于0. 5 0. 7之間；更優(yōu)選地介于 0. 542 0. 7之間。前述“開洞面積比”是指窗戶層220的向光面222沒有被電流聚集層 230與圖案化正面電極250 (如圖所示為柵式或可為其他圖案)覆蓋的面積與整個向光面 222的面積的比值，前述“介于”包含“等于”的意思。尤其是當(dāng)本實施例的太陽能光電元件 200為堆疊型太陽能電池(tandem solar cell)時，開洞面積比介于0. 3 0. 7之間的電 流聚集層230，可以讓長波長的入射光進入太陽能光電元件200下層的太陽能電池(未繪 示)，使下層太陽能電池(未繪示)產(chǎn)生與上層太陽能電池足以匹配的電流密度。在本實施例中，太陽能光電元件200的電流聚集層230的能隙可大于或等于窗戶 層220的能隙。窗戶層220的材料例如是GaP、A1N、AlInP等半導(dǎo)體材料；或者是如ΙΤ0、 ZnP、IZ0、AZ0、GZ0或ZnO等透明導(dǎo)電材料。另外，電流聚集層230具有高透光的特性；舉例 來說，其反射率約小于40%，如此可以使入射光容易穿透電流聚集層230而被太陽能電池 主體210吸收。電流聚集層230的材料可包括GaP、AlN、AlInP、IT0、ZnP、IZ0、AZ0、GZ0或ZnO等，其可利用有機金屬化學(xué)氣相沉積法(Metal Organic ChemicalVapor Deposition, M0CVD)形成在窗戶層220上，再利用蝕刻的方式將電流聚集層230蝕刻出開洞。一般而言， 電流聚集層230的厚度越厚其導(dǎo)電性越好，但入射光的穿透率便會降低，因此為了兼顧電 流聚集層230的導(dǎo)電性與穿透率，電流聚集層230的厚度可在200埃 8000埃之間。另一 方面，若電流聚集層230的摻雜為η型摻雜，其摻雜劑可包括高濃度摻雜的Si、Te、Sb、Ge 等，而當(dāng)電流聚集層230的摻雜為ρ型摻雜時，其摻雜劑則可包括高濃度摻雜的C、Mg、Zn 寸。請再次參考圖2與圖3，本實施例的太陽能光電元件200還可包括覆蓋層260。圖 案化正面電極250是位于部分電流聚集層230與部分窗戶層220上，而覆蓋層260則位于 電流聚集層230與窗戶層220和圖案化正面電極250之間。另外，電流聚集層230還可以是不同于圖案化正面電極250的圖案化結(jié)構(gòu)，其形狀 包括例如是選自格子狀、條紋與手指形所構(gòu)成的群組。如圖2所繪示，本實施例的電流聚集 層230的圖案化結(jié)構(gòu)的形狀為格子狀，其可增加太陽能電池主體210 (如圖3所示)橫向光 電流的收集。由于圖案化正面電極250 —般為金屬材料，因此入射光會受到圖案化正面電 極250的阻隔，而通過電流聚集層230使圖案化正面電極250之間的電流收集效率增加，可 減少圖案化正面電極250的使用，并減少圖案化正面電極250的遮光面積，達(dá)到提高太陽能 電池主體210(如圖3所示)的光電轉(zhuǎn)換效率的目的。其它如條紋電流聚集層230及手指 形電流聚集層230則分別如圖4及圖5所示，主要功用皆為加強圖案化正面電極250之間 的橫向電流收集，進而提高太陽能電池主體210 (如圖3所示)的光電轉(zhuǎn)換效率。圖6為本發(fā)明的另一實施例的太陽能光電元件的剖面圖，其中使用與圖3相同的 元件符號來說明此實施例。請參考圖6，本實施例與上一實施例的差異在于本實施例的太陽 能光電元件200還包括透明導(dǎo)電層240與抗反射層270。一般的透明導(dǎo)電層在長波長范圍， 例如大于1100納米之上，其透光率不佳。若為了增加電流收集效率而在窗戶層上全面覆蓋 一層透明導(dǎo)電層，會造成大部分長波長的入射光被透明導(dǎo)電層吸收而無法到達(dá)底電池。值 得注意的是，本實施例的透明導(dǎo)電層240的開洞面積比介于0. 3 0. 7之間；優(yōu)選地介于 0. 5 0. 7之間；更優(yōu)選地介于0. 542 0. 7之間。這里的透明導(dǎo)電層240與電流聚集層 230可以是相同或不同的圖案化結(jié)構(gòu)。透明導(dǎo)電層240可局部覆蓋于電流聚集層230或窗 戶層220上，如此不但能夠增加太陽能電池主體210的電流收集效率，且長波長的入射光可 穿過透明導(dǎo)電層240的開洞，到達(dá)電流聚集層230或窗戶層220。在本實施例中，透明導(dǎo)電 層240的材料例如是ΙΤ0、ZnP, ΙΖΟ、ΑΖ0、GZO或ZnO等透明導(dǎo)電材料。抗反射層270則形 成于透明導(dǎo)電層240或電流聚集層230的表面或向光面222之上，用以減少入射光的反射。圖7為本發(fā)明的又一實施例的太陽能光電元件的剖面圖，其中使用與圖3相同的 元件符號來說明此實施例。請參考圖7，本實施例中，電流聚集層230位在窗戶層220與覆 蓋層260之間。此外，為改善載流子收集效率，可選擇在太陽能電池主體210另一面(非向 光面)設(shè)置背面電場(back surfacefield, BSF)結(jié)構(gòu)層280。當(dāng)然，本發(fā)明的太陽能光電元件并不限于以上附圖；舉例來說，圖3和圖6也可增 設(shè)上述背面電場(BSF)結(jié)構(gòu)層。綜上所述，本發(fā)明的太陽能光電元件200因為電流聚集層230摻雜劑的濃度高于 窗戶層220摻雜劑的濃度，且電流聚集層230的開洞面積比介于0. 3 0. 7之間，所以只覆蓋部分的窗戶層220的向光面222的電流聚集層可提高太陽能光電元件200的電流收集效率，減少圖案化正面電極的使用，如此能夠減少圖案化正面電極的遮光面積。另外，長波長 的入射光可穿過電流聚集層230的開洞，進入太陽能光電元件200下層的太陽能電池，使下 層太陽能電池產(chǎn)生的電流密度提高，最終能夠達(dá)到提高太陽能電池光電轉(zhuǎn)換效率的目的。
雖然本發(fā)明已以實施例披露如上，然其并非用以限定本發(fā)明，任何所屬技術(shù)領(lǐng)域 中普通技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作些許的更動與潤飾，故本發(fā)明的 保護范圍當(dāng)視所附的權(quán)利要求所界定的為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
一種太陽能光電元件，包括太陽能電池主體；窗戶層，位于該太陽能電池主體上；以及電流聚集層，位于該窗戶層上，包含圖案化結(jié)構(gòu)，其中該圖案化結(jié)構(gòu)暴露部分該窗戶層。
2.如權(quán)利要求1所述的太陽能光電元件，其中該電流聚集層包含一種或一種以上的性 質(zhì)選自能隙大于或等于該窗戶層的能隙、反射率小于40%、電阻低于該窗戶層的電阻與厚 度在200埃 8000埃之間所構(gòu)成的群組。
3.如權(quán)利要求1所述的太陽能光電元件，其中該電流聚集層的材料包括GaP、AlN、 AlInP、ITO、ZnP、IZO、AZO、GZO 或 ZnO。
4.如權(quán)利要求1所述的太陽能光電元件，其中該電流聚集層的摻雜為η型摻雜，該電流 聚集層的摻雜劑包括Si、Te、Sb或Ge。
5.如權(quán)利要求1所述的太陽能光電元件，其中該電流聚集層的摻雜為ρ型摻雜，該電流 聚集層的摻雜劑包括C、Mg或Zn。
6.如權(quán)利要求1所述的太陽能光電元件，其中該圖案化結(jié)構(gòu)的形狀是選自格子狀、條 紋與手指形所構(gòu)成的群組。
7.如權(quán)利要求1所述的太陽能光電元件，還包括圖案化正面電極，位于部分該電流聚集層與部分該窗戶層上；以及覆蓋層，位于該電流聚集層與該窗戶層和該圖案化正面電極之間。
8.如權(quán)利要求7所述的太陽能光電元件，其中該電流聚集層是經(jīng)蝕刻形成不同于該圖 案化正面電極的圖案化結(jié)構(gòu)。
9.如權(quán)利要求1所述的太陽能光電元件，其中該電流聚集層的開洞面積比介于0.3 0. 7之間。
10.如權(quán)利要求9所述的太陽能光電元件，其中該電流聚集層的開洞面積比介于 0. 542 0. 7之間。
11.如權(quán)利要求1所述的太陽能光電元件，還包括透明導(dǎo)電層，位于該電流聚集層上。
12.如權(quán)利要求11所述的太陽能光電元件，其中該透明導(dǎo)電層的材料包括ITO、ZnP, IZ0、AZ0、GZ0 或 ZnO。
13.如權(quán)利要求11所述的太陽能光電元件，其中該透明導(dǎo)電層與該電流聚集層包含相 同或相異的圖案化結(jié)構(gòu)。
14.如權(quán)利要求13所述的太陽能光電元件，其中該圖案化結(jié)構(gòu)的開洞面積比介于 0. 3 0. 7之間。
全文摘要
一種太陽能光電元件，包括太陽能電池主體、位于太陽能電池主體上的窗戶層以及位于窗戶層上的電流聚集層。電流聚集層包含圖案化結(jié)構(gòu)，且此圖案化結(jié)構(gòu)暴露部分窗戶層。
文檔編號H01L31/042GK101866965SQ20091013280
公開日2010年10月20日 申請日期2009年4月20日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月20日
發(fā)明者劉宗憲, 李世昌, 楊宇智, 蘇永司, 駱武聰 申請人:晶元光電股份有限公司