專利名稱：將紅外光轉(zhuǎn)換為可見光的太陽能電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種太陽電池，特別是涉及一種將紅外光轉(zhuǎn)換為可見光的太陽能 電池。
背景技術(shù)：
太陽能是一種干凈無污染而且取之不盡用之不竭的能源，在解決目前石化能源所 面臨的污染與短缺的問題時，一直是最受矚目的焦點。由于太陽能電池可直接將太陽能轉(zhuǎn) 換為電能，因此成為目前相當(dāng)重要的研究課題。硅基太陽電池為業(yè)界常見的一種太陽能電池。硅基太陽能電池的原理是將ρ型半 導(dǎo)體與η型半導(dǎo)體相接合，以形成ρ-η接面。當(dāng)太陽光照射到具有此ρ-η結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體時， 光子所提供的能量可把半導(dǎo)體中的電子激發(fā)出來而產(chǎn)生電子-電洞對。電子與電洞均會受 到內(nèi)建電位的影響，使得電洞往電場的方向移動，而電子則往相反的方向移動。如果以導(dǎo) 線將此太陽能電池與負(fù)載(load)連接起來，則可形成一個回路(loop)，并可使電流流過負(fù) 載，此即為太陽能電池發(fā)電的原理。隨著環(huán)保意識抬頭，節(jié)能減碳的概念逐漸受眾人所重視，再生能源的開發(fā)與利用 成為世界各國積極投入發(fā)展的重點。目前，太陽能電池的關(guān)鍵問題在于其光電轉(zhuǎn)換效率的 提升，而能夠提升太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率即意味著產(chǎn)品競爭力的提升。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的在于，提供一種將紅外光轉(zhuǎn)換為可見光的太陽能電池，使其可 將無法被太陽能電池所利用的紅外光轉(zhuǎn)換為可被太陽能電池所利用的可見光，以提高光電 轉(zhuǎn)換效率。為了實現(xiàn)上述目的，依據(jù)本實用新型提出的一種將紅外光轉(zhuǎn)換為可見光的太陽能 電池，其包括透明基板、第一電極、第二電極、P型半導(dǎo)體層、紅外光轉(zhuǎn)換層(infrared light conversion layer)、n型半導(dǎo)體層以及非晶硅本質(zhì)層(intrinsic layer)；第一電極配置于 透明基板上；第二電極配置于第一電極與透明基板之間；P型半導(dǎo)體層配置于第一電極與 第二電極之間；紅外光轉(zhuǎn)換層配置于P型半導(dǎo)體層與第二電極之間，用以將紅外光轉(zhuǎn)換為 可見光；η型半導(dǎo)體層配置于ρ型半導(dǎo)體層與第一電極之間；非晶硅本質(zhì)層配置于ρ型半導(dǎo) 體層與η型半導(dǎo)體層之間。本實用新型還可采用以下技術(shù)措施進(jìn)一步實現(xiàn)。前述的將紅外光轉(zhuǎn)換為可見光的太陽能電池，其中所述的紅外光轉(zhuǎn)換層的材料例 如為稀土 (rare earth)元素。前述的將紅外光轉(zhuǎn)換為可見光的太陽能電池，其中所述的稀土元素例如為鑭(La) 系元素。前述的將紅外光轉(zhuǎn)換為可見光的太陽能電池，其中所述的可見光例如為綠光或藍(lán) 綠混光。[OO11] 前述的將紅外光轉(zhuǎn)換為可見光的太陽能電池，其中所述的第一電極與第二電極的材料例如為透明導(dǎo)電氧化物(tranSparent C。nduCtiVe。Xide，TC。)。[OO12] 前述的將紅外光轉(zhuǎn)換為可見光的太陽能電池，其中所述的p型半導(dǎo)體層的材料例如為非晶硅或微晶硅。[OO13] 前述的將紅外光轉(zhuǎn)換為可見光的太陽能電池，其中所述的n型半導(dǎo)體層的材料例如為非晶硅或微晶硅。[OO14] 前述的將紅外光轉(zhuǎn)換為可見光的太陽能電池，其中所述的透明基板的材料例如為玻璃。[OO15] 前述的將紅外光轉(zhuǎn)換為可見光的太陽能電池，還可以在第一電極與n型半導(dǎo)體層之間配置半透明金屬層。[OO16] 前述的將紅外光轉(zhuǎn)換為可見光的太陽能電池，其中所述的半透明金屬層的材料例如為鋁或過渡金屬(tranSiti。n metal)。[OO17] 本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比具有明顯的優(yōu)點和有益效果。借由上述技術(shù)方案，本實用新型的將紅外光轉(zhuǎn)換為可見光的太陽能電池，至少具有下列優(yōu)點[OO18] 一1本實用新型的將紅外光轉(zhuǎn)換為可見光的太陽能電池，在p型半導(dǎo)體層與第二電極之間配置紅外光轉(zhuǎn)換層來將紅外光轉(zhuǎn)換為本質(zhì)層可吸收的可見光，因此可以大幅地提升太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率。[OO19] 二1本實用新型的將紅外光轉(zhuǎn)換為可見光的太陽能電池，由于照射至太陽能電池的太陽光中的紅外光被轉(zhuǎn)換為可見光，因此可以大幅度地降低紅外光所造成的熱累積效應(yīng)，進(jìn)而提高太陽能電池的效能。[0020] 三1本實用新型的將紅外光轉(zhuǎn)換為可見光的太陽能電池，若照射至太陽能電池的太陽光中的紅外光被轉(zhuǎn)換為綠光或藍(lán)綠混光，則太陽能電池可以應(yīng)用于需要較多綠光或藍(lán)綠混光的農(nóng)業(yè)或花卉產(chǎn)業(yè)，以助于農(nóng)作物與花卉培養(yǎng)。[0021] 為讓本實用新型的上述特征和優(yōu)點能更明顯易懂，下文特舉實施例，并配合所附圖式作詳細(xì)說明如下。


[0022] 圖l是本實用新型一實施例的將紅外光轉(zhuǎn)換為可見光的太陽能電池的剖視示意圖。[0023] 圖2是本實用新型另一實施例的將紅外光轉(zhuǎn)換為可見光的太陽能電池的剖視示意圖。[0024] lo120太陽能電池lOO透明基板[0025] 1021104電極106p型半導(dǎo)體層[0026] 108紅外光轉(zhuǎn)換層110n型半導(dǎo)體層[0027] 112非晶硅本質(zhì)層114太陽光[0028] 116半透明金屬層具體實施方式
[0029] 為更進(jìn)一步闡述本實用新型為達(dá)成預(yù)定發(fā)明目的所采取的技術(shù)手段及功效，
以下結(jié)合附圖及較佳實施例，對依據(jù)本實用新型提出的將紅外光轉(zhuǎn)換為可見光的太陽能電池其具體實施方式
、步驟、結(jié)構(gòu)、特征及其功效詳細(xì)說明。請參閱圖1所示，是本實用新型一實施例的將紅外光轉(zhuǎn)換為可見光的太陽能電池 的剖視示意圖。本實用新型一實施例的將紅外光轉(zhuǎn)換為可見光的太陽能電池10包括透明 基板100、電極102、電極104、p型半導(dǎo)體層106、紅外光轉(zhuǎn)換層108、n型半導(dǎo)體層110以及 非晶硅本質(zhì)層112。該透明基板100的材料例如為玻璃。該電極102配置于透明基板100上。電極 102的材料例如為透明導(dǎo)電氧化物。上述的透明導(dǎo)電氧化物可以是銦錫氧化物(indium tin oxide, ΙΤ0)、氧化鋁鋅(Al doped ZnO，AZO)、銦鋅氧化物(indium zinc oxide, IZ0)或其 他透明導(dǎo)電材料。電極104配置于電極102與透明基板100之間。電極104的材料例如為 透明導(dǎo)電氧化物(例如銦錫氧化物、氧化鋁鋅、銦鋅氧化物或其他透明導(dǎo)電材料)。該ρ型半導(dǎo)體層106配置于電極102與電極104之間。ρ型半導(dǎo)體層106的材料例 如為非晶硅或微晶硅，而P型半導(dǎo)體層106中所摻雜的材料例如是選自元素周期表中IIIA 族元素的群組，其可以是硼(B)、鋁(Al)、鎵(Ga) JB (In)或鉈(Tl)。該η型半導(dǎo)體層110配置于ρ型半導(dǎo)體層106與電極102之間。η型半導(dǎo)體層110 的材料例如為非晶硅或微晶硅，而η型半導(dǎo)體層110中所摻雜的材料例如是選自元素周期 表中VA族元素的群組，其可以是磷(P)、砷(As)、銻(Sb)或鉍(Bi)。該非晶硅本質(zhì)層112配置于ρ型半導(dǎo)體層106與η型半導(dǎo)體層110之間。非晶硅 本質(zhì)層112作為光產(chǎn)生電子-電洞對的主要區(qū)域。該紅外光轉(zhuǎn)換層108配置于ρ型半導(dǎo)體層106與電極104之間，用以將紅外光轉(zhuǎn) 換為可見光。紅外光轉(zhuǎn)換層108的材料例如為稀土元素，例如鑭系元素。詳細(xì)地說，對于一 般的太陽能電池來說，當(dāng)太陽光照射至太陽能電池時，由于以非晶硅為材料的本質(zhì)層無法 吸收太陽光中的紅外光(其在太陽光中約占50% )，因此紅外光會直接穿過太陽能電池而 無法被利用，使得太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率無法大幅度地提升。然而，在本實施例中，當(dāng) 太陽光114穿過透明基板100而照射至紅外光轉(zhuǎn)換層108時，紅外光轉(zhuǎn)換層108可將太陽 光114中無法被太陽能電池所利用的紅外光轉(zhuǎn)換為可被太陽能電池所利用的可見光。由于 非晶硅本質(zhì)層112對于可見光具有較佳的吸收率，因此當(dāng)太陽光114中的紅外光被紅外光 轉(zhuǎn)換層108轉(zhuǎn)換為可見光而進(jìn)入非晶硅本質(zhì)層112時，與一般的太陽能電池相比，增加了照 射至非晶硅本質(zhì)層112的可見光的量，因而提升了太陽能電池10的光電轉(zhuǎn)換效率。此外，相對于其他顏色的可見光來說，由于太陽能電池10中的本質(zhì)層是以非晶硅 為材料，而非晶硅材料對于綠光與藍(lán)綠混光具有較佳的吸收率(對于綠光具有最佳的吸收 率)，因此可以藉由調(diào)整紅外光轉(zhuǎn)換層108中稀土元素的種類、組成比例等來將太陽光114 中的紅外光轉(zhuǎn)換為綠光或藍(lán)綠混光，以進(jìn)一步地提升太陽能電池10的光電轉(zhuǎn)換效率。特別一提的是，經(jīng)紅外光轉(zhuǎn)換層108所轉(zhuǎn)換成的綠光或藍(lán)綠混光經(jīng)過太陽能電池 10之后，未被吸收的部分可以進(jìn)一步地被利用。舉例來說，經(jīng)紅外光轉(zhuǎn)換層108轉(zhuǎn)換而形成 且未被吸收的綠光或藍(lán)綠混光可以與原本穿過太陽能電池10的未被吸收的可見光混合而 產(chǎn)生不同顏色的光。因此，若將太陽能電池10應(yīng)用于建筑設(shè)計中，則可以視實際需求來調(diào) 整而呈現(xiàn)出不同于白光的光。此外，若將太陽能電池10應(yīng)用于需要較多綠光或藍(lán)綠混光的 農(nóng)業(yè)或花卉產(chǎn)業(yè)，則可有助于農(nóng)作物與花卉培養(yǎng)。[0038]再者，在本實施例中，由于照射至太陽能電池10的太陽光114中的紅外光已被轉(zhuǎn) 換為可見光，因此紅外光照射至太陽能電池時所產(chǎn)生的熱累積效應(yīng)可以被大幅度地降低， 使得太陽能電池10經(jīng)太陽光114照射之后仍可以維持在與周遭環(huán)境相同的溫度。此外，由 于熱累積效應(yīng)已被大幅度地降低，因此可以進(jìn)一步避免因熱累積效應(yīng)而造成光電轉(zhuǎn)換效率 降低的問題，進(jìn)而達(dá)到提升太陽能電池的效能的目的。請參閱圖2所示，是本實用新型另一實施例的將紅外光轉(zhuǎn)換為可見光的太陽能電 池的剖視示意圖。在另一實施例中，還可以在電極102與η型半導(dǎo)體層110之間配置半透 明金屬層116(如圖2所示)。半透明金屬層116的材料例如為鋁或過渡金屬。在本實施 例中，當(dāng)太陽光114照射至太陽能電池20時，未被吸收的綠光或藍(lán)綠混光以及其他未被吸 收的可見光會經(jīng)過半透明金屬層116而穿出太陽能電池20。此時，藉由調(diào)整半透明金屬層 116的厚度可以控制穿出太陽能電池20的光的顏色與出光量。詳細(xì)地說，若半透明金屬層116的厚度較薄，則穿出太陽能電池20的光的強(qiáng)度較 大，且含有較多的綠光或藍(lán)綠混光，因此同樣可以應(yīng)用于需要較多綠光或藍(lán)綠混光的農(nóng)業(yè) 或花卉產(chǎn)業(yè)，以助于農(nóng)作物與花卉培養(yǎng)；若半透明金屬層116的厚度較厚，則穿出太陽能電 池20的光的強(qiáng)度較小，且含有較少的綠光或藍(lán)綠混光。此外，部分的可見光還可被半透明金屬層116反射而再次進(jìn)入非晶硅本質(zhì)層112， 并被非晶硅本質(zhì)層112吸收。雖然本實用新型已以較佳實施例揭露如上，然并非用以限定本實用新型實施的范 圍，依據(jù)本實用新型的權(quán)利要求書及說明內(nèi)容所作的簡單的等效變化與修飾，仍屬于本實 用新型技術(shù)方案的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種將紅外光轉(zhuǎn)換為可見光的太陽能電池，其特征在于包括一透明基板；一第一電極，配置于該透明基板上；一第二電極，配置于該第一電極與該透明基板之間；一 P型半導(dǎo)體層，配置于該第一電極與該第二電極之間；一紅外光轉(zhuǎn)換層，配置于該P(yáng)型半導(dǎo)體層與該第二電極之間，用以將紅外光轉(zhuǎn)換為一 可見光；一 η型半導(dǎo)體層，配置于該ρ型半導(dǎo)體層與該第一電極之間；以及一非晶硅本質(zhì)層，配置于該ρ型半導(dǎo)體層與該η型半導(dǎo)體層之間。
2.如權(quán)利要求1所述的將紅外光轉(zhuǎn)換為可見光的太陽能電池，其特征在于其中所述的 紅外光轉(zhuǎn)換層的材料是一稀土元素。
3.如權(quán)利要求2所述的將紅外光轉(zhuǎn)換為可見光的太陽能電池，其特征在于其中所述的 稀土元素是括鑭系元素。
4.如權(quán)利要求1所述的將紅外光轉(zhuǎn)換為可見光的太陽能電池，其特征在于其中所述的 可見光是綠光或藍(lán)綠混光。
5.如權(quán)利要求1所述的將紅外光轉(zhuǎn)換為可見光的太陽能電池，其特征在于其中所述的 第一電極與該第二電極的材料是透明導(dǎo)電氧化物。
6.如權(quán)利要求1所述的將紅外光轉(zhuǎn)換為可見光的太陽能電池，其特征在于其中所述的 P型半導(dǎo)體層的材料是非晶硅或微晶硅。
7.如權(quán)利要求1所述的將紅外光轉(zhuǎn)換為可見光的太陽能電池，其特征在于其中所述的 η型半導(dǎo)體層的材料是非晶硅或微晶硅。
8.如權(quán)利要求1所述的將紅外光轉(zhuǎn)換為可見光的太陽能電池，其特征在于其中所述的 透明基板的材料是玻璃。
9.如權(quán)利要求1所述的將紅外光轉(zhuǎn)換為可見光的太陽能電池，其特征在于還包括一半 透明金屬層，配置于該第一電極與該η型半導(dǎo)體層之間。
10.如權(quán)利要求9所述的將紅外光轉(zhuǎn)換為可見光的太陽能電池，其特征在于其中所述 的半透明金屬層的材料是鋁或過渡金屬。
專利摘要本實用新型是關(guān)于一種將紅外光轉(zhuǎn)換為可見光的太陽能電池，其包括透明基板、第一電極、第二電極、p型半導(dǎo)體層、紅外光轉(zhuǎn)換層、n型半導(dǎo)體層以及非晶硅本質(zhì)層；第一電極配置于透明基板上；第二電極配置于第一電極與透明基板之間；p型半導(dǎo)體層配置于第一電極與第二電極之間；紅外光轉(zhuǎn)換層配置于p型半導(dǎo)體層與第二電極之間，用以將紅外光轉(zhuǎn)換為可見光；n型半導(dǎo)體層配置于p型半導(dǎo)體層與第一電極之間；非晶硅本質(zhì)層配置于p型半導(dǎo)體層與n型半導(dǎo)體層之間。本實用新型可以提高光電轉(zhuǎn)換效率。
文檔編號H01L31/055GK201904361SQ20102062943
公開日2011年7月20日 申請日期2010年11月24日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月24日
發(fā)明者劉吉人, 張一熙, 梅長锜 申請人:吉富新能源科技(上海)有限公司