專利名稱：薄膜太陽(yáng)能電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是有關(guān)于一種薄膜太陽(yáng)能電池，特別是一種改變現(xiàn)有薄膜太陽(yáng)能電池的半導(dǎo)體層中的I型層的構(gòu)成材料，以有效提升轉(zhuǎn)換效率的薄膜太陽(yáng)能電池。
背景技術(shù)：
近來(lái)由于環(huán)保意識(shí)的抬頭和其它能源的逐漸枯竭短缺，太陽(yáng)能源又開(kāi)始受到高度的重視。太陽(yáng)光是取之不盡、用之不竭的天然能源，除了沒(méi)有能源耗盡的疑慮之外，也可以避免能源被壟斷的問(wèn)題。由于太陽(yáng)能電池具有使用方便、無(wú)污染、使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，因此可以利用太陽(yáng)能電池作為能源的取得。目前一般常用的太陽(yáng)能電池又可包含薄膜太陽(yáng)能電池，其具有成本較低、厚度較薄和電能功率耗損較少等的優(yōu)點(diǎn)。就現(xiàn)有技術(shù)而言，一般常見(jiàn)的薄膜太陽(yáng)能電池I在基本制程中，主要是以P-1-N半導(dǎo)體層12的三層結(jié)構(gòu)構(gòu)成為主，該半導(dǎo)體層12包含了 P型層121、I型層122及N型層123，且該半導(dǎo)體層12是以P型層121、I型層122及N型層123的順序，依序經(jīng)由濺鍍或是化學(xué)氣相沉積方式在電極層11上，如圖1所示。且在現(xiàn)有技術(shù)中，本質(zhì)硅薄膜主要成分為氫原子與硅原子，在正常情況下氫原子與硅原子以非晶硅(amorphous, a_Si)形式存在,呈現(xiàn)無(wú)序雜亂排列光照時(shí)易造成轉(zhuǎn)換效率衰退。然而，薄膜太陽(yáng)能電池發(fā)展至今，技術(shù)雖漸趨成熟，但仍然有許多尚待改進(jìn)之處，其主因在于，薄膜太陽(yáng)能電池的轉(zhuǎn)換效率依然不夠高。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于上述現(xiàn)有技術(shù)的問(wèn)題，本發(fā)明的目的就是提供一種薄膜太陽(yáng)能電池，以解決現(xiàn)有技術(shù)的薄膜太陽(yáng)能電池的轉(zhuǎn)換效率較差的問(wèn)題。根據(jù)本發(fā)明的目的，提出一種薄膜太陽(yáng)能電池，包含電極層以及半導(dǎo)體層。半導(dǎo)體層包含P型層、I型層及N型層。P型層位于電極層上。I型層包含I型非晶硅層及I型短程有序非晶硅層，I型非晶硅層位于P型層上，I型短程有序非晶硅層位于I型非晶硅層上。N型層位于I型短程有序非晶硅層上。其中I型非晶硅層占I型層的厚度比例大于I型短程有序非晶硅層所占的比例。進(jìn)一步地，本發(fā)明所述的薄膜太陽(yáng)能電池更包含基板，電極層位于基板上。進(jìn)一步地，基板的材質(zhì)包含金屬或不透光的玻璃。進(jìn)一步地，電極層為透明導(dǎo)電薄膜，是由摻雜氟的二氧化錫或氧化鋅摻硼構(gòu)成。進(jìn)一步地，I型非晶硅層的厚度可為2300埃。進(jìn)一步地，I型短程有序非晶硅層的厚度可為200埃。進(jìn)一步地，I型非晶硅層占I型層的厚度比例為92%，I型短程有序非晶硅層占I型層的厚度比例為8%。進(jìn)一步地，I型短程有序非晶硅層占I型層的厚度比例進(jìn)一步可調(diào)整至9% 92%，而I型非晶硅層則相對(duì)調(diào)整至91% 8%。
進(jìn)一步地，I型層在經(jīng)由電漿輔助化學(xué)氣相沉積制程中，通過(guò)調(diào)整一制程參數(shù)，以改變I型層中氫原子與硅原子的排列，從而在I型層中形成有短程有序非晶硅層；其中，制程參數(shù)的調(diào)整包含壓力調(diào)整至大于80pa，溫度調(diào)整至小于200°C。進(jìn)一步地，I型層中的非晶硅層及短程有序非晶硅層的辨別，通過(guò)一穿透式電子顯微鏡拍攝I型層的繞射圖形來(lái)達(dá)成。根據(jù)本發(fā)明的目的，又提出一種薄膜太陽(yáng)能電池，其包含電極層以及半導(dǎo)體層。半導(dǎo)體層包含P型層、I型層及N型層。P型層位于電極層上。I型層包含I型非晶硅層及I型短程有序非晶硅層，I型非晶硅層位于P型層上，I型短程有序非晶硅層位于I型非晶硅層上。N型層位于I型短程有序非晶硅層上。其中，I型非晶硅層占I型層的厚度比例小于I型短程有序非晶硅層所占的比例。進(jìn)一步地，I型非晶硅層的厚度可為200埃。進(jìn)一步地，I型短程有序非晶硅層的厚度可為2300埃。進(jìn)一步地，I型非晶硅層占I型層的厚度比例為8%，I型短程有序非晶硅層占I型層的厚度比例為92%。進(jìn)一步地，I型短程有序非晶硅層占I型層的厚度比例進(jìn)一步可調(diào)整至91% 8%，而I型非晶硅層則相對(duì)調(diào)整至9% 92%。根據(jù)本發(fā)明的目的，再提出一種薄膜太陽(yáng)能電池，其包含電極層以及半導(dǎo)體層。半導(dǎo)體層包含P型層、I型層及N型層。P型層位于電極層上。I型層包含I型短程有序非晶硅層及I型非晶硅層，I型短程有序非晶硅層位于P型層上，I型非晶硅層位于I型短程有序非晶硅層上。N型層位于I型非晶硅層上。其中，I型非晶硅層占I型層的厚度比例大于I型短程有序非晶硅層所占的比例。進(jìn)一步地，I型非晶硅層的厚度可為2300埃。進(jìn)一步地，I型短程有序非晶硅層的厚度可為200埃。進(jìn)一步地，I型非晶硅層占I型層的厚度比例為92%，I型短程有序非晶硅層占I型層的厚度比例為8%。進(jìn)一步地，I型短程有序非晶硅層占I型層的厚度比例進(jìn)一步可調(diào)整至9% 92%，而I型非晶硅層則相對(duì)調(diào)整至91% 8%。根據(jù)本發(fā)明的目的，更提出一種薄膜太陽(yáng)能電池，其包含電極層以及半導(dǎo)體層。半導(dǎo)體層包含P型層、I型層及N型層。P型層位于電極層上。I型層包含I型短程有序非晶硅層及I型非晶硅層，I型短程有序非晶硅層位于P型層上，I型非晶硅層位于I型短程有序非晶硅層上。N型層位于I型非晶硅層上。其中，I型非晶硅層占I型層的厚度比例小于I型短程有序非晶硅層所占的比例。進(jìn)一步地，I型非晶硅層的厚度可為200埃。進(jìn)一步地，I型短程有序非晶硅層的厚度可為2300埃。進(jìn)一步地，I型非晶硅層占I型層的厚度比例為8%，I型短程有序非晶硅層占I型層的厚度比例為92%。進(jìn)一步地，I型短程有序非晶硅層占I型層的厚度比例進(jìn)一步可調(diào)整至91% 8%，而I型非晶硅層則相對(duì)調(diào)整至9% 92%。承上所述，本發(fā)明的薄膜太陽(yáng)能電池，藉由利用電漿輔助化學(xué)氣相沉積(Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition, PECVD)制程參數(shù)調(diào)整，以形成短程有序非晶娃(polymorphous, pm-Si),其中本發(fā)明利用兩種能隙不同的晶娃做混合,改變半導(dǎo)體層中I型層的構(gòu)成材料，主要以非晶硅層及短程有序非晶硅層混合，形成能隙工程化(bandgap engineering),藉此利用短程有序非晶娃(pm-Si)的能隙較大,且開(kāi)電壓相較于非晶硅(a-Si)來(lái)的大的特性，來(lái)增加電洞的傳輸，有效提升轉(zhuǎn)換效率，與降低光裂化衰退率，以使得太陽(yáng)能電池達(dá)到更高效率。為使貴審查委員對(duì)本發(fā)明的技術(shù)特征及所達(dá)到的功效有更進(jìn)一步的了解與認(rèn)識(shí)，謹(jǐn)佐以較佳的實(shí)施例及配合詳細(xì)的說(shuō)明如后。


圖1為現(xiàn)有技術(shù)的薄膜太陽(yáng)能電池的示意圖。圖2為本發(fā)明的薄膜太陽(yáng)能電池的第一實(shí)施例的示意圖。圖3A-3D為本發(fā)明的薄膜太陽(yáng)能電池與現(xiàn)有技術(shù)的I型層的轉(zhuǎn)換效率(Eff)、開(kāi)路電壓(Voc)、短路電流密度(Jsc)及填充因子(FF)比較的數(shù)據(jù)圖。圖4為本發(fā)明的薄膜太陽(yáng)能電池的I型非晶硅層及I型短程有序非晶硅層于光照后的轉(zhuǎn)換效率的數(shù)據(jù)圖。圖5為本發(fā)明的薄膜太陽(yáng)能電池的第二實(shí)施例的示意圖。圖6為本發(fā)明的薄膜太陽(yáng)能電池的第三實(shí)施例的示意圖。圖7為本發(fā)明的薄膜太陽(yáng)能電池的第四實(shí)施例的示意圖。圖8為本發(fā)明的薄膜太陽(yáng)能電池的短程有序非晶硅層、非晶硅層及微晶硅層的繞射圖形的比較的示意圖。
具體實(shí)施例方式為了利于貴審查員了解本發(fā)明的技術(shù)特征、內(nèi)容與優(yōu)點(diǎn)及其所能達(dá)成的功效，將本發(fā)明配合附圖，并以實(shí)施例的表達(dá)形式詳細(xì)說(shuō)明如下，而其中所使用的圖式，其主旨僅為示意及輔助說(shuō)明書之用，未必為本發(fā)明實(shí)施后的真實(shí)比例與精準(zhǔn)配置，故不應(yīng)就所附圖式的比例與配置關(guān)系解讀、局限本發(fā)明于實(shí)際實(shí)施上的權(quán)利范圍，合先敘明。以下將參照相關(guān)圖式，說(shuō)明依本發(fā)明薄膜太陽(yáng)能電池的制造方法的實(shí)施例，為使便于理解，下述實(shí)施例中的相同組件以相同的符號(hào)標(biāo)示來(lái)說(shuō)明。請(qǐng)參閱圖2，其為本發(fā)明薄膜太陽(yáng)能電池的第一實(shí)施例的示意圖。圖中，薄膜太陽(yáng)能電池2包含電極層200、P型層210、I型層220及N型層230，其中P型層210、I型層220及N型層230即為半導(dǎo)體層。上述中，薄膜太陽(yáng)能電池2更包含基板(圖未示)，基板的材質(zhì)可為金屬或不透光的玻璃構(gòu)成。電極層200位于基板上，其可為透明導(dǎo)電薄膜，主要可由摻雜氟的二氧化錫或氧化鋅摻硼構(gòu)成。P型層210位于電極層200上。I型層220則改變了以往的構(gòu)成材料，使得I型層220包含有I型非晶硅層221及I型短程有序非晶硅層222 ;其中非晶硅以無(wú)結(jié)晶排列方式，光照時(shí)易造成轉(zhuǎn)換效率衰退；而短程有序非晶硅的排列方式則介于單晶硅與非晶硅之間，會(huì)產(chǎn)生繞射現(xiàn)象，使硅的結(jié)晶呈有序排列，降低光裂化反應(yīng)。I型非晶硅層221位于P型層210上，I型短程有序非晶硅層222位于I型非晶硅層221上。I型非晶硅層221的厚度較佳可為2300埃，I型短程有序非晶硅層222的厚度較佳可為200埃，但不以此為限。而N型層230則位于I型短程有序非晶硅層222上。在第一實(shí)施例中，薄膜太陽(yáng)能電池2的I型非晶硅層221占I型層220的厚度比例可為92%，I型短程有序非晶硅層222占I型層220的厚度比例可為8%。而，I型短程有序非晶硅層222占I型層220的厚度比例進(jìn)一步更可調(diào)整至9% 92%，相對(duì)地I型非晶硅層221則將調(diào)整至91% 8%。續(xù)言之，一般在量測(cè)轉(zhuǎn)換效率(Eff)時(shí)，會(huì)參考三個(gè)數(shù)值，分別為:填充因子(FF)、開(kāi)路電壓(Voc)、短路電流密度(Jsc)，其中此三項(xiàng)數(shù)值與轉(zhuǎn)換效率有正相關(guān)。此外，更以現(xiàn)有技術(shù)與本發(fā)明的薄膜太陽(yáng)能電池2相比，以證明本發(fā)明薄膜太陽(yáng)能電池較一般現(xiàn)有的薄膜太陽(yáng)能電池I的轉(zhuǎn)換效率高。請(qǐng)參閱表I及圖3A至圖4。請(qǐng)參閱表1，為本發(fā)明薄膜太陽(yáng)能電池的I型非晶硅層及I型短程有序非晶硅層的材料特性比較的數(shù)據(jù)表，表中，I型非晶硅層221與I型短程有序非晶硅層222的轉(zhuǎn)換效率(Eff)，為10.5%及10.3%，維持一穩(wěn)定狀態(tài)。另外，I型非晶硅層221與I型短程有序非晶硅層222的短路電流密度(Jsc)，為15.9mA/cm2及14.8mA/cm2,維持一穩(wěn)定狀態(tài)。此夕卜，I型非晶硅層221與I型短程有序非晶硅層222的開(kāi)路電壓(Voc)，為885mV及910mV，可證明本發(fā)明的薄膜 太陽(yáng)能電池2的I型短程有序非晶硅層222可以增加開(kāi)路電壓(Voc)，因此可知I型短程有序非晶硅層222具有低電流但高電壓的特性，以產(chǎn)生較大的帶隙能量(Band gap),延長(zhǎng)電動(dòng)流的流速，以提升薄膜太陽(yáng)能電池的轉(zhuǎn)換效率。表II型非晶硅層及I型短程有序非晶硅層的材料特性比較的數(shù)據(jù)表
權(quán)利要求
1.一種薄膜太陽(yáng)能電池，其特征在于，包含: 一電極層；以及 一半導(dǎo)體層，其包含: 一 P型層，位于所述電極層上； 一 I型層，包含一 I型非晶硅層以及一 I型短程有序非晶硅層，所述I型非晶硅層位于所述P型層上，所述I型短程有序非晶硅層位于所述I型非晶硅層上 '及 一 N型層，位于所述I型短程有序非晶硅層上； 其中，所述I型非晶硅層占所述I型層的厚度比例大于所述I型短程有序非晶硅層所占的比例。
2.如權(quán)利要求1所述的薄膜太陽(yáng)能電池，其特征在于，更包含一基板，所述電極層位于所述基板上。
3.如權(quán)利要求2所述的薄膜太陽(yáng)能電池，其特征在于，所述基板的材質(zhì)是包含金屬或不透光的玻璃。
4.如權(quán)利要求1所述的薄膜太陽(yáng)能電池，其特征在于，所述電極層是一透明導(dǎo)電薄膜，其是由摻雜氟的二氧化錫或氧化鋅摻硼構(gòu)成。
5.如權(quán)利要求1所述的薄膜太陽(yáng)能電池，其特征在于，所述I型非晶硅層的厚度為2300 埃。`
6.如權(quán)利要求1所述的薄膜太陽(yáng)能電池，其特征在于，所述I型短程有序非晶硅層的厚度為200埃。
7.如權(quán)利要求1所述的薄膜太陽(yáng)能電池，其特征在于，所述I型非晶硅層占所述I型層的厚度比例為92%，所述I型短程有序非晶硅層占所述I型層的厚度比例為8%。
8.如權(quán)利要求7所述的薄膜太陽(yáng)能電池，其特征在于，所述I型短程有序非晶硅層占所述I型層的厚度比例進(jìn)一步調(diào)整至9% 92%，而所述I型非晶硅層則相對(duì)調(diào)整至91% 8%。
9.如權(quán)利要求1所述的薄膜太陽(yáng)能電池，其特征在于，所述I型層在經(jīng)由電漿輔助化學(xué)氣相沉積制程中，通過(guò)調(diào)整一制程參數(shù)，以改變所述I型層中氫原子與硅原子的排列，從而在所述I型層中形成有所述短程有序非晶硅層；其中，所述制程參數(shù)的調(diào)整包含壓力調(diào)整至大于80pa，溫度調(diào)整至小于200°C。
10.如權(quán)利要求1所述的薄膜太陽(yáng)能電池，其特征在于，對(duì)于所述I型層中的所述非晶硅層及所述短程有序非晶硅層的辨別，通過(guò)一穿透式電子顯微鏡拍攝所述I型層的繞射圖形來(lái)達(dá)成。
11.一種薄膜太陽(yáng)能電池，其特征在于，包含: 一電極層；以及 一半導(dǎo)體層，其包含: 一 P型層，位于該電極層上； 一 I型層，包含一 I型非晶硅層以及一 I型短程有序非晶硅層，所述I型非晶硅層位于所述P型層上，所述I型短程有序非晶硅層位于所述I型非晶硅層上 '及 一 N型層，位于所述I型短程有序非晶硅層上； 其中，所述I型非晶硅層占所述I型層的厚度比例小于所述I型短程有序非晶硅層所占的比例。
12.如權(quán)利要求11所述的薄膜太陽(yáng)能電池，其特征在于，更包含一基板，所述電極層位于所述基板上。
13.如權(quán)利要求12所述的薄膜太陽(yáng)能電池，其特征在于，所述基板的材質(zhì)包含金屬或不透光的玻璃。
14.如權(quán)利要求11所述的薄膜太陽(yáng)能電池，其特征在于，所述電極層為一透明導(dǎo)電薄膜，其是由摻雜氟的二氧化錫或氧化鋅摻硼構(gòu)成。
15.如權(quán)利要求11所述的薄膜太陽(yáng)能電池，其特征在于，所述I型非晶硅層的厚度為200 埃。
16.如權(quán)利要求11所述的薄膜太陽(yáng)能電池，其特征在于，所述I型短程有序非晶硅層的厚度為2300埃。
17.如權(quán)利要求11所述的薄膜太陽(yáng)能電池，其特征在于，所述I型非晶硅層占所述I型層的厚度比例為8%，所述I型短程有序非晶硅層占所述I型層的厚度比例為92%。
18.如權(quán)利要求17所述的薄膜太陽(yáng)能電池，其特征在于，所述I型短程有序非晶硅層占所述I型層的厚度比例進(jìn)一步調(diào)整至91% 8%，而所述I型非晶硅層則相對(duì)調(diào)整至9% 92%。
19.一種薄膜太陽(yáng)能電池，其特征在于，包含: 一電極層；以及 一半導(dǎo)體層，其包含: 一 P型層，位于該電極層上； 一 I型層，包含一 I型短程有序非晶硅層以及一 I型非晶硅層，所述I型短程有序非晶硅層位于所述P型層上，所述I型非晶硅層位于所述I型短程有序非晶硅層上；以及 一 N型層,位于所述I型非晶娃層上； 其中，所述I型非晶硅層占所述I型層的厚度比例大于所述I型短程有序非晶硅層所占的比例。
20.如權(quán)利要求19所述的薄膜太陽(yáng)能電池，其特征在于，更包含一基板，所述電極層位于所述基板上。
21.如權(quán)利要求20所述的薄膜太陽(yáng)能電池，其特征在于，所述基板的材質(zhì)包含金屬或不透光的玻璃。
22.如權(quán)利要求19所述的薄膜太陽(yáng)能電池，其特征在于，所述電極層為一透明導(dǎo)電薄膜，其是由摻雜氟的二氧化錫或氧化鋅摻硼構(gòu)成。
23.如權(quán)利要求19所述的薄膜太陽(yáng)能電池，其特征在于，所述I型非晶硅層的厚度為2300 埃。
24.如權(quán)利要求19所述的薄膜太陽(yáng)能電池，其特征在于，所述I型短程有序非晶硅層的厚度為200埃。
25.如權(quán)利要求19所述的薄膜太陽(yáng)能電池，其特征在于，所述I型非晶硅層占所述I型層的厚度比例為92%，所述I型短程有序非晶硅層占所述I型層的厚度比例為8%。
26.如權(quán)利要求25所述的薄膜太陽(yáng)能電池， 其特征在于，所述I型短程有序非晶硅層占所述I型層的厚度比例進(jìn)一步調(diào)整為9% 92%，而所述I型非晶硅層則相對(duì)調(diào)整為91% 8%。
27.一種薄膜太陽(yáng)能電池，其特征在于，包含: 一電極層；以及 一半導(dǎo)體層，其包含: 一 P型層，位于該電極層上； 一 I型層，包含一 I型短程有序非晶硅層以及一 I型非晶硅層，所述I型短程有序非晶硅層位于所述P型層上，所述I型非晶硅層位于所述I型短程有序非晶硅層上；以及 一 N型層,位于所述I型非晶娃層上； 其中，所述I型非晶硅層占所述I型層的厚度比例小于所述I型短程有序非晶硅層所占的比例。
28.如權(quán)利要求27所述的薄膜太陽(yáng)能電池，其特征在于，更包含一基板，所述電極層位于所述基板上。
29.如權(quán)利要求28所述的薄膜太陽(yáng)能電池，其特征在于，所述基板的材質(zhì)包含金屬或不透光的玻璃。
30.如權(quán)利要求27所述的薄膜太陽(yáng)能電池，其特征在于，所述電極層為一透明導(dǎo)電薄膜，其是由摻雜氟的二氧化錫或氧化鋅摻硼構(gòu)成。
31.如權(quán)利要求27所述的薄膜太陽(yáng)能電池，其特征在于，所述I型非晶硅層的厚度為200 埃。
32.如權(quán)利要求27所述的薄膜太陽(yáng)能電池，其特征在于，所述I型短程有序非晶硅層的厚度為2300埃。
33.如權(quán)利要求27所述的薄膜太陽(yáng)能電池，其特征在于，所述I型非晶硅層占所述I型層的厚度比例為8%，所述I型短程有序非晶硅層占所述I型層的厚度比例為92%。
34.如權(quán)利要求33所述的薄膜太陽(yáng)能電池，其特征在于，所述I型短程有序非晶硅層占所述I型層的厚度比例進(jìn)一步調(diào)整至91 % 8%，而所述I型非晶硅層則相對(duì)調(diào)整為9% 92%。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種薄膜太陽(yáng)能電池，其包含電極層及半導(dǎo)體層。半導(dǎo)體層包含P型層、I型層及N型層。P型層位于電極層上。I型層包含I型非晶硅層及I型短程有序非晶硅層，I型非晶硅層位于P型層上，I型短程有序非晶硅層位于I型非晶硅層上。N型層位于I型短程有序非晶硅層上。藉由I型短程有序非晶硅層產(chǎn)生結(jié)晶繞射現(xiàn)象，降低光裂化反應(yīng)，以提升薄膜太陽(yáng)能電池的轉(zhuǎn)換效率。
文檔編號(hào)H01L31/0376GK103187460SQ201210028190
公開(kāi)日2013年7月3日 申請(qǐng)日期2012年1月12日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月27日
發(fā)明者彭振維, 黃昭雄, 曹耀中 申請(qǐng)人:聯(lián)相光電股份有限公司