太阳能电池

摘要

本发明涉及一种太阳能电池，包括一第一导电层、一光电转换层以及一第二导电层。光电转换层位于第一导电层上方。光电转换层包含一硒化铜铟镓层以及一硅基材。硒化铜铟镓层接触硅基材，使硒化铜铟镓层与硅基材间形成一异质PN接面。第二导电层位于光电转换层上方。

权利要求

1.一种太阳能电池，包括：

一第一导电层，该第一导电层为一金属层；

一光电转换层，用以将一入射光转换为一电能，该光电转换层位于该第一导电层上方，且该光电转换层包含一硒化铜铟镓层以及一硅基材；以及一第二导电层，位于该光电转换层上方，其中该第一导电层及该第二导电层用以传输该电能；

一反射层；

其中：

透明的第二导电层，相对于该第一导电层，其中当该太阳能电池将太阳辐射转变为电能时，该透明的第二导电层是光入射表面；

所述硅基材，位于该第一导电层和透明的第二导电层之间；以及所述硒化铜铟镓层是置于该硅基材和该透明的第二导电层之间且与该硅基材和该透明的第二导电层接触，该硒化铜铟镓层与该硅基材间形成一异质PN接面，其中该硒化铜铟镓层具有一镓浓度分布，且该硒化铜铟镓层接触该硅基材的一侧的镓浓度小于远离该硅基材的另一侧的镓浓度。

2.如权利要求1所述的太阳能电池，其中该硒化铜铟镓层包含P型硒化铜铟镓，且该硅基材为N型硅基材。

3.如权利要求2所述的太阳能电池，其中该硅基材包含一重掺杂区域N+区域，位于该硅基材的邻近该第一导电层的一表面。

4.如权利要求1所述的太阳能电池，其中该光电转换层不包含硫化镉。

5.如权利要求1所述的太阳能电池，其中该硒化铜铟镓层包含N型硒化铜铟镓，且该硅基材为P型硅基材。

6.如权利要求5所述的太阳能电池，其中该硅基材包含一重掺杂区域P+区域，位于该硅基材的邻近该第一导电层的一表面。

7.如权利要求1所述的太阳能电池，其中该硒化铜铟镓层的厚度为0.1μm至5μm。

说明书

太阳能电池

技术领域

[0001] 本发明是有关于一种太阳能电池。

背景技术

[0002] 太阳能似乎是一种用之不竭的能源，因此太阳能的相关研究引起许多注意。太阳能电池便是为了将太阳能直接转换成电能而开发的装置。

[0003] 近年来，硒化铜铟镓薄膜太阳能电池受到极大关注，因为硒化铜铟镓(Copper indium gallium(di)selenide，CIGS)薄膜具有较佳的光电转换效率。CIGS薄膜必须与一N型半导体材料搭配并形成一PN接面，才能成为太阳能电池。在目前的技术中，以硫化镉(CdS)搭配CIGS的光电转换效率最高。但是，硫化镉却是污染性极高的材料，许多国家不允许使用硫化镉。因此，也造成CIGS薄膜太阳能电池的应用受到很大的限制。

[0004] 有鉴于此，目前亟需一种改良的太阳电池，期能具有高的光电转换效率，并能符合环境保护的要求。

发明内容

[0005] 本发明的一目的是提供一种太阳能电池，俾能具有高光电转换效率以及高开路电压。

[0006] 本发明的另一目的是提供一种太阳能电池，其中不包含硫化镉的高污染性物质。

[0007] 本发明的再一目的是提供一种太阳能电池，俾能在高温下维持较佳的光电转换效率。

[0008] 此太阳能电池包括一第一导电层、一光电转换层以及一第二导电层。光电转换层用以将光线转换为电能。光电转换层位于第一导电层上方。光电转换层包含一硒化铜铟镓层以及一硅基材。硒化铜铟镓层接触硅基材，使硒化铜铟镓层与硅基材间形成一异质PN接面。第二导电层位于光电转换层上方。第一及第二导电层用以传输电能。

[0009] 本发明的优点在于：本发明的太阳能电池的光电转换层中不包含高污染性的硫化镉，因此该太阳能电池能够广泛地被应用；本发明的另一特征是硒化铜铟镓层接触硅基材而形成异质PN接面，该异质PN接面可使太阳能电池具有较小的反向饱和电压以及更高的开路电压，从而使得太阳能电池的漏电损失降低且具有较佳的光电转换效率。

附图说明

[0010] 为让本发明的上述和其它目的、特征、优点与实施例能更明显易懂，所附附图的说明如下：

[0011] 图1A绘示本发明一实施方式的太阳能电池的剖面示意图；

[0012] 图1B绘示本发明一实施方式的太阳能电池的剖面示意图；

[0013] 图2绘示本发明一实施方式的太阳能电池与已知技术的CIGS太阳能电池的电流密度与电压的关系曲线图；

[0014] 图3绘示本发明三个实施例的太阳能电池的电流密度与电压的关系曲线图；

[0015] 其中，主要元件符号说明：

[0016] 100：太阳能电池 110：第一导电层

[0017] 120：光电转换层 122：硒化铜铟镓层

[0018] 123：接面 124：硅基材

[0019] 126：重掺杂区域 130：第二导电层

[0020] 140：反射层 142：接触窗

[0021] 150：辅助电极 H：厚度。

具体实施方式

[0022] 为了使本揭示内容的叙述更加详尽与完备，下文针对了本发明的实施态样与具体实施例提出了说明性的描述；但这并非实施或运用本发明具体实施例的唯一形式。以下所揭露的各实施例，在有益的情形下可相互组合或取代，也可在一实施例中附加其它的实施例，而无须进一步的记载或说明。

[0023] 在以下描述中，将详细叙述许多特定细节以使读者能够充分理解以下的实施例。然而，可在无此等特定细节的情况下实践本发明的实施例。在其它情况下，为简化图式，熟知的结构与装置仅示意性地绘示于图中。

[0024] 图1A绘示本发明一实施方式的太阳能电池100的剖面示意图。太阳能电池100包括第一导电层110、光电转换层120以及第二导电层130。

[0025] 光电转换层120位于第一导电层110与第二导电层130之间，并且电性连接第一导电层110以及第二导电层130。光电转换层120可将光线转换为电能，所产生的电能经由第一导电层110以及第二导电层130传输至一外部负载装置(未绘示)。

[0026] 光电转换层120包含硒化铜铟镓层122以及硅基材124。硒化铜铟镓层122接触硅基材124，使硒化铜铟镓层122与硅基材124间形成一异质PN接面123。

[0027] 根据本发明的一实施例，光电转换层120中不包含硫化镉。在已知技术中，通常会形成一硫化镉层于硒化铜铟镓层122上，用以形成PN接面。但是，硫化镉具有极高的污染性，很多国家不允许使用硫化镉。因此，根据本发明的实施方式的太阳能电池，能够广泛地被应用。

[0028] 本发明的另一特征是硒化铜铟镓层122接触硅基材124而形成异质PN接面123。硒化铜铟镓与硅所形成的异质PN接面，可使太阳能电池100具有较小的反向饱和电压(reverse saturation current)以及更高的开路电压(open-circuit voltage)。较小的反向饱和电压可使太阳能电池的漏电损失降低。高的开路电压可使太阳能电池具有较佳的光电转换效率。

[0029] 硒化铜铟镓层122可为P型硒化铜铟镓或N型硒化铜铟镓。在硒化铜铟镓层122为P型硒化铜铟镓的实施方式中，硅基材124为N型硅基材124。硅基材124可包含一重掺杂区域126。重掺杂区域126位在硅基材124邻近第一导电层110的表面附近。在此实施方式中，重掺杂区域126为N+重掺杂区域(N+region)，用以提高太阳能电池100的内建电场。因此，重掺杂区域126亦可称为表面电场层。在另一实施方式中，硒化铜铟镓层122为N型硒化铜铟镓，且硅基材124为P型硅基材124。在此实施方式中，重掺杂区域126为P+重掺杂区域，重掺杂区域126位在硅基材124邻近第一导电层110的表面附近。

[0030] 上述硅基材124可例如为单晶硅晶图或成长于其它基板上的单晶硅、多晶硅或非晶硅。硅基材124的厚度可例如为约100至约500μm。

[0031] 在一实施方式中，硒化铜铟镓层122在厚度方向上具有一镓浓度分布。例如，在硒化铜铟镓层122接触硅基材124的一侧，硒化铜铟镓层122中的镓浓度较小。反之，在远离硅基材124的另一侧，硒化铜铟镓层122中的镓浓度较高，如图1A所示。本案发明人发现，虽然硒化铜铟镓层122中的镓浓度越高，可使开路电压提高。不过，在某些实施方式中，却可能同时导致太阳能电池100的温度系数降低。换言之，会造成太阳能电池在高温下的光电转换效率大幅下降，而导致太阳能电池整体效率降低。因此，在本实施方式中，硒化铜铟镓层122具有一镓浓度分布，以降低温度对于太阳能电池效率的影响程度。从而，使太阳能电池不但在常温下具有较高光电转换效率，并且在高温下维持这样的效率。硒化铜铟镓层122的镓元素成分比例可例如为镓元素/(镓元素+铟元素)比例约0.2至0.9。

[0032] 硒化铜铟镓层122与硅基材124两者都具有光电转换的特性。因此，当光线穿透硒化铜铟镓层122时，未被硒化铜铟镓层122吸收的光线，可再被硅基材124吸收并被转换成电能。因此，根据本发明的实施方式，具有极高的光电转换效率。

[0033] 可使用共蒸镀、溅镀、印刷或其它制造方法在硅基材124上形成硒化铜铟镓层122。在一实施例中，硒化铜铟镓层122的厚度H为约0.1μm至约5μm，明确地为约0.1μm至约2μm，更明确地为约0.1μm至约1μm。因此，相较于已知技术，根据本发明的实施方式，可具有较小的硒化铜铟镓层厚度。

[0034] 第一导电层110及第二导电层130分别配置于光电转换层120的两侧，用以传输光电转换层120所产生的电能。具体而言，光电转换层120位于第一导电层110上方，第二导电层130位于光电转换层120上方。第一导电层110及第二导电层130可藉由各种物理气象沉积技术来形成。

[0035] 在图1A绘示的实施方式中，光线由第二导电层130的一侧进入太阳能电池100。因此，第二导电层130为一透明导电层，其可例如为氧化铟锡、氧化锌、氧化锡或氧化锌镁等材料所制成。第二导电层130的厚度可例如为约50至约100nm。第一导电层110为一金属层，其可例如为铝或银等金属所制成。

[0036] 硒化铜铟镓层122可配置在硅基材124的上方或下方。在一实施例中，铟镓层122位于第二导电层130与硅基材124之间，如图1A所示。在另一实施例中，如图1B所示，硒化铜铟镓层122可位于第一导电层110与硅基材124之间。

[0037] 在一实施方式中，太阳能电池100可更包括有一反射层140，如图1A所示。反射层140位于光电转换层120的下方，用以反射未被吸收的光线，例如波长较长的光线。在一实例中，反射层140并非金属材料所制成。例如，反射层140可为氧化铟锡、氧化铟钨、或氧化锌掺杂铝或镓等导电氧化物所制成。反射层140也可利用非导电材料来制造，例如氧化硅。
在反射层140为非导电材料的实施方式中，反射层140可具有多个接触窗142，使第一导电层110能够经由接触窗142电性连接至光电转换层120。

[0038] 在又一实施方式中，太阳能电池100可更包括有一辅助电极150，如图1A所示。辅助电极150位于第二导电层130上，且为图案化的电极。例如，辅助电极150可具有一矩阵形状图案(网格线状图案)。辅助电极150可例如为铝或银等高导电率的金属材料所制成。

[0039] 在一实施方式中，太阳能电池100的硅基材124其与第一导电层110接触的一侧，更可利用布植或是扩散的方式，使其具有更高浓度的重掺杂区域而形成背后电场(图未示)，其中该背后电场位于硅基材124与第一导电层110之间。

[0040] 图2绘示本发明一实施方式的太阳能电池100与已知技术的CIGS太阳能电池的电流密度与电压的关系曲线图。在图2中，曲线A表示已知技术的CIGS太阳能电池，曲线B表示本发明一实施方式的太阳能电池100。根据本发明实施方式的太阳能电池100的开路电压以及电流密度明显高于已知技术的CIGS太阳能电池。

[0041] 图3绘示本发明三个不同实施例的太阳能电池100的电流密度与电压的关系曲线图。曲线C表示硅基材124中没有重掺杂区域126的实施例。曲线D表示硅基材124中有重掺杂区域126的实施例。曲线E表示硅基材124中有重掺杂区域126，且硒化铜铟镓层122具有一镓浓度分布的实施例。由图3可知，硒化铜铟镓层具有镓浓度分布的实施例(曲线E)的开路电压以及电流密度高于其它两个实施例。

[0042] 虽然本发明已以实施方式揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何熟习此技艺者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视后附的权利要求书所界定的范围为准。