CN102479862A - 智能调控太阳能电池的光电转换效率与穿透光的方法 - Google Patents

Abstract

本发明是关于一种智能调控太阳能电池的光电转换效率与穿透光的方法，该方法是先提供包括透明基板、第一电极、第二电极、第一导电型半导体层、第二导电型半导体层、本质层、红外光转换层以及半透明金属层；之后，调整半透明金属层的厚度，以控制太阳能电池的光电转换效率与穿透光。本发明可以提高太阳能电池的光电转换效率。

Description

智能调控太阳能电池的光电转换效率与穿透光的方法

技术领域

本发明涉及的调控太阳能电池的方法，特别是涉及一种智能调控太阳能电池的光电转换效率(photoelectric conversion efficiency，PCE)与穿透光的方法。方法。

背景技术

太阳能是一种干净无污染而且取之不尽用之不竭的能源，在解决目前石化能源所面临的污染与短缺的问题时，一直是最受瞩目的焦点。由于太阳能电池可直接将太阳能转换为电能，因此成为目前相当重要的研究课题。

硅基太阳电池为业界常见的一种太阳能电池。硅基太阳能电池的原理是将第一导电型半导体与第二导电型半导体相接合，以形成p-n接面。当太阳光照射到具有此p-n结构的半导体时，光子所提供的能量可把半导体中的电子激发出来而产生电子-电洞对。电子与电洞均会受到内建电位的影响，使得电洞往电场的方向移动，而电子则往相反的方向移动。如果以导线将此太阳能电池与负载(load)连接起来，则可形成一个回路(loop)，并可使电流流过负载，此即为太阳能电池发电的原理。

随着环保意识抬头，节能减碳的概念逐渐受众人所重视，再生能源的开发与利用成为世界各国积极投入发展的重点。目前，太阳能电池的关键问题在于其光电转换效率的提升，而能够提升太阳能电池的光电转换效率即意味着产品竞争力的提升。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种智能调控太阳能电池的光电转换效率与穿透光的方法，使其可藉由调整太阳能电池中的半透明金属层的厚度来控制太阳能电池的光电转换效率与穿透光。

为了实现上述目的，依据本发明提出一种智能调控太阳能电池的光电转换效率与穿透光的方法。此方法是先提供包括透明基板、第一电极、第二电极、第一导电型半导体层、第二导电型半导体层、本质层(intrinsiclayer)、红外光转换层(infrared light conversion laycr)以及半透明(translucent)金属层；第一电极配置于透明基板上；第二电极配置于第一电极与透明基板之间；第一导电型半导体层配置于第一电极与第二电极之间；第二导电型半导体层配置于第一导电型半导体层与第一电极之间；本质层配置于第一导电型半导体层与第二导电型半导体层之间；红外光转换层配置于第二导电型半导体层与第一电极之间，用以将红外光转换为可见光。半透明金属层配置于红外光转换层与第一电极之间。之后，调整半透明金属层的厚度，以控制太阳能电池的光电转换效率与穿透光。

本发明还可采用以下技术措施进一步实现。

前述的智能调控太阳能电池的光电转换效率与穿透光的方法，其中所述的红外光转换层的材料例如为稀土(rare earth)元素。

前述的智能调控太阳能电池的光电转换效率与穿透光的方法，其中所述的稀土元素例如为镧(La)系元素。

前述的智能调控太阳能电池的光电转换效率与穿透光的方法，其中所述的可见光例如为绿光或蓝绿混光。

前述的智能调控太阳能电池的光电转换效率与穿透光的方法，其中所述的半透明金属层的厚度例如介于2nm至25nm之间。

前述的智能调控太阳能电池的光电转换效率与穿透光的方法，其中所述的半透明金属层的材料例如为铝或过渡金属(transition metal)。

前述的智能调控太阳能电池的光电转换效率与穿透光的方法，其中所述的调整半透明金属层的厚度例如是增加半透明金属层的厚度，以增加光电转换效率以及减少穿透光。

前述的智能调控太阳能电池的光电转换效率与穿透光的方法，其中所述的调整半透明金属层的厚度例如是减少半透明金属层的厚度，以增加穿透光。

前述的智能调控太阳能电池的光电转换效率与穿透光的方法，其中所述的调整半透明金属层的厚度例如是增加或减少半透明金属层的厚度，以控制穿透光的颜色。

综上所述，本发明的智能调控太阳能电池的光电转换效率与穿透光的方法是先提供包括透明基板、第一电极、第二电极、第一导电型半导体层、第二导电型半导体层、本质层、红外光转换层以及半透明金属层；之后，调整半透明金属层的厚度，以控制太阳能电池的光电转换效率与穿透光。

本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益效果。借由上述技术方案，本发明的智能调控太阳能电池的光电转换效率与穿透光的方法，至少具有下列优点：

一、基于上述，本发明可藉由增加半透明金属层的厚度，增加由红外光转换层转换所形成的可见光反射至本质层的量，以提高太阳能电池的光电转换效率，以及减少穿透光。

二、此外，本发明可藉由减少半透明金属层的厚度，减少由红外光转换层转换所形成的可见光在太阳能电池内部的反射量，以增加穿透光的量。

三、另外，本发明可藉由增加或减少半透明金属层的厚度来控制由红外光转换层转换所形成的绿光或蓝绿混光穿透太阳能电池的量，以控制穿透光的颜色。

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附图式作详细说明如下。

附图说明

图1是本发明智能调控太阳能电池的光电转换效率与穿透光的方法的较佳实施例的步骤流程图。

图2是本发明实施例的太阳能电池的剖视示意图。

100～102：步骤             20：太阳能电池

200：透明基板              202、204：电极

206：第一导电型半导体层    208：第二导电型半导体层

210：本质层                212：红外光转换层

214：半透明金属层          216：太阳光

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的智能调控太阳能电池的光电转换效率与穿透光的方法其具体实施方式、步骤、结构、特征及其功效详细说明。

图1是本发明智能调控太阳能电池的光电转换效率与穿透光的方法的较佳实施例的步骤流程图。是本发明实施例的太阳能电池的剖视示意图。请同时参照图1与图2所示，本发明较佳实施例的智能调控太阳能电池的光电转换效率与穿透光的方法：首先，在步骤100中，提供太阳能电池20，太阳能电池20包括透明基板200、电极202、电极204、第一导电型半导体层206、第二导电型半导体层208、本质层210、红外光转换层212以及半透明金属层214；之后，在步骤102中，调整半透明金属层214的厚度

该透明基板200的材料例如为玻璃。电极202配置于透明基板200上。电极202的材料例如为透明导电氧化物。上述的透明导电氧化物可以是铟锡氧化物(indium tin oxide，ITO)、氧化铝锌(Al doped ZnO，AZO)、铟锌氧化物(indium zinc oxide，IZO)或其他透明导电材料。电极204配置于电极202与透明基板200之间。电极204的材料例如为透明导电氧化物(例如铟锡氧化物、氧化铝锌、铟锌氧化物或其他透明导电材料)。

该第一导电型半导体层206配置于电极202与电极204之间。第一导电型半导体层206的材料例如为非晶硅或微晶硅。第二导电型半导体层208配置于第一导电型半导体层206与电极202之间。第二导电型半导体层208的材料例如为非晶硅或微晶硅。本质层210配置于第一导电型半导体层206与第二导电型半导体层208之间，用以作为光产生电子-电洞对的主要区域。本质层210的材料例如为非晶硅。在一实施例中，第一导电型半导体层206例如为p型半导体层，而第一导电型半导体层206中所掺杂的材料例如是选自元素周期表中IIIA族元素的群组，其可以是硼(B)、铝(Al)、镓(Ga)、铟(In)或铊(Tl)；第二导电型半导体层208例如为n型半导体层，而第二导电型半导体层208中所掺杂的材料例如是选自元素周期表中VA族元素的群组，其可以是磷(P)、砷(As)、锑(Sb)或铋(Bi)。当然，在另一实施例中，第一导电型半导体层206也可以是n型半导体层，而第二导电型半导体层208则为p型半导体层。

该红外光转换层212配置于第二导电型半导体层208与电极202之间，用以将红外光转换为可见光。红外光转换层212的材料例如为稀土元素，例如镧系元素。详细地说，对于一般的太阳能电池来说，当太阳光照射至太阳能电池时，由于以非晶硅为材料的本质层无法吸收太阳光中的红外光(其在太阳光中约占50％)，因此红外光会直接穿过太阳能电池而无法被利用，使得太阳能电池的光电转换效率无法大幅度地提升。然而，在本实施例中，当太阳光216穿过透明基板200而照射至红外光转换层212时，红外光转换层212可将太阳光216中无法被太阳能电池所利用的红外光转换为可被太阳能电池所利用的可见光。

此外，半透明金属层214配置于红外光转换层212与电极202之间。半透明金属层214的材料例如为铝或过渡金属。半透明金属层214的厚度例如介于2nm至25nm之间。当太阳光216中无法被太阳能电池所利用的红外光被红外光转换层212转换为可被太阳能电池所利用的可见光之后，经由半透明金属层214的反射可进入本质层210。由于本质层210对于可见光具有较佳的吸收率，因此当太阳光216中的红外光被红外光转换层212转换为可见光且藉由半透明金属层214反射进入本质层210时，与一般的太阳能电池相比，可以增加照射至本质层210的可见光的量，因而提升了太阳能电池20的光电转换效率。

此外，相对于其他颜色的可见光来说，由于太阳能电池20中的本质层是以非晶硅为材料，而非晶硅材料对于绿光与蓝绿混光具有较佳的吸收率(对于绿光具有最佳的吸收率)，因此可以藉由调整红外光转换层212中稀土元素的种类、组成比例等来将太阳光216中的红外光转换为绿光或蓝绿混光，以进一步地提升太阳能电池20的光电转换效率。

在本文中，调整半透明金属层214的厚度即表示对太阳能电池20提供具有不同厚度的半透明金属层214，只要半透明金属层214介于2nm至25nm之间即可。详细地说，经由调整半透明金属层214的厚度可调整半透明金属层214的透明度。当半透明金属层214的厚度越薄时，则半透明金属层214的透明度越高，且其具有较高的光穿透率；当半透明金属层214的厚度越厚时，则半透明金属层214的透明度越低，且其具有较高的光反射率。

举例来说，藉由增加半透明金属层214的厚度，可以增加太阳能电池20的光电转换效率以及减少穿透太阳能电池20的光线。由于半透明金属层214的厚度增加，使得半透明金属层214的光反射率提高，因此当太阳光216中的红外光被红外光转换层212转换为可见光之后，大量的可见光可被半透明金属层214反射至本质层210，因而提高了太阳能电池20的光电转换效率。

此外，藉由调整半透明金属层214的厚度，也可以控制穿透太阳能电池20的光线。举例来说，藉由增加半透明金属层214的厚度可减少穿透太阳能电池20的光线，而减少半透明金属层214的厚度则可以增加穿透太阳能电池20的光线。换句话说，藉由调整半透明金属层214的厚度可以达到控制穿透太阳能电池20的光线强度的效果，以符合使用者的需求。

另外，藉由调整半透明金属层214的厚度除了可以达到控制穿透太阳能电池20的光线强度之外，还可以进一步地控制穿透太阳能电池20的光线颜色。举例来说，当太阳光216中的红外光被红外光转换层212转换为绿光或蓝绿混光之后，藉由调整半透明金属层214的厚度可以控制绿光或蓝绿混光的穿透量。因此，若将太阳能电池20应用于建筑设计中，则可以视实际需求来控制绿光或蓝绿混光的穿透量，以呈现出含有不同程度的绿光或蓝绿混光的光线。此外，藉由减少半透明金属层214的厚度，则可将太阳能电池20应用于需要较多绿光或蓝绿混光的农业或花卉产业，以助于农作物与花卉的培养。

虽然本发明已以实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明之精神和范围内，当可作些许之更动与润饰，仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (9)

1.一种智能调控太阳能电池的光电转换效率与穿透光的方法，其特征在于其包括以下步骤：

提供一太阳能电池，该太阳能电池包括：一透明基板；一第一电极，配置于该透明基板上；一第二电极，配置于该第一电极与该透明基板之间；一第一导电型半导体层，配置于该第一电极与该第二电极之间；一第二导电型半导体层，配置于该第一导电型半导体层与该第一电极之间；一本质层，配置于该第一导电型半导体层与该第二导电型半导体层之间；一红外光转换层，配置于该第二导电型半导体层与该第一电极之间，用以将红外光转换为一可见光；及一半透明金属层，配置于该红外光转换层与该第一电极之间；以及

调整该半透明金属层的厚度，以控制该太阳能电池的一光电转换效率与一穿透光。

2.根据权利要求1所述的智能调控太阳能电池的光电转换效率与穿透光的方法，其特征在于其中所述的红外光转换层的材料包括一稀土元素。

3.根据权利要求2所述的智能调控太阳能电池的光电转换效率与穿透光的方法，其特征在于其中所述的稀土元素包括镧系元素。

4.根据权利要求1所述的智能调控太阳能电池的光电转换效率与穿透光的方法，其特征在于其中所述的可见光包括绿光或蓝绿混光。

5.根据权利要求1所述的智能调控太阳能电池的光电转换效率与穿透光的方法，其特征在于其中所述的半透明金属层的厚度介于2nm至25nm之间。

6.根据权利要求1所述的智能调控太阳能电池的光电转换效率与穿透光的方法，其特征在于其中所述的半透明金属层的材料包括铝或过渡金属。

7.根据权利要求1所述的智能调控太阳能电池的光电转换效率与穿透光的方法，其特征在于其中所述的调整该半透明金属层的厚度包括增加该半透明金属层的厚度，以增加该光电转换效率以及减少该穿透光。

8.根据权利要求1所述的智能调控太阳能电池的光电转换效率与穿透光的方法，其特征在于其中所述的调整该半透明金属层的厚度包括减少该半透明金属层的厚度，以增加该穿透光。

9.根据权利要求1所述的智能调控太阳能电池的光电转换效率与穿透光的方法，其特征在于其中所述的调整该半透明金属层的厚度包括增加或减少该半透明金属层的厚度，以控制该穿透光的颜色。

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