TWI440193B - 太陽能電池裝置 - Google Patents

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Mei Ching Chiang
Hsiang Chuan Chen
Jen You Chu
yi ping Chen
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Description

太陽能電池裝置
本發明係關於太陽能電池裝置的製作，且特別係關於具有較佳光散射特性之透明導電薄膜之一種太陽能電池裝置及其製造方法。
近年來透明導電薄膜的應用領域及需求量不斷地擴大，其不僅應用於如平面顯示面板(Fat Display Panel)中的液晶顯示器(Liquid Crystal Display)、電致發光顯示面板(Electro Luminescence Panel)、電漿顯示面板(Plasma Display Panel)、場發射顯示器(Field Emission Display)、觸控式面板等顯示裝置方面，其亦應用於如太陽能電池之其他電子產品的應用。
第1圖為一剖面圖，顯示了於一習知太陽能電池裝置內之透明導電薄膜的應用情形。如第1圖所示，在此太陽能電池裝置係繪示為一矽薄膜太陽能電池(silicon thin film solar cell)裝置100，包括依序堆疊於玻璃基板102上之氟摻雜之氧化錫(fluorine doped tin oxide,FTO)材質之透明導電層104、非晶矽薄膜(amorphous silicon thin film)光電轉換元件150與電極層112等主要構件。在此，非晶矽薄膜光電轉換元件150包括依序堆疊設置於透明導電層104上之一p型非晶矽層106、一本徵(intrinsic)非晶矽層108與一n型非晶矽層110等構件。
請參照第1圖，雖然透明導電層104採用具有良好的光捕獲特性之氟摻雜之氧化錫材質，然而由於透明導電層104所採用之氟摻雜之氧化錫材質的表面型態係屬於平面型態，故當來自於玻璃基板102外如太陽光之入射光180入射並穿透玻璃基板102與透明導電層104後，其中較多之光分量將直接入射並穿透非晶矽薄膜光電轉換元件150而非為於其內產生光電反應，因而影響了非晶矽薄膜光電轉換元件150對於入射光180的光使用率。
因此，便需要一種具有較佳散射性質之透明導電層，以提升太陽能電池裝置對於入射光之光使用率。
有鑑於此，本發明提供了一種太陽能電池裝置，以解決上述習知問題。
依據一實施例，本發明提供了一種太陽能電池裝置，包括：一透明基板；一透明導電層，設置於該透明基板之上，其中該透明導電層包括鋰與氟共摻雜之氧化錫材料，且該透明導電層包括複數個多面體晶粒，該些多面體晶粒具有介於60-95%之多面體晶粒分佈密度；一光電轉換元件，設置於該透明導電層之上；以及一電極層，設置於該光電轉換元件之上。
為了讓本發明之上述和其他目的、特徵、和優點能更明顯易懂，下文特舉一較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：
本發明之實施例將藉由下文並配合第2-7圖加以解說。
請參照第2-5圖，顯示了依據本發明一實施例之太陽能電池裝置之製造方法。
請參照第2圖，首先提供一透明基板202，例如一玻璃基板、高分子膜片基板或一軟性基板。接著，施行一薄膜沈積程序204，以於透明基板202上形成透明導電膜層206。薄膜沈積程序204例如為化學噴霧程序或大氣化學合成程序，其施行溫度約介於360~460 ℃，而所形成之透明導電層206之材質例如為鋰與氟共摻雜之氧化錫(lithium and fluorine co-doped tin oxide,Li-F:SnO2 )，其內之鋰摻雜濃度約介於0.2~2.3 at%以及氟摻雜濃度約介於0.2~2.5 at%，且較佳地其內之鋰摻雜濃度約介於0.2~1.0 at%以及氟摻雜濃度約介於0.5~1.0 at%。在此，藉由薄膜沈積程序204所形成之透明導電層206係由形成於透明基板202表面上之數個多面體晶粒206a所組成，因而具有凹凸不平之非平面型態而非習知氟摻雜之氧化錫材料的平面型態。而於透明導電層206中之此些多面體晶粒206a具有介於60-95%之一多面體晶粒分佈密度，其中上述多面體晶粒分佈密度係定義為透明導電層206內單位面積中多面體晶粒206a所佔面積的比例。
請參照第3圖之示意圖，顯示了構成透明導電層206之一多面體晶粒206a之放大情形。如第3圖所示，在此多面體晶粒206a具有n個側邊表面210以及垂直於透明基板202表面之法線208，其中n不少於3，側邊表面210與透明基板202之表面之間具有介於45°~60°之一夾角ψ，以及多面體晶粒內之法線208與其各側邊表面210間具有介於0°~45°之一夾角θ。而多面體晶粒206a之底面則具有介於100~2000 nm徑長W，以及具有介於300~1000 nm之膜厚H。
於一實施例中，當採用化學噴霧程序形成透明導電層204時，可於介於200℃~650℃之溫度下利用如震盪頻率介於1.5KHz~2.6MHz之霧化器或具有小於10微米開口之精密噴嘴將混有如空氣、氧氣、氮氣之載氣與如Sn(OH)4 、NH4 F、LiF、Li(OH)等反應氣體之混合氣體所產生之尺寸介於5~15微米之霧滴形成經加熱之透明基板202上，進而形成了由數個多面體晶粒所組成之透明導電層204。
由於透明導電層206係由數個多面體晶粒206a所組成，因而呈現出非平面之非平坦表面，因此具有約介於20~60%之較高霧度(haze level)。由透明導電層206內多面體晶粒206a有利於散射入射至太陽能電池裝置內之入射光(未顯示)至後續膜層之中，以提升進入其內光電轉換元件之光分量並提升其光電轉換效率。於一實施例中，藉由BRDF(Bi-directional Reflectance Distribution Function)量測法的量測，薄膜沈積程序204所得到之由數個多面體晶粒206a所組成之透明導電層206具有介於40°~80°之光場分佈角(α)，較佳地為45°~60°之光場分佈角。
請照第4圖，接著施行一薄膜沈積程序(未顯示)以於第2圖所示結構之透明導電層206上形成光電轉換元件218。在此，光電轉換元件218係繪示為一非晶矽p-i-n光電結構，但並不以此結構加以限定本發明，其亦可採用如染料敏化太陽電池(Dye Sensitized Solar Cell，DSSC)、微晶矽(Nanocrystalline silicon)、多層堆疊(Tandem)之其他形態之光電結構。於上述薄膜沈積程序中首先順應地形成一p型非晶矽層212於透明導電層206上，接著順應地形成一本徵(intrinsic，即未經摻質摻雜)非晶矽層214於p型非晶矽層212上，接著順應地形成一n型非晶矽層216於本徵非晶矽層214上。如第4圖所示，由於透明導電層206具有凹凸不平之非平坦表面型態，因此順應地形成於透明導電層206上之p型非晶矽層212、本徵非晶矽層214以及n型非晶矽層216之表面亦呈現凹凸起伏之非平坦表面型態。薄膜沈積程序可於同一製程機台內完成，而構成光電轉換元件218之三個膜層可臨場地於薄膜沈積時完成特定電性摻質之摻雜而不需要施行額外之離子佈植步驟，因而可簡化光電轉換元件218之製程。在此，形成光電轉換元件218之薄膜沈積程序例如為電漿加強型化學汽相沈積法。
請參照第5圖，接著施行一薄膜沈積程序(未顯示)以於第4圖所示結構內之光電轉換元件218上坦覆地形成電極層220。在此，薄膜沈積程序例如為濺鍍法，而電極層220之材質則例如為鋁(Al)、鈦(Ti)、鉬(Mo)或銀(Ag)。如第5圖所示，製程至此，便大體完成了一太陽能電池裝置200的製備，來自於外界之入射光250則可穿過透明基板202與透明導電層206後抵達光電轉換元件218處進行生電反應。
於本實施例中，太陽能電池裝置200係應用了包括由數個多面體晶粒206a所構成之透明導電層206，其內所使用之多面體晶粒將可散射進入並穿透透明基板202之入射光250，進而提升進入光電轉換元件218的進光量，因而有助於提升光電轉換元件218對於入射光250的光利用率，此種新型結構之透明導電層將可以提升太陽能電池裝置之元件效能。
請參照第6-7圖，顯示了依據本發明另一實施例之太陽能電池裝置之製造方法。在此，本實施例係由修改如第2-5圖所示之實施例所得到，因此在此僅描述兩實施例間之差異處，於附圖中相同標號係代表相同之構件。
請參照第6圖，首先提供一透明基板202，例如一玻璃基板、高分子膜片基板或一軟性基板。接著，施行一薄膜沈積程序302，以於透明基板202上形成紅外光濾光層304。薄膜沈積程序302例如為化學噴霧程序或大氣化學合成程序，其施行溫度約介於200~650 ℃，而所形成之紅外光濾光層304之材質例如為鋰與氟共摻雜之氧化錫(lithium and fluorine co-doped tin oxide,Li-F:SnO2 )，其中鋰摻雜濃度約介於1.5~3.5 at%以及氟摻雜濃度約介於0.6~3.5 at%，或者為氟與鋁共摻雜之氧化鋅(fluorine and aluminum co-doped zinc oxide,F-Al:ZnO)，其中氟摻雜濃度約介於0.1~2 at%以及鋁摻雜濃度約介於1~5 at%。於一實施例中，所形成之紅外光濾光層304之厚度約介於10~2000 nm，其具有高於70%之可見光透光率、高於30%之紅外光阻絕率以及少於5%之可見光霧度，因而將穿透透明基板202之光線中之紅外線波長(介於1100~1800 nm)之光分量的穿透率降低至50%以下。在此，藉由薄膜沈積程序302所形成之紅外光濾光層304係形成於透明基板202表面上且具有平坦表面型態。
於一實施例中，當採用化學噴霧程序形成紅外光濾光層304時，可於介於200℃~650℃之溫度下利用如震盪頻率介於1.5KHz~2.6MHz之霧化器或具有小於10微米開口之精密噴嘴將混有如空氣、氧氣、氮氣之載氣與如Sn(OH)4 、NH4 F、LiF、Li(OH)等反應氣體之混合氣體所產生之尺寸介於5~80微米之霧滴形成經加熱之透明基板202上，進而形成了紅外光濾光層304。
請參照第7圖，接著則可參照如第2~5圖相關實施例之製造方法，繼續於紅外光濾光層304表面上形成透明導電層206、光電轉換元件218以及電極層220，進而完成了太陽能電池裝置300的製作。於本實施例中，太陽能電池裝置300除了具備如前述實施例中之太陽能電池裝置200所具備之提升光電轉換元件218對於入射光250之光使用率優點之外，另外藉由紅外線濾光層304的設置以避免進入太陽能電池裝置300之入射光250中紅外光波長之光分量抵達光電轉換元件218處。如此可避免因光電轉換元件218吸收了入射光250內之紅外光波段之光分量所造成之操作溫度提升的問題，因而確保了光電轉換元件218的光電轉換效率不受到操作溫度的影響而造成太陽能電池裝置生電效率的降低。此種新型結構之紅外光濾光層304有助於太陽能電池裝置之操作穩定度與使用壽命的提升。
請參照第12-13圖，顯示了依據本發明又一實施例之太陽能電池裝置之製造方法。在此，本實施例係由修改如第2-5圖所示之實施例所得到，因此在此僅描述兩實施例間之差異處，於附圖中相同標號係代表相同之構件。
請參照第12圖，首先提供一透明基板202，例如一玻璃基板、高分子膜片基板或一軟性基板，此透明基板202具有相對之兩個表面A與B。接著施行一薄膜沈積程序(未顯示)，以於透明基板202之表面A上形成一紅外光濾光層404。接著施行一薄膜沈積程序402，以於紅外光濾光層404之上形成一抗反射層406。
於一實施例中，形成紅外光濾光層404之薄膜沈積程序例如為化學噴霧程序或大氣化學合成程序，其施行溫度約介於340~650 ℃，而所形成之紅外光濾光層404之材質為經鋰、鎵、氟或銻所摻雜之氧化錫(tin oxide)材料，其中摻雜濃度約介於0.6~3.5 at%。而當紅外光濾光層404採用經氟摻雜之氧化錫時，則可選擇性地更摻雜有摻雜濃度約介於1.5~3.5 at%之鋰原子。於一實施例中，當採用化學噴霧程序形成紅外光濾光層404時，可於介於300~550 ℃之溫度下利用如震盪頻率介於1.5 KHz~2.6 MHz之霧化器或具有小於10微米開口之精密噴嘴將混有如空氣、氧氣、氮氣之載氣與如Sn(OH)4 、NH4 F、LiF、Li(OH)等反應氣體之混合氣體，以產生之尺寸介於5~80微米之霧滴形成經加熱之透明基板202上，進而形成了紅外光濾光層404。於一實施例中，所形成之紅外光濾光層404之厚度約介於100~600 nm，且較佳地約介於100~300 nm，其具有約為1.8~2.5之可見光折射率(n)、高於80%之可見光透光率、高於30%之紅外光阻絕率以及少於2%之可見光霧度，因而可將進入透明基板202之光線中之紅外線波長(波長介於1100~1800 nm)之光分量的穿透率降低至40%以下。在此，形成於透明基板202表面上之紅外線濾光層404具有平坦之表面型態。
於一實施例中，形成抗反射層406之薄膜沈積程序402例如為化學噴霧程序或大氣化學合成程序，其施行溫度約介於100~250 ℃，而所形成之抗反射層406之材質例如為二氧化矽或氟化鎂。於一實施例中，所形成之抗反射層406之厚度約介於100~180 nm，且較佳地約介於100~150 nm，其具有高於90%之可見光透光率、約為1.2~1.45之可見光折射率(n)以及少於2%之可見光霧度，抗反射層406的設置並不會影響位於其下方之紅外光濾光層404的紅外光濾光特性，且其可提升抵達並穿透透明基板202處之可見光的穿透光譜波長至90%以上。在此，藉由薄膜沈積程序402所形成於紅外光濾光層406上之抗反射層406具有平坦之表面型態。
請參照第13圖，接著則可參照如第2~5圖相關實施例之製造方法，繼續於透明基板202之另一表面B之上依序形成透明導電層206、光電轉換元件218以及電極層220等元件膜層，進而完成了太陽能電池裝置300的製作。於本實施例中，太陽能電池裝置300除了具備如前述實施例中之太陽能電池裝置200所具備之提升光電轉換元件218對於入射光250(見於第5圖)之光使用率優點之外，另外藉由紅外線濾光層404以降低進入太陽能電池裝置300之入射光250中的紅外光波長之光分量抵達光電轉換元件218處。如此可避免因光電轉換元件218吸收了入射光250內之紅外光波段之光分量所造成之操作溫度提升的問題，因而確保了光電轉換元件218的光電轉換效率不受到操作溫度的影響而造成太陽能電池裝置生電效率的降低。另外，藉由抗反射層406的設置則可提升進入太陽能電池裝置300並抵達光電轉換元件218處之入射光250(見於第5圖)中之可見光波長之光分量。在此包括紅外光濾光層404與抗反射層406之新型複合膜層結構有助於提升太陽能電池裝置之操作穩定度與使用壽命。
請參照第14圖，如第13圖所示之包括紅外光濾光層404與抗反射層406之新型複合膜層除了應用於前述太陽能電池裝置300中外，亦適用於將之整合於如第1圖所示之習知矽薄膜太陽能電池(silicon thin film solar cell)裝置100之中，藉以改善太陽能電池裝置100之操作穩定度與使用壽命的提升。在此，本實施例係由修改如第1圖所示之實施情形所得到，因此在此僅描述兩實施例間之差異處，於附圖中相同標號係代表相同之構件。
於本實施例中，複合膜層內之紅外光濾光層404與抗反射層406可依序形成於玻璃基板102上之相對於設置有氟摻雜之氧化錫(fluorine doped tin oxide,FTO)材質之透明導電層104、非晶矽薄膜(amorphous silicon thin film)光電轉換元件150與電極層112等主要構件之另一表面之上。且所使用之玻璃基板102並未以玻璃材質之基板而加以限定，其亦可為高分子膜片基板或一軟性基板之其他透明基板。同前所述，藉由紅外線濾光層404的設置可降低進入太陽能電池裝置100並抵達光電轉換元件150處之入射光180中紅外光波長之光分量。如此可避免因光電轉換元件150吸收了入射光180內之紅外光波段之光分量所造成之操作溫度提升的問題，因而確保了光電轉換元件150的光電轉換效率不受到操作溫度的影響而造成太陽能電池裝置生電效率的降低。另外，藉由抗反射層406的設置則可提升進入太陽能電池裝置100並抵達光電轉換元件150處之之入射光180中之可見光波長之光分量。上述包括紅外光濾光層404與抗反射層406之新型複合膜層有助於提升太陽能電池裝置之操作穩定度與使用壽命。
實施例：
實施例1：具多面體晶粒之透明導電層的製備
首先，提供含0.3莫耳SnCl2 ‧5H2 O之錫金屬鹽的水溶液，並於此水溶液內共摻雜0.06莫耳的NH4 F及0.09莫耳的LiCl後得到一混合水溶液。另以空氣作為載送氣體而通入一微型液滴霧化器，並藉由此微型液滴霧化器將上述混合水溶液與空氣均勻混合後藉由微型液滴霧化器而直接導入於一經加熱至400℃之玻璃材質的試片以於其上形成化學氣相沈積，進而得到了厚度約800 nm的SnO2 :Li:F(Li-FTO)透明導電層，其係由如第2圖所示之多面體晶粒所組成因而具有凹凸不平之非平面形態表面，經量測該多面體晶粒之徑長介於200-300 nm。在此，所得到之Li-FTO材質的透明導電層中Li的摻雜量約為0.3 at%以及F的摻雜量約為0.5 at%。經量測該透明導電層之光場分佈角介於45°-55°之間。藉由原子力顯微鏡(AFM)的量測，於所得到之Li-FTO材質的透明導電層內之多面體晶粒則具有約65%之一晶粒分佈密度，而附件1中則顯示了包括多面體晶粒之透明導電層的表面形貌分佈情形。
實施例2:具多面體晶粒之透明導電層的製備
首先，提供含0.3莫耳SnCl2 ‧5H2 O之錫金屬鹽的水溶液，並於此水溶液內共摻雜0.06莫耳的NH4 F及0.12莫耳的LiCl後得到一混合水溶液。另以空氣作為載送氣體而通入一微型液滴霧化器，並藉由此微型液滴霧化器將上述混合水溶液與空氣均勻混合後藉由微型液滴霧化器而直接導入於一經加熱至450℃之玻璃材質的試片以於其上形成化學氣相沈積，進而得到了厚度約850 nm的SnO2:Li:F(Li-FTO)(材質)透明導電層，其係由如第2圖所示之多面體晶粒所組成因而具有凹凸不平之非平面形態表面，經量測該多面體晶粒之徑長介於500-600nm。在此，所得到之Li-FTO材質的透明導電層中Li的摻雜量約為0.5 at%以及F的摻雜量約為0.5 at%。經量測該透明導電層之光場分佈角介於65°-75°之間。藉由原子力顯微鏡(AFM)的量測，於所得到之Li-FTO材質的透明導電層內之多面體晶粒則具有約75%之一多面體晶粒分佈密度，而附件2中則顯示了包括多面體晶粒之透明導電層的表面形貌分佈情形。
比較例1：平面形態之透明導電層的製備
首先，提供含0.3莫耳SnCl2 ‧5H2 O之錫金屬鹽的水溶液，並於此水溶液內共摻雜0.045莫耳的NH4 F後得到一混合水溶液。另以空氣作為載送氣體而通入一微型液滴霧化器，並藉由此微型液滴霧化器將上述混合水溶液與空氣均勻混合後藉由微型液滴霧化器而直接導入於一經加熱至360℃之玻璃材質的試片以於其上形成化學氣相沈積，進而得到了厚度約800nm的SnO2:Li:F(Li-FTO)透明導電層，其具有大體相似於第1圖之平面形態表面。在此，所得到之Li-FTO材質的透明導電層中F的摻雜量約為0.1 at%。藉由原子力顯微鏡(AFM)的量測，於所得到之Li-FTO材質的透明導電層內之多面體晶粒則具有少於30%之一多面體晶粒分佈密度，因而透明導電層具有近似平面形態之表面形貌，而附件3中則顯示了此平面形態之透明導電層的表面形貌分佈情形。
光反射率測試：
第8圖顯示了實施例1與2以及比較例1內之透明導電層的光反射率測試結果。藉由反射光譜法(reflectance spectroscopy)的量測可得知，實施例1與2以及比較例1內之透明導電層的光反射率會隨著Li元素的摻雜量的變化而明顯的改變，在Li元素摻雜量為0.3 at%(實施例1)與0.5 at%時(實施例2)的入射光(波長介於1200~1800 nm)反射率之最大值約為30%，但當Li的摻雜量低於0.2 at%時其入射光(波長介於1200~1800 nm)反射率則約為40-50%。
光吸收率測試：
第9圖顯示了實施例1與2以及比較例1內之透明導電層的光吸收率之測試結果。藉由吸收光譜法(absorption spectroscopy)的量測可得知，實施例1與2以及比較例1內之透明導電層的光吸收率會隨著其內Li元素的摻雜量的變化而明顯的改變，在Li元素摻雜量為0.3 at%(實施例1)與0.5 at%(實施例2)時的入射光(波長介於400~800 nm)吸收率為30%-65%，但當Li的摻雜量低於0.2 at%時其入射光(波長介於400~800 nm)吸收率約為10-50%。
實施例3：
首先，提供含有0.5莫耳的SnCl2 ‧5H2 O之錫金屬鹽的水溶液，並於此水溶液中共摻雜0.35莫耳的NH4 F及0.075莫耳的LiCl後以得到含Sn(OH)4 的水溶液，並將此含Sn(OH)4 的水溶液置於一容器內。另以空氣作為載送氣體而通入一微型液滴霧化器，並藉由此微型液滴霧化器將含Sn(OH)4 的水溶液與空氣做均勻混合後藉由微型液滴霧化器於流量為20L/min下得到一尺寸介於5~8微米之氣懸膠氣流。接著，將氣懸膠氣流直接導入於經加熱至400℃之玻璃材質的之試片以於其上形成化學氣相沈積，進而得到厚度約1000 nm的氧化錫主成份的透明的紅外光濾光層。在此，所得到之氧化錫主成份的透明紅外光濾光層中Li的摻雜量約為1.5 at%而F的摻雜量約為1.0 at%。上述微型液滴霧化器之震盪頻率為1,000 KHz。
實施例4：
首先，提供含有0.5莫耳的SnCl2 ‧5H2 O之錫金屬鹽的水溶液，並於此水溶液中共摻雜0.35莫耳的NH4 F及0.1莫耳的LiCl後以得到含Sn(OH)4 的水溶液，並將此含Sn(OH)4 的水溶液置於一容器內。另以空氣作為載送氣體而而通入一微型液滴霧化器，並藉由此微型液滴霧化器將含Sn(OH)4 的水溶液與空氣做均勻混合後藉由微型液滴霧化器於流量為20L/min下得到一尺寸介於5~8微米之氣懸膠氣流。接著，將氣懸膠氣流直接導入於經加熱至400℃之玻璃材質的之試片做化學氣相沈積，進而得到厚度約1000nm的氧化錫主成份的透明紅外光濾光層。在此，所得到之氧化錫主成份的透明紅外光濾光層中Li的摻雜量約為2.0 at%而F的摻雜量約為2.0 at%。上述微型液滴霧化器之震盪頻率為1,000 KHz。
實施例5：
首先，提供含有0.5莫耳的SnCl2 ‧5H2 O之錫金屬鹽的水溶液，並於此水溶液中共摻雜0.35莫耳的NH4 F及0.125莫耳的LiCl後以得到含Sn(OH)4 的水溶液，並將此含Sn(OH)4 的水溶液置於一容器內。另以空氣作為載送氣體而通入一微型液滴霧化器，並藉由此微型液滴霧化器將含Sn(OH)4 的水溶液與空氣做均勻混合後藉由微型液滴霧化器於流量為20L/min下得到一尺寸介於5~8微米之氣懸膠氣流。接著，將氣懸膠氣流直接導入於經加熱至400℃之玻璃材質的之試片以於其上形成化學氣相沈積，進而得到厚度約1000nm的氧化錫主成份的透明紅外光濾光層。在此，所得到之氧化錫主成份的透明紅外光濾光層中Li的摻雜量約為2.5 at%而F的摻雜量約為2.6 at%。上述微型液滴霧化器之震盪頻率為1,000 KHz。
比較例2：
首先，提供含有0.5莫耳的SnCl2 ‧5H2 O之錫金屬鹽的水溶液，並於此水溶液中共摻雜0.35莫耳的NH4 F後以得到含Sn(OH)4 的水溶液，並將此含Sn(OH)4 的水溶液置於一容器內。另以空氣作為載送氣體而通入一微型液滴霧化器，並藉由此微型液滴霧化器將含Sn(OH)4 的水溶液與空氣做均勻混合後藉由微型液滴霧化器於流量為20L/min下得到一尺寸介於5~8微米之氣懸膠氣流。接著，將氣懸膠氣流直接導入於經加熱至400℃之玻璃材質的之試片以於其上形成化學氣相沈積，進而得到厚度約1000nm的氧化錫主成份的透明紅外線隔絕膜。在此，所得到之氧化錫主成份的透明紅外線隔絕層中Li的摻雜量約為0 at%而F的摻雜量約為0.5 at%。上述微型液滴霧化器之震盪頻率為1,000 KHz。
光反射率測試：
第10圖顯示了實施例3-5以及比較例2內之紅外光濾光層的光反射率測試結果。藉由反射光譜法(reflectance spectroscopy)的量測可得知，實施例3-5以及比較例2內之紅外光濾光層的入射光反射率會隨著Li、F等元素的摻雜量的變化而明顯的改變，在Li與F元素摻雜量分別為1.5 at%與1.0 at%(實施例3)、2.0 at%與2.0 at%(實施例4)以及2.5 at%與2.6 at%(實施例5)時的入射光(波長於1600 nm)反射率之分別約為30%、35%與40%，但當Li與F的摻雜量分別為0 at%與0.5 at%(比較例2)時其入射光(波長於1600nm)反射率則約為5%。
光穿透率測試：
第11圖顯示了實施例3-5以及比較例2內之紅外光濾光層的光穿透率測試結果。藉由穿透光譜法(transmission spectroscopy)的量測可得知，實施例3-5以及比較例2內之紅外光濾光層的入射光穿透率會隨著Li、F等元素的摻雜量的變化而明顯的改變，在Li與F元素摻雜量分別為1.5 at%與1.0 at%(實施例3)、2.0 at%與2.0 at%(實施例4)以及2.5at%與2.6 at%(實施例5)時的入射光(波長於1400 nm)穿透率之分別約為30%、20%與10%，但當Li與F的摻雜量分別為0 at%與0.5 at%(比較例2)時其入射光(波長於1600nm)穿透率則約為80%。
實 施例6：
首先，提供含有0.5莫耳的SnCl2 ‧5H2 O之錫金屬鹽的水溶液，並於此水溶液中摻雜0.25莫耳的NH4 F以得到含Sn(OH)4 的水溶液，並將此含Sn(OH)4 的水溶液置於一容器內。另以空氣作為載送氣體而通入一微型液滴霧化器，並藉由此微型液滴霧化器將含Sn(OH)4 的水溶液與空氣做均勻混合後藉由微型液滴霧化器於流量為10 L/min下得到一尺寸介於10~80微米之氣懸膠氣流。接著，將氣懸膠氣流直接導入於經加熱至400℃之玻璃材質的之試片以於其上形成化學氣相沈積，進而得到厚度約500nm的氟摻雜之氧化錫主成份的透明紅外光濾光層。在此，所得到之氧化錫主成份的透明紅外光濾光層內氟的摻雜量約為1.0at%。上述微型液滴霧化器之震盪頻率為1,000 KHz。接著，採用浸鍍方法於所形成之透明紅外光濾光層之上形成厚度約為110奈米之二氧化矽薄膜，其具有約為1.3之折射率(n)。
實施例7：
首先，提供含有0.3莫耳的SnCl2 ‧5H2 O之錫金屬鹽的水溶液，並於此水溶液中摻雜0.5莫耳的NH4 F以得到含Sn(OH)4 的水溶液，並將此含Sn(OH)4 的水溶液置於一容器內。另以空氣作為載送氣體而通入一微型液滴霧化器，並藉由此微型液滴霧化器將含Sn(OH)4 的水溶液與空氣做均勻混合後藉由微型液滴霧化器於流量為20 L/min下得到一尺寸介於5~80微米之氣懸膠氣流。接著，將氣懸膠氣流直接導入於經加熱至380 ℃之玻璃材質的之試片以於其上形成化學氣相沈積，進而得到厚度約130nm的氟摻雜之氧化錫主成份的透明紅外光濾光層。在此，所得到之氧化錫主成份的透明紅外光濾光層F的摻雜量約為1.5 at%。上述微型液滴霧化器之震盪頻率為1,000 KHz。接著，採用浸鍍方法於所形成之透明紅外光濾光層之上形成厚度約為110奈米之二氧化矽材質之抗反射層，其具有約為1.3之折射率(n)。
比較例3-4：
實施情形同實施例6與7，惟於形成厚度約500nm或130nm的氟摻雜之氧化錫主成份的透明紅外光濾光層後，不再於其上形成二氧化矽材質之抗反射層。
光穿透率測試：
第15圖顯示了實施例6以及比較例3內之試樣的光穿透率測試結果。藉由穿透光譜法(transmission spectroscopy)的量測可得知，於如比較例3之試樣中，藉由紅外光濾光層的設置，可於紅外線光譜部份(例如於波長1300nm處)表現出低於40%之穿透率以及於可見光穿透光譜部份(例如於550nm處)表現出約為80%之穿透率。而於如實施例6之試樣中，藉由抗反射層的額外設置，可於紅外線光譜部份(例如於波長1300nm處)表現出幾乎不變的穿透率(亦低於40%)以及於可見光穿透光譜部份表現出較比較例3為高之穿透率(約為90%)。
另外，第16圖則顯示了實施例7以及比較例4內之試樣的光穿透率測試結果。藉由穿透光譜法(transmission spectroscopy)的量測可得知，於如比較例4之試樣中，藉由紅外光濾光層的設置，可於紅外線光譜部份(例如於波長1700nm處)表現出低於40%之穿透率以及於可見光穿透光譜部份(例如於550 nm處)表現出約為88%之穿透率。而於如實施例7之試樣中，藉由抗反射層的額外設置，可於紅外線光譜部份(例如於波長1700nm處)表現出幾乎不變的穿透率(亦低於40%)以及於可見光穿透光譜部份表現出較比較例4為高之穿透率(約為95%)。
雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
100．．．矽薄膜太陽能電池裝置
102．．．玻璃基板
104．．．氟氧化錫材質之透明導電層
106．．．p型非晶矽層
108．．．本徵非晶矽層
110．．．n型非晶矽層
112．．．電極層
150．．．光電轉換元件
180．．．入射光
200、300．．．非晶矽太陽能電池裝置
202．．．透明基板
204、402．．．薄膜沈積程序
206．．．透明導電層
206a．．．多面體晶粒
208．．．法線
210．．．側邊表面
212．．．p型非晶矽層
214．．．本徵非晶矽層
216．．．n型非晶矽層
218．．．光電轉換元件
220．．．電極層
250．．．入射光
302．．．薄膜沈積程序
304、404．．．紅外光濾光層
406．．．抗反射層
A、B．．．透明基板之表面
θ．．．多面體晶粒內之法線與其各側邊表面間之夾角
ψ．．．側邊表面與透明基板之表面的夾角
H．．．多面體晶粒之膜厚
W．．．多面體晶粒之底面徑長
第1圖為一剖面圖，顯示了一種習知太陽能電池裝置；
第2-5圖顯示了依據本發明一實施例之太陽能電池裝置之製造方法；
第6-7圖顯示了依據本發明另一實施例之太陽能電池裝置之製造方法；
第8圖顯示了依據本發明一實施例與一比較例之太陽能電池裝置內所應用之透明導電層之反射率測試結果；
第9圖顯示了依據本發明一實施例與一比較例之太陽能電池裝置內所應用之透明導電層之可見光吸收率測試結果；
第10圖顯示了依據本發明一實施例與一比較例之太陽能電池裝置內所應用之紅外光濾光層之光反射率測試結果；
第11圖顯示了依據本發明一實施例與一比較例之太陽能電池裝置內所應用之紅外光濾光層之光穿透率測試結果；
第12-13圖顯示了依據本發明另一實施例之太陽能電池裝置之製造方法；
第14圖顯示了依據本發明另一實施例之太陽能電池裝置；
第15圖顯示了依據本發明一實施例與一比較例之太陽能電池裝置內所應用之紅外光濾光層之光穿透率測試結果；以及
第16圖顯示了依據本發明一實施例與一比較例之太陽能電池裝置內所應用之紅外光濾光層之光穿透率測試結果。
200．．．非晶矽太陽能電池裝置
202．．．透明基板
206．．．透明導電層
206a．．．多面體晶粒
212．．．p型非晶矽層
214．．．本徵非晶矽層
216．．．n型非晶矽層
218．．．光電轉換元件
220．．．電極層
250．．．入射光

Claims (14)

  1. 一種太陽能電池裝置，包括：一透明基板；一透明導電層，設置於該透明基板之上，其中該透明導電層包括底面具有介於100~2000nm之徑長之複數個多晶體晶粒之鋰與氟共摻雜之氧化錫材料，且該些多面體晶粒具有介於60-95%之多面體晶粒分佈密度；一光電轉換元件，設置於該透明導電層之上；以及一電極層，設置於該光電轉換元件之上。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之太陽能電池裝置，其中該透明導電層之該鋰與氟共摻雜之氧化錫材料中之鋰摻雜量介於0.2~2.3at%以及氟摻雜量介於0.2~2.5at%。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之太陽能電池裝置，其中該透明導電層之該鋰與氟共摻雜之氧化錫材料中之鋰摻雜量介於0.2~1.0at%以及氟摻雜量介於0.5~1.0at%。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之太陽能電池裝置，其中該透明導電層具有介於40°~80°之光場分佈角。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之太陽能電池裝置，其中該透明導電層具有介於300~1000nm之厚度。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之太陽能電池裝置，更包括一紅外光濾光層，設置於該透明導電層與該透明基板之間。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之太陽能電池裝置，其中該紅外光濾光層包括鋰與氟共摻雜之氧化錫或氟與鋁共摻雜之氧化鋅。
  8. 如申請專利範圍第6項所述之太陽能電池裝置，其中該紅外光濾光層包括鋰與氟共摻雜之氧化錫，而該鋰與氟共摻雜之氧化錫內之鋰摻雜濃度約介於1.5~3.5at%以及氟摻雜濃度約介於0.6~3.5at%。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之太陽能電池裝置，更包括一紅外光濾光層與一抗反射層，依序設置於該透明基板相對於該透明導電層之一表面上，其中該抗反射層具有介於1.2-1.45之折射率。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之太陽能電池裝置，其中該紅外光濾光層包括經鋰、鎵、氟或銻摻雜之氧化錫。
  11. 如申請專利範圍第9項所述之太陽能電池裝置，其中該抗反射層包括二氧化矽、氟化鎂。
  12. 如申請專利範圍第9項所述之太陽能電池裝置，其中該紅外光濾光層具有介於100~600nm之厚度。
  13. 如申請專利範圍第9項所述之太陽能電池裝置，其中該抗反射層具有介於100-180nm之厚度。
  14. 如申請專利範圍第9項所述之太陽能電池裝置，其中該紅外光濾光層包括經氟摻雜之氧化錫，且該經氟摻雜之氧化錫更摻雜有鋰原子。
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