TWM587827U - 薄膜太陽能電池 - Google Patents

Abstract

本新型創作提供一種薄膜太陽能電池，其包括透明基板、太陽能電池單元、複數層絕緣層以及導電層。透明基板包括中央區域以及環繞中心區域的外圍區域。太陽能電池單元包括前電極層、光電轉換層以背電極層。前電極層設置於透明基板上。光電轉換層設置於前電極層上。背電極層設置於光電轉換層上。複數層絕緣層覆蓋背電極層且暴露部分的前電極層。複數層絕緣層至少包括依序層疊的第一絕緣層以及第二絕緣層。第一絕緣層包括無機材料，且第二絕緣層包括有機材料。導電層設置於絕緣層上且與前電極層電性連接。

Description

薄膜太陽能電池

本新型創作是有關於一種薄膜太陽能電池，且特別是有關於一種覆板型薄膜太陽能電池。

薄膜太陽能電池依照環境光的入射方向可分為覆板型（superstrate）薄膜太陽能電池以及基板型（substrate）太陽能電池。在覆板型薄膜太陽能電池中，環境光穿透透明基板後可激發光電轉換層中的半導體材料而產生多個電子-電洞對，其中電子與電洞各自藉由前電極層以及背電極層收集以產生電流。

為了將位於覆板型薄膜太陽能電池的夾層處的前電極層的電洞導出，會在背電極層上方再設置與前電極層電性連接的導電層，其中導電層藉由覆蓋背電極層的絕緣層而與背電極層電性絕緣。然而，此絕緣層所包括的材料會影響薄膜太陽能電池的轉換效率，當絕緣層包括無機材料時，其具有相對高的介電常數而可具有薄的厚度，且具有隔絕水氧能力以及減少漏電流的優點，但也因此而具有高的寄生電容；當絕緣層包括有機材料時，其具有相對低的介電常數而可具有低的寄生電容，但其隔絕水氧能力差且易受溫度影響而改變電性。

本新型創作提供一種薄膜太陽能電池，其具有經提升的轉換效率。

本新型創作的薄膜太陽能電池包括透明基板、太陽能電池單元、複數層絕緣層以及導電層。透明基板包括中央區域以及環繞中心區域的外圍區域。太陽能電池單元包括前電極層、光電轉換層以背電極層。前電極層設置於透明基板上。光電轉換層設置於前電極層上。背電極層設置於光電轉換層上。複數層絕緣層覆蓋背電極層且暴露部分的前電極層。複數層絕緣層至少包括依序層疊的第一絕緣層以及第二絕緣層。第一絕緣層包括無機材料，且第二絕緣層包括有機材料。導電層設置於絕緣層上且與前電極層電性連接。

在本新型創作的一實施例中，上述的複數層絕緣層覆蓋背電極層的頂表面以及背電極層與光電轉換層的側表面。

在本新型創作的一實施例中，上述的第一絕緣層的厚度為0.2微米~0.6微米。

在本新型創作的一實施例中，上述的第二絕緣層的厚度為2微米~4微米。

在本新型創作的一實施例中，上述的無機材料包括氮化矽（SiN _x）。

在本新型創作的一實施例中，上述的前電極層的材料包括氧化鋁鋅（AZO）、氧化鋅硼（BZO）或氧化錫（SnO ₂）。

在本新型創作的一實施例中，上述的光電轉換層的材料包括單晶矽、多晶矽、非晶矽或其組合。

在本新型創作的一實施例中，上述的背電極層的材料包括鉬鉭（MoTa）或鉬鉭與鋁的組合。

在本新型創作的一實施例中，上述的導電層的材料包括鉬鉭或鉬鉭與鋁的組合。

基於上述，本新型創作的薄膜太陽能電池藉由在背電極層與導電層之間設置有包括無機材料與有機材料的組合的複數層絕緣層，而可提高太陽能電池單元的電性，藉此以增加薄膜太陽能電池的轉換效率。

為讓本新型創作的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

現將詳細地參考本新型創作的示範性實施例，示範性實施例的實例說明於附圖中。只要有可能，相同元件符號在圖式和描述中用來表示相同或相似部分。本新型創作亦可以各種不同的形式體現，而不應限於本文中所述的實施例。圖式中的層與區域的厚度會為了清楚起見而放大。相同或相似的參考號碼表示相同或相似的元件，以下段落將不再一一贅述。另外，實施例中所提到的方向用語，例如：上、下、左、右、前或後等，僅是參考附圖的方向。因此，使用的方向用語是用來說明並非用來限制本新型創作。

圖1為本新型創作的一實施例的薄膜太陽能電池的俯視示意圖。圖2為圖1中的薄膜太陽能電池單元的一實施例的經放大得剖面示意圖。

請同時參照圖1以及圖2，本實施例的薄膜太陽能電池10包括透明基板100、太陽能電池單元200、複數層絕緣層300以及導電層400。

太陽能電池單元200例如設置於透明基板100的一側上的部分區域。詳細地說，本實施例的薄膜太陽能電池10例如是一種覆板型薄膜太陽能電池。上述的覆板型薄膜太陽能電池是意指環境光L是照射到透明基板100的未設置有太陽能電池單元200的一側，且穿透透明基板100後進入太陽能電池單元200的內部。在一實施例中，透明基板100的材料可為玻璃、透明樹脂或其他合適的透明材料。上述的透明樹脂可例如是聚對苯二甲酸乙二酯、聚萘二甲酸乙二酯、聚碳酸酯、聚醚或聚醯亞胺。在本實施例中，透明基板100的材料為玻璃。

從另一個角度來看，薄膜太陽能電池10具有中心區域10a以及外圍區域10b，如圖1所示。透明基板100例如全面性地設置在中心區域10a以及外圍區域10b中，且太陽能電池單元200亦全面性地設置在外圍區域10b中。太陽能電池單元200在中心區域10a例如以多條線狀的型態設置。需特別說明的是，儘管本實施例的薄膜太陽能電池10的型態是呈現矩形，但本新型創作並不限於此。舉例來說，本實施例的薄膜太陽能電池10的型態亦可呈現圓形或其他幾何形狀。

本實施例的薄膜太陽能電池10可應用於顯示器（未繪示）中。舉例來說，本實施例的薄膜太陽能電池10可設置於顯示面板（未繪示）的顯示面的一側，其中薄膜太陽能電池10的中心區域10a例如與顯示面板的顯示區域對應，且薄膜太陽能電池10的外圍區域10b例如與顯示面板的非顯示區域對應。基於此，薄膜太陽能電池10的中心區域10a由於大部分為透明基板100而可不阻礙顯示面板顯示的畫面。

請參照圖2，太陽能電池單元200例如包括依序層疊於透明基板100上的前電極層210、光電轉換層220以及背電極層230。

前電極層210例如設置於透明基板100上。前電極層210的形成方法例如是藉由濺鍍法形成，但本新型創作並不限於此。前電極層210的材料例如是透明導電氧化物（Transparent Conductive Oxide；TCO）。舉例來說，前電極層210的材料包括氧化鋁鋅（AZO）、氧化鋅硼（BZO）或氧化錫（SnO ₂）。在本實施例中，前電極層210的材料選用氧化鋁鋅。

光電轉換層220例如設置於前電極層210上。光電轉換層220的形成方法例如是藉由化學氣相沉積法形成，但本新型創作並不限於此。在一實施例中，光電轉換層220的材料可包括單晶矽、多晶矽或非晶矽，即，本實施例的薄膜太陽能電池10可為一種矽薄膜太陽能電池。在本實施例中，光電轉換層220的材料為非晶矽。光電轉換層220例如包括依序層疊的第一非本徵半導體層220a、本徵半導體層220b以及第二非本徵半導體層220c，其中第一非本徵半導體層220a具有第一摻雜類型，且第二非本徵半導體層220c具有第二摻雜類型。上述的第一摻雜類型與第二摻雜類型各自為P型與N型中的一者。在本實施例中，第一摻雜類型為P型，且第二摻雜類型為N型，但本新型創作並不限於此。

背電極層230例如設置於光電轉換層220上，且與第二非本徵半導體層220c接觸。背電極層230的形成方法例如是藉由濺鍍法或化學氣相沉積法形成，但本新型創作並不限於此。背電極層230的材料例如是金屬、合金或金屬氧化物。舉例來說，背電極層230的材料包括鉬鉭（MoTa）或鉬鉭與鋁的組合。在本實施例中，背電極層230的材料選用鉬鉭與鋁的組合。

在本實施例中，光電轉換層220以及背電極層230暴露出部分的前電極層210。詳細地說，光電轉換層220以及背電極層230例如為多個且分散地形成於前電極層210上。

複數層絕緣層300例如覆蓋背電極層230且暴露部分的前電極層210。詳細地說，複數層絕緣層300至少覆蓋背電極層230的頂表面以及背電極層230與光電轉換層220的側表面。複數層絕緣層300的形成方法例如是先利用物理氣相沉積法或化學氣相沉積法後再進行微影蝕刻製程而形成。舉例來說，可先利用物理氣相沉積法或化學氣相沉積法於透明基板100上依序沉積多層絕緣材料層（未繪示）。接著，於多層絕緣材料層上形成圖案化光阻層（未繪示）。之後，以圖案化光阻層為罩幕，對多層絕緣材料層進行蝕刻製程，以形成複數層絕緣層300。在一實施例中，複數層絕緣層300中的至少一層包括無機材料，且複數層絕緣層300中的至少一層包括有機材料。上述的無機材料可例如為氮化矽（SiNx）、二氧化矽（SiO ₂）或三氧化二鋁（Al ₂O ₃），且上述的有機材料可例如為並五苯（Pentacene）、二乙二醇二甲醚（DEDM）或聚醯亞胺（Polyimide）。此外，包括無機材料的複數層絕緣層300中的一層的厚度T1為0.2微米~0.6微米，且包括有機材料的所述複數層絕緣層中的另一層的厚度T2為2微米~4微米。在複數層絕緣層300中的一層包括無機材料時，其具有隔絕水氧能力以及減少漏電的優點，而在複數層絕緣層300中的另一層包括有機材料時，其因介電常數低而具有產生的寄生電容小的優點，且具有高平坦度以利後續製程的進行。

在本實施例中，複數層絕緣層300包括依序層疊的第一絕緣層310以及第二絕緣層320。第一絕緣層310例如包括氮化矽，且具有0.5微米的厚度T1。第二絕緣層320例如包括二乙二醇二甲醚（DEDM）等，且具有3微米的厚度T2。如圖2所示，第一絕緣層310與第二絕緣層320皆覆蓋背電極層230的頂表面以及背電極層230與光電轉換層220的側表面，但需注意本新型創作並不限於此。在另一實施例中，第一絕緣層310覆蓋背電極層230的頂表面以及背電極層230與光電轉換層220的側表面，而第二絕緣層320僅覆蓋背電極層230的頂表面。在又一實施例中，第一絕緣層310僅覆蓋背電極層230的頂表面，而第二絕緣層320覆蓋背電極層230的頂表面以及背電極層230與光電轉換層220的側表面。

導電層400例如設置於複數層絕緣層300上且與經複數層絕緣層300暴露的前電極層210電性連接。詳細地說，部分的導電層400會形成於複數層絕緣層300的側壁上以與前電極層210電性連接。導電層400的形成方法例如是藉由濺鍍法或化學氣相沉積法形成，但本新型創作並不限於此。導電層400的材料例如是金屬、合金或金屬氧化物。舉例來說，導電層400的材料包括鉬鉭（MoTa）或鉬鉭與鋁的組合。在本實施例中，導電層400的材料選用鉬鉭與鋁的組合。在本實施例中，導電層400形成於薄膜太陽能電池10的中心區域10a。導電層400可用於將位於中心區域10a的前電極層210蒐集的電洞進一步迅速地導出，以避免電子-電洞對再複合而降低太陽能電池單元200的轉換效率。另外，導電層400在中央區域10a內是對應於前電極層210而設置，即，導電層400的正投影實質上是落於前電極層210的區域中，因此可避免導電層400的設置而破壞薄膜太陽能電池10的中心區域10a的穿透率。

在一實施例中，薄膜太陽能電池10更包括設置於透明基板100上的保護層（未繪示），且保護層（未繪示）覆蓋導電層400。保護層（未繪示）的材料可為無機材料、有機材料或上述之組合，其限制是需為透明的材料。在本實施例中，保護層（未繪示）選用有機材料。保護層（未繪示）用於保護導電層400受外界環境的干擾。

綜上所述，本新型創作的薄膜太陽能電池藉由在背電極層與導電層之間設置有包括無機材料與有機材料的組合的複數層絕緣層，而可提高太陽能電池單元的電性，藉此以增加薄膜太陽能電池的轉換效率。此外，本新型創作的薄膜太陽能電池亦藉由在中央區域內將導電層設置於太陽能電池單元的外側可迅速地將前電極層蒐集的電洞導出，以避免大部分的電子-電洞對再次復合而提升太陽能電池單元的轉換效率。另外，本新型創作的導電層在中央區域內由於是對應於前電極層而設置而可不減小薄膜太陽能電池的中央區域具有的穿透率。

雖然本新型創作已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本新型創作，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本新型創作的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本新型創作的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。

10‧‧‧薄膜太陽能電池
10a‧‧‧中心區域
10b‧‧‧外圍區域
100‧‧‧透明基板
200‧‧‧太陽能電池單元
210‧‧‧前電極層
220‧‧‧光電轉換層
220a‧‧‧第一非本徵半導體層
220b‧‧‧本徵半導體層
220c‧‧‧第二非本徵半導體層
230‧‧‧背電極層
300‧‧‧複數層絕緣層
310‧‧‧第一絕緣層
320‧‧‧第二絕緣層
400‧‧‧導電層
L‧‧‧環境光
T1、T2‧‧‧厚度

圖1為本新型創作的一實施例的薄膜太陽能電池的俯視示意圖。
圖2為圖1中的薄膜太陽能電池單元的一實施例的經放大得剖面示意圖。

Claims (9)

1. 一種薄膜太陽能電池，包括：
   透明基板，包括中央區域以及環繞所述中心區域的外圍區域；
   太陽能電池單元，包括；
   前電極層，設置於所述透明基板上；
   光電轉換層，設置於所述前電極層上；以及
   背電極層，設置於所述光電轉換層上；
   複數層絕緣層，覆蓋所述背電極層且暴露部分的所述前電極層，其中所述複數層絕緣層至少包括依序層疊的第一絕緣層以及第二絕緣層，所述第一絕緣層包括所述無機材料，且所述第二絕緣層包括所述有機材料；以及
   導電層，設置於所述複數層絕緣層上且與所述前電極層電性連接。
2. 如申請專利範圍第1項所述的薄膜太陽能電池，其中所述複數層絕緣層覆蓋所述背電極層的頂表面以及所述背電極層與所述光電轉換層的側表面。
3. 如申請專利範圍第1項所述的薄膜太陽能電池，其中所述第一絕緣層的厚度為0.2微米~0.6微米。
4. 如申請專利範圍第1項所述的薄膜太陽能電池，其中所述第二絕緣層的厚度為2微米~4微米。
5. 如申請專利範圍第1項所述的薄膜太陽能電池，其中所述無機材料包括氮化矽（SiN _x）。
6. 如申請專利範圍第1項所述的薄膜太陽能電池，其中所述前電極層的材料包括氧化鋁鋅（AZO）、氧化鋅硼（BZO）或氧化錫（SnO ₂）。
7. 如申請專利範圍第1項所述的薄膜太陽能電池，其中所述光電轉換層的材料包括單晶矽、多晶矽、非晶矽或其組合。
8. 如申請專利範圍第1項所述的薄膜太陽能電池，其中所述背電極層的材料包括鉬鉭（MoTa）或鉬鉭與鋁的組合。
9. 如申請專利範圍第1項所述的薄膜太陽能電池，其中所述導電層的材料包括鉬鉭或鉬鉭與鋁的組合。