[发明专利]一种硅薄膜太阳能电池

说明书

技术领域

本发明涉及一种硅薄膜太阳能电池，特别是一种P-i-N半导体层内具有不同的结晶结构来达到不同能隙大小，用以提高其光的波长吸收范围。

背景技术

目前，由于国际能源短缺，世界各国一直持续研发各种可行的替代能源，其中又以太阳能发电的太阳能电池最为受到瞩目，太阳电池具有使用方便、取之不尽、用之不竭、无废弃物、无污染、无转动部份、无噪音、可阻隔辐射热、使用寿命长、尺寸可随意变化、与建筑物作结合及普及化等优点，因此利用太阳能电池作为能源的取得的方式是一种非常有效的能源取得形式。

在20世纪70年代，由美国贝尔实验室首先研制出的硅太阳能电池逐步发展起来。随着太阳能电池的发展，如今太阳能电池有多种类型，典型的有单晶硅太阳能电池、多晶硅太阳能电池、非晶硅太阳能电池、化合物太阳能电池、染料敏化太阳能电池等。

硅(Silicon)是目前通用的太阳能电池中的原料的代表，在市场上又区分为：1.单结晶硅；2.多结晶硅；3.非结晶硅。目前最成熟的工业生产制造技术和具有最大的市场占有率的是以单晶硅和非晶硅为主的光电板。原因是：一、单晶效率最高；二、非晶价格最便宜，且无需封装，生产也最快；三、多晶的切割及下游再加工较不易，而前述两种都较易于再切割及加工。为了降低成本，因而现今主要是以积极发展非晶硅薄膜太阳电池为主，但其效率上在实际应用中仍然过低。近来，有所谓的中间能带(Intermediate band)结构被提出，也就是在导带(Conduction band)与价带(Valence band)之间引进额外的能带。理论上，如果掺杂(doping)浓度高到某种程度，即掺杂原子之间的距离接近到某种程度，掺杂原子就不能再被视为是相互独立的。掺杂原子的能级互相耦合(Overlapping)，就会在导带与价带之间引进中间能带。而中间能带的引入，可以让原本能量小于能隙的不被吸收的光子，有机会被吸收，因而增加光电流。另一方面，为了保持输出电压，一般需要采用P-i-N结构，让中间能带位于纯质(intrinsic，i layer)区域。其中又以于i层中成长所谓的微晶硅(MicrocrystallineSi，μc-Si：H)或纳米晶硅(Nanocrystalline Si，nc-Si：H)结构最受到瞩目。

然而，过去并没有在单一P-i-N结构中，利用不同结晶结构来制作多能级的硅基薄膜太阳能电池。因此，有必要提出一种具有多能级的硅基薄膜太阳能电池，通过微晶硅结构，来提高其光波长的吸收范围，并增加太阳能电池的光电转换效率。

发明内容

本发明的主要目的在于，提供一种硅薄膜太阳能电池，该P-i-N半导体层内的结晶结构，可用以提高光的波长吸收范围，并增加太阳能电池的光电转换效率。

为实现上述目的，本发明公开了一种硅薄膜太阳能电池，其包含一基板；一透明导电膜；一P型半导体层；一本征(i型)半导体层；一N型半导体层以及一电极。该P型半导体层形成于该透明导电膜上，且具有镶埋纳米晶硅。该本征(i型)半导体层形成于该P型半导体层上方，且其具有镶埋微晶硅。而该N型半导体层形成于该本征(i型)半导体层上方，且其具有镶埋多晶硅。

根据本发明的一种硅薄膜太阳能电池的一特征，其中该P型半导体层内的纳米晶硅占该P型半导体层的整体比例在10％至40％之间。

根据本发明的一种硅薄膜太阳能电池的一特征，其中该P型半导体层内的纳米晶硅的结晶尺寸为1至30纳米之间。

根据本发明的一种硅薄膜太阳能电池的一特征，其中该本征(i型)半导体层内的微晶硅的结晶尺寸为30至100纳米之间。

根据本发明的一种硅薄膜太阳能电池的一特征，其中该N型半导体层内的多晶硅的结晶尺寸为100至1000纳米之间。

以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。

附图说明

图1为本发明的一种硅薄膜太阳能电池的侧视剖面图；

图2为本发明的P型半导体层内镶埋纳米晶硅的微拉曼光谱分析图；

图3为本发明的本征(i型)半导体层内镶埋微晶硅的微拉曼光谱分析图；

图4为本发明的N型半导体层内镶埋多晶硅的微拉曼光谱分析图；

其中，附图标记：

100—一种硅薄膜太阳能电池

110—基板

120—透明导电膜

130—P型半导体层

140—本征(i型)半导体层

150—N型半导体层

131—纳米晶硅

141—微晶硅

151—多晶硅