[发明专利]一种具有多结结构的硅基薄膜太阳能电池结构及其工艺

说明书

技术领域

本发明有关于一种硅基薄膜太阳能电池结构及其工艺，且特别有关于具有多结结构的硅基薄膜太阳能电池结构及其工艺。

背景技术

目前由于国际能源短缺，而世界各国一直持续研发各种可行的替代能源，而其中又以太阳能发电的太阳电池最受到瞩目，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、无转动部分、无噪音、可阻隔辐射热、使用寿命长、尺寸可随意变化、并与建筑物作结合及普及化等优点，故利用太阳电池作为能源的取得。

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)为目前通用的太阳能电池的原料代表，而在市场上又区分为：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最大的市场占有率乃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，现今主要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，为了保持输出电压，一般须要采用P-I-N结构，让中间能带位于本征(intrinsic，I layer)区域。其中又以于I层中成长所谓的微晶硅(Microcrystalline Si，μc-Si:H)结构最受到瞩目。微晶硅薄膜，其薄膜的载流子迁移率(Carrier mobility)比一般非晶硅薄膜高出1～2个数量级，而暗电导值则介于10^-5～10^-7(S.cm^-1)之间，明显高出非晶硅薄膜3～4个数量级。然而，过去并无在多个P-I-N结构中制作多能隙的硅基薄膜太阳能电池。

因此，有必要提出一种具有多结结构(multijunction structure)的硅基薄膜太阳能电池结构及其工艺，以堆叠不同形式的P-I-N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

本发明所要解决的技术问题在于提供一种具有多结结构的硅基薄膜太阳能电池结构与工艺。通过制作多个相互叠接的光电转换层，该多个光电转换层利用不同的能隙与薄膜材料以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。

为了实现上述目的，本发明提出一种具有多结结构的硅基薄膜太阳能电池结构，其包含一基板；一透明导电膜；一第一光电转换层；一第二光电转换层；一第三光电转换层以及一电极。该基板的一面为照光面，且该透明导电膜形成于该基板上，用以取出电能与提升光电转换的效率。该第一光电转换层形成于该透明导电膜上方，用以产生电子空穴对，并提供光电流，且该第一光电转换层的材料是选自于由碳化硅与非晶硅所组成的一族群。该第二光电转换层形成于该第一光电转换层上方，用以产生电子空穴对，并提供光电流，其中该第二光电转换层的材料是选自于由纳米晶硅、微晶硅与多晶硅所组成的一族群，且该第二光电转换层内的结晶材料占该第二光电转换层的整体的比例介于10％至80％之间。该第三光电转换层形成于该第二光电转换层上方，用以产生电子空穴对，并提供光电流，且该第三光电转换层的材料是选自于由多晶硅、非晶硅锗、微晶硅锗与多晶硅锗所组成的一族群。而该电极形成于该第三光电转换层上方，用以取出电能与提升光电转换的效率。其中，该第一光电转换层的能隙大于该第二光电转换层的能隙，而该第二光电转换层的能隙大于该第三光电转换层的能隙。至于该第一光电转换层的厚度则不大于该第二光电转换层的厚度，而该第二光电转换层的厚度不大于该第三光电转换层。

根据本发明的具有多结结构的硅基薄膜太阳能电池结构，其中该硅基薄膜太阳能电池结构还包含：一抗反射层，形成于该第三光电转换层上方，用以减少反射所造成的光能流失。