[發明專利]量子點薄膜太陽能電池

有效

• 申請號: 201010167905.X
• 申請日: 2010-04-22
• 公開（公告）號: CN102237202A
• 公開（公告）日: 2011-11-09
• 發明（設計）人: 黃昆平
• 申請（專利權）人: 財團法人工業技術研究院
• 主分類號: H01G9/20
• 分類號: H01G9/20;H01M14/00;H01L51/42;H01L51/46
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務所 11105
• 代理人: 陳小雯

技術領域

本發明涉及一種薄膜太陽能電池(thin?film?solar?cell)，且特別是涉及一種量子點(quantum?dot)薄膜太陽能電池。

背景技術

太陽能電池是一種非常有希望的干凈能源，其可直接從陽光產生電。若能將量子點的效應引進太陽能電池，則其能量轉換效益能大幅提升。所謂的量子點的效應一般與以下兩種效應有關。

其一是沖擊離子化效應(Impact?Ionization)，這在半導體材料中是指當外界提供兩個能隙的能量時，被激發的電子會以熱電子的形式存在。當此熱電子自高能階回到低能階激發態時，所釋放的能量可將另一個電子由價帶激發至導帶，此現象即為沖擊離子化效應。利用此一效應，一個高能光子可以激發兩個或數個熱電子。

另一是相對于沖擊離子化效應的歐杰再結合效應(AugerRecombination)，其意指半導體材料中一個熱電子與空穴因再結合所釋放的能量，可驅使另一個熱電子向更高的能階躍遷，如此一來可延長導帶中熱電子的壽命。

當半導體材料達量子點尺寸時，連續的導帶逐漸分裂成細小能階，使得電子冷卻速度變慢，所以沖擊離子化效應和歐杰再結合效應能有效發揮，根據理論計算沖擊離子化效應可使單一能隙吸光的太陽能電池效率最高可達31％，若同時結合歐杰再結合效應，則最高理論電池效率可達到66％。足見量子點在太陽能電池的潛力。

現行的染料敏化太陽能電池(DSSC)已開始引用添加納米量子點在太陽能電池中，但是由于納米晶體與光活性層的界面附著性不佳，導致能量轉換效應無法提升上來，甚至比未添加量子點者還差。

雖然在美國專利公開號20080230120及中國臺灣專利公開號200810136均有提到改良的量子效率的納米光伏打裝置，然其納米晶體層是獨立出來一層，所以在整體結構上不但要增加透明導電膜或隧穿接面，其制造成本也會增加。

發明內容

本發明的目的在于提供一種量子點薄膜太陽能電池，具有內含量子點的光活性層。

為達上述目的，本發明提出一種量子點薄膜太陽能電池，至少包括：依序沉積在一基板上的一第一電極層、一光活性層與一第二電極層，其中光活性層(optical?active?layer)內形成有數個量子點。

在本發明的一實施例中，上述光活性層的材料包括非晶硅(a-Si)、微晶硅(μc-Si)、銅銦鎵硒(copper?indium?gallium?diselenide，CIGS)、銅銦硒(CIS)、銅鎵硒(CGS)、銅鎵碲(CGT)、銅鎵鋁硒(CGAS)、II-VI或III-V半導體。

本發明再提出一種量子點薄膜太陽能電池，至少包括：一基板、位于基板上的一P型金屬電極層、沉積于P型金屬電極層上的一光活性層、沉積于光活性層上的一N型半導體層以及、位于N型半導體層上的一N型金屬電極層，其中光活性層內形成有數個量子點。

在本發明的再一實施例中，上述光活性層的材料是選自由銅銦鎵硒(Copper?indium?gallium?diselenide，CIGS)、銅銦硒(CIS)、銅鎵硒(CGS)、銅鎵碲(CGT)、銅銦鋁硒(CIAS)所組成的物質群中選擇的一種物質。

在本發明的再一實施例中，上述光活性層的材料是銅銦鎵硒(CIGS)時，P型金屬電極層的材料包括鉬(Mo)、N型半導體層的材料包括硫化鎘(CdS)、及N型金屬電極層的材料包括鎳/鋁(Ni/Al)。另外，在N型半導體層與N型金屬電極層之間還可以包括一抑制層，其材料包括氧化鋅(ZnO)；在抑制層與N型金屬電極層之間還可以包括一導電層，其材料包括鋁摻雜氧化鋅(AZO)；在導電層與N型金屬電極層之間還可以包括一抗反射層，其材料包括氟化鎂(MgF₂)。

本發明另提出一種量子點薄膜太陽能電池，至少包括：一基板、位于基板上的一第一電極層、沉積于第一電極層上的一P-i-N硅薄膜層以及位于P-i-N硅薄膜層上的一第二電極層。其中，P-i-N硅薄膜層中的本質層內形成有數個量子點。

在本發明的另一實施例中，上述P-i-N硅薄膜層是由非晶硅(a-Si)、微晶硅(μc-Si)或微晶硅鍺(μc-SiGe)所構成的結構。譬如：上述P-i-N硅薄膜層可包括沉積于第一電極層上的一P型非晶硅氫(a-Si:H)層、沉積于P型非晶硅氫層上的一非晶硅氫(a-Si:H)本質層以及沉積于非晶硅氫本質層上的一N型非晶硅氫(a-Si:H)層。在此情形中的上述第一電極層的材料可為透明導電氧化物(TCO)，且第二電極層的材料可為金屬。