[發明專利]層疊型太陽能電池結構

無效

• 申請號: 201210153729.3
• 申請日: 2012-05-11
• 公開（公告）號: CN103390622A
• 公開（公告）日: 2013-11-13
• 發明（設計）人: 黃添榮;簡瑞耀
• 申請（專利權）人: 冠晶光電股份有限公司
• 主分類號: H01L27/142
• 分類號: H01L27/142;H01L31/18
• 代理公司: 北京律誠同業知識產權代理有限公司 11006
• 代理人: 徐金國

技術領域

一種太陽能電池結構，特別是指一種可降低頂層太陽能電池與底層太陽能電池組電流不匹配性并增加開路電壓的層疊型太陽能電池結構。

背景技術

隨著能源短缺的現象日益嚴重，對新能源開發的需求也日益加重。從太陽光表面發射出來的能量，穿過大氣層到地球表面，約有1.8x10¹⁴kW，此能量值大約為全球平均電力的十萬倍。因此若能有效利用太陽光能量，將對解決能源短缺問題有很大助益。太陽能電池是一種能量轉換元件。其目的是把太陽光能量轉換成電能。太陽能電池發電原理是利用光伏特效應(Photovoltaic?Effect)。基本太陽能電池元件結構是由一p型及n型半導體組合而成。當太陽光照射到元件時，能量大于半導體能隙的太陽光會被吸收，而使得半導體元件產生電子空穴對，接通后即形成電流。

太陽輻射光譜，波長主要分布范圍從0.3微米的紫外光到數微米的紅外光。換算成光子能量，范圍大約從0.4電子伏特(Electronic?Volt，eV)到4電子伏特。因此太陽光能量為一廣域分布。通常太陽能電池結構材質為硅基材質。硅材料能隙在常溫下約為1.1電子伏特。因此利用硅材料單一接面(Single?Junction)結構制成的太陽能電池，僅能吸收能量高于1.1電子伏特的太陽光。其他能量低于1.1電子伏特的太陽光無法被吸收，如此將導致光電轉換效率過低的問題。為解決此問題，堆疊式太陽能電池的結構已被提出來。其基本概念是將具有不同能隙的半導體元件堆疊在一起，如此可利用兩種不同能隙的半導體元件分別吸收不同能量的太陽光以增進光電轉換效率。雖然以此種方式可增加能量吸收的帶寬，但由于是兩種具不同能隙的半導體元件疊合在一起，頂層太陽能電池與底層太陽能電池各自產生的電流密度差異過大，此電流不匹配性將導致整個元件光電轉換效率減低，因此如何降低電流不匹配性是一個重要的議題。

發明內容

本發明目的是提供一種可降低電流不匹配性進而提高光電轉換效率的層疊型太陽能電池結構。太陽光由具有較高能隙值材料組成的頂層太陽能電池入射后，可先吸收較短波長的太陽光，其余較長波長的太陽光穿過具有穿隧效果的導電介面層后，由具有較低能隙值材料組成的底層太陽能電池組所吸收，如此可吸收一廣域能量的太陽光。并且由于本發明的底層太陽能電池組是由多個由單一太陽能電池晶胞分割的太陽能電池單元組成，隨著電流大小與接觸面積大小成反比，頂層太陽能電池產生的電流通過具有不同能隙的底層太陽能電池組所產生的不匹配性可通過多個分割而形成的小面積太陽能電池單元所補償，如此可降低電流不匹配性而增進光電轉換效率。由于多個太陽能電池單元是由單一太陽能電池晶胞分割而形成，本發明的層疊型太陽能電池結構亦具有節省制造成本及增加生產效率的優點。

為達到本發明目的，本發明的一方面的一實施方式是在提供一種層疊型太陽能電池結構。一基板上設置有底層太陽能電池組和頂層太陽能電池。頂層太陽能電池和底層太陽能電池組的間具有一導電介面層。底層太陽能電池組包含多個太陽能電池單元，且多個太陽能電池單元彼此間形成串聯結構。頂層太陽能電池僅與底層太陽能電池組其中的一太陽能電池單元串聯。底層太陽能電池組的太陽能電池單元具有較低能隙值，頂層太陽能電池具有相對于底層太陽能電池組的太陽能電池單元較高的能隙值。

本發明的另一方面的一實施方式，是在提供一種層疊型太陽能電池制造方法，應用于本發明的層疊型太陽能電池結構。底層太陽能電池組的太陽能電池單元由單一太陽能電池晶胞分割形成且彼此間互相形成串聯，其中多個太陽能電池單元彼此間具有一間隙。頂層太陽能電池與底層太陽能電池組間具有一導電介面層且頂層太陽能電池與底層太陽能電池組其中的一太陽能電池單元形成串聯。

本發明的一方面的一實施方式，基板可為透明基板或可撓式基板。另基板材質可為玻璃、金屬或有機材料。

本發明的一方面的一實施方式，形成底層太陽能電池組的太陽能電池單元方法可為激光切割、化學蝕刻或反應式離子蝕刻。

本發明的一方面的一實施方式，底層太陽能電池組的太陽能電池單元可由III-V族化合物半導體材料、II-VI族化合物半導體材料、有機半導體材料、納米材料、銅銦鎵硒酸鹽材料、或碲化鎘材料制成。

本發明的一方面的一實施方式，導電介面層可由導電透明氧化物材料或薄而可透光金屬材料制成，且此導電介面層為穿隧接面層。