[发明专利]有机薄膜太阳能电池半导体薄膜及其形成方法、制造方法

说明书

技术领域

本发明有关于一种有机薄膜太阳能电池，且特别是有关于一种有机薄膜太阳能电池的施主层或受主层元件及其制造方法。

背景技术

太阳能电池可将太阳能直接转换成电流，是理想的可再生能源。单晶硅和多晶硅太阳能电池占目前仍是市场的主流。

然而，硅晶片太阳能电池所面临的最大问题乃是材料成本太高的问题。多晶硅原料的纯化过程中需要规模庞大的厂房，耗费大量的能源，所以成本高昂；再者由于物理性质的限制，目前用硅晶片制造太阳能电池目前最少也要200μm的厚度，因此在制造大面积发电模块时对硅原料的用量也相对庞大。

薄膜太阳能电池节省材料(厚度可低于硅晶片太阳能电池90％以上)，可在价格低廉的玻璃、塑料或不锈钢基板上制造，价钱便宜而且轻便。

一般而言，单层有机薄膜太阳能电池包括一有机聚合物，该有机聚合物位于二电极间，该有机材料可吸收光线，并相应地产生激子(exciton)。然而在该种单层结构中，光电流很小。

现有技术揭露了一双层结构。图1A阐明一双层结构有机太阳能电池的剖面示意图，在一基板101上有一透明导电(ITO)层102可作为一阳极，该ITO层102上有一空穴传输层103，且空穴传输层103与一阴极106之间形成一施主层104及受主层105的双层结构，透过电子/空穴对在施主层104及受主层105接面的分离而产生电子及空穴传输。图1B为该双层结构中，施主层104及受主层105的剖面示意图，由图1B可发现，施主层104及受主层105间的接面较为平整。

为能增加施主层与受主层间的有效接触面积，业界提出一种异质结结构(heterojunction)。图2A阐明一异质结结构有机太阳能电池的剖面示意图，其中基板201、ITO层202、空穴传输层203、及阴极206与图1相似，不同之处在于异质结结构中有一施主-受主层204。图2B为该异质结结构中，施主-受主层204的剖面示意图，由图2B可发现，异质结结构中施主层及受主层间的接触面积增加，因而可提升在该接面产生的电流密度。然而，该种异质结结构的形貌不稳定，在某些条件如照光、高温中，容易出现相分离，而使得该装置的使用寿年大幅降低。

此外，该异质结结构的形貌与涂布时所用溶剂高度相关，且在形成异质结结构的过程中，无法有效控制所形成的形貌，而影响有机太阳能装置的效率。

简言之，虽然异质结结构增加了有机薄膜太阳能电池的施主层及受主层的接面面积，但其形貌并不稳定且所形成的接面面积不易受控制。因此，需要一种技术以提升该施主层及受主层的接面面积，且可控制每次所形成的该接面具有相近的形貌。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种有机薄膜太阳能电池半导体薄膜及其形成方法、制造方法，能有效提升施主层及受主层间的接面面积且使接面具有相近的形貌。

为了实现上述目的，本发明一实施例中提出了一具有粗糙表面的半导体薄膜，其中该半导体薄膜表面具有改良的粗糙度。

为了实现上述目的，本发明另一实施例中提出了一具有粗糙表面的半导体薄膜的制造方法，其是利用在形成施主层或受主层的半导体薄膜的涂布液中加入固型物质，并在半导体薄膜形成的步骤中将该固型物质移除，而形成具有粗糙表面的半导体薄膜。

本发明另一实施例是利用加热的步骤以升华该固型物质，以此移除该固型物质。

为了实现上述目的，本发明又一实施例中提出了一种形成一施主层/受主层元件的方法。根据该方法，可在形成该元件的一施主层或一受主层之一者的涂布液中加入固型物质，并在该半导体层形成的步骤中将该固型物质移除，而形成具有粗糙表面的半导体层，而后将另一半导体层涂布于其上，以得到具有较大施主层/受主层接面面积的一施主层/受主层元件。

在本发明的又一实施例中，是利用加热以升华该固型物质，以此移除该固型物质。

在本发明的另一实施例中，在形成该半导体元件的过程中，退火处理该半导体结构。

为了实现上述目的，本发明的一实施例中也提出了一种一有机薄膜太阳能电池的制造方法，该方法至少包含在形成于该有机薄膜太阳能电池的一施主层/受主层元件时，利用在形成一施主层或一受主层之一者的涂布液中加入固型物质，并在该半导体层成形的步骤中将该固型物质移除，而形成具有粗糙表面的半导体层，而后将另一半导体层涂布于其上，而使得该有机薄膜太阳能电池的施主层/受主层元件具有较大的施主层及受主层接面面积。

在本发明的实施例中，用以制造一有机薄膜太阳能电池的基板可包括玻璃、金属、或塑料。