[发明专利]层叠型太阳能电池结构

说明书

技术领域

一种太阳能电池结构，特别是指一种可降低顶层太阳能电池与底层太阳能电池组电流不匹配性并增加开路电压的层叠型太阳能电池结构。

背景技术

随着能源短缺的现象日益严重，对新能源开发的需求也日益加重。从太阳光表面发射出来的能量，穿过大气层到地球表面，约有1.8x10¹⁴kW，此能量值大约为全球平均电力的十万倍。因此若能有效利用太阳光能量，将对解决能源短缺问题有很大助益。太阳能电池是一种能量转换元件。其目的是把太阳光能量转换成电能。太阳能电池发电原理是利用光伏特效应(Photovoltaic Effect)。基本太阳能电池元件结构是由一p型及n型半导体组合而成。当太阳光照射到元件时，能量大于半导体能隙的太阳光会被吸收，而使得半导体元件产生电子空穴对，接通后即形成电流。

太阳辐射光谱，波长主要分布范围从0.3微米的紫外光到数微米的红外光。换算成光子能量，范围大约从0.4电子伏特(Electronic Volt，eV)到4电子伏特。因此太阳光能量为一广域分布。通常太阳能电池结构材质为硅基材质。硅材料能隙在常温下约为1.1电子伏特。因此利用硅材料单一接面(Single Junction)结构制成的太阳能电池，仅能吸收能量高于1.1电子伏特的太阳光。其他能量低于1.1电子伏特的太阳光无法被吸收，如此将导致光电转换效率过低的问题。为解决此问题，堆叠式太阳能电池的结构已被提出来。其基本概念是将具有不同能隙的半导体元件堆叠在一起，如此可利用两种不同能隙的半导体元件分别吸收不同能量的太阳光以增进光电转换效率。虽然以此种方式可增加能量吸收的带宽，但由于是两种具不同能隙的半导体元件叠合在一起，顶层太阳能电池与底层太阳能电池各自产生的电流密度差异过大，此电流不匹配性将导致整个元件光电转换效率减低，因此如何降低电流不匹配性是一个重要的议题。

发明内容

本发明目的是提供一种可降低电流不匹配性进而提高光电转换效率的层叠型太阳能电池结构。太阳光由具有较高能隙值材料组成的顶层太阳能电池入射后，可先吸收较短波长的太阳光，其余较长波长的太阳光穿过具有穿隧效果的导电介面层后，由具有较低能隙值材料组成的底层太阳能电池组所吸收，如此可吸收一广域能量的太阳光。并且由于本发明的底层太阳能电池组是由多个由单一太阳能电池晶胞分割的太阳能电池单元组成，随着电流大小与接触面积大小成反比，顶层太阳能电池产生的电流通过具有不同能隙的底层太阳能电池组所产生的不匹配性可通过多个分割而形成的小面积太阳能电池单元所补偿，如此可降低电流不匹配性而增进光电转换效率。由于多个太阳能电池单元是由单一太阳能电池晶胞分割而形成，本发明的层叠型太阳能电池结构亦具有节省制造成本及增加生产效率的优点。

为达到本发明目的，本发明的一方面的一实施方式是在提供一种层叠型太阳能电池结构。一基板上设置有底层太阳能电池组和顶层太阳能电池。顶层太阳能电池和底层太阳能电池组的间具有一导电介面层。底层太阳能电池组包含多个太阳能电池单元，且多个太阳能电池单元彼此间形成串联结构。顶层太阳能电池仅与底层太阳能电池组其中的一太阳能电池单元串联。底层太阳能电池组的太阳能电池单元具有较低能隙值，顶层太阳能电池具有相对于底层太阳能电池组的太阳能电池单元较高的能隙值。

本发明的另一方面的一实施方式，是在提供一种层叠型太阳能电池制造方法，应用于本发明的层叠型太阳能电池结构。底层太阳能电池组的太阳能电池单元由单一太阳能电池晶胞分割形成且彼此间互相形成串联，其中多个太阳能电池单元彼此间具有一间隙。顶层太阳能电池与底层太阳能电池组间具有一导电介面层且顶层太阳能电池与底层太阳能电池组其中的一太阳能电池单元形成串联。

本发明的一方面的一实施方式，基板可为透明基板或可挠式基板。另基板材质可为玻璃、金属或有机材料。

本发明的一方面的一实施方式，形成底层太阳能电池组的太阳能电池单元方法可为激光切割、化学蚀刻或反应式离子蚀刻。

本发明的一方面的一实施方式，底层太阳能电池组的太阳能电池单元可由III-V族化合物半导体材料、II-VI族化合物半导体材料、有机半导体材料、纳米材料、铜铟镓硒酸盐材料、或碲化镉材料制成。

本发明的一方面的一实施方式，导电介面层可由导电透明氧化物材料或薄而可透光金属材料制成，且此导电介面层为穿隧接面层。