CN102082190B - 太阳能电池及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种太阳能电池及其制造方法。其中太阳能电池包括第一电极、第二电极、光电转换层以及非导电性反射层。第一电极配置于一透明基板上。第一电极包括纳米金属透明导电层,其中纳米金属透明导电层与光电转换层实质上相接触。第二电极配置于光电转换层与透明基板之间。光电转换层配置于第一电极与第二电极之间。非导电性反射层配置于第一电极上。
Description
技术领域
本发明是有关于一种太阳能电池(solar cell),且特别是有关于一种以纳米金属作为透明导电膜的太阳能电池及其制造方法。
背景技术
太阳能是一种干净无污染且取之不尽的能源,因此在遭遇石化能源所面临的污染与短缺的问题时,如何有效利用太阳能源已经成为最受瞩目的焦点。其中,因太阳能电池(solar cell)可直接将太阳能转换为电能,而成为目前运用太阳能源的发展重点。
硅基太阳电池为业界常见的一种太阳能电池,硅基太阳能电池的原理是将高纯度的半导体材料(硅)加入一些不纯物使其呈现不同的性质。当太阳光照射到太阳能电池的半导体材料时,光子所提供的能量可能会把半导体中的电子激发出来,产生电子-电洞对,电子与电洞均会受到内建电位的影响,电洞往电场的方向移动,而电子则往相反的方向移动。如果以导线将此太阳能电池与一负载(load)连接起来,形成一个回路(loop)就会有电流流过负载,这就是太阳能电池发电的原理。
硅基太阳电池大致可分为硅晶太阳能电池与硅薄膜太阳能电池。其中,由于薄膜太阳能电池(thin film solar cell)具有低成本、容易大面积生产且模块化制程简单等优点,因此薄膜太阳能电池的研发乃成为目前新的发展方向。一般而言,依照太阳光的入射方向,太阳能电池大致上又可分为覆板式(superstrate)太阳能电池与基板式(substrate)太阳能电池。在覆板式的硅薄膜太阳能电池中,光进入基板后经由主动层的吸收,而剩余的光穿过背电极后会被背反射层所反射,再被主动层利用。基于反射光的多寡将影响元件效率表现,若要使更多反射光能再被主动层所利用,背电极的透光度特性会显著地影响太阳能电池的吸光效率。
目前Oerlikon公司所生产的太阳能电池是以透明导电氧化物(transparent conductive oxide,TCO)当作背电极并以白漆(white paint)当作背反射层,而为了能够从背电极拉出电流,势必要将透明导电氧化物的厚度增厚到约0.5μm至5μm之间,以获得较佳的导电性。然而,在使用如此厚的透明导电氧化物的情况下,背电极的光穿透度会显著下降许多,而影响反射层的反射率。此外,为了制作太阳能电池的前电极与背电极,通常必须利用两组低压化学气相沉积(low pressure chemical vapor deposition,LPCVD)的真空系统来分别制作这两层透明导电氧化物,其材料成本较高且制程方式较为繁杂。
发明内容
有鉴于此,本发明的目的在于提供一种太阳能电池及其制造方法,利用纳米金属透明导电层作为背电极材料,具有高透光率与低电阻的特性,进而可有助于提升反射层的反射率并增进太阳能电池的效率表现。
为实现本发明的目的而提供一种太阳能电池,其包括第一电极、第二电极、光电转换层以及非导电性反射层。第一电极配置于一透明基板上。第一电极包括纳米金属透明导电层,其中纳米金属透明导电层与光电转换层实质上相接触。第二电极配置于光电转换层与透明基板之间。光电转换层配置于第一电极与第二电极之间。非导电性反射层配置于第一电极上。
在本发明的一实施例中,该纳米金属透明导电层具有一网状结构。
在本发明的一实施例中,该纳米金属透明导电层是由多条纳米金属线交错所构成。
在本发明的一实施例中,该纳米金属透明导电层的材料包括银、金、铜、铝或镍。
在本发明的一实施例中,该纳米金属透明导电层的厚度介于0.1μm至1μm之间。
在本发明的一实施例中,该纳米金属透明导电层的片电阻值介于0.01欧姆/平方至50欧姆/平方之间。
在本发明的一实施例中,该纳米金属透明导电层的穿透率介于70%至90%之间。
在本发明的一实施例中,该非导电性反射层包括一白色非导电性材料。
在本发明的一实施例中,该白色非导电性材料为有机高分子材料或白色非导电性涂料。
在本发明的一实施例中,该第二电极具有凹凸结构。
在本发明的一实施例中,该第二电极的材料包括一透明导电氧化物。
在本发明的一实施例中,该透明导电氧化物为ITO、IZO、AZO、GZO、In2O3、ZnO、TiO2或SnO2。
为实现本发明的目的还提供一种太阳能电池的制造方法。先于透明基板上形成第二电极,接着于第二电极上形成光电转换层。之后,于光电转换层上形成第一电极,第一电极包括纳米金属透明导电层,且纳米金属透明导电层与光电转换层实质上相接触。随之,于第一电极上形成非导电性反射层。
在本发明的一实施例中,上述形成纳米金属透明导电层的方法例如是先将纳米金属有机溶液涂布在光电转换层上,接着烤干纳米金属有机溶液,以于光电转换层的表面上形成薄膜。将纳米金属有机溶液涂布在光电转换层上的方法例如是旋转涂布法、表面涂布法、喷墨法或网印法。
在本发明的一实施例中,上述的纳米金属透明导电层具有网状结构。
在本发明的一实施例中,上述的纳米金属透明导电层例如是由多条纳米金属线交错所构成。
在本发明的一实施例中,上述的纳米金属透明导电层的材料包括银、金、铜、铝或镍。
在本发明的一实施例中,上述的纳米金属透明导电层的厚度约介于0.1μm至1μm之间。
在本发明的一实施例中,上述的纳米金属透明导电层的片电阻值约介于0.01欧姆/平方至50欧姆/平方之间。
在本发明的一实施例中,上述的纳米金属透明导电层的穿透率(transmission)约介于70%至90%之间。
在本发明的一实施例中,上述的非导电性反射层包括白色非导电性材料。白色非导电性材料例如是有机高分子材料或白色非导电性涂料
在本发明的一实施例中,上述的第二电极的表面具有凹凸结构。
在本发明的一实施例中,上述的第二电极的材料包括透明导电氧化物。透明导电氧化物例如是ITO、IZO、AZO、GZO、In2O3、ZnO、TiO2或SnO2。
基于上述,本发明的太阳能电池利用纳米金属透明导电层作为背电极材料,其具有高透光率与低电阻的特性,进而可有助于提升反射层的反射率并增进太阳能电池的效率表现。
此外,本发明的太阳能电池的制造方法以非真空镀膜系统的方式来制作透明电极,以将纳米金属透明导电层应用于硅薄膜太阳能电池。因此,可有助于大幅降低设备与材料成本,并能够与现有的太阳能电池制程相整合,步骤简单、制程快速且有利于大面积化生产。
本发明的有益效果是:本发明的太阳能电池利用高穿透率与高导电性的纳米金属透明导电层取代现有透明导电氧化物作为背电极,并在纳米金属透明导电层上再涂布一层非导电性白色反射层,因而可提高背反射光的反射率,改善以透明导电氧化物当作背电极在厚度0.5μm以上的穿透度不高导致整体反射层反射率降低的缺点。也就是说,本发明的太阳能电池可提高背电极的穿透度,以提升整体反射率,使得更多反射光能再被光电转换层所利用,借此提升太阳能电池的整体效率表现。
以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述,但不作为对本发明的限定。
附图说明
图1是依照本发明的一实施例的太阳能电池的剖面示意图;
图2A为根据实验例1所制作的透明导电膜;
图2B为根据实验例1所制作的透明导电膜在光学显微镜下的影像;
图2C是根据实验例1所制作的透明导电膜的穿透率与光波长的关系曲线图;
图2D是量测实验例1所制作的透明导电膜的I-V曲线图;
图2E是根据实验例1所制作的透明导电膜及现有所使用的透明导电氧化物的反射率与光波长的关系曲线图;
图3A为根据实验例2所制作的透明导电膜;
图3B为根据实验例2所制作的透明导电膜在光学显微镜下的影像;
图3C是根据实验例2所制作的透明导电膜的穿透率与光波长的关系曲线图;
图3D是量测实验例2所制作的透明导电膜的I-V曲线图。
其中,附图标记
100:太阳能电池
102:透明基板
104、108:电极
106:光电转换层
108a:孔洞
110:非导电性反射层
200、300:玻璃基板
L:光
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本发明的一种太阳能电池及其制造方法进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
在纳米金属有机溶液中,纳米金属离子会呈稳定悬浮在液体中,因此利用化学还原剂或光线的照射等方式激发,可使纳米金属离子获得电子而成为金属态。本发明就是利用纳米金属离子溶液来形成具有高透光率与低电阻的纳米金属透明导电层,借以作为太阳能电池的背电极,以提升光的穿透率及整体反射率,进而增进太阳能电池的效率表现。
下文中参照随附图式来更充分地描述本发明。然而,本发明可以多种不同的形式来实践,并不限于文中所述的实施例。此外,在图式中为明确起见可能将各层的尺寸以及相对尺寸作夸张的描绘。
图1是依照本发明的一实施例的太阳能电池的剖面示意图。
请参照图1,太阳能电池100包括透明基板102以及配置于其上方的电极104、光电转换层106、电极108与非导电性反射层110。电极108配置于基板102上。电极104配置于基板102及电极108之间。光电转换层106配置于电极104及电极108之间。非导电性反射层110配置于电极108上。
透明基板102的材料例如是玻璃、透明树脂或其它合适的透明材质。上述透明树脂例如是聚对苯二甲酸乙二酯(polyethylene terephthalate,PET)、聚萘二甲酸乙二酯(polyethylene naphthalate,PEN)、聚碳酸酯(polycarbonate,PC)、聚醚(polyethersulfone,PES)、聚酰亚胺(polyimide,PI)。
一般而言,太阳能电池可依光射入方向的不同,将其结构分为覆板(superstrate)结构以及基板(substrate)结构。所谓的覆板结构是先从基板下方镀上透明电极开始,再依序镀上光电转化元件,最后再镀上不透光电极;反之,基板结构则是先从基板上方镀上不透光电极,再依序镀上光电转化元件,最后才镀上透明电极。本实施例的太阳能电池100例如是一种覆板(superstrate)结构的太阳光电元件。由于覆板结构是指光是从基板端射入,所以光L会从透明基板102侧往太阳能电池100的内部射入,如图1所示。
电极104配置在透明基板102上,以作为前电极层(front contact)。电极104的材料可以是透明导电氧化物(transparent conductive oxide,TCO),其例如是铟锡氧化物(indium tin oxide,ITO)、铟锌氧化物(indium zincoxide,IZO)、氧化铝锌(Al doped ZnO,AZO)、掺镓氧化锌(Ga doped zinc oxide,GZO)、氧化铟(In2O3)、氧化锌(ZnO)、二氧化钛(TiO2)、二氧化锡(SnO2)或是其它透明导电材质。在一实施例中,为了提升太阳能电池100的效率,电极104的表面可以是具有凹凸结构(texture)的不平整表面,以减少光的反射量。具有凹凸结构的不平整表面会提高光线在太阳能电池100中散射的机率,并减少入射光的反射,以增加入射光在光电转换层中的行进距离。因此,通常会将作为前电极的电极104表面制成V字型沟槽、金字塔形(pyramid)结构或逆金字塔形。
电极104的形成方法例如是采用化学气相沉积法(CVD)、物理气相沉积法(PVD)或是喷涂法于透明基板102表面上形成透明导电氧化物。为了提升电池的效率,亦可对透明导电氧化物进行表面处理,而使其具有凹凸结构的不平整表面,以使光线产生散射并减少光的反射量。在一实施例中,还可以选择性地进行雷射制程,将透明导电氧化物切割成电极104所需的结构。
光电转换层106配置在电极104上,以作为主动层。光电转换层106可以是单层结构或堆栈层(tandem)结构。光电转换层106的材料例如是非晶硅、微晶硅、多晶硅、硫化镉(CdS)、铜铟镓二硒(CuInGaSe2,CIGS)、铜铟二硒(CuInSe2,CIS)、碲化镉(CdTe)、有机材料或上述材料堆栈的多层结构。在一实施例中,光电转换层106可以是具有P型半导体层、N型半导体层及本质层的PIN半导体堆栈结构,或是不具有本质层的PN半导体堆栈结构。本发明并不限制光电转换层106中所使用光电转换材料层的数目或结构,本领域具通常知识者当可视需要而加以调整。
光电转换层106的形成方法例如是在形成电极104之后,利用化学气相沉积法形成在电极104的表面上。在光电转换层106中的P型半导体层或N型半导体层中,所掺杂的P型掺质或N型掺质可以在沉积时临场进行,或是在沉积制程结束之后,再利用离子植入制程以形成之。在一实施例中,光电转换层106的形成方法可以采用电浆辅助化学气相沉积法(plasma enhancedchemical vapor deposition,PECVD)。在一实施例中,还可以选择性地进行雷射切割制程,以形成光电转换层106所需的结构。
电极108配置在光电转换层106上,以作为背电极层(back contact)。电极108包括纳米金属透明导电层,且此纳米金属透明导电层实质上与光电转换层106相接触。也就是说,可以利用单一层纳米金属透明导电层来作为电极108(如图1所示);或者,也可以利用一层电极材料与一层纳米金属透明导电层的结合来作为电极108(未绘示)。详细说明的是,此纳米金属透明导电层例如是具有网状结构,亦即纳米金属透明导电层中具有多个孔洞108a,以利光线穿透。在一实施例中,纳米金属透明导电层是由多条纳米金属线交错所构成,因而可以形成多个孔洞108a。上述纳米金属线为实心,其直径约介于10nm至100nm之间。当然,纳米金属透明导电层的结构并不限于上述的纳米金属线,其也可以为纳米管交错、纳米颗粒聚集或其它含有多孔性的纳米结构的组合,只要使纳米尺寸的金属材料具有高穿透度而能透光即可。上述纳米金属透明导电层的厚度约介于0.1μm至1μm之间,其片电阻值约介于0.01欧姆/平方至50欧姆/平方之间,而其穿透率约介于70%至90%之间。纳米金属透明导电层的材料例如是银、金、铜、铝或镍。
电极108的形成方法例如是在形成光电转换层106之后,利用非真空镀膜系统的方式将纳米金属有机溶液均匀地涂布在光电转换层106的表面上,之后再以50℃左右的低温将液体烤干,使其在光电转换层106表面上形成纳米金属网状薄膜。在一实施例中,将纳米金属有机溶液涂布在光电转换层106上的方法可以采用旋转涂布法(spin coating)、表面涂布法、喷墨法、网印法(screen printing)或其它不需要真空设备的技术。
在此说明的是,本实施例中的电极108是采用非真空镀膜系统形成纳米金属透明导电层来取代现有使用真空镀膜系统形成透明导电氧化物,且可以借由直接形成电极108所需的结构而减少一次雷射切割制程,因此可有助于大幅降低目前所需的设备成本与材料成本。此外,上述形成电极108的方法能够与现有的太阳能电池制程相整合,制程简单快速且可有利于大面积化生产。
非导电性反射层110配置在电极108上,而作为背反射层。非导电性反射层110包括白色非导电性材料,其例如是有机高分子材料、白色非导电性涂料或是其它具有高反射性的非导电性材料。在一实施例中,上述白色非导电性涂料至少包括介质(medium)与分散于介质中的色素(pigment),其中介质例如是用于形成塑料的涂料或聚合物,而色素例如是氧化物颗粒(诸如TiO2或BaSO4)、氮化物颗粒或碳化物颗粒等。非导电性反射层110的形成方法例如是在形成电极108之后,采用如旋转涂布或网印等方式将白色非导电性材料涂覆在最上层。
由图1可知,当光L从透明基板102侧入射至太阳能电池100内,光L进入透明基板102后会经由光电转换层106吸收,之后剩余的光穿过电极108后会被非导电性反射层110所反射而被光电转换层106进行再次吸收,故可产生更多的光电流。由此可知,非导电性反射层110整体所反射光的多寡也会影响太阳能电池100的整体效率表现。
特别说明的是,本发明的太阳能电池100利用纳米金属透明导电层取代现有的透明导电氧化物而作为背电极108材料,其具有高透光率与低电阻的特性,进而可有助于提升非导电性反射层110的反射率并增进太阳能电池100的元件效能。详言之,当使用非导电性材料作为背反射层,为了使现有作为背电极的透明导电氧化物能够拉出电流,其厚度必须增厚以获得较佳的导电性,但却使得光的穿透度会下降许多。然而,本发明利用纳米金属透明导电层可提高背电极的穿透率,以提升反射层的整体反射率,使得更多反射光能再被光电转换层106所利用。此外,相较于现有所使用的透明导电氧化物作为背电极,纳米金属透明导电层为电阻较小的金属材料,因此电极108具有高导电性。
为证实用于本发明的太阳能电池背电极的纳米金属透明导电层确实具有高穿透率与高导电性,接下来将以实验例说明其特性。以下实验例的数据结果仅是用来说明使用不同重量百分比的纳米金属有机溶液所制作出的透明导电膜所观察到的结构、穿透率与片电阻,但并非用以限定本发明的范围。
实验例1
图2A为根据实验例1所制作的透明导电膜。图2B为根据实验例1所制作的透明导电膜在光学显微镜下的影像。
在实验例1中,利用0.2wt%的纳米银有机溶液均匀地涂布在玻璃基板上,之后再以50℃左右的低温将液体烤干,因而制作出透明的纳米银导电膜,其厚度约为0.5μm。如图2A所示,将形成有实验例1的纳米银导电膜的玻璃基板200置于图样上,可观察到即使透过纳米银导电膜仍能够清楚地识别玻璃基板200下的图样,因而实验例1所制作的纳米银导电膜具有高穿透度。如图2B所示,将透明的纳米银导电膜置于光学显微镜下观察,纳米银导电膜是由多条纳米银线交错所构成的网状结构,而交错的纳米银线之间具有多个孔洞,因此可以使纳米银导电膜具有高穿透度而能透光。
图2C是根据实验例1所制作的透明导电膜的穿透率与光波长的关系曲线图。进一步使用具有不同波长的光来量测透明纳米银导电膜的穿透率,其结果如图2C所示。从图2C中可知,不管使用短波长或是长波长,实验例1所制作出的纳米银导电膜的光穿透度佳,且纳米银导电膜的平均穿透率为85.4%(波长:390nm~1200nm)。
图2D是量测实验例1所制作的透明导电膜的I-V曲线图。接着,对实验例1所制作出的纳米银导电膜进行电性量测,其结果所得的I-V特性关系图绘示于图2D中。从I-V特性关系图中可以推算出纳米银导电膜的平均片电阻为31.1±9.2欧姆/平方,且纳米银导电膜的最低片电阻为19.8欧姆/平方。
图2E是根据实验例1所制作的透明导电膜及现有所使用的透明导电氧化物的反射率与光波长的关系曲线图。在实验例1所制作出的纳米银导电膜上再涂上白漆以作为反射层,并量测反射层整体对光的反射率。另外,制作一个比较例,在玻璃基板上镀上厚度为1μm左右的GZO作为透明导电氧化物的背电极层,再涂上白漆,并量测其反射率。将现有透明导电氧化物的比较例与实验例1的设计相比较,其结果如图2E所示。
由图2E的结果显示,实验例1的反射率在短波长部分(400nm~800nm)可达到80%以上。当波长大于800nm以后,现有使用透明导电氧化物作为背电极在如此的膜厚下,会因载子吸收的影响而导致反射层的整体反射率会有明显的降低;而利用实验例1的纳米银导电膜作为背电极并不会像比较例会有因载子浓度而导致反射率下降的问题。因此,实验例1所制作出透明的纳米银导电膜可大幅提高反射层的整体反射率。此外,进一步经由模拟计算,以微晶硅太阳能电池元件而言,其原本元件的短路电流密度Jsc为18.98mA/cm2。在使用实验例1的透明纳米银导电膜作为微晶硅太阳能电池的背电极结构后,其Jsc将可提高至20.04mA/cm2;尤其应用在长波长的部分(700nm~1100nm),微晶硅太阳能电池的Jsc可由4.13mA/cm2提高至5.19mA/cm2,约可增加25%。
实验例2
图3A为根据实验例2所制作的透明导电膜。图3B为根据实验例2所制作的透明导电膜在光学显微镜下的影像。图3C是根据实验例2所制作的透明导电膜的穿透率与光波长的关系曲线图。图3D是量测实验例2所制作的透明导电膜的I-V曲线图。
在实验例2中,利用0.8wt%的纳米银有机溶液均匀地涂布在玻璃基板上,并以类似于以上实验例1的方式制作透明的纳米银导电膜,其厚度约为0.8μm。接下来,对实验例2所制作出的纳米银导电膜进行如实验例1所述的相关测试,其结果分别显示于图3A-3D。
同样地,在图3A中,将形成有实验例2的纳米银导电膜的玻璃基板300置于图样上,仍可以透过纳米银导电膜清楚地识别玻璃基板300下的图样,因而实验例2所制作的纳米银导电膜具有高穿透度。如图3B所示,将透明的纳米银导电膜置于光学显微镜下观察,纳米银导电膜是由多条纳米银线交错所构成的网状结构,而交错的纳米银线之间具有多个孔洞,因此可以使纳米银导电膜具有高穿透度而能透光。
如图3C所示,使用具有不同波长的光来量测透明纳米银导电膜的穿透率,可得知实验例2所制作出的纳米银导电膜在短波长或长波长的光穿透度佳,且纳米银导电膜的平均穿透率为70.3%(波长:390nm~1200nm)。
如图3D所示,对实验例2所制作出的纳米银导电膜进行电性量测,从I-V特性关系图中可以推算出纳米银导电膜的平均片电阻为4.7±0.5欧姆/平方,且纳米银导电膜的最低片电阻为3.9欧姆/平方。
由以上实验例可知,本发明的太阳能电池利用纳米金属透明导电层具有高透光率与低电阻的特性,可有助于提升整体反射率以达到太阳光的最佳利用率,进而增加短路电流密度以及元件效率。
综上所述,本发明的太阳能电池利用高穿透率与高导电性的纳米金属透明导电层取代现有透明导电氧化物作为背电极,并在纳米金属透明导电层上再涂布一层非导电性白色反射层,因而可提高背反射光的反射率,改善以透明导电氧化物当作背电极在厚度0.5μm以上的穿透度不高导致整体反射层反射率降低的缺点。也就是说,本发明的太阳能电池可提高背电极的穿透度,以提升整体反射率,使得更多反射光能再被光电转换层所利用,借此提升太阳能电池的整体效率表现。
此外,本发明的太阳能电池的制造方法以涂布技术、喷墨或网印等不需要真空设备技术的方式将纳米金属有机溶液应用于硅薄膜太阳能电池的背电极,并减少一次雷射切割制程,因此可有助于大幅降低设备与材料成本。再者,此方法设计能够与现有的太阳能电池制程相整合,步骤简单、制程快速且有利于大面积化生产。
当然,本发明还可有其它多种实施例,在不背离本发明精神及其实质的情况下,熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形,但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。
Claims (18)
1.一种太阳能电池,其特征在于,包括:
一第一电极,配置于一透明基板上,该第一电极包括一纳米金属透明导电层;
一光电转换层,配置于该第一电极与该透明基板之间;
一第二电极,配置于该光电转换层与该透明基板之间;以及
一非导电性反射层,配置于该第一电极上,
其中该纳米金属透明导电层与该光电转换层相接触;
该纳米金属透明导电层具有一网状结构,该纳米金属透明导电层是由多条纳米金属线交错所构成,该纳米金属透明导电层的材料包括银、金、铜、铝或镍,该纳米金属透明导电层的厚度介于0.1μm至1μm之间。
2.根据权利要求1所述的太阳能电池,其特征在于,该纳米金属透明导电层的片电阻值介于0.01欧姆/平方至50欧姆/平方之间。
3.根据权利要求1所述的太阳能电池,其特征在于,该纳米金属透明导电层的穿透率介于70%至90%之间。
4.根据权利要求1所述的太阳能电池,其特征在于,该非导电性反射层包括一白色非导电性材料。
5.根据权利要求4所述的太阳能电池,其特征在于,该白色非导电性材料为有机高分子材料或白色非导电性涂料。
6.根据权利要求1所述的太阳能电池,其特征在于,该第二电极具有凹凸结构。
7.根据权利要求1所述的太阳能电池,其特征在于,该第二电极的材料包括一透明导电氧化物。
8.根据权利要求7所述的太阳能电池,其特征在于,该透明导电氧化物为ITO、IZO、AZO、GZO、In2O3、ZnO、TiO2或SnO2。
9.一种太阳能电池的制造方法,其特征在于,包括:
于一透明基板上形成一第二电极;
于该第二电极上形成一光电转换层;
于该光电转换层上形成一第一电极,该第一电极包括一纳米金属透明导电层,且该纳米金属透明导电层与该光电转换层相接触;以及
于该第一电极上形成一非导电性反射层;
该纳米金属透明导电层具有一网状结构,该纳米金属透明导电层是由多条纳米金属线交错所构成,该纳米金属透明导电层的材料包括银、金、铜、铝或镍,该纳米金属透明导电层的厚度介于0.1μm至1μm之间。
10.根据权利要求9所述的太阳能电池的制造方法,其特征在于,形成该纳米金属透明导电层的方法包括:
将一纳米金属有机溶液涂布在该光电转换层上;以及
烤干该纳米金属有机溶液,以于该光电转换层的表面上形成薄膜。
11.根据权利要求10所述的太阳能电池的制造方法,其特征在于,将该纳米金属有机溶液涂布在该光电转换层上的方法包括旋转涂布法、表面涂布法、喷墨法或网印法。
12.根据权利要求9所述的太阳能电池的制造方法,其特征在于,该纳米金属透明导电层的片电阻值介于0.01欧姆/平方至50欧姆/平方之间。
13.根据权利要求9所述的太阳能电池的制造方法,其特征在于,该纳米金属透明导电层的穿透率介于70%至90%之间。
14.根据权利要求9所述的太阳能电池的制造方法,其特征在于,该非导电性反射层包括一白色非导电性材料。
15.根据权利要求14所述的太阳能电池的制造方法,其特征在于,该白色非导电性材料为有机高分子材料或白色非导电性涂料。
16.根据权利要求9所述的太阳能电池的制造方法,其特征在于,更包括于该第二电极的表面形成凹凸结构。
17.根据权利要求9所述的太阳能电池的制造方法,其特征在于,该第二电极的材料包括一透明导电氧化物。
18.根据权利要求17所述的太阳能电池的制造方法,其特征在于,该透明导电氧化物为ITO、IZO、AZO、GZO、In2O3、ZnO、TiO2或SnO2。
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Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2007294730A (ja) * | 2006-04-26 | 2007-11-08 | Sumitomo Osaka Cement Co Ltd | 反射導電膜形成用塗料と反射導電膜及びその製造方法並びに太陽電池 |
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Patent Citations (3)
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---|---|---|---|---|
JP2007294730A (ja) * | 2006-04-26 | 2007-11-08 | Sumitomo Osaka Cement Co Ltd | 反射導電膜形成用塗料と反射導電膜及びその製造方法並びに太陽電池 |
CN101506994A (zh) * | 2006-06-30 | 2009-08-12 | 三菱麻铁里亚尔株式会社 | 太阳能电池的电极形成用组合物和该电极的形成方法以及使用利用该形成方法得到的电极的太阳能电池 |
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