CN101350372B - 光能电源装置与其制作方法 - Google Patents

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Abstract

一种光能电源装置与其制作方法，包括供给基板、第一发射基板、第二发射基板、第一防反射层、第一金属电极、第二金属电极、第二防反射层及第三金属电极。供给基板用以产生第一电压，第一发射基板与供给基板的第一表面相连，第二发射基板用与供给基板的第二表面相连。第一防反射层覆盖第一发射基板，第一金属电极设置于第一防反射层上并与第一发射基板融合，用以传导第一电子流。第二金属电极设置于第二发射基板上并与第二发射基板融合，用以产生第二电压。第三金属电极设置于第二金属电极上并与第二发射基板融合，且所述第二金属电极与所述第三金属电极错开设置，用以传导第二电子流。第二防反射层设置于第二金属电极及第三金属电极之间作绝缘之用。应用本发明，达到更充分的利用光能发电效果。

Description

光能电源装置与其制作方法
技术领域
本发明涉及一种光能电源装置，尤指一种光能电源装置与其制作方法。
背景技术
由于工业革命以来，全世界对能源的需求越来越大，以致现在要面对日益严重的污染问题以及化石能源即将耗尽的问题。目前全球对于替代能源的需求日益迫切，且针对替代能源开发的研究也有越来越多大型的投资计画投入大量的资金以进行研发。但在众多的替代能源方案中，太阳能产业俨然已成为替代能源方案的主流，目前包括美、日、德等先进国家，均以国家的规模来推动太阳能的发展计画。
太阳能电池的原理是利用光伏(Photovoltaic)效应，将太阳能转换为电能的半导体元件，其结构基本上是一个大面积的二极体(PN Junction)，因此太阳能电池之制程与半导体类似却更简单。太阳能电池的发电能源来自太阳光，而太阳辐射的光谱主要是以可见光为中心，波长从0.3微米的紫外光到数微米的红外光是主要的分布范围。如果换算成光子的能量，则大约在0.3到4电子伏特之间，因此能隙大小在这个范围内的材料，像硅材，会具有比较好的光电转换效率。在元素周期表里，硅的原子序是14，晶体是钻石结构，属于第IV族元素。所谓的第IV族元素，是指在它的外层电子轨域上，有4个电子环绕原子核运行，而这4个电子又称为价电子。每个硅的4个外层电子，分别和4个邻近硅原子中的一个外层电子两两成对，形成共价键。如果在纯硅中掺入拥有5个价电子的原子，例如磷原子，这个杂质原子会取代硅原子的位置。但是，当拥有5个价电子的磷原子和邻近的硅原子形成共价键的时候，会多出1个自由电子，这个自由电子是一个带负电的载子。我们把这个提供自由电子的杂质原子称为施体，而掺杂施体的半导体就称为N型半导体。同样地，如果在纯硅中掺入三价的原子，例如硼原子，这个三价的杂质原子会取代硅原子的位置。但因为硼原子只可以提供3个价电子和邻近的硅原子形成共价键，因此会在硼原子的周围产生1个空缺，这个空缺就被称作电洞，这电洞可以当成一个带正电的载子。通常，我们把这一个提供电洞的杂质原子称作受体，同时把掺杂受体的半导体称为P型半导体。一般太阳电池是以掺杂少量硼原子的P型半导体当作基板(substrate)，然后再用高温热扩散的方法，把浓度略高于硼的磷掺入型基板内，如此即可形成一P-N接面，而p-n接面是由带正电的施体离子与带负电的受体离子所组成，在该正、负离子所在的区域内，存在着一个内建电位(built-in potential)，此内建的电位，可驱赶在此区域中的可移动载子，故此区域称之为空乏区(depletion region)。当太阳光照射到一P-N结构的半导体时，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。如果我们用导线将此太阳电池与一负载(load)连接起来，形成一个回路(loop)，就会有电流流过负载，这就是太阳电池发电的原理。
请参阅图1A～G，其系习用的太阳能电池的制作过程：第一步，如图1A所示，先以P型半导体10作为基板。
第二步，如图1B所示，在其上、下两表面以热扩散方式制作成上、下两层的N型半导体11、12。
第三步，如图1C所示，于上层的N型半导体11表面铺设一层氮化硅(SiN)之防反射层13。
第四步，如图1D所示，于下层的N型半导体12表面先铺设金属银(Ag)汇流线14，一般为两条。
第五步，如图1E所示，以金属铝(Al)层15将剩余的面积覆盖。
第六步，如图1F所示，于防反射层13上设置复数金属银(Ag)导线16。
第七步，如图1G所示，烧制整个装置，使各金属元件渗透而与半导体融合成合金，其中复数金属银(Ag)导线16与上层的N型半导体11融合成为N发射导线16’(N emitter contact)，即负电极。金属铝(Al)层15则与下层的N型半导体12融合成为P+型半导体15’。而金属银(Ag)汇流线14则与金属铝(Al)15融合成为银/铝(Ag/Al)合金的P+导线14’(P+contact)，即正电极。
整个习用的太阳能电池在这样的结构设置中，只有一个P-N介面可以作为电子扩散的管道。然而，实际上，在太阳能电池中P型半导体与N型半导体所占的厚度比例非常悬殊，P型半导体约占200μm而N型半导体仅占0.3μm。因此，使用这样结构所制作的太阳能电池，并无法充分发挥P型半导体中所潜在的发电效能。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种光能电源装置与其制作方法，用以增加该装置的发电效能，以更充分的达到利用光能发电效果。
为了解决上述问题，本发明提供了一种光能电源装置，包括：
一供给基板，用以产生一第一电压；
一第一发射基板，与所述供给基板的一第一表面相连，用以接收一第一电子流；
一第二发射基板，与所述供给基板的一第二表面相连，用以接收一第二电子流；
一第一防反射层，覆盖于所述第一发射基板，用以避免光线反射；
一第一金属电极，设置于所述第一防反射层上并与所述第一发射基板融合，用以传导所述第一电子流；
一第二金属电极，设置于所述第二发射基板上并与所述第二发射基板融合，用以产生一第二电压；
一第二防反射层，覆盖于所述第二金属电极，用以绝缘该第二金属电极：以及
一第三金属电极，设置于所述第二防反射层上并与所述第二发射基板融合，用以传导所述第二电子流，
其中所述第二电压大于所述第一电压。
进一步地，上述装置还可包括，所述供给基板为一P型基板。
进一步地，上述装置还可包括，所述第一发射基板及所述第二发射基板为N型基板。
进一步地，上述装置还可包括，所述第一防反射层及所述第二防反射层之材质为氮化硅。
进一步地，上述装置还可包括，所述第一金属电极及所述第三金属电极之材质为银。
进一步地，上述装置还可包括，所述第二金属电极之材质为铝。
本发明还提供了一种制作光能电源装置的方法，其步骤包含，
提供一供给基板；
设置一第一发射基板及一第二发射基板，分别与所述供给基板的一第一表面及一第二表面相连；
设置一第一防反射层覆盖于所述第一发射基板；
设置一第一金属电极覆盖于所述第一防反射层；
设置一第二金属电极覆盖于所述第二发射基板；
设置一第二防反射层覆盖于所述第二金属电极；
设置一第三金属电极覆盖于所述第二防反射层；以及
烧制上述的各部件使所述第一金属电极与所述第一发射基板融合，并使所述第二金属电极及所述第三金属电极与所述第二发射基板融合。
本发明还提供了一种光能电源装置，包括：
一第一基板，具有一第一表面及一相对之第二表面，用以产生一第一电压；
一第二基板，与所述第一基板的所述第一表面相连，用以接收一第一电子流；以及
一第三基板，与所述第一基板的所述第二表面相连，用以接收一第二电子流。
进一步地，上述装置还可包括，一第一防反射层，覆盖于所述第二基板，用以避免光线反射。
进一步地，上述装置还可包括，一第一电极，设置于所述第一防反射层上并与所述第二基板融合，用以传导所述第一电子流；及/或
一第二电极，设置于所述第三基板上并与该第三基板融合，用以产生一第二电压，其中该第二电压大于所述第一电压。
进一步地，上述装置还可包括，一第三电极，设置于所述第二电极上并与所述第三基板融合，用以传导所述第二电子流；及
一第二防反射层，覆盖于所述第二电极，用以绝缘该第二电极与所述第三电极。
进一步地，上述装置还可包括，所述第二基板及所述第三基板为N型基板；及/或
所述第一电极、所述第二电极及所述第三电极为金属电极。
与现有技术相比，应用本发明，不仅可以更完整的利用了P-N半导体的发电潜能，达到比已知技术更佳的发电效果，大幅增进使用效能，而且更进一步简化了各光能电源装置之间的串连接方式。
附图说明
图1A～G为已知的太阳能电池之结构与制作过程示意图；
图2A～E为本发明具体实施方式之光能电源装置的结构与制作过程示意图；
图3为本发明具体实施方式之光能电源装置的下层铝(Al)导线24设置的较佳具体实施方式的示意图；
图4为本发明具体实施方式之光能电源装置的下层银(Ag)导线26设置的较佳具体实施方式的示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明具体实施方式作进一步说明。
本发明之光能电源装置的基本半导体型态的制作亦如已知的太阳能电池，如图1A～C所示，先以P型半导体20作为基板，在其上、下两表面以热扩散方式制作成上、下两层的N型半导体21、22，并于上层的N型半导体21表面铺设一层氮化硅(SiN)之第一防反射层23。
接着第二步，请参阅图2A，于下层的N型半导体22表面铺设复数条金属铝(Al)导线24。
第三步，请参阅图2B，于下层的N型半导体22表面铺设一层氮化硅(SiN)之第二防反射层25。
第四步，请参阅图2C，于第二防反射层的表面设置复数条第一金属银(Ag)导线26，其中还包括了一条独立的金属银(Ag)汇流线27。
第五步，请参阅图2D，于第一防反射层的表面设置复数条第二金属银(Ag)导线28。
第六步，请参阅图2E，烧制整个装置，使各金属元件渗透而与半导体融合成合金，其中该复数条第二金属银(Ag)导线28与上层的N型半导体21融合成为第一N发射导线28’(N emitter contact)，即第一负电极，而该复数条第一金属银(Ag)导线26与下层的N型半导体22融合成为第二N+发射导线26’(N emitter contact)，即第二负电极。复数条金属铝(Al)导线24则与下层的N型半导体22融合成为P+型半导体24’，而独立的金属银(Ag)汇流线27也会与金属铝(Al)导线24融合成为银/铝(Ag/Al)合金的P+导线27’(P+contact)，即正电极。
本发明之光能电源装置根据上述的结构，在原有的P-N基板的下层多加设了一组金属银(Ag)导线26形成了第二N发射导线26’，使得光照所形成的P-N电子流多了一个发射层，增加了电子发射的面积而使得P型半导体20深处的电子也能被充分的利用到，更进而使整个电源装置的产电效能变得更好。
由于要将正电极和负电极设置在同一面，所以在设置金属银(Ag)导线26及金属铝(Al)导线24时还必须注意避免短路的状况发生。因此，金属银(Ag)导线26及金属铝(Al)导线24的设置必须错开，请参阅图3、图4，其为本案下层之金属银(Ag)导线26及金属铝(Al)导线24设置的较佳具体实施方式之一以使得银(Ag)导线26及铝(Al)导线24能分别具有较大的面积比例。然而本发明更以氮化硅(SiN)设置了一个第二防反射层25于该银(Ag)导线26及铝(Al)导线24之间，使此两者之间分别属于不同层配置，更进一步的避免两种导线的接触而造成短路。该银(Ag)导线26中还包括了一条独立的金属银(Ag)汇流线27，其是用于与铝(Al)导线24重叠，在烧制后形成银/铝(Ag/Al)合金之用，作为正电极的导线，P+导线27’。
此外，使用上述结构的光能电源装置，在串连使用时，也比已知的太阳能电池更便于连接。已知的太阳能电池的结构，负电极在受光的上层，而正电极位于背光的下层。所以在串连时，必须使用导线由上至下的连接，较为不便。而本发明的光能电源装置，由于上下两层都具有负电极，因此本身就必须先行连接才能使用。因此，其负电极的配置就不用被局限在上层，而可以同样改置于下层。如此一来，在做串连的时候，只要设置一段直线导体连接前后光能电源装置的正、副电极即可。如此，在装置光能电源装置阵列串连的时后，连接程序上就变得简便许多。
综上所述，本发明之设计“光能电源装置与其制作方法”不仅可以更完整的利用了P-N半导体的发电潜能，达到比已知技术更佳的发电效果，大幅增进使用效能，而且更进一步简化了各光能电源装置之间的串连接方式。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种光能电源装置，其特征在于，包括：
一供给基板，用以产生一第一电压；
一第一发射基板，与所述供给基板的一第一表面相连，用以接收一第一电子流；
一第二发射基板，与所述供给基板的一第二表面相连，用以接收一第二电子流；
一第一防反射层，覆盖于所述第一发射基板，用以避免光线反射；
一第一金属电极，设置于所述第一防反射层上并与所述第一发射基板融合，用以传导所述第一电子流；
一第二金属电极，设置于所述第二发射基板上并与所述第二发射基板融合，用以产生一第二电压；
一第二防反射层，覆盖于所述第二金属电极，用以绝缘该第二金属电极：以及
一第三金属电极，设置于所述第二防反射层上并与所述第二发射基板融合，用以传导所述第二电子流，
其中所述第二金属电极与所述第三金属电极错开设置，所述第二电压大于所述第一电压。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述供给基板为一P型基板。
3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一发射基板及所述第二发射基板为N型基板。
4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一防反射层及所述第二防反射层之材质为氮化硅。
5.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一金属电极及所述第三金属电极之材质为银。
6.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第二金属电极之材质为铝。
7.一种制作光能电源装置的方法，其步骤包含，
提供一供给基板；
设置一第一发射基板及一第二发射基板，分别与所述供给基板的一第一表面及一第二表面相连；
设置一第一防反射层覆盖于所述第一发射基板；
设置一第一金属电极覆盖于所述第一防反射层；
设置一第二金属电极覆盖于所述第二发射基板；
设置一第二防反射层覆盖于所述第二金属电极；
设置一第三金属电极覆盖于所述第二防反射层；以及
烧制上述的各部件使所述第一金属电极与所述第一发射基板融合，并使所述第二金属电极及所述第三金属电极与所述第二发射基板融合，其中所述第二金属电极与所述第三金属电极错开设置。
8.一种光能电源装置，其特征在于，包括：
一第一基板，具有一第一表面及一相对之第二表面，用以产生一第一电压；
一第二基板，与所述第一基板的所述第一表面相连，用以接收一第一电子流；
一第三基板，与所述第一基板的所述第二表面相连，用以接收一第二电子流；
一第一防反射层，覆盖于所述第二基板，用以避免光线反射；
一第一电极，设置于所述第一防反射层上并与所述第二基板融合，用以传导所述第一电子流；
一第二电极，设置于所述第三基板上并与该第三基板融合，用以产生一第二电压，其中该第二电压大于所述第一电压；
一第三电极，设置于所述第二电极上并与所述第三基板融合，用以传导所述第二电子流；及
一第二防反射层，覆盖于所述第二电极，用以绝缘该第二电极与所述第三电极，其中所述第二电极与所述第三电极错开设置。
9.如权利要求8所述的装置，其特征在于，
所述第二基板及所述第三基板为N型基板；及
所述第一电极、所述第二电极及所述第三电极为金属电极。
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