CN102163629B

CN102163629B - 太阳能电池

Info

Publication number: CN102163629B
Application number: CN 201110052301
Authority: CN
Inventors: 李欣峯; 胡雁程; 陈宗保; 陈人杰; 吴振诚
Original assignee: AU Optronics Corp
Current assignee: AU Optronics Corp
Priority date: 2010-12-31
Filing date: 2011-03-02
Publication date: 2013-04-03
Anticipated expiration: 2031-03-02
Also published as: CN102163629A; TW201227995A; TWI427812B

Abstract

本发明公开了一种太阳能电池，其包括第一导电型基板、第二导电型半导体层、钝化层、第一电极层以及第二电极层。第二导电型半导体层位于第一导电型基板上。钝化层位于第二导电型半导体层上。第一电极层位于钝化层上，其中第一电极层包括至少一条连接部、多组延伸部以及多个边缘部。连接部的边缘为非直线边缘。多组延伸部与连接部连接，并从连接部往连接部的两侧延伸至第一导电型基板的边缘。边缘部将延伸至第一导电型基板边缘的每一组延伸部中的延伸部连接在一起。第二电极层对应第一电极层设置。本发明的太阳能电池可有助于减少第一电极层的遮光面积，并降低电极材料的使用及制造成本。

Description

太阳能电池

技术领域

本发明涉及一种太阳能电池(solar cell)，且尤其涉及一种可提高光入射量的太阳能电池。

背景技术

太阳能由于其具有永不耗尽的特色，且其为一种干净无污染也不会耗尽自然资源的能源，因此，在解决目前石化能源所面临的污染与短缺等问题时，如何有效利用太阳能源已经成为今日最受瞩目的焦点之一。其中，又以太阳能电池可直接将太阳能转换为电能，而成为目前相当重要的研究课题。

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-空穴对，电子与空穴均会受到内建电位的影响，空穴往电场的方向移动，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。

然而，若太阳能电池的金属电极覆盖在光入射面上，则太阳光的吸收会随着金属电极所覆盖的面积的增加而减少，导致其下方的光电转换结构因电极的遮蔽而无法吸收到光，且位于光入射面上的金属电极容易造成入射光的反射。因此，如何减少入射光的损失，以有效地提升太阳能电池的效能是业界亟欲解决的课题之一。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种太阳能电池，其可有效减少入射光的损失。

本发明提出一种太阳能电池，其包括第一导电型基板、第二导电型半导体层、钝化层、第一电极层以及第二电极层。第二导电型半导体层位于第一导电型基板上。钝化层位于第二导电型半导体层上。第一电极层位于钝化层上，其中第一电极层包括至少一条连接部、多组延伸部以及多个边缘部。连接部的边缘为非直线边缘。多组延伸部与连接部连接，并从连接部往连接部的两侧延伸至第一导电型基板的边缘。边缘部将延伸至第一导电型基板边缘的每一组延伸部中的延伸部连接在一起。第二电极层对应第一电极层设置。

其中，该第一电极层的相邻两组延伸部之间未设置有该边缘部。

其中，该第一电极层的该连接部与该些组延伸部连接之处具有圆弧状边缘。

其中，该第一电极层的每一组延伸部具有两条延伸部，且延伸至该第一导电型基板边缘的该组延伸部中的两条延伸部通过一条边缘部而连接在一起。

其中，所述两条延伸部与该边缘部构成一U形图案。

其中，该第一电极层更包括一标记图案。

其中，该连接部更包括至少一凹陷图案，位于该连接部的至少一末端，该凹陷图案的两边具有30°至45°的夹角。

其中，该第一电极层的该连接部与该些组延伸部构成一指状图案。

其中，该第一电极层具有多条连接部，以将该第一电极层区分成至少一中间区域以及多个侧边区域。

其中，位于该中间区域内的该些组延伸部的两端与该些连接部连接，位于该些侧边区域的该些组延伸部延伸至该第一导电型基板的边缘，且该些边缘部将延伸至该第一导电型基板的边缘的每一组延伸部中的该些延伸部连接在一起。

基于上述，本发明的太阳能电池的第一电极层包括具有非直线边缘的连接部，因而可有助于减少第一电极层的遮光面积，并降低电极材料的使用及制造成本。如此一来，更多的入射光可进入到太阳能电池内被吸收，进而有效改善太阳能电池的整体效率表现。此外，本发明的太阳能电池的第一电极层包括边缘部，用以连接每一组延伸部中的延伸部，因此能够解决延伸部发生断线时所造成的问题。

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2是依照本发明的一实施例的太阳能电池的上视示意图。

图3是依照本发明的另一实施例的太阳能电池的上视示意图。

其中，附图标记：

100、100′：太阳能电池

102：第一导电型基板

102a：第一面

102b：第二面

104：第二导电型半导体层

106：钝化层

108：第一电极层

108a：中间区域

108b：侧边区域

110：第二电极层

202、202′：连接部

204：一组延伸部

204a：一条延伸部

206：边缘部

208：边缘

210：凹陷图案

L：光

θ：夹角

具体实施方式

下文中参照随附图式来更充分地描述本发明实施例。然而，本发明可以多种不同的形式来实践，并不限于文中所述之实施例。以下实施例中所提到的方向用语，例如“上”、“下”、“内”、“外”等，仅是参考附加图式的方向，因此使用的方向用语是用来详细说明，而非用来限制本发明。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。图2是依照本发明的一实施例的太阳能电池的上视示意图。请参照图1，太阳能电池100包括第一导电型基板102、第二导电型半导体层104、钝化层106、第一电极层108以及第二电极层110。第二导电型半导体层104位于第一导电型基板102上。钝化层106位于第二导电型半导体层104上。第一电极层108位于钝化层106上。第二电极层110对应第一电极层设置108。

第一导电型基板102具有第一面102a以及与第一面102a相对的第二面102b。第一面102a例如是位于太阳能电池100的光入射侧。第一导电型基板102例如是掺杂有P型掺质的半导体基材。所述P型掺质可以是选自元素周期表中三族元素的群组，例如是硼(B)、铝(Al)、镓(Ga)、铟(In)等等。另外，半导体基材的材料可为硅、硫化镉(CdS)、铜铟镓二硒(CuInGaSe₂，CIGS)、铜铟二硒(CuInSe₂，CIS)、碲化镉(CdTe)、半导体有机材料(organic material)或上述材料堆栈的多层结构。上述的硅包括单晶硅(single crystal silicon)、多晶硅(polycrystal silicon)、非晶硅(amorphous silicon)或是微晶硅(microcrystal silicon)。

在一实施例中，为了进一步提升太阳能电池100的效率，第一导电型基板102的第一面102a例如是经过表面处理，使其表面形成具有凹凸结构(texture)的粗糙表面，以使光线产生散射并减少光的反射量。第一导电型基板102的第二面102b也可选择性地具有粗糙表面。上述的粗糙表面例如是使第一导电型基板102的第一面102a及第二面102b的表面形成V字型沟槽、金字塔形(pyramid)结构或逆金字塔形等其它任意形状组合的凹凸结构。详言之，具有凹凸结构的粗糙表面可提高光线在太阳能电池中散射的机率，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，进而增进光子吸收并提供更多的电子-空穴对的形成。

第二导电型半导体层104配置于第一导电型基板102的第一面102a上。第二导电型半导体层104例如是掺杂有N型掺质的半导体基材。所述N型掺质可以是选自元素周期表中的第五族元素，例如磷(P)、砷(As)或是锑(Sb)等等。类似地，第二导电型半导体层104的材料可为硅、硫化镉、铜铟镓二硒、铜铟二硒、碲化镉、半导体有机材料或上述材料堆栈的多层结构。上述的硅包括单晶硅、多晶硅、非晶硅或是微晶硅。具体而言，由于第一导电型基板102及第二导电型半导体层104具有不同的导电型态，因此在第一导电型基板102与第二导电型半导体层104之间的边界会形成PN接面，可用以使光能转换成电能，而作为光电转换结构。

需注意的是，在此实施例中是以P型来表示第一导电型，而以N型来表示第二导电型，但本发明并不以此为限。本领域技术人员应了解，本发明也可以将上述第一导电型置换成N型，并将第二导电型置换成P型。换言之，在另一实施例中，第一导电型基板102可以是N型掺杂基板，第二导电型半导体层104可以是P型掺杂半导体层，而共同构成PN接面。

钝化层106位于太阳能电池100的光入射侧表面，可减少载子在表面复合的情况发生，并用于保护太阳能电池100的表面。此外，钝化层106还可以是不会反射入射光的抗反射涂层，以有效降低入射光在太阳能电池100表面的反射损失。钝化层106的材料例如是氮氧化硅、氮化硅或其它合适的介电材料、或是其它的抗反射材料或上述的组合。

位于钝化层106上的第一电极层108即是位于太阳能电池100的光入射侧，而作为前电极(front contact)。在此实施例中，第一电极层108电性连接至第二导电型半导体层104。第一电极层108的材料例如是银(Ag)、铝(Al)或是其它的金属材料，且第一电极层108的厚度约为1μm至100μm。

详言之，请同时参照图1及图2，第一电极层108包括至少一条连接部202、多组延伸部204以及多个边缘部206。多组延伸部204与连接部202连接，并从连接部202往连接部202的相对两外侧延伸至第一导电型基板102的边缘(或钝化层106的边缘)。第一电极层108的连接部202与多组延伸部204例如是构成指状图案。各条连接部202例如是一体成形的结构而没有断开，因而使得每一组延伸部204都可以通过连接部202的连接而电性导通。连接部202的边缘208为非直线边缘。在一实施例中，第一电极层108的连接部202与多组延伸部204连接之处的边缘208例如是圆弧状边缘，其曲率半径例如是0.1mm至1mm 。

边缘部206则将延伸至第一导电型基板102边缘的每一组延伸部204中的延伸部204a连接在一起。在此实施例中，第一电极层108的每一组延伸部204例如是具有两条延伸部204a，且延伸至第一导电型基板102边缘的同一组延伸部204中的两条延伸部204a透过一条边缘部206而连接在一起。在此实施例中，每一条边缘部206是连接对应的同一组延伸部204中的两条延伸部204a的两外侧端点，因此两条延伸部204a与边缘部206会构成U形图案。当然，每一条边缘部206也可以是连接同一组延伸部204中两条延伸部204a上的任意位置，而不限于边缘处的外侧端点。此外，在第一电极层108中，相邻两组延伸部204之间未设置有边缘部206。

在此实施例中，当第一电极层108具有两条连接部202时，两条连接部202例如是相互平行而配置，并将第一电极层108区分成中间区域108a以及两个侧边区域108b。如此一来，位于中间区域108a内的多组延伸部204的两端会分别与位于其两侧的两条连接部202连接。另一方面，位于侧边区域108b的多组延伸部204则会由两条连接部202分别向外延伸至第一导电型基板102的两对向边缘，且分别位于各侧边区域108b内的边缘部206会将延伸至第一导电型基板102边缘的每一组延伸部204中的延伸部204a连接在一起。

特别说明的是，由于连接部202的边缘208为非直线边缘且相邻两组延伸部204之间未设置有边缘部206，因此可有效减少第一电极层108的遮光面积，并降低电极材料的使用以及制造成本。第一电极层108例如是约占太阳能电池100的照光表面面积的2％至5％。当光L从光入射侧(图1中的上方)入射至太阳能电池100时，因第一电极层108所占的表面积减少，因此可有助于使更多的入射光进入到太阳能电池100内被吸收而产生更多的光电流，以进行光能转换电能的程序。

再者，由于同一组延伸部204中的两条延伸部204a是通过一条边缘部206而连接在一起，因此即使在任一条延伸部204a发生断线时，发生断线的延伸部204a仍能通过边缘部206而电性连接到同一组延伸部204中的另一条延伸部204a，而能够收集载子。

除了图2所述的实施例以外，本发明的太阳能电池的第一电极层也可以具有其它构型。图3是依照本发明的另一实施例的太阳能电池的上视示意图。须注意的是，在图3中，与图2相同的构件则使用相同的标号并省略其说明。

请参照图3，在另一实施例中，组成图3所示的太阳能电池100′的构件与组成图2所示的太阳能电池100的构件大致相同，然而两者之间的差异主要是在于连接部的结构形式。在图3所示的太阳能电池100′中，连接部202′更包括凹陷图案210。凹陷图案210位于连接部202′的末端，而使连接部202′的末端具有非直线边缘。此外，凹陷图案210的两边例如是构成夹角θ，夹角θ约为30°至45°。如此一来，通过在连接部202′的末端配置凹陷图案210，能够更进一步减少第一电极层108的遮光面积。

另外，在此实施例中，虽然是以连接部202′的所有末端都具有凹陷图案210为例来进行说明，但本发明并不限于此。当然，在其它实施例中，第一电极层的连接部也可以只有部分末端具有凹陷图案，于此技术领域具有通常知识者当可依上述实施例而知其变化。

请参照图1，第二电极层110例如是配置于第一导电型基板102的第二面102b上，而作为背电极(back contact)与第一电极层108形成外部电流以提供负载。在此实施例中，第二电极层110电性连接至第一导电型基板102。第二电极层110的材料例如是银、铝或是其它的金属材料。在一实施例中，第二电极层110的结构可以是类似图2或图3所示的第一电极层108的结构，而具有至少一条连接部、多组延伸部以及多个边缘部。当然，在第一导电型基板102的第二面102b还可以选择性地配置有钝化层或保护层等，且第二电极层110的结构、形状以及面积也可以视实际需求而调整，并不限于图1中所示的结构。

值得一提的是，在图1所示的实施例是以将第一电极层108及第二电极层110配置在第一导电型基板102的相反两面上(即分别位于第一面102a以及第二面102b上)为例来进行说明，但本发明并不限于此。在其它实施例中，第一电极层108及第二电极层110也可以是共同配置在第一导电型基板102的同一侧(如第一面102a)，且第一电极层108及第二电极层110例如是以交错的方式来排列，此技术领域具有通常知识者当可依前述实施例知其应用及变化，故于此不再赘述。

此外，虽然图2及图3的实施例是以每一组延伸部204具有两条延伸部204a为例来进行说明，但并不用以限制本发明。在其它实施例中，每一组延伸部204也可以是具有三条以上的延伸部204a，而同一组延伸部204中的多条延伸部204a可以通过边缘部206而连接在一起，且相邻两组延伸部204之间则不会有边缘部206连接不同组延伸部204之间的延伸部204a。

综上所述，本发明的太阳能电池至少具有下列优点：

1.上述实施例的太阳能电池通过改变位于光入射侧的第一电极层设计，而在解决电极断线的同时，能够减少第一电极层的遮光面积，并降低电极材料的使用及制造成本。

2.上述实施例的太阳能电池的第一电极层结构可以整合于现有的制程，并应用在多种类的太阳能电池，通过简单手段即能够有效提升太阳能电池的整体效率表现。

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权利要求的保护范围。

Claims

1.一种太阳能电池，其特征在于，包括：

一第一导电型基板；

一第二导电型半导体层，位于该第一导电型基板上；

一钝化层，位于该第二导电型半导体层上；

一第一电极层，位于该钝化层上，其中该第一电极层包括：

至少一连接部，其中该连接部的边缘为非直线边缘；

多组延伸部，其与该连接部连接并从该连接部往该连接部的两侧延伸至该第一导电型基板的边缘；以及

多个边缘部，其将延伸至该第一导电型基板边缘的每一组延伸部中的该些延伸部连接在一起；该第一电极层的该连接部与该些组延伸部连接之处具有圆弧状边缘，该圆弧状边缘向所述连接部的中心弯曲；

以及

一第二电极层，其对应该第一电极层设置。

2.根据权利要求1的所述的太阳能电池，其特征在于，该第一电极层的相邻两组延伸部之间未设置有该边缘部。

3.根据权利要求1的所述的太阳能电池，其特征在于，该第一电极层的每一组延伸部具有两条延伸部，且延伸至该第一导电型基板边缘的该组延伸部中的两条延伸部通过一条边缘部而连接在一起。

4.根据权利要求3的所述的太阳能电池，其特征在于，所述两条延伸部与该边缘部构成一U形图案。

5.根据权利要求1的所述的太阳能电池，其特征在于，该第一电极层更包括一标记图案。

6.根据权利要求1的所述的太阳能电池，其特征在于，该连接部更包括至少一凹陷图案，位于该连接部的至少一末端，该凹陷图案的两边具有30°至45°的夹角。

7.根据权利要求1的所述的太阳能电池，其特征在于，该第一电极层的该连接部与该些组延伸部构成一指状图案。

8.根据权利要求1的所述的太阳能电池，其特征在于，该第一电极层具有多条连接部，以将该第一电极层区分成至少一中间区域以及多个侧边区域。

9.根据权利要求8的所述的太阳能电池，其特征在于，位于该中间区域内的该些组延伸部的两端与该些连接部连接，位于该些侧边区域的该些组延伸部延伸至该第一导电型基板的边缘，且该些边缘部将延伸至该第一导电型基板的边缘的每一组延伸部中的该些延伸部连接在一起。