CN103915513B - 太阳能电池与太阳能电池模块 - Google Patents
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Abstract
本发明揭露一种太阳能电池与太阳能电池模块。太阳能电池包含第二导电型基板、多个第一与第二导电型层、钝化层、多个第一与第二开孔、第一及第二电极。第二导电型基板包含受光面及背面。第一导电型层设于背面上。第二导电型层以二维阵列且彼此独立不相连接的形式排列于背面上。各第二导电型层的周围受到第一导电型层包围。钝化层设于第一与第二导电型层上。第一与第二开孔设于钝化层中,且分别对应第一导电型层、及分别对应第二导电型层。第一与第二电极设于钝化层上,且分别经第一开孔与第一导电型层接触、及分别经第二开孔与第二导电型层接触。
Description
技术领域
本发明是有关于一种光电转换装置,且特别是有关于一种太阳能电池。
背景技术
由于指叉状背接触的太阳能电池(InterdigitatedBackContactSolarCell;IBC)具有较高的电池效率,因此目前已成为太阳能电池发展的一个趋势。请参照图1,其是绘示一种指叉状背接触的太阳能电池的局部剖面图。指叉状背接触的太阳能电池100主要包含N型基板102、N+型导电层108、抗反射层110、N++型掺杂层114、P+型掺杂层116、钝化层118、N型电极120与P型电极122。
在太阳能电池100中,N型基板102的相对二侧分别具有受光面104与背面106。受光面104上设有粗糙结构112,以增加入光量。N+型导电层108全面性地设于受光面104上,以作为太阳能电池100的正面表面电场(FSF)层。抗反射层110覆盖在N+型导电层108上,以避免入射光反射。N++型掺杂层114与P+型掺杂层116分别设置于N型基板102的背面106的局部区域中,且彼此分离并呈长条形间隔状。钝化层118覆盖在背面106上。钝化层118具有多个开孔128与130分别露出部分的N++型掺杂层114与部分的P+型掺杂层116。N型电极120与P型电极122设于钝化层118上,且分别经由钝化层118的开孔128及130而分别与N++型掺杂层114及P+型掺杂层116接触。
在此太阳能电池100中,由于N++型掺杂层114与P+型掺杂层116均设置在N型基板102的背面106中,且彼此十分接近。而且,因N++型掺杂层114与P+型掺杂层116为掺杂区,为了使N++型掺杂层114与P+型掺杂层116能更有效地分离,一种技术是在任二相邻的N++型掺杂层114与P+型掺杂层116之间的N型基板102的背面106上形成双阶(bi-level)结构124。
由于太阳能电池100具有指叉状背接触的电极结构,亦即N型电极120与P型电极122以指叉状排列方式设置,因此分别与N型电极120及P型电极122接触的N++型掺杂层114及P+型掺杂层116通常也呈指叉状排列。因而,N++型掺杂层114与P+型掺杂层116之间的这些双阶结构124均顺着同一方向延伸设置。然而,若N型基板102的厚度较薄(例如约200um,或甚至不到),或者为形成双阶结构124所在N型基板102的背面106中挖出的沟槽126过深时,沟槽126的底面侧边的结构相对脆弱,而导致N型基板102容易沿着沟槽126的底面侧边破裂,造成制程合格率不佳。
此外,N型电极120与P型电极122的指状部分以互相平行的方式设置,而开孔128与130为直线形的线状开孔且分别间隔地设置在N型电极120与P型电极122下方的钝化层118中。然,当载子在N型基板102的受光面104的对应于另一侧双阶结构124处形成时,此处的载子的导出路径仅能往其两侧的直线形的开孔128、130移动,如此即代表载子移动到开孔128与130中的N型电极120与P型电极122的距离较长,将导致载子收集的效率会降低,进而使太阳能电池100的电流密度无法有效提高,并衍生整体电池效率无法提升的问题。
发明内容
因此,本发明的一目的就是在提供一种太阳能电池与太阳能电池模块,其多个第二导电型层以二维阵列且彼此独立不相连接的形式排列于第二导电型基板的背面中,且这些第二导电型层的周围受到多个第一导电型层所包围,并分别搭配对应第一开孔与第二开孔的设计。故,可缩短载子的移动距离,进而可有效提高太阳能电池与模块的电流密度,以及提升整体电池的效率。
本发明的另一目的是在提供一种太阳能电池与太阳能电池模块,其第一导电型层与第二导电型层是以二维阵列且彼此独立不相连接的方式排列在第二导电型基板的背面中,并对应搭配分别彼此独立且呈二维阵列排列的第一内凹部与第二内凹部的设计,亦即非传统连续的双阶结构设计。故可避免传统太阳能电池因设置双阶结构所造成的基板弯曲或破裂,进而可提升太阳能电池及其所应用的模块的制程合格率。
本发明的又一目的是在提供一种太阳能电池与太阳能电池模块,其第一导电型层的开孔包围第二导电型层的开孔。因此,可提高太阳能电池从受光面而来的载子的收集效率,进而可提高电流密度,以及提升整体电池的效率。
根据本发明的上述目的,提出一种太阳能电池。此太阳能电池包含一第二导电型基板、多个第一导电型层、多个第二导电型层、一钝化层、多个第一开孔、多个第二开孔、一第一电极以及一第二电极。第二导电型基板包含彼此相对的一受光面以及一背面。前述的多个第一导电型层设于背面上。前述的多个第二导电型层以二维阵列形式排列于背面上。各第二导电型层的周围受到多个第一导电型层包围,其中所述多个第二导电型层之间彼此相互独立而不连接。钝化层设于前述的多个第一导电型层与多个第二导电型层上。前述的多个第一开孔设于钝化层中,其中这些第一开孔分别对应前述的多个第一导电型层。多个第二开孔设于钝化层中,其中这些第二开孔分别对应前述的多个第二导电型层。第一电极设于钝化层上并分别经前述多个第一开孔而与多个第一导电型层接触。第二电极设于钝化层上并分别经前述多个第二开孔而与多个第二导电型层接触。
依据本发明的一实施例,上述的各第二导电型层的周围是在平行背面的一法线的方向上,受到上述多个第一导电型层包围。
依据本发明的另一实施例,上述的各第二导电型层的周围受到各第一导电型层的完全包围。
依据本发明的又一实施例,上述的多个第一导电型层之间彼此直接相连。
依据本发明的再一实施例,上述的各第一导电型层与各第二导电型层之间分别设有一隔离区,此隔离区于平行背面的一法线的方向上完全包围各第二导电型层。
依据本发明的再一实施例,上述的多个第一开孔彼此间的连线或多个第二开孔彼此间的连线,可构成蜂巢形状。
依据本发明的再一实施例,上述的多个第一导电型层以二维阵列排列且彼此并互不接触。
依据本发明的再一实施例,上述的多个第一开孔中的至少一者可沿所对应的第一导电型层延伸。
依据本发明的再一实施例,上述的多个第一开孔中的至少一者是由多个孔洞所构成,且这些孔洞排列围绕于所包围的第二导电型层的周围。
依据本发明的再一实施例,上述的背面包含至少一第一内凹部,上述的多个第一导电型层中的至少一者是配置于此至少一第一内凹部的一内侧面上。
依据本发明的再一实施例,上述的背面包含至少一第二内凹部,上述的多个第二导电型层中的至少一者是配置于此至少一第二内凹部的一内侧面上,且上述的至少一第一内凹部的底面较此至少一第二内凹部的底面接近受光面。
根据本发明的上述目的,另提出一种太阳能电池模块。此太阳能电池模块包含一上板、一下板、一如上述的太阳能电池以及至少一封装材料层。太阳能电池设于上板与下板之间。至少一封装材料层位于上板与下板之间,将太阳能电池与上板和下板结合。
附图说明
为让本发明的上述和其他目的、特征、优点与实施例能更明显易懂,所附附图的说明如下:
图1是绘示一种指叉状背接触的太阳能电池的局部剖面图;
图2是绘示依照本发明的一实施方式的一种太阳能电池模块的剖面示意图;
图3是绘示依照本发明的一实施方式的一种太阳能电池尚未设置电极的局部背面图;
图4是绘示图3的太阳能电池的局部放大剖面图;
图5是绘示依照本发明的一实施方式的一种太阳能电池的已设置电极的局部背面图;
图6是绘示依照本发明的另一实施方式的一种太阳能电池尚未设置电极的局部背面图;
图7是绘示依照本发明的又一实施方式的一种太阳能电池尚未设置电极的局部背面图;
图8是绘示依照本发明的再一实施方式的一种太阳能电池尚未设置电极的局部背面图;
图9是绘示依照本发明的再一实施方式的一种太阳能电池的已设置电极的局部背面图。
【主要元件符号说明】
100:太阳能电池102:N型基板
104:受光面106:背面
108:N+型导电层110:抗反射层
112:粗糙结构114:N++型掺杂层
116:P+型掺杂层118:钝化层
120:N型电极122:P型电极
124:双阶结构126:沟槽
128:开孔130:开孔
200:太阳能电池模块202:太阳能电池
202a:太阳能电池202b:太阳能电池
202c:太阳能电池204:上板
206:下板208:封装材料层
210:封装材料层212:部分
214:部分216:第一导电型层
216a:第一导电型层216b:第一导电型层
218:第二导电型层220:第一内凹部
220a:第一内凹部222:钝化层
224:第一开孔226:第二开孔
228:隔离区228a:隔离区
230:局部区域232:第一电极
232a:第一电极234:总线电极
236:指状电极236a:指状电极
238:第二电极238a:第二电极
240:总线电极242:指状电极
242a:指状电极244:第二导电型基板
244a:第二导电型基板246:受光面
248:背面248a:背面
248b:背面248c:背面
250:粗糙结构252:第二导电型电场层
254:抗反射层256:间隔
258:第二内凹部260:凸肋
具体实施方式
请参照图2,其是绘示依照本发明的一实施方式的一种太阳能电池模块的剖面示意图。在本实施方式中,太阳能电池模块200主要包含一上板204、一下板206、一太阳能电池202、以及一个或多个封装材料层,例如封装材料层208与210,例如乙烯醋酸乙烯酯共聚物(EVA)材质。
如图2所示,在太阳能电池模块200中,太阳能电池202设于下板206上,且设于上板204之下。因此,上板204设于下板206之上,且太阳能电池202设于下板206与上板204之间。另外,二层封装材料层208与210则分别设置在上板204与太阳能电池202、以及下板206与太阳能电池202之间。通过高温压合的程序,封装材料层208和210于熔融态时可将太阳能电池202与下板206和上板204结合。
请参照图3至图5,其是分别绘示依照本发明的一实施方式的一种太阳能电池尚未设置电极的背面图、图3的太阳能电池的局部放大剖面图、以及太阳能电池的已设置电极的局部背面图。在本实施方式中,太阳能电池202可为一指叉状背接触的太阳能电池。因此,如图5所示,第一电极232与第二电极238呈指叉状,且第一电极232与第二电极238均设置在第二导电型基板244的同一面上。
在一实施例中,如图3至图5所示,太阳能电池202主要可包含第二导电型基板244、多个第一导电型层216、多个第二导电型层218、钝化层222、第一电极232与第二电极238。第一导电型与第二导电型的一者可为P型,另一者则可为N型。在一较佳实施例中,第一导电型为P型,第二导电型为N型。
请参照图4所绘示的太阳能电池202的局部区域230(如图3),第二导电型基板244包含受光面246与背面248。其中,受光面246与背面248位于第二导电型基板244的相对二侧。第二导电型基板244的材料可例如为硅等半导体材料。在一实施例中,第二导电型基板244的受光面246可经粗化处理而具有粗糙结构250,以增进太阳能电池202对于入射光的吸收效率。
多个第一导电型层216可配置于第二导电型基板244的背面248上。多个第二导电型层218同样可配置于第二导电型基板244的背面248上。在一实施例中,如图3所示,每个第二导电型层218的周围均对应受到一个第一导电型层216所完全包围。在一示范例子中,第二导电型基板244的电性为N型,且第一导电型层216可为形成在背面248上的一P型掺杂层,例如硼掺杂层。而且,第二导电型层218可为形成在背面248上的一N型掺杂层,例如磷掺杂层。
在本实施方式中,如图3所示,这些第二导电型层218可以二维阵列形式排列在第二导电型基板244的背面248上。此外,这些第一导电型层216同样可以二维阵列形式排列在第二导电型基板244的背面248上且彼此互不接触,例如这些第一导电型层216彼此之间分别以一间隔256区隔开。而且,如图3与图4所示,每个第二导电型层218与对应包围在此第二导电型层218周围的第一导电型层216之间均可设有隔离区228,以分离第二导电型层218与对应的第一导电型层216。
在一实施例中,第二导电型基板244的背面248更可凹设有至少一第一内凹部220。其中,第一导电型层216的至少一者可配置于此至少一第一内凹部220的内侧面,例如包含此至少一第一内凹部220的底面与侧壁面。在一实施例中,如图4所示,背面248可凹设有多个第一内凹部220,且所有的第一导电型层216可对应设置在这些第一内凹部220的内侧面。如此一来,每个第二导电型层218可在平行背面248的法线的方向上,对应受到一个第一导电型层216所完全包围。
在图4所示的实施例中,第二导电型层218设于背面248,但并未设于背面248的任何内凹处。然,请参照图6,其是绘示依照本发明的另一实施方式的一种太阳能电池尚未设置电极的局部背面图。在此实施方式中,太阳能电池202a的架构大致上与上述实施方式的太阳能电池200的架构相同,二架构之间的差异在于,太阳能电池200a的第二导电型基板244a的背面248a更可凹设有至少一第二内凹部258。其中,第二导电型层218的至少一者可配置于此至少一第二内凹部258的内侧面,例如包含此至少一第二内凹部258的底面与侧壁面。
在一实施例中,太阳能电池202a的背面248a可凹设有多个第二内凹部258,且所有的第二导电型层218可对应设置在这些第二内凹部258的内侧面。因此,每个第二导电型层218同样可在平行背面248a的法线的方向上,对应受到一个第一导电型层216所完全包围。在一示范例子中,当第二导电型为N型时,由于空穴的移动速率较电子慢,为使空穴与电子分别到第一导电型层216与第二导电型层218的移动时间可较为一致,第一内凹部220的底面较第二内凹部258的底面更接近受光面246,亦即可使所形成的第一导电型层216较第二导电型层218接近受光面246。借此,可提高太阳能电池202a的效率。
如图3所示,在太阳能电池202中,每个第二导电型层218的周围均对应受到一个第一导电型层216所完全包围。但,请参照图7,是绘示依照本发明的又一实施方式的一种太阳能电池尚未设置电极的局部背面图。在此实施方式中,太阳能电池202b的架构大致上与上述实施方式的太阳能电池202的架构相同,二架构之间的差异在于,太阳能电池202b中包围在每个第二导电型层218周围的第一导电型层216a可包含彼此分离的至少二部分212与214。
请参照图7,在太阳能电池202b中,第一导电型层216a是设于凹设于背面248b中的第一内凹部220a的内侧面。此外,第一导电型层216a的二部分212与214之间以凸肋260将此二部分212与214予以分离。亦即,在每个第一导电型层216a的二部分212与214之间,凸肋260并未内凹于背面248b中,因而凸出于设于第一内凹部220a的内侧面的二部分212与214之间。通过这样的结构设计,可使太阳能电池202b的结构强度较太阳能电池202大。
请再次参照图4,在太阳能电池202中,钝化层222覆盖在第二导电型基板244的背面248上。因此,钝化层222也覆盖在设于背面248上的第一导电型层216与第二导电型层218上。此钝化层222设有多个第一开孔224与多个第二开孔226。其中,这些第一开孔224与第二开孔226以二维阵列的排列形式穿设于钝化层222中。此外,这些第一开孔224分别对应露出每个第一导电型层216的一部分,而这些第二开孔226则分别对应露出每个第二导电型层218的一部分。
在一实施例中,如图3所示,每个第一导电型层216上方设有多个第一开孔224。其中,这些第一开孔224可沿所此第一导电型层216排列,且这些第一开孔224可围设在此第一导电型层216所包围的第二导电型层218上的第二开孔226周围。在另一实施例中,如图7所示,每个第一导电型层216a上方同样设有多个第一开孔224。其中,这些第一开孔224可沿所此第一导电型层216a的部分212与214排列,且可分别设在此第一导电型层216a所包围的第二导电型层218上的第二开孔226的二侧外围。在又一实施例中,太阳能电池202b的至少一个第一导电型层216a的部分212与214上方可分别仅设有单一个第一开孔224,且此二第一开孔224可分别沿着第一导电型层216a的部分212与214延伸,例如L型开孔。
请同时参照图4与图5,第一电极232与第二电极238均设置在钝化层222上。第一电极232可包含多个指状电极236与一个总线电极234,其中每个指状电极236的一端与总线电极234连接。第一电极232的这些指状电极236覆盖在每个第一导电型层216的一部分上方的钝化层222上,且分别经由第一开孔224而分别与钝化层222下方的每个第一导电型层216接触,进而与这些第一导电型层216形成电性连接。这些指状电极236可将从第一导电型层216收集到的电流,传送至总线电极234而输出。
同样地,第二电极238亦可包含多个指状电极242与一个总线电极240,其中每个指状电极242的一端与总线电极240连接。第二电极238的这些指状电极242覆盖在每个第二导电型层218的一部分上方的钝化层222上,且分别经由第二开孔226而分别与钝化层222下方的每个第二导电型层218接触,进而与这些第二导电型层218形成电性连接。这些指状电极242同样可将从第二导电型层218收集到的电流,传送至总线电极240而输出。
请再次参照图4,在本实施方式中,太阳能电池200更包含第二导电型电场层252。第二导电型电场层252可全面性地覆盖在第二导电型基板244的受光面246上。通过第二导电型电场层252所提供的电位能,可驱使在第二导电型基板244的受光面246附近所形成的空穴与电子分别往背面248的第一导电型层216与第二导电型层218移动。此外,太阳能电池200更可根据产品需求,而选择性地包含抗反射层254。此抗反射层254覆盖在第二导电型电场层252上,以提升太阳能电池200的光入射效率。
本发明的多个第一导电型层亦可为彼此相连的设计。请参照图8,其是绘示依照本发明的再一实施方式的一种太阳能电池尚未设置电极的局部背面图。在此实施方式中,太阳能电池202c的架构大致上可与上述实施方式的太阳能电池202的架构相同,二架构之间的主要差异在于太阳能电池202c的多个第一导电型层216b彼此之间是直接相连。也就是说,在太阳能电池202c中,可将单一层第一导电型结构区分成彼此直接相连的多个第一导电型层216b,亦即其彼此之间并没任何间隔。
此外,太阳能电池202c的所有第一导电型层216b、第二导电型层218与隔离区228a可共面,亦即第一导电型层216b与第二导电型层218均未内凹于背面248c,如图9。在一实施例中,每个第二导电型层218的形状可呈圆形,且隔离区228a的形状可呈圆环形。在钝化层222中,每个第二开孔226的周围由多个第一开孔224所环绕包围。通过圆形第二开孔226、圆环形隔离区228a、以及多个第一开孔224环设包围在对应的第二开孔226的设计,可使太阳能电池202c的背面248c的电极接触点具有良好的空间位置匹配。因此,可提高从太阳能电池202c正面而来的载子的收集效率,进而可提高太阳能电池202c的电流密度,以及提升整体电池效率。此外,这样的设计亦可避免传统太阳能电池因设置长条状双阶结构所造成的基板弯曲或破裂,进而可提升太阳能电池及其所应用的模块的制程合格率。
在一实施例中,太阳能电池202c的这些第二导电型层218的连线可构成六边形。在另一实施例中,太阳能电池202c的这些第二导电型层218的连线可构成蜂巢形状。在一较佳实施例中,太阳能电池202c的这些第一开孔224与第二开孔226可以最密堆积的方式排列,以更有效地缩减载子的移动距离,提升载子收集效率。
请参照图8、图9,其中图9是绘示依照本发明的再一实施方式的一种太阳能电池的已设置电极的局部背面图。所述多个第一开孔224彼此间的连线或所述多个第二开孔226彼此间的连线,可构成蜂巢形状。其中,蜂巢形状的配置可使载子的收集达到最高的效率。当然,本发明中其他实施例的开孔若排列成蜂巢状时,同样能产生最佳的载子收集效率。
请再次参照图9,在太阳能电池202c中,配合各第一开孔224与各第二开孔226的配置,第一电极232a的每个指状电极236a呈弯曲状,且第二电极238a的指状电极242a呈多个哑铃串接的形状。
由上述的实施方式可知,本发明的一优点就是因为太阳能电池与太阳能电池模块的多个第二导电型层是以二维阵列且彼此独立不相连接的形式排列于第二导电型基板的背面中,且这些第二导电型层的周围受到多个第一导电型层所包围,并分别搭配对应第一开孔与第二开孔的设计。因此,可缩短载子的移动距离,进而可有效提高太阳能电池与模块的电流密度,以及提升整体电池效率。
由上述的实施方式可知,本发明的另一优点就是因为太阳能电池与太阳能电池模块的第一导电型层与第二导电型层是以二维阵列且彼此独立不相连接的方式排列在第二导电型基板的背面中,并对应搭配分别彼此独立且呈二维阵列排列的第一内凹部与第二内凹部的设计,亦即非传统连续的双阶结构设计。因此,可避免传统太阳能电池因设置双阶结构所造成的基板弯曲或破裂,进而可提升太阳能电池及其所应用的模块的制程合格率。
由上述的实施方式可知,本发明的又一优点就是因为太阳能电池与太阳能电池模块的第一导电型层的开孔包围第二导电型层的开孔。因此,可提高太阳能电池从受光面而来的载子的收集效率,进而可提高电流密度,以及提升整体电池的效率。
虽然本发明已以实施例揭露如上,然其并非用以限定本发明,任何在此技术领域中具有通常知识者,在不脱离本发明的精神和范围内,当可作各种的更动与润饰,因此本发明的保护范围当视所附的权利要求书所界定的范围为准。
Claims (10)
1.一种太阳能电池,其特征在于,包含:
一第二导电型基板,包含彼此相对的一受光面以及一背面;
多个第一导电型层,设于该背面上;
多个第二导电型层,以二维阵列形式排列于该背面上,其中各该第二导电型层的周围受到所述多个第一导电型层包围,其中所述多个第二导电型层之间彼此相互独立而不连接;
一钝化层,设于所述多个第一导电型层与所述多个第二导电型层上;
多个第一开孔,设于该钝化层中,其中所述多个第一开孔分别对应所述多个第一导电型层;
多个第二开孔,设于该钝化层中,其中所述多个第二开孔分别对应所述多个第二导电型层;
一第一电极,设于该钝化层上并分别经所述多个第一开孔而与所述多个第一导电型层接触;以及
一第二电极,设于该钝化层上并分别经所述多个第二开孔而与所述多个第二导电型层接触;
其中所述多个第一导电型层以二维阵列排列且彼此并互不接触。
2.根据权利要求1所述的太阳能电池,其特征在于,各该第二导电型层的周围是在平行该背面的一法线的方向上,受到所述多个第一导电型层包围。
3.根据权利要求1所述的太阳能电池,其特征在于,各该第二导电型层的周围受到各该第一导电型层的完全包围。
4.根据权利要求1所述的太阳能电池,其特征在于,各该第一导电型层与各该第二导电型层之间分别设有一隔离区,该隔离区于平行该背面的一法线的方向上完全包围该各该第二导电型层。
5.根据权利要求1所述的太阳能电池,其特征在于,所述多个第一开孔彼此间的连线或所述多个第二开孔彼此间的连线,构成蜂巢形状。
6.根据权利要求1所述的太阳能电池,其特征在于,所述多个第一开孔中的至少一者可沿所对应的该第一导电型层延伸。
7.根据权利要求6所述的太阳能电池,其特征在于,所述多个第一开孔中的该至少一者是由多个孔洞所构成,且所述多个孔洞排列围绕于所包围的该第二导电型层的周围。
8.根据权利要求1所述的太阳能电池,其特征在于,该背面包含至少一第一内凹部,所述多个第一导电型层中的至少一者是配置于该至少一第一内凹部的内侧面。
9.根据权利要求8所述的太阳能电池,其特征在于,该背面包含至少一第二内凹部,所述多个第二导电型层中的至少一者是配置于该至少一第二内凹部的一内侧面上,且该至少一第一内凹部的底面较该至少一第二内凹部的底面接近该受光面。
10.一种太阳能电池模块,其特征在于,包含:
一上板;
一下板;
一如权利要求1~9中的任一项权利要求所述的太阳能电池,设于该上板与该下板之间;以及
至少一封装材料层,位于该上板与该下板之间,将该太阳能电池与该上板和该下板结合。
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