CN103915514B - 太阳能电池及其模组 - Google Patents
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Abstract
一种太阳能电池及其模组，该电池包括：一具有一受光面与一背面的基板、位于该受光面上的一抗反射层与一正面电极、一位于该背面上的钝化层及一背面电极。该钝化层具有多个间隔的开孔，每一开孔具有至少两个延伸段，所述至少两个延伸段交叉于一点。该背面电极位于该钝化层上且经由该多个开孔接触该背面。通过该多个开孔能提升该背面电极的电流收集效果，并在烧结形成该背面电极时还能维持钝化层的品质，而且每一开孔的填孔率可提升，使烧结形成的局部背表面电场的品质良好。因此本发明能提升电池的开路电压、短路电流及光电转换效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种太阳能电池及其模组，特别是涉及一种硅晶太阳能电池及其模组。
背景技术
参阅图1、图2，已知的硅晶太阳能电池主要包括：一具有相反的一受光面911与一背面912的基板91、一位于该受光面911处的射极层92、一位于该射极层92上的抗反射层93、一位于该受光面911上的正面电极94、多个位于该背面912的局部背表面电场(local back surface field,简称LBSF)95、一位于该背面912上的钝化层96、以及一可穿过该钝化层96而接触该背面912的背面电极97。
该钝化层96用于填补、降低该基板91的表面缺陷，进而降低载流子在该基板91的背面912处的复合速率，以提升电池的转换效率。该钝化层96包括多个间隔且呈点状的开孔961。所述局部背表面电场95也可以称为背电场结构，在本文中皆以局部背表面电场一词来描述此等结构。该多个局部背表面电场95分别对应该多个开孔961地设置于该背面912处，该多个局部背表面电场95的载流子浓度大于该基板91的载流子浓度，可帮助提升载流子收集效率及光电转换效率。
该背面电极97包括多个汇流电极971、及一连接该多个汇流电极971的集电层972，该集电层972包括一覆盖在该钝化层96表面的第一导电部973、以及多个自该第一导电部973分别朝该多个开孔961伸入并接触该基板91的背面912的第二导电部974。该背面电极97在制作上，可利用网版印刷方式于该钝化层96上涂布导电浆料，且导电浆料会流动填入该多个开孔961中，并经过高温烧结(firing)制程使导电浆料固化成型，而且在烧结过程中，导电浆料的材料(通常为Al)可经由开孔961而与该基板91的材料(通常为Si)混合，进而形成该多个局部背表面电场95(通常为Al-Si化合物)。
由于该背面电极97的导电浆料具有侵蚀性，所以其烧结形成过程对该钝化层96的品质略有影响，但因为该多个第二导电部974配合该多个开孔961的形态而呈点状且均匀分布在电池上，第二导电部974的总面积(相当于开孔961的总面积)占整个钝化层96的面积较小，可降低该背面电极97对该钝化层96的影响，使该钝化层96保有较佳的品质，从而可提升电池的开路电压(Voc)与短路电流(Jsc)。而且该多个第二导电部974的点状均匀分布设计，有助于提升电流收集效果。但此种点状开孔961的设计也有缺失，因为基板91的Si材料容易由点状的开孔961扩散而出，主要是因为点状的开孔961使Si的扩散为三维方向，导致基板91的Si与导电浆料反应的量不足，有填孔率不佳的问题，使该多个开孔961中会形成有未被该导电浆料填满的空腔(cavity)，空腔形成的范围中不含有任何Al-Si合金，若空腔率过高将影响电极的导电效能，另外也会导致烧结形成的局部背表面电场95的厚度薄、品质较差，因而使串联电阻(Rs)变高，并因此造成开路电压及填充因子(Fill Factor)降低。
参阅图3，另外有一种电池的钝化层的开孔961’为线状结构，相对于图1的电池而言，图3的电池的线状开孔961’使基板的Si扩散方向大致为二维方向，有较佳的局限作用，因此可以提升填孔率，以形成较佳的Al-Si合金及品质较好的局部背表面电场。但相对地，线状的开孔961’的总面积占整个钝化层较大的面积，也就是说，该背面电极的该多个第二导电部存在的面积范围较大，则该背面电极的导电浆料对该钝化层的品质的影响较大，如此会影响该钝化层的功能。
由上述说明可知，点状开孔与线状开孔设计各有优势，而且对于局部背表面电场与钝化层的影响有所不同，如何兼顾局部背表面电场与钝化层的品质需求，并提升电池的开路电压、短路电流及转换效率等特性，乃为一重要课题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可提升电池的开路电压、短路电流及光电转换效率的太阳能电池及其模组。本发明太阳能电池，包括：一个具有相反的一个受光面与一个背面的基板、一个位于该受光面上的抗反射层、一个位于该受光面上的正面电极、一个位于该背面上的钝化层及一个背面电极。该钝化层具有多个间隔的开孔，每一开孔具有至少两个延伸段，所述至少两个延伸段交叉于一点，该背面电极位于该钝化层上且经由该多个开孔接触该背面。
本发明所述的太阳能电池，该多个开孔的总面积为该背面面积的6%以下。
本发明所述的太阳能电池，该多个开孔的总面积为该背面面积的2～5%。
本发明所述的太阳能电池，每一开孔的延伸段的长度为300～1200μm。
本发明所述的太阳能电池，该钝化层包括多排沿一个第一方向间隔排列的开孔组，每一开孔组包括该多个开孔中的其中几个，每一开孔组的该多个开孔沿一个垂直该第一方向的第二方向间隔排列，任两排相邻的开孔组的开孔位置错开。
本发明所述的太阳能电池，该正面电极包括一个第一汇流电极、以及多个连接该第一汇流电极的指状电极，该第一汇流电极的延伸方向平行该第一方向及该第二方向中的其中一个，该多个指状电极的延伸方向平行该第一方向及该第二方向中的另一个。
本发明所述的太阳能电池，还包括多个位于该基板的该背面处且分别对应该多个开孔的局部背表面电场，该背面电极包括一个第二汇流电极、以及一个连接该第二汇流电极并且通过网印导电浆料及烧结而固化成型的集电层，该集电层的材料于烧结时经由该多个开孔而与该基板的材料混合而形成该多个局部背表面电场。
本发明太阳能电池模组，包括：相对设置的一个第一板材与一个第二板材、及一个位于该第一板材与该第二板材之间的封装材。该太阳能电池模组还包括多个排列于该第一板材与该第二板材之间并且如上述的太阳能电池。该封装材包覆在所述太阳能电池的周围。
本发明的有益效果在于：通过该多个开孔的设计，能提升该背面电极的电流收集效果，并可在烧结形成该背面电极时维持该钝化层的品质。而且每一开孔的延伸段设计使开孔具有线状孔的优点，可提升制作该背面电极时各开孔的填孔率，使烧结形成的局部背表面电场的品质良好。因此本发明能提升电池的开路电压、短路电流及光电转换效率。
附图说明
图1是一种已知太阳能电池的背面示意图，且图中显示一钝化层的多个开孔为点状；
图2是沿图1的A-A线所取的剖视图；
图3是另一种已知太阳能电池的背面示意图，且图中显示一钝化层的多个开孔为线状；
图4是本发明太阳能电池模组的一第一较佳实施例的剖视示意图；
图5是该第一较佳实施例的一太阳能电池的正面示意图；
图6是该第一较佳实施例的该太阳能电池的背面示意图；
图7是沿图6的B-B线所取的剖视图；
图8是本发明太阳能电池模组的一第二较佳实施例的一太阳能电池的背面局部示意图；
图9是本发明太阳能电池模组的一第三较佳实施例的一太阳能电池的背面局部示意图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明进行详细说明，要注意的是，在以下的说明内容中，类似的元件是以相同的编号来表示。
参阅图4、图5，本发明太阳能电池模组的第一较佳实施例包括：上下相对设置的一第一板材1与一第二板材2、多个阵列式排列于该第一板材1与该第二板材2间的太阳能电池3、及至少一位于该第一板材1及该第二板材2间并包覆在该多个太阳能电池3周围的封装材4。
该第一板材1与该第二板材2在实施上没有特殊限制，可以使用玻璃或塑胶板材，而且位于电池受光面的一侧的板材必须为可透光。该封装材4的材质例如为可透光的乙烯醋酸乙烯共聚物(EVA)，或其他可用于太阳能电池模组封装的相关材料。
该多个太阳能电池3通过图未示出的焊带导线(ribbon)电连接。该多个太阳能电池3的结构都相同，以下仅以其中一个为例而进行说明。
参阅图5、图6、图7，该太阳能电池3包括：一基板31、一抗反射层32、一正面电极33、一钝化层34、多个局部背表面电场35及一背面电极36。
该基板31具有相反的一受光面311与一背面312，在该受光面311处的内侧可设置一射极层313，而该抗反射层32位于该受光面311上也相当于位于该射极层313上。其中，该基板31例如为硅基板，且该基板31与该射极层313的其中一个为n型半导体，另一个为p型半导体，进而形成p-n接面。该抗反射层32的材料例如为氮化硅(SiNx)，可用于降低光反射，以提高光线入射量。
该正面电极33位于该基板31的受光面311上，并包括至少一第一汇流电极331、以及多个连接该第一汇流电极331的指状电极332。本实施例的第一汇流电极331的数量为三个，但实施时也可以为一个或两个。该多个第一汇流电极331沿一第一方向51间隔排列并且皆沿一垂直该第一方向51的第二方向52延伸。该多个指状电极332沿该第一方向51延伸，并可穿过该抗反射层32而接触该射极层313。
该钝化层34位于该背面312上，用于填补、降低该基板31的表面缺陷，进而降低载流子在该背面312处的复合速率，可提升电池的开路电压、短路电流及转换效率。该钝化层34的材料例如为氧化物、氮化物、或氧化物与氮化物等的复合材料。
该钝化层34包括多排沿该第一方向51间隔排列的开孔组340(图6将其中几个开孔组340以假想框线圈出，以利于辨识)，每一开孔组340包括多个沿该第二方向52间隔排列的开孔341，且任两排相邻的开孔组340的开孔341位置错开。需要说明的是，本发明的第一汇流电极331、指状电极332的延伸方向与该多个开孔341的排列方式之间的关系，不限于本实施例的举例，实施时，若将该多排开孔组340间隔排列的方向恒定义为第一方向51，每一开孔组340中的该多个开孔341排列的方向恒定义为第二方向52，则本发明的第一汇流电极331的延伸方向可以平行该第一方向51及该第二方向52中的其中一个，该多个指状电极332的延伸方向则平行该第一方向51及该第二方向52中的另一个。
本实施例的每一开孔341呈十字形，每一开孔341具有两个交叉于一点的延伸段342，该两个延伸段342的其中一个沿该第一方向51延伸，另一个沿该第二方向52延伸，该两个延伸段342呈长条形。较佳地，每一开孔341的延伸段342的长度d1、d2为300～1200μm，该两个延伸段342的长度d1、d2可以相同，也可以不同。较佳地，该多个开孔341的总面积为该背面312面积的6%以下。更佳地，该多个开孔341的总面积为该背面312面积的2～5%。
该多个局部背表面电场35位于该基板31的背面312处，且分别对应该多个开孔341的位置。本实施例的局部背表面电场35为铝硅(Al-Si)混合材料所形成的p型半导体，其载流子浓度大于该基板31的载流子浓度，通过局部背表面电场35的电场作用阻挡电子朝该背面312的方向移动，使电子被收集于该射极层313，以提升载流子收集效率及转换效率。
该背面电极36位于该钝化层34上，并包括至少一沿该第二方向52延伸的第二汇流电极361、及一连接该第二汇流电极361且经由该多个开孔341而接触该背面312与该多个局部背表面电场35的集电层362。本实施例的第二汇流电极361的数量为三个，但实施上也可以为一个或两个。本实施例的第二汇流电极361可以经由该钝化层34而接触该背面312，因此该钝化层34的对应第二汇流电极361的部位可设置开孔以供第二汇流电极361穿过，而且第二汇流电极361的局部宽度可大于开孔宽度，使该第二汇流电极361局部覆盖于该钝化层34表面，又或者第二汇流电极361的整体宽度可皆与开孔宽度相同，此时第二汇流电极361未覆盖该钝化层34表面。但实际上第二汇流电极361不以接触该背面312为必要，此时该钝化层34的对应于第二汇流电极361的部位就不须设置开孔，且第二汇流电极361完全位于该钝化层34表面。
本实施例的集电层362被该多个第二汇流电极361区分为多个区块，该集电层362包括一披覆在该钝化层34的表面上的第一导电部363、及多个由该第一导电部363分别朝该多个开孔341突入并接触该背面312的第二导电部364。
本发明的背面电极36制作时，可利用网印方式将导电浆料(例如铝浆)涂布于该钝化层34上，导电浆料会流动填入该多个开孔341中，后续经由高温烧结(firing)就可以使导电浆料固化成型，进而形成该背面电极36的第一导电部363与该多个第二导电部364。在烧结过程中，导电浆料的材料(Al)可经由该多个开孔341而接触该基板31的背面312，并与该基板31的材料(Si)混合，进而一并形成该多个局部背表面电场35，该多个局部背表面电场35的材料主要为Al-Si化合物。
由于该背面电极36的该多个第二导电部364配合该钝化层34的该多个开孔341的形态与分布位置，因此该多个第二导电部364均匀地分布于基板31的背面312，有助于提升电流收集效果。而且该多个开孔341相对于该背面312的面积不致于过大(仅占6%以下)，也代表第二导电部364的总面积不致于过大，该钝化层34被移除的面积较少，可确保该钝化层34的品质及钝化功能，从而可提升电池的开路电压与短路电流。另一方面，每一开孔341的该两个延伸段342的设计，使开孔341具有线状孔的优点，可局限基板31的Si材料的扩散，进而提升制作该背面电极36时各开孔341的填孔率，并且因为填孔率佳能产生厚度足够的Al-Si合金，如此能使烧结形成的该多个局部背表面电场35厚度足够，并具有良好品质。而且也因为填孔率佳而能避免开孔311内有空腔产生，使导电浆料与基板31能确实接触，维持良好的导电效能。因此本发明的创新结构设计可兼顾钝化层34与局部背表面电场35的品质与效能，从而提升电池的开路电压、短路电流及光电转换效率等特性。
参阅图8，本发明太阳能电池模组的第二较佳实施例与该第一较佳实施例不同的地方在于，本实施例的钝化层的每一开孔341呈X字形。本实施例的功效与该第一较佳实施例相同，在此不再说明。
参阅图9，本发明太阳能电池模组的第三较佳实施例与该第一较佳实施例不同的地方在于，本实施例的钝化层的每一开孔341包括三个交叉于一点的延伸段342，其中一延伸段342沿该第二方向52延伸。另外两个延伸段342则呈X字形交叉。该三个延伸段342的长度可以相同，也可以不同。本实施例的功效与该第一较佳实施例相同，在此不再说明。
Claims (8)
1.一种太阳能电池，包括：一个具有相反的一个受光面与一个背面的基板、一个位于该受光面上的抗反射层、一个位于该受光面上的正面电极、一个位于该背面上的钝化层及一个背面电极，其特征在于：该钝化层具有间隔的多个开孔，每一开孔自身具有至少两个延伸段，所述至少两个延伸段交叉于一点，该背面电极位于该钝化层上且经由该多个开孔接触该背面。
2.如权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于：该多个开孔的总面积为该背面面积的6％以下。
3.如权利要求2所述的太阳能电池，其特征在于：该多个开孔的总面积为该背面面积的2～5％。
4.如权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于：每一开孔的延伸段的长度为300～1200μm。
5.如权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于：该钝化层包括多排沿一个第一方向间隔排列的开孔组，每一开孔组包括该多个开孔中的其中几个，每一开孔组的多个开孔沿一个垂直该第一方向的第二方向间隔排列，任两排相邻的开孔组的开孔位置错开。
6.如权利要求5所述的太阳能电池，其特征在于：该正面电极包括一个第一汇流电极、以及多个连接该第一汇流电极的指状电极，该第一汇流电极的延伸方向平行该第一方向及该第二方向中的其中一个，该多个指状电极的延伸方向平行该第一方向及该第二方向中的另一个。
7.如权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于：该太阳能电池还包括多个位于该基板的该背面处且分别对应该多个开孔的局部背表面电场，该背面电极包括一个第二汇流电极、以及一个连接该第二汇流电极并且通过网印导电浆料及烧结而固化成型的集电层，该集电层的材料于烧结时经由该多个开孔而与该基板的材料混合以形成该多个局部背表面电场。
8.一种太阳能电池模组，包括：相对设置的一个第一板材与一个第二板材、及一个位于该第一板材与该第二板材之间的封装材，其特征在于：该太阳能电池模组还包括多个排列于该第一板材与该第二板材之间并且如权利要求1至7中任一项权利要求所述的太阳能电池，该封装材包覆在所述太阳能电池的周围。
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