CN104241417B - 太阳能电池 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种太阳能电池，包括一光电转换层、一背电极图案层以及多个应力缓冲区块。光电转换层具有相对的一迎光面与一背光面。背电极图案层设置于背光面。应力缓冲区块夹设于背光面与背电极图案层之间。本发明可避免太阳能电池弯曲、破裂或断裂。
Description
技术领域
本发明涉及一种太阳能电池，尤指一种利用应力缓冲区块形成降低热膨胀应力的太阳能电池。
背景技术
现今人类使用的能源主要来自于石油资源，但由于地球石油资源有限，因此近年来对于替代能源的需求与日俱增，而在各式替代能源中又以太阳能最具发展潜力。传统太阳能电池系由一背电极、一光电转换层以及一前电极依序堆叠所构成，且通过光电转换层将太阳光转换为电流，并通过背电极与前电极将电流导引出，进而产生电能。在传统制作太阳能电池的步骤中，背电极通过网印方式将铝与银涂布于光电转换层的整个背光面，并经过高温共烧的方式形成于整个背光面上。然而，光电转换层系由硅所构成，且铝与银的热膨胀系数约为硅的热膨胀系数的十倍，因此在经过高温共烧之后，背电极的热膨胀体积与冷却收缩的体积皆大于光电转换层的热膨胀体积与冷却收缩的体积。如此一来，背电极与光电转换层相接触所形成接口会有较大的膨胀应力产生，使得太阳能电池的结构产生弯曲。随着太阳能电池的厚度越来越薄，太阳能电池甚至会产生破裂或断裂，进而造成破片率大幅提升。
发明内容
本发明的目的之一在于提供一种太阳能电池，以避免太阳能电池弯曲、破裂或断裂。
为达上述目的，本发明提供一种太阳能电池，其包括一光电转换层、一背电极图案层以及多个应力缓冲区块。光电转换层具有相对的一迎光面与一背光面。背电极图案层设置于背光面。应力缓冲区块夹设于背光面与背电极图案层之间。
为达上述目的，本发明另提供一种太阳能电池，其包括一光电转换层以及一背电极图案层。光电转换层具有相对的一迎光面与一背光面。背电极图案层设置于背光面，其中背光面与背电极图案层之间具有多个接口。
综上所述，于本发明的太阳能电池中，背电极图案层与光电转换层之间设置有不连续的应力缓冲区块，因此背电极图案层与光电转换层之间的应力可被减缓，进而减少太阳能电池产生破裂或断裂，以及降低破片率。
附图说明
图1为本发明第一实施例的太阳能电池的底视示意图。
图2为本发明第一实施例的太阳能电池的剖面示意图。
图3为本发明第二实施例的太阳能电池的剖面示意图。
图4为本发明第三实施例的太阳能电池的剖面示意图。
图5为本发明第四实施例的太阳能电池的底视示意图。
图6为本发明第五实施例的太阳能电池的剖面示意图。
[主要组件附图标记说明]
100、200、300、 太阳能电池 102 光电转换层
400、500
102a 迎光面 102b 背光面
104 前电极图案层 106 背电极图案层
108 第一半导体层 110 第二半导体层
112 第一导电图案层 112a 长条状电极
114 第二导电图案层 116 界面
118、202、502 应力缓冲区块 120、302、402 第一凹洞
122 抗反射层 204 第二凹洞
404 电极线段 504 第三凹洞
具体实施方式
请参考图1与图2，图1为本发明第一实施例的太阳能电池的底视示意图，且图2为本发明第一实施例的太阳能电池的剖面示意图。如图1与图2所示，本实施例的太阳电池100包括一光电转换层102、一前电极图案层104以及一背电极图案层106。光电转换层102具有彼此相对的一迎光面102a与一背光面102b，其中迎光面102a系面对所欲吸收的光线，例如：太阳光，使得光线系从迎光面102a射入光电转换层102，而背光面102b则为背对光线，因此不会有光线从背光面102b射入。光电转换层102可包括一第一半导体层108以及一第二半导体层110，且第二半导体层110堆叠于第一半导体层108上。第一半导体层108具有一第一导电类型，例如：P型，且第二半导体层110具有一不同于第一导电类型的第二导电类型，例如：N型。并且，第一半导体层108与第二半导体层110之间可形成一PN接面，以用于吸收太阳光，并将其转换为电子电洞对，进而产生电流。举例来说，第一半导体层108可为一半导体基板，例如：硅晶圆，而第二半导体层110可为一掺杂区，设置于半导体基板的上部，其中掺杂区可通过于半导体基板的上部掺杂第二导电类型的离子，例如：磷离子，而形成。借此，半导体基板与掺杂区之间可形成PN接面。于本实施例中，光电转换层102的厚度可为180微米，但不限于此。
此外，前电极图案层104设置于光电转换层102的迎光面102a上，且背电极图案层106设置于光电转换层102的背光面102b上，因此从光电转换层102所转换的电子电洞对可通过前电极图案层104与背电极图案层106导引至外界的汇流组件。于本实施例中，背电极图案层106包括一第一导电图案层112与一第二导电图案层114，且第一导电图案层112与第二导电图案层114覆盖光电转换层102的整个背光面102b，其中第一导电图案层112对应前电极图案层104设置，且第一导电图案层112与前电极图案层104具有相同图案。换句话说，第一导电图案层112与前电极图案层104于一垂直投影方向上彼此重迭并设置于相同的位置。举例来说，第一导电图案层112可包括多个长条状电极112a，沿着一方向依序排列，且第二导电图案层114围绕各长条状电极112a，使得第一导电图案层112的长条状电极112a与第二导电图案层114沿着此方向交替排列，但本发明并不限于此。于本实施例中，第一导电图案层112可包括银，且第二导电图案层114可包括铝，但本发明并不以此为限。并且，第一导电图案层112的形成方法可包括通过例如网版印刷、刮刀、喷墨印刷或凹版印刷等方法将含银的浆料，例如银胶，涂布于光电转换层102上，然后进行高温共烧制程，以达到银硅接口与铝硅接口有效结合，进而形成第一导电图案层112。同理，于光电转换层102上形成第一导电图案层112之后，第二导电图案层114可通过相同的方式将含铝的浆料涂布于光电转换层102上的第一导电图案层112以外区域，并通过高温共烧制程而形成。但本发明形成第一导电图案层与第二导电图案层的方式并不限于此。
于本实施例中，为了降低背电极图案层106于高温共烧背电极图案层106时对光电转换层102的膨胀应力，太阳能电池100可具有多个界面116，位于背光面102b与背电极图案层106之间。具体来说，太阳能电池100另包括多个应力缓冲区块118，夹设于背光面102b与背电极图案层106之间，且应力缓冲区块118系与背电极图案层106相接触，使得接口116可由应力缓冲区块118与背电极图案层106所形成。进一步来说，背光面102b系包括多个第一凹洞120，且各应力缓冲区块118填设于各第一凹洞120中，并填满各第一凹洞120，使得覆盖于背光面102b上的背电极图案层106可同时与应力缓冲区块118以及光电转换层102相接触。本实施例的各应力缓冲区块118的热膨胀系数系介于光电转换层102的热膨胀系数与背电极图案层106的热膨胀系数之间，例如：各应力缓冲区块118可包括热膨胀系数介于光电转换层102与背电极图案层106的陶瓷材料，例如：氧化铝、氧化钛或氧化锆，但不限于此。借此，当太阳能电池100处于高温环境时，应力缓冲区块118可减缓背电极图案层106对光电转换层102的膨胀或收缩应力。进一步来说，应力缓冲区块118的热膨胀系数较佳接近光电转换层102的热膨胀系数与背电极图案层106的热膨胀系数的算术平均数，以有效地减缓光电转换层102与背电极图案层106之v的膨胀应力。举例来说，应力缓冲区块118分别为氧化铝、氧化钛及氧化锆三者比较，其热膨胀系数分别为7.8ppm/℃、9ppm/℃及10.3ppm/℃，热膨胀系数皆介于主成分为硅(2.6ppm/℃)的光电转换层102与主成分为银(19ppm/℃)或铝(23ppm/℃)的背电极图案层106之间，其中以氧化锆的热膨胀系数最接近光电转换层102的热膨胀系数与背电极图案层106的热膨胀系数的算术平均数，故氧化锆减缓光电转换层102与背电极图案层106之间的膨胀应力效果最佳，且材料成本低廉。此外，本实施例的应力缓冲区块118可通过于第一凹洞120内填入陶瓷浆料然后加热而形成，但不限于此。
于本实施例中，由于第二导电图案层114的面积较大，且铝与硅之间的热膨胀系数差异大于银与硅之间的热膨胀系数差异，因此应力缓冲区块118主要设置于第二导电图案层114上。并且，由于当太阳能电池有应力产生时，太阳能电池100的边缘较其中心更容易破裂，因此邻近太阳能电池100的边缘的第二导电图案层上必须设置应力缓冲区块118。借此，各第一凹洞120于垂直投影方向上并不与第一导电图案层112重迭。各第一凹洞120的上视图案可为长条状，因此填充于各第一凹洞120内的各应力缓冲区块118亦为长条状，且仅与第二导电图案层114相接触，而于两者之间形成接口116，但本发明不限于此。并且，第一凹洞120可通过非等向性蚀刻制程蚀刻光电转换层102所形成，因此第一凹洞120的剖面图案可为三角形，但本发明不限于此。
于本实施例中，太阳能电池100可选择性另包括一抗反射层122，设置于迎光面102a上，用于减少光线进入太阳能电池100之前被反射的数量，以提升太阳能电池100的受光量以及所转换的光电流。抗反射层122可包括氮化硅，但不限于此。
值得一提的是，本实施例的太阳能电池100于背电极图案层106与背光面102b之间设置不连续的应力缓冲区块118，使得背电极图案层106与光电转换层102之间的应力可被减缓，进而减少太阳能电池100产生破裂或断裂，以及降低破片率。
本发明的太阳能电池并不以上述实施例为限。下文将继续揭示本发明的其它实施例或变化形，然为了简化说明并突显各实施例或变化形之间的差异，下文中使用相同标号标注相同组件，并不再对重复部分作赘述。
请参考图3，图3为本发明第二实施例的太阳能电池的剖面示意图。如图3所示，相较于第一实施例，本实施例的太阳能电池200的应力缓冲区块202除了与第二导电图案层114相接触之外，更可另与第一导电图案层112相接触，使得应力缓冲区块202与第一导电图案层112形成接口116。具体来说，应力缓冲区块202的一部分与第一导电图案层112相接触，而形成接口的一部分，且应力缓冲区块202的另一部分与第二导电图案层114相接触，而形成接口的另一部分。光电转换层102的背光面102b另包括多个第二凹洞204，且第二凹洞204于垂直投影方向上与第一导电图案层112相重迭。并且，各应力缓冲区块202分别填设于各第一凹洞120与各第二凹洞204中。借此，除了第二导电图案层114可同时与应力缓冲区块202以及光电转换层102相接触之外，第一导电图案层112亦可同时与应力缓冲区块202以及光电转换层102相接触并减缓第一导电图案层112与光电转换层102之间的膨胀应力。如此一来，本实施例的太阳能电池200可有效地减缓第一导电图案层112以及第二导电图案层114与光电转换层102之间的膨胀与收缩应力。
请参考图4，图4为本发明第三实施例的太阳能电池的剖面示意图。如图4所示，相较于第一实施例，本实施例的太阳能电池300的第一凹洞302的剖面图案可为圆弧状。具体来说，第一凹洞302可通过等向性蚀刻制程蚀刻光电转换层102所形成，因此第一凹洞302的剖面图案为圆弧状，但本发明不限于此。于其他实施例中，第二凹洞的剖面图案亦可为圆弧状。
请参考图5，图5为本发明第四实施例的太阳能电池的底视示意图。如图5所示，相较于第一实施例，本实施例的太阳能电池400的各第一凹洞402的上视图案可为圆形，且第一凹洞402呈矩阵形状排列，但不限于此。并且，第一导电图案层112可包括复数条电极线段404，且电极线段404呈矩阵形状排列，但不限于此。于其他实施例中，第二凹洞的上视图案亦可为圆形。
请参考图6，图6为本发明第五实施例的太阳能电池的剖面示意图。如图6所示，相较于第一实施例，本实施例的太阳能电池500的一部分应力缓冲区块502可同时与第二导电图案层114以及第一导电图案层112相接触，使得所形成的接口116的一部分可横跨第一导电图案层112与第二导电图案层114。具体来说，应力缓冲区块502的一部分同时与第一导电图案层112以及第二导电图案层114相接触，以形成接口116的一部分，其横跨第一导电图案层112与第二导电图案层114，且应力缓冲区块502的另一部分仅与第二导电图案层114相接触，以形成接口116的另一部分。光电转换层102的背光面102b另包括多个第三凹洞504，且第三凹洞504于垂直投影方向上同时与第一导电图案层112以及第二导电图案层114相重迭。并且，各应力缓冲区块502分别填设于各第一凹洞120与各第三凹洞504中。借此，邻近第一导电图案层112、第二导电图案层114以及光电转换层102的交界处的热膨胀与收缩应力可通过各应力缓冲区块502来减缓。
综上所述，于本发明的太阳能电池中，背电极图案层与光电转换层之间设置有不连续的应力缓冲区块，因此背电极图案层与光电转换层之间的应力可被减缓，进而减少太阳能电池产生破裂或断裂，以及降低破片率。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明权利要求所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。
Claims (11)
1.一种太阳能电池，包括：
一光电转换层，具有相对的一迎光面与一背光面；
一背电极图案层，设置于该背光面；以及
多个应力缓冲区块，不连续的夹设于该背光面与该背电极图案层之间；
其中该背光面包括多个凹洞，所述多个应力缓冲区块填设于所述多个凹洞中，使得该背电极图案层同时与该应力缓冲区块以及该光电转换层相接触。
2.如权利要求1所述的太阳能电池，其中所述多个应力缓冲区块的热膨胀系数介于该光电转换层的热膨胀系数与该背电极图案层的热膨胀系数之间。
3.如权利要求1所述的太阳能电池，其中各该应力缓冲区块包括氧化铝、氧化锆或氧化钛。
4.如权利要求1所述的太阳能电池，还包括一前电极图案层设置于该迎光面，该背电极图案层具有一第一导电图案层及一第二导电图案层，该第一导电图案层对应该前电极图案层设置，且该第一导电图案层与该前电极图案层具有相同图案。
5.如权利要求4所述的太阳能电池，其中所述多个应力缓冲区块与该第二导电图案层相接触。
6.如权利要求4所述的太阳能电池，其中所述多个应力缓冲区块的一部分与该第一导电图案层相接触，且所述多个应力缓冲区块的另一部分与该第二导电图案层相接触。
7.如权利要求4所述的太阳能电池，其中所述多个应力缓冲区块的一部分与该第二导电图案层相接触，且所述多个应力缓冲区块的另一部分同时与该第一导电图案层以及该第二导电图案层相接触。
8.一种太阳能电池，包括：
一光电转换层，具有相对的一迎光面与一背光面；以及
一背电极图案层，设置于该背光面，其中该背光面与该背电极图案层之间具有多个接口；
多个应力缓冲区块，不连续的设置于该背光面与该背电极图案层之间，且所述多个应力缓冲区块与该背电极图案层形成所述多个接口；
其中该背光面包括多个凹洞，所述多个应力缓冲区块填设于所述多个凹洞中，使得该背电极图案层同时与该应力缓冲区块以及该光电转换层相接触。
9.如权利要求8所述的太阳能电池，其中该背电极图案层具有交替排列的一第一导电图案层及一第二导电图案层，所述多个应力缓冲区块与该第二导电图案层形成所述多个接口。
10.如权利要求8所述的太阳能电池，其中该背电极图案层具有交替排列的一第一导电图案层及一第二导电图案层，所述多个应力缓冲区块的一部分与该第一导电图案层形成所述多个接口的一部分，且所述多个应力缓冲区块的另一部分与该第二导电图案层形成所述多个接口的另一部分。
11.如权利要求8所述的太阳能电池，其中该背电极图案层具有交替排列的一第一导电图案层及一第二导电图案层，所述多个应力缓冲区块的一部分与该第二导电图案层形成所述多个接口的一部分，且所述多个应力缓冲区块的另一部分同时与该第一导电图案层以及该第二导电图案层形成所述多个接口的另一部分。
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