CN105322032A - 太阳能电池 - Google Patents

Abstract

一种太阳能电池，包括基板、连续的射极扩散区、多个不连续的基极扩散区、第一指状电极与第二指状电极；基板具有受光面与相对受光面的背光面；射极扩散区配置于背光面，用以收集太阳能电池中的少数电荷载子；基极扩散区配置于背光面，用以收集太阳能电池中的多数电荷载子，且射极扩散区环绕于多个基极扩散区的周围；每一基极扩散区为具有长轴与短轴的多边形，其中短轴小于长轴；第一指状电极配置于射极扩散区上方且电性连接射极扩散区；第二指状电极配置于基极扩散区上方且电性连接基极扩散区。

Description

太阳能电池

技术领域

本发明是有关于一种太阳能电池，特别是有关于一种背面接触型太阳能电池。

背景技术

对于传统的太阳能电池结构而言，上电极配置于硅基板的上表面，下电极配置于硅基板的下表面。然而硅基板的上表面用以接收太阳光的照射，因此位于上表面的上电极则会遮蔽部分的入射光线，因而降低太阳能电池的光电转换效率。因此目前的技术则发展出将上电极移至硅基板的下表面，使得上下电极(或称p型电极与n型电极)一同配置于硅基板的下表面，具有此种结构的太阳能电池称之为背接触式太阳能电池(BackContactSolarCell)。

在背接触式太阳能电池的数种类型结构中，一般以交指式背电极太阳能电池较为常见。图1A为传统交指式背电极太阳能电池100的上视图。请参阅图1A。传统太阳能电池100包含N型扩散区111、P型扩散区121、N型汇流电极112、P型汇流电极122、多条N型指状电极113、与多条P型指状电极123。上述N型扩散区111为疏状排列，P型扩散区121则环绕于N型扩散区111周围。此外，上述P型汇流电极122与多条P型指状电极123皆配置于P型扩散区121上且三者相互电性连接。上述N型汇流电极112与多条N型指状电极113皆配置于N型扩散区111上且三者相互电性连接。

图1B为图1A的沿a-a’切线的剖面图。请参阅图1B。传统太阳能电池100还包括基板110，其中基板110包括受光面S1与相对受光面S1的背光面S2。而所谓的背接触式太阳能电池，是指将N型指状电极113与P型指状电极123配置于背光面S2的结构。此外，由图1B中可看出，当太阳光照射受光面S1后会产生电子(图1B中的实心圆点)与电洞(图1B中的空心圆圈)，其中电子会往N型扩散区111移动，电洞会往P型扩散区121移动。对于N型基板的太阳能电池而言，电洞属于少数载子，因此增加P型扩散区121的面积或是宽度将有助于提升少数载子收集机率。另一方面由于在N型扩散区111间对于垂直方向的少数载子具有电性遮蔽效应，因此减少N型扩散区111的面积或是宽度也有助于提升少数载子收集机率。但若增加P型扩散区121的宽度，则会使得在P型扩散区121上方的基板110中所产生的电子要迁移至N型扩散区111的距离变长。当电子的迁移距离变长，则会相对增加电子的侧向传输阻抗，进而降低太阳能电池的填充因数(FillFactor，简称FF)而导致光电转换效率反而降低。简言之，目前的背接触背接合的太阳能电池设计方向，一般以减少侧向传输距离并同时保持P型扩散区121对N型扩散区111的比例最大化为主要设计方向，但同时，碍于制程极限，N型扩散区111所能缩减的宽度尺寸有限。

有鉴于此，提供一种改良的太阳能电池结构，并取得N型扩散区与P型扩散区的宽度比例或面积比例的最佳化设计，以提升太阳能电池的光电转换效率，为发展本案的主要精神。

发明内容

本发明提出一种太阳能电池，可以提升太阳能电池的光电转换效率。

为达上述优点或其他优点，本发明的一实施例提出一种太阳能电池，包括基板、连续的射极扩散区、多个不连续的基极扩散区、第一指状电极与第二指状电极。上述基板具有受光面与相对受光面的背光面。上述射极扩散区配置于背光面，用以收集太阳能电池中的少数电荷载子。上述基极扩散区配置于背光面，用以收集太阳能电池中的多数电荷载子。且射极扩散区环绕于多个基极扩散区的周围。上述每一基极扩散区为具有长轴与短轴的多边形，其中短轴小于长轴。第一指状电极配置于射极扩散区上方且电性连接射极扩散区。第二指状电极配置于基极扩散区上方且电性连接基极扩散区。

综上所述，本发明的太阳能电池通过将基极扩散区设计为多个不连续的多边形，例如长方形，以增加射极扩散区相对于基极扩散区的面积比例，并同时可减少电子侧向传输距离，进而相对提升光电转换效率。此外，本发明提供一种具有相邻两排的多个基极扩散区的中心点彼此错开的太阳能电池结构，此错开结构可进一步减少电子的侧向传输距离，提升影响太阳能电池的光电转换效率的填充因数FF。

附图说明

图1A为传统交指式背电极太阳能电池的上视图。

图1B为图1A的沿a-a’切线的剖面图。

图2A为根据本发明的一实施例的太阳能电池结构的上视图。

图2B为图2A的沿a-a’切线的剖面图。

图3A为根据本发明的另一实施例的太阳能电池结构的上视图。

图3B为图3A的沿b-b’切线的剖面图。

【主要元件符号说明】

100：太阳能电池

110：基板

S1：受光面

S2：背光面

111：N型扩散区

121：P型扩散区

112：N型汇流电极

122：P型汇流电极

113：N型指状电极

123：P型指状电极

200：太阳能电池

210：基板

222：射极扩散区

224：基极扩散区

230：保护层

232：第一接触电极

234：第二接触电极

240：图案化绝缘层

252、352：第一指状电极

254：第二指状电极

256：第三指状电极

L：长轴

W：短轴

S1：第一间距

S2：第二间距

P1、P2：中心点

a-a’、b-b’：切线

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本发明作进一步的详细描述。

图2A为根据本发明的一实施例的太阳能电池结构的上视图。图2B为图2A的沿a-a’切线的剖面图。请同时参阅图2A与图2B。本发明的太阳能电池200包括：基板210、连续的射极扩散区222、多个不连续的基极扩散区224、保护层230、至少一第一接触电极232、多个不连续的第二接触电极234、图案化绝缘层240、第一指状电极252、第二指状电极254与第三指状电极256。

上述太阳能电池200例如是背面接触型太阳能电池。因此，上述基板210例如还包括有受光面S1与相对受光面S1的背光面S2，如图2B所示。上述受光面S1用以接收太阳光的照射，且受光面S1为粗糙表面，以提升受光面S1的光吸收率。此外，上述连续的射极扩散区222与多个不连续的基极扩散区224配置于远离受光面S1的基板210中，亦即配置于背光面S2。并且，连续的射极扩散区222环绕于多个不连续的基极扩散区224的周围。上述每一基极扩散区224为分别具有长轴L与短轴W的多边形，例如是长方形、平行四边形或椭圆形。于图2A中以长方形的基极扩散区224作为解说范例，且于图2A中，短轴W为长方形的短边，长轴L为长方形的长边，但本发明不以此为限。其中上述短轴W小于长轴L，且短轴W例如介于200～500微米之间。上述基板210例如为N型硅基板。此外，上述射极扩散区222用以收集太阳能电池中的少数电荷载子。于N型硅基板中，少数电荷载子例如是电洞。上述基极扩散区224用以收集太阳能电池中的多数电荷载子。于N型硅基板中，多数电荷载子例如是电子。

请同时参阅图2A与图2B。上述保护层230配置于射极扩散区222的远离受光面S1的表面，且保护层230还配置于射极扩散区222与第一指状电极252之间，如图2B所示。上述保护层230例如是介电层。此外，上述第一接触电极232贯穿保护层230而直接接触射极扩散区222，并配置于射极扩散区222与第一指状电极252之间，且第一指状电极252直接接触第一接触电极232。上述第一接触电极232例如是连续的长条状，如图2A所示。因此，上述第一指状电极252配置于射极扩散区222上方且通过第一接触电极232而电性连接于射极扩散区222。

请同时参阅图2A与图2B。上述保护层230还包括配置于基极扩散区224的远离受光面S1的表面，且保护层230还配置于基极扩散区224与第二指状电极254之间，如图2B所示。上述多个不连续的第二接触电极234分别配置于多个不连续的基极扩散区224上。且若基极扩散区224是长方形，则第二接触电极234例如是长方形，且每一第二接触电极234的面积小于每一基极扩散区224的面积。并且，上述第二接触电极234贯穿保护层230而直接接触基极扩散区224。此外上述第二接触电极234还配置于基极扩散区224与第二指状电极254之间，且第二指状电极254直接接触第二接触电极234。

此外，上述保护层230与第二指状电极254之间还配置有图案化绝缘层240。因此第二接触电极234贯穿图案化绝缘层240与保护层230而直接接触基极扩散区224，如图2B所示。此外，上述图案化绝缘层240还配置于第二指状电极254与电性连接于第二指状电极254的两相邻基极扩散区224之间，如图2A所示。上述第二指状电极254配置于基极扩散区224上方且通过第二接触电极234而电性连接于基极扩散区224。值得一提的是，上述图案化绝缘层240用以避免第二指状电极254会电性连接于位于保护层230下方的射极扩散区222。因此图案化绝缘层240例如还配置于第二指状电极254与部分射极扩散区222之间，如图2B所示。值得注意的是，上述图案化绝缘层240还延伸配置于部分基极扩散区224与第二指状电极254之间，如图2B所示。如此在通过网印制程来形成第二指状电极254的时候，则可避免制程过程中的对准误差而降低元件良率。

再者，由图2A中可看出，每一不连续的方形的第二接触电极234的面积相对小于长条状形的第一接触电极232的面积，因此当第二接触电极234的面积变小，则会使得第二接触电极234的电阻相对变大。因此可通过增加第二指状电极254的面积与厚度，来补偿第二接触电极234与第二指状电极254串接时相对高的接触电阻值。因此于图2A与图2B中可看出，第二指状电极254的宽度例如是大于基极扩散区224的宽度。

请参阅图2A。上述第三指状电极256配置于基极扩散区224上方且电性连接于基极扩散区224。第一指状电极252配置于第二指状电极254与第三指状电极256之间，且第三指状电极256、第二指状电极254与第一指状电极252三者平行配置。其中与第二指状电极254电性连接的两相邻的基极扩散区224之间具有第一间距S1，且与第三指状电极256电性连接的两相邻的基极扩散区224之间具有第一间距S1。

此外，上述每一基极扩散区224具有中心点P1或P2，且长轴L与短轴W交会于中心点P1或P2。其中电性连接于第三指状电极256的每一基极扩散区224的中心点P2与电性连接于第二指状电极254的每一基极扩散区224的中心点P1彼此错开，如图2A所示。然而，电性连接于第三指状电极256的每一基极扩散区224的中心点P2与电性连接于第二指状电极254的每一基极扩散区224的中心点P1亦可彼此对称配置，本发明不以此为限。但值得注意的是，中心点P2与中心点P1彼此错开的结构，相较于彼此对称配置的结构，则具有前者结构的填充因数FF会大于后者结构的FF。并且，填充因数FF越大，则太阳能电池的光电转换效率越高。

此外，电性连接于第三指状电极256的基极扩散区224与电性连接于第二指状电极254的基极扩散区224之间具有第二间距S2。上述第一间距S1例如小于第二间距S2。并且，上述短轴W与第二间距S2的比值(W/S2)例如是大于0.1且小于1，以此设计规则可确保电子与电洞的侧向传输距离在一最适当的比例。再则，上述不连续的基极扩散区224与射极扩散区222的面积比值可依据运算式[W×L/((W+S2)×(L+S1))]来进行运算，其中W表示短轴，L表示长轴，S1表示第一间距，且S2表示第二间距。且上述基极扩散区224与射极扩散区222的面积比值例如是小于0.4，以控制射极扩散区222占全体面积的覆盖率。进而达到提升光电转换效率的最佳设计。

值得注意的是，相较于传统的多条长条状的基极扩散区的结构，则本发明的多个不连续的多边形的基极扩散区224的设计结构可让中心点P1与中心点P2之间的距离在维持不变或缩短的情况下，都可相对增加射极扩散区222的面积比例。当中心点P1与中心点P2之间的距离缩短，则可减少电子的移动距离，如此可相对增加太阳能电池的填充因数FF。此外，若又同时增加射极扩散区222的面积比例，则可增加少数电荷载子的收集率，并相对提高太阳能电池的短路电流(ShortCircuit，简称Isc)。并且，无论填充因数FF或短路电流Isc增加，皆可增加光电转换效率。若是FF与Isc同时增加的情况下，当然，太阳能电池的光电转换效率可大幅提升。

值得一提的是，本发明的太阳能电池中的电极结构，相容于传统的网印金属胶制程与烧结金属电极的制程。因此本发明的太阳能电池还能结合传统网印制程的优点，例如制程简单、成本较低廉等。

此外，值得注意的是，于本发明的图2A与图2B中，第一指状电极252通过贯穿保护层230的第一接触电极232而与射极扩散区222进行电性连接。然而本发明的第一指状电极亦可直接接触射极扩散区，请参阅图3A与图3B。图3A为根据本发明的另一实施例的太阳能电池结构的上视图。图3B为图3A的沿b-b’切线的剖面图。于图3A与图3B中，第一指状电极352贯穿保护层230而直接接触射极扩散区222，并直接电性连接至射极扩散区222，因此毋须通过第一接触电极而与射极扩散区222进行电性连接。上述第一指状电极为连续的长条状。此外，图3A、3B中与图2A、2B相同的元件，于此不再赘述。

综上所述，本发明的太阳能电池通过将基极扩散区设计为多个不连续的多边形，例如长方形，以相对增加射极扩散区的总面积，进而相对提升光电转换效率。此外，本发明提供一种具有相邻两排的多个基极扩散区的中心点彼此错开的太阳能电池结构，以相对提升影响太阳能电池的光电转换效率的填充因数FF。

虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何熟习此技艺者，在不脱离本发明之精神和范围内，当可作些许之更动与润饰，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (15)

1.一种太阳能电池，包括：

一基板，具有一受光面与相对所述受光面的一背光面；

一连续的射极扩散区，配置于所述背光面，用以收集所述太阳能电池中的少数电荷载子；

多个不连续的基极扩散区，配置于所述背光面，用以收集所述太阳能电池中的多数电荷载子，且所述射极扩散区环绕于多个所述基极扩散区周围，每一所述基极扩散区为具有一长轴与一短轴的一多边形，所述短轴小于所述长轴；

一第一指状电极，配置于所述射极扩散区上方且电性连接所述射极扩散区；以及

一第二指状电极，配置于多个所述基极扩散区上方且电性连接多个所述基极扩散区。

2.如权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于：还包括一保护层，配置于所述射极扩散区与所述第一指状电极之间，且配置于多个所述基极扩散区与所述第二指状电极之间。

3.如权利要求2所述的太阳能电池，其特征在于：还包括至少一第一接触电极，所述第一接触电极贯穿所述保护层而直接接触所述射极扩散区，并配置于所述射极扩散区与所述第一指状电极之间，且所述第一指状电极直接接触所述第一接触电极，所述第一接触电极为连续的长条状。

4.如权利要求2所述的太阳能电池，其特征在于：所述第一指状电极贯穿所述保护层而直接接触所述射极扩散区，所述第一指状电极为连续的长条状。

5.如权利要求2所述的太阳能电池，其特征在于：还包括多个不连续的第二接触电极，多个所述第二接触电极贯穿所述保护层而直接接触多个所述基极扩散区，并配置于多个所述基极扩散区与所述第二指状电极之间，且所述第二指状电极直接接触多个所述第二接触电极。

6.如权利要求5所述的太阳能电池，其特征在于：多个所述基极扩散区与多个所述第二接触电极为长方形，且每一所述第二接触电极的面积小于每一所述基极扩散区的面积。

7.如权利要求5所述的太阳能电池，其特征在于：还包括一图案化绝缘层，配置于所述保护层与所述第二指状电极之间，且配置于所述第二指状电极与电性连接于所述第二指状电极的两相邻所述基极扩散区之间，多个所述第二接触电极贯穿所述图案化绝缘层与所述保护层而直接接触多个所述基极扩散区。

8.如权利要求7所述的太阳能电池，其特征在于：所述图案化绝缘层还部分配置于多个所述基极扩散区与所述第二指状电极之间。

9.如权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于：还包括一第三指状电极，配置于多个所述基极扩散区上方且电性连接多个所述基极扩散区，所述第一指状电极配置于所述第二指状电极与所述第三指状电极之间，且所述第三指状电极、所述第二指状电极与所述第一指状电极三者平行配置。

10.如权利要求9所述的太阳能电池，其特征在于：与所述第二指状电极电性连接的两相邻的所述基极扩散区之间具有一第一间距，且与所述第三指状电极电性连接的两相邻的所述基极扩散区之间具有所述第一间距。

11.如权利要求9所述的太阳能电池，其特征在于：每一所述基极扩散区具有一中心点，且所述长轴与所述短轴交会于所述中心点，电性连接于所述第三指状电极的每一所述基极扩散区的所述中心点与电性连接于所述第二指状电极的每一所述基极扩散区的所述中心点彼此错开。

12.如权利要求10所述的太阳能电池，其特征在于：电性连接于所述第三指状电极的多个所述基极扩散区与电性连接于所述第二指状电极的多个所述基极扩散区之间具有一第二间距。

13.如权利要求12所述的太阳能电池，其特征在于：所述第一间距小于所述第二间距。

14.如权利要求12所述的太阳能电池，其特征在于：所述短轴与所述第二间距的比值大于0.1且小于1。

15.如权利要求12所述的太阳能电池，其特征在于：所述基极扩散区相对于所述射极扩散区的一面积比值依据一运算式来进行运算，且所述面积比值小于0.4，所述运算式为：

[所述短轴×所述长轴/(所述短轴+所述第二间距)×(所述长轴+所述第一间距)]。