CN105489661B - 太阳能电池 - Google Patents
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Abstract
一种太阳能电池包括光电转换层、第一电极、第二电极以及抗应力层。光电转换层具有相对的迎光面与背光面。第一电极设置于光电转换层的背光面上。第二电极设置于光电转换层上。抗应力层覆盖第一电极。第一电极的热膨胀系数大于光电转换层的热膨胀系数与抗应力层的热膨胀系数。
Description
技术领域
本发明是有关于一种光电装置，且特别是有关于一种太阳能电池。
背景技术
太阳能电池可将光能转换为电能，其中光能又以太阳光为主要来源。由于太阳能电池在转换过程中不会产生温室气体，因此可实现绿色能源，而有利于环保。近年来，随着太阳能科技的发展与进步，太阳能电池的价格已大幅下滑，使得太阳能电池在消费市场上更受欢迎，而广泛地被应用在住宅的屋顶、大楼的外墙以及各式电子产品中。
现有的太阳能电池包括光电转换层以及设置于光电转换层上的电极。一般而言，在太阳能电池的制程中，会先制作光电转换层，然后，再于光电转换层上利用导电胶(例如:银胶及铝胶)形成导电电极层。接着，进行高温烧结制程，以使导电胶与光电转换层的表面产生共晶结构，进而形成电气特性良好的太阳能电池电极。然而，由于电极与光电转换层的热膨胀系数差异极大，因此，在高温烧结后，太阳能电池内部应力残存，而使太阳能电池产生弯曲、裂痕及/或破损的现象，不利于太阳能电池良率提升。
发明内容
本发明提供一种太阳能电池，其良率高。
本发明提供一种太阳能电池包括光电转换层、第一电极、第二电极以及抗应力层。光电转换层具有相对的迎光面与背光面。第一电极设置于光电转换层的背光面上。第二电极设置于光电转换层上。抗应力层覆盖第一电极。第一电极的热膨胀系数大于光电转换层的热膨胀系数与抗应力层的热膨胀系数。
在本发明一实施例中，上述的光电转换层包括第一型半导体层以及与第一型半导体层连接的第二型半导体层。第一电极设置于第一型半导体层上，而第二电极设置于第二型半导体层上。
在本发明一实施例中，上述的太阳能电池还包括设置于迎光面上的抗反射层。
在本发明一实施例中，上述的第一电极包括多个第一子电极以及与第一子电极电性连接的第二子电极。相邻二个第一子电极暴露部份的背光面。每一第二子电极布满此部份的背光面。第一子电极的材质与第二子电极的材质不同。第二子电极的面积和大于第一子电极的面积和。第二子电极的热膨胀系数大于光电转换层的热膨胀系数以及抗应力层的热膨胀系数。
在本发明一实施例中，上述的抗应力层覆盖第二子电极而暴露出第一子电极。
在本发明一实施例中，上述的抗应力层完全地覆盖第二子电极。
在本发明一实施例中，上述的抗应力层的厚度一致。
在本发明一实施例中，上述的抗应力层包括多个抗应力区块。这些抗应力区块分别与多个第二子电极重叠。多个抗应力区块的厚度随着靠近光电转换层的中心轴而递增。中心轴通过光电转换层的几何中心且贯穿迎光面与背光面。
在本发明一实施例中，上述的抗应力层局部地覆盖每一第二子电极。
在本发明一实施例中，上述的抗应力层包括多个微结构。这些微结构均匀地分布于多个第二子电极上。
在本发明一实施例中，上述的应力层包括多个微结构。这些微结构的分布密度随着靠近光电转换层的中心轴而递增。中心轴通过光电转换层的几何中心且贯穿迎光面与背光面。
在本发明一实施例中，上述的每一第二子电极具有厚度T1，抗应力层具有厚度T2，而0.3≦(T2/T1)≦1.3。
在本发明一实施例中，上述的每一第二子电极具有热膨胀系数C1，抗应力层具有热膨胀系数C2，而0.1≦(C2/C1)≦0.4。
在本发明一实施例中，上述的抗应力层与第一电极电性绝缘。
基于上述，在本发明一实施例的太阳能电池中，由于热膨胀系数较大的第一电极是夹设在热膨胀系数较小的光电转换层与抗应力层之间，因此当太阳能电池受热(例如：高温烧结)时，太阳能电池便不易因第一电极与光电转换层的热膨胀系数差异产生弯曲、裂痕及/或破损的情形，从而提升太阳能电池的良率。
为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附图式作详细说明如下。
附图说明
图1为本发明一实施例的太阳能电池的上视示意图。
图2为本发明一实施例的太阳能电池的下视示意图。
图3为本发明一实施例的太阳能电池的剖面示意图。
图4示出传统太阳能电池受热后产生翘曲的情形。
图5示出图1的太阳能电池受热后产生翘曲的情形。
图6为本发明另一实施例的太阳能电池的剖面示意图。
图7示出图6的太阳能电池受热后产生翘曲的情形。
图8为本发明再一实施例的太阳能电池的剖面示意图。
图9为太阳能电池中的抗应力层的微结构另一分布方式。
【符号说明】
100、100A～100C、10：太阳能电池
110：光电转换层
110a、10a：迎光面
110b、10b：背光面
10c、10d、110c、110d：侧面
112：第一型半导体层
114：第二型半导体层
116：PN接面
120：第一电极
122：第一子电极
124：第二子电极
130：第二电极
132：汇流条
134：指状电极
140、140A、140B、140C：抗应力层
142a、142b：抗应力区块
142B、142C：微结构
150：抗反射层
A-A’、B-B’：剖线
d1、d2、d3：翘曲量
T0、T1、T2、T2a、T2b：厚度
X：中心轴
具体实施方式
图1为本发明一实施例的太阳能电池的上视示意图。图2为本发明一实施例的太阳能电池的下视示意图。图3为本发明一实施例的太阳能电池的剖面示意图。特别是，图3对应于图1的剖线A-A’以及图2的剖线B-B’。请参照图1、图2及图3，太阳能电池100包括光电转换层110(标示于图3)、设置于光电转换层110上的第一、二电极120、130以及抗应力层140。光电转换层110具有相对的迎光面110a(标示于图3)与背光面110b(标示于图3)。迎光面110a与背光面110b依序配置于外界光线的传递路径上。第一电极120设置于光电转换层110的背光面110b上。抗应力层140覆盖第一电极120。
如图3所示，在本实施例中，光电转换层110包括第一型半导体层112以及与第一型半导体层112连接的第二型半导体层114。第一型半导体层112可为具有第一掺杂型式的半导体基底，例如：P型掺杂硅基底(P-silicon base)。第二型半导体层114设置于第一型半导体层112上。第二型半导体层114可为具有第二掺杂型式的半导体层，例如：N型半导体层。第一型半导体层112与第二型半导体层114的交界存在一PN接面(p-n junction)116，以接收外界光线并转换出电能。第一型半导体层112具有背光面110b。第二型半导体层114具有迎光面110a。迎光面110a可选择性地粗糙化，以增加入射至PN接面116的光量，进而提升太阳能电池100的性能。需说明的是，上述光电转换层110的结构是用以举例说明本发明而非用以限制本发明，在其他实施例中，光电转换层110亦可为其他适当型式。
请参照图1及图3，第二电极130设置于第二型半导体层114上，并电性接触于第二型半导体层114。换言之，在本实施例中，第二电极130可选择性地设置于光电转换层110的迎光面110a上，而与第一电极120分别位于光电转换层110的上下方。然而，本发明不限于此，在其他实施例中，第一、二电极120、130亦可以其他适当方式配置。如图1所示，本实施例的第二电极130包括多个汇流条(bus bar)132以及与汇流条132交错且电性连接的指状电极(finger)134。然而，本发明的第二电极130的方式并不限于图1所绘，在其他实施例中，第二电极130亦可具有其他图案设计。
请参照图1及图3，在本实施例中，太阳能电池100可进一步包括抗反射层150。抗反射层150可共形地(conformally)设置于光电转换层110的迎光面110a上，而具有与迎光面110a对应的粗糙表面。第二电极130可穿过抗反射层150而与第二型半导体层114电性接触。抗反射层150可减少外界光线被迎光面110a反射的量，而使更多的光量进入PN接面116，进而提升太阳能电池100的性能。第二电极130材质的选用以高导电率材料为佳，例如：银(Ag)，但本发明不以此为限，在其他实施例中，亦可选用其他适当的导电材料。抗反射层150材质的选用以高透光率和与光电转换层110的折射率匹配为主要考量。在本实施例中，抗反射层150的材质可为氧化硅(SiO)、氮化硅(SiN)或其堆叠层，但本发明不以此为限，在其他实施例中，抗反射层150亦可选用其他适当材料。
请参照图2及图3，第一电极120设置于光电转换层110的背光面110b上。换言之，第一电极120设置于第一型半导体层112上，并电性接触于第一电极120。在本实施例中，第一电极120包括多个第一子电极122以及多个第二子电极124。如图3所示，第一子电极122可选择性地凸出于第二子电极124，但本发明不以此为限。相邻二个第一子电极122暴露出部份背光面110b。每一第二子电极124布满相邻二个第一子电极122之间的部份背光面110b，且与第一子电极122电性连接。第二子电极124的面积和大于第一子电极122的面积和。举例而言，第一子电极122可为彼此分离的多个汇流条；多个第二子电极124可连接成一面状电极，以完全地覆盖被第一子电极122暴露出的部份背光面110b。第一子电极122的材质与第二子电极124的材质可选择性地不相同。举例而言，第一子电极122的材质可为银，而第二子电极124的材质可为铝。然而，本发明不限于此，在其他实施例中，第一、二子电极122、124亦可选用其他适当材料；第一、二子电极122、124的材质亦可选择性地相同。
请参照图2及图3，在本实施例中，抗应力层140覆盖第二子电极124而暴露出第一子电极122。抗应力层140可完全地覆盖第二子电极124。抗应力层140可与第二子电极124切齐。换言之，抗应力层140在第一型半导体层112上的正投影与第二子电极124在第一型半导体层112上的正投影可以是恰好重合的。第二子电极124夹设于光电转换层110与抗应力层140之间。抗应力层140与第一电极120电性绝缘。抗应力层140可用丝网印刷制程(screenprinting process)、喷涂制程(spray-on process)、溅镀制程(sputtering process)或其方式适当方法制作。
图4示出传统太阳能电池受热后产生翘曲的情形。图5示出图1的太阳能电池受热后产生翘曲的情形。请参照图4及图5，图4的传统太阳能电池10不包括图5的太阳能电池100的抗应力层140。请参照图4，传统太阳能电池10具有迎光面10a、相对于迎光面10a的背光面10b以及连接迎光面10a与背光面10b的相对二侧面10c、10d。参考平面P通过传统太阳能电池10的相对二边缘(即，背光面10b与侧面10c的交界以及背光面10b与侧面10d的交界)。传统太阳能电池10的最大翘曲量d1系指传统太阳能电池10上距离参考平面P最远的一点与参考平面P的距离。在受热后，传统太阳能电池10的最大翘曲量d1为6.72厘米(mm)。请参照图5，本实施例的太阳能电池100具有迎光面110a、相对于迎光面110a的背光面110b以及连接迎光面110a与背光面110b的相对二侧面110c、110d。参考平面P通过太阳能电池100的相对二边缘(即，背光面110b与侧面110c的交界以及背光面110b与侧面110d的交界)。太阳能电池100的最大翘曲量d2系指太阳能电池100上距离参考平面P最远的一点与参考平面P的距离。在相同的受热条件下，太阳能电池100的最大翘曲量d2为0.01厘米。比较传统太阳能电池10的最大翘曲量d1(6.72厘米)与本实施例的太阳能电池100的最大翘曲量d2(0.01厘米)可知，透过抗应力层140的设置能够明显改善因太阳能电池100内部构件热膨胀系数差异而造成的弯曲、裂痕及/或破损问题，进而提升太阳能电池100的良率。
以下详细说明抗应力层140如何改善太阳能电池100弯曲、裂痕及/或破损问题的机制。请参照图3，在太阳能电池100中，第一电极120的热膨胀系数(Coefficient ofthermal expansion，CTE)大于光电转换层110的热膨胀系数与抗应力层140的热膨胀系数。更精确地说，在本实施例中，第一电极120所包含的第二子电极124的热膨胀系数大于光电转换层110的热膨胀系数以及抗应力层140的热膨胀系数。由于热膨胀系数较大的第二子电极124是被夹设在热膨胀系数较小的光电转换层110与抗应力层140之间，因此当太阳能电池100受热(例如：高温烧结)时，太阳能电池100便不易因第一电极120与光电转换层110的热膨胀系数差异，而产生弯曲、裂痕及/或破损的情形。
抗应力层140材质的选用，以热膨胀系数接近光电转换层110为佳。更进一步地说，第二子电极124具有热膨胀系数C1。抗应力层140具有热膨胀系数C2，在本实施例中，热膨胀系数C1与热膨胀系数C2的比值范围为，0.1≦(C2/C1)≦0.4。举例而言，在本实施例中，光电转换层110(例如：硅)的热膨胀系数可为2.6ppm/℃，而抗应力层140的材质较佳可选用氮化铝(AlN；其热膨胀系数为5ppm/℃)、氧化钇(Y2O3；其热膨胀系数为7.2ppm/℃)、氧化钛(TiN；其热膨胀系数为7.4ppm/℃)、氧化镁与氧化硅的复合层(MgO·SiO2；其热膨胀系数为7.7ppm/℃)。然而，本发明的抗应力层的材质与热膨胀系数不以上述为限，在其他实施例中，抗应力层140亦可选用其他适当材料。
本实施例的抗应力层140的厚度T2可选择性地一致。更进一步地说，第二子电极124具有厚度T1。抗应力层140具有厚度T2，在本实施例中，厚度T2与厚度T1的比值范围为，0.3≦(T2/T1)≦1.3。厚度T2与厚度T1的比值(T2/T1)以2/3为最佳。举例而言，当光电转换层110的厚度T0为200微米(μm)时，第二子电极124的厚度T1及抗应力层140的厚度T2以分别为12微米、8微米为最佳。然而，本发明不以此为限，在其他实施例中，第二子电极124的厚度T1及抗应力层140的厚度T2亦可视实际需求做其他适当设计。
图6为本发明另一实施例的太阳能电池的剖面示意图。请参照图3及图6，图6的太阳能电池100A与图3的太阳能电池100类似，因此相同或相对应的元件以相同或相对应的标号表示。太阳能电池100A与太阳能电池100的差异在于：太阳能电池100A的抗应力层140A的方式与太阳能电池100的抗应力层140的方式不同。以下主要就此差异处做说明，二者相同处请依图6中的标号参照前述说明，于此便不再重述。
请参照图6，太阳能电池100A包括具有相对的迎光面110a与背光面110b的光电转换层110、设置于背光面110b上的第一电极120、设置于光电转换层110上的第二电极130以及覆盖第一电极120的抗应力层140A，其中第一电极120的热膨胀系数大于光电转换层110的热膨胀系数与抗应力层140A的热膨胀系数。与太阳能电池100不同的是，抗应力层140A的厚度T2是渐变的。详言之，抗应力层140A包括分别与多个第二子电极124重叠的多个抗应力区块142a、142b。这些抗应力区块142a、142b的厚度随着靠近光电转换层110的中心轴X而递增。换言之，中心轴X通过光电转换层110的几何中心且贯穿迎光面110a与背光面110b，抗应力区块142a较抗应力区块142b靠近中心轴X，而抗应力区块142a的厚度T2a较抗应力区块142b的厚度T2b来得厚。
图7示出图6的太阳能电池受热后产生翘曲的情形。请参照图7，太阳能电池100A具有迎光面110a、相对于迎光面110a的背光面110b以及连接迎光面110a与背光面110b的相对二侧面110c、110d。参考平面P通过太阳能电池100A的相对二边缘(即，背光面110b与侧面110c的交界以及背光面110b与侧面110d的交界)。太阳能电池100的最大翘曲量d3系指太阳能电池100上距离参考平面P最远的一点与参考平面P的距离。在相同的受热条件下，太阳能电池100A的最大翘曲量d3为0.02厘米。比较传统太阳能电池10的最大翘曲量d1(6.72厘米)与本实施例的太阳能电池100A的最大翘曲量d3(0.02厘米)可知，透过抗应力层140A的设置能够明显改善因太阳能电池100A内部构件热膨胀系数差异而造成的弯曲、裂痕及/或破损问题，进而提升太阳能电池100A的良率。
图8为本发明再一实施例的太阳能电池的剖面示意图。请参照图3及图8，图8的太阳能电池100B与图3的太阳能电池100类似，因此相同或相对应的元件以相同或相对应的标号表示。太阳能电池100B与太阳能电池100的差异在于：太阳能电池100B的抗应力层140B的方式与太阳能电池100的抗应力层140的方式不同。以下主要就此差异处做说明，二者相同处请依图8中的标号参照前述说明，于此便不再重述。
请参照图8，太阳能电池100B包括具有相对的迎光面110a与背光面110b的光电转换层110、设置于背光面110b上的第一电极120、设置于光电转换层110上的第二电极130及覆盖第一电极120的抗应力层140B。第一电极120的热膨胀系数大于光电转换层110的热膨胀系数与抗应力层140B的热膨胀系数。与太阳能电池100不同的是，抗应力层140B是局部地覆盖每一第二子电极124。详言之，抗应力层140B包括多个微结构142B。微结构142B可为多个凸块局部设置于第二子电极124上。在本实施例中，多个微结构142B均匀地分布在多个第二子电极124上，然而微结构142B的分布不在此限。其中微结构142B为半球体状，然在其他实施例中，微结构142B可为锥体、柱体或其他不规则形状，则不在此限。太阳能电池100B具有与太阳能电池100类似的功效及优点，于此便不再重述。
图8为本发明再一实施例的太阳能电池的剖面示意图。图9为太阳能电池中的抗应力层的微结构另一分布方式。请参照图8及图9，图9的太阳能电池100C与图8的太阳能电池100类似，因此相同或相对应的元件以相同或相对应的标号表示。以下主要就此差异处做说明，二者相同处请依图9中的标号参照前述说明，于此便不再重述。
请参照图9，太阳能电池100C包括具有相对的迎光面110a与背光面110b的光电转换层110、设置于背光面110b上的第一电极120、设置于光电转换层110上的第二电极130及覆盖第一电极120的抗应力层140C。第一电极120的热膨胀系数大于光电转换层110的热膨胀系数与抗应力层140C的热膨胀系数。抗应力层140C是局部地覆盖每一第二子电极124。详言之，抗应力层140C包括多个微结构142C。微结构142C可为多个凸块局部设置于第二子电极124上。与太阳能电池100B不同的是，在本实施例中，多个微结构142C的分布密度可随着靠近光电转换层110的中心轴X而递增。太阳能电池100C具有与太阳能电池100类似的功效及优点，于亦不再重述。
综上所述，在本发明一实施例的太阳能电池中，由于热膨胀系数较大的第一电极是夹设在热膨胀系数较小的光电转换层与抗应力层之间，因此当太阳能电池受热(例如：高温烧结)时，太阳能电池便不易因第一电极与光电转换层的热膨胀系数差异而产生弯曲、裂痕及/或破损的情形，从而提升太阳能电池的良率。
虽然本发明已以实施例公开如上，然其并非用以限定本发明，任何所属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，当可作些许的更动与润饰，故本发明的保护范围当视后附的申请专利范围所界定者为准。
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；
一第一电极，设置于该光电转换层的该背光面上；
一第二电极，设置于该光电转换层上；以及
一抗应力层，覆盖该第一电极，其中该第一电极的热膨胀系数大于该光电转换层的热膨胀系数与该抗应力层的热膨胀系数；
其中该第一电极包括：
多个第一子电极，相邻的二个第一子电极暴露部份的该背光面；以及
多个第二子电极，每一该第二子电极布满该部份的该背光面且与该些第一子电极电性连接，该些第二子电极的面积和大于该些第一子电极的面积和，而该些第二子电极的热膨胀系数大于该光电转换层的热膨胀系数以及该抗应力层的热膨胀系数；
该抗应力层覆盖该些第二子电极而暴露该些第一子电极。
2.如权利要求1所述的太阳能电池，其中该光电转换层包括：
一第一型半导体层；以及
一第二型半导体层，与该第一型半导体层连接，该第一电极设置于该第一型半导体层上，而该第二电极设置于该第二型半导体层上。
3.如权利要求1所述的太阳能电池，还包括：
一抗反射层，设置于该光电转换层的该迎光面上。
4.如权利要求1所述的太阳能电池，其中该抗应力层完全地覆盖该些第二子电极。
5.如权利要求1所述的太阳能电池，其中该抗应力层包括：
多个抗应力区块，分别与该些第二子电极重叠的，该些抗应力区块的厚度随着靠近该光电转换层的中心轴而递增，该中心轴通过该光电转换层的几何中心且贯穿该迎光面与该背光面。
6.如权利要求1所述的太阳能电池，其中该抗应力层局部地覆盖每一该第二子电极。
7.如权利要求6所述的太阳能电池，其中该抗应力层包括多个微结构，该些微结构均匀地分布在该些第二子电极上。
8.如权利要求6所述的太阳能电池，其中该抗应力层包括多个微结构，该些微结构的分布密度随着靠近该光电转换层的中心轴而递增，该中心轴通过该光电转换层的几何中心且贯穿该迎光面与该背光面。
9.如权利要求1所述的太阳能电池，其中该每一该第二子电极具有一厚度T1，该抗应力层具有厚度T2，而0.3≦(T2/T1)≦1.3。
10.如权利要求1所述的太阳能电池，其中每一该第二子电极具有一热膨胀系数C1，该抗应力层具有一热膨胀系数C2，而0.1≦(C2/C1)≦0.4。
11.如权利要求1所述的太阳能电池，其中该抗应力层与该第一电极电性绝缘。
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