CN106033782A - 太阳能电池、太阳能电池模块及其制作方法 - Google Patents

太阳能电池、太阳能电池模块及其制作方法 Download PDF

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Abstract

本发明提出一种太阳能电池，其包括PN结、基板、透明导电膜以及汇流电极。透明导电膜设置在基板表面上，其内设置有开口。汇流电极会填满开口，致使其底面实质上切齐透明导电膜底面。本发明能够提升太阳能电池的可靠度，且能有效避免受光面积的减损，从而提升太阳能电池的电流输出量。

Description

太阳能电池、太阳能电池模块及其制作方法
技术领域
本发明涉及太阳能电池的领域，特别涉及一种具有透明导电膜的太阳能电池、太阳能模块及其制作方法。
背景技术
随着消耗性能源日益枯竭，太阳能等替代能源的开发已成为世界各国重要的发展方向，其中，业界大多致力于开发具有高转换效率(conversionefficiency)和低制作成本的太阳能电池。
在主流太阳能电池中，一般会在太阳能电池的表面上设置透明导电膜，例如由氧化物所组成的透明导电膜，致使光电流能够更有效地传导至金属电极以及外部负载。由于透明导电膜会电连接至太阳能电池表面的金属电极，因此产生于电池内部的载子不仅可以直接由半导体基板内部流动至金属电极，其也可以先进入透明导电膜，之后再传导至金属电极。在这样的情况下，可以减少载子在半导体基板内部的停留时间，因此增加了电流输出量。
然而，上述具有透明导电膜的太阳能电池仍存有改进的空间。举例而言，金属电极一般设置于透明导电膜之上，由于金属电极和透明导电膜间具有较差的附着性，此导致金属电极易在后续的工艺阶段或是使用阶段产生剥离，降低了太阳能电池或相应模块的可靠度。
有鉴于此，有必要提供一种具有透明导电膜的太阳能电池，以解决存在于现有技术中的缺陷。
发明内容
本发明的一目的在于提供一种太阳能电池，以解决存在于现有技术中的缺陷。
本发明的另一目的在于提供一种太阳能电池模块，其包括改良的太阳能电池，以解决存在于现有技术中的缺陷。
本发明的又一目的在于提供一种太阳能电池的制作方法，其可以制得改良的太阳能电池，以解决存在于现有技术中的缺陷。
根据上述目的，本发明的一实施例揭露了一种太阳能电池，至少包括PN结、基板、透明导电膜以及汇流电极。透明导电膜设置在基板表面上，其内设置有开口。汇流电极会填满开口，致使其底面切齐透明导电膜底面。
根据本发明的另一实施例，揭露了一种太阳能电池模块。太阳能电池模块至少包括前板、背板、多个太阳能电池以及外框。前板与背板相对设置，而外框会被设置于前板以及背板的周边。太阳能电池被设置于前板与背板间，且各自包括PN结、基板、透明导电膜以及汇流电极。透明导电膜设置在基板表面上，其内设置有开口。汇流电极会填满开口，致使其底面切齐透明导电膜底面。
根据本发明的又一实施例，揭露了一种太阳能电池的制造方法。太阳能电池的制造方法包括下列步骤：首先，提供掩模，以覆盖住基板的部分表面。之后在掩模覆盖下，于基板表面上形成透明导电膜，并同时于透明导电膜内形成开口。之后移除掩模。最后形成汇流电极，以填满开口，其中汇流电极的底面会切齐透明导电膜底面。
附图说明
图1是本发明第一实施例太阳能电池的俯视图；
图2是沿着图1A-A’切线所绘制的太阳能电池剖面图；
图3是根据本发明另一实施例对应于图1A-A’切线所绘制的太阳能电池剖面图；
图4是根据本发明又一实施例对应于图1A-A’切线所绘制的太阳能电池剖面图；
图5是本发明第二实施例太阳能电池的俯视图；
图6是沿着图5B-B’切线所绘制的太阳能电池剖面图；
图7是根据本发明另一实施例对应于图5B-B’切线所绘制的太阳能电池剖面图；
图8是根据本发明第三实施例对应于图1A-A’切线所绘制的太阳能电池剖面图；
图9至图12是本发明一实施例的太阳能电池制作方法；
图13是本发明一实施例太阳能电池模块的局部剖面图。
附图标记说明：
100 太阳能电池 102 基板
104 第一表面 106 第二表面
108 本征非晶半导体层 110 非晶半导体层
112 本征非晶半导体层 114 非晶半导体层
115 导电金属层 116 电极层
117 汇流电极(bus bar) 118 指状电极
120 电极层 122 透明导电膜
124 金属浆料层 126 导电带
128 平坦接面 130 掩模
132 沉积工艺 134 掺杂区
140 太阳能电池模块 142 前板
144 背板 146 包覆层
O 开口
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明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。
为了使本领域普通技术人员能理解并实施本发明，下文中将配合附图，详细说明本发明的太阳能电池、太阳能电池模块及太阳能电池的制作方法。需注意的是，本发明的保护范围当以后附的权利要求书所界定者为准，而非以揭露于下文的实施例为限。因此，在不违背本发明的发明精神和范围的状况下，当可对下述实施例作变化与修饰。此外，为了简洁与清晰起见，相同或类似的元件或装置以相同的附图标记表示，且部分现有的结构和工艺细节将不会被揭露于下文中。需注意的是，附图以说明为目的，并未完全依照原尺寸绘制。
请参照图1和图2，其分别显示了本发明第一实施例太阳能电池的俯视图和剖面图，其中图2是沿着图1切线A-A’所绘制的。如图1和图2所示，太阳能电池100至少包括基板102、本征(intrinsic)非晶半导体层108、非晶半导体层110、透明导电膜122以及导电金属层115。其中，基板102具有第一导电型，优选为N型，且具有至少一表面，例如第一表面104，以作为接受太阳光的主要受光面。本征非晶半导体层108、非晶半导体层110以及透明导电膜122依序设置于第一表面104上。透明导电膜122内设置有开口O，其可以暴露出部分的非晶半导体层110。导电金属层115填满开口O并且直接接触暴露出于开口O的非晶半导体层110。其中，导电金属层115和非晶半导体层110间具有平坦接面()，且导电金属层115的底面实质上会切齐透明导电膜122的底面。需注意的是，全文所指的“实质上会切齐”是指汇流电极115的底面会切齐或略深于透明导电膜122的底面。
具体来说，上述基板102为结晶半导体基板，例如是单晶硅基板、多晶硅基板或是III-V族化合物基板，优选为单晶硅基板。本征非晶半导体层108的主体可以是本征半导体，优选为本征非晶硅(intrinsic amorphoussilicon)，其用以修补存在于第一表面104上的缺陷。非晶半导体层110具有相异于第一导电型的第二导电型，例如P型，致使非晶半导体层110和基板102间会存有PN结。非晶半导体层110的主体可以是具有掺杂的半导体，优选为具有P型掺杂的非晶硅。另外，透明导电膜122的组成主体可以是氧化物，例如氧化铟锡(indium tin oxide，ITO)、氧化铟锌(indium zincoxide，IZO)等透明导电氧化物(transparent conductive oxide，TCO)，但不限于此。导电金属层115可以包括依序堆叠的电极层116和金属浆料层124，使得部分电极层116会被设置于基板102和金属浆料层124之间，并且被金属浆料层124完全包覆。其中电极层116可进一步包括汇流电极117及指状电极118，而呈现如图1所示的布局，但不限于此。
本发明的一特征在于透明导电膜122内设置有开口O，致使导电金属层115可以被嵌入至透明导电膜122内，且导电金属层115可直接接触暴露出于开口O的非晶半导体层110。由于导电金属层115被嵌入固定于透明导电膜122，且导电金属层115与非晶半导体层110间的附着性优于其与透明导电膜122间的附着性，因此导电金属层115不易在后续的工艺阶段或是使用阶段剥离，因此可以提升太阳能电池的可靠度。此外，本发明另一特征在于电极层116优选会以开口O为中心对称设置，致使应力可以平均分布在开口O两侧，而减少破片的发生。
上述的太阳能电池100另可包括其他元件。仍参考图2，举例来说，低电阻的导电带(ribbon)126，例如金属导电带，可设置或贴覆在导电金属层115的顶面上，以进一步将电流传输至外部负载。基板102另包括第二表面106，其上依序设置有本征非晶半导体层112、非晶半导体层114以及电极层120。此外，可选择性地在第二表面106上设置透明导电层(图未示)或导电带(图未示)，但不限于此。再者，抗反射层(图未示)可以选择性地被设置在第一表面104及/或第二表面106上，以降低光反射率。需注意的是，即便设置抗反射层，仍应满足导电金属层115和非晶半导体层110间具有平坦接面128，且导电金属层115底面实质上会切齐透明导电膜122底面的特征。
具体来说，本征非晶半导体层112的主体可以是本征半导体，优选为本征非晶硅，其用以修补存在于第二表面106上的缺陷。非晶半导体层114的导电型优选相同于基板102的导电型，亦即第一导电型，其主体可以是具有掺杂的半导体，优选为具有N型掺杂的非晶硅。电极层120的组成可包括银、铝或其他合适的金属。
本发明的太阳能电池除了上述实施例外，另可衍生其他变化型。于下文中，将加以描述这些变化型。需注意的是，由于下述变化型的结构大致类似于上述的实施例，因此以下仅就主要差异处加以描述，且相类似的元件与结构可以搭配参照。
图3是根据本发明另一实施例对应于图1A-A’切线所显示的太阳能电池剖面图。如图3所示，图3实施例为图2实施例的变化型，两者主要差异处在于，本实施例太阳能电池100的汇流电极117(或视为电极层116)和金属浆料层124均会直接接触暴露出开口O的非晶半导体层110，致使汇流电极117及金属浆料层124会与非晶半导体层110形成平坦接面128。类似地，汇流电极117优选会以开口O为中心对称设置，致使应力可以平均分布在开口O两侧，而减少破片的发生。本实施例的太阳能电池100除了汇流电极117不会完全填满开口O外，其余各部件的特征、设置位置以及材料特性均相似于上述实施例，故在此并不再赘述。
图4是根据本发明又一实施例对应于图1A-A’切线所显示的太阳能电池剖面图。如图4所示，图4实施例为图2实施例的变化型，两者主要差异处在于，本实施例太阳能电池100的金属浆料层124会填满开口O并直接接触暴露出开口O的非晶半导体层110，致使汇流电极117(或视为电极层116)完全不会接触到非晶半导体层110。此外，部分汇流电极117会突出于金属浆料层124，但不限于此。需注意的是，即便部分汇流电极117会突出于金属浆料层124，汇流电极117优选仍会以开口O为中心对称设置，致使应力可以平均分布在开口O两侧，而减少破片的发生。本实施例的太阳能电池100除了汇流电极117不会直接接触非晶半导体层110外，其余各部件的特征、设置位置以及材料特性均相似于上述实施例，故在此并不再赘述。
以上介绍了本发明的第一实施例及其变化型，但本发明不限于此。于下文中，将加以描述本发明的第二实施例。需注意的是下述第二实施例的结构大致类似于上述第一实施例，因此以下仅就主要差异处加以描述，且相类似的元件与结构可以搭配参照。
请参照图5和图6，其分别显示了本发明第二实施例太阳能电池的俯视图和剖面图，其中图6沿着图5切线B-B’所绘制。第二实施例与第一实施例的主要差异处在于，第二实施例的太阳能电池100的电极层116为指状电极118，而不包括汇流电极(图未示)，因此可呈现如图5所示的布局。在此情况下，导电金属层115内的金属浆料层124会包覆各个指状电极118的部分区域。具体来说，如图6所示，本实施例的透明导电膜122内同样会设置有开口O，其可以暴露出部分的非晶半导体层110。指状电极118填满开口O并且直接接触暴露出于开口O的非晶半导体层110。其中，指状电极118和非晶半导体层110间具有平坦接面128，且指状电极118底面会切齐透明导电膜122底面。本实施例的太阳能电池100除了电极层为指状电极118外，其余各部件的特征、设置位置以及材料特性均相似于上述第一实施例，故在此并不再赘述。
上述第二实施例亦可衍生其他变化型。如图7所示，其是根据本发明第二实施例变化型对应于图5B-B’切线所绘制的太阳能电池剖面图。本变化型与上述第二实施例的主要差异在于，太阳能电池100的金属浆料层124会填满开口O并直接接触暴露出开口O的非晶半导体层110，致使指状电极118完全不会接触到非晶半导体层110。本实施例的太阳能电池100除了指状电极118不会直接接触非晶半导体层110外，其余各部件的特征、设置位置以及材料特性均相似于上述第二实施例，故在此并不再赘述。
在上述实施例中，以异质结硅太阳能电池作为本发明的应用标的，然而本发明并不以此为限。具体而言，在不违背本发明的范畴以及精神下，太阳能电池亦可以是同质结(homojunction)太阳能电池，例如具有掺杂区的单晶硅太阳能电池。于下文中，将加以描述同质结太阳能电池。需注意的是下述实施例的结构大致类似于上述第一实施例，因此以下仅就主要差异处加以描述，且相类似的元件与结构可以搭配参照。
图8是根据本发明第三实施例对应于图1A-A’切线所绘制的太阳能电池剖面图。如图8所示，太阳能电池100至少包括基板102、掺杂区134、透明导电膜122以及导电金属层115，其亦可选择性地另包括导电带126、电极层120以及抗反射层(图未示)。其中，基板102为结晶半导体基板，例如是单晶硅基板、多晶硅基板或是III-V族化合物基板，优选为单晶硅基板。基板102具有至少一表面，例如第一表面104，以作为接受太阳光的主要受光面。掺杂区134被设置于基板102内，且两者优选具有相异的导电型，以于其间形成PN结。类似上述第一实施例，透明导电膜122内设置有开口O，其可以暴露出部分基板102(或视为暴露出部分掺杂区134)。导电金属层115填满开口O并且直接接触暴露出于开口O的基板102(或视为掺杂区134)。其中，导电金属层115和基板102间具有平坦接面128，且导电金属层115的底面会切齐透明导电膜122的底面。本实施例的太阳能电池100除了设置有掺杂区134外，其余各部件的特征、设置位置以及材料特性均相似于上述第一实施例，故在此并不再赘述。
为了使本领域普通技术人员能实施本发明，下文中将配合附图，详细说明本发明太阳能电池的制作方法。
图9至图12是本发明一实施例的太阳能电池制作方法。首先如图9和图10所示，其中图10是沿着图9中C-C’切线所绘制的剖面图。首先提供基板102，其具有至少一表面。具体而言，基板102具有两相对的第一表面104和第二表面106。第一表面104和第二表面106上分别依序堆叠有本征非晶半导体层108、112以及非晶半导体层110、114。本征非晶半导体层108、112以及非晶半导体层110、114可以分别是本征非晶硅层和掺杂非晶硅层。具体而言，非晶半导体层110、114其中一者的导电型会相同于基板102的导电型，而另一者则会相异。优选来说，基板102和非晶半导体层110具有第一导电型，例如N型，而非晶半导体层114具有第二导电型，例如P型。接着，提供掩模130，例如硬板或光阻，以覆盖住部分第一表面104。具体来说，掩模130呈现条状，并且直接接触部分非晶半导体层110，但本发明不限于此。根据其他需求，掩模130亦可呈现弯曲状或非连续状，而且掩模130可以不直接接触非晶半导体层110，致使两者间具有间隙(图未示)。
如图11所示，进行沉积工艺132，同时于非晶半导体层110上以及掩模130顶面上形成透明导电膜122。需注意的是，由于部分非晶半导体层110会被掩模130覆盖住，因此透明导电膜122不会被沉积至被覆盖住的非晶半导体层110。
之后移除该掩模130，而形成如图12所示的结构。此时，开口O会暴露出部分非晶半导体层110。在此需注意的是，本实施例是利用掩模的方式，使得开口O在沉积工艺132中同步形成，因此不必另行施加额外开孔工艺。
最后，类似如图1和图2所示，形成导电金属层115以填满开口O，其中导电金属层115底面会切齐透明导电膜122底面。具体来说，形成导电金属层115可包括下列步骤。首先，利用网板印刷或其他合适的工艺，于第一表面104上形成导电浆料(图未示)，例如银浆料，以覆盖部分透明导电膜122。之后进行烧结，形成如图1所示的固状的电极层116。然后，网印另一导电浆料于第一表面104上，以覆盖部分电极层116，继以进行烧结，以形成金属浆料层124。需注意的是，形成金属浆料层124所使用的导电浆料优选为低温导电浆料，其烧结温度优选可以低于230℃。
相较于在激光开孔工艺中，部分非晶半导体层110或基板102容易被激光去除或是丧失原有电性，本实施例的一特征在于开口O会在沉积工艺132中与透明导电膜122同时形成，因此可有效避免受光面积的减损，而提升了太阳能电池的电流输出量。
在此需注意的是，上述太阳能电池制作方法的概念亦适用于制作如图8所示的同质结太阳能电池。具体来说，本征非晶半导体层和非晶半导体层不会被设置在基板上。取而代之的是会在提供掩模前先施行掺杂工艺，以于邻近表面的基板内形成掺杂区，且掺杂区的导电型相异于基板的导电型。因此，在形成导电金属层后，掺杂区会直接接触导电金属层，且掺杂区和导电金属层间具有平坦接面。
本发明亦提供一种太阳能电池模块，其包括上述改良后的太阳能电池。在以下的实施例中，针对太阳能电池模块的结构加以描述。
请参照图13，其是本发明一实施例太阳能电池模块的局部剖面图。太阳能电池模块140包括前板142、背板144、多个太阳能电池100以及外框(图未示)。前板142与背板144相对设置，且太阳能电池100设置于前板142和背板144之间。外框设置于前板142以及背板144的周边。
具体而言，各太阳能电池100通过导电带126互相串联及/或并联。前板142和背板144间亦设置有包覆层146，使得前板142黏合至背板144。包覆层146亦可固定住太阳能电池100和导电带126，避免太阳能电池100和导电带126与外界直接接触。上述包覆层146的材质可为高分子共聚物，例如聚乙烯醋酸乙烯酯(ethylene vinyl acetate，EVA)或是离子聚合物(ionomer)，但不限于此。类似地，太阳能电池模块140内的太阳能电池100具有与上述第一实施例相同的结构。具体而言，各太阳能电池100至少包括基板102、本征非晶半导体层108、112、非晶半导体层110、114、透明导电膜122以及导电金属层(图未示)，其亦可选择性地另包括抗反射层(图未示)。此外，为了提供不同的输出电压及电流，太阳能电池模块140内的各太阳能电池100可以适当地串联、并联或上述两者的结合。
综上所述，本发明提供一种太阳能电池、太阳能电池模块及太阳能电池的制作方法。太阳能电池的导电金属层可以被嵌入至透明导电膜内，且导电金属层可以直接接触暴露出于开口的非晶半导体层或基板，因此导电金属层不易在后续的工艺阶段或是使用阶段剥离，进而提升了太阳能电池的可靠度。此外，电极层优选会以开口为中心对称设置，致使应力可以平均分布在开口两侧，而减少破片的发生。再者，由于开口在沉积工艺中与透明导电层同时形成，因此可以舍弃激光开孔工艺，有效避免受光面积的减损，而提升了太阳能电池的电流输出量。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (20)

1.一种太阳能电池，具有一PN结，且包括：
一基板，具有一表面；
一透明导电膜，设置于该表面上，其中该透明导电膜内设置有一开口；以及
一汇流电极，填满该开口，其中该汇流电极的底面实质上切齐该透明导电膜的底面。
2.如权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，部分该基板会直接接触该汇流电极。
3.如权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，该汇流电极包括一电极层和一金属浆料层。
4.如权利要求3所述的太阳能电池，其特征在于，该电极层被设置于该金属浆料层和该基板之间。
5.如权利要求3所述的太阳能电池，其特征在于，部分该基板会直接接触该电极层及/或金属浆料层。
6.如权利要求3所述的太阳能电池，其特征在于，该电极层及/或金属浆料层会填满该开口。
7.如权利要求3所述的太阳能电池，其中另包括一导电带，设置于该金属浆料层的顶面上。
8.如权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，还包括一非晶半导体层，设置于该表面上，其中暴露出于该开口的该非晶半导体层会直接接触该汇流电极，该非晶半导体层和该汇流电极间有一平坦接面。
9.如权利要求8所述的太阳能电池，其中该非晶半导体层的导电型相异于该基板的导电型。
10.如权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，还包括一掺杂区，设置于邻近该表面的该基板内，其中暴露出于该开口的该掺杂区会直接接触该汇流电极，该掺杂区和该汇流电极间有一平坦接面。
11.一种太阳能电池模块，包括：
一前板；
一背板，与该前板相对设置；
多个太阳能电池，设置于该前板和该背板之间，其中各该太阳能电池具有一PN结，且各该太阳能电池包括：
一基板，具有一表面；
一透明导电膜，设置于该表面上，其中该透明导电膜内设置有一开口；以及
一汇流电极，填满该开口，其中该汇流电极的底面实质上切齐该透明导电膜的底面；以及
一外框，设置于该前板以及该背板的周边。
12.如权利要求11所述的太阳能电池模块，其特征在于，该汇流电极包括一电极层和一金属浆料层，其中该电极层被设置于该金属浆料层和该基板之间。
13.如权利要求11所述的太阳能电池模块，其特征在于，还包括一非晶半导体层，设置于该表面上，其中暴露出于该开口的该非晶半导体层会直接接触该汇流电极，该非晶半导体层和该汇流电极间有一平坦接面。
14.如权利要求11所述的太阳能电池模块，其特征在于，还包括一掺杂区，设置于邻近该表面的该基板内，其中暴露出于该开口该掺杂区会直接接触该汇流电极，该掺杂区和该汇流电极间有一平坦接面。
15.一种太阳能电池制造方法，包括：
提供一基板，具有一表面；
提供一掩模，以覆盖住部分该表面；
在该掩模的覆盖下，于该表面上形成一透明导电膜，同时于该透明导电膜内形成一开口；
移除该掩模；以及
形成一汇流电极，以填满该开口，其中该汇流电极的底面实质上切齐该透明导电膜的底面。
16.如权利要求15所述的太阳能电池制造方法，其特征在于，在形成该透明导电膜时，该透明导电膜时会同时形成在该掩模的顶面。
17.如权利要求15所述的太阳能电池制造方法，其特征在于，形成该汇流电极的步骤包括：
形成一电极层于该表面上，以覆盖部分该透明导电膜；
形成一低温导电浆料于该表面上，以覆盖部分该电极层；以及
烧结该低温导电浆料，其中该烧结的温度低于230℃。
18.如权利要求15所述的太阳能电池制造方法，其特征在于，在提供该掩模之前，另包括于该表面上依序形成一本征非晶半导体层以及一非晶半导体层，该非晶半导体层的导电型相异于该基板的导电型。
19.如权利要求18所述的太阳能电池制造方法，其特征在于，在形成该汇流电极后，部分该非晶半导体层会暴露出该开口以及直接接触该汇流电极，该非晶半导体层和该汇流电极间有一平坦接面。
20.如权利要求19所述的太阳能电池制造方法，其特征在于，在形成该汇流电极后，部分该掺杂区会会暴露出该开口以及直接接触该汇流电极，该掺杂区和该汇流电极间有一平坦接面。
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