CN106206770B - 太阳能电池 - Google Patents

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Abstract

一种太阳能电池，包含一半导体基板、分别设置于半导体基板二表面的第一型掺质层与第二型掺质层、位于第一型掺质层上的第一钝化层、位于第一钝化层上的第一抗反射层、穿过第一抗反射层与第一钝化层的多个背面电极、位于第二型掺质层上的第二钝化层、位于第二钝化层上的第二抗反射层、穿过第二抗反射层与第二钝化层的多个正面电极。其中，位于中央的背面电极的宽度小于位于侧边的背面电极。

Description

太阳能电池
技术领域
本发明涉及一种太阳能电池，特别是一种太阳能电池的背面电极设计。
背景技术
太阳能电池是当前发展最成熟以及应用最广泛的绿色能源技术，为了提高太阳能电池的发电效率以及降低发电成本，各种太阳能电池结构不断被开发出来。太阳能电池大致可分为硅基太阳能电池、化合物半导体太阳能电池及有机太阳能电池等三种，其中又以硅基太阳能电池的技术最为成熟也最为普及，尤其硅单晶太阳能电池的转换效率更是居所有太阳能电池之冠。
目前已发表的具高转换效率的硅晶太阳能电池多达十几种，其中具商业规模量产可能性的大致有异质接面结合本质硅薄膜太阳能电池(HIT,Hetero-junction withIntrinsic Thin Layer)、指叉式背电极太阳能电池(IBC,Interdigitated BackContact)、双面发电太阳能电池(Bifacial)、射极钝化及背电极太阳能电池(PERC,Passivated Emitter Rear Locally Diffused Cell)。
在制造双面发电太阳能电池或者是制造射极钝化及背电极太阳能电池的时候，必须透过激光剥蚀(laser ablation)的方式来蚀穿位于背面的抗反射层和钝化层，使位于钝化层下方的半导体层裸露出来，其中激光剥蚀出来的穿孔通常呈长条状且彼此间隔相同。接着透过网印的方式将铝浆刮入激光剥蚀出来的穿孔中，接下来只要再经过铝浆烧结程序就可以在太阳能电池的背面形成栅栏状的背面电极。
然而在印刷铝浆前，网板图案必须先与激光剥蚀出的穿孔图案进行对位，而网印机器本身存在有一定的对位误差，再加上网板长时间连续使用或者是多次使用之后容易出现材料疲乏的情况。最终结果就是导致背面电极与激光剥蚀出的穿孔对位不良而发生错位的情况。错位的情况可概分为两种，分别为旋转错位与平移错位。请参照图1，为旋转错位示意图(一)，图中背面电极91相较于激光剥蚀出的蚀孔92旋转了一个角度，但背面电极91尚可以完整覆盖激光剥蚀出的蚀孔92。请参照图3，为平移错位示意图(一)，图中背面电极91相较于激光剥蚀出的蚀孔92平移了一段距离，但背面电极91尚可以完整覆盖激光剥蚀出的蚀孔92。当错位情况不严重，也就是背面电极91尚可以完整覆盖激光剥蚀出的蚀孔92时，错位的存在对太阳能电池的转换效率事实上并无显著影响。请进一步参照图2与图4，分别为旋转错位示意图(二)与平移错位示意图(二)，当错位的程度已经导致有激光剥蚀出的蚀孔92未被背面电极91所完整覆盖时，即便仅有少部分蚀孔92未被背面电极91所完整覆盖，太阳能电池的转换效率仍会出现明显下降。在太阳能电池领域，纵使转换效率仅有0.1％的下降，由于太阳能电厂的发电量是以百万瓦计，因此总发电瓦数会显著减少，导致每瓦发电成本上升。
网板印刷实务上发现，上述错位常发生在位于太阳能电池的二侧边区域上的背面电极，离中央区域愈远愈容易发生，至于位于中央区域上的背面电极则相对来说较为少见。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的上述缺陷，提供一种太阳能电池。
为了实现上述目的，本发明提供了一种太阳能电池，包含：一半导体基板，掺杂有一第一型掺质，具有一第一表面与相对于第一表面的一第二表面，第一表面具有一中央区与至少二侧边区，所述至少二侧边区分别位于中央区的二侧；一第一掺质层，位于第一表面上，第一掺质层中掺杂有第一型掺质，第一掺质层的第一型掺质的浓度大于半导体基板的第一型掺质的浓度；一第一钝化层，位于第一掺质层上，具有多个第一穿孔；一第一抗反射层，位于第一钝化层上，具有分别对应于所述多个第一穿孔的多个第二穿孔；多个背电场区，位于第一掺质层，分别对应于所述多个第一穿孔，所述多个背电场区的第一型掺质的浓度大于第一掺质层的第一型掺质的浓度；多个背面电极，彼此间隔排列，分别经由多个第二穿孔与多个第一穿孔而与多个背电场区电接触，位于所述至少二侧边区上的多个背面电极的宽度大于位于中央区上的多个背面电极的宽度；一第二掺质层，位于第二表面上，第二掺质层中掺杂有一第二型掺质；一第二钝化层，位于第二掺质层上，具有多个第三穿孔；一第二抗反射层，位于第二钝化层上，具有分别对应于所述多个第三穿孔的多个第四穿孔；及多个正面电极，分别经由第三穿孔与第四穿孔而与第二掺质层电接触。
本发明的其中一中央区沿平行于背面电极的长度方向的二侧延伸至半导体基板的边缘，所述至少二侧边区分别位于所述中央区沿垂直于背面电极的长度方向的二侧，所述中央区的面积占第一表面的面积的十分之一至三分之一。
本发明的其中一所述中央区的面积占第一表面的面积的十分之一至五分之一。
本发明的其中一位于中央区上的多个背面电极的宽度在30微米至300微米的范围间。
本发明的其中一位于所述至少二侧边区上的多个背面电极的宽度在40微米至600微米的范围间。
本发明的其中一位于中央区上的多个背面电极的宽度在30微米至300微米的范围间。
本发明的其中一位于所述至少二侧边区上的多个背面电极的宽度在40微米至600微米的范围间。
本发明的其中一位于中央区上的多个背面电极的宽度彼此相同。
本发明的其中一位于所述至少二侧边区上的多个背面电极的宽度彼此相同。
本发明的其中一第一表面具有平行于背面电极的长度方向的一中心线，所述多个背面电极沿垂直于中心线的方向间隔排列，所述多个背面电极的宽度随着远离中心线而增加。
本发明的技术效果在于：通过给予不同区域适合的背面电极宽度，以减少背面电极与钝化层的穿孔对位不良而发生错位的情况的机率，避免因为错位导致太阳能电池之发电效率减少的问题。
以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。
附图说明
图1为旋转错位示意图(一)；
图2为旋转错位示意图(二)；
图3为平移错位示意图(一)；
图4为平移错位示意图(二)；
图5为本发明第一/第二实施例的太阳能电池剖面示意图；
图6为本发明的网板工艺示意图；
图7为本发明第一/第二实施例的太阳能电池背面俯视示意图；
图8为本发明第三实施例的背面俯视示意图。
其中，附图标记
1 太阳能电池
101 半导体基板
101e 半导体基板的边缘
1011 第一表面
1011a 中央区
1011b 侧边区
1012 第二表面
102 第一掺质层
103 第一钝化层
103a 第一穿孔
104 第一抗反射层
104a 第二穿孔
105 背电场区
106 背面电极
107 第二掺质层
108 第二钝化层
108a 第三穿孔
109 第二抗反射层
109a 第四穿孔
110 正面电极
2 太阳能电池
91 背面电极
92 蚀孔
99 网板
99a 网孔
具体实施方式
下面结合附图对本发明的结构原理和工作原理作具体的描述：
请参照图5，为本发明第一实施例的太阳能电池的剖面示意图，揭露一太阳能电池1，包含半导体基板101、第一掺质层102、第一钝化层103、第一抗反射层104、多个背电场区105、多个背面电极106、第二掺质层107、第二抗钝化层108、第二抗反射层109及多个正面电极110。
半导体基板101掺杂有一第一型掺质，在本实施例中，第一型掺质系为P型掺质(例如ⅢA族元素的硼)。半导体基板101具有一第一表面1011与相对于第一表面1011的一第二表面1012，第一表面1011具有一中央区1011a与二侧边区1011b，二侧边区1011b分别位于中央区1011a的二侧。
半导体基板101的第一表面1011形成有一第一掺质层102，第一掺质层102中掺杂有P型掺质，第一掺质层102的P型掺质的浓度大于半导体基板101的P型掺质的浓度。第一钝化层103位于第一掺质层102上，具有多个第一穿孔103a。第一抗反射层104位于第一钝化层103上，具有分别对应于多个第一穿孔103a的多个第二穿孔104a。多个背电场区105位于第一掺质层102，分别对应于多个第一穿孔103a，多个背电场区105的P型掺质的浓度大于第一掺质层102的P型掺质的浓度。多个背面电极106彼此间隔排列，分别经由多个第二穿孔104a与多个第一穿孔103a而与多个背电场区105电接触。
半导体基板101的第二表面1012形成有一第二掺质层107，第二掺质层107中掺杂有一第二型掺质，在本实施例中，第二型掺质为N型掺质(例如ⅤA族元素)。第二钝化层108位于第二掺质层107上，其具有多个第三穿孔108a。第二抗反射层109位于第二钝化层108上，其具有分别对应于多个第三穿孔108a的多个第四穿孔109a。多个正面电极110分别地经由第三穿孔108a与第四穿孔109a而与第二掺质层107电接触。在其它实施例中，正面电极110在烧结时部分正面电极会穿透第二钝化层108与第二抗反射层109，在第二钝化层108形成第三穿孔108a，在第二抗反射层109形成第四穿孔109a，使正面电极110能够与第二掺质层107电接触。因此，第三穿孔108a与第四穿孔109a可以是通过激光剥蚀工艺形成或通过直接烧穿(Fire through)工艺形成。
在本实施例中，位于二侧边区1011b上的多个背面电极106的宽度W1系大于位于中央区1011a上的多个背面电极的宽度W2。
请参照图6，为本发明第一实施例的网印工艺示意图，本实施例的第一穿孔103a与第二穿孔104a系由激光剥蚀工艺所形成。在形成多个第一穿孔103a与第二穿孔104a之后，接下来的工艺就是在第一穿孔103a与第二穿孔104a中以网板印刷的方式填入铝浆。网板99上具有多个网孔99a，各个网孔99a分别对准各个第二穿孔104a，如此一来，刮刀就可以透过网孔99a将铝浆刮入第一穿孔103a与第二穿孔104a中。然而，网孔99a和第一穿孔103a与第二穿孔104a的对位存在有先天上的机械对位误差；此外，网板经过多次使用之后也会发生材料疲乏而变形。因此，实务上常常发生的工艺缺陷就是网板印刷完毕之后，部分激光剥蚀形成的第一穿孔103a与第二穿孔104a中未填有铝浆。更进一步归纳发现，之所以部分激光剥蚀形成的第一穿孔103a与第二穿孔104a中会没有填充铝浆，其原因主要在于网板99的网孔99a与第二穿孔104a之间发生了平移错位或者是旋转错位。
上述平移错位与旋转错位特别容易发生在半导体基板两侧的地方，愈靠近中央区域，则平移错位与旋转错位发生的机率以及程度愈不明显。在第一实施例中，位于二侧边区1011b上的多个背面电极106的宽度W1大于位于中央区1011a上的多个背面电极的宽度W2。
在本实施例中，位于第一掺质层102的多个背电场区105的形成原因在于铝浆填入第二穿孔104a与第一穿孔103a之后，需再经过烧结工艺方能形成背面电极106。在烧结过程当中，铝原子会扩散进入第一掺质层102中，而铝和硼同属ⅢA族元素，因此会在第一掺质层102与背面电极106的接触部位会形成一个局部P型掺杂浓度较高的一个区域(Local BackSurface Field)，也就是本实施例中的背电场区105，其有助于降低铝背面电场与半导体基板间的表面载子复合效应，也可以避免铝浆烧结后造成的翘曲及破片现象。
请参照图7，为本发明第一实施例的背面俯视示意图。如图所示，本实施例所称的中央区1011a沿平行于背面电极106的长度方向的二侧延伸至半导体基板101的边缘101e。二侧边区1011b分别位于中央区1011a沿垂直于背面电极106的长度方向的二侧，中央区1011a的面积占第一表面1011的面积的十分之一至三分之一。承上，若定义中央区1011a占第一表面1011的面积的十分之一，其余侧边区1011b占第一表面1011的面积的十分之九，也就是说百分之九十的背面电极106的宽度予以放大，百分之十的背面电极的宽度予以缩小，但宽度调整后的背面电极106的总面积与调整前仍相同，因此从背面入光所造成的发电量并不会因为背面电极106宽度的调整而受影响。若定义中央区1011a占第一表面1011的面积的三分之一，其余侧边区1011b占第一表面1011的面积的三分之二，则三分之二的背面电极106的宽度予以放大，三分之一的背面电极的宽度予以缩小，宽度调整后的背面电极106的总面积与宽度调整前仍相同，因此从背面入光所造成的发电量并不会因为背面电极106宽度的调整而受影响。
由于不同的太阳能板有不同的背面电极宽度，而且均为等宽。本实施例所称的放大或缩小并非是绝对值，而是一个相对的概念。举例而言，若对本领域技术人员而言，某太阳能板的背面电极宽度通常为X，则本实施例在应用时便是将中央区的背面电极宽度调整到小于X，并将中央区以外的侧边区的背面电极宽度调整到大于X，且宽度调整前后的总背面电极的面积维持不变。
请再次参照图7，本发明另外提出一第二实施例，第二实施例与第一实施例的主要差异在于中央区1011a的面积占第一表面1011的面积的十分之一至五分之一。若定义中央区1011a占第一表面1011的面积的五分之一，则其余侧边区1011b占第一表面1011的面积的五分之四。本实施例中有五分之四的背面电极106的宽度予以放大，五分之一的背面电极106的宽度予以缩小，宽度调整后的背面电极106的总面积与宽度调整前仍相同，因此从背面入光所造成的发电量并不会因为背面电极106宽度的调整而受影响。
在其中一个实施例中，位于中央区1011a上的多个背面电极106的宽度W2系在30微米至300微米的范围间。根据太阳能电池的种类不同，若将中央区1011a上的多个背面电极106调整成30微米，则中央区1011a中的所有背面电极106的宽度均为30微米，若将中央区1011a上的多个背面电极106调整成300微米，则中央区1011a中的所有背面电极106的宽度均为300微米。此时，位于侧边区1011b上的多个背面电极106的宽度W1在40微米至600微米的范围间。举例来说，根据太阳能电池的种类不同，中央区1011a上的多个背面电极106可以调整成30微米，侧边区1011b的多个背面电极106可以全部调整成40微米或者更高。同样地，根据太阳能电池的种类不同，中央区1011a中的所有背面电极106的宽度W2可以全部调整成300微米，侧边区1011b的多个背面电极106可以全部调整成300微米或者更高，例如600微米。
在其中一个实施例中，位于中央区1011a上的多个背面电极106的宽度W2在30微米至300微米的范围间。根据太阳能电池的种类不同，若将中央区1011a上的多个背面电极106调整成30微米，则中央区1011a中的所有背面电极106的宽度均为30微米，若将中央区1011a上的多个背面电极106调整成300微米，则中央区1011a中的所有背面电极106的宽度均为300微米。此时，位于侧边区1011b上的多个背面电极106的宽度W1在40微米至600微米的范围间。举例来说，根据太阳能电池的种类不同，中央区1011a上的多个背面电极106可以调整成30微米，侧边区1011b的多个背面电极106可以全部调整成40微米或者更高。同样地，根据太阳能电池的种类不同，中央区1011a中的所有背面电极106的宽度W2可以全部调整成300微米，侧边区1011b的多个背面电极106可以全部调整成180微米或者更高，例如600微米。在其它实施例中，中央区1011a的背面电极106的宽度W2只有部分调整成300微米，侧边区1011b的多个背面电极106也只有部分调整成180微米或者更高，例如600微米，也就是说，在中央区1011a与侧边区1011b内的电极的宽度并非完全相同，各区内的电极的宽度仍可以依照需求改变。
请参照图8，为本发明第三实施例的背面俯视示意图，本实施例与第一实施例及第二实施例的主要差异在于位于中央区1011a中的背面电极106的宽度并非等宽，位于侧边区1011b中的背面电极106的宽度也并非等宽。如图所示，位于侧边区1011b的最外侧的背面电极106的宽度为W1a，与其相邻且同样位于侧边区1011b的背面电极106的宽度则为W1b，其中W1a大于W1b，依此类推，愈靠近中央区的背面电极106的宽度会愈小。同理，位于中央区1011a最中间的背面电极106的宽度为W2a，与其相邻且同样位于中央区1011a的背面电极106的宽度则为W2b，其中W2b大于W2a，依此类推，愈靠近侧边区1011b且愈远离中央的背面电极106的宽度会愈宽。在本实施例的其中一个态样中，背面电极106的宽度自位于侧边区1011b的最外侧的背面电极106的宽度W1a朝位于中央区1011a的最中间的背面电极106的宽度W2a呈线性递减，也就是相邻背面电极106的宽度差为定值。
虽然上述实施例中，所有背面电极106的总面积在宽度调整前后均维持相同，但若是不考虑太阳能电池背面入光的发电量，则可以允许宽度调整后的所有背面电极106的总面积大于或小于宽度调整前的所有背面电极106的总面积。
当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种太阳能电池，其特征在于，包含：
一半导体基板，掺杂有一第一型掺质，具有一第一表面与相对于所述第一表面的一第二表面，所述第一表面具有一中央区与至少二侧边区，所述至少二侧边区分别位于所述中央区的二侧，所述第一表面形成有一第一掺质层，所述第二表面形成有一第二掺质层，所述第二掺质层中掺杂有一第二型掺质；
一第一钝化层，位于所述第一表面上，具有多个第一穿孔；
一第一抗反射层，位于所述第一钝化层上，具有分别对应于所述多个第一穿孔的多个第二穿孔；
多个背电场区，位于所述第一表面，分别对应于所述多个第一穿孔，所述多个背电场区的所述第一型掺质的浓度大于所述第一掺质层的所述第一型掺质的浓度；
多个背面电极，彼此间隔排列，分别经由所述多个第二穿孔与所述多个第一穿孔而与所述多个背电场区电接触，位于所述至少二侧边区上的多个背面电极的宽度大于位于所述中央区上的多个背面电极的宽度；
一第二钝化层，位于所述第二掺质层上，具有多个第三穿孔；
一第二抗反射层，位于所述第二钝化层上，具有分别对应于所述多个第三穿孔的多个第四穿孔；及
多个正面电极，分别经由所述第三穿孔与所述第四穿孔而与所述第二掺质层接触。
2.如权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，所述中央区沿平行于所述背面电极的长度方向的二侧延伸至所述半导体基板的边缘，所述至少二侧边区分别位于所述中央区沿垂直于所述背面电极的长度方向的二侧，所述中央区的面积占所述第一表面的面积的十分之一至三分之一。
3.如权利要求2所述的太阳能电池，其特征在于，所述中央区的面积占所述第一表面的面积的十分之一至五分之一。
4.如权利要求3所述的太阳能电池，其特征在于，位于所述中央区上的多个背面电极的宽度在30微米至300微米的范围间。
5.如权利要求4所述的太阳能电池，其特征在于，位于所述至少二侧边区上的多个背面电极的宽度在40微米至600微米的范围间。
6.如权利要求2所述的太阳能电池，其特征在于，位于所述中央区上的多个背面电极的宽度在30微米至300微米的范围间。
7.如权利要求6所述的太阳能电池，其特征在于，位于所述至少二侧边区上的多个背面电极的宽度在40微米至600微米的范围间。
8.如权利要求1至7其中任一项所述的太阳能电池，其特征在于，位于所述中央区上的多个背面电极的宽度彼此相同。
9.如权利要求1至7其中任一项所述的太阳能电池，其特征在于，位于所述至少二侧边区上的多个背面电极的宽度彼此相同。
10.如权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，所述第一表面具有平行于所述背面电极的长度方向的一中心线，所述多个背面电极沿垂直于所述中心线的方向间隔排列，所述多个背面电极的宽度随着远离所述中心线而增加。
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