CN106816480A - 具射极与背面钝化之太阳能电池及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种具射极与背面钝化之太阳能电池。所述太阳能电池包含硅基板、背面钝化层、背面保护层以及背面铝金属层。所述背面铝金属层设置于所述背面保护层相对于所述背面钝化层的另一侧，并包括复数个触点。所述背面钝化层及所述背面保护层具有复数个贯穿孔，所述些触点分别对应所述些贯穿孔而设置。通过对所述些贯穿孔以及所述些触点相对尺寸的限制，有效降低孔洞的产生，因而改善背面电场的质量，进一步提高电池效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种太阳能电池及其制造方法，特别是一种可以改善载子收集效率的具射极与背面钝化之太阳能电池(PERC)及其制造方法。
背景技术
图1绘示一种现有的太阳能电池的剖面图。如图1所示，现有的太阳能电池10主要包含正面电极101、抗反射层102、射极103、硅基板104、背面电场(Back Surface Field，BSF)105以及背面铝金属层(背面电极)106。硅基板上方为受光面，下方为不受光面。射极103形成于硅基板104上方，用于将光能转换成电能，抗反射层102设置于射极103的上方，防止光反射以增加太阳能电池10对太阳光的吸收。另外，硅基板下方的背面电场105可降低载子复合速率，最后藉由正面电极101和背面铝金属层(背面电极)106将产生的电能传送至外部装置。而此种现有的太阳能电池10的背面铝金属层106，覆盖除了背面汇流电极(busbar)之外的整个电池背面。现有的太阳能电池10的缺点在于背面无钝化层保护而造成载子复合，使得太阳能电池效率下降；此外，此种现有的太阳能电池10的背面铝金属层106采取整面覆盖方式，耗费许多金属胶，且容易造成电池翘曲而增加破片率。
图2绘示一种现有的具射极与背面钝化之太阳能电池(Passivated Emitter and Rear Cell，PERC)的剖面图，如图2所示，现有的具射极与背面钝化之太阳能电池20，包含：正面电极201、抗反射层202、射极203、硅基板204、背面电场区域205、背面铝金属层(背面电极)206、背面钝化层207和背面保护层208，其中背面钝化层207系采用二氧化硅(SiO2)、氮氧化硅(SiOxNy)、氧化铝(Al2O3)等材料形成于硅基板204之非受光面，并以氮化硅作为背面保护层208；之后，藉由物理或化学方法贯穿背面钝化层207和背面保护层208以形成贯穿孔211，所述些贯穿孔211的形状可以是各种不同的几何图形；以网印等方法形成正面电极201和背面铝金属层(背面电极)206；接着再以烧结等方法，使得背面铝金属层206通过贯穿孔211与硅基板204反应，形成局部背面电场205；在无贯穿孔之区域，背面保护层208可挡住背面铝金属层206，避免其破坏背面钝化层207。
在图2中的局部背面电场205乃背面铝金属层206与硅基板204反应所生成，然而这样的局部电场容易产生孔洞。原因在于，在烧结时的升温过程中，硅基板204中的硅原子会往背面铝金属层206移动，而背面铝金属层206中的铝原子则往硅基板204移动，且硅原子的移动速度较铝原子快，硅原子容易扩散到背面铝金属层206；降温时的原子移动方向与升温时相反，背面铝金属层206中的硅原子往硅基板204移动，而硅基板204中的铝原子则往背面铝金属层206移动。然而如果降温时间不够，背面铝金属层206内的硅原子会来不及回到硅基板204，导致局部背电场205位置处形成孔洞，造成电池效率下降。关于孔洞，请参考图3，显示图2中产生孔洞的SEM(Scanning Electron Microscope)图。由于所述背面钝化层207和所述背面保护层208的厚度相加不到0.2μm，而背面铝金属层206的厚度为大约20μm，SEM无法看到背面钝化层207和所述背面保护层208，故所述背面钝化层207和所述背面保护层208在图3中并没有被标示。
为了改善上述技术问题，可藉由缩短所述些贯穿孔211的间距(pitch)以减少孔洞的生成，但会使所述背面钝化层207的覆盖面积减少，导致背钝化效果降低，造成电池效率下降。
为了改善上述技术问题，可控制烧结曲线(co-firingprofile)，减少升温的时间和温度，使硅基板204中的硅原子不会扩散太远；并增加降温的时间，使扩散出去的硅原子有足够的时间回填到硅基板204。然而这样的做法会影响到正面电极201的烧结与正面钝化层202的钝化效果，造成电池效率下降。
实用新型内容
本发明之目的在提出一种具射极与背面钝化之电极太阳能电池(Passivated Emitter and Rear Cell，PERC)的结构，因此可减少金属胶使用量；由于背面铝金属层面积减少，也可降低电池翘曲度；其他的好处例如增加长波长太阳光的反射再利用、维持原烧结温度曲线(co-firing profile)、变成可双面照光之太阳能电池。
根据上述之目的，在此揭露一种具射极与背面钝化之太阳能电池，所述太阳能电池包含硅基板、背面钝化层、背面保护层以及背面铝金属层。所述硅基板具有一受光面与一非受光面。所述背面钝化层设置于所述硅基板之所述非受光面的一侧。所述背面保护层，设置于所述背面钝化层相对所述硅基板的另一侧。所述背面铝金属层设置于所述背面保护层相对于所述背面钝化层的另一侧，并包括复数个触点。所述背面钝化层及所述背面保护层具有复数个贯穿孔，所述些触点分别对应所述些贯穿孔而设置。其中每一所述触点的与相对的每一所述贯穿孔的一半径差值介于40-700μm。
在一优选实施例中，每一所述触点的直径介于100-1000μm。
在一优选实施例中，每一所述贯穿孔的直径介于20-300μm。
在一优选实施例中，每一所述触点的体积与相对的每一所述贯穿孔的体积的比值介于50-800。
本发明之另一目的在提出一种具射极与背面钝化之太阳能电池的制造方法，包含：
首先，设置一硅基板，所述硅基板具有一受光面与一非受光面；接着，设置一背面钝化层于所述硅基板之所述非受光面的一侧；接着，设置一背面保护层于所述背面钝化层相对所述硅基板的另一侧；接着，设置复数个贯穿孔在所述背面钝化层及所述背面保护层；接着，设置一背面铝金属层于所述背面保护层相对于所述背面钝化层的另一侧。其中所述背面铝金属层包括复数个触点，所述些触点分别对应所述些贯穿孔而设置，每一所述触点与于相对的每一所述贯穿孔的一半径差值介于40-700μm。
在一优选实施例中，每一所述触点的直径介于100-1000μm。
在一优选实施例中，每一所述贯穿孔的直径介于20-300μm。
在一优选实施例中，每一所述触点的体积与相对的每一所述贯穿孔的体积的比值介于50-800。本发明与现有技术的区别在于本发明藉由明确的限制贯穿孔以及触点的尺寸相对比例，因此可以同时具有以下优点：可减少背面铝金属层(背面电极)之覆盖面积以减少其使用量、避免长波长太阳光被此背面铝金属层(背面电极)吸收、减少孔洞生成、降低电池翘曲度、增加长波长太阳光的反射再利用、维持原烧结温度曲线(co-firingprofile)、变成可双面照光之太阳能电池。
附图说明
图1绘示一种现有的太阳能电池的剖面图；
图2绘示一种现有的射极与背面钝化之太阳能电池的剖面图；
图3绘示图2中产生孔洞的SEM(Scanning ElectronMicroscope)图；
图4绘示本发明优选实施例的具射极与背面钝化之太阳能电池的剖面图；
图5，显示图4中被填补的孔洞的SEM图；
图6绘示本发明优选实施例的具射极与背面钝化之太阳能电池模块的贯穿孔的局部放大图；
图7绘示本发明的具射极与背面钝化之太阳能电池的制作流程图。
具体实施方式
以下各实施例的说明是参考附加的图式，用以例示本发明可用以实施的特定实施例。本发明所提到的方向用语，例如「上」、「下」、「前」、「后」、「左」、「右」、「内」、「外」、「侧面」等，仅是参考附加图式的方向。因此，使用的方向用语是用以说明及理解本发明，而非用以限制本发明。在图中，结构相似的单元是以相同标号表示。
图4绘示本发明第一优选实施例的具射极与背面钝化之太阳能电池的剖面图。如图4所示，本发明的具射极与背面钝化之太阳能电池30主要包含硅基板304、射极303、正面钝化层302、正面电极301、背面钝化层307、背面保护层308、贯穿孔311、背面电场305以及背面铝金属层306。在此实施例的太阳能电池30为具射极与背面钝化之太阳能电池(PERC)。而硅基板304可以为多晶硅基板、类单晶硅基板或单晶硅基板，在此并不局限。在所述硅基板304、所述背面钝化层307以及所述背面铝金属层306之间会形成多个局部的背面电场305。
在射极与背面钝化之太阳能电池30中，所述硅基板304包含受光面3042与非受光面3044。所述受光面3042具有绒面(textured)结构，以捕捉入射之太阳光，可提升太阳光吸收效率。非受光面3044为受光面3042的对面。
所述背面钝化层307系具有钝化之能力，覆盖一层背面保护层308以避免铝金属层破坏背面钝化层，背面钝化层307和背面保护层308设置于硅基板304非受光面3044的一侧，且具有复数个贯穿孔311。所述等贯穿孔311系通过物理或化学方法之贯穿孔制程，在背面钝化层307和背面保护层308上形成点、线或面状等贯穿孔的几何图形，然后通过网印(Screen Print)的方式填充含铝之导电触点于背面钝化层307的所述等贯穿孔311以形成直线等几何图形的背面铝金属层306。值得注意的是，本实施例之背面铝金属层306包括复数个触点(313-316)，在本优选实施例中以四个触点进行说明)，所述些触点(313-316)分别对应所述些贯穿孔311而设置。优选地，所述些触点(313-316)分别对应所述些贯穿孔311个别的中心而设置。背面铝金属层306系用于形成所述太阳能电池的背面电极，藉由含铝之导电触点(313-316)覆盖住背面钝化层307上之贯穿孔311处形成局部背面电场305与导电层(金属层)，且铝金属层覆盖于背面钝化层307的所述等贯穿孔311以形成直线等几何图形的背面铝金属层306。背面铝金属层306与部分的背面汇流电极(Busbar)(未出示)重迭，使电荷能收集到背面汇流电极上。通过本发明，可以有效改善所述些局部背面电场305，同时避免现有技术的结构所带来的缺点。
因此发明一种新型具射极与背面钝化之太阳能电池的结构，请参考图5所示，将背面铝金属层306由原本的大面积覆盖设计为局部覆盖，限制电池片在烧结升温过程时硅原子的移动距离，使硅原子在烧结降温过程时，能够将回填至硅基板304的孔洞312，形成良好的局部背面电场305。由于所述背面钝化层307和所述背面保护层308的厚度相加不到0.2μm，而背面铝金属层306的厚度为大约20μm，SEM无法看到背面钝化层307和所述背面保护层308，故所述背面钝化层307和所述背面保护层308在图5中并没有被标示。
此外，由于背面铝金属层面积减少，因此可减少金属胶使用量；由于背面铝金属层面积减少，也可降低电池翘曲度；其他的好处例如增加长波长太阳光的反射再利用、维持原烧结温度曲线(co-firing profile)、变成可双面照光之太阳能电池。
图6绘示本发明第一实施例的具射极与背面钝化之太阳能电池模块的贯穿孔的局部放大图。在图6中，以所述触点313为例(适用所有触点)。仔细地，每一所述触点313与相对的每一所述贯穿孔311的一半径差值(D2-D1)/2介于40～700μm。更仔细地，每一所述触点313的直径D2大于相对的每一所述贯穿孔311的直径D1约80-1400μm。每一所述触点313的直径D2介于100-1000μm。每一所述贯穿孔311的直径D1介于20-300μm。更进一步，每一所述触点313的体积与相对的每一所述贯穿孔311的体积的比值介于50-800。通过上述对于贯穿孔311以及触点313的相对尺寸的限定，限制了硅原子在烧结过程的升温阶段所能运动的距离，进而使背面铝金属层306中的硅原子在烧结过程的降温阶段有足够的时间回填至硅基板304。采用本发明，可以不用更改烧结曲线，兼顾正背面铝金属层的烧结以及减少孔洞的生成。
参考图7，绘示本发明的具射极与背面钝化之太阳能电池的制作流程图。本制作流程图中所使用的组件请参考图4及图6，不再赘述。
首先，执行步骤S01设置一硅基板304，所述硅基板304具有一受光面3042与一非受光面3044；接着，执行步骤S02，设置一背面钝化层307于所述硅基板304之所述非受光面3044的一侧；接着，执行步骤S03，设置一背面保护层308于所述背面钝化层307相对所述硅基板304的另一侧；接着，执行步骤S04，设置复数个贯穿孔311在所述背面钝化层307及所述背面保护层308；接着，执行步骤S05，设置一背面铝金属层306于所述背面保护层308相对于所述背面钝化层307的另一侧。
根据本发明之具射极与背面钝化之太阳能电池的结构，可减少背面铝金属层(背面电极)之覆盖面积以减少金属胶使用量、避免长波长太阳光被此背面铝金属层(背面电极)吸收、减少孔洞生成、降低电池翘曲度、增加长波长太阳光的反射再利用、维持原烧结温度曲线(co-firing profile)、变成可双面照光之太阳能电池。
虽然本发明已公开优选实施例如上，非用于限定本发明，本发明所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的变更与修改，因此本发明的保护范围仍在本权利要求书要求保护的范围内。
Claims (10)
1.一种具射极与背面钝化之太阳能电池，包含：
一硅基板，所述硅基板具有受光面与非受光面；
一背面钝化层，设置于所述硅基板之所述非受光面的一侧；一背面保护层，设置于所述背面钝化层相对所述硅基板的另一侧；以及
一背面铝金属层，设置于所述背面保护层相对于所述背面钝化层的另一侧，并包括复数个触点，
其中所述背面钝化层及所述背面保护层具有复数个贯穿孔，所述些触点分别对应所述些贯穿孔而设置。
2.如权利要求1所述具射极与背面钝化之太阳能电池，其中每一所述触点的直径与相对应的贯穿孔的直径之间的一半径差值介于40-700μm。
3.如权利要求1所述具射极与背面钝化之太阳能电池，其特征在于，每一所述触点的直径介于100-1000μm。
4.如权利要求1所述具射极与背面钝化之太阳能电池，其特征在于，每一所述贯穿孔的直径介于20-300μm。
5.如权利要求1所述具射极与背面钝化之太阳能电池，其特征在于，每一所述触点的体积与相对的每一所述贯穿孔的体积的比值介于50-800。
6.一种具射极与背面钝化之太阳能电池的制造方法，包含：
设置一硅基板，所述硅基板具有一受光面与一非受光面；
设置一背面钝化层及于所述硅基板之所述非受光面的一侧；
设置一背面保护层于所述背面钝化层相对所述硅基板的另一侧；
设置复数个贯穿孔在所述背面钝化层及所述背面保护层；
设置一背面铝金属层于所述背面保护层相对于所述背面钝化层的另一侧，其中所述背面铝金属层包括复数个触点，所述些触点分别对应所述些贯穿孔而设置。
7.如权利要求6所述具射极与背面钝化之太阳能电池的制造方法，其特征在于，每一所述触点直径与相对的贯穿孔的直径之间的一半径差值介于40-700μm。
8.如权利要求6所述具射极与背面钝化之太阳能电池的制造方法，其特征在于，每一所述触点的直径介于100-1000μm。
9.如权利要求6所述具射极与背面钝化之太阳能电池的制造方法，其特征在于，每一所述贯穿孔的直径介于20-300μm。
10.如权利要求6所述具射极与背面钝化之太阳能电池的制造方法，其特征在于，每一所述背面铝金属层的体积与相对的每一所述贯穿孔的体积的比值介于50-800。
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109980046A (zh) * | 2019-03-29 | 2019-07-05 | 山西潞安太阳能科技有限责任公司 | 单晶perc电池背钝化结构 |
| CN111403494A (zh) * | 2018-12-28 | 2020-07-10 | 北京铂阳顶荣光伏科技有限公司 | 一种背电极结构、太阳能电池及其制备方法 |
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2015
- 2015-12-01 CN CN201510865970.2A patent/CN106816480A/zh active Pending
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