CN107634111A - 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、一本征半导体层、一第二型半导体层、一透明导电层、一金属电极、一光反射单元以及一透明封装层。半导体基板具有一受光面，受光面包含一有效吸光区与一无效受光区。本征半导体层形成于受光面上。第二型半导体层形成于本征半导体层上。透明导电层形成于第二型半导体层上。金属电极设置于透明导电层上。光反射单元设置于无效受光区，并具有一第一反射斜面。透明封装层设置于透明导电层、金属电极及光反射单元上，并具有一空气界面。

Description

太阳能电池
技术领域
本发明关于一种太阳能电池，尤指一种将光反射元件设置于无效受光区的太阳能电池。
背景技术
请参阅图1与图2，图1显示现有技术的异质结太阳能电池的上视平面示意图；图2显示现有技术的异质结太阳能电池的结构示意图。如图所示，在现有的技术中，一般的异质结太阳能电池PA100主要由一结晶硅半导体基板PA1、一本征非晶硅半导体层PA2、一第二型非晶硅半导体层PA3、一透明导电层PA4、一金属电极PA5、一透明封装胶层PA6、一透明玻璃PA7以及一背电极PA8所组成，其中，在将透明导电层PA4形成于第二型非晶硅半导体层PA3上时，为了避免透明导电层PA4经由结晶硅半导体基板PA1的侧边电性连结至设置于结晶硅半导体基板PA1的背光侧的背电极PA8，通常在沉积形成透明导电层PA4时，会利用掩模遮蔽住结晶硅半导体基板PA1的周围，以避免透明导电层PA4经由边缘电性接触到背电极PA8而造成短路。
承上所述，由于透明导电层PA4无法有效的收集到未覆盖部份所产生的电力，因此结晶硅半导体基板PA1会因为透明导电层PA4的设置而区分为可以有效收集电流的有效吸光区PA11与无法有效收集电流的无效受光区PA12。其中，由于无效受光区PA12在整个结晶硅半导体基板PA1的受光面占据了一定的面积，而当异质结太阳能电池PA100的设置数量越多时，无效受光区PA12的面积也会相对的增加，对于以有效受光面积来换取产电量的太阳能电池而言，越多的无效受光面积越会相对的减少电量的产能。
发明内容
有鉴于现有的异质结太阳能电池往往会因为透明导电层并未完全覆盖住非晶硅半导体层，导致无法有效的收集光电作用所产生的电流，相对了浪费了不少面积；缘此，本案发明人认为有必要提出一种新的太阳能电池，以有效的将无效受光区所接收的光线加以利用，进而提高整个太阳能电池的产电量。
承上所述，本发明为解决现有技术的问题，所采用的必要技术手段是提供一种太阳能电池，包含一半导体基板、一本征半导体层、一第二型半导体层、一透明导电层、一金属电极、一光反射单元以及一透明封装层。
半导体基板掺杂有一第一型半导体，且该半导体基板具有一受光面，该受光面包含一有效吸光区与一环绕该有效吸光区的无效受光区。
本征半导体层形成于该受光面上。第二型半导体层形成于该本征半导体层上，且该第二型半导体层掺杂有一第二型半导体。
透明导电层形成于该第二型半导体层上，并与该有效吸光区重叠，且该透明导电层具有一电极设置面。金属电极设置于该电极设置面上。光反射单元设置于该无效受光区，并具有一朝向该有效吸光区倾斜的第一反射斜面。
透明封装层设置于该透明导电层、该金属电极以及该光反射单元上，且该透明封装层具有一与空气接触的空气界面。
其中，当一沿一垂直于该受光面的垂直入射方向投射的垂直入射光束经由该第一反射斜面的反射而朝该有效吸光区的上方投射时，投射至该空气界面，并透过该空气界面的反射而朝向该透明导电层投射。
由上述必要技术手段所衍生的一附属技术手段为，该光反射单元具有一水平基准面，该水平基准面平行于该受光面，并与该第一反射斜面的底缘重叠，且该第一反射斜面与该水平基准面之间具有一第一倾斜角度。较佳者，该第一倾斜角度大于20度并小于45度；更佳者，该第一倾斜角度介于25度至40度之间。
由上述必要技术手段所衍生的一附属技术手段为，该光反射单元还包含一第二反射斜面，该第二反射斜面朝向该有效吸光区倾斜，并位于该第一反射斜面相对于该有效吸光区的另一侧，且该第二反射斜面与该水平基准面之间具有一第二倾斜角度，该第二倾斜角度大于20度并小于45度。较佳者，该光反射单元还包含一第三反射斜面，该第三反射斜面位于该第一反射斜面与该第二反射斜面之间，并背向该有效吸光区而倾斜，且该第三反射斜面与该水平基准面之间具有一第三倾斜角度，该第三倾斜角度与该第二倾斜角度的和介于40-135度。较佳者，第三倾斜角度与该第二倾斜角度的和介于45-70度尤佳。
由上述必要技术手段所衍生的一附属技术手段为，该半导体基板为一结晶硅半导体基板，该本征半导体层为一本征非晶硅半导体层，该第二型半导体层为一第二型非晶硅半导体层。
由上述必要技术手段所衍生的一附属技术手段为，该光反射单元形成于该第二型半导体层上，并位于该无效受光区中。
由上述必要技术手段所衍生的一附属技术手段为，该本征半导体层形成于该受光面，并位于该有效吸光区中，该光反射单元形成于该受光面，并位于该无效受光区中。
由上述必要技术手段所衍生的一附属技术手段为，该金属电极包含一汇流排电极本体，且该太阳能电池还包含一汇流电极光反射单元，该汇流电极光反射单元设置于该汇流排电极本体上。
由上述必要技术手段所衍生的一附属技术手段为，该光反射单元黏结地设置于该无效受光区。
由上述必要技术手段所衍生的一附属技术手段为，该第一反射斜面设有一反光镀膜。较佳者，该反光镀膜的组成至少包含铝、银、锡或其组合。
如上所述，相较于现有技术的异质结太阳能电池并无法吸收无效受光区所接收到的光线，本发明利用光反射单元设置于无效受光区，进而将无效受光区所接收到的光束反射至有效吸光区，进而增加太阳能电池的吸光量，相对的提高了产电量。
附图说明
图1显示现有技术的异质结太阳能电池的上视平面示意图；
图2显示现有技术的异质结太阳能电池的结构示意图；
图3显示本发明第一较佳实施例所提供的太阳能电池的立体示意图；
图4显示本发明第一较佳实施例所提供的太阳能电池的结构示意图；
图4A为图4的部分放大示意图；
图5显示本发明第二较佳实施例所提供的太阳能电池的结构示意图；
图6显示本发明第三较佳实施例所提供的太阳能电池的结构示意图；
图6A为图6的部分放大示意图；
图7显示本发明第四较佳实施例所提供的太阳能电池的结构示意图；
图7A为图7的部分放大示意图；
图8显示本发明第五较佳实施例所提供的太阳能电池的结构示意图；
图9显示本发明第六较佳实施例所提供的太阳能电池上视的平面示意图；
图10显示本发明第六较佳实施例所提供的太阳能电池的结构示意图；以及
图10A显示图10的圈A放大示意图。
【符号说明】
PA100 异质结太阳能电池
PA1 结晶硅半导体基板
PA11 有效吸光区
PA12 无效受光区
PA2 本征非晶硅半导体层
PA3 第二型非晶硅半导体层
PA4 透明导电层
PA5 金属电极
PA6 透明封装胶层
PA7 透明玻璃
PA8 背电极
P11 有效吸光区
P12 无效受光区
100、100a、100b、100c、100d、100e 太阳能电池
1 半导体基板
11 受光面
111 有效吸光区
112、112e 无效受光区
12 背光面
2 本征半导体层
3 第二型半导体层
4 透明导电层
41 电极设置面
5 金属电极
51 汇流排电极本体
52 指状电极
6、6a、6b、6c、6d、6e 光反射单元
61、61a、61b、61c、61d、61e 黏着层
62、62b、62c、62d、62e 反光结构
62a 塑形结构
621、621b、621c 水平基准面
622、622b、622c 第一反射斜面
623b、623c 第二反射斜面
624c 第三反射斜面
63a 反光镀膜
631a 反射斜面
7 透明封装层
71 透明封装胶
72 透明基板
721 空气界面
8 背电极
9e 汇流电极光反射单元
91e 黏着层
92e 反光结构
921e 第一反射斜面
922e 第二反射斜面
a1、a2、a4 第一倾斜角度
a3、a6 第二倾斜角度
a5 第三倾斜角度
LB 垂直入射光束
D 垂直入射方向
具体实施方式
请参阅图3至图4A，图3显示本发明第一较佳实施例所提供的太阳能电池的立体示意图；图4显示本发明第一较佳实施例所提供的太阳能电池的结构示意图；图4A为图4的部分放大示意图。如图所示，一种太阳能电池100，包含一半导体基板1、一本征半导体层2、一第二型半导体层3、一透明导电层4、一金属电极5、一光反射单元6、一透明封装层7以及一背电极8。
半导体基板1掺杂有一第一型半导体，且半导体基板1具有相对设置的一受光面11与一背光面12，受光面11包含一有效吸光区111与一环绕于有效吸光区111的无效受光区112。其中，在本实施例中所述的第一型半导体例如为n型半导体。
本征半导体层2形成于受光面11上；其中，在本实施例中所述的本征半导体层2在实务运用上例如是未掺杂p型半导体或n型半导体的非晶硅半导体层，但不限于此，在其他实施例中，本征半导体层2亦可以是微掺杂p型半导体或n型半导体的非晶硅半导体层，且其微掺杂的浓度为1×1014至1×1016原子/立方公分。第二型半导体层3形成于本征半导体层2上，且第二型半导体层3掺杂有一第二型半导体。其中，在本实施例中所述的第二型半导体例如为p型半导体。在实务运用上，本征半导体层2与第二型半导体层3例如是以等离子体增强化学气相沉积法(Plasma-enhanced chemical vapor deposition,PECVD)沉积所形成，且本征半导体层2或可为未掺杂有p型半导体或n型半导体的非晶硅半导体。
透明导电层4形成于第二型半导体层3上，并与有效吸光区111重叠，且透明导电层4具有一电极设置面41。其中，透明导电层4在实际运用上例如是以溅镀或等离子体增强化学气相沉积法所形成的透明导电氧化物薄膜(transparent conductive oxide thinfilm)，且透明导电层4例如包含有ITO(铟锡氧化物)、ITiO(铟钛氧化物)、IMO(铟钼氧化物)、IWO(铟钨氧化物)、ICeO(铟铈氧化物)、IGZO(锌镓铟氧化物)、AZO(锌铝氧化物)、GZO(锌镓氧化物)或IZO(锌铟氧化物)等材料，但不限于此。
金属电极5设置于电极设置面41上，且金属电极5包含三个汇流排电极本体51(图中仅标示一个)与多个由汇流排电极本体51的两侧垂直延伸出的指状电极52(图中仅标示一个)。
光反射单元6包含一黏着层61与一反光结构62，黏着层61是设置于本征半导体层2其中位于无效受光区112的部分上，而反光结构62是设置于黏着层61上，以通过黏着层61的连结而固接本征半导体层2，并位于无效受光区112中。其中，黏着层61例如为感压胶、热熔胶或反应硬化型胶等，但不限于此。
反光结构62具有一水平基准面621与一第一反射斜面622，水平基准面621是平行于受光面11，且水平基准面621与受光面11间的距离大于电极设置面41与受光面11间的距离。第一反射斜面622是朝向有效吸光区111倾斜，且第一反射斜面622的底缘是重叠于水平基准面621，而第一反射斜面622与水平基准面621之间具有一第一倾斜角度a1，其中第一倾斜角度a1介于20至45度，而以25至40度更佳，然而在本实施例中为20度。此外，反光结构62的材质例如为铝，银或锡等金属。
透明封装层7包含一透明封装胶71与一透明基板72，透明封装胶71设置于透明导电层4、金属电极5以及光反射单元6上，且透明封装胶71为透明不导电的材质，在本实施例中例如为聚乙烯醋酸乙烯酯(Ethylene Vinyl Acetate,EVA)。透明基板72是设置于透明封装胶71上，以通过透明封装胶71的紧密连结而密封透明导电层4、金属电极5以及光反射单元6，且透明基板72具有一与空气接触的空气界面721，而透明基板72例如为玻璃。
背电极8是设置于背光面12上，且背电极8例如为透明导电氧化物薄膜。
基于以上所述，当一垂直入射光束LB沿一垂直于受光面11的垂直入射方向D投射至第一反射斜面622时，会经由第一反射斜面622的反射而朝有效吸光区111的上方投射，并进一步投射至空气界面721而并透过空气界面721的反射朝向透明导电层4投射，进而穿透透明导电层4而被半导体基板1、本征半导体层2与第二型半导体层3所吸收。
在实务运用上，透明封装胶71以聚乙烯醋酸乙烯酯为例，其折射率约为1.52，而透明基板72以玻璃为例，其折射率约为1.52，因此透明封装胶71与透明基板72可视为同一介质，而当垂直入射光束LB经由第一反射斜面622反射时，是通过透明封装胶71与透明基板72到达空气界面721，此时由于透明基板72的折射率(以玻璃为例，约为1.52)远大于空气的折射率(空气的折射率约为1)，因此垂直入射光束LB反射投射到空气界面721时会产生折射与反射，且当垂直入射光束LB反射投射至空气界面721的入射角度大于临界角度时，更会产生全反射，进而有效的增加半导体基板1、本征半导体层2与第二型半导体层3的吸光率。此外，由于光线的波长变化对折射率的影响有限，因此在本实施例中，垂直入射光束LB的波长范围例如可以在380nm至1100nm内，皆可经由第一反射斜面622与空气界面721的反射投射至半导体基板1、本征半导体层2与第二型半导体层3，但不限于此，实务上仍以半导体基板1所能吸收的波长范围为主。
请继续参阅图5，图5显示本发明第二较佳实施例所提供的太阳能电池的结构示意图。如图所示，一太阳能电池100a与上述第一较佳实施例所提供的太阳能电池100相似，其差异主要在于太阳能电池100a以一光反射单元6a取代上述的光反射单元6。
光反射单元6a包含一黏着层61a、一塑形结构62a以及一反光镀膜63a。黏着层61a是设置于第二型半导体层3上，塑形结构62a是设置于黏着层61a上，以通过黏着层61a固定于第二型半导体层3上，而反光镀膜63a是形成于塑形结构62a上。其中，塑形结构62a为热固型高分子或高玻璃转移温度的高分子材料，例如环氧树脂。而反光镀膜63a为由铝，银或锡等金属所组成的金属薄膜。在本实施例中，塑形结构62a可以是不具有反光功能的结构，而是以设置于塑形结构62a的反光镀膜63a所具有的反射斜面631a来负责反射垂直入射光束LB，而在实务上，反光镀膜63a例如可以是以蒸镀或溅镀的方式形成于塑形结构62a上。
请参阅图6与图6A，图6显示本发明第三较佳实施例所提供的太阳能电池的结构示意图；图6A为图6的部分放大示意图。如图所示，一太阳能电池100b与上述第一较佳实施例所提供的太阳能电池100相似，其差异主要在于太阳能电池100b是以一光反射单元6b取代上述第一较佳实施例所提供的光反射单元6。
光反射单元6b包含一黏着层61b以及一反光结构62b。黏着层61b是设置于第二型半导体层3上，反光结构62b是设置于黏着层61b上，且反光结构62b具有一水平基准面621b、一第一反射斜面622b以及二第二反射斜面623b(图中仅标示一个)，第一反射斜面622b邻近于有效吸光区(相当于上述的有效吸光区111)，并与水平基准面621b间具有一第一倾斜角度a2，而第二反射斜面623b位于第一反射斜面622b相对于有效吸光区(相当于上述的有效吸光区111)的另一侧，并与水平基准面621b间具有一第二倾斜角度a3，第一倾斜角度a2与第二倾斜角度a3皆介于20至89度，并以25至50度更佳，而在本实施例中，第一倾斜角度a2的角度为40度，而第二倾斜角度a3为20度。
如上所述，本实施例是将上述的第一反射斜面622分割成多个，并使第一反射斜面622b与水平基准面621b之间的第一倾斜角度a2维持在40度，以及使第二反射斜面623b与水平基准面621b之间的第二倾斜角度a3维持在20度，借此不仅可以透过第一反射斜面622b将垂直入射光束LB有效的直接反射至半导体基板1，并能透过第二反射斜面623b将垂直入射光束LB反射投射至空气界面(相当于上述的空气界面721)，进而有效的降低反光结构62b整体的高度，避免整个太阳能电池100b的厚度过度增加。
请参阅图7与图7A，图7显示本发明第四较佳实施例所提供的太阳能电池的结构示意图；图7A为图7的部分放大示意图。如图所示，一太阳能电池100c与上述第一较佳实施例所提供的太阳能电池100相似，其差异主要在于太阳能电池100c是以一光反射单元6c取代上述第一较佳实施例所提供的光反射单元6。
光反射单元6c包含一黏着层61c以及一反光结构62c。黏着层61c是设置于第二型半导体层3上，反光结构62c是设置于黏着层61c上，且反光结构62c具有一水平基准面621c、一第一反射斜面622c、一第二反射斜面623c以及一第三反射斜面624c。第一反射斜面622c邻近并面向有效吸光区(相当于上述的有效吸光区111)，并与水平基准面621c间具有一第一倾斜角度a4，而第二反射斜面623c位于第一反射斜面622c相对于有效吸光区的另一侧而背向有效吸光区，并与水平基准面621c间具有一第二倾斜角度a6，第三反射斜面634c位于第二反射斜面623c相对于第一反射斜面622c的另一侧且面向有效吸光区，并与水平基准面621c间具有一第三倾斜角度a5，其中第一倾斜角度a4与第二倾斜角度a6皆介于20至45度，并以25至40度更佳，而第三倾斜角度a5与第二倾斜角度a6的和为40至135度，但以45至70度为最佳的角度和。在本实施例中，第一倾斜角度a4为70度，而第二倾斜角度a6为40度，而第三倾斜角度a5为35度。在其他实施例中，当第二倾斜角度a6趋近于45度，而第三反射角度a5趋近于90度而与第二反射角度a6的合为135度，垂直入射光束LB实际上例如是投射在第二反射斜面623c，并反射至第三反射斜面634c，进而反射至空气界面(相当于上述的空气界面721)，最后在投射至半导体基板(相当于上述的半导体基板1)
请一并参阅图4与图8，图8显示本发明第五较佳实施例所提供的太阳能电池的结构示意图。如图所示，一太阳能电池100d与上述第一较佳实施例所提供的太阳能电池100相似，其差异主要在于太阳能电池100d是以一光反射单元6d取代上述第一较佳实施例所提供的光反射单元6。
光反射单元6d包含一黏着层61d以及一反光结构62d。其中，黏着层61d是直接设置于半导体基板1上，而反光结构62d是设置于黏着层61d上，以透过黏着层61d形成于半导体基板1的受光面11，并位于无效受光区112中。此外，在本实施例中，本征半导体层2形成于受光面11，并位于有效吸光区111中，且依序堆叠形成于本征半导体层2的第二型半导体层3与透明导电层4亦位于有效吸光区111中。
请继续参阅图9至图10A，图9显示本发明第六较佳实施例所提供的太阳能电池上视的平面示意图；图10显示本发明第六较佳实施例所提供的太阳能电池的结构示意图；图10A显示图10的圈A放大示意图。
如图所示，一太阳能电池100e与上述第一较佳实施例所提供的太阳能电池100相似，其差异主要在于太阳能电池100e是设置于无效受光区112e与汇流排电极本体51平行的两侧上，且太阳能电池100e除了同样包含有一光反射单元6e外，还包含三个汇流电极光反射单元9e(图中仅标示一个)。
光反射单元6e包含一黏着层61e以及一反光结构62e，而由于光反射单元6e相当于上述的光反射单元6，故在此不多加赘述。汇流电极光反射单元9e各包含一黏着层91e以及一反光结构92e。黏着层91e是设置于汇流排电极本体51上，而反光结构92e是设置于黏着层91e上，且反光结构92e具有一第一反射斜面921e与一第二反射斜面922e。其中，当垂直入射光束LB投射至第一反射斜面921e与第二反射斜面922e时，同样会反射至空气界面721，进而反射至有效吸光区(图未示，相当于前述的111)中。其中，第一反射斜面921e与一第二反射斜面922e同样分别具有第一倾斜角度与第二倾斜角度，且在本实施例中皆为20度。
综合以上所述，相较于现有技术的太阳能电池并无法吸收无效受光区所接收到的光线，本发明利用光反射单元设置于无效受光区，进而将无效受光区所接收到的光束反射至有效吸光区，进而增加太阳能电池的吸光量，相对的提高了产电量。此外，本发明更可在汇流排电极本体上设置有汇流电极光反射单元，藉以有效的将汇流排电极本体所遮蔽的光线反射至有效吸光区，进而增加太阳能电池的吸光率。
通过以上较佳具体实施例的详述，希望能更加清楚描述本发明的特征与精神，而并非以上述所公开的较佳具体实施例来对本发明的范畴加以限制。相反地，其目的是希望能涵盖各种改变及具相等性的安排于本发明所欲申请的专利范围的范畴内。

Claims (13)

1.一太阳能电池，包含：
一半导体基板，掺杂有一第一型半导体，且该半导体基板具有一受光面，该受光面包含一有效吸光区与一环绕该有效吸光区的无效受光区；
一本征半导体层，形成于该受光面上；
一第二型半导体层，形成于该本征半导体层上，且该第二型半导体层掺杂有一第二型半导体；
一透明导电层，形成于该第二型半导体层上，并与该有效吸光区重叠，且该透明导电层具有一电极设置面；
一金属电极，设置于该电极设置面上；
一光反射单元，设置于该无效受光区，并具有一朝向该有效吸光区倾斜的第一反射斜面；以及
一透明封装层，设置于该透明导电层、该金属电极以及该光反射单元上，且该透明封装层具有一与空气接触的空气界面；
其中，当一沿一垂直于该受光面的垂直入射方向投射的垂直入射光束经由该第一反射斜面的反射而朝该有效吸光区的上方投射时，投射至该空气界面，并透过该空气界面的反射而朝向该透明导电层投射。
2.如权利要求1所述的太阳能电池，其中，该光反射单元具有一水平基准面，该水平基准面平行于该受光面，并与该第一反射斜面的底缘重叠，且该第一反射斜面与该水平基准面之间具有一第一倾斜角度。
3.如权利要求2所述的太阳能电池，其中，该第一倾斜角度大于20度并小于45度。
4.如权利要求3所述的太阳能电池，其中，该第一倾斜角度介于25至40度。
5.如权利要求2所述的太阳能电池，其中，该光反射单元还包含一第二反射斜面，该第二反射斜面朝向该有效吸光区倾斜，并位于该第一反射斜面相对于该有效吸光区的另一侧，且该第二反射斜面与该水平基准面之间具有一第二倾斜角度，该第二倾斜角度大于20度并小于45度。
6.如权利要求5所述的太阳能电池，其中，该光反射单元还包含一第三反射斜面，该第三反射斜面位于该第一反射斜面与该第二反射斜面之间，并背向该有效吸光区倾斜，且该第三反射斜面与该水平基准面之间具有一第三倾斜角度，该第三倾斜角度与该第二倾斜角度的和介于40-135度。
7.如权利要求1所述的太阳能电池，其中，该半导体基板为一结晶硅半导体基板，该本征半导体层为一本征非晶硅半导体层，该第二型半导体层为一第二型非晶硅半导体层。
8.如权利要求1所述的太阳能电池，其中，该光反射单元形成于该第二型半导体层上，并位于该无效受光区中。
9.如权利要求1所述的太阳能电池，其中，该本征半导体层形成于该受光面，并位于该有效吸光区中，该光反射单元形成于该受光面，并位于该无效受光区中。
10.如权利要求1所述的太阳能电池，其中，该金属电极包含一汇流排电极本体，且该太阳能电池还包含一汇流电极光反射单元，该汇流电极光反射单元设置于该汇流排电极本体上。
11.如权利要求1所述的太阳能电池，其中，该光反射单元黏结地设置于该无效受光区。
12.如权利要求1所述的太阳能电池，其中，该第一反射斜面设有一反光镀膜。
13.如权利要求12所述的太阳能电池，其中，该反光镀膜的组成至少包含铝、银、锡或其组合。
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