CN107785444A - 太阳能电池 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种太阳能电池，其包含一半导体基板，该半导体基板的背面设置有钝化层、汇流电极与背电极层。汇流电极经由钝化层的汇流电极开口电性连接于半导体基板的背面，背电极层则经由钝化层的第一开口群与第二开口群电性连接于半导体基板的背面。其中，第一开口群与第二开口群依序设置于汇流电极开口的其中一侧，且在沿垂直于汇流电极长度方向上，第一开口群中的第一开口的间距比第二开口群中的第二开口的间距小。
Description
技术领域
本发明涉及一种太阳能电池，尤其涉及一种太阳能电池的背面电极结构。
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有异质接面结合本质硅薄膜太阳能电池(HIT,Hetero-junction with Intrinsic Thin Layer)、指叉式背电极太阳能电池(IBC,Interdigitated Back Contact)、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 and Rear Cell)。
请参照图1，为叠瓦式太阳能电池的示意图，其是由多个条状的太阳能电池单元100所串联而成。如图1所示，串联方式是将其中一太阳能电池单元100正面的银汇流电极102a与另一太阳能电池单元100背面的银汇流电极102b电性连接，串联的太阳能电池单元的数量取决于所需功率大小。通常构成叠瓦式太阳能电池的太阳能电池单元本身也具有类似PERC太阳能电池的结构，也就是正面与背面均形成有钝化层，且背面还通过铝电极形成背电场(Back Surface Field,BSF)结构。
请参照图2与图3，分别为传统叠瓦式太阳能电池背面的钝化层开口示意图以及传统叠瓦式太阳能电池的局部剖视示意图(一)。如前述，传统叠瓦式太阳能电池200的结构和PERC太阳能电池类似，其正面会形成有多个银电极208，半导体基板201的掺杂型为p型。太阳能电池200的背面在形成背电极前，必须先通过激光剥蚀(laser ablation)的方式将背面的钝化层209熔穿出数个背电极开口204，其中背电极开口204是呈直线状且沿着汇流电极开口202的二侧以相同的间距整齐排列。
请参照图4，为传统叠瓦式太阳能电池的局部剖视示意图(二)，背电极开口204形成之后可通过网板印刷工艺，将银浆(或银铝浆)刮入汇流电极开口202以及将铝浆刮入背电极开口204中，再施以热处理使铝浆烧结，如此便可以在半导体基板201的背面形成汇流电极210以及背电极层211。此外，铝浆烧结过程中，填充于背电极开口204中的铝浆的铝原子会扩散入半导体基板201而形成硅-铝共晶结构，因而在半导体基板201的背面形成多个背电场区207，其可以将太阳能电池底部所产生的载子局限在p-n接面，进而提高光电流。
请参照图5，为传统叠瓦式太阳能电池的空穴收集示意图，当传统叠瓦式太阳能电池200受到光照时，所产生的空穴会朝背电场区207扩散进而被背电极层211所收集，空穴的扩散方向概如图5中半导体基板201内的箭头所指。然而汇流电极210是直接与半导体基板201的表面接触，二者的接触面之间没有形成背电场，因此汇流电极210上方附近所形成的空穴必须扩散较远的距离才能被抵达位于汇流电极210其中一侧的背电场区207，导致汇流电极210上方局部区域的空穴收集效率不佳。
请参照图6至图8，分别为另一传统叠瓦式太阳能电池的局部剖视示意图(一)、局部剖视示意图(二)以及空穴收集示意图，绘示出另一种传统叠瓦式太阳能电池220，其与前述传统叠瓦式太阳能电池200的主要差异在于没有汇流电极开口202，且汇流电极210是直接形成于钝化层209上而没有和半导体基板201接触。同样地，传统叠瓦式太阳能电池220的汇流电极210和半导体基板201之间并没有形成背电场，导致汇流电极210上方附近所形成的空穴必须扩散较远的距离才能被抵达位于汇流电极210其中一侧的背电场区207，因此同样会有汇流电极210上方局部区域的空穴收集效率不佳的问题。
发明内容
为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种改进空穴收集效率的叠瓦式太阳能电池，包含：一半导体基板，掺杂有一第一型掺质，具有一正面与一背面；一钝化层，设置于该背面，该钝化层包含一汇流电极开口、一第一开口群与一第二开口群，该汇流电极开口沿一第一方向延伸，该第一开口群与该第二开口群位于该汇流电极开口沿一第二方向的一侧且该第一开口群位于该第二开口群与该汇流电极开口之间，该第二方向垂直于该第一方向，该第一开口群包含多个第一开口，该第二开口群包含多个第二开口；一汇流电极，设置于该汇流电极开口且经由该汇流电极开口而电连接该背面；多个背电场区，形成于该半导体基板的背面，且个别对应于该些第一开口及该些第二开口；及一背电极层，设置于该钝化层上，该背电极层连接该汇流电极且经由该些第一开口与该些第二开口电连接该背面；其中，该第一开口群的该些第一开口彼此间沿该第二方向的间距小于该第二开口群的该些第二开口沿该第二方向的间距。
于本发明的一实施例中，该汇流电极沿该第二方向具有一宽度，该第一开口群的各第一开口沿该第二方向与该汇流电极的距离不大于该宽度的二倍。
于本发明的一实施例中，沿该第二方向相邻的二该第一开口之间的间距随着远离该汇流电极开口而增加。
于本发明的一实施例中，该些第一开口的形状是呈直线状、虚线状或点状。
于本发明的一实施例中，该些第二开口的形状是呈直线状、虚线状或点状。
于本发明的一实施例中，该些第一开口的形状不同于该些第二开口的形状。
于本发明的一实施例中，该钝化层更包含一第三开口群与一第四开口群，位于该汇流电极开口沿该第二方向的另一侧，该第三开口群位于该汇流电极开口与该第四开口群之间，该第三开口群包含多个第三开口，该第四开口群包含多个第四开口，该第三开口群的该些第三开口沿该第二方向的间距小于该第四开口群的该些第四开口沿该第二方向的间距，该背电极层更经由该些第三开口与该些第四开口电连接该背面。
于本发明的一实施例中，该第三开口群的各第三开口沿该第二方向与该汇流电极的距离不大于该宽度的二倍。
于本发明的一实施例中，沿该第二方向相邻的二该第三开口之间的间距随着远离该汇流电极开口而增加。
于本发明的一实施例中，该些第三开口的形状不同于该些第四开口的形状。
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为叠瓦式太阳能电池的示意图；
图2为传统叠瓦式太阳能电池的激光刻痕示意图；
图3为传统叠瓦式太阳能电池的局部剖视示意图(一)；
图4为传统叠瓦式太阳能电池的局部剖视示意图(二)；
图5为传统叠瓦式太阳能电池的空穴收集示意图；
图6为另一传统叠瓦式太阳能电池的局部剖视示意图(一)；
图7为另一传统叠瓦式太阳能电池的局部剖视示意图(二)；
图8为另一传统叠瓦式太阳能电池的空穴收集示意图；
图9为本发明第一实施例的太阳能电池的激光刻痕示意图；
图10为本发明第一实施例的局部剖视示意图；
图11为本发明第一实施例的空穴收集示意图；
图12为本发明第二实施例的太阳能电池的激光刻痕示意图；
图13为本发明第三实施例的太阳能电池的激光刻痕示意图；
图14为本发明第四实施例的太阳能电池的激光刻痕示意图；
图15为本发明第五实施例的太阳能电池的激光刻痕示意图。
其中，附图标记
100 叠瓦式太阳能电池单元
102a 正面银汇流电极
102b 背面银汇流电极
200、220 传统叠瓦式太阳能电池
201 半导体基板
202 汇流电极开口
204 背电极开口
207 背电场区
208 银电极
209 钝化层
210 汇流电极
2011 正面
2012 背面
211 背电极层
300 太阳能电池
304 第一开口群
3041 第一开口
305 第二开口群
3051 第二开口
306 第三开口群
3061 第三开口
307 第四开口群
3071 第四开口
310 汇流电极
311 背电极层
400 太阳能电池
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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9至图11，分别为本发明第一实施例的太阳能电池的激光刻痕示意图、局部剖视示意图、以及空穴收集示意图，其绘示出一太阳能电池300，其是针对前述传统叠瓦式太阳能电池200的改良，本实施例同样也可以用在前述传统叠瓦式太阳能电池220的改良上。
太阳能电池300的半导体基板201可以是掺杂有P型掺质(例如ⅢA族元素的硼)的P型半导体基板，其具有正面2011与背面2012。本实施例中，正面2011是指太阳能电池300工作时的主要受光面，也就是半导体基板201上掺杂有N型掺质(例如ⅤA族元素的磷)作为射极的表面，背面2012则是相对于正面2011而言，通常背面2012会掺杂较高浓度的P型掺质。需特别说明的是，若是太阳能电池300的背面若没有完全被背电极所覆盖，则背面2012同样也能受光照而发电，但主要受光面仍位在正面2011。
钝化层209设置于背面2012上，其包含一汇流电极开口202、一第一开口群304、一第二开口群305、第三开口群306、以及第四开口群307，需特别说明的是，本实施例若是应用于背面只有一条汇流电极，且其位在太阳能电池的边缘的叠瓦式太阳能电池，则只需要第一开口群304与第二开口群305即可。
汇流电极开口202沿第一方向D1延伸，本实施例的第一方向D1是定义为平行于汇流电极开口202的长度的方向。第一开口群304与第二开口群305是位于汇流电极开口202沿第二方向D2的一侧，且第一开口群304位于第二开口群305与汇流电极开口202之间。第三开口群306与第四开口群307是位于汇流电极开口202沿第二方向D2的另一侧，且第三开口群是位于第四开口群307与汇流电极开口202之间。本实施例的第二方向D2是定义为垂直于第一方向D1的方向。第一开口群304包含有多个第一开口3041，第二开口群305包含有多个第二开口3051，第三开口群306包含有多个第三开口3061，第四开口群307包含有多个第四开口3071，其形状如图9所示均概成一直线状。本实施例其中一个特别之处在于第一开口群304的第一开口3041沿第二方向D2的间距会小于第二开口群305的第二开口3051沿第二方向D2的间距，也就是说第一开口群304中的第一开口3041沿第二方向D2的排列会比较密集，而第二开口群305中的第二开口3051沿第二方向D2的排列相对来说较为宽松。这样的设置是为了后续能在汇流电极开口202沿第二方向D2的其中一侧或者是二侧能形成较密集的背电场区，将说明如下。
太阳能电池300可以通过网板印刷将银浆或银铝浆刮入汇流电极开口202中，然后进行烧结使汇流电极310形成于汇流电极开口202中，并使汇流电极310经由汇流电极开口202电性连接于半导体基板201的背面2012。汇流电极310的形状取决于汇流电极开口202的形状，一般是呈宽度均一的直线状，但不限于此，也可以是由宽度不一的线段串接而成，或者局部区域有镂空。然后可再经由另一道网板印刷工艺将铝浆刮入第一开口群304、第二开口群305、第三开口群306、以及第四开口群307中，然后进行烧结使背电极层311形成于钝化层209上，同时使背电极层309电性连接汇流电极310且经由第一开口3041、第二开口3051、第三开口3061以及第四开口3071电性连接半导体基板201的背面2012。填入第一开口3041、第二开口3051、第三开口3061以及第四开口3071中的铝浆的铝原子会扩散入半导体基板201的背面2012而形成硅-铝共晶结构，因而在半导体基板201的背面形成多个和第一开口3041、第二开口3051、第三开口3061以及第四开口3071相对应的背电场区207。
承上，如图11所示，当太阳能电池300受光照时，由于第一开口群304中的第一开口3041与第三开口群306中的第三开口3061沿第二方向D2的间距较小较密，因此会在汇流电极310沿第二方向D2的二侧形成高密度的背电场区207，使得汇流电极310上方附近所形成的空穴相较于现有技术可以在较短的扩散距离内抵达位于汇流电极310其中一侧的背电场区207，改善现有技术在汇流电极310上方局部区域的空穴收集效率不佳的问题。
在第一实施例的其中一实施态样中，汇流电极310沿第二方向D2具有一宽度W1，第一开口群304的各第一开口3041沿第二方向D2与汇流电极310的距离不大于宽度W1的二倍。也就是说，第一开口群304是定义为距离汇流电极310的一侧的边缘起算，小于或等于2倍W1的范围内的所有第一开口3041所构成的群组。
在第一实施例的其中一实施态样中，沿第二方向D2相邻的二第一开口3041之间的间距可以随着远离汇流电极开口202而增加，例如相邻的二第一开口3041之间的间距可以随着远离汇流电极开口202而渐增。
在第一实施例的其中一实施态样中，沿第二方向D2相邻的二第三开口3061之间的间距可以随着远离汇流电极开口202而增加，例如相邻的二第三开口3061之间的间距可以随着远离汇流电极开口202而渐增。
请参照图12，为本发明第二实施例的太阳能电池的激光刻痕示意图，本实施例的太阳能电池400的第一开口群404包含多个呈虚线状的第一开口4041，第二开口群405包含多个呈虚线状第二开口4051，第三开口群406包含多个呈虚线状的第三开口4061，第四开口群407包含多个呈虚线状的第四开口4071。以第一开口4041来说，其是由多个线段开口沿第一方向D1间隔排列所构成，需注意的是，相邻二第一开口4041的线段开口之间的间隔不直接相对，以避免局部区域的载子要扩散较远的距离始能抵达背电场区207。同样地，相邻二第二开口4051的线段开口之间的间隔、相邻二第三开口4061的线段开口之间的间隔、相邻二第四开口4071的线段开口之间的间隔也都不直接相对。
请参照图13，为本发明第三实施例的太阳能电池的激光刻痕示意图，本实施例的太阳能电池500的第一开口群504包含多个呈点状的第一开口5041，第二开口群505包含多个呈点状的第二开口5051，第三开口群506包含多个呈点状的第三开口5061，第四开口群507包含多个呈点状的第四开口5071。以第一开口5041来说，其是由多个圆形开口(也可以是正方形或其他长宽比接近1的多边形)沿第一方向D1间隔排列所构成，需注意的是，相邻二第一开口5041的圆形开口之间的间隔不直接相对，以避免局部区域的载子要扩散较远的距离始能抵达背电场区207。同样地，相邻二第二开口5051的圆形开口之间的间隔、相邻二第三开口5061的圆形开口之间的间隔、相邻二第四开口5071的圆形开口之间的间隔也都不直接相对。
请参照图14，为本发明第四实施例的太阳能电池的激光刻痕示意图，本实施例的太阳能电池600的第一开口群604包含多个呈直线状的第一开口6041，第二开口群605包含多个呈虚线状的第二开口6051，第三开口群606包含多个呈直线状的第三开口6061，第四开口群607包含多个呈虚线状的第四开口6071。也就是说，本实施例的第一开口群604的第一开口6041的形状不同于第二开口群605的第二开口6051的形状，第三开口群606的第三开口6061的形状不同于第四开口群607的第四开口6071的形状。
请参照图15，为本发明第五实施例的太阳能电池的激光刻痕示意图，本实施例的太阳能电池700的第一开口群704包含多个呈虚线状的第一开口7041，第二开口群705包含多个呈直线状的第二开口7051，第三开口群706包含多个呈虚线状的第三开口7061，第四开口群707包含多个呈直线状的第四开口7071。也就是说，本实施例的第一开口群704的第一开口7041的形状不同于第二开口群705的第二开口7051的形状，第三开口群706的第三开口7061的形状不同于第四开口群707的第四开口7071的形状。
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，具有一正面与一背面；
一钝化层，设置于该背面，该钝化层包含一汇流电极开口、一第一开口群与一第二开口群，该汇流电极开口沿一第一方向延伸，该第一开口群与该第二开口群位于该汇流电极开口沿一第二方向的一侧且该第一开口群位于该第二开口群与该汇流电极开口之间，该第二方向垂直于该第一方向，该第一开口群包含多个第一开口，该第二开口群包含多个第二开口；
一汇流电极，设置于该汇流电极开口且经由该汇流电极开口而电连接该背面；
多个背电场区，形成于该半导体基板的背面，且个别对应于该些第一开口及该该些第二开口；及
一背电极层，设置于该钝化层上，该背电极层连接该汇流电极且经由该些第一开口与该些第二开口电连接该背面，
其中，该第一开口群的该些第一开口彼此间沿该第二方向的间距小于该第二开口群的该些第二开口沿该第二方向的间距。
2.根据权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，该汇流电极沿该第二方向具有一宽度，该第一开口群的各第一开口沿该第二方向与该汇流电极的距离不大于该宽度的二倍。
3.根据权利要求2所述的太阳能电池，其特征在于，沿该第二方向相邻的二该第一开口之间的间距随着远离该汇流电极开口而增加。
4.根据权利要求3所述的太阳能电池，其特征在于，该些第一开口的形状呈直线状、虚线状或点状。
5.根据权利要求4所述的太阳能电池，其特征在于，该些第二开口的形状呈直线状、虚线状或点状。
6.根据权利要求5所述的太阳能电池，其特征在于，该些第一开口的形状不同于该些第二开口的形状。
7.根据权利要求1至6任意一项所述的太阳能电池，其特征在于，该钝化层更包含一第三开口群与一第四开口群，位于该汇流电极开口沿该第二方向的另一侧，该第三开口群位于该汇流电极开口与该第四开口群之间，该第三开口群包含多个第三开口，该第四开口群包含多个第四开口，该第三开口群的该些第三开口沿该第二方向的间距小于该第四开口群的该些第四开口沿该第二方向的间距；其中该背电极层更经由该些第三开口与该些第四开口电连接该背面。
8.根据权利要求7所述的太阳能电池，其特征在于，该第三开口群的各第三开口沿该第二方向与该汇流电极的距离不大于该宽度的二倍。
9.根据权利要求8所述的太阳能电池，其特征在于，沿该第二方向相邻的二该第三开口之间的间距随着远离该汇流电极开口而增加。
10.根据权利要求9所述的太阳能电池，其特征在于，该些第三开口的形状不同于该些第四开口的形状。
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