CN111200027A - 太阳能电池及其电极结构 - Google Patents
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Abstract
本公开提供一种太阳能电池的电极结构，包含多个主栅，彼此相互平行排列；以及多个辅助栅，电性连接且交错排列于该些主栅之间，使得该些主栅彼此电性连接；本公开还提供一种太阳能电池，包含上述的电极结构。
Description
技术领域
本公开是有关于一种太阳能电池的电极结构，且特别是有关于一种具有辅助栅交错排列的电极结构。
背景技术
传统背电极钝化电池(Passivated emitter and rear cell，PERC电池)的背面具有钝化层，该钝化层的材料通过激光剥除后电极采用整面的金属电极网印，经由高温烧结使金属电极在激光开孔处可形成铝/硅共晶层(eutectic layer)。然而，整面铝电极的作法在高温的共晶过程中存在铝硅剧烈反应，造成大量硅被析出，在电极接触区形成孔隙(void)或无法形成均匀且良好的共晶层，造成接触或背场(back side surface,BSF)的不良影响。
因此，开发一种具有改良式背面电极结构的太阳能电池是目前亟待解决的问题。
公开内容
本公开将传统PERC电池的全铝背电极改以局部栅状电极取代，降低铝硅共晶时的剧烈反应、使电池可双面吸收太阳光。此外，辅助栅的交错设计可增加背面电极与铝背场的接触面积、提升载流子搜集率，有助于提升电池转换效率。
本公开一实施例提供的太阳能电池的电极结构，包含多个主栅以及多个辅助栅。这些主栅彼此相互平行排列，而这些辅助栅电性连接且交错排列于这些主栅之间，使得这些主栅彼此电性连接。
本公开另一实施例提供一种太阳能电池，包含半导体基板、半导体层、第一电极、第二电极以及钝化层。该半导体基板具有第一表面以及相对于该第一表面的第二表面。该半导体层设置于该半导体基板的该第一表面上。该第一电极设置于该半导体层上。该第二电极设置于该第二表面上且具有如上述的电极结构。该钝化层设置于该半导体基板的该第二表面上且具有一开口以容置该第二电极的该主栅。
为让本公开的上述目的、特征及优点能更明显易懂，下文特举一优选实施例，并配合附图，作详细说明如下。
附图说明
图1是本公开一实施例的太阳能电池的电极结构的示意图。
图2A至图2C是本公开另一实施例的电极结构的变化示意图。
图3A是本公开一实施例的太阳能电池的示意图。
图3B是本公开另一实施例的太阳能电池的示意图。
【附图中本公开实施例主要元件符号说明】
10、20、30：太阳能电池；
100：电极结构；
101：主栅；
102：辅助栅；
21：半导体基板；
211：第一表面；
212：第二表面；
22：半导体层；
23：第一电极；
24：第二电极；
25：钝化层；
251：开口。
具体实施方式
以下将参考附图来全面地描述本公开的例示性实施例，但本公开还可按照多种不同形式来实施，且不应解释为限于本文所述的实施例。在附图中，为了清楚起见，各区域、部位及层的大小与厚度可不按实际比例绘制。为了方便理解，下述说明中相同的组件将以相同的符号标示来说明。
本公开提供一种太阳能电池的电极结构，在相同电极面积的条件下，相较于平行栅状或网格状的电极结构，本公开的电极结构利用辅助栅交错设计，能够有效提升太阳能电池的载流子搜集率以及光电转换效率。
图1是本公开一实施例的太阳能电池的电极结构的示意图。如图1所示，本公开提供一太阳能电池10的电极结构100，包含多个主栅101及多个辅助栅102。该些主栅101彼此平行排列，其中相邻两条主栅101之间的夹角数值低于5度。这些辅助栅102电性连接且交错排列于这些主栅101之间，使得这些主栅101彼此电性连接。本公开所提及“这些辅助栅102电性连接且交错排列于这些主栅101之间”是指该些辅助栅102从一条主栅101连接至相邻两侧的主栅101时不会在相同的主栅位置上，或者说﹐主栅101两侧的辅助栅102总和等于主栅101与辅助栅102的交点总和。本公开所提及“使得这些主栅101彼此电性连接”是指每个主栅101之间至少存在一条辅助栅102，使全部主栅101能够彼此电性连接。
在一实施例中，这些辅助栅102交错排列于至少一主栅101的两侧。在另一实施例中，至少一主栅101两侧的这些辅助栅102之间的距离相同，或者说，部分主栅101两侧的这些辅助栅102之间的距离可为不同。在其他实施例中，全部主栅101之间的辅助栅102都以等距交错排列。
如图1所示，这些主栅101与这些辅助栅102呈垂直排列。图2A至图2C是本公开另一实施例的电极结构的变化示意图。如图2A及图2B所示，这些主栅101与这些辅助栅102可以呈一倾斜角度排列。
在一实施例中，辅助栅102基本上是能够连接于这些主栅101之间的连续线条，每一该辅助栅的形状可包含直线、曲线、折线、波形线或其组合，但不以此为限。本公开的辅助栅102的排列及形状可有不同的组合，举例来说，如图2A至图2C所示，图2A中的辅助栅102为直线且与主栅101呈一倾斜角度排列；图2B中的辅助栅102为曲线且与主栅101呈一倾斜角度排列；图2C中的辅助栅102为波形线且与主栅101呈垂直排列，但不以此为限。
在一实施例中，每一主栅101的宽度为10微米至1000微米，长度为50微米至200毫米，间距为400微米至200毫米。如果主栅101的宽度、长度或间距过大时，可能造成电流、填充因子与电池转换效率下降；如果主栅101的宽度、长度或间距过小时，可能造成电流与开路电压下降。在一实施例中，每一辅助栅102的宽度为30微米至2000微米，长度为50微米至3000微米。如果辅助栅102的宽度/长度过大时，可能造成电流、填充因子与电池转换效率下降；如果辅助栅102的宽度/长度过小时，可能造成电流与开路电压下降。在另一实施例中，这些主栅101与这些辅助栅102的宽度可为相同。
此外，在一实施例中，太阳能电池10的电极结构100可为双面太阳能电池的背面电极结构，但不以此为限。
本公开的电极结构100的制备方法可采用网版印刷方式将金属浆料先形成于太阳能电池10的背面，接着再以600℃至800℃的温度进行烧结形成本公开的主栅101与辅助栅102，但本公开的制备方法并不以此为限。在一实施例中，主栅101与辅助栅102的材料可独立地包含铝、银或其组合，但也可以包含其他金属，并不以此为限。在另一实施例中，主栅101与辅助栅102的材料是由铝浆料烧结所形成。在其他实施例中，主栅101与辅助栅102可由至少两层金属堆叠，例如铝/银或铝/铜，以提升电极导电性。
图3A是本公开一实施例的太阳能电池的示意图。图3B是本公开另一实施例的太阳能电池的示意图。如图3A及图3B所示，本公开提供一太阳能电池20、30，包含半导体基板21、半导体层22、第一电极23、第二电极24以及钝化层25。半导体基板21具有第一表面211以及相对于该第一表面211的第二表面212。半导体层22设置于半导体基板21的第一表面211上。第一电极23设置于半导体层22上。第二电极24设置于第二表面212上且具有如上述本公开的(背面)电极结构100。钝化层25设置于半导体基板21的第二表面212上且具有一开口251以容置第二电极24的主栅101。
在一实施例中，当半导体基板21为一P型掺杂半导体时，半导体层22为一N型掺杂半导体；以及当半导体基板21为一N型掺杂半导体时，半导体层22为一P型掺杂半导体。在一实施例中，第一电极23与第二电极24的材料包含银、铝或其组合，但也可以包含其他金属，并不以此为限。在一实施例中，钝化层25的材料包含氧化铝、氧化硅、氮化硅、多晶硅或其组合。在一实施例中，钝化层25的开口251可利用激光对钝化层25进行开口，让半导体基板21裸露于钝化层25的开口251中并与主栅101直接接触。只要能够移除钝化层25形成开口251，其制备方法并不以此为限。
本公开的太阳能电池20、30可参考中国台湾专利公告号I596788B，其专利公告的内容并入本案供参考，但太阳能电池的结构并不以此为限。
图3A及图3B的太阳能电池20、30主要差异在于辅助栅102是否与半导体基板21接触。如图3A所示，辅助栅102容置于开口251内且与半导体基板21接触。如图3B所示，辅助栅102设置于钝化层25上且不与半导体基板21接触，或者说，在制作开口251时辅助栅102下的钝化层被保留并没有被移除。
此外，在一实施例中，太阳能电池20、30可为双面太阳能电池，但不以此为限。
[太阳能电池制作]
使用6inch的P型硅基材制造双面太阳能电池，基材厚度为200微米。接着，在850℃使用氧氯化磷(phosphorus oxychloride，POCl3)在硅基材正面进行扩散而制造成的PN接面。去除扩散过程中形成的磷硅玻璃，并对硅基材背面进行抛光处理。然后，在硅基材的正面形成一层氮化硅膜、在硅基材的背面形成氧化铝膜与氮化硅膜钝化层。之后，利用激光剥除方式在背面电极区域将钝化层移除，分别在硅基材正背面以网印方式将银导电浆料及铝导电浆料形成在正面电极及背面电极区域上，最后，以温度800℃共烧后得到一双面太阳能电池。
实施例1
如上述所制备出的太阳能电池，其中背面电极具有一电极结构，包含205条相互平行的铝主栅(宽度为160微米，长度为154毫米，铝主栅中心至中心的间距为750微米)以及12条交错排列的铝辅助栅(每一条铝辅助栅是由102条或103条分段的小铝辅助栅所构成，每一小铝辅助栅的宽度为160微米、长度为590微米，铝辅助栅中心至中心的间距为13毫米)，其中铝主栅与铝辅助栅呈垂直排列，如图1所示。而实施例1的电极结构占整个硅基材背面面积的21.2％。
在激光剥除钝化层的步骤中，只有剥除铝主栅下的钝化层(激光剥除的线宽为40微米)，使得铝辅助栅下的钝化层被保留，因此没有与硅基材接触。
实施例2
如上述所制备出的太阳能电池，其中背面电极具有一电极结构，包含205条相互平行的铝主栅(宽度为160微米，长度为154毫米，铝主栅中心至中心的间距为750微米)以及12条交错排列的铝辅助栅(每一条铝辅助栅是由102条或103条分段的小铝辅助栅所构成，每一小铝辅助栅的宽度为160微米、长度为590微米，铝辅助栅中心至中心的间距为13毫米)，其中铝主栅与铝辅助栅呈垂直排列，如图1所示。而实施例2的电极结构占整个硅基材背面面积的21.2％。
在激光剥除钝化层的步骤中，除了剥除铝主栅下的钝化层，同时将铝辅助栅下的钝化层一并剥除(激光剥除的线宽皆为40微米)，使得铝辅助栅与硅基材直接接触。
比较例1
如上述所制备出的太阳能电池，其中背面电极具有一电极结构，包含205条相互平行的铝主栅(宽度为160微米，长度为154毫米，铝主栅中心至中心的间距为750微米)，其中铝主栅与硅基材直接接触。而比较例1的电极结构占整个硅基材背面面积的20.75％。
在比较例1中，电极结构并未设置铝辅助栅。
比较例2
如上述所制备出的太阳能电池，其中背面电极具有一网格状的电极结构，包含205条相互平行的铝主栅(宽度为160微米，长度为154毫米，间距为750微米)以及6条连续垂直排列的铝辅助栅(宽度为160微米，长度为154微米，铝辅助栅中心至中心的间距为26毫米)，其中每一条铝辅助栅为贯穿连接所有铝主栅的直线。而比较例2的电极结构占整个硅基材背面面积的21.2％。
在激光剥除钝化层的步骤中，除了剥除铝主栅下的钝化层，同时将铝辅助栅下的钝化层一起剥除，使得铝辅助栅与硅基材直接接触。
[太阳能电池测试结果]
将本公开的实施例1～2以及比较例1～2的太阳能电池进行性能参数测试并将I-V电性量测数据进行比对，其相关性能参数测试结果如表1所示。
表1
由表1可知，相较于比较例1，电极结构具有辅助栅者的电流密度有明显的提升，进而增进光电转换效率。相较于比较例2，本公开具有交错排列辅助栅的实施例1～2可以有效提升太阳能电池的填充因子及转换效率。从实施例1～2可知，若辅助栅有与硅基材接触，还可再进一步提升太阳能电池的填充因子及转换效率。
虽然本公开已以实施例揭示如上，然而其并非用以限定本公开，任何本领域技术人员，在不脱离本公开的精神和范围内，应当可作些许的变动与润饰，所以本公开的保护范围当以权利要求所界定的为准。
Claims (17)
1.一种太阳能电池的电极结构，其特征在于，包括：
多个主栅，彼此相互平行排列；以及
多个辅助栅，电性连接且交错排列于该些主栅之间，使得该些主栅彼此电性连接。
2.根据权利要求1所述的太阳能电池的电极结构，其中该些辅助栅交错排列于至少一该主栅的两侧。
3.根据权利要求2所述的太阳能电池的电极结构，其中至少一该主栅两侧的该些辅助栅之间的距离相同。
4.根据权利要求1所述的太阳能电池的电极结构，其中该些主栅与该些辅助栅呈垂直排列。
5.根据权利要求1所述的太阳能电池的电极结构，其中每一该辅助栅的形状包含直线、曲线、折线、波形线或其组合。
6.根据权利要求1所述的太阳能电池的电极结构，其中每一该主栅的宽度为10微米至1000微米，长度为50微米至200毫米，间距为400微米至200毫米。
7.根据权利要求1所述的太阳能电池的电极结构，其中每一该辅助栅的宽度为30微米至2000微米，长度为50微米至3000微米。
8.根据权利要求1所述的太阳能电池的电极结构，其中该些主栅与该些辅助栅的宽度相同。
9.根据权利要求1所述的太阳能电池的电极结构，其中每一该些主栅与该些辅助栅的材料独立地包含铝、银或其组合。
10.根据权利要求1所述的太阳能电池的电极结构，其中该电极结构为双面太阳能电池的背面电极结构。
11.一种太阳能电池，其特征在于，包括：
一半导体基板，具有一第一表面以及相对于该第一表面的一第二表面；
一半导体层，设置于该半导体基板的该第一表面上；
一第一电极，设置于该半导体层上；
一第二电极，设置于该第二表面上，该第二电极具有根据权利要求1所述的太阳能电池的电极结构；以及
一钝化层，设置于该半导体基板的该第二表面上，该钝化层具有一开口以容置该第二电极的该主栅。
12.根据权利要求11所述的太阳能电池，其中当该半导体基板为一P型掺杂半导体时，该半导体层为一N型掺杂半导体；以及当该半导体基板为一N型掺杂半导体时，该半导体层为一P型掺杂半导体。
13.根据权利要求11所述的太阳能电池，其中该第一电极与该第二电极的材料包含银、铝或其组合。
14.根据权利要求11所述的太阳能电池，其中该钝化层的材料包含氧化铝、氧化硅、氮化硅、多晶硅或其组合。
15.根据权利要求11所述的太阳能电池，其中该辅助栅设置于该钝化层上且不与该半导体基板接触。
16.根据权利要求11所述的太阳能电池，其中该辅助栅容置于该开口内且与该半导体基板接触。
17.根据权利要求11所述的太阳能电池，其中该太阳能电池为双面太阳能电池。
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