CN201444480U

CN201444480U - 太阳能电池

Info

Publication number: CN201444480U
Application number: CN 200920005458
Authority: CN
Inventors: 许国强; 戴煜暐; 陈永芳; 吴孟修
Original assignee: Neo Solar Power Corp
Current assignee: Neo Solar Power Corp
Priority date: 2009-02-16
Filing date: 2009-02-16
Publication date: 2010-04-28
Anticipated expiration: 2019-02-16

Abstract

一种太阳能电池，包含一个基板与设置在其表面上的一个电极结构，其中电极结构包含复数汇流电极及复数指状电极。该汇流电极被间隔设置在基板上。该指状电极被配置在该汇流电极的两侧，各该指状电极具有一个第一端与一个第二端，该指状电极的第一端与该汇流电极中的一个相连接，且第一端的尺寸大于第二端的尺寸。

Description

太阳能电池

技术领域

本实用新型涉及一种太阳能电池，特别涉及一种具有特殊电极结构的太阳能电池。

背景技术

硅是各种半导体产业中最为重要而且被广泛使用的电子材料。现今，硅晶圆的生产供应已是相当成熟的技术，再加上硅的能隙适合吸收太阳光，使得硅晶太阳能电池成为目前使用最广泛的太阳能电池。一般单晶硅或多晶硅太阳电池的构造包含下列几层：外部电极(Conducting grid)、抗反射层(Anti-reflective layer)、N型与P型半导体层及内部电极(Back contact electrode)。

当P型及N型半导体层互相接触时，N型半导体层内的电子会涌入P型半导体层中，以填补其内的空穴。在P-N接触面附近，因电子-空穴的结合形成一个载子空乏区，而P型及N型半导体层中也因分别带有负、正电荷而形成一个内建电场。当太阳光照射到此P-N结构时，P型和N型半导体层因吸收太阳光而产生电子-空穴对。由于空乏区所提供的内建电场，可以让半导体内所产生的电子在电池内流动，因此若经由电极把电子引出，就可以形成一个完整的太阳能电池。

外部电极的材料一般为镍、银、铝、铜及钯等金属的各种搭配组合，而且为了传导足够的电子流量，该电极与基板之间必须要有足够大的传导面积，然而，为降低外部电极对于太阳入射光的遮蔽率，外部电极覆盖于基板上的表面积又必须尽可能地小。因此，对于外部电极结构的设计而言，其必须能够兼顾低电阻以及低光遮蔽率的特性。目前的外部电极结构主要可分为汇流电极(bus bar)及指状电极(finger)两大结构，其中，汇流电极的截面积尺寸大于指状电极的截面积尺寸，换言之，汇流电极如同树木的主干而指状电极则如同树木的分枝散布到电池表面各处。因此，电子借由指状电极以汇集到汇流电极，并借由汇流电极以汇出至外部负载，换言之，尺寸较大的汇流电极有助于提高电子流量，而尺寸较小的指状电极则有助于降低光遮蔽率。

请参照图1所示，其为已知的太阳能电池的电极结构1的示意图。在半导体基板11上设置二汇流电极12及复数指状电极13。半导体内所产生的电子由该指状电极13传导至汇流电极12，再由汇流电极12把电子引出，以提供电能至负载或储存电能。

单晶硅太阳电池的效率理论值最高达27％，研发阶段约为24％，到产品商品化约只有12～14％。因此，如何提供一种电极结构及太阳能电池，以兼顾低的电阻特性及低的光遮蔽率，借以提高光电转换的效率，实为当前重要的课题之一。

发明内容

有鉴于上述课题，本实用新型的目的是提供一种太阳能电池，其借由改变电极结构中指状电极的形状以实现低的电阻特性及低的光遮蔽率，借以提高太阳能电池的光电转换效率。

为达上述目的，根据本实用新型的一种太阳能电池，其包含基板与设置在其表面上的电极结构，其中电极结构包含复数汇流电极及复数指状电极。该汇流电极被间隔设置在基板上。该指状电极被配置在该汇流电极的两侧，各该指状电极具有一个第一端与一个第二端，该指状电极的第一端与汇流电极的中的一个相连接，且第一端的尺寸大于第二端的尺寸。

其中，任一指状电极的型态是从其第一端收敛至其第二端的结构体。

由于太阳能电池的电性表现与光利用率及电子传输阻力有着十分相关的关系，在已知的技术中，是通过缩小指状电极的宽幅以降低光的遮蔽率，但是当指状电极的宽幅缩小至一定的宽度后，则会因为电子流传导通道较小而使得电阻值发变大，并导致电子在传递的过程发生电能的耗损(例如：因为电阻值过高而导致电能转换为热能，并逸散至外界)。因此，为避免电子在传递过程中因为高阻值而产生电能的损耗，则必须加宽指状电极的宽幅，然而，如此的指状电极结构势必增加光的遮蔽率。有鉴于此，本实用新型的电极结构及太阳能电池将该指状电极的第一端的尺寸设计为大于该指状电极的第二端的尺寸，借以使太阳能电池能够在不加大指状电极宽幅的前提下，即维持低的光遮蔽率条件下，仅借由改变指状电极的形状，也就是指状电极的第一端大于第二端的设计，而有效地降低电子流动时所受到的阻力。与已知的技术相较，本实用新型可通过指状电极的结构变化，同时兼顾低的光遮蔽率以及低的电阻值的特性，从而可有效地提高太阳能电池整体的光电转换效率。

附图说明

图1为已知的电极结构的示意图；

图2为本实用新型的太阳能电池的示意图；及

图3为具有不同变化状态的本实用新型的电极结构的示意图。

元件符号说明：

1：电极结构

11：基板

12：汇流电极

13：指状电极

2：电极结构

21：基板

22：汇流电极

23：指状电极

231：第一端

232：第二端

A：太阳能电池

d₁、d₂、d₃：尺寸。

具体实施方式

以下将参照相关附图，说明根据本实用新型优选实施例的一种太阳能电池，其中相同的组件将以相同的组件符号加以说明。

请参照图2所示，其为本实用新型的一种太阳能电池的示意图，太阳能电池A包含基板21和电极结构2，其中电极结构2设置在基板21上，更详细来说，电极结构2设在基板21的照光表面上并包含复数汇流电极22及复数指状电极23。

其中，太阳能电池A的基板21为半导体基板或光电转换基板，其中半导体基板可为单晶硅基板、多晶硅基板、或砷化镓基板。举例来说，基板21为半导体基板时，其包含N型半导体层(图未显示)及P型半导体层(图未显示)。

该汇流电极22实质上彼此平行地设置在基板21上，而且每一汇流电极22与一个外部负载(图未显示)相连接。在本实施例中，是以电极结构2包含二个汇流电极22为例，但是可以根据不同需求，而增减汇流电极22的数量。

指状电极23遍布于基板21的N型半导体层的表面上，该指状电极23分别具有一个第一端231与一个第二端232，其中，第一端231的尺寸d₁大于第二端232的尺寸d₂；指状电极23的第一端231与二个汇流电极22中的一个相连接，该指状电极23与汇流电极22实质上是相互垂直地配置在基板21上；在本实施例中，以该指状电极23的型态是梯形为例，然而本实用新型并不局限于此。

更详细来说，从电子流动的角度来看，首先，当基板21接收太阳能光线后，将入射至基板21的光线经过光、电转换的反应，进而在基板21内转换出大量的电子，当这些电子到达基板21的表面上时，通过遍布于基板21表面上的指状电极23来收集电子。由于指状电极23的第一端231的尺寸d₁大于第二端232的尺寸d₂，而且对于单一指状电极23而言，其是一种从第一端231平顺且连续地收敛至第二端232的结构体，所以对于进入到指状电极23的电子而言，其可在阻力较小的情况下从第二端232流动到第一端231；其次，由于指状电极23通过指状电极23的第一端231与汇流电极22的连接，所以当进入到指状电极23的电子从第二端232流动到第一端231后，这些电子通过第一端231汇集到汇流电极22；最后，通过汇流电极22与外部负载的连接，将经过光、电转换反应所产生的电子传递至外界。

值得注意的是，由于指状电极23遍布于基板21的表面，为降低光的遮蔽率，指状电极23的尺寸不宜过宽，且在实际的电极结构2设计上，汇流电极22的尺寸明显大于指状电极23的尺寸。举例来说，在此所公开的汇流电极22的宽幅d₃为2毫米(mm)，而与其对应的指状电极23的第一端231的尺寸d₁为60微米(μm)到110微米，第二端232的尺寸d₂则为40微米至100微米。因此，汇流电极22的电阻值明显低于指状电极23的电阻值。另外，电子从指状电极23流动到汇流电极22，更详细来说，电子从指状电极23的第二端232向第一端231的方向流动，并由第一端231进入至汇流电极22。虽然上述指状电极23的第一端231与第二端232分别公开一个范围，不过为降低电子在指状电极23内所受到的阻力，指状电极23的第一端231与第二端232的尺寸差必须介于5微米至70微米之间，使电子的流动速度得以借由第一端231与第二端232的结构设计而加快。在其它的实施状态中，电极结构可根据不同的需求来改变汇流电极的数量。举例来说，电极结构可包含单一汇流电极、三条汇流电极、或更多的汇流电极，而对于具有相同尺寸的基板而言，当汇流电极的数目大于2时，其宽幅可能小于2毫米(例如：可能的宽幅为1.5毫米或更小)；当然，当汇流电极的数目小于2时，其宽幅可能较大于2毫米(例如：可能的宽幅为2.5毫米或更大)。综上所述，电极结构中汇流电极的数量及宽幅可因需求不同，而设计成所需的数量及宽度。

参照图3所示，其主要针对指状电极23的变化形状来说明。指状电极23可为内凹弧线a1、外凸弧线a2、直线或斜线中任两条线所组成的形状，如：由两条内凹弧线、两条外凸弧线、一条直线加一条斜线a3、一条直线加一条内凹弧线a4、或一条直线加一条外凸弧线a5所组成。

由于太阳能电池的电性表现与光利用率及电子传输阻力有着十分相关的关系，在已知的技术中，通过缩小指状电极的宽幅来降低光的遮蔽率，但是当指状电极的宽幅缩小至一定的宽度后，则会因为电子流经的传导通道较小而使得电阻值变大，并导致电子在传递的过程发生电能的耗损(例如：因为电阻值过高而导致电能转换为热能，并逸散至外界)。因此，为避免电子在传递过程中因为高阻值而产生电能的损耗，则必须加宽指状电极的宽幅，然而，如此的指状电极结构势必增加光的遮蔽率。有鉴于此，本实用新型的电极结构及太阳能电池将该指状电极的第一端的尺寸设计成大于该指状电极的第二端的尺寸，以使太阳能电池能够在不加大指状电极宽幅的前提下，即维持低的光遮蔽率条件下，仅通过改变指状电极的形状，也就是指状电极的第一端大于第二端的设计，有效地降低电子流动时所受到的阻力。与已知的技术相比，本实用新型可通过指状电极的结构变化，来同时兼顾低的光遮蔽率以及低的电阻值的特性，从而有效地提高太阳能电池整体的光电转换效率。

以上所述仅为示例性，而非限制性。任何未脱离本实用新型精神与范围的等效修改或更改，均包含在本实用新型的权利要求范围中。

Claims

1.一种太阳能电池，其特征在于包含：

一个基板；及

一个电极结构，其设置在所述基板上，所述电极结构包含：

复数汇流电极，其间隔设置在所述基板上；及

复数指状电极，其配置在所述汇流电极的两侧，各所述指状电极具有一个第一端与一个第二端，所述指状电极的所述第一端与所述汇流电极中的一个相连接，且所述第一端的尺寸大于所述第二端的尺寸。

2.根据权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于所述基板为半导体基板。

3.根据权利要求2所述的太阳能电池，其特征在于所述半导体基板为单晶硅基板、多晶硅基板或砷化镓基板。

4.根据权利要求2所述的太阳能电池，其特征在于所述基板包含至少一个N型半导体层及至少一个P型半导体层。

5.根据权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于所述电极结构设置在所述基板的照光表面上。

6.根据权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于所述汇流电极实质上彼此平行地设置。

7.根据权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于各所述指状电极是从所述第一端收敛至所述第二端的结构。

8.根据权利要求7所述的太阳能电池，其特征在于所述指状电极是梯形。

9.根据权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于所述指状电极的宽幅小于任一所述汇流电极的宽幅。

10.根据权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于所述汇流电极与所述指状电极实质上是相互垂直地配置。

11.根据权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于位于所述汇流电极之间的所述指状电极的所述第二端相互连接。

12.根据权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于所述第一端的尺寸为60μm至110μm。

13.根据权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于所述第二端的尺寸为40μm至100μm。

14.根据权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于所述第一端的尺寸与所述第二端的尺寸的差值介于5μm至70μm之间。