JP7307245B1 - 光起電力セル及びその形成方法、光起電力モジュール - Google Patents
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Abstract
【課題】本願実施例は、光起電力の技術分野に関し、特に光起電力セル及びその形成方法、光起電力モジュールに関するものである。【解決手段】光起電力セルは、基板と、基板の表面に位置し、光起電力セルの製品情報をマーキングするために使われるマーク領域と、基板の表面にあるマーク領域に位置し、少なくとも１つの第１突起構造と少なくとも１つの第２突起構造を含み、第１突起構造の上面が第１突起構造の底面方向へ延びる凹面であり、第２突起構造がピラミッド状構造である第１テクスチャ構造と、マーク領域以外の基板の表面に位置し、少なくとも１つの第３突起構造を含み、且つ第３突起構造がピラミッド状構造である第２テクスチャ構造と、を含む。本願実施例には、少なくとも光起電力セルの光閉じ込め効果を向上させ、光起電力セルの光電変換効率を向上させることに有利である。【選択図】図８
Description
本願実施例は、光起電力の技術分野に関し、特に光起電力セル及びその形成方法、光起電力モジュールに関するものである。
光起電力セルは、太陽エネルギーを電気エネルギーに変換する半導体デバイスであり、クリーンかつ安全で、再生可能なエネルギーを取得するために使用できる。光起電力セルが環境汚染を低減する上で重要であるため、光起電力セルの製造についても広く注目を集めている。
現在の光起電力セルの生産・製造の過程において、光起電力セルの加工情報等を追跡するために、通常、基板の表面に識別コード領域を構成するためのマーク領域を形成する必要があり、マーク領域によって構成された識別コード領域を識別することにより、光起電力セルの加工過程における工程情報及びモニタリングパラメータ情報を取得することができる。しかし、現在、基板の表面に形成されるマーク領域は、入射光に対する基板の表面の反射率に影響を及ぼしかつ基板の表面を損傷してしまい、光起電力セルの光電変換効率を低下させてしまう。
本願実施例には、少なくとも光起電力セルの光電変換効率を向上させることに有利である光起電力セル及びその形成方法、光起電力モジュールが提供される。
本願実施例は、光起電力セルを提供し、基板と、前記基板の表面に位置し、光起電力セルの製品情報をマーキングするために使われるマーク領域と、前記基板の表面にある前記マーク領域に位置し、少なくとも１つの第１突起構造と少なくとも１つの第２突起構造を含み、前記第１突起構造の上面が前記第１突起構造の底面方向へ延びる凹面であり、前記第２突起構造がピラミッド状構造である第１テクスチャ構造と、前記マーク領域以外の前記基板の表面に位置し、少なくとも１つの第３突起構造を含み、且つ前記第３突起構造がピラミッド状構造である第２テクスチャ構造と、を含む。
いくつかの実施形態において、前記第１突起構造はトップに前記凹面を有するピラミッド状構造である。
いくつかの実施形態において、前記第１突起構造の側壁と前記第１突起構造の底面との夾角は３０°～６０°である。
いくつかの実施形態において、前記基板の前記第１テクスチャ構造を指す方向に沿って、前記第１突起構造の上面が前記第１突起構造に隣接する前記第２突起構造の上面より低い。
いくつかの実施形態において、前記第１突起構造の上面は半球状凹面又は円錐状凹面である。
いくつかの実施形態において、前記基板の前記第１テクスチャ構造を指す方向に沿って、同じ前記第１突起構造の上面から前記第１突起構造の底面までの最小距離と最大距離の比は８５％以下である。
いくつかの実施形態において、前記基板の前記第１テクスチャ構造を指す方向に沿って、前記第１突起構造の上面から前記第１突起構造の底面までの最小距離の範囲は３μｍ～５μｍである。
いくつかの実施形態において、前記第１テクスチャ構造は複数の前記第２突起構造を含み、且つ複数の前記第２突起構造が前記第１突起構造の周りに設けられる。
いくつかの実施形態において、前記第１テクスチャ構造は離隔して設けられた複数の前記第１突起構造を含み、且つ隣接する前記第１突起構造間に少なくとも１つの第２突起構造を持つ。
いくつかの実施形態において、少なくとも１つの前記第２突起構造は第１ピラミッド構造であり、前記基板の前記第１テクスチャ構造を指す方向に沿って、前記第１ピラミッド構造のトップと前記基板の表面との距離は５μｍ～６μｍである。
いくつかの実施形態において、少なくとも１つの前記第２突起構造は第２ピラミッド構造であり、前記第２ピラミッド構造のトップは前記第１ピラミッド構造のトップより低く、且つ前記第２ピラミッド構造は少なくとも１つの前記第１ピラミッド構造に隣接する。
いくつかの実施形態において、前記第２ピラミッド構造は傾斜部を含み、前記傾斜部の側壁は前記基板の表面に対して傾斜し、前記基板の前記第１テクスチャ構造を指す方向に沿って、前記傾斜部の高さは１μｍ～２μｍである。
いくつかの実施形態において、前記第１テクスチャ構造と前記第２テクスチャ構造の接続は少なくとも１つの前記第１突起構造と少なくとも１つの前記第３突起構造の接続であり、前記第３突起構造のピラミッド状構造の底面は前記第２突起構造のピラミッド状構造の底面より低い。
いくつかの実施形態において、前記基板の表面には、複数のグリッド電極を設けられ、前記マーク領域は少なくとも１つの前記グリッド電極と重なり、且つ、前記マーク領域と重なる少なくとも１つの前記グリッド電極の数は１～５本である。
いくつかの実施形態において、前記基板の表面には、複数のグリッド電極を設けられ、前記マーク領域は前記複数のグリッド電極間に位置し、且つ複数のマーク領域は前記複数のグリッド電極と重ならない。
これに応じて、本願実施例は光起電力セルの形成方法をさらに提供し、基板を提供することと、前記基板の表面にマーク領域を形成することと、前記基板の表面の前記マーク領域に第１テクスチャ構造を形成し、前記第１テクスチャ構造は少なくとも１つの第１突起構造と少なくとも１つの第２突起構造を含み、前記第１突起構造の上面が前記第１突起構造の底面方向へ延びる凹面であり、前記第２突起構造がピラミッド状構造であることと、前記マーク領域以外の前記基板の表面に第２テクスチャ構造を形成し、前記第２テクスチャ構造は少なくとも１つの第３突起構造を含み、且つ前記第３突起構造はピラミッド状構造であることと、を含む。
いくつかの実施形態において、前記マーク領域を形成する方法は、レーザーを用いて前記基板の表面に前記マーク領域を形成することを含む。
いくつかの実施形態において、前記レーザーの波長は１０６０ｎｍであり、パルス持続時間は１０～１００ｎｓであり、パルス繰り返し周波数は５００～２０００ｋＨｚであり、レーザーパワー比率は７０～７５％である。
これに応じて、本願実施例は光起電力モジュールをさらに提供し、上記のいずれか１項に記載の光起電力セルを備えるセルストリングと、前記セルストリングの表面を覆う封止層と、前記封止層の前記セルストリングから離れる表面を覆うためのカバープレートと、を含む。
本願実施例に係る技術案は、少なくとも以下の利点を有する。
本願実施例に係る技術案では、光起電力セルの基板の表面には、光起電力セルの製品情報をマーキングするためのマーク領域を有し、マーク領域の第１テクスチャ構造は、第１突起構造と第２突起構造を含み、そのうち、第１突起構造は凹んだ上面を有する第１突起構造であり、第２突起構造がピラミッド状構造であり、マーク領域以外の基板の表面には、第２テクスチャ構造を有し、第２テクスチャ構造は、ピラミッド状構造を有する少なくとも１つの第３突起構造を含む。第１突起構造の凹んだ上面により複数回の光反射の実現に有利であるため、第１テクスチャ構造がいずれもピラミッド状構造であることに比べて、凹んだ上面を有する第１突起構造を含む第１テクスチャ構造により、反射率を低減することに有利であり、第１テクスチャ構造により優れた光閉じ込め効果を持たせる。それに対応して、第２テクスチャ構造及び第１テクスチャ構造を含む基板の表面は良好な光閉じ込め効果を有し、入射光に対する基板の表面の反射率を低下させ、光キャリア密度を増加させ、光起電力セルの光電変換効率を向上させる。
一つ又は複数の実施例は、それらに対応する添付の図面における図で例示的に説明されるが、これらの例示的な説明は、実施例を限定するものではなく、図面において、同じ符号を付した要素は、類似する要素として表され、特に断りのない限り、添付の図面における図は縮尺上の制限を構成しない。
図１は、本願の一実施例に係る光起電力セルの基板の上面図である。
図２は、本願の一実施例に係る光起電力セルの第１テクスチャ構造の断面構造を示す図である。
図３は、本願の一実施例に係る光起電力セルの第２テクスチャ構造の断面構造を示す図である。
図４は、本願の別の実施例に係る光起電力セルにおける第１突起構造の断面構造を示す図である。
図５は、本願の別の実施例に係る光起電力セルにおける第１テクスチャ構造の断面構造を示す図である。
図６は、本願実施例に係る光起電力セルと従来の光起電力セルとの反射率の比較図である。
図７は、本願の別の実施例に係る光起電力セルの断面構造を示す図である。
図８は、本願の別の実施例に係る光起電力セルの断面構造を示す図である。
図９は、本願の一実施例に係る光起電力セルの基板の断面構造を示す図である。
図１０は、本願の一実施例に係る光起電力セルのマーク領域を有する基板の断面構造を示す図である。
図１１は、本願の一実施例に係る光起電力モジュールの構成を示す図である。
背景技術からわかるように、基板表面にマーク領域を形成すると、基板表面の入射光に対する反射率に影響し、光起電力セルの光電変換効率を低減する。
上記課題を解決するために、本願の実施例では、基材の表面にあるマーク領域と、マーク領域以外のノンマーク領域とを備え、マーク領域にあるパイル面が第１テクスチャ構造であり、ノンマーク領域にあるパイル面が第２テクスチャ構造であり、第１テクスチャ構造における第１突起構造の上面が凹面であり、第１テクスチャ構造の光閉じ込め効果の向上と光の反射率の低減に役立ち、基板内における光キャリア密度の増加と光起電力セルの光電変換効率の向上に貢献する光起電力セルを提供する。
図１は、本願の一実施例に係る光起電力セルの基板の上面図であり、図２は、本願の一実施例に係る光起電力セルの第１テクスチャ構造の断面構造を示す図であり、図３は、本願の一実施例に係る光起電力セルの第２テクスチャ構造の断面構造を示す図であり、図４は、本願の別の実施例に係る光起電力セルにおける第１突起構造の断面構造を示す図であり、図５は、本願の別の実施例に係る光起電力セルにおける第１テクスチャ構造の断面構造を示す図であり、図６は、本願実施例に係る光起電力セルと従来の光起電力セルとの反射率の比較図であり、図７は、本願の別の実施例に係る光起電力セルの断面構造を示す図であり、図８は、本願の別の実施例に係る光起電力セルの断面構造を示す図である。
以下、本願の各実施例について図面を結合して詳細に説明する。しかしながら、当業者は理解できるが、読者に本願をよりよく理解させるために、本願の各実施例において多数の技術的細部が提案されているが、これらの技術的細部がなくても、以下の各実施例に基づく種々の変更や修正によっても、本願が保護を要求している技術案を実現することができる。
図１～図８に示すように、本願の実施例では、光起電力セルは、基板１０と、基板１０の表面に位置し、光起電力セルの製品情報をマーキングするために使われるマーク領域１１と、基板１０の表面にあるマーク領域１１に位置し、少なくとも１つの第１突起構造１０１と少なくとも１つの第２突起構造１０２を含み、第１突起構造１０１の上面が第１突起構造１０１の底面方向へ延びる凹面であり、第２突起構造１０２がピラミッド状構造である第１テクスチャ構造１００と、マーク領域１１以外の基板１０の表面に位置し、少なくとも１つの第３突起構造１０４を含み、且つ第３突起構造１０４がピラミッド状構造である第２テクスチャ構造１０３と、を含む。
いくつかの実施例では、基板１０の表面は光起電力セルの受光面、即ち入射光に接する面であり、マーク領域１１は受光面に位置し、且つ第１テクスチャ構造１００と第２テクスチャ構造１０３は基板１０の同じ面に位置する。また、基板１０は対向する２つの表面を有し、いくつかの実施例では、光起電力セルが片面電池である場合、基板１０の片方の表面は受光面であり、他方の表面はバックライト面であり、対応する第１テクスチャ構造１００と第２テクスチャ構造１０３は基板１０の受光面に位置する。他の実施例では、光起電力セルが両面電池であり、基板１０の対向する２つの表面はいずれも受光面とすることができ、それに応じて、マーク領域１１は基板１０の対向する２つの表面のうち少なくとも片方の表面に位置してもよく、即ち第１テクスチャ構造１００と第２テクスチャ構造１０３は基板１０の片方の表面に位置してもよい。あるいは、マーク領域１１は基板１０の対向する２つの表面に位置し、即ち第１テクスチャ構造１００と第２テクスチャ構造１０３はいずれも基板１０の対向する２つの表面に位置してもよい。いくつかの実施例では、基板１０はシリコン基板１０であってもよく、シリコン基板１０の材料は単結晶シリコン、多結晶シリコン、アモルファスシリコン、微結晶シリコンを含むことができ、他のいくつかの実施例では、基板１０の材料は炭素単体、有機材料及び多価化合物であってもよく、多価化合物にはガリウム砒素、テルル化カドミウム、セレン化銅インジウムなどが含まれる。
マーク領域１１内では、識別コードパターンを構成し、それから識別コードパターンを光走査し、光起電力セルの加工情報と監視パラメータ情報などを識別することができ、光起電力セルの加工過程を追跡するのに有利である。また、その後基板１０上にパッシベーション膜が形成されても、透明なパッシベーション膜層で覆われたマーク領域１１はマークコードパターンの読み取りに支障をきたさない。識別コードパターンは、１次元パターンコードであってもよいし、２次元パターンコードまたは３次元パターンコードであってもよい。いくつかの実施例では、前記識別コードは、文字、データ行列、バーコードなどの形態であってもよい。
いくつかの実施例では、マーク領域１１は基板１０の表面に設けられたグリッド電極間に位置し、且つマーク領域１１はグリッド電極と重なったり交差したりしない。他のいくつかの実施例では、マーク領域１１は基板１０の表面のグリッド電極と部分的に重なってもよい。その中で、マーク領域１１と重なるグリッド電極の数は１～５本で、好ましくは２～３本である。このようにマーク領域１１及びグリッド電極を設けることによって、グリッド電極が効率的に電流を収集し、基板１０の表面の損傷を最小化することができる。
図１～図３に示すように、マーク領域１１以外の基板１０受光面はノンマーク領域１２と定義される。第１テクスチャ構造１００はマーク領域１１のパイル面を構成し、第２テクスチャ構造１０３はノンマーク領域１２のパイル面を構成し、マーク領域１１に位置する第１テクスチャ構造１００は基板１０の表面に光起電力セルの情報を追跡するための識別コードパターンを確保するだけでなく、光起電力セルが受光する入射光の反射率を低減するのにも有利である。これは第１テクスチャ構造１００が全部ピラミッド構造であるのに対して、第１テクスチャ構造１００における第１突起構造１０１の上面は複数回の凹面を有しており、この凹面によって、第１テクスチャ構造１００は光の反射を何回も行うことができ、第１テクスチャ構造１００の光閉じ込め効果を高め、光の反射率を低減するためである。具体的には、光が第１突起構造１０１の凹面の第１領域に入射した後、一部は第１突起構造１０１を介して基板１０内に伝送され、残りの部分は凹面で反射されて反射光となり、その反射光は光の伝播経路で凹面の第２領域に到着し、一部の反射光は第１突起構造１０１を介して基板１０内に伝送され、残りの反射光が再度反射されて反射光となり、その反射光が光の伝播経路で再び凹面に到着する。このように繰り返して、光の複数回伝送を実現し、光の吸収率を高め、光閉じ込め効果を向上させ、光の反射率を低減する。第２領域と第１領域は同じ凹面の異なる領域であってもよいし、異なる第１突起構造１０１の凹面の異なる領域であってもよい。第２テクスチャ構造１０３は滑らかな基板１０の表面に対しても、良好な光閉じ込め効果を有すると考えられる。
上記の分析から、第２テクスチャ構造１０３と第１テクスチャ構造１００からなり、基板１０の受光面に位置するパイル面は、光起電力セルの製品情報をマークする需要を満たすと同時に、基板１０の表面全体により優れた光閉じ込め効果を持たせ、光起電力セルの入射光線に対する吸収利用率を高めるのに有利であることがわかる。
第１テクスチャ構造１００は少なくとも１つの第１突起構造１０１と少なくとも１つの第２突起構造１０２が互いに接続されて構成され、第１突起構造１０１と第２突起構造１０２は基板１０に垂直で、第１テクスチャ構造１００を指す方向に沿って連続して配列される。また、第１突起構造１０１と第２突起構造１０２の配列は、連続する複数の第１突起構造１０１と連続する複数の第２突起構造１０２が接続されてもよいし、第１突起構造１０１と第２突起構造１０２は不規則に配列されて、互いに接続されてもよい。
いくつかの実施例では、図２および図５に示すように、第１突起構造１０１は少なくとも１つの第２突起構造１０２に隣接し、基板１０の第１テクスチャ構造１００を指す方向に沿って、第１突起構造１０１の上面が第１突起構造１０１に隣接する第２突起構造１０２の上面より低い。このようにする利点は、第１突起構造１０１に隣接する第２突起構造１０２は第１突起構造１０１より高いため、入射光が凹面を介して反射されてから形成した反射光は第２突起構造１０２の側壁に到着しやすく、第２突起構造１０２の側壁で反射されて反射光となり、この反射光が再び凹面に入射して第１突起構造１０１を介して基板１０内に伝送され、且つ前述の分析から分かるように、一部の反射光は反射されてから、再び凹面に伝送され、さらに光の吸収率を高め、光閉じ込め効果を向上させることと、外部からの入射光は第２突起構造１０２の側壁に到着してから反射光を形成し、第１突起構造１０１は第２突起構造１０２に比べて低いため、この反射光が凹面に伝送されやすくなり、基板１０内に伝送され、光の吸収率がさらに高めることである。
いくつかの実施例では、図２に示すように、第１テクスチャ構造１００は複数の第２突起構造１０２を含んでもよく、且つ複数の第２突起構造１０２が第１突起構造１０１の周りに設けられてもよい。この中で、複数の第２突起構造１０２は１つの第１突起構造１０１の周りに設けてもよいし、複数の第２突起構造１０２は複数の第１突起構造１０１の周りに設けてもよい。
いくつかの実施例では、第１テクスチャ構造１００は離隔して設けられた複数の第１突起構造１０１を含んでもよく、且つ隣接する第１突起構造１０１間に少なくとも１つの第２突起構造１０２を持つ。例えば、隣接する第１突起構造１０１の間に複数の第２突起構造１０２を持ってもよい。
いくつかの実施例では、図２と図４に示すように、第１突起構造１０１はトップに凹面を有するピラミッド状構造である。
これに応じて、第１突起構造１０１は基板１０の表面に対して傾斜した側面を有し、受光した入射光を再び基板１０に反射させ、基板１０の入射光に対する吸収を増加させることができる。他のいくつかの実施例では、第１突起構造１０１は上面が凹面である円錐状構造であってもよい。
いくつかの実施例では、図２と図４に示すように、第１突起構造１０１の上面は半球状凹面であってもよく、これに応じて、基板１０の表面に垂直な断面において、第１突起構造１０１の上面の断面形状は円弧形である。他のいくつかの実施例では、第１突起構造１０１の上面は円錐状凹面であってもよく、これに応じて、基板１０の表面に垂直な断面において、第１突起構造１０１の上面の断面形状は三角形である。第１突起構造１０１の上面は他の形状の凹面であってもよく、入射光が凹面で何回も反射できればよいと考えられる。
図２と図４に示すように、第１突起構造１０１の側壁と第１突起構造１０１の底面との夾角はＡ１であり、Ａ１の角度は３０°～６０°であってもよい。好ましくは、第１突起構造１０１の側壁と第１突起構造１０１の底面との夾角Ａ１は５０°～６０°の範囲内にあり、例えばＡ１は５４．７４°、５５°、５８°などである。
いくつかの実施例では、図２と図４に示すように、基板１０の第１テクスチャ構造１００を指す方向に沿って、同じ第１突起構造１０１の上面から第１突起構造１０１の底面までの最小距離Ｈ２と最大距離Ｈ１の比は８５％以下である。例えばＨ２とＨ１の比は５５％、６０％、７０％、８０％などであってもよい。
いくつかの実施例では、図２と図４に示すように、基板１０の第１テクスチャ構造１００を指す方向に沿って、第１突起構造１０１の上面から第１突起構造１０１の底面までの最小距離Ｈ２の範囲は２μｍ～６μｍであってもよく、好ましくは、Ｈ２の範囲は３μｍ～５μｍであってもよい。例えば、Ｈ２は４．５μｍで、Ｈ２とＨ１の比は８０％で、Ｈ１は５．６μｍであることを計算によって得ることができる。
第２突起構造１０２は先端を有するピラミッド構造であってもよい。いくつかの実施例では、第１テクスチャ構造１００は複数の接続された第２突起構造１０２を含むことができ、隣接する第２突起構造１０２の境界点は基板１０の表面から離れる。即ち、複数の第２突起構造１０２は接続されて一体化された基底部と、基底部に位置する複数の傾斜部とに分けられ、且つ傾斜部の側壁は基板１０の表面に対して傾斜する。他のいくつかの実施例では、少なくとも１つの第２突起構造１０２の側壁は基板１０の表面に隣接することができる。
いくつかの実施例では、図２に示すように、少なくとも１つの第２突起構造１０２は第１ピラミッド構造であり、基板１０の第１テクスチャ構造１００を指す方向に沿って、第１ピラミッド構造のトップと基板１０の表面との距離Ｈ３の範囲は４μｍ～８μｍであってもよく、好ましくは、Ｈ３は５μｍ～６μｍであってもよい。例えば、Ｈ３は５μｍ、５．５μｍ、６μｍなどであってもよい。
いくつかの実施例では、少なくとも１つの第２突起構造１０２は第２ピラミッド構造であり、第２ピラミッド構造のトップは第１ピラミッド構造のトップより低く、且つ第２ピラミッド構造は少なくとも１つの第１ピラミッド構造に隣接する。第１ピラミッド構造と第２ピラミッド構造が設けられた第２突起構造１０２は、高さの揃ったピラミッド構造が設けられた第２突起構造１０２に比べて、第２突起構造１０２の入射光受光面積を増やし、入射光の吸収率をさらに高めることができる。
図２に示すように、いくつかの実施例では、第２ピラミッド構造は傾斜部を含み、傾斜部の側壁は基板１０の表面に対して傾斜し、基板１０の第１テクスチャ構造１００を指す方向に沿って、傾斜部の高さＨ４は０．８μｍ～３μｍであってもよく、好ましくは、Ｈ４は１μｍ～２μｍであってもよく、例えば、傾斜部の高さＨ４は１μｍ、１．５μｍ、２μｍなどであってもよい。
図３に示すように、第２テクスチャ構造１０３は複数の第３突起構造１０４が基板１０に垂直で、第２テクスチャ構造１０３を指す方向に沿って連続配列されて構成される。また、第３突起構造１０４はピラミッド状構造であるため、第３突起構造１０４も傾斜した側面を持ち、基板１０の入射光に対する反射率を下げることができる。いくつかの実施例では、基板１０の第２テクスチャ構造１０３を指す方向に沿って、第３突起構造１０４から基板１０の表面までの最大距離は２μｍ程度であり、ピラミッド状構造の先端の最大角度は５４．７４°程度であってもよい。他のいくつかの実施例では、第３突起構造１０４は他のサイズのピラミッド構造または他の形状のテーパ構造であってもよい。
また、第２テクスチャ構造１０３を形成していないノンマーク領域１２の基板１０の表面は滑らかな表面であってもよく、第１テクスチャ構造１００を形成していないマーク領域１１の基板１０の表面はくぼみのある表面であってもよいため、第３突起構造１０４と第２突起構造１０２とは異なる。その区別は、第３突起構造１０４のピラミッド状構造の底面が第２突起構造１０２のピラミッド状構造の底面より低いことにある。
第２テクスチャ構造１０３と第１テクスチャ構造１００が接続されて、基板１０の受光面を構成する。いくつかの実施例では、第１テクスチャ構造１００と第２テクスチャ構造１０３の接続は第２突起構造１０２と第３突起構造１０４の接続であってもよい。この接続方式によって、基板１０の表面に連続するパイル面を持たせ、基板１０の入射光に対する吸収を増やすことができる一方、第３突起構造１０４のピラミッド状構造の底面は第２突起構造１０２のピラミッド状構造の底面より低いため、第３突起構造１０４と第２突起構造１０２の接続位置も面積の大きい接触側面を形成することができ、基板１０の入射光に対する吸収効果を高めるのに有利である。他のいくつかの実施例では、図７に示すように、第１テクスチャ構造１００と第２テクスチャ構造１０３の接続は第１突起構造１０１と第３突起構造１０４の接続であってもよく、これによって、基板１０の表面に連続したパイル面を持たせ、光起電力セルの光電変換効率を高めることができることが考えられる。
いくつかの実施例では、図８に示すように、光起電力セルは、エミッタ１３、反射防止層１４、パッシベーション層１５、第１電極１６及び第２電極１７をさらに含むことができる。基板１０のパイル面を持つ表面は受光面であり、受光面に対向する基板１０の表面はバックライト面であってもよいことが考えられる。エミッタ１３は基板１０の受光面に位置してもよく、エミッタ１３のドーピング元素はＰ型ドーピング元素（例えば、ホウ素、アルミニウム、ガリウム、インジウム、タリウムなど）またはＮ型ドーピング元素（例えば、リン、ヒ素、アンチモン、ビスマスなど）であってもよい。また、基板１０とエミッタ１３との間にＰＮ接合が形成される。例えば、エミッタ１３はＮ型ドーピング元素を含む場合、基板１０はＰ型ドーピング元素を含み、エミッタ１３はＰ型ドーピング元素を含む場合、基板１０はＮ型ドーピング元素を含む。反射防止層１４はエミッタ１３の基板１０から離れた表面に位置し、入射光の反射を低減する役割を果たし、即ち、基板１０の入射光に対する反射率を減少させる。パッシベーション層１５は基板１０のバックライト面に位置し、不動態化保護の役割を果たすことができる。第１電極１６は基板１０の受光面に位置し、反射防止層１４を貫通してエミッタ１３と電気的に接続される。第２電極１７は基板１０のバックライト面に位置し、パッシベーション層１５を貫通して基板１０と電気的に接続される。
図６に示すように、従来の光起電力セルでは、第１突起構造１０１と第２突起構造１０２の形態はいずれも先端を有する通常ピラミッド構造である。図６での横軸は入射光の波長を示し、縦軸は光起電力セルのパイル面の反射率を示す。図６から分かるように、本願の実施例で提供される光起電力セルの反射率は従来の光起電力セルの反射率より低い。したがって、本願の実施例の提案は、入射光の吸収を増やし、マーク領域１１の損傷による電池効率低下の問題を改善することができる。
上記の実施例で提供された光起電力セルでは、入射光を受ける基板１０の表面にマーク領域１１があり、マーク領域１１は識別コードパターンを構成するのに使われ、識別コードパターンを走査することで、光起電力セルの加工情報を迅速に取得することができ、光起電力セルの製造過程における情報統合と情報追跡の改善に有利である。基板１０の表面にあるパイル面は、マーク領域１１の第１テクスチャ構造１００とノンマーク領域１２の第２テクスチャ構造１０３を含み、第１テクスチャ構造１００は第１突起構造１０１と第２突起構造１０２とが互いに接続されて構成され、第２テクスチャ構造１０３は第３突起構造１０４が互いに接続されて構成される。第１突起構造１０１、第２突起構造１０２、第３突起構造１０４は反射率を下げる作用を持つため、第１テクスチャ構造１００と第２テクスチャ構造１０３も反射率を下げる効果を持つ。したがって、第１テクスチャ構造１００と第２テクスチャ構造１０３からなる基板１０の表面は優れた光閉じ込め効果を持ち、光起電力セルの光電変換効率の向上に有利である。
これに応じて、本願の実施例では、上記実施例で提供する光起電力セルを形成するための光起電力セルの形成方法を提供する。なお、上記実施例と同じ部分または相応する部分については、上記実施例の詳細な説明を参照することができ、以下では繰り返して説明する必要はない。
図９は、本願の一実施例に係る光起電力セルの基板の断面構造を示す図であり、図１０は、本願の一実施例に係る光起電力セルのマーク領域を有する基板の断面構造を示す図である。
図７～図１０に示すように、光起電力セルの形成方法は、基板１０を提供することと、基板１０の表面にマーク領域１１を形成することと、基板１０の表面のマーク領域１１に第１テクスチャ構造１００を形成し、第１テクスチャ構造１００は少なくとも１つの第１突起構造１０１と少なくとも１つの第２突起構造１０２を含み、第１突起構造１０１の上面が第１突起構造１０１の底面方向へ延びる凹面であり、第２突起構造１０２がピラミッド状構造であることと、マーク領域１１以外の基板１０の表面に第２テクスチャ構造１０３を形成し、第２テクスチャ構造１０３は少なくとも１つの第３突起構造１０４を含み、且つ第３突起構造１０４はピラミッド状構造であることと、を含む。
図９に示すように、基板１０は対向する２つの表面を持ち、それぞれ基板１０の上面と底面であり、基板１０の上面は受光面であると定義され、図１０に示すように、基板１０の上面にマーク領域１１が形成される。いくつかの実施例では、基板１０の底面は受光面であり、マーク領域１１を形成する基板１０の表面は底面であってもよいことが考えられる。
図１０に示すように、マーク領域１１はくぼみであるか、くぼみがつながる線であり、光起電力セル情報を識別するための識別コードパターンを構成することができ、各独立した光起電力セル基板１０は独立的でユニークな識別パターンを有し、識別コードパターンを撮影して、識別コードパターンの情報を識別・解析することによって、光起電力セルの加工情報と監視パラメータ情報の追跡に有利である。
いくつかの実施例では、マーク領域１１を形成する方法は、レーザーを用いて基板１０の表面にマーク領域１１を形成することを含む。
レーザーで形成されたマーク領域１１を使用する場合、基板１０の表面に形成されたくぼみの形状と深さを制御しやすくなり、後に形成するパイル面の具体的な構造を制御し、パイル面により優れた光閉じ込め効果を持つ第１突起構造１０１及び第２突起構造１０２を形成させる。他のいくつかの実施例では、マーク領域１１を形成する方法は、プラズマエッチング法、高エネルギー粒子衝撃、化学エッチングであってもよいことが考えられる。
いくつかの実施例では、マーク領域１１を形成するレーザーの波長は１０６０ｎｍであり、パルス持続時間は１０～１００ｎｓであり、パルス繰り返し周波数は５００～２０００ｋＨｚであり、レーザーパワー比率は７０～７５％である。
レーザー処理後に形成されるくぼみの大きさは、後続のパイル製造過程における第２突起構造１０２（図７参照）の大きさと、第１突起構造１０１（図７参照）のトップ凹面の角度の大きさを決定する。以上のパラメータを持つレーザーで形成されたマーク領域１１によって、パイルを製造した後に第１突起構造１０１と第２突起構造１０２を持つ第１テクスチャ構造１００を形成し（図７参照）、レーザーで処理せず形成されたパイル面に比べて、入射光反射率を０．３％低減し、より高効率の光起電力セルを形成することができる。
図７に示すように、基板１０の表面にマーキングした後、パイル製造を通じてパイル面を形成する。パイル製造の目的は、光起電力セルの基板１０はスライス、研磨、面取り、研磨などを含む複数の工程を経て加工され、その表面にはすでに粒子、金属粒子、シリコン粉塵または有機物などの不純物が多く吸着され、次の拡散または他の加工を行う前にパイル製造を行い、各種汚染物を取り除き、基板１０の表面の機械的損傷層を除去し、より多くの光子を捕獲する能力を持つパイル面を得ることである。
いくつかの実施例では、パイルの製造方法はアルカリ溶液腐食パイル製造であってもよく、アルカリ溶液はＮａＯＨ、ＫＯＨ、ＴＭＡＨなどの物質を含む溶液を含む。基板１０の表面のマーク領域１１に程度の異なるくぼみが形成されているため、アルカリ溶液は結晶面に対して異方性腐食を行う場合、くぼみを持つ結晶面を腐食し、ピラミッド状構造を形成し、腐食が進むにつれてピラミッド状構造の表面に小さなテクスチャを形成し、第２突起構造１０２を形成する。非腐食性の結晶面では、なおくぼみが残り、くぼんだ上面を有する突起構造、すなわち第１突起構造１０１を形成する。マーク領域１１以外の基板１０の表面には第３突起構造１０４を形成する。他のいくつかの実施例では、パイル製造方法は、少なくとも電気化学パイル製造、反応性イオンエッチングパイル製造、レーザーパイル製造、マスクパイル製造のうちの一つであってもよい。
図７に示すように、パイルを製造した後、マーク領域１１に形成されたパイル面は第１テクスチャ構造１００であり、マーク領域１１以外の基板１０の表面に形成されたパイル面は第２テクスチャ構造１０３であり、第１テクスチャ構造１００は第１突起構造１０１と第２突起構造１０２を含み、第２テクスチャ構造１０３は第３突起構造１０４を含む。くぼんだ上面を持つ第１突起構造１０１と、傾斜した側面を持つ第２突起構造１０２及び第３突起構造１０４によって、基板１０の表面の第１テクスチャ構造１００、第２テクスチャ構造１０３は優れた光閉じ込め効果を持ち、より多くの光子を捕獲することができ、光起電力セルの光電変換効率を向上させた。第１テクスチャ構造１００、第２テクスチャ構造１０３、第１突起構造１０１、第２突起構造１０２及び第３突起構造１０４の具体的な形状について、上記の実施例を参照することができるため、ここでは繰り返して説明する必要はない。
図８に示すように、いくつかの実施例では、光起電力セルの加工方法は、基板１０上に光起電力セルを形成するエミッタ１３、反射防止層１４、パッシベーション層１５、第１電極１６および第２電極１７をさらに含むことができる。
上記実施例で提供された光起電力セルの形成方法は、レーザー光によって基板１０の表面にマーク領域１１を形成し、個々の独立した光起電力セルの加工情報を追跡することができる。レーザーでマーク領域１１を形成する場合、くぼみのある基板１０の表面を形成し、これらのくぼみのある基板１０の表面は後続のパイル製造で第１テクスチャ構造１００を形成することができる。また、レーザー処理されていない基板１０の表面はパイル製造を行った後、第２テクスチャ構造１０３を形成する。第１テクスチャ構造１００には互いに接続された第１突起構造１０１および第２突起構造１０２が設けられ、第２テクスチャ構造１０３には互いに接続された第３突起構造１０４が設けられる。第１突起構造１０１、第２突起構造１０２と第３突起構造１０４は優れた光閉じ込め効果を持つため、第１テクスチャ構造１００と第２テクスチャ構造１０３はいずれも反射率を下げる効果を持つ。したがって、第１テクスチャ構造１００と第２テクスチャ構造１０３からなる基板１０の表面は、入射光の反射率を低減し、光起電力セルの光電変換効率を高めることができる。
これに応じて、本願の実施例では、さらに上記実施例で提供され、マーク領域１１を持つ光起電力セルを含む光起電力モジュールを提供する。図１１は、本願の一実施例に係る光起電力モジュールの構成を示す図である。
図１１に示すように、太陽光発電モジュールは、光起電力セルを備え、且つ光起電力セルが全体または複数の分割の形で電気的に接続されて複数のセルストリングを形成するセルストリング１２０と、セルストリングの表面を覆う封止層と、封止層のセルストリングから離れる表面を覆うためのカバープレートとを含む。
上記実施例で提供された太陽光発電モジュールは、光起電力セルのパイル面が優れた光閉じ込め効果を有するため、光起電力セルの光電特性がより良くなり、太陽光発電モジュールの光電変換効率もより高くなる。
当業者であれば、前記の各実施形態は本願を実現する具体的な実施例であるが、実用上では本願の精神と範囲を逸脱することなく、形態及び細部において様々な変更が可能であることが理解できる。いずれの当業者は、本願の精神と範囲を逸脱しない限り、それぞれ変更及び修正を行うことが可能であるため、本願の保護範囲は、請求項に限定された範囲を基準にすべきである。
Claims (19)
- 基板と、
前記基板の表面に位置し、光起電力セルの製品情報をマーキングするために使われるマーク領域と、
前記基板の表面にある前記マーク領域に位置し、少なくとも１つの第１突起構造と少なくとも１つの第２突起構造を含み、前記第１突起構造の上面が前記第１突起構造の底面方向へ延びる凹面であり、前記第２突起構造がピラミッド状構造である第１テクスチャ構造と、
前記マーク領域以外の前記基板の表面に位置し、少なくとも１つの第３突起構造を含み、且つ前記第３突起構造がピラミッド状構造である第２テクスチャ構造と、を含む、
ことを特徴とする光起電力セル。 - 前記第１突起構造はトップに前記凹面を有するピラミッド状構造である、ことを特徴とする請求項１に記載の光起電力セル。
- 前記第１突起構造の側壁と前記第１突起構造の底面との夾角は３０°～６０°である、ことを特徴とする請求項２に記載の光起電力セル。
- 前記基板が前記第１テクスチャ構造に向かう方向において、前記第１突起構造の上面が前記第１突起構造に隣接する前記第２突起構造の上面より低い、ことを特徴とする請求項１に記載の光起電力セル。
- 前記第１突起構造の上面は半球状凹面又は円錐状凹面である、ことを特徴とする請求項１に記載の光起電力セル。
- 前記基板が前記第１テクスチャ構造に向かう方向において、前記第１突起構造の上面から前記第１突起構造の底面までの最小距離と最大距離の比は８５％以下である、ことを特徴とする請求項１に記載の光起電力セル。
- 前記基板が前記第１テクスチャ構造に向かう方向において、前記第１突起構造の上面から前記第１突起構造の底面までの最小距離の範囲は３μｍ～５μｍである、ことを特徴とする請求項１に記載の光起電力セル。
- 前記第１テクスチャ構造は複数の前記第２突起構造を含み、且つ複数の前記第２突起構造が前記第１突起構造の周りに設けられる、ことを特徴とする請求項１に記載の光起電力セル。
- 前記第１テクスチャ構造は離隔して設けられた複数の前記第１突起構造を含み、且つ隣接する前記第１突起構造間に少なくとも１つの前記第２突起構造を持つ、
ことを特徴とする請求項１に記載の光起電力セル。
- 少なくとも１つの前記第２突起構造は第１ピラミッド構造であり、前記基板が前記第１テクスチャ構造に向かう方向において、前記第１ピラミッド構造のトップと前記基板の表面との距離は５μｍ～６μｍである、
ことを特徴とする請求項１に記載の光起電力セル。
- 別の少なくとも１つの前記第２突起構造は第２ピラミッド構造であり、前記第２ピラミッド構造のトップは前記第１ピラミッド構造のトップより低く、且つ前記第２ピラミッド構造は少なくとも１つの前記第１ピラミッド構造に隣接する、
ことを特徴とする請求項１０に記載の光起電力セル。
- 前記第２ピラミッド構造は傾斜部を含み、前記傾斜部の側壁は前記基板の表面に対して傾斜し、前記基板が前記第１テクスチャ構造に向かう方向において、前記傾斜部の高さは１μｍ～２μｍである、
ことを特徴とする請求項１１に記載の光起電力セル。
- 前記第１テクスチャ構造と前記第２テクスチャ構造の接続は少なくとも１つの前記第１突起構造と少なくとも１つの前記第３突起構造の接続であり、前記第３突起構造のピラミッド状構造の底面は前記第２突起構造のピラミッド状構造の底面より低い、
ことを特徴とする請求項１に記載の光起電力セル。 - 前記基板の表面には、複数のグリッド電極を設けられ、前記マーク領域は少なくとも１つの前記グリッド電極と重なり、且つ、前記マーク領域と重なる少なくとも１つの前記グリッド電極の数は１～５本である、
ことを特徴とする請求項１に記載の光起電力セル。 - 前記基板の表面には、複数のグリッド電極を設けられ、前記マーク領域は前記複数のグリッド電極間に位置し、且つ複数の前記マーク領域は前記複数のグリッド電極と重ならない、
ことを特徴とする請求項１に記載の光起電力セル。 - 基板を提供することと、
前記基板の表面にマーク領域を形成することと、
前記基板の表面の前記マーク領域に第１テクスチャ構造を形成し、前記第１テクスチャ構造は少なくとも１つの第１突起構造と少なくとも１つの第２突起構造を含み、前記第１突起構造の上面が前記第１突起構造の底面方向へ延びる凹面であり、前記第２突起構造がピラミッド状構造であることと、
前記マーク領域以外の前記基板の表面に第２テクスチャ構造を形成し、前記第２テクスチャ構造は少なくとも１つの第３突起構造を含み、且つ前記第３突起構造はピラミッド状構造であることと、を含む、
ことを特徴とする光起電力セルの形成方法。 - 前記マーク領域を形成する方法は、レーザーを用いて前記基板の表面に前記マーク領域を形成することを含む、
ことを特徴とする請求項１６に記載の光起電力セルの形成方法。 - 前記レーザーの波長は１０６０ｎｍであり、パルス持続時間は１０～１００ｎｓであり、パルス繰り返し周波数は５００～２０００ｋＨｚであり、レーザーパワー比率は７０～７５％である、
ことを特徴とする請求項１７に記載の光起電力セルの形成方法。 - 請求項１～１５のいずれか１項に記載の光起電力セルを備えるセルストリングと、
前記セルストリングの表面を覆う封止層と、
前記封止層の前記セルストリングから離れる表面を覆うためのカバープレートと、を含む、
ことを特徴とする光起電力モジュール。
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