TW201125136A - Polarization resistant solar cell - Google Patents
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201125136 六、發明說明： I：發明戶斤屬之技術領域3 本發明一般係關於太陽能電池，且特別關於一抗極化 太陽能電池設計。 L先前技術]1 光伏電池，通常稱為太陽能電池，為習知之半導體裝 置，其可將光子轉換成電能。第1圖提供一傳統太陽能電 池100之橫截面圖，其包括一第一傳導性類型之基材101， 該基材通常包含矽，以及一形成於該基材上之第二傳導性 類型層103，藉此在界面處形成ρ-η接合。太陽能電池100 亦包括一背側表面電極105，其係與至少一部分之基材101 接觸，以及一前側表面電極107,其係與至少一部分之層 103接觸。當光照在太陽能電池100上時，電子-電動對係 被創造，且係藉由太陽能電池轉換成電能。 爲增強傳統太陽能電池的效能，典型地一介電層109 係沉積在太陽能電池的前側表面。介電層109做為雙重目 的。首先，其做為一抗反射（AR)塗層，藉此增加進入電池 100的入射光百分比，造成改良的轉換效率。第二，其形 成一層103表面上之鈍化層。於某些太陽能電池中，介電 層109包含一對層；一内部純化層及一外部AR層。 肇因於能源成本的增加以及逐漸增長之與傳統能源來 源有關的環境關注，太陽能電池在廣泛範圍的應用中係逐 漸成為平凡事務。轉變至太陽能已藉由太陽能電池逐漸改 良之效能以及電池成本之穩定降低而得到幫助。於一典型 201125136 的應用中，例如-祕絲或商驗頂上或在太陽能電廠 中的太陽能陣列，大量之太陽能板係電性連接在一起各 太陽能板包含一大型之太陽能電池陣列。 當一太陽能板或一太陽能板陣列進行運作時，超過 ιοον之高電壓可存在於板框或外接地與_或多個個別裝置 終端之間。結果，產生-電場，其可在介電層上或製造該 電池中所使用的層上，例如鈍化層與第i圖之AR層1〇9， 創造一電荷。隨著時間過去，介電層上電荷之累積導致表 面極化，其進而在電池的p-n接合上引發一電場。結果， 分路電阻與P-η接合特徵被顯著地退降，導致電池轉換效 率重大的降低以及潛在之電池電力輸出完全中斷。據此， 需要的是-太陽能電池設計，其係抗表面極化但不會顯著 地影響製造流程、整體電池製造成本或電池魏。本發明 提供如此之設計。 L 明内】 發明概要
本發明提供一抗極化效應之太陽能電池，該太陽能電 池使用一設置於該電池前側表面上之雙層介電堆疊。該介 電堆疊係由一直接設置在前側電池表面上且包含= SiON之鈍化層以及一包含SiCN之外部AR塗層所組成。1 發明之本質與優點的進-步瞭解可藉由參考其餘部分 明書與圖式而實現。 S 圖式簡要說明 第1圖係傳統矽太陽能電池的橫截面圖。 201125136 $ 2 依據本發明之例示性裝置結構的橫戴面 圖。 t 方包5^】 發明之詳細說明 在下述本發明詳細說明中，可參照構成本文之一部分 的隨附圖式’且其中’藉由圖解之方式，係顯示有於其中 本發明可被實狀較實關。這些實施例係被描述於足 夠的細節中使得熟習此藝者能夠實施本發明。其他實施例 °被利用且、,。構上、邏輯上及電學上的改變可被實行。 第2圖提供依據本發明之較佳太陽能電池裝置結構 200的橫截面圖。石夕基材2〇1可為p_型或〇_型。如同傳統
太陽能電池，第二傳墓,w相和丨A 寻導14類型之矽層203係形成於基材201 ^，藉此形成電池之p_n接合。背側表面電極哪，例如 有紹係與至少—部分之基材加接觸或如所示者， =與，材之整個背部表面接觸。爲與該裝置之前側表面， 特疋地係層203接觸’較佳地多個前側表面電極2〇7， 、:匕3銀’係把用至該裝置之前側表面，例如使用如熟 ¥此藝者所熟知之指狀電極/匯流電極構形。 依據本發明’―雙層介電堆疊係施用至電池200之前 表面。4介電堆疊包含-内部鈍化層 209，該鈍化層係 直接施用至層2〇3’以及_最外面之他層211。純化層2〇9 :由石夕氧化物’如Si0x，或石夕氮氧化物，如SiON製得。AR 層211係由非晶形矽碳氮化物（SiCN)製得。發明人發現 Mit兩種介電層’就算沒有完全消除，也大大地降低包 201125136 含於一模組中的太陽能電池典型上會經歷的極化效應。 爲達成所欲的表面鈍化程度，鈍化層209之厚度係在 1至100奈米之範圍，較佳地係在1至50奈米之範圍，且 更佳地係在2至30奈米之範圍。若層209係包含SiON而 非Si〇x ’則該層中氧及氮的量係由該層中氧的分率，如氧 與氧與氮的總合（如0/(0+N))之間的比例所界定。較佳地 氧的分率係在0.01至0.99之範圍，更佳地係在匕丨至〇 9 之範圍’且又更佳地係在〇· 4至0.9之範圍。於一實施例 中，SiON層209中氧的分率從近基材2〇1之富含氧變化至 遠基材201之富含氮而形成一梯度複合物。富含氧區提供 良好鈍化’而富含氮區提供良好AR性質。 AR層21卜如前所述係包含SiCN，具有在i至2〇〇奈 米範圍之厚度，較佳地在20至12〇奈米之範圍，且更佳地 在40至1〇〇奈米之範圍。層2〇9與211之組合厚度係在2 至300奈米之範圍且具有在15至2·4範圍之折射率。於 至少一實施例中，SiCN層211係被氫化。 可領會的是任何技術變化可用於形成層2〇3、形成介 電層209與2U職使205與2〇7接觸，且本設計不限於 特定的製造方法學。於一其中層2Q9包含s池之例示性方 法中層209係使用熱氧化、化學氧化或⑽氧化物沉積 而形成。於一其中層咖包含以⑽之例示性方法中層 209係使用原位石夕氮氧化物沉積法（例如⑽n之CVD沉積） u積於另方法中，Sl〇N層係藉由首先沉積氧化物層， 較佳地大於4奈米之厚度，於㈣203之頂部上而形成， 201125136 例如使用熱氧化、化學氧化或CVD氧化物沉積。接著，氮 化物層係以使石夕氧化物轉變成所欲的厚度及複合物之石夕氮 氧化物如此的方式而沉積。於一實施例中，在氧化物層上 轉變氮化物層可產生如上所述的梯度複合物。或者，先前 生成的氧化物層可於氮環境中退火，藉此將石夕氧化物轉變 成所欲的石夕氮氧化物。 太陽能電池的一些實施例包括： A. 一種太陽能電池，其包含： 一基材，其包含一第一傳導性類型之矽； 一第二傳導性類型之矽層，其設置於該基材上； 一鈍化層，其設置於該矽層上，其中該鈍化層係選自於 由矽氧化物與矽氮氧化物所組成之群組；及 一抗反射（AR)層，其設置於該鈍化層上，其中該AR層 包含石夕碳氮化物（SiCN)。 B. 如前述實施例任一實施例之太陽能電池，其中該鈍化層 具有1與100奈米之間之厚度。 C. 如實施例A-B任一實施例之太陽能電池，其中該鈍化層 具有1與50奈米之間之厚度。 D. 如實施例A-C任一實施例之太陽能電池，其中該鈍化層 具有2與30奈米之間之厚度。 E. 如實施例A-D任一實施例之太陽能電池，其中該AR層 具有1與200奈米之間之厚度。 F. 如實施例A-E任一實施例之太陽能電池，其中該AR層 具有20與120奈米之間之厚度。 201125136 G. 如實施例A-F任一實施例之太陽能電池，其中該AR層 具有40與100奈米之間之厚度。 H. 如實施例A-G任一實施例之太陽能電池，其中一包含該 鈍化層與該AR層之介電堆疊具有1. 5至2. 4範圍之折射率。 I. 如實施例A-Η任一實施例之太陽能電池，其中該純化層 包含該SiON，且其中該具SiON之層中的氧對該具SiON之 層中的氧與氮總合之比例係在0. 01至0. 99之範圍。 J. 如實施例A-Ι任一實施例之太陽能電池，其中該純化層 包含該SiON，且其中該具SiON之層中的氧對該具SiON之 層中的氧與氮總合之比例係在0. 1至0. 9之範圍。 K. 如實施例A-J任一實施例之太陽能電池，其中該鈍化層 包含該SiON，且其中該具SiON之層中的氧對該具SiON之 層中的氧與氮總合之比例係在0. 4至0. 9之範圍。 L. 如實施例A-K任一實施例之太陽能電池，其中該AR層 係被氫化。 M. 如實施例A-L任一實施例之太陽能電池，進一步包含一 形成於該基材之背部表面上的第一金屬電極及一與該第二 傳導性類型之矽層接觸之第二金屬電極。 應瞭解的是使用於許多圖式中的相同元件符號代表相 同的結構或相同功能性的結構。此外，隨附圖式係僅意欲 用於圖解，而非侷限本發明之範圍，且不應被認為要符合 比例。 儘管許多本發明之實施例係被描述，上述所列並不意 欲要是徹底的。雖然特定實施例已於本文中被圖解及說 201125136 明，熟習此藝者可領會的是，對於所示的特定實施例，任 何打算要達成相同目的的配置可被替換。本案意欲涵蓋本 發明之任何調整或變異。應暸解的是上述說明係意欲為例 證性的且不是限制性的。上述實施例之組合及其他實施 例，在熟習此藝者研讀上述說明後將會是顯而易見的。 L圖式簡單說明3 第1圖係傳統矽太陽能電池的橫截面圖。 第2圖提供依據本發明之例示性裝置結構的橫截面 圖。 【主要元件符號說明】 100…太陽能電池 10l··.紐 103···第二傳導性類型層 105···背側表面電極 107···前側表面電極 109…介電層 200…太陽能電池 201…基材 203…石夕層 205···背側表面電極 207···前側表面電極 209…鈍化層 211…AR層
Claims (1)
- 201125136 七、申請專利範圍： 1. 一種太陽能電池，其包含： 一基材，其包含一第一傳導性類型之矽； 一第二傳導性類型之矽層，其設置於該基材上； 一鈍化層，其設置於該矽層上，其中該鈍化層係選 自於由矽氧化物與矽氮氧化物所組成之群組；及 一抗反射（AR)層，其設置於該鈍化層上，其中該AR 層包含矽碳氮化物（SiCN)。 2. 如申請專利範圍第1項之太陽能電池，其中該鈍化層具 有1與100奈米之間之厚度。 3. 如申請專利範圍第1項之太陽能電池，其中該鈍化層具 有1與50奈米之間之厚度。 4. 如申請專利範圍第1項之太陽能電池，其中該鈍化層具 有2與30奈米之間之厚度。 5. 如申請專利範圍第1項之太陽能電池，其中該AR層具有1 與200奈米之間之厚度。 6. 如申請專利範圍第1項之太陽能電池，其中該AR層具有 20與120奈米之間之厚度。 7. 如申請專利範圍第1項之太陽能電池，其中該AR層具有 40與100奈米之間之厚度。 8. 如申請專利範圍第1項之太陽能電池，其中一包含該鈍 化層與該AR層之介電堆疊具有1.5至2.4範圍之折射率。 9. 如申請專利範圍第1項之太陽能電池，其中該鈍化層包 含該SiON，且其中該具SiON之層中的氧對該具SiON之 S 10 201125136 層中的氧與氮總合之比例係在0.01至0.99之範圍。 10.如申請專利範圍第1項之太陽能電池，其中該鈍化層包 含該SiON，且其中該具SiON之層中的氧對該具SiON之 層中的氧與氮總合之比例係在0.1至0.9之範圍。 11_如申請專利範圍第1項之太陽能電池，其中該鈍化層包 含該SiON，且其中該具SiON之層中的氧對該具SiON之 層中的氧與氮總合之比例係在0.4至0.9之範圍。 12. 如申請專利範圍第1項之太陽能電池，其中該AR層係被 氫化。 13. 如申請專利範圍第1項之太陽能電池，進一步包含一形 成於該基材之背部表面上的第一金屬電極及一與該第 二傳導性類型之矽層接觸之第二金屬電極。 11
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