TW201338181A - 背接觸式太陽能電池 - Google Patents

Abstract

一種背接觸式太陽能電池，包含：一基板、一第一導電型摻雜區、一第二導電型摻雜區、一介電層、一第一電極、一覆蓋在該第一電極上的絕緣層，及一第二電極。該介電層包括一第一穿孔與一第二穿孔。該第一電極設於該介電層上並覆蓋該第一穿孔。該第二電極包括一第一區與一第二區，該第一區覆蓋於該第二穿孔，該第二區覆蓋於該第一區與第一電極之間的介電層上，該第二區與第一電極之間以該絕緣層間隔開。藉由該第二電極反射光線，增加光在電池中的吸收、提升光電轉換效率，並可縮短形成該介電層的製程時間、降低成本。

Description

背接觸式太陽能電池

本發明是有關於一種太陽能電池，特別是指一種背接觸式太陽能電池。

參閱圖1，為一種已知的指叉式背接觸(Interdigitated Back Contact,簡稱IBC)太陽能電池，包含：一個n型的基板11、一個位於該基板11的一個正面111處的n⁺型半導體層12、一個位於該n⁺型半導體層12上的抗反射層13、一個位於該基板11的一個背面112處的p型摻雜區14、一個位於該背面112處的n⁺型摻雜區15、一個位於該背面112上的介電層16、一個電連接該p型摻雜區14的p型電極17，以及一個電連接該n⁺型摻雜區15的n型電極18。該背接觸式太陽能電池的主要特色在於：該p型電極17與該n型電極18都位於該基板11的背面112的一側，電池的正面111未設置電極，可避免受光面積被遮擋，因此可以提升電池正面的入光量。

一般而言，此種IBC型式的電池背面112約有20%的面積被該介電層16覆蓋而可讓上方之入射光穿透，其中該介電層16的材料通常為氧化矽，並且透過熱氧化製程形成，此種熱氧化製程的相關成本一般來說是較高的。而為了避免入射光經由該介電層16往下射出而未被反射回到電池內，通常需要較厚的介電層16來提供反射效果，但如此將使熱氧化矽製程的時間拉長，使製造成本亦大幅提高。然而，上述加厚過的介電層16的反射效果亦是有限，並無法完全確保入射光的內部反射，簡言之，入射光仍是有穿透該介電層16的可能，上述問題並無法完全被解決。另一方面，受限於該電池的電極呈指叉狀，與基板11之間的接觸導電的面積較小，因此電極材料必需使用例如銀等低阻抗的昂貴金屬，藉此提升導電性與電流密度，但如此也會增加電池的製造成本。

因此，本發明之目的，即在提供一種能將光線反射回到電池內部，因而提升電池效率，且製造成本較低的背接觸式太陽能電池。

於是，本發明背接觸式太陽能電池，包含：一基板、至少一配置於該基板的第一導電型摻雜區、至少一配置於該基板並位於該第一導電型摻雜區的旁邊的第二導電型摻雜區、一設置該基板上的介電層、一第一電極、一覆蓋在該第一電極上的絕緣層，及一第二電極。

該介電層包括至少一對應該第一導電型摻雜區的第一穿孔，以及至少一對應該第二導電型摻雜區的第二穿孔。該第一電極設於該介電層上並覆蓋該第一穿孔。該第二電極設於該介電層上並包括一第一區與一第二區，其中該第一區覆蓋於該第二穿孔，該第二區覆蓋於該第一區與第一電極之間的介電層上，該第二區與第一電極之間以該絕緣層間隔開。

本發明之功效：藉由該第二電極的第一區與第二區反射光線，增加光在電池中的吸收，可提升光電轉換效率，也因為利用該第二電極反射光線，所以該介電層的厚度不需要太厚，進而可縮短形成該介電層的製程時間，達到降低製造成本的目的。當然，因第二電極為較大面積之型式，故可不用被限定使用低阻抗的材料如銀，亦即可改採其他成本較低的金屬來做為第二電極的材料，如此亦可降低相關成本。

有關本發明之前述及其他技術內容、特點與功效，在以下配合參考圖式之三個較佳實施例的詳細說明中，將可清楚的呈現。在本發明被詳細描述前，要注意的是，在以下的說明內容中，類似的元件是以相同的編號來表示。

參閱圖2、3，本發明背接觸式太陽能電池之第一較佳實施例，包含：一基板21、一第一導電型摻雜層22、一抗反射層23、至少一第一導電型摻雜區24、至少一第二導電型摻雜區25、一介電層26、一第一電極27、一絕緣層28，以及一第二電極29。本實施例的第一導電型與第二導電型分別為n型與p型，但實施時也可以相反。

該基板21具有彼此相對的一個第一面211與一個第二面212，本實施例的基板21為n型矽基板，該第一面211為受光面，該第二面212為背面。該第一面211可製作成粗糙表面，以提高光入射量。該第二面212為階梯狀，目的在於使位於該第二面212處的第一導電型摻雜區24與第二導電型摻雜區25的高度位置不同，從而避免此兩區域各自的摻雜物於擴散製程時產生不必要的擴散污染。但該第二面212不以階梯狀為限制，例如平面狀也可以，只要該第一導電型摻雜區24與該第二導電型摻雜區25之間透過其他方式隔離即可。

本實施例的第一導電型摻雜層22設置在該基板21的第一面211處，其為n型半導體，且載子濃度大於該基板21，藉此形成正面電場結構(Front-Side Field,簡稱FSF)，能提升載子收集率及光電轉換效率。由於本發明的改良不在於此，因此不再詳述。

該抗反射層23位於該第一導電型摻雜層22的表面，其材料例如氮化矽(SiN_x)等，用於提升光線入射量以及降低載子表面複合速率(Surface Recombination Velocity,簡稱SRV)，但本發明不以設置該抗反射層23為絕對之必要。由於本發明的改良不在於此，因此不再詳述。

本實施例的第一導電型摻雜區24配置於該基板21的第二面212，該第一導電型摻雜區24為n⁺型半導體，其載子濃度大於該基板21。

本實施例的第二導電型摻雜區25為p型半導體，配置於該基板21的第二面212，並位於該第一導電型摻雜區24的旁邊，該第二導電型摻雜區25的高度位置與第一導電型摻雜區24的高度位置不同。但如前述，該第二面212也可以為平面，此時各個摻雜區的高度位置即相同，但兩者間需有適度的隔離。

該介電層26設於該基板21的第二面212上，並包括至少一對應該第一導電型摻雜區24的第一穿孔261，以及至少一對應該第二導電型摻雜區25的第二穿孔262，該第一穿孔261及第二穿孔262的形狀不限，在本實施例中為長條狀，實施時還可以為圓形、方形、多邊形或其它形狀。該介電層26的材料可以為氧化物、氮化物或上述材料的組合，用於填補、降低表面或基板21內部缺陷，進而降低載子的表面複合速率，提升電池的轉換效率。

該第一電極27設於該介電層26上並覆蓋該第一穿孔261，並經該第一穿孔261而連接該第一導電型摻雜區24，該第一電極27的其中一部分位於該第一穿孔261中，另一部分露出於該第一穿孔261而位於該介電層26的表面上。

該絕緣層28覆蓋在該第一電極27上，進而將該第一電極27完全包覆，以將該第一電極27與該第二電極29完全隔開。該絕緣層28的材料包含氧化矽，並且利用網印或噴印之技術而形成。較佳地，該絕緣層28的厚度為50nm～5μm。

該第二電極29設於該介電層26上與該絕緣層28上，該第二電極29的材料包含銀、銅、鋁、銀銅合金、銅鋁合金、銀鋁合金、銀銅鋁合金、氧化銦錫，與氧化鋁鋅之任一者，該第二電極29可以利用網印、噴印、電鍍、化學氣相沉積或物理氣相沉積(例如蒸鍍、濺鍍等等)之技術而形成。

該第二電極29包括相連接的一第一區291與一第二區292，其中，該第一區291覆蓋於該第二穿孔262，並經該第二穿孔262連接該第二導電型摻雜區25。該第二區292覆蓋於該第一區291與第一電極27之間的介電層26上，並且還延伸覆蓋到該絕緣層28上，因此該第二區292的局部部位與該第一電極27上下對應，且該第二區292與第一電極27之間以該絕緣層28間隔開。需要說明的是，本發明的第二區292不以延伸到該絕緣層28上為必要，而只與該絕緣層28有連接到即可，此乃因為該第二區292只要覆蓋於該第一區291與第一電極27之間的介電層26上，就可以彌補電池該處部位的光反射效果，以將往下入射的光線往上反射回到電池內部。較佳地，該第二區292的厚度為20μm～40μm，藉此達到良好的導電效果與光反射效果。當然，該第二區292也可以非常靠近該絕緣層28而與其無直接的連接關係，此端視整體設計及其他相關之考量而定，同樣具有一定程度的光反射效果。

需要說明的是，實際上該電池的第一導電型摻雜區24、第二導電型摻雜區25、第一穿孔261、第二穿孔262的數量都是數個，上述結構在電池中重複排列，本實施例為了方便示意而僅以一個為例，但不限於此。

參閱圖2與附件1，附件1為一個比較例的電池與本發明的電池的光強度測量結果，該比較例是指如圖1的傳統電池，本發明與比較例相較之下，藉由該第二電極29的第二區292的延伸設計，有效地將該第一區291與該第一電極27之間的區域的光線往上反射，因此該電池在對應於該部位的光強度明顯提升(請參考附件1的箭頭標示處)，藉此，本發明的電池內部的整體光強度可有效提升，亦即可提高整體的光線利用率及轉換效率。

綜上所述，藉由延伸該第二電極29的第二區292來反射光線的設計，可增加光在電池中的吸收，從而提升光電轉換效率，也因為利用該第二電極29反射光線，所以該介電層26的厚度不需要太厚，進而可縮短形成該介電層26的熱氧化製程時間，達到降低製造成本的目的。此外，本發明的第二電極29相對於以往電池而言，具有較大的面積，故可解決原有因電極過細小之阻抗較大的問題，換言之，在本發明的電極導電面積夠大的情況下，就不限於使用銀作為電極材料，而可以使用銅或鋁或者銅、鋁、銀混合使用，如此有助於降低電極成本。正因為該第二電極29的面積增加，為了避免該第二電極29與該第一電極27接觸而短路，因此必須增設該絕緣層28來阻隔，上述結構乃為創新設計。

參閱圖2、4，本發明背接觸式太陽能電池之第二較佳實施例，與該第一較佳實施例大致相同，不同的地方在於：本實施例的介電層26的第一穿孔261及第二穿孔262為方形。本實施例同樣可以提升光線反射量、光線利用率與轉換效率，並且降低電池成本，由於本實施例的功效與該第一較佳實施例相同，所以不再說明。

參閱圖2、5，本發明背接觸式太陽能電池之第三較佳實施例，與該第一較佳實施例大致相同，不同的地方在於：本實施例的介電層26的第一穿孔261及第二穿孔262為圓形。本實施例同樣可以提升光線反射量、光線利用率與轉換效率，並且降低電池成本，由於本實施例的功效與該第一較佳實施例相同，所以不再說明。

惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及發明說明內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。

21．．．基板

211．．．第一面

212．．．第二面

22．．．第一導電型摻雜層

23．．．抗反射層

24．．．第一導電型摻雜區

25．．．第二導電型摻雜區

26．．．介電層

261．．．第一穿孔

262．．．第二穿孔

27．．．第一電極

28．．．絕緣層

29．．．第二電極

291．．．第一區

292．．．第二區

圖1是一種已知的背接觸式太陽能電池的剖視示意圖；

圖2是本發明背接觸式太陽能電池之一第一較佳實施例的剖視示意圖；

圖3是該第一較佳實施例的背面示意圖；

圖4是本發明背接觸式太陽能電池之一第二較佳實施例的背面示意圖；及

圖5是本發明背接觸式太陽能電池之一第三較佳實施例的背面示意圖。

【附件】

附件1的(a)是一個比較例的電池的光強度分布圖；附件1的(b)是本發明的電池的光強度分布圖。

21．．．基板

211．．．第一面

212．．．第二面

22．．．第一導電型摻雜層

23．．．抗反射層

24．．．第一導電型摻雜區

25．．．第二導電型摻雜區

26．．．介電層

261．．．第一穿孔

262．．．第二穿孔

27．．．第一電極

28．．．絕緣層

29．．．第二電極

291．．．第一區

292．．．第二區

Claims (10)

1. 一種背接觸式太陽能電池，包含：一基板；至少一第一導電型摻雜區，配置於該基板；至少一第二導電型摻雜區，配置於該基板並位於該第一導電型摻雜區的旁邊；一介電層，設於該基板上，並包括至少一對應該第一導電型摻雜區的第一穿孔，以及至少一對應該第二導電型摻雜區的第二穿孔；一第一電極，設於該介電層上並覆蓋該第一穿孔；一絕緣層，覆蓋在該第一電極上；及一第二電極，設於該介電層上並包括一第一區與一第二區，其中該第一區覆蓋於該第二穿孔，該第二區覆蓋於該第一區與第一電極之間的介電層上，該第二區與第一電極之間以該絕緣層間隔開。
2. 依據申請專利範圍第1項所述之背接觸式太陽能電池，其中，該第二電極的第二區更延伸覆蓋到該絕緣層上，並以該絕緣層間隔該第二區與該第一電極。
3. 依據申請專利範圍第1或2項所述之背接觸式太陽能電池，其中，該第一電極經該第一穿孔連接該第一導電型摻雜區。
4. 依據申請專利範圍第1或2項所述之背接觸式太陽能電池，其中，該第二電極的第一區經該第二穿孔連接該第二導電型摻雜區。
5. 依據申請專利範圍第1項所述之背接觸式太陽能電池，其中，該絕緣層的材料包含氧化矽。
6. 依據申請專利範圍第1或2或5項所述之背接觸式太陽能電池，其中，該絕緣層是利用網印或噴印之技術而形成。
7. 依據申請專利範圍第1項所述之背接觸式太陽能電池，其中，該第二電極的材料包含銀、銅、鋁、銀銅合金、銅鋁合金、銀鋁合金、銀銅鋁合金、氧化銦錫，與氧化鋁鋅之任一者。
8. 依據申請專利範圍第1或2或7項所述之背接觸式太陽能電池，其中，該第二電極是利用網印、噴印、電鍍、化學氣相沉積或物理氣相沉積之技術而形成。
9. 依據申請專利範圍第1項所述之背接觸式太陽能電池，其中，該第二電極的第二區的厚度為20μm～40μm。
10. 依據申請專利範圍第1項所述之背接觸式太陽能電池，其中，該絕緣層的厚度為50nm～5μm。