TW201411867A - 太陽能電池及其模組 - Google Patents

Abstract

一種太陽能電池及其模組，該電池包含：一包括一第一面的基板、一配置於該第一面上的鈍化層、複數可透光的反射膜，及複數穿過反射膜及鈍化層而與該第一面接觸的第一電極。該複數可透光的反射膜依序堆疊配置於該鈍化層上，每一反射膜包括一第一層與一第二層。每一反射膜的該第一層與該第二層的折射率不同，每一反射膜的第二層的材質不同於該鈍化層的材質。透過反射膜將通過該基板而來的光線反射回到該基板內部再度吸收利用，從而改善電池在波長較長之光波段的量子效率，以增加短路電流、提升電池的轉換效率。

Description

太陽能電池及其模組

本發明是有關於一種電池及電池模組，特別是指一種太陽能電池及太陽能電池模組。

在已知的矽晶太陽能電池中，由於矽的材料特性所致，對於波長較長的光(約為800nm以上)的吸收率較低，使這一部分的光在進入電池後，無法被完全地吸收，並且容易從電池的背表面脫離。而電池的背表面雖然受到金屬漿料所形成的金屬背電極覆蓋，該金屬背電極對於阻止長波長的光由電池的背表面脫離有所助益，但卻礙於金屬背電極本身的表面平坦以及單一的金屬層設計，部份長波長光於電池內部背電極處即會被吸收，其餘長波長光於電池內部之反射效果亦是有限，因此大部分的長波長的光仍無法有效地反射回到電池內部再吸收利用，導致電池在該波段的量子效率降低，從而影響電池的光電轉換效率。

因此，本發明之目的，即在提供一種能提升光反射效果，以增加光吸收率與轉換效率的太陽能電池及其模組。

於是，本發明太陽能電池，包含：一包括一第一面的基板、一配置於該基板的該第一面上的鈍化層、複數可透光的反射膜，及複數穿過該複數反射膜及該鈍化層而與該第一面接觸的第一電極。該複數可透光的反射膜依序堆疊配置於該鈍化層上，每一反射膜包括一第一層，以及一相 對於該第一層遠離該鈍化層的第二層。每一反射膜的該第一層與該第二層的折射率不同，每一反射膜的第二層的材質不同於該鈍化層的材質。

本發明太陽能電池模組，包含：相對設置的一第一板材與一第二板材、複數太陽能電池，及一封裝材。該複數太陽能電池相連接並且排列於該第一板材與該第二板材間。該封裝材位於該第一板材及該第二板材間，並包覆在該複數太陽能電池周圍。

本發明之功效：透過該複數反射膜將通過該基板而來的光線反射回到該基板內部再度吸收利用，尤其能提升長波長光線的反射與再吸收利用率，從而改善電池在波長較長之光波段的量子效率，以增加短路電流、提升電池的轉換效率。

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與數個實驗例的詳細說明中，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1、2、3，本發明太陽能電池模組之第一較佳實施例包含：上下相對設置的一第一板材1與一第二板材2、複數相連接並且排列於該第一板材1與該第二板材2間的太陽能電池3，及至少一位於該第一板材1及該第二板材2間，並包覆在該複數太陽能電池3周圍的封裝材4。

該第一板材1與該第二板材2在實施上沒有特殊限制，可以使用玻璃或塑膠板材，而且位於電池受光面的一側的板材必須為可透光。該封裝材4的材質例如可透光的乙烯醋酸乙烯共聚物(EVA)。

該複數太陽能電池3透過圖未示出的焊接導線(ribbon)而電連接。該複數太陽能電池3的結構都相同，以下僅以其中一個為例而進行說明。

該太陽能電池3包含：一基板31、一鈍化層32、複數可透光的反射膜33、一保護層34、複數第一電極35，以及一第二電極36。

該基板31包括相反的一第一面311與一第二面312，該第一面311為背面，該第二面312為受光面。該基板31的該第二面312處形成一射極層313，該基板31與該射極層313的導電性相反，其中一個為p型半導體，另一個為n型半導體。此外，該第二面312配置有一介電層314與一電極部315。

該介電層314位於該射極層313的表面上，該介電層314的材料可以為氮化矽(SiN_x)、氧化矽(SiO_x)，或氮化矽與氧化矽的混合，該介電層314可以為單一層體，或者包含兩個以上的層體。該介電層314可作為抗反射層，以提升光線入射量，並且能鈍化該第二面312，從而降低載子表面複合速率(Surface Recombination Velocity，簡稱SRV)。

該電極部315即為電池的正面電極，並穿過該介電層314而接觸該基板31的第二面312。該電極部315、該複數 第一電極35及該第二電極36配合將電池產生的電能傳送到外部。但由於該介電層314與該電極部315非本發明的改良重點，而且實施時可以有數種不同的變化設計，因此不再說明。

該鈍化層32配置於該基板31的該第一面311上，並用於鈍化與修補該第一面311，從而降低載子表面複合速率。該鈍化層32的厚度約為5nm~30nm，其材質包含選自於由Al₂O₃、SiO₂、SiO_x、SiN_x與非晶矽(a-Si)所組成群組中的任一者。本實施例使用的材質為Al₂O₃，對於p型基板具有良好的鈍化效果。但該鈍化層32的材質不限於此，也可以使用其它可用於鈍化、修補該基板31表面的介電材料。

該複數可透光的反射膜33依序堆疊配置於該鈍化層32上，用於將穿過該基板31而來的光反射回到該基板31內部，從而提升光吸收率與利用率。每一反射膜33包括一第一層331、一相對於該第一層331而較遠離該鈍化層32的第二層332，及一位於該第一層331與該第二層332之間的第三層333。

本發明的每一反射膜33的第二層332的材質不同於該鈍化層32的材質。當然，也可以是部份不同而部份相同。其中與該鈍化層32鄰接的該反射膜33的第一層331的材質不同於該鈍化層32的材質。每一反射膜33中的該第一層331、該第二層332及該第三層333的折射率不同，而且較佳地，每一反射膜33中的該第一層331、該第三層333與該第二層332的折射率依序由高到低。每一反射膜33的 材質包括由SiN_x、SiO_x、a-Si、氧化鈦(TiO_x)所組成的群組所組成。

具體而言，本實施例的每一反射膜33的第一層331為厚度60nm、折射率為4的a-Si層。該第三層333為厚度20nm、折射率為2.3的SiN_x層。該第二層332為厚度120nm、折射率為1.5的SiO_x層。其中，該第一層331與該第二層332的光學厚度較佳地接近入射光波長的1/4，而該第三層333則無此限制，該第三層333的光學厚度可較小。以本實施例設置三個反射膜33為例，該三個反射膜33的總厚度為(60+20+120)×3=600nm，此厚度不致於過厚，有利於應用在電池中作為反射結構。當然，上述厚度與材質僅為舉例，不須以此為限。而本文所述的「厚度」是指層體的物理厚度，「光學厚度」為物理厚度與折射率的乘積。

雖然本實施例的每一反射膜33的結構都相同，所包括的層體數量、材質、厚度、折射率皆相同，但實施時不限於此。該複數反射膜33彼此間的第一層331也可以使用不同材質，折射率可以相同也可以不同。該複數反射膜33彼此間的第二層332也可以使用不同材質，折射率可以相同也可以不同。該複數反射膜33彼此間的第三層333也可以使用不同材質，折射率可以相同也可以不同。另外，本發明的每一反射膜33不以設置該第三層333為必要，因為僅由該第一層331與該第二層332的高、低折射率及適當厚度配合，就可以形成良好的反射結構，達到將光往該基板31反射的功效。即使要配置該第三層333，也不以所有的 反射膜33都配置為絕對之必要，該複數反射膜33中的其中至少一個配置該第三層333即可。

該保護層34位於該複數反射膜33與該第二電極36之間，具體而言是披覆在最遠離該鈍化層32的該反射膜33的表面上。該保護層34的材質包含SiN_x，可用於保護該複數反射膜33。由於該第一電極35與第二電極36是塗佈金屬漿料並透過燒結(firing)固化而形成，金屬漿料對該複數反射膜33具有侵蝕性，因此設置該保護層34來隔開該第二電極36與該複數反射膜33，可達到保護作用，從而維持該複數反射膜33的結構與品質。但本發明不以設置該保護層34為必要。

該複數第一電極35彼此間隔地設置，並穿過該保護層34、該複數反射膜33及該鈍化層32而與該基板31的第一面311接觸。本實施例的電池還包含複數貫穿該保護層34、該複數反射膜33及該鈍化層32的孔洞30，而各該第一電極35分別經各該孔洞30與該第一面311接觸。

該第二電極36大致呈整面配置地位於該保護層34上並且連接每一第一電極35，進而使該複數第一電極35彼此間可透過該第二電極36電連接。補充說明的是，由於本發明可省略設置該保護層34，此時該第二電極36是直接設置於最遠離該鈍化層32的該反射膜33上。但無論是否設置該保護層34，該第二電極36都相當於是設置於該複數反射膜33上。

因此，本發明透過該複數反射膜33設置在該基板31 的該第一面311，以將通過該基板31而來的光線反射回到該基板31內部再度吸收利用，尤其能提升長波長光線的反射與再吸收利用率，使該波段的光有更多的機會被電池吸收並轉換為電能，從而改善電池在波長較長之光波段的量子效率，以增加短路電流、提升電池的轉換效率。補充說明的是，若該基板31的第一面311製作為粗糙面，而後續形成的反射膜33也順著該第一面311彼覆而具有粗糙表面時，藉由這些表面粗糙結構還能更進一步提升反射效果。

參閱圖4，本發明太陽能電池模組之第二較佳實施例，與該第一較佳實施例的結構大致相同，不同的地方在於：本實施例的每一反射膜33包括一第一層331，及一相對於該第一層331遠離該鈍化層32的第二層332。本實施例的每一反射膜33省略該第一較佳實施例的第三層。

具體而言，本實施例的每一反射膜33的第一層331為厚度70nm、折射率為4的a-Si層。該第二層332為厚度165nm、折射率為1.5的SiO_x層。以設置三個反射膜33為例，該三個反射膜33的總厚度為(70+165)×3=705nm。本實施例的第一層331與第二層332的光學厚度都接近入射光波長的1/4，而且每一反射膜33相互搭配形成折射率高、低交錯配置的多周期薄膜，此種結構又稱為布拉格反射鏡(Distributed Bragg Reflector，簡稱DBR)，具有良好的光反射效果，而且當薄膜周期數愈高時，反射效果愈好。

參閱圖5，顯示一比較例與本發明的實驗例1~4的光反射率對應入射光波長的關係圖。該比較例與本發明不同的 地方在於未設置反射膜33及保護層34。該實驗例1與實驗例2相當於本發明之第一較佳實施例的結構，即每一反射膜33包括三層體，但實驗例1、2分別包含四個與三個反射膜33，即分別為四周期與三周期的反射薄膜。該實驗例3與實驗例4相當於本發明第二實施例的結構，即每一反射膜33包括兩層體，但實驗例3、4分別為四周期與三周期。由實驗結果可看出，本發明各實驗例相對於該比較例而言，因為本發明設置有該複數反射膜33，能用於反射光線，尤其是對於波長大於1μm(即1000nm)的光線，其反射效果明顯提升。

參閱圖6，顯示該比較例與本發明的實驗例1~4的光吸收率對應入射光波長的關係圖。由實驗結果可看出，本發明各實驗例相對於該比較例而言，由於已提升背面光線的反射比例，使更多長波長光線可被反射而再度進入電池中，從而提高電池對長波長光線的吸收率與光電轉換效率。

參閱圖7，本發明太陽能電池模組之第三較佳實施例，與該第一較佳實施例的結構大致相同，不同的地方主要在於第二電極36的形態。實際上該太陽能電池3還配置至少一沿一第一方向延伸的匯流電極(bus bar electrode)37，以連接該基板31的該第二面(圖未示)或是未直接連接到該第二面並以floating之配置方式。該複數第一電極35可以彼此間隔地呈點狀開孔分布，另外可以配置複數沿一第二方向延伸的第二電極36，每一第二電極36連接該複數第一電極35中的其中幾個，而且每一第二電極36的一端連接該匯流 電極37，透過該複數第二電極36使該複數第一電極35與該匯流電極37電連接。當然，各該第一電極35除上述的點狀開孔設計外，亦可為線狀開孔。

當然，本實施例同樣包含複數反射膜，並且能達到與該第一較佳實施例相同的功效，在此不再說明。

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。

1‧‧‧第一板材

2‧‧‧第二板材

3‧‧‧太陽能電池

30‧‧‧孔洞

31‧‧‧基板

311‧‧‧第一面

312‧‧‧第二面

313‧‧‧射極層

314‧‧‧介電層

315‧‧‧電極部

32‧‧‧鈍化層

33‧‧‧反射膜

331‧‧‧第一層

332‧‧‧第二層

333‧‧‧第三層

34‧‧‧保護層

35‧‧‧第一電極

36‧‧‧第二電極

37‧‧‧匯流電極

4‧‧‧封裝材

圖1是本發明太陽能電池模組之一第一較佳實施例的局部剖視示意圖；圖2是該第一較佳實施例之一太陽能電池的側視剖視示意圖；圖3是該第一較佳實施例的太陽能電池的局部放大剖視圖；圖4是一局部放大剖視圖，顯示本發明太陽能電池模組之一第二較佳實施例的一太陽能電池；圖5是一光反射率對應於入射光波長的關係圖，圖中顯示一比較例與本發明的實驗例1~4的實驗結果；圖6是一光吸收率對應於入射光波長的關係圖，圖中顯示該比較例與本發明的該實驗例1~4的實驗結果；及圖7是一局部的背面示意圖，顯示本發明太陽能電池模組之一第三較佳實施例的一太陽能電池。

3‧‧‧太陽能電池

30‧‧‧孔洞

31‧‧‧基板

311‧‧‧第一面

32‧‧‧鈍化層

33‧‧‧反射膜

331‧‧‧第一層

332‧‧‧第二層

333‧‧‧第三層

34‧‧‧保護層

35‧‧‧第一電極

36‧‧‧第二電極

Claims (10)

1. 一種太陽能電池，包含：一基板，包括一第一面；一鈍化層，配置於該基板的該第一面上；複數可透光的反射膜，依序堆疊配置於該鈍化層上，每一反射膜包括一第一層，以及一相對於該第一層遠離該鈍化層的第二層，每一反射膜的該第一層與該第二層的折射率不同，每一反射膜的第二層的材質不同於該鈍化層的材質；及複數第一電極，穿過該複數反射膜及該鈍化層而與該第一面接觸。
2. 依據申請專利範圍第1項所述之太陽能電池，其中，該鈍化層的材質包含選自於由Al₂O₃、SiO₂、SiO_x、SiN_x與a-Si所組成群組中的任一者。
3. 依據申請專利範圍第1項所述之太陽能電池，其中，該鈍化層的材質與鄰接的該反射膜的第一層的材質不同。
4. 依據申請專利範圍第1項所述之太陽能電池，其中，該複數反射膜的第一層的折射率彼此不同。
5. 依據申請專利範圍第1項所述之太陽能電池，其中，該複數反射膜的第二層的折射率彼此不同。
6. 依據申請專利範圍第1項所述之太陽能電池，其中，該複數反射膜中的其中至少一個具有一位於該第一層與該第二層之間的第三層，該第三層的折射率與該第一層及該第二層不同。
7. 依據申請專利範圍第1或6項所述之太陽能電池，其中，每一反射膜的材質包括由SiN_x、SiO_x、a-Si、TiO_x所組成的群組所組成。
8. 依據申請專利範圍第6項所述之太陽能電池，其中，每一反射膜中的該第一層、該第三層與該第二層的折射率依序由高到低。
9. 依據申請專利範圍第1項所述之太陽能電池，還包含一位於該複數反射膜上的第二電極，該複數第一電極彼此間透過該第二電極電連接。
10. 一種太陽能電池模組，包含：相對設置的一第一板材與一第二板材；複數如申請專利範圍第1項所述之太陽能電池，該複數太陽能電池相連接並且排列於該第一板材與該第二板材間；及一封裝材，位於該第一板材及該第二板材間，並包覆在該複數太陽能電池周圍。