TW201413990A - 太陽能電池、其製造方法及其模組 - Google Patents

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Abstract

一種太陽能電池、其製造方法及其模組，該電池包含：一基板、一第一導電型摻雜區、一第二導電型摻雜區、一第一電極及一第二電極。該基板的背面為粗糙面。該等第一、二導電型摻雜區都設置於該背面處之內，並與該基板為同質材料。該第一電極連接該第一導電型摻雜區，並具有一朝向該基板且粗糙的第一面。該第二電極連接該第二導電型摻雜區，並具有一朝向該基板且粗糙的第二面。藉由該第一面與該第二面的粗糙設計，可將通過該基板而來的光散射，以增加反射光路徑，從而提升電池的光吸收率與光電轉換效率。

Description

太陽能電池、其製造方法及其模組
本發明是有關於一種太陽能電池、製造方法與模組，特別是指一種背接觸式太陽能電池、其製造方法及其模組。
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並具有一第一面171的p型電極17，以及一個電連接該n++型摻雜區15並具有一第二面181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。
但由於矽晶電池的材料特性，對於短波長光線的吸收性較佳、長波長光線(約為600nm~1100nm)的吸收性較差，未被吸收利用的長波長光線會通過該基板11與該介電層16，而該背面112上的P型電極17與n型電極18可將光線朝上反射回到電池內部。但由於該背面112未經過任何特殊 處理，其為平面設計，該p型電極17的第一面171與該n型電極18的第二面181亦為平面，進而形成鏡面反射，使反射光的反射角度單一，並且因為無法增加反射光的行進路徑，反射光被電池吸收再利用的效果有限，大部分的反射光會直接往上通過該基板11而自該正面111處射出，所以已知的電池有待改良。
因此，本發明之目的，即在提供一種能增進背面反射效果、提升光吸收率與光電轉換效率的太陽能電池、其製造方法及其模組。
於是，本發明太陽能電池，包含：一基板、一第一導電型摻雜區、一第二導電型摻雜區、一第一電極及一第二電極。該基板包括彼此相對的一正面與一背面，該背面為粗糙面。該第一導電型摻雜區設置於該背面處之內，並與該基板為同質材料。該第二導電型摻雜區設置於該背面處之內且位於該第一導電型摻雜區的旁邊，並與該基板為同質材料。該第一電極連接該第一導電型摻雜區，並具有一朝向該基板且粗糙的第一面。該第二電極連接該第二導電型摻雜區，並具有一朝向該基板且粗糙的第二面。
本發明太陽能電池的製造方法，包含：提供該基板，並對該基板的該背面進行粗糙化處理，使該背面成為粗糙面；在該基板的該背面處之內形成與該基板為同質材料的該第一導電型摻雜區； 在該基板的該背面處之內形成位於該第一導電型摻雜區的旁邊，並與該基板為同質材料的該第二導電型摻雜區；形成連接該第一導電型摻雜區的該第一電極，該第一電極具有朝向該基板且粗糙的該第一面；及形成連接該第二導電型摻雜區的該第二電極，該第二電極具有朝向該基板且粗糙的該第二面。
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、數個如上述且排列於該第一板材與該第二板材間的太陽能電池，及一位於該第一板材及該第二板材間，並包覆在該等太陽能電池周圍的封裝材。
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一個較佳實施例的詳細說明中，將可清楚的呈現。
參閱圖2、3，本發明太陽能電池之一較佳實施例包含：一基板21、一第一導電型摻雜層22、一抗反射層23、一第一導電型摻雜區24、一第二導電型摻雜區25、一介電層26、一第一電極27，及一第二電極28。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。
本實施例的基板21為n型的晶矽基板，並且可以為單晶矽基板或多晶矽基板。該基板21包括彼此相對的一正面211與一背面212。該正面211為受光面，可製作成粗糙面 以提高光入射量。該背面212也是粗糙面，該背面212的粗糙尺寸較佳地小於該正面211的粗糙尺寸。需要說明的是，本實施例的基板21的背面212處形成一位於該第一導電型摻雜區24與該第二導電型摻雜區25之間的突出區域210，可避免此兩摻雜區各自的摻雜物於擴散製程時產生不必要的擴散污染。但本發明不以該突出區域210為必要，該第一導電型摻雜區24與該第二導電型摻雜區25之間也可以透過其他方式隔離。
本實施例的第一導電型摻雜層22設置在該基板21的正面211處，其為n+型半導體，且載子濃度大於該基板21的載子濃度，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(SiNx)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。
該第一導電型摻雜區24設置於該基板21的該背面212處之內，該第一導電型摻雜區24為重摻雜的n++型半導體，其載子濃度大於該基板21的載子濃度。該第一導電型摻雜區24在製作上，是藉由擴散製程(例如磷擴散)使該基板21局部形成高載子濃度的區域，因此該第一導電型摻雜區24為n++型的半導體晶矽材料，與該基板21為同質材料。 此處的同質材料是指皆為晶矽材料。
該第二導電型摻雜區25設置於該基板21的該背面212處之內且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是藉由擴散製程(例如硼擴散)使該基板21局部形成重摻雜的p++型半導體，因此該第二導電型摻雜區25為p++型的半導體晶矽材料，與該基板21為同質材料。此處的同質材料是指皆為晶矽材料。
該介電層26位於該基板21的背面212上，並包括一對應該第一導電型摻雜區24的第一穿孔261，以及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與該第二穿孔262可為點狀或線狀開孔。該介電層26順應該基板21的背面212粗糙形態而披覆，因此該介電層26為表面高低起伏的層體。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設置於該介電層26上，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順應該介電層26的高低起伏形態而披覆，並具有一朝向該基板21的第一面270。該第一面270即為該第一電極27之朝上的表面，並且包含與該介電層26連接的部位及與該第一導電型摻雜區24連接的部位。該第一面270為粗糙面，並包括數個間隔的第一面部271，以及數個分別位於相鄰的第一面部271之間的第二面部272。本實施例之該等第一面部 271的長度d1或第二面部272的長度d2可以為0.3μm~10μm，較佳地為0.5μm~1.1μm。且d1與d2可以相同也可以不相同。
該第一面270可用於反射通過該基板21而來的光線，以將光線反射回到該基板21內部再利用。且該第一面270的粗糙面設計，可將光線以多種不同的角度散射而回到該基板21內，並能增加反射光路徑，從而提升電池的光吸收率。而且依據光學原理可知，該第一面270的凹凸尺寸與入射光波長接近時，能產生較佳的散射效果，因此本發明較佳地可限定該第一面部271的長度d1或該第二面部272的長度d2為前述尺寸。
該第二電極28設置於該介電層26上，並經該第二穿孔262而連接該第二導電型摻雜區25。該第二電極28順應該介電層26的高低起伏形態而披覆，並具有一朝向該基板21的第二面280。該第二面280即為該第二電極28之朝上的表面，並且包含與該介電層26連接的部位及與該第二導電型摻雜區25連接的部位。該第二面280為粗糙面，並包括數個間隔的第三面部281，以及數個分別位於相鄰的第三面部281之間的第四面部282。本實施例之該等第三面部281的長度d3或第四面部282的長度d4可以為0.3μm~10μm，較佳地為0.5μm~1.1μm。且d3與d4可以相同也可以不相同。該第二面280同樣可用於增加反射光路徑，該第二面280的功能及相關數值限定的意義皆與該第一面270相同，在此不再贅述。
參閱圖2、4、5，本發明太陽能電池的製造方法之一較佳實施例，包含：
(1)步驟31：提供該基板21，並對該基板21的該正面211及該背面212進行粗糙化處理，使該正面211與該背面212成為粗糙面。該粗糙化處理可以利用雷射蝕刻、溼蝕刻，或雷射蝕刻配合溼蝕刻來進行。該溼蝕刻之蝕刻液例如KOH+異丙醇(IPA)+H2O之混和蝕刻液。需要說明的是，本步驟可僅先對該背面212之預定形成該第一導電型摻雜區24的部位進行粗糙化處理。
(2)步驟32：利用擴散製程在該基板21的該背面212處之內且已粗糙化的部位形成該第一導電型摻雜區24。
(3)步驟33：對基板21的該背面212處之與該第一導電型摻雜區24間隔的區域進行粗糙化處理，再利用擴散製程在該基板21的該背面212處之內形成該第二導電型摻雜區25。
需要說明的是，本實施例雖然分成兩步驟對該背面212進行粗糙化，並且令該背面處212形成該突出區域210。但實施時不限於此，例如也可以一次同時完成整個背面212的粗糙化。
(4)步驟34：利用例如PECVD之真空鍍膜方式在該基板21的背面212上先形成連續的介電層26，接著利用乾蝕刻例如雷射蝕刻或溼蝕刻或以蝕刻膠(etching paste)於該介電層26上形成該第一穿孔261與該第二穿孔262。本發明所述的真空鍍膜方式包含物理氣相沉積(PVD)、化學氣相沉 積(CVD)等方式。
(5)步驟35：利用擴散製程在該基板21的該正面211處形成該第一導電型摻雜層22。再以例如PECVD之真空鍍膜方式在該第一導電型摻雜層22上形成該抗反射層23。
(6)步驟36：利用網印、噴印或真空鍍膜方式，於該介電層26上形成該第一電極27，使該第一電極27的局部部位填充該介電層26的該第一穿孔261而連接該第一導電型摻雜區24。當然，在本步驟中該第一電極27即形成該粗糙的第一面270，該第一面270的結構與尺寸限制如前述。
(7)步驟37：利用網印、噴印或真空鍍膜方式，於該介電層26上形成該第二電極28，使該第二電極28的局部部位填充該介電層26的該第二穿孔262而連接該第二導電型摻雜區25。當然，在本步驟中該第二電極28即形成該粗糙的第二面280，該第二面280的結構與尺寸限制如前述。
需要說明的是，本發明不須限定該第一電極27與該第二電極28的製作順序，而且實際上兩者可以透過一次的網印、噴印或鍍膜方式即同時製作完成。其中，較佳地可使用蒸鍍的鍍膜方式即可完成上述的電極製作，蒸鍍製程約為200℃左右或可完全不超過200℃，而透過蒸鍍的溫度較一般燒結溫度達到八、九百度為低的優勢，可更有效地保護前製程所完成的背面粗糙結構，使背面粗糙結構不因燒結高溫而有毀損的情形，可確保反射效果。
參閱圖6，為一比較例與本發明的SEM照片，該比較例是指基板背面為平面的傳統電池。圖6(a)、(b)分別為比 較例的電極表面形態與電池局部剖面，圖6(c)、(d)分別為本發明的電極表面形態與電池局部剖面。由圖6可看出比較例的一基板41的背面為平面，其一介電層42為平整的膜層(即標示厚度100nm之層體)，其一電極43之一朝向該介電層42的表面也是平面。反觀本發明，該基板21的背面212為高低起伏的粗糙面，該介電層26亦隨著該背面212高低起伏，使該電極27’(可以是圖2的第一電極27或第二電極28)的表面亦形成粗糙面。
參閱圖7，為該比較例與本發明的電池的光反射率對應於入射光波長的關係圖。該光反射率主要是於電池上方測量受到電池往上反射而出的光量，該反射率為電池中各膜層與各個介面的整體效應。其結果顯示本發明對於600nm~1000nm波長的光線的反射率皆維持在10%或小於10%，本發明對於長波長光線的反射率相對於該比較例的反射率明顯下降3%~5%。此乃因為本發明將電極之用於反射光線的表面改良為粗糙面，使反射光散射並增加反射路徑，從而提升電池對於長波長光線的吸收率，因此能降低長波長光線再度自該電池正面處射出的比例。
參閱圖2，綜上所述，藉由該第一面270與該第二面280的粗糙設計，可將通過該基板21與該介電層26而來的光線散射，以增加反射光路徑，從而提升電池的光吸收率與光電轉換效率。而且該背面212的粗糙設計，亦有利於提升該第一導電型摻雜區24與該第二導電型摻雜區25的表面積，透過增加摻雜區的表面積能提升載子收集效率， 如此也有助於提升光電轉換效率。正因為本發明電池的吸光效果佳，在製作上可縮減電池整體的厚度，仍能達到良好的電池效能。
本發明的太陽能電池可以與其它元件封裝結合而構成一太陽能電池模組，接著即說明本發明的模組結構。
參閱圖8，本發明太陽能電池模組之一較佳實施例，包含：上下相對設置的一第一板材5與一第二板材6、數個排列於該第一板材5與該第二板材6間的太陽能電池2，及一位於該第一板材5及該第二板材6間，並包覆在該等太陽能電池2周圍的封裝材7。
該第一板材5與該第二板材6在實施上沒有特殊限制，可以使用玻璃或塑膠材質的板材，而且位於電池受光面一側的板材必須為可透光。該封裝材7的材質例如可透光的乙烯醋酸乙烯共聚物(EVA)或其他可用於太陽能電池模組封裝之相關材料。此外，亦可採用兩個以上的封裝材7進行電池之模組封裝。
本實施例的模組中的每一太陽能電池2的結構如同前述文中與圖2所述的太陽能電池。該等太陽能電池2可透過圖未示出的焊接導線(ribbon)而電連接。
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。
2‧‧‧太陽能電池
21‧‧‧基板
210‧‧‧突出區域
211‧‧‧正面
212‧‧‧背面
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
270‧‧‧第一面
271‧‧‧第一面部
272‧‧‧第二面部
27’‧‧‧電極
28‧‧‧第二電極
280‧‧‧第二面
281‧‧‧第三面部
282‧‧‧第四面部
31~37‧‧‧步驟
41‧‧‧基板
42‧‧‧介電層
43‧‧‧電極
5‧‧‧第一板材
6‧‧‧第二板材
7‧‧‧封裝材
d1‧‧‧第一面部的長度
d2‧‧‧第二面部的長度
d3‧‧‧第三面部的長度
d4‧‧‧第四面部的長度
圖1是一種已知的指叉式背接觸太陽能電池的剖視示意圖；圖2是本發明太陽能電池之一較佳實施例的剖視示意圖；圖3為圖2的局部放大圖，且圖3省略繪出剖線；圖4是本發明太陽能電池的製造方法之一較佳實施例的步驟流程方塊圖；圖5是該方法的各步驟進行時的示意圖；圖6是以掃描式電子顯微鏡(SEM)拍下的照片，圖6(a)、(b)分別為一比較例的電極表面形態與電池局部剖面，圖6(c)、(d)分別為本發明的電極表面形態與電池局部剖面；圖7是該比較例與本發明的電池的光反射率對應於入射光波長的關係圖；及圖8是一局部的剖視示意圖，顯示本發明太陽能電池模組之一較佳實施例。
21‧‧‧基板
210‧‧‧突出區域
211‧‧‧正面
212‧‧‧背面
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
270‧‧‧第一面
271‧‧‧第一面部
272‧‧‧第二面部
28‧‧‧第二電極
280‧‧‧第二面
281‧‧‧第三面部
282‧‧‧第四面部

Claims (11)

  1. 一種太陽能電池，包含：一基板，包括彼此相對的一正面與一背面，該背面為粗糙面；一第一導電型摻雜區，設置於該背面處之內，並與該基板為同質材料；一第二導電型摻雜區，設置於該背面處之內且位於該第一導電型摻雜區的旁邊，並與該基板為同質材料；一第一電極，連接該第一導電型摻雜區，並具有一朝向該基板且粗糙的第一面；及一第二電極，連接該第二導電型摻雜區，並具有一朝向該基板且粗糙的第二面。
  2. 依據申請專利範圍第1項所述之太陽能電池，其中，該第一電極的第一面包括數個間隔的第一面部，以及數個分別位於相鄰的第一面部之間的第二面部，該等第一面部或第二面部的長度為0.3μm~10μm。
  3. 依據申請專利範圍第2項所述之太陽能電池，其中，該第二電極的第二面包括數個間隔的第三面部，以及數個分別位於相鄰的第三面部之間的第四面部，該等第三面部或第四面部的長度為0.3μm~10μm。
  4. 依據申請專利範圍第3項所述之太陽能電池，其中，該等第一面部、第二面部、第三面部或第四面部的長度為0.5μm~1.1μm。
  5. 依據申請專利範圍第1至4項中任一項所述之太陽能電 池，其中，該基板為晶矽基板，該第一導電型摻雜區與該第二導電型摻雜區為晶矽材料。
  6. 一種太陽能電池的製造方法，包含：提供一基板，並對該基板的一背面進行粗糙化處理，使該背面成為粗糙面；在該基板的該背面處之內形成一與該基板為同質材料的第一導電型摻雜區；在該基板的該背面處之內形成一位於該第一導電型摻雜區的旁邊，並與該基板為同質材料的第二導電型摻雜區；形成一連接該第一導電型摻雜區的第一電極，該第一電極具有一朝向該基板且粗糙的第一面；及形成一連接該第二導電型摻雜區的第二電極，該第二電極具有一朝向該基板且粗糙的第二面。
  7. 依據申請專利範圍第6項所述之太陽能電池的製造方法，其中，該第一電極的粗糙的第一面形成數個間隔的第一面部，以及數個分別位於相鄰的第一面部之間的第二面部，該等第一面部或第二面部的長度為0.3μm~10μm。
  8. 依據申請專利範圍第7項所述之太陽能電池的製造方法，其中，該第二電極的粗糙的第二面形成數個間隔的第三面部，以及數個分別位於相鄰的第三面部之間的第四面部，該等第三面部或第四面部的長度為0.3μm~10μm。
  9. 依據申請專利範圍第8項所述之太陽能電池的製造方法，其中，該等第一面部、第二面部、第三面部或第四面部的長度為0.5μm~1.1μm。
  10. 依據申請專利範圍第6項所述之太陽能電池的製造方法，其中，該第一電極與該第二電極是利用網印、噴印或真空鍍膜方式形成。
  11. 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；數個如申請專利範圍第1項所述之太陽能電池，該等太陽能電池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，並包覆在該等太陽能電池周圍。
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