TW201424014A - 抗高電場衰減太陽能電池結構及其製作方法 - Google Patents

Abstract

本案揭露一種太陽能電池結構，包含有一基板；一摻雜射極層，位於該基板的正面；以及一抗反射層，覆蓋於摻雜射極層上。其中該抗反射層為多層膜結構，包含有至少一離子擴散阻擋膜，例如，非晶矽或富矽氮化矽膜，直接覆蓋在摻雜射極層上。

Description

抗高電場衰減太陽能電池結構及其製作方法

本發明係有關於太陽能電池技術領域，特別是有關於一種抗高電場衰減(PID-resistant)太陽能電池結構及其製作方法。

高電場衰減(Potential Induced Degradation，PID)效應是一種高強度負電壓誘發的電池組件性能降低現象。PID效應在電廠實際運行中並不鮮見，嚴重時甚至可引起元件功率衰減50%以上，從而導致整個電廠的功率輸出下降。

目前，業界對於PID的檢測並沒有統一的標準，測試的方法主要有三種：1)85℃，85%的絶對濕度，外加1,000V的負向電壓，測試96小時；2)常溫環境下，外加1,000V的負向電壓，測試168小時；3)60℃，85%的絶對濕度，外加1,000V的負向電壓，測試168小時。

針對PID效應，解決方式有從系統端加強接地路徑(增加電位差)來改善，或者從模組端選用具有更高阻抗的封裝材料。其中，從實驗數據發現，以更換高阻抗封裝材料較能有效減緩PID效應，然而，其缺點是使得電池整體成本增加。

因此，有必要提出一種無需更換EVA(聚乙烯醋酸乙烯酯)封裝材料，且不會增加額外製程的改良抗高電場衰減(PID-resistant)的太陽能電池結構及其製作方法。

據此，本發明之主要目的在提供一種改良的太陽能電池結構，能夠減緩或消除PID效應，俾提昇太陽能電池的效率，並且能夠解決先前技藝之不足與缺點。

為達上述目的，本案提供一種太陽能電池結構，包含有一基板，包含有一正面以及一背面；一摻雜射極層，位於該正面；以及一抗反射層，覆蓋於該摻雜射極層上，其中該抗反射層為多層膜結構，包含有至少一離子擴散阻擋膜，例如，非晶矽(amorphous silicon)或富矽(silicon-rich)氮化矽膜，直接覆蓋在摻雜射極層上。

為讓本發明之上述目的、特徵及優點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施方式，並配合所附圖式，作詳細說明如下。然而如下之較佳實施方式與圖式僅供參考與說明用，並非用來對本發明加以限制者。

請參閱第1圖至第6圖，其為依據本發明一實施例所繪示的太陽能電池的製造方法的示意圖。

首先，如第1圖所示，提供一基板11，例如，P型摻雜矽晶圓，並進行表面清潔及表面粗糙化處理。基板11包括一正面S1及背面 S2，其中正面S1可以作為受光面。

接著，如第2圖所示，於基板11的正面S1上形成一摻雜射極層12。例如，先於基板11的正表面S1形成磷玻璃層22，再以擴散製程，例如以爐管製程，在基板11的正面S1上形成摻雜射極層12。根據本發明之實施例，摻雜射極層12係為一N+摻雜射極層。前述擴散製程溫度範圍介於800-850℃之間，濃度範圍介於1E20-4E21 atoms/cm3之間(電阻值介於85-65Ω/sq)，擴散時間為7-10分鐘。

如第3圖所示，接著以蝕刻製程，例如使用濕蝕刻製程或乾蝕刻製程，進行邊緣絕緣，並去除磷玻璃層22。

如第4圖所示，進行化學氣相沈積製程，例如電漿輔助化學氣相沈積(PECVD)，在摻雜射極層12上沈積一抗反射層13，例如氮化矽或氧化矽等。根據本發明之實施例，抗反射層13直接覆蓋於摻雜射極層12上，其中抗反射層13可以是單層膜結構或者是多層膜結構，例如兩層或三層膜。

根據本發明之實施例，抗反射層13可以是多層膜結構，如第7圖所示，包含有至少一離子擴散阻擋膜131，其結構較為緻密，可以阻擋模組玻璃中的鈉離子擴散至抗反射層13與摻雜射極層12之介面，以避免鈉離子所導致的漏電路徑。

此外，離子擴散阻擋膜131位於多層膜結構之最底層為較佳，且直接接觸摻雜射極層12。抗反射層13另包含有一上層膜133，以及一中間膜132，位於上層膜133與離子擴散阻擋膜131之間。其中上層膜131包含有氮化矽或氮氧化矽，厚度介於50-150nm，中間膜包含有氮化矽或氮氧化矽，厚度介於50-80nm。

根據本發明之實施例，離子擴散阻擋膜131包含有非晶矽(amorphous silicon)、富矽(silicon-rich)氮化矽膜、富矽氧化矽膜、富矽氮氧化矽膜。以富矽氮化矽膜為例，其CVD製程參數包括：製程溫度介於400-450℃，製程功率範圍介於6000-8000W，SiH4氣體流量600-2000sccm、NH3氣體流量7-4slm、N2氣體流量5-10slm，其中SiH4氣體流量佔整體製程氣體總量約12%至40%。

根據本發明之實施例，離子擴散阻擋膜131的厚度介於5-50nm，其厚度小於上層膜133或中間膜132，以維持抗反射層13整體光學特性，例如，第7圖所示的多層膜結構的抗反射層13，其折射率(n)為2.06±0.05，如此可得到最佳的反射率。

如第5圖所示，接著利用網印技術，於基板11的正面S1上形成指電極(圖未示)與匯流電極14，並於背面形成匯流電極15及背面電極16。其中，在匯流電極14、15可以是以銀漿形成，而背面電極16可以是以鋁漿形成。

最後，如第6圖所示，進行燒結，使匯流電極14與摻雜射極層12電耦合，並形成背面電極16電耦合的P+背面電場層25。

本發明之優點在於利用上述改良製程，即可不需要變更模組中的EVA封裝材料，也不用增加生產步驟及流程，即可通過PID測試。見第8圖，從實際的PID測試實驗數據可看出這樣的差異(兩組同樣使用First公司的F806型封裝材料)。

以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。

11‧‧‧基板

12‧‧‧摻雜射極層

13‧‧‧抗反射層

14‧‧‧匯流電極

15‧‧‧匯流電極

16‧‧‧背面電極

22‧‧‧磷玻璃層

25‧‧‧P+背面電場層

131‧‧‧離子擴散阻擋膜

132‧‧‧中間膜

133‧‧‧上層膜

S1‧‧‧正面

S2‧‧‧背面

第1圖至第6圖為依據本發明一實施例所繪示的太陽能電池的製造方法的示意圖。

第7圖例示多層膜結構的抗反射層。

第8圖為實際的PID測試實驗數據之比較圖。

11‧‧‧基板

12‧‧‧摻雜射極層

13‧‧‧抗反射層

131‧‧‧離子擴散阻擋膜

132‧‧‧中間膜

133‧‧‧上層膜

Claims (17)

1. 一種太陽能電池結構，包含有：一基板，包含有一正面以及一背面；一摻雜射極層，位於該正面；以及一抗反射層，覆蓋於該摻雜射極層上，其中該抗反射層包含有至少一離子擴散阻擋膜。
2. 如申請專利範圍第1項所述之太陽能電池結構，其中該抗反射層為多層膜結構，而該離子擴散阻擋膜位於該多層膜結構之最底層，且直接接觸該摻雜射極層。
3. 如申請專利範圍第2項所述之太陽能電池結構，其中該抗反射層另包含有一上層膜，以及一中間膜，位於該上層膜與該離子擴散阻擋膜之間。
4. 如申請專利範圍第3項所述之太陽能電池結構，其中該上層膜包含有氮化矽或氮氧化矽。
5. 如申請專利範圍第4項所述之太陽能電池結構，其中該上層膜的厚度介於50-150nm。
6. 如申請專利範圍第3項所述之太陽能電池結構，其中該中間膜包含有氮化矽或氮氧化矽。
7. 如申請專利範圍第6項所述之太陽能電池結構，其中該上層膜的厚度介於50-80nm。
8. 如申請專利範圍第1項所述之太陽能電池結構，其中該離子擴散阻擋膜包含有非晶矽。
9. 如申請專利範圍第1項所述之太陽能電池結構，其中該離子擴散阻擋膜包含有富矽氮化矽膜。
10. 如申請專利範圍第1項所述之太陽能電池結構，其中該離子擴散阻擋膜包含有富矽氧化矽膜。
11. 如申請專利範圍第1項所述之太陽能電池結構，其中該離子擴散阻擋膜包含有富矽氮氧化矽膜。
12. 如申請專利範圍第1項所述之太陽能電池結構，其中該離子擴散阻擋膜的厚度介於5-50nm。
13. 如申請專利範圍第3項所述之太陽能電池結構，其中該抗反射層的折射率(n)為2.06±0.05。
14. 如申請專利範圍第1項所述之太陽能電池結構，其中另包含至少一匯流電極，設於該正面且與該摻雜射極層電耦合。
15. 如申請專利範圍第1項所述之太陽能電池結構，其中另包含一背面電極，設於該背面，以及一背面電場層，位於該背面且與該背面電極電耦合。
16. 如申請專利範圍第15項所述之太陽能電池結構，其中該背面電場層係為一P+背面電場層。
17. 如申請專利範圍第1項所述之太陽能電池結構，其中該基板係為一P型摻雜矽晶圓，且該摻雜射極層係為一N+摻雜射極層。