TW201431103A

TW201431103A - 太陽能電池

Info

Publication number: TW201431103A
Application number: TW102103693A
Authority: TW
Inventors: Yu-Pan Pai
Original assignee: Motech Ind Inc
Priority date: 2013-01-31
Filing date: 2013-01-31
Publication date: 2014-08-01
Also published as: CN103247700A; TWI496302B

Abstract

本發明係揭露一種太陽能電池，至少包含具有受光面之基板、分別配置於受光面之匯流電極以及複數個指狀電極。指狀電極係與匯流電極垂直地電性連接，且每一指狀電極包含電性相連接之第一電極部及第二電極部，其中第一電極部之寬度與第二電極部之寬度相同，且第二電極部具有至少兩個延伸電極部及位於延伸電極部之間之至少一缺口。缺口從第二電極部之第一端朝遠離匯流電極之方向延伸至第二電極部之第二端，其中第一電極部之第二端連接至第二電極部之第一端，第一電極部之第一端連接至匯流電極，第二電極部之第二端朝遠離匯流電極之方向延伸。

Description

太陽能電池

本發明是有關於一種太陽能電池，特別是有關於一種可減少指狀電極傳輸電子時功率流失的太陽能電池。

隨著石油價格的一再攀升以及環保意識逐漸的抬頭，人們積極地尋找及開發替代的能源。其中，太陽能的利用為最主要的技術發展方向。

太陽能電池最基本的結構可分為N型與P型半導體層、抗反射層(anti-reflection layer)及金屬電極等三個主要部份。其中，N型與P型半導體層是光伏特效應的來源；抗反射層乃用於減少入射光的反射以增強電流；金屬電極則是用來連接元件和外部負載。太陽能電池的各個構件都具有繁複之製程，其製程方法之成效影響著太陽能轉換為電能的轉換效率，而能否提高光電轉換效率以降低太陽能電池的產電成本是影響太陽能產業的發展的關鍵因素。因此，業界注入龐大的資金以及人力去研究太陽能電池之製程方法，以期獲得較高之光電轉換效能。

請參閱第1圖及第2圖，其係為習知太陽能電池之上視圖及局部放大示意圖。習知太陽能電池包含具有受光面46之電池本體44以及位於電池本體44上之匯流電極(bus electrode)40及指狀電極(finger electrode)42。如第1圖及第2圖所示，習知的太陽能電池其指狀電極42係以寬度W4朝遠離匯流電極40之方向等寬地延伸。並且，電子藉由指狀電極42匯集到匯流電極40，並藉由匯流電極40匯出至外部負載。影響太陽能電池光電轉換效率的因素除了金屬電極於太陽能電池上的遮蔽率外，金屬電極中指狀電極的形貌亦扮演著重要的角色。由於在進行電子傳輸的過程中，隨著傳輸路徑地增加，指狀電極傳輸電子的電荷累積量亦隨之增加，因此不僅造成接近匯流電極處之指狀電極的電阻上升，不利於指狀電極傳輸電子，同時也增加指狀電極之功率流失(power loss)量，進而影響太陽能電池之光電轉換效率。

有鑑於上述習知技藝之問題，本發明之其中一目的就是在提供一種太陽能電池，藉以在指狀電極的面積相同於習知太陽能電池之指狀電極之條件下，經由改良指狀電極的形貌，而達到減低接近匯流電極處之指狀電極的電阻以及達到降低指狀電極的功率流失量之目的。

為達前述目的，本發明提出一種太陽能電池，其可減低接近匯流電極處之指狀電極的電阻以及降低指狀電極的功率流失量，因此可藉以提升太陽能電池之光電轉換效率。

本發明之太陽能電池，至少包含具有受光面之基板、配置於受光面上之匯流電極(bus electrode)以及複數個指狀電極(finger electrode)。本發明之太陽能電池之電極結構可為網印印刷電極或電鍍電極。上述複數個指狀電極係與匯流電極垂直地連接，且每一指狀電極包含電性相連接之第一電極部及第二電極部，其中第一電極部之寬度與第二電極部之寬度相同，且第二電極部具有至少兩個延伸電極部及位於延伸電極部之間之至少一缺口，缺口從第二電極部之第一端朝遠離匯流電極之方向延伸至第二電極部之第二端，其中第一電極部之第二端連接至第二電極部之第一端，第一電極部之第一端連接至匯流電極，第二電極部之第二端朝遠離匯流電極之方向延伸。

根據本發明之太陽能電池之第一實施例之第一態樣，本發明之第二電極部之缺口形狀為矩形。

根據本發明之太陽能電池之第一實施例之第二態樣，本發明之第二電極部之缺口形狀為三角形。

根據本發明之太陽能電池之第一實施例之第三態樣，本發明之第二電極部之缺口形狀為梯形。

根據本發明之太陽能電池之第一實施例之第四態樣，本發明之第一電極部之長度與第二電極部之長度相等。

根據本發明之太陽能電池之第一實施例之第五態樣，本發明之第二電極部之缺口長度不大於每一指狀電極之長度的一半。

根據本發明之太陽能電池之第一實施例之第六態樣，本發明之指狀電極係等距地垂直於匯流電極，且指狀電極之間距介於1.5mm至2.0mm之間。

根據本發明之太陽能電池之第一實施例之第七態樣，本發明之第一電極部之寬度係為延伸電極部之寬度的2至6倍。

根據本發明之太陽能電池之第一實施例之第八態樣，本發明之延伸電極部更包含至少一另一缺口，此另一缺口自延伸電極部之一端延伸至第二電極部之第二端。

根據本發明之太陽能電池之第二實施例，本發明之太陽能電池之第二電極部與另一太陽能電池之第二電極部電性連接，且這兩個太陽能電池之構造相同。

根據本發明之太陽能電池之第三實施例，本發明之太陽能電池更包含一導線電性連接太陽能電池之匯流電極以構成太陽能電池模組。

承上所述，依本發明之太陽能電池，其可具有一或多個下述優點：

(1)本發明之太陽能電池，藉由改良指狀電極之形貌，可減低接近匯流電極處之指狀電極的電阻並降低指狀電極的功率流失量。

(2)本發明之太陽能電池，藉由改良指狀電極之形貌，可提升太陽能電池之光電轉換效率。

請參閱第3圖，其係為本發明之太陽能電池之第一實施例之上視圖。如第3圖所示，本發明之太陽能電池100至少包含具有受光面50之基板、匯流電極10以及複數個指狀電極20，且指狀電極20係例如實質上與匯流電極10垂直地電性連接。其中，基板之受光面50用以將太陽能轉換成電能。此外，為避免太陽能電池中的指狀電極因斷線或其他因素造成指狀電極無法順利將電子傳輸至匯流電極之問題。因此，如第3圖所示，本發明更可依據實際需求而於太陽能電池100之外部圍繞一周邊電極30。由於周邊電極30係電性連接指狀電極20及匯流電極10，故可避免因指狀電極20無法順利傳輸電子，而影響太陽能電池100之光電轉換效率。此外，本發明之太陽能電池100中匯流電極10以及指狀電極20可依據實際需求為網印印刷法製得之網印印刷電極或電鍍製程製得之電鍍電極。

請參閱第4圖，其係繪示第3圖中本發明之太陽能電池的局部放大示意圖。如第4圖所示，指狀電極20係與匯流電極10垂直地連接，且每一指狀電極20包含電性相連接之第一電極部201及第二電極部202。其中，第一電極部201之寬度W1與第二電極部202之寬度W2相同，且第二電極部202具有至少兩個延伸電極部206及位於延伸電極部206之間之至少一缺口204，缺口204從第二電極部之第一端209朝遠離匯流電極10之方向延伸至第二電極部之第二端210，其中第一電極部之第二端208連接至第二電極部之第一端209，第一電極部201之第一端207連接至匯流電極10，第二電極部202之第二端210朝遠離匯流電極10之方向延伸。

請繼續參閱第5圖及第6圖，其係繪示本發明之太陽能電池中指狀電極之缺口態樣示意圖。如第4圖至第6圖所示，本發明之太陽能電池中缺口204的形狀可為矩形、三角形或梯形。

在指狀電極的面積相同於習知指狀電極之條件下，本發明藉由改良太陽能電池之電極結構中指狀電極的形貌，可達到減低接近匯流電極處之指狀電極的電阻以及達到降低指狀電極的功率流失量之目的。

舉例而言，在本發明太陽能電池之電極結構中，第一電極部201的長度L1可與第二電極部202的長度L2相等。或者，第二電極部202之缺口204的長度L3不大於每一指狀電極20之長度L5的一半。此外，在本發明之電極結構中，彼此相鄰之指狀電極20係以間距d等距地垂直於匯流電極10，且指狀電極20之間距d可介於1.5mm至2.0mm之間。除此之外，本發明之太陽能電池的第一電極部201之寬度W1可為延伸電極部206之寬度W3的2至6倍。

如第7圖所示，本發明之太陽能電池中第二電極部202之延伸電極部206中更可包含至少一缺口212，以提高太陽能電池中指狀電極的電子傳輸能力，其中此缺口212自延伸電極部之一端211延伸至第二電極部之第二端210。

此外，本發明之太陽能電池100之電極結構更可將相鄰之指狀電極20彼此電性連接。如第8圖所示，在本發明之太陽能電池的第二實施例中，第二電極部202與另一太陽能電池電極結構之第二電極部202電性連接，且這兩個太陽能電池100電極結構之構造相同。本發明第二實施例與第一實施例差異之處僅在於，第二實施例太陽能電池電極結構之第二電極部與另一太陽能電池電極結構之第二電極部電性連接。此外，如第8圖所示，本發明之太陽能電池電極結構之第二實施例如同第一實施例，可依據實際需求而於太陽能電池電極結構之外部圍繞一周邊電極30，以避免太陽能電池電極結構中的指狀電極因斷線或其他因素，造成指狀電極無法順利將電子傳輸至匯流電極之問題。

在本發明之太陽能電池之第三實施例中，更包含導線電性連接太陽能電池之匯流電極以構成太陽能電池模組。此外，每一太陽能電池模組更可視實際需求而與另一太陽能電池模組彼此串接，如第9圖所示，太陽能電池模組62藉由導線60連接另一太陽能電池模組62之匯流電極10(為求圖式簡潔，第9圖中未繪示)，且太陽能電池模組62與另一太陽能電池模組62之構造相同。藉由彼此串接太陽能電池模組62可提高太陽能電池光電轉換之傳輸效率。

功率流失量比較：由於太陽能電池中電極結構(例如匯流電極及指狀電極)的材料一般選用鎳、銀、鋁、銅及鈀等金屬的搭配組合，金屬材料之電極結構於太陽能電池上覆蓋的表面積會遮蔽太陽的入射光，因此金屬電極覆蓋於太陽能電池上的表面積對於太陽能電池的光電轉換效率極為重要。

此外，為了瞭解相較於習知太陽能電池之電極結構，本發明之太陽能電池之指狀電極結構改善指狀電極之功率流失量的程度。因此，本發明係在本發明之太陽能電池之電極結構以及習知太陽能電池之電極結構，兩者的指狀電極具有相同之面積之條件下進行比較。

太陽能電池之電極結構中指狀電極的功率流失量可經下列公式(1)計算而得：

其中x表示指狀電極積分之長度，J表示最大功率點之電流量，S表示指狀電極彼此間之間距，ρ表示指狀電極材料的電阻率，W表示指狀電極之寬度，h表示指狀電極之高度，dx表示每一小單位指狀電極之長度。上述公式(1)表示將指狀電極自長度0積分至長度L所得之功率流失量。

請一併參閱第2圖及第4圖：如第2圖所示，習知太陽能電池之電極結構中指狀電極42之長度為L4，而寬度為W4；而第4圖所示的本發明太陽能電池之電極結構，指狀電極之長度為L5，寬度為W1，且缺口之長度L3為指狀電極之長度L5的一半。在本發明之電極結構與習知之電極結構，兩者的指狀電極皆具有相同面積之條件下，舉例來說，例如當兩者的指狀電極之長度相等(即指狀電極之長度L=L5=L4)且本發明電極結構中之指狀電極的寬度W1為延伸電極部的寬度W3的4倍(即W1=4W3)，則本發明電極結構中指狀電極之寬度W1為習知電極結構中指狀電極之寬度W4的4/3倍(即指狀電極之寬度W=W4，W1=4/3W4)。在本發明之電極結構與習知之電極結構的最大功率點之電流量J、指狀電極彼此間之間距S、指狀電極材料的電阻率ρ、指狀電極之高度d皆相同之條件下，經上列公式(1)計算後可知，習知太陽能電池之電極結構，其指狀電極之功率流失量為(1/3)L³J²S² ρ/(Wh)；而本發明太陽能電池之電極結構，其指狀電極之功率流失量為(1/3)L³J²S² ρ/(Wh)*(99/128)。因此，本發明之太陽能電池之電極結構可有效減少指狀電極之功率流失量約22.66%。

使用者可視實際需求調整電極結構之指狀電極之長度或寬度，且由本發明之研究顯現，藉由本發明改良之太陽能電池之電極結構，可減少指狀電極之功率流失量，因此，本發明之太陽能電池可有效提高太陽能電池之光電轉換效率。

以上所述僅為舉例性，而非為限制性者。任何未脫離本發明之精神與範疇，而對其進行之等效修改或變更，均應包含於後附之申請專利範圍中。

100‧‧‧太陽能電池

30‧‧‧周邊電極

50、46‧‧‧受光面

10、40‧‧‧匯流電極

20、42‧‧‧指狀電極

44‧‧‧電池本體

201‧‧‧第一電極部

202‧‧‧第二電極部

W1、W2、W3、W4‧‧‧寬度

204、212‧‧‧缺口

206‧‧‧延伸電極部

L1、L2、L3、L4、L5‧‧‧長度

d‧‧‧間距

60‧‧‧導線

62‧‧‧太陽能電池模組

207‧‧‧第一電極部之第一端

208‧‧‧第一電極部之第二端

209‧‧‧第二電極部之第一端

210‧‧‧第二電極部之第二端

211‧‧‧延伸電極部之一端

第1圖係為習知太陽能電池之上視圖。

第2圖係為第1圖中太陽能電池之局部放大示意圖。

第3圖係為本發明之太陽能電池之第一實施例之上視圖。

第4圖係繪示第3圖中本發明之太陽能電池的局部放大示意圖。

第5圖至第6圖係繪示本發明之太陽能電池中指狀電極之缺口態樣示意圖。

第7圖係為本發明之太陽能電池中延伸電極部更包含缺口之示意圖。

第8圖係為本發明之太陽能電池之第二實施例之上視圖。

第9圖係為本發明之太陽能電池模組彼此串接之側視圖。

100‧‧‧太陽能電池

10‧‧‧匯流電極

20‧‧‧指狀電極

50‧‧‧受光面

30‧‧‧周邊電極

Claims

一種太陽能電池，包含：一基板，具有一受光面；一匯流電極(bus electrode)配置於該受光面上；以及複數個指狀電極(finger electrode)配置於該受光面上，該些指狀電極係與該匯流電極垂直地連接，且每一該些指狀電極包含電性相連接之一第一電極部及一第二電極部，其中該第一電極部之寬度與該第二電極部之寬度相同，且該第二電極部具有至少兩個延伸電極部及位於該些延伸電極部之間之至少一缺口，該缺口從該第二電極部之第一端朝遠離該匯流電極之方向延伸至該第二電極部之第二端，其中該第一電極部之第二端連接至該第二電極部之第一端，該第一電極部之第一端連接至該匯流電極，該第二電極部之第二端朝遠離該匯流電極之方向延伸。
如申請專利範圍第1項所述之太陽能電池，其中該第一電極部之長度與該第二電極部之長度相等。
如申請專利範圍第1項所述之太陽能電池，其中該第二電極部之該缺口之形狀為矩形、三角形或梯形。
如申請專利範圍第1項所述之太陽能電池，其中該第二電極部之該缺口之長度不大於每一該些指狀電極之長度的一半。
如申請專利範圍第1項所述之太陽能電池，其中該些指狀電極係等距地垂直於該匯流電極。
如申請專利範圍第5項所述之太陽能電池，其中該些指狀電極之間距介於1.5mm至2.0mm之間。
如申請專利範圍第1項所述之太陽能電池，其中該第一電極部之寬度係為該延伸電極部之寬度的2至6倍。
如申請專利範圍第1項所述之太陽能電池，其中該延伸電極部更包含至少一另一缺口，該另一缺口自該延伸電極部之一端延伸至該第二電極部之第二端。
如申請專利範圍第1項所述之太陽能電池，其中該太陽能電池之該第二電極部與另一太陽能電池之第二電極部電性連接，且該太陽能電池與該另一太陽能電池之構造相同。
如申請專利範圍第1項所述之太陽能電池，更包含一導線電性連接該太陽能電池之該匯流電極以構成一太陽能電池模組。