TW201445751A - 太陽能電池及其模組 - Google Patents

Abstract

一種太陽能電池及其模組，該太陽能電池包含：一基板、一配置於該基板的一背面處的鈍化層、數個位於該鈍化層上的第一線狀開孔、數個分別位於該數個第一線狀開孔中的第一導電部、數個合金結構，及數個電極部。每一個合金結構接觸該數個電極部中的至少一個。藉由每一個合金結構皆與電極部接觸，可形成完善的導電網路，以縮短載子傳導的路徑長度，進而能降低電流損耗，提升電流收集效率與光電轉換效率。

Description

太陽能電池及其模組

本發明是有關於一種太陽能電池及其模組，特別是指一種矽晶太陽能電池及其模組。

參閱圖1、2(為便於說明，將圖2太陽能電池的背面朝上繪製)，傳統的矽晶太陽能電池主要包含：一具有相反的一受光的正面811與一背光的背面812的基板81、一位於該正面811的正面電極82、數個位於該背面812的匯流電極83，以及一位於該背面812且連接該數個匯流電極83的背面電極84。一般而言，傳統電池中鋁材質的背面電極84用於焊接的效果不佳，通常會使用銀鋁混合之材質的匯流電極83來與焊帶導線(ribbon)作焊接。

參閱圖3、4(為便於說明，將圖4太陽能電池的背面朝上繪製)，為了提升電池效能，目前有一種改良結構的太陽能電池，包含：一具有一受光的正面911與一背光的背面912的基板91、一位於該正面911的正面電極92、數個位於該背面912的局部背表面電場(Local Back Surface Field，簡稱LBSF)98與數個鋁矽合金結構93、一位於該背面912上的鈍化層94、數個位於該鈍化層94上的 線狀開孔95、一背面電極96，以及數個連接該背面電極96的電極組97。

其中，該背面電極96包括數個可分別經由該數個線狀開孔95而接觸該數個鋁矽合金結構93的第一導電部961，以及一覆蓋在該鈍化層94表面並連接該數個第一導電部961的第二導電部962。該數個電極組97為間隔排列，每一電極組97包括數個彼此間隔的電極部971。

藉由該鈍化層94修補、降低該基板91的表面缺陷，進而降低載子在該基板91的背面912處的複合速率，以提升電池的轉換效率。而該數個局部背表面電場98與鋁矽合金結構93分別對應該數個線狀開孔95地位於該背面912處，局部背表面電場98的摻雜濃度大於該基板91的摻雜濃度，可幫助提升載子收集效率及光電轉換效率。

因此圖3、4的電池相較於圖1、2的傳統電池具有更高的轉換效率。而圖3、4的電池之通過各個鋁矽合金結構93處的載子可經由該背面電極96與該數個電極部971傳導至外部，其中，因為大部分的線狀開孔95與該數個電極部971的位置有局部重疊對應，因此對應於這些部位的鋁矽合金結構93處的載子要傳導到電極部971的路徑較短(如圖4的箭頭A)，傳導能力佳。但實際上該電池結構仍有缺失，因為該數個電極部971與該數個線狀開孔95的配置關係未經過特殊設計，往往會有一些線狀開孔95未與電極部971的位置重疊，例如圖3所示的第一個線狀開孔95與最一個線狀開孔95皆未與電極部971的位置對應，造 成對應於該第一個線狀開孔95與該最後一個線狀開孔95的該兩個合金結構93未與電極部971接觸，使得載子經鋁矽合金結構93傳導後，仍必須經過外部的第一導電部961和第二導電部962才能傳遞到電極部971，如此載子的傳導路徑將會增加(如圖4的箭頭B)，影響電池之電性效果；以及，又因背面電極96的材質是鋁與一些混合物組合而成，其電阻較該鋁矽合金結構93高出許多，故而若電的傳導需經過背面電極96上的第一導電部961和第二導電部962時，容易造成電流損耗，導致電流收集效率不佳以及光電轉換效率降低。

因此，本發明之目的，即在提供一種能提升載子傳導能力，並可增加電流收集效率及光電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：一基板、一射極層、一正面電極、一鈍化層、數個第一線狀開孔、數個第一導電部、數個合金結構，及數個電極部。

該基板包括一受光的正面及一相對於該正面的背面。該射極層配置於該正面處。該正面電極配置於該正面處並接觸該射極層。該鈍化層配置於該背面處。該數個第一線狀開孔位於該鈍化層上，該數個第一線狀開孔沿一第一方向延伸並且沿一第二方向間隔排列。該數個第一導電部分別位於該數個第一線狀開孔並沿該第一方向延伸。該數個合金結構形成於該背面並分別對應該數個第一線狀 開孔而沿該第一方向延伸，其中各該合金結構位於各該第一導電部與該基板之間，並接觸各該第一導電部。該數個電極部配置於該鈍化層上並沿該第二方向間隔排列，其中每一個合金結構與該數個電極部中的至少一個電極部接觸。

本發明還提供另一種太陽能電池，主要是改變電極部的結構。該另一種太陽能電池包含一配置於該鈍化層上並沿該第二方向延伸的電極部，該電極部的兩端分別靠近該基板的兩個相對的側邊，且該電極部與該數個合金結構中的每一個合金結構接觸。

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、至少一個如上述的任一種且排列於該第一板材與該第二板材之間的太陽能電池，及一位於該第一板材與該第二板材之間並接觸該太陽能電池的封裝材。

本發明之功效：藉由使每一個合金結構皆與電極部接觸，可形成完善的導電網路，以縮短載子傳導的路徑長度，進而能降低電流損耗，提升電流收集效率與光電轉換效率。

1‧‧‧第一板材

36‧‧‧第一導電部

2‧‧‧第二板材

37‧‧‧連接導電部

3‧‧‧太陽能電池

380‧‧‧電極組

30‧‧‧局部背表面電場

38‧‧‧電極部

31‧‧‧基板

39‧‧‧第二導電部

311‧‧‧正面

4‧‧‧封裝材

312‧‧‧背面

51‧‧‧第一方向

313‧‧‧射極層

52‧‧‧第二方向

314‧‧‧側邊

61‧‧‧銜接開孔

32‧‧‧正面電極

62‧‧‧第三導電部

33‧‧‧鈍化層

71‧‧‧第二線狀開孔

34‧‧‧合金結構

72‧‧‧第四導電部

35‧‧‧第一線狀開孔

8‧‧‧焊帶導線

本發明之其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現，其中：圖1是一種已知太陽能電池的背面示意圖；圖2是沿圖1之A-A線所取的剖視圖； 圖3是另一種已知太陽能電池的背面示意圖；圖4是圖3的太陽能電池的局部立體剖視圖；圖5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6是該第一較佳實施例的一太陽能電池的背面示意圖；圖7是沿圖6之B-B線所取的剖視圖；圖8是沿圖6之C-C線所取的剖視圖；圖9是該第一較佳實施例的該太陽能電池之背面朝上的局部立體剖視圖，圖中的箭頭示意載子傳導方向；圖10是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的背面示意圖；圖11是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的背面示意圖；圖12是本發明太陽能電池模組之一第四較佳實施例的一太陽能電池的背面示意圖；及圖13是本發明太陽能電池模組之一第五較佳實施例的一太陽能電池的背面示意圖。

在本發明被詳細描述之前，應當注意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5、6，本發明太陽能電池模組之第一較佳實施例包含：相對設置的一第一板材1與一第二板材2、數個陣列式排列於該第一板材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，並接觸該數個太陽能電池3的封裝材4。其中，該模組可以包含至少一太陽能電池3即可，不以數個太陽能電池3為絕對之必要。

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。若為雙面受光之太陽能電池時，則該第一板材1與該第二板材2皆必須可透光。該封裝材4的材質例如可透光的乙烯醋酸乙烯共聚物(EVA)，或其他可用於太陽能電池模組封裝的相關材料。

該數個太陽能電池3透過焊帶導線(ribbon)8電連接。該數個太陽能電池3的結構都相同，以下僅以其中一個為例進行說明。但在一模組中的數個電池的結構不以相同為絕對之必要。

參閱圖6、7、8、9，該太陽能電池3包含：一基板31、一正面電極32、一鈍化層33、數個鋁矽之合金結構34、數個第一線狀開孔35、數個第一導電部36、一個連接導電部37，及數個電極組380。

該基板31包括一受光的正面311，及一相對於該正面311的背面312，該基板31例如但不限於矽基板，且該正面311處配置一射極層313，該射極層313與該基板31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，該基板31的正面311還可配置一圖未示出的抗反射層，可提升電池的入光量。

該正面電極32配置於該正面311處並接觸該射極層313，該正面電極32與該數個第一導電部36、該連接導電部37及該數個電極組380配合輸出該電池的電能。

該鈍化層33配置於該基板31的背面312處，用於鈍化與修補該背面312，從而降低載子表面複合速率(Surface Recombination Velocity，簡稱SRV)。該鈍化層33的材質例如氧化物、氮化物、氧化物與氮化物之組合，或其他可用於鈍化、修補該基板31表面的介電材料。

該數個合金結構34位於該基板31的背面312處，且分別對應該數個第一線狀開孔35的位置，並且皆沿一第一方向51延伸。且每一該合金結構34與該基板31內部間具有一與該基板31的導電性相同的局部背表面電場(LBSF)30，局部背表面電場30的摻雜濃度大於該基板31的摻雜濃度，藉由局部背表面電場30的電場作用阻擋電子朝該背面312的方向移動，使電子被收集於該射極層313，以提升載子收集效率及轉換效率。又，該合金結構34於實施上是指鋁矽合金結構，其中矽含量約佔12.6%，而局部背表面電場30中的鋁含量約為1%和99%的矽，此僅是舉例但不以此為限。

該數個第一線狀開孔35相間隔地位於該鈍化層33上，該數個第一線狀開孔35沿該第一方向51延伸並且沿一垂直該第一方向51的第二方向52間隔排列。在實施時，也可以於任兩第一線狀開孔35之間設置其他開孔以將第一線狀開孔35相連。

該數個第一導電部36分別位於該數個第一線狀開孔35並沿該第一方向51延伸，且接觸該基板31的該背面312的該數個合金結構34。每一第一導電部36局部填入與其相對應的該第一線狀開孔35中，且局部露出於第一線狀開孔35外。該連接導電部37位於該鈍化層33的表面上並連接該數個第一導電部36以及該數個電極部38。該數個第一導電部36與該連接導電部37的材料例如但不限於鋁，於實施上，為相同材質的包含鋁的混合物。

該數個電極組380配置於該鈍化層33上，且該數個電極組380彼此間沿該第一方向51間隔排列。每一電極組380包括數個沿該第二方向52間隔排列的電極部38，電極部38的材料例如但不限於銀，於實施上，為包含銀的混合物。每一電極組380中的該數個電極部38中的至少一電極部38，接觸該數個合金結構34中的至少一個合金結構34，較佳地為每一電極部38接觸至少一個合金結構34。而且每一個合金結構34與該數個電極部38中的至少一個電極部38接觸。具體而言，本實施例的每一電極組380中的該數個電極部38與該數個合金結構34為一對一的接觸關係，各該合金結構34位於每一電極組380的各該第一導電部38與該基板31之間。

需要說明的是，本發明之電極組380的數量也可以為一個。此外，本實施例的每一該電極部38與該基板31的該背面312之間設有一第二導電部39，該第二導電部39位於該數個第一線狀開孔35中的一個內，其中電流自 合金結構34傳至第二導電部39後，再直接傳導到該數個電極部38。第二導電部39的材料可以為銀或/及鋁的混合物，可以利用一次網印作業同時形成第二導電部39與電極部38(此時第二導電部39與電極部38之間無分界)，此時該電極部38與第二導電部39的材質例如為銀與鋁的混合物(其中銀的比例遠高於鋁，故俗稱背銀漿)，之後再對位網印該數個第一導電部36與該連接導電部37，此時該第一導電部36與連接導電部37的材質例如為鋁的混合物。故而，若前述之第二導電部39使用鋁時，可以利用一次網印作業先同時形成第二導電部39、第一導電部36與連接導電部37，之後再網印形成該數個電極部38；當然，此時所網印的第二導電部39可透過網版乳劑層厚度之調控等方式使其厚度較第一導電部36與連接導電部37薄上許多，從而使之後網印的電極部38的高度與第一導電部36及連接導電部37的高度不致產生過大之落差。此外，於實施上，通常採用先網印第二導電部39與電極部38即俗稱之背銀，後網印第一導電部36與連接導電部37之順序來製作背面電極即俗稱之背鋁，其中，背銀的周圍通常會被背鋁所覆蓋而有重疊之現象，亦即兩者會有所接觸。

另外，本發明不以設置第二導電部39為必要，當未設置第二導電部39時，該鈍化層33之對應該數個電極部38的部位可以不需要形成孔洞，此時該數個電極部38位於該鈍化層33的表面上，此時，電流的傳導即可於合金結構34傳遞至上述之背鋁與背銀之重疊處，並進一步 直接傳遞到上述的電極部38。

綜上所述，由於本發明的該數個合金結構34皆與電極部38具有上下對應之關係，於實施上其為具有兩者直接接觸之設計，或是如上述未設置第二導電部39時，仍可具有電流傳遞效果之間接傳遞之導電效果。另言之，在本發明的合金結構34與電極部38的特殊配置關係之下，可形成完善的導電網路、縮短載子傳導的路徑長度，使該數個合金結構34的位置皆可與至少一個電極部38的位置對應到。如此一來，該基板31內所產生之載子於傳導時，就能經由合金結構34以較短的路徑傳導至與該合金結構34接觸的該電極部38，而不需要經由外部的第一導電部36與連接導電部37才能傳導給電極部38，進而能降低電流損耗(請參照本發明之先前技術之說明，因為第一導電部36與連接導電部37為鋁混合物之電極，其電阻較(鋁矽)合金結構34為高，有礙電流傳導)，從而提升電池的電流收集效率與光電轉換效率。

又或者該數個合金結構34分別與該數個第二導電部39直接接觸時，該數個合金結構34處的載子則可分別透過該數個第二導電部39傳導至該數個電極部38，並且當第二導電部39與電極部38皆使用銀漿網印形成時，每一組相對應的該第二導電部39與該電極部38可視為一整體，此時該數個合金結構34則相當於直接接觸該數個導電部38，可達到更直接、更好的載子傳導效果。

參閱圖10，本發明太陽能電池模組的第二較佳 實施例，與該第一較佳實施例不同的地方在於：本實施例的太陽能電池3的每一電極部38接觸兩個合金結構34，而且在實施上每一電極部38也可以接觸三個、四個或更多個合金結構34。

參閱圖11，本發明太陽能電池模組的第三較佳實施例，與該第一較佳實施例不同的地方在於：本實施例的太陽能電池3還包含數個位於該鈍化層上並且皆沿該第二方向52延伸的銜接開孔61，該數個銜接開孔61分別連接在該數個第一線狀開孔35中的任兩相鄰的第一線狀開孔35的同側至少一端之間，且該數個銜接開孔61彼此間不連接。每一該銜接開孔61上有一個與位於該任兩相鄰的第一線狀開孔35的該兩第一導電部36分別連接的第三導電部62，其中對應於第一導電部36與第三導電部62之基板背面處會形成鋁矽之合金結構34，亦即藉由第三導電部62連接該數個第一導電部36之設計於燒結後，可形成連續的鋁矽之合金結構34的導電網路，從而提升電流收集效率。於實施上，該數個銜接開孔61與對應的該數個第三導電部62通常位於靠近該基板31的相對兩側邊處。

具體而言，該數個銜接開孔61可分為兩組，其中一組的該數個銜接開孔61分別連接在第n個及第n+1個第一線狀開孔35的一端之間，且n=1、3、5…等奇數；另一組的該數個銜接開孔61分別連接在第m個及第m+1個第一線狀開孔35的一端之間，m=2、4、6…等偶數。

參閱圖12，本發明太陽能電池模組的第四較佳 實施例，與該第一較佳實施例不同的地方在於：本實施例的太陽能電池3還包含兩個位於該鈍化層並且皆沿該第二方向52延伸的第二線狀開孔71，該兩個第二線狀開孔71沿該第一方向51間隔排列並連接在該數個第一線狀開孔35的相反兩端。每一該第二線狀開孔71上有一個與位於該數個第一線狀開孔35的該數個第一導電部36連接的第四導電部72，其中於第四導電部72對應之基板背面處同樣具有鋁矽之合金結構34，透過如此之設計可形成全面連續的導電網路，從而提升電流收集效率。

參閱圖13，本發明太陽能電池模組的第五較佳實施例，與該第一較佳實施例不同的地方在於電極部38的設計。本實施例包含數個電極部38，該數個電極部38皆沿該第二方向52延伸並沿該第一方向51間隔排列。本實施例的每一電極部38為一體式的連續延伸的長條狀，而且每一電極部38的兩端分別靠近該基板31之沿該第二方向52間隔排列的兩個相對的側邊314。每一電極部38接觸每一合金結構34。當然，本實施例也可以只設置一個長條的電極部38，只要該電極部38可接觸所有的合金結構34就能達到本發明的目的。此外，本實施例在改良電極部38結構的情況下，同樣可以搭配該第三較佳實施例(圖11)的銜接開孔61與第三導電部62及其所對應之合金結構34的設計，或搭配該第四較佳實施例(圖12)的第二線狀開孔71與第四導電部72及其所對應之合金結構34的設計。此外，本實施例的該電極部38與該基板31之間設有數個第二導 電部(圖13未示，請參酌圖9)，每一第二導電部分別位於每一第一線狀開孔35中。

綜上所述，本發明的精神主要是藉由電極部38連接各個合金結構34，以縮短載子傳導路徑，從而可提升電流收集效率與光電轉換效率。實施時該數個電極部38與合金結構34的形狀、連接關係等設計都不須限制，只要能形成上述的結構配置關係即為本發明之保護範圍。當然，於實施上，採用第一至四較佳實施例的該數個間隔的電極部38之方式亦可有效節省材料之成本。

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專利說明書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。

3‧‧‧太陽能電池

37‧‧‧連接導電部

31‧‧‧基板

380‧‧‧電極組

34‧‧‧合金結構

38‧‧‧電極部

35‧‧‧第一線狀開孔

51‧‧‧第一方向

36‧‧‧第一導電部

52‧‧‧第二方向

Claims (11)

1. 一種太陽能電池，包含：一基板，包括一受光的正面及一相對於該正面的背面；一射極層，配置於該正面處；一正面電極，配置於該正面處並接觸該射極層；一鈍化層，配置於該背面處；數個第一線狀開孔，位於該鈍化層上，該數個第一線狀開孔沿一第一方向延伸並且沿一第二方向間隔排列；數個第一導電部，分別位於該數個第一線狀開孔並沿該第一方向延伸；數個合金結構，形成於該背面並分別對應該數個第一線狀開孔而沿該第一方向延伸，其中各該合金結構位於各該第一導電部與該基板之間，並接觸各該第一導電部；及數個電極部，配置於該鈍化層上並沿該第二方向間隔排列，其中每一個合金結構與該數個電極部中的至少一個電極部接觸。
2. 如請求項1所述的太陽能電池，其中，每一電極部接觸該數個合金結構中的至少一個合金結構。
3. 如請求項1所述的太陽能電池，其中，每一該電極部與該基板之間設有一第二導電部，該第二導電部位於該數個第一線狀開孔中的一個內。
4. 如請求項1所述的太陽能電池，還包含數個位於該鈍化層上的銜接開孔，該數個銜接開孔分別連接在該數個第一線狀開孔中的任兩相鄰的第一線狀開孔的同側至少一端之間，每一該銜接開孔上有一個與位於該任兩相鄰的第一線狀開孔的該兩第一導電部分別連接的第三導電部。
5. 如請求項1所述的太陽能電池，還包含一位於該鈍化層的表面上並連接該數個電極部以及該數個第一導電部的連接導電部。
6. 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；至少一個如請求項1至5中任一項所述的太陽能電池，排列於該第一板材與該第二板材之間；及一封裝材，位於該第一板材與該第二板材之間，並接觸該太陽能電池。
7. 一種太陽能電池，包含：一基板，包括一受光的正面及一相對於該正面的背面；一射極層，配置於該正面處；一正面電極，配置於該正面處並接觸該射極層；一鈍化層，配置於該背面處；數個第一線狀開孔，位於該鈍化層上，該數個第一線狀開孔沿一第一方向延伸並且沿一第二方向間隔排列； 數個第一導電部，分別位於該數個第一線狀開孔並沿該第一方向延伸；數個合金結構，形成於該背面並分別對應該數個第一線狀開孔而沿該第一方向延伸，其中各該合金結構位於各該第一導電部與該基板之間，並接觸各該第一導電部；及一電極部，配置於該鈍化層上並沿該第二方向延伸，其中該電極部的兩端分別靠近該基板的兩個相對的側邊，且該電極部與該數個合金結構中的每一個合金結構接觸。
8. 如請求項7所述的太陽能電池，其中，該電極部與該基板之間設有數個第二導電部，每一第二導電部分別位於每一第一線狀開孔中。
9. 如請求項7所述的太陽能電池，還包含數個位於該鈍化層上的銜接開孔，該數個銜接開孔分別連接在該數個第一線狀開孔中的任兩相鄰的第一線狀開孔的同側至少一端之間，每一該銜接開孔上有一個與位於該任兩相鄰的第一線狀開孔的該兩第一導電部分別連接的第三導電部。
10. 如請求項7所述的太陽能電池，還包含一位於該鈍化層的表面上並連接該電極部以及該數個第一導電部的連接導電部。
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； 至少一個如請求項7至10中任一項所述的太陽能電池，排列於該第一板材與該第二板材之間；及一封裝材，位於該第一板材與該第二板材之間，並接觸該太陽能電池。