TW201501336A

TW201501336A - 太陽能電池及其模組

Info

Publication number: TW201501336A
Application number: TW102121939A
Authority: TW
Inventors: Liang-Pin Chen; Yu-Pan Pai
Original assignee: Motech Ind Inc
Priority date: 2013-06-20
Filing date: 2013-06-20
Publication date: 2015-01-01
Also published as: TWI497733B

Abstract

一種太陽能電池及其模組，該太陽能電池包含一基板，以及一電極。該基板包括相反的一受光面與一背面、一位於該受光面側的選擇式前表面電場部，以及位於該背面側的一背表面電場部與一射極部。該電極設置於該基板的背面並連接該背表面電場部與該射極部。透過前述創新設計，可縮短載子的傳輸路徑、降低載子複合機率，從而可提升載子進入該背表面電場部的機會而增進載子收集效率，並提升該太陽能電池的光電轉換效率。

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，特別是指一種背接觸太陽能電池及其模組。

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：一基板91、位於該基板91的相反側的一抗反射層92與一鈍化層93、至少一第一電極94，以及至少一第二電極95。

該基板91為n型半導體基板，並包括一供該抗反射層92配置的受光面911、一與該受光面911相反且供該鈍化層93配置的背面912、一位於該受光面911側且載子濃度大於該基板91的前表面電場部(Front Surface Field Portion)913，以及位於該背面912側且彼此間隔的至少一射極部(Emitter Portion)914與至少一背表面電場部(Back Surface Field Portion)915。該第一電極94位於該鈍化層93上並可穿過該鈍化層93而連接該射極部914，該第二電極95位於該鈍化層93上並可穿過該鈍化層93而連接該背表面電場部915。

該背接觸太陽能電池的主要特色在於：該第一電極94與該第二電極95都位於該基板91的背面912，而該受光面911側未設置任何電極，所以可增加該受光面911可受光的面積而提升入光量。又當光線照射在該太陽能電池的受光面911上時，在該基板91內越靠近該受光面911處所生成的載子數量越高，相對地前述載子傳導至位於該背面912的該射極部914或該背表面電場部915的傳輸路徑(Travelling Length)較長，載子有可能在傳導過程中便複合(Recombination)而無法被使用。因此，若能增加載子進入該射極部914或該背表面電場部915的機會以增進載子收集效率，則將可進一步再提升該背接觸太陽能電池的光電轉換效率。

因此，本發明之目的，即在提供一種可增進載子收集效率，進而提升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，以及一電極。

該基板包括相反的一受光面與一背面、一位於該受光面側的選擇式前表面電場部，以及位於該背面側的一背表面電場部與一射極部。該電極設置於該基板的背面並連接該背表面電場部與該射極部。

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、數個如前述且排列於該第一板材與該第二板材之間的太陽能電池，以及一位於該第一板材與該第二板材之間並包覆在該數個太陽能電池的周圍的封裝材。

本發明之功效在於：在該基板內設置該選擇式前表面電場部的創新設計，可縮短載子的傳輸路徑、降低載子複合機率，從而可提升載子進入該背表面電場部的機會而增進載子收集效率，並提升該太陽能電池的光電轉換效率。

11‧‧‧第一板材

12‧‧‧第二板材

13‧‧‧太陽能電池

14‧‧‧封裝材

2‧‧‧基板

21‧‧‧背面

22‧‧‧受光面

23‧‧‧射極部

24‧‧‧背表面電場部

25‧‧‧間隔部

26‧‧‧選擇式前表面電場部

261‧‧‧重摻雜區

262‧‧‧輕摻雜區

27‧‧‧鈍化層

28‧‧‧抗反射層

3‧‧‧電極

31‧‧‧第一接觸電極

32‧‧‧第二接觸電極

81‧‧‧中心線

82‧‧‧中心線

83‧‧‧中心線

d1‧‧‧摻雜深度

d2‧‧‧摻雜深度

d3‧‧‧摻雜深度

d4‧‧‧摻雜深度

t1‧‧‧寬度

t2‧‧‧寬度

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模組之一第一較佳實施例之一局部剖視示意圖；圖3是該第一較佳實施例之一太陽能電池之一剖視示意圖；圖4是該太陽能電池之一俯視示意圖，圖中省略該太陽能電池之一抗反射層，並顯示該太陽能電池之一選擇式前表面電場部之形貌；圖5是一類似圖4的示意圖，顯示該選擇式前表面電場部之另一種實施態樣；圖6是本發明太陽能電池模組之一第二較佳實施例之一太陽能電池的剖視示意圖；及圖7是本發明太陽能電池模組之一第三較佳實施例之一太陽能電池的剖視示意圖。

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2，本發明太陽能電池模組之一第一較佳實施例包含：上下相對設置的一第一板材11與一第二板材12、數個陣列式排列於該第一板材11與該第二板材12之間的太陽能電池13，以及一位於該第一板材11與該第二板材12之間且包覆在該數個太陽能電池13周圍的封裝材14。當然在實施上，該太陽能電池模組可以僅包含一太陽能電池13。

在本實施例中，該第一板材11與該第二板材12的材料在實施上沒有特殊限制，可以使用玻璃或塑膠板材，而且位於該太陽能電池13之受光側的板材必須可透光。該封裝材14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，並不限於本實施例的舉例。此外，該數個太陽能電池13彼此之間可透過數個圖未示的焊帶導線(Ribbon)電連接。

由於該太陽能電池模組的結構非本發明改良的重點，不再說明，於圖2中也僅為簡單示意。此外，由於該數個太陽能電池13的結構都相同，以下僅以其中一個為例進行說明。當然，在一模組中的該數個太陽能電池13的結構不以相同為絕對之必要。

參閱圖3、4，本實施例的太陽能電池13為背接觸太陽能電池的形式，並包含：一基板2，以及一配置於該基板2上的電極3。

本實施例的基板2包括相反的一背面21與一受光面22、兩個位於該背面21側且彼此間隔的射極部(Emitter Portion)23、一位於該背面21側且位於該兩個射極部23之間的背表面電場部(Back Surface Field Portion)24、兩個位於該背面21側且分別將該背表面電場部24與該兩個射極部23間隔開的間隔部25，以及一位於該受光面22側的選擇式前表面電場部(Selective Front Surface Field Portion)26。其中，在實施上，在該背面21上還可設置一鈍化層27，而在該受光面22上還可設置一抗反射層28。

本實施例的基板2為n型半導體基板，並可使用單晶或多晶矽基板。當然在實施上，該基板2的受光面22可製作成粗糙化結構以提高入光量，由於前述粗糙化結構非本發明改良的重點，不再詳述，於圖3中也僅簡單示意該受光面22的結構。

該兩個射極部23是在該基板2的背面21側之局部區域進行擴散製程(例如硼擴散)所形成重摻雜的p型半導體，而該背表面電場部24是在該基板2的背面21側之局部區域進行擴散製程(例如磷擴散)所形成載子濃度大於該基板2的n⁺⁺型半導體。進一步說明的是，若該基板2使用p型半導體基板時，則該背表面電場部24就會製作成摻雜濃度大於前述p型基板2之p⁺⁺型半導體，而該兩個射極部23則製作成n型半導體。

該兩個間隔部25分別位於該兩個射極部23與該背表面電場部24之間，用於隔開該兩個射極部23與該背表面電場部24，以避免寄生分流(Parasitic Shunting)現象而產生漏電流(Leakage Current)。實際上，利用擴散製程製作該兩個射極部23與該背表面電場部24時，可透過適當的製程控制，使該兩個射極部23與該背表面電場部24間隔，則該兩個射極部23與該背表面電場部24之間的區域就成為該兩個間隔部25，亦即，該兩個間隔部25是該基板2未額外進行擴散製程的區域。

該選擇式前表面電場部26為n型半導體，並可提升載子收集效率及光電轉換效率。在實施上，該選擇式前表面電場部26可利用擴散製程(Diffusion Process)、摻雜膠(Doping Paste)、回蝕(Etching Back)或雷射熱處理誘導擴散(Laser Heat Induced Diffusion)等方式形成於該基板2的受光面22側之內。需要說明的是，若該基板2使用p型半導體基板時，則該選擇式前表面電場部26就會製作成載子濃度大於該p型基板2的p型半導體。

該選擇式前表面電場部26具有一位置對應該背表面電場部24的重摻雜區261，以及一位置對應該兩個射極部23與該兩個間隔部25的輕摻雜區262。該重摻雜區261的摻雜濃度與摻雜深度d1皆大於該輕摻雜區262的摻雜濃度與摻雜深度d2，也就是該選擇式前表面電場部26 整體的摻雜濃度與摻雜深度非均勻，並選擇地在一些部位的摻雜濃度較重且摻雜深度較深而在另一些部位的摻雜濃度較輕且摻雜深度淺。

本實施例的重摻雜區261的一中心線81對齊該背表面電場部24的一中心線82，並且該重摻雜區261的寬度t1與該背表面電場部24的寬度t2相同。當然在實施上該中心線81不以對齊該中心線82為必要，而寬度t1與寬度t2亦不以相同為必要，以上設計皆可依實際需求調整。其中，若該重摻雜區261的寬度t1大於該背表面電場部24的寬度t2，則該重摻雜區261可同時對應該背表面電場部24與該兩個間隔部25。

需要說明的是，本實施例對該基板2的受光面22的全部區域進行擴散製程，並選擇地對該受光面22不同的局部區域進行不同摻雜濃度與不同摻雜深度的擴散製程，藉此在該受光面22側之內的全部區域形成該選擇式前表面電場部26，並且該選擇式前表面電場部26的重摻雜區261與輕摻雜區262的載子濃度皆大於該基板2。當然在實施上，也可選擇地僅對該受光面22的局部區域進行擴散製程，此時該基板2內載子濃度高於該基板2的區域即為本發明所述的重摻雜區261，而該基板2內未額外進行擴散製程，且載子濃度與該基板2相同的區域即為本發明所述的輕摻雜區262。

進一步說明的是，本實施例的重摻雜區261可為圖4所示的數個彼此間隔的島狀結構，當然在實施上，該重摻雜區261也可為圖5所示的一連續條狀結構，或者其他造型，而不限於本實施例之舉例。

請再參閱圖3、4，除此之外，本發明在製造時，還可先在該基板2的受光面22與背面21分別以雷射蝕刻形成上下對應凹溝，作為後續進行擴散製程的對位之用，藉此在製作該兩個射極部23、該背表面電場部24與該選擇式前表面電場部26時，該重摻雜區261的位置能精確地對應該背表面電場部24而增加製造精準度。當然，對位的手段亦不限於前述之舉例。

該鈍化層27位於該背面21上，並覆蓋於該兩個射極部23、該背表面電場部24與該兩個間隔部25上。該鈍化層27的材料可為氧化物、氮化物或上述材料的組合，並用於鈍化、修補該基板2的表面以減少表面之懸鍵(Dangling Bond)與缺陷，從而可減少載子陷阱(Trap)及降低載子的表面複合速率(Surface Recombination Velocity，簡稱SRV)，以提升該太陽能電池13的光電轉換效率。而該抗反射層28位於該受光面22，並覆蓋於該選擇式前表面電場部26上，其材料例如氮化矽(SiN_x)等，用於提升光線入射量以及降低載子表面複合速率。由於本發明不以設置該鈍化層27及該抗反射層28為絕對之必要，而且本發明的改良不在於此，所以不再詳述。

本實施例的電極3位於該基板2的背面21且位於該鈍化層27上，並連接該兩個射極部23及該背表面電場部24。該電極3包括兩個分別穿過該鈍化層27而分別連接該兩個射極部23的第一接觸電極31，以及一穿過該鈍化層27而連接該背表面電場部24的第二接觸電極32。

需要說明的是，本實施例雖然以兩個射極部 23、一個背表面電場部24及兩個間隔部25為例進行說明，但實際上在一太陽能電池13中，射極部23與背表面電場部24的數量可以為更多個，並以p-n-p-n之交錯方式重複排列配置，任一組相鄰的射極部23與背表面電場部24之間即形成一個間隔部25。而且相對應地，輕摻雜區262與第一接觸電極31對應射極部23的位置，而重摻雜區261與第二接觸電極32則對應背表面電場部24的位置。此外，本發明也可以只針對其中一組射極部23、背表面電場部24及間隔部25來進行改良。

在使用時，本實施例的選擇式前表面電場部26 除了可作為該受光面22的鈍化層之外，該選擇式前表面電場部26的導電性優於該基板2之未摻雜區域的導電性，且該選擇式前表面電場部26串聯電阻較低之特性，有利於載子之橫向運送，並可作為載子移動的通道。而且本實施例將該選擇式前表面電場部26分成摻雜深度d1較深的該重摻雜區261與摻雜深度d2較淺的該輕摻雜區262，使該重摻雜區261較該輕摻雜區262朝該背面21突出，如此可增加該選擇式前表面電場部26的接觸面積(Junction Area)而增進擷取載子的機會。此外，由於本實施例的基板22為n型半導體基板，其主要載子為電子，所以本實施例將較突出的該重摻雜區261設置於該背表面電場部24的上方。

因此，當光線照射在該太陽能電池13的受光面 22上時，在該基板2內越靠近該受光面22的部分所生成的載子數量越高，此時載子可進入電阻較低的該選擇式前表面電場部26中傳導，藉此降低該太陽能電池13的串聯電阻。接著，當主要載子來到該背表面電場部24上方時，由於該重摻雜區261的摻雜深度d1較深而可縮短其與該背面21之間的距離，從而縮短主要載子的傳輸路徑(Travelling Length)並減少載子複合的機率，因而增加主要載子進入該背表面電場部24的機會而增進載子收集效率，並提升該太陽能電池13的光電轉換效率。

參閱圖6，本發明太陽能電池模組之一第二較佳實施例，與該第一較佳實施例的結構大致相同，不同的地方在於：該太陽能電池13的選擇式前表面電場部26的結構設計與位置。

本實施例的選擇式前表面電場部26具有兩個位置分別對應該兩個間隔部25的重摻雜區261，以及一個位置對應該兩個射極部23與該背表面電場部24的輕摻雜區262。該兩個重摻雜區261的中心線81分別對齊該兩個間隔部25的一中心線83，當然在實施上該兩個中心線81不以對齊該兩個中心線83之設計為必要。

本實施例的重摻雜區261是透過雷射熱處理誘導擴散方式製成，並具有漸變摻雜濃度(Graded Doped)結構，即每一重摻雜區261的摻雜濃度與摻雜深度皆由外側朝該中心線81增加。每一重摻雜區261之摻雜濃度最高且摻雜深度d3最深的區域位於中央，且位置對應該兩個間隔部25，而每一重摻雜區261之摻雜濃度最低且摻雜深度d4最淺的區域位於外側，且位置對應該兩個射極部23與該背表面電場部24。該輕摻雜區262的摻雜濃度與摻雜深度d2皆小於每一重摻雜區261之摻雜濃度最低且摻雜深度d4最淺的區域，換句話說，該輕摻雜區262的摻雜深度d2小於該等重摻雜區261的摻雜深度d4，當然代表該輕摻雜區262的摻雜深度d2小於該等重摻雜區261的任一部位的摻雜深度。

由於該太陽能電池13為背接觸太陽能電池的形式，因此該基板2的位於該兩個間隔部25上方的部位所生成的主要載子的數量最多，因此本實施例將該兩個重摻雜區261分別設置於該兩個間隔部25上方，藉此一方面減少電屏蔽效應(Electrical Shading Effect)於該背表面電場部24上方所造成的影響，另一方面可將該兩個間隔部25內高濃度的載子推向該兩個射極部23，故能提升填充因子(Fill Factor)。

參閱圖7，本發明太陽能電池模組之一第三較佳實施例，與該第二較佳實施例的結構大致相同，兩者之間的差別在於：該選擇式前表面電場部26具有一個為漸變摻雜濃度結構的重摻雜區261，以及一輕摻雜區262。

本實施例的重摻雜區261的位置同時對應該背表面電場部24、該兩個間隔部25與該兩個射極部23。該重摻雜區261摻雜濃度最高且摻雜深度d3最深的區域位於中央，且位置對應該背表面電場部24，且該重摻雜區261摻雜濃度最低且摻雜深度d4最淺的區域位於外側，且位置對應該兩個射極部23。而該輕摻雜區262的位置對應該兩個射極部23，且其摻雜濃度與摻雜深度d2皆小於該重摻雜區261摻雜濃度最低且摻雜深度d4最淺的區域。

綜合以上三個較佳實施例可知，本發明在基板內設置選擇式前表面電場部，使重摻雜區的位置對應背表面電場部或/及間隔部，同時配合重摻雜區的摻雜深度較深而相對輕摻雜區朝背面突出的結構，前述創新設計除了增加選擇式前表面電場部的接觸面積而增進擷取載子的機會之外，還可縮短載子的傳輸路徑而增加載子進入背表面電場部的機會，藉此減少載子複合的機會而增進載子收集效率，並提升本發明之太陽能電池的光電轉換效率。

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。