TW201535755A - 太陽能電池結構 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種太陽能電池結構，其包括一前電極圖案層。前電極圖案層包括複數個電極結構，沿著一第一方向排列。各電極結構包括一條狀主體部、複數條第一分支部，沿著第一方向從各條狀主體部之一第一側延伸出，以及複數條第二分支部，沿著第一方向從各條狀主體部相對於第一側之一第二側延伸出，且位於任兩相鄰之該等條狀主體部之間的各該第一分支部與各該第二分支部依序沿著不同於該第一方向之一第二方向交替排列。各第一分支部以及各第二分支部與相鄰之條狀主體部之間不具有前電極圖案層。

Description

太陽能電池結構

本發明係關於一種太陽能電池結構，尤指一種具有柵狀電極結構的太陽能電池結構。

現今人類使用的能源主要來自於石油資源，但由於地球石油資源有限，因此近年來對於替代能源的需求與日俱增，而在各式替代能源中又以太陽能最具發展潛力。習知太陽能電池結構係由一背電極、一光電轉換層以及一前電極依序堆疊所構成，且透過光電轉換層將太陽光轉換為電流，進而產生電能。由於習知前電極的材料為銀，且設置於光電轉換層上，因此會影響太陽光照射於光電轉換層的受光面積。為了讓太陽光得以照射於光電轉換層上，習知太陽能電池結構的前電極一般設計為網狀。然而，網狀前電極仍然遮蔽過多的光電轉換層的受光面積，使得太陽能電池結構的光轉換效率無法進一步提升，且前電極的材料成本無法降低。

本發明的目的在於提供一種太陽能電池結構，以提升光轉換效率以及降低製作成本。

為達上述之目的，本發明提供一種太陽能電池結構，其包括一光電轉換層、一背電極層以及一前電極圖案層。光電轉換層具有一受光面。前電極圖案層設置於受光面上，且前電極圖案層包括複數個電極結構，沿著一第一方向排列，其中各電極結構包括一條狀主體部、複數條第一分支部以及複數條第二分支部，第一分支部沿著不同於第一方向之一第二方向從各條狀 主體部之一第一側延伸出，第二分支部沿著第二方向從各條狀主體部相對於第一側之一第二側延伸出，各電極結構不與相鄰之電極結構相接觸，各第一分支部與相鄰之各條狀主體部之間曝露出受光面，位於任兩相鄰之條狀主體部之間的各第一分支部與各第二分支部依序沿著第一方向交替排列，且位於任兩相鄰之主體部之間的第一分支部之其中一者伸入於兩相鄰之第二分支部之間。

本發明的太陽能電池結構透過不連接各第一分支部與相鄰之條狀主體部以及各第二分支部與相鄰之條狀主體部，使得各第一分支部與各第二分支部以及相鄰之條狀主體部之間具有第二間隙與第三間隙。藉此，對應於第二間隙與第三間隙之光電轉換層不會受到前電極圖案層遮蔽，且其所轉換的電子電洞對可有效地被最接近的條狀主體部收集，進而可在不影響電流收集效能的情況下，提高太陽能電池結構吸收光線的面積與光轉換效率。

100、200、300‧‧‧太陽能電池結構

102‧‧‧光電轉換層

102a‧‧‧受光面

102b‧‧‧背面

104‧‧‧背電極層

106‧‧‧前電極圖案層

108‧‧‧第一半導體層

110‧‧‧第二半導體層

112‧‧‧電極結構

114‧‧‧第一方向

116‧‧‧條狀主體部

116a‧‧‧第一側

116b‧‧‧第二側

118‧‧‧第一分支部

120‧‧‧第二分支部

122‧‧‧第二方向

126‧‧‧第一外側電極結構

128‧‧‧第二外側電極結構

130‧‧‧第一外圍部

132‧‧‧第三分支部

134‧‧‧第二外圍部

136‧‧‧第四分支部

138‧‧‧外圍連接電極

140‧‧‧第一電極

142‧‧‧第二電極

144‧‧‧抗反射層

A‧‧‧區域

G1‧‧‧第一間隙

G2‧‧‧第二間隙

G3‧‧‧第三間隙

G4‧‧‧第四間隙

G5‧‧‧第五間隙

G6‧‧‧第六間隙

G7‧‧‧第七間隙

G8‧‧‧第八間隙

G9‧‧‧第九間隙

第1圖為本發明第一實施例之太陽能電池結構的上視示意圖。

第2圖為第1圖沿著剖面線A-A’之剖面示意圖。

第3圖為本發明第二實施例之太陽能電池結構的上視示意圖。

第4圖為本發明第三實施例之太陽能電池結構的上視示意圖。

請參考第1圖以及第2圖，第1圖為本發明第一實施例之太陽能電池結構的上視示意圖，且第2圖為第1圖沿著剖面線A-A’之剖面示意圖。如第1圖與第2圖所示，太陽能電池結構100包括一光電轉換層102、一背電極層104以及一前電極圖案層106。光電轉換層102可為一太陽能電池單元，用以將太陽光轉換為電流，其中光電轉換層102可具有一受光面102a以及一背面102b，且受光面102a與背面102b彼此相對設置。受光面102a為面 對太陽光的表面，以受到太陽光照射。並且，背電極層104設置於光電轉換層102的背面102b上，且前電極圖案層106設置於光電轉換層102的受光面102a上。於本實施例中，光電轉換層102包括一第一半導體層108以及一第二半導體層110，依序堆疊於背電極層104上。第一半導體層108具有一第一導電類型，例如：P型，且第二半導體層110具有一不同於第一導電類型之第二導電類型，例如：N型。並且，第一半導體層108與第二半導體層110之間可形成一PN接面，以用於吸收太陽光，並將其轉換為電子電洞對，進而產生電流。舉例來說，第一半導體層108可為一半導體基板，例如：矽晶圓，而第二半導體層110可為一摻雜區，摻雜於半導體基板的上部，因此半導體基板與摻雜區之間可形成PN接面。於本實施例中，PN接面為約略平整狀。並且，半導體基板的上表面，即光電轉換層102的受光面102a，為鋸齒狀。於其他實施例中，光電轉換層亦可為其他種類太陽能電池單元，例如：銅銦硒太陽能電池、染料敏化太陽能電池或多接面太陽能電池。

進一步來說，前電極圖案層106包括複數個電極結構112，沿著一第一方向114排列，且各電極結構112不與相鄰之電極結構112相接觸。本實施例的前電極圖案層106的材料可包括銀膠，且透過網印製程將前電極圖案層106形成於光電轉換層102的受光面102a上，但本發明的前電極圖案層106的材料與製作方式並不以此為限。具體而言，各電極結構112包括一條狀主體部116、複數條第一分支部118以及複數條第二分支部120。各條狀主體部116分別沿著不同於第一方向114之一第二方向122延伸，且條狀主體部116、第一分支部118以及第二分支部120係與第二半導體層110相接觸。並且，第一分支部118沿著第一方向114從各條狀主體部116之一第一側116a延伸出，第二分支部120沿著第一方向114從各條狀主體部116相對於第一側116a之一第二側116b延伸出，使得各電極結構112為一柵狀結構。藉此，第一分支部118與第二分支部120可將位於任兩相鄰之條狀主體部116之間的光電轉換層102所轉換的電流導引至各條狀主體部116。本實施例的 第一方向114與第二方向122彼此垂直，但不限於此。於本實施例中，各電極結構112之第一分支部118與條狀主體部116相連接的位置與相鄰之電極結構112之第一分支部118與條狀主體部116相連接的位置位於第一方向114上，且各電極結構112之第二分支部120與條狀主體部116相連接的位置與相鄰之電極結構112之第二分支部120與條狀主體部116相連接的位置皆位於第一方向114上。也就是說，本實施例的電極結構112彼此具有相同的圖案，但本發明並不限於此。

此外，位於任兩相鄰之條狀主體部116之間的第一分支部118與第二分支部120並不相接觸，且第一分支部118與第二分支部120彼此相互平行。並且，第一分支部118之其中一者伸入於兩相鄰之第二分支部120之間。具體來說，各第一分支部118伸入於任兩相鄰之第二分支部120之間或延伸至第二分支部120的外側，使得位於任兩相鄰之條狀主體部116之間的各第一分支部118與各第二分支部120依序沿著第二方向122交替排列。較佳地，位於任兩相鄰之條狀主體部116之間的各第一分支部118伸入於兩相鄰之第二分支部120之間之一部分以及未伸入於兩相鄰之第二分支部120之間之另一部分的比例為8，但不以此為限。並且，各第一分支部118以及相鄰之第二分支部120之其中任一者之間具有一第一間隙G1，且第一間隙G1彼此相同，使得位於彼此相鄰之第一分支部118與第二分支部120之間的光電轉換層102所轉換的電流可均勻地透過第一分支部118與第二分支部120導引出，以避免單一分支部的電流負載過高，進而降低電力損耗。於其他實施例中，位於任兩相鄰之條狀主體部之間的第一分支部與第二分支部可依照不同的排列順序沿著第二方向排列。

值得注意的是，各第一分支部118與相鄰且未相接觸之條狀主體部116之間以及各第二分支部120與相鄰且未相接觸之條狀主體部116之間曝露出受光面102a，使得各第一分支部118與相鄰之條狀主體部116之間具有一第二間隙G2，且各第二分支部120與相鄰之條狀主體部116之間具有一 第三間隙G3。藉此，對應於第二間隙G2與第三間隙G3之光電轉換層102不會受到前電極圖案層106遮蔽，而可吸收到太陽光，以增加太陽能電池結構100的吸收光線面積而不影響電流收集效能。於本實施例中，各第二間隙G2與各第三間隙G3可分別為各第一間隙G1之至少二分之一以上，較佳為二分之一，使得對應於第二間隙G1與第三間隙G3之光電轉換層102所轉換的電流可透過各條狀主體部116收集，以提升太陽能電池結構100的光轉換效率。進一步來說，當相鄰之第一分支部118與第二分支部120之間的第一間隙G1調整為最佳化時，各第一分支部118與各第二分支部120可收集的電子電洞對的最佳距離為第一間隙G1的二分之一，因此位於區域A中的光電轉換層102所轉換的電子電洞對可有效地被最接近的條狀主體部116收集。如此一來，本實施例的光電轉換層102的受光面積可被提升，且所轉換的電流亦可有效地被收集，進而可提高光轉換效率。

於本實施例中，前電極圖案層106可選擇性另包括一第一外側電極結構126與一第二外側電極結構128。電極結構112設置於第一外側電極結構126與第二外側電極結構128之間，且第一外側電極結構126、電極結構112以及第二外側電極結構128沿著第一方向114依序排列，其中第一外側電極結構126面對相鄰之條狀主體部116之第一側116a設置，並與相鄰之條狀主體部116相連接，且第二外側電極結構128面對相鄰之條狀主體部116之第二側116b設置，並與相鄰之條狀主體部116相連接。

具體來說，第一外側電極結構126包括一第一外圍部130以及複數條第三分支部132。第一外圍部130的兩端與相鄰之條狀主體部116相連接，而呈ㄇ字形，且第三分支部132沿著第一方向114從第一外圍部130的內側延伸出。並且，位於第一外圍部130與相鄰之條狀主體部116之間的第三分支部132之其中一者伸入於兩相鄰之第一分支部118之間。也就是說，位於第一外圍部130與相鄰之條狀主體部116之間的各第三分支部132伸入於任兩相鄰之第一分支部118之間或延伸至第一分支部118的外側，使得位 於第一外圍部130與相鄰之條狀主體部116之間的各第一分支部118與各第三分支部132依序沿著第二方向122交替排列。較佳地，位於第一外圍部130與相鄰之條狀主體部116之間的各第三分支部132伸入於兩相鄰之第一分支部118之間之一部分以及未伸入於兩相鄰之第一分支部118之間之另一部分的比例為8，但不以此為限。各第一分支部118以及相鄰之第三分支部132之其中任一者之間可具有一第四間隙G4，且第四間隙G4彼此相同，使得位於彼此相鄰之第一分支部118與第三分支部132之間的光電轉換層102所轉換的電流可均勻地透過第一分支部118與第三分支部132導引出。於本實施例中，第一間隙G1係與第四間隙G4彼此相同。於其他實施例中，位於第一外圍部與相鄰之條狀主體部之間的第一分支部與第三分支部可依照不同的排列順序沿著第二方向排列。另外，各第一分支部118與相鄰之第一外圍部130之間以及各第三分支部132與相鄰之條狀主體部116之間曝露出受光面102a，使得各第一分支部118與相鄰之第一外圍部130之間具有一第五間隙G5，且各第三分支部132與相鄰之條狀主體部116之間具有一第六間隙G6。於本實施例中，各第五間隙G5與各第六間隙G6較佳為各第四間隙G4之至少二分之一以上，較佳為二分之一，使得對應於各第五間隙G5與各第六間隙G6之光電轉換層102所轉換的電流可透過各條狀主體部116或第一外圍部130收集，以在不影響電流收集效能的情況下增加太陽能電池結構100吸收光線的面積，進而提升光轉換效率。

再者，本實施例之第二外側電極結構128包括一第二外圍部134以及複數條第四分支部136。第二外圍部134的兩端與相鄰之條狀主體部116相連接，而呈ㄇ字形，且第四分支部136沿著第一方向114從第二外圍部134的內側延伸出。並且，位於第二外圍部134與相鄰之條狀主體部116之間的第四分支部136之其中一者伸入於兩相鄰之第二分支部120之間。也就是說，位於第二外圍部134與相鄰之條狀主體部116之間的各第四分支部136伸入於任兩相鄰之第二分支部120之間或延伸至第二分支部120的外側，使得位 於第二外圍部134與相鄰之條狀主體部116之間的各第二分支部120與各第四分支部136依序沿著第二方向122交替排列。較佳地，位於第二外圍部134與相鄰之條狀主體部116之間的各第四分支部136伸入於兩相鄰之第二分支部120之間之一部分以及未伸入於兩相鄰之第二分支部120之間之另一部分的比例為8，但不以此為限。各第二分支部120以及相鄰之第四分支部136之其中任一者之間可具有一第七間隙G7，且第七間隙G7彼此相同，使得位於彼此相鄰之第二分支部120與第四分支部136之間的光電轉換層102所轉換的電流可均勻地透過第二分支部120與第四分支部136導引出。於本實施例中，第七間隙G7係與第一間隙G1彼此相同。於其他實施例中，位於第二外圍部與相鄰之條狀主體部之間的第二分支部與第四分支部可依照不同的排列順序沿著第二方向排列。另外，各第二分支部120與相鄰之第二外圍部134之間以及各第四分支部136與相鄰之條狀主體部116之間曝露出受光面102a，使得各第二分支部120與相鄰之第二外圍部134之間具有一第八間隙G8，且各第四分支部136與相鄰之條狀主體部116之間具有一第九間隙G9。於本實施例中，各第八間隙G8與各第九間隙G9較佳為各第七間隙G7之至少二分之一以上，較佳為二分之一，使得對應於各第八間隙G8與各第九間隙G9之光電轉換層102所轉換的電流可透過各條狀主體部116或第二外圍部134收集，以在不影響電流收集的效能的情況下增加太陽能電池100吸收光線的面積。

於本實施例中，前電極圖案層106可選擇性另包括複數條外圍連接電極138，分別連接於任兩相鄰之條狀主體部116之間，且外圍連接電極138、第一外側電極結構126以及第二外側電極結構128圍繞電極結構112。具體來說，任兩相鄰之條狀主體部116之間的第一分支部118與第二分支部120係位於兩外圍連接電極138之間，使得外圍連接電極138、第一外圍部130以及第二外圍部134構成一環狀結構，並圍繞電極結構112。

此外，本實施例的背電極層104可包括複數個第一電極140以及 複數個第二電極142，且各第一電極140與各第二電極142沿著第一方向依序交替排列。並且，第一電極140與相鄰之第二電極142彼此相接觸，且各第一電極140於一垂直投影方向上對應各條狀主體部116設置。舉例來說，第一電極140的材料可包括銀漿，但不限於此。第二電極142的材料可包括鋁漿，但不限於此。

本實施例的太陽能電池結構100可另包括一抗反射層144，設置於未被前電極圖案層覆蓋的光電轉換層102的受光面102a上，且可用於降低太陽光從光電轉換層102的受光面102a反射的數量，以提高光轉換效率。於本實施例中，抗反射層144設置於光電轉換層102的鋸齒形狀受光面102a上，而亦具有鋸齒狀，但本發明並不限於此。

本發明之太陽能電池結構並不以上述實施例為限。下文將繼續揭示本發明之其它實施例或變化形，然為了簡化說明並突顯各實施例或變化形之間的差異，下文中使用相同標號標注相同元件，並不再對重覆部分作贅述。

請參考第3圖，第3圖為本發明第二實施例之太陽能電池結構的上視示意圖。如第3圖所示，本實施例的太陽能電池結構200與第一實施例的差異在於，前電極圖案層106並不包括外圍連接電極。

請參考第4圖，第4圖為本發明第三實施例之太陽能電池結構的上視示意圖。如第4圖所示，本實施例的太陽能電池結構300與第一實施例的差異在於，於各電極結構112中，第一分支部118與第二分支部120設置對稱於條狀主體部116，使得相鄰的電極結構112並不具有相同結構圖案。

綜上所述，本發明的太陽能電池結構透過不連接各第一分支部與相鄰之條狀主體部以及各第二分支部與相鄰之條狀主體部，使得各第一分支部與各第二分支部以及相鄰之條狀主體部之間具有第二間隙與第三間隙。藉此，對應於第二間隙與第三間隙之光電轉換層不會受到前電極圖案層遮蔽，且其所轉換的電子電洞對可有效地被最接近的條狀主體部收集，進而在不影響電流收集的效能的情況下提高太陽能電池結構吸收光線的面積。

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。

100‧‧‧太陽能電池結構

106‧‧‧前電極圖案層

112‧‧‧電極結構

114‧‧‧第一方向

116‧‧‧條狀主體部

116a‧‧‧第一側

116b‧‧‧第二側

118‧‧‧第一分支部

120‧‧‧第二分支部

122‧‧‧第二方向

126‧‧‧第一外側電極結構

128‧‧‧第二外側電極結構

130‧‧‧第一外圍部

132‧‧‧第三分支部

134‧‧‧第二外圍部

136‧‧‧第四分支部

138‧‧‧外圍連接電極

A‧‧‧區域

G1‧‧‧第一間隙

G2‧‧‧第二間隙

G3‧‧‧第三間隙

G4‧‧‧第四間隙

G5‧‧‧第五間隙

G6‧‧‧第六間隙

G7‧‧‧第七間隙

G8‧‧‧第八間隙

G9‧‧‧第九間隙

Claims (12)

1. 一種太陽能電池結構，包括：一光電轉換層，具有一受光面；以及一前電極圖案層，設置於該受光面上，且該前電極圖案層包括複數個電極結構，沿著一第一方向排列，其中各該電極結構包括一條狀主體部、複數條第一分支部以及複數條第二分支部，該等第一分支部沿著該第一方向從各該條狀主體部之一第一側延伸出，該等第二分支部沿著該第一方向從各該條狀主體部相對於該第一側之一第二側延伸出，各該電極結構不與相鄰之該等電極結構相接觸，各該第一分支部與相鄰之各該條狀主體部之間，以及各該第二分支部與相鄰之各該條狀主體部之間曝露出該受光面，位於任兩相鄰之該等條狀主體部之間的各該第一分支部與各該第二分支部依序沿著不同於該第一方向之一第二方向交替排列，且位於任兩相鄰之該等主體部之間的該等第一分支部之其中一者伸入於兩相鄰之該等第二分支部之間。
2. 如請求項1所述之太陽能電池結構，其中該等電極結構彼此具有相同的圖案。
3. 如請求項1所述之太陽能電池結構，其中於各該電極結構中，該等第一分支部與該等第二分支部對稱設置於該條狀主體部。
4. 如請求項1所述之太陽能電池結構，其中各該第一分支部以及相鄰之該等第二分支部之其中任一者之間具有一第一間隙，且該等第一間隙彼此相同。
5. 如請求項4所述之太陽能電池結構，其中各該第一分支部與相鄰之各該條狀主體部之間具有一第二間隙，且各該第二間隙為各該第一間隙之至少二 分之一以上。
6. 如請求項1所述之太陽能電池結構，其中該前電極圖案層另包括一第一外側電極結構與一第二外側電極結構，該等電極結構設置於該第一外側電極結構與該第二外側電極結構之間，且該第一外側電極結構、該等電極結構以及該第二外側電極結構沿著該第一方向依序排列，其中該第一外側電極結構面對相鄰之該條狀主體部之該第一側設置，並與相鄰之該條狀主體部相連接，且該第二外側電極結構面對相鄰之該條狀主體部之該第二側設置，並與相鄰之該條狀主體部相連接。
7. 如請求項6所述之太陽能電池結構，其中該第一外側電極結構包括一第一外圍部以及複數條第三分支部，該第一外圍部的兩端與相鄰之該條狀主體部相連接，且該等第三分支部沿著該第一方向從該第一外圍部延伸出。
8. 如請求項7所述之太陽能電池結構，其中位於該第一外圍部與相鄰之該條狀主體部之間的各該第一分支部與各該第三分支部依序沿著該第二方向交替排列，且位於該第一外圍部與相鄰之該條狀主體部之間的該等第三分支部之其中一者伸入於兩相鄰之該等第一分支部之間。
9. 如請求項6所述之太陽能電池結構，其中該第二外側電極結構包括一第二外圍部以及複數條第四分支部，該第二外圍部的兩端與相鄰之該條狀主體部相連接，且該等第四分支部沿著該第一方向從該第二外圍部延伸出。
10. 如請求項9所述之太陽能電池結構，其中位於該第二外圍部與相鄰之該條狀主體部之間的各該第二分支部與各該第四分支部依序沿著該第二方向交替排列，且位於該第二外圍部與相鄰之該條狀主體部之間的該等第四分 支部之其中一者伸入於兩相鄰之該等第二分支部之間。
11. 如請求項6所述之太陽能電池結構，其中該前電極圖案層另包括複數條外圍連接電極，分別連接於任兩相鄰之該等條狀主體部之間，且該等外圍連接電極、該第一外側電極結構以及該第二外側電極結構圍繞該等電極結構。
12. 如請求項1所述之太陽能電池結構，其中位於任兩相鄰之該等條狀主體部之間的各該第一分支部伸入於兩相鄰之該等第二分支部之間的一部分以及未伸入於兩相鄰之該等第二分支部之間的另一部分的比例為8。