TW201605061A - 太陽能電池 - Google Patents

Abstract

一種太陽能電池包括一光電轉換層、一背電極圖案層以及複數個應力緩衝區塊。光電轉換層具有相對之一迎光面與一背光面。背電極圖案層設置於背光面。應力緩衝區塊夾設於背光面與背電極圖案層之間。

Description

太陽能電池

本發明係關於一種太陽能電池，尤指一種利用應力緩衝區塊形成降低熱膨脹應力之太陽能電池。

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。傳統太陽能電池係由一背電極、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，並藉由背電極與前電極將電流導引出，進而產生電能。於傳統製作太陽能電池之步驟中，背電極係透過網印方式將鋁與銀塗佈於光電轉換層的整個背光面，並經過高溫共燒的方式形成於整個背光面上。然而，光電轉換層係由矽所構成，且鋁與銀的熱膨脹係數約為矽的熱膨脹係數的十倍，因此在經過高溫共燒之後，背電極之熱膨脹體積與冷卻收縮的體積皆大於光電轉換層之熱膨脹體積與冷卻收縮的體積。如此一來，背電極與光電轉換層相接觸所形成介面會有較大的膨脹應力產生，使得太陽能電池之結構產生彎曲。隨著太陽能電池的厚度越來越薄，太陽能電池甚至會產生破裂或斷裂，進而造成破片率大幅提升。

本發明之目的之一在於提供一種太陽能電池，以避免太陽能電池彎曲、破裂或斷裂。

為達上述之目的，本發明提供一種太陽能電池，其包括一光電轉 換層、一背電極圖案層以及複數個應力緩衝區塊。光電轉換層具有相對之一迎光面與一背光面。背電極圖案層設置於背光面。應力緩衝區塊夾設於背光面與背電極圖案層之間。

為達上述之目的，本發明另提供一種太陽能電池，其包括一光電轉換層以及一背電極圖案層。光電轉換層具有相對之一迎光面與一背光面。背電極圖案層設置於背光面，其中背光面與背電極圖案層之間具有複數個介面。

綜上所述，於本發明之太陽能電池中，背電極圖案層與光電轉換層之間設置有不連續的應力緩衝區塊，因此背電極圖案層與光電轉換層之間的應力可被減緩，進而減少太陽能電池產生破裂或斷裂，以及降低破片率。

100、200、300、400、 500‧‧‧太陽能電池

102‧‧‧光電轉換層

102a‧‧‧迎光面

102b‧‧‧背光面

104‧‧‧前電極圖案層

106‧‧‧背電極圖案層

108‧‧‧第一半導體層

110‧‧‧第二半導體層

112‧‧‧第一導電圖案層

112a‧‧‧長條狀電極

114‧‧‧第二導電圖案層

116‧‧‧介面

118、202、502‧‧‧應力緩衝區塊

120、302、402‧‧‧第一凹洞

122‧‧‧抗反射層

204‧‧‧第二凹洞

404‧‧‧電極線段

504‧‧‧第三凹洞

第1圖為本發明第一實施例之太陽能電池之底視示意圖。

第2圖為本發明第一實施例之太陽能電池之剖面示意圖。

第3圖為本發明第二實施例之太陽能電池之剖面示意圖。

第4圖為本發明第三實施例之太陽能電池之剖面示意圖。

第5圖為本發明第四實施例之太陽能電池之底視示意圖。

第6圖為本發明第五實施例之太陽能電池之剖面示意圖。

請參考第1圖與第2圖，第1圖為本發明第一實施例之太陽能電池之底視示意圖，且第2圖為本發明第一實施例之太陽能電池之剖面示意圖。如第1圖與第2圖所示，本實施例之太陽電池100包括一光電轉換層102、一前電極圖案層104以及一背電極圖案層106。光電轉換層102具有彼此相對之一迎光面102a與一背光面102b，其中迎光面102a係面對所欲吸收之光線，例如：太陽光，使得光線係從迎光面102a射入光電轉換層102，而背光 面102b則為背對光線，因此不會有光線從背光面102b射入。光電轉換層102可包括一第一半導體層108以及一第二半導體層110，且第二半導體層110堆疊於第一半導體層108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，設置於半導體基板的上部，其中摻雜區可透過於半導體基板的上部摻雜第二導電類型之離子，例如：磷離子，而形成。藉此，半導體基板與摻雜區之間可形成PN接面。於本實施例中，光電轉換層102之厚度可為180微米，但不限於此。

此外，前電極圖案層104設置於光電轉換層102之迎光面102a上，且背電極圖案層106設置於光電轉換層102之背光面102b上，因此從光電轉換層102所轉換的電子電洞對可透過前電極圖案層104與背電極圖案層106導引至外界之匯流元件。於本實施例中，背電極圖案層106包括一第一導電圖案層112與一第二導電圖案層114，且第一導電圖案層112與第二導電圖案層114覆蓋光電轉換層102之整個背光面102b，其中第一導電圖案層112對應前電極圖案層104設置，且第一導電圖案層112與前電極圖案層104具有相同圖案。換句話說，第一導電圖案層112與前電極圖案層104於一垂直投影方向上彼此重疊並設置於相同的位置。舉例來說，第一導電圖案層112可包括複數個長條狀電極112a，沿著一方向依序排列，且第二導電圖案層114圍繞各長條狀電極112a，使得第一導電圖案層112之長條狀電極112a與第二導電圖案層114沿著此方向交替排列，但本發明並不限於此。於本實施例中，第一導電圖案層112可包括銀，且第二導電圖案層114可包括鋁，但本發明並不以此為限。並且，第一導電圖案層112之形成方法可包括透過例如網版印刷、刮刀、噴墨印刷或凹版印刷等方法將含銀之漿料，例如銀膠，塗佈於 光電轉換層102上，然後進行高溫共燒製程，以達到銀矽介面與鋁矽介面有效結合，進而形成第一導電圖案層112。同理，於光電轉換層102上形成第一導電圖案層112之後，第二導電圖案層114可透過相同的方式將含鋁之漿料塗佈於光電轉換層102上之第一導電圖案層112以外區域，並透過高溫共燒製程而形成。但本發明形成第一導電圖案層與第二導電圖案層之方式並不限於此。

於本實施例中，為了降低背電極圖案層106於高溫共燒背電極圖案層106時對光電轉換層102的膨脹應力，太陽能電池100可具有複數個介面116，位於背光面102b與背電極圖案層106之間。具體來說，太陽能電池100另包括複數個應力緩衝區塊118，夾設於背光面102b與背電極圖案層106之間，且應力緩衝區塊118係與背電極圖案層106相接觸，使得介面116可由應力緩衝區塊118與背電極圖案層106所形成。進一步來說，背光面102b係包括複數個第一凹洞120，且各應力緩衝區塊118填設於各第一凹洞120中，並填滿各第一凹洞120，使得覆蓋於背光面102b上之背電極圖案層106可同時與應力緩衝區塊118以及光電轉換層102相接觸。本實施例之各應力緩衝區塊118之熱膨脹係數係介於光電轉換層102之熱膨脹係數與背電極圖案層106之熱膨脹係數之間，例如：各應力緩衝區塊118可包括熱膨脹係數介於光電轉換層102與背電極圖案層106之陶瓷材料，例如：氧化鋁、氧化鈦或氧化鋯，但不限於此。藉此，當太陽能電池100處於高溫環境時，應力緩衝區塊118可減緩背電極圖案層106對光電轉換層102的膨脹或收縮應力。進一步來說，應力緩衝區塊118之熱膨脹係數較佳接近光電轉換層102之熱膨脹係數與背電極圖案層106之熱膨脹係數之算術平均數，以有效地減緩光電轉換層102與背電極圖案層106之間的膨脹應力。舉例來說，應力緩衝區塊118分別為氧化鋁、氧化鈦及氧化鋯三者比較，其熱膨脹係數分別為7.8ppm/℃、9ppm/℃及10.3ppm/℃，熱膨脹係數皆介於主成分為矽(2.6ppm/℃)的光電轉換層102與主成分為銀(19ppm/℃)或鋁(23ppm/℃)的背電極圖案 層106之間，其中以氧化鋯之熱膨脹係數最接近光電轉換層102之熱膨脹係數與背電極圖案層106之熱膨脹係數之算術平均數，故氧化鋯減緩光電轉換層102與背電極圖案層106之間的膨脹應力效果最佳，且材料成本低廉。此外，本實施例之應力緩衝區塊118可透過於第一凹洞120內填入陶瓷漿料然後加熱而形成，但不限於此。

於本實施例中，由於第二導電圖案層114的面積較大，且鋁與矽之間的熱膨脹係數差異大於銀與矽之間的熱膨脹係數差異，因此應力緩衝區塊118主要設置於第二導電圖案層114上。並且，由於當太陽能電池有應力產生時，太陽能電池100之邊緣較其中心更容易破裂，因此鄰近太陽能電池100之邊緣之第二導電圖案層上必須設置應力緩衝區塊118。藉此，各第一凹洞120於垂直投影方向上並不與第一導電圖案層112重疊。各第一凹洞120的上視圖案可為長條狀，因此填充於各第一凹洞120內之各應力緩衝區塊118亦為長條狀，且僅與第二導電圖案層114相接觸，而於兩者之間形成介面116，但本發明不限於此。並且，第一凹洞120可透過非等向性蝕刻製程蝕刻光電轉換層102所形成，因此第一凹洞120的剖面圖案可為三角形，但本發明不限於此。

於本實施例中，太陽能電池100可選擇性另包括一抗反射層122，設置於迎光面102a上，用於減少光線進入太陽能電池100之前被反射的數量，以提升太陽能電池100的受光量以及所轉換的光電流。抗反射層122可包括氮化矽，但不限於此。

值得一提的是，本實施例之太陽能電池100於背電極圖案層106與背光面102b之間設置不連續的應力緩衝區塊118，使得背電極圖案層106與光電轉換層102之間的應力可被減緩，進而減少太陽能電池100產生破裂或斷裂，以及降低破片率。

本發明之太陽能電池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之剖面示意圖。如第3圖所示，相較於第一實施例，本實施例之太陽能電池200的應力緩衝區塊202除了與第二導電圖案層114相接觸之外，更可另與第一導電圖案層112相接觸，使得應力緩衝區塊202與第一導電圖案層112形成介面116。具體來說，應力緩衝區塊202之一部分與第一導電圖案層112相接觸，而形成介面之一部分，且應力緩衝區塊202之另一部分與第二導電圖案層114相接觸，而形成介面之另一部分。光電轉換層102之背光面102b另包括複數個第二凹洞204，且第二凹洞204於垂直投影方向上與第一導電圖案層112相重疊。並且，各應力緩衝區塊202分別填設於各第一凹洞120與各第二凹洞204中。藉此，除了第二導電圖案層114可同時與應力緩衝區塊202以及光電轉換層102相接觸之外，第一導電圖案層112亦可同時與應力緩衝區塊202以及光電轉換層102相接觸並減緩第一導電圖案層112與光電轉換層102之間的膨脹應力。如此一來，本實施例之太陽能電池200可有效地減緩第一導電圖案層112以及第二導電圖案層114與光電轉換層102之間的膨脹與收縮應力。

請參考第4圖，第4圖為本發明第三實施例之太陽能電池之剖面示意圖。如第4圖所示，相較於第一實施例，本實施例之太陽能電池300之第一凹洞302的剖面圖案可為圓弧狀。具體來說，第一凹洞302可透過等向性蝕刻製程蝕刻光電轉換層102所形成，因此第一凹洞302的剖面圖案為圓弧狀，但本發明不限於此。於其他實施例中，第二凹洞的剖面圖案亦可為圓弧狀。

請參考第5圖，第5圖為本發明第四實施例之太陽能電池之底視示意圖。如第5圖所示，相較於第一實施例，本實施例之太陽能電池400之各第一凹洞402之上視圖案可為圓形，且第一凹洞402呈矩陣形狀排列，但不限於此。並且，第一導電圖案層112可包括複數條電極線段404，且電極 線段404呈矩陣形狀排列，但不限於此。於其他實施例中，第二凹洞之上視圖案亦可為圓形。

請參考第6圖，第6圖為本發明第五實施例之太陽能電池之剖面示意圖。如第6圖所示，相較於第一實施例，本實施例之太陽能電池500之一部分應力緩衝區塊502可同時與第二導電圖案層114以及第一導電圖案層112相接觸，使得所形成的介面116之一部分可橫跨第一導電圖案層112與第二導電圖案層114。具體來說，應力緩衝區塊502之一部分同時與第一導電圖案層112以及第二導電圖案層114相接觸，以形成介面116的一部分，其橫跨第一導電圖案層112與第二導電圖案層114，且應力緩衝區塊502之另一部分僅與第二導電圖案層114相接觸，以形成介面116的另一部分。光電轉換層102之背光面102b另包括複數個第三凹洞504，且第三凹洞504於垂直投影方向上同時與第一導電圖案層112以及第二導電圖案層114相重疊。並且，各應力緩衝區塊502分別填設於各第一凹洞120與各第三凹洞504中。藉此，鄰近第一導電圖案層112、第二導電圖案層114以及光電轉換層102之交界處的熱膨脹與收縮應力可透過各應力緩衝區塊502來減緩。

綜上所述，於本發明之太陽能電池中，背電極圖案層與光電轉換層之間設置有不連續的應力緩衝區塊，因此背電極圖案層與光電轉換層之間的應力可被減緩，進而減少太陽能電池產生破裂或斷裂，以及降低破片率。

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

102‧‧‧光電轉換層

102a‧‧‧迎光面

102b‧‧‧背光面

104‧‧‧前電極圖案層

106‧‧‧背電極圖案層

108‧‧‧第一半導體層

110‧‧‧第二半導體層

112‧‧‧第一導電圖案層

112a‧‧‧長條狀電極

114‧‧‧第二導電圖案層

116‧‧‧介面

118‧‧‧應力緩衝區塊

120‧‧‧第一凹洞

122‧‧‧抗反射層

Claims (13)

1. 一種太陽能電池，包括：一光電轉換層，具有相對之一迎光面與一背光面；一背電極圖案層，設置於該背光面；以及複數個應力緩衝區塊，夾設於該背光面與該背電極圖案層之間。
2. 如請求項1所述之太陽能電池，其中該些應力緩衝區塊之熱膨脹係數介於該光電轉換層之熱膨脹係數與該背電極圖案層之熱膨脹係數之間。
3. 如請求項1所述之太陽能電池，其中該背光面包括複數個凹洞，該些應力緩衝區塊填設於該些凹洞中。
4. 如請求項1所述之太陽能電池，其中各該應力緩衝區塊包括氧化鋁、氧化鋯或氧化鈦。
5. 如請求項1所述之太陽能電池，另包括一前電極圖案層設置於該迎光面，該背電極圖案層具有一第一導電圖案層及一第二導電圖案層，該第一導電圖案層對應該前電極圖案層設置，且該第一導電圖案層與該前電極圖案層具有相同圖案。
6. 如請求項5所述之太陽能電池，其中該些應力緩衝區塊與該第二導電圖案層相接觸。
7. 如請求項5所述之太陽能電池，其中該些應力緩衝區塊之一部分與該第一導電圖案層相接觸，且該些應力緩衝區塊之另一部分與該第二導電圖案層相接觸。
8. 如請求項5所述之太陽能電池，其中該些應力緩衝區塊之一部分與該第二導電圖案層相接觸，且該些應力緩衝區塊之另一部分同時與該第一導電圖案層以及該第二導電圖案層相接觸。
9. 一種太陽能電池，包括：一光電轉換層，具有相對之一迎光面與一背光面；以及一背電極圖案層，設置於該背光面，其中該背光面與該背電極圖案層之間具有複數個介面。
10. 如請求項9所述之太陽能電池，另包括複數個應力緩衝區塊，設置於該背光面與該背電極圖案層之間，且該些應力緩衝區塊與該背電極圖案層形成該些介面。
11. 如請求項10所述之太陽能電池，其中該背電極圖案層具有交替排列之一第一導電圖案層及一第二導電圖案層，該些應力緩衝區塊與該第二導電圖案層形成該些介面。
12. 如請求項10所述之太陽能電池，其中該背電極圖案層具有交替排列之一第一導電圖案層及一第二導電圖案層，該些應力緩衝區塊之一部分與該第一導電圖案層形成該些介面之一部分，且該些應力緩衝區塊之另一部分與該第二導電圖案層形成該些介面之另一部分。
13. 如請求項10所述之太陽能電池，其中該背電極圖案層具有交替排列之一第一導電圖案層及一第二導電圖案層，該些應力緩衝區塊之一部分與該第二導電圖案層形成該些介面之一部分，且該些應力緩衝區塊之另一部分同時與該第一導電圖案層以及該第二導電圖案層形成該些介面之另一部分。