TW202111965A - 瓦片式太陽能電池的邊緣鈍化 - Google Patents
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Abstract
本發明揭示一種用於形成太陽能電池瓦片之方法，其包含以下步驟：提供太陽能電池結構；使用該太陽能電池結構形成至少一個太陽能電池瓦片；及使所形成之太陽能電池瓦片之邊緣部分鈍化。
Description
本發明係關於光伏裝置。特定言之，本發明係關於瓦片式太陽能電池模組。
太陽能電池之瓦片式互連，儘管其已在1956年被提出，現正作為新興的太陽能模組製造技術在行業市場內吸引更多的注意力。此概念可用於在模組級別上使裝置功率轉換效率最大化，因為其增加模組之有效工作區域，同時減小遮蔽及互連損失。太陽能電池之瓦片式互連之當前發展，其涉及72個電池型太陽能模組，使用矽異質接面（SHJ）雙面太陽能電池，實現輸出為442 W且總區域效率為21.7%。
應理解，若在本文中提及任何先前技術，則此參考並不組成對該先前技術在澳大利亞或任何其他國家中形成所屬技術領域中之公共常識之一部分的承認。
在第一態樣中，本發明提供用於提供太陽能電池瓦片之方法，其包含以下步驟：提供太陽能電池結構；使用該太陽能電池結構形成至少一個太陽能電池瓦片，及在太陽能電池瓦片與太陽能電池結構之另一部分分離的位置處使太陽能電池瓦片之邊緣部分鈍化。
在第二態樣中，本發明提供用於提供經鈍化之太陽能電池瓦片之方法，其包括對太陽能電池瓦片之至少一個邊緣施加鈍化材料。
在上述態樣中，由太陽能電池結構形成太陽能電池瓦片可包括刻劃太陽能電池結構，及太陽能電池結構在刻劃位置處之機械分離。刻劃可為雷射刻劃。
由太陽能電池結構形成太陽能電池瓦片可包括使太陽能電池瓦片自太陽能電池結構分裂。
又，對太陽能電池結構施加鈍化材料之步驟可為製造太陽能電池瓦片之最終步驟。
在所提及之方法中，可藉由沉積將鈍化材料施加於太陽能電池瓦片。特定言之，可藉由電漿增強化學蒸氣或原子層沉積將鈍化材料沉積在太陽能電池瓦片上。
可以厚度為約5 nm之層的形式沉積鈍化材料。
鈍化材料可在矽上提供表面鈍化。
鈍化材料可為金屬氧化物。金屬氧化物可為AlOx
，特定言之，Al2
O3
。
或者，鈍化材料可為以下中之一者：非晶矽，或具有表示為SiOx
、SiNx
、SiOx
Ny
、AlOx
Ny
、AlNx
、TiOx
、SiCx
中之一者之化學式之物質。
方法可包括在施加鈍化材料之前移除矽損傷。
在另一態樣中，本發明提供使用如上文所提及之任何方法提供之太陽能電池瓦片。
在另一態樣中，本發明提供瓦片式太陽能電池模組，其包括複數個上文提及之太陽能電池瓦片，該複數個太陽能電池瓦片以堆疊方式排列，其中每個太陽能電池瓦片與相鄰太陽能電池瓦片之一部分重疊。
可在將複數個太陽能電池瓦片堆疊在一起之前施加鈍化材料。或者，可在將複數個太陽能電池瓦片堆疊在一起之後施加鈍化材料。
在以下詳細說明中，參考隨附圖式，其形成詳細說明之一部分。詳細說明中描述、圖式中描繪及申請專利範圍中定義之說明性具體實例不意欲為限制性的。可使用其他具體實例且可在不偏離本發明之標的物之精神或範圍的情況下進行其他變化。可容易地理解，本發明之態樣，如本文中一般描述及圖式中說明，可以多種不同組態形式排列、取代、組合、分離及設計，其皆涵蓋於本發明中。
在瓦片式光伏模組中，代替使用帶狀物、導線或串列(string)使太陽能電池互連，藉由使相鄰太陽能電池「重疊」來實現太陽能電池之互連。太陽能電池「瓦片」之以此方式之排列與屋頂瓦片之佈置類似。其最大化由太陽能電池覆蓋之光伏模組之區域，亦即，光伏模組之封裝密度。使用例如焊接或導電性黏著劑使太陽能電池互連。
圖1及圖2描繪製備用於瓦片式互連之太陽能電池之實施例。圖1展示具有電極之太陽能電池100，其包括指狀物（未展示）及匯流排102、104、106、108、110。沿匯流排102、104、106、108、110之邊緣切割太陽能電池100（例如長度為約156至160毫米（mm））。圖1中之箭頭指示分離線。圖2展示由分離產生之四個中間條狀物122、124、126、128。每個條狀物122、124、126、128包括匯流排110、1008、106、104。因此，由太陽能電池形成之複數個太陽能電池條狀物排列在一起，其中每個條狀物與相鄰太陽能電池條狀物之一部分重疊，亦即，以瓦片式方式，如圖3中所示。
在一個具體實例中，使用稱為雷射刻劃之技術進行電池切割製程。首先藉由雷射刻劃電池，且接著以機械方式分離。藉由分裂、鋸切或另一種技術進行分離。雷射刻劃有助於減少由條狀物邊緣處之增加的複合電流引起之功率損失，該增加的複合電流由分裂損傷引起。
在機械分離之後偵測到殘餘複合電流，假設其由引起邊緣處之較高複合的矽太陽能電池之邊緣處之缺陷引起。一種減小此複合電流之可能的方式為鈍化邊緣處新近形成之表面。
在一個具體實例中，本發明涉及在雷射刻劃及機械分離之後，在瓦片式電池條狀物之一或多個分離（例如分裂）邊緣上沉積鈍化材料。對於c-Si型太陽能電池，鈍化材料之實例為AlOX
，諸如Al2
O3
。作為實例，以厚度為約5奈米（nm）之層的形式沉積鈍化材料。在一些具體實例中，在沉積之後，應用在約400℃下進行之熱製程或退火以改良鈍化作用。
可使用其他具有用於相關太陽能電池類型之鈍化品質之材料，例如金屬氧化物。潛在材料包括（但不限於）非晶形矽，或具有表示為SiOx
、SiNx
、SiOx
Ny
、AlNx
、TiOx
、SiCx
中之一者之化學式之物質。在選擇鈍化材料時考慮之因素包括（但不限於）物質之能隙（較高能隙可降低寄生吸收之可能性）、其表面鈍化程度且特定言之，其化學鈍化程度，及所需材料是否易於獲得。鑒於前述材料之材料特性及選擇要求，所屬技術領域中具有知識者可考慮之另一選擇為AlOx
Ny
。
藉由減小邊緣處之複合電流，瓦片式太陽能電池之邊緣鈍化可提高電池效率。沉積方法較佳為原子層沉積（ALD）。圖4為根據本發明之一個具體實例的瓦片式鈍化射極及背面電池（PERC）之製造方法200之示意性流程圖。在用於將電池切割成瓦片或條狀物之刻劃及分裂步驟之前，流程圖中之步驟210至232為用於製造PERC太陽能電池之製造步驟202。在步驟210中，移除由晶圓切割引起之鋸切損傷。在此步驟中，典型地在保持在90℃下之化學浴中使用濃氫氧化鈉，典型地為30%重量/體積（w/v），以自晶圓之兩個表面移除（亦即「蝕刻」）被破壞之區域。以約2微米（μm）/分鐘之速率進行移除。接著，對經蝕刻之晶圓進行表面紋理化212。在此步驟中，使晶圓浸沒於氫氧化鈉或氫氧化鉀（典型地為約2% w/v濃度）之化學浴中。化學浴可保持在80至90℃下以確保高金字塔成核速率(pyramid nucleation rate)。亦可使用添加劑，諸如5%（w/v）異丙醇。可對晶圓應用清潔步驟，在室溫下使用2%（w/v）的氟化氫（HF）及鹽酸（HCl）中之每一者。可在生產線中，在一個設備中進行步驟210及212。接著進行射極擴散步驟214。典型地，在通常在800至900℃範圍內之溫度下，自在晶圓表面上生長之磷玻璃（PSG）層，藉由磷固態擴散產生n型層。接著，在步驟216中移除磷玻璃。此係藉由將晶圓浸沒於1%至5%（w/v）氫氟酸（HF）之室溫溶液中且接著在去離子水中沖洗來進行。
在步驟216中移除磷玻璃之後，進行邊緣隔離步驟218。典型地，使用經冷卻之氫氟酸（HF）及硝酸（HNO3）之溶液。同樣地，可且通常在生產線中之一個設備中合併步驟216及218。在步驟220中向晶圓之前側且在步驟222中向晶圓之背側施加抗反射塗層。正面塗層可為SiNx
物質。背面塗層可為AlOx
/SiNx
堆疊。塗佈步驟利用沉積，諸如電漿增強化學氣相沉積（PECVD）及ALD，以在現有層上提供塗層材料之薄及光滑的層。
在製造方法202中（在將太陽能電池切割成瓦片之前），在步驟220及222中沉積塗層材料之後，不存在其他沉積步驟。在塗層沉積之後，在步驟224中應用金屬化步驟以在電池中產生開口，且在步驟226、228中施加背面及正面接觸件（例如銀（Ag）接觸件）。在步驟230中共燒各層。由於PERC電池對光誘導之降級敏感，在步驟232中應用降級緩解製程，如可由緩解技術中之現有教示內容鑑別。
不認為所涉及之用於形成未經切割的PERC太陽能電池之特定製造方法202包含本發明之必需限制性特徵。本發明可應用於適用於形成瓦片式太陽能電池模組之任何類型之太陽能電池。
根據本發明之具體實例，在製造（202）PERC太陽能電池之後，在步驟204中將其分離（例如切割）成太陽能電池瓦片，且接著應用ALD邊緣鈍化步驟206。
在先前技術中，通常使用介電膜以改良光學元件（抗反射塗層）、c-Si表面及主體鈍化。對於此等功能性，層應在金屬化及共燒之前存在。因此，在當前可用的太陽能電池製造方法中，僅在金屬化步驟之前應用介電質沉積步驟。然而，根據本發明，進一步包括介電質沉積步驟206作為製造方法中之最終步驟。根據本發明提供之製造方法中之沉積步驟以灰色表示。
圖5描繪太陽能電池瓦片之製造方法之不同具體實例。與圖4中所展示類似，不同之處在於在瓦片分離步驟204之後，在ALD邊緣鈍化206之前進行矽損傷移除步驟208（例如藉由化學蝕刻），以移除由鋸切或分裂引起之矽之損傷。藉由降低應用ALD之邊緣表面之粗糙度，矽損傷移除步驟208進一步最大化技術有效性。以與鋸切損傷移除步驟210相同或類似之方式進行矽損傷移除步驟208。
進階二維模擬顯示，當邊緣被充分鈍化時，位於分離線處之邊緣處之複合電流J01
及J02
顯著減小，且太陽能電池「瓦片」之效率可提高超過0.7%絕對百分比（20.05%至20.8%），如圖6-1及圖6-2中所示。圖6-1展示根據本發明之太陽能電池瓦片（亦即，具有邊緣鈍化）之模擬結果。圖6-2展示先前技術太陽能電池瓦片之模擬結果。在平面圖中，圖6-1及圖6-2中之淺色形狀300、302對應於太陽能電池瓦片。由圖6-1及圖6-2可發現，模擬指示先前技術瓦片304之一側邊緣306與根據本發明之具體實例提供的鈍化瓦片302中之相同邊緣308相比，將具有由洩漏電流引起之更多的電壓損失（如可由沿側邊緣306之顏色更深的部分發現）。
可藉由本發明實現之瓦片式太陽能電池的效率之改良將取決於太陽能電池分離成的太陽能電池「瓦片」之尺寸。在特定太陽能電池尺寸下，吾人預期「瓦片」越小，所進行之切割或分裂越多。整個模組中將存在更多的切口或分裂邊緣且因此可能的漏電流位置。因此，預期在較小的太陽能電池瓦片中且因此在由較小的「瓦片」製得之太陽能電池模組中，應用邊緣鈍化可引起較大的效率改良。
圖7說明上述作用。橫軸為由相同尺寸之太陽能電池產生的瓦片之數目。因此，沿該軸之數字2、3、4及5將對應於逐漸減小的太陽能電池瓦片，為太陽能電池之原始尺寸之1/2、1/3、1/4及1/5。縱軸展示包含如由沿橫軸之位置指示的瓦片數目之太陽能電池瓦片模組之模擬效率。對於先前技術瓦片式模組（正方形資料點）及根據本發明之瓦片式模組（圓形資料點），隨著瓦片尺寸變小（亦即，太陽能電池切割成更多的瓦片），整個瓦片式模組之效率提高。然而，對於所有模擬之情況，根據本發明之瓦片式模組實現更高的效率。
因此，相關優點為使用本文中所描述之本發明，有可能產生與現有太陽能電池瓦片相比尺寸較小之太陽能電池瓦片，而轉化效率無任何或顯著損失。較小的瓦片尺寸實現模組中電阻損耗之潛在降低。其亦實現瓦片式太陽能電池模組之封裝密度之潛在增加，其提高模組之功率輸出。
在本發明中，在瓦片堆疊在一起形成「瓦片式」模組（參見圖3）之後，可將鈍化材料施加於太陽能電池瓦片之邊緣。因此，堆疊可簡化邊緣鈍化製程。或者，可在堆疊之前施加鈍化材料。
可在不偏離本發明之精神或範圍之情況下對先前描述之部分進行變化或改變。上文描述具體實例之一些可能的變化。此外，在太陽能電池之製造方法中之金屬化及分裂步驟之後的鈍化材料之施加不限於太陽能電池瓦片之邊緣。
在以下申請專利範圍中及在本發明之前述說明中，除上下文由於明確語言或必要暗示以其他方式需要外，字組「包含（comprise）」或其諸如「包含（comprises/comprising）」之變化形式以包括性含義使用，亦即，指定所陳述特徵之存在但並不排除本發明之各種具體實例中其他特徵的存在或添加。
100:太陽能電池
102:匯流排
104:匯流排
106:匯流排
108:匯流排
110:匯流排
200:製造方法
202:步驟
204:步驟
206:步驟
208:步驟
210:步驟
212:步驟
214:步驟
216:步驟
218:步驟
220:步驟
222:步驟
224:步驟
226:步驟
228:步驟
230:步驟
232:步驟
302:淺色形狀
304:瓦片
306:瓦片之邊緣
308:瓦片之邊緣
現將參考隨附圖式描述僅作為實例之具體實例，其中[ 圖 1]
為太陽能電池之示意圖；[ 圖 2]
為圖1之太陽能電池中之四者之示意圖，其被刻劃且分裂成單獨的條狀物；[ 圖 3]
為排列在一起以形成瓦片式模組之五個太陽能電池條狀物之示意圖；[ 圖 4]
為描繪根據本發明之一個具體實例的用於提供鈍化射極及背面電池（PERC）太陽能電池瓦片之製造方法之流程圖；[ 圖 5]
為描繪根據本發明之另一具體實例的用於提供PERC太陽能電池瓦片之製造方法之流程圖；[ 圖 6-1]
描繪應用於根據本發明之經鈍化之太陽能電池瓦片的電模擬之結果；[ 圖 6-2]
描繪應用於不具有邊緣鈍化之先前技術太陽能電池瓦片的電模擬之結果；及[ 圖 7]
描繪模擬結果，其展示對於先前技術太陽能電池瓦片及根據本發明提供之太陽能電池瓦片，瓦片尺寸對瓦片式太陽能模組之效率之影響。
200:製造方法
202:步驟
204:步驟
206:步驟
210:步驟
212:步驟
214:步驟
216:步驟
218:步驟
220:步驟
222:步驟
224:步驟
226:步驟
228:步驟
230:步驟
232:步驟
Claims (19)
- 一種用於形成太陽能電池瓦片之方法，其包含以下步驟： 提供太陽能電池結構； 使用該太陽能電池結構形成至少一個太陽能電池瓦片；及 在該太陽能電池瓦片與該太陽能電池結構之另一部分分離之位置處，使該太陽能電池瓦片之邊緣部分鈍化。
- 一種用於提供經鈍化之太陽能電池瓦片之方法，其包括對太陽能電池瓦片之至少一個邊緣施加鈍化材料。
- 如請求項1或2之方法，其中由該太陽能電池結構形成該太陽能電池瓦片包括刻劃該太陽能電池結構，及該太陽能電池結構在該刻劃位置處之機械分離。
- 如請求項3之方法，其中該刻劃為雷射刻劃。
- 如請求項1或2之方法，其中由該太陽能電池結構形成該太陽能電池瓦片包括使該太陽能電池瓦片自該太陽能電池結構分裂。
- 如請求項1或2之方法，其中對該太陽能電池瓦片施加鈍化材料為該太陽能電池瓦片之製造方法中之最終步驟。
- 如請求項1或2之方法，其中藉由沉積對該太陽能電池瓦片施加該鈍化材料。
- 如請求項7之方法，其中藉由電漿增強化學氣相沉積或原子層沉積在該太陽能電池瓦片上沉積該鈍化材料。
- 如請求項8之方法，其中以厚度為約5 nm之層的形式沉積該鈍化材料。
- 如請求項1或2之方法，其中該鈍化材料提供矽上之表面鈍化。
- 如請求項1或2之方法，其中該鈍化材料為金屬氧化物。
- 如請求項11之方法，其中該金屬氧化物為AlOx 。
- 如請求項12之方法，其中該金屬氧化物為Al2 O3 。
- 如請求項1或2之方法，其中該鈍化材料為以下中之一者：非晶矽，或具有表示為SiOx 、SiNx 、SiOx Ny 、AlNx 、AlOx Ny 、TiOx 、SiCx 中之一者之化學式之材料。
- 如請求項1或2之方法，其包括在施加該鈍化材料之前移除矽損傷。
- 一種太陽能電池瓦片，其係使用如請求項1或2之方法提供。
- 一種瓦片式太陽能電池模組，其包括複數個各自如請求項16之太陽能電池瓦片，該複數個太陽能電池瓦片以堆疊方式排列，其中每個太陽能電池瓦片與相鄰太陽能電池瓦片之一部分重疊。
- 如請求項17之瓦片式太陽能電池模組，其中在該複數個太陽能電池瓦片堆疊在一起之前施加該鈍化材料。
- 如請求項17之瓦片式太陽能電池模組，其中在該複數個太陽能電池瓦片堆疊在一起之後施加該鈍化材料。
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