TW202232775A - 太陽能電池 - Google Patents

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Abstract

一種太陽能電池，包括基板，該基板具有被配置為在使用中面對光源的前表面和與前表面相對的後表面。前表面具有前表面形態並且後表面具有後表面形態。前表面形態和後表面形態架構成使得前表面具有比後表面更大的表面積。太陽能電池包含設置在基板的後表面上的發射器。還揭露了一種形成太陽能電池的分層結構的方法，該方法包含執行加工製程，使得基板的第一(例如，前)表面具有比第二(例如，後)表面更大的表面積。此方法還包含提供可以調整到第二表面的形態的反射層。

Description

太陽能電池
本揭露涉及太陽能電池和用於形成太陽能電池的方法。本揭露可特別但非排他地適用於異質接面太陽能電池和形成這種太陽能電池的方法。
用於從陽光提供電能的太陽能模組包括太陽能/光伏電池陣列，每個電池包括半導體基板。半導體基板與發射器形成p-n接合(即基板及發射器之一者是N型材料，而另一者是P型)，這有助於回應於入射到太陽能電池上的光而產生電流。
為了最大限度地提高這種太陽能電池的效率，重要的是減少反射(藉由太陽能電池的各種層)反射回周圍空氣的光量。這是因為太陽能電池不能使用這種反射光來產生電流。
可以減少這種光反射的一種方法是對半導體基板的表面執行紋理化。一種常用的紋理形式是角錐紋理，其產生由從其突出的角錐構成的表面。這種紋理可以藉由將矽晶圓放置在化學浴中沿晶圓的表面執行蝕刻來形成，由於矽的化學結構，這會導致在這些表面上形成角錐紋理。
然而，即使有這樣的紋理，也不是所有的光都被基板吸收以用於產生電流。一些光仍然反射到周圍空氣中，一些光被電池的非發電層吸收，還有一些光直接穿過基板。
太陽能電池可用於發電的光越多，太陽能電池的效率就越高。因此，不斷需要增加保留在太陽能電池內的光量(而不是被反射到外部環境或直接穿過太陽能電池)。
效率損失的另一個原由是在太陽能電池的不同層之間的介面處形成的表面缺陷。在操作中，電荷載體在靠近p-n接合的缺陷位置復合，而不是被電極收集。電荷載體的這種復合會導致太陽能電池的光伏轉換效率降低。
根據第一態樣，提供一種太陽能電池，包括： 基板，具有被配置為在使用中面對光源的前表面和與前表面相對的後表面，前表面具有前表面形態並且後表面具有表面形態，其中前表面形態和後表面形態被配置為前表面具有比後表面更大的表面積；以及 發射器，設置在基板的後表面。
藉由為基板的後表面提供較小的表面積(即，藉由表面形態)，後表面(以及因此太陽能電池的後側)可以比基板的前表面(和太陽能電池的前側)更具反射性。前表面配置為在使用時面向光源(例如太陽)，使得光首先入射到前表面上。前表面有較大表面積意味著太陽能電池前側反射的光量可以最小化(以使進入基板的光最大化)，並且太陽能電池後側反射的光量可以最大化(以最大化反射回基板的光量)。這可以提高太陽能電池的性能。
再者，藉由提供具有較小表面積的一個表面的基板，可以減少該表面處的表面復合(這可以再次提高太陽能電池的性能)。
此外，提供具有較小表面積的後表面可以減少施加到(例如沉積在)後表面上的每一層所需的材料量。這可以減少應用這些層所需的時間和這些層的材料成本。
如本文所用，例如在詞組「設置在後表面上」中使用的用詞「上」，意在包括在元件上的直接和間接設置，例如在基板、表面或層的元件上。因此，用詞「上」包括其中提供一或多個中間層的設置，或替代地，其中不提供中間層的設置。相反地，當一個元件被稱為「直接」在另一個元件「上」(例如「直接在表面上」)時，不存在中間元件。因此，發射器可以直接或間接地設置在基板的後表面上。
由於發射器設置在基板的後表面，因此可被稱為後發射器，太陽能電池可被稱為後發射器太陽能電池。
本文中所使用的用詞「形態」用於描述與例如表面的範圍(例如包絡或覆蓋區)相反的表面的形式或結構。
因此，基板可以包括基本上矩形的橫截面形狀(橫截面與前/後表面正交)。因此，前表面和後表面可以具有基本上相同的尺寸(即，關於包絡、覆蓋區或每個表面的二維投影)。
前表面可以是有紋理的(即，前表面形態可以包括紋理)。舉例而言，前表面形態可以包括角錐紋理。前表面形態可包括具有側面的角錐，每個側面與水平面形成約55度的斜率。
後表面可以基本上沒有紋理。也就是說，後表面形態可以是平滑且平面的。或是，後表面可以有紋理(雖然與前表面不同)。後表面可以是例如拋光或微蝕刻。舉例而言，後表面可以包括拋光的角錐紋理。後表面形態可以包括平滑的凸塊。後表面形態可以包括移除了尖端的角錐。
與前表面形態的角錐相比，後表面形態可以包括角錐(具有或不具有移除的尖端)，角錐具有每個與水平面形成較低角度斜率的側面。後表面的角錐可以具有小於54度的傾斜角。舉例而言，後表面的角錐可以具有前表面角錐的傾斜角的大約40％到60％(例如，約50％)。在特定範例實施例中，與前表面的角錐相比，後表面的角錐具有各自與水平面形成30度斜率的側部，而前表面的角錐具有各自與水平面形成55度斜率的側部。
前表面的表面粗糙度可以大於後表面的表面粗糙度。本文使用的用詞「表面粗糙度」是指表面的「介面展開面積比(Developed Interfacial Area Ratio；Sdr)」，計算如下：
Figure 02_image001
其中投影面積是(三維)表面的二維投影(即，橫截面積)。完全平滑/平坦的表面的Sdr值為零(因為在這種情況下，實際表面積等於投影面積)。
基板和發射器可以形成太陽能電池的分層結構的部分。基板可以將分層結構分成包含基板的前表面並且在基板的前表面前面的前側(或部分)和包括基板的後表面並且在基板的後表面後面的後側(或部分)。因此，發射器可以形成分層結構的後側的部分。一或多層可以設置在基板的前表面上。除了發射器之外，一或多層可以設置在基板的後表面上。
用詞「前面」用於描述朝向太陽能電池前表面的方向(即，在正常使用中朝向入射光源，例如太陽)。用詞「後面」在本文中用於描述朝向太陽能電池後表面的方向(即，在正常使用中遠離入射光源的方向)。
設置在基板的表面上的一或多層可以以薄塗層的形式沉積在表面上。這樣，這些層可以具有與下方的基板表面基本上相同的表面形態。舉例而言，每一層的厚度可以明顯小於形成在基板表面上的任何紋理(例如角錐)的高度。
基板的後表面可以被配置為具有比基板的前表面更大的加權平均反射(weighted average reflection；WAR)(例如，對於400 nm到1000 nm範圍內的波長)。基板的後表面可以被配置為具有大於13%的WAR(例如，對於400 nm到1000 nm範圍內的波長)(即，超過13%的光子撞擊後表面被反射，從後面測量)。基板的前表面可以被配置為具有13%或更小的WAR(例如，對於400 nm到1000 nm範圍內的波長)。
WAR可以藉由在波長範圍內對(表面的)反射率執行積分來計算。波長反射率的權重由光子束決定。
基板或其一部分可以是正摻雜的或負摻雜的(即可以是p型或n型半導體)。因此，基板可以包括n型或p型半導體材料。當半導體材料是n型半導體材料時，半導體材料可以被配置為含有諸如磷(P)、砷(As)和銻(Sb)的V族元素的雜質。當半導體材料是p型半導體材料時，它可以含有III族元素的雜質，例如硼(B)、鎵(Ga)和銦(In)。基板可以包括結晶矽(c-Si)。或是，半導體材料可以由矽以外的材料形成。
發射器可以包括奈米晶矽(nc-Si)或非晶矽(a-Si)(或碳化矽或低氧化矽)。發射器的摻雜可以與基板的摻雜相反。舉例而言，當基板是負摻雜時，發射器可以是p型發射器。
太陽能電池可以包括設置在基板的與發射器相反的表面上的摻雜層。摻雜層可以包括奈米晶材料(例如奈米晶矽(nc-Si))或非晶材料(例如非晶矽(a-Si))。摻雜層可以包括例如矽、碳化矽或低氧化矽。摻雜層可以具有與基板相同的摻雜(例如，摻雜層可以定義蓄電池層)。因此，當基板是負摻雜時，摻雜層可以是n型層。
分層結構的前側可以包括摻雜層(其可以被稱為前摻雜層)。前摻雜層可以設置在基板的前表面上。
太陽能電池可以是異質接面太陽能電池，即使用異質接面技術(HJT)製成的太陽能電池。舉例而言，基板可以由結晶矽形成，而發射器和蓄電池可以由非晶矽形成。因此，可以在發射器和基板的表面(例如，後表面)之間設置介面層。介面層可以包括非晶矽。介面層可以包括本質非晶矽(i-a-Si)或本質非晶氧化矽(i-a-SiOx)。介面層可以包括a-SiCx(i)、多晶矽、SiO 2、Al 2O 3、SiNx或TiOx。介面層可以被配置為提供鈍化(即，其可以被配置為進一步減少基板表面的電荷載體的復合)。
介面層可以是第一介面層，並且分層結構可以包括設置在摻雜層與基板的表面(例如前表面)之間的第二介面層。第二介面層可以位於基板的與發射器相反的一側。第二介面層可以包括本質非晶矽(i-a-Si)或本質非晶氧化矽(i-a-SiOx)。第二介面層可以包括i-a-SiCx、多晶矽、SiO 2、Al 2O 3、SiNx或TiOx。如同第一介面層，第二介面層可以被配置為提供鈍化(即，其可以被配置為進一步減少基板表面的電荷載體的復合)。
太陽能電池可以包括反射層。反射層可以設置在(例如，間接地)基板的後表面上。反射層可以形成分層結構的後側的部分。反射層可以在發射器的後面。反射層可以設置(即，直接或間接地設置)在發射器上。
反射層可以是多層的(即，其可以包括複數個子層)。一或多個子層可以被配置為最大化反射層的反射率(對入射到其上的光)。反射層(或其子層的選擇)可以被配置為介電反射鏡。每個子層的折射指數可以被配置為使入射在反射層上的光的反射最大化。
反射層可以包括具有第一折射指數的第一子層和具有高於第一折射指數的第二折射指數的第二子層。第一子層和第二子層可以彼此相鄰(即，第一子層可以直接設置在第二子層上)。第一子層可以在第二子層的後面(例如，與第二子層相比，第一子層可以離基板更遠)。
第一子層可以包括氮氧化矽(SiOyNx)。如上所述，調諧可以包括選擇SiOyNx子層的氧含量以提供特定的折射指數(例如，低於第二子層的折射指數)。
第一子層可以包括二氧化矽(SiO 2)。第一子層可以包括介電膜(例如氮化矽(SiNx))。
第一子層可以具有介於1與50 nm之間、或1與40 nm之間、或1與30 nm之間、或1與20 nm之間的厚度。第一子層可以具有大約10 nm的厚度。
對於633 nm的波長，第一子層可以具有低於1.8的折射指數。對於633 nm的波長，第一子層可以具有1.3與1.7之間或1.4與1.6之間的折射指數。對於633 nm的波長，第一子層可以具有大約1.5的折射指數。
第二子層可以包括透明導電氧化物(TCO)，例如氧化銦錫(ITO)。替代地或附加地，第二子層可以包括IZO(氧化銦鋅)、AZO(氧化鋁鋅)和IWO(氧化銦鎢)中的任一者。
第二子層可具有介於30與100 nm之間、或介於30與80 nm之間、或介於30與50 nm之間的厚度。TCO層可以具有大約40 nm的厚度。
對於633 nm的波長，第二子層可以具有高於1.8的折射指數。對於633 nm的波長，第二子層可以具有1.8與2.2之間或1.9與2.1之間的折射指數。對於633 nm的波長，第二子層可以具有大約2 nm的折射指數。
反射層可以包括第三子層。第二子層可以直接設置在第三子層上(即，第二子層可以在第三子層的後面或與第三子層相比離基板更遠)。第三子層可以包括過渡金屬氧化物(TMO)層。由於TMO子層的折射指數，使得TMO子層可以提高反射率，以在光到達第二子層之前增加光的反射。第三子層可以包括WOx(例如WO 3)、MoOx、V 2O 5、CuOx、NiOx、TiOx、LiFx、KFx、TaNx和ZnO中的至少一者。
對於633 nm的波長，第三子層可以具有1.8與2.2之間或1.9與2.1之間的折射指數。對於633 nm的波長，第三子層可以具有大約2 nm的折射指數。
可以將反射層調整到基板的後表面形態(即，使反射層的反射最大化)。這樣的調整可以包括選擇子層的一或多個物理特性以便最大化具有給定後表面形態的太陽能電池的性能特性(例如短路電流(I SC)或短路電流密度(J SC))。一或多個物理特性可以包含每個子層的厚度、每個子層的材料(以及因此的折射指數)及/或子層的數量中的一或多個。
因此，更常見地，反射層的子層可以被配置為使太陽能電池基板的後表面形態的反射率(以及因此的短路電流及/或短路電流密度)最大化。
在一個範例中，太陽能電池可以包括由二氧化矽形成的具有約10 nm的厚度的第一子層、由ITO形成的具有約40 nm的厚度的第二子層以及具有由30度角錐形成的後表面形態的基板。
太陽能電池可以包括後電極。後電極可以設置在分層結構的後表面(即最後表面)上。
分層結構還可以包括抗反射層。抗反射層可以形成分層結構的前側的部分。抗反射層可以設置在(例如直接在)摻雜層或發射器上(取決於哪個形成分層結構的前側的部分)。前TCO層可以定義分層結構的前(即最前面)表面。抗反射層可以由例如氧化銦錫(ITO)的透明導電氧化物(TCO)形成。抗反射層可以降低入射在太陽能電池上的光的反射率並增加預定波長頻帶的選擇性，從而提高太陽能電池的效率。
通常，分層結構可以包含由或包括SiOxNy、SiNx、SiOx、SiC、ITO、IZO、AZO、IWO、WOx(例如WO 3)、MoOx、V 2O 5、CuOx、NiOx、TiOx、LiFx、KFx、TaNx和ZnO的一或多層(及/或子層)形成。
太陽能電池可以包括前電極。前電極可以設置在分層結構的前表面(即，最前表面)上。
在第二態樣，提供形成太陽能電池的分層結構的方法，該方法包括： 對太陽能電池基板的第一表面執行第一加工製程，以便提供具有第一表面形態的第一表面； 對太陽能電池基板的與第一表面相對的第二表面執行第二加工製程，以便提供具有第二表面形態的第二表面；以及 在太陽能電池基板的第二表面上配置發射器； 其中第一表面形態和第二表面形態使得第一表面具有比第二表面更大的表面積。
根據以上的討論，用詞「上」包括太陽能電池基板的第二表面上的間接(具有中間層)和直接(沒有中間層)設置。
該方法可以包括(額外的)在第二表面上執行第一加工製程(以便為第二表面提供第一表面形態)。在這種情況下，可以在第一加工製程之後執行第二加工製程。
在一些實施例中，第一加工製程可以僅應用於第一表面(即，第一表面，而不是第二表面)。舉例而言，第一加工製程可以包括僅將紋理施加到第一表面。
第一加工製程可以是紋理化製程。第一加工製程可以是蝕刻製程。舉例而言，蝕刻製程可以包括將基板浸入化學浴中。第一表面形態可以是角錐紋理。
第二加工製程可包括拋光或蝕刻(例如微蝕刻)製程。
第二加工製程可包括單側直線蝕刻(例如鹼性或酸性蝕刻)。
第二加工製程可替代地包括在第一表面上沉積保護層並隨後在基板上執行蝕刻製程(即，使得蝕刻僅發生在未受保護的第二表面上)。保護層可以包括氮化矽(SiNx)。該方法還可以包括在執行蝕刻製程之後從第一表面除去保護層。
在將第一加工製程施加到第一和第二表面兩者的情況下，第二加工製程可因此包括將第二表面的表面形態從第一表面形態轉變為第二表面形態。
作為範例，第一加工製程可以包括形成第一表面形態，例如，在第二表面上包括角錐紋理。第二加工製程可以包括拋光角錐紋理以形成凸塊表面，其中每個角錐的頂部被移除(即，限定第二表面形態)。
第一表面可以是基板的前表面。第二表面可以是基板的後表面。
第二態樣的分層結構可以如關於第一態樣所描述的那樣。
該方法還可以包括在基板的第一及/或第二表面上設置一或多個層(即，除了發射器之外)。
在基板上設置一或多個層可以包括在第一及/或第二表面上沉積、植入及/或擴散一或多個層(例如，藉由氣相沉積製程)。沉積在第一及/或第二表面上的一或多個層可以包含一或多個(例如，第一及/或第二)介面層、反射層、摻雜層及/或抗反射層(每個都如上關於第一態樣所述)。
在基板上設置發射器可以包括在第二表面上沉積、植入及/或擴散發射器(例如，藉由氣相沉積製程)。
在第三態樣，提供一種確定第一態樣的太陽能電池的配置的方法，該方法包括： 選擇一或多個基板後表面形態； 選擇複數個後反射層配置； 從一或多個選擇的基板後表面形態和選擇的後反射層配置中識別基板後表面形態和後反射層配置的複數個組合； 對於每個組合，確定具有後表面形態和後表面反射層配置組合的太陽能電池的性能特性；以及 藉由比較確定的組合的性能特性，識別具有最高性能的組合。
性能特性可以是太陽能電池的短路電流(I SC)或太陽能電池的短路電流密度(J SC)。
每個後反射器層配置可以包括後反射器層的子層的配置。反射器的子層的配置可以包括每個子層的物理特性。每個子層的物理特性可以包含子層的厚度、子層的折射指數(例如，在給定波長)及/或形成子層的材料中的一或多個。子層的配置可以包括子層的數量。
可以使用光學模擬器來執行確定性能特性的步驟。光學模擬器可以應用於複數個電腦模擬的太陽能電池模型，這些模型具有確定的基板後表面形態和後反射器層配置的組合。
形態的選擇可以包括選擇平坦(即，平滑、平面)表面形態、拋光角錐形態(即，其尖峰被移除的角錐)、由30度傾斜表面形成的角錐及/或平滑凸塊形態中的一或多種。
在第四態樣，提供一種形成太陽能電池的分層結構的方法，該方法包括執行第三態樣的方法並形成分層結構，該分層結構被識別為具有最高性能。
第四態樣的分層結構的形成可以如上文關於第二態樣所述的那樣。因此，第二態樣中提到的第二表面形態可以是被識別為具有最高性能的組合的基板後表面形態。也就是說，該方法可以包括(關於基板的形成)在基板的第二表面上執行第二加工製程以提供所識別組合的後表面形態。
在第五態樣，提供一種根據第四態樣的方法形成的分層結構。
第五態樣的分層結構可以如上文關於第一態樣所描述的那樣。
本領域技術人員將理解，除了在相互排斥的情況下，關於任一上述態樣描述的特徵或參數可以應用於任何其他態樣。此外，除非相互排斥，本文描述的任何特徵或參數可應用於任何態樣及/或與本文描述的任何其他特徵或參數組合。
現在將參考圖式討論本揭露的態樣和實施例。對於本領域技術人員來說，其他態樣和實施例將是顯而易見的。在圖式中，為清楚起見誇大了層的厚度。此外，圖式中所示的層的相對厚度不一定代表所有實施例中層的實際相對厚度。
圖1示意性地示出太陽能電池100，其中包括結晶矽基板101、結晶矽基板101包括第一(即，前)表面102，光(例如來自太陽)在正常使用中首先入射到其上，以及第二(即，後)表面103，其與前表面102相對。從圖1可以明顯看出，前表面102具有角錐紋理，而後表面103是平滑且平面的(即，沒有施加到其上的實質紋理)。這導致前表面102具有比後表面103更高的粗糙度。前表面102的較大粗糙度意味著前表面102的表面積大於後表面103的表面積。
基板101形成太陽能電池100的分層結構117的部分。基板101將分層結構117分成基板101前面(但包含前表面102)的前側(或部分)104和基板101後面(但包括後表面103)的後側(或部分)105。在正常使用時，入射到太陽能電池100上的光在進入分層結構117的後側105之前穿過分層結構117的前側104和基板101。
分層結構117的前側104和後側105中的每一個都包括複數個層。前側104的層沉積(或例如，擴散或植入)在基板101的前表面102上。後側105的層沉積(或例如，擴散或植入)在基板101的後表面103上。這些層被沉積為薄塗層，使得每一層都呈現出它所沉積的表面的形狀。因此(並且從圖式中可以明顯看出)，前側104的層各自具有比後側104的層更大的表面積。
基板101的後表面103的下表面區域藉由減少電荷載體復合增加後表面103的鈍化(即，下表面區域減少了後表面103處的缺陷位置的數量)。基板101的後表面103的下表面區域也可以減少製造成本。這是因為，減少的表面積需要較少量的材料沉積在其上，並且這樣做的花費時間更少。
太陽能電池100是後發射器太陽能電池(並且特別是後發射器異質接面太陽能電池100)。因此，太陽能電池100的發射器106形成分層結構117的後側105的部分。發射器106與基板101形成p-n接合，並且在所示實施例中是p型奈米晶矽層(p-nc-Si)。在其他實施例中，基板可以由n型材料形成。
第一介面層107設置在發射器106與基板101之間。第一介面層107被配置為進一步增加後表面103處的鈍化。發射器106直接設置在第一介面層107上，第一介面層107又直接設置在基板101的後表面103上。第一介面層107是本質非晶矽(i-a-Si)層。第一介面層107可以另外包括例如a-SiOx(i)、a-SiCx(i)、多晶矽、SiO 2、Al 2O 3、SiNx或TiOx。
分層結構117包括由三個子層形成的反射層118：包括氧氮化矽的第一子層108、TCO層115形式的第二子層和包括透明金屬氧化物(TMO)114的第三子層。反射層118設置在發射器106的後表面上。TMO層114直接設置在發射器106的後表面，TCO層115設置在TMO層114的後面。TMO層114和TCO層115夾在發射器106與第一子層108之間，第一子層108定義分層結構117的最後層。
反射層118的子層被配置為使入射在其上的光反射回基板101最大化。特別地，子層108、114、115的折射指數被調整以使具有從400 nm到1000 nm波長的光的反射最大化。如此一來，反射層118可以被配置為介電反射鏡。
調整子層108、114、115的折射指數的一個態樣包含管理第一子層的氮氧化矽的氧含量，以改變第一子層的折射指數。
反射層118根據基板101的後表面103的表面形態特別地調整。基板101的後表面103的表面形態影響入射在反射層118上的光的入射角。因此，選擇子層108、114、115的厚度和折射指數以最大化在該特定入射角向基板101入射的光的反射。舉例而言，較佳的參數(厚度和折射指數)可以使用射線追蹤模擬器來確定。
為了遠離基板101，太陽能電池100的前側104包括第二介面層109、前摻雜層110和前TCO層111。在所示實施例中，第二介面層109是本質非晶矽(i-a-Si)層。前摻雜層是n型非晶矽(n-a-Si)層。
太陽能電池100還提供有設置在TCO層111的前表面上的前電極112和設置在反射層118的後(例如最後面)表面上的後電極113。
圖2顯示分層結構的背側105’，它是圖1所示結構的變化。在此實施例中，基板101的後表面103包括凸塊表面形態而不是平滑平面表面形態(如前述實施例的情況)。藉由拋光基板101的後表面103以部分移除後表面103的紋理(即，移除形成在後表面103上的角錐的尖端)形成凸面。
藉由這樣做，後表面103的表面積減少，使其小於基板101的前表面102的表面積。較小的表面積增加鈍化並且還意味著沉積(或以其他方式設置在)後表面103上的層需要較少的材料和較少的時間來設置在其上。
與圖1的實施例類似，後側105’包括(自後表面103依序遠離)介面層107、發射器106、TMO層114、TCO層115和反射層118。
圖3描繪形成太陽能電池的方法200，例如上述太陽能電池之一。方法包括提供結晶矽晶圓形式的太陽能電池基板的第一步驟201。在第二步驟202中，對基板的前表面和後表面進行第一加工製程。特別地，第一加工製程包括將紋理施加到前表面和後表面。這可以例如藉由蝕刻前表面和後表面以在前表面和後表面上形成角錐紋理來執行。
在第三步驟203中，方法包括(在第二加工製程中)從後表面至少部分地移除角錐紋理。這可能涉及拋光後表面以部分移除角錐紋理(例如移除角錐的尖端)。此步驟的結果是後表面的表面積小於基板的前表面。
在第四步驟204中，層被設置(或形成)在基板的前表面和後表面上。這可以包括例如沉積、擴散、摻雜及/或植入步驟。所指的層是形成上述太陽能電池的前側和後側的那些層(例如發射器106、反射層118和子層等)。
第四步驟204(儘管未具體說明)包含形成反射層，其涉及沉積複數個子層(例如，經由PECVD製程)。子層的沉積可以使得子層的折射指數變化(在子層之間)。子層的厚度也可以變化。通常，調整反射層的子層以最大化反射。
通過最佳化製程選擇子層厚度和材料，這將在下面進一步討論。
在第五步驟205中，將電極設置在太陽能電池的前側和後側的最外表面上。
圖4示出用於確定諸如以上所述的太陽能電池的配置的方法300。方法300包括(在方塊301)選擇一或多種基板的後表面形態。在這種情況下，表面形態包含平滑/平面表面形態(形態1)和由複數個角錐形成的30度角錐形態(形態2)，每個角錐具有30度的傾斜角。
在方塊302，選擇複數個反射層配置。每個反射層配置包括反射器的子層的配置。這包含子層的數量和每個子層的物理特性。物理特性包含子層厚度和材料。
在方塊303，從選定的後表面形態和反射層配置中識別後表面形態和反射層配置的複數個組合(即，使得每個組合由後表面形態和反射層配置組成)。所識別的組合可以包含所有可能的組合，或所有可能組合的子集。
在方塊304，評估每個識別的組合以確定具有該組合的太陽能電池的性能特性。這可以例如藉由光學模擬器來執行。因此，舉例而言，可以為每個組合形成電腦模擬的太陽能電池模型(即，具有後表面形態和反射層配置組合的太陽能電池模型)，並且可以對電腦模擬的太陽能電池模型執行光學模擬。以這種方式，可以針對後表面形態和後反射層配置的每種組合確定太陽能電池性能。性能特性可以是例如太陽能電池的短路電流(I SC)或太陽能電池的短路電流密度(J SC)。
在方塊305，識別出最高性能的組合。舉例而言，當性能特性為短路電流或短路電流密度時，性能最高的組合可以是具有最高短路電流或短路電流密度的組合。
圖5中提供的表格說明此製程。在此範例中，選擇八個反射層配置(對應於表格的八列)。每個反射層配置包括不同材料和不同厚度的兩個子層。此外，已選擇兩種基板後表面形態供考慮。這導致後表面形態和反射層配置的共16種組合。
如所示，已經為16種組合中的每一種計算性能特性(在此情況下為短路電流密度)。在此已經藉由基於電腦模擬太陽能電池模型的光學模擬器來執行，該太陽能電池模型具有反射層配置和各種組合的表面形態。
短路電流密度的最高確定值為41.3 (mA/cm 2)，如圖5所示。這對應於具有後表面形態2的基板、由厚度為40 nm的材料1形成的第一子層和由厚度為10 nm的材料2形成的第二子層。
應當理解，本發明不限於上述實施例，並且可以在不脫離本文描述的概念的情況下進行各種修改和改進。除非在相互排斥的情況下，任何特徵可以單獨使用或與任何其他特徵組合使用，並且本揭露延伸至且包含本文描述的一或多個特徵的所有組合和子組合。
100:太陽能電池 101:基板 102:前表面 103:後表面 104:前側 105:後側 105’:後側 106:發射器 107:第一介面層 108:第一子層 109:第二介面層 110:前摻雜層 111:前TCO層 112:前電極 113:後電極 114:TMO層 115:TCO層 117:分層結構 118:反射層 200:方法 201:步驟 202:步驟 203:步驟 204:步驟 205:步驟 300:方法 301:方塊 302:方塊 303:方塊 304:方塊 305:方塊
現在將參考圖式，僅藉由範例的方式描述實施例，其中： [圖1]是太陽能電池的側截面視圖； [圖2]是圖1的太陽能電池的變化的部分的側截面視圖； [圖3]是說明形成太陽能電池的方法的流程圖； [圖4]是說明確定太陽能電池配置的方法的流程圖；以及 [圖5]是舉例說明圖4的方法的表格。
101:基板
102:前表面
103:後表面
105’:後側
106:發射器
107:第一介面層
108:第一子層
114:TMO層
115:TCO層

Claims (19)

  1. 一種太陽能電池，包括： 基板，具有被配置為在使用中面對光源的前表面和與該前表面相對的後表面，該前表面具有前表面形態並且該後表面具有後表面形態，其中該前表面形態和該後表面形態被配置為該前表面具有比該後表面更大的表面積；以及 發射器，設置在該基板的該後表面。
  2. 如請求項1之太陽能電池，其中該前表面形態包括紋理。
  3. 如請求項1或2之太陽能電池，其中該後表面形態是平滑且平面的。
  4. 如請求項1或2之太陽能電池，其中該後表面形態包括拋光的紋理。
  5. 如請求項1或2之太陽能電池，其中該基板的該前表面的表面粗糙度大於該基板的該後表面的表面粗糙度。
  6. 如請求項1或2之太陽能電池，其中該基板的該後表面被配置為具有比該基板的該前表面更大的加權平均反射。
  7. 如請求項6之太陽能電池，其中該基板的該後表面被配置為具有大於13%的加權平均反射。
  8. 如請求項1或2之太陽能電池，其中在發射器與該基板的該後表面之間設置有介面層。
  9. 如請求項1或2之太陽能電池，包括設置在該基板的該後表面上的反射層，該反射層包括具有第一折射指數的第一子層和具有大於該第一折射指數的第二折射指數的第二子層，並且其中該第一子層在該第二子層的後面。
  10. 如請求項9之太陽能電池，其中該第一子層包括氮氧化矽。
  11. 如請求項9之太陽能電池，其中該第二子層包括透明導電氧化物(TCO)。
  12. 如請求項9之太陽能電池，其中該反射層包括包含透明金屬氧化物(TMO)的第三子層。
  13. 如請求項1或2之太陽能電池，該太陽能電池是異質接面太陽能電池。
  14. 一種形成太陽能電池的分層結構的方法，該方法包括： 對太陽能電池基板的第一表面執行第一加工製程，以便提供具有第一表面形態的該第一表面； 對該太陽能電池基板的與該第一表面相對的第二表面執行第二加工製程，以便提供具有第二表面形態的該第二表面；以及 在該太陽能電池基板的該第二表面上設置發射器； 其中該第一表面形態和該第二表面形態使得該第一表面具有比該第二表面更大的表面積。
  15. 如請求項14之方法，包括在該第二表面執行該第一加工製程以提供具有該第一表面形態的該第二表面，其中該第二加工製程在該第一加工製程之後執行。
  16. 如請求項15之方法，其中該第一加工製程包括形成角錐紋理。
  17. 如請求項16之方法，其中該第二製程包括拋光該第二表面的該角錐紋理。
  18. 如請求項14至17中任一項之方法，進一步包括： 選擇一或多個基板後表面形態； 選擇複數個後反射層配置； 從一或多個選擇的該基板後表面形態和選擇的該後反射層配置中識別基板後表面形態和後反射層配置的複數個組合； 對於每個組合，確定具有後表面形態和後表面反射層配置的該組合的太陽能電池的性能特性；以及 藉由比較確定的該組合的該性能特性，識別具有最高性能的組合；以及 在該太陽能電池基板的該第二表面上設置後反射層，該後反射層具有被識別為具有該最高性能的該組合的該後反射層配置； 其中執行該第二加工製程，使得該第二表面形態是被識別為具有該最高性能的該組合的該後表面形態。
  19. 如請求項18之方法，其中該後反射層包括複數個子層並且該後反射的該配置包括該後反射層的子層的配置，其中該子層的該配置包括每個子層的厚度和折射指數。
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