TWI238536B - Solar cell and solar cell module using the same - Google Patents

Description

1238536 玖、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 發明財關-種太陽電池及使用其太陽電池之太陽電 池挺組，詳細而言係有關-種光電變換效率優越之太陽電 池構造。 【先前技術】 作為先前之太陽電池，習知將受光面電極與背面電極分 別形成於具pn接合之碎基板之兩面之太陽電池及太陽電池 杈組（例如參照特開平1 (M 07306號公報）。 '先㈤之太陽私池，作為受光面電極，為儘可能加寬 又光.面#’知用粗線邵分與細線部分交叉之柵格圖（梳形） 者。 另一方面，作為背面電極，採用於矽基板背面全面印 刷烘烤以銘作為主要成分之膏狀電極材料而形成者。 再者，於該太陽電池模組，平面地排列太陽電池，用銅 絲I等之配線材料串聯連接鄰接之太陽電池中一方之受光 面％極及他万《背面電極’以玻璃板及防濕膜等適當密 封。 、、太陽私池之領域，為謀求製造成本之降低，矽基板之 薄土化進展，一般使用薄型化至厚度約3〇〇 pm左右之矽基 板。 且W為；某求更卩牛低製造成本，雖考慮更加薄化矽基板之 厚度，然而使矽基板之厚度變薄至約25〇 μιη以下，長波長 區域之入射光就難以被矽基板吸收，其諸多達至矽基板背 88399 1238536 達至石夕基板背面之長波長區域之入射光於背面電極反射 而再次回到矽基板内。 然而，背面電極像先前一般，係烘烤將鋁作為主要成分 之賞狀電極材料而被形成者之情況，其反射率停留於約7〇 %左右。 因此’ 一旦薄化矽基板之厚度以謀求製造成本之降低， 但卻無法得到充分之光電變換效率。 【發明内容】 本發明係考慮到如同以上之情況所完成者，即使光電變 換層之厚度薄，亦可提供一種光電變換效率優越之太陽電 池及使用其太陽電池之太陽電池模組。 種太陽電池，其特徵在於具備：光電 光電變

反射到光電變換層。 本發明係提供一 換層，其具表面及 背面；反射層係夸 根據本發明，

反射到光電變換層。

於此， 於此’反射層係由有機材料形成 交替層疊折射率1.45 88399 1238536 1.65之第1材料 < 透光層及折射率i 7〇〜i 9〇之第2材料之 透光層’各單層之透光層之厚度為5〇〜16〇疆之範圍，厣 疊50〜500層透光層亦可。 曰 又，構成反射層之有機材料為有機高分子材料亦可。 又，由反射層所反射之光之波長為8〇〇〜11〇〇 nm亦可。 又，光電變換層於背面局部性地備置背面電極亦可。 又，光電變換層於背面局部性地備置背面電極，背面兩 極對光電變換層背面之面積之佔有率為丨〜20%之範園内2 可。 ’、 又，光電變換層由具pn接合層之矽基板所形成，其厚度 為100〜250 μηι之範圍内亦可。 予又 、又’本發明從另外之觀點視之，亦提供具備平面狀排列 〈複數太陽m互才目串聯連接鄰接之太陽t⑻之連接構 件，各太陽電池係根據本發明之太陽電池形成之太陽電池 模組。 < 【實施方式】 根據本發明之太陽電池，其特徵在於構成如下：具備光電 j換層及設於光電變換層背面之反射層，反射層係交替層 ®折射率互相相異之複數透光層，且可將由光電變換層表 面射入的光中長波長的光反射到光電變換層。 於根據本發明之太陽電池，作為光電變換層，例如可用 、Pn接合層之厚度約〜250 pm之石夕基板。 範

於此，將矽基板之厚度作為約100〜25〇 μιη，是因為上述 園内在謀求製造成本降低及矽基板強度之並存上為= 88399 1238536 想。即若矽基板之厚度比250 μιη大，則不太具製造成本降 低之效果。若使矽基板之厚度比1〇〇 μηι+，基板之機械強、 度過小4結果，於太陽電池之製造過程中則容易產生破壞 及缺損，而降低良率。 再者，使用如此薄之矽基板時，對於入射光中具有8〇〇〜 Π00 nm之波長的長波長光之損失變大，有使太陽電池之光 電變換效率降低之可能。 其係短波長光於矽基板表面附近其大半被吸收，即使矽 基板薄亦無法到達背面，然而綱〜丨⑽_之長波長光於· 薄矽基板不被充分地吸收而到達至矽基板背面。 = 因此，於根據本發明之太陽電池，設於光電變換層背面 之反射層構成如下：對具約刚〜議nm之波長之長波長光 顯示約80〜100%之高反射率。 特別是珍太陽電池之情況，因對約110〇〜12〇〇 nm之波長 區域的光之光譜靈敏度低’至少提高對於約刪〜議咖 之波長區域的光之反射率成為重要。 、於根據本發明之太陽電池’如上述之反射層例如可藉由 叉替滑疊折射率為⑷〜丨.^之透光層及折射率為UG〜' 190之透光層構成。 又，於上述兩種透光層之組合，互相鄰接透光層之折射 率差係G.25〜G.45左右有效，更佳係Q 3〜q 4左右。 此外，透光層之層疊數能作為5〇〜層左右。 作為透光層，例如可使用由厚度5〇〜16〇㈣之有機高分 子材料組成之層。 88399 1238536 作為具體之有機高分子好 樹脂，樹脂、t木樹脂、二::聚=脂， 是聚醋樹脂及咳喃樹脂適宜被使用_寺，於本發明特別 作為聚§旨樹脂： 成要素之2、3-萘 物。 例如可用以萘環等夕夕 衣寺 < 多裱方香族作為構 二羧酸（C^HJCooh)2))及乙二醇之共聚 再者，作為呋喃樹脂，例 4 J用氷乙缔吱喃、聚〇 7、降 基四氫呋喃）等。 永（2-乙烯 有機高分子材料以外，如2 _ 太I ^ 卜例如可用破璃等之無機材料，但 本發明從反射特性及製造成 n 、 觀點以有機咼分子材料 為週宜。 於根據本發明之多層摄# 曰構迈爻反射層形成時，可使用於美 國專利第377购號、同第州偏㈣ ^ 斤 J罘^884606號、同第5389324號及同 罘5094788號所記載之方法及裝置。 例如作為製作原理， J用如同吴國專利第3773882號及同 第38846〇6號所記載之利用禮 、· 树月曰《熱塑性之共擠出形成法。 再者作為裝置’可用如同記載於美國專利第$谓似號 之多層膜形成裝置。 將使用這種裝置所形成 > 夕底 ， 成义夕層腠再分割成複數多層膜， 令美國專利第5094788虓所載，藉由反覆累積層疊，可形成 具有數百層多層構造的反射層。 此外’於多層構造之反射膜’選擇特定範圍之波長的光 而反射之迖擇反射率，可用被記载於「Heavens， ^Optical Properties of Thin Solid Films\ Butterworths 88399 -10- 1238536

Science(1955)之以下之式（1)〜（3)算出。式（1)〜（3)係算出 於垂直入射之情況之多層膜的反射率R( λ )者。

Aw 万⑷ 數2

Μ,= 3

CosSj irj^SinSj ^jSinSj Cosdj 於此，Mj係均質第j層單層膜之特性矩陣；河係均質多 月吴足特性矩陣，mil mu 係與各層對應之特性 :之乘積形式之對角要素；"…及^係入射側之 質、石夕及第j層膜之實效折射率，對於吸收性之介質以複」 折射率Nm」調換即可。nj係主折射率；丨係虛數單化 Kj係消滅係數·。於占_ (Ί ΤΓ ! Ί Λ 、 .、0广（27r/A)Njdj，…係第j層膜之薄膜/ 度。λ係入射光之波長。 再者’於根據本發明夕兩 月太1^电池，光電變換層於受光〗 具備受光面電極亦可 、 用_ 可。讀況，作為受光面電極，例如, 用印刷、洪诸以相4、Α 或銘作為主要成分之膏狀電彳 成之梳形者。 Θ狀包極材枓而3 此外’於根據本菸 、 X月^太〶電池，光電轡施JS、人北 邵性地備置背面雷打 兀兒又換層於背面） 2，反射層於光電變換層之背面全面4 88399 1238536 設置為理想。 其係於本發明如上述，由於反射層擔負使到達光電變換 層背面的光反射之作用，因此需要縮小於光電變換層背面 之背面電極之面積佔有率，相對地大幅取得反射層之面積 佔有率。 $ 由此觀點，背面電極對光電變換層背面之面積之佔有率 約1〜2 0 %之範圍内為理想。 … 即，月面電極之面積佔有率比約丨％小， 使光電變換效率降低之可能。 、大而有 另-方面，自積佔有率超過約20%，則反射層之面積佔 有率相對地減少而不能’讓約_〜譲⑽之長波長光充分 地反射，有使光電變換效率降低之可能。 再者’當然按照面積佔有率，有考慮背面電極之厚度之 八於：，t面電極例如可印刷、烘烤以銀或铭作為主要成 :^ Θ狀％極材料而形成’ ^而其他亦可用銀或ITO (銦、 '易乳化物）、Sn〇2(氧化錫）、Zn◦等之透明導電材料等。 :者：關於其形狀可形成任意之形狀，若用上述 銀寺乏情況，例如可形成梳形等。 可^性右料明導電材料之情況，因不具將反射層遮光之 一疋需如同上述一般局部性地被設置，例如被 5又置成覆盖光電變換層背面全面之膜狀亦可。 但如同先前—般將以铭作為 刷、烘烤於λ 又刀^狀“亟材枓印 基板月面全面而成形成背面電極，於太陽電 88399 -12- 1238536 池會產生彎曲 地出現。 該現象係矽基板之厚度越薄，越更加顯著 :、、而’如同上述一般，於根據本發明之太陽電池，若形 士：光電變換層背面局部性地設置背面電極之結構，則隨 著同面電極 < 形成所產生之太陽電池彎曲被降低。 、=者’本發明從另外之觀點視之，亦係提供_種太陽電 ’也=組’其具備排列為平面狀之複數太陽電池及將鄰接之 太陽私池互相串聯 < 連接構件，各太陽電池係由上述依據 本發明之太陽電池構成。 於此，各太陽電池之背面電極，如同上述一般於光電變 換層背面局部性地被設置日#，因I太陽電池之彎曲被降 低’故易於進行為模組化之串聯連接。 以下，基於圖面詳細說明關於根據本發明之實施例之太 陽電池。又，於以下之複數實施例中，於共通之構件使用 相同之符號說明。 圖1係概略性地顯示根據本發明之實施例1之矽太陽電池 之結構之剖面圖。 如圖1所示，根據實施例丨之太陽電池1構成如下：具備光 私’交換層2、光電變換層2之表面被設置之受光面電極3、光 笔臾換層2之背面被設置之背面電極5及反射膜（反射層）4， 反射膜4係交替層疊折射率互相相異之複數透光層而形成， 且可將從光電變換層2之表面入射的光中長波長的光反射到 光電變換層2。 88399 -13 - 1238536 再者光兒誕換層2包含由厚度約250 nm之多晶p型矽所 形成4基板2a、及分別形成於基板2a之受光面側與背面側 之n+擴散層2b與p +擴散層2c。 此外，反射防止膜6形成於光電變換層2之受光面側，覆 盘光電變換層2之背面側之鈍化層7形成於光電變換層2及反 射膜4之間。’ ^ 以下依序忒明關於根據實施例1之太陽電池1之製造方 首先，將由縱橫約15 0111><約15 cm、厚度約250陣、電 阻率約1Ω· Cm之多晶p型矽組成之基板2a用眾所周知之方 法洗滌，於容量比1:3之氫氟酸（5〇%)、硝酸混合溶液中， 花費約1分鐘除去切片時之破碎表面層。 其次、，使用BBr3擴散源於約95〇。〇之熱處理爐中經過約2〇 分進行雜質擴散，形成薄片電抗約5〇 Ω /□、厚度約〇·4 之P+擴散層2c。 此後，將環境氣體切換成氧氣，於基板^背面形成由 BSG(硼玻璃）組成之厚度約15〇 nm之鈍化層了。 此後乂於純化層7上貼耐酸膠帶，於上述之氯敦酸、硝酸 混合溶液中除去基板2 a側面及受光面被形成之p+擴散層。 此後，為於基板2a之受光面獲得光封閉效果，用氫氧化 鋼#刻基板2a之受光面，形成網紋狀之凹凸。 此後’用鹽酸水溶液淨化於基板2續留之氫氧化鋼，於 P+擴散層2e上使半導體用si〇2塗層劑塗抹、乾燥後，加熱至 約500°C左右，進行上述塗層劑之細緻化處理。 88399 -14- 1238536 此後，於包含P0C13之氣氛被維持之約86(rc之電爐中經 過約2 5分鐘進行鱗擴散。 續之，用HF系溶液除去由磷擴散被形成之受光面側之 PSG(磷玻璃）層及背面側之塗層劑，於基板以之受光面側形 成表面濃度約1019cm-3以上、厚度約〇·3叫之。+擴散層孔。 此後，使用矽烷及氨作為原料氣體，藉由電漿cvd法於 n+擴散層2b上形成由SiNx組成之厚度約7〇〇A之反射防止膜 6 ° 尸再者，反射防止膜6以Ti〇x、Si〇x等形成亦可，然而考慮 氫處理之鈍化效果，由SiNx形成為理想。 此後，將含有Ag粉末之膏狀電極材料於反射防止膜⑷屯 化層7上，分別以梳形之柵格圖做網板印刷，使之乾燥之 後於約650 c <近紅外線爐中烘烤，形成受光面電極3及 背面電極5。 此外，印刷於反射防止膜6及鈍化層7上之電極材料，因 被烘烤時分別貫通反射防止膜6及純化層7，結果受光面電 極3及背面電極5在與n+擴散層2l^p+擴散層以接觸之狀態被 形成。 再者，對基板2a背面之背面電極5之面積佔有率係約1〇%。 此後，以於鈍化層7上覆蓋背面電極5之方式貼上反射膜4 而使太陽％池1完成。再者，詳述其枯貼方法如下。 、對於尺寸15 cnm方形之太陽電池，使用14·6⑽四方形 、反射膜4。/。著離太陽電池緣端〇·2 ，使太陽電池背面 88399 -15- 1238536 中心及反射膜中心大體上一致而貼上。與太陽電池背面接 觸之反射膜表面層因其為具枯性之表面保護膜，於作業時 -面塵太陽電池背面及反射膜4(除掉空氣），_面確實地貞占 Jl ° ' 如圖5所示，根據反射膜4通常係由表面保護膜8、多層反 射膜9及背面保護膜10組成之3層構造，於其中具高反射特 性之多層反射膜9係藉由交替計500層地層疊折射率互相相 異之2種透光層51，52(參照圖4)而構成。 2種透光層51、52之中’透光層51係由聚（2_乙缔基四氯咬 喃）（以下稱為第1材料）所形成，其折射率為約155，而單層 膜之厚度為約145 nm。 另一万面，透光層52係由2、3-莕二羧酸（Ci〇H6(c〇〇h)2) 及乙二醇之共聚物（以下稱為第2材料）所形成，其折射率為 1.88，而單層膜之厚度約120 nm。 於此，使用圖4及圖5說明關於為本發明之特徵之一之反 射膜4的製造方法。 首先，如圖4所示，製造2層構造之膜53，其係於包含第i 材料之透光層51上層疊包含第2材料之透光層52者。 具體而言，使用如記載於美國專利第5389324號之製造裝 置’將包含第1材料之透光層51及包含第2材料之透光層52 通過該裝置之壓模區，一面各自控制厚度，一面形成薄片 狀。此後，貼合被形成之透光層51及透光層52，藉由拉出 形成由折射率互相相異之透光層51、52組成之2層構造之膜 53 〇 88399 -16- 1238536 其次，以如記載於美國專利第5〇94788號之方法將所形成 之2層構造之膜53分割成5個部分54、56、58、60、62，累 積層疊被分割之部分54、56、58、60、62。 其次’以如記載於美國專利第5〇94788號之重疊裝置重晶 被累積層疊之部分54、56、58、60、62，形成10層構造之 多層反射膜9a。 此後，雖未圖示，但藉由和上述多層反射膜％之形成工 序同樣重複被形成之多層反射膜9a之分割、累積層疊及重 疊’形成由500層透光層組成之多層反射膜9(參照圖5)。 此後，使用與形成透光層5丨、52同樣之裝置，形成表面 保護層8及背面保護層1〇，藉由分別貼於多層反射膜9之表 面及背面上而得到具有如圖5所示之剖面構造之反射膜4。 如此被製造之反射膜4之反射特性如圖2所示，對約〜 1100 run之波長區域之光顯示著約％%以上之反射率。〜 比較例1 其次，為與根據實施例1之太陽電池比較，製造成為比車 例1之太陽電池（未圖示）。 - 根據比較例1之太陽電池具備於光電變換層2之背面全茂 印刷' 烘烤鋁膏而形成之昔 、 y风疋目面电極，僅不具反射膜之點參 根據實施例1之太陽電池相異。 / 以同-條件測定根據實施例1之太陽電池工及比較例⑷ 陽電池之光電變換效率，發現根據實施m之太陽電池u 示約1 7 · 5 %之光電變換效率， 曰一 干 T此很艨比較例1之太陽電w 頭示約14 _ 6 %之電變換效率。 88399 -17- 1238536 emxi5 cm)彎曲成為 太1%電池則看到約4 再者，根據實施例1之太陽電池1(1 5 約2 mm以下’對此於根據比較例1之 mm左右之彎曲。 :^此，炉Μ文1尔π μχη之蒗劝耸扣 竑丄 μ又潯矽基板，猎由於矽基板背面 設置反射膜，提高對於長浊县沾止+ e & * 、长疚長的先芡反射率，亦能謀求光 電變換效率提昇，此外藉由届却降岫犯士北 柯田局4性地形成背面電極5可降低 彎曲之發生。 實施例2 圖2係概略性地顯示根據本發明之實施例2之太陽電池模 組之結構之剖面圖。 如圖2所示，根據實施例2之太陽電池模組以，係平面狀 排列根據上述之實施例1之太陽電池丨（參照圖丨），以連接構 件22互相争聯連接與太陽電池表面電極鄰接之太陽電池背 面電極而被構成。 雖未顯示於圖面上，但太陽電池模組21係每一行1〇片以 四行串聯連接40片太陽電池i。作為連接構件22，可用鋁 線。於各太陽電池1之背面以避開連接電極墊之方式貼上被 乃切之反射膜24。將於破璃板23上依序重疊由EVA形成之 树脂薄片25、被串聯連接之太陽電池、由EVA形成之樹脂 薄片25、背面保護薄片26之層疊體設定於真空輾壓合成機 裳置且真空脫泡後使其加熱、硬化而密封，根據實施例2 之太陽電池模組2 1完成。 t較例2 其次’作為對根據實施例2之太陽電池模組之比較例2， 88399 •18- 1238536 採用根據上述之比較例丨之太陽電池，與實施例2同樣製作 太陽電池模組（未圖示）。 以同一條件測定根據實施例2之太陽電池模組以及根據比 較例2之太陽電池模組之光電變換效率，則發現根據實施例 太陽電池模組21顯示約15·7%之光電變換效率，對此比 較例2之太陽電池模組顯示約丨3 ·2%之光電變換效率。 再者，根據實施例2之太陽電池模組21因太陽電池丨之彎 曲為約2 mm以下，故模組良率高（96%以上），但根據比較 例2之太陽電池模組因太陽電池之彎曲為約4，比較大， 故太陽電池之破損率高，模組良率低（84%左右）。 再者，此次所揭示之實施形態及實施例係全部之點之例 示，應視為並非限制者。本發明之範圍非上述說明，而係 由申清專利範圍所顯示，意圖包含與申請專利範圍均等之 意義及範圍内之全部變更。 此外，於實施例1及2顯示於太陽電池丨之表面配設受光面 電極3而形成之結構，但為本發明之特徵之反射膜4、以係 將P +側電極（背面電極5)、n+側電極（受光面電極3)均配設光 電變換層2背面之結構之太陽電池亦可適用。 又，於貫施例2，採用太陽電池1之各個貼上反射膜4者， 但作為另外 < 實施形態，用連接構件22電氣連接貼上反射 膜4之‘之太陽電池1後，將與太陽電池模組2 1之受光面積 大上同大小之1張反射膜以覆蓋全部之太陽電池丨之背 面方式配設，做模組化亦可。 泫h /兄’於實施例2中，可省略使反射膜4與光電變換層2 88399 -19- 1238536 之大小一致而切斷之步驟及將反射膜4定位於光電變換層2 之步騾。使用與太陽電池模組21大體上同樣大小之反射膜 <情況，各自採用由EVA形成之上述樹脂薄片25及背面保 護薄片26作為反射膜表面保護層及背面保護層亦可。 若使用如此之反射膜，可僅藉反射膜構成太陽電池模組 背面側。該情況，於實施例2可縮短使太陽電池丨、反射膜 4、樹脂薄片25、背面保護薄片26間之密著性提高之排氣工 序所需要之時間，太陽電池模組之生產率提高。 根據本發明，可得如下之產業上之利用可能性： (1)可一面使用薄的矽基板作為光電變換層，一面獲得高 的光電變換效率。 又 回 ⑺藉由使用薄㈣基板作為光電變換層，可謀求製 本之削減。 【圖式簡單說明】 之貫施例1之太陽電 池結 圖1係概略性地顯示根據本發明 構之剖面圖。 圖2係概略性地顯示根據本發 組結構之剖面圖。 明之貫施例2之太陽電 池模 反射特性 圖3係顯示設於圖1所 之曲線圖。 之太陽電池之反射層的 圖4係顯示反射層之形成方法之說明圖。 圖5係概略性地顯示設於^所示之太陽電池 面構造之說明圖。 射層。 【圖式代表符號說明】 88399 -20- 1238536 2 3 4，24 5 6 7 8 9 5 9a 10 21 22 23 25 26 51，52 53 54 ， 56 ， 58 ， 60 ， 62 2a 2b 2c 太陽電池 光電變換層 受光面電極 反射膜（反射層） 背面電極 反射防止膜 純化層 表面保護層 多層反射膜 背面保護層 太陽電池模組 連接構件 玻璃板 樹脂薄片 背面保護薄片 透光層 膜 部分 多晶P型矽所形成之基板 n+擴散層 P+擴散層 88399 -21 -

Claims (1)

1238536 拾、申請專利範圍： ι_ 一種太陽電池，其特徵在於具備具有表面與背面之光電 變換層及設置於光電變換層背面之反射層，反射層係交 替層疊折射率互相相異之複數透光層而成，且光由光電 邊換層表面入射時，將該光中特定波長的光反射到光電 變換層。 2. 如申請專利範圍第i項之太陽電池，其中反射層係由有 機材料形成，交替層疊折射率為145〜165之第i材料之 透光層及折射率為[川〜^卯之第2材料之透光層而成， 各單層之透光層厚度為50〜160 nm之範圍，層疊5〇〜 500層透光層而成。 3. 如申請專利範圍第2項之太陽電池，其中構成反射層之 有機材料為有機高分子材料。 4. 如申請專利範圍第丨項之太陽電池，其中由反射層所反 射之光之波長為800〜11〇〇 nm。 5 ·如申巧專利範圍第1項之太陽電池，其中光電變換層係 於背面局部性地備置背面電極。 6·如申請專利範圍第1項之太陽電池，其中光電變換層於 背面局部性地備置背面電極，背面電極係對光電變換層 背面之面積之佔有率為1〜2〇%之範圍内。 7·如申w專利範圍第1項之太陽電池，其中光電變換層係 由具有pn接合層之矽基板所形成，其厚度為1〇〇〜25〇 μιη之範圍内。 8. —種太陽電池模組，其具備排列成平面狀之複數太陽電 88399 1238536 池及將鄰接之太陽電池互相串聯連接之連接構件，各 陽電池係由申請專利範圍第1項之太陽電池所構成。 88399