TWI445186B - 具受光面電極的非線性設計的太陽能電池 - Google Patents

Description

具受光面電極的非線性設計的太陽能電池

本發明是有關於一種太陽能電池，且特別是有關於一種太陽能電池受光面的結構。

由於環保意識的抬頭加上其他石化能源逐漸枯竭，開發安全的新能源就成為目前最迫切的工作。能用於開發之新能源需同時具備兩個要件：新能源蘊藏豐富，不易枯竭；以及新能源為安全、乾淨，不會威脅人類和破壞環境。而例如太陽能、風力、水力等之再生性能源正好符合前述要件。此外，臺灣缺乏能源資源，百分之九十以上的能源必須仰賴國外進口，惟臺灣地處亞熱帶，陽光充足、日照量大，非常適合研究及發展太陽能，而且利用太陽能發電更兼具節能與環保的優點。

最直接將太陽能轉換成能源的方式就是使用太陽能電池(solar cells)，又稱為光伏打元件(photovoltaic devices)。現今廣泛使用中的太陽能電池其設計係具有一種p/n接面成形於受光面(接收光線之表面)附近，並於電池吸收光能時產生電子流。普通常見的電池設計在其前後二側分別形成電極。然後，這些太陽能電池再以串聯方式互相作電氣連接以增加電壓。

傳統之太陽電池採用p型的基板，然後再利用高溫熱擴散的處理，使p型的基板上形成一層薄薄的n型半導體。在進行擴散程序前，會將表面製成粗糙化的組織(Texturing)結構，並加入抗反射層，以減少光的反射量。接著，進行網印程序，將製作完成的晶圓，塗佈上銀(Ag)膠及鋁(Al)膠，以一網印機將一種預設圖形印刷在晶圓的兩面。然後，進行共同燒結程序，將印刷有銀膠及鋁膠之晶圓，共同通過高溫燒結爐，使得銀膠及鋁膠可分別與晶圓之對應面產生共晶結構，而與晶圓因此具有一定之歐姆接觸(ohmic contact)。如此，便可於晶圓之表面接出導電電極，以完成一個簡單的太陽電池面板。

請參考第1圖，其繪示習知技術的太陽能電池10的剖面示意圖。一般而言，為了降低接觸電阻，在形成電極18的區域需要具有較高的摻雜濃度。因此，會在基板10上形成濃度不同的輕摻雜區14和重摻雜區16，而電極18則形成於重摻雜區16上。

請參考第2A圖，其繪示如第1圖所繪示的習知技術的太陽能電池10的俯瞰圖。在重摻雜區16上形成電極18需要有較高的對位技術。如果採用傳統的網板印刷的方式，因為對位的準確度較低，容易產生重摻雜區16與電極18沒有對齊的情況，如第2A圖所示。如此一來，接觸電阻無法獲得有效的下降，導致效能下降。

請參考第2B圖，其繪示另一種習知技術的太陽能電池10的俯瞰圖。重摻雜區16的寬度或面積加大。故，既使在對位準確度較低的情況下，電極18也可形成重摻雜區16上，而不會突出於輕摻雜區14上。

然而，此舉卻產生另一個問題。具體而言，在輕摻雜區14和基板12之間形成電子(或載子)必須穿越重摻雜區16才能到達電極18。重摻雜區16對電子(或載子)的捕捉能力較強，因此當電子(或載子)要穿越的重摻雜區16的長度越長，電子(或載子)的損耗就越大，對效能的影響就越大。

有鑑於此，需要一種新的太陽能電池，其可兼顧較小的接觸電阻和較小的重摻雜區的要求，以提高太陽能電池的效能。

本發明一方面提出一種太陽能電池，可減少因對位不準所引起的效能下降的問題。

太陽能電池具有一基板。基板的受光面上設置有重摻雜區和輕摻雜區，輕摻雜區環繞且包圍重摻雜區。其中，重摻雜區包含數個圖案單元，圖案單元互相連接且排列於第一方向上，使得重摻雜區的邊緣呈現連續且非直線狀。太陽能電池的電極設置於該受光面上。電極係沿著第一方向且對齊重摻雜區而設置，並電性連接重摻雜區。

如前所述，重摻雜區具有如花邊一般的邊緣。因此，既使電極與重摻雜區對位沒有很準確，裸露於電極之外的重摻雜區面積也有限，對效能的影響便可獲得有效的控制。

本發明另一方面提供一種太陽能電池，其具有基板和電極。基板的受光面上設有數個重摻雜區和輕摻雜區。其中，重摻雜區沿著第一方向間隔排列，且輕摻雜區環繞且包圍重摻雜區。電極電性連接重摻雜區，電極沿著第一方向且對齊重摻雜區而設置於受光面上。

在本發明另一實施例中，設置於基板的受光面上的重摻雜區包含一直線和數個圖案單元。圖案單元互相連接且排列於第一方向上，直線穿過每個圖案單元且連接圖案單元。其中，直線的寬度小於圖案單元的最大寬度。如此一來，重摻雜區的邊緣會呈現連續且非直線狀。輕摻雜區設置於受光面，並且環繞包圍重摻雜區。

在本發明另一實施例中，基板的受光面上設置有數個第一重摻雜區和至少一第二重摻雜區。第一重摻雜區為幾何圖形，沿著第一方向間隔排列。第二重摻雜區為一直線，且連接第一重摻雜區。第二重摻雜區的寬度小於第一重摻雜區的最大寬度。輕摻雜區設置於受光面，並且環繞包圍第一和第二重摻雜區。

在本發明之實施例中，相較於電極直線般的邊緣，重摻雜區沿著第一方向上形成類似花邊的圖案。因此，當電極與重摻雜區對位後，可能裸露於電極之外的重摻雜區面積有限，對效能的影響也有限。

請參考第3圖，其繪示根據本發明一實施例的太陽能電池100的剖面示意圖。太陽能電池100具有基板110。基板110的材質可包含矽。在基板110的受光面112上可形成P/N接面，以吸收光能並產生電子(或載子)。在本發明之實施例中，基板110摻雜有摻質，其可為P型摻質或N型摻質。

基板110的受光面112上設有輕摻雜區130。輕摻雜區130中所摻雜的摻質與基板110中所摻雜的摻質不同。在一實施例中，基板110摻雜有P型摻質，輕摻雜區130摻雜N型摻質。在另一實施例中，基板110摻雜N型摻質，輕摻雜區130摻雜P型摻質。如此一來，在受光面112處便可形成P/N接面。

太陽能電池100在基板110上還設有重摻雜區120。重摻雜區120設置在受光面112上，位於輕摻雜區130中。換言之，輕摻雜區130環繞且包圍重摻雜區120。重摻雜區120中摻質的濃度大於輕摻雜區130的摻質濃度。

重摻雜區120中所摻雜的摻質的種類與輕摻雜區130中的摻質的種類相同。換句話說，當輕摻雜區130的摻質為N型摻質，重摻雜區120的摻質也是N型摻質。反之，當輕摻雜區130的摻質為P型摻質，重摻雜區120的摻質也是P型摻質。其中，輕摻雜區130的摻質與重摻雜區120的摻質可為相同的摻質，也可為不同的摻質。

太陽能電池100的電極140設置於基板110上，且電性連接重摻雜區120。電極140設置於受光面112上且對齊重摻雜區120。

具體而言，可利用網板印刷在基板110的受光面112上塗佈上金屬膠，如銀膠、鋁膠或銀鋁膠等。其中，金屬膠係對齊著重摻雜區120塗佈，使得金屬膠可塗佈在重摻雜區120上。接著，可進行共同燒結程序，使得金屬膠如銀膠與基板110產生共晶結構，進而形成電極140。

由此可知，電極140會直接接觸部分重摻雜區120。在本發明之實施例中，電極140會直接接觸部分重摻雜區120和部分輕摻雜區130。

在本發明之實施例中，基板110的受光面112上具有一層抗反射層150。抗反射層150位於輕摻雜區130上。

請同時參考第4A圖和第4B圖，其均繪示太陽能電池100的俯瞰示意圖。其中，第4A圖繪示有電極140的情況，第4B圖繪示沒有電極140的情況。

重摻雜區120包含數個數個圖案單元122。圖案單元122沿著第一方向400排列成一列，且互相連接。如此一來，重摻雜區120沿著第一方向400的邊緣將會形成連續且非直線狀的邊緣。

如前所述，電極140對齊重摻雜區120而設置於受光面112上。在本發明之實施例中，電極140沿著第一方向400設置。換句話說，電極140的延伸方向約略平行於圖案單元122的排列方向。更具體來說，電極140的長邊約略平行於圖案單元122的排列方向。

重摻雜區120的每個圖案單元122具有最大寬度W2。其中，圖案單元122的最大寬度W2是指圖案單元122沿著第二方向410上的線寬。第二方向410垂直於第一方向400。

圖案單元122的最大寬度W2與電極140的寬度W1可相同或不同。在本發明之實施例中，圖案單元122的最大寬度W2是大於電極140的寬度W1。在本發明另一實施例中，圖案單元122的最大寬度W2小於電極140的寬度W1。

各個圖案單元122的圖案可為相同的圖案，也可為不同的圖案。在本發明之實施例中，各個圖案單元122的圖案為相同的圖案。

請同時參考第4B圖、第5圖和第6圖，其繪示不同的實施例的太陽能電池100的俯瞰圖。圖案單元122可為幾何圖案，如圓形、橢圓形、菱形或十字形等。舉例來說，圖案單元122可為圓形，如第4B圖所示。圖案單元122可為菱形，如第5圖所示。圖案單元122可為十字形，如第6圖所示。

請同時參考第7圖和第8圖，其繪示本發明不同實施例的太陽能電池100的俯瞰圖。重摻雜區120包含直線124和圖案單元122。圖案單元122可為幾何圖案，如圓形、橢圓形、菱形或十字形等。直線124連接各個圖案單元122，且直線124的寬度小於每一圖案單元122的最大寬度。其中，直線124可穿過各個圖案單元122的中心。如此一來，重摻雜區120的邊緣會呈現連續且非直線狀，如同花邊。

請同時參考第9圖和第10圖，其繪示本發明不同實施例的太陽能電池100的俯瞰圖。在本發明之實施例中，太陽能電池100具有多個重摻雜區120。重摻雜區120沿著第一方向400間隔排列。換句話說，每個重摻雜區120各包含一個圖案單元122。

如前所述，各個圖案單元122的圖案可為相同的圖案，也可為不同的圖案。在本發明之實施例中，每一個重摻雜區120包含一個圖案單元122，且各個重摻雜區120的圖案均相同。

圖案單元122可為幾何圖案，如圓形、橢圓形、菱形矩形或十字形等。舉例來說，圖案單元122可為圓形，如第9圖所示。圖案單元122可為矩形，如第10圖所示。

任兩個重摻雜區120之間具有一間隔126，間隔126的大小可為任意值。舉例而言，間隔126的間距D可大於1微米(micrometer,μm)且小於600微米。在本發明的實施例中，間隔126的間距D可為重摻雜區120的長度L的正整數倍，如1倍、2倍或其他。重摻雜區120的長度L是指重摻雜區120沿著第一方向400上的最大線寬。

請同時參考第11圖和第12圖，其繪示本發明不同實施例的太陽能電池100的俯瞰圖。在本發明之實施例中，太陽能電池100上的重摻雜區120包含有圖案單元122和直線124。圖案單元122沿著第一方向400間隔排列。直線124連接各個圖案單元122，且直線124的寬度小於每一圖案單元122的最大寬度。其中，直線124可穿過各個圖案單元122的中心。

由上述本發明各個實施例方式可知，相較於電極140直線般的邊緣，重摻雜區120沿著第一方向400上形成類似花邊的圖案。因此，當電極140與重摻雜區120對位重疊後，既使兩者對位沒有很準確，可能裸露於電極140之外的重摻雜區120面積有限。

由於當太陽能電池100產生的電子(或載子)穿過重摻雜區120時會有損耗，會造成效能的降低。因此，若可將裸露於電極140之外的重摻雜區120面積加以限制，對效能的影響便可獲得有效的控制。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

10．．．太陽能電池

12．．．基板

14．．．輕摻雜區

16．．．重摻雜區

18．．．電極

100．．．太陽能電池

110．．．基板

112．．．受光面

120．．．重摻雜區

122．．．圖案單元

124．．．直線

126．．．間隔

130．．．輕摻雜區

140．．．電極

150．．．抗反射層

400．．．第一方向

410．．．第二方向

D．．．間距

L．．．長度

W1．．．寬度

W2．．．最大寬度

為讓本發明之上述和其他目的、特徵、優點與實施例能更明顯易懂，所附圖式之說明如下：

第1圖是繪示習知的太陽能電池的剖面示意圖。

第2A圖係繪示習知的太陽能電池的俯瞰示意圖。

第2B圖係繪示習知的太陽能電池的俯瞰示意圖。

第3圖係繪示依照本發明一實施例的太陽能電池的剖面示意圖。

第4A圖係繪示依照本發明另一實施例的太陽能電池的俯瞰示意圖。

第4B圖係繪示如第4A圖所繪示的太陽能電池的俯瞰示意圖。

第5圖到第12圖個別繪示依照本發明另一實施例的太陽能電池的俯瞰示意圖。

100．．．太陽能電池

120．．．重摻雜區

122．．．圖案單元

130．．．輕摻雜區

140．．．電極

400．．．第一方向

410．．．第二方向

W1．．．寬度

W2．．．最大寬度

Claims (22)

1. 一種具受光面電極非線性設計的太陽能電池，至少包含：一基板，包含一受光面；一重摻雜區，設置於該受光面，且包含複數個圖案單元互相連接且排列於一第一方向上，使得該重摻雜區的一邊緣為連續且非直線狀；一輕摻雜區，設置於該受光面，環繞且包圍該重摻雜區；以及一電極，沿著該第一方向且對齊該重摻雜區設置於該受光面上，並電性連接該重摻雜區，其中該電極直接接觸部分該重摻雜區且該電極亦直接接觸部分該輕摻雜區。
2. 如請求項1所述之太陽能電池，其中該些圖案單元為幾何圖形。
3. 如請求項2所述之太陽能電池，其中該些圖案單元具有相同的圖案。
4. 如請求項1所述之太陽能電池，其中該電極具有一寬度，該些圖案單元沿著一第二方向上有一最大寬度，該最大寬度大於該寬度，其中該第一方向垂直該第二方向。
5. 如請求項1所述之太陽能電池，其中該電極具有一 寬度，該些圖案單元沿著一第二方向上有一最大寬度，該最大寬度小於該寬度，其中該第一方向垂直該第二方向。
6. 如請求項1所述之太陽能電池，其中該重摻雜區的摻質濃度大於該輕摻雜區的摻質濃度。
7. 如請求項1所述之太陽能電池，其中該基板為P型基板，該重摻雜區包含N型摻質。
8. 如請求項1所述之太陽能電池，其中該基板為N型基板，該重摻雜區包含P型摻質。
9. 一種太陽能電池，至少包含：一基板，包含一受光面；複數個重摻雜區，設置於該受光面，且沿著一第一方向間隔排列；一輕摻雜區，設置於該受光面，環繞且包圍該些重摻雜區；以及一電極，沿著該第一方向且對齊該些重摻雜區而設置於該受光面上，該電極電性連接該些重摻雜區，且該電極直接接觸部分該輕摻雜區。
10. 如請求項9所述之太陽能電池，其中該電極直接接觸部分該些重摻雜區。
11. 如請求項10所述之太陽能電池，其中該電極直接接觸部分該輕摻雜區。
12. 如請求項9所述之太陽能電池，其中該些重摻雜區為幾何圖形。
13. 如請求項12所述之太陽能電池，其中該些重摻雜區具有相同的圖案。
14. 如請求項9所述之太陽能電池，其中每一該重摻雜區沿著該第一方向具有一最大長度，且該些重摻雜區之間具有一間隔，該間隔為該最大長度的正整數倍。
15. 如請求項9所述之太陽能電池，其中該些重摻雜區之間具有一間隔，該間隔大於1微米且小於600微米。
16. 如請求項9所述之太陽能電池，其中該電極具有一寬度，該些重摻雜區沿著一第二方向上有一最大寬度，該最大寬度大於該寬度，其中該第一方向垂直該第二方向。
17. 如請求項9所述之太陽能電池，其中該電極具有一寬度，該些重摻雜區沿著一第二方向上有一最大寬度，該最大寬度小於該寬度，其中該第一方向垂直該第二方向。
18. 如請求項9所述之太陽能電池，其中該重摻雜區的摻質濃度大於該輕摻雜區的摻質濃度。
19. 如請求項9所述之太陽能電池，其中該基板為P型基板，該重摻雜區包含N型摻質。
20. 如請求項9所述之太陽能電池，其中該基板為N型基板，該重摻雜區包含P型摻質。
21. 一種太陽能電池，至少包含：一基板，包含一受光面；一重摻雜區，設置於該受光面，且包含一直線和複數個圖案單元，該些圖案單元互相連接且排列於一第一方向上，該直線的寬度小於該些圖案單元的最大寬度且連接該些圖案單元，使得該重摻雜區的邊緣呈連續且非直線狀；以及一輕摻雜區，設置於該受光面，環繞且包圍該重摻雜區，其中該輕摻雜區直接接觸部分該直線。
22. 一種太陽能電池，至少包含：一基板，包含一受光面；複數個第一重摻雜區，設置於該受光面，且沿著一第一方向間隔排列，其中該些第一重摻雜區為幾何圖形； 至少一第二重摻雜區，設置於該受光面且連接該些第一重摻雜區，該第二重摻雜區為一直線，其中該第二重摻雜區的寬度小於該些第一重摻雜區的最大寬度；以及一輕摻雜區，設置於該受光面，環繞且包圍該些第一重摻雜區和該第二重摻雜區，其中該輕摻雜區直接接觸部分該第二重摻雜區。