TWI460872B - 太陽能電池 - Google Patents

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TWI460872B TW101100109A TW101100109A TWI460872B TW I460872 B TWI460872 B TW I460872B TW 101100109 A TW101100109 A TW 101100109A TW 101100109 A TW101100109 A TW 101100109A TW I460872 B TWI460872 B TW I460872B
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Shou-Shan Fan
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Description

太陽能電池
本發明涉及一種太陽能電池，尤其涉及矽太陽能電池。
太陽能電池是利用半導體材料的光生伏特原理製成的。根據半導體光電轉換材料種類不同，太陽能電池可分為矽基太陽能電池(請參見太陽能電池及多晶矽的生產，材料與冶金學報，張明傑等，vol6，p33-38(2007))、砷化鎵太陽能電池、有機薄膜太陽能電池等。
目前，太陽能電池以矽基太陽能電池為主。請參閱圖1，先前技術中的矽基太陽能電池10包括：一背電極12、一P型矽層14、一N型矽層16和一上電極18。所述P型矽層14採用多晶矽或單晶矽製成，具有第一表面142以及與該第一表面142相對設置的第二表面144，該第二表面144為一平面結構。所述背電極12設置於所述P型矽層14的第一表面142，且與該P型矽層14的第一表面142歐姆接觸。所述N型矽層16形成於所述P型矽層14的第二表面144，作為光電轉換的材料。該N型矽層16的表面為一平整的平面結構。所述上電極18設置於所述N型矽層16的表面。所述太陽能電池10中P型矽層14和N型矽層16形成P-N結區。當該太陽能電池10在工作時，光從上電極18一側直接入射至所述上電極18，並經過所述上電極18和所述N型矽層16到達所述P-N結區，所述P-N結區在光 子激發下產生複數電子-空穴對(載流子)，所述電子-空穴對在靜電勢能作用下分離並分別向所述背電極12和上電極18移動。如果在所述太陽能電池10的背電極12與上電極18兩端接上負載，就會有電流通過外電路中的負載。
然而，上述結構中所述光子需要通過所述上電極18和所述N型矽層16之後才到達所述P-N結區，使得一部份入射光線被所述上電極18和N型矽層16吸收，使所述P-N結區對光的吸收率較低，進而減少了P-N結區激發出的載流子的量，降低了太陽能電池10的光電轉換效率。
有鑒於此，確有必要提供一種具有較高光電轉換效率的太陽能電池。
一種太陽能電池，其包括：至少一電池單元，每一電池單元包括依次層疊設置的一第一電極、一P型矽層、一N型矽層及一第二電極，該P型矽層與該N型矽層接觸並在接觸區域形成一P-N結區，其中，所述每一電池單元具有相對的一第一側面和一第二側面，分別與P型矽層和N型矽層的接觸介面相交，所述第一側面為受光端面，且為曲面，所述第二側面設置有反射元件。
一種太陽能電池，其包括：至少一電池單元，每一電池電源包括依次並排且接觸設置的一第一電極、一P型矽層、一N型矽層及一第二電極，該P型矽層與該N型矽層接觸並形成一P-N結區，其中，上述各層沿一直線連續設置成一排構成一整體結構，所述整體結構具有一第一表面、一第二表面及連接該第一表面和該第二表面的一側面，所述第一表面為所述第一電極遠離P型矽層的表面 ，所述第二表面為所述第二電極遠離N型矽層的表面，所述側面的至少一部份為曲面，且該曲面為該太陽能電池直接接受光線入射的受光端面，所述側面的曲面以外的部份設置有反射元件。
相較於先前技術，所述太陽能電池工作時，光可直接入射至所述受光端面，由於該受光端面沒有被電極覆蓋，使得光子不必先經過電極、N型矽層後才到達P-N結區，從而減少了電極和N型矽層對光的吸收，提高了P-N結區的光吸收率，相應地，使得P-N結區可激發出更多的電子-空穴對，提高了整個太陽能電池的光電轉換效率。另外，受光端面為曲面，因此接受太陽光的面積更大了，相對於平面受光端面更廣泛的接受各個方向上的光，進一步提高太陽能電池的光電轉換效率。還有，在第二側面設置一反射元件，所述反射元件能夠有效地將到達第二側面的光線反射，從而使經反射後的光子可以直接被所述P-N結區吸收，進一步提高了整個太陽能電池的光電轉換效率。
20，22，200，210，220，230，30，300，40，400‧‧‧太陽能電池
202‧‧‧P-N結單元預製體
222‧‧‧第一矽層
224‧‧‧第二矽層
221，2621‧‧‧第一表面
225，2633‧‧‧第四表面
232‧‧‧第一電極層
234‧‧‧第二電極層
240‧‧‧電池單元預製體
245，229，411，259‧‧‧切割線
250‧‧‧第一電池單元
260‧‧‧第二電池單元
251，261，271，281，291‧‧‧第一電極
252，262，336，315，272，282，292‧‧‧P型矽層
253，263，346，325，273，283，293‧‧‧N型矽層
254，264，274，284，294‧‧‧第二電極
201‧‧‧矽基材
212‧‧‧矽片
266，366，466，276，286，296，2761，2861，2961‧‧‧弧形面
267，367‧‧‧切割面
2631‧‧‧第三表面
2623‧‧‧第二表面
268‧‧‧交叉線
2661，2662‧‧‧側面
243‧‧‧縱向切割線
244‧‧‧橫向切割線
269‧‧‧反射元件
270‧‧‧第一子電池單元
280‧‧‧第二子電池單元
290‧‧‧第三子電池單元
305‧‧‧第一P-N結結構體
306‧‧‧第二P-N結結構體
310‧‧‧太陽能電池預製體
316，416‧‧‧電極層
326，426‧‧‧收集電極
401‧‧‧太陽能電池母體
237‧‧‧第一子電池單元組
238‧‧‧第二子電池單元組
239‧‧‧第三子電池單元組
圖1為先前技術中的太陽能電池的結構示意圖。
圖2為本發明第一實施例提供的太陽能電池的製備方法的流程圖。
圖3為圖2所示流程圖的子流程圖。
圖4為圖2所示流程圖的一個步驟的示意圖。
圖5為本發明第一實施例提供的一種太陽能電池的結構示意圖。
圖6為本發明第一實施例提供的另一種太陽能電池的結構示意圖。
圖7為本發明第一實施例提供的又一種太陽能電池的結構示意圖。
圖8為本發明第一實施例提供的又一種太陽能電池的結構示意圖。
圖9為本發明第二實施例提供的太陽能電池的製備方法的部份示意圖。
圖10為本發明第二實施例提供的太陽能電池的結構示意圖。
圖11為本發明第二實施例提供的太陽能電池組的結構示意圖。
圖12為本發明第三實施例提供的太陽能電池的製備方法的流程圖。
圖13為本發明第三實施例提供的太陽能電池組的結構示意圖。
圖14為本發明第四實施例提供的太陽能電池的製備方法的流程圖。
圖15為本發明第四實施例提供的太陽能電池組的結構示意圖。
為了對本發明作更進一步的說明，舉以下具體實施例並配合附圖詳細描述如下。
請參閱圖1，本發明第一實施例提供一投音機10，該投音機10包括一第一平板揚聲器1、一第二平板揚聲器2、一連接裝置11和一訊號輸出裝置13。所述連接裝置11用於連接第一平板揚聲器1和第二平板揚聲器2。通過該連接裝置11，第一平板揚聲器1和第二平板揚聲器2形成一夾角。該夾角的大小可通過所述連接裝置11 調整。第一平板揚聲器1和第二平板揚聲器2均通過導線149與所述訊號輸出裝置13電連接。所述訊號處理裝置13用於分別輸送給第一平板揚聲器1和第二平板揚聲器2獨立地音頻電訊號。第一平板揚聲器1和第二平板揚聲器2可以獨立地發出聲波，因此第一平板揚聲器1和第二平板揚聲器2分別形成一聲道。通過第一平板揚聲器1和第二平板揚聲器2的之間夾角的調整，第一平板揚聲器1和第二平板揚聲器2發出的聲波形成二聲道環繞聲。
請參閱圖2，所述第一平板揚聲器1及第二平板揚聲器2的結構相同。所述第一平板揚聲器1包括一第一電極142、一第二電極144、一絕緣面板111及一發聲元件14。具體地，所述第一平板揚聲器1可為兩種結構。第一平板揚聲器1的第一種結構為：請參閱圖3，所述絕緣面板111具有一第一通孔32。發聲元件14與第一通孔32的位置對應。第一電極142及第二電極144均與發聲元件14電連接。第一電極142及第二電極144設置在第一通孔32的兩側。本實施例中發聲元件14為奈米碳管膜狀結構，奈米碳管膜狀結構與第一通孔32對應，奈米碳管膜狀結構通過第一通孔32懸空設置。第一電極142及第二電極144設置在奈米碳管膜狀結構的兩側，第一電極142及第二電極144可對奈米碳管膜狀結構起到固定的作用。或者，第一電極142及第二電極144可設置在絕緣面板111的表面，奈米碳管膜狀結構設置於第一電極142及第二電極144的表面並通過第一電極142及第二電極144的支撐懸空設置。進一步地，由於第一電極142及第二電極144通過導線149與訊號處理裝置13電連接，因此可於絕緣面板111對應於第一電極142及第二電極144的位置處分別設置第二通孔34，導線149可以穿過第二通孔34從而電連接發聲元件14與訊號處理裝置13。可以理解，發聲元件14 及訊號處理裝置13也可以通過其他方式電連接。第一平板揚聲器1的第二種結構為：所述絕緣面板111為一實心的絕緣面板。第一電極142及第二電極144設置於絕緣面板111的前表面。發聲元件14設置於第一電極142及第二電極144的表面，並通過第一電極142及第二電極144懸空設置，且與絕緣面板111間隔一定距離。第一電極142及第二電極144的高度範圍為1微米到1厘米。本實施例中，第一電極142及第二電極144的高度為15微米。所述絕緣面板111的材料優選地為一絕緣硬質材料。本實施例中，絕緣面板111的材料為玻璃。
所述連接裝置11用於連接第一平板揚聲器1及第二平板揚聲器2。所述連接裝置11應滿足第一平板揚聲器1及第二平板揚聲器2可圍繞該連接裝置11轉動，如此，可使第一平板揚聲器1及第二平板揚聲器2之間的夾角自由的確定。本實施例中，所述第一平板揚聲器1及第二平板揚聲器2之間的夾角介於0°至180°，該夾角的開口方向為朝向聽眾或背向聽眾。且所述連接裝置11的材料優選地應該為絕緣材料。具體地，所述連接裝置11可為一合頁或轉軸，優選地，連接裝置11為一絕緣材料製成的合頁，例如一塑膠合頁。該塑膠合頁可分別與第一平板揚聲器1中的絕緣面板及第二平板揚聲器2中的絕緣面板連接，從而實現第一平板揚聲器1及第二平板揚聲器2的電連接。本發明中的連接裝置的結構不限於上述合頁及轉軸，只要可以使第一平板揚聲器1和第二平板揚聲器2可以圍繞連接裝置11轉動均在本發明所要求保護的範圍內。
所述訊號輸出裝置13輸出的訊號為音頻電訊號等。所述訊號輸出裝置13分別與第一平板揚聲器1及第二平板揚聲器2電連接。所述 訊號輸出裝置13通過導線149與所述第一平板揚聲器1中的第一電極142及第二電極144電連接，並通過所述第一電極142及第二電極144將音頻電訊號輸出到所述發聲元件14中。所述訊號輸出裝置13與第二平板揚聲器2的連接方式與訊號輸出裝置13與第一平板揚聲器1的連接方式相同。
所述發聲元件14包括一奈米碳管膜狀結構。該奈米碳管膜狀結構為一具有自支撐結構的奈米碳管膜狀結構。所述自支撐為奈米碳管膜狀結構不需要大面積的載體支撐，而只要相對兩邊提供支撐力即能整體上懸空而保持自身膜狀狀態，即將該奈米碳管膜狀結構置於(或固定於)間隔一定距離設置的二支撐體上時，位於二支撐體之間的奈米碳管膜狀結構能夠懸空保持自身膜狀狀態。所述自支撐主要通過奈米碳管膜狀結構中存在連續的通過凡德瓦爾力首尾相連延伸排列的奈米碳管而實現。
該奈米碳管膜狀結構可以為以下三種，第一種奈米碳管膜狀結構包括複數相互纏繞的奈米碳管。該種奈米碳管膜狀結構中，奈米碳管為各向同性，均勻分佈，無規則排列。所述奈米碳管的長度大於10微米。所述奈米碳管之間通過凡德瓦爾力相互吸引、纏繞，形成網路狀結構，進而形成大量的微孔。該微孔的孔徑小於10微米。大量微孔的存在可確保所述發聲元件14具有較大的比表面積。所述奈米碳管可為單壁奈米碳管、雙壁奈米碳管及多壁奈米碳管中的一種或複數種。所述單壁奈米碳管的直徑為0.5奈米至50奈米，所述雙壁奈米碳管的直徑為1.0奈米至50奈米，所述多壁奈米碳管的直徑為1.5奈米至50奈米。所述奈米碳管膜狀結構的長度及寬度不限，可根據實際需求製備。所述奈米碳管膜狀結 構的厚度為0.5奈米至1毫米。另外，由於奈米碳管相互纏繞，因此所述奈米碳管膜狀結構具有很好的韌性，可以彎曲折疊成任意形狀而不破裂。當由該奈米碳管膜狀結構組成的發聲元件14的厚度比較小時，例如小於10微米，該發聲元件14具有較高的透明度，故採用該發聲元件14的發聲單元10為透明發聲單元10。
第二種奈米碳管膜狀結構為所述奈米碳管膜狀結構包括複數相互平行的奈米碳管。相鄰二奈米碳管之間通過凡德瓦爾力緊密結合。所述奈米碳管膜狀結構中的相鄰二奈米碳管之間的距離小於50微米。所述複數奈米碳管從奈米碳管膜狀結構的一端延伸至另一端。優選地，所述奈米碳管膜狀結構的長度為奈米碳管膜狀結構中單根奈米碳管的長度。所述奈米碳管膜狀結構的寬度不限。所述奈米碳管膜狀結構的厚度為0.5奈米至100微米。所述奈米碳管膜狀結構的長度為1微米至30毫米。
第三種奈米碳管膜狀結構為該奈米碳管膜狀結構係由若干奈米碳管組成的自支撐結構。所述若干奈米碳管為基本沿同一方向擇優取向排列。所述擇優取向係指在奈米碳管膜狀結構中大多數奈米碳管的整體延伸方向基本朝同一方向。而且，所述大多數奈米碳管的整體延伸方向基本平行於奈米碳管膜狀結構的表面。進一步地，所述奈米碳管膜狀結構中多數奈米碳管係通過凡德瓦爾力首尾相連。具體地，所述奈米碳管膜狀結構中基本朝同一方向延伸的大多數奈米碳管中每一奈米碳管與在延伸方向上相鄰的奈米碳管通過凡德瓦爾力首尾相連。當然，所述奈米碳管膜狀結構中存在少數隨機排列的奈米碳管，這些奈米碳管不會對奈米碳管膜狀結構中大多數奈米碳管的整體取向排列構成明顯影響。具體地， 所述奈米碳管膜狀結構中基本朝同一方向延伸的多數奈米碳管，並非絕對的直線狀，可以適當的彎曲；或者並非完全按照延伸方向上排列，可以適當的偏離延伸方向。因此，不能排除奈米碳管膜狀結構的基本朝同一方向延伸的多數奈米碳管中並列的奈米碳管之間可能存在部份接觸。
請參閱圖4及圖5，具體地，所述奈米碳管膜狀結構包括複數連續且定向排列的奈米碳管片段143。該複數奈米碳管片段143通過凡德瓦爾力首尾相連。每一奈米碳管片段143包括複數相互平行的奈米碳管145，該複數相互平行的奈米碳管145通過凡德瓦爾力緊密結合。該奈米碳管片段143具有任意的長度、厚度、均勻性及形狀。所述奈米碳管膜狀結構的厚度為0.5奈米至100微米，寬度與拉取出該奈米碳管膜狀結構的奈米碳管陣列的尺寸有關，長度不限。該奈米碳管膜中的奈米碳管145沿同一方向擇優取向排列。所述奈米碳管膜狀結構具有較高的透光性。單層奈米碳管膜狀結構下面將結合附圖及具體實施例對本發明的太陽能電池及其製備方法作進一步的詳細說明。為了便於理解本發明的技術方案，本發明首先介紹太陽能電池的製備方法。
請參閱圖2，本發明第一實施例提供一種太陽能電池的製備方法及通過該方法得到的太陽能電池，該太陽能電池的製備方法具體包括以下步驟：步驟S11：提供圓片狀的P-N結單元預製體202，所述圓片狀的P-N結單元預製體202包括層疊且接觸設置的圓片狀的一第一矽層222及一第二矽層224，所述P-N結單元預製體202包括相對的一第一表面221和一第四表面225，所述第一表面221為第一矽層222遠離 第二矽層224的一表面，所述第四表面225為第二矽層224遠離第一矽層222的一表面；步驟S12：所述圓片狀的P-N結單元預製體202的，所述第一表面221形成一第一電極層232及所述第四表面225形成一第二電極層234，所述第一電極層232、第一矽層222、第二矽層224及第二電極層234依次層疊形成圓片狀的電池單元預製體240；步驟S13：沿上述各層的層疊方向切割所述圓片狀的電池單元預製體240，得到至少一矩形的第一電池單元250和複數第二電池單元260。
在所述步驟S11中，所述第一矽層222為一P型矽片或一N型矽片。所述第二矽層224為一P型矽片或一N型矽片。所述第一矽層222與所述第二矽層224的類型相反。當所述第一矽層222為一P型矽片時，所述第二矽層224為一N型矽片。當所述第一矽層222為一N型矽片時，所述第二矽層224為一P型矽片。本實施例中，所述第一矽層222為一P型矽片，所述第二矽層224為一N型矽片，且所述第一矽層222與所述第二矽層224為面積相同的圓片。
該P型矽片的材料可為單晶矽或多晶矽。本實施例中，所述第一矽層222為一P型單晶矽片。所述P型單晶矽片的厚度可為200微米至300微米。所述P型單晶矽片的面積，可根據實際需要選擇。所述第二矽層224可通過向一矽片基材注入過量的如磷或者砷等N型摻雜材料製備而成。所述N型矽層的厚度為10奈米至1微米。
如圖3所示，所述步驟S11中，提供圓片狀的P-N結單元預製體202的方法包括以下步驟： 步驟S111：提供一圓柱狀矽基材201；目前，產業上提供的矽基材一般呈圓柱狀，也可稱之為矽棒或矽錠，所述圓柱狀矽基材201其可為P型矽基材。本實施例中，圓柱狀矽基材201為P型矽基材。
步驟S112：沿所述圓柱狀矽基材201的軸向垂直的方向切割所述圓柱狀矽基材，形成複數圓片狀的矽片212；步驟S113：對每一圓片狀的矽片212進行摻雜形成圓片狀的P-N結單元預製體202。
當圓柱狀矽基材201為未進行摻雜的矽基材時，在步驟S113中，對該矽片進行P型摻雜和N型摻雜，形成P-N結單元預製體202；當圓柱狀矽基材201為P型矽基材時，在步驟S113中，對該P型矽片的部份區域進行N型摻雜，形成P-N結單元預製體202。
在步驟S12中，所述第一電極層232和第二電極層234的材料可相同或不同，優選為該第一電極層232和第二電極層234由具有連續平面結構的金屬材料層成，該金屬材料可為鋁、銅、或銀等。該第一電極層232和第二電極層234可通過導電黏接劑黏接在該第一矽層222和第二矽層224的表面，也可通過真空蒸鍍、或磁控濺射等方法形成於所述第一矽層222和第二矽層224的表面。優選的為所述第一電極層232和第二電極層234完全覆蓋所述第一矽層222與所述第二矽層224的所述第一表面221及所述第四表面225。
在步驟S13中，圓片狀的電池單元預製體240的切割方式根據實際需求可有所不同，例如圖4所示從圓片狀的電池單元預製體240中依實際需求切割出複數矩形的第一電池單元250，其餘的為複數 第二電池單元260，如圖2所示，本實施例中為了從圓片狀的電池單元預製體240中能夠切割得到最大面積的第一電池單元250，依據圓形內四個點均在圓周上的方形的面積最大的原理，如圖2所示，從圓片狀的電池單元預製體240中切割出了一個方形的第一電池單元250和由一個圓弧面及三個平面構成的呈立體結構的四個第二電池單元260。
所述方形的第一電池單元250單獨的可作為一第一種太陽能電池。所述方形的第一電池單元250包括依次並排且接觸設置的一第一電極251、一P型矽層252、一N型矽層253以及一第二電極254。上述各層沿一直線連續設置成一排構成一整體結構，所述方形的第一電池單元250的平行於所述直線的一表面為太陽能電池的直接接受光線入射的受光端面。所述P型矽層252與所述N型矽層253相接觸並形成一P-N結區。
可以理解的是，所述方形的第一電池單元250單獨的可作為本案先前技術所述的傳統的太陽能電池利用。
如圖5所示，所述每一第二電池單元260單獨的可作為一第二種太陽能電池20。所述太陽能電池20包括依次並排且接觸設置的一第一電極261、一P型矽層262、一N型矽層263以及一第二電極264。上述各層沿一直線連續設置成一排構成一整體結構，該整體結構具有一弧形面266與該弧形面266相對且相交的切割面267，所述弧形面266為該太陽能電池20的直接接受光線入射的受光端面。所述切割面267為切割面，可用作太陽能電池20的放置面。所述P型矽層262與所述N型矽層263相接觸並形成一P-N結區。所述太陽能電池20的所述弧形面266與所述切割面267相交於兩個直線，為 交叉線268。
所述太陽能電池20中所述P型矽層262具有相對的一第一表面2621和一第二表面2623，該N型矽層263具有相對的一第三表面2631和一第四表面2633，該第一電極261設置在該P型矽層262的第一表面2621，並與該P型矽層262電接觸，該第二電極264設置在該N型矽層263的第四表面2633，並與該N型矽層263電接觸，該P型矽層262的第二表面2623與該N型矽層263的第三表面2631相接觸，所述相互接觸的P型矽層262的第二表面2623和N型矽層263的第三表面2631附近形成所述P-N結區。在該P-N結區中，N型矽層263中的多餘電子趨向P型矽層262，並形成一個由N型矽層263指向P型矽層262的內電場。當所述P-N結區在光的激發下產生複數電子-空穴對時，所述複數電子-空穴對在內電場作用下分離，N型矽層263中的電子向所述第二電極264移動，P型矽層262中的空穴向所述第一電極261移動，然後分別被所述第一電極261和第二電極264收集，形成電流，從而實現所述太陽能電池20中光能到電能的轉換。
該P型矽層262進一步具有連接整個所述第一表面2621和第二表面2623的一側面2661，該側面2661由一弧形面和平面兩部份構成，該N型矽層2363進一步具有連接整個所述第三表面2631和第四表面2633的一側面2662，該側面2662由一弧形面和平面兩部份構成，所述P型矽層側面2661的弧形面部份與所述N型矽層側面2662的弧形面部份相對應結合在一起共同構成所述受光端面。所述P型矽層側面2661的弧形面部份與所述N型矽層側面2662的弧形面部份為所述整體結構的弧形面266的一部份，所述整體結構的弧形 面266的所述P型矽層側面2661的弧形面部份與所述N型矽層側面2662的弧形面部份以外的部份為所述第一電極261和第二電極264的表面。
由於入射光不需要穿過所述第一電極261到達P-N結區，所述第一電極261可以為一連續的面狀結構覆蓋所述P型矽層262的第一表面2621的整個表面，當然，第一電極261也可為一網格狀或柵格狀結構覆蓋所述第一表面2621的部份表面。所述第一電極261的材料為具有導電性的材料，該材料具體可為金屬、導電聚合物、銦錫氧化物及碳奈米管結構。優選為該第一電極261由一連續的具有面狀結構的金屬材料層構成，該金屬材料層覆蓋整個所述第一表面2621。該金屬材料可為鋁、銅、或銀等。該第一電極261的厚度不限，優選為50奈米~300奈米。本實施例中，所述第一電極261為一厚度約為200奈米的鋁箔。
由於入射光不需要穿過所述第二電極264到達P-N結區，所述第二電極264可以為一連續的面狀結構覆蓋所述N型矽層263的第四表面2633的整個表面，也可為一網格狀或柵格狀結構覆蓋所述第四表面2633的部份表面。該第二電極264的材料為具有導電性的材料，該材料具體可選自金屬、導電聚合物、銦錫氧化物或碳奈米管。優選為該第二電極264由一連續的具有面狀結構的金屬材料層構成，該金屬材料層覆蓋整個所述第四表面2633。所述金屬材料可為鋁、銅、或銀等。該第二電極264的厚度不限，優選為50奈米~300奈米。本實施例中，所述第二電極264為一厚度約為200奈米的鋁箔。
所述第一電極261及第二電極264可均不透光，從而可以避免光線 穿過第一電極261及第二電極264，造成光電轉換效率降低。
當該太陽能電池20工作時，不同於傳統的使光照射所述P-N結區的覆蓋有網狀金屬電極或透明電極的第四表面2633，而是將所述P-N結區的側面作為受光端面，接收光的入射。由於該受光端面沒有被電極層覆蓋，即P-N結區直接暴露出P型矽層262和N型矽層263，使得光子可以直接被所述P-N結區吸收，並不必先經過第二電極264、N型矽層263後才到達P-N結區，從而減少了第二電極264和N型矽層263對光的吸收，提高了P-N結區對光的吸收率，相應地，使得P-N結區可激發出更多的電子-空穴對。另外，所述受光端面為弧形面，因此接受外界光的面積此外，由於所述第二電極264沒有設置在所述受光端面上，因此無需考慮第二電極264阻擋光的影響因素，使得該第二電極264可設置成任何形狀，甚至可為一面狀結構覆蓋至所述N型矽層263的整個第四表面2633，從而增大了整個第二電極264的面積，並減小了P-N結區產生的載流子擴散至所述第二電極264的長度，減少了載流子的內部損耗，從而提高了整個太陽能電池20的光電轉換效率。
如圖6所示，所述太陽能電池的製備方法所述步驟S13之後進一步包括一步驟S14，在每個第二電池單元260的所述切割面267設置一反射元件269。
所述步驟S14中，在第二電池單元260的所述切割面267一側設置一反射元件269以形成第二種太陽能電池22。所述設置反射元件269的方法為製備一反射層與所述切割面267接觸設置且與所述第一電極261及第二電極264電絕緣。所述反射層通過真空蒸鍍或磁控濺射等方法形成於所述切割面267，並且確保該反射層未覆蓋 所述第一電極261及第二電極264。可以通過掩模或刻蝕的方法，以使第一電極261及第二電極264是裸露在所述反射層外。
進一步的，所述設置反射元件269的方法還可為先製備一透明絕緣層將所述切割面267整個覆蓋，再製備一反射層將所述透明絕緣層整個覆蓋。所述透明絕緣層可通過物理氣相沈積法(PVD)或化學氣相沈積法(CVD)直接生長或塗覆於所述切割面267。然後通過真空蒸鍍或磁控濺射等方法於所述透明絕緣層上形成所述反射層。
進一步的，所述設置反射元件269的方法還可為在所述切割面267形成複數微結構。所述微結構為凹槽或凸起。所述微結構的形狀為V形、圓柱形、半圓球形、金字塔形以及削去尖端部份的金字塔形中的一種或幾種。所述微結構在所述切割面267均勻分佈。通過對所述切割面267進行微結構處理，以得到所述微結構。所述微結構的形成方法不限。可以理解，在所述微結構的表面還可設置一反射材料，所述反射材料可通過真空蒸鍍或磁控濺射等方法形成於所述微結構表面。
所述反射元件269能夠有效地將到達所述切割面267的光線反射，從而使經反射後的光子可以直接被所述P-N結區吸收，進一步提高了P-N結區對光的吸收率，相應地，使得P-N結區可激發出更多的電子-空穴對，進一步提高了太陽能電池的光電轉換效率。
進一步地，所述太陽能電池的製備方法所述步驟S13之後進一步包括一步驟S15，在每個第二電池單元260的弧形面266上採用真空蒸鍍或磁控濺射等方法形成一減反射層，該減反射層可使光線入射並減少光的反射，且對光的吸收較少，該減反射層的材料為 氮化矽(Si3N4)或二氧化矽(SiO2)等。該減反射層的厚度可小於150奈米，本實施例中，該減反射層為900埃(Å)的氮化矽層。
如圖7所示，所述太陽能電池的製備方法進一步包括一步驟S16，將所述複數第二電池單元260結合在一起形成一電池組，該電池組可以利用為第三種太陽能電池200。
該步驟S16中，將複數第二電池單元260排列於至少一行或至少一列或多行多列，且使分佈於每一行中的複數第二電池單元260串聯連接，使分佈於每一列中的複數第二電池單元260並聯連接。故，使所述每一行中每個第二電池單元260的第二電極層234與相鄰的第二電池單元260的第一電極層232接觸設置，使所述每一列中的相鄰兩個第二電池單元260的第一電極層232相接觸，第二電極層234相接觸設置。本實施例中，所述每一列中相鄰兩個第二電池單元260通過所述交叉線268連接在一起。在該太陽能電池200中複數第二電池單元260分佈於多行多列形成波浪形的大面積的受光端面。
如圖8所示，所述太陽能電池的製備方法進一步包括一步驟S17和步驟S18，在步驟S17中，將複數方形的第一電池單元250沿一個方向層疊設置，使每個方形的第一電池單元250中的第一電極251與相鄰的方形的第一電池單元250中的第二電極254相接觸；在步驟S18中，沿層疊的方向即如圖8所示的沿切割線259切割所述複數方形的第一電池單元250形成至少一平面結構，該平面結構的表面平行於該切割方向，每一平面結構可以用作為第四種太陽能電池210。
在步驟S17中，所述第一電極251和第二電極254在層疊上述複數 方形的第一電池單元250後，進一步壓合上述複數相互層疊的方形的第一電池單元250，從而使相鄰的方形的第一電池單元250中的所述第一電極251和與其相鄰的第一電池單元250中的第二電極254相互鍵合。
本實施例提供的太陽能電池的製備方法有效利用了圓柱形或圓片狀的矽原材料，不僅可以製造傳統的以及新型的矩形的太陽能電池，利用圓柱形或圓片狀的矽原材料製造了矩形的太陽能電池之後剩餘的材料不必廢棄掉，也可用作太陽能電池利用，並且用剩餘材料製成的太陽能電池中光可直接入射至所述受光端面，由於該受光端面沒有被電極覆蓋，使得光子不必先經過電極、N型矽層後才到達P-N結區，從而減少了電極和N型矽層對光的吸收，提高了P-N結區的光吸收率，相應地，使得P-N結區可激發出更多的電子-空穴對，提高了整個太陽能電池的光電轉換效率。另外，受光端面為曲面，因此接受太陽光的面積更大了，並且相對於平面受光端面可以更廣泛的接受各個角度的光線，進一步提高太陽能電池的光電轉換效率。通過本實施例提供的太陽能電池的製備方法通過一個工藝可得到多種太陽能電池如本實施例所提供的太陽能電池20，太陽能電池22，太陽能電池200，太陽能電池210以及如本案背景技術所述的傳統的太陽能電池等。
本發明太陽能電池的製備方法的第二實施例包括以下步驟：步驟S21：提供圓片狀的P-N結單元預製體；步驟S22：所述圓片狀的P-N結單元預製體的相對的圓形表面分別形成一第一電極層及形成一第二電極層； 步驟S23：沿上述各層的層疊方向切割所述圓片狀的電池單元預製體240，切割成複數矩形的第一電池單元250和至少一面為弧形面的複數第二電池單元260。
如圖9所示，該太陽能電池的製備方法的第二實施例與第一實施例基本相同，不同之處在於所述步驟S23中的對電池單元預製體240的切割方式不同於第一實施例的所述步驟S13中的對電池單元預製體240的切割方式，具體的，本實施例中沿複數相互間隔的縱向切割線243和與所述縱向切割線243垂直交叉的複數橫向切割線244切割所述電池單元預製體240形成複數矩形的第一電池單元250和至少一面為弧形面的複數第二電池單元260。
本實施例還提供一第五種太陽能電池220，該太陽能電池220由三個不同的所述第二電池單元260構成，如圖10所述為例便於說明將該三個不同的所述第二電池單元260在此分別命名為第一子電池單元270、第二子電池單元280及第三子電池單元290。故，該太陽能電池220包括一第一子電池單元270、一第二子電池單元280及一第三子電池單元290，且該第一子電池單元270、第二子電池單元280及第三子電池單元290排成一排且相互並聯連接設置。
該第一子電池單元270包括一第一電極271、P型矽層272、N型矽層273及第二電極274，該第二子電池單元280包括一第一電極281、P型矽層282、N型矽層283及第二電極284，該第三子電池單元290包括一第一電極291、P型矽層292、N型矽層293及第二電極294。該第一子電池單元270、第二子電池單元280及第三子電池單元290排成一排時，該第一子電池單元270、第二子電池單元 280及第三子電池單元290的第一電極271、第一電極281及第一電極291相繼並排且相電連接，該第一子電池單元270、第二子電池單元280及第三子電池單元290的第二電極274、第二電極284及第二電極294相繼並排且相電連接，該第一子電池單元270、第二子電池單元280及第三子電池單元290的P型矽層272、P型矽層282及P型矽層292相繼並排且相接觸，該第一子電池單元270、第二子電池單元280及第三子電池單元290的N型矽層273、N型矽層283及N型矽層293相繼並排且相接觸設置。其中，該第一子電池單元270具有一弧形面276、該第二子電池單元280具有一弧形面286及該第三子電池單元290具有一弧形面296，該第一子電池單元270、第二子電池單元280及第三子電池單元290排成一排時，該第一子電池單元270的弧形面276、第二子電池單元280的弧形面286及第三子電池單元290的弧形面296相繼連接在一起構成該太陽能電池220的一個連續的弧形的受光端面。
如圖11所示，本實施例還提供一第六種太陽能電池230，該太陽能電池230包括一第一子電池單元組237、一第二子電池單元組238及一第三子電池單元組239。所述第一子電池單元組237包括串聯連接的複數所述第一子電池單元270，複數所述第一子電池單元270的弧形面276連接在一起構成一個大的連續的弧形面2761。所述第二子電池單元組238包括串聯連接的複數所述第二子電池單元280，複數所述第二子電池單元280的弧形面286連接在一起構成一個大的連續的弧形面2861。所述第三子電池單元組239包括串聯連接的複數所述第三子電池單元290，複數所述第三子電池單元290的弧形面296連接在一起構成一個大的連續的弧形面2961。所述第一子電池單元組237、第二子電池單元組238及第三 子電池單元組239排成一排相互並聯連接。所述第一子電池單元組237的弧形面2761、所述第二子電池單元組238的弧形面2861及所述第三子電池單元組239的弧形面2961相繼連接在一起構成該太陽能電池230的一個連續的弧形的受光端面。
如圖12所示，本發明太陽能電池的製備方法的第三實施例包括以下步驟：步驟S31，提供一圓柱狀矽基材201；步驟S32，沿所述圓柱狀矽基材201的軸向垂直的方向切割所述圓柱狀矽基材，形成複數圓片狀的矽片212；步驟S33，對每一圓片狀的矽片212進行摻雜形成圓片狀的P-N結單元預製體202，所述圓片狀的P-N結單元預製體202包括層疊且接觸設置的圓片狀的一第一矽層222及一第二矽層224；步驟S34，沿上述各層的層疊方向切割所述圓片狀的P-N結單元預製體202得到至少一第一P-N結結構體305和複數第二P-N結結構體306，每一第二P-N結結構體306具有一弧形面366和一切割面367；步驟S35，將所述複數第二P-N結結構體306沿一直線依次設置使複數第二P-N結結構體306的弧形面366並排，切割面367並排在一起，且每相鄰兩個第二P-N結結構體306之間形成一電極層316，所述電極層316串聯連接所述相鄰的第二P-N結結構體306，使複數第二P-N結結構體306串聯設置，得到太陽能電池預製體310。
步驟S36，所述太陽能電池預製體310的兩端最外側的第二P-N結結構體306的表面分別形成一收集電極326，得到第七種太陽能電 池30。
所述步驟S31~S33分別與第一實施例的步驟S111~S113相同。
在所述步驟S34中，所述圓片狀的P-N結單元預製體202的切割方式根據實際需求可有所不同，從圓片狀的P-N結單元預製體202中依實際需求切割取下複數矩形的或方形的第一P-N結結構體305，其餘的可為第二P-N結結構體306。
所述第一P-N結結構體305也可稱之為有用P-N結結構體，所述第二P-N結結構體306也可稱之為邊角料P-N結結構體。所謂“有用P-N結結構體”及“邊角料P-N結結構體”是指，在一般情況下P-N結的應用均為方形體或矩形體，然而矽原料一般為圓柱形矽棒，作為原料利用的均為圓形矽片，從圓形矽片切割得到矩形或方形可利用P-N結之後剩下的均作為邊角料處理，基於此本案中從圓片狀的P-N結單元預製體202中切割得到的矩形或方形P-N結稱之為“有用P-N結結構體”，其餘的稱之為“邊角料P-N結結構體”。
所述第一P-N結結構體305包括並排且接觸設置的一P型矽層315及一N型矽層325。所述第二P-N結結構體306包括並排且接觸設置的一P型矽層336及一N型矽層346。
在所述步驟S35中，所述電極層316由具有連續平面結構的金屬材料層成，該金屬材料可為鋁、銅、或銀等。
所述太陽能電池30中所述複數第二P-N結結構體306的弧形面366並排在一起構成一大的弧形面，用作所述太陽能電池30的直接接受外界光線的受光端面。所述太陽能電池30中所述複數第二P-N 結結構體306的切割面367並排在一起構成一大的平面用作所述太陽能電池30的放置面。
在步驟S36之後，進一步包括在所述太陽能電池30的受光端面形成減反射層及再在所述太陽能電池30的切割面367上形成反射元件的步驟，形成減反射層及反射元件的方法同第一實施例。
如圖13所示，在步驟S26之後，進一步包括一步驟S27，將複數所述太陽能電池30結合在一起得到第八種太陽能電池300。所述太陽能電池300中複數所述太陽能電池30的弧形面366連接在一起構成波浪形的面，以構成所述太陽能電池300的受光端面。
本發明第三實施例所提供的太陽能電池的製備方法，從圓柱形或圓片狀的矽原材料中切割得到一般利用於TFT，LED或晶片等的矩形或方形P-N結後剩餘的邊角料兩側設置電極用作光可直接入射至沒有被電極覆蓋的P-N結的受光端面的太陽能電池，該太陽能電池的體積雖然小但是該太陽能電池中受光端面沒有被電極覆蓋，使得光子不必先經過電極、N型矽層後才到達P-N結區，從而減少了電極和N型矽層對光的吸收，提高了P-N結區的光吸收率，相應地，使得P-N結區可激發出更多的電子-空穴對，提高了整個太陽能電池的光電轉換效率。且受光端面為曲面，因此接受太陽光的面積更大了，且相對於平面受光端面更廣泛的接受不同方向的光線，進一步提高太陽能電池的光電轉換效率。故，該種太陽能電池的受光端面主要利用的是P-N結側面，邊角料P-N結的側面為圓弧型進而提供了他的利用價值。
請參閱圖14，本發明太陽能電池的製備方法的第四實施例包括以下步驟： 步驟S41，提供一圓柱狀矽基材201；步驟S42，沿所述圓柱狀矽基材201的軸向垂直的方向切割所述圓柱狀矽基材，形成複數圓片狀的矽片212；步驟S43，對每一圓片狀的矽片212進行摻雜形成圓片狀的P-N結單元預製體202，所述圓片狀的P-N結單元預製體202包括層疊且接觸設置的圓片狀的一第一矽層222及一第二矽層224；步驟S44，將複數所述圓片狀的P-N結單元預製體202沿一直線依次設置，且每相鄰兩個圓片狀的P-N結單元預製體202之間形成一電極層416，使複數圓片狀的P-N結單元預製體202通過電極層416連接在一起，並且兩端最外側的圓片狀的P-N結單元預製體202的表面分別形成一收集電極426，得到太陽能電池母體401；步驟S45，在太陽能電池母體401的圓形斷面的垂直性交的直徑上，分別沿層疊複數圓片狀的P-N結單元預製體202的方向切割太陽能電池母體401得到複數第九種太陽能電池40。
所述步驟S41~S43分別與第三實施例的所述步驟S31~S33。
所述每一太陽能電池40具有一弧形面466，且該弧形面466為每一太陽能電池直接接受外界管線的受光端面。
如圖15所示，所述步驟S36之後進一步包括一步驟S37，將所述複數太陽能電池40結合在一起形成一第十種太陽能電池400。所述太陽能電池400中相鄰兩個太陽能電池40並聯連接。所述太陽能電池400中複數所述太陽能電池40的弧形面466連接在一起構成波浪形的面，以構成所述太陽能電池400的受光端面。
本發明第四實施例所提供的太陽能電池的製備方法主要用於製備不同於傳統的太陽能電池，而是提供一種外界光可直接入射至所述受光端面，由於該受光端面沒有被電極覆蓋，使得光子不必先經過電極、N型矽層後才到達P-N結區的太陽能電池，因此，本發明第四實施例所提供的太陽能電池的製備方法對圓柱形或圓片狀的矽原材料的切割沒有特別嚴格的要求進而降低了製造工藝的難度，並且還充分利用了整個原材料。另外，本發明第四實施例所提供的太陽能電池的製備方法得到P型-N型矽層之後直接將複數P型-N型矽層並排在一起並且中間設置電極最後再在最外側兩端P型-N型矽層的最外側設置電極的形式形成一整體結構之後進行切割得到太陽能電池，因此，簡單易操作的方式得到大面積的太陽能電池，故該太陽能電池的製備方法工藝簡單，太陽能電池的面積大，成本低。
綜上所述，本發明確已符合發明專利之要件，遂依法提出專利申請。惟，以上所述者僅為本發明之較佳實施例，自不能以此限制本案之請求項。舉凡習知本案技藝之人士援依本發明之精神所作之等效修飾或變化，皆應涵蓋於以下請求項內。
22‧‧‧太陽能電池
261‧‧‧第一電極
264‧‧‧第二電極
267‧‧‧切割面
269‧‧‧反射元件

Claims (22)

  1. 一種太陽能電池，其包括：至少一電池單元，每一電池單元包括依次層疊設置的一第一電極、一P型矽層、一N型矽層及一第二電極，該P型矽層與該N型矽層接觸並在接觸區域形成一P-N結區，其改良在於，所述每一電池單元具有相對的一第一側面和一第二側面，分別與P型矽層和N型矽層的接觸介面相交，所述第一側面為受光端面，且為曲面，所述第二側面設置有反射元件。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的太陽能電池，其中，所述至少一電池單元的個數為一。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的太陽能電池，其中，所述每一電池單元中所述P型矽層具有相對的一第一表面和一第二表面，該N型矽層具有相對的一第三表面和一第四表面，該第一電極層設置在該P型矽層的第一表面，並與該P型矽層電接觸，該第二電極層設置在該N型矽層的第四表面，並與該N型矽層電接觸，該P型矽層的第二表面與該N型矽層的第三表面相接觸形成所述P-N結區。
  4. 如申請專利範圍第3項所述的太陽能電池，其中，該P型矽層進一步具有連接整個所述第一表面和第二表面的一側面，該P型矽層側面的至少一部份為曲面，該N型矽層進一步具有連接整個所述第三表面和第四表面的一側面，該N型矽層側面的至少一部份為曲面，所述P型矽層側面的曲面部份與所述N型矽層側面的曲面部份相對應結合在一起共同構成所述第一側面。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的太陽能電池，其中，所述第二側面為一平面，該第二側面為所述電池單元的放置面。
  6. 如申請專利範圍第1項所述的太陽能電池，其中，所述受光端面為圓弧面。
  7. 如申請專利範圍第3項所述的太陽能電池，其中，該第二電極為整體覆蓋該N型矽層的第四表面的金屬材料層，該第一電極為整體覆蓋該P型矽層的第一表面的金屬材料層。
  8. 如申請專利範圍第1項所述的太陽能電池，其中，所述受光端面進一步覆蓋有一厚度小於150奈米的減反射層，所述減反射層的材料為氮化矽或二氧化矽。
  9. 如申請專利範圍第1項所述的太陽能電池，其中，所述每一電池單元通過所述受光端面暴露出所述P型矽層和所述N型矽層。
  10. 如申請專利範圍第1項所述的太陽能電池，其中，所述至少一電池單元的個數為複數，所述複數電池單元分佈於多行多列，且在每一行中的複數電池單元串聯設置，在每一列中的複數電池單元並聯設置。
  11. 如申請專利範圍第10項所述的太陽能電池，其中，所述每一行中，所述每個太陽能電池單元的第二電極與相鄰的太陽能電池單元的第一電極接觸。
  12. 如申請專利範圍第10項所述的太陽能電池，其中，所述每一列中，所述每個太陽能電池單元的第一電極與相鄰的太陽能電池單元的第一電極接觸，所述每個太陽能電池單元的第二電極與相鄰的太陽能電池單元的第二電極接觸。
  13. 如申請專利範圍第1項所述的太陽能電池，其中，所述反射元件包括一反射層，所述反射層的材料為鋁、金、銅及銀中的一種或上述任意組合的合金。
  14. 如申請專利範圍第13項所述的太陽能電池，其中，所述反射層與所述第一側面接觸設置且與所述第一電極和第二電極電絕緣。
  15. 如申請專利範圍第13項所述的太陽能電池，其中，所述反射層與所述第一側面間隔設置。
  16. 如申請專利範圍第15項所述的太陽能電池，其中，所述反射元件還包括一透明絕緣層，所述透明絕緣層設置於所述反射層與所述第一側面之間。
  17. 如申請專利範圍第1項所述的太陽能電池，其中，所述反射元件為複數設置於所述第一側面的微結構。
  18. 如申請專利範圍第17項所述的太陽能電池，其中，所述微結構為凹槽或凸起。
  19. 如申請專利範圍第17項所述的太陽能電池，其中，所述微結構的形狀為V形、圓柱形、半圓球形、金字塔形以及削去尖端部份的金字塔形中的一種或幾種。
  20. 如申請專利範圍第17項所述的太陽能電池，其中，所述微結構在所述第一側面均勻分佈。
  21. 如申請專利範圍第17項所述的太陽能電池，其中，所述微結構表面設置有反射材料。
  22. 一種太陽能電池，其包括：至少一電池單元，每一電池單元包括依次並排且接觸設置的一第一電極、一P型矽層、一N型矽層及一第二電極，該P型矽層與該N型矽層接觸並形成一P-N結區，其改良在於，上述各層沿一直線連續設置成一排構成一整體結構，所述整體結構具有一第一表面、一第二表面及連接該第一表面和該第二表面的一側面，所述第一表面為所述第一電極遠離P型矽層的表面，所述第二表面為所述第二電極遠離N型矽層的表面，所述側面的至少一部份為曲面，且該曲面為該太陽能電池直接接受光線入射的受光端面，所述側面的曲面以外的部份設置有反射元件。
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