TWI500174B - 太陽能電池及其模組 - Google Patents

Description

太陽能電池及其模組

本發明是有關於一種太陽能電池及其模組，特別是指一種矽晶太陽能電池及其模組。

參閱圖1、2，已知的矽晶太陽能電池主要包含：一具有相反的一受光面911與一背面912的基板91、一位於該受光面911處的射極層92、一位於該射極層92上的抗反射層93、一位於該受光面911上的正面電極94、數個位於該背面912的局部背表面電場(Local Back Surface Field，簡稱LBSF)95、一位於該背面912上的鈍化層96，以及一可穿過該鈍化層96而接觸該背面912的背面電極97。

該鈍化層96用於填補、降低該基板91的表面缺陷，進而降低載子在該基板91的背面912處的複合速率，以提升電池的轉換效率。該鈍化層96包括數個間隔且呈點狀的開孔961。所述局部背表面電場95亦可稱為背電場結構，在本文中皆以局部背表面電場一詞來描述此等結構。該數個局部背表面電場95分別對應該數個開孔961地設置於該背面912處，該數個局部背表面電場95的載子濃度 大於該基板91的載子濃度，可幫助提升載子收集效率及光電轉換效率。

該背面電極97包括數個匯流電極971，及一連接該數個匯流電極971的集電層972，該集電層972包括一覆蓋在該鈍化層96表面的第一導電部973，以及數個自該第一導電部973分別朝該數個開孔961伸入並接觸該基板91的背面912的第二導電部974。該背面電極97在製作上，可利用網版印刷方式於該鈍化層96上塗布導電漿料，且導電漿料會流動填入該數個開孔961中，並經過高溫燒結(firing)製程使導電漿料固化成型，而且在燒結過程中，導電漿料之材料(通常為Al)可經由開孔961而與該基板91的材料(通常為Si)混合，進而形成該數個局部背表面電場95(通常為Al-Si化合物)。

由於該背面電極97之導電漿料具有侵蝕性，所以其燒結形成過程對該鈍化層96之品質略有影響，但因為該數個第二導電部974配合該數個開孔961的形態而呈點狀且均勻分布在電池上，第二導電部974的總面積(即開孔961的總面積)佔整個鈍化層96的面積較小，可降低該背面電極97對該鈍化層96的影響，使該鈍化層96保有較佳之品質，從而可提升電池之開路電壓(Voc)與短路電流(Jsc)。而且該數個第二導電部974之點狀均勻分布設計，有助於提升電流收集效果。但此種點狀開孔961的設計亦有缺失，因為基板91的Si材料容易由點狀的開孔961擴散而出，主要是因為點狀的開孔961使Si的擴散為三維方向，導 致基板91的Si與導電漿料反應的量不足，有填孔率不佳的問題，使該數個開孔961中會形成有未被該導電漿料填滿的空腔(cavity)，空腔形成的範圍中不含有任何Al-Si合金，若空腔率過高將影響電極的導電效能，另外也會導致燒結形成的局部背表面電場95的厚度薄、品質較差，因而使串聯電阻(Rs)變高，並因此造成開路電壓及填充因子(Fill Factor)降低。

參閱圖3，另外有一種電池的鈍化層的開孔961’為線狀結構，相對於圖1之電池而言，圖3的電池的線狀開孔961’使基板的Si擴散方向大致為二維方向，有較佳的侷限作用，因此可以提升填孔率，以形成較佳之Al-Si合金及品質較好的局部背表面電場。但相對地，線狀的開孔961’的總面積佔整個鈍化層較大的面積，即，該背面電極的該數個第二導電部存在的面積範圍較大，則該背面電極的導電漿料對該鈍化層之品質的影響較大，如此則會影響該鈍化層的功能。

由上述說明可知，點狀開孔與線狀開孔設計各有優勢，而且對於局部背表面電場與鈍化層的影響有所不同，如何兼顧局部背表面電場與鈍化層之品質需求，並提升電池的開路電壓、短路電流及轉換效率等特性，乃為一重要課題。

因此，本發明之目的，即在提供一種可提升電池之開路電壓、短路電流及光電轉換效率的太陽能電池及 其模組。

於是，本發明太陽能電池，包含：一具有相反的一受光面與一背面的基板、一位於該受光面上的抗反射層、一位於該受光面上的正面電極、一位於該背面上的鈍化層，及一背面電極。該鈍化層具有數個間隔的開孔，每一開孔具有至少兩個延伸段，該些至少兩個延伸段交叉於一點。該背面電極位於該鈍化層上且經由該數個開孔接觸該背面。

本發明太陽能電池模組，包含：相對設置的一第一板材與一第二板材、數個如上述且排列於該第一板材與該第二板材之間的太陽能電池，及一封裝材。該封裝材位於該第一板材與該第二板材之間，並包覆在該數個太陽能電池的周圍。

本發明之功效：藉由該數個開孔的設計，能提升該背面電極的電流收集效果，並可在燒結形成該背面電極時維持該鈍化層之品質。而且每一開孔的延伸段設計使開孔具有線狀孔的優點，可提升製作該背面電極時各開孔的填孔率，使燒結形成的局部背表面電場的品質良好。因此本發明能提升電池之開路電壓、短路電流及光電轉換效率。

1‧‧‧第一板材

2‧‧‧第二板材

3‧‧‧太陽能電池

31‧‧‧基板

311‧‧‧受光面

312‧‧‧背面

313‧‧‧射極層

32‧‧‧抗反射層

33‧‧‧正面電極

331‧‧‧第一匯流電極

332‧‧‧指狀電極

34‧‧‧鈍化層

340‧‧‧開孔組

341‧‧‧開孔

342‧‧‧延伸段

35‧‧‧局部背表面電場

36‧‧‧背面電極

361‧‧‧第二匯流電極

362‧‧‧集電層

363‧‧‧第一導電部

364‧‧‧第二導電部

4‧‧‧封裝材

51‧‧‧第一方向

52‧‧‧第二方向

91‧‧‧基板

911‧‧‧受光面

912‧‧‧背面

92‧‧‧射極層

93‧‧‧抗反射層

94‧‧‧正面電極

95‧‧‧局部背表面電場

96‧‧‧鈍化層

961‧‧‧開孔

97‧‧‧背面電極

971‧‧‧匯流電極

972‧‧‧集電層

973‧‧‧第一導電部

974‧‧‧第二導電部

d1、d2‧‧‧延伸段的長度

本發明之其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現，其中：圖1是一種已知太陽能電池的背面示意圖，且圖中顯 示一鈍化層的數個開孔為點狀；圖2是沿圖1之A-A線所取的剖視圖；圖3是另一種已知太陽能電池的背面示意圖，且圖中顯示一鈍化層的數個開孔為線狀；圖4是本發明太陽能電池模組之一第一較佳實施例的剖視示意圖；圖5是該第一較佳實施例的一太陽能電池的正面示意圖；圖6是該第一較佳實施例的該太陽能電池的背面示意圖；圖7是沿圖6之B-B線所取的剖視圖；圖8是本發明太陽能電池模組之一第二較佳實施例的一太陽能電池的背面局部示意圖；及圖9是本發明太陽能電池模組之一第三較佳實施例的一太陽能電池的背面局部示意圖。

在本發明被詳細描述之前，應當注意在以下的說明內容中，類似的元件是以相同的編號來表示。

參閱圖4、5，本發明太陽能電池模組之第一較佳實施例包含：上下相對設置的一第一板材1與一第二板材2、數個陣列式排列於該第一板材1與該第二板材2間的太陽能電池3，及至少一位於該第一板材1及該第二板材2間，並包覆在該數個太陽能電池3周圍的封裝材4。

該第一板材1與該第二板材2在實施上沒有特 殊限制，可以使用玻璃或塑膠板材，而且位於電池受光面的一側的板材必須為可透光。該封裝材4的材質例如可透光的乙烯醋酸乙烯共聚物(EVA)，或其他可用於太陽能電池模組封裝的相關材料。

該數個太陽能電池3透過圖未示出的焊帶導線(ribbon)電連接。該數個太陽能電池3的結構都相同，以下僅以其中一個為例而進行說明。

參閱圖5、6、7，該太陽能電池3包含：一基板31、一抗反射層32、一正面電極33、一鈍化層34、數個局部背表面電場35、及一背面電極36。

該基板31具有相反的一受光面311與一背面312，在該受光面311處的內側可設置一射極層313，而該抗反射層32位於該受光面311上也相當於位於該射極層313上。其中，該基板31例如矽基板，且該基板31與該射極層313的其中一個為n型半導體，另一個為p型半導體，進而形成p-n接面。該抗反射層32的材料例如氮化矽(SiNx)，可用於降低光反射，以提高光線入射量。

該正面電極33位於該基板31的受光面311上，並包括至少一第一匯流電極331，以及數個連接該第一匯流電極331的指狀電極332。本實施例的第一匯流電極331的數量為三個，但實施時也可以為一個或兩個。該數個第一匯流電極331沿一第一方向51間隔排列並且皆沿一垂直該第一方向51的第二方向52延伸。該數個指狀電極332沿該第一方向51延伸，並可穿過該抗反射層32而接觸該 射極層313。

該鈍化層34位於該背面312上，用於填補、降低該基板31的表面缺陷，進而降低載子在該背面312處的複合速率，可提升電池的開路電壓、短路電流及轉換效率。該鈍化層34的材料例如氧化物、氮化物，或氧化物與氮化物等的複合材料。

該鈍化層34包括數排沿該第一方向51間隔排列的開孔組340(圖6將其中幾個開孔組340以假想框線圈出，以利於辨識)，每一開孔組340包括數個沿該第二方向52間隔排列的開孔341，且任兩排相鄰的開孔組340的開孔341位置錯開。需要說明的是，本發明之第一匯流電極331、指狀電極332的延伸方向與該數個開孔341的排列方式之間的關係，不限於本實施例之舉例，實施時，若將該數排開孔組340間隔排列的方向恆定義為第一方向51，每一開孔組340中的該數個開孔341排列的方向恆定義為第二方向52，則本發明的第一匯流電極331的延伸方向可以平行該第一方向51及該第二方向52中的其中一個，該數個指狀電極332的延伸方向則平行該第一方向51及該第二方向52中的另一個。

本實施例的每一開孔341呈十字形，每一開孔341具有兩個交叉於一點的延伸段342，該兩個延伸段342的其中一個沿該第一方向51延伸，另一個沿該第二方向52延伸，該兩個延伸段342呈長條形。較佳地，每一開孔341的延伸段342的長度d1、d2為300~1200μm，該兩個延伸 段342的長度d1、d2可以相同，也可以不同。較佳地，該數個開孔341的總面積為該背面312面積的6%以下。更佳地，該數個開孔341的總面積為該背面312面積的2~5%。

該數個局部背表面電場35位於該基板31的背面312處，且分別對應該數個開孔341的位置。本實施例的局部背表面電場35為鋁矽(Al-Si)混合材料所形成的p型半導體，其載子濃度大於該基板31的載子濃度，藉由局部背表面電場35的電場作用阻擋電子朝該背面312的方向移動，使電子被收集於該射極層313，以提升載子收集效率及轉換效率。

該背面電極36位於該鈍化層34上，並包括至少一沿該第二方向52延伸的第二匯流電極361，及一連接該第二匯流電極361且經由該數個開孔341而接觸該背面312與該數個局部背表面電場35的集電層362。本實施例的第二匯流電極361的數量為三個，但實施上也可以為一個或兩個。本實施例的第二匯流電極361可以經由該鈍化層34而接觸該背面312，因此該鈍化層34之對應第二匯流電極361的部位可設置開孔以供第二匯流電極361穿過，而且第二匯流電極361的局部寬度可大於開孔寬度，使該第二匯流電極361局部覆蓋於該鈍化層34表面，又或者第二匯流電極361的整體寬度可皆與開孔寬度相同，此時第二匯流電極361未覆蓋該鈍化層34表面。但實際上第二匯流電極361不以接觸該背面312為必要，此時該鈍化層34之對應於第二匯流電極361的部位就不須設置開孔，且第 二匯流電極361完全位於該鈍化層34表面。

本實施例的集電層362被該數個第二匯流電極361區分為數個區塊，該集電層362包括一披覆在該鈍化層34的表面上的第一導電部363，及數個由該第一導電部363分別朝該數個開孔341突入並接觸該背面312的第二導電部364。

本發明的背面電極36製作時，可利用網印方式將導電漿料(例如鋁漿)塗布於該鈍化層34上，導電漿料會流動填入該數個開孔341中，後續經由高溫燒結(firing)即可使導電漿料固化成型，進而形成該背面電極36之該第一導電部363與該數個第二導電部364。在燒結過程中，導電漿料之材料(Al)可經由該數個開孔341而接觸該基板31的背面312，並與該基板31的材料(Si)混合，進而一併形成該數個局部背表面電場35，該數個局部背表面電場35的材料主要為Al-Si化合物。

由於該背面電極36的該數個第二導電部364配合該鈍化層34的該數個開孔341的形態與分布位置，因此該數個第二導電部364均勻地分布於基板31的背面312，有助於提升電流收集效果。而且該數個開孔341相對於該背面312的面積不致於過大(僅佔6%以下)，亦代表第二導電部364的總面積不致於過大，該鈍化層34被移除的面積較少，可確保該鈍化層34之品質及鈍化功能，從而可提升電池之開路電壓與短路電流。另一方面，每一開孔341的該兩個延伸段342的設計，使開孔341具有線狀孔的優點 ，可侷限基板31的Si材料的擴散，進而提升製作該背面電極36時各開孔341的填孔率，並且因為填孔率佳能產生厚度足夠的Al-Si合金，如此能使燒結形成的該數個局部背表面電場35厚度足夠，並具有良好品質。而且也因為填孔率佳而能避免開孔311內有空腔產生，使導電漿料與基板31能確實接觸，維持良好的導電效能。因此本發明之創新結構設計可兼顧鈍化層34與局部背表面電場35之品質與效能，從而提升電池之開路電壓、短路電流及光電轉換效率等特性。

參閱圖8，本發明太陽能電池模組之第二較佳實施例與該第一較佳實施例不同的地方在於，本實施例的鈍化層的每一開孔341呈X字形。本實施例之功效與該第一較佳實施例相同，在此不再說明。

參閱圖9，本發明太陽能電池模組之第三較佳實施例與該第一較佳實施例不同的地方在於，本實施例的鈍化層的每一開孔341包括三個交叉於一點的延伸段342，其中一延伸段342沿該第二方向52延伸。另外兩個延伸段342則呈X字形交叉。該三個延伸段342的長度可以相同，也可以不同。本實施例之功效與該第一較佳實施例相同，在此不再說明。

惟以上所述者，僅為本發明之實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，凡是依本發明申請專利範圍及專利說明書內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。

3‧‧‧太陽能電池

340‧‧‧開孔組

341‧‧‧開孔

342‧‧‧延伸段

36‧‧‧背面電極

361‧‧‧第二匯流電極

362‧‧‧集電層

363‧‧‧第一導電部

51‧‧‧第一方向

52‧‧‧第二方向

d1、d2‧‧‧延伸段的長度

Claims (7)

1. 一種太陽能電池，包含：一基板，具有相反的一受光面與一背面；一抗反射層，位於該受光面上；一正面電極，位於該受光面上；一鈍化層，位於該背面上，並具有數個間隔的開孔，每一開孔具有至少兩個延伸段，該些至少兩個延伸段交叉於一點；及一背面電極，位於該鈍化層上且經由該數個開孔接觸該背面；該數個開孔的總面積為該背面面積的6%以下。
2. 依據申請專利範圍第1項所述之太陽能電池，其中，該數個開孔的總面積為該背面面積的2~5%。
3. 依據申請專利範圍第1項所述之太陽能電池，其中，每一開孔的延伸段的長度為300~1200μm。
4. 依據申請專利範圍第1項所述之太陽能電池，其中，該鈍化層包括數排沿一第一方向間隔排列的開孔組，每一開孔組包括該數個開孔中的其中幾個，每一開孔組的該數個開孔沿一垂直該第一方向的第二方向間隔排列，任兩排相鄰的開孔組的開孔位置錯開。
5. 依據申請專利範圍第4項所述之太陽能電池，其中，該正面電極包括一第一匯流電極，以及數個連接該第一匯流電極的指狀電極，該第一匯流電極的延伸方向平行該第一方向及該第二方向中的其中一個，該數個指狀電極 的延伸方向平行該第一方向及該第二方向中的另一個。
6. 依據申請專利範圍第1項所述之太陽能電池，還包含數個位於該基板的該背面處且分別對應該數個開孔的局部背表面電場，該背面電極包括一第二匯流電極，以及一連接該第二匯流電極並且透過網印導電漿料及燒結而固化成型的集電層，該集電層的材料於燒結時經由該數個開孔而與該基板的材料混合而形成該數個局部背表面電場。
7. 一種太陽能電池模組，包含：相對設置的一第一板材與一第二板材；數個如申請專利範圍第1至6項中任一項所述的太陽能電池，排列於該第一板材與該第二板材之間；及一封裝材，位於該第一板材與該第二板材之間，並包覆在該數個太陽能電池的周圍。