TWI502756B - 具有粗細匯流排電極之太陽能電池 - Google Patents

Description

具有粗細匯流排電極之太陽能電池

本發明是有關於一種太陽能電池，且特別是有關於一種具有粗細匯流排電極之太陽能電池。

太陽能電池是一種能量轉換的光電元件，它是經由太陽光照射後，把光的能量轉換成電能，此種光電元件稱為太陽能電池(Solar Cell)。從物理學的角度來看，有人稱之為光伏(Photovoltaic，簡稱PV)電池。

傳統的太陽能電池的製造方式，是先提供一矽基板，然後在矽基板上進行化學氣相沈積(譬如是PECVD)以形成抗反射層，然後進行網印以及燒結(co-firing)，以將電極形成於抗反射層上並使電極穿透抗反射層而電連接至矽基板。

進行網印時，所使用的導電膠可分為銀膠與鋁膠，銀膠主要用來當作電池的電極，在正反兩面皆有使用，而鋁膠是在背面銀電極印在矽基板以後，再被印上矽基板並燒結後以作為背面電場來增加電池效率。銀膠的成本高於鋁膠。

太陽能電池受遮光的面積越小，發電效率就會越高。但是，受限於傳統的網印技術(包含網印機、網版及膠的限制)，傳統的太陽能電池的電極的寬度都在0.5mm以上，是因為要避免斷掉或黑暗的手指線(broken or dark fingerlines)，這可以從電致發光圖像(Electroluminence image)及發電的損失看出。如此一來，為了達到有效收 集電荷、減少遮光面積、避免斷掉或黑暗的手指線(broken or dark fingerlines)的效果，只能調整電極的寬度及間距。舉例而言，有產品使用兩條或三條匯流排電極，在這些匯流排電極之間的指形電極上的各點傳輸到匯流排電極的總長度仍然相當長，且當有斷掉或黑暗的手指線存在時，總長度會更長，不利於太陽能電池的效率提升。

本發明之一個目的是提供一種具有粗細匯流排電極之太陽能電池，其能提升太陽能電池的發電效率。

為達上述目的，本發明提供一種太陽能電池，包含一電池本體、M條第一匯流排電極、N條第二匯流排電極以及多條指形電極。電池本體將光能轉換成電能而產生多個電荷，並具有一中心線，中心線位於電池本體之正中央。M條第一匯流排電極形成於電池本體之一正面上，並實質上平行於中心線，M為大於或等於2的正整數。N條第二匯流排電極形成於電池本體之正面上，各條第二匯流排電極位於M條第一匯流排電極之相鄰兩者之間，第二匯流排電極的寬度小於第一匯流排電極的寬度，且第二匯流排電極的寬度小於0.05mm並大於或等於0.02mm，N為大於或等於1的正整數。多條指形電極形成於電池本體之正面上，並電連接至第一匯流排電極及第二匯流排電極。指形電極的寬度小於0.05mm並大於或等於0.02mm。指形電極、第一匯流排電極及第二匯 流排電極收集電荷以供輸出。

藉由本發明之上述實施樣態，可以提供另外一種電極的佈局方法，降低電極的遮蔽面積，提高太陽能電池的電荷及電流，並降低不良電極造成的不良影響，藉以提升太陽能電池的發電效率。

為讓本發明之上述內容能更明顯易懂，下文特舉一較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。

圖1顯示依據本發明之實施例之太陽能電池1之俯視圖。圖2顯示依據本發明之實施例之太陽能電池1之底視圖。圖3A與3B分別顯示沿著圖1之線3A-3A及3B-3B的剖面圖。如圖1至3B所示，本實施例之太陽能電池1包含一電池本體10、M條第一匯流排電極20(譬如是20L、20M、20R)、N條第二匯流排電極25(譬如是25L、25R)以及多條指形電極30。太陽能電池可以是單晶、多晶或薄膜式太陽能電池。

電池本體10，將光能轉換成電能而產生多個電荷，並具有一中心線10C，中心線10C位於電池本體10之正中央。於一例子中，中心線10C是可以將電池本體10分成兩半部的對稱線，其為一條假想線，非實體的切割線。於本實施例中，電池本體10包含一基板11，基板11包含一第一型半導體層11A與一第二型半導體層11B。舉例而言，可以利用P(或N)型矽基板(當作第二型半導體層)，利用摻雜的方式在上面形成N(或P)型半導體層(當作N(或P)型半導體層)；或者，也可以使用各式各樣的 沈積技術，一層又一層地使P型或N型材料成長上去。此外，太陽能電池1更包含一抗反射層12，位於基板11之第一型半導體層11A上，此等第一與第二匯流排電極20與25及此等指形電極30貫穿抗反射層12並電連接至第一型半導體層11A。抗反射層12提供抗反射的效果，入射至抗反射層12的光不會被反射出去，以提高光線的使用率。

M條第一匯流排電極20L、20M、20R形成於電池本體10之一正面10A上，並實質上平行於中心線10C，M為大於或等於2的正整數。於本例子中，M等於3。

N條第二匯流排電極25L、25R形成於電池本體10之正面10A上，各N條第二匯流排電極25L、25R位於M條第一匯流排電極20L、20M、20R之相鄰兩者之間，第二匯流排電極25L、25R的寬度小於第一匯流排電極20L、20M、20R的寬度。因此，太陽能電池1具有粗細不同的匯流排電極20與25。此外，第二匯流排電極25L、25R的寬度小於0.05mm並大於或等於0.02mm，最好是小、於0.05mm並大於或等於0.03mm，N為大於或等於1的正整數。於本例子中，N等於2。亦即，相鄰的此等第一匯流排電極20之間配置有一條第二匯流排電極25。

多條指形電極30形成於電池本體10之正面10A上，並電連接至M條第一匯流排電極20L、20M、20R及N條第二匯流排電極25L、25R，多條指形電極、M條第一匯流排電極20L、20M、20R及N條第二匯流排電極25L、25R收集多個電荷以供輸出。指形電極30的寬度小於 0.05mm並大於或等於0.02mm。因此，指形電極30與第二匯流排電極25的寬度可以被設計成相同。指形電極30形成於電池本體10之正面10A上，並電連接至三條第一匯流排電極20。指形電極30與第一匯流排電極20之間之夾角等於90度，當然也可以被設計成不等於90度以提供視覺或其他效果。多條指形電極30、三條第一匯流排電極20以及兩條第二匯流排電極25收集多個電荷以供輸出。於本實施例中，第一匯流排電極20亦可被稱為主匯流排電極，而第二匯流排電極25亦可以被稱為是輔助匯流排電極。

此外，太陽能電池1可以更包含三條背面電極40以及一背面金屬層50。背面電極40形成於電池本體10之一背面10B上並電連接至第二型半導體層11B。背面金屬層50形成於電池本體10之背面10B上，此等背面電極40貫穿背面金屬層50並電連接至第二型半導體層11B。此等背面電極40分別與此等第一與第二匯流排電極20、25透過電池本體10相背對。這樣配置的好處在於將多個太陽能電池串聯或併聯連接時，可以將一片太陽能電池的正面的第一匯流排電極對準於另一片太陽能電池的背面的背面電極。

此外，太陽能電池1可以更包含一周邊電極60，其形成於電池本體10之正面10A上，並圍繞且電連接至此等第一與第二匯流排電極20、25與此等指形電極30，有利於電荷的收集及傳輸。於本例子中，周邊電極60大致平行於電池本體10之周邊，因此，有些部分之周邊電 極60平行於匯流排電極20與25，而有些部分之周邊電極60垂直於匯流排電極20與25，如圖1所示。

值得注意的是，圖1的線3B-3B有切到匯流排電極20與25及周邊電極60，但沒有切到指形電極30，而圖1的線3A-3A有切到匯流排電極20與25、周邊電極60及指形電極30。所以圖3A與3B會有些微的差異，如圖所示。

以下將參考附圖來說明太陽能電池的其他變化方式。圖4A至4H顯示依據本發明之實施例之太陽能電池之其他例子之俯視圖。

如圖4A所示，本例子類於於圖1的例子，不同之處在於本例子的相鄰的此等第一匯流排電極20之間配置有多條第二匯流排電極25，譬如是兩條第二匯流排電極25L與兩條第二匯流排電極25R，此等第二匯流排電極25彼此平行。這樣配置的好處在於可以讓指形電極30上的電荷傳輸到第一匯流排電極20及第二匯流排電極25的路徑多樣化，減少製程上的斷線指形電極30所造成的不良影響。

如圖4B所示，本例子類似於圖1的例子，不同之處在於本例子的相鄰的此等第一匯流排電極20之間配置有多條第二匯流排電極25，且此等第二匯流排電極25彼此交錯，譬如是兩條交錯的第二匯流排電極25L與交錯的兩條第二匯流排電極25R。這樣配置的好處在於可以讓指形電極30上的電荷傳輸到第一匯流排電極20及第二匯流排電極25的路徑多樣化，減少製程上的斷線指形 電極30所造成的不良影響。

如圖4C所示，本例子類似於圖1的例子，不同之處在於本例子只有具有兩條第一匯流排電極20，譬如是20L與20R，但有兩條第二匯流排電極25，譬如是25L與25R。這樣配置的好處在於可以利用第二匯流排電極25來補償第一匯流排電極20的不足，達成兩條主要匯流排電極20的配置的發電效率。

如圖4D所示，本例子類似於圖1的例子，不同之處在於本例子的相鄰的此等第一匯流排電極20之間配置有多條第二匯流排電極25，此等第二匯流排電極25彼此交錯，且直接連接至此等第一匯流排電極20。這樣配置的好處在於可以利用第二匯流排電極25將第一匯流排電極20整合連接起來，使電荷的傳輸路徑多樣化，減少不良指形電極30的影響。

如圖4E所示，本例子類似於圖4C的例子，不同之處在於本例子的第二匯流排電極25彼此交錯。這可以達成類似圖4B的例子的效果。

如圖4F所示，本例子類似於圖4C的例子，不同之處在於本例子的第二匯流排電極25彼此平行但不平行於第一匯流排電極20。這可以讓設計者有多樣化的選擇。

如圖4G所示，本例子類似於圖4A的例子，不同之處在於第二匯流排電極25L1/25L2/25R1/25R2的圖案為一虛線。以第二匯流排電極25L1/25L2的虛線而言，虛線的各個線段25L1D/25L2D連接於相鄰的此等指形電極30之間。此外，此等第二匯流排電極25的此等線段25L1D 與25L2D彼此錯開，也就是在第一匯流排電極20L與20M之間，兩鄰兩條指形電極30之間只有一個線段25L1D/25L2D連接。

如圖4H所示，本例子類似於圖4G的例子，不同之處在於左半部的第二匯流排電極25L1與25L2的間距縮小，而形成類似鋸齒狀的條狀結構。此外，右半部的第二匯流排電極25R1與25R2的連接方式也有所變化，亦即，部分的相鄰的此等指形電極30之間不存在有第二匯流排電極25的虛線的線段。因此，相鄰的指形電極30之連接媒介為依序為(25R1D)-->(無)-->(25R2D)，如此可以減少電極的遮蔽效應，而不大幅影響電荷的傳輸效果。

以上的第二匯流排電極25的各種圖案的配置僅為舉例說明的目的，並未特別限制本發明之範疇。這些第二匯流排電極25的寬度可以是完全相同，當然也可以彼此相異或部分相異。這些第二匯流排電極25可以彼此平行、平行於第一匯流排電極20、不彼此平行或不平行於第一匯流排電極20。這些第二匯流排電極25的間隔距離可以是相等或不等。這些第二匯流排電極25的圖案可以是直線、圓弧或其他曲線。匯流排電極20或25可以相對於中心線10C呈對稱或不對稱狀。以上的種種變化相對於習知技術而言，都可以達成減少遮光面積，因而增加電流以及發電效率的效果。這些第二匯流排電極25的製造可以藉由單次印刷或多次印刷，用以產生較高的高寬比(aspect ratio)及較窄的具有低電阻的指形電極。

本案發明人發現杜邦公司的PV17F與PV18X系列或 Heraeus 9600能提供本案發明概念所需用的電極的膠。加入第二匯流排電極的配置是一旦斷掉或黑暗的指形電極形成時，能提供旁通路徑(bypass route)來連結至附近的第一匯流排電極。藉此能提供電荷收集的效率，提高電流及發電效率。

圖5顯示依據本發明之太陽能電池模組100之局部連接狀態的示意圖。如圖5所示，本發明亦提供一種太陽能電池模組100，其包含多個如上所述之太陽能電池1以及多條導電帶(Ribbon)70。導電帶70的數目取決於所欲焊接的匯流排電極20的數目或背面電極40的數目。此等導電帶70將此等太陽能電池1的其中一片的此等匯流排電極20分別電連接至此等太陽能電池1的其中另一片的此等背面電極40，此等導電帶70分別被焊接至此等匯流排電極20及此等背面電極40上。至於第二匯流排電極25，是可以不用焊接至導電帶70，但也可以視需要而焊接至導電帶70。

藉由本發明之上述實施例，可以提供另外一種電極的佈局方法，降低電極的遮蔽面積，提高太陽能電池的電荷及電流，並降低不良電極造成的不良影響，藉以提升太陽能電池的發電效率。

在較佳實施例之詳細說明中所提出之具體實施例僅用以方便說明本發明之技術內容，而非將本發明狹義地限制於上述實施例，在不超出本發明之精神及以下申請專利範圍之情況，所做之種種變化實施，皆屬於本發明之範圍。

1‧‧‧太陽能電池

3A-3A、3B-3B‧‧‧線

10‧‧‧電池本體

10A‧‧‧正面

10B‧‧‧背面

10C‧‧‧中心線

11‧‧‧基板

11A‧‧‧第一型半導體層

11B‧‧‧第二型半導體層

12‧‧‧抗反射層

20、20L、20M、20R‧‧‧第一匯流排電極

25、25L、25R、25L1、25L2、25R1、25R2‧‧‧第二匯流排電極

25L1D、25L2D‧‧‧線段

30‧‧‧指形電極

40‧‧‧背面電極

50‧‧‧背面金屬層

60‧‧‧周邊電極

70‧‧‧導電帶

100‧‧‧太陽能電池模組

圖1顯示依據本發明之實施例之太陽能電池之俯視圖。

圖2顯示依據本發明之實施例之太陽能電池之底視圖。

圖3A與3B分別顯示沿著圖1之線3A-3A及3B-3B的剖面圖。

圖4A至4H顯示依據本發明之實施例之太陽能電池之其他例子之俯視圖。

圖5顯示依據本發明之太陽能電池模組之局部連接狀態的示意圖。

1‧‧‧太陽能電池

3A-3A、3B-3B‧‧‧線

10‧‧‧電池本體

10A‧‧‧正面

10C‧‧‧中心線

12‧‧‧抗反射層

20、20L、20M、20R‧‧‧第一匯流排電極

25、25L、25R‧‧‧第二匯流排電極

30‧‧‧指形電極

60‧‧‧周邊電極

Claims (12)

1. 一種太陽能電池，包含：一電池本體，將光能轉換成電能而產生多個電荷，並具有一中心線，該中心線位於該電池本體之正中央；M條第一匯流排電極，形成於該電池本體之一正面上，並實質上平行於該中心線，M為大於或等於2的正整數；N條第二匯流排電極，形成於該電池本體之該正面上，各該N條第二匯流排電極位於該M條第一匯流排電極之相鄰兩者之間，該第二匯流排電極的寬度小於該第一匯流排電極的寬度，且該第二匯流排電極的寬度小於0.05mm並大於或等於0.02mm，N為大於或等於1的正整數；以及多條指形電極，形成於該電池本體之該正面上，並電連接至該M條第一匯流排電極及該N條第二匯流排電極，各該指形電極的寬度小於0.05mm並大於或等於0.02mm，該多條指形電極、該M條第一匯流排電極及該N條第二匯流排電極收集該多個電荷以供輸出。
2. 如申請專利範圍第1項所述之太陽能電池，其中該電池本體包含一基板，該基板包含一第一型半導體層與一第二型半導體層，且該太陽能電池更包含：一抗反射層，位於該基板之該第一型半導體層上，該等第一與第二匯流排電極及該等指形電極貫穿該抗反射層並電連接至該第一型半導體層。
3. 如申請專利範圍第2項所述之太陽能電池，更 包含：多條背面電極，形成於該電池本體之一背面上並電連接至該第二型半導體層；以及一背面金屬層，形成於該電池本體之該背面上，該等背面電極貫穿該背面金屬層並電連接至該第二型半導體層。
4. 如申請專利範圍第3項所述之太陽能電池，其中該等背面電極分別與該等第一與第二匯流排電極透過該電池本體相背對。
5. 如申請專利範圍第1項所述之太陽能電池，更包含：一周邊電極，形成於該電池本體之該正面上，並圍繞且電連接至該等第一與第二匯流排電極與該等指形電極。
6. 如申請專利範圍第1項所述之太陽能電池，其中相鄰的該等第一匯流排電極之間配置有一條第二匯流排電極。
7. 如申請專利範圍第1項所述之太陽能電池，其中相鄰的該等第一匯流排電極之間配置有多條第二匯流排電極，該等第二匯流排電極彼此平行。
8. 如申請專利範圍第1項所述之太陽能電池，其中相鄰的該等第一匯流排電極之間配置有多條第二匯流排電極，該等第二匯流排電極彼此交錯。
9. 如申請專利範圍第1項所述之太陽能電池，其中相鄰的該等第一匯流排電極之間配置有多條第二匯流 排電極，該等第二匯流排電極彼此交錯，且直接連接至該等第一匯流排電極。
10. 如申請專利範圍第1項所述之太陽能電池，其中該第二匯流排電極的圖案為一虛線，該虛線的各個線段連接於相鄰的該等指形電極之間。
11. 如申請專利範圍第1項所述之太陽能電池，其中各該第二匯流排電極的圖案為一虛線，該虛線的各個線段連接於相鄰的該等指形電極之間，且該等第二匯流排電極的該等線段彼此錯開。
12. 如申請專利範圍第11項所述之太陽能電池，其中部分的相鄰的該等指形電極之間不存在有該第二匯流排電極的該虛線的該線段。