TWI513026B - 太陽能電池 - Google Patents

Description

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背面接觸型太陽能電池。

對於傳統的太陽能電池結構而言，上電極係配置於矽基板的上表面，下電極係配置於矽基板的下表面。然而矽基板的上表面係用以接收太陽光的照射，因此位於上表面的上電極則會遮蔽部分的入射光線，因而降低太陽能電池的光電轉換效率。因此目前的技術則發展出將上電極移至矽基板的下表面，使得上下電極(或稱p型電極與n型電極)一同配置於矽基板的下表面，具有此種結構之太陽能電池稱之為背接觸式太陽能電池(Back Contact Solar Cell)。

在背接觸式太陽能電池的數種類型結構中，一般以交指式背電極太陽能電池較為常見。圖1A係為傳統交指式背電極太陽能電池100的上視圖。請參閱圖1A。傳統太陽能電池100包含N型擴散區111、P型擴散區121、N型匯流電極112、P型匯流電極122、複數條N型指狀電極113、與複數條P型指狀電極123。上述N型擴散區111係為疏狀排列，P型擴散區121則環繞於N型擴散區111周圍。此外，上述P型匯流電極122與複數條P型指狀電極123皆配置於P型擴散區121上且三者相互電性連接。上述N型匯流電極112與複數條N型指狀電極113皆配置於N型擴散區111上且三者相互電性連接。

圖1B係為圖1A之沿a-a’切線之剖面圖。請參閱圖1B。傳統太陽能電池100更包含基板110，其中基板110包含受光面S1與相對受光面S1之背光面S2。而所謂的背接觸式太陽能電池，係指將N型指狀電極113與P型指狀電極123配置於背光面S2之結構。此外，由圖1B中可看出，當太陽光照射受光面S1後會產生電子(圖1B中之實心圓點)與電洞(圖1B中之空心圓圈)，其中電子會往N型擴散區111移動，電洞會往P型擴散區121移動。對於N型基板之太陽能電池而言，電洞屬於少數載子，因此增加P型擴散區121的面積或是寬度將有助於提升少數載子收集機率。另一方面由於在N型擴散區111間對於垂直方向的少數載子具有電性遮蔽效應，因此減少N型擴散區111的面積或是寬度也有助於提升少數載子收集機率。但若增加P型擴散區121的寬度，則會使得在P型擴散區121上方的基板110中所產生的電子要遷移至N型擴散區111的距離變長。當電子的遷移距離變長，則會相對增加電子的側向傳輸阻抗，進而降低太陽能電池的填充因數(Fill Factor，簡稱FF)而導致光電轉換效率反而降低。簡言之，目前的背接觸背接合之太陽能電池設計方向，一般以減少側向傳輸距離並同時保持P型擴散區121對N型擴散區111之比例最大化為主要設計方向，但同時，礙於製程極限，N型擴散區111所能縮減的寬度尺寸有限。

有鑑於此，提供一種改良的太陽能電池結構，並取得N型擴散區與P型擴散區的寬度比例或面積比例的最佳化設計，以提升太陽能電池的光電轉換效率，係為發展本案的主要精神。

本發明提出一種太陽能電池，以提升太陽能電池的光電轉換效率。

為達上述優點或其他優點，本發明之一實施例提出一種太陽能電池，包括基板、連續的射極擴散區、複數個不連續的基極擴散區、第 一指狀電極與第二指狀電極。上述基板具有受光面與相對受光面之背光面。上述射極擴散區配置於背光面，用以收集太陽能電池中之少數電荷載子。上述基極擴散區配置於背光面，用以收集太陽能電池中之多數電荷載子。且射極擴散區環繞於複數個基極擴散區的周圍。上述每一基極擴散區為具有長軸與短軸之多邊形，其中短軸小於長軸。第一指狀電極配置於射極擴散區上方且電性連接射極擴散區。第二指狀電極配置於基極擴散區上方且電性連接基極擴散區。

綜上所述，本發明的太陽能電池係藉由將基極擴散區設計為複數個不連續之多邊形，例如長方形，以增加射極擴散區相對於基極擴散區之面積比例，並同時可減少電子側向傳輸距離，進而相對提升光電轉換效率。此外，本發明提供一種具有相鄰兩排之複數個基極擴散區的中心點彼此錯開的太陽能電池結構，此錯開結構可進一步減少電子之側向傳輸距離，提升影響太陽能電池之光電轉換效率之填充因數FF。

為讓本發明之上述和其他目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。

100‧‧‧太陽能電池

110‧‧‧基板

S1‧‧‧受光面

S2‧‧‧背光面

111‧‧‧N型擴散區

121‧‧‧P型擴散區

112‧‧‧N型匯流電極

122‧‧‧P型匯流電極

113‧‧‧N型指狀電極

123‧‧‧P型指狀電極

200‧‧‧太陽能電池

210‧‧‧基板

222‧‧‧射極擴散區

224‧‧‧基極擴散區

230‧‧‧保護層

232‧‧‧第一接觸電極

234‧‧‧第二接觸電極

240‧‧‧圖案化絕緣層

252、352‧‧‧第一指狀電極

254‧‧‧第二指狀電極

256‧‧‧第三指狀電極

L‧‧‧長軸

W‧‧‧短軸

S1‧‧‧第一間距

S2‧‧‧第二間距

P1、P2‧‧‧中心點

a-a’、b-b’‧‧‧切線

圖1A係為傳統交指式背電極太陽能電池的上視圖。

圖1B係為圖1A之沿a-a’切線之剖面圖。

圖2A係根據本發明之一實施例所繪示之太陽能電池結構的上視圖。

圖2B係為圖2A之沿a-a’切線之剖面圖。

圖3A係根據本發明之另一實施例所繪示之太陽能電池結構的上視圖。

圖3B係為圖3A之沿b-b’切線之剖面圖。

為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚，下面結合附圖對本發明作進一步的詳細描述。

圖2A係根據本發明之一實施例所繪示之太陽能電池結構的上視圖。圖2B係為圖2A之沿a-a’切線之剖面圖。請同時參閱圖2A與圖2B。本發明之太陽能電池200包括：基板210、連續的射極擴散區222、複數個不連續的基極擴散區224、保護層230、至少一第一接觸電極232、複數個不連續之第二接觸電極234、圖案化絕緣層240、第一指狀電極252、第二指狀電極254與第三指狀電極256。

上述太陽能電池200例如是背面接觸型太陽能電池。因此，上述基板210例如還包括有受光面S1與相對受光面S1之背光面S2，如圖2B所示。上述受光面S1係用以接收太陽光的照射，且受光面S1係為粗糙表面，以提升受光面S1的光吸收率。此外，上述連續的射極擴散區222與複數個不連續的基極擴散區224係配置於遠離受光面S1之基板210中，亦即配置於背光面S2。並且，連續的射極擴散區222環繞於複數個不連續的基極擴散區224的周圍。上述每一基極擴散區224係為分別具有長軸L與短軸W之多邊形，例如是長方形、平行四邊形或橢圓形。於圖2A中係以長方形之基極擴散區224作為解說範例，且於圖2A中，短軸W係為長方形之短邊，長軸L為長方形之長邊，但本發明不以此為限。其中上述短軸W小於長軸L，且短軸W例如介於200~500微米之間。上述基板210例如為N型矽基板。此外，上述射極擴散區222係用以收集太陽能電池中之少數電荷載子。於N型矽基板中，少數電荷載子例如是電洞。上述基極擴散區224係用以收集太陽能電池中之多數電荷載子。於N型矽基板中，多數電荷載子例如是電子。

請同時參閱圖2A與圖2B。上述保護層230係配置於射極擴散區222之遠離受光面S1之表面，且保護層230還包括配置於射極擴散區222與第一指狀電極252之間，如圖2B所示。上述保護層230例如是介電層。此外，上述第一接觸電極232貫穿保護層230而直接接觸射極擴散 區222，並配置於射極擴散區222與第一指狀電極252之間，且第一指狀電極252直接接觸第一接觸電極232。上述第一接觸電極232例如是連續的長條狀，如圖2A所示。因此，上述第一指狀電極252配置於射極擴散區222上方且藉由第一接觸電極232而電性連接於射極擴散區222。

請同時參閱圖2A與圖2B。上述保護層230還包括配置於基極擴散區224之遠離受光面S1之表面，且保護層230更包括配置於基極擴散區224與第二指狀電極254之間，如圖2B所示。上述複數個不連續之第二接觸電極234分別配置於複數個不連續之基極擴散區224上。且若基極擴散區224是長方形，則第二接觸電極234例如是長方形，且每一第二接觸電極234的面積小於每一基極擴散區224的面積。並且，上述第二接觸電極234貫穿保護層230而直接接觸基極擴散區224。此外上述第二接觸電極234還包括配置於基極擴散區224與第二指狀電極254之間，且第二指狀電極254直接接觸第二接觸電極234。

此外，上述保護層230與第二指狀電極254之間還包括配置有圖案化絕緣層240。因此第二接觸電極234係貫穿圖案化絕緣層240與保護層230而直接接觸基極擴散區224，如圖2B所示。此外，上述圖案化絕緣層240更包括配置於第二指狀電極254與電性連接於第二指狀電極254之兩相鄰基極擴散區224之間，如圖2A所示。上述第二指狀電極254配置於基極擴散區224上方且藉由第二接觸電極234而電性連接於基極擴散區224。值得一提的是，上述圖案化絕緣層240係用以避免第二指狀電極254會電性連接於位於保護層230下方之射極擴散區222。因此圖案化絕緣層240例如還包含配置於第二指狀電極254與部分射極擴散區222之間，如圖2B所示。值得注意的是，上述圖案化絕緣層240還包括延伸配置於部分基極擴散區224與第二指狀電極254之間，如圖2B所示。如此在藉由網印製程來形成第二指狀電極254的時候，則可避免製程過程中的對準誤差而降低元件良率。

再者，由圖2A中可看出，每一不連續之方形的第二接觸電極234的面積相對小於長條狀形之第一接觸電極232的面積，因此當第二接觸電極234的面積變小，則會使得第二接觸電極234的電阻相對變大。因此可藉由增加第二指狀電極254的面積與厚度，來補償第二接觸電極234與第二指狀電極254串接時相對高的接觸電阻值。因此於圖2A與圖2B中可看出，第二指狀電極254的寬度例如是大於基極擴散區224的寬度。

請參閱圖2A。上述第三指狀電極256係配置於基極擴散區224上方且電性連接於基極擴散區224。第一指狀電極252配置於第二指狀電極254與第三指狀電極256之間，且第三指狀電極256、第二指狀電極254與第一指狀電極252三者平行配置。其中與第二指狀電極254電性連接之兩相鄰之基極擴散區224之間具有第一間距S1，且與第三指狀電極256電性連接之兩相鄰之基極擴散區224之間具有第一間距S1。

此外，上述每一基極擴散區224具有中心點P1或P2，且長軸L與短軸W交會於中心點P1或P2。其中電性連接於第三指狀電極256之每一基極擴散區224之中心點P2與電性連接於第二指狀電極254之每一基極擴散區224之中心點P1彼此錯開，如圖2A所示。然而，電性連接於第三指狀電極256之每一基極擴散區224之中心點P2與電性連接於第二指狀電極254之每一基極擴散區224之中心點P1亦可彼此對稱配置，本發明不以此為限。但值得注意的是，中心點P2與中心點P1彼此錯開的結構，相較於彼此對稱配置的結構，則具有前者結構之填充因數FF會大於後者結構之FF。並且，填充因數FF越大，則太陽能電池的光電轉換效率越高。

此外，電性連接於第三指狀電極256之基極擴散區224與電性連接於第二指狀電極254之基極擴散區224之間具有第二間距S2。上述第一間距S1例如小於第二間距S2。並且，上述短軸W與第二間距S2的比值(W/S2)例如是大於0.1且小於1，以此設計規則可確保電子與電洞之側向傳輸距離在一最適當之比例。再則，上述不連續之基極擴散區224與射極擴散區222之 面積比值可依據運算式[W×L/((W+S2)×(L+S1))]來進行運算，其中W表示短軸，L表示長軸，S1表示第一間距，且S2表示第二間距。且上述基極擴散區224與射極擴散區222的面積比值例如是小於0.4，以控制射極擴散區222佔全體面積之覆蓋率。進而達到提升光電轉換效率之最佳設計。

值得注意的是，相較於傳統之複數條長條狀之基極擴散區之結構，則本發明之複數個不連續之多邊形之基極擴散區224的設計結構可讓中心點P1與中心點P2之間的距離在維持不變或縮短的情況下，都可相對增加射極擴散區222的面積比例。當中心點P1與中心點P2之間的距離縮短，則可減少電子的移動距離，如此可相對增加太陽能電池的填充因數FF。此外，若又同時增加射極擴散區222的面積比例，則可增加少數電荷載子的收集率，並相對提高太陽能電池的短路電流(Short Circuit，簡稱Isc)。並且，無論填充因數FF或短路電流Isc增加，皆可增加光電轉換效率。若是FF與Isc同時增加的情況下，想當然爾，太陽能電池的光電轉換效率可大幅提升。

值得一提的是，本發明之太陽能電池中的電極結構，相容於傳統之網印金屬膠製程與燒結金屬電極的製程。因此本發明之太陽能電池還能結合傳統網印製程的優點，例如製程簡單、成本較低廉等。

此外，值得注意的是，於本發明之圖2A與圖2B中，第一指狀電極252係藉由貫穿保護層230之第一接觸電極232而與射極擴散區222進行電性連接。然而本發明之第一指狀電極亦可直接接觸射極擴散區，請參閱圖3A與圖3B。圖3A係根據本發明之另一實施例所繪示之太陽能電池結構的上視圖。圖3B係為圖3A之沿b-b’切線之剖面圖。於圖3A與圖3B中，第一指狀電極352係貫穿保護層230而直接接觸射極擴散區222，並直接電性連接至射極擴散區222，因此毋須藉由第一接觸電極而與射極擴散區222進行電性連接。上述第一指狀電極係為連續的長條狀。此外，圖3A、3B中與圖2A、2B相同的元件，於此不再贅述。

綜上所述，本發明的太陽能電池係藉由將基極擴散區設計為複數個不連續之多邊形，例如長方形，以相對增加射極擴散區的總面積，進而相對提升光電轉換效率。此外，本發明提供一種具有相鄰兩排之複數個基極擴散區的中心點彼此錯開的太陽能電池結構，以相對提升影響太陽能電池之光電轉換效率之填充因數FF。

雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，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，當可作些許之更動與潤飾，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。

200‧‧‧太陽能電池

222‧‧‧射極擴散區

224‧‧‧基極擴散區

232‧‧‧第一接觸電極

234‧‧‧第二接觸電極

240‧‧‧圖案化絕緣層

252‧‧‧第一指狀電極

254‧‧‧第二指狀電極

256‧‧‧第三指狀電極

L‧‧‧長軸

W‧‧‧短軸

S1‧‧‧第一間距

S2‧‧‧第二間距

P1、P2‧‧‧中心點

a-a’‧‧‧切線

Claims (15)

1. 一種太陽能電池，包括：一基板，具有一受光面與相對該受光面之一背光面；一連續的射極擴散區，配置於該背光面，用以收集該太陽能電池中之少數電荷載子；複數個不連續的基極擴散區，配置於該背光面，用以收集該太陽能電池中之多數電荷載子，且該射極擴散區環繞於該些基極擴散區周圍，其中每一該基極擴散區為具有一長軸與一短軸之一多邊形或一橢圓形，該短軸小於該長軸；一第一指狀電極，配置於該射極擴散區上方且電性連接該射極擴散區；以及一第二指狀電極，配置於該些基極擴散區上方且電性連接該些基極擴散區。
2. 如申請專利範圍第1項所述之太陽能電池，更包含一保護層，配置於該射極擴散區與該第一指狀電極之間，且配置於該些基極擴散區與該第二指狀電極之間。
3. 如申請專利範圍第2項所述之太陽能電池，更包含至少一第一接觸電極，其中該第一接觸電極貫穿該保護層而直接接觸該射極擴散區，並配置於該射極擴散區與該第一指狀電極之間，且該第一指狀電極直接接觸該第一接觸電極，其中該第一接觸電極係為連續的長條狀。
4. 如申請專利範圍第2項所述之太陽能電池，其中該第一指狀電極貫穿該保護層而直接接觸該射極擴散區，其中該第一指狀電極係為連續的長條 狀。
5. 如申請專利範圍第2項所述之太陽能電池，更包含複數個不連續之第二接觸電極，該些第二接觸電極貫穿該保護層而直接接觸該些基極擴散區，並配置於該些基極擴散區與該第二指狀電極之間，且該第二指狀電極直接接觸該些第二接觸電極。
6. 如申請專利範圍第5項所述之太陽能電池，其中該些基極擴散區與該些第二接觸電極係為長方形，且每一該第二接觸電極的面積小於每一該基極擴散區的面積。
7. 如申請專利範圍第5項所述之太陽能電池，更包含一圖案化絕緣層，配置於該保護層與該第二指狀電極之間，且配置於該第二指狀電極與電性連接於該第二指狀電極之兩相鄰該基極擴散區之間，其中該些第二接觸電極貫穿該圖案化絕緣層與該保護層而直接接觸該些基極擴散區。
8. 如申請專利範圍第7項所述之太陽能電池，其中該圖案化絕緣層更包含部分配置於該些基極擴散區與該第二指狀電極之間。
9. 如申請專利範圍第1項所述之太陽能電池，更包含一第三指狀電極，配置於該些基極擴散區上方且電性連接該些基極擴散區，其中該第一指狀電極配置於該第二指狀電極與該第三指狀電極之間，且該第三指狀電極、該第二指狀電極與該第一指狀電極三者平行配置。
10. 如申請專利範圍第9項所述之太陽能電池，其中與該第二指狀電極電性連接之兩相鄰之該基極擴散區之間具有一第一間距，且與該第三指狀電 極電性連接之兩相鄰之該基極擴散區之間具有該第一間距。
11. 如申請專利範圍第9項所述之太陽能電池，其中每一該基極擴散區具有一中心點，且該長軸與該短軸交會於該中心點，其中電性連接於該第三指狀電極之每一該基極擴散區之該中心點與電性連接於該第二指狀電極之每一該基極擴散區之該中心點彼此錯開。
12. 如申請專利範圍第10項所述之太陽能電池，其中電性連接於該第三指狀電極之該些基極擴散區與電性連接於該第二指狀電極之該些基極擴散區之間具有一第二間距。
13. 如申請專利範圍第12項所述之太陽能電池，其中該第一間距小於該第二間距。
14. 如申請專利範圍第12項所述之太陽能電池，其中該短軸與該第二間距的比值大於0.1且小於1。
15. 如申請專利範圍第12項所述之太陽能電池，其中該基極擴散區相對於該射極擴散區之一面積比值係依據一運算式來進行運算，且該面積比值小於0.4，其中該運算式為：[該短軸×該長軸/(該短軸+該第二間距)×(該長軸+該第一間距)]。