TWI523248B - 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，特別是指一種背接觸式太陽能電池及其模組。

參閱圖1，已知的指叉式背接觸(Interdigitated Back Contact，簡稱IBC)太陽能電池90，通常包含：一可將光能轉換成電能的基板91，以及設置於該基板91之一背面911側的一第一電極92與一第二電極93。該第一電極92包括一第一匯流部921，以及數個由該第一匯流部921向外延伸的第一指叉部922。該第二電極93包括一與該第一匯流部921相對的第二匯流部931，以及數個由該第二匯流部931向外延伸且分別交錯排列於該數個第一指叉部922之間的第二指叉部932。該太陽能電池90的特色在於：該第一電極92與該第二電極93都位於該基板91的背面911側，該基板91的一正面(圖未示)未設置電極，從而可避免受光的該正面被遮擋，因此可以提升該正面的入光量。

由於該基板91是透過光電效應而產生載子，前述產生於基板91內部的載子中，電子需要傳輸至該第一電 極92或該第二電極93的其中一個，而電洞需要傳輸至該第一電極92或該第二電極93的另一個，才能被導出以供使用。若太陽能電池採用之基板為N型時，電子與電洞則分別為多數載子與少數載子，其中若可有效率地收集多數載子並確保少數載子之收集率，將可降低串聯電阻以增進光電轉換效率，如何達成前述目標是一重要的課題。

因此，本發明之目的，即在提供一種可增加載子收集效率並降低串聯電阻以增進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：一為第二導電型的基板、一為第一導電型的第一摻雜區、一為第二導電型的第二摻雜區、一第一電極，以及一第二電極。

該基板包括一正面以及一與該正面相對的背面。該第一摻雜區與該第二摻雜區皆位於該背面處。該第一電極位於該背面上並接觸該第一摻雜區，且該第一電極具有數個第一細線電極。該第二電極位於該背面上並接觸該第二摻雜區，該第二電極包括至少一第二連接部，以及數個呈樹枝狀的第二收集部。每一第二收集部具有一與該第二連接部接觸的第二匯流電極，以及數個呈彎折狀並自該第二匯流電極朝外延伸的第二細線電極。

本發明太陽能電池模組，包含：一第一板材、一第二板材、至少一個如前述且設置於該第一板材與該第二板材間的太陽能電池，及一位於該第一板材與該第二板 材間並接觸該太陽能電池的封裝材。

本發明之功效在於：將呈彎折狀的該數個第二細線電極散佈於該基板之背面，透過該數個第二細線電極將所收集之電流傳輸給與其連接之第二匯流電極，該數個第二匯流電極再將其所收集之電流傳輸給該第二連接部以供向外導出使用，前述創新的結構設計可減少該第二電極整體之電流擁擠效應，並藉此降低該太陽能電池整體之串聯電阻，從而能增進該太陽能電池之光電轉換效率。

11‧‧‧第一板材

12‧‧‧第二板材

13‧‧‧太陽能電池

14‧‧‧封裝材

15‧‧‧焊帶導線

21‧‧‧基板

211‧‧‧正面

212‧‧‧背面

213‧‧‧周圍側邊

22‧‧‧第一摻雜區

23‧‧‧第二摻雜區

24‧‧‧間隔區

25‧‧‧前表面電場區

31‧‧‧介電層

311‧‧‧第一孔

312‧‧‧第二孔

32‧‧‧抗反射層

4‧‧‧第一電極

40、40’‧‧‧第一電極組

41‧‧‧第一連接部

42、42’‧‧‧第一收集部

421‧‧‧第一匯流電極

424‧‧‧第一細線電極

425‧‧‧第一彎折段

49‧‧‧環繞電極

5‧‧‧第二電極

50、50’‧‧‧第二電極組

51‧‧‧第二連接部

52、52’‧‧‧第二收集部

521‧‧‧第二匯流電極

524‧‧‧第二細線電極

525‧‧‧第二彎折段

6‧‧‧間隔空間

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是一種已知的指叉式背接觸太陽能電池的一背面示意圖，其中，為了便於理解將太陽能電池之背面朝上繪製；圖2是本發明太陽能電池模組之一第一較佳實施例之一局部剖視示意圖；圖3是該第一較佳實施例之一太陽能電池之一背面示意圖，其中，為了便於理解將該太陽能電池之背面朝上繪製；圖4是圖3的局部放大圖；圖5是圖4的局部放大圖，圖中的放大位置是如圖4之A框處所示；圖6是該太陽能電池之一局部剖視示意圖，圖中的剖視位置是如圖5之B-B線所示； 圖7是該太陽能電池之一基板對應圖5之位置所取之一局部背面示意圖，其中，將該基板之背面朝上繪製以便於理解該太陽能電池之摻雜區的分佈型態，並省略該太陽能電池之一介電層、一第一電極與一第二電極；圖8是圖4的局部放大圖，圖中的放大位置是如圖4之C框處所示；圖9是一類似圖7的局部背面示意圖，顯示該太陽能電池之摻雜區的另一分佈型態；圖10是一局部背面示意圖，顯示本發明太陽能電池模組之一第二較佳實施例之一太陽能電池，其中，為了便於理解將該太陽能電池之背面朝上繪製；及圖11是圖10的局部放大圖，圖中的放大位置是如圖10之D框處所示。

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2，本發明太陽能電池模組之一第一較佳實施例包含：上下相對間隔設置的一第一板材11與一第二板材12、數個陣列式地排列於該第一板材11與該第二板材12之間的太陽能電池13，以及一位於該第一板材11與該第二板材12之間且接觸該數個太陽能電池13的封裝材14。當然在實施上，該太陽能電池模組可以僅包含一太陽能電池13。

在本實施例中，該第一板材11與該第二板材 12的材料在實施上沒有特殊限制，可使用玻璃或塑膠板材，而且位於該太陽能電池13之受光側的板材必須可透光。該封裝材14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，並不限於本實施例的舉例。此外，該數個太陽能電池13彼此之間可透過數個焊帶導線(Ribbon)15電連接。此外，由於該數個太陽能電池13的結構都相同，以下僅以其中一個為例進行說明。當然，在一模組中的該數個太陽能電池13的結構不以相同為絕對之必要。

參閱圖3、4、5、6，本實施例的太陽能電池13為背接觸太陽能電池，其包含：一為第二導電型的基板21、數個為第一導電型的第一摻雜區22、數個為第二導電型的第二摻雜區23(見圖7)、數個間隔區24、一為第二導電型的前表面電場區25、一介電層31、一抗反射層32、一第一電極4，以及一第二電極5。

本實施例所述之第一導電型與第二導電型分別為p型與n型，但實施時也可以相反。此外，本實施例的第一電極4在圖3、4中以白色區域來表示，而本實施例的第二電極5在圖3、4中以網點區域來表示，並且該第一電極4與該第二電極5如圖5、6所示地彼此間隔而不相互接觸。具體來說，該第一電極4與該第二電極5之間形成一個間隔空間6而將彼此隔開，但該間隔空間6因為比例縮放的原因而未能顯示於圖3、4中。

本實施例的基板21可為n型的單晶或多晶矽基 板，並包括彼此相對的一正面211與一背面212。該正面211可受光，並可具有凹凸狀結構。該背面212具有一個環繞的周圍側邊213。

參閱圖5、6、7，本實施例的第一摻雜區22位於該背面212處之內，該數個第一摻雜區22是藉由擴散製程(例如硼擴散)或其他的摻雜方式使該基板21的內部局部形成摻雜的p⁺型半導體。

本實施例的第二摻雜區23位於該背面212處之內，該數個第二摻雜區23是藉由擴散製程(例如磷擴散)或其他的摻雜方式使該基板21的內部局部形成摻雜的n⁺⁺型半導體，且其摻雜濃度大於該基板21的摻雜濃度。

本實施例的間隔區24位於該背面212處之內且位於該數個第一摻雜區22與該數個第二摻雜區23之間，用於隔開該數個第一摻雜區22與該數個第二摻雜區23，以避免寄生分流(Parasitic Shunting)現象而產生漏電流(Leakage Current)。實際上，利用擴散製程製作該數個第一摻雜區22與該數個第二摻雜區23時，可透過適當的製程控制，使該數個第一摻雜區22與該數個第二摻雜區23間隔，則該數個第一摻雜區22與該數個第二摻雜區23之間未額外進行擴散製程的區域就成為該數個間隔區24。當然，該數個間隔區24亦可透過雷射製程剝蝕而形成明確內凹狀之分隔結構(圖未示)，以避免擴散製程中於該數個第一摻雜區22與該數個第二摻雜區23之交界地帶可能餘留之摻雜雜質，從而防止漏電流之產生。

本實施例的該數個第一摻雜區22與該數個第二摻雜區23彼此可如圖7所示地交錯排列配置，且該數個第一摻雜區22與該數個第二摻雜區23皆呈長條狀之線狀摻雜形式。在本實施例中，以數個第一摻雜區22、數個第二摻雜區23及數個間隔區24為例進行說明，且三者是以p-n-p-n之交錯方式重複排列配置，任一組相鄰的第一摻雜區22與第二摻雜區23之間即形成一個間隔區24。在實施上，不需限制第一摻雜區22、第二摻雜區23及間隔區24各別的具體數量。

本實施例的前表面電場區25位於該正面211處之內，該前表面電場區25為n⁺型半導體，且其摻雜濃度大於該基板21之摻雜濃度，藉此形成正面電場(Front-Side Field，簡稱FSF)以提升載子收集效率及光電轉換效率。在實施上，可利用擴散製程(例如磷擴散)或摻雜膠，使該正面211處的摻雜濃度高於該基板21內部，進而形成n⁺型半導體。

進一步說明的是，若該基板21使用p型半導體基板時，該前表面電場區25就會製作成摻雜濃度大於前述基板21的p⁺型半導體，該數個第二摻雜區23就會製作成摻雜濃度大於前述基板21之p⁺⁺型半導體，而該數個第一摻雜區22則製作成n⁺型半導體。

本實施例的介電層31位於該背面212，並且覆蓋於該數個第一摻雜區22、該數個第二摻雜區23與該數個間隔區24上。該介電層31的材料可為氧化物、氮化物 或上述材料的組合，並用於鈍化、修補該基板21的表面以減少表面之懸鍵(Dangling Bond)與缺陷，從而可減少載子陷阱(Trap)並降低載子的表面複合速率(Surface Recombination Velocity，簡稱SRV)，以提升該太陽能電池13的光電轉換效率。在本實施例中，該介電層31具有數個分別對應該數個第一摻雜區22的第一孔311，以及數個分別對應該數個第二摻雜區23的第二孔312(圖中僅示其一)。需要說明的是，該數個第一孔311可為圓形之柱狀孔洞結構、長條形之溝槽狀結構，或前述結構之混合；該數個第二孔312可為圓形之柱狀孔洞結構、長條形之溝槽狀結構，或前述結構之混合。

本實施例的抗反射層32位於該正面211，並且覆蓋於該前表面電場區25上，其材料例如氮化矽(SiN_x)等，用於提升光線入射量以及降低載子的表面複合速率。

參閱圖3、4、5、6，該第一電極4位於該背面212上，並穿過該介電層31的第一孔311而接觸該數個第一摻雜區22。該第一電極4包括數個第一連接部41(見圖3、4中假想線所圈圍之框處)、數個分別與該數個第一連接部41連接的第一細線電極424，以及一連接該數個第一連接部41且靠近該基板21的周圍側邊213而環繞配置的環繞電極49。

該數個第一連接部41大致呈矩形，其主要是在後續封裝模組時作為焊接點，供焊帶導線15(見圖2)焊接，藉此將所收集之電流由焊帶導線15向外導出而供使 用。當然，該數個第一連接部41的形貌不限於本實施例前述之舉例，可為圓形或其他幾何形狀。

需要說明的是，由於本實施例的第一細線電極424是數個一組並分別連接該數個第一連接部41而分別構成數個第一電極組40、40’，換句話說，本實施例的第一電極4包括數個第一電極組40、40’。又因為在實施上，該第一電極4可僅包括一個第一連接部41，因此所述第一電極組40、40’的數量也可僅為一個。除此之外，就所述第一電極組40、40’之形貌而言，可如第一電極組40’呈現左右對稱的形式，或者，如第一電極組40呈現左右不對稱的形式，不需限制。

本實施例的第二電極5位於該背面212上，並穿過該介電層31的第二孔312而接觸該數個第二摻雜區23。該第二電極5包括數個第二連接部51，以及數個分別連接該數個第二連接部51且呈樹枝狀的第二收集部52。

參閱圖3、4、5、8，該數個第二收集部52彼此不相互接觸，且每一第二收集部52具有一與該第二連接部51接觸的第二匯流電極521，以及數個呈彎折狀並自該第二匯流電極521朝外延伸的第二細線電極524。該數個第一細線電極424的寬度大於該數個第二細線電極524的寬度，該數個第二細線電極524的寬度於朝向該第二連接部51的方向逐漸增加，每一第二匯流電極521的寬度於朝向該第二連接部51的方向逐漸增加。除此之外，於實施上，與該數個第二匯流電極521對應之該數個第二摻雜區23 (見圖6)之摻雜寬度，亦可隨之對應增加。

該數個第二連接部51大致呈矩形，其主要是在後續封裝模組時作為焊接點，供焊帶導線15(見圖2)焊接，藉此將所收集之電流由焊帶導線15向外導出而供使用。當然，該數個第二連接部51的形貌不限於本實施例前述之舉例，可為圓形或其他幾何形狀。

需要說明的是，由於本實施例的第二收集部52、52’是數個一組並分別連接該數個第二連接部51而分別構成數個第二電極組50、50’，換句話說，本實施例的第二電極5包括數個第二電極組50、50，，又因為在實施上，該第二電極5也可僅包括一個第二連接部51，因此所述第二電極組50、50’的數量也可僅為一個。除此之外，就所述第二電極組50之形貌而言，可如第二電極組50’呈現左右對稱的形式，或者，如第二電極組50呈現左右不對稱的形式，不需限制。在本實施例中，兩相鄰的第二電極組50、50’其各自位於外側的第二收集部52彼此連接。

進一步說明的是，本實施例的該數個第二收集部52皆呈樹枝狀結構。具體來說，就每一第二收集部52、52’來說，該第二匯流電極521為主幹，其由該第二連接部51向外延伸配置，且寬度小於該數個第一細線電極424而呈細線形貌；該數個第二細線電極524則為支幹，其分別由該第二匯流電極521夾一角度向外展開延伸，每一第二細線電極524具有數個彼此非直線連接的第二彎折段525，每一第二細線電極524的第二彎折段525彼此成一 角度彎折以使該第二細線電極524呈彎折狀形貌，且每一第二細線電極524的最遠離該第二匯流電極521的第二彎折段525彼此平行排列配置。除此之外，就所述第二收集部52之整體形貌而言，可如第二收集部52’呈現左右對稱的形式，或如第二收集部52呈現左右不對稱的形式，不需限制。

參閱圖3、4、6、8，本實施例在使用上，由於該基板21為n型基板，電子為多數載子而電洞為少數載子，該數個第一摻雜區22用於收集少數載子，而該數個第二摻雜區23用於收集多數載子。由於少數載子容易受到該數個第二摻雜區23之斥力產生電遮蔽效應(Electrical Shading Effect)，造成少數載子容易發生複合之狀況，故本實施例令該數個第一摻雜區22的分佈面積大於該數個第二摻雜區23的分佈面積，使少數載子能傳輸較短的路徑長度(Travelling Length)就進入該數個第一摻雜區22，前述設計可提升少數載子之收集效率，藉此提高該太陽能電池13之光電轉換效率。

此外，因為該第一電極4用於連接該數個第一摻雜區22，而該第二電極5用於連接該數個第二摻雜區23，基於前述原因，本實施例還對應地令該第一電極4的寬度大於該第二電極5的寬度，藉此提升少數載子之收集效率。除此之外，本實施例第一電極4還增設環繞於該基板21的周圍側邊213的環繞電極49，藉此收集位於該基板21內部鄰近該周圍側邊213之區域所產生的少數載子，因 而可再一步提升少數載子之收集效率。

更進一步地，本實施例將該第二電極5的第二收集部52設計為樹枝狀分叉結構，呈彎折狀的該數個第二細線電極524展開散佈於該基板21之背面212。該數個第二細線電極524可將所收集之電流傳輸給與其連接之第二匯流電極521，該數個第二匯流電極521再將其所收集之電流傳輸給與其連接之第二連接部51以供向外導出使用。前述創新的結構設計可減少該第二電極5於收集多數載子時整體之電流擁擠效應，並藉此降低該太陽能電池13整體之串聯電阻，從而能增進該太陽能電池13之光電轉換效率。

值得一提的是，由於每一第二匯流電極521越靠近該第二連接部51的區域所收集承載的電流較大，較佳地，還可配合該數個第二細線電極524的寬度於朝向該第二連接部51的方向逐漸增加的設計，以及每一第二匯流電極521的寬度於朝向該第二連接部51的方向逐漸增加之設計，提高電流傳導效果，進一步地減少每一第二匯流電極521之電流擁擠效應，並藉此降低該太陽能電池13整體之串聯電阻。

還需要說明的是，本實施例的該數個第一摻雜區22與該數個第二摻雜區23之間的分佈型態，除了可如圖7所示的長條狀之線狀摻雜形式之外，也可如圖9所示地令該數個第二摻雜區23為點狀分佈之點狀摻雜形式。

參閱圖6、9，在此態樣下，所述第一摻雜區22 的數量為一個，所述第一摻雜區22與該第二摻雜區23間隔，並且所述第一摻雜區22是整面式地分佈在該背面212上。在此種點狀摻雜形式之分佈型態下，可增加該基板21設置有第一摻雜區22的部位比例，提升第一摻雜區22的表面積而提升少數載子被收集的機會，並降低少數載子複合機會。此外，因為相對應地該基板21設置有第二摻雜區23的部位比例較低，還可降低該數個第二摻雜區23對少數載子的電遮蔽效應。

要注意的是，前述點狀摻雜形式之分佈型態中也可改以僅令所述第一摻雜區22為點狀分佈而令所述第二摻雜區23為整面配置，或者，該數個第一摻雜區22與該數個第二摻雜區23之間皆為點狀分佈。除此之外，該數個第一摻雜區22與該數個第二摻雜區23也可同時採用線狀摻雜形式及點狀摻雜形式之混合，不需特別限制。

參閱圖10、11，本發明太陽能電池模組之一第二較佳實施例與該第一較佳實施例大致相同，兩者之間的差別在於：本實施例的第一電極4的外觀形貌採用類似該第二電極5的第二收集部52的設計概念。

本實施例的第一電極4包括數個第一連接部41(圖中僅示其一)、數個分別連接該數個第一連接部41的第一收集部42，以及一連接該數個第一連接部41且靠近該基板21的周圍側邊213而環繞配置的環繞電極49。

每一第一收集部42具有一與該第一連接部41接觸的第一匯流電極421，以及該數個呈彎折狀並自該第一 匯流電極421朝外延伸的第一細線電極424，且該數個第一細線電極242的寬度於朝向該第一連接部42的方向逐漸增加，每一第一匯流電極421的寬度於朝向該第一連接部41的方向逐漸增加，藉此可減少每一第一匯流電極421之電流擁擠效應，以降低每一第一匯流電極421之串聯電阻。除此之外，於實施上，與該數個第一匯流電極421對應之該數個第一摻雜區22(見圖6)之摻雜寬度，亦可隨之對應增加。

本實施例的第一收集部42皆呈樹枝狀結構。就每一第一收集部42來說，該第一匯流電極421為主幹；該數個第一細線電極424則為枝幹，並分別由該第一匯流電極421夾一角度向外延伸，每一第一細線電極424具有數個彼此非直線連接的第一彎折段425，每一第一細線電極424的第一彎折段425彼此成一角度彎折已使該第一細線電極424呈彎折狀形貌，且每一第一細線電極424的最遠離該第一匯流電極421的第一彎折段425彼此平行排列配置。除此之外，就所述第一收集部42之整體形貌而言，可如第一收集部42’呈現左右對稱的形式，或如第一收集部42呈現左右不對稱的形式，不需限制。透過前述設計，可減少該第一電極4整體之電流擁擠效應，並藉此降低該太陽能電池13整體之串聯電阻，從而能增進該太陽能電池13之光電轉換效率。

綜上所述，本發明將該第二電極之第二收集部設計成樹枝狀結構，並使呈彎折狀的該數個第二細線電極 散佈於該基板之背面，透過該數個第二細線電極能將所收集之電流傳輸給與其連接之第二匯流電極，該數個第二匯流電極再將其所收集之電流傳輸給與其連接之第二連接部以供向外導出使用，前述創新的結構設計可減少該第二電極整體之電流擁擠效應，並藉此降低該太陽能電池整體之串聯電阻，從而能增進該太陽能電池之光電轉換效率。

惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡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。

13‧‧‧太陽能電池

21‧‧‧基板

213‧‧‧周圍側邊

4‧‧‧第一電極

40‧‧‧第一電極組

41‧‧‧第一連接部

424‧‧‧第一細線電極

49‧‧‧環繞電極

5‧‧‧第二電極

50‧‧‧第二電極組

51‧‧‧第二連接部

52、52’‧‧‧第二收集部

521‧‧‧第二匯流電極

524‧‧‧第二細線電極

525‧‧‧第二彎折段

Claims (9)

1. 一種太陽能電池，包含一基板，為第二導電型並包括一正面以及一與該正面相對的背面；一第一摻雜區，為第一導電型並位於該背面處；一第二摻雜區，為第二導電型並位於該背面處；一第一電極，位於該背面上並接觸該第一摻雜區，且該第一電極具有數個第一細線電極；一第二電極，位於該背面上並接觸該第二摻雜區，該第二電極包括至少一第二連接部，以及數個呈樹枝狀的第二收集部，每一第二收集部具有一與該第二連接部接觸的第二匯流電極，以及數個呈彎折狀並自該第二匯流電極朝外延伸的第二細線電極；及其中，該基板的背面具有一環繞的周圍側邊，該第一電極還包括一靠近該周圍側邊而環繞配置的環繞電極。
2. 如請求項1所述的太陽能電池，其中，該第二電極包括數個第二連接部，該數個第二連接部之間透過相鄰的該數個第二細線電極連接。
3. 如請求項1所述的太陽能電池，其中，該第一摻雜區或/及該第二摻雜區為線狀摻雜或/及點狀摻雜。
4. 如請求項1所述的太陽能電池，其中，該數個第二細線電極的寬度於朝向該第二連接部的方向逐漸增加。
5. 如請求項1所述的太陽能電池，其中，每一第二匯流電 極的寬度於朝向該第二連接部的方向逐漸增加。
6. 如請求項1所述的太陽能電池，其中，該第一電極還包括至少一第一連接部，以及數個呈樹枝狀之第一收集部，每一第一收集部具有一與該第一連接部接觸的第一匯流電極，以及該數個第一細線電極，該數個第一細線電極呈彎折狀並自該第一匯流電極朝外延伸。
7. 如請求項6所述的太陽能電池，其中，每一第一匯流電極的寬度於朝向該第一連接部的方向逐漸增加。
8. 如請求項6所述的太陽能電池，其中，該數個第一細線電極的寬度於朝向該第一連接部的方向逐漸增加。
9. 一種太陽能電池模組，包含：一第一板材；一第二板材；至少一個如請求項1至8中任一項所述的太陽能電池，設置於該第一板材與該第二板材間；及一封裝材，位於該第一板材與該第二板材間，並接觸該太陽能電池。