TWI535039B - 太陽能電池 - Google Patents

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TWI535039B
TWI535039B TW104110144A TW104110144A TWI535039B TW I535039 B TWI535039 B TW I535039B TW 104110144 A TW104110144 A TW 104110144A TW 104110144 A TW104110144 A TW 104110144A TW I535039 B TWI535039 B TW I535039B
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裴善莊
黃紹瑋
林哲緯
徐偉智
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Description

太陽能電池
本發明係關於一種太陽能電池的背面電極設計。
太陽能電池是當前發展最成熟以及應用最廣泛的綠色能源技術，為了提高太陽能電池的發電效率以及降低發電成本，各種太陽能電池結構不斷被開發出來。太陽能電池大致可分為矽基太陽能電池、化合物半導體太陽能電池及有機太陽能電池等三種，其中又以矽基太陽能電池的技術最為成熟也最為普及，尤其矽單晶太陽能電池的轉換效率更是居所有太陽能電池之冠。
目前已發表之具高轉換效率的矽晶太陽能電池多達十幾種，其中具商業規模量產可能性的大致有異質接面結合本質矽薄膜太陽能電池（HIT, Hetero-junction with Intrinsic Thin Layer）、指叉式背電極太陽能電池（IBC, Interdigitated Back Contact）、雙面發電太陽能電池（Bifacial）、射極鈍化及背電極太陽能電池（PERC, Passivated Emitter Rear Locally Diffused Cell）。
在製造雙面發電太陽能電池或者是製造射極鈍化及背電極太陽能電池的時候，必須透過雷射剝蝕（laser ablation）的方式來蝕穿位於背面的抗反射層和鈍化層，使位於鈍化層下方的半導體層裸露出來，其中雷射剝蝕出來的穿孔通常呈長條狀且彼此間隔相同。接著透過網印的方式將鋁漿刮入雷射剝蝕出來的穿孔中，接下來只要再經過鋁漿燒結程序就可以在太陽能電池的背面形成柵欄狀的背面電極。
然而在印刷鋁漿前，網板圖案必須先與雷射剝蝕出的穿孔圖案進行對位，而網印機器本身存在有一定的對位誤差，再加上網板長時間連續使用或者是多次使用之後容易出現材料疲乏的情況。最終結果就是導致背面電極與雷射剝蝕出的穿孔對位不良而發生錯位的情況。錯位的情況可概分為兩種，分別為旋轉錯位與平移錯位。請參照第1圖，為旋轉錯位示意圖（一），圖中背面電極91相較於雷射剝蝕出的蝕孔92旋轉了一個角度，但背面電極91尚可以完整覆蓋雷射剝蝕出的蝕孔92。請參照第3圖，為平移錯位示意圖（一），圖中背面電極91相較於雷射剝蝕出的蝕孔92平移了一段距離，但背面電極91尚可以完整覆蓋雷射剝蝕出的蝕孔92。當錯位情況不嚴重，也就是背面電極91尚可以完整覆蓋雷射剝蝕出的蝕孔92時，錯位的存在對太陽能電池的轉換效率事實上並無顯著影響。請進一步參照第2圖與第4圖，分別為旋轉錯位示意圖（二）與平移錯位示意圖（二），當錯位的程度已經導致有雷射剝蝕出的蝕孔92未被背面電極91所完整覆蓋時，即便僅有少部分蝕孔92未被背面電極91所完整覆蓋，太陽能電池的轉換效率仍會出現明顯下降。在太陽能電池領域，縱使轉換效率僅有0.1%的下降，由於太陽能電廠的發電量是以百萬瓦計，因此總發電瓦數會顯著減少，導致每瓦發電成本上升。
網板印刷實務上發現，上述錯位常發生在位於太陽能電池的二側邊區域上的背面電極，離中央區域愈遠愈容易發生，至於位於中央區域上的背面電極則相對來說較為少見。
有鑑於此，本發明提出一種太陽能電池，包含：一半導體基板，摻雜有一第一型摻質，具有一第一表面與相對於第一表面之一第二表面，第一表面具有一中央區與至少二側邊區，所述至少二側邊區係分別位於中央區之二側；一第一摻質層，位於第一表面上，第一摻質層中摻雜有第一型摻質，第一摻質層之第一型摻質的濃度大於半導體基板之第一型摻質的濃度；一第一鈍化層，位於第一摻質層上，具有複數第一穿孔；一第一抗反射層，位於第一鈍化層上，具有個別對應於所述複數第一穿孔之複數第二穿孔；複數背電場區，位於第一摻質層，個別對應於所述複數第一穿孔，所述複數背電場區之第一型摻質的濃度大於第一摻質層之第一型摻質的濃度；複數背面電極，彼此間隔排列，個別經由複數第二穿孔與複數第一穿孔而與複數背電場區電接觸，位於所述至少二側邊區上之複數背面電極之寬度係大於位於中央區上之複數背面電極之寬度；一第二摻質層，位於第二表面上，第二摻質層中摻雜有一第二型摻質；一第二鈍化層，位於第二摻質層上，具有複數第三穿孔；一第二抗反射層，位於第二鈍化層上，具有個別對應於所述複數第三穿孔之複數第四穿孔；及複數正面電極，個別經由第三穿孔與第四穿孔而與第二摻質層電接觸。
本發明之其中一概念係中央區沿平行於背面電極之長度方向之二側係延伸至半導體基板之邊緣，所述至少二側邊區分別位於所述中央區沿垂直於背面電極之長度方向之二側，所述中央區之面積占第一表面之面積的十分之一至三分之一。
本發明之其中一概念係所述中央區之面積占第一表面之面積的十分之一至五分之一。
本發明之其中一概念係位於中央區上之複數背面電極之寬度係在30微米至100微米之範圍間。
本發明之其中一概念係位於所述至少二側邊區上之複數背面電極之寬度在40微米至250微米之範圍間。
本發明之其中一概念係位於中央區上之複數背面電極之寬度在30微米至150微米之範圍間。
本發明之其中一概念係位於所述至少二側邊區上之複數背面電極之寬度在40微米至250微米之範圍間。
本發明之其中一概念係位於中央區上之複數背面電極之寬度彼此相同。
本發明之其中一概念係位於所述至少二側邊區上之複數背面電極之寬度彼此相同。
本發明之其中一概念係第一表面具有平行於背面電極之長度方向之一中心線，所述複數背面電極沿垂直於中心線之方向間隔排列，所述複數背面電極之寬度隨著遠離中心線而增加。
請參照第5圖，為本發明第一實施例之太陽能電池的剖面示意圖，揭露一太陽能電池1，其包含半導體基板101、第一摻質層102、第一鈍化層103、第一抗反射層104、複數背電場區105、複數背面電極106、第二摻質層107、第二抗鈍化層108、第二抗反射層109及複數正面電極110。
半導體基板101摻雜有一第一型摻質，在本實施例中，第一型摻質係為P型摻質（例如ⅢA族元素之硼）。半導體基板101具有一第一表面1011與相對於第一表面1011之一第二表面1012，第一表面1011具有一中央區1011a與二側邊區1011b，二側邊區1011b係分別位於中央區1011a之二側。
半導體基板101之第一表面1011形成有一第一摻質層102，第一摻質層102中摻雜有P型摻質，第一摻質層102之P型摻質的濃度大於半導體基板101之P型摻質的濃度。第一鈍化層103位於第一摻質層102上，具有複數第一穿孔103a。第一抗反射層104位於第一鈍化層103上，具有個別對應於複數第一穿孔103a之複數第二穿孔104a。複數背電場區105位於第一摻質層102，個別對應於複數第一穿孔103a，複數背電場區105之P型摻質的濃度大於第一摻質層102之P型摻質的濃度。複數背面電極106彼此間隔排列，個別經由複數第二穿孔104a與複數第一穿孔103a而與複數背電場區105電接觸。
半導體基板101之第二表面1012形成有一第二摻質層107，第二摻質層107中摻雜有一第二型摻質，在本實施例中，第二型摻質係為N型摻質（例如ⅤA族元素）。第二鈍化層108位於第二摻質層107上，其具有複數第三穿孔108a。第二抗反射層109位於第二鈍化層108上，其具有個別對應於複數第三穿孔108a之複數第四穿孔109a。複數正面電極110個別地經由第三穿孔108a與第四穿孔109a而與第二摻質層107電接觸。
在本實施例中，位於二側邊區1011b上之複數背面電極106之寬度W1係大於位於中央區1011a上之複數背面電極之寬度W2。
請參照第6圖，為本發明第一實施例之網印製程示意圖，本實施例之第一穿孔103a與第二穿孔104a係由雷射剝蝕製程所形成。在形成複數個第一穿孔103a與第二穿孔104a之後，接下來的製程就是在第一穿孔103a與第二穿孔104a中以網板印刷的方式填入鋁漿。網板99上具有複數個網孔99a，各個網孔99a分別對準各個第二穿孔104a，如此一來，刮刀就可以透過網孔99a將鋁漿刮入第一穿孔103a與第二穿孔104a中。然而，網孔99a和第一穿孔103a與第二穿孔104a的對位存在有先天上的機械對位誤差；此外，網板經過多次使用之後也會發生材料疲乏而變形。因此，實務上常常發生的製程缺陷就是網板印刷完畢之後，部分雷射剝蝕形成的第一穿孔103a與第二穿孔104a中未填有鋁漿。更進一步歸納發現，之所以部分雷射剝蝕形成的第一穿孔103a與第二穿孔104a中會沒有填充鋁漿，其原因主要在於網板99的網孔99a與第二穿孔104a之間發生了平移錯位或者是旋轉錯位。
上述平移錯位與旋轉錯位特別容易發生在半導體基板兩側的地方，愈靠近中央區域，則平移錯位與旋轉錯位發生的機率以及程度愈不明顯。在第一實施例中，位於二側邊區1011b上之複數背面電極106之寬度W1係大於位於中央區1011a上之複數背面電極之寬度W2。
在本實施例中，位於第一摻質層102之複數背電場區105的形成原因在於鋁漿填入第二穿孔104a與第一穿孔103a之後，需再經過燒結製程方能形成背面電極106。在燒結過程當中，鋁原子會擴散進入第一摻質層102中，而鋁和硼同屬ⅢA族元素，因此會在第一摻質層102與背面電極106之接觸部位會形成一個局部P型摻雜濃度較高的一個區域(Local Back Surface Field)，也就是本實施例中的背電場區105，其有助於降低鋁背面電場與半導體基板間的表面載子複合效應，也可以避免鋁漿燒結後造成的翹曲及破片現象。
請參照第7圖，為本發明第一實施例之背面俯視示意圖。如圖所示，本實施例所稱之中央區1011a沿平行於背面電極106之長度方向之二側係延伸至半導體基板101之邊緣101e。二側邊區1011b分別位於中央區1011a沿垂直於背面電極106之長度方向之二側，中央區1011a之面積占第一表面1011之面積的十分之一至三分之一。承上，若定義中央區1011a占第一表面1011之面積的十分之一，其餘側邊區1011b占第一表面1011之面積的十分之九，也就是說百分之九十的背面電極106的寬度予以放大，百分之十的背面電極的寬度予以縮小，但寬度調整後的背面電極106的總面積與調整前仍相同，因此從背面入光所造成的發電量並不會因為背面電極106寬度的調整而受影響。若定義中央區1011a占第一表面1011之面積的三分之一，其餘側邊區1011b占第一表面1011之面積的三分之二，則三分之二的背面電極106的寬度予以放大，三分之一的背面電極的寬度予以縮小，寬度調整後的背面電極106的總面積與寬度調整前仍相同，因此從背面入光所造成的發電量並不會因為背面電極106寬度的調整而受影響。
由於不同的太陽能板有不同的背面電極寬度，而且均為等寬。本實施例所稱的放大或縮小並非是絕對值，而是一個相對的概念。舉例而言，若對所屬技術領域中具有通常知識者而言，某太陽能板的背面電極寬度通常為X，則本實施例在應用時便是將中央區的背面電極寬度調整到小於X，並將中央區以外的側邊區的背面電極寬度調整到大於X，且寬度調整前後的總背面電極的面積維持不變。
請再次參照第7圖，本發明另外提出一第二實施例，第二實施例與第一實施例之主要差異在於中央區1011a之面積係占第一表面1011之面積的十分之一至五分之一。若定義中央區1011a占第一表面1011之面積的五分之一，則其餘側邊區1011b占第一表面1011之面積的五分之四。本實施例中有五分之四的背面電極106的寬度予以放大，五分之一的背面電極106的寬度予以縮小，寬度調整後的背面電極106的總面積與寬度調整前仍相同，因此從背面入光所造成的發電量並不會因為背面電極106寬度的調整而受影響。
在其中一個實施態樣中，位於中央區1011a上之複數背面電極106之寬度W2係在30微米至100微米之範圍間。根據太陽能電池的種類不同，若將中央區1011a上之複數背面電極106調整成30微米，則中央區1011a中的所有背面電極106的寬度均為30微米，若將中央區1011a上之複數背面電極106調整成100微米，則中央區1011a中的所有背面電極106的寬度均為100微米。此時，位於側邊區1011b上之複數背面電極106之寬度W1係在40微米至250微米之範圍間。舉例來說，根據太陽能電池的種類不同，中央區1011a上之複數背面電極106可以調整成30微米，側邊區1011b之複數背面電極106可以全部調整成40微米或者更高。同樣地，根據太陽能電池的種類不同，中央區1011a中的所有背面電極106的寬度W2可以全部調整成100微米，側邊區1011b之複數背面電極106可以全部調整成150微米或者更高，例如250微米。
在其中一個實施態樣中，位於中央區1011a上之複數背面電極106之寬度W2係在30微米至150微米之範圍間。根據太陽能電池的種類不同，若將中央區1011a上之複數背面電極106調整成30微米，則中央區1011a中的所有背面電極106的寬度均為30微米，若將中央區1011a上之複數背面電極106調整成150微米，則中央區1011a中的所有背面電極106的寬度均為150微米。此時，位於側邊區1011b上之複數背面電極106之寬度W1係在40微米至250微米之範圍間。舉例來說，根據太陽能電池的種類不同，中央區1011a上之複數背面電極106可以調整成30微米，側邊區1011b之複數背面電極106可以全部調整成40微米或者更高。同樣地，根據太陽能電池的種類不同，中央區1011a中的所有背面電極106的寬度W2可以全部調整成150微米，側邊區1011b之複數背面電極106可以全部調整成180微米或者更高，例如250微米。
請參照第8圖，為本發明第三實施例之背面俯視示意圖，本實施例與第一實施例及第二實施例之主要差異在於位於中央區1011a中之背面電極106的寬度並非等寬，位於側邊區1011b中之背面電極106的寬度也並非等寬。如圖所示，位於側邊區1011b之最外側的背面電極106的寬度係為W1a，與其相鄰且同樣位於側邊區1011b之背面電極106的寬度則為W1b，其中W1a大於W1b，依此類推，愈靠近中央區的背面電極106的寬度會愈小。同理，位於中央區1011a最中間的背面電極106的寬度係為W2a，與其相鄰且同樣位於中央區1011a之背面電極106的寬度則為W2b，其中W2b大於W2a，依此類推，愈靠近側邊區1011b且愈遠離中央的背面電極106的寬度會愈寬。在本實施例之其中一個態樣中，背面電極106的寬度係自位於側邊區1011b之最外側的背面電極106的寬度W1a朝位於中央區1011a之最中間的背面電極106的寬度W2a呈線性遞減，也就是相鄰背面電極106的寬度差係為定值。
雖然上述實施例中，所有背面電極106的總面積在寬度調整前後均維持相同，但若是不考慮太陽能電池背面入光的發電量，則可以允許寬度調整後的所有背面電極106的總面積大於或小於寬度調整前的所有背面電極106的總面積。
本發明之技術內容已以數個實施例揭示如上，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所做些許之更動與潤飾，皆應涵蓋於本發明之範疇內，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。
1‧‧‧太陽能電池
101‧‧‧半導體基板
101e‧‧‧半導體基板之邊緣
1011‧‧‧第一表面
1011a‧‧‧中央區
1011b‧‧‧側邊區
1012‧‧‧第二表面
102‧‧‧第一摻質層
103‧‧‧第一鈍化層
103a‧‧‧第一穿孔
104‧‧‧第一抗反射層
104a‧‧‧第二穿孔
105‧‧‧背電場區
106‧‧‧背面電極
107‧‧‧第二摻質層
108‧‧‧第二鈍化層
108a‧‧‧第三穿孔
109‧‧‧第二抗反射層
109a‧‧‧第四穿孔
110‧‧‧正面電極
2‧‧‧太陽能電池
91‧‧‧背面電極
92‧‧‧蝕孔
99‧‧‧網板
99a‧‧‧網孔
[第1圖]係為旋轉錯位示意圖（一）。 [第2圖]係為旋轉錯位示意圖（二）。 [第3圖]係為平移錯位示意圖（一）。 [第4圖]係為平移錯位示意圖（二）。 [第5圖]係為本發明第一/第二實施例之太陽能電池剖面示意圖。 [第6圖]係為本發明之網板製程示意圖。 [第7圖]係為本發明第一/第二實施例之太陽能電池背面俯視示意圖。 [第8圖]係為本發明第三實施例之背面俯視示意圖。
1‧‧‧太陽能電池
101‧‧‧半導體基板
1011‧‧‧第一表面
1011a‧‧‧中央區
1011b‧‧‧側邊區
1012‧‧‧第二表面
102‧‧‧第一摻質層
103‧‧‧第一鈍化層
103a‧‧‧第一穿孔
104‧‧‧第一抗反射層
104a‧‧‧第二穿孔
105‧‧‧背電場區
106‧‧‧背面電極
107‧‧‧第二摻質層
108‧‧‧第二鈍化層
109‧‧‧第二抗反射層
110‧‧‧正面電極

Claims (11)

  1. 一種太陽能電池，包含： 一半導體基板，摻雜有一第一型摻質，具有一第一表面與相對於該第一表面之一第二表面，該第一表面具有一中央區與至少二側邊區，該至少二側邊區分別位於該中央區之二側，該第二表面形成有一第二摻質層，該第二摻質層中摻雜有一第二型摻質； 一第一鈍化層，位於該第一表面上，具有複數第一穿孔； 一第一抗反射層，位於該第一鈍化層上，具有個別對應於該複數第一穿孔之複數第二穿孔； 複數背電場區，位於該第一表面，個別對應於該複數第一穿孔，該複數背電場區之該第一型摻質的濃度大於該第一摻質層之該第一型摻質的濃度； 複數背面電極，彼此間隔排列，個別經由該複數第二穿孔與該複數第一穿孔而與該複數背電場區電接觸，位於該至少二側邊區上之複數背面電極之寬度係大於位於該中央區上之複數背面電極之寬度； 一第二鈍化層，位於該第二摻質層上，具有複數第三穿孔； 一第二抗反射層，位於該第二鈍化層上，具有個別對應於該複數第三穿孔之複數第四穿孔；及 複數正面電極，個別經由該第三穿孔與該第四穿孔而與該第二摻質層電接觸。
  2. 如請求項1所述之太陽能電池，其中，該中央區沿平行於該背面電極之長度方向之二側係延伸至該半導體基板之邊緣，該至少二側邊區分別位於該中央區沿垂直於該背面電極之長度方向之二側，該中央區之面積占該第一表面之面積的十分之一至三分之一。
  3. 如請求項2所述之太陽能電池，其中，該中央區之面積占該第一表面之面積的十分之一至五分之一。
  4. 如請求項3所述之太陽能電池，其中，位於該中央區上之複數背面電極之寬度係在30微米至100微米之範圍間。
  5. 如請求項4所述之太陽能電池，其中，位於該至少二側邊區上之複數背面電極之寬度係在40微米至250微米之範圍間。
  6. 如請求項2所述之太陽能電池，其中，位於該中央區上之複數背面電極之寬度係在30微米至150微米之範圍間。
  7. 如請求項6所述之太陽能電池，其中，位於該至少二側邊區上之複數背面電極之寬度係在40微米至250微米之範圍間。
  8. 如請求項1至7其中任一項所述之太陽能電池，其中該半導體基板之第一表面形成有一第一摻質層，該第一摻質層中摻雜有該第一型摻質，該第一摻質層之該第一型摻質的濃度大於該半導體基板之該第一型摻質的濃度。
  9. 如請求項1至7其中任一項所述之太陽能電池，其中，位於該中央區上之複數背面電極之寬度彼此相同。
  10. 如請求項1至7其中任一項所述之太陽能電池，其中，位於該至少二側邊區上之複數背面電極之寬度彼此相同。
  11. 如請求項1所述之太陽能電池，其中，該第一表面具有平行於該背面電極之長度方向之一中心線，該複數背面電極沿垂直於該中心線之方向間隔排列，該複數背面電極之寬度隨著遠離該中心線而增加。
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