TWI550888B - 太陽能電池 - Google Patents

Description

太陽能電池

本發明有關於一種太陽能電池技術，且特別是有關於一種太陽能電池之前電極結構。

太陽能是一種乾淨無污染而且取之不盡用之不竭的能源，在解決目前石化能源所面臨的污染與短缺的問題時，太陽能電池可直接將太陽能轉換為電能，因此成為目前相當重要的研究課題。傳統的太陽能電池的正面電極通常包含兩條或三條主柵電極及多條次柵電極。傳統的次柵電極與主柵電極都是直接相交，且各次柵電極都是由左至右地不間斷地形成於正面上。然而這種前電極結構之設置當部分的次柵電極損壞，會造成相當大區域的太陽能電池無法運作，使得整體之太陽能電池模組的效能受到影響。即使現今已有開發出主柵電極間之次柵電極不直接連接的前電極結構，然而，其仍然具有改善的空間。

於是，本發明人有感上述缺失之可改善，乃特潛心研究並配合學理之運用，終於提出一種設計合理且有效改善上述缺失之本發明。

鑒於以上之問題，本發明一實施例提供一種太陽能電池，包括一基板和一前電極結構。基板具有相對之一第一表面和一第二表面，前電極結構位於基板之第一表面上。前電極結構包括數條沿一第一方向延伸之主柵電極和數條沿一第二方向延伸之次柵電極，其中第二方向與第一方向垂直。每一主柵電極包括一長條形 結構和一次結構。每一次柵電極包括至少兩個水平部份和至少兩個垂直部份，上述水平部份由次結構之兩側平行第一方向延伸，上述垂直部份沿第二方向延伸，其中各垂直部份連接對應的水平部份。

本發明實施例之太陽能電池之前電極結構，其次柵電極至少具備向兩側延伸之水平部份和與水平部份連接且垂直的垂直部份，當太陽能電池之部分次柵電極損壞，仍可藉由相鄰次柵電極之垂直部份和水平部份(或更包括第一及第二連接電極)進行電流的收集，使收集之電流經由次柵電極傳遞至主柵電極進行電流的收集。

為使能更進一步瞭解本發明的特徵及技術內容，請參閱以下有關本發明的詳細說明與附圖，然而所附圖式僅提供參考與說明用，並非用來對本發明加以限制者。

100‧‧‧太陽能電池

101‧‧‧基板

102‧‧‧第一表面

104‧‧‧第二表面

106‧‧‧N型區域

108‧‧‧P型區域

110‧‧‧前電極結構

112‧‧‧主柵電極

113‧‧‧次柵電極

113a‧‧‧次柵電極

113b‧‧‧次柵電極

113b’‧‧‧次柵電極

114‧‧‧次結構

116‧‧‧水平部份

116a‧‧‧次柵電極

116b‧‧‧次柵電極

118‧‧‧垂直部份

118a‧‧‧第一區段

118b‧‧‧第二區段

118c‧‧‧垂直部份

118d‧‧‧垂直部份

119‧‧‧長條形結構

129‧‧‧晶胞

131‧‧‧晶胞

130‧‧‧抗反射層

132‧‧‧後電極結構

402‧‧‧第一連接電極

502‧‧‧第二連接電極

702‧‧‧缺口

1002‧‧‧第一晶胞

1004‧‧‧第二晶胞

1006‧‧‧第三連接電極

1102‧‧‧缺口

1104‧‧‧第一部份

1106‧‧‧第二部份

圖1顯示第一實施例太陽能電池前電極結構之局部示意圖。

圖2顯示第一實施例太陽能電池前電極結構之上視圖。

圖3顯示第一實施例太陽能電池之剖面圖。

圖4顯示第二實施例太陽能電池前電極結構之上視圖。

圖5顯示第三實施例太陽能電池前電極結構之上視圖。

圖6顯示第四實施例太陽能電池前電極結構之上視圖。

圖7顯示第五實施例太陽能電池前電極結構之上視圖。

圖8顯示第六實施例太陽能電池前電極結構之上視圖。

圖9顯示第七實施例太陽能電池前電極結構之上視圖。

圖10顯示第八實施例太陽能電池前電極結構之上視圖。

以下是藉由特定的具體實例來說明本發明所揭露有關“太陽能電池”的實施方式，以下的實施方式將進一步詳細說明本發明的相關技術內容，但所揭示的內容並非用以限制本發明的技術範疇。

〔第一實施例〕

圖1為本實施例太陽能電池前電極結構之局部示意圖，圖2為本實施例太陽能電池前電極結構之上視圖，圖3為本實施例太陽能電池之剖面圖。請參照圖1、圖2、圖3，本實施例提供一種太陽能電池100，包括一基板101，具有相對之一第一表面102和一第二表面104。其中第一表面102為太陽能電池100之受光面，第二表面102為太陽能電池100之非受光面。基板101可以為一半導體基板，例如矽基板。基板101可包括摻雜N型摻雜物的N型區域106和摻雜P型摻雜物的P型區域108，其中N型摻雜物可以是磷或砷，P型摻雜物可以是硼。N型區域106和P型區域108之間形成一接面，以進行光電轉換。然而，本發明不限於此，N型區域106和P型區域108之導電形態可以交換，且其並不限定於同質接面，而也可以是異質接面。

基板101之第一表面102上形成有一前電極結構110，其中前電極結構110包括數條主柵電極112和數條次柵電極113。主柵電極112主要沿一第一方向(圖1中的Y方向)延伸，次柵電極113沿一第二方向(圖1中的X方向)延伸，其中第二方向與第一方向垂直。如圖1所示，每一主柵電極112包括一沿一第一方向延伸之長條形結構119和數條沿第二方向延伸之次結構114。每一次柵電極113包括兩個水平部份116和兩個垂直部份118。上述水平部份116由對應次結構114之兩側平行第一方向延伸，上述垂直部份118沿第二方向延伸，其中各垂直部份118連接對應的水平部份116。在本實施例中，次結構114的寬度較垂直部份118和水平部份116寬，且水平部份116的寬度較垂直部分118的寬度寬。在一實施例中，垂直部份118之寬度為次結構114寬度的2/3，水平部份116之寬度為次結構114寬度的2/5。此設計之目的為使得太陽能電池之遮蔽率降低，且吸光率和短路電流(Isc)能最佳化。舉例來說，次結構114之寬度為0.04mm~0.3mm，次結構114之 長度為0.04mm~0.1mm，水平部份116之寬度為0.04mm~0.1mm，水平部份116之長度為0.02mm~0.1mm，垂直部份118之寬度為0.02mm~0.06mm。

次柵電極113之長度和厚度可依太陽能元件之尺寸和產品的規格改變，本發明不限定於特定長度之主柵電極和次柵電極。

請參照圖2之太陽能電池前電極結構之上視圖，在本實施例中，兩相鄰的主柵電極112間之次柵電極113是相對設置，亦即，兩相鄰的主柵電極112間之次柵電極113是沿相反的方向延伸，且次柵電極113彼此相隔一距離。在本實施例中，第一次柵電極113與第二次柵電極113相間隔一距離，例如第一次柵電極113與第二次柵電極113相隔之距離為主柵電極寬度的1/2~2/3或第一次柵電極112與第二次柵電極112相隔之距離為0.01mm~0.1mm。

本實施例太陽能電池100之前電極結構110可藉由網版印刷製程形成，其可經由使用網版並塗佈導電漿料形成，在一範例中，導電漿料可以為銀膠或鋁導電膠。但本發明不限於此，導電漿料可以為其他的金屬或具高導電係數的材料組成。更詳細來說，本實施例之太陽能電池包括3個主柵電極112，且各主柵電極112包括長條形結構119和次結構114。並且數條次柵電極113沿第二方向(X方向)延伸。圖4顯示圖3實施例之太陽能電池剖面示意圖，如圖4所示，電極結構110之主柵電極112包括沿第一方向延伸之長條形結構119和數條沿第二方向延伸之次結構114。除了上述前電極結構110以外，本實施例之太陽能電池更包括一後電極結構132，位於基板101之第二表面104上。後電極結構132之組成材料和形成方法可與前電極結構110相同，但也可以不同。後電極結構132可對應於前電極結構110之主柵電極112設置，使得太陽能電池元件中電池的前電極結構可電性連接相鄰對應電池的後電極結構，經由串連而得到太陽能模組。然而本發明不限於此，本發明不特別限定於特定的後電極結構。

基板101之第一表面102上形成有一抗反射層130，抗反射層130可以為氮化矽，但本發明不限定於特定的抗反射層材料。基板101的第一表面102和第二表面104可進行織化，使得第一表面102和第二表面104形成織化結構，以提高太陽能電池之效率。

根據本實施例前電極結構的配置，當太陽能電池之前電極結構中部分次柵電極損壞造成斷路，太陽能電池仍可藉由相鄰的次柵電極之水平部份導通，使得元件可經次柵電極之水平部份經由次結構傳遞至主柵電極進行電流的收集。

〔第二實施例〕

圖4為本發明第二實施例太陽能電池前電極結構之上視圖，第二實施例與第一實施例之差別在於：第二實施例之太陽能電池之前電極結構更包括數條第一連接電極402，其中各第一連接電極402連接次柵電極113a之垂直部份118的尾端。更詳細來說(以下與第一實施例相同的單元使用相同的標號)，如圖4所示，前電極結構110包括數條主柵電極112和數條次柵電極113a。主柵電極112沿一第一方向(圖4中的Y方向)延伸，次柵電極113a沿一第二方向(圖4中的X方向)延伸，其中第二方向與第一方向垂直。如圖4所示，每一主柵電極112包括長條形結構119和次結構114。每一次柵電極113a包括兩個水平部份116、兩個垂直部份118和至少一第一連接電極402。上述水平部份116由次結構114之兩側平行第一方向延伸，上述垂直部份118沿第二方向延伸，其中各垂直部份118連接對應的水平部份116。第一連接電極402連接次柵電極113a之垂直部份118的尾端。

類似於第一實施例，本實施例的次柵電極113a也是相對設置(亦即沿相反的方向延伸)，且如圖4所示，相鄰的次柵電極113a間相隔一距離，此距離可以是次結構114的1/2~2/3寬度(例如0.03~0.2mm)。經由本實施例上述設置，次柵電極113a之水平部份116，垂直部份118與第一連接電極402大體上構成一梯子狀結 構。

本實施例具有當太陽能電池之前電極結構中部分次柵電極損壞造成斷路，太陽能電池仍可藉由相鄰的次柵電極之水平部份及/或第一連接電極導通，使得元件可經次柵電極之水平部份經由次結構傳遞至主柵電極進行電流的收集。此外，由於本實施例更增加了第一連接電極的設計，因此，更增加收集電流之導通路徑，也就是說，即使更嚴重或更多的前電極斷路，本實施例仍可藉由特殊的前電極結構設計，可進行電流的收集，維持太陽能模組的正常運作。

本實施例的太陽能電池可同樣包括基板、後電極結構、抗反射層，且基板中包括一N型區域和一P型區域，其類似於第一實施例，在此不詳細描述。

〔第三實施例〕

圖5為本發明第三實施例太陽能電池前電極結構之上視圖，第三實施例與第二實施例之差別在於：第三實施例之太陽能電池之前電極結構更包括數條第二連接電極502，位於第一連接電極402和水平部份114間，且連接次柵電極113b之相鄰的垂直部份118。更詳細來說(以下與第二實施例相同的單元使用相同的標號)，如圖6所示，前電極結構110包括數條主柵電極112和數條次柵電極113b，主柵電極112沿一第一方向(圖5中的Y方向)延伸，次柵電極113b沿一第二方向(圖5中的X方向)延伸，其中第二方向與第一方向垂直。如圖5所示，每一次柵電極113b包括兩個水平部份116、兩個垂直部份118、第一連接電極402和第二連接電極502。上述水平部份116由次結構114之兩側平行第一方向延伸，上述垂直部份118沿第二方向延伸，其中各垂直部份118連接對應的水平部份116。第一連接電極402連接次柵電極113b之垂直部份118的尾端。第二連接電極502位於第一連接電極402和水平部份116間，且各第二連接電極502連接次柵電極113b之 相鄰的垂直部份118。更仔細來說，第二連接電極502連接次柵電極113b之相鄰的垂直部份118之中央部位，且如圖5所示，上述次柵電極113b之沿第一方向相鄰的兩個次柵電極中113b僅其一以第二連接電極502連接次柵電極之垂直部份118。換言之，在第一方向上，有第二連接電極之次柵電極113b與沒有第二連接電極之次柵電極113b’是間隔設置，且上述次柵電極大體上構成一日字型結構。

本實施例當太陽能電池之前電極結構中一次柵電極損壞造成斷路，太陽能電池仍可藉由相鄰的次柵電極之水平部份、第一連接電極及/或第二連接電極導通，進行電流收集。所不同的是，本實施例更增加了”第二連接電極”之設計，因此，提供了更多的收集電流的導通路徑，即使更嚴重或更多的前電極斷路，本實施例仍可藉由特殊的前電極結構設計，可進行電流的收集，維持太陽能模組的正常運作。

〔第四實施例〕

圖6為本發明第四實施例太陽能電池前電極結構之上視圖，第四實施例與第二實施例(圖4所示之太陽能電池)之差別在於：第四實施例之主柵電極112具有平行第二方向(圖7中的X方向)的缺口702，其餘部分皆與第二實施例之太陽能電池大體上相同，相同的部份在此不重複描述。

由於本實施例之主柵電極112之缺口702，太陽能電池可分成更多彼此分隔的單元，且缺口之部分由於不會遮擋光線，因此可增加太陽能電池吸收光線的面積，並且由於缺口部份不需使用到導電材質的漿料，因此可進一步節省太陽能電池的製作成本。

在本實施例中，缺口702的寬度H可以為0.01mm~0.1mm。

〔第五實施例〕

圖7為本發明第五實施例太陽能電池前電極結構之上視圖，第五實施例與第三實施例(圖5之太陽能電池)之差別在於：本第五 實施例之主柵電極112具有平行第二方向(圖7中的X方向)的缺口，本第五實施例與第三實例皆具有數條第二連接電極502，位於第一連接電極402和水平部份114間，且連接次柵電極113b之相鄰的垂直部份118。不同之處為，本實施例的第二連接電極502與沿第二方向相鄰的第二連接電極502是交錯配置。同樣的，由於本實施例之主柵電極112之缺口部分702由於不會遮擋光線，因此可增加太陽能電池吸收光線的面積，並且由於缺口部份702不需使用到導電材質的漿料，因此可進一步節省太陽能電池的製作成本。

〔第六實施例〕

圖8為本發明第六實施例太陽能電池前電極結構之上視圖，第六實施例與第一實施例(圖2之太陽能電池)之差別在於：第一實施例夾設於兩主柵電極112間之次柵電極113的垂直部份118是彼此分開(亦即連接於不同主柵電極之次柵電極118的垂直部份相隔一距離)，而本第六實施例夾設於兩主柵電極間之次柵電極118a、118b的垂直部份是彼此連接。更詳細來說，上述主柵電極之兩相鄰之主柵電極間之次柵電極的垂直部份包括連接左側之主柵電極112的第一區段118a和連接右側主柵電極112的第二區段118b，第一區段118a和第二區段118b彼此相連接。除了上述差異之外，本實施例位於相鄰之主柵電極112間藉由次柵電極116a和次柵電極116b的彼此分隔，進而分隔出數個晶胞129、131，且藉由次柵電極116a和次柵電極116b的分隔，可使得電極使用的區域減少，達到縮減電極使用漿料，節省成本之目的。

由於本實施例之次柵電極的垂直部份118a、118b彼此連接，因此可使得太陽能電池具有更多的迴路，有利於當部分線路斷線時，仍可進行太陽能電池之運作，進行電流的收集。

〔第七實施例〕

圖9為本發明第七實施例太陽能電池前電極結構之上視圖， 第七實施例與第六實施例(圖8之太陽能電池)之差別在於：第七實施例之太陽能電池更包括一第三連接電極1006，連接彼此連接之夾設於兩主柵電極112間的次柵電極的垂直部份118。更詳細來說，本圖10實施例之太陽能電池位於主柵電極112間包括相鄰之一第一晶胞1002和一第二晶胞1004，第一晶胞1002最下端之次柵電極的垂直部份118c經由上述第三連接電極1006連接第二晶胞1004最上端之次柵電極的垂直部份118d，且第一晶胞1002和第二晶胞1004之次柵電極的垂直部份118均連接兩側主柵電極。本實施例相較於第六實施例之太陽能電池，由於具有第三連接電極，連接相鄰的晶胞，因此具有更多的聯接線路，當部分線路斷線時，仍可進行太陽能電池之運作，進行電流的收集。

〔第八實施例〕

圖10為本發明第八實施例太陽能電池前電極結構之上視圖，第八實施例與第六實施例(圖8之太陽能電池)之差別在於：本第八實施例之主柵電極112包括沿第一方向(亦即Y方向)延伸的缺口1102，將每一主柵電極分成沿第一方向延伸之第一部份1104和第二部份1106，第一部份1104和第二部份1106大體上為一長條狀結構，且彼此平行。其餘的部份與第六實施例相同，在此不重複描述。本實施例於主柵電極112形成缺口1102同樣可增加太陽能電池吸收光線的面積，並且由於缺口部份不需使用到導電材質的漿料，因此可進一步節省太陽能電池的製作成本。

〔實施例的可能功效〕

綜上所述，本發明的有益效果可以在於，本發明實施例之太陽能電池之前電極結構，其次柵電極至少具備向兩側延伸之水平部份和與水平部份連接且垂直的垂直部份，當太陽能電池之部分次柵電極損壞，仍可藉由相鄰次柵電極之垂直部份和水平部份(或更包括第一及第二連接電極)進行電流的收集，使收集之電流傳遞至主柵電極進行電流的收集。因此，當部分的前電極斷路，本發 明仍可藉由特殊的前電極結構設計，進行電流的收集，維持太陽能模組的正常運作。

以上所述僅為本發明的較佳可行實施例，非因此侷限本發明的專利範圍，故舉凡運用本發明說明書及圖式內容所做的等效技術變化，均包含於本發明的保護範圍內。

110‧‧‧前電極結構

112‧‧‧主柵電極

113‧‧‧次柵電極

114‧‧‧次結構

116‧‧‧水平部份

118‧‧‧垂直部份

119‧‧‧長條形結構

Claims (9)

1. 一種太陽能電池，包括：一基板，具有相對之一第一表面和一第二表面；及一前電極結構，位於該基板之第一表面上，其中該前電極結構包括：數條主柵電極，每一主柵電極包括一沿一第一方向延伸之長條形結構和數條沿一第二方向延伸之次結構，其中該第二方向與該第一方向垂直；數條次柵電極，每一次柵電極包括：至少兩個水平部份，由該些次結構之對應次結構之兩側平行該第一方向延伸；及至少兩個垂直部份，沿該第二方向延伸，其中各垂直部份連接對應的水平部份；其中該次結構之寬度大於該水平部份之寬度，且該水平部份之寬度大於該垂直部份之寬度，且該次結構之寬度為0.04mm~0.3mm，該次結構之長度為0.04mm~0.1mm，該水平部份之寬度為0.04mm~0.1mm，該水平部份之長度為0.02mm~0.1mm，該垂直部份之寬度為0.02mm~0.06mm。
2. 如請求項1之太陽能電池，更包括數條第一連接電極，其中各第一連接電極連接該些次柵電極之垂直部份的尾端。
3. 如請求項2之太陽能電池，更包括數條第二連接電極，位於該些第一連接電極和該些水平部份間，連接該些次柵電極之相鄰的該些垂直部份。
4. 如請求項3之太陽能電池，其中該些第二連接電極連接該些次柵電極之相鄰的該些垂直部份之中央部位。
5. 如請求項3之太陽能電池，其中該些次柵電極之沿該第一方向相鄰的兩個次柵電極中僅其一以該第二連接電極連接該些垂 直部份。
6. 如請求項1之太陽能電池，其中每一該些主柵電極具有平行該第二方向之缺口。
7. 如請求項1之太陽能電池，其中每一該些主柵電極具有平行該第一方向之缺口。
8. 如請求項1之太陽能電池，其中該些主柵電極之兩相鄰之主柵電極間之該些次柵電極的垂直部份包括連接左側之主柵電極的第一區段和連接右側主柵電極的第二區段，該第一區段和該第二區段彼此相連接。
9. 如請求項8之太陽能電池，尚包括一第三連接電極，沿該第一方向延伸，連接相鄰之次柵電極的垂直部份。