TWI603494B - 太陽能電池 - Google Patents
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Description
本發明有關太陽能電池,具有用於光入射的正面或向陽側面及與該正面相反之背面,該太陽能電池包含:第一電導率型或第二電導率型的結晶質半導體基板,該第二電導率型係與該第一電導率型相反;正面鈍化區域,藉由該第一電導率型之至少一鈍化層及至少一導電層所形成;背面鈍化區域,藉由該第二電導率型之至少一鈍化層及至少一導電層所形成;正面接點,藉由僅只一正面導電材料、及藉由形成在該正面導電材料的頂部上之正面電接點所形成;至少一正面光耦接層,在該太陽能電池之正面上;背面接點,其係與該正面接點相反,且藉由背面導電材料及形成在其上的至少一背面電接點所形成。
所論及型式之太陽能電池係例如由該文件EP 2 662 900 A1所習知。此等太陽能電池大致上被稱為矽異質接面太陽能電池。在該文件EP 2 662 900 A1中所敘述的太陽能電池在其正面、於n型之單晶矽基板上包含i型非晶
矽之本質薄膜、導電p型矽的非晶薄膜、氧化銦錫(ITO)之一薄透明導電氧化物層(TCO)、例如氮化矽的絕緣層、及電連接至該TCO層而藉由經過該絕緣層所建立之電路徑來布置的收集電極結構之層堆疊。藉由該習知太陽能電池的透明導電氧化物層,在該矽基板及該非晶導電矽薄膜間之空間電荷區中所產生的電荷載子被收集及傳送至該太陽能電池之收集電極結構。該透明氧化物層的電導率係因此必不可少的。然而,在該習知太陽能電池之正面,該TCO層的主要缺點係其吸收該進來光線之一部份,且不會具有用於該太陽能電池的完美抗反射塗層之作用,如設在TCO層的頂部上之絕緣層般。
該文件EP 2 669 952 A1揭示結晶狀異質接面太陽能電池,具有正面射極及形成在該射極上之至少二透明導電層(TCO層)的堆疊,以與具有僅只一正面TCO層的太陽能電池比較,增強該太陽能電池的效率。TCO層之堆疊由高度透明及高度導電材料的組合所組成,以便一方面隨著一種TCO材料增加該電流密度,且在另一方面隨著另一種TCO材料減少具有正面金屬化之接觸電阻。
因此,本發明之目的係提供上述型式之太陽能電池,在其前面或向陽面具有較低的光吸收及較佳之抗反射性質。
此目的係藉由該上述型式的太陽能電池所解決,其中
該正面導電材料在該等正面電接點之間及/或該等正面電接點旁邊之區域中係比在該正面電接點下方的區域中較薄。與EP 2 669 952 A1之太陽能電池比較,本發明的太陽能電池之正面導電材料係由僅只一層所形成,且由僅只一材料所組成。
本發明提出至少局部地省略或移去該等正面電接點之間及/或該等正面電接點旁邊的區域中之正面導電材料、亦即於該正面導電材料不會用作該正面鈍化區域之導電層及該太陽能電池的正面電接點間之直接電“橋”的那些區域中。此結構具有該優點,即雖然於藉由該導電材料形成在此間之正面鈍化區域及該正面電接點之間有良好電連接,在該等正面電接點之間及/或該等正面電接點旁邊之區域中由於該省略的導電材料而有較低的光吸收。再者,該等正面電接點之間及/或該等正面電接點旁邊之區域中的導電材料之厚度越低,則在這些區域中藉由該至少一光耦接層的材料性質更佔主導地位地決定該太陽能電池之抗反射性質。例如,該至少一光耦接層可為電絕緣層、諸如氮化矽層,導致很低的光反射。在該光入射側面上,該光耦接層亦可被稱為抗反射層。
以本發明之太陽能電池,光子的寄生吸收及反射之減少導致該光產生電流、及因此該太陽能電池的最後輸出功率、與基於本發明之太陽能電池所製成的太陽能電池模組之顯著增加。再者,本發明允許昂貴的透明導電材料、諸如銦基透明導電氧化物之被諸如氮化矽(SiNx)的低成本
介電體所取代。據此,以本發明,該電池製造成本能被減少。
於本發明之太陽能電池的具有減少該正面導電材料之厚度的新電池結構中,該等光產生載子之橫側運送能被推入該結晶狀半導體基板的塊狀材料而非於該正面導電材料中,而沒有電收集損失,因為以現代標準所生產之結晶狀半導體基板的表面復合速度係極低。因此,本發明之太陽能電池被設計成尤其很適用於電池,在此當n型半導體基板被使用時,該射極、諸如摻雜硼的非晶矽層被放置在該矽異質接面電池之背面。
於本發明之有利實施例中,該正面導電材料係不在該等正面電接點之間及/或該等正面電接點旁邊之區域中,且僅只位於該正面電接點下方的區域中。於該實施例中,既然該導電材料在這些區域中被完全省略,該等正面電接點之間及/或該等正面電接點旁邊的區域中之太陽能電池的抗反射特徵係僅只藉由該至少一光耦接層之材料性質所決定。該導電材料係僅只直接地存在於正面鈍化區域的導電層及該正面電接點之間,該等區域覆蓋比該等正面電接點之間及/或該等正面電接點旁邊的區域遠較小之面積。這導致該太陽能電池可被設有幾乎完美的抗反射性質之效果。此外,於該實施例中,該光吸收亦可在該等正面電接點之間及/或該等正面電接點旁邊的區域中被減至最小。於本發明之較佳實施例中,該太陽能電池的射極係在其背面、亦即在該太陽能電池之陰影側面。
於本發明的有利實施例中,該背面導電材料係僅只一材料,且於區域中具有局部增加的厚度,其中至少一背面光耦接層僅只被提供於增加厚度的這些區域之間。亦即,在本發明的實施例中,其中該至少一背面電接點包含背面電接點的圖案,在該等背面電接點之間及/或該等背面電接點旁邊的區域中之背面導電材料,係比在該等背面導電材料下方的區域中之背面導電材料較薄。於本發明之此實施例中,該背面導電材料在該太陽能電池的抗反射性質上之不良影響係藉由以該至少一背面光耦接層替換該背面導電材料的至少一部份所減少。於此實施例中,上面參考該太陽能電池之正面所敘述的效果亦被應用在其背面上。
於本發明之上述實施例的特定變型中,如果該背面導電材料不被設在該至少一背面光耦接層之下,本發明的太陽能電池之抗反射性質可被進一步增加。亦即,於本發明的實施例中,其中該至少一背面電接點包含背面電接點之圖案,且至少一背面光耦接層被形成在該太陽能電池的背面上,該背面導電材料係不在於該等背面電接點之間,且僅只位於該等背面電接點下方的區域中。
於本發明之另一實施例中,如果該至少一導電層在該等背面電接點之間及/或該等背面電接點旁邊的區域係比在該等正面電接點下方之區域較薄;及/或該至少一導電層在該等背面電接點之間及/或該等背面電接點旁邊之區域中係比在該背面電接點下方的區域中較薄;及/或該至少一導電層在該背面導電材料之局部增加厚度的區域之間
及/或該等區域旁邊的區域中係比在該局部增加厚度之區域下方的區域中較薄,本發明之太陽能電池的電流增益之進一步增強能被達成。
有利地、但非無條件地,該至少一正面光耦接層的材料及/或該至少一背面光耦接層之材料係選自一群材料的至少一材料,該群材料包含矽氮化物(SiNx)、矽氧化物(SiOx)、矽氧氮化物(SiOxNy)、鋁氧化物(AlOx)、鋁氮化物(AlNx)、鈦氧化物(TiOx)、鎂氟化物(MgFx)、導電氧化物、含有奈米粒之層、或該等材料的至少二者之組合。
進一步有利地,但非無條件地,該正面電接點的材料及/或該背面電接點之材料包含至少一導電氧化物、至少一金屬、至少一金屬合金、導電化合物或該導電材料的至少二者之組合的至少一者。
除了上述優點以外,本發明提供該可能性,以選擇更適當之材料,用於在該鈍化區域的導電層及該前面或該背面接點之間形成該導電材料,亦即,該太陽能電池的金屬化。例如,該正面導電材料及/或該背面導電材料可為金屬、合金、或透明之導電氧化物。該正面導電材料及/或該背面導電材料能藉由物理蒸氣沈積、化學蒸氣沈積、噴墨式技術或網版印刷技術、或藉由另一合適方法所施加。
於本發明的選擇性實施例中,在該等正面電接點及/或該等背面電接點之間及/或該等正面電接點及/或該等背面電接點旁邊的區域中,該正面導電材料及/或該背面
導電材料具有在0與150奈米間之厚度。
根據本發明之特別實施例,在該等正面電接點及/或該等背面電接點之間及/或該等正面電接點及/或該等背面電接點旁邊的區域中,該正面導電材料及/或該背面導電材料具有在0與70奈米間之厚度。
於本發明之特別實施例中,在該等正面電接點及/或該等背面電接點之間及/或該等正面電接點及/或該等背面電接點旁邊的區域中,該正面導電材料及/或該背面導電材料具有在0與30奈米間之厚度。
1‧‧‧太陽能電池
1a‧‧‧太陽能電池
1b‧‧‧太陽能電池
1c‧‧‧太陽能電池
1d‧‧‧太陽能電池
2‧‧‧鈍化層
3‧‧‧導電層
3a‧‧‧區域
3b‧‧‧區域
4‧‧‧導電材料
4a‧‧‧區域
4b‧‧‧區域
5‧‧‧光耦接層
6‧‧‧電接點
7‧‧‧鈍化層
8‧‧‧導電層
8a‧‧‧區域
8b‧‧‧區域
9‧‧‧導電材料
9a‧‧‧區域
9b‧‧‧區域
10‧‧‧基板
11‧‧‧正面
12‧‧‧背面
13‧‧‧光耦接層
14‧‧‧電接點
14a‧‧‧電接點
14b‧‧‧電接點
20‧‧‧鈍化區域
30‧‧‧鈍化區域
本發明的較佳實施例、其結構及優點被顯示在該等圖面中,其中圖1概要地顯示本發明之太陽能電池的實施例,而具有局部地減少之太陽能電池的正面導電材料之厚度;圖2概要地顯示本發明的太陽能電池之另一實施例,其中該正面導電材料係僅只位於正面電接點之下,且其中背面導電材料具有局部減少的厚度,及其中背面電接點的圖案係僅只設在該背面導電材料之未減少厚度的區域上;圖3概要地顯示本發明之太陽能電池的下一實施例,其係類似於圖2之太陽能電池,但使背面電接觸層延伸在該太陽能電池的整個後表面之上;圖4概要地顯示本發明的太陽能電池之又另一實施例,其中該正面導電材料係僅只位於正面電接點之下,且
該背面導電材料方係僅只位於該背面導電電接點之下;及圖5概要地顯示本發明的太陽能電池之另一實施例,其中與分別在該等正面電接點及該等背面電接點下方之區域比較,正面鈍化區域的導電層之厚度以及背面鈍化區域的導電層之厚度,係分別在該等正面電接點及該等背面電接點之間與該等正面電接點及該等背面電接點旁邊的區域中減少。
圖1概要地顯示按照本發明之實施例的太陽能電池1。該太陽能電池1具有用於光入射之正面11及與該正面11相反之背面12。
該太陽能電池1包含第一電導率型的半導體基板10。於所示實施例中,該半導體基板10係結晶狀n型矽。於本發明之其他未顯示實施例中,該半導體基板10亦可為與該第一電導率型相反的第二電導率型。
該正面鈍化區域20被形成在被引導至該正面11之半導體基板10的側面上。在所示實施例中,該正面鈍化區域20包含鈍化層2及該第一電導率型導電層3。於本發明之其他未顯示實施例中,該正面鈍化區域20可由超過二層、諸如超過一鈍化層2及/或超過一導電層3所組成。在所示實施例中,該鈍化層2係本質矽層,且該導電層3係n型的非晶矽層。
該太陽能電池1之正面接觸點被形成在該導電層3的
前側表面上。在所示實施例中,該正面接點包含由僅只一層所形成之正面導電材料4、及被形成在該正面導電材料4的頂部上之正面電接點6的圖案。該等正面電接點6被設計,以擷取光產生電流直至未示出之太陽能電池互連。在所示實施例中,該等正面電接點6係由銀所形成。於本發明的其他實施例中,該等正面電接點6亦可為具有很好之電導率的另一材料、諸如流電沈積銅。
於圖1之太陽能電池1中,該正面導電材料4係透明的導電氧化物(TCO)層、諸如氧化銦錫(ITO)層。於本發明之其他未示出實施例中,該正面導電材料4亦可為具有一透明度的另一導電材料,該透明度係比ITO層、諸如金屬或低成本TCO之透明度遠較低。該正面導電材料4可被以不同方法所施加,例如,藉由物理蒸氣沈積、化學蒸氣沈積、噴墨方法、或網版印刷技術。與直接在該等正面電接點6下方之區域4a比較,由於該等正面電接點6之間及/或該等正面電接點6旁邊的區域4b中之正面導電材料4的減少之厚度,這在本發明中係可能的。亦即,在位於該等正面電接點6下方之區域4a中,該正面導電材料4係比於該等區域4a旁邊的區域4b中更厚。關於此點,該“旁邊”一詞意指於該太陽能電池1之水平延伸中,該相同正面導電材料4的區域係在該對應另一區域之左側及/或右側上,如果該太陽能電池1的結構被考慮為如圖1中所概要地顯示。
儘管該等區域4a、4b具有不同厚度,該正面導電材
料4之材料於該等區域4a、4b中係完全一樣。該等區域4a、4b的材料係在一層形成步驟中形成,其中該層4可被以結構性方式形成或可在層形成之後被建構。尤其地是,該正面導電材料4的不同厚度可為該正面導電材料4之同質沈積的結果,隨後有蝕刻製程、諸如濕式化學蝕刻製程,在該等正面電接點6上方使用諸如蠟或熱熔物之罩幕材料。如果該正面導電材料4的區域4a、4b係以噴墨方法所形成,在層形成之後的蝕刻步驟能被避免。交替地,其係亦可能經過罩幕沈積該正面導電材料4。
該正面導電材料4之表面係以正面光耦接層5覆蓋於該等正面電接點之間及/或該等正面電接點旁邊的區域中。於本發明之其他未顯示實施例中,在此亦可使用超過一個正面光耦接層5。於所示範例中,該正面光耦接層5係氮化矽。於本發明的其他實施例中,該正面光耦接層5亦可為矽氧化物(SiOx)、矽氧氮化物(SiOxNy)、鋁氧化物(AlOx)、鋁氮化物(AlNx)、鈦氧化物(TiOx)、鎂氟化物(MgFx)、導電氧化物、含有奈米粒之層、或該等前述包括矽氮化物(SiNx)之材料的至少二者之組合。
背面鈍化區域30係形成在被引導至該太陽能電池1的背面12之半導體基板10的側面上。在所示實施例中,該背面鈍化區域30包含鈍化層7及該第二電導率型之導電層8。因此,圖1所示該太陽能電池1的射極、亦即該p-n接面係在該太陽能電池1之背面12。於本發明的其他
未示出實施例中,該正面鈍化區域30可由超過二層、諸如超過一鈍化層7及/或超過一導電層8所組成。在所示實施例中,該鈍化層7係本質矽層,且該導電層8係p型之非晶矽層。
該太陽能電池1之背面接觸點被形成在該導電層8的背側表面上。在所示實施例中,該背面接點包含背面導電材料9及背面電接點14,該背面電接點14在所示實施例中被形成為該等背面導電材料9的頂部上之連續層。該等背面導電材料9可為透明的導電材料、諸如ITO層,但亦可為具有一透明度的另一導電材料,該透明度係比ITO層、諸如金屬或低成本TCO之透明度遠較低。該背面導電材料9可被以不同方法所施加,例如,以物理蒸氣沈積、藉由噴墨方法、或藉由網版印刷技術。
圖2概要地顯示按照本發明的另一實施例之太陽能電池1a。於圖2中以及在以下圖面中,相同的參考符號被使用來指示本發明之相同或類似細節。這些業已在上面參考圖1所示實施例作成的細節之敘述亦可被應用至在以下圖面中所顯示之發明的其他實施例中之發明的對應細節。
與圖1之太陽能電池1比較,在圖2的太陽能電池1a中,該正面導電材料4係不在該等正面電接點6之間及該等正面電接點6旁邊的區域4b中,且係僅只位於該等正面電接點6下方之區域4a中。
再者,代替該太陽能電池1的連續背面電接觸層14,該太陽能電池1a在其背面12上包含背面電接點14a
之圖案。
該太陽能電池1a的背面導電材料9於該等背面電接點14a之間及/或該等背面電接點14a旁邊的區域9b中係比在該等背面電接點14a下方之區域9a較薄。
該太陽能電池1a的背面導電材料9之背側表面係以該等背面電接點14a間之背面光耦接層13所覆蓋。於本發明之其他未顯示實施例中,在此亦可被使用超過一背面光耦接層13。於所示範例中,該背面光耦接層13為氮化矽。於本發明的其他實施例中,該背面光耦接層13亦可為矽氧化物(SiOx)、矽氧氮化物(SiOxNy)、鋁氧化物(AlOx)、鋁氮化物(AlNx)、鈦氧化物(TiOx)、鎂氟化物(MgFx)、導電氧化物、含有奈米粒之層、或該等前述包括矽氮化物(SiNx)之材料的至少二者之組合。
本發明的另一變型被示範在圖3中,顯示太陽能電池1b係類似於圖2之太陽能電池1a。對比於該太陽能電池1a,圖3的太陽能電池1b包含至少局部地延伸在該太陽能電池1b的後表面之上的背面接觸層14b。亦即,該背面電接點14b亦被施加於該背面導電材料9的局部較厚區域9a之間,且亦延伸在該背面光耦接層13之上。這在本發明的此變動中於該太陽能電池1b的背面12給予改善之反射率,並將因此改善該太陽能電池1b的效率。
圖4概要地顯示按照本發明之另一實施例的太陽能電池1c。
於該太陽能電池1c中,該正面導電材料4係不在該
等正面電接點6之間及旁邊的區域4b中,且係僅只位於該等正面電接點6下方之區域4a中。以相同方式,該背面導電材料9係不在該等背面電接點14a之間及旁邊的區域9b中,且係僅只位於該等背面電接點14a下方之區域9a中。
圖5概要地顯示按照本發明的又另一實施例之太陽能電池1d。
如於圖4的太陽能電池1c中,在該太陽能電池1d中,該正面導電材料4係不在該等正面電接點6之間及旁邊的區域4b中,且係僅只位於該等正面電接點6下方之區域4a中。以相同方式,該背面導電材料9係不在該等背面電接點14a之間及旁邊的區域9b中,且係僅只位於該等背面電接點14a下方之區域9a中。
再者,該太陽能電池1d的正面11上之導電層3於該等正面電接點6之間及旁邊的區域3b中係比於該等正面電接點6下方之區域3a中較薄的。此外,該太陽能電池1d的背面12上之至少一導電層8在該等背面電接點14a之間及旁邊的區域8b中係比在該等背面電接點14a下方之區域8a中較薄的。
1‧‧‧太陽能電池
2‧‧‧鈍化層
3‧‧‧導電層
4‧‧‧導電材料
4a‧‧‧區域
4b‧‧‧區域
5‧‧‧光耦接層
6‧‧‧電接點
7‧‧‧鈍化層
8‧‧‧導電層
9‧‧‧導電材料
10‧‧‧基板
11‧‧‧正面
12‧‧‧背面
14‧‧‧電接點
20‧‧‧鈍化區域
30‧‧‧鈍化區域
Claims (13)
- 一種太陽能電池(1、1a、1b、1c),具有用於光入射的正面(11)及與該正面(11)相反之背面(12),該太陽能電池(1、1a、1b、1c)包含:第一導電型或第二導電型的結晶質半導體基板(10),該第二導電型係與該第一導電型相反;正面鈍化區域(20),藉由該第一導電型之至少一鈍化層(2)及至少一導電層(3)所形成;背面鈍化區域(30),藉由該第二導電型之至少一鈍化層(7)及至少一導電層(8)所形成;正面接點,藉由僅只一正面導電材料(4)、及藉由形成在該正面導電材料(4)的頂部上之正面電接點(6)的圖案所形成;至少一正面光耦接層(5),在該太陽能電池(1、1a、1b、1c)之正面(11)上;背面接點,其係與該正面接點相反,且藉由背面導電材料(9)及形成在其上的至少一背面電接點(14、14a、14b)所形成,其特徵在於該正面導電材料(4)在該等正面電接點(6)之間及/或該等正面電接點(6)旁邊之區域(4b)中係比在該正面電接點(6)下方的區域(4a)中薄,且其中該太陽能電池(1、1a、1b、1c)的射極係在該太陽能電池(1、1a、1b、1c)之該背面(12)。
- 如申請專利範圍第1項之太陽能電池,其中該正面導電材料(4)係不在該等正面電接點(6)之間及/或該等正面電接點(6)旁邊之區域(4b)中,且僅只位於該正面電接點(6)下方的區域(4a)中。
- 如申請專利範圍第1項之太陽能電池,其中該背面導電材料(9)係僅只一材料,且於區域(9a)中具有局部增加的厚度,其中至少一背面光耦接層(13)僅只被提供於增加厚度的這些區域(9a)之間。
- 如申請專利範圍第3項之太陽能電池,其中該背面導電材料(9)未提供於該至少一背面光耦接層(13)之下。
- 如申請專利範圍第3或4項之太陽能電池,其中該至少一背面電接點包含背面電接點(14a)的圖案,該背面電接點(14a)僅只被設在該背面導電材料(9)之具有該局部增加的厚度的區域(9a)上。
- 如申請專利範圍第3或4項之太陽能電池,其中該至少一背面電接點包含至少局部地延伸在該至少一背面光耦接層(13)之上的背面電接觸層(14b)。
- 如申請專利範圍第1項之太陽能電池,其中該至少一導電層(3)在該等正面電接點(6)之間及/或該等正面電接點(6)旁邊之區域(3b)中係比在該正面電接點(6)下方的區域(3a)中薄;及/或該至少一導電層(8)在該等背面電接點(14a)之間及/或該等背面電接點(14a)旁邊之區域(8b)中係比在該背面電接點 (14a)下方的區域(8a)中薄;及/或該至少一導電層(8)在該背面導電材料(9)之局部增加厚度的區域(9a)之間及/或該等區域(9a)旁邊的區域(8b)中係比在該局部增加厚度之區域(9a)下方的區域(8a)中薄。
- 如申請專利範圍第1項之太陽能電池,其中該正面電接點(6)的材料及/或該背面電接點(14、14a)之材料包含至少一導電氧化物、至少一金屬、至少一金屬合金、導電化合物或該導電材料的至少二者之組合的至少一者。
- 如申請專利範圍第1項之太陽能電池,其中該至少一正面光耦接層(5)的材料及/或該至少一背面光耦接層(13)之材料係選自一群材料的至少一材料,該群材料包含矽氮化物(SiNx)、矽氧化物(SiOx)、矽氧氮化物(SiOxNy)、鋁氧化物(AlOx)、鋁氮化物(AlNx)、鈦氧化物(TiOx)、鎂氟化物(MgFx)、導電氧化物、含有奈米粒之層、或該等材料的至少二者之組合。
- 如申請專利範圍第1項之太陽能電池,其中該正面導電材料(4)及/或該背面導電材料(9)係選自一群材料的一材料,該群材料包含透明之導電氧化物、金屬、金屬合金、或導電氧化物。
- 如申請專利範圍第1項之太陽能電池,其中在該等正面電接點(6)及/或該等背面電接點(14a)之間及/或旁邊的區域中之該正面導電材料(4、4b)及/或該 背面導電材料(9、9b)具有在0與150奈米間之厚度。
- 如申請專利範圍第11項之太陽能電池,其中在該等正面電接點(6)及/或該等背面電接點(14a)之間及/或旁邊的區域中之該正面導電材料(4、4b)及/或該背面導電材料(9、9b)具有在0與70奈米間之厚度。
- 如申請專利範圍第11或12項之太陽能電池,其中在該等正面電接點(6)及/或該等背面電接點(14a)之間及/或旁邊的區域中之該正面導電材料(4、4b)及/或該背面導電材料(9、9b)具有在0與30奈米間之厚度。
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