TWI635619B - 太陽能電池 - Google Patents

Abstract

太陽能電池包含第一型半導體層、第二型半導體層以及第一電極。第一型半導體層具有迎光面、背光面以及連通迎光面與背光面之通孔。第二型半導體層位於迎光面上。第一電極包含位於迎光面上之第一導電部以及位於背光面上之第二導電部。第一導電部與第二導電部經由通孔電性連接。第一導電部具有第一線寬，第二導電部具有第二線寬，且第二線寬係大於第一線寬。

Description

太陽能電池

本發明提供一種太陽能電池。

現今人類使用的能源主要來自於石油資源，但由於地球石油資源有限，因此近年來對於替代能源的需求與日俱增，而在各式替代能源中又以太陽能最具發展潛力。傳統太陽能電池係由一背電極、一光電轉換層以及一前電極依序堆疊所構成，且透過光電轉換層將太陽光轉換為電流，並藉由背電極與前電極將電流導引出，進而產生電能。然而，矽晶太陽能電池的光電轉化效率一直有待提升。也就是說，如何提升矽晶太陽能電池的光電轉化效率是本領域所屬技術人員所一直在面對的問題。

有鑑於此，本發明之一目的在於提出一種可提升光電轉化效率的太陽能電池。

為了達到上述目的，依據本發明之一實施方式，太陽能電池包含第一型半導體層、第二型半導體層以及第一電極。第一型半導體層具有迎光面、背光面以及連通迎光面與背 光面之通孔。第二型半導體層位於迎光面上。第一電極包含位於迎光面上之第一導電部以及位於背光面上之第二導電部。第一導電部與第二導電部經由通孔電性連接。第一導電部具有第一線寬，第二導電部具有第二線寬，且第二線寬係大於第一線寬。

依據本發明一實施方式，前述之太陽能電池更包含上熱融性膠膜、下熱融性膠膜、上蓋板以及下蓋板。上熱融性膠膜設置於迎光面上，並覆蓋第一導電部，且上熱融性膠膜之材質包含聚乙烯醋酸乙烯酯(Ethylene Vinyl Acetate；EVA)。下熱融性膠膜設置於背光面上，並覆蓋第二導電部，且下熱融性膠膜之材質包含聚乙烯醋酸乙烯酯。上蓋板位於上熱融性膠膜上方。下蓋板位於下熱融性膠膜下方。

依據本發明一實施方式，前述之第一導電部位於第二型半導體層上，且電性耦接於第二型半導體層。

依據本發明一實施方式，前述之第二型半導體層更位於通孔中。

依據本發明一實施方式，前述之第二型半導體層更位於第一型半導體層之背光面上，且位於第一型半導體層與第二導電部之間。

依據本發明一實施方式，前述之第二型半導體層電性耦接於第二導電部。

依據本發明一實施方式，前述之第一導電部完整地覆蓋通孔。

依據本發明一實施方式，前述之第二導電部呈扁 平狀。

依據本發明一實施方式，前述之太陽能電池更包含第二電極。第二電極位於背光面上，且第二電極與第二導電部電性絕緣。

依據本發明一實施方式，前述之太陽能電池更包含絕緣層。絕緣層位於背光面上，且至少部分位於第二電極與第二導電部之間。

綜上所述，本發明之太陽能電池的第一半導體層設有連通迎光面與背光面之通孔，因此電子或電洞可透過第一電極位於迎光面上之第一導電部經由通孔而導引至第一電極位於背光面上之第二導電部。藉此，本發明之太陽能電池的迎光面上可不配置匯流排。亦即，太陽能電池的迎光面並不會受到大面積的電極遮蔽，因而可降低遮光效應所導致的發電損失，並可提高矽晶太陽能電池的光電轉化效率。此外，第二型半導體層還可進一步位於通孔中以及位於第一型半導體層之背光面上，且接觸第一電極。因此，太陽能電池內部所產生電子或電洞不僅可透過第一電極位於迎光面上之第一導電部而引出，亦可透過第一電極位於通孔之部分以及第一電極位於背光面上之部分而引出，因而可更進一步提高矽晶太陽能電池的光電轉化效率。

1‧‧‧太陽能電池模組

10‧‧‧上蓋板

11‧‧‧上熱融性膠膜

12‧‧‧太陽能電池

13‧‧‧導線層

14‧‧‧下熱融性膠膜

15‧‧‧下蓋板

120‧‧‧第一型半導體層

1200‧‧‧迎光面

1202‧‧‧背光面

1204‧‧‧通孔

122‧‧‧第二型半導體層

1220‧‧‧第一部位

1222‧‧‧第二部位

1224‧‧‧第三部位

124‧‧‧抗反射層

128‧‧‧第一電極

1260‧‧‧第一導電部

1262‧‧‧第二導電部

127‧‧‧絕緣層

128‧‧‧第二電極

A-A’‧‧‧線段

W1‧‧‧第一線寬

W2‧‧‧第二線寬

為讓本發明之上述和其他目的、特徵、優點與實施例能更明顯易懂，所附圖式之說明如下： 第1圖繪示根據本發明一實施方式之太陽能電池模組的疊構示意圖。

第2圖繪示根據本發明一實施方式太陽能電池模組的上視圖。

第3圖繪示根據本發明一實施方式之太陽能電池模組沿著第2圖中的線段A-A’的部分結構剖視圖。

以下將以圖式揭露本發明之複數個實施方式，為明確說明起見，許多實務上的細節將在以下敘述中一併說明。然而，應瞭解到，這些實務上的細節不應用以限制本發明。也就是說，在本發明部分實施方式中，這些實務上的細節是非必要的。此外，為簡化圖式起見，一些習知慣用的結構與元件在圖式中將以簡單示意的方式繪示之。

關於本文中所使用的用詞「實質上(substantially)」、「大約(around)」、「約(about)」或「近乎(approximately)」應大體上意味在給定值或範圍的百分之二十以內，較佳係在百分之十以內，而更佳地則是百分五之以內。文中若無明確說明，其所提及的數值皆視作為近似值，即如「實質上」、「大約」、「約」或「近乎」所表示的誤差或範圍。

請參照第1圖。第1圖繪示根據本發明一實施方式之太陽能電池模組1的疊構示意圖。如圖所示，於本實施方式中，太陽能電池模組1包含上蓋板10、上熱融性膠膜11、太陽 能電池12、導線層13、下熱融性膠膜14以及下蓋板15。導線層13位於太陽能電池12下方，以用來將太陽能電池12接受光照後所產生的電子或電洞引出，因而產生電流。上蓋板10以及下蓋板15分別位於太陽能電池12的上、下兩側，並採用可透光之玻璃。特別來說，上蓋板10以及下蓋板15可採用高透光之低鐵強化玻璃，此高透光之低鐵強化玻璃具有低含鐵量，藉以提高光的穿透性，因而提高太陽能電池12的光電轉化效率。

上熱融性膠膜11位於太陽能電池12與上蓋板10之間，而下熱融性膠膜14位於太陽能電池12與下蓋板15之間。於本實施方式中，上熱融性膠膜11以及下熱融性膠膜14之材質包含聚乙烯醋酸乙烯酯(Ethylene Vinyl Acetate；EVA)。聚乙烯醋酸乙烯酯在常溫下無黏性。然而，於太陽能電池12之組裝過程中，經過一定條件的熱壓後，聚乙烯醋酸乙烯酯便產生熔融黏接以及膠聯固化。聚乙烯醋酸乙烯酯係屬於熱固化的熱融膠膜。固化後的聚乙烯醋酸乙烯酯會變得完全透明、具有相當高的透光性及彈性、能承受大氣變化以及對金屬及玻璃具有良好的接著性。

此外，於太陽能電池模組1中，靠近太陽能電池12受光照的一側不具有導線層，因此於上蓋板10與太陽能電池12之間可不使用熱塑性聚烯烴(Thermal Plastic Polyolefin；TPO)以及聚對苯二甲酸乙二酯(Polyethylene Terephthalate；PET)，藉此可降低太陽能電池模組1的製造成本。

於本實施方式中，係利用包含聚乙烯醋酸乙烯酯 的上熱融性膠膜11以及下熱融性膠膜14來結合太陽能電池12與上蓋板10以及下蓋板15。進一步來說，藉由上熱融性膠膜11以及下熱融性膠膜14可使得本實施方式中的上蓋板10、太陽能電池12、導線層13以及下蓋板15可具有良好的接著性。此外，上熱融性膠膜11以及下熱融性膠膜14可固定且封包太陽能電池12、導線層13及其相關連接電路，並藉此提供上述元件絕緣保護。

請參照第2及3圖。第2圖繪示根據本發明一實施方式太陽能電池模組1的上視圖。第3圖繪示根據本發明一實施方式之太陽能電池模組1沿著第2圖中的線段A-A’的部分結構剖視圖。此外，第3圖繪示亦為第1圖中的太陽能電池12的剖視圖。如圖所示，於本實施方式中，太陽能電池12包含第一型半導體層120、第二型半導體層122以及第一電極126。第一型半導體層120具有迎光面1200、背光面1202以及連通迎光面1200與背光面1202之通孔1204。第二型半導體層122具有第一部位1220，此第一部位1220位於迎光面1200上。第一電極126包含第一導電部1260以及第二導電部1262。第一導電部1260位於迎光面1200上。第二導電部1262位於背光面1202上。進一步來說，第一導電部1260位於第二型半導體層122上，且電性耦接於第二型半導體層122。

於一實施方式中，第一型半導體層120具有第一導電類型(例如：P型)，且第二型半導體層122具有不同於第一導電類型之第二導電類型(例如：N型)，但本發明不以前述配置為限。於其他實施方式中，第一型半導體層120可為N型半 導體層，而第二型半導體層122可為P型半導體層。此外，第一型半導體層120與第二型半導體層122之間可形成一PN接面而在界面處產生內部電場，並利用此內部電場將電子或電洞取出，進而產生電流而獲致電力。舉例來說，第一型半導體層120可為半導體基板(例如：矽晶圓)，而第二型半導體層122可為摻雜區。前述之摻雜區可透過於半導體基板的上部摻雜第二導電類型之離子(例如：磷離子)而形成。藉此，半導體基板與摻雜區之間可形成PN接面。

如第3圖所示。第一導電部1260與第二導電部1262經由通孔1204電性連接。於本實施方式中，第一導電部1260具有第一線寬W1，而第二導電部1262具有第二線寬W2。第二線寬W2係大於第一線寬W1。也就是說，太陽能電池12藉由太陽光所產生之電子或電洞可透過位於迎光面1200上之第一導電部1260，並經由通孔1204而導引至位於背光面1202上之第二導電部1262。因此，第一導電部1260可視為第一電極126的指狀電極，而第二導電部1262可視為第一電極126的匯流電極。接著，前述之電子或電洞可再藉由第二導電部1262而匯流至導電層13中(見第1圖)，因而導引電子或電洞至太陽能電池模組1外以供使用者所利用。

一般來說，為了提高太陽能電池的轉換率，通常會希望能降低迎光面上之導電線路對於太陽能板的遮擋。因此，在形成迎光面的導電線路的過程中所使用之網版之上柵格線的寬度應該儘量窄。然而，柵格線太細可能會造成形成導電線路之導電銀漿的厚度太薄，甚至有可能會進一步造成導電線 路的斷路。因此，於本實施方式中，由於電子或電洞可透過位於迎光面1200上之第一導電部1260，並經由通孔1204而導引至位於背光面1202上之第二導電部1262。藉此，可避免上述柵格線太細可能會造成的問題，且迎光面1200上可不配置匯流排。亦即，太陽能電池12的迎光面1200不受大面積的電極遮蔽，因而可降低遮光效應而導致的發電損失，並可提高矽晶太陽能電池12的光電轉化效率。

請再參照第3圖。如圖所示，於本實施方式中，第二型半導體層122可具有第二部位1222，此第二部位1222位於通孔1204中，且接觸於第一型半導體層120。亦即，第一型半導體層120鄰近於通孔1204處可具有PN接面。進一步來說，通孔1204中之第一導電部1260位於第二型半導體層122之第二部位1222上，且電性耦接於第二型半導體層122。藉此，不僅鄰近於迎光面1200之PN接面可產生內部電場，鄰近於通孔1204之PN接面亦可產生內部電場。因此，當照射光線的能量大於半導體層之能隙時，在太陽能電池12內部所產生電子或電洞不僅可透過鄰近迎光面1200上之第一導電部1260而引出，亦可透過鄰近通孔1204之第一導電部1260而引出，因而可提高矽晶太陽能電池12的光電轉化效率。

於本實施方式中，第二型半導體層122可具有第三部位1224，此第三部位1224位於第一型半導體層120之背光面1202上，且位於第一型半導體層120與第二導電部1262之間。亦即，第一型半導體層120鄰近於背光面1202處可具有PN接面。進一步來說，第二型半導體層122電性耦接於第二導電 部1262。藉此，半導體層鄰近於通孔1204之PN接面亦可產生內部電場。因此，當照射光線的能量大於半導體層之能隙時，在太陽能電池12內部所產生電子或電洞可透過鄰近背光面1202上之第二導電部1262而引出，因而可提高矽晶太陽能電池12的光電轉化效率。

一般來說，於習知的太陽能電池上，迎光面的導電線路比背光面的導電線路更細。進一步來說，在迎光面上，大多數晶體矽太陽能電池的設計都採用非常精細的導電線路，把有效區域採集到的光生電子傳遞到更大的採集導線母導電線路上，接著再傳遞到元件的電路系統中。因此，有些製造商會先印刷背光面的導電線，接著，將矽片翻過來再印刷迎光面的線路，從而最大程度地降低在加工過程中可能產生的損壞。因此，迎光面的印刷步驟需要更高的精度和準確性。

然而，於本實施方式中，第一導電部1260完整地覆蓋通孔1204。也就是說，第一導電部1260的第一線寬W1係大於通孔1204的孔徑。在此結構配置下，可藉由通孔1204來幫助第一導電部1260於太陽能電池12上的定位。亦即，在太陽能電池12的製造過程中，當第一導電部1260形成於第二型半導體層122上且遮蔽通孔1204時，即可確保第一導電部1260電性連接於第二導電部1262。因此，可降低迎光面1200的印刷步驟的精度和準確性，以提高太陽能電池12的製造流程中步驟上的彈性。

於本實施方式中，第二導電部1262呈扁平狀。也就是說，在太陽能電池12的製造過程中可降低第二導電部 1262的製作精度。進一步來說，本實施方式的太陽能電池12的匯流排可設置於背光面1202。因此，太陽能電池12的迎光面1200不受電極的遮蔽，因而可降低遮光效應而導致的發電損失，並可提高矽晶太陽能電12的光電轉化效率。於一些實施方式中，第二導電部1262可呈扁平圓盤狀，但本揭露不以此形狀配置為限。

於本實施方式中，太陽能電池12更包含第二電極128。第二電極128位於背光面1202上，且第二電極128與第二導電部1262電性絕緣。也就是說，太陽能電池12藉由太陽光所產生之電洞或電子可透過位於背光面1202上之第二電極128而匯流至導電層13中(見第1圖)。詳細而言，本實施方式之太陽能電池12更包含絕緣層127。絕緣層127位於背光面1202上，且至少部分位於第二電極128與第二導電部1262之間。藉此，可避免太陽能電池12之第一電極126與第二電極128彼此之間的電性干擾。

於本實施方式中，太陽能電池12更包含抗反射層124。抗反射層124位於第二型半導體層122與第一電極126之間。此外，於後續的共燒結製程中，第一電極126會與抗反射層124及第二型半導體層122作用，因而使得第一電極126可與第二型半導體層122電性連接。然而，於一實施方式中，可選擇性的在第二型半導體層122上形成抗反射層124。抗反射層124的形成方法舉例可為沈積製程或塗佈製程，但本發明不以此形成方法為限。抗反射層124可為單層或多層結構。抗反射層124的材料可包含，但不限於，氮化矽、氧化矽、氮氧化矽、 氧化鋅、氧化鈦、銦錫氧化物(ITO)、氧化銦、氧化鉍(bismuth oxide)、氧化錫(stannic oxide)、氧化鋯(zirconium oxide)，氧化鉿(hafnium oxide)、氧化銻(antimony oxide)、氧化釓(gadolinium oxide)、其它合適的材料、或上述至少二種材料之混合物。

於本實施方式中，於製造過程中會對太陽能電池12進行共燒結製程，使得第一電極126會與抗反射層124及第二型半導體層122作用，並使得導電材料向第二型半導體層122內擴散。因此，在前述製程下，第二型半導體層122與第一電極126之間會形成包含金屬矽化物之歐姆接觸層。藉此，第一電極126可與第二型半導體層122電性連接，以用來將太陽電池12接受光照後所產生的電子或電洞引出。

由以上對於本發明之具體實施方式之詳述，可以明顯地看出，本發明的太陽能電池的半導體層可具有通孔。由於電子或電洞可透過位於迎光面上之第一導電部，並經由通孔而導引至位於背光面上之第二導電部。藉此，迎光面上可不配置匯流排。亦即，太陽能電池的迎光面不受電極的遮蔽，因而可降低遮光效應而導致的發電損失，並可提高矽晶太陽能電池的光電轉化效率。此外，第二型半導體層可更位於通孔中以及位於第一型半導體層之背光面上，且接觸於第一型半導體層。因此，太陽能電池內部所產生電子或電洞不僅可透過鄰近迎光面上之第一導電部而引出，亦可透過鄰近通孔之第一導電部以及鄰近背光面上之第二導電部而引出，因而可提高矽晶太陽能電池的光電轉化效率。

Claims (8)

1. 一種太陽能電池，包含：一第一型半導體層，具有一迎光面、一背光面以及連通該迎光面與該背光面之一通孔；一第二型半導體層，位於該迎光面上；一第一電極，包含位於該迎光面上之一第一導電部以及位於該背光面上之一第二導電部，該第一導電部與該第二導電部經由該通孔電性連接，其中該第一導電部具有一第一線寬，該第二導電部具有一第二線寬，且該第二線寬係大於該第一線寬；一第二電極，位於該背光面上；一絕緣層，位於該背光面上，且至少部分該絕緣層位於該第二電極與該第二導電部之間；以及一抗反射層，部分覆蓋該第一型半導體層的該背光面，且至少位於該第一電極之該第二導電部與該絕緣層之間。
2. 如請求項1所述之太陽能電池，更包含：一上熱融性膠膜，設置於該迎光面上，並覆蓋該第一導電部，且該上熱融性膠膜之材質包含聚乙烯醋酸乙烯酯(Ethylene Vinyl Acetate；EVA)；一下熱融性膠膜，設置於該背光面上，並覆蓋該第二導電部，且該下熱融性膠膜之材質包含聚乙烯醋酸乙烯酯；一上蓋板，位於該上熱融性膠膜上方；以及一下蓋板，位於該下熱融性膠膜下方。
3. 如請求項1所述之太陽能電池，其中該第一導電部位於該第二型半導體層上，且電性耦接於該第二型半導體層。
4. 如請求項3所述之太陽能電池，其中該第二型半導體層更位於該通孔中。
5. 如請求項1所述之太陽能電池，其中該第二型半導體層更位於該第一型半導體層之該背光面上，且位於該第一型半導體層與該第二導電部之間。
6. 如請求項5所述之太陽能電池，其中該第二型半導體層電性耦接於該第二導電部。
7. 如請求項1所述之太陽能電池，其中該第一導電部完整地覆蓋該通孔。
8. 如請求項1所述之太陽能電池，其中該第二導電部呈扁平狀。