TWI695516B - 雙面太陽能電池及其背面電極結構 - Google Patents
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Abstract
本發明提供一種雙面太陽能電池的背面電極結構，包含複數主柵，彼此相互平行排列；以及複數輔助柵，電性連接且交錯排列於該些主柵之間，使得該些主柵彼此電性連接。本發明還提供一種雙面太陽能電池，包含上述的背面電極結構。
Description
本發明係有關於一種雙面太陽能電池的背面電極結構，且特別是有關於一種具有輔助柵交錯排列的背面電極結構。
傳統PERC(Passivated emitter and rear cell)電池之背面具有鈍化層，該鈍化層的材料透過雷射剝除後電極採用整面之金屬電極網印，經由高溫燒結使金屬電極在雷射開孔處可形成鋁/矽共金層(eutectic layer)。然而，整面鋁電極之作法在高溫的共金過程中存在鋁矽劇烈反應，造成大量矽被析出，在電極接觸區形成孔隙(void)或無法形成均勻且良好的共金層，造成接觸或背場(back side surface,BSF)之不良影響。
因此，開發一種具有改良式背面電極結構的雙面太陽能電池是目前亟待解決的問題。
本發明將傳統PERC電池之全鋁背電極改以局部柵狀電
極取代，降低鋁矽共金時的劇烈反應、使電池可雙面吸收太陽光。此外，輔助柵之交錯設計可增加背面電極與鋁背場之接觸面積、提升載子蒐集率，有助於提升電池轉換效率。
本發明一實施例提供之雙面太陽能電池的背面電極結構，包含複數主柵以及複數輔助柵。這些主柵彼此相互平行排列，而這些輔助柵電性連接且交錯排列於這些主柵之間，使得這些主柵彼此電性連接。
本發明另一實施例提供一種雙面太陽能電池，包含半導體基板、半導體層、第一電極、第二電極以及鈍化層。該半導體基板具有第一表面以及相對於該第一表面的第二表面。該半導體層設置於該半導體基板的該第一表面上。該第一電極設置於該半導體層上。該第二電極設置於該第二表面上且具有如上述的背面電極結構。該鈍化層設置於該半導體基板的該第二表面上且具有一開口以容置該第二電極的該主柵。
為讓本發明之上述目的、特徵及優點能更明顯易懂，下文特舉一較佳實施例，並配合所附的圖式，作詳細說明如下。
10、20、30:雙面太陽能電池
100:背面電極結構
101:主柵
102:輔助柵
21:半導體基板
211:第一表面
212:第二表面
22:半導體層
23:第一電極
24:第二電極
25:鈍化層
251:開口
圖1是本發明一實施例之雙面太陽能電池的背面電極結構的示意圖。
圖2A至圖2C是本發明另一實施例之背面電極結構的變化示
意圖。
圖3A是本發明一實施例之雙面太陽能電池的示意圖。
圖3B是本發明另一實施例之雙面太陽能電池的示意圖。
以下將參考圖式來全面地描述本發明的例示性實施例，但本發明還可按照多種不同形式來實施，且不應解釋為限於本文所述的實施例。在圖式中，為了清楚起見，各區域、部位及層的大小與厚度可不按實際比例繪製。為了方便理解，下述說明中相同的元件將以相同之符號標示來說明。
本發明提供一種雙面太陽能電池的背面電極結構，在相同電極面積的條件下，相較於平行柵狀或網格狀的背面電極結構，本發明的背面電極結構利用輔助柵交錯設計，能夠有效提升雙面太陽能電池的載子蒐集率以及光電轉換效率。
圖1是本發明一實施例之雙面太陽能電池的背面電極結構的示意圖。如圖1所示，本發明提供一雙面太陽能電池10的背面電極結構100，包含複數主柵101及複數輔助柵102。該些主柵101彼此平行排列，其中相鄰兩條主柵101之間的夾角數值低於5度。這些輔助柵102電性連接且交錯排列於這些主柵101之間，使得這些主柵101彼此電性連接。本發明所提及“這些輔助柵102電性連接且交錯排列於這些主柵101之間”係指該些輔助柵102從一條主柵101連接至相鄰兩側的主柵101時不會在相同的主柵位
置上，換言之，主柵101兩側的輔助柵102總和等於主柵101與輔助柵102的交點總和。本發明所提及“使得這些主柵101彼此電性連接”係指每個主柵101之間至少存在一條輔助柵102，使全部主柵101能夠彼此電性連接。
在一實施例中，這些輔助柵102交錯排列於至少一主柵101的兩側。在另一實施例中，至少一主柵101兩側的這些輔助柵102之間的距離為相同，換言之，部分主柵101兩側的這些輔助柵102之間的距離可為不同。在其他實施例中，全部主柵101之間的輔助柵102都以等距交錯排列。
如圖1所示，這些主柵101與這些輔助柵102呈垂直排列。圖2A至圖2C是本發明另一實施例之背面電極結構的變化示意圖。如圖2A及圖2B所示，這些主柵101與這些輔助柵102可以呈一傾斜角度排列。
在一實施例中，輔助柵102基本上是能夠連接於這些主柵101之間的連續線條，每一該輔助柵的形狀可包含直線、曲線、折線、波形線或其組合，但不以此為限。本發明的輔助柵102的排列及形狀可有不同的組合，舉例來說，如圖2A至圖2C所示，圖2A中的輔助柵102為直線且與主柵101呈一傾斜角度排列；圖2B中的輔助柵102為曲線且與主柵101呈一傾斜角度排列；圖2C中的輔助柵102為波形線且與主柵101呈垂直排列，但不以此為限。
在一實施例中，每一主柵101的寬度為10微米至1000
微米，長度為50微米至200毫米，間距為400微米至200毫米。如果主柵101的寬度、長度或間距過大時，可能造成電流、填充因子與電池轉換效率下降；如果主柵101的寬度、長度或間距過小時，可能造成電流與開路電壓下降。在一實施例中，每一輔助柵102的寬度為30微米至2000微米，長度為50微米至3000微米。如果輔助柵102的寬度/長度過大時，可能造成電流、填充因子與電池轉換效率下降；如果輔助柵102的寬度/長度過小時，可能造成電流與開路電壓下降。在另一實施例中，這些主柵101與這些輔助柵102的寬度可為相同。
本發明的背面電極結構100的製備方法可採用網版印刷方式將金屬膠先形成於雙面太陽能電池10的背面，接著再以600℃至800℃的溫度進行燒結形成本發明的主柵101與輔助柵102，但本發明的製備方法並不以此為限。在一實施例中，主柵101與輔助柵102的材料可獨立地包含鋁、銀或其組合，但也可以包含其他金屬，並不以此為限。在另一實施例中，主柵101與輔助柵102的材料係由鋁膠燒結所形成。在其他實施例中，主柵101與輔助柵102可由至少兩層金屬堆疊，例如鋁/銀或鋁/銅，以提升電極導電性。
圖3A是本發明一實施例之雙面太陽能電池的示意圖。圖3B是本發明另一實施例之雙面太陽能電池的示意圖。如圖3A及圖3B所示，本發明提供一雙面太陽能電池20、30，包含半導體基板21、半導體層22、第一電極23、第二電極24以及鈍化層25。
半導體基板21具有第一表面211以及相對於該第一表面211的第二表面212。半導體層22設置於半導體基板21的第一表面211上。第一電極23設置於半導體層22上。第二電極24設置於第二表面212上且具有如上述本發明的背面電極結構100。鈍化層25設置於半導體基板21的第二表面212上且具有一開口251以容置第二電極24的主柵101。
在一實施例中，當半導體基板21為一P型摻雜半導體時，半導體層22為一N型摻雜半導體；以及當半導體基板21為一N型摻雜半導體時，半導體層22為一P型摻雜半導體。在一實施例中，第一電極23與第二電極24的材料包含銀、鋁或其組合，但也可以包含其他金屬，並不以此為限。在一實施例中，鈍化層25的材料包含氧化鋁、氧化矽、氮化矽、多晶矽或其組合。在一實施例中，鈍化層25的開口251可利用雷射對鈍化層25進行開口，讓半導體基板21裸露於鈍化層25的開口251中並與主柵101直接接觸。只要能夠移除鈍化層25形成開口251，其製備方法並不以此為限。
本發明的雙面太陽能電池20、30可參考台灣專利公告號I596788B，其專利公告的內容併入本案供參考，但雙面太陽能電池的結構並不以此為限。
圖3A及圖3B的雙面太陽能電池20、30主要差異在於輔助柵102是否與半導體基板21接觸。如圖3A所示，輔助柵102容置於開口251內且與半導體基板21接觸。如圖3B所示，輔助
柵102設置於鈍化層25上且不與半導體基板21接觸，換言之，在製作開口251時輔助柵102下的鈍化層被保留並沒有被移除。
[雙面太陽能電池製作]
使用6 inch之P型矽基材製造雙面太陽能電池，基材厚度為200微米。接著，在850℃使用氧氯化磷(phosphorus oxychloride，POCl3)在矽基材正面進行擴散而製造成的PN接面。去除擴散過程中形成的磷矽玻璃，並對矽基材背面進行拋光處理。然後，在矽基材的正面形成一層氮化矽膜、在矽基材的背面形成氧化鋁膜與氮化矽膜鈍化層。之後，利用雷射剝除方式在背面電極區域將鈍化層移除，分別在矽基材正背面以網印方式將銀導電膠及鋁導電膠形成在正面電極及背面電極區域上，最後，以溫度800℃共燒後得到一雙面太陽能電池。
實施例1
如上述所製備出的雙面太陽能電池，其中背面電極具有一背面電極結構，包含205條相互平行的鋁主柵(寬度為160微米，長度為154毫米，鋁主柵中心至中心的間距為750微米)以及12條交錯排列的鋁輔助柵(每一條鋁輔助柵係由102條或103條分段的小鋁輔助柵所構成，每一小鋁輔助柵的寬度為160微米、長度為590微米，鋁輔助柵中心至中心的間距為13毫米)，其中鋁主柵與鋁輔助柵呈垂直排列，如圖1所示。而實施例1的背面電極結構佔整個矽基材背面面積的21.2%。
在雷射剝除鈍化層的步驟中，只有剝除鋁主柵下的鈍化
層(雷射剝除的線寬為40微米)，使得鋁輔助柵下的鈍化層被保留，因此沒有與矽基材接觸。
實施例2
如上述所製備出的雙面太陽能電池，其中背面電極具有一背面電極結構，包含205條相互平行的鋁主柵(寬度為160微米，長度為154毫米，鋁主柵中心至中心的間距為750微米)以及12條交錯排列的鋁輔助柵(每一條鋁輔助柵係由102條或103條分段的小鋁輔助柵所構成，每一小鋁輔助柵的寬度為160微米、長度為590微米，鋁輔助柵中心至中心的間距為13毫米)，其中鋁主柵與鋁輔助柵呈垂直排列，如圖1所示。而實施例2的背面電極結構佔整個矽基材背面面積的21.2%。
在雷射剝除鈍化層的步驟中，除了剝除鋁主柵下的鈍化層，同時將鋁輔助柵下的鈍化層一併剝除(雷射剝除的線寬皆為40微米)，使得鋁輔助柵與矽基材直接接觸。
比較例1
如上述所製備出的雙面太陽能電池，其中背面電極具有一背面電極結構，包含205條相互平行的鋁主柵(寬度為160微米，長度為154毫米，鋁主柵中心至中心的間距為750微米)，其中鋁主柵與矽基材直接接觸。而比較例1的背面電極結構佔整個矽基材背面面積的20.75%。
在比較例1中，背面電極結構並未設置鋁輔助柵。
比較例2
如上述所製備出的雙面太陽能電池，其中背面電極具有一網格狀的背面電極結構，包含205條相互平行的鋁主柵(寬度為160微米，長度為154毫米，間距為750微米)以及6條連續垂直排列的鋁輔助柵(寬度為160微米，長度為154微米，鋁輔助柵中心至中心的間距為26毫米)，其中每一條鋁輔助柵為貫穿連接所有鋁主柵的直線。而比較例2的背面電極結構佔整個矽基材背面面積的21.2%。
在雷射剝除鈍化層的步驟中，除了剝除鋁主柵下的鈍化層，同時將鋁輔助柵下的鈍化層一起剝除，使得鋁輔助柵與矽基材直接接觸。
[雙面太陽能電池測試結果]
將本發明之實施例1~2以及比較例1~2的雙面太陽能電池進行性能參數測試並將I-V電性量測數據進行比對，其相關性能參數測試結果如表1所示。
由表1可知，相較於比較例1，背面電極結構具有輔助柵者的電流密度有明顯的提升，進而增進光電轉換效率。相較於比較例2，本發明具有交錯排列輔助柵的實施例1~2可以有效提升雙面太陽能電池的填充因子及轉換效率。從實施例1~2可知，若輔助柵有與矽基材接觸，還可再進一步提升雙面太陽能電池的填充因子及轉換效率。
雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。
10：雙面太陽能電池 100：背面電極結構 101：主柵 102：輔助柵
Claims (15)
- 一種雙面太陽能電池的背面電極結構，包括：複數主柵，彼此相互平行排列；以及複數輔助柵，電性連接且交錯排列於該些主柵之間，使得該些主柵彼此電性連接，且連接同一個所述主柵的所述複數輔助柵在與該些主柵的延伸方向垂直的方向上彼此交錯。
- 如申請專利範圍第1項所述的雙面太陽能電池的背面電極結構，其中該些輔助柵交錯排列於至少一該主柵的兩側。
- 如申請專利範圍第2項所述的雙面太陽能電池的背面電極結構，其中至少一該主柵兩側的該些輔助柵之間的距離為相同。
- 如申請專利範圍第1項所述的雙面太陽能電池的背面電極結構，其中該些主柵與該些輔助柵呈垂直排列。
- 如申請專利範圍第1項所述的雙面太陽能電池的背面電極結構，其中每一該輔助柵的形狀包含直線、曲線、折線、波形線或其組合。
- 如申請專利範圍第1項所述的雙面太陽能電池的背面電極結構，其中每一該主柵的寬度為10微米至1000微米，長度為50微米至200毫米，間距為400微米至200毫米。
- 如申請專利範圍第1項所述的雙面太陽能電池的背面電極結構，其中每一該輔助柵的寬度為30微米至2000微米，長度為50微米至3000微米。
- 如申請專利範圍第1項所述的雙面太陽能電池的背面電極結構，其中該些主柵與該些輔助柵的寬度為相同。
- 如申請專利範圍第1項所述的雙面太陽能電池的背面電極結構，其中每一該些主柵與該些輔助柵的材料獨立地包含鋁、銀或其組合。
- 一種雙面太陽能電池，包括：一半導體基板，具有一第一表面以及相對於該第一表面的一第二表面；一半導體層，設置於該半導體基板的該第一表面上；一第一電極，設置於該半導體層上；一第二電極，設置於該第二表面上，該第二電極具有如申請專利範圍第1項所述的背面電極結構；一鈍化層，設置於該半導體基板的該第二表面上，該鈍化層具有一開口以容置該第二電極的該主柵。
- 如申請專利範圍第10項所述的雙面太陽能電池，其中當該半導體基板為一P型摻雜半導體時，該半導體層為一N型摻雜半導體；以及當該半導體基板為一N型摻雜半導體時，該半導體層為一P型摻雜半導體。
- 如申請專利範圍第10項所述的雙面太陽能電池，其中該第一電極與該第二電極的材料包含銀、鋁或其組合。
- 如申請專利範圍第10項所述的雙面太陽能電池，其中該鈍化層的材料包含氧化鋁、氧化矽、氮化矽、多晶矽或其組合。
- 如申請專利範圍第10項所述的雙面太陽能電池，其中該輔助柵設置於該鈍化層上且不與該半導體基板接觸。
- 如申請專利範圍第10項所述的雙面太陽能電池，其中該輔助柵容置於該開口內且與該半導體基板接觸。
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