TWM472948U - 太陽能電池 - Google Patents

Description

太陽能電池

本創作是有關於一種太陽能電池，尤指一種抑制電勢誘發衰減(Potential Induced Degradation)的太陽能電池。

隨著石化能源日益枯竭和地球環境污染的不斷嚴重，使可再生能源和各種綠色能源得到了越來越多的重視。過去幾年的研究表明，電池組件長期在高溫及潮濕環境中使用容易導致電池組件的輸出功率衰減(FF,Voc,Jsc)，這些引起衰減的現象稱為電位誘發衰減效應(Potential Induced Degradation，PID)。

電位誘發衰減效應一般可區分為以下三種模式：半導體材料表面的活性區影響、半導體接面的性能衰減和分流現象，以及電解腐蝕及金屬導電離子遷移。一般來說，電位誘發衰減效應大多是由太陽能電池片的邊緣開始發生，因此，如何抑制太陽能電池片及其模組發生電位誘發衰減效應，改善電池組件的使用年限，是此領域之人士努力的方向。

本案創作人有鑑於上述缺失，且積累個人從事相關產業開發實務上多年之經驗，精心研究，終於提出一種設計合理且有效改善上述問題之結構。

本創作的主要目的，在於提供一種抑制電勢誘發衰減(PID)的太陽能電池，其係將一被覆層形成於第一型半導體基底的多個側表面上，以避免由太陽能電池片的邊緣發生電位誘發衰減效應。藉此，以有效的手段達到減小或完全排除太陽能電池發生電 位誘發衰退效應的機率，大幅提高太陽能組件的品質。

一種太陽能電池，包括：一半導體基底結構、一被覆層、一抗反射層、至少一第一電極及至少一第二電極。該半導體基底結構其包括：一第一型半導體基底及一第二型半導體粗糙化結構。該第一型半導體基底具有一第一表面、一第二表面及多個側表面。該第二型半導體粗糙化結構設置於該第一表面上。該被覆層設置於該多個側表面上。該抗反射層設置於該第二型半導體粗糙化結構上。該至少一第一電極與該第二型半導體粗糙化結構電連接。該至少一第二電極與該第一型半導體基底電連接。

本創作的有益效果可以在於，其透過“提供一被覆層形成於第一型半導體基底的多個側表面上”的設計，藉此，以有效的手段減小或者完全排除太陽能電池發生電位誘發衰退效應(PID effect)的機率。

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

1‧‧‧半導體基底結構

10‧‧‧第一型半導體基底

101‧‧‧第一表面

102‧‧‧第二表面

103‧‧‧側表面

11a‧‧‧第二型半導體粗糙化結構

11b‧‧‧粗糙化結構

12‧‧‧第一開口

13‧‧‧導電層

21‧‧‧被覆層

31‧‧‧抗反射層

41‧‧‧第一電極

42‧‧‧第二電極

圖1為本創作第一實施例的示意圖。

圖2為本創作第一實施例的第一型半導體基底的結構示意圖；圖3為本創作第一實施例的半導體基底結構的結構示意圖；圖4為本創作第一實施例的被覆層形成於多個側表面、粗糙化結構的邊緣及第二表面的邊緣上的結構示意圖；圖5為本創作第一實施例的抗反射層形成於第二型半導體粗糙化結構上的結構示意圖；圖6為本創作第一實施例的至少一第一電極形成於抗反射層上及至少一第二電極形成於第二表面上的結構示意圖；圖7為本創作第二實施例的被覆層形成於多個側表面及粗糙化結構及一由多個側表面延伸包覆在第二表面的邊緣上的結構示 意圖；圖8為本創作第二實施例的將抗反射層形成於第二型半導體粗糙化結構上的被覆層的結構示意圖；圖9為本創作第二實施例的至少一第一電極形成於抗反射層上及至少一第二電極形成於第二表面上的結構示意圖；圖10為本創作第三實施例的被覆層形成於多個側表面、第二表面及一由多個側表面延伸包覆在粗糙化結構的邊緣上的結構示意圖；圖11為本創作第三實施例的形成至少一第一開口於第二表面的被覆層上的結構示意圖；圖12為本創作第三實施例的形成至少一第一電極於抗反射層上及至少一第二電極形成於第二表面上的結構示意圖；圖13為本創作第四實施例的被覆層形成於多個側表面、粗糙化結構及第二表面的結構示意圖；圖14為本創作第四實施例的抗反射層形成於第二型半導體粗糙化結構上的結構示意圖；圖15為本創作第四實施例的至少一第一電極形成於抗反射層上及將至少一第二電極形成於第二表面上的結構示意圖。

〔第一實施例〕

請參考圖1所示，本創作第一實施例提供一種太陽能電池的製造方法，以下將詳述各步驟的具體內容。

步驟S10：請參閱圖2，首先，提供一半導體基底結構1，其包括：一第一型半導體基底10，其具有一第一表面101、一第二表面102及多個側表面103。請參閱圖3，接著，將第一型半導體基底10進行一粗糙化程序(Texturing process)，以形成一粗糙化結構11b於第一表面101。將摻雜物摻雜於粗糙化結構11b上，形成第二型半導體粗糙化結構11a。

在本實施例中，多個側表面103位於第一表面101與第二表面102之間，且第一型半導體基底10可以是單晶矽基底、多晶矽基底或類晶矽基底等，第一型半導體基底10其厚度約介於180至220微米(um)之間。然而，本創作不以此為限。第一型半導體基底10的第一表面101可以是入射光表面(Front surface)，而第一型半導體基底10的第二表面102可以是背光表面(Rear surface)。

在本實施例中，粗糙化程序可利用酸、鹼溶液清洗或蝕刻的方式於第一型半導體基底10的第一表面101形成粗糙化結構11b，例如大小不均的金字塔狀的結構，用以降低入射光第一次反射就折回的機率，換言之，即降低太陽光的反射率。

再者，粗糙化結構11b也可以形成於第一型半導體基底10的第一表面101或第一表面101及第二表面102，在本實施例中，粗糙化結構11b形成於第一表面101上。然而，本創作不以此為限。另外，將摻雜物摻雜於粗糙化結構11b上，以形成第二型半導體區域的半導體層，以作為太陽能電池的射極(Emitter layer)。其中，摻雜物可為硼、磷或砷等。並且，第一型半導體基底10為P型矽基質，第二型半導體粗糙化結構11a為N型射極層。同樣地，本具體實施例，第一型半導體基底10可為一N型矽基質，第二型半導體粗糙化結構11a為一P型射極層。

所述摻雜物可利用爐管擴散、網印、旋塗或噴霧法摻雜於第一型半導體基底10的粗糙化結構11b上，使第一型半導體基底10上形成有第一型半導體區域和第二型半導體區域，例如P型導電區域和N型導電區域，其中N型導電區域的電子會湧入P型導電區域，並填補其內的電洞。需說明的是，P型導電區域和N型導電區域的摻雜濃度可依實際需求而有所調整；另外，為使本創作的技術特徵更為具體明確，故以下將包含有第二型半導體粗糙化結構標示為11a。

進一步而言，第一型半導體基底10與第二型半導體粗糙化結構11a之間會形成一P-N界面，P-N界面附近會因電子-電洞的再結合而形成一載子空乏區，且P型導電區域和N型導電區域會因分別帶有負、正電荷而形成一內建電場。據此，當太陽光照射到P-N結構時，P型導電區域和N型導電區域會吸收太陽光而產生電子-電洞對，並由載子空乏區提供的內建電場讓電子在電池內流動。

步驟S12：隨後，將一被覆層21形成於多個側表面103上。被覆層21經電漿輔助化學氣相沈積(plasma enhanced CVD)、化學氣相沈積法(APCVD)、原子層沈積(ALD)或物理氣相沉積(PVD)於多個側表面103上，以將累積在封裝材料(通常為EVA或玻璃板)上的電荷沿著被覆層21的表面被導入第一型半導體基底10。

另外，必須說明的是被覆層21可為一層或多層所構成，且被覆層21必須完整地包覆多個側表面103。當被覆層21由一層所構成時，被覆層21為氧化鋁、氧化鈦、氧化鋯、氧化鉿、金屬氧化物的其中之一或其組合所構成的群組。當被覆層21由多層所構成時，被覆層21的外表面形成一保護層(圖未示)，保護層主要的目的在於，防止被覆層21被第一電極41、第二電極42及導電層13中的金屬元素破壞，藉此，抑制太陽能電池的邊緣發生電位誘發衰退效應(PID)的功效。該保護層為氮化矽、氮氧化矽的其中之一或其組合所構成的群組。在本實施例中，被覆層21由一層所構成，且被覆層21的厚度約為0.2~100nm之間。然而，本創作不以此為限。

請參閱圖4，將被覆層21形成於多個側表面103上時，會因電漿輔助化學氣相沈積(plasma enhanced CVD)、化學氣相沈積法(APCVD)、原子層沈積(ALD)或物理氣相沉積(PVD)等製程因素，延伸部分的被覆層21於粗糙化結構11b的邊緣及第二表面102的邊緣上，其中，延伸於粗糙化結構11b的邊緣及第二表面102 的邊緣上的長度為0.1mm~100mm之間。然而，本創作不以此為限。

步驟S14：請參閱圖5，將一抗反射層31(Anti-reflective layer)形成於粗糙化結構11b的被覆層21上，其可利用化學氣相沉積(CVD)或物理氣相沉積(PVD)等方式形成。需提及的是，抗反射層31除可降低太陽能電池表面載子的複合速度外，還能達到提高光電流及保護太陽能電池(如防刮傷、防溼氣)等功效。

步驟S16：形成至少一第一電極41及至少一第二電極42，且分別相對地與第二型半導體粗糙化結構11a及第一型半導體基底10電連接。其中，第一電極41及第二電極42可分別相對地設置於第二型半導體粗糙化結構11a及第一型半導體基底10上，或設置於第二型半導體粗糙化結構11a上或第一型半導體基底10的其中之一上。請參閱圖6，在本實施例中，將至少一第一電極41形成於抗反射層31上，電連接於第二型半導體粗糙化結構11a，且將至少一第二電極42形成於第二表面102上，電連接於第一型半導體基底10。然而，本創作電極形成的位置不以此為限。

其中，步驟S16更進一步包括：將一導電膠形成於抗反射層31上，接著進行一高溫燒結程序，藉由金屬化過程形成至少一第一電極41，其中，每一個第一電極41通過抗反射層31電連接於第二型半導體粗糙化結構11a。然後，再將導電膠形成於第二表面102上，接著進行高溫燒結程序，藉由金屬化過程形成至少一第二電極42，其中，每一個第二電極42電連接於第一型半導體基底10。最後，將導電層13形成於第二表面102上的至少一第二電極42以外的面積形成背電場。然而，本創作電極形成的位置不以此為限。

具體而言，抗反射層31及第二表面102上的導電膠可利用局部網印或塗佈等方式形成。再者，導電膠含有的材質可以是銀及鋁或其組合所構成的群組。高溫燒結程序可於570℃~840℃的溫 度範圍下進行烘烤燒結，以去除導電膠中的可揮發溶劑。更詳細地說，在高溫燒結的過程中，抗反射層31及第二表面102上的導電膠會因分子結構產生變化分別地電連接於第二型半導體粗糙化結構11a及第一型半導體基底10。

接著，將導電膠大致填滿第二表面102上的至少一第二電極42以外的面積，接著進行高溫燒結程序將導電膠金屬化形成一導電層13。其中，導電膠含有的材質可以是銀及鋁或其組合所構成的群組。

其中，每一個高溫燒結程序分為預燒結、燒結、降溫冷卻三個階段，以固化導電膠形成至少一第一電極41、至少一第二電極42及導電層13。據此，太陽能電池可透過至少一第一電極41和至少一第二電極42與外部載子的連結，將經光、電轉換反應的電子傳遞至外界。

必須強調的是本實施例中，太陽能電池是雙面接觸型的太陽能電池，但上述有關本創作的所有特徵也適用於背接觸太陽能電池或其他形式的太陽能電池。

〔第二實施例〕

本創作第二實施例提供一種太陽能電池的製造方法，其與前述的第一實施例的不同之處在於，將一被覆層21形成於多個側表面103及一粗糙化結構11b上。另外，本創作的步驟S10，同於前文第一實施例所述，故在此不再贅述。以下將詳述差異的具體內容。

另外，必須說明的是被覆層21除了與至少一第一電極41的接觸區域外，被覆層21必須完整地包覆多個側表面103及第二型半導體粗糙化結構11a，且被覆層21可為一層或多層所構成。在本實施例中，被覆層21由一層所構成，且被覆層21的厚度約為0.2~100nm之間。然而，本創作不以此為限。請參閱圖7，被覆層21形成於多個側表面103及粗糙化結構11b上時，會因製程因素 延伸部分的被覆層21於第二表面102的邊緣上。

接著，請參閱圖8，將一抗反射層31形成於粗糙化結構11b的被覆層21上。然後，請參閱圖9，將至少一第一電極41形成於抗反射層31上，接著進行高溫燒結程序，電連接於第二型半導體粗糙化結構11a。將至少一第二電極42形成於第二表面102上，接著進行一高溫燒結程序，電連接於第一型半導體基底10。最後，將導電層13形成於第二表面102上的至少一第二電極42以外的面積形成背電場。然而，本創作電極形成的位置不以此為限。

〔第三實施例〕

本創作第三實施例提供一種太陽能電池的製造方法，其與前述的第一實施例的不同之處在於，將被覆層21形成於第一型半導體基底10的多個側表面103及第二表面102上。另外，本創作的步驟S10，同於前文第一實施例所述，故在此不再贅述。以下將詳述差異的具體內容。

另外，必須說明的是，被覆層21除了與至少一第二電極42的接觸區域外，被覆層21必須完整地包覆第二表面102及多個側表面103，且被覆層21可為一層或多層所構成。在本實施例中，被覆層21由一層所構成，且被覆層21的厚度約為0.2~100nm之間。然而，本創作不以此為限。請參閱圖10，被覆層21形成於多個側表面103及第二表面102上時，會因製程因素延伸部分的被覆層21於粗糙化結構11b的邊緣上。

接著，請參閱圖11，將一抗反射層31直接形成於粗糙化結構11b。然後，如同步驟S16所述，請參閱圖12，將至少一第一電極41形成於抗反射層31上，電連接於第二型半導體粗糙化結構11a，且將至少一第二電極42形成於第二表面102上，電連接於第一型半導體基底10。最後，將導電層13形成於第二表面102上的至少一第二電極42以外的面積形成背電場。然而，本創作電極形成的位置不以此為限。

其中，步驟S16更進一步包括：形成至少一第一開口12於第二表面102的被覆層21上，其中，至少一第一開口12貫穿被覆層21直達第二表面102，主要的目的是為了，於至少一第一開口12填充導電膠，經高溫燒結程序將導電膠金屬化，形成導電層13與第一型半導體基底10相互接觸。舉例來說，至少一第一開口12形成於第二表面102的被覆層21上的可金屬化區域。換言之，至少一第一開口12可以形成於至少一第二電極42的區域上，以及被覆層21與導電層13相連接的區域。更進一步來說，也可直接藉由高溫燒結程序將導電膠金屬化，不需於的被覆層21上形成第一開口12。然而，本創作不以此為限。

具體而言，將一導電膠形成於抗反射層31上，接著進行一高溫燒結程序，形成至少一第一電極41於抗反射層31上，且電連接於第二型半導體粗糙化結構11a。接著，將一導電膠形成於至少一第一開口12上，接著進行一高溫燒結程序，藉由金屬化過程形成至少一第二電極42。將導電膠大致填滿第二表面102上的至少一第二電極42以外的面積，進行高溫燒結程序將導電膠金屬化形成一導電層13。其中，每一個第二電極42通過至少一第一開口12電連接於第一型半導體基底10，換言之，本實施例以至少一第一開口12作為至少一第二電極42與第一型半導體基底10的連接。

在本實施例中，至少一第一開口12形成在至少一第二電極42的位置。其中，形成至少一第一開口12的步驟可利用雷射(Laser)或蝕刻(Etching)等方式，其中蝕刻程序所使用的蝕刻液可選自磷酸、氫氟酸或硝酸。再者，至少一第一開口12可為圓孔狀或線條狀，至少一第一開口12的態樣並不限定。

〔第四實施例〕

請參閱圖13，本創作第四實施例提供一種太陽能電池的製造方法，其與前述的第三實施例的不同之處在於，將一被覆層21 形成於多個側表面103、粗糙化結構11b及第一型半導體基底10的第二表面102。另外，本創作的步驟S10，同於前文第三實施例所述，故在此不再贅述。以下將詳述差異的具體內容。

必須說明的是，被覆層21除了與至少一第二電極42及至少一第二電極42的接觸區域外，被覆層21必須完整地包覆多個側表面103、粗糙化結構11b及第二表面102，且被覆層21可為一層或多層所構成。在本實施例中，被覆層21由一層所構成，且被覆層21的厚度約為0.2~100nm之間。然而，本創作不以此為限。

接著，請參閱圖14，將一抗反射層31形成於粗糙化結構11b的被覆層21上。最後，如同步驟S16所述，請參閱圖15，將至少一第一電極41形成於抗反射層31上，電連接於第二型半導體粗糙化結構11a。接著，將至少一第二電極42形成於第二表面102上，電連接於第一型半導體基底10。最後，將導電層13形成於第二表面102上的至少一第二電極42以外的面積形成背電場。然而，本創作電極形成的位置不以此為限。

〔實施例的可能功效〕

1、本創作提供一種抑制電勢誘發衰減(PID)太陽能電池，可以有效地抑制電勢誘發衰減且衰減值不超過5%。

2、本創作提供一種抑制電勢誘發衰減(PID)太陽能電池，利用將被覆層形成於第一型半導體基底的多個側表面上。

藉此，以有效的手段達到減小或者完全排除太陽能電池發生電位誘發衰退效應的機率，大幅提高太陽能組件的品質。

以上所述僅為本創作之較佳可行實施例，非因此侷限本創作之專利範圍，故舉凡運用本創作說明書及圖式內容所為之等效技術變化，均包含於本創作之範圍內。

1‧‧‧半導體基底結構

10‧‧‧第一型半導體基底

101‧‧‧第一表面

102‧‧‧第二表面

103‧‧‧側表面

11a‧‧‧第二型半導體粗糙化結構

11b‧‧‧粗糙化結構

13‧‧‧導電層

21‧‧‧被覆層

31‧‧‧抗反射層

41‧‧‧第一電極

42‧‧‧第二電極

Claims (12)

1. 一種太陽能電池，包括：一半導體基底結構，其包括：一第一型半導體基底，具有一第一表面、一第二表面及多個側表面；以及一第二型半導體粗糙化結構，設置於所述第一表面上；一被覆層，設置於所述多個側表面上；一抗反射層，設置於所述粗糙化結構上；至少一第一電極，其與所述第二型半導體粗糙化結構電連接；以及至少一第二電極，其與所述第一型半導體基底電連接。
2. 如申請專利範圍第1項所述之太陽能電池，其中所述被覆層為氧化鋁、氧化鈦、氧化鋯、氧化鉿、金屬氧化物的其中之一或其組合所構成的群組。
3. 如申請專利範圍第1項所述之太陽能電池，其中所述被覆層更進一步包括：所述被覆層的外表面具有一保護層，所述保護層為氮化矽、氮氧化矽的其中之一或其組合所構成的群組。
4. 如申請專利範圍第1項所述之太陽能電池，其中所述第一型半導體基底為一多晶矽基底、一單晶矽基底或一類晶矽基底。
5. 如申請專利範圍第1項所述之太陽能電池，其中所述第一型半導體基底為一P型矽基質，所述第二型半導體粗糙化結構為一N型射極層或所述第一型半導體基底為一N型矽基質，所述第二型半導體粗糙化結構為一P型射極層。
6. 如申請專利範圍第1項所述之太陽能電池，其中所述被覆層厚度為0.2~100nm之間。
7. 如申請專利範圍第1項所述之太陽能電池，其中更進一步包 括：一被覆層，設置於所述多個側表面上、所述粗糙化結構的邊緣上及所述第二表面的邊緣上。
8. 如申請專利範圍第1項所述之太陽能電池，其中更進一步包括：一被覆層，設置於所述多個側表面、所述粗糙化結構及所述第二表面的邊緣上。
9. 如申請專利範圍第1項所述之太陽能電池，其中更進一步包括：一被覆層，設置於所述多個側表面、所述第二表面及所述粗糙化結構的邊緣上。
10. 如申請專利範圍第9項所述之太陽能電池，其中所述第二表面上設有一導電層，所述第一型半導體基底與所述導電層之間具有至少一第一開口。
11. 如申請專利範圍第1項所述之太陽能電池，其中更進一步包括：一被覆層，設置於所述多個側表面、所述粗糙化結構及所述第二表面。
12. 如申請專利範圍第11項所述之太陽能電池，其中所述第二表面上設有一導電層，所述第一型半導體基底與所述導電層之間具有至少一第一開口。