TWM526758U - 太陽能電池 - Google Patents

Description

太陽能電池

本創作係關於一種太陽能電池，尤其是一種太陽能電池背面指狀電極的結構。

太陽能電池是當前發展最成熟以及應用最廣泛的綠色能源技術，為了提高太陽能電池的發電效率以及降低發電成本，各種太陽能電池結構不斷被開發出來。太陽能電池大致可分為矽基太陽能電池、化合物半導體太陽能電池及有機太陽能電池等三種，其中又以矽基太陽能電池的技術最為成熟也最為普及，尤其矽單晶太陽能電池的轉換效率更是居所有太陽能電池之冠。

目前已發表之具高轉換效率的矽晶太陽能電池有異質接面結合本質矽薄膜太陽能電池（HIT, Hetero-junction with Intrinsic Thin Layer）、指叉式背電極太陽能電池（IBC, Interdigitated Back Contact）、雙面發電太陽能電池（Bifacial）、射極鈍化背面局部擴散太陽能電池（PERC, Passivated Emitter Rear Locally Diffused Cell）。

習知在製造射極鈍化背面局部擴散太陽能電池的時候，必須先透過雷射剝蝕（laser ablation）的方式來蝕穿位於背面的抗反射層和鈍化層，使位於鈍化層下方的半導體層裸露出來。其中雷射剝蝕出來的開口通常呈一連續直線，且彼此沿垂直於其長度方向以相同的間隔整齊排列。接著透過網印的方式將鋁漿刮入雷射剝蝕出來的開口中並覆蓋於射極鈍化背面局部擴散電池太陽能背面，再施加熱處理使鋁漿燒結就可以在太陽能電池的背面形成整面的背面電極。

接著進行燒結，填充於雷射剝蝕出之開口中的鋁漿的鋁原子會擴散入半導體基板中，因而在太陽能電池的背面形成多個背電場區（back surface field, BSF），其有助於提高自太陽能電池正面入射之太陽光的光電轉換效率。習知射極鈍化背面局部擴散電池太陽能背面電極係全面覆蓋於太陽能電池背面，成本較高且沒有辦法透光，故習知射極鈍化背面局部擴散電池太陽能僅能單面受光，效率仍有其極限。

本創作提出一種太陽能電池，包含：半導體基板，其摻雜有一第一型摻質，且具有第一表面與相對於第一表面之第二表面；第一鈍化層，覆蓋第一表面，具有複數第一開口區，每一第一開口區包含複數第一開口；第一抗反射層，覆蓋第一鈍化層，具有複數第二開口區，每一第二開口區對應於一第一開口區，每一第二開口區包含複數第二開口；複數背電場區，位於第一表面，每一背電場區對應於一第一開口；複數背面指狀電極，彼此間隔排列地設置於第一抗反射層上，背面指狀電極經由第二開口與第一開口而與背電場區接觸；其中，各個背面指狀電極所對應之第一開口區的總開口面積係彼此相同。

於本創作之其中一概念中，上述太陽能電池之各個背面指狀電極所對應之第二開口區的總開口面積彼此相同。

於本創作之其中一概念中，上述太陽能電池之背面指狀電極彼此平行，且各個背面指狀電極之寬度彼此相同。

於本創作之其中一概念中，上述太陽能電池之各個背面指狀電極之長度彼此相同。

於本創作之其中一概念中，上述太陽能電池之任一背面指狀電極沿垂直於半導體基板之方向上覆蓋至少二個相互獨立之背電場區。

於本創作之其中一概念中，其中該第一開口的形狀係呈直線狀、虛線狀、點狀或其組合。

於本創作之其中一概念中，其中該第二開口的形狀係呈直線狀、虛線狀、點狀或其組合。

於本創作之其中一概念中，其中該第二開口的形狀與尺寸與其所對應之該第一開口的形狀與尺寸相同。

於本創作之其中一概念中，上述太陽能電池之任一該背面指狀電極透過相鄰二該第一開口區與二該第二開口區與二相互獨立之背電場區接觸。

請參照第1圖至第3圖，分別為傳統太陽能電池之背面指狀電極示意圖、雷射刻痕示意圖以及太陽能電池之剖面示意圖，揭露一種二面均可發電之傳統太陽能電池9，其中第1圖繪示了太陽能電池9的背面指狀電極906，第2圖繪示了位於太陽能電池9的背面指狀電極906下方的雷射刻痕90a。太陽能電池9之背面係形成有多個寬度均為W1的背面指狀電極906，每個背面指狀電極906的下方均有一道雷射刻痕90a，背面指狀電極906透過雷射刻痕90a電性連接於半導體基板901。

背面指狀電極906的形成方式係透過網板印刷方式將導電漿形成於太陽能電池9的背面，導電漿優選為含鋁成份之漿料，然後再透過熱處理使導電漿燒結成背面指狀電極906。在燒結過程中，鋁原子會擴散入半導體基板901，而鋁和硼同屬於ⅢA族元素，因此鋁原子擴散入半導體基板901的局部區域（亦即半導體基板901的表面9011與各背面指狀電極906相互接觸的區域）會形成多個局部P型摻雜濃度較高的一個背電場區905 (Local Back Surface Field)。背電場區905的存在有助於將太陽能電池9底部所產生的載子侷限在p-n接面，進而提高光電流。也就是說，太陽能電池9背面的所有背電場區905的面積總和愈大，則太陽能電池9正面的光電轉換效率就會愈高。

第3圖揭露的太陽能電池9的每一個背面指狀電極906均只覆蓋一道雷射刻痕90a，每道雷射刻痕90a係透過特定功率的雷射燒穿太陽能電池9背面之抗反射層904與鈍化層903所形成。如第3圖所示，雷射會在抗反射層904形成開口904a，以及在鈍化層903形成開口903a，開口904a與903a構成了雷射刻痕90a。如欲增加背面指狀電極906與背電場區905的接觸，則須同時增加雷射刻痕90a與其上的背面指狀電極906的數量。如此一來就必須降低雷射刻痕90a與背面指狀電極906的寬度或減少雷射刻痕90a與背面指狀電極906的間距，而背面指狀電極906的寬度減少時會遇到形成不易的問題，若僅減少間距，則太陽能電池9背面被背面指狀電極906所覆蓋的比率將會提高，使得太陽能電池9背面的入光量就會減少，進而導致太陽能電池9背面的發電效率下降。

有別於傳統太陽能電池9，本發明各實施例的太陽能電池的其中一個特點在於每一背面指狀電極覆蓋至少二個開口，換言之，每一背面指狀電極覆蓋至少二個背電場區，茲詳細說明如下。

請參照第4圖與第5圖，分別為本發明第一實施例之太陽能電池的雷射刻痕示意圖以及剖面示意圖，第4圖揭露太陽能電池1之雷射刻痕10a之俯視圖。第5圖揭露一太陽能電池1，其包含半導體基板101、第一摻質層102、第一鈍化層103、第一抗反射層104、複數背電場區105、複數背面指狀電極106、第二摻質層107、第二鈍化層108、第二抗反射層109及複數正面指狀電極110。半導體基板101本身摻雜有第一型摻質，在本實施例中，第一型摻質係為P型摻質（例如ⅢA族元素之硼）。

本實施例之太陽能電池1的背面的結構特徵如下所述。半導體基板101具有一第一表面1011與相對於第一表面1011之一第二表面1012。半導體基板101之第一表面1011形成有一第一摻質層102，第一摻質層102中摻雜有P型摻質，第一摻質層102之P型摻質的濃度大於半導體基板101之P型摻質的濃度。第一鈍化層103位於第一摻質層102上且覆蓋整個第一表面1011，具有複數第一開口區103a，每一第一開口區103a具有複數第一開口1031，如第5圖所示，第一開口區103a包含有二個第一開口1031。第一抗反射層104位於第一鈍化層103上，具有個別對應於複數第一開口區103a之複數第二開口區104a，每一第二開口區104a具有複數第二開口1041，每一個第二開口1041的尺寸與其所對應之第一開口1031的尺寸相同，且第一開口1031與第二開口1041構成前述之雷射刻痕10a。複數背電場區105位於第一摻質層102，每一個背電場區105對應於一第一開口1031，背電場區105之P型摻質的濃度大於第一摻質層102之P型摻質的濃度。複數背面指狀電極106彼此間隔排列，個別經由複數第二開口區104a與複數第一開口區103a而與背電場區105電接觸。每一個第一開口區103a與第二開口區104a均不大於其所對應之背面指狀電極106的面積，且每一個背面指狀電極106所對應之複數個第一開口區103a的總開口面積小於所對應之背面指狀電極106之面積，同理，每一個背面指狀電極106所對應之複數個第二開口區104a的總開口面積小於所對應之背面指狀電極106之面積。

半導體基板101之第二表面1012形成有一第二摻質層107，第二摻質層107中摻雜有一第二型摻質，本實施例之第二型摻質係為N型摻質（例如ⅤA族元素的磷）。第二鈍化層108位於第二摻質層107上，第二抗反射層109位於第二鈍化層108上，複數正面指狀電極110穿過第二抗反射層109與第二鈍化層108而與第二摻質層107電接觸。

在本實施例中，任一背面指狀電極106沿垂直於半導體基板101之方向上覆蓋有二道雷射刻痕10a（本實施例之每一道雷射刻痕10a是由一個第一開口1031與一個第二開口1041所構成），因此會形成二個背電場區105。每一背面指狀電極106下方的所有雷射刻痕10a的總開口面積均相同。更進一步來說，位於任一背面指狀電極106沿垂直於半導體基板101之方向所對應之背電場區105的總投影面積均相同。

在本實施例中，每一個第一開口區103a的總開口面積彼此相同，每一個第二開口區104a的總開口面積也彼此相同。

在本實施例的其中一個實施態樣中，任一背面指狀電極106沿垂直於半導體基板101之方向所覆蓋之二個背電場區105係彼此平行，且各背面指狀電極106之寬度彼此相同。此外，各背電場區105之長度彼此相同。

在本實施例的其中一個實施態樣中，任一背面指狀電極106沿垂直於半導體基板101之方向所覆蓋之二個背電場區105係彼此獨立而沒有相互直接連接。

在本實施例的其中任一背面指狀電極106的所覆蓋的背電場區105的面積取決於各個背電場區105的尺寸與數量，而各個背電場區105的尺寸與數量又取決於雷射刻痕10a的尺寸與數量。倘若雷射刻痕10a之尺寸與數量太大或太多，則在進行導電漿網印時，只要網印過程中有任何偏差，將會導致背面指狀電極106無法完整覆蓋雷射刻痕10a，而使得發電效率發生顯著下降。此外，倘若雷射刻痕10a的開口面積過大，則太陽能電池1背面受到雷射太多的破壞，反而會讓太陽能電池1之背面的發電效率發生顯著下降，導致整體的總發電效率無法獲得提升。倘若雷射刻痕10a的開口面積增加的不夠，則太陽能電池1之正面的發電效率的改善程度不夠顯著，反而徒增太陽能電池1的生產時間與製造成本。

本實施例之太陽能電池1的其中一設計概念便是在不放大背面指狀電極106的尺寸以及不改變背面指狀電極106覆蓋太陽能電池1背面的比率的前提下，讓每一個背面指狀電極106覆蓋二道以上的雷射刻痕10a，進而增加每一背面指狀電極106所覆蓋的背電場區的總面積。使太陽能電池1正面的發電效率獲得顯著地提升，同時太陽能電池1背面的發電效率也不致發生顯著地下降。

請參照第6圖，為本發明第二實施例之太陽能電池的雷射刻痕示意圖，繪示一太陽能電池2。本實施例相較於第一實施例的主要差異在於在第一鈍化層103形成虛線狀第一開口區103a及在第一抗反射層104形成虛線狀第二開口區104a，且第一開口區103a與第二開口區104a的開口面積相同而形成虛線狀的雷射刻痕20a，然後於相鄰的二雷射刻痕20a上形成背面指狀電極106，即每一個背面指狀電極106覆蓋二道雷射刻痕20a，且每一個背面指狀電極106對應之第一開口區103a的總開口面積係彼此相同。

請參照第7圖，為本發明第三實施例之太陽能電池的雷射刻痕示意圖，本實施例相較於第二實施例的主要差異在於，太陽能電池3之雷射刻痕30a的圖案係成點狀。在其他實施例中，第一開口區103a與第二開口區104a的形狀還可以是直線狀、虛線狀、點狀之組合，即雷射刻痕30a可以是直線狀、虛線狀、點狀之組合。

另外本發明背面電極除前述複數個背面指狀電極外，還具有與複數個背面指狀電極相交之匯流電極，以使太陽能電池所產生之電能被導引出而利用。由於匯流電極與背面指狀電極相交，且背面指狀電極與開口區及雷射刻痕之佈設方向相同，故匯流電極與開口區及雷射刻痕之佈設方向亦相交。因此太陽能電池照光後產生之電子，可透過位於第一開口區及/或第二開口區之開口內之背面指狀電極之接觸部進入背面指狀電極，然後再進入與指狀電極相交相交之匯流電極而被輸出。

本發明之技術內容已以數個實施例揭示如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神所做些許之更動與潤飾，皆應涵蓋於本發明之範疇內，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

1‧‧‧太陽能電池
101‧‧‧半導體基板
1011‧‧‧第一表面
1012‧‧‧第二表面
102‧‧‧第一摻質層
103‧‧‧第一鈍化層
103a‧‧‧第一開口區
1031‧‧‧第一開口
104‧‧‧第一抗反射層
104a‧‧‧第二開口區
1041‧‧‧第二開口
105‧‧‧背電場區
106‧‧‧背面指狀電極
107‧‧‧第二摻質層
108‧‧‧第二鈍化層
109‧‧‧第二抗反射層
110‧‧‧正面指狀電極
10a‧‧‧雷射刻痕
2‧‧‧太陽能電池
20a‧‧‧雷射刻痕
3‧‧‧太陽能電池
30a‧‧‧雷射刻痕
9‧‧‧太陽能電池
90a‧‧‧雷射刻痕
901‧‧‧半導體基板
9011‧‧‧表面
903‧‧‧鈍化層
903a‧‧‧開口
904‧‧‧抗反射層
904a‧‧‧開口
905‧‧‧背電場區
906‧‧‧背面指狀電極
W1‧‧‧背面指狀電極的寬度

[第1圖]為傳統太陽能電池之背面指狀電極示意圖。 [第2圖]為傳統太陽能電池之雷射刻痕示意圖。 [第3圖]為傳統太陽能電池之剖面示意圖。 [第4圖]為本創作第一實施例之太陽能電池的雷射刻痕示意圖。 [第5圖]為本創作第一實施例之太陽能電池的剖面示意圖。 [第6圖]為本創作第二實施例之太陽能電池的雷射刻痕示意圖。 [第7圖]為本創作第三實施例之太陽能電池的雷射刻痕示意圖。

1‧‧‧太陽能電池

101‧‧‧半導體基板

1011‧‧‧第一表面

1012‧‧‧第二表面

102‧‧‧第一摻質層

103‧‧‧第一鈍化層

103a‧‧‧第一開口區

1031‧‧‧第一開口

104‧‧‧第一抗反射層

104a‧‧‧第二開口區

1041‧‧‧第二開口

105‧‧‧背電場區

106‧‧‧背面指狀電極

107‧‧‧第二摻質層

108‧‧‧第二鈍化層

109‧‧‧第二抗反射層

110‧‧‧正面指狀電極

10a‧‧‧雷射刻痕

W1‧‧‧背面指狀電極之寬度

Claims (11)

1. 一種太陽能電池，包含： 一半導體基板，摻雜有一第一型摻質，具有一第一表面與相對於該第一表面之一第二表面； 一第一鈍化層，覆蓋該第一表面，具有複數第一開口區，每一該第一開口區包含複數第一開口； 一第一抗反射層，覆蓋該第一鈍化層，具有複數第二開口區，每一該第二開口區對應於一該第一開口區，每一該第二開口區包含複數第二開口； 複數背電場區，位於該第一表面，每一該背電場區對應於一該第一開口；及 複數背面指狀電極，彼此間隔排列地設置於該第一抗反射層上，且經由該第二開口與該第一開口而與該些背電場區接觸； 其中，各該背面指狀電極所對應之該第一開口區的總開口面積係彼此相同。
2. 如請求項1所述之太陽能電池，其中各該背面指狀電極所對應之該第二開口區的總開口面積彼此相同。
3. 如請求項2所述之太陽能電池，其中該些背面指狀電極彼此平行，且各該背面指狀電極之寬度彼此相同。
4. 如請求項3所述之太陽能電池，其中各該背電場區之長度彼此相同。
5. 如請求項1所述之太陽能電池，其中任一該背面指狀電極沿垂直於該半導體基板之方向上覆蓋至少二相互獨立之背電場區。
6. 如請求項1至5任一項所述之太陽能電池，其中該第一開口的形狀係呈直線狀、虛線狀、點狀或其組合。
7. 如請求項6所述之太陽能電池，其中該第二開口的形狀係呈直線狀、虛線狀、點狀或其組合。
8. 如請求項7所述之太陽能電池，其中該第二開口的形狀與尺寸與其所對應之該第一開口的形狀與尺寸相同。
9. 如請求項5所述之太陽能電池，其中任一該背面指狀電極透過相鄰之二該第一開口區與二該第二開口區與二相互獨立之背電場區接觸。
10. 如請求項1項所述之太陽能電池，其中該太陽能電池還包括一匯流電極，且該匯流電極與該背面指狀電極相交。
11. 如請求項1項所述之太陽能電池，其中該太陽能電池還包括一匯流電極，且該匯流電極與該第一開口及/或該第二開口相交。