TWM542861U - 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，且特別是有關於一種高功率太陽能電池。

近年來，隨著環保意識高漲以及石化能源的短缺，替代能源與再生能源便成了熱門的議題。太陽能電池可將太陽能轉換成電能，且光電轉換的過程中不會產生二氧化碳或氮化物等對環境有害的物質，因此，太陽能電池成為近幾年再生能源研究上相當重要且受歡迎的一環。

一般而言，太陽能電池包括主動層以及配置於主動層兩對側的電極層。當光束照射至太陽能電池時，主動層受光能的作用可產生電子-電洞對。藉由兩電極層之間電場使電子與電洞分別往兩電極層移動，而產生電能的儲存形態。此時若外加負載電路，便可輸出電能而驅動電子裝置。目前太陽能電池模組因輸出功率有限，而難以提供家庭及工業所需之電力。是以，如何提升太陽能電池模組的輸出功率，便成為未來的趨勢。

本揭示內容之一技術態樣是在提供一種高功率 太陽能電池，此太陽能電池，包含：一半導體基板，具有一上表面以及相對於該上表面的一下表面；一射極層，位於該上表面；一第一鈍化層，位於該射極層上；複數個背表面電場區，彼此間隔地位於該下表面；一第二鈍化層，位於該半導體基板的該下表面上，該第二鈍化層具有複數個開口；複數個第一電極，設置於該第一鈍化層上；以及複數個第二電極，設置於該第二鈍化層上，並分別經由該些開口貫穿該第二鈍化層而接觸該些背表面電場區；其中，位於相鄰兩第二電極間之該第二鈍化層被暴露出，使一光線可經由該暴露出的第二鈍化層進入該太陽能電池結構。

在本揭示內容的一實施例中，此半導體基板的材質係選自單晶矽、多晶矽及非晶矽所組成之群組。

在本揭示內容的一實施例中，此第二鈍化層的材質係選自二氧化矽、氮化矽及氧化鋁所組成之群組。

在本揭示內容的一實施例中，此複數個第二電極更可包括複數條平行排列在第一方向的主極柵電極，以及複數條平行排列在該第一方向的細極柵電極。

在本揭示內容的一實施例中，每一主極柵電極更包括複數個電極區塊。

在本揭示內容的一實施例中，兩相鄰主極柵電極間設置複數條平行排列在該第一方向的細極柵電極。

在本揭示內容的一實施例中，複數個第二電極更可包括複數條平行排列在一第一方向的主極柵電極，以及複數條平行排列在一第二方向的細極柵電極，其中該第一方 向垂直該第二方向。

在本揭示內容的一實施例中，此第一電極的材質為銀。

在本揭示內容的一實施例中，此第二電極的材質為鋁。

在本揭示內容的一實施例中，此半導體基板與射極層間形成一pn接面。

綜上所述，本創作係將鈍化射極背電極電池(Passivated Emitter and Rear Cells,PERC)的背面電極以細柵化背電極取代整面背電極，不僅能讓電池背面也能吸光發電，提升發電效率，更能降低整體鋁漿使用成本。

為讓本揭示內容之上述和其他目的、特徵、優點與實施例能更明顯易懂，所附符號之說明如下：

10‧‧‧半導體基板

11‧‧‧射極層

12‧‧‧第一鈍化層

13‧‧‧第二鈍化層

14‧‧‧開孔

15‧‧‧第一電極

16‧‧‧局部背表面電場

17‧‧‧第二電極

101‧‧‧pn接面

171‧‧‧主極柵電極

172,173‧‧‧細極柵電極

1711‧‧‧主電極區塊

1712‧‧‧次電極區塊

R‧‧‧背表面

F‧‧‧前表面

第1圖所示為根據本創作一實施例於半導體基板前表面F形成射極層的概略圖。

第2圖所示為根據本創作一實施例於射極層上形成第一鈍化層以及於半導體基板背表面R沈積一層第二鈍化層的概略圖。

第3圖所示為根據本創作一實施例於第二鈍化層上形成複數個開孔的概略圖。

第4圖所示為根據本創作一實施例於半導體基板的前表面F形成複數個第一電極，以及於半導體基板的背表面R形成背電極的概略圖。

第5圖所示為根據本創作一實施例於將背電極進行細柵化形成複數個第二電極的概略圖。

第6圖所示為根據本創作一實施例的半導體基板背表面R的上視圖。

第7圖所示為根據本創作另一實施例的半導體基板背表面R的上視圖。

鈍化射極背電極電池係應用背面點接觸來代替整個背面鋁合金接觸，其特徵在於電池前表面及背表面上具有鈍化層(Passivation)，且於前表面上的鈍化層充當抗反射層，而背表面上的鈍化層有開孔，做為延長電荷載子的壽命並因而改善光轉換效率。然而，除了雷射開孔部分能夠有效形成電極接觸外，其餘的部分皆為無效區域。因此，本創作係將鈍化射極背電極電池(Passivated Emitter and Rear Cells,PERC)的背面電極以細柵化背電極取代整面背電極，不僅能讓電池背面也能吸光發電，提升發電效率，更能降低整體鋁漿使用成本。

第1圖至第5圖為根據本案一實施例鈍化射極背電極電池製作流程示意圖。如第1圖所示，首先，提供一半導體基板10，並於半導體基板10的表面形成凹凸的紋理(Texturing)，以降低光反射率。接著，提供摻雜劑及利用熱擴散的方式於半導體基板10前表面F形成射極層11(Emitter Layer)，並於半導體基板10與射極層11之間形 成pn接面101(pn junction)。在一實施例中，半導體基板10可為單晶材料(single crystalline material)、多晶材料(polycrystalline material)或非晶材料(amorphous material)所構成。於一實施例中，半導體基板10實質可為單晶矽(single crystalline silicon)、多晶矽(polycrystalline silicon)或非晶矽(amorphous silicon)之材質。半導體基板10可利用N型或P型基材的晶圓形成。以P型晶圓為例，於半導體基板10重摻雜(heavily dope)施體(donor)而可形成N型(N +)的射極層11。

接著，如第2圖所示，使用沈積(Deposition)之方式於射極層11上形成第一鈍化層12構成的抗反射層12(Anti-Reflection Coating,ARC)，第一鈍化層12可由二氧化矽(silicon dioxide)、氮化矽(silicon nitride)或氧化鋁(aluminum oxide)等鈍化材料構成。且第一鈍化層12可經表面處理，以於第一鈍化層12的表面形成不同尺寸的金字塔(pyramid)構造，以減少入射光經過第一次反射即折回的機率並保護射極層11。其後，於背表面R沈積一層第二鈍化層13，第二鈍化層13係由鈍化材料構成，如二氧化矽(silicon dioxide)、氮化矽(silicon nitride)、二氧化鈦(TiO 2)或氧化鋁(aluminum oxide)構成。第二鈍化層13可透過雷射雕刻(laser etching)、平板印刷(lithography)或蝕刻(etching)等方式製成。之後，如第3圖所示為了形成電極接觸接點，利用雷射或蝕刻膏於第二鈍化層13上形成複數個開孔14，使基板10之部份背表面R暴露。

最後，如第4圖所示，於半導體基板10的前表面F及背表面R進行金屬鍍膜(Metallization)，並進行共同燒結(Co-Firing)程序，以於半導體基板10的前表面F形成複數個第一電極15，並於半導體基板10的背表面R鄰近於開孔14處形成局部背表面電場16(Back Surface Field,BSF)和覆蓋於開孔14及第二鈍化層13上之複數個第二電極17，藉此以完成鈍化射極背電極電池之製造。在一實施例中，係分別將第一導電材料設置於第一鈍化層12上以及將第二導電材料設置於第二鈍化層13上，例如，可透過金屬鍍膜(Metallization)過程，即採用電鍍(Plating)或是網版印刷(Screen Printing)技術等方式將第一導電材料塗覆在第一鈍化層12上，以及將第二導電材料設置於第二鈍化層13上，於本實施例中，第一導電材料可為但不限於銀，而第二導電材料係以鋁為佳，但不以此為限。之後，再對第一導電材料及第二導電材料進行共同燒結(Co-Firing)步驟，使得第一導電材料於半導體基板10的前表面F形成複數個第一電極15，並穿越第一鈍化層12延伸連接至射極層11。另一方面，半導體基板10的背表面R則因第二導電材料23之導熱，而於開孔14處，亦即未被第二鈍化層13所覆蓋之半導體基板10的表面上形成局部背表面電場16，而所形成的背電極則覆蓋於開孔14及第二鈍化層13之上。之後為提升發電效率，本創作會將背電極進行細柵化而僅保留開孔14處的背電極而形成複數個第二電極17，讓電池背面也能吸光發電。依此，如第5圖所示，兩相鄰第二電極17間之背 電極被移除，來暴露出第二鈍化層13的上表面。

第6圖所示為根據本創作一實施例的半導體基板背表面R的上視圖。其中，細柵化後的多個第二電極17可包括複數條平行排列在第一方向Y的主極柵電極171，以及複數條平行排列在第一方向Y的細極柵電極172。其中，每一個主極柵電極171可包括複數個沿著第一方向Y間格排列的主電極區塊1711和次電極區塊1712。而任兩主極柵電極171間則設置有複數條細極柵電極172。也就是說，本案將原本覆蓋於半導體基板背表面R上的背電極進行細柵化而形成複數個第二電極17，來暴露出第二鈍化層13的上表面。在另一實施例中，如第7圖所示為根據本創作另一實施例的半導體基板背表面R的上視圖。其中，細柵化後的多個第二電極17可包括複數條平行排列在第一方向Y的主極柵電極171，以及複數條平行排列在第二方向X的細極柵電極173，第一方向Y垂直第二方向X。其中每一個主極柵電極171亦可包括複數個沿著第一方向Y間格排列的主電極區塊1711和次電極區塊1712。藉由將背電極細柵化，可使得太陽電池背表面的遮蔽率下降，提升背面轉換效率，而提升整體發電轉換效率。

由於本創作係將鈍化射極背電極電池的背面電極以細柵化背電極取代整面背電極，不僅能讓電池背面也能吸光發電，提升發電效率，更能降低整體鋁漿使用成本。

雖然本揭示內容已以實施方式揭露如上，然其並非用以限定本揭示內容，任何熟習此技藝者，在不脫離本 揭示內容之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本揭示內容之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

10‧‧‧半導體基板

11‧‧‧射極層

12‧‧‧第一鈍化層

13‧‧‧第二鈍化層

15‧‧‧第一電極

16‧‧‧局部背表面電場

17‧‧‧第二電極

101‧‧‧pn接面

R‧‧‧背表面

F‧‧‧前表面

Claims (10)

1. 一種太陽能電池，包含：一半導體基板，具有一上表面以及相對於該上表面的一下表面；一射極層，位於該上表面；一第一鈍化層，位於該射極層上；複數個背表面電場區，彼此間隔地位於該下表面；一第二鈍化層，位於該半導體基板的該下表面上，該第二鈍化層具有複數個開口；複數個第一電極，設置於該第一鈍化層上；以及複數個第二電極，設置於該第二鈍化層上，並分別經由該些開口貫穿該第二鈍化層而接觸該些背表面電場區；其中，位於相鄰兩第二電極間之該第二鈍化層被暴露出，使一光線可經由該暴露出的第二鈍化層進入該太陽能電池結構。
2. 如申請專利範圍第1項所述之太陽能電池，其中該半導體基板的材質係選自單晶矽、多晶矽及非晶矽所組成之群組。
3. 如申請專利範圍第1項所述之太陽能電池，其中該第二鈍化層的材質係選自二氧化矽、氮化矽及氧化鋁所組成之群組。
4. 如申請專利範圍第1項所述之太陽能電池，其中該複數個第二電極更可包括複數條平行排列在第一方向的主極柵電極，以及複數條平行排列在該第一方向的細極柵電極。
5. 如申請專利範圍第5項所述之太陽能電池，其中每一該些主極柵電極更包括複數個間隔排列的主電極區塊和次電極區塊。
6. 如申請專利範圍第5項所述之太陽能電池，其中兩相鄰主極柵電極間設置複數條平行排列在該第一方向的細極柵電極。
7. 如申請專利範圍第1項所述之太陽能電池，其中該複數個第二電極更可包括複數條平行排列在一第一方向的主極柵電極，以及複數條平行排列在一第二方向的細極柵電極，其中該第一方向垂直該第二方向。
8. 如申請專利範圍第1項所述之太陽能電池，其中該些第一電極的材質為銀。
9. 如申請專利範圍第1項所述之太陽能電池，其中該些第二電極的材質為鋁。
10. 如申請專利範圍第1項所述之太陽能電 池，其中該半導體基板與該射極層間形成一pn接面。