CN106298984A - 太阳能电池 - Google Patents

Abstract

一种太阳能电池，包括硅基材、射极层、多个第一电极、钝化层以及多个第二电极。硅基材具有受光面以及背面。射极层形成于受光面下。所述多个第一电极位于受光面上。钝化层位于背面上，并具有多个线状开孔。所述多个第二电极分别位于这些线状开孔中，并接触背面。所述多个第二电极沿着延伸方向排列成多列并沿着垂直于延伸方向的排列方向排列成多行。每个第二电极在延伸方向上的长度为A。同一行的任两相邻的第二电极之间维持第一间距B。200微米≦B≦1400微米，且2≦A/B≦5。任两行相邻的第二电极之间维持第二间距P，其中P≦1000微米。

Description

太阳能电池

技术领域

本发明是有关于一种太阳能电池，且特别是有关于一种射极钝化及背电极太阳能电池(PERC)。

背景技术

在石化能源短缺以及能源需求量与日俱增的情况下，再生能源(Renewable energy)的开发成为近年来非常重要的课题之一。再生能源泛指永续且无污染的天然能源，例如太阳能、风能、水利能、潮汐能或是生质能等，其中太阳能的开发更是近几年来在能源开发的研究上相当重要且受欢迎的一环。

太阳能电池是一种能量转换的光电组件(photovoltaic device)，其中射极钝化及背电极太阳能电池以其高转换效率而备受关注。射极钝化及背电极太阳能电池相较于传统太阳能电池的主要差异在于：射极钝化及背电极太阳能电池利用钝化技术将正面的射极与背面钝化，以减少表面缺陷。正面射极一般是选择氧化硅(SiO₂)作为钝化层，而背面一般是选择氧化硅或氧化铝(Al₂O₃)作为钝化层。

详细而言，射极钝化及背电极太阳能电池的背电极形成的方式，通常是先以激光等方式对钝化层开孔以形成电极接触位置，再于背面网印非穿透性铝胶或者是通过物理气相沉积(PVD)镀上铝，最后与正面网印银胶共烧结后形成电极，其与传统太阳能电池在背面以铝浆整面印刷并烧结，从而形成全面的背面电场(BSF)有所不同。由于射极钝化及背电极太阳能电池的制作仅是在背面进行局部开孔，因此最终能形成局部背电场(Local BSF)并保留大面积的钝化层。另一方面，相较于传统电池而言，射极钝化及背电极太阳能电池增加了其背面的钝化层钝化的面积，因此可有效减少载子在背面再复合的速率。

由于射极钝化及背电极太阳能电池的背面的钝化层为局部开孔的设计，且背电极通过所述多个开孔与基板背面接触，因此可达到传导电流的目的。虽然背电极与基板的背面的局部接触的设计可使钝化层的钝化面积增加、减少载子的复合，但也同时衍生出背电极与基板的背面接触面积减少，进而造成电阻增加的问题。因此，如何取得较佳的平衡点，以有效地提升光电转换效率，便成为当前亟待解决的问题之一。

发明内容

本发明提供一种太阳能电池，其能有效地提高光电转换效率。

本发明提出一种太阳能电池，其包括硅基材、射极层、多个第一电极、钝化层以及多个第二电极。硅基材具有受光面以及相对于受光面的背面。射极层形成于受光面处。所述多个第一电极位于受光面上。钝化层位于背面上，并具有多个线状开孔。所述多个第二电极分别位于所述多个线状开孔中，并接触背面。每个第二电极具有延伸方向。所述多个第二电极沿着延伸方向排列成多列，并沿着垂直于延伸方向的排列方向排列成多行。每个第二电极在延伸方向上的长度为A。同一行的任两相邻的所述多个第二电极之间维持第一间距B，其中200微米≦B≦1400微米，且2≦A/B≦5。任两行相邻的所述多个第二电极之间维持第二间距P，其中P≦1000微米。

在本发明的一实施例中，A:B＝4:1，且800微米≦B≦1000微米，P≦800微米。

在本发明的一实施例中，上述的任两行相邻的所述多个第二电极与所述多个第一间距在排列方向上彼此相互交错。

在本发明的一实施例中，上述的太阳能电池还包括形成于背面处的多个重掺杂区域。所述多个重掺杂区域与所述多个第二电极的位置分别一一对应。

在本发明的一实施例中，上述的太阳能电池还包括形成于钝化层上的连接电极。连接电极电性连接所述多个多个第二电极。

本发明还提出一种太阳能电池，其包括硅基材、射极层、多个第一电极、钝化层以及背电极。硅基材具有受光面以及相对于受光面的背面。射极层形成于受光面处。所述多个第一电极位于受光面上。钝化层位于背面上，并具有多个线状开孔。每个线状开孔具有延伸方向。所述多个线状开孔沿着延伸方向排列成多列，并沿着垂直于延伸方向的排列方向排列成多行。每个线状开孔在延伸方向上的长度为A。同一行的任两相邻的所述多个线状开孔之间维持第一间距B，其中200微米≦B≦1400微米，且2≦A/B≦5。任两行相邻的所述多个线状开孔之间维持第二间距P，其中P≦1000微米。背电极位于钝化层上，并延伸到所述多个线状开孔中与所述背面接触。

在本发明的一实施例中，上述的任两行相邻的所述多个线状开孔与所述多个第一间距在排列方向上彼此相互交错。

在本发明的一实施例中，上述的太阳能电池还包括形成于背面的多个重掺杂区域。所述多个重掺杂区域与所述多个线状开孔的位置分别一一对应。

基于上述，本发明的太阳能电池的第二电极采用虚线局部电极的配置方式，其中第二电极具有延伸方向。第二电极沿着所述延伸方向排列成多列并沿着垂直于所述延伸方向的排列方向排列成多行，其中每个第二电极在所述延伸方向上的长度为A。同一行的任两相邻的第二电极之间维持第一间距B，任两行相邻的第二电极之间维持第二间距P。

详细而言，200微米≦B≦1400微米，且长度A与第一间距B符合关系式：2≦A/B≦5。另一方面，P≦1000微米，因此藉由调整第一间距B的大小来决定长度A的数值范围，并且在藉由调整第一间距B的大小来决定长度A的数值范围的同时，改变第二间距P的大小，藉以得到长度A、第一间距B以及第二间距P等参数设计的较佳范围，便能有效地提升太阳能电池的光电转换效率。

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附图式作详细说明如下。

附图说明

图1是本发明一实施例的太阳能电池的局部底视图；

图2是图1的太阳能电池沿I-I剖线的剖面示意图；

图3是本发明另一实施例的太阳能电池的局部剖面示意图。

附图标记说明

100： 太阳能电池

130： 第二电极

150： 钝化层

151： 线状开孔

A： 长度

B： 第一间距

D1： 延伸方向

D2： 排列方向

P： 第二间距

具体实施方式

图1是本发明一实施例的太阳能电池的局部底视图。图2是图1的太阳能电池沿I-I剖线的剖面示意图。请参考图1与图2，在本实施例中，太阳能电池100例如是射极钝化及背电极太阳能电池，其可包括光电转换层110、多个第一电极120以及多个第二电极130。光电转换层110可以是由P型半导体层及N型半导体层堆栈形成的PN接面的半导体堆栈结构，或是由P型半导体层、本质层、N型半导体层堆栈形成的PIN接面的半导体堆栈结构。

详细而言，光电转换层110可包括硅基材111以及射极层112。硅基材111具有受光面111a以及相对于受光面111a的背面111b。第一电极120位于受光面111a上，且第二电极130位于背面111b上。另一方面，射极层112形成于受光面111a处。硅基材111例如是由P型硅晶所构成，并且在受光面111a对硅基材111掺杂有磷扩散掺杂层以作为射极层112。于本实施例中，射极层112位于硅基材111内，且靠近受光面111a的所在处。意即，射极层112位于硅基材111的受光面111a之下，但本发明不以此为限。举例来说，在其他实施例中，射极层也可采用沉积的方式形成于硅基材之上。意即，射极层位于硅基材的受光面之上。在另一实施例中，硅基材也可以是由N型硅晶所构成，并且在硅基材的受光面上掺杂有硼扩散掺杂层以作为射极层。

在本实施例中，太阳能电池100还包括抗反射层140。抗反射层140位于受光面111a的上方，并连接射极层112。抗反射层140的材料可包括氮化硅、氧化硅、二氧化钛、氟化镁或上述材料的组合，且通过例如物理气相沉积、化学气相沉积或其他适当的制程而形成于射极层112上。

在抗反射层140形成于射极层112上之后，可通过例如电镀、网印或物理气相沉积等方式形成第一电极120。以采用电镀或物理气相沉积等方式来制作第一电极120为例，为使第一电极120接触射极层112，则于制作第一电极120之前，需预先通过例如雷射等方式于抗反射层140形成可供第一电极120穿过且容纳的开口。还以采用网印方式来制作第一电极120为例，则形成于抗反射层140上的导电浆(可用以形成第一电极120之材料)可在高温烧结时烧穿抗反射层140。最后，固化成型的第一电极120便能与射极层112接触。一般而言，第一电极120的材质可为银、铝或银铝混合物，而本实施例的第一电极120例如是由导电银浆所构成。

如图2所示，太阳能电池100更包括钝化层150。钝化层150位于背面111b上。意即，钝化层150与抗反射层140位于光电转换层110的相对两侧。在本实施例中，钝化层150可以是非晶硅层或至少一层以上的介电层所组成。以多层介电层构成钝化层150为例，所述多个介电层所选用的材料可各不相同、部分相同或完全相同。通常而言，介电层的材料可为二氧化硅、氮化硅、氧化铝、二氧化钛或上述材料的组合。钝化层150的形成可采用例如是物理气相沉积、化学气相沉积或其他适当的制程而形成于硅基材111的背面111b上。在钝化层150形成于硅基材111上后，可通过雷射开孔或画线在钝化层150上形成多个平行排列线状开孔151，而所述多个线状开孔151会暴露出部分的背面111b。之后，例如是透过电镀、网印或物理气相沉积等方式在线状开孔151所暴露出的背面111b上形成第二电极130。换个角度来说，第二电极130会对应设置在线状开孔151内，并接触硅基材111的背面111b，其中第二电极130的材质可为银、铝或银铝混合物。在本实施例中，当硅基材111例如是由P型硅晶所构成时，用以制作第二电极130的材质例如是铝浆。因此，在进行完烧结制程后，对应所述多个线状开孔151的硅基材111的背面111b处可同步形成有多个铝硅合金的P型的重掺杂区域170，藉由所述多个重掺杂区域170与硅基材111之间产生电位差，从而可形成多个局部背电场(LBSF)的效果。其中所述多个重掺杂区域170和局部背电场的位置皆与所述多个第二电极130的位置分别一一对应，如图2所示。而在另一实施例中，当硅基材111例如是由N型硅晶所构成时，可先利用扩散掺杂工艺并采用例如磷等其他相关材质来掺杂，在硅基材111的背面111b形成多个间隔分布的N型的重掺杂区域，而所述多个磷掺杂的N型的重掺杂区域会与硅基材之间产生电位差，从而形成多个局部背电场的效果，此时第二电极130的材质可为银、铝或银铝混合物或其他材质。上述第一电极120或第二电极130可使用网版印刷或CVD、PVD等沉积技术来完成。

如图1所示，每个第二电极130例如是条状电极，且具有延伸方向D1。所述多个第二电极130沿着延伸方向D1排列成多列，并沿着垂直于延伸方向D1的排列方向D2排列成多行。每个第二电极130在延伸方向D1上的长度为A。同一行的任两相邻的第二电极130之间维持第一间距B。在本实施例中，200微米≦B≦1400微米，且2≦A/B≦5。另一方面，任两行相邻的第二电极130之间维持第二间距P，其中P≦1000微米。

具体来说，任两行相邻的所述多个第二电极130与所述多个第一间距B于排列方向D2上彼此相互交错。也即，其中一行中的一个第二电极130与相邻的另一行中的一个第一间距B的位置对应。如此一来，相邻的不同行中的两个第一间距B的位置将不会直接对应紧邻，藉以避免造成硅基材111内靠近第一间距B处的载子要移动到第二电极130的距离过远而衍生电流收集不顺的问题，因而有利于发电效率的提升。

简言之，第二电极130例如是采用虚线局部电极的配置方式。由于长度A与第一间距B符合关系式：2≦A/B≦5，因此可藉由调整第一间距B的大小来决定长度A的数值范围。此外，本实施例也可在藉由调整第一间距B的大小来决定长度A的数值范围的同时改变第二间距P的大小，藉以得到长度A、第一间距B以及第二间距P等参数设计的较佳范围。如此一来，便能有效地提升太阳能电池100的光电转换效率。

为更加明确地阐述本发明的意思，本发明所提出的参数设计也可以通过形成在钝化层150上的多个线状开孔151来定义，这是由于第二电极130分别填充在线状开孔151中，因此前述两者的形状与轮廓实质上是相吻合的。

如图1所示，每个线状开孔151具有延伸方向D1。所述多个线状开孔151沿着延伸方向D1排列成多列，并沿着垂直于延伸方向D1的排列方向D2排列成多行。每个线状开孔151在延伸方向D1上的长度为A。同一行的任两相邻的线状开孔151之间维持第一间距B。200微米≦B≦1400微米，且2≦A/B≦5。任两行相邻的线状开孔151之间维持第二间距P，其中P≦1000微米。

具体而言，任两行相邻的所述多个线状开孔151与所述多个第一间距B于排列方向D2上彼此相互交错。意即，其中一行中的一个线状开孔151与相邻的另一行中的一个第一间距B的位置对应，藉以提升填充于所述多个线状开孔151中的所述多个第二电极130的电流收集的效果。在前述线状开孔151的布局下，相邻的不同行中的两个第一间距B的位置将不会直接对应紧邻，藉以避免造成硅基材111内靠近第一间距B处的载子要移动到第二电极130的距离过远而衍生电流收集不顺的问题，因而有利于发电效率的提升。

以下将列举数个实验例来验证本发明的功效。下列实验数据的比较基础是以传统上非虚线形式的电极(意即，在延伸方向上为纯粹直线的电极或在延伸方向上为单一直线的线状开孔的形式的电极)，且第二间距P分别设计为1000微米以及800微米来进行。

实验例一：在第二间距P等于1000微米，且长度A与第一间距B之间的比例分别为2:1、4:1以及5:1等参数设计条件下，太阳能电池100的光电转换效率，其结果如下表一所示。

表一

实验例二：在第二间距P等于800微米，且长度A与第一间距B之间的比例分别为2:1、4:1以及5:1等参数设计条件下，太阳能电池100的光电转换效率，其结果如下表二所示。

表二

由表一与表二可得知，当长度A与第一间距B之间的比例(即A:B)由2:1增加到4:1时，太阳能电池100的光电转换效率可获得明显地提升。然而，当长度A与第一间距B之间的比例(即A:B)持续增加到5:1时，太阳能电池100的光电转换效率便约略回复到A:B＝2:1时的水平。此外，当第一间距B自200微米增加至1600微米时，实验例一的太阳能电池100的光电转换效率可在第一间距B大于等于400微米且小于等于1200微米的区间范围内逼近峰值，而实验例二的太阳能电池100的光电转换效率可在第一间距B大于等于400微米且小于等于1000微米的区间范围内逼近峰值，在第一间距B大于1400微米后，长度A与第一间距B之间的比例分别为2:1、4:1以及5:1的太阳能电池100的光电转换效率便约略回复到第一间距B等于200微米时的水平。因此，藉由将第二电极130的配置的参数设计制定为P≦1000微米、200微米≦B≦1400微米以及2≦A/B≦5，可有效地提升太阳能电池100的光电转换效率。

以下将列举其他实施例以作为说明。在此必须说明的是，下述实施例沿用前述实施例的组件标号与部分内容，其中采用相同的标号来表示相同或近似的组件，并且省略了相同技术内容的说明。关于省略部分的说明可参考前述实施例，下述实施例不再重复赘述。

图3是本发明另一实施例的太阳能电池的局部剖面示意图。请参考图3，图3的太阳能电池100A与图2的太阳能电池100大致相似，前述两者的主要差异在于：本实施例的太阳能电池100A还包括形成于钝化层150上的连接电极160。连接电极160电性连接所述多个第二电极130，其中连接电极160与所述多个第二电极130可构成背电极180。此图3是为了说明一般在图2的背面仍是会有设置连接电极160，从而构成可将电力全面地向外传输的背电极180。

由于连接电极160例如是全面覆盖于钝化层150上以与各个线状开孔151内的第二电极130接触，因此各个线状开孔151内的第二电极130可通过连接电极160而彼此电性连接，藉以从硅基材111内收集光生载子并向外传递。一般而言，连接电极160的材质可为银、铝或银铝混合物，而本实施例的连接电极160的材质例如是选用铝浆。

在另一实施例中，连接电极160并未全面覆盖在钝化层150上，进而可暴露出钝化层150的一部分。换言之，只要能使各个第二电极130彼此电性连接，连接电极160也可采用带状、条状或树枝状等态样形成于钝化层150上，藉以节省制作连接电极160的材料成本。在又一实施例中，也可在硅基材111的背面111b形成有背银电极(图中未示出)，背银电极的数量视实际需求而定。背银电极的配置可采用仅位于钝化层150之上的完全浮接(floating)形式。意即，背银电极未接触到硅基材111的背面111b，或者是有接触到硅基材111的背面111b的形式，其中背银电极主要作为供焊带焊接所用。

综上所述，本发明的太阳能电池的第二电极采用虚线局部电极的配置方式，其中第二电极具有延伸方向。第二电极沿着前述延伸方向排列成多列并沿着垂直于前述延伸方向的排列方向排列成多行，其中每个第二电极在前述延伸方向上的长度为A。同一行的任两相邻的第二电极之间维持第一间距B，任两行相邻的第二电极之间维持第二间距P。

详细而言，200微米≦B≦1400微米，且长度A与第一间距B符合关系式：2≦A/B≦5。另一方面，P≦1000微米。因此，藉由调整第一间距B的大小来决定长度A的数值范围，并且在藉由调整第一间距B的大小来决定长度A的数值范围的同时改变第二间距P的大小，藉以得到长度A、第一间距B以及第二间距P等参数设计的较佳范围，便能有效地提升太阳能电池的光电转换效率。较佳的，当P≦800微米时，其各组参数下的结果通常都优于P≦1000。此外，当A:B＝4:1，且第一间距B分别等于800微米和1000微米时，在实验上分别有次高0.16％和最高0.2％的效率提升。因此，当满足A:B＝4:1、800微米≦B≦1000微米以及P≦800微米等条件时，太阳能电池能具有良好的发电效果。

虽然本发明已通过上述实施例披露，但是其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中具有通常知识的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与修改，所以本发明的保护范围当视后附的权利要求所界定的范围为准。

Claims (9)

1.一种太阳能电池，该太阳能电池包括：

硅基材，具有受光面以及相对于所述受光面的背面；

射极层，形成于所述受光面处；

多个第一电极，位于所述受光面上；

钝化层，位于所述背面上并具有多个线状开孔；以及

多个第二电极，分别位于所述多个线状开孔中并接触所述背面，每个所述第二电极具有延伸方向，所述多个第二电极沿着所述延伸方向排列成多列，并沿着垂直于所述延伸方向的排列方向排列成多行，其中每个所述第二电极在所述延伸方向上的长度为A，

同一行的任两相邻的所述多个第二电极之间维持第一间距B，其中200微米≦B≦1400微米，且2≦A/B≦5，

任两行相邻的所述多个第二电极之间维持第二间距P，其中P≦1000微米。

2.根据权利要求1所述的太阳能电池，其中A:B＝4:1，且800微米≦B≦1000微米，P≦800微米。

3.根据权利要求1和2中任一项权利要求所述的太阳能电池，其中任两行相邻的所述多个第二电极与所述多个第一间距在所述排列方向上彼此相互交错。

4.根据权利要求1和2中任一项权利要求所述的太阳能电池，该太阳能电池还包括：

形成于所述背面的多个重掺杂区域，所述多个重掺杂区域与所述多个第二电极的位置分别一一对应。

5.根据权利要求1和2中任一项权利要求所述的太阳能电池，该太阳能电池还包括：

形成于所述钝化层上的连接电极，所述连接电极电性连接所述多个第二电极。

6.一种太阳能电池，该太阳能电池包括：

硅基材，具有受光面以及相对于所述受光面的背面；

射极层，形成于所述受光面处；

多个第一电极，位于所述受光面上；

钝化层，位于所述背面上并具有多个线状开孔，每个所述线状开孔具有延伸方向，所述多个线状开孔沿着所述延伸方向排列成多列，并沿着垂直于所述延伸方向的排列方向排列成多行，其中每个所述线状开孔在所述延伸方向上的长度为A，

同一行的任两相邻的所述多个线状开孔之间维持第一间距B，其中200微米≦B≦1400微米，且2≦A/B≦5，

任两行相邻的所述多个线状开孔之间维持第二间距P，其中P≦1000微米；以及

背电极，位于所述钝化层上并延伸到所述多个线状开孔中与所述背面接触。

7.根据权利要求6所述的太阳能电池，其中A:B＝4:1，且800微米≦B≦1000微米，P≦800微米。

8.根据权利要求6和7中任一项权利要求所述的太阳能电池，其中任两行相邻的所述多个线状开孔与所述多个第一间距于所述排列方向上彼此相互交错。

9.根据权利要求6和7中任一项权利要求所述的太阳能电池，该太阳能电池还包括：

形成于所述背面的多个重掺杂区域，所述多个重掺杂区域与所述多个线状开孔的位置分别一一对应。