TWI583010B - 太陽能電池 - Google Patents

Description

太陽能電池

本發明係關於一種太陽能電池。

傳統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）、射極鈍化及背電極太陽能電池（PERC, Passivated Emitter Rear Cell）。

傳統上，上述太陽能電池的表面會形成多道線寬較粗的匯流電極（例如二道），以及位於每一道匯流電極兩側並沿著垂直於匯流電極之方向延伸的多道線寬較窄的指狀電極，上述匯流電極與指狀電極係透過網板印刷的方式形成於半導體基板的表面。

習知技術的其中一種態樣是將匯流電極與指狀電極直接形成於半導體基板的表面，半導體基板與電極接合面附近的摻雜濃度與半導體基板之其餘部位的摻雜濃度並無顯著差異。習知技術的另一種態樣是在形成匯流排電極與指狀電極之前，預先在半導體基板表面上即將形成指狀電極的位置給予重摻雜，且重摻雜的區域面積會比指狀電極實際所覆蓋的面積要寬。例如指狀電極的寬度大約在30至50微米之間，重摻雜區的寬度則大約在50至400微米之間，藉此可以減少指狀電極與半導體基板之間的接觸阻抗。

習知太陽能電池的設計發想是透過網狀分布的指狀電極來提高載子收集率，然後進一步在指狀電極下方形成重摻雜區來減少電極與半導體基板之間的接觸阻抗，從而提高太陽能電池效率。然而，電池表面形成電極的占比愈高，同時也代表著入光量的減少，因此指狀電極的分布密度有其設計上的極限。

習知太陽能電池的設計均只想到可以透過密集分布的指狀電極來提高載子收集率，但並未見進一步在太陽能電池表面的特定位置施以重摻雜來提高該特定位置的導電率，進而使該特定位置的載子收集率獲得提升。

承上，本發明提出一種太陽能電池，包含半導體基板、匯流電極、複數指狀電極與重摻雜層。半導體基板具有第一表面與相對於第一表面之第二表面。匯流電極設置於第一表面且沿第一方向延伸。複數指狀電極設置於第一表面且沿第二方向延伸，各指狀電極之一端連接於匯流電極。第一方向與第二方向的夾角小於180 ^o。重摻雜層形成於第一表面且包含第一部分與複數第二部分，第一部分沿第一方向延伸，各第二部分自第一部分的邊緣沿第二方向延伸而分別位於各指狀電極的下方。

於本發明之一實施例中，上述重摻雜層之各第二部分沿第二方向的長度係長於各指狀電極沿第二方向的長度。

於本發明之一實施例中，上述重摻雜層之各第二部分沿第二方向的長度係短於各指狀電極沿第二方向的長度。

於本發明之一實施例中，上述重摻雜層之各第二部分連接於第一部分之處的摻雜濃度係高於重摻雜層之其餘位置的摻雜濃度。

於本發明之一實施例中，上述指狀電極之另一端為自由端。

於本發明之一實施例中，上述各第二部分連接於第一部分之處係局部重疊而形成一重疊區域，於重摻雜層中，重疊區域的摻雜濃度高於其餘區域的摻雜濃度。

於本發明之一實施例中，上述太陽能電池更包含複數連接電極，各連接電極之二端分別連接於與其相鄰之二指狀電極。

於本發明之一實施例中，上述連接電極係沿第一方向延伸。

於本發明之一實施例中，上述重摻雜層更包含一第三部分，各第三部分沿第一方向延伸而分別位於各指狀電極之下方。

於本發明之一實施例中，上述各第三部分之二端分別連接於與其相鄰之二第二部分。

於本發明之一實施例中，上述重摻雜層的摻雜濃度係在10 ¹⁹至8x10 ¹⁹原子/公分 ³之範圍間。

於本發明之一實施例中，上述重摻雜層的摻雜濃度係在5.43x10 ¹⁸至2.84x10 ¹⁹原子/公分 ³之範圍間。

請參照第1圖與第2圖，分別為本發明一具體實施例之太陽能電池的表面電極布局示意圖以及第1圖之P1局部區域的局部放大示意圖（一），其繪示一太陽能電池1。太陽能電池1主要包含半導體基板11、匯流電極12、複數指狀電極13與重摻雜層14。半導體基板11具有一表面111，匯流電極12設置於半導體基板11之表面11且沿第一方向（例如Y軸方向）延伸。複數指狀電極13同樣設置於半導體基板11之表面111且沿第二方向（例如X軸方向）延伸，各指狀電極之一端連接於匯流電極12。在本實施例中，上述第一方向與第二方向的夾角只要小於180 ^o即可，並不限於一定要Y軸方向與X軸方向。此外，上述設置有匯流電極12與複數指狀電極13之半導體基板11的表面111，依實際太陽能電池種類的不同而可能是受光面也可能是背光面。舉例來說，若使用p型太陽能電池，受光面係為n型輕摻雜且具有選擇性部分n型重摻雜區會和金屬網印電極接觸，也就是設置有匯流電極12與複數指狀電極13之半導體基板11的表面111可以是受光面。若是使用n型太陽能電池，則背光面為n型輕摻雜以作為背電場，且具有選擇性部分區域n型重摻雜區與金屬網印電極接觸，也就是設置有匯流電極12與複數指狀電極13之半導體基板11的表面111可以是背光面。

重摻雜層14係形成於太陽能電池1之表面111，且包含一第一部分141與複數第二部分142。重摻雜層14所含摻質的型式取決於太陽能電池的種類而可以是P型摻質或者是N型摻質。重摻雜層14的第一部分141大致上係位於整體太陽能電池1之表面111的外緣，進一步來說就是位於各個指狀電極13的自由端131與半導體基板1之邊緣112之間。重摻雜層14的第一部分141係沿第一方向（例如Y軸方向）延伸，各個第二部分142係自第一部分141的邊緣沿著第二方向（例如X軸方向）延伸而分別位於各個指狀電極13的下方。在第2圖所示的態樣中，重摻雜層14之各個第二部分142沿第二方向的長度係等於各指狀電極13沿第二方向的長度。在太陽能電池1之表面111的投影方向上，第二部分142與第一部分141並未重疊，指狀電極13與第一部分141亦未重疊。

請參照第3圖，係第1圖之P1局部區域的局部放大示意圖（二），圖中重摻雜層14之各個第二部分142沿第二方向的長度係長於各指狀電極13沿第二方向的長度。在垂直於太陽能電池1之表面111的投影方向上，第二部分142與第一部分141並未重疊，指狀電極13與第一部分141亦未重疊。

請參照第4圖，係第1圖之P1局部區域的局部放大示意圖（三），圖中重摻雜層14之各個第二部分142沿第二方向的長度係短於各指狀電極13沿第二方向的長度。在垂直於太陽能電池1之表面111的投影方向上，第二部分142與第一部分141並未重疊，指狀電極13之自由端131係與第一部分141局部重疊。

請參照第5圖，係第1圖之P1局部區域的局部放大示意圖（四），圖中重摻雜層14之各個第二部分142沿第二方向的長度係長於各指狀電極13沿第二方向的長度。在垂直於太陽能電池1之表面111的投影方向上，第二部分142與第一部分141係局部重疊而構成重疊區域144，指狀電極13與第一部分141並未重疊。重疊區域144的摻雜濃度係高於重摻雜層14中重疊區域144以外位置的摻雜濃度。

請參照第6圖，係第1圖之P1局部區域的局部放大示意圖（五），圖中重摻雜層14之各個第二部分142沿第二方向的長度係長於各指狀電極13沿第二方向的長度。在垂直於太陽能電池1之表面111的投影方向上，第二部分142與第一部分141係局部重疊而構成重疊區域144，指狀電極13之自由端131係與第一部分141局部重疊。重疊區域144的摻雜濃度係高於重摻雜層14中重疊區域144以外位置的摻雜濃度。

請參照第7圖，係第1圖之P1局部區域的局部放大示意圖（六），圖中重摻雜層14之各個第二部分142沿第二方向的長度係長於各指狀電極13沿第二方向的長度。在垂直於太陽能電池1之表面111的投影方向上，第二部分142與第一部分141係局部重疊而構成重疊區域144，指狀電極13與第一部分141並未重疊。重疊區域144的摻雜濃度係高於重摻雜層14中重疊區域144以外位置的摻雜濃度。

請參照第8圖，係第1圖之P1局部區域的局部放大示意圖（七），圖中重摻雜層14之各個第二部分142沿第二方向的長度係等於各指狀電極13沿第二方向的長度。在垂直於太陽能電池1之表面111的投影方向上，第二部分142與第一部分141係局部重疊而構成重疊區域144，指狀電極13的自由端131亦與第一部分141局部重疊。重疊區域144的摻雜濃度係高於重摻雜層14中重疊區域144以外位置的摻雜濃度。

請參照第9圖與第10圖，分別為本發明另一具體實施例之太陽能電池的表面電極布局示意圖以及第9圖之P2局部區域的局部放大示意圖，其繪示出一太陽能電池2。相較於太陽能電池1，太陽能電池2更進一步包含複數個連接電極16，各個連接電極16之二端分別連接於二相鄰之指狀電極13。透過設置連接電極16可以有效地縮短太陽光入射表面111時所形成的載子的平均移動路徑，進而提高太陽能電池的發電效率。

如第10圖所示，太陽能電池2之重摻雜層14更可以包含第三部分143，各個第三部分143係沿第一方向延伸而分別位於各個連接電極16的下方，其中各個第三部分143之二端分別連接於與其相鄰之二第二部分142。

在一實施例中，上述重摻雜層14的摻雜濃度是在1x10 ¹⁹至8x10 ¹⁹原子/公分 ³之範圍間，而在另一實施例中，上述重摻雜層14的摻雜濃度大約是在5.43x10 ¹⁸至2.84x10 ¹⁹原子/公分 ³之範圍間。實驗測試顯示重摻雜層14的摻雜濃度5.43x10 ¹⁸原子/公分 ³是個臨界點，重摻雜層14的摻雜濃度在低於大約5.43x10 ¹⁸原子/公分 ³的時候，太陽能電池效率提升效果不顯著。此外，重摻雜層14的摻雜濃度8x10 ¹⁹原子/公分 ³是個飽和點，摻雜濃度若是高於8x10 ¹⁹原子/公分 ³時，縱使進一步增加摻雜濃度也無法讓太陽能電池的效率上升。實驗更發現重摻雜層14的摻雜濃度在高於大約2.84x10 ¹⁹原子/公分 ³之後，太陽能電池效率的提升便已經趨緩。

上述實施例的其中一個特點在於藉由在太陽能電池之表面電極下方以外的區域，特別是指狀電極13之自由端131與半導體基板11之邊緣112之間進一步形成重摻雜區14（例如前述各實施例的第一部分141）。如此一來，指狀電極13之自由端131與半導體基板11之邊緣112之間的阻抗會降低，進而使形成於指狀電極13之自由端131與半導體基板11之邊緣112之間的載子更能夠被收集，進而進一步提高太陽能電池整體的發電效率。

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，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之修改與變化。因此，只要這些修改與變化是在後附之申請專利範圍及與其同等之範圍內，本發明也將涵蓋這些修改與變化。

1、2‧‧‧太陽能電池

11‧‧‧半導體基板

111‧‧‧半導體基板的表面

112‧‧‧半導體基板的邊緣

12‧‧‧匯流電極

13‧‧‧指狀電極

131‧‧‧自由端

14‧‧‧重摻雜層

141‧‧‧第一部分

142‧‧‧第二部分

143‧‧‧第三部分

144‧‧‧重疊區域

16‧‧‧連接電極

P1‧‧‧局部區域

P2‧‧‧局部區域

[第1圖] 係本發明一具體實施例之太陽能電池的表面電極布局示意圖。 [第2圖] 係第1圖之P1局部區域的局部放大示意圖（一）。 [第3圖] 係第1圖之P1局部區域的局部放大示意圖（二）。 [第4圖] 係第1圖之P1局部區域的局部放大示意圖（三）。 [第5圖] 係第1圖之P1局部區域的局部放大示意圖（四）。 [第6圖] 係第1圖之P1局部區域的局部放大示意圖（五）。 [第7圖] 係第1圖之P1局部區域的局部放大示意圖（六）。 [第8圖] 係第1圖之P1局部區域的局部放大示意圖（七）。 [第9圖] 係本發明另一具體實施例之太陽能電池的表面電極布局示意圖。 [第10圖] 係第9圖之P2區域的局部放大示意圖。

1‧‧‧太陽能電池

111‧‧‧半導體基板的表面

112‧‧‧半導體基板的邊緣

12‧‧‧匯流電極

13‧‧‧指狀電極

131‧‧‧自由端

14‧‧‧重摻雜層

141‧‧‧第一部分

142‧‧‧第二部分

P1‧‧‧局部區域

Claims (12)

1. 一種太陽能電池，包含：一半導體基板，具有一表面；一匯流電極，設置於該半導體基板之該表面，且沿一第一方向延伸；複數指狀電極，設置於該半導體基板知該表面且沿一第二方向延伸，各該指狀電極之一端連接於該匯流電極，該第一方向與該第二方向的夾角小於180°；及一重摻雜層，形成於該半導體基板之該表面且包含一第一部分與複數第二部分，該第一部分沿該第一方向延伸，該第一部份位於該匯流電極與該些指狀電極下方以外之區域且位於各該指狀電極之自由端與該半導體基板之邊緣之間，各該第二部分自該第一部分的邊緣沿該第二方向延伸而分別位於各該指狀電極之下方。
2. 如請求項1所述之太陽能電池，其中各該第二部分沿該第二方向的長度係長於各該指狀電極沿該第二方向的長度。
3. 如請求項1所述之太陽能電池，其中各該第二部分沿該第二方向的長度係短於各該指狀電極沿該第二方向的長度。
4. 如請求項1所述之太陽能電池，其中各該第二部分沿該第二方向的長度係等於各該指狀電極沿該第二方向的長度。
5. 如請求項1所述之太陽能電池，其中各該指狀電極之另一端為自由端。
6. 如請求項1至5任一項所述之太陽能電池，其中各該第二部分連接於該第一部分之處係局部重疊而形成一重疊區域，於該重摻雜層中，該重疊區域的摻雜濃度高於其餘區域的摻雜濃度。
7. 如請求項6所述之太陽能電池，更包含複數連接電極，設置於該半導體基板之該表面，各該連接電極之二端分別連接與其相鄰之二該指狀電極。
8. 如請求項7所述之太陽能電池，其中各該連接電極係沿該第一方向延伸。
9. 如請求項8所述之太陽能電池，其中該重摻雜層更包含一第三部分，各該第三部分沿該第一方向延伸而分別位於各該連接電極之下方。
10. 如請求項9所述之太陽能電池，其中各該第三部分之二端分別連接於與其相鄰之二該第二部分。
11. 如請求項6所述之太陽能電池，其中該重摻雜層的摻雜濃度係在1x10¹⁹至8x10¹⁹原子/公分³之範圍間。
12. 如請求項6所述之太陽能電池，其中該重摻雜層的摻雜濃度係在5.43x10¹⁸至2.84x10¹⁹原子/公分³之範圍間。