TWI552361B - 太陽能電池及其模組 - Google Patents

Description

太陽能電池及其模組

本發明是有關於一種太陽能電池及其模組，特別是指一種異質接面結合本質非晶矽薄膜的太陽能電池及其模組。

參閱圖1、2，一般異質接面結合本質非晶矽薄膜(Heterojunction with Intrinsic Thin-layer, 簡稱HIT)太陽能電池9，通常包含：一具有相對的一正面911與一背面912的n型矽基板91、二分別位於該正面911與該背面912的本質非晶矽層(intrinsic amorphous silicon layer, 簡稱i-layer a-Si) 92、一位於正面911的該本質非晶矽層92上的p型非晶矽層 (p-type amorphous silicon layer, 簡稱p-type a-Si) 93、一位於背面912的該本質非晶矽層92上的n+型非晶矽層 (n-type amorphous silicon layer, 簡稱n ⁺-type a-Si) 94、二分別位於該p型非晶矽層93與該n+型非晶矽層94上的透明導電層95、95’，以及分別位於該二透明導電層95、95’上的一正面電極96與一背面電極97。

該正面電極96包括二間隔的匯流電極961，以及數個橫向連接該二匯流電極961的指狀電極962。該二匯流電極961的位置，通常是靠近該基板91中央處，或者至少是設置於離該基板91左右兩側周緣有一段距離的位置。

該透明導電層95是利用真空鍍膜方式形成，鍍膜時通常會配合遮罩將該p型非晶矽層93周圍部位遮蔽後再鍍膜，使該透明導電層95不會覆蓋到該p型非晶矽層93的邊緣區域931，避免該透明導電層95以整面覆蓋方式鍍膜時，若該透明導電層95還延伸至基板91側面，則可能會與該基板91背面912上的導電層接觸而產生寄生分流(Parasitic Shunting)現象。但使用遮罩鍍膜後，會因為遮罩的遮蔭效果，導致透明導電層95於周邊區域951的鍍膜厚度較薄，甚至是最靠近基板91側邊處即呈現無透明導電層95的露出非晶矽層的情形。

由於透明導電層95一般使用透明導電氧化材料，兼具導電與抗反射效果，但因為該p型非晶矽層93的邊緣區域931表面沒有任何透明導電鍍膜，加上該透明導電層95的周邊區域951的薄膜厚度較薄，因此該邊緣區域931與該周邊區域951容易反光，成為不利於受光使光線進入的區域，這些區域屬於受光效能較差的區域。而且該邊緣區域931與該周邊區域951的電流收集效果較差，串聯電阻高，上述缺失有待改良。

因此，本發明之目的，即在提供一種可提升電池邊緣處的電流收集效果、提升光電轉換效率的太陽能電池及其模組。

於是，本發明太陽能電池，包含一基板、一第一本質非晶矽層、一第一非晶矽層、一第一透明導電層、二第一匯流電極、二第一連接電極、數個第一柵線電極，及數個第二柵線電極。

該基板為第一導電型，並具有相對的一正面與一背面、二間隔相對的第一側邊，以及二間隔相對且連接於所述第一側邊間的第二側邊。 該第一本質非晶矽層位於該正面。該第一非晶矽層為第二導電型，並位於該第一本質非晶矽層上。 該第一透明導電層位於該第一非晶矽層上，該第一透明導電層具有一本體區以及一連接於該本體區周圍且平均厚度小於該本體區的周邊區。

該二第一匯流電極彼此間隔相對地位於該第一透明導電層上，該二第一匯流電極分別鄰近且沿該基板的該二第一側邊延伸，每一第一匯流電極的位置覆蓋該周邊區。該二第一連接電極彼此間隔相對且連接於該二第一匯流電極間，該二第一連接電極分別鄰近且沿該基板的該二第二側邊延伸，每一第一連接電極的位置覆蓋該周邊區。該數個第一柵線電極間隔排列於該二第一連接電極之間，且連接該二第一匯流電極。該數個第二柵線電極間隔排列於該二第一匯流電極之間，且連接該二第一連接電極。

本發明提供的另一種太陽能電池，與上述太陽能電池大致相同，且進一步地還包含以下特色：該周邊區的周緣與該第一非晶矽層的周緣之間的距離為1μm~2mm ，該周邊區的周緣與該第一非晶矽層的周緣之間為一露矽區。每一第一匯流電極的位置除了覆蓋該周邊區，還覆蓋該露矽區。每一第一連接電極的位置，除了覆蓋該周邊區，還覆蓋該露矽區。

其中，該數個第一柵線電極和該數個第二柵線電極於該基板中央區域的單位面積所佔比例，大於在該基板非中央區域的單位面積所佔比例；該二第一匯流電極的寬度大於該二第一連接電極的寬度，每一第一匯流電極的整條寬度為寬窄重複交錯的設計。

本發明太陽能電池模組，包含相對設置的一第一板材與一第二板材、至少一個如上述且設置於該第一板材與該第二板材間的太陽能電池，及一位於該第一板材與該第二板材間並接觸該太陽能電池的封裝材。

本發明之功效在於：藉由將該二第一匯流電極設置於該第一透明導電層的該周邊區上，可免除以往將匯流電極設置於靠近基板中央處對基板造成額外的遮光效果，故可提升本發明之電池受光面積。而且第一匯流電極與第一連接電極可提升第一透明導電層邊緣處的電流收集效果、降低串聯電阻。且該數個第二柵線電極有助於第一柵線電極的電流傳導至該二第一匯流電極，亦可提升電流收集與傳導效果。

在本發明被詳細描述之前，應當注意在以下的說明內容中，類似的元件是以相同的編號來表示。

參閱圖3、4，本發明太陽能電池模組之一第一實施例，包含上下相對設置的一第一板材1與一第二板材2、數個陣列式排列於該第一板材1與該第二板材2間的太陽能電池3、至少一位於該第一板材1及該第二板材2間並接觸該數個太陽能電池3的封裝材4，以及數條用於串接該數個太陽能電池3的焊帶導線(ribbon) 5。

該第一板材1與該第二板材2在實施上沒有特殊限制，可以使用玻璃或塑膠板材，而且位於電池受光面的一側的板材必須為可透光。該封裝材4的材質例如可透光的乙烯醋酸乙烯共聚物(EVA)，或其他可用於太陽能電池模組封裝的相關材料。

本實施例的該數個太陽能電池3的結構可以相同，以下僅以其中一個為例進行說明。當然，在一模組中的該數個電池的結構不以相同為絕對之必要。

參閱圖4~6，該太陽能電池3包含一基板30、彼此位於該基板30的相反側的一第一本質非晶矽層31與一第二本質非晶矽層32、一第一非晶矽層33、一第二非晶矽層34、一第一透明導電層35、一第二透明導電層36、二第一匯流電極37、二第一連接電極38、數個第一柵線電極61、數個第二柵線電極62、二第二匯流電極71，以及一背面電極72。

該基板30為第一導電型，並具有相對的一正面301與一背面302、二間隔相對的第一側邊303，以及二間隔相對且連接於所述第一側邊303之間的第二側邊304。本實施例之基板30為n型的半導體矽基板，並且為單晶矽基板30。該二第一側邊303大致為縱向延伸的直線形態，該二第二側邊304連接於該二第二側邊304的端部之間。其中當基板30是單晶矽基板時，因單晶矽基板通常是由晶圓棒切割而來，故於基板30四個角呈現原本晶圓棒圓周的弧斜邊，也就是第一側邊303與第二側邊304之間是由弧斜邊連接。但若是採用類單晶基板時，因是採用鑄錠方式得到類單晶基板，故可裁切出正方形之類單晶矽基板。另外於實施時，該基板30是採用多晶矽基板時，通常該基板30為正方形。此外，於實施上該基板30的形狀並無限制，也可以是長方形或其他形狀。

該第一本質非晶矽層31與該第二本質非晶矽層32分別位於該基板30的該正面301與該背面302，兩者皆為未摻雜的非晶矽薄膜。該第一非晶矽層33為第二導電型，並位於該第一本質非晶矽層31上。該第二非晶矽層34為第一導電型，並位於該第二本質非晶矽層32上。在本實施例中，該第一非晶矽層33為p型，該第二非晶矽層34為n型。故本實施例所述的第一導電型為n型，第二導電型為p型，在實施上也可以相反，此時該基板30為p型的半導體矽基板。

該第一透明導電層35配置於該正面301並位於該第一非晶矽層33上，具有抗反射與導電之功效。該第二透明導電層36配置於該背面302並位於該第二非晶矽層34上。該第一透明導電層35與該第二透明導電層36為透明導電氧化物(TCO)材料。

其中，該第一透明導電層35具有一本體區351與一圍繞連接於該本體區351周圍的周邊區352。該本體區351佔該第一透明導電層35的大部分面積，該周邊區352是指連接於該本體區351周圍且厚度較薄的區域，大致上是沿著該基板30外形延伸呈多邊形的環形樣貌。為了方便理解，圖6以分隔線L示意該周邊區352與該本體區351的分界。該周邊區352內不同部位的厚度可以相同也可以不同，且該周邊區352整體的平均厚度小於該本體區351的平均厚度。其中，該周邊區352的周緣353與該第一非晶矽層33的周緣331，大致都沿著該基板30周緣形態來延伸，且該第一非晶矽層33大致上全面覆蓋該基板30，故該第一非晶矽層33的周緣331位置約略位於該基板30周緣上，而該第一透明導電層35未將該第一非晶矽層33完全覆蓋，故該周邊區352的周緣353與該第一非晶矽層33的周緣331之間存有一段距離d，該距離d約為1μm～2mm，藉此避免該第一透明導電層35接觸到基板30的背面302導電層而產生寄生分流(Parasitic Shunting)。該周邊區352的周緣353與該第一非晶矽層33的周緣331之間形成一露矽區332，該露矽區332即為該第一非晶矽層33未受到該第一透明導電層35覆蓋的區域，故此處所謂的露矽區是指露出非晶矽的區域。

該二第一匯流電極37彼此間隔相對地位於該第一透明導電層35上，並分別鄰近且沿該基板30的該二第一側邊303延伸。每一第一匯流電極37的位置覆蓋該周邊區352與該露矽區332。該二第一匯流電極37的寬度可大於或等於該二第一連接電極38的寬度。本實施例的每一第一匯流電極37的寬度從頭到尾都是等寬，但另一方面，參閱圖7、8，於實施上，每一第一匯流電極37的整條寬度也可以為寬窄重複交錯的設計，可以如圖7為波浪狀，或者如圖8為凹凸鋸齒狀之設計。該二第一匯流電極37用於與焊帶導線5焊接連接，故對於有寬窄交替設計的第一匯流電極37而言，焊帶導線5可以與第一匯流電極37之各個較寬部位透過點焊方式固定結合。

參閱圖4~6，該二第一連接電極38彼此間隔相對且連接於該二第一匯流電極37間，該二第一連接電極38分別鄰近且沿該基板30的該二第二側邊304延伸，每一第一連接電極38的位置覆蓋該周邊區352與該露矽區332。

該數個第一柵線電極61間隔排列於該二第一連接電極38之間，且橫向延伸並連接該二第一匯流電極37。該數個第二柵線電極62間隔排列於該二第一匯流電極37之間，且縱向延伸並連接該二第一連接電極38，而且第二柵線電極62與第一柵線電極61彼此縱橫交錯相連。該數個第一柵線電極61與該數個第二柵線電極62的寬度一般小於該二第一匯流電極37的寬度，以增加整體的受光面積。

其中，該數個第二柵線電極62的排列密度，是由靠近該基板30中央處往兩側靠近該二第一匯流電極37處逐漸變小，也就是說，愈靠近該基板30中央排列愈密，愈往兩側排列愈疏。該數個第二柵線電極62中，越靠近該基板30中央的該第二柵線電極62的寬度越寬，越靠近該二第一匯流電極37的該第二柵線電極62的寬度越小。於實施上，每一第二柵線電極62的寬度可以為整條等寬，也可以為非整條等寬的設計。在本實施例中，該基板30中央區域的該些寬度較寬的第二柵線電極62，每一第二柵線電極62的寬度都是整條等寬。

其中，該數個第一柵線電極61和該數個第二柵線電極62於該基板30中央區域的單位面積所佔比例，大於在該基板30非中央區域的單位面積所佔比例，可以將該基板30中央區域的柵線電極相對於非中央區域配置得較多、較密或者寬度較寬，以提升基板30中央區域的柵線電極面積比例，從而提升電流傳導效果。

該二第二匯流電極71彼此間隔相對地位於該第二透明導電層36上，並分別鄰近且沿該基板30的該二第一側邊303延伸。該二第二匯流電極71的位置大致上分別對應該二第一匯流電極37的位置。該背面電極72位於該二第二匯流電極71間，大至呈整面配置於該背面302上且位於該第二透明導電層36表面。

本發明藉由將該二第一匯流電極37設置於該第一透明導電層35的該周邊區352上，相對於已知電池採用改變匯流電極的位置，意即本發明將其移至該第一透明導電層35邊緣處原本就屬於受光效果較差的區域，可免除以往將匯流電極設置於靠近基板30中央處對基板30造成額外的遮光效果，因此，本發明有助於提升電池受光面積。而且透過該二第一匯流電極37與第一連接電極38設置於第一透明導電層35的周邊區352，可提升第一透明導電層35邊緣處的電流收集效果，並可降低串聯電阻。

另外，本發明除了具有該數個第一柵線電極61外，還設置該數個第二柵線電極62與該二第一連接電極38，可提升電流收集與傳導效果。而且第二柵線電極62有助於第一柵線電極61的電流傳導至位於左右兩側的該二第一匯流電極37。更進一步地，再搭配基板30中央處的第二柵線電極62的寬度較寬，排列密度較密的設計，亦有助於基板30中央區域的電流傳導，以提升電流收集效果。

參閱圖4、9、10，本發明太陽能電池之一第二實施例，為雙面受光電池，該基板30的該背面302的膜層配置與電極配置，實質上與該正面301的配置相同。因此，該背面302上的電極結構，包含二第二匯流電極71、二第二連接電極73、數個第三柵線電極74與數個第四柵線電極75，這些電極的配置分別與正面301的第一匯流電極37、第一連接電極38、第一柵線電極61與第二柵線電極62的配置實質相同。所述實質相同可以是完全相同，也可以是相似，即使背面302與正面301的結構或電極配置位置略有差異，但只要背面302上的電極配置也是將匯流電極移至透明導電層邊緣處，從而可增加電池中央區域的受光面積、提升透明導電層邊緣處的電流收集效果的等效設計，即屬於背面302與正面301實質相同。

惟以上所述者，僅為本發明之實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，凡是依本發明申請專利範圍及專利說明書內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。

1‧‧‧第一板材
2‧‧‧第二板材
3‧‧‧太陽能電池
30‧‧‧基板
301‧‧‧正面
302‧‧‧背面
303‧‧‧第一側邊
304‧‧‧第二側邊
31‧‧‧第一本質非晶矽層
32‧‧‧第二本質非晶矽層
33‧‧‧第一非晶矽層
331‧‧‧周緣
332‧‧‧露矽區
34‧‧‧第二非晶矽層
35‧‧‧第一透明導電層
351‧‧‧本體區
352‧‧‧周邊區
353‧‧‧周緣
36‧‧‧第二透明導電層
37‧‧‧第一匯流電極
38‧‧‧第一連接電極
4‧‧‧封裝材
5‧‧‧焊帶導線
61‧‧‧第一柵線電極
62‧‧‧第二柵線電極
71‧‧‧第二匯流電極
72‧‧‧背面電極
73‧‧‧第二連接電極
74‧‧‧第三柵線電極
75‧‧‧第四柵線電極
d‧‧‧距離
L‧‧‧分隔線

本發明之其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現，其中： 圖1是一種已知太陽能電池的正面示意圖； 圖2是沿圖1的線A-A所取的剖視示意圖； 圖3是本發明太陽能電池模組之一第一實施例的局部剖視示意圖； 圖4是該第一實施例的一太陽能電池的正面示意圖； 圖5是沿圖4的線B-B所取的剖視示意圖； 圖6是圖5的局部放大圖； 圖7是該太陽能電池的另一種實施態樣的俯視示意圖，主要顯示二個第一匯流電極為波浪狀； 圖8是該太陽能電池的再另一種實施態樣的俯視示意圖，主要顯示二個第一匯流電極為鋸齒狀； 圖9是本發明太陽能電池之一第二實施例的背面示意圖；及 圖10是該第二實施例之太陽能電池的剖視示意圖。

3‧‧‧太陽能電池

30‧‧‧基板

303‧‧‧第一側邊

304‧‧‧第二側邊

331‧‧‧周緣

332‧‧‧露矽區

35‧‧‧第一透明導電層

351‧‧‧本體區

352‧‧‧周邊區

353‧‧‧周緣

37‧‧‧第一匯流電極

38‧‧‧第一連接電極

5‧‧‧焊帶導線

61‧‧‧第一柵線電極

62‧‧‧第二柵線電極

d‧‧‧距離

Claims (12)

1. 一種太陽能電池，包含： 一基板，為第一導電型，並具有相對的一正面與一背面、二間隔相對的第一側邊，以及二間隔相對且連接於所述第一側邊間的第二側邊； 一第一本質非晶矽層，位於該正面； 一第一非晶矽層，為第二導電型，並位於該第一本質非晶矽層上； 一第一透明導電層，位於該第一非晶矽層上，該第一透明導電層具有一本體區以及一連接於該本體區周圍且平均厚度小於該本體區的周邊區； 二第一匯流電極，彼此間隔相對地位於該第一透明導電層上，該二第一匯流電極分別鄰近且沿該基板的該二第一側邊延伸，每一第一匯流電極的位置覆蓋該周邊區； 二第一連接電極，彼此間隔相對且連接於該二第一匯流電極間，該二第一連接電極分別鄰近且沿該基板的該二第二側邊延伸，每一第一連接電極的位置覆蓋該周邊區； 數個第一柵線電極，間隔排列於該二第一連接電極之間，且連接該二第一匯流電極；及 數個第二柵線電極，間隔排列於該二第一匯流電極之間，且連接該二第一連接電極。
2. 如請求項1所述的太陽能電池，其中，該數個第一柵線電極和該數個第二柵線電極於該基板中央區域的單位面積所佔比例，大於在該基板非中央區域的單位面積所佔比例。
3. 如請求項1所述的太陽能電池，其中，該第一透明導電層的周邊區的周緣與該第一非晶矽層的周緣之間的距離為1μm~2mm ，該周邊區的周緣與該第一非晶矽層的周緣之間為一露矽區，每一第一匯流電極的位置還覆蓋該露矽區。
4. 如請求項3所述的太陽能電池，其中，每一第一連接電極的位置還覆蓋該露矽區。
5. 如請求項1所述的太陽能電池，其中，該數個第二柵線電極的排列密度，是由靠近該基板中央處往兩側靠近該二第一匯流電極處逐漸變小。
6. 如請求項1所述的太陽能電池，其中，該數個第二柵線電極中，越靠近該基板中央的該第二柵線電極的寬度越寬，越靠近該二第一匯流電極的該第二柵線電極的寬度越小。
7. 如請求項6所述的太陽能電池，其中，該基板中央區域的每一第二柵線電極的寬度為整條等寬。
8. 如請求項1所述的太陽能電池，其中，該二第一匯流電極的寬度大於該二第一連接電極的寬度。
9. 如請求項1所述的太陽能電池，其中，每一第一匯流電極的整條寬度為寬窄重複交錯的設計。
10. 如請求項1所述的太陽能電池，其中，該基板的該背面的電極配置實質上與該正面的配置相同。
11. 一種太陽能電池，包含： 一基板，為第一導電型，並具有相對的一正面與一背面、二間隔相對的第一側邊，以及二間隔相對且連接於所述第一側邊間的第二側邊； 一第一本質非晶矽層，位於該正面； 一第一非晶矽層，為第二導電型，並位於該第一本質非晶矽層上； 一第一透明導電層，位於該第一非晶矽層上，該第一透明導電層具有一本體區以及一連接於該本體區周圍且平均厚度小於該本體區的周邊區，該周邊區的周緣與該第一非晶矽層的周緣之間的距離為1μm~2mm，該周邊區的周緣與該第一非晶矽層的周緣之間為一露矽區； 二第一匯流電極，彼此間隔相對地位於該第一透明導電層上，該二第一匯流電極分別鄰近且沿該基板的該二第一側邊延伸，每一第一匯流電極的位置覆蓋該周邊區與該露矽區； 二第一連接電極，彼此間隔相對且連接於該二第一匯流電極間，該二第一連接電極分別鄰近且沿該基板的該二第二側邊延伸，每一第一連接電極的位置覆蓋該周邊區與該露矽區； 數個第一柵線電極，間隔排列於該二第一連接電極之間，且連接該二第一匯流電極；及 數個第二柵線電極，間隔排列於該二第一匯流電極之間，且連接該二第一連接電極； 其中，該數個第一柵線電極和該數個第二柵線電極於該基板中央區域的單位面積所佔比例，大於在該基板非中央區域的單位面積所佔比例； 該二第一匯流電極的寬度大於該二第一連接電極的寬度，每一第一匯流電極的整條寬度為寬窄重複交錯的設計。
12. 一種太陽能電池模組，包含： 相對設置的一第一板材與一第二板材； 至少一個如請求項1至11中任一項所述的太陽能電池，設置於該第一板材與該第二板材間；及 一封裝材，位於該第一板材與該第二板材之間，並接觸該太陽能電池。