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CN104600132A - 电极结构与使用电极结构的太阳能电池 - Google Patents

电极结构与使用电极结构的太阳能电池 Download PDF

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CN104600132A
CN104600132A CN201310526115.XA CN201310526115A CN104600132A CN 104600132 A CN104600132 A CN 104600132A CN 201310526115 A CN201310526115 A CN 201310526115A CN 104600132 A CN104600132 A CN 104600132A
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CN
China
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diffusion region
electrode
solar cell
contact
bus electrode
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CN201310526115.XA
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English (en)
Inventor
简荣吾
林佳龙
陈传祺
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Inventec Solar Energy Corp
Original Assignee
Inventec Solar Energy Corp
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Publication date
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    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • H—ELECTRICITY
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    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy

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  • Photovoltaic Devices (AREA)

Abstract

本发明揭露一种电极结构，此电极结构包含第一导电电极与第二导电电极。第一导电电极包含第一汇流电极与第一指状电极。在第一扩散区域上方的第一汇流电极透过第一接触点与第一扩散区域电性接触，在第二扩散区域上方的第一汇流电极与第二扩散区域电性绝缘。第二导电电极包含第二汇流电极与第二指状电极。在第二扩散区域上方的第二汇流电极透过第二接触点与第二扩散区域电性接触，第一扩散区域上方的第二汇流电极与第一扩散区域电性绝缘。第一指状电极与第二指状电极分别与第一扩散区域与第二扩散区域电性接触。

Description

电极结构与使用电极结构的太阳能电池
技术领域
本发明是有关于一种背接触电极式太阳能电池，特别是具有可降低电性屏蔽效应的电极结构的太阳能电池。
背景技术
在结合N型基板的背接触电极式太阳能电池操作中，藉由P极扩散区收集少数载子(电洞)，再透过P极导电电极将所收集到的少数载子传导至正端子，藉由N极扩散区域收集多数载子(电子)，再透过N极导电电极将所收集到的多数载子传导至负端子。然而，在N型基板的N极扩散区域收集多数载子时，此区域的高参杂以及多数载子(电子)的聚集使得少数载子(电洞)在N极扩散区域更容易发生复合而无法转换为电流，此效应称为电性屏蔽效应(electrical shading effect)。电性屏蔽效应会导致太阳能电池的转换效率的降低，因此如何降低电性遮蔽效应是目前需要解决的问题之一。一般的做法为尽量降低N极扩散区域的面积比例，然而降低N极扩散区域的面积比例又会影响多数载子(电子)的传导阻值，仅能在两者效应间尽量做到优化设计。
图1显示传统的背接触电极式太阳能电池的平面图。如图1所示，传统太阳能电池10主要包含N极扩散区101、P极扩散区102、N极接触点103、P极接触点104、N极导电电极105与P极导电电极106。N极扩散区域101为梳状排列，而P极扩散区域102则环绕于N极扩散区域101。N极导电电极105仅迭设于N极扩散区域101上，P极导电电极106仅迭设于P极扩散区域102上。另外，N极导电电极105进一步包含复数个N极指状电极1052与N极汇流电极1054迭设于N极扩散区域101上，P极导电电极106进一步包含复数P极指状电极1062与P极汇流电极1064迭设于P极扩散区域102上。透过N极接触点103让N极扩散区域101可以与N极导电电极105电性接触，透过P极接触点104让P极扩散区域102可以与P极导电电极106电性接触。
由图1可以看出N极扩散区域101为电性遮蔽效应的发生区域，特别是N极汇流电极1054下方的N极扩散区域相对较大的面积产生的转换效率的影响更为显著。另外P极汇流电极1064下方的大面积P极扩散区域也不利于多数载子(电子)在这个区域的传导，导致串联电阻的增加也进一步损伤了电池片的转换效率。可见如何改善N极与P极汇流电极下方扩散区域的不利影响，有其价值与必要性。
图2A、图2B与图2C分别显示传统厂商为解决电性遮蔽效应所设计的太阳能电池的电极结构的示意图。如图2A所示，在此太阳能电池20A中，汇流电极202A为三角弧形条状图案设置在太阳能电池20A的边缘区域，另外包含数个加大面积的方形焊接点作为电池片串接时的焊带接触位置。而指状电极204A的中间区域并没有任何汇流电极202A的存在。这样的设计虽然初步减少了汇流电极202A的面积(也就是减少了汇流电极下方的扩散区域面积)，改善了电性遮蔽效应，但是由于指状电极204A到汇流电极202A的距离变长，会增加电子电洞对所产生的电流的传递电阻。图2B为另一个背接触电极式太阳能电池的电极结构的示意图。如图2B所示，SUNPOWER公司揭露一种太阳能电池的电极结构(美国专利7,804,022公告号)，在此太阳能电池的电极结构20B中，将汇流电极202B缩小为方形图案且设置在太阳能电池20B的边缘区域，而在指状电极204B的中间区域并没有任何汇流电极202B的存在。同时又修改指状电极204B的安排，让其直接连接至方形汇流电极202B一边。这样的设计虽然尽量缩小了汇流电极202B的面积，也就是缩小了汇流电极202B下方扩散区域的面积，能够降低电性屏蔽效应的影响。然而由于指状电极204B到汇流电极202B的距离变长，会增加电子电洞对所产生的电流的传递电阻。而且其缩小的汇流电极设置在太阳能电池20B的边缘区域，这样的安排除了增加效率量测的困难(汇流电极202B同时也是效率量测的探针点测位置)，也产生电池片串接组件时的技术限制。如图2C所示(美国专利7,390,961公告号)的太阳能电池的电极结构20C，这样设计的电池片汇流电极202C无法采用传统的串焊技术而必须搭配特别的焊带204C设计与焊接技术来实现电池片的串接。仅焊接在电池片汇流电极202C边缘的焊带设计无法如传统的串焊技术延伸焊带进入电池片以内，因此也无法利用焊带204C的延伸来进一步降低串接电阻。
因此存在一种需求设计太阳能电池的电极结构，可以在不缩小汇流电极面积的情况下，改善背接触电极式太阳能电池的电性屏蔽效应，提升太阳能电池的性能。而且可以沿用传统的焊带串焊技术近一步降低串接电阻提升太阳能电池组件效能。
发明内容
本发明的目的在提出一种电极结构，可改善太阳能电池的电性屏蔽效应，提升太阳能电池的性能。
根据上述的目的，在此揭露一种电极结构，所述电极结构用于一背接触电极式太阳能电池上，而所述太阳能电池包含至少一第一扩散区域、第二扩散区域、复数个第一接触点与复数个第二接触点，所述电极结构包含一第一导电电极与一第二导电电极。所述第一导电电极包含一第一汇流电极，所述第一汇流电极设置于所述第一扩散区域与所述第二扩散区域上方，在所述第一扩散区域上方的所述第一汇流电极透过所述复数个第一接触点与所述第一扩散区域电性接触，在所述第二扩散区域上方的所述第一汇流电极与所述第二扩散区域电性绝缘；以及复数个第一指状电极，所述第一指状电极设置于所述第一扩散区域上方，并与所述第一汇流电极电性连接，透过所述复数个第一接触点使所述第一指状电极与所述第一扩散区域电性接触。所述第二导电电极包含一第二汇流电极，所述第二汇流电极设置于所述第一扩散区域与所述第二扩散区域上方，在所述第二扩散区域上方的所述第二汇流电极透过所述复数个第二接触点与所述第二扩散区域电性接触，在所述第一扩散区域上方的所述第二汇流电极与所述第一扩散区域电性绝缘；以及复数个第二指状电极，所述第二指状电极设置于所述第二扩散区域上方，并与所述第二汇流电极电性连接，透过所述复数个第二接触点使所述第二指状电极与所述第二扩散区域电性接触。
本发明的另一目的在提出一种使用此电极结构的太阳能电池，透过此电极结构，在不改变太阳能电池的制程步骤下，可以达到改善太阳能电池的电性屏蔽效应，并进一步降低传导电阻以提升太阳能电池的性能
根据上述的目的，在此揭露一种背接触电极式太阳能电池包含至少一第一扩散区域、第二扩散区域、一绝缘层、复数个第一接触点、复数个第二接触点、一第一导电电极与一第二导电电极。第二扩散区域环绕所述至少一第一扩散区域。绝缘层设置于所述第一扩散区域与所述第二扩散区域上方，且包含复数个第一穿孔与复数个第二穿孔，所述复数个第一穿孔暴露所述第一扩散区域，所述复数个第二穿孔暴露第二扩散区域。复数个第一接触点设置于所述复数个第一穿孔中，复数个第二接触点设置于所述复数个第二穿孔中。第一导电电极设置于所述第一扩散区域与所述第二扩散区域上方，在所述第一扩散区域上方的所述第一导电电极透过所述复数个第一接触点与所述第一扩散区域电性接触，在所述第二扩散区域上方的所述第一导电电极藉由所述绝缘层与所述第二扩散区域电性绝缘。第二导电电极设置于所述第一扩散区域与所述第二扩散区域上方，在所述第二扩散区域上方的所述第二导电电极透过所述复数个第二接触点与所述第二扩散区域电性接触，所述第一扩散区域上方的所述第二汇流电极藉由所述绝缘层与所述第一扩散区域电性绝缘。
附图说明
图1显示传统背接触电极太阳能电池的平面图；
图2A显示传统背接触电极太阳能电池的平面图；
图2B显示另一传统背接触电极太阳能电池的平面图；
图2C显示传统参考例的背接触电极太阳能电池串接与特殊设计串接焊带的示意图；
图3显示本发明较佳实施例的背接触电极太阳能的示意图；
图4A显示沿图3的太阳能电池的AA’线所取的剖面图；
图4B显示沿图3的太阳能电池的BB’线所取的剖面图；以及
图5显示本发明的太阳能电池的电极结构与传统太阳能电池的电极结构的实验结果的电性比较图。
具体实施方式
以下各实施例的说明是参考附加的图式，用以例示本发明可用以实施的特定实施例。本发明所提到的方向用语，例如「上」、「下」、「前」、「后」、「左」、「右」、「内」、「外」、「侧面」等，仅是参考附加图式的方向。因此，使用的方向用语是用以说明及理解本发明，而非用以限制本发明。在图中，结构相似的单元是以相同标号表示。
图3显示本发明实施例的太阳能电池的示意图。如图3所示，太阳能电池30主要包含第一扩散区域301、第二扩散区域302、第一接触点303与第二接触点304。第一扩散区域301为N极扩散区域，又可称为基极扩散区域。第二扩散区域302环绕第一扩散区域301，第二扩散区域302为P极扩散区域，又可成为射极扩散区域。在本发明的实施例中第一扩散区域301较佳为长条状，而第二扩散区域302环绕于第一扩散区域301。然而，在不同实施例中，第一扩散区域301可以为不同的块状形状，在此并不局限。另外，第一扩散区域301的数量在本发明的实施例中可以为一个或一个以上，在此并不局限，而且第一扩散区域301在此实施例为纵向依序排列，在不同实施例中可以为横向依序排列或交错排列，第一扩散区域301甚至可以为不规则排列，在此并不局限。第一接触点303与第二接触点304分别设置于第一扩散区域301与第二扩散区域302的上方，同样第一接触点303与第二接触点304分别可成为N极接触点与P极接触点，或基极接触点与射极接触点。
依旧参阅图3，太阳能电池30的电极结构可包含第一导电电极305与第二导电电极306。一部分的第一导电电极305迭置于所述第一扩散区域301上方，一部分的第一导电电极305迭置于所述第二扩散区域302上方，一部分的第二导电电极306迭置于所述第一扩散区域301上方，一部分的第二导电电极306迭置于所述第二扩散区域302上方。第一导电电极305与第二导电电极306分别为N极导电电极与P极导电电极，或基极导电电极与射极导电电极。在第一扩散区域301上方的第一导电电极305透过第一接触点303与第一扩散区域301电性接触，而在第二扩散区域302上方的第一导电电极305，因为没有设置第一接触点303或第二接触点304，在第二扩散区域302上方的第一导电电极305不会与第二扩散区域302电性接触。同样，在第二扩散区域302上方的第二导电电极306透过第二接触点304与第二扩散区域302电性接触，而在第一扩散区域301上方的第二导电电极306，因为没有设置第一接触点303或第二接触点304，在第一扩散区域301上方的第二导电电极306不会与第一扩散区域301电性接触。
另外，第一导电电极305进一步可分为第一汇流电极(busbarelectrode)3052与复数个第一指状电极(finger electrode)3054，第二导电电极306进一步可分为第二汇流电极3062与复数个第二指状电极3064。由图3的实施例可以明显看出，由于第一扩散区域301为纵向依序排列，第一指状电极3054也为纵向依序排列且迭置于第一扩散区域301上方。而第二指状电极3064与第一指状电极3054为纵向交错排列，在不同实施例中第二指状电极3064与第一指状电极3054也可以为非交错排列，在此并不局限。第一汇流电极3052与第二汇流电极3062为平行排列，分别设置于第一扩散区域301的两端，且分别横向跨越至少一第一扩散区域301。进一步来说，第一指状电极3054与第二指状电极3064分别设置于第一扩散区域301与第二扩散区域302的上方，且透过第一接触点303让第一指状电极3054与第一扩散区域301电性接触，透过第二接触点304让第二指状电极3064与第二扩散区域302电性接触。而第一汇流电极3052设置于第一扩散区域301与第二扩散区域302上方，第二汇流电极3062也设置于第一扩散区域301与第二扩散区域302上方。在第一扩散区域301上方的第一汇流电极3052透过第一接触点303与第一扩散区域301电性接触，而第一汇流电极3052与第二扩散区域301重迭的区域，因为在第一汇流电极3052与第二扩散区域302之间设置绝缘层(未图示)，且在第一汇流电极3052与第二扩散区域302之间并没有第一接触点303或第二接触点304的设置，因此第一汇流电极3052与第二扩散区域302的重迭区域不会做电性接触。同理，在所述第二扩散区域302上方的第二汇流电极3062透过第二接触点304与第二扩散区域302电性接触，而第二汇流电极3062与第一扩散区域301重迭的区域，因为在第二汇流电极3062与第一扩散区域301之间设置绝缘层(未图示)，且在第二汇流电极3062与第一扩散区域301之间并没有第一接触点303或第二接触点304的设置，因此第二汇流电极3062与第一扩散区域301的重迭区域不会做电性接触。相较于图1所示的传统太阳能电池，第一汇流电极3052下方的第一扩散区域301的面积得以大幅减少，因此改善了电性屏蔽效应，提升太阳能电池的转换效能。而第二汇流电极3062下方也因为穿插了第一扩散区域301而缩短了多数载子(电子)在这个区域的运动距离而降低传导电阻，更进一步提升太阳能电池的效能。本发明实施例中的太阳能电池30的结构与传统的太阳能电池的结构差异不大，藉由上述的电极结构设计，无须大幅度改变太阳能电池的制程即可完成本发明的太阳能电池的结构。
图4A与图4B分别显示沿图3的太阳能电池的AA’线与BB’线所取的剖面图。如图4A所示，先在太阳能电池上形成第一扩散区域301与第二扩散区域302，藉由先形成第二扩散区域302，再将第二扩散区域302的部分区域挖空成复数个开口，再形成第一扩散区域301。然后，在第一扩散区域301与第二扩散区域302上方形成绝缘层307，绝缘层307上具有复数个第一穿孔3072，所述复数个第一穿孔3072可暴露部分的第一扩散区域301，然后再于复数个第一穿孔3072中填充金属导电材料以形成复数个第一接触点303。最后在绝缘层307与复数个第一接触点303上方形成第一导电电极305，完成本发明在AA’线的太阳能电池结构。而且，由图4A中可以明显看出，因为第一扩散区域301上方设置第一接触点303，让第一扩散区域301可与第一导电电极305电性接触，而第二扩散区域302上方并没有设置第一接触点303或第二接触点304，仅具有绝缘层307，使第二扩散区域302与第一导电电极305不会做电性接触。
同理，如图4B所示，在太阳能电池上形成第一扩散区域301与第二扩散区域302之后，在第一扩散区域301与第二扩散区域302上方形成绝缘层307。绝缘层307同样具有复数个第二穿孔3074，所述复数个第二穿孔3074暴露部分的第二扩散区域302，再于复数个第二穿孔3074中填充金属导电材料以形成复数个第二接触点304。最后在绝缘层307与复数个第二接触点304上方形成第二导电电极306，完成本发明在BB’线的太阳能电池结构。由图4B中可以明显看出，因为第二扩散区域302上方设置第二接触点304，让第二扩散区域302可与第二导电电极306电性接触，而第一扩散区域301上方并没有设置第一接触点303或第二接触点304，仅具有绝缘层307，使第一扩散区域301与第二导电电极306不会做电性接触。
另外，在此需要说明的是，上述的太阳能电池制作步骤可以藉由沉积、涂布、光罩、雷射或蚀刻等半导体制程来完成，而此半导体制程为本领域技术人员所熟知，在此不再赘述。而在本发明的实施例中的太阳能电池较佳为背接触电极式太阳能电池，但在此并不局限。图5显示本发明的太阳能电池的电极结构与传统太阳能电池的电极结构的实验结果的电性比较图。由图5可以明显看出，本发明的太阳能电池的电极结构所获得的转换电流高于传统的太阳能电池的电极结构，可见本发明实施例中所述的电极结构，可以降低太阳能电池的电性屏蔽效应，且无须变更原本的太阳能电池的制造流程，同样可以达到改善太阳能电池的转换效率。
虽然本发明已用较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视后附的申请专利范围所界定者为准。

Claims (10)

1.一种电极结构，所述电极结构用于一太阳能电池上，而所述太阳能电池包含至少一第一扩散区域、一第二扩散区域、复数个第一接触点与复数个第二接触点，其特征在于，所述电极结构包含：
一第一导电电极，包含：
一第一汇流电极，所述第一汇流电极设置于所述第一扩散区域与所述第二扩散区域上方，在所述第一扩散区域上方的所述第一汇流电极透过所述复数个第一接触点与所述第一扩散区域电性接触，在所述第二扩散区域上方的所述第一汇流电极与所述第二扩散区域电性绝缘；以及
复数个第一指状电极，所述复数个第一指状电极设置于所述第一扩散区域上方，并与所述第一汇流电极电性连接，透过所述复数个第一接触点使所述复数个第一指状电极与所述第一扩散区域电性接触；以及
一第二导电电极，包含：
一第二汇流电极，所述第二汇流电极设置于所述第一扩散区域与所述第二扩散区域上方，在所述第二扩散区域上方的所述第二汇流电极透过所述复数个第二接触点与所述第二扩散区域电性接触，在所述第一扩散区域上方的所述第二汇流电极与所述第一扩散区域电性绝缘；以及
复数个第二指状电极，所述复数个第二指状电极设置于所述第二扩散区域上方，并与所述第二汇流电极电性连接，透过所述复数个第二接触点使所述复数个第二指状电极与所述第二扩散区域电性接触。
2.根据权利要求1所述的电极结构，其特征在于，所述第一扩散区域为N极扩散区域，所述第二扩散区域为P极扩散区域。
3.根据权利要求1所述的电极结构，其特征在于，所述电极结构更包含一绝缘层，所述绝缘层设置于所述第一扩散区域与所述第二扩散区域上方，以隔绝所述第一扩散区域与所述第二扩散区域和所述第一导电电极与所述第二导电电极做电性接触。
4.根据权利要求1所述的电极结构，其特征在于，所述电极结构是用于一背接触电极式太阳能电池上。
5.一种太阳能电池，其特征在于，所述太阳能电池包含：
至少一第一扩散区域；
一第二扩散区域，环绕所述至少一第一扩散区域；
一绝缘层，所述绝缘层设置于所述第一扩散区域与所述第二扩散区域上方，且包含复数个第一穿孔与复数个第二穿孔，所述复数个第一穿孔暴露所述第一扩散区域，所述复数个第二穿孔暴露所述第二扩散区域；
复数个第一接触点，设置于所述复数个第一穿孔中；
复数个第二接触点，设置于所述复数个第二穿孔中；
一第一导电电极，设置于所述第一扩散区域与所述第二扩散区域上方，在所述第一扩散区域上方的所述第一导电电极透过所述复数个第一接触点与所述第一扩散区域电性接触，在所述第二扩散区域上方的所述第一导电电极藉由所述绝缘层与所述第二扩散区域电性绝缘；以及
一第二导电电极，设置于所述第一扩散区域与所述第二扩散区域上方，在所述第二扩散区域上方的所述第二导电电极透过所述复数个第二接触点与所述第二扩散区域电性接触，所述第一扩散区域上方的所述第二汇流电极藉由所述绝缘层与所述第一扩散区域电性绝缘。
6.根据权利要求5所述的太阳能电池，其特征在于，所述第一导电电极包含：
一第一汇流电极，所述第一汇流电极设置于所述第一扩散区域与所述第二扩散区域上方，在所述第一扩散区域上方的所述第一汇流电极透过所述复数个第一接触点与所述第一扩散区域电性接触，在所述第二扩散区域上方的所述第一汇流电极与所述第二扩散区域电性绝缘；以及
复数个第一指状电极，所述复数个第一指状电极设置于所述第一扩散区域上方，并与所述第一汇流电极电性连接，透过所述复数个第一接触点使所述复数个第一指状电极与所述第一扩散区域电性接触。
7.根据权利要求5所述的太阳能电池，其特征在于，所述第二导电电极包含：
一第二汇流电极，所述第二汇流电极设置于所述第一扩散区域与所述第二扩散区域上方，在所述第二扩散区域上方的所述第二汇流电极透过所述复数个第二接触点与所述第二扩散区域电性接触，在所述第一扩散区域上方的所述第二汇流电极与所述第一扩散区域电性绝缘；以及
复数个第二指状电极，所述复数个第二指状电极设置于所述第二扩散区域上方，并与所述第二汇流电极电性连接，透过所述复数个第二接触点使所述复数个第二指状电极与所述第二扩散区域电性接触。
8.根据权利要求5所述的太阳能电池，其特征在于，所述太阳能电池为一背接触电极式太阳能电池。
9.根据权利要求5所述的太阳能电池，其特征在于，所述第一扩散区域为N极扩散区域，所述第二扩散区域为P极扩散区域。
10.根据权利要求5所述的太阳能电池，其特征在于，所述复数个第一接触点为复数个N极接触点，所述复数个第二接触点为复数个P极接触点，所述第一导电电极为N极导电电极，所述第二导电电极为P极导电电极。
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