CN103715276A

CN103715276A - 太阳能电池及其模组

Info

Publication number: CN103715276A
Application number: CN201210371674.3A
Authority: CN
Inventors: 魏志铭; 李昆儒
Original assignee: Motech Industries Inc
Current assignee: Motech Industries Inc
Priority date: 2012-09-28
Filing date: 2012-09-28
Publication date: 2014-04-09

Abstract

一种太阳能电池及其模组，该电池包含：一包括一第一面的基板、一配置于该第一面上的钝化层、多个可透光的反射膜及多个穿过反射膜及钝化层而与该第一面接触的第一电极。该多个可透光的反射膜依序堆叠配置于该钝化层上，每一反射膜包括一第一层与一第二层。每一反射膜的该第一层与该第二层的折射率不同，每一反射膜的第二层的材质不同于该钝化层的材质。本发明通过反射膜将通过该基板而来的光线反射回到该基板内部再度吸收利用，从而改善了电池在波长较长的光波段的量子效率，进而增加了短路电流、提升了电池的转换效率。

Description

太阳能电池及其模组

技术领域

本发明涉及一种电池及电池模组，特别是涉一种太阳能电池及太阳能电池模组。

背景技术

在已知的硅晶太阳能电池中，由于硅的材料特性所致，对于波长较长的光(约为800nm以上)的吸收率较低，使这一部分的光在进入电池后，无法被完全地吸收，并且容易从电池的背表面脱离。电池的背表面虽然受到金属浆料所形成的金属背电极覆盖，该金属背电极对于阻止长波长的光由电池的背表面脱离有所帮助，但却碍于金属背电极本身的表面平坦以及单一的金属层设计，部分长波长光于电池内部背电极处就会被吸收，其余长波长光于电池内部的反射效果也有限，因此大部分的长波长光仍无法有效地反射回到电池内部再吸收利用，导致电池在该波段的量子效率降低，从而影响电池的光电转换效率。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能提升光反射效果，以增加光吸收率与转换效率的太阳能电池及其模组。

本发明太阳能电池，包含：一个包括一个第一面的基板、一个配置于该第一面上的钝化层、多个可透光的反射膜及多个第一电极。该多个可透光的反射膜依序堆叠配置于该钝化层上，每一反射膜包括一个第一层，以及一个相对于该第一层远离该钝化层的第二层，每一反射膜的该第一层与该第二层的折射率不同，每一反射膜的第二层的材质不同于该钝化层的材质；该多个第一电极穿过该多个反射膜及该钝化层而与该第一面接触。

本发明所述的太阳能电池，该钝化层的材质为氧化铝、二氧化硅、氧化硅、氮化硅或非晶硅。

本发明所述的太阳能电池，该钝化层的材质与邻接的该反射膜的该第一层的材质不同。

本发明所述的太阳能电池，该多个反射膜的第一层的折射率彼此不同。

本发明所述的太阳能电池，该多个反射膜的第二层的折射率彼此不同。

本发明所述的太阳能电池，该多个反射膜中的至少一个具有一位于该第一层与该第二层之间的第三层，该第三层的折射率与该第一层的折射率及该第二层的折射率不同。

本发明所述的太阳能电池，每一反射膜的材质选自由氮化硅、氧化硅、非晶硅、氧化钛所组成的群组。

本发明所述的太阳能电池，每一反射膜中的该第一层的折射率、该第三层的折射率与该第二层的折射率依序由高到低。

本发明所述的太阳能电池，还包含一个位于该多个反射膜上的第二电极，该多个第一电极彼此间通过该第二电极电连接。

本发明太阳能电池模组，包含：相对设置的一个第一板材与一个第二板材、一个位于该第一板材及该第二板材间的封装材及多个如上述的太阳能电池。该多个太阳能电池相连接并且排列于该第一板材与该第二板材间；该封装材包覆在该多个太阳能电池周围。

本发明的有益效果在于：通过该多个反射膜将通过该基板而来的光线反射回到该基板内部再度吸收利用，尤其能提升长波长光线的反射与再吸收利用率，从而改善电池在波长较长的光波段的量子效率，以增加短路电流、提升电池的转换效率。

附图说明

图1是本发明太阳能电池模组的一第一较佳实施例的局部剖视示意图。

图2是该第一较佳实施例的一太阳能电池的侧视剖视示意图。

图3是该第一较佳实施例的太阳能电池的局部放大剖视图。

图4是一局部放大剖视图，显示本发明太阳能电池模组的一第二较佳实施例的一太阳能电池。

图5是一光反射率对应于入射光波长的关系图，图中显示一比较例与本发明的实验例1~4的实验结果。

图6是一光吸收率对应于入射光波长的关系图，图中显示该比较例与本发明的该实验例1~4的实验结果。

图7是一局部的背面示意图，显示本发明太阳能电池模组的一第三较佳实施例的一太阳能电池。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明进行详细说明，要注意的是，在以下的说明内容中，类似的元件是以相同的编号来表示。

参阅图1、图2、图3，本发明太阳能电池模组的第一较佳实施例包含：上下相对设置的一第一板材1与一第二板材2、多个相连接并且排列于该第一板材1与该第二板材2间的太阳能电池3及至少一位于该第一板材1及该第二板材2间，并包覆在该多个太阳能电池3周围的封装材4。

该第一板材1与该第二板材2在实施上没有特殊限制，可以使用玻璃或塑胶板材，而且位于电池受光面的一侧的板材必须为可透光。该封装材4的材质例如可透光的乙烯醋酸乙烯共聚物(EVA)。

该多个太阳能电池3通过图未示出的焊接导线(ribbon)而电连接。该多个太阳能电池3的结构都相同，以下仅以其中一个为例而进行说明。

该太阳能电池3包含：一基板31、一钝化层32、多个可透光的反射膜33、一保护层34、多个第一电极35，以及一第二电极36。

该基板31包括相反的一第一面311与一第二面312，该第一面311为背面，该第二面312为受光面。该基板31的该第二面312处形成一射极层313，该基板31与该射极层313的导电性相反，其中一个为p型半导体，另一个为n型半导体。此外，该第二面312配置有一介电层314与一电极部315。

该介电层314位于该射极层313的表面上，该介电层314的材料可以为氮化硅(SiN_x)、氧化硅(SiO_x)，或氮化硅与氧化硅的混合，该介电层314可以为单一层体，或者为包含两个以上的层体。该介电层314可作为抗反射层，以提升光线入射量，并且能钝化该第二面312，从而降低载子表面复合速率(SurfaceRecombination Velocity,简称SRV)。

该电极部315即为电池的正面电极，并穿过该介电层314而接触该基板31的第二面312。该电极部315、该多个第一电极35及该第二电极36配合将电池产生的电能传送到外部。但由于该介电层314与该电极部315非本发明的改良重点，而且实施时可以有多种不同的变化设计，因此不再说明。

该钝化层32配置于该基板31的该第一面311上，并用于钝化与修补该第一面311，从而降低载子表面复合速率。该钝化层32的厚度约为5nm～30nm，其材质为氧化铝(Al₂O₃)、二氧化硅(SiO₂)、SiO_x、SiN_x或非晶硅(a-Si)。本实施例使用的材质为Al₂O₃，对于p型基板具有良好的钝化效果。但该钝化层32的材质不限于此，也可以使用其它可用于钝化、修补该基板31表面的介电材料。

该多个可透光的反射膜33依序堆叠配置于该钝化层32上，用于将穿过该基板31而来的光反射回到该基板31内部，从而提升光吸收率与利用率。每一反射膜33包括一第一层331、一相对于该第一层331而较远离该钝化层32的第二层332及一位于该第一层331与该第二层332之间的第三层333。

本发明的每一反射膜33的第二层332的材质不同于该钝化层32的材质。当然，也可以是部分不同而部分相同。其中与该钝化层32邻接的该反射膜33的第一层331的材质不同于该钝化层32的材质。每一反射膜33中的该第一层331、该第二层332及该第三层333的折射率不同，而且较佳地，每一反射膜33中的该第一层331、该第三层333与该第二层332的折射率依序由高到低。每一反射膜33的材质选自由SiN_x、SiO_x、a-Si、氧化钛(TiO_x)所组成的群组。

具体而言，本实施例的每一反射膜33的第一层331为厚度60nm、折射率为4的a-Si层。该第三层333为厚度20nm、折射率为2.3的SiN_x层。该第二层332为厚度120nm、折射率为1.5的SiO_x层。其中，该第一层331与该第二层332的光学厚度较佳地接近入射光波长的1/4，而该第三层333则无此限制，该第三层333的光学厚度可较小。以本实施例设置三个反射膜33为例，该三个反射膜33的总厚度为(60+20+120)×3=600nm，此厚度不致于过厚，有利于应用在电池中作为反射结构。当然，上述厚度与材质仅为举例，不须以此为限。而本文所述的“厚度”是指层体的物理厚度，“光学厚度”为物理厚度与折射率的乘积。

虽然本实施例的每一反射膜33的结构都相同，所包括的层体数量、材质、厚度、折射率皆相同，但实施时不限于此。该多个反射膜33彼此间的第一层331也可以使用不同材质，折射率可以相同也可以不同。该多个反射膜33彼此间的第二层332也可以使用不同材质，折射率可以相同也可以不同。该多个反射膜33彼此间的第三层333也可以使用不同材质，折射率可以相同也可以不同。另外，本发明的每一反射膜33不以设置该第三层333为必要，因为仅由该第一层331与该第二层332的高、低折射率及适当厚度配合，就可以形成良好的反射结构，达到将光往该基板31反射的功效。即使要配置该第三层333，也不以所有的反射膜33都配置为绝对必要，该多个反射膜33中的至少一个配置该第三层333即可。

该保护层34位于该多个反射膜33与该第二电极36之间，具体而言是披覆在最远离该钝化层32的该反射膜33的表面上。该保护层34的材质包含SiN_x，可用于保护该多个反射膜33。由于该第一电极35与第二电极36是涂布金属浆料并通过烧结(firing)固化而形成，金属浆料对该多个反射膜33具有侵蚀性，因此设置该保护层34来隔开该第二电极36与该多个反射膜33，可达到保护作用，从而维持该多个反射膜33的结构与品质。但本发明不以设置该保护层34为必要。

该多个第一电极35彼此间隔地设置，并穿过该保护层34、该多个反射膜33及该钝化层32而与该基板31的第一面311接触。本实施例的电池还包含多个贯穿该保护层34、该多个反射膜33及该钝化层32的孔洞30，而各该第一电极35分别经各该孔洞30与该第一面311接触。

该第二电极36大致呈整面配置地位于该保护层34上并且连接每一第一电极35，进而使该多个第一电极35彼此间可通过该第二电极36电连接。补充说明的是，由于本发明可省略设置该保护层34，此时该第二电极36是直接设置于最远离该钝化层32的该反射膜33上。但无论是否设置该保护层34，该第二电极36都相当于是设置于该多个反射膜33上。

因此，本发明通过该多个反射膜33设置在该基板31的该第一面311，以将通过该基板31而来的光线反射回到该基板31内部再度吸收利用，尤其能提升长波长光线的反射与再吸收利用率，使该波段的光有更多的机会被电池吸收并转换为电能，从而改善电池在波长较长的光波段的量子效率，以增加短路电流、提升电池的转换效率。补充说明的是，若该基板31的第一面311制作为粗糙面，而后续形成的反射膜33也顺着该第一面311披覆而具有粗糙表面时，借由这些表面粗糙结构还能更进一步提升反射效果。

参阅图4，本发明太阳能电池模组的第二较佳实施例，与该第一较佳实施例的结构大致相同，不同的地方在于：本实施例的每一反射膜33包括一第一层331及一相对于该第一层331远离该钝化层32的第二层332。本实施例的每一反射膜33省略该第一较佳实施例的第三层。

具体而言，本实施例的每一反射膜33的第一层331为厚度70nm、折射率为4的a-Si层。该第二层332为厚度165nm、折射率为1.5的SiO_x层。以设置三个反射膜33为例，该三个反射膜33的总厚度为(70+165)×3=705nm。本实施例的第一层331与第二层332的光学厚度都接近入射光波长的1/4，而且每一反射膜33相互搭配形成折射率高、低交错配置的多周期薄膜，此种结构又称为布拉格反射镜(Distributed Bragg Reflector,简称DBR)，具有良好的光反射效果，而且当薄膜周期数愈高时，反射效果愈好。

参阅图5，显示一比较例与本发明的实验例1~4的光反射率对应入射光波长的关系图。该比较例与本发明不同的地方在于未设置反射膜33及保护层34。该实验例1与实验例2相当于本发明的第一较佳实施例的结构，也就是每一反射膜33包括三层体，但实验例1、2分别包含四个与三个反射膜33，即分别为四周期与三周期的反射薄膜。该实验例3与实验例4相当于本发明第二实施例的结构，也就是每一反射膜33包括两层体，但实验例3、4分别为四周期与三周期。由实验结果可看出，本发明各实验例相对于该比较例而言，因为本发明设置有该多个反射膜33，能用于反射光线，尤其是对于波长大于1μm(即1000nm)的光线，其反射效果明显提升。

参阅图6，显示该比较例与本发明的实验例1~4的光吸收率对应入射光波长的关系图。由实验结果可看出，本发明各实验例相对于该比较例而言，由于已提升背面光线的反射比例，使更多长波长光线可被反射而再度进入电池中，从而提高电池对长波长光线的吸收率与光电转换效率。

参阅图7，本发明太阳能电池模组的第三较佳实施例，与该第一较佳实施例的结构大致相同，不同的地方主要在于第二电极36的形态。实际上该太阳能电池3还配置至少一沿一第一方向延伸的汇流电极(bus bar electrode)37，以连接该基板31的该第二面(图未示)，或是未直接连接到该第二面而设于该保护层34上，或直接设于该多个反射膜上。该多个第一电极35可以彼此间隔地呈点状开孔分布，另外可以配置多个沿一第二方向延伸的第二电极36，每一第二电极36连接该多个第一电极35中的几个，而且每一第二电极36的一端连接该汇流电极37，通过该多个第二电极36使该多个第一电极35与该汇流电极37电连接。当然，各该第一电极35除上述的点状开孔设计外，亦可为线状开孔。

当然，本实施例同样包含多个反射膜，并且能达到与该第一较佳实施例相同的功效，在此不再说明。

Claims

1.一种太阳能电池，包含：一个包括一个第一面的基板、一个配置于该第一面上的钝化层及多个第一电极，其特征在于，该太阳能电池还包含多个可透光的反射膜，该多个可透光的反射膜依序堆叠配置于该钝化层上，每一反射膜包括一个第一层，以及一个相对于该第一层远离该钝化层的第二层，每一反射膜的该第一层与该第二层的折射率不同，每一反射膜的第二层的材质不同于该钝化层的材质；该多个第一电极穿过该多个反射膜及该钝化层而与该第一面接触。

2.如权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，该钝化层的材质为氧化铝、二氧化硅、氧化硅、氮化硅或非晶硅。

3.如权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，该钝化层的材质与邻接的该反射膜的该第一层的材质不同。

4.如权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，该多个反射膜的第一层的折射率彼此不同。

5.如权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，该多个反射膜的第二层的折射率彼此不同。

6.如权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，该多个反射膜中的至少一个具有一位于该第一层与该第二层之间的第三层，该第三层的折射率与该第一层的折射率及该第二层的折射率不同。

7.如权利要求1或6所述的太阳能电池，其特征在于，每一反射膜的材质选自由氮化硅、氧化硅、非晶硅、氧化钛所组成的群组。

8.如权利要求6所述的太阳能电池，其特征在于，每一反射膜中的该第一层的折射率、该第三层的折射率与该第二层的折射率依序由高到低。

9.如权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，还包含一个位于该多个反射膜上的第二电极，该多个第一电极彼此间通过该第二电极电连接。

10.一种太阳能电池模组，包含：相对设置的一个第一板材与一个第二板材及一个位于该第一板材及该第二板材间的封装材，其特征在于，该太阳能电池模组还包含多个如权利要求1所述的太阳能电池，该多个太阳能电池相连接并且排列于该第一板材与该第二板材间；该封装材包覆在该多个太阳能电池周围。