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CN103730520B - 太阳能电池 - Google Patents

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Abstract

一种太阳能电池包含光电转换结构、第一导电结构与第二导电结构。光电转换结构具有入光面与相对入光面的背面。第一导电结构设置于光电转换结构的入光面，且与光电转换结构电性连接。第一导电结构包含第一透明导电层、电极结构与第二透明导电层。第一透明导电层设置于光电转换结构的入光面。至少部分的第一透明导电层置于电极结构与光电转换结构的入光面之间。第二透明导电层覆盖电极结构与第一透明导电层。第二导电结构设置于光电转换结构的背面。

Description

太阳能电池
技术领域
本发明是有关于一种太阳能电池。
背景技术
目前缩小太阳能电池的金属电极的尺寸为太阳能电池工艺的主要趋势之一。小尺寸的金属电极可减少金属电极覆盖光电转换结构的面积，进而增加太阳能电池的收光效率。然而一旦金属电极缩小，太阳能电池本身的电阻便会增加，如此一来反而会降低太阳能电池的效率。
另一方面，虽然以铜电镀的方法制作金属电极可达到较小尺寸的金属电极，然而由于电镀工艺的特性，所形成的金属电极的断面大多为蘑菇状，其会增加金属电极覆盖光电转换结构的面积并且减小电极与透明导电层的接触面积。蘑菇状的电极会降低收光效率，但减少电极遮光又会使电极与透明导电层的接触阻抗过大，两者都会影响太阳能电池的转换效率。
发明内容
本发明提出一种太阳能电池，以解决现有太阳能电池转换效率低的问题。
本发明的一态样提供一种太阳能电池，包含光电转换结构、第一导电结构与第二导电结构。光电转换结构具有入光面与相对入光面的背面。第一导电结构设置于光电转换结构的入光面，且与光电转换结构电性连接。第一导电结构包含第一透明导电层、电极结构与第二透明导电层。第一透明导电层设置于光电转换结构的入光面。至少部分的第一透明导电层置于电极结构与光电转换结构的入光面之间。第二透明导电层覆盖电极结构与第一透明导电层。第二导电结构设置于光电转换结构的背面。
在一或多个实施方式中，第一导电结构更包含缓冲层，置于电极结构与第二透明导电层之间。
在一或多个实施方式中，缓冲层的材质为锌(Zn)、钛(Ti)、锡(Sn)、铟(In)或上述的任意组合。
在一或多个实施方式中，第一导电结构更包含种子层，置于电极结构与第一透明导电层之间。
在一或多个实施方式中，种子层的材质为导电金属如铜或导电高分子聚合物如聚3,4-二氧乙基噻吩(poly(3,4-ethylenedioxythiophene):聚苯乙烯磺酸(poly(styrenesulfonic acid)),PEDOT:PSS。
在一或多个实施方式中，第一透明导电层的厚度为约10纳米至100纳米。
在一或多个实施方式中，电极结构包含多个汇流电极与多个指状电极。指状电极分别与汇流电极交错排列，且与汇流电极电性连接。
在一或多个实施方式中，指状电极的宽度随着远离第一透明导电层而越大。
在一或多个实施方式中，指状电极的宽度随着远离第一透明导电层而越小。
在一或多个实施方式中，电极结构的材质为铜或银。
因第二透明导电层覆盖电极结构与第一透明导电层，因此第二透明导电层与电极结构之间具有大量的接触面积，使得光电转换结构的载子仍可容易地到达电极结构，光电转换结构与电极结构之间的电阻值便可有效降低。另一方面，第二透明导电层亦能够增加光线捕捉量。
以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。
附图说明
图1为本发明一实施方式的太阳能电池的立体图。
图2为沿图1的线段A-A的一实施方式的剖面图。
图3为图1的太阳能电池的上视图。
图4为沿图1的线段A-A的另一实施方式的剖面图。
100：光电转换结构 110：入光面
120：背面 200：第一导电结构
210：第一透明导电层 220：电极结构
222：汇流电极 224：指状电极
230：第二透明导电层 240：缓冲层
250：种子层 300：第二导电结构
T1、T2：厚度 W：宽度
具体实施方式
以下将以图式揭露本发明的多个实施方式，为明确说明起见，许多实务上的细节将在以下叙述中一并说明。然而，应了解到，这些实务上的细节不应用以限制本发明。也就是说，在本发明部分实施方式中，这些实务上的细节是非必要的。此外，为简化图式起见，一些现有惯用的结构与元件在图式中将以简单示意的方式绘示之。
请一并参照图1与图2，其中图1为本发明一实施方式的太阳能电池的立体图，而图2为沿图1的线段A-A的一实施方式的剖面图。如图所示，太阳能电池包含光电转换结构100、第一导电结构200与第二导电结构300。光电转换结构100具有入光面110与相对入光面110的背面120，第一导电结构200设置于光电转换结构100的入光面110且与光电转换结构100电性连接，第二导电结构300设置于光电转换结构100的背面120且与光电转换结构100电性连接。第一导电结构200包含第一透明导电层210、电极结构220与第二透明导电层230，第一透明导电层210设置于光电转换结构100的入光面110上，电极结构220设置于第一透明导电层210上。至少部分的第一透明导电层210置于电极结构220与光电转换结构100的入光面110之间。第二透明导电层230覆盖电极结构220与第一透明导电层210。
光电转换结构100由至少二层以上的半导体层所组合。例如由至少一个P型半导体层和N型半导体层所组成的结构，或者是由至少一个P型半导体层，i型半导体层和N型半导体层所组成的结构。这些半导体层的材料通常为硅，但不限定于硅，任何可将光能转换为电能的半导体材料，合金或高分子材料亦可包括在内。此外，这些半导体层的结晶型态可为单晶，多晶或非结晶状态。另一方面，光线可自光电转换结构100的入光面110单向入光，亦可自光电转换结构100的入光面110与背面120双向入光，本发明不以此为限。
因本实施方式的第二透明导电层230覆盖电极结构220与第一透明导电层210，因此自光电转换结构100所产生的载子不但可自第一透明导电层210直接传导至电极结构220，亦可先自第一透明导电层210传导至第二透明导电层230，接着再由第二透明导电层230传导至电极结构220。换言之，电极结构220可藉由第一透明导电层210与第二透明导电层230而与光电转换结构100电性连接。如此一来，即使电极结构220的尺寸缩小，而使得电极结构220与第一透明导电层210之间的接触面积减少，但因第二透明导电层230与电极结构220之间具有大量的接触面积，即光电转换结构100与电极结构220之间的导电面积增加，因此光电转换结构100的载子仍可容易地到达电极结构220，光电转换结构100与电极结构220之间的电阻值便可有效降低，一但电阻值降低，便可增加太阳能电池的填充因子(FillFactor,FF)。另一方面，光线会自第二透明导电层230进入太阳能电池，而一但进入第二透明导电层230后，第二透明导电层230与外在介质(例如空气)之间的全反射界面可增加光线反射的机率，进而将多数光线反射至光电转换结构100中，因此第二透明导电层230亦能够增加光线捕捉量，因此有助于增加太阳能电池的短路电流密度(Jsc)。
请参照图2。在一或多个实施方式中，第一透明导电层210的厚度T1可为约10纳米至100纳米。详细而言，光电转换结构100的部分的载子可直接由第一透明导电层210传导至电极结构220。而若第一透明导电层210厚度T1越薄，则光电转换结构100与电极结构220之间的电阻值便越低，也就能提高太阳能电池的填充因子。不过第一透明导电层210的厚度T1可选择大于或等于10纳米，以防止电极结构220的原子扩散至光电转换结构100中，避免降低大阳能电池的质量。
另一方面，第一透明导电层210的厚度T1与第二透明导电层230的厚度T2的总合可选择为约100纳米。举例而言，若第一透明导电层210与第二透明导电层230的折射率皆为1.8至2.2之间，则厚度T1与T2的总合为约100纳米时，第一透明导电层210与第二透明导电层230对于可见光波段可具有较好的抗反射效果。然而在其它的实施方式中，厚度T1与T2的总合可依第一透明导电层210与第二透明导电层230的折射率而定，本发明不以此为限。
在一或多个实施方式中，第一透明导电层210与第二透明导电层230的材质可为透明导电氧化物(Transparent Conductive Oxide,TCO)，例如铟锡氧化物(Tin DopedIndium Oxide,ITO)、氧化锡(Tin Oxide,SnO2)、氧化锌(Zinc Oxide,ZnO)、氧化铝锌(Aluminum Doped Zinc Oxide,AZO)、氧化镓锌(Gallium Doped Zinc Oxide,AZO)、氧化铟锌(Indium Doped Zinc Oxide,IZO)或上述的任意组合，然而本发明不以此为限。
在本实施方式中，第一导电结构200可更包含缓冲层240，置于电极结构220与第二透明导电层230之间。缓冲层240可使得第二透明导电层230与电极结构220之间具有较佳的附着性，使得第二透明导电层230较容易形成于电极结构220上。在一或多个实施方式中，缓冲层240的材质可为锌(Zn)、钛(Ti)、锡(Sn)、铟(In)或上述的任意组合，端视第二透明导电层230与电极结构220的材质而定。
接着请一并参照图2与图3，其中图3为图1的太阳能电池的上视图。在本实施方式中，电极结构220可包含多个汇流(Bus)电极222与多个指状(Finger)电极224。指状电极224分别与汇流电极222交错排列，且与汇流电极222电性连接。具体而言，光电转换结构100的载子能够藉由第一透明导电层210与第二透明导电层230而到达汇流电极222与指状电极224。到达指状电极224的载子可接着流至汇流电极222，的后再沿着汇流电极222而传导至外部电路。
接着请参照图2。在本实施方式中，可以电镀方式在第一透明导电层210上形成电极结构220，以形成尺寸较小的电极结构220。以图2为例，电极结构220面向第一透明导电层210的一侧的宽度W为约40纳米。详细而言，制造者可先于第一透明导电层210上形成一层图案化光刻胶层(其为图3的电极结构220的互补图案)，再以电镀方式形成电极结构220后移除图案化光刻胶层。不过因图案化光刻胶层的边缘可能会形成斜面，因此，造成后续形成的电极结构220的宽度会随其高度而改变。也就是说，在本实施方式中，指状电极224(如图3所绘示)的宽度会随着远离第一透明导电层210而越大，例如剖面形成蘑菇状。因此，若第二透明导电层230未覆盖电极结构220，则电极结构220于第一透明导电层210的正投影将大于电极结构220与第一透明导电层210之间的接触面积，因此反而会降低光电转换结构100的收光面积。不过因本实施方式的第二透明导电层230覆盖电极结构220，因此，光线可在第二透明导电层230中发生全反射，进而被导引至光电转换结构100，以增加太阳能电池的光线捕捉量，进而提升太阳能电池的短路电流密度。
在本实施方式中，电极结构220的材质可为铜，即此电极结构220以铜电镀的方式形成于第一透明导电层210上。另外为了增加铜电镀的效率，在电镀工艺之前，可选择先形成一种子层250于第一透明导电层210上，其中种子层250的材质可为导电金属，例如为铜，然而在其它的实施方式中，种子层250的材质亦可为导电高分子聚合物，例如为聚3,4-二氧乙基噻吩(poly(3,4-ethylenedioxythiophene):聚苯乙烯磺酸(poly(styrene sulfonicacid)),PEDOT:PSS。因此以结构上来看，在完成电镀工艺后，种子层250即位于电极结构220与第一透明导电层210之间。
接着请参照图4，其为沿图1的线段A-A的另一实施方式的剖面图。本实施方式与图2的实施方式的不同处在于电极结构220的形状，以及缺少种子层250(如图2所绘示)。在本实施方式中，指状电极224(如图3所绘示)的宽度随着远离第一透明导电层210而越小，例如其剖面形成正梯形。而因第二透明导电层230亦覆盖电极结构220与第一透明导电层210，因此本实施方式的太阳能电池亦能够减少电阻值与增加光线捕捉量。
在本实施方式中，电极结构220可例如为含有银或其它金属的导电胶，而此电极结构220可以利用导电胶网版印刷(Conductive Paste Screen Printing)方法形成于第一透明导电层210上，而其形成的电极结构220的剖面即如图4所示。至于本实施方式的其它细节因与图2的实施方式相同，因此便不再赘述。
当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明权利要求的保护范围。

Claims (7)

1.一种太阳能电池，其特征在于，包含：
一光电转换结构，具有一入光面与相对该入光面的背面；
一第一导电结构，设置于该光电转换结构的该入光面，且与该光电转换结构电性连接，该第一导电结构包含：
一第一透明导电层，设置于该光电转换结构的该入光面；
一电极结构，至少部分的该第一透明导电层置于该电极结构与该光电转换结构的该入光面之间，该电极结构包含多个汇流电极以及多个指状电极，该些指状电极分别与该些汇流电极交错排列，且与该些汇流电极电性连接；以及
一第二透明导电层，完全覆盖该电极结构，且该第二透明导电层与该第一透明导电层接触；以及
一第二导电结构，设置于该光电转换结构的该背面，
其中，该些指状电极的宽度随着远离该第一透明导电层而越大。
2.根据权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，该第一导电结构更包含：
一缓冲层，置于该电极结构与该第二透明导电层之间。
3.根据权利要求2所述的太阳能电池，其特征在于，该缓冲层的材质为锌、钛、锡、铟或上述材质的任意组合。
4.根据权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，该第一导电结构更包含；
一种子层，置于该电极结构与该第一透明导电层之间。
5.根据权利要求4所述的太阳能电池，其特征在于，该种子层的材质为铜。
6.根据权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，该第一透明导电层的厚度为10纳米至100纳米。
7.根据权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，该电极结构的材质为铜或银。
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