TWI626757B - 背面接觸型太陽能電池 - Google Patents
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Abstract
一種背面接觸型太陽能電池,包括至少一第一太陽能電池單元。上述第一太陽能電池單元包括位於背光面且沿著第一方向延伸之第一主匯流電極、第二主匯流電極、複數條第一指狀電極與複數條第二指狀電極,以及位於背光面且沿著第二方向延伸之第一次匯流電極與第二次匯流電極,其中第一方向與第二方向夾一角度。第一指狀電極電性連接於N型摻雜層,第二指狀電極電性連接於P型摻雜層。第一次匯流電極電性連接於第一主匯流電極與複數條第一指狀電極,第二次匯流電極電性連接於第二主匯流電極與複數條第二指狀電極。
Description
本發明是有關於一種太陽能電池的結構,且特別是有關於一種背面接觸型太陽能電池之電極的配置結構。
對於傳統的太陽能電池結構而言,上電極係配置於基板的上表面,下電極係配置於基板的下表面,且上表面係用以接收太陽光的照射。然而位於上表面的上電極會遮蔽到部分的入射光線,因而降低了太陽能電池的光電轉換效率。為了解決這個問題,目前的技術則發展出將上電極移至基板的下表面,使得上下電極(或稱正負電極)一同配置於基板的下表面並以交指狀(interdigitated)方式排列,具有此種類型之電極結構之太陽能電池稱之為背接觸式太陽能電池(Back Contact Solar Cell)。圖1係為背接觸式太陽能電池之示意結構,包括複數條呈交錯方式排列之正、負指狀電極121、122,以及分別與正、負指狀電極121、122電性連接之匯流電極123、124。
然而,當基板的尺寸變大,正、負指狀電極121、122的長度L0變長時,則正、負指狀電極121、122所負擔的電流變大,因此須降低正、負指狀電極121、122的電阻值。降低電極電阻的方法不外乎是增加電極的寬度W0或是厚度。若是增加電極的厚度,則會因製程的極限以及電極層剝離的問題,而使得電極的厚度無法無限制得增加,如此則電極的電阻值降低的程度有限。然而若是增加電極的寬度W0,則會使得正、負指狀電極121、122中的電子與電洞的遷移距離P0變長,因而降低太陽能電池的光
電轉換效率。
為了解決上述問題,則有技術提出增加匯流電極的數目至三條,如圖2所示。如此可降低正、負指狀電極的長度並降低正、負指狀電極所負擔的電流。然而很明顯的是,中間的匯流電極225與兩側的匯流電極223、224的極性並不相同,例如中間的匯流電極225係用以收集正電流,而兩側的匯流電極223、224係用以收集負電流。但因收集正電流之匯流電極225僅有一條,收集負電流之匯流電極223、224有兩條,因此匯流電極225所負擔的電流密度較大,如此將會影響太陽能電池的光電轉換效率。
有鑒於此,仍有必要提出一種背接觸式太陽能電池的電極結構,以降低指狀電極之電阻值與提升匯流電極之收集電流的能力,進而能夠提升太陽能電池的光電轉換效率與元件良率。
本發明提出一種背面接觸型太陽能電池,以縮短指狀電極之長度,並提升太陽能電池的光電轉換效率與元件良率。
為達上述優點或其他優點,本發明之一實施例提出一種背面接觸型太陽能電池,包括至少一第一太陽能電池單元。上述第一太陽能電池單元包括主體、第一主匯流電極、第二主匯流電極、第一次匯流電極、第二次匯流電極、複數條第一指狀電極與複數條第二指狀電極。上述主體包含受光面、背光面、複數個N型摻雜層與複數個P型摻雜層,其中複數個N型摻雜層與複數個P型摻雜層彼此交錯配置。上述第一主匯流電極、第二主匯流電極、複數條第一指狀電極與複數條第二指狀電極皆設置於背光面上且沿著第一方向延伸。且第二主匯流電極位於第一主匯流電極之一側。此外上述複數條第一指狀電極電性連接於上述複數個N型摻雜層,且上述複數條第二指狀電極電性連接於上述複數個P型摻雜層。且上述複數條第一指狀電極與複數條第二指狀電極彼此平行配置。上述第一次
匯流電極與第二次匯流電極皆設置於背光面上且沿著第二方向延伸,其中第一方向與第二方向夾一角度。上述第一次匯流電極電性連接於第一主匯流電極與複數條第一指狀電極。上述第二次匯流電極電性連接於第二主匯流電極與複數條第二指狀電極。
綜上所述,本發明係藉由設置複數條寬度小於主匯流電極之次匯流電極,以收集來自指狀電極之電流,再由次匯流電極將收集到的電流匯流至主匯流電極。如此可縮短指狀電極之長度,降低指狀電極所負擔的電流密度,由此降低串聯電阻與增加電池填充因子(filling factor),以提升太陽能電池之光電轉換效率。此外,當指狀電極所負擔的電流密度變小,則可相對減少指狀電極之寬度與厚度,因此可縮短電子與電洞的遷移距離以及能避免指狀電極之剝離問題,如此可提升太陽能電池之光電轉換效與元件的良率。此外,本案之複數個太陽能電池單元之串接結構中,相鄰之太陽能電池單元具有相同形狀之電極結構且具有相互對稱之主匯流電極與次匯流電極,因此複數個太陽能電池單元之間可利用傳統之焊線連接(wire bonding)或帶式連接(ribbon bonding)的方式輕易地完成串接。
為讓本發明之上述和其他目的、特徵和優點能更明顯易懂,下文特舉較佳實施例,並配合所附圖式,作詳細說明如下。
121‧‧‧正指狀電極
122‧‧‧負指狀電極
123、124、223、224、225‧‧‧匯流電極
110‧‧‧主體
112‧‧‧介電層
120、712、722、732‧‧‧第一主匯流電極
130‧‧‧第一次匯流電極
140‧‧‧第一指狀電極
150、715、725、735‧‧‧第二主匯流電極
160‧‧‧第二次匯流電極
170、171、172‧‧‧第二指狀電極
710‧‧‧第一太陽能電池單元
720‧‧‧第二太陽能電池單元
730‧‧‧第三太陽能電池單元
S1‧‧‧背光面
S2‧‧‧受光面
Dn、Dn6‧‧‧N型摻雜層
Dp、Dp6‧‧‧P型摻雜層
L0、L1、L2‧‧‧長度
W0‧‧‧寬度
P0、P1‧‧‧距離
M1、M2、M3、M4、M5、M6、M7、M8‧‧‧端點
D1‧‧‧第一方向
D2‧‧‧第二方向
a-a’、b-b’‧‧‧切線
圖1係為傳統背接觸式太陽能電池之電極結構示意圖。
圖2係為先前技術之背接觸式太陽能電池之具有三條匯流電極之電極結構示意圖。
圖3A係為本發明之一實施例之背面接觸型太陽能電池單元的背面電極結構的上視結構示意圖。
圖3B~3C係為本發明之兩實施例之圖3A之沿a-a’切線之剖面圖。
圖4A係為本發明之另一實施例之背面接觸型太陽能電池單元的背面電極結構的上視結構示意圖。
圖4B係為圖4A之沿b-b’切線之剖面圖。
圖5係為本發明之另一實施例之背面接觸型太陽能電池單元之部分背面電極結構的透視圖。
圖6為本發明之另一實施例之背面接觸型太陽能電池單元之部分背面電極結構的透視圖。
圖7係為本發明之另一實施例之具有複數個背面接觸型太陽能電池單元的背面電極結構示意圖。
圖3A係為本發明之一實施例之背面接觸型太陽能電池單元的背面電極結構的上視結構示意圖。圖3B與圖3C係為本發明之兩實施例之圖3A之沿a-a’切線之剖面圖。請同時參照圖3A、圖3B與圖3C。本發明之背面接觸型太陽能電池包括至少一第一太陽能電池單元710。上述第一太陽能電池單元710包括:主體110、至少一第一主匯流電極(main-busbar)120、至少一第一次匯流電極(sub-busbar)130、複數條第一指狀電極140、至少一第二主匯流電極150、至少一第二次匯流電極160與複數條第二指狀電極170。
請同時參閱圖3B與圖3C。上述主體110包含背光面S1、受光面S2、複數個N型摻雜層Dn、複數個P型摻雜層Dp與介電層112。受光面S2係用以接收太陽光的照射。且受光面S2係為粗糙表面,以提升受光面S2的光吸收率。上述複數個N型摻雜層Dn與複數個P型摻雜層Dp彼此平行交錯配置,且N型摻雜層Dn與P型摻雜層Dp兩者間可為彼此接觸或不接觸。於圖3B中,係以N型摻雜層Dn與P型摻雜層Dp兩者間彼此接觸為解說範例。而於圖3C中則以N型摻雜層Dn與P型摻雜層
Dp兩者間彼此不接觸,且以主體110為間隔以隔開N型摻雜層Dn與P型摻雜層Dp為解說範例。此外,於圖3B與圖3C中,N型摻雜層Dn與P型摻雜層Dp係以設置於主體110中之靠近背光面S1的區域為示意圖,然而本發明並不限定N型摻雜層Dn與P型摻雜層Dp於主體110中的位置。值得一提的是,若N型摻雜層Dn與P型摻雜層Dp的延伸方向等同於第一指狀電極140與第二指狀電極170的延伸方向,即為第一方向D1,則上述複數個條第一指狀電極140分別電性連接於不同的N型摻雜層Dn,且複數條第二指狀電極170分別電性連接於不同的P型摻雜層Dp,如圖3B與圖3C所示。此外,上述複數條第一指狀電極140與複數條第二指狀電極170之間係藉由介電層112而相互隔離。此外上述第二指狀電極170的寬度例如大於或相等於第一指狀電極140的寬度。然而,N型摻雜層Dn與P型摻雜層Dp的延伸方向亦可垂直於第一指狀電極140與第二指狀電極170的延伸方向,將於圖5與後續文字中進行說明。
請同時參閱圖3A與圖3B。上述第一主匯流電極120、第二主匯流電極150、複數條第一指狀電極140與複數條第二指狀電極170皆設置於背光面S1上並沿著第一方向D1延伸。上述第二主匯流電極150位於第一主匯流電極120之一側,且上述複數條第一指狀電極140與複數條第二指狀電極170彼此平行交錯配置。此外上述第一次匯流電極130與第二次匯流電極160皆設置於背光面S1上並沿著第二方向D2延伸,其中上述第一方向D1與第二方向D2夾一角度,例如是介於45度~90度。此外上述第一次匯流電極130電性連接於第一主匯流電極120與複數條第一指狀電極140,而上述第二次匯流電極160電性連接於第二主匯流電極150與複數條第二指狀電極170。值得注意的是,上述第一次匯流電極130的寬度介於第一主匯流電極120的寬度與第一指狀電極140的寬度之間,且上述第二次匯流電極160的寬度介於第二主匯流電極150的寬度與第二指狀電極170的寬度之間。舉例來說,第一主匯流電極120的寬度例如是2毫米(mm),
第一次匯流電極130的寬度例如是0.4毫米(mm),而第一指狀電極140的寬度例如是80微米(μm)。值得注意的是,圖4A中之各個指狀電極、次匯流電極與主匯流電極之寬度比例並非實際比例,圖4A僅為示意圖。因此各類電極的寬度比例以上述文字為主。
本發明係藉由第一次匯流電極130先收集來自複數條第一指狀電極140的電流,以及利用第二次匯流電極160先收集來自複數條第二指狀電極170之電流,再利用第一次匯流電極130與第二次匯流電極160將所收集到的電流再次分別匯流至第一主匯流電極120與第二主匯流電極150。因此,本發明係藉由設置複數條次匯流電極,來縮短指狀電極的長度L1。如圖3A所示,於圖中,係藉由分別設置四條第一次匯流電極130與四條第二次匯流電極160,並使得複數條第一指狀電極140與複數條第二指狀電極170分別電性連接至第一次匯流電極130或第二次匯流電極160。如此可使得第一指狀電極140與第二指狀電極170的長度L1可以縮短成基板長度L2的約1/7倍左右。因此本案上述結構不需要藉由增加指狀電極的寬度或厚度,僅需藉由縮短指狀電極的長度,即可達到降低指狀電極所負擔的電流密度與其電阻值的功效。此外,因為不需要增加或是可以減少指狀電極的寬度,因此第一指狀電極140與相鄰第二指狀電極170之間的間距減小,如此則電子與電洞的遷移距離P1縮短,可提升太陽能電池的光電轉換效率。再者,因為不需要增加或是可以減少指狀電極的厚度,因此可以避免指狀電極剝離的問題,以提升元件良率。值得注意的是,上述第一次匯流電極130與第二次匯流電極160的數目可以大於四條或小於四條,本發明不以此為限。此外,本發明於圖3A中係以兩條第一主匯流電極120與兩條第二主匯流電極150為解說範例,本發明不以此為限。此外第一指狀電極140與第二指狀電極170的數目亦不以圖示中所繪示的數目為限。
圖4A係為本發明之另一實施例之背面接觸型太陽能電池單元的背面電極結構的上視結構示意圖。圖4B係為圖4A之沿b-b’切線之剖
面圖。此外,圖4B係為當N型摻雜層Dn與P型摻雜層Dp的延伸方向等同於第一指狀電極140與第二指狀電極170的延伸方向之剖面圖。請同時參照圖4A與圖4B。值得一提的是,於本發明之其他實施例中,每兩條第二指狀電極171、172例如可配置於每兩條第一指狀電極140之間,如圖4A所示。並且,每兩條第二指狀電極171、172例如可電性連接於相同的P型摻雜層Dp,如圖4B所示。其中,每一第二指狀電極171、172的寬度可以小於或等於第一指狀電極140的寬度。上述結構的設計目的,係來自於,當太陽光照射到太陽能電池元件時,會於太陽能電池元件中激發出電子與電洞,而電洞會經由第二指狀電極171、172而被匯流至第二次匯流電極160,再被匯流至第二主匯流電極150。相對的,電子則會經由第一指狀電極140而被匯流至第一次匯流電極130,再被匯流至第一主匯流電極120。因此若僅有一條第二指狀電極171電性連接於P型摻雜層Dp(如圖3B所示),相較於兩條第二指狀電極171、172同時電性連接於P型摻雜層Dp(如圖4B所示),則後者(即圖4B)結構中之電洞所行經的路徑較短,如此可有助於提升太陽能電池之光電轉換效率。並且,相較於第二指狀電極170的寬度,則因第二指狀電極171、172的寬度變小了,除了可以降低電極的製程成本之外,更能夠避免電極寬度太大所產生的剝離問題。值得一提的是,上述之N型摻雜層Dn與P型摻雜層Dp兩者間可為彼此接觸或不接觸,而於圖4B中係以N型摻雜層Dn與P型摻雜層Dp兩者間彼此接觸為解說範例,本發明不以此為限。
圖5係為本發明之另一實施例之背面接觸型太陽能電池單元之部分背面電極結構的透視圖。值得一提的是,上述N型摻雜層Dn與P型摻雜層Dp的延伸方向可以是等同於第二方向D2並垂直於第一指狀電極140與第二指狀電極170的延伸方向(第一方向D1),如圖5所示。且複數條N型摻雜層Dn與P型摻雜層Dp彼此平行交錯配置。因此,每一條第一指狀電極140例如是以點接觸(point contact)的方式同時電性連接於複數條N
型摻雜層Dn,且每一條第二指狀電極170例如是以點接觸的方式同時電性連接於複數條P型摻雜層Dp。
圖6為本發明之另一實施例之背面接觸型太陽能電池單元之部分背面電極結構的透視圖。值得一提的是,上述之P型摻雜層可以是整層連續的P型摻雜層Dp6,而非是條狀的P型摻雜層Dp。並且,上述之N型摻雜層可以是配置於P型摻雜層Dp6中之不連續的N型摻雜層Dn6,而非是與P型摻雜層Dp交錯配置之條狀膜層Dn。此外N型摻雜層Dn6例如是圓形、四邊形或多邊形之膜層,如圖6所示。因此,每一條第一指狀電極140例如是以點接觸(point contact)的方式同時電性連接於複數個不連續的N型摻雜層Dn6,而每一條第二指狀電極170例如是以點接觸的方式同時電性連接於相同的P型摻雜層Dp6。
圖7係為本發明之另一實施例之具有複數個背面接觸型太陽能電池單元之太陽能電池的背面電極結構示意圖。請參閱圖7。本發明之背面接觸型太陽能電池除了包括第一太陽能電池單元710之外,例如更包括與第一太陽能電池單元710具有相同形狀之電極結構之第二太陽能電池單元720與第三太陽能電池單元730,且第二太陽能電池單元720配置於第一太陽能電池單元710與第三太陽能電池單元730之間。上述第二太陽能電池單元720之第二主匯流電極725電性連接於第一太陽能電池單元710之第一主匯流電極712。且上述第二太陽能電池單元720之第一主匯流電極722電性連接於第三太陽能電池單元730之第二主匯流電極735。更詳細的說明為,第二太陽能電池單元720之第二主匯流電極725的一端M2與另一條第二主匯流電極725的一端M6分別電性連接於第一太陽能電池單元710之第一主匯流電極712之一端M1與另一條第一主匯流電極712之一端M5;且第二太陽能電池單元720之第一主匯流電極722的一端M3與另一條第一主匯流電極722的一端M7分別電性連接於第三太陽能電池730之第二主匯流電極735之一端M4與另一條第二主匯流電極735之一端M8。亦
即,將第一太陽能電池單元710沿著垂直基板的方向旋轉180度後之對稱的主匯流電極與次匯流電極的配置即為第二太陽能電池單元720的電極配置。因第二太陽能電池單元720相較於其相鄰之第一太陽能電池單元710與第三太陽能電池單元730具有對稱之主匯流電極與次匯流電極,因此複數個太陽能電池單元之間可利用傳統之焊線連接(wire bonding)或帶式連接(ribbon bonding)的方式輕易地完成串接。
綜上所述,本發明係藉由設置複數條寬度小於主匯流電極之次匯流電極,以收集來自指狀電極之電流,再由次匯流電極將收集到的電流匯流至主匯流電極。如此可縮短指狀電極之長度,降低指狀電極所負擔的電流密度,由此降低串聯電阻與增加電池填充因子(filling factor),以提升太陽能電池之光電轉換效率。此外,當指狀電極所負擔的電流密度變小,則可相對減少指狀電極之寬度與厚度,因此可縮短電子與電洞的遷移距離以及能避免指狀電極之剝離問題,如此可提升太陽能電池之光電轉換效與元件的良率。此外,本案之複數個太陽能電池單元之串接結構中,相鄰之太陽能電池單元具有相同形狀之電極結構且具有相互對稱之主匯流電極與次匯流電極,因此複數個太陽能電池單元之間可利用傳統之焊線連接(wire bonding)或帶式連接(ribbon bonding)的方式輕易地完成串接。
雖然本發明已以較佳實施例揭露如上,然其並非用以限定本發明,任何熟習此技藝者,在不脫離本發明之精神和範圍內,當可作些許之更動與潤飾,因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
Claims (9)
- 一種背面接觸型太陽能電池,包括:至少一第一太陽能電池單元,該第一太陽能電池單元包括:一主體,包含一受光面、一背光面、複數個N型摻雜層與複數個P型摻雜層,其中該些N型摻雜層與該些P型摻雜層彼此交錯配置;一第一主匯流電極、一第二主匯流電極、複數條第一指狀電極與複數條第二指狀電極,皆設置於該背光面上並沿著一第一方向延伸,其中該第二主匯流電極位於該第一主匯流電極之一側,該些第一指狀電極電性連接於該些N型摻雜層,該些第二指狀電極電性連接於該些P型摻雜層,且該些第一指狀電極與該些第二指狀電極彼此平行配置;以及多條第一次匯流電極與多條第二次匯流電極,皆設置於該背光面上並沿著一第二方向延伸,該第一方向與該第二方向夾一角度,該多條第一指狀電極分別連接於單一條該第一次匯流電極的相對兩側上,並且該第一次匯流電極配置並電性連接於該第一主匯流電極與該些第一指狀電極之間,以收集來自該多條第一指狀電極的電流,並將所收集到的電流匯流至該第一主匯流電極,該多條第二次匯流電極分別連接於單一條該第二主匯流電極的相對兩側上,該第二次匯流電極配置並電性連接於該第二主匯流電極與該些第二指狀電極之間,以收集來自該多條第二指狀電極的電流,並將所收集到的電流匯流至該第二主匯流電極,其中該第一次匯流電極的寬度介於該第一主匯流電極的寬度與該第一指狀電極的寬度之間,該第二次匯流電極的寬度介於該第二主匯流電極的寬度與該第二指狀電極的寬度之間。
- 如申請專利範圍第1項所述之背面接觸型太陽能電池,其中該角度介於45度至90度。
- 如申請專利範圍第1項所述之背面接觸型太陽能電池,其中每兩條該第二指狀電極電性連接於相同的該P型摻雜層且位於每兩條該第一指狀電極之間。
- 如申請專利範圍第3項所述之背面接觸型太陽能電池,其中該第二指狀電極的寬度小於或等於該第一指狀電極的寬度。
- 如申請專利範圍第1項所述之背面接觸型太陽能電池,其中每一該第二指狀電極分別電性連接於不同的該P型摻雜層,且每一該第二指狀電極與每一該第一指狀電極彼此交錯配置。
- 如申請專利範圍第5項所述之背面接觸型太陽能電池,其中該第二指狀電極的寬度大於或等於該第一指狀電極的寬度。
- 如申請專利範圍第1項所述之背面接觸型太陽能電池,更包含一第二太陽能電池單元與一第三太陽能電池單元,其中該第二太陽能電池單元配置於該第一太陽能電池單元與該第三太陽能電池單元之間,且該第二太陽能電池單元之該第二主匯流電極電性連接於該第一太陽能電池單元之該第一主匯流電極。
- 如申請專利範圍第7項所述之背面接觸型太陽能電池,其中該第二太陽能電池單元之該第一主匯流電極電性連接於該第三太陽能電池單元之該第二主匯流電極。
- 如申請專利範圍第8項所述之背面接觸型太陽能電池,其中該第二 太陽能電池單元之該第二主匯流電極的一端電性連接於該第一太陽能電池單元之該第一主匯流電極之一端,且該第二太陽能電池單元之該第一主匯流電極的一端電性連接於該第三太陽能電池單元之該第二主匯流電極之一端。
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