本發(fā)明涉及一種太陽能電池、其模組及其制造方法,特別是涉及一種硅晶太陽能電池、其模組及其制造方法。
背景技術(shù):
參閱圖1,為一種已知的背接觸式(Back Contact)太陽能電池,包含:一基板91、一位于該基板91的一正面911處且摻雜濃度大于該基板91的前表面電場(chǎng)層913、一位于該前表面電場(chǎng)層913上的抗反射層92、位于該基板91的一背面912處的一射極區(qū)914與一背表面電場(chǎng)區(qū)915、一位于該背面912上的介電層93、一穿過該介電層93而接觸該射極區(qū)914的第一電極94、以及一穿過該介電層93而接觸該背表面電場(chǎng)區(qū)915的第二電極95。該背接觸式太陽能電池的主要特色在于:該第一電極94與該第二電極95位于該基板91的背面912側(cè),該電池的正面911未設(shè)置電極,可避免受光面積被遮擋,因此可以提升電池正面的入光量。
其中,制作該介電層93時(shí),可利用激光的方式于該介電層93形成多個(gè)開口931,使后續(xù)形成的該第一電極94與第二電極95可經(jīng)由開口931分別接觸該射極區(qū)914與背表面電場(chǎng)區(qū)915。但由于激光能量也會(huì)通過該介電層93而被該基板91吸收,導(dǎo)致對(duì)應(yīng)開口931處的射極區(qū)914與背表面電場(chǎng)區(qū)915易受到激光破壞而產(chǎn)生過蝕的情形,這會(huì)影響其電性效果,并對(duì)太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率造成影響。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:
本發(fā)明的目的在于提供一種能避免激光形成開孔時(shí)過蝕,而可確保元件 品質(zhì)、提升光電轉(zhuǎn)換效率的太陽能電池、其模組及其制造方法。
本發(fā)明太陽能電池,包含:一個(gè)基板、一個(gè)第一摻雜區(qū)、多個(gè)第二摻雜區(qū)、一個(gè)緩沖層、一個(gè)介電層、一個(gè)第一金屬層、一個(gè)第二金屬層、一個(gè)連接該第一金屬層的第一電極、以及一個(gè)連接該第二金屬層的第二電極。該基板具有彼此相對(duì)的一個(gè)正面與一個(gè)背面。該第一摻雜區(qū)為第一導(dǎo)電型,并位于該背面處,該第一摻雜區(qū)大致對(duì)應(yīng)該背面的形狀而形成。該多個(gè)第二摻雜區(qū)為第二導(dǎo)電型,并分別位于該背面處且分別被該第一摻雜區(qū)包圍。該緩沖層位于該背面上并覆蓋該第一摻雜區(qū)和該多個(gè)第二摻雜區(qū)。該介電層位于該緩沖層上,該基板、該緩沖層及該介電層的能隙是由低到高。該第一金屬層位于該背面上,并穿過該介電層及該緩沖層而接觸該第一摻雜區(qū)。該第二金屬層位于該背面上,并穿過該介電層及該緩沖層而接觸該多個(gè)第二摻雜區(qū)中的至少幾個(gè)第二摻雜區(qū)。
本發(fā)明所述的太陽能電池,該緩沖層為非晶硅、多晶硅或微晶硅材料。
本發(fā)明所述的太陽能電池,該第一金屬層或該第二金屬層選自由鎳、鈦、銅、錫、銀、鋁和透明導(dǎo)電氧化物材料所組成的群組。
本發(fā)明所述的太陽能電池,該第一金屬層具有接觸該第一摻雜區(qū)的多個(gè)第一接觸部,該第二金屬層具有接觸該多個(gè)第二摻雜區(qū)的多個(gè)第二接觸部,于單位面積上,該多個(gè)第一接觸部的排列密度大于該多個(gè)第二接觸部的排列密度。
本發(fā)明所述的太陽能電池,該介電層和該緩沖層具有多個(gè)供該第一金屬層穿過以接觸該第一摻雜區(qū)的第一穿孔、以及多個(gè)供該第二金屬層穿過以接觸該多個(gè)第二摻雜區(qū)的第二穿孔,該多個(gè)第一穿孔占該背面的面積為4.3%~8.1%,該多個(gè)第二穿孔占該背面的面積為1.6%~3.1%。
本發(fā)明太陽能電池模組,包含:相對(duì)設(shè)置的一個(gè)第一板材與一個(gè)第二板材、及一個(gè)位于該第一板材與該第二板材之間的封裝材。該太陽能電池模組 還包含至少一個(gè)如上述的太陽能電池,該太陽能電池排列于該第一板材與該第二板材之間,該封裝材接觸該太陽能電池。
本發(fā)明太陽能電池的制造方法,包含:提供一個(gè)具有一個(gè)背面的基板;于該背面處形成不同導(dǎo)電型的一個(gè)第一摻雜區(qū)與多個(gè)第二摻雜區(qū),該第一摻雜區(qū)大致對(duì)應(yīng)該背面的形狀而形成,且該多個(gè)第二摻雜區(qū)分別被該第一摻雜區(qū)包圍;于該背面上形成一個(gè)緩沖層,該緩沖層覆蓋該第一摻雜區(qū)和該多個(gè)第二摻雜區(qū);于該緩沖層上形成一個(gè)介電層,其中該基板、該緩沖層與該介電層的能隙是由低到高;于該背面上形成一個(gè)第一金屬層,該第一金屬層穿過該介電層及該緩沖層而接觸該第一摻雜區(qū);于該背面上形成一個(gè)第二金屬層,該第二金屬層穿過該介電層及該緩沖層而接觸該多個(gè)第二摻雜區(qū);利用電鍍方式于該第一金屬層上形成一個(gè)第一電極;利用電鍍方式于該第二金屬層上形成一個(gè)第二電極。
本發(fā)明所述的太陽能電池的制造方法,該緩沖層為非晶硅、多晶硅或微晶硅材料。
本發(fā)明所述的太陽能電池的制造方法,該第一金屬層或該第二金屬層選自由鎳、鈦、銅、錫、銀、鋁和透明導(dǎo)電氧化物材料所組成的群組。
本發(fā)明所述的太陽能電池的制造方法,利用激光于該介電層和該緩沖層形成多個(gè)第一穿孔與多個(gè)第二穿孔,該多個(gè)第一穿孔供該第一金屬層穿過以接觸該第一摻雜區(qū),該多個(gè)第二穿孔供該第二金屬層穿過以接觸該多個(gè)第二摻雜區(qū),于單位面積上,所述第一穿孔的排列密度大于所述第二穿孔的排列密度。
本發(fā)明的有益效果在于:通過在該基板與該介電層間增加設(shè)置該緩沖層,可多一層體阻擋在該基板之前,可于激光開口制程中先吸收激光能量,避免激光能量影響到該基板,從而確保元件品質(zhì),提升光電轉(zhuǎn)換效率。此外,設(shè)置該第一金屬層與該第二金屬層,使該第一電極與該第二電極可以利用電 鍍方式形成,如此也可維持該基板、第一摻雜區(qū)與第二摻雜區(qū)的良好品質(zhì),同樣有助于提升光電轉(zhuǎn)換效率。
附圖說明
圖1是一種已知太陽能電池的剖視示意圖。
圖2是本發(fā)明太陽能電池模組的一較佳實(shí)施例的局部剖視示意圖。
圖3是該較佳實(shí)施例的一太陽能電池的剖視示意圖,圖中為方便示意,將該較佳實(shí)施例的一基板的背面朝上繪制。
圖4是一俯視示意圖,顯示該較佳實(shí)施例的一第一摻雜區(qū)與多個(gè)第二摻雜區(qū)的配置關(guān)系。
圖5是一俯視示意圖,顯示該較佳實(shí)施例的一第一金屬層與一第二金屬層的配置關(guān)系。
圖6是圖5的一圈選區(qū)域的放大圖。
圖7是本發(fā)明太陽能電池的制造方法的一較佳實(shí)施例的流程示意圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。
參閱圖4、5,本發(fā)明參閱圖2、3,本發(fā)明太陽能電池模組的一較佳實(shí)施例包含:上下相對(duì)設(shè)置的一第一板材1與一第二板材2、多個(gè)陣列式排列于該第一板材1與該第二板材2間的太陽能電池3、至少一位于該第一板材1及該第二板材2間并接觸該多個(gè)太陽能電池3的封裝材4、以及多條用于串接該多個(gè)太陽能電池3的焊帶導(dǎo)線(ribbon)5。
該第一板材1與該第二板材2在實(shí)施上沒有特殊限制,可以使用玻璃或塑膠板材,而且位于電池受光面的一側(cè)的板材必須為可透光。該封裝材4的材質(zhì)例如可透光的乙烯醋酸乙烯共聚物(EVA),或其他可用于太陽能電池模 組封裝的相關(guān)材料。
本實(shí)施例的該多個(gè)太陽能電池3的結(jié)構(gòu)可以相同,也可以不同,以下以其中一個(gè)為例進(jìn)行說明。
參閱圖3、4、5、6,該太陽能電池3包含:一基板31、一第一摻雜區(qū)32、多個(gè)第二摻雜區(qū)33、一緩沖層34、一介電層35、一第一金屬層36、一第二金屬層37、一第一電極38以及一第二電極39。
本實(shí)施例的基板31為n型的半導(dǎo)體硅基板31,并具有相對(duì)的一正面311與一背面312,其中該正面311為該基板31的入光面,并可制作成粗糙面以提升入光量。在該基板31的正面311處內(nèi)可設(shè)置一前表面電場(chǎng)層313,該前表面電場(chǎng)層313可利用擴(kuò)散制程或其他的摻雜方式制作成n+型半導(dǎo)體,且其摻雜濃度大于該基板31內(nèi)部,借此形成前表面電場(chǎng)(Front-Side Field,簡(jiǎn)稱FSF),能降低少數(shù)載子的表面復(fù)合速率(Surface Recombination Velocity,簡(jiǎn)稱SRV)及增加多數(shù)載子的橫向傳輸能力以提升載子收集效率,進(jìn)而提升電池的光電轉(zhuǎn)換效率。需要說明的是,若該基板31使用p型半導(dǎo)體基板31時(shí),則該前表面電場(chǎng)層313為摻雜濃度大于該基板31的p+型半導(dǎo)體。在該前表面電場(chǎng)層313上還可選擇性地設(shè)置一圖未示的抗反射層,其材料例如氮化硅(SiNx)或其他具有降低光線反射功能的材料,用于提升光線入射量以及降低載子表面復(fù)合速率。
于本實(shí)施例中,該第一摻雜區(qū)32為第一導(dǎo)電型,并位于該基板31內(nèi)靠近該背面312處,該第一摻雜區(qū)32幾乎呈整面地位于該背面312處,換句話說,該第一摻雜區(qū)32大致對(duì)應(yīng)該背面312的形狀而形成,其中該背面312僅局部位置處未形成有該第一摻雜區(qū)32。本實(shí)施例的第一摻雜區(qū)32為p+型半導(dǎo)體,其摻雜電性與該基板31不同,以形成p-n接面,為光電效應(yīng)的來源。在實(shí)施上,該第一摻雜區(qū)32可通過擴(kuò)散制程(例如硼擴(kuò)散)或其他的摻雜方式,此其他的摻雜方式例如局部涂布鋁膠而以高溫處理后擴(kuò)散進(jìn)入背面312,使該基板 31的背面312內(nèi)部局部形成重?fù)诫s的p+型半導(dǎo)體。
該多個(gè)第二摻雜區(qū)33為第二導(dǎo)電型,并分別位于該基板31內(nèi)靠近該背面312未形成有該第一摻雜區(qū)32之處,其中該多個(gè)第二摻雜區(qū)33分別被該第一摻雜區(qū)32包圍。本實(shí)施例的第二摻雜區(qū)33為間隔的點(diǎn)狀分布(如圖4),其為n++型半導(dǎo)體,可通過擴(kuò)散制程(例如磷擴(kuò)散)或離子植入等其他的摻雜方式使該基板31的背面312內(nèi)部局部形成重?fù)诫s的該多個(gè)第二摻雜區(qū)33,其摻雜濃度大于該基板31的摻雜濃度,借此形成背表面電場(chǎng)(Back-Side Field,簡(jiǎn)稱BSF),能提升載子收集效率及光電轉(zhuǎn)換效率。
于實(shí)施上,若先形成該第一摻雜區(qū)32,后以離子植入方式形成該多個(gè)第二摻雜區(qū)33時(shí),該多個(gè)第二摻雜區(qū)33與該第一摻雜區(qū)32之間通常是沒有間隔分隔的,如圖4所示。然而,若該第一摻雜區(qū)32與該多個(gè)第二摻雜區(qū)33皆以擴(kuò)散方式來形成時(shí),其制程中通過光阻等相關(guān)材質(zhì)遮擋的方式,通??墒乖摰谝粨诫s區(qū)32與該多個(gè)第二摻雜區(qū)33之間設(shè)計(jì)成具有間隔分隔的形式。
其中,本實(shí)施例的第一導(dǎo)電型是指半導(dǎo)體導(dǎo)電型的p型,該第二導(dǎo)電型為n型。而且該基板31與該前表面電場(chǎng)層313也是第二導(dǎo)電型。但須注意的是,本發(fā)明實(shí)施時(shí),該第一導(dǎo)電型也可以是指n型,此時(shí)該第二導(dǎo)電性則為p型。
于實(shí)施上,該緩沖層34位于該基板31的背面312上并接觸該背面312。該緩沖層34覆蓋該第一摻雜區(qū)32和該多個(gè)第二摻雜區(qū)33。該緩沖層34的材料可為非晶硅材料(a-Si)、多晶硅、微晶硅(μc-Si),或是能隙介于用來開孔的激光波長(zhǎng)能量到單晶硅能量之間的材料。于本實(shí)施例中,該緩沖層34采用無摻雜的非晶硅材料(Intrinsic a-Si)。
于本實(shí)施例中,如圖3所示的方位,該介電層35位于該緩沖層34上,且該基板31、該緩沖層34及該介電層35的能隙是由低到高。于實(shí)施上,該介電層35可為氧化物、氮化物或上述材料的組合。且該介電層35與該緩沖層34共同形成多個(gè)分別對(duì)應(yīng)該第一摻雜區(qū)32的第一穿孔301、以及多個(gè)分別對(duì)應(yīng)該 多個(gè)第二摻雜區(qū)33的第二穿孔302。于本實(shí)施例中,該多個(gè)第一穿孔301的直徑是50μm~70μm,且該多個(gè)第一穿孔301占該背面312的面積為4.3%~8.1%。該多個(gè)第二穿孔302的直徑是50μm~70μm,且該多個(gè)第二穿孔302占該背面312的面積為1.6%~3.1%。其中,于單位面積上,第一穿孔301的排列密度大于第二穿孔302的排列密度,該多個(gè)第一穿孔301于單位面積中的數(shù)量與所占有的面積是大于該多個(gè)第二穿孔302的,而且通過上述適當(dāng)?shù)拿娣e比例,借此方有利于后續(xù)少數(shù)載子在通過位于該多個(gè)第一穿孔301中的第一電極38收集,以確保電性效果。于實(shí)施上,該基板31可以選用五英寸或是六英寸的半導(dǎo)體基板。
該第一金屬層36位于該背面312的該介電層35上,并具有多個(gè)第一延伸部361、以及多個(gè)自該第一延伸部361分別穿過該多個(gè)第一穿孔301而延伸接觸該第一摻雜區(qū)32的第一接觸部362。該多個(gè)第一延伸部361的一側(cè)連接在一起,其他部位則彼此間隔地延伸呈長(zhǎng)條狀。該多個(gè)第一接觸部362呈點(diǎn)狀間隔分布。該第一金屬層36可選自由鎳、鈦、銅、錫、銀、鋁和透明導(dǎo)電氧化物材料(TCO)所組成的群組。其中于實(shí)施上,該第一金屬層36也可以是由上述材料所構(gòu)成的疊層形式。
該第二金屬層37位于該背面312的該介電層35上,并具有多個(gè)分別位于該多個(gè)第一延伸部361間的第二延伸部371、以及多個(gè)分別自第二延伸部371穿過該多個(gè)第二穿孔302而延伸接觸該多個(gè)第二摻雜區(qū)33的第二接觸部372。該多個(gè)第二延伸部371的一側(cè)連接在一起,其他部位則與該多個(gè)第一延伸部361呈指叉式地交叉間隔排列。該第二金屬層37可選自由鎳、鈦、銅、錫、銀、鋁和透明導(dǎo)電材料(TCO)所組成的群組。其中于實(shí)施上,該第二金屬層37也可以是由上述材料所構(gòu)成的疊層形式。
在本實(shí)施例中,連接同一個(gè)第一延伸部361的該多個(gè)第一接觸部362的排列緊密程度,大于連接同一個(gè)第二延伸部371的該多個(gè)第二接觸部372的排列 緊密程度,因此,于單位面積上,該多個(gè)第一接觸部362的排列密度大于該多個(gè)第二接觸部372的排列密度。由于本實(shí)施例的基板31為n型半導(dǎo)體,故電子為多數(shù)載子,電洞為少數(shù)載子,該p型的第一摻雜區(qū)32可收集少數(shù)載子,而該第一金屬層36接觸該第一摻雜區(qū)32,故上述排列密度設(shè)計(jì)是為了提高該第一金屬層36與該第一摻雜區(qū)32的導(dǎo)電接觸面積,以因應(yīng)少數(shù)載子于收集上的可能需求,從而達(dá)到更佳的載子收集效果。
該第一電極38位于該第一金屬層36上,其分布位置大致對(duì)應(yīng)于該第一金屬層36,并具有多個(gè)第一電極部381。該第一電極38例如銅、銀、鋁,或其他可導(dǎo)電的材料。
該第二電極39位于該第二金屬層37上,其分布位置大致對(duì)應(yīng)于該第二金屬層37,并具有多個(gè)第二電極部391,故第二電極39與第一電極38間也呈指叉式間隔排列。該第二電極39例如銅、銀、鋁,或其他可導(dǎo)電的材料。
參閱圖3、6、7,本發(fā)明太陽能電池的制造方法的一較佳實(shí)施例,包含以下步驟:
提供該基板31,并利用擴(kuò)散制程或其他的摻雜方式,于該基板31的正面311制作該前表面電場(chǎng)層313。
通過擴(kuò)散制程或其他的摻雜方式,于該基板31的背面312處形成彼此為不同導(dǎo)電型的該第一摻雜區(qū)32與該多個(gè)第二摻雜區(qū)33。
形成該緩沖層34于該背面312上,再形成該介電層35于該緩沖層34上。具體而言,可利用例如PVD或CVD等真空鍍膜方式先形成一層連續(xù)的緩沖層34薄膜,再利用例如PECVD真空鍍膜方式形成一層連續(xù)的介電層35薄膜。接著進(jìn)行激光開孔制程,對(duì)該介電層35于遠(yuǎn)離該基板31的表面且欲形成孔洞的部位施打激光光,該緩沖層34會(huì)吸收激光光能量,使該緩沖層34中的價(jià)帶電子被激光能量激發(fā)到導(dǎo)帶,且當(dāng)電子躍遷回到穩(wěn)態(tài)時(shí)就會(huì)釋放熱能,進(jìn)而可將位于其上的該介電層35對(duì)應(yīng)照光部位的材料移除,以于該介電層35與該緩 沖層34形成該多個(gè)第一穿孔301與該多個(gè)第二穿孔302。
值得一提的是,由于該緩沖層34于該激光開孔制程中可作為緩沖、保護(hù)作用的層體,可避免激光能量直接影響該基板31。且本發(fā)明中的該基板31、該緩沖層34及該介電層35的能隙是由低到高,更可確保于激光開孔過程中,較精確地控制層體的激光光吸收量而可達(dá)到剝除層體的開孔效果,避免傳統(tǒng)方式中基板31直接受到激光影響而損害該第一摻雜區(qū)32與該多個(gè)第二摻雜區(qū)33。其中,本實(shí)施例采用的a-Si的緩沖層34能隙通常約為1.7eV,大于采用結(jié)晶硅材料的基板31能隙。而且用于開孔的是波長(zhǎng)532nm的綠光激光。
接著于該介電層35上形成該第一金屬層36,該第一金屬層36延伸接觸該第一摻雜區(qū)32;于該介電層35上形成該第二金屬層37,該第二金屬層37延伸接觸該多個(gè)第二摻雜區(qū)33。在本步驟中,主要是先于該介電層35表面形成一連續(xù)的金屬薄膜6,該金屬薄膜6有局部部位穿過該多個(gè)第一穿孔301與該多個(gè)第二穿孔302,以分別接觸該第一摻雜區(qū)32與該多個(gè)第二摻雜區(qū)33。由于此時(shí)該金屬薄膜6仍呈連續(xù)狀,因此該第一金屬層36與該第二金屬層37尚連接在一起。
在該金屬薄膜6上形成多個(gè)間隔的遮擋塊7。該多個(gè)遮擋塊7為對(duì)于該金屬薄膜6具有蝕刻效果的材料,并可利用例如網(wǎng)印、噴印等印刷方式,形成于該金屬薄膜6預(yù)定移除部位的表面上。
利用電鍍方式于該第一金屬層36上形成該第一電極38;利用電鍍方式于該第二金屬層37上形成該第二電極39。具體而言,本實(shí)施例是于該金屬薄膜6上電鍍銅,由于該金屬薄膜6上設(shè)有該多個(gè)遮擋塊7,因此電鍍銅薄膜僅會(huì)形成于該金屬薄膜6上未設(shè)有該多個(gè)遮擋塊7的部位上,如此即形成該第一電極38與該第二電極39。后續(xù)將該多個(gè)遮擋塊7移除(例如以液體清洗移除),該金屬薄膜6對(duì)應(yīng)于該多個(gè)遮擋塊7的部位也會(huì)因?yàn)檎趽鯄K7的蝕刻作用而可跟著被移除,如此則可使該第一金屬層36與該第二金屬層37間隔開。
綜上所述,通過在該基板31與該介電層35間增加設(shè)置該緩沖層34,可多一層體阻擋在該基板31之前,可于激光開口制程中先吸收激光能量,避免激光能量影響到該基板31,故本發(fā)明可避免一般電池制法中,激光對(duì)基板31造成的損傷,可減少第一摻雜區(qū)32與第二摻雜區(qū)33表面因吸收激光能量而造成的熱效應(yīng)破壞,故本發(fā)明的第一摻雜區(qū)32與第二摻雜區(qū)33的品質(zhì)良好,能提高電池的光電轉(zhuǎn)換效率。另外,將激光開孔技術(shù)應(yīng)用于本發(fā)明此種局部摻雜第二摻雜區(qū)33的結(jié)構(gòu),有助于使第一穿孔301間的間距與第二穿孔302間的間距縮小,達(dá)到開孔精度佳的優(yōu)點(diǎn)。
更進(jìn)一步地,本發(fā)明設(shè)有該第一金屬層36與該第二金屬層37,使該第一電極38與該第二電極39可以利用電鍍方式形成,此相較于以網(wǎng)印方式形成電極的好處在于,由于網(wǎng)印用的導(dǎo)電漿料對(duì)于該介電層35、緩沖層34與基板31具有侵蝕性,而且網(wǎng)印制程必須結(jié)合高溫?zé)Y(jié)步驟使導(dǎo)電漿料燒穿該介電層35與緩沖層34以接觸第一摻雜區(qū)32與第二摻雜區(qū)33,如此容易造成基板31損傷,影響第一摻雜區(qū)32與第二摻雜區(qū)33的品質(zhì),并導(dǎo)致易發(fā)生載子復(fù)合現(xiàn)象,電池轉(zhuǎn)換效率降低。而本發(fā)明電鍍法形成的第一電極38與第二電極39的金屬鍍膜,對(duì)該基板31不會(huì)有侵蝕問題,加上電鍍屬于較低溫的制程,從而可確?;?1良好品質(zhì)。
故本發(fā)明的創(chuàng)新結(jié)構(gòu)與制法,可減少以往開孔制程與電極制程技術(shù)造成的效率減損,從而達(dá)到確保元件品質(zhì),提升電池轉(zhuǎn)換效率的優(yōu)異功效。
以上所述僅為本發(fā)明較佳實(shí)施例,然其并非用以限定本發(fā)明的范圍,任何熟悉本項(xiàng)技術(shù)的人員,在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi),可在此基礎(chǔ)上做進(jìn)一步的改進(jìn)和變化,因此本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)以本申請(qǐng)的權(quán)利要求書所界定的范圍為準(zhǔn)。