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TW201635561A - 具有背面多層抗反射鍍膜的太陽能電池 - Google Patents

具有背面多層抗反射鍍膜的太陽能電池 Download PDF

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Abstract

一種太陽能電池，包含半導體基板，具有第一表面及第二表面；一摻雜射極層，位於第一表面上；一正面抗反射鍍膜，設於第一表面上；一正面電極，設於抗反射層上；一鈍化層，設於第二表面；一第一背面抗反射鍍膜，設於鈍化層上；一第二背面抗反射鍍膜，設於第一背面抗反射鍍膜上；一第三背面抗反射鍍膜，設於第二背面抗反射鍍膜上；以及一背面電極，設於第三背面抗反射鍍膜上，其中第一背面抗反射鍍膜的折射率小於2.1，第二背面抗反射鍍膜的折射率大於或等於2.1，且第二背面抗反射鍍膜的折射率大於第三背面抗反射鍍膜的折射率。

Description

具有背面多層抗反射鍍膜的太陽能電池
本發明係有關於太陽能電池技術領域，特別是有關一種具有多層抗反射鍍膜(anti-reflection coating，ARC)的背面鈍化太陽能電池(passivated emitter and rear cell，PERC)。
太陽能電池係藉由入射光線照射半導體基板，在其PN接面處產生電子電洞對，在電子電洞對再結合之前，分別經由電池正面(或受光面)及背面電極收集，如此產生光電流。
已知，背面鈍化太陽能電池(PERC)係利用形成在太陽能電池背面的鈍化層(通常是薄氧化鋁層)，來降低電子-電洞對的再結合(recombination)，並且可配合抗反射鍍膜(ARC)將光線反射回太陽能電池中，以提升電池效率。
目前該技術領域仍需要一種改良的抗反射鍍膜結構，配合形成在太陽能電池背面的鈍化層(passivation layer)，應用於背面鈍化太陽能電池，進一步產生更高的電池效率。
為達上述目的，本發明提出一種太陽能電池，包含有一半導體基板，具有一第一表面以及一第二表面；一摻雜射極層，位於該第一表面上；至少一正面抗反射鍍膜，設置於該第一表面上；一正面電極，設置於該抗反射層上，並穿透該抗反射層與該摻雜射極層接觸；一鈍化層，設置於該第二表面；一第一背面抗反射鍍膜，設置於該鈍化層上；一第二背面抗反射鍍膜，設置於該第一背面抗反射鍍膜上；一第三背面抗反射鍍膜，設置於該第二背 面抗反射鍍膜上；以及一背面電極，設置於該第三背面抗反射鍍膜上，其中該第一背面抗反射鍍膜的折射率小於2.1，而該第二背面抗反射鍍膜的折射率大於或等於2.1，且該第二背面抗反射鍍膜的折射率大於該第三背面抗反射鍍膜的折射率。
為讓本發明之上述目的、特徵及優點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施方式，並配合所附圖式，作詳細說明如下。然而如下之較佳實施方式與圖式僅供參考與說明用，並非用來對本發明加以限制者。
1‧‧‧太陽能電池
1a‧‧‧太陽能電池
22‧‧‧摻雜射極層
23‧‧‧氧化層
24‧‧‧正面抗反射鍍膜
30‧‧‧正面電極
40‧‧‧背面電極
42‧‧‧鋁矽合金層
43‧‧‧區域背向表面電場
44‧‧‧背面接觸電極
52‧‧‧鈍化層
60‧‧‧多層抗反射鍍膜結構
61‧‧‧第一背面抗反射鍍膜
62‧‧‧第二背面抗反射鍍膜
63‧‧‧第三背面抗反射鍍膜
100‧‧‧半導體基板
100a‧‧‧第一表面
100b‧‧‧第二表面
第1圖為依據本發明實施例所繪示的太陽能電池剖面結構示意圖。
第2圖例示本發明太陽能電池的背面電極一實施例。
第3圖例示本發明太陽能電池的背面電極另一實施例。
第4圖例示本發明太陽能電池的背面電極另一實施例。
請參閱第1圖，其為依據本發明實施例所繪示的太陽能電池剖面結構示意圖。如第1圖所示，本發明太陽能電池1包含一半導體基板100，半導體基板100具有一第一表面100a以及一相對於第一表面100a之第二表面100b。
根據本發明實施例，所述半導體基板100可以是N型或P型之單結晶矽基板或多結晶矽基板，但不限於此。第一表面100a以及一第二表面100b上可具有表面粗糙化處理後形成的凹凸結構。
根據本發明實施例，所述第一表面100a上可另包含一N型或P型摻雜射極層(emitter layer)22、一氧化層23，例如二氧化矽，以及至少一層正面抗反射鍍膜24。根據本發明實施例，摻雜射極層22與半導體基板100 的電性相反。例如，所述半導體基板100是P型單結晶矽基板，摻雜射極層22則為N型。摻雜射極層22可以是一般摻雜射極層或選擇性摻雜射極層(selective emitter)。氧化層23的厚度介於5至10奈米(nm)，較佳為7奈米，可以提高單結晶矽基板表面鈍化，減少電位誘發衰減(Potential Induced Degradation，PID)。在其他實施例中，半導體基板100為多結晶矽基板時，摻雜射極層22可以不設置一氧化層23。根據本發明實施例，所述正面抗反射鍍膜24可以包含氮化矽，但不限於此。
根據本發明實施例，所述第一表面100a上可另包含至少一正面電極30，例如，透過習知之網版印刷(screen printing)方式，將導電材料設置於太陽能電池1的第一表面100a上，再經燒結而形成正面電極30。根據本發明實施例，所述正面電極30經燒結後，可穿透正面抗反射鍍膜24，而與摻雜射極層22接觸，在其他實施例中，正面抗反射鍍膜24為一種圖案化之抗反射鍍膜，導電材料可通過正面抗反射鍍膜24之圖案而與摻雜射極層22接觸，再經燒結而形成正面電極30，前述正面抗反射鍍膜24之圖案係指一穿透正面抗反射鍍膜24之開口。
根據本發明實施例，所述第二表面100b上包含一背面電極40以及一背面接觸電極44。根據本發明實施例，背面電極40包含鋁金屬，背面接觸電極44包含銀、鋁或其他導電金屬，但不限於此。在背面電極40與半導體基板100之間設有一鈍化層52，例如氧化鋁(AlOx)層，厚度介於1至20奈米(nm)，折射率(n)介於1.6至1.7之間。根據本發明實施例，鈍化層52包含有至少一第一開口以暴露出部分的所述第二表面100b，而所述含鋁金屬之背面電極40延伸至第一開口內，並於第一開口內形成鋁矽合金層42，在鋁矽合金層42與半導體基板100的交界處形成一區域背向表面電場(local back surface field，local BSF)43，前述第一開口可以是連續線狀開口、虛線狀開口或點狀開口，但不限於此。
本發明的主要技術特徵在於背面電極40與鈍化層52之間的多層 抗反射鍍膜結構60。根據本發明實施例，多層抗反射鍍膜結構60包括一第一背面抗反射鍍膜61、一第二背面抗反射鍍膜62以及一第三背面抗反射鍍膜63，其中第一背面抗反射鍍膜61係直接形成在鈍化層52上，並與鈍化層52直接接觸，第二背面抗反射鍍膜62直接形成在第一背面抗反射鍍膜61上，並與第一背面抗反射鍍膜61直接接觸，而第三背面抗反射鍍膜63直接形成在第二背面抗反射鍍膜62上，並與第二背面抗反射鍍膜62直接接觸。根據本發明實施例，背面電極40直接形成在第三背面抗反射鍍膜63上，並與第三背面抗反射鍍膜63直接接觸。
根據本發明實施例，第一背面抗反射鍍膜61具有相對於前述第一開口的一第二開口，第二背面抗反射鍍膜62具有一相對於前述第二開口的一第三開口。背面電極40係透過所述第一開口、第二開口、第三開口與第四開口而與半導體基板100接觸，並於第一開口內形成鋁矽合金層42。
根據本發明實施例，第一背面抗反射鍍膜61的折射率小於第二背面抗反射鍍膜62的折射率。舉例來說，第一背面抗反射鍍膜61可以是厚度介於20至70奈米的氮化矽(SiNx)層，折射率小於2.1，例如介於1.95至2.1之間，而第二背面抗反射鍍膜62可以是厚度介於5至10奈米的氮化矽層，折射率大於或等於2.1，例如介於2.1至2.35之間。第三背面抗反射鍍膜63可以是厚度約45至145奈米的氮化矽層，折射率須小於第二背面抗反射鍍膜62，例如折射率小於2.1，較佳為2.01。在前述多層抗反射鍍膜結構60中，由於第二背面抗反射鍍膜62的折射率大於第三背面抗反射鍍膜63，因此部分由第一表面100a入射的光可在第二背面抗反射鍍膜62與第三背面抗反射鍍膜63的介面被反射，故可提高第一表面100a入射的光的利用率，同時為避免第二背面抗反射鍍膜62吸收過多的光導致光利用率下降，第二背面抗反射鍍膜62的厚度以介於5至10奈米為佳，較佳為7奈米。而為避免背面電極40穿透第三背面抗反射鍍膜63而使第一背面抗反射鍍膜61、第二背面抗反射鍍膜62或鈍化層52受損，第三背面抗反射鍍膜63的厚度至少為45奈 米，較佳為45至145奈米之間。
根據本發明另一實施例，第一背面抗反射鍍膜61可以是厚度介於20至70奈米的氮氧化矽層，折射率小於2.1，例如介於1.5至1.9之間，較佳為1.7。第二背面抗反射鍍膜62可以是厚度約5奈米的氮化矽層，折射率需大於或等於2.1，例如2.1至2.35，較佳為2.15。第三背面抗反射鍍膜63可以是厚度約45至145奈米的氮化矽層，折射率須小於第二背面抗反射鍍膜62，例如折射率小於2.1，較佳為2.01。
請參閱第2圖至第4圖，其例示本發明太陽能電池的背面電極。根據本發明實施例，背面電極40可以全面覆蓋第二表面100b，如第2圖所示。或者，背面電極40可以僅部分覆蓋第二表面100b，如第3圖所示。在另一實施例中，太陽能電池的背面電極40為複數個條狀結構並覆蓋於部分第二表面100b，允許光通過未被背面電極40或背面接觸電極44覆蓋的區域而進入太陽能電池，如第4圖所示。
本發明藉由提供背面電極40與鈍化層52之間的多層抗反射鍍膜結構60，而能夠在太陽能電池的背面達到更佳的反射效果，增加內部光反射的結果，可以提升電池效率。
以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。
1‧‧‧太陽能電池
22‧‧‧摻雜射極層
23‧‧‧氧化層
24‧‧‧正面抗反射鍍膜
30‧‧‧正面電極
40‧‧‧背面電極
42‧‧‧鋁矽合金層
43‧‧‧區域背向表面電場
44‧‧‧背面接觸電極
52‧‧‧鈍化層
60‧‧‧多層抗反射鍍膜結構
61‧‧‧第一背面抗反射鍍膜
62‧‧‧第二背面抗反射鍍膜
63‧‧‧第三背面抗反射鍍膜
100‧‧‧半導體基板
100a‧‧‧第一表面
100b‧‧‧第二表面

Claims (12)

  1. 一種太陽能電池，包含有：一半導體基板，具有一第一表面以及一第二表面；一摻雜射極層，位於該第一表面上；至少一正面抗反射鍍膜，設置於該第一表面上；一正面電極，設置於該抗反射層上，並穿透該抗反射層與該摻雜射極層接觸；一鈍化層，設置於該第二表面；一第一背面抗反射鍍膜，設置於該鈍化層上；一第二背面抗反射鍍膜，設置於該第一背面抗反射鍍膜上；一第三背面抗反射鍍膜，設置於該第二背面抗反射鍍膜上；以及一背面電極，設置於該第三背面抗反射鍍膜上，其中該第一背面抗反射鍍膜的折射率小於2.1，而該第二背面抗反射鍍膜的折射率大於或等於2.1，且該第二背面抗反射鍍膜的折射率大於該第三背面抗反射鍍膜的折射率。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的太陽能電池，其中該半導體層具一第一電性，該摻雜射極層具有一第二電性，且該第一電性相反於該第二電性。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的太陽能電池，其中該鈍化層為氧化鋁層。
  4. 如申請專利範圍第3項所述的太陽能電池，其中該鈍化層厚度介於1至20奈米，折射率介於1.6至1.7之間。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的太陽能電池，其中該第一背面抗反射鍍膜為氮氧化矽膜。
  6. 如申請專利範圍第5項所述的太陽能電池，其中該第一背面抗反射鍍膜的折射率介於1.5至1.9之間。
  7. 如申請專利範圍第1或6項所述的太陽能電池，其中該第二背面抗反射鍍膜為氮化矽膜。
  8. 如申請專利範圍第7項所述的太陽能電池，其中該第二背面抗反射鍍膜的折射率介於2.1至2.35之間。
  9. 如申請專利範圍第1項所述的太陽能電池，其中該第三背面抗反射鍍膜為氮化矽膜。
  10. 如申請專利範圍第9項所述的太陽能電池，其中該第三背面抗反射鍍膜的折射率小於2.1。
  11. 如申請專利範圍第8項所述的太陽能電池，其中該第三背面抗反射鍍膜為氮化矽膜。
  12. 如申請專利範圍第11項所述的太陽能電池，其中該第三背面抗反射鍍膜的折射率小於2.1。
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