[发明专利]太阳能电池及其模块

说明书

技术领域

本发明关于一种电池，特别是关于一种太阳能电池及其模块。

背景技术

由于石化能源短缺，人们对环保重要性的认知提高，因此人们近年来不断地积极研发替代能源与再生能源的相关技术，希望可以减少目前人类对于石化能源的依赖程度以及使用石化能源时对环境带来的影响。在众多的替代能源与再生能源的技术中，以太阳能电池(solar cell)最受瞩目。主要是因为太阳能电池可直接将太阳能转换成电能，且发电过程中不会产生二氧化碳或氮化物等有害物质，不会对环境造成污染。

一般而言，现有硅晶太阳能电池通常是于半导体基板的表面利用扩散(diffusion)或离子注入(ion implantation)方式来掺杂反态杂质(counter-doping)以形成掺杂层并制作电极。当光线由外侧照射至硅晶太阳能电池时，掺杂层因受光子激发而产生自由电子-电洞对，并借由P-N介面所形成的内电场使电子与电洞分离，且分别往两端移动，而产生电能的形态，此时若外加负载电路或电子装置，便可提供电能而使电路或装置进行驱动。

太阳能电池依据材料的不同，而有硅(单晶硅、多晶硅、非晶硅)、III-V化合物半导体(GaAs、GaP、InP等)，II-VI化合物半导体(CdS、CdSe、CdTe等)，及有机半导体等太阳能电池。目前，以硅为材料的单晶硅与多晶硅为太阳能电池的主流，而非晶硅则可应用于薄膜太阳能电池。运用不同材料来制作太阳能电池，会因为其材料特性而有差异而导致工艺或者与其搭配的运用材料之间的特性、电池结构(分层结构)等不同。

以单晶硅或多晶硅为基材的太阳能电池，其硅以一均匀原始掺杂的晶片作为基板，再借由使该基板接近表面的区域以一扩散工艺相反于基板的掺杂而扩散掺杂。举例而言，以原始晶片为P型掺杂，将其一面以磷(P)扩散工艺进行N型掺杂，再以硼或铝进行另一面P+的掺杂。由于N型掺杂的部分为受光面，因此，通常其表面会再形成抗反射层(Anti-reflection coating,ARC)以增加入射光的强度。不过，由于N型掺杂(发射极)与抗反射层之间的介面存在着电子电洞在此表面复合的问题，亦即，掺杂浓度越高(例如，掺杂浓度>10²¹原子/cm³)，其表面复合速度越高，其会导致短路电流(Short circuit current,Isc)与开路电压(Open circuit voltage,Voc)的降低，进而造成太阳能电池的光电转换效率降低。此外，N型掺杂与电极之间的介面，若N型掺杂浓度低(例如，掺杂浓度<10¹⁹原子/cm³)则可能导致高接触电阻(Contact resistance,Rc)，这也会升高整个元件的串联电阻(Series resistance,Rs)而导致太阳能电池的效率降低。

掺杂浓度高会导致开路电压与短路电流低的原因在于，因掺杂浓度高的介面所形成复合中心(Recombination center)较多，而使得照光产生的自由电子、电洞在这些再结合中心被消除，亦即，表面复合速度(Surface recombination velocity,SRV)高。并且在正面电极(Front electrode)与掺杂层之间的接触表面会有较多的悬浮键(Dangling bond)，如此自由电子、电洞容易在靠近掺杂层与正面电极的接触表面处产生表面再结合，而降低硅晶太阳能电池的光电转换效率。