[发明专利]太阳能电池及太阳能电池组件

说明书

技术领域

本发明是有关于一种太阳能电池技术，且特别是有关于一种太阳能电池及太阳能电池组件。

背景技术

太阳能电池的理论效率虽高，但实际的发电效率并不是如此。影响效率的因素有很多，像是太阳能电池本身的串联及并联电阻、或是太阳能电池电极对阳光的遮蔽效应、或是反射光没有被有效捕捉的损失等等。

而太阳能电池内部的电子及空穴的再结合(recombination)则是另一個影响效率的重要因素。具有比太阳能电池的带隙还要高能量的入射光子的吸收会产生电子空穴对，然后存在于太阳能电池p-n接面的电场作用会将这些载流子分离。所述光生少数载流子(即电子空穴对中的电子或空穴)会到达p-n接面，并扫过所述接面，变成多数载流子。如果太阳能电池是短路的，则光生载流子会流过外部电路而完成一个回路。太阳能电池的发电效率会受到电池内的电子与空穴的再结合率影响，导致电荷载流子的耗散(depletion)。

一般的硅晶太阳能电池是由硅基极区、硅射极区、p-n结区、正面电接触(正面电极)与背面电接触(背电极)。近年来，各种高效率硅晶太阳能电池，如异质结与本征薄膜层(heterojunction with intrinsic thin layer，HIT)、钝化射极与背电池(passivated emitter and rear cell，PERC)、钝化射极背面局部扩散电池(passivated emitter rear locally diffused cell，PERL)等太阳能电池都被开发来改善再结合损失。

介电质钝化是一种普遍使用在太阳能电池表面来尽量减少载流子再结合的方法。钝化材料包括任何合适的材料，这种材料不是带有正电荷就是带有负电荷。使用与半导体射极或基极层持相反极性(polarity)的电荷，能产生抑制少数载流子移动过太阳电子的电场，藉以降低载流子再结合。有两种周知的表面钝化方法是化学钝化方式(chemical passivation)与场效应钝化方式(field-effect passivation)。

其中，化学表面钝化方式包含利用热氧化工艺将介电材料沉积在电池的n型或p型半导体的表面上形成一钝化层，而热氧化工艺属较高工艺温度(1000℃)的表面钝化技术之一。热氧化工艺可通过介电层与半导体层之间的化学键合获得良好的介面钝化品质，并因此降低半导体层与介电层的介面的缺陷密度。藉此降低半导体表面的电子与空穴的再结合概率。但是其高温条件造成载流子寿命退化以及n+/p介面掺杂的再分配。等离子体化学气相沉积(PECVD)方法是一种可用来取代热氧化的方法，这种工艺中将等离子体激发在～400℃的较低工艺温度，并利用通过的氢气修复太阳能电池的一些不稳定的缺陷。

场效应钝化方式采用介电材料以抑制少数载流子的再结合。介电层的表面钝化性能在很大程度上取决于在介电层中的固定电荷和半导体的掺杂浓度。对于n型半导体，氮化硅具有正电荷会引起介电层/半导体介面的多数载流子（电子）积累，导致能带向下弯曲。从硅晶太阳能电池表面的少数载流子（空穴）则被屏蔽。

其他型态的场效应钝化方式是于p型半导体背面形成重掺杂p+区作为屏障(barrier)，阻止多数载流子（电子）运动到背面接触。在太阳能电池背面有重掺杂区的背场(back surface field，BSF)是这种钝化的其中一种。形成在高低掺杂区介面的电场会引起屏障，阻止少数载流子到第一电极。但要制作p+区则需要一些额外的受体型杂质掺杂，这意味着需要额外的技术步骤和更高的成本。

从结构来看，通过化学钝化方式与场效应钝化方式形成的介电钝化层是直接与太阳能电池的半导体光电转换层接触。

相较于上述介电质钝化方式，所谓的“介电质”在太阳能电池可靠度方面有不同意义。聚合物密封剂(polymer encapsulant)是一种周知材料，用来提供导电层(如电极层)的电性绝缘性钝化层。这种聚合物密封剂同时附着在太阳能电池的正极和负极，以提供太阳能电池耐用并对环境的危害持久保护的效果。