TW201624745A - 多接面太陽能電池 - Google Patents

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斉藤仁美
中川直之
山崎六月
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Abstract

依照一實施例，一種多接面太陽能電池包含第一太陽能電池、第二太陽能電池及絕緣層。該第一太陽能電池包含第一光電轉換元件。該第二太陽能電池與該第一太陽能電池並聯連接。該第二太陽能電池包含串聯連接的多個第二光電轉換元件。該絕緣層被設置在該第一太陽能電池與該第二太陽能電池之間。該第二光電轉換元件包含p電極及n電極。該p電極被連接至p+區域，該p+區域在與光入射表面相對位置之側上包含一表面。該n電極被連接至n+區域，該n+區域在與該光入射表面相對位置之側上包含該表面。在該多個第二光電轉換元件彼此相鄰的區域中該p電極彼此相對設置或該n電極彼此相對設置。

Description

多接面太陽能電池 相關申請案之相互參考
本申請案係基於及主張來自2014年9月19日所申請之日本專利申請案第2014-191861號之優先權之權益；全部內容以參考方式併入本文。
在本文中所述之實施例大體上係關於多接面太陽能電池。
已存在多接面太陽能電池，其被用來作為高效率太陽能電池。該多接面太陽能電池例如係一串聯的太陽能電池。相較於單接面太陽能電池，已有期望多接面太陽能電池可具有高效率。在另一方面，若藉由各層所吸收的光子數量不同時，則在各層之電流值之間會發生非預期的差異。當在電流值之間的差異發生時，轉換效率不希望藉由具有最小電流值之層所限制。但只要層係串聯連接，這是必然會發生的。相反地，上述之轉換效率之限制可以藉由 從各層拉出端子而避免。然而，不希望需要提供多個電力轉換器等等。最好能夠增加多接面太陽能電池之轉換效率。
有鑑於上述習知技術之問題，本發明之目的就在於提供一種多接面太陽能電池以解決習知技術之太陽能電池需要多個電力轉換器及轉換效率較差的問題。
為達到上述目的，本發明所提出之一種多接面太陽能電池，主要包括：第一太陽能電池、第二太陽能電池以及絕緣層。其中，該第一太陽能電池包含第一光電轉換元件。該第二太陽能電池與該第一太陽能電池並聯連接，並且該第二太陽能電池包含串聯連接的多個第二光電轉換元件。該絕緣層設置在該第一太陽能電池與該第二太陽能電池之間。該第二光電轉換元件包含p電極及n電極，該p電極被連接至p+區域，該p+區域在與光入射表面相對位置之側上包含一表面，該n電極被連接至n+區域，該n+區域在與該光入射表面相對位置之該側上包含該表面。在該多個第二光電轉換元件彼此相鄰的區域中該p電極彼此相對設置或該n電極彼此相對設置。
有關本發明所提出之多接面太陽能電池的詳細構造，以下將列舉實施例並配合圖式，以使本發明領域中具有通常知識者可以實現本發明的具體實施方案。
10‧‧‧多接面太陽能電池
10a‧‧‧多接面太陽能電池
10b‧‧‧多接面太陽能電池
10c‧‧‧多接面太陽能電池
10d‧‧‧多接面太陽能電池
10e‧‧‧多接面太陽能電池
10f‧‧‧多接面太陽能電池
10g‧‧‧多接面太陽能電池
10h‧‧‧多接面太陽能電池
10i‧‧‧多接面太陽能電池
100‧‧‧第一太陽能電池
110‧‧‧第一光電轉換元件
111‧‧‧下部電極
112‧‧‧光電轉換層
113‧‧‧上部電極
120‧‧‧邊界部分
200‧‧‧第二太陽能電池
200a‧‧‧第二太陽能電池
207‧‧‧元件隔離區域
210‧‧‧第二光電轉換元件
210a‧‧‧第一光電轉換單元
210b‧‧‧第二光電轉換單元
210c‧‧‧第三光電轉換單元
210d‧‧‧第四光電轉換單元
211‧‧‧矽層
212‧‧‧p+區域
212a‧‧‧第二區域
212b‧‧‧第四區域
213‧‧‧n+區域
213a‧‧‧第一區域
213b‧‧‧第三區域
214‧‧‧p電極
214a‧‧‧p電極
214a1‧‧‧第二電極
214b‧‧‧第四電極
215‧‧‧n電極
215a‧‧‧第一電極
215b‧‧‧第三電極
217‧‧‧互連單元
219‧‧‧絕緣薄膜
221‧‧‧背接觸表面
300‧‧‧絕緣層
401‧‧‧陰影
圖1係展示依照實施例之一多接面太陽能電池之概要橫截面視圖；圖2係展示依照實施例之元件隔離之形式之概要平面圖；圖3係展示依照實施例之元件隔離之另一形式之概要平面圖；圖4係展示依照實施例之元件隔離之另一形式之概要平面圖；圖5A及5B係展示依照實施例之元件隔離之另一形式之概要平面圖；圖6係展示依照實施例之元件隔離之另一形式之概要平面圖；圖7係展示依照實施例之元件隔離之另一形式之概要平面圖；圖8A及8B係測量結果之實例之表及圖表；圖9係展示依照實施例之元件隔離之另一形式之概要平面圖；圖10係展示依照實施例之元件隔離之另一形式之概要平面圖；圖11A至11C係展示依照實施例之元件隔離之另一形式之概要平面圖；及圖12A及12B係展示圖11A及11B所示之實例之互連圖案之概要圖。
依照一實施例，一多接面太陽能電池包含一第一太陽能電池、一第二太陽能電池及一絕緣層。該第一太陽能電池包含第一光電轉換元件。該第二太陽能電池係與該第一太陽能電池並聯連接。該第二太陽能電池包含多個串聯連接之第二光電轉換元件。該絕緣層被設置在該第一太陽能電池與該第二太陽能電池之間。該第二光電轉換元件包含一p電極及一n電極。該p電極被連接至p+區域，該p+區域包含在光入射表面之相對位置之側上之一表面。該n電極被連接至n+區域，該n+區域包含在該光入射表面相對位置之側上之該表面。在多個第二光電轉換元件係彼此相鄰的區域中之該p電極彼此相對設置或該n電極彼此相對設置。
各種不同實施例將在下文中參考附圖來描述。
圖式係概要性及概念性的；且在部分之厚度及寬度之間的關係、在部分之間之尺寸的比例等等不一定相同於其之實際值。尺寸及/或比例可在圖式之間不同地描述，即使在描述相同部分。
在申請案之圖式及說明書中，相似於描述關於上文之圖式之組件係以相同元件符號所標示，且將適當的省略其詳細說明。
現在將以在從p層側於基板上形成薄膜之一方法(一基板方法)作為一實例來描述。然而，對於超基板方法同 樣可得到類似效果。
圖1係展示依照實施例之一多接面太陽能電池之概要橫截面視圖。
如圖1所示，實施例之多接面太陽能電池10包含一第一太陽能電池100、一絕緣層300及一第二太陽能電池200。該絕緣層300存在於第一太陽能電池100及第二太陽能電池200之間。在本實施例中，將以雙接面太陽能電池作為一實例來描述。然而，實施例之多接面太陽能電池10可以係三接面太陽能電池或更多接面太陽能電池。第一太陽能電池100係與第二太陽能電池200並聯連接。
第一太陽能電池100包含一或多個第一光電轉換元件110。該第一太陽能電池100係多接面太陽能電池10之頂部元件。圖1中所示之該第一太陽能電池100具有任何數量的第一光電轉換元件110串聯連接之形式。第一光電轉換元件110之數量係依照設計來設定。第一太陽能電池100之第一光電轉換元件110被設置在絕緣層300上並且包含一下部電極111、被設置在下部電極111上之一光電轉換層112及被設置在光電轉換層112上之上部電極113。一未圖示之抗反射薄膜可被設置在上部電極113上。
下部電極
實施例之下部電極111係第一光電轉換元件110之一電極而且係形成在絕緣層300上之導電薄膜。例如，該導 電薄膜被形成為在絕緣層300上之單一本體並且藉由刻劃線而細分成對應於第一光電轉換元件110數量之下部電極111。導電的及透明的薄膜可被用來作為下部電極111。儘管下部電極111完全沒有限制，只要下部電極111係例如一透明導電薄膜(其係透明的及導電的)，對於下部電極111而言包含一ITO(氧化銦錫((In,Sn)Ox))薄膜係適當的。在本實施例中，將以下部電極111(透明電極)係ITO電極為例作為一實例來描述。然而，下部電極111(透明電極)不限於ITO電極。下部電極111之薄膜厚度係例如不小於100奈米(nm)且不大於1000nm。下部電極111係連接至相鄰上部電極113。多個第一光電轉換元件110藉由下部電極111及上部電極113之間的連接而彼此串聯連接。
光電轉換層
實施例之光電轉換層112係化合物半導體層，其中一p型化合物半導體層及一n型化合物半導體層具有一同質接面；或一化合物半導體層，其中一p型化合物半導體層及一n型緩衝層具有一異質接面。光電轉換層112被形成為在下部電極111上之單一本體並且細分成對應於藉由刻劃線之第一光電轉換元件110數量之光電轉換層112。
該光電轉換層112藉由化合物半導體將光轉換成電力。p型化合物半導體層係在下部電極111之側上之光電轉換層112內部之區域中之層。n型化合物半導體層及n 型緩衝層係在上部電極113之側上之光電轉換層112內部之區域中之層。
例如，包含族11元素(族Ib元素)、族13元素(族IIIb元素)及族16元素(族VIb元素)之黃銅化合物可包含在光電轉換層112中作為化合物半導體。元件群組之標記符合IUPAC(國際純粹與應用化學聯合會)之標記方法。在括弧內部之標記係IUPAC之舊式標記。
例如，Cu(In、Al、Ga)(Se、S)2、CuGaSe2、CuGa(S、Se)2、Cu(Ga、Al)Se2、Cu(Al、Ga)(S、Se)2(在下文中視需要稱為「CIGS」)等等可被用來作為黃銅化合物。除了黃銅化合物、亞錫酸鹽化合物或硫銅錫鋅化合物(諸如Cu(Zn、Sn)S2、Cu(Zn、Sn)(S、Se)2、Cu(Zn、Sn)Se2等等)也可被用來作為光電轉換層112之化合物半導體。此外，具有比第二太陽能電池200之光電轉換層寬之間隙之化合物半導體層可被包含在第一光電轉換元件110之光電轉換層112中。一般而言，第一太陽能電池100不完全被限制，只要串聯之第一光電轉換元件110數量係可修改的。
第一光電轉換元件110包含至少一個黃銅化合物、亞錫酸鹽化合物或硫銅錫鋅化合物。
CdS等等可被用來作為n型緩衝層。光電轉換層112之化合物表示成化學式可以係Cu(AlwInxGa1-w-x)(SySezTe1-y-z)2、Cu2ZnSn(SySe1-y)4等等，w、x、y及z滿足0w<1、0x1、0y1、0z1、w+x1 及y+z1。光電轉換層112之組份可以藉由感應耦合電漿(ICP)分析來測量。
光電轉換層112之薄膜厚度係例如不小於1000奈米(nm)且不大於3000nm。在光電轉換層112中，p型化合物半導體層之薄膜厚度不小於1000nm且不大於2500nm係有利的。n型化合物半導體層及n型緩衝層之薄膜厚度不小於10nm且不大於800nm係有利的。使用Cu作為族11元素係有利的。從Al、In及Ga所組成之群組中選擇至少一個類型元件被使用作為族13元素係有利的；而且包含Ga係更有利的。從O、S、Se及Te所組成之群組中選擇至少一個類型元件被使用作為族16元素係有利的；而且包含Se係更有利的。因為半導體可易於被形成為p型半導體，所以使用S作為族16元素係更有利的。
詳言之，作為光電轉換層112，可使用諸如Cu(Al、Ga)(S、Se)2、Cu(Al、Ga)(Se、Te)2、Cu(Al、Ga、In)Se2、Cu2ZnSnS4等之化合物半導體，更特定言之，可使用諸如Cu(Al、Ga)Se2、Cu(In、Al)Se2、CuGaSe2、CuGa(S、Se)2、CuAISe2、Ag(In、Ga)Se2、Ag(In、Al)Se2、Ag(Ga、Al)Se2、Ag(In、Ga、Al)(S、Se)2之化合物半導體。包含在下部電極111及光電轉換層112中之元件之化合物係適合存在於下部電極111及光電轉換層112之間。若太陽能電池使用透光下部電極111，則對於其他太陽能電池而言亦可獲得在本實施例中所述之效益。
第一太陽能電池100包含多個第一光電轉換元件 110。多個第一光電轉換元件110之一部分係彼此串聯連接。多個第一光電轉換元件110之另一部分係彼此串聯連接。多個第一光電轉換元件110之一部分係與多個第一光電轉換元件110之另一部分並聯連接。
上部電極
實施例之上部電極113係導電及透射光(諸如陽光)之薄膜。上部電極113被形成作為在光電轉換層112上之單一本體並且細分成對應於藉由刻劃線之第一光電轉換元件110數量之上部電極113。多個第一光電轉換元件110係藉由將上部電極113連接至下部電極111來串聯連接。
上部電極113可例如包含以Al、B、Ga等摻雜之ZnO。上部電極113可藉由濺鍍、化學汽相沈積(CVD)等而被形成為薄膜。例如，作為半絕緣層之i-ZnO可在上部電極113及光電轉換層112之間具有大約不小於10nm且大約不大於100nm之厚度。該半絕緣層係例如包含氧化物之顆粒之層，該氧化物包含Zn、Ti、In、Mg、Sn、Ga、Zr等等之至少一個類型。例如，氧化物之顆粒包含藉由Zn1-xMgxO(0x1)表示之Zn及Mg之元素。
不小於1nm且不大於40nm之氧化物顆粒之平均主要顆料尺寸係有利的。因為上部電極113定位成比光電轉換層112更朝向之上部部分，所以上部電極113係透明的且具有低陽光吸收損失係適當的。例如，CdS或Zn(O、S)可被形成以在上述之半絕緣層及光電轉換層112之間 具有大約不小於1nm且大約不大於10nm之厚度。此作用係填滿光電轉換層112之族16元素的不足及增進開路電壓。因為CdS或Zn(O、S)之薄膜厚度係非常薄的，所以大致上沒有光吸收損失。窗口層可被設置於上部電極113及光電轉換層112之間。
窗口層(未圖示)
實施例之窗口層(未圖示)係設置在上部電極113及光電轉換層112之間之一i型高電阻(半絕緣)層。該窗口層係包含ZnO、MgO、(ZnaMg1-a)O、InaGabZncO、SnaO、InaSnbO、TiO2或ZnO2之化合物之層或包含靠近多個這些化合物類型之層。a、b及c分別地滿足0<a<1、0<b<1及0<c<1之a、b、c係有利的。
在上部電極113及光電轉換層112之間設置高電阻層具有減少從n型化合物半導體層朝向上部電極113之洩漏電流及增加轉換效率之優點。高電阻化合物係包含在化合物中，該化合物係包含在窗口層中。因此，窗口層太厚係不佳的。在窗口層之薄膜厚度太薄的情況中，減少不當洩漏電流之效果大致上係零。因此，窗口層之平均薄膜厚度不小於5nm且不大於100nm係適當的。
CVD、旋塗、浸漬、汽相沈積、濺鍍等可被用來作為形成窗口層之方法。
窗口層之氧化物薄膜係藉由以下使用CVD之方法所獲得。該氧化物薄膜係藉由以下方式來獲得：將上至光電 轉換層112之形成構件引入至腔室、加熱至一加熱狀態、進一步將水、有機金屬化合物(包含至少一個Zn、Mg、In、Ga、Sn、Ti或Zr等等)引入至腔室且在n型化合物半導體層上造成一反應。
窗口層之氧化物薄膜係藉由以下使用旋塗之方法所獲得。包含一有機金屬化合物或氧化物顆粒(包含至少一個Zn、Mg、In、Ga、Sn、Ti或Zr)之溶液係旋塗至靠近光電轉換層112之形成構件上。在塗覆之後，氧化物薄膜係藉由乾燥機加熱或藉由造成一反應所獲得。
窗口層之氧化物薄膜係藉由以下使用浸漬之方法所獲得。上至光電轉換層112之形成構件之n型化合物半導體層之側係浸沒在類似於旋塗之溶液中。在所需時間量之後將該構件從溶液中取出。在取出之後，藉由加熱或藉由造成反應而獲得氧化物薄膜。窗口層之化合物薄膜係藉由以下使用汽相沈積之方法所獲得。汽相沈積係藉由電阻加熱、雷射照射等使窗口層材料昇華之用於獲得氧化物薄膜之的方法。
濺鍍係用於藉由將電漿照射至標靶上來獲得窗口層的方法。
在CVD、旋塗、浸漬、汽相沈積及濺鍍中，旋塗及浸漬之薄膜形成方法不會損壞光電轉換層而且從藉由不會造成再結合中心以形成於光電轉換層中而增加效率之觀點而言係有利的形成方法。
中間層(未圖示)
實施例之中間層(未圖示)係在光電轉換層112及上部電極113之間或在光電轉換層112及窗口層之間所設置之化合物薄膜層。儘管在本實施例中第一光電轉換元件110包含中間層係有利的，但中間層亦可被省略。該中間層係一薄膜，其包含ZnS、Zn(OαSβSe1-α-β)、Zn(OαS1-α)、(ZnβMg1-β)(OαS1-α)、(ZnβCdγMg1-β-γ)(OαS1-α)、CdS、Cd(OαS1-α)、(CdβMg1-β)S、(CdβMg1-β)(OαS1-α)、In2S3、In2(OαS1-α)、CaS、Ca(OαS1-α)、SrS、Sr(OαS1-α)、ZnSe、ZnIn2-δSe4-ε、ZnTe、CdTe或Si(α、β、γ、δ及ε滿足0 α 1、0 β 1、0 γ 1、0 δ 2、0 ε 4及β+γ 1係有利的)之一化合物或包含多達這些化合物之多個類型之薄膜。
中間層可具有不會覆蓋在上部電極113之側上之n型化合物半導體層之整個表面之構形。例如，覆蓋在上部電極113之側上之n型化合物半導體層之50%表面係足夠的。從環境問題的觀點來看，包含在中間層中之化合物不包含Cd係有利的。中間層之體積電阻率的優點係不小於1Ωcm以抑制由於可存在於p型化合物半導體層內側之低電阻組件之電流洩漏。藉由形成包含S之中間層，包含在中間層中之S可以被摻雜至n型化合物半導體層中。
藉由包含中間層，可增加包含同質類型光電轉換層112之第一光電轉換元件110之轉換效率。藉由包含中間層，可增加包含具有同質結構之光電轉換層112之第一光 電轉換元件110之開路電壓；且可增加轉換效率。中間層之角色係用來減少在n型化合物半導體層及上部電極113之間的接觸電阻。
從增加轉換效率的角度來看，中間層之有利的平均薄膜厚度係不小於1nm且不大於10nm。中間層之平均薄膜厚度係從第一光電轉換元件110之橫截面影像來測量。在光電轉換層112係異質類型的情況中，係需要具有不小於數十nm(例如50nm)之厚度之CdS層作為緩衝層。中間層係在n型化合物半導體層上之薄膜且係比緩衝層還薄。在包含異質類型光電轉換層112之第一光電轉換元件110情況中，因為轉換效率降低，所以緩衝層之薄膜厚度大約相同於實施例之中間層之薄膜厚度或光電轉換層112之薄膜厚度大約相同於實施例之中間層之薄膜厚度係不佳的。
從增加轉換效率的觀點來看，中間層為硬薄膜係有利的。使用化學浴沈積(CBD)、CVD或物理汽相沈積(PVD)作為用於形成硬薄膜之方法係有利的。中間層可以係氧化物之薄膜，只要中間層係硬薄膜。硬薄膜意謂薄膜係具有高密度之濃密度薄膜。
若n型化合物半導體層在形成中間層時被損壞，則會不當地形成表面再結合中心。因此，在上述方法中，從低損壞薄膜形成的觀點來看，形成中間層之方法為CBD係有利的。當製造不小於1nm且不大於10nm之薄膜時，依照該厚度，短的薄膜成長時間便足夠。例如，對於薄膜 形成條件，其中藉由CBD之420秒的反應時間使60nm之中間層成長係必要的，例如，使用35秒反應時間來形成5nm之中間層係足夠的。藉由改變調整溶液之濃度來調整薄膜厚度亦係適當的。
抗反射薄膜
實施例之抗反射薄膜係形成在上部電極113上而且係用以使其易於引入光至光電轉換層112之薄膜。例如，使用MgF2或微透鏡(例如由Optmate Corporation製造)作為抗反射薄膜係適當的。抗反射薄膜之薄膜厚度係例如不小於90nm且不大於120nm。例如，抗反射薄膜可藉由電子束汽相沈積來形成。在使用商用微透鏡的情況下，抗反射薄膜之厚度係微透鏡之厚度。
在第一太陽能電池100之第一光電轉換元件110的其中一者發生崩潰的情況下，提供整流元件(一旁路二極體)來減少在太陽能電池及太陽能電池面板上之影響係有利的。藉由提供與第一光電轉換元件110之各者並聯連接之旁路二極體，可以減少在太陽能電池上之影響，即使在多個第一光電轉換元件110之其中一者發生崩潰的情況下亦然。將旁路二極體連接至第一光電轉換元件110之各者之下部電極111及第一光電轉換元件110之各者之上部電極113係有利的。旁路二極體及旁路二極體之互連具有不會阻礙光進入光電轉換層112之構形係有利的。
二極體可與第一太陽能電池100串聯連接。二極體之 陽極(其與第一太陽能電池100串聯連接)係連接至下部電極111(其用來作為第一太陽能電池100之負端子)。或者，二極體之陰極係連接至上部電極113(其用來作為第一太陽能電池100之正端子)。當第一太陽能電池100之開路電壓係低於第二太陽能電池200之開路電壓時，該二極體及係與第一太陽能電池100串聯連接作用以防止電力之逆流。
與第二太陽能電池200同樣地，可提供與第二太陽能電池200串聯連接之二極體。與第二太陽能電池200串聯連接之二極體之陽極係連接至第二太陽能電池200之負端子。或者，二極體之陰極係連接至第二太陽能電池200之正端子。在此情況中，與第二太陽能電池200串聯連接之該二極體在功能上類似於與第一太陽能電池串聯連接之二極體作用。
可提供與第一太陽能電池100及第二太陽能電池200兩者串聯連接之二極體。當太陽能電池之開路電壓在使用旁路二極體的情況下由於光電轉換元件之其中一者失效而降低時，若在第一太陽能電池100及第二太陽能電池200之間的電壓匹配無法維持，則串聯連接之該二極體便會發生作用。串聯連接之該二極體造成電壓下降。因此，從轉換效率的觀點來看，串聯連接之該二極體具有低電壓降係有利的。
第二太陽能電池
第二太陽能電池200包含多個第二光電轉換元件210。第二太陽能電池200被用來作為多接面太陽能電池10之底部單元。在圖1中，該多個第二光電轉換元件210係串聯連接。圖1中所示之第二太陽能電池200具有其中任何數量的第二光電轉換元件210被串聯連接之構形。第二光電轉換元件210之數量係依照設計而設置。
第二太陽能電池200包含例如一第一光電轉換單元210a及一第二光電轉換單元210b。例如，第二光電轉換單元210b與該第一光電轉換單元210a係配置在第一方向Dr1上。
例如，第一太陽能電池100之一部分與第一光電轉換單元210a配置在與第一方向Dr1交叉之第三方向Dr3上。例如，第一太陽能電池100之另一部分與第二光電轉換單元210b配置在第三方向Dr3上。
第二光電轉換元件210係包含背接觸件之太陽能電池。當從絕緣層300觀看時，第二光電轉換元件210設置於在第一太陽能電池100相對位置之側上之絕緣層300之表面處。第二光電轉換元件210包含一n型或p型矽層211、一p+區域212、一n+區域213、一p電極214及一n電極215。當從矽層211觀看時，該p+區域212被設置在包含在絕緣層300相對位置之側上之矽層211之表面(在光入射表面相對位置之側上之表面)之區域中。當從矽層211觀看時，該n+區域213被設置在包含絕緣層300相對位置之側上之矽層211之表面(與光入射表面相對位 置之側上之表面)之區域中。所提供之該n+區域213係與p+區域212分離。該p電極214係連接至p+區域212。該n電極215係連接至n+區域213。
第一光電轉換單元210a包含例如一第一電極單元E1及一第一半導體單元S1。該第一半導體單元S1設置於第一電極單元E1及第一太陽能電池100之間。該第一半導體單元S1包含第一導電類型之第一區域213a及第二導電類型之第二區域212a。
第一電極單元E1包含例如一第一電極215a及一第二電極214a1。該第一電極215a係電連接至第一區域213a。第二電極214a1與第一電極215a係配置在第一方向Dr1上。第二電極214a1係電連接至第二區域212a。
第二光電轉換單元210b包含例如一第二電極單元E2及一第二半導體單元S2。該第二半導體單元S2設置於第二電極單元E2及第一太陽能電池100之間。該第二半導體單元S2包含第一導電類型之第三區域213b及第二導電類型之第四區域212b。
第二電極單元E2例如包含一第三電極215b及一第四電極214b。第三電極215b係電連接至第三區域213b。第四電極214b與第三電極215b係配置在第一方向Dr1上。第四電極214b係電連接至第四區域212b及第一電極215a。
在第二電極214a1與第四電極214b之間的距離係大於在第一電極215a及第三電極215b之間的距離。
絕緣層300可被設置於第一光電轉換單元210a與第一太陽能電池100之間。
第二太陽能電池200進一步包含一互連單元217。例如，第二光電轉換元件210之n電極215(第一電極215a)係藉由互連單元217連接至第二光電轉換元件210之p電極214(第四電極214b)。多個第二光電轉換元件210係彼此串聯連接。p+區域212及n+區域213存在於背接觸表面221，該背接觸表面221係第二光電轉換元件210之背表面。儘管矽層211在本實施例中被描述成n型，但矽層211可以係p型。如以下關於圖4及圖5A及5B所描述，絕緣薄膜219可被設置於圍繞p電極214、n電極215及互連單元217所提供之區域中。在此情況中，互連單元217被提供作為引線或呈薄膜形構形。
例如，執行第二太陽能電池200之第二光電轉換元件210之元件隔離。如圖1所示，使用在多個第二光電轉換元件210之間之區域中之互連單元217來執行元件隔離。
在圖1中，為了便於描述，於相鄰多個第二光電轉換元件210之間描繪雙點虛線。然而，多個第二光電轉換元件210並未被實體細分。亦即，矽層211被形成作為單一本體。
當區域207(元件隔離區域)之數量(其中使用互連單元217執行元件隔離)增加時，第二光電轉換元件210的數量可以增加串聯連接；且可以增加第二太陽能電池200之電力產生電壓。
矽層211係p型或n型單晶矽層。矽層211之薄膜厚度係例如不小於50微米(μm)且不大於400μm。p+區域212及n+區域213被設置於矽層211中。矽層211包含摻雜物(諸如B、Al、N、P、As等等)。在矽層211及p+區域212或n+區域213之間形成p-n接面以形成一光電轉換層。一抗反射薄膜可設置於矽層211及絕緣層300之間。
p+區域212係例如執行矽層211之p型(p+)離子植入之區域；且p+區域212在從矽層211觀看時被形成包含在絕緣層300相對位置之側上之表面(背表面)。n+區域213係例如執行矽層211之n型(n+)離子植入之區域；且n+區域213在從矽層211觀看時被形成包含絕緣層300相對位置之側上之表面(背表面)。
p+區域212及n+區域213具有類似於彼此之構形(諸如U型構形、梳狀構形等等)。p+區域212被設置在p電極214(矽層211之側)之背部上。n+區域213被設置在n電極215(矽層211之側)之背部上。p+區域212被安置成與n+區域213嚙合。p+區域212不接觸n+區域213。矽層211之區域存在於p+區域212及n+區域213之間係有利的。
第二區域212a及第一區域213a具有梳狀構形。第二區域212a被安置成與第一區域213a嚙合。
例如，離子植入係使用遮罩及摻雜具有摻雜物(諸如B、Al、N、P、As等等)之矽層211來執行，使得p+區 域212或n+區域213被形成在具有不小於50nm且不大於2μm(在背接觸表面221及從背接觸表面221至矽層211之內部之不小於50nm且不大於2μm之範圍中的位置之間的區域)之深度之區域中。各區域之摻雜物濃度大約不小於1.0×1018cm-3且大約不大於1.0×1020cm-3係有利的。p+區域212及n+區域213之摻雜物濃度高於矽層211之雜質濃度。
從成本的觀點來看，其他離子植入使用熱擴散等作為形成p+區域212及n+區域213之方法係有利的。
p+區域212係連接至p電極214。n+區域213係連接至n電極215。p電極214及n電極215被用來作為第二太陽能電池200之背接觸電極。p電極214及n電極215被用來作為電極以使多個第二光電轉換元件210並聯或串聯連接。在提供旁路二極體的情況中，二極體係連接至至少一個p電極214或n電極215。p電極214及n電極215係例如Cu或Al薄膜沈積(使用遮罩)以具有大約1μm之厚度。
若第二太陽能電池200之第二光電轉換元件210的其中一者發生崩潰時，其提供旁路二極體以減少太陽能電池及太陽能電池面板上之影響係有利的。藉由提供與第二光電轉換元件210之各者並聯連接之旁路二極體，可以減少在太陽能電池上之影響，甚至在多個第二光電轉換元件210之其中一者崩潰發生的情況下。將旁路二極體連接至第二光電轉換元件210之各個p電極214及第二光電轉換 元件210之n電極215係有利的。二極體可藉由矽層211之離子植入等被形成；或二極體可被外部地連接。
多接面太陽能電池及元件隔離之形成現在將參考圖式來描述。
圖2係一概要平面圖，其展示依照實施例之元件隔離之形式。
圖2係當多接面太陽能電池依照實施例沿著圖1中所示之箭頭A1方向被觀看時之一概要平面圖。
第一太陽能電池100可以係一個元件或可具有其中多個元件串聯連接之一結構。例如，即使在矽層211被形成作為單一本體的清況下，亦足以使第二光電轉換元件210被看作成一個單元。
圖2係具有元件隔離之形式之多接面太陽能電池10a之概念視圖，其中第二太陽能電池200被分隔成四個第二光電轉換元件210。在圖2之多接面太陽能電池10a中，相鄰第二光電轉換元件210彼此大致上係電斷開的。換言之，在元件隔離區域207中，相鄰第二光電轉換元件210彼此係電隔離但彼此並未實體隔離。在一般的背接觸類型矽太陽能電池中，存在一個p電極214及一個n電極215成為一組。例如，若一般的背接觸類型矽太陽能電池使用圖2中所示之實例來描述，多個p電極214之其中安置在最左側的一個p電極214與多個n電極215之其中安置在最左側之一個n電極215將存在成為一組；且矽層211將在左側上被實體分隔成元件隔離區域207。例如，在此情 況中，互連單元217將被提供作為一引線。根據實施例，習知製造之細分每個單元的程序係不需要的；這對於製造係有利的，因為不需要將單元細分成更小塊之處理。
第一實例
在第一實例中，多接面太陽能電池10a被製成具有圖2之概念視圖所示之形式。首先，第一太陽能電池100被製造在作為絕緣層300之一部分之鈉鈣玻璃上。使用1cm乘1cm之鈉鈣玻璃，於其上具有被形成為200nm厚度之ITO薄膜(下部電極111)；以及一Cu0.85(In0.12Ga0.59Al0.29)(S0.1Se0.9)2薄膜，其係被使用來形成藉由汽相沈積(三階段方法)所沈積之光電轉換層112。首先，基板溫度被增加至300℃；且使Al、In、Ga、S及Se沈積(第一階段)。接著，基板溫度被增加至500℃；且使Cu、S及Se沈積。確認吸熱反應開始；並且停止Cu之沈積使得該組份具有過量的Cu(第二階段)。緊接在直接停止沈積之後，Al、In、Ga、S及Se再次被沈積(第三階段)使得形成Cu缺乏狀態且形成具有過量的族13元件(諸如Al、In、Ga等等)之組份。光電轉換層112之薄膜厚度大約係2000nm。
因為所獲得之光電轉換層112之一部分係n型，所以上至光電轉換層112之沈積構件被浸沒在25%的氨溶液中，其中0.08mM硫酸鎘之濃度被溶解；且反應係在室溫(25℃)下執行22分鐘。因此，摻雜有Cd之n型半導體 層在用於形成光電轉換層112之上部電極113之側上之區域中被形成為大約100nm的深度。CdS接觸層被沈積在藉由係半絕緣層之i-ZnO薄膜旋塗之n型半導體層上。接著，大約300nm之氧化鋁(Al2O3)(其係用於形成上部電極113)藉由使用含有2wt%之氧化鋁之ZnO：Al標靶濺鍍而被沈積在半絕緣層上。最後，第一太陽能電池100藉由電子束汽相沈積而藉由沈積大約105nm之MgF2作為抗反抗薄膜而被製造納鈣玻璃上。
接著，第二太陽能電池200被製造。將p+型及n+型離子植入執行至具有200μm厚度之n型單晶矽層之一表面之部分中以形成具有2.0×1019cm-3濃度、0.2μm深度及300μm寬度之隔離區域，且將元素B或元素P值入至其中。透過p+型及n+型離子植入，兩個p+區域212及兩個n+區域213按照p+、n+、p+及n+的順序形成於矽層211之背接觸表面221之側(參考圖1)上。接著形成兩個第二光電轉換元件210。圖2展示一實例，其中形成四個第二光電轉換元件210。不執行離子植入之區域係存在於p+區域212及n+區域213之間。使用遮罩，1μm的Cu被沈積作為在p+區域212上之p電極214。使用遮罩，1μm的Cu被沈積作為n+區域213上之n電極215。
對於圖2中所示之兩個相鄰第二光電轉換元件210而言，兩個相鄰第二光電轉換元件210之其中一個n電極215係藉由互連單元217連接至兩個相鄰第二光電轉換元件210之另一個p電極214。元件隔離係使用在兩個相鄰 第二光電轉換元件210之間之區域中提供的互連單元217來執行。因此，多個第二光電轉換元件210係彼此串聯連接。
具有相同極性之電極被設置在元件隔離區域207之兩側且彼此相對。例如，在圖2中所示之實例中，p電極214在中心處係在元件隔離區域207之兩側上而彼此相對。此外，在圖2中所示之實例中，n電極215在元件隔離區域207之左側及在元件隔離區域207之右側彼此相對。因此，第二太陽能電池200被製成。
對於在元件隔離區域207中具有相同極性且彼此相對之電極而言，縮短在電極之間的距離D1係有利的。然而，洩漏電流可存在於在電極係短於所規定之距離之間的距離D1情況中。因此，在本實施例中，在電極之間之距離D1被設定成使得不會存在洩漏電流之距離。
接著，第二太陽能電池200之矽層211使用丙烯酸樹脂作為黏合劑而被黏附至包含第一太陽能電池100之鈉鈣玻璃，使得在與包含n+區域213及p+區域212之該表面相對位置之側上之矽層211的表面被黏附至在與包含第一太陽能電池100之表面相對位置之側上之納鈣玻璃的表面。黏合劑層之厚度大約係50μm。
第一太陽能電池100之ITO電極及上部電極113及p+區域212及n+區域213係連接至一半導體參數分析器；並且藉由太陽能模擬器使用AM 1.5的模擬陽光照射，且針對單個第一太陽能電池100、處於第一太陽能電 池100被形成之狀態中之單個第二太陽能電池200及其中第一太陽能電池100與第二太陽能電池200並聯連接之多接面太陽能電池來測量開路電壓(Voc)、短路電流(Isc)及轉換效率(η)。測量結果顯示於表1。轉換效率η係使用開路電壓Voc、短路電流密度Jsc、輸出因數FF及入射電力密度P而由公式η=Voc．Jsc．FF/P．100所計算。因為1cm×1cm納鈣玻璃(具有1cm2的表面積)在第一實例中被使用，所以短路電流(Isc)係相等於短路電流密度(Jsc)。這對於以下描述之第一比較實例亦係類似的。
第一比較實例
在第一比較實例中，除了不執行元件隔離以外，多接面太陽能電池被製造成類似於第一實例之多接面太陽能電池；亦即，對於兩個相鄰第二光電轉換元件210(諸如圖2所示的那些)，兩個相鄰第二光電轉換元件210之其中一個n電極215不係藉由互連單元217連接至兩個相鄰第二光電轉換元件210之另一個p電極214。與第一實例同樣地，第一比較實例之多接面太陽能電池之開路電壓、短路電流及轉換效率同樣地被測量。測量結果被顯示於表1中。在表1中，展示相對於第一實例(EX1)及第一比較實例(CP1)之第一太陽能電池(CELL1)、第二太陽能電池(CELL2)及多接面太陽能電池(MCELL)之性質。
如表1中所示，在第一實例中，第二太陽能電池200之電壓被增進且大約係不採用(第一比較實例)串聯連接(元件隔離)之情況下的兩倍。在第一實例中，第二太陽能電池200之電流值大約係不採用(第一比較實例)串聯連接(元件隔離)之情況下的一半。因此，可實現目標效能。
在第一比較實例中，大致上無法獲得第二太陽能電池200之電壓增加。這係因為不執行元件隔離而使結構不是串聯連接結構。在第一比較實例中，因為背表面電極之構形之圖案不同於當串聯連接時之圖案，所以效率不當地係低的，因為某些光子被不當吸收重組而因此使電流值無法充分地增加。將第一實例之結果及第一比較實例之結果相比較，可瞭解的是，若不執行元件隔離則無法執行電壓匹配。亦即，在依照實施例之多接面太陽能電池10a中，轉換效率可以藉由執行第二太陽能電池200之元件隔離及藉由執行在第一太陽能電池100及第二太陽能電池200之間的電壓匹配而增加。
該匹配不限於電壓匹配；且電流匹配亦係適當的。換言之，電流匹配藉由將元件細分以等化每單元表面積吸收 的光子量以取代將元件細分以等化電壓係可行的。
作為另一比較實例，處在其中未形成第一太陽能電池100之狀態中的單個第二太陽能電池200之開路電壓、短路電流及轉換效率的測量結果展示在表2中。在表2中，第一太陽能電池(CELL1)、第二太陽能電池(CELL2)及多接面太陽能電池(MCELL)之性質係相對於第二實例(EX2)及第二比較實例(CP2)而展示。
將表2中所示之多接面太陽能電池之轉換效率與表1中所示之多接面太陽能電池之轉換效率相比較，第一實例之多接面太陽能電池之轉換效率係高於處於未形成第一太陽能電池100狀態下之單個第二太陽能電池200之轉換效率。在另一方面，第一比較實例之多接面太陽能電池之轉換效率係低於處於未形成第一太陽能電池100狀態下之單個第二太陽能電池200之轉換效率。因此，在多接面太陽能電池沒有在第一太陽能電池100及第二太陽能電池200之間簡單地執行電壓匹配來製造多接面太陽能電池的情況中，多接面太陽能電池之轉換效率會低於單個第二太陽能電池200之轉換效率。
圖3係一概要平面圖，其展示依照實施例之元件隔離之另一形式。
圖3展示概念視圖及多接面太陽能電池10b之電路。
第二實例
ITO電極(下部電極111)藉由刻劃而在12cm乘12cm基板上被細分成用於二十個元件之電極；且光電轉換層112被沈積在ITO電極上。光電轉換層112被刻劃使得第一光電轉換元件110被細分成二十個相等部分；上部電極113被形成及刻劃使得該等二十個第一光電轉換元件110係串聯連接；且接著，一抗反射薄膜被形成以製造第一太陽能電池100，其中二十個第一光電轉換元件110係串聯連接。
接著，串聯連接之三十八個p+區域212及三十八個n+區域213係藉由在12cm乘12cm矽層211上之離子植入而形成；且製造具有相等的表面積之三十八個第二光電轉換元件210。此結構被結合至於其中第一太陽能電池100被形成之基板；且製造類似於第一實例之多接面太陽能電池10b。測量結果展示於表3。
第二比較實例
在第二比較實例中，基座之矽太陽能電池不是串聯連接。亦即，不會執行第二太陽能電池200之元件隔離。除此之外，製造類似於第二實例之多接面太陽能電池。測量結果展示於表3。
在第二實例中，串聯連接之第二太陽能電池200之第二光電轉換元件210的數量係較高的。此外，在第一太陽能電池100之電壓及第二太陽能電池200之電壓之間的差異係較小的。因此，在第二實例中，相較於第一實例，會獲得較高效益的多接面太陽能電池；且第二實例係有效的。
圖4係一概要平面圖，其展示依照實施例之元件隔離之另一形式。
圖5A及5B係概要平面圖，其展示依照實施例之元件隔離之另一形式。
在圖4所示之實例中，製造類似於第一實例之多接面太陽能電池10c。如圖4中所示，兩個相鄰第二光電轉換元件210之其中一個n電極215係藉由互連單元217連接至兩個相鄰第二光電轉換元件210之另一個p電極214。藉此，多個第二光電轉換元件210係彼此串聯連接。
在互連單元217及矽層211之間提供絕緣薄膜219。在互連單元217及矽層211之間之導電係低的情況下，並不是總會提供該絕緣薄膜219。
例如，在p電極214及n電極215從元件隔離區域 207之兩側彼此相對的情況下，由於電場分佈之形狀而會發生洩漏電流；且減少p-n接面之作用。相反地，在圖4所示之實例中，p電極214從元件隔離區域207之兩側彼此相對。藉此，可以抑制p-n接面之作用的減少。
在互連單元217及矽層211之間提供絕緣薄膜219的情況中，例如，p+區域212及p電極214可通過互連單元217之下側(如同在圖5A及圖5B所示之多接面太陽能電池10d)。藉此，可以進一步抑制在元件隔離區域207之兩側上之p電極214及n電極215之間發生的洩漏電流。
通過互連單元217之下側之區域可以係n+區域213；且通過互連單元217之下側之電極可以係n電極215。
第二光電轉換單元210b進一步包含矽層211及絕緣層300。該矽層211包含第三區域213b及第四區域212b。該絕緣層300設置於互連單元217及矽層211之間。
至少一個第三電極215b或第四電極214b之至少一部分被定位在互連單元217及第一太陽能電池100之間。
圖6係一概要平面圖，其展示依照實施例之元件隔離之另一形式。
在圖6所示之實例中，製造類似於第一實例之多接面太陽能電池10e。如圖6中所示，兩個相鄰第二光電轉換元件210之其中一個n電極215係藉由互連單元217連接至兩個相鄰第二光電轉換元件210之另一個p電極214。
在此，例如，多個第二光電轉換元件210不僅係藉由 互連單元217在第一方向Dr1(在圖6中係水平方向)上而且在與第一方向Dr1交叉且與第三方向Dr3交叉之第二方向Dr2(在圖6中係垂直方向)上連接。
例如，第二太陽能電池200進一步包含一第三光電轉換單元210c及一第四光電轉換單元210d。例如，第三光電轉換單元210c與第四光電轉換單元210d係配置在第一方向Dr1上。第三光電轉換單元210c與第二光電轉換單元210b係配置在第二方向Dr2上。第四光電轉換單元210d與第一光電轉換單元210a係配置在第二方向Dr2上。
例如，第一光電轉換單元210a及第二光電轉換單元210b係串聯連接。例如，第二光電轉換單元210b及第三光電轉換單元210c係串聯連接。例如，第三光電轉換單元210c及第四光電轉換單元210d係串聯連接。
藉此，在圖6所示之實例中，四個第二光電轉換元件210(第一光電轉換單元210a、第二光電轉換單元210b、第三光電轉換單元210c及第四光電轉換單元210d)係彼此串聯連接。
例如，第二太陽能電池200係以多層來提供。多個第二太陽能電池200沿著第二方向Dr2被配置。該多個第二太陽能電池200之其中一者係與多個第二太陽能電池200之另一者串聯連接。
同樣地在圖6所示之實例中，具有相同極性之電極從元件隔離區域207之兩側彼此相對。例如，在圖6所示之 實例中，p電極214從元件隔離區域207之兩側彼此相對。
圖7係一概要平面圖，其展示依照實施例之元件隔離之另一形式。
圖8A及8B係測量結果之實例之表及圖表。
在圖7所示之實例中，製造類似於第一實例之多接面太陽能電池10f。在圖7所示之實例中，具有彼此相對設置之相同極性之電極之其中一個電極214a之長度距該元件隔離區域207之兩側的長度被改變。例如，如圖7所示，安置在元件隔離區域207之左側上之p電極214a之長度被改變。
p電極214a之長度與矽層211之一側之長度L1之比率LR(%)被設定成係50、60、70、80、90及100。當矽層211從電極側觀看時，比率LR係100之狀態係處於矽層211藉由p電極214a完全地區分之狀態(其中矽層211實際上由p電極214a覆蓋之狀態)。
一個12cm乘12cm晶圓被用來作為矽層211。單個矽層211之短路電流密度Jsc係38mA/cm2。單個矽層211之開路電壓Voc係0.7V。兩個第二光電轉換元件210被連接之狀態(矽層211完全地區分之狀態)之短路電流密度Jsc之理論限制值被設定成單個矽層211之短路電流密度之二分之一的值(19mA/cm2)。開路電壓Voc之理論限制值被設定成單個矽層211之開路電壓的值(0.7V)。
在圖7之多接面太陽能電池10f的情況中，短路電流 密度Jsc、開路電壓Voc、輸出因數FF、轉換效率η(%)及轉換效率ηId之理論限制值之轉換效率η之比率η/ηId(%)係藉由將第二光電轉換元件210之相鄰p電極214之其中一個第二光電轉換元件210之p電極214之比率LR(%)設定成100%，且改變另一第二光電轉換元件210之p電極214之比率LR(%)。在該測量中，第二光電轉換元件210之其中一個n電極215係連接至第二光電轉換元件210之另一個p電極214。測量結果顯示於圖8A及圖8B。
如圖8A及圖8B所示，比率η/ηId(%)係隨著比率LR(%)增加而增加。亦即，當接近兩個第二光電轉換元件210連接之狀態(其中矽層211完全地電區分之狀態)時，轉換效率η接近轉換效率ηId之理論限制值。
圖9係一概要平面圖，其展示依照實施例之元件隔離之另一形式。
在圖9所示之實例中，製造類似於第一實例之多接面太陽能電池10g。基於上述圖7至圖8B相關的測量結果，p電極214具有繞圖9所示之實例中之n電極215之周邊提供之配置圖案。換言之，p電極214具有環繞電極圖案，其中電極被完全地環繞安置。n電極215可具有環繞電極圖案而非p電極214。
第二電極214a1或第一電極215a之其中一者具有圍繞另一個第二電極214a1或第一電極215a之至少一部分。
如圖9所示，兩個相鄰第二光電轉換元件210之其中一個n電極215係藉由互連單元217而連接至兩個相鄰第二光電轉換元件210之另一個p電極214。藉此，兩個第二光電轉換元件210係彼此串聯連接。如上所述，關於圖4及圖5A及5B，絕緣薄膜219可設置於互連單元217及矽層211之間。在此情況中，互連單元217被提供作為引線或呈薄膜狀構形。
在圖9所示之實例中，可以進一步增加轉換效率。
p電極214或n電極215具有環繞電極圖案之情況係展示於圖9中。p電極214或n電極215可具有梳狀電極圖案而不是環繞電極圖案。即使在此情況中，仍可以增加轉換效率。
在環繞電極圖案之表面積係相等的情況中，具有大致上相同電流值之電流在第二光電轉換元件210流動。因此，在環繞電極圖案之表面積係相等的情況中，細分的第二光電轉換元件210的數量可以被任意的設定。例如，細分的數量不一定係要均分；且細分的數量可以係3列乘3列交叉、2列乘5列交叉等等。例如，細分的數量可以係11等等。
圖10係一概要平面圖，其展示依照實施例之元件隔離之另一形式。
ITO電極(下部電極111)被細分成在用於藉由刻劃之2cm乘2cm基板上之四個元件之電極；且光電轉換層112係沈積在ITO電極上。由於與光電轉換層112的移動 率等等有關係，所以ITO電極之尺寸L2(參考圖1)例如大約係5毫米(mm)。ITO電極之尺寸L2係相等於第一光電轉換元件110之寬度之尺寸。CuGa(S、Se)2之黃銅化合物(在下文中視需要而稱為「CGSS」)被用來作為光電轉換層112。
光電轉換層112被刻劃使得第一光電轉換元件110被細分成四個相等部分；上部電極113被形成及刻劃使得該等四個第一光電轉換元件110係串聯連接；且一抗反射薄膜被形成以製造第一太陽能電池100，其中四個第一光電轉換元件110係串聯連接。
接著，七個p+區域212及七個n+區域213藉由離子植入至2cm乘2cm矽層211中而被形成；且製造具有相同的表面積之七個第二光電轉換元件210。此結構被結合至於其中形成該第一太陽能電池100之基板；且製造類似於第一實例之多接面太陽能電池10h。
針對單個第一太陽能電池100測量之開路電壓Voc係4.8伏特(V)。針對單個第一太陽能電池100所測量之短路電流密度Jsc係4毫安培/平方公分(mA/cm2)。
在另一方面，針對處於其中第一太陽能電池100被形成之狀態的單個第二太陽能電池200所測量之開路電壓Voc係4.7(V)。針對處於其中第一太陽能電池100被形成之狀態的單個第二太陽能電池200所測量的短路電流密度Jsc係3.4(mA/cm2)。
轉換效率η係27(%)；且可獲得具有較高轉換效率 之多接面太陽能電池。
在實例中，假設第一太陽能電池100之能帶隙係1.9電子伏特(eV)的情況。
針對處於其中第一太陽能電池100被形成之狀態的單個第二太陽能電池200所測量之開路電壓Voc係4.7(V)。針對處於其中第一太陽能電池100被形成之狀態的單個第二太陽能電池200所測量之短路電流密度Jsc係2.9(mA/cm2)。在另一方面，在第一光電轉換元件110被細分成五個相等部分的情況中，針對單個第一太陽能電池100所測量之開路電壓Voc係5.0(V)。針對單個第一太陽能電池100所測量之短路電流密度Jsc係4(mA/cm2)。
轉換效率η係26(%)。
圖11A至11C係概要平面圖，其展示依照實施例之元件隔離之另一形式。
圖12A及12B係展示圖11A及11B所示之實例之互連圖案之概要圖。
圖11A係一概要平面圖，其展示依照實施例之第一太陽能電池100。圖11B係一概要平面圖，其展示依照實施例之第二太陽能電池200。圖11C係一概要平面圖，其展示依照參考實例之第二太陽能電池200a。圖12A係概要橫截面視圖，其展示圖11A及11B所示之實例之互連圖案。圖12B係一概要平面圖，其展示圖11A及11B所示之實例之互連圖案。
第二太陽能電池200未圖示在圖12A中。
圖11A至圖12B展示基板係具有面板尺寸作為實例之情況。
更具體言之，係用於描述十二個12cm乘12cm矽層211作為實例之情況。
在圖11A所示之情況中，第一太陽能電池100之其中一側的長度係400mm。第一太陽能電池100之另一側的長度係500mm。
如上所述，關於圖10，在CGSS被用來作為光電轉換層112之情況中，由於與光電轉換層112之移動率等等有關係，所以ITO電極之尺寸L2(第一光電轉換元件110之寬度尺寸)例如係大約6mm。因此，因為第一太陽能電池100之一側長度係400mm，所以六十六個第一光電轉換元件110在第一太陽能電池100中係串聯連接。
在此，因為在一矽晶圓中可以串聯連接之元件的數量被限制，所以並聯連接第一太陽能電池100係可行的。
換言之，如圖12A及圖12B所示，三十三個第一光電轉換元件110之兩個群組形成串聯連接；且該兩個群組彼此並聯連接。在圖12A及圖12B中所示之邊界部分120處，相鄰第一光電轉換元件110係彼此電隔離。
可形成二十二個第一光電轉換元件110串聯連接之群組；且三個群組可以係彼此並聯連接。一個面板可被串聯連接；或可製備兩個較小面板且串聯連接。
因此，藉由並聯連接第一太陽能電池100，可以減少 第二光電轉換元件210在一矽晶圓中串聯連接之第二光電轉換元件210的數量。
如圖12B所示，在可形成三十三個第一光電轉換元件110串聯連接之兩個群組且兩個群組彼此並聯連接的情況中，五個p+區域212及五個n+區域213藉由離子植入至矽層211而形成；且製造串聯連接及具有相等表面積之五個第二光電轉換元件210。在圖11B及圖11C中，在第二太陽能電池200及200a之左上角處具有相同表面積之五個第二光電轉換元件210串聯連接之形式。具有相同表面積之五個第二光電轉換元件210串聯連接之形式係相同於第二太陽能電池200及200a，同樣地除了左上角那些第二光電轉換元件210。
例如，如圖11B所示，三個矽層211被配置在第一方向上；且四個矽層211被配置在第二方向上。三個矽層211在第一方向上係串聯連接。此外，串聯連接之三個矽層211在第二方向上係並聯連接。亦即，十二個矽層211係三個串聯乘以四個並聯連接而成。
換言之，在第一方向上之三個矽層211串聯連接之群組係在第二方向上與在第一方向上三個矽層211串聯連接之群組並聯連接。第一太陽能電池100及第二太陽能電池200係並聯連接。
在此，在圖11C所示之參考實例中，實例被視為十二個矽層211串聯連接。當陰影401存在於十二個矽層211之至少一個矽層211上時，存在於陰影401下之第二太陽 能電池200a之輸出大致上係零。因此，因為十二個矽層211係串聯連接，所以所有十二個第二太陽能電池200a之輸出大致上係零。
相反地，如上述，在圖11B所示之實例中，十二個矽層211係三個串聯乘以四個並聯連接而成。因此，存在於陰影401下之區域之輸出大致上係零；但對於陰影401不存在之區域之輸出大致上不是零。因此，輸出僅由陰影401存在於所有十二個矽層211之表面積之陰影401之區域之表面積之比率的數量而減少。換言之，除了陰影401存在於所有十二個矽層211上之陰影401的情況中，當可以抑制陰影存在於十二個矽層211之其中一個矽層211上時，所有十二個第二太陽能電池200之輸出大致上變成零。在圖11B所示之實例中，更理想的係提供二極體以防止電力之逆流。
在本實施例中，一多接面(串聯)太陽能電池作為一實例被描述。然而，太陽能電池可能不被串聯且具有於其中連接單個矽之結構。
在圖11A、圖11B、圖12A及圖12B所示之實例中，多接面太陽能電池10i之短路電流Isc係1.56(A)。多接面太陽能電池10i之開路電壓Voc係40(V)。多接面太陽能電池10i之轉換效率η係24.3(%)。
實施例包含以下條項：
條項1
一種多接面太陽能電池，其包括： 第一太陽能電池；及第二太陽能電池，其與該第一太陽能電池並聯連接，該第二太陽能電池包含第一光電轉換單元，及第二光電轉換單元，其與該第一光電轉換單元配置在第一方向上，該第一太陽能電池之一部分與該第一光電轉換單元配置在與第一方向交叉之第三方向上，該第一太陽能電池之一部分與該第二光電轉換單元配置在第三方向上，該第一光電轉換單元包含第一電極單元，及第一半導體單元，其設置於第一電極單元及第一太陽能電池之間，該第一半導體單元包含第一導電類型之第一區域，及第二導電類型之第二區域，該第一電極單元包含第一電極，其電連接至該第一區域，及第二電極，其電連接至該第二區域並且與該第一電極配置在第一方向上，該第二光電轉換單元包含第二電極單元，及第二半導體單元，其設置於該第二電極單元及該 第一太陽能電池之間，該第二半導體單元包含第一導電類型之第三區域，及第二導電類型之第四區域，該第二電極單元包含第三電極，其電連接至該第三區域，及第四電極，其電連接至該第四區域及該第一電極且與該第三電極配置在第一方向上，在該第二電極與該第四電極之間的距離係比該第一電極及該第三電極之間的距離還長。
條項2
依照條項1之電池，進一步包括絕緣層，其被提供在該第一光電轉換單元及該第一太陽能電池之間。
條項3
依照條項1之電池，其中該第二太陽能電池進一步包含互連單元，其將該第一電極電連接至該第四電極。
條項4
依照條項1之電池，其中該第二區域及該第一區域具有梳狀構形，及該第二區域被安置成與該第一區域嚙合。
條項5
依照條項1之電池，其中該第二電極或該第一電極之其中一者被提供環繞該第二電極或該第一電極之另一者之至少一部分。
條項6
依照條項3之電池，其中該第二光電轉換單元包含：矽層，其包含該第三區域及該第四區域；及絕緣薄膜，其被設置於該互連單元及該矽層之間，及該第三電極或該第四電極之至少一者之至少一部分被定位在該互連單元與該第一太陽能電池之間。
條項7
依照條項1之電池，其中提供複數個該第二太陽能電池，該第二太陽能電池沿著與該第一方向交叉之第二方向配置，及該第二太陽能電池係與該第二太陽能電池之另一者串聯連接。
條項8
依照條項1之電池，其中該第二太陽能電池進一步包含一第三光電轉換單元及一第四光電轉換單元，該第三光電轉換單元係與該第四光電轉換單元配置在該第一方向上，該第三光電轉換單元與第二光電轉換單元配置在與該第一方向交叉且與該第三方向交叉之第二方向上，該第四光電轉換單元與該第一光電轉換單元係配置在 該第二方向上，該第一光電轉換單元及該第二光電轉換單元係串聯連接，該第二光電轉換單元及該第三光電轉換單元係串聯連接，及該第三光電轉換單元及該第四光電轉換單元係串聯連接。
條項9
依照條項1之電池，其中該第一太陽能電池包含複數個第一光電轉換元件，及該第一光電轉換元件係串聯連接。
條項10
依照條項9之電池，其中該第一光電轉換元件包含光電轉換層，且該光電轉換層包含CuGa(S、Se)2。
條項11
依照條項1之電池，其中該第一太陽能電池包含複數個該第一光電轉換元件，該第一光電轉換元件之一部分係彼此串聯連接，該第一光電轉換元件之另一部分係彼此串聯連接，及該第一光電轉換元件之一部分係與該第一光電轉換元件之另一部分並聯連接。
條項12
依照條項9之電池，其中該第一光電轉換元件包含黃銅化合物、亞錫酸鹽化合 物或硫銅錫鋅化合物之至少一者。
儘管已描述本發明之數個實施例，但這些實施例係表示作為實例而非意欲限制本發明之範疇。這些新的實施例可以其他各種形式實施；且可在不違背本發明之精神下執行各種刪除、替代及修改。此實施例及其變化係在本發明之範疇及精神中，且包含在申請專利範圍及其等效件中所描述之本發明中。
雖然已經描述特定實施例，但這些實施例僅係經由實例所表示，且不意欲限制於本發明之範躊。更確切地，在本文中所述之新的實施例可以其他各種形式體現；再者，可在不違背本發明之精神下製造各種刪除、替代及修改。隨附申請專利範圍及其等效件意欲覆蓋將落在本發明之範躊及精神中之此形式或修改。
10‧‧‧多接面太陽能電池
100‧‧‧第一太陽能電池
110‧‧‧第一光電轉換元件
111‧‧‧下部電極
112‧‧‧光電轉換層
113‧‧‧上部電極
200‧‧‧第二太陽能電池
207‧‧‧元件隔離區域
210‧‧‧第二光電轉換元件
210a‧‧‧第一光電轉換單元
210b‧‧‧第二光電轉換單元
211‧‧‧矽層
212‧‧‧p+區域
212a‧‧‧第二區域
212b‧‧‧第四區域
213‧‧‧n+區域
213a‧‧‧第一區域
213b‧‧‧第三區域
214‧‧‧p電極
214a1‧‧‧第二電極
214b‧‧‧第四電極
215‧‧‧n電極
215a‧‧‧第一電極
215b‧‧‧第三電極
217‧‧‧互連單元
221‧‧‧背接觸表面
300‧‧‧絕緣層
Dr1‧‧‧第一方向
Dr3‧‧‧第三方向
E1‧‧‧第一電極單元
E2‧‧‧第二電極單元
L2‧‧‧尺寸
S1‧‧‧第一半導體單元
S2‧‧‧第二半導體單元

Claims (10)

  1. 一種多接面太陽能電池，包括：第一太陽能電池，其包含第一光電轉換元件；第二太陽能電池，其與該第一太陽能電池並聯連接，該第二太陽能電池包含串聯連接的多個第二光電轉換元件；及絕緣層，其設置在該第一太陽能電池與該第二太陽能電池之間，該第二光電轉換元件包含p電極及n電極，該p電極被連接至p+區域，該p+區域在與光入射表面相對位置之側上包含一表面，該n電極被連接至n+區域，該n+區域在與該光入射表面相對位置之該側上包含該表面，在該多個第二光電轉換元件彼此相鄰的區域中該p電極彼此相對設置或該n電極彼此相對設置。
  2. 如申請專利範圍第1項之多接面太陽能電池，其中，該第二光電轉換元件進一步包含互連單元，該互連單元在該多個第二光電轉換元件彼此相鄰的該區域中將該p電極連接至該n電極。
  3. 如申請專利範圍第1項之多接面太陽能電池，其中該p+區域及該n+區域具有梳狀構形，且該p+區域被安置成與該n+區域相嚙合。
  4. 如申請專利範圍第1項之多接面太陽能電池，其中，該p電極或該n電極中之一者被安置成圍繞該p電極 或該n電極中之該另一者的周邊。
  5. 如申請專利範圍第2項之多接面太陽能電池，其中該第二光電轉換元件包含矽層及絕緣薄膜，該矽層包含該p+區域及該n+區域，該絕緣薄膜被設置在該互連單元與該矽層之間，且該p電極或該n電極被安置成通過該互連單元之下側。
  6. 如申請專利範圍第5項之多接面太陽能電池，其中該第二太陽能電池被提供為多層，該多個矽層在第一方向串聯連接，且在該第一方向串聯連接之該多個矽層之一群組係與在該第一方向串聯連接之該多個矽層之另一群組在第二方向並聯連接，該第二方向係不同於該第一方向。
  7. 如申請專利範圍第1項之多接面太陽能電池，其中該多個第二光電轉換元件之一部分在第一方向串聯連接，且該多個第二光電轉換元件之另一部分係在不同於該第一方向之第二方向串聯連接。
  8. 如申請專利範圍第1項之多接面太陽能電池，其中該第一太陽能電池包含多個第一光電轉換元件，且 該多個第一光電轉換元件係串聯連接。
  9. 如申請專利範圍第8項之多接面太陽能電池，其中包含在該第一光電轉換元件中的光電轉換層包含CuGa(S,Se)2，且串聯連接之該多個第一光電轉換元件的一群組係與串聯連接之該多個第一光電轉換元件之另一群組並聯連接。
  10. 如申請專利範圍第1項之多接面太陽能電池，其中，該第一光電轉換元件包含黃銅化合物、亞錫酸鹽化合物或硫銅錫鋅化合物中之一者。
TW104130817A 2014-09-19 2015-09-17 多接面太陽能電池 TW201624745A (zh)

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