TWI382549B - Thin film solar cell module and manufacturing method thereof - Google Patents
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Description
本發明係關於一種太陽能電池，尤其係關於一種可降低正極因無用電流或逆向電流所產生熱能之薄膜太陽能電池模組及其製造方法。
太陽能電池(solar cell)是一種能量轉換的光電元件，其係可將太陽光之能量轉換成電能，因此又稱為光伏特電池(Photovoltaic，簡稱PV)。太陽能電池的種類繁多，依其吸收層材料的種類可區分為單晶矽太陽能電池、多晶矽太陽電池、非晶矽太陽能電池、化合物太陽能電池以及染料敏化太陽能電池等。
太陽能電池之結構主要包含基板、前電極層、吸收層與背電極層，其中吸收層可進行吸收入射光以產生電子-電洞對之光伏特效應，並藉由內建電場作用使電子和電洞往相反的方向移動，且自二端之正負電極輸出電壓伏特值；為使二端電極產生之電流可自太陽能電池輸出，需於二端電極分別設置銲接凸塊(solder bump)，使前電極層與背電極層藉由銲接凸塊電性連接並導出電流。
一般而言，位於太陽能電池正極所設銲接凸塊處之吸收層產生的電流，並無法藉由銲接凸塊導出，因此該處所產生電流便成為無法被有效利用之無用(useless)電流，若該處吸收層持續進行光伏特效應並生成電流，會造成正極之無用電流的累積，而無用電流的累積會形成熱能並導致正極處之溫度上昇；此外，正極部份易因與一般用電接觸時之串聯或並聯，而產生逆向電流(reverse current)，逆向電流於正極處遇到形同電阻之吸收層時會生成熱能，使該處溫度攀升，因此習知太陽能電池正極之銲接凸塊處常會有溫度升高的問題，且若該溫度過高會影響太陽能電池元件的正常運作，甚至造成元件的損壞。另一方面，習知太陽能電池位於負極之前電極層與背電極層僅能藉由銲接凸塊呈電性連接，造成兩電極層接觸面積小，故其導電量亦有限，此亦係有待解決之問題。
為改善習知太陽能電池之正極產生熱能導致溫度過高之弊端，並解決負極之前後電極層接觸面積小所致導電量受限的問題，本發明係提供一種薄膜太陽能電池模組，其係於正極或負極之光吸收層處設置溝槽，藉由該溝槽增進正極或負極之前後電極層的接觸，並減少正極之無用電的形成及電阻，進而降低熱能產生，避免溫度的提昇。
本發明之一目的係提供一種薄膜太陽能電池模組，包括一基板，一形成於基板之上的第一電極層，一形成於第一電極層之上的光吸收層，一形成於光吸收層之上的第二電極層，以及一第一電流導出區，其係形成於該薄膜太陽能電池模組之正極，第一電流導出區係設置一第一電流導出元件，且位於第一電流導出區之該光吸收層設有至少一第一溝槽，藉以增進第一電極層與第二電極層之接觸，且減少無用電流及電阻，進而降低熱能的產生。
此外，該薄膜太陽能電池模組之負極係形成一第二電流導出區，第二電流導出區係設置一第二電流導出元件，且位於第二電流導出區之該光吸收層設有至少一第二溝槽，藉以增進第一電極層與第二電極層之接觸。
本發明之另一目的係提供一種薄膜太陽能電池模組之製造方法，其步驟包括：(1)提供一基板；(2)於基板之上形成一第一電極層；(3)於第一電極層之上形成一光吸收層；(4)於薄膜太陽能電池模組之正極預設一第一電流導出區，並於位在第一電流導出區之該光吸收層設置至少一第一溝槽；(5)於光吸收層之上形成一第二電極層；以及(6)於第一電流導出區設置一第一電流導出元件，其中，第一溝槽係可增進位在第一電流導出區之第一電極層與第二電極層的接觸，並減少無用電流及電阻，進而降低熱能的產生。
此外，該方法之步驟(4)可進一步包含於薄膜太陽能電池模組之負極預設一第二電流導出區，並於位在第二電流導出區之該光吸收層設置至少一第二溝槽，藉以增進位在第二電流導出區之第一電極層與第二電極層的接觸，同時該方法之步驟(6)可進一步包含於第二電流導出區設置一第二電流導出元件。
前述薄膜太陽能電池模組及其製造方法中，第一溝槽或第二溝槽係利用雷射刻畫(laser scribing)而形成，且第一電流導出元件或第二電流導出元件係為一銲錫。此外，該薄膜太陽能電池模組之各結構層的材質分別係：基板之材質係選自於由鈉玻璃(SLG)、低鐵白玻璃及無鹼玻璃所組成的群組；光吸收層之材料係選自於由非晶矽(a-Si)、多晶矽、微晶矽(microcrystalline silicon,mc-Si)以及微晶矽鍺(microcrysatlline silicon germanium;mc-SiGe)所組成的群組；第一電極層之材質係為透明導電氧化物(transparent conducting oxide,TCO)；第二電極層之材質係為透明導電氧化物(TCO)、金屬或金屬與透明導電氧化物所組成之複合物，其中該透明導電氧化物係選自於由氧化銦錫(ITO)、氧化銦鋅(IZO)、氧化鋁鋅(AZO)、氧化硼鋅(BZO)、氧化鎵鋅(GZO)以及氧化鋅(ZnO)所組成之族群，而金屬之材料係選自由鋁、鎳、金、銀、鉻、鈦以及鈀所組成之群組。
藉由本發明之薄膜太陽能電池模組及其製造方法，除可增進正極或負極處之第一電極層與第二電極層之接觸面積以增加導電量之外，由於正極處第一電流導出區之部份光吸收層因第一溝槽之設置而被移除，此可減低第一電流導出區之無法被導出電流的生成量，亦即減少無用電的產生，進而減少無用電所致熱能形成，並可降低電阻，藉以避免逆向電流遇到電阻而產熱，因此本發明之模組及其製造方法係可有效減低正極熱能的產生，達到降低正極溫度之目的，且避免因高溫所致太陽能電池元件壞損的問題發生。
以下將配合圖式進一步說明本發明的實施方式，下述所列舉的實施例係用以闡明本發明，並非用以限定本發明之範圍，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可做些許更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
請參閱第一A圖，該圖係本發明薄膜太陽能電池模組一較佳實施例之剖視圖。該薄膜太陽能電池10係包含一基板11，一形成於基板11之上的第一電極層12，一形成於第一電極層12之上的光吸收層13，一形成於光吸收層13之上的第二電極層14，以及一第一電流導出區15，其係形成於該薄膜太陽能電池模組之正極，第一電流導出區15係設置有一第一電流導出元件151，且位於第一電流導出區15之該光吸收層13係開設有至少一第一溝槽152，藉以增進第一電極層12與第二電極層14之接觸；此外，由於位在第一電流導出區151之光吸收層13因第一溝槽152之設置而被部份移除，亦即第一電流導出區151之光吸收層13面積減少，光電流生成量亦相對減少，並能減少電阻，因此可降低第一電流導出區151之無用電流的產生，減少無用電流造成之產熱狀況，以及降低逆向電流因遇到電阻所形成之熱能，進而減低正極之熱能產生，達到降低正極溫度之目的，以避免過高溫度所致元件損壞的問題。
另一方面，該薄膜太陽能電池模組之負極係可進一步形成一第二電流導出區16(請參閱第一B圖)，第二電流導出區16係設置一第二電流導出元件161，且位於第二電流導出區16之該光吸收層13設有至少一第二溝槽162，藉以使第一電極層12與第二電極層14直接接觸，增加第一電極層12與第二電極層14之接觸面積，進而增進其導電量。
請參閱第二圖，該圖係本發明薄膜太陽能電池模組之製造方法之一較佳實施例的流程圖，其步驟包括：(1)提供一基板S10；(2)於基板之上形成一第一電極層S11；(3)於第一電極層之上形成一光吸收層S12；(4)於薄膜太陽能電池模組之正極預設一第一電流導出區，並於位在第一電流導出區之該光吸收層設置至少一第一溝槽S13；(5)於光吸收層之上形成一第二電極層S14；以及(5)於第一電流導出區設置一第一電流導出元件S15，其中，第一溝槽之設置係可增進位在第一電流導出區之第一電極層與第二電極層的接觸，並能減少電阻以及無用電流之產生，進而減少無用電流所造成產熱情況，以及降低逆向電流因遇到電阻所形成之熱能，達到降低正極溫度之目的，以防止溫度過高導致元件損壞的狀況發生。
此外，該製造方法之步驟可進一步包含於薄膜太陽能電池模組之負極預設一第二電流導出區，並於位在第二電流導出區之該光吸收層設置至少一第二溝槽S20，以及於第二電流導出區設置一第二電流導出元件S21，其中，第二溝槽之設置係可使位在第二電流導出區之第一電極層與第二電極層直接接觸，並增進該區之第一電極層與第二電極層的接觸面積，以提高導電量。
前述薄膜太陽能電池模組及其製造方法中，第一溝槽152或第二溝槽162係可利用雷射刻畫(laser scribing)而形成，但不限於此，凡是可於第一電流導出區15或第二電流導出區16之光吸收層13形成溝槽以增進第一電極層12與第二電極層14之接觸的方法皆可應用於此，例如光學切割或機械切割等。且第一電流導出元件151或第二電流導出元件161係為一銲錫，但不以此為限，亦可使用其他可導出電流之材質。
此外，該薄膜太陽能電池模組之各結構層的材質分別係：基板11之材質係選自於由鈉玻璃(SLG)、低鐵白玻璃及無鹼玻璃所組成的群組；光吸收層13之材料係選自於由非晶矽(a-Si)、多晶矽(poly-Si)、微晶矽(microcrystalline silicon,mc-Si)以及微晶矽鍺(microcrysatlline silicon germanium;mc-SiGe)所組成的群組；第一電極層12之材質係為透明導電氧化物(transparent conducting oxide,TCO)；第二電極層14之材質係為透明導電氧化物(TCO)、金屬或金屬與透明導電氧化物所組成之複合物，其中該透明導電氧化物係選自於由氧化銦錫(ITO)、氧化銦鋅(IZO)、氧化鋁鋅(AZO)、氧化硼鋅(BZO)、氧化鎵鋅(GZO)以及氧化鋅(ZnO)所組成之族群，而金屬之材料係選自由鋁、鎳、金、銀、鉻、鈦以及鈀所組成之群組。
10．．．薄膜太陽能電池
11．．．基板
12．．．第一電極層
13．．．光吸收層
14．．．第二電極層
15．．．第一電流導出區
151．．．第一電流導出元件
152．．．第一溝槽
16．．．第二電流導出區
161．．．第二電流導出元件
162．．．第一溝槽
S10．．．提供一基板
S11．．．於基板之上形成一第一電極層
S12．．．於第一電極層之上形成一光吸收層
S13．．．於正極預設一第一電流導出區，並於位在第一電流導出區之該光吸收層設置至少一第一溝槽
S14．．．於光吸收層之上形成一第二電極層
S15．．．於第一電流導出區設置一第一電流導出元件
S20．．．於負極預設一第二電流導出區，並於位在第二電流導出區之該光吸收層設置至少一第二溝槽
S21．．．於第二電流導出區設置一第二電流導出元件
第一A圖係本發明薄膜太陽能電池模組之一較佳實施例的剖視圖。(箭頭代表入射光)
第一B圖係本發明薄膜太陽能電池模組之另一較佳實施例的剖視圖。(箭頭代表入射光)
第二圖係本發明薄膜太陽能電池模組之製造方法之一較佳實施例的流程圖。
10‧‧‧薄膜太陽能電池
11‧‧‧基板
12‧‧‧第一電極層
13‧‧‧光吸收層
14‧‧‧第二電極層
15‧‧‧第一電流導出區
151‧‧‧第一電流導出元件
152‧‧‧第一溝槽
Claims (27)
- 一種薄膜太陽能電池模組，包括：一基板；一第一電極層，係形成於該基板之上；一光吸收層，係形成於該第一電極層之上；一第二電極層，係形成於該光吸收層之上；以及一第一電流導出區，係形成於該薄膜太陽能電池模組之一部分，包含一第一電流導出元件，且位於該第一電流導出區之該光吸收層設有至少一第一溝槽，藉以增進該第一電極層與該第二電極層之接觸，該第一電流導出元件與該第一電極層、第二電極層以及具有該至少一第一溝槽的該光吸收層連接，而作為該薄膜太陽能電池模組的正極。
- 如申請專利範圍第1項所述之薄膜太陽能電池模組，其中該第一溝槽係利用雷射刻畫(laser scribing)而形成。
- 如申請專利範圍第1項所述之薄膜太陽能電池模組，其中該第一電流導出元件係為一銲錫。
- 如申請專利範圍第1項所述之薄膜太陽能電池模組，其中該薄膜太陽能電池模組之另一部分係形成一第二電流導出區，該第二電流導出區包含一第二電流導出元件，位於該第二電流導出區之該光吸收層設有至少一第二溝槽，藉以增進該第一電極層與該第二電極層之接觸，該第二電流導出元件與該第一電極層、第二電極層以及具有該至少一第二溝槽的該光吸收層連接，而作為該薄膜太陽能電池模組的負極。
- 如申請專利範圍第4項所述之薄膜太陽能電池模組，其中該第二溝槽係利用雷射刻畫(laser scribing)所形成。
- 如申請專利範圍第4項所述之薄膜太陽能電池模組，其中該第二電流導出元件係為一銲錫。
- 如申請專利範圍第1或4項所述之薄膜太陽能電池模組，其中該基板之材質係選自於由鈉玻璃(SLG)、低鐵白玻璃及無鹼玻璃所組成的群組。
- 如申請專利範圍第1或4項所述之薄膜太陽能電池模組，其中該光吸收層之材料係選自於由非晶矽(a-Si)、多晶矽、微晶矽(microcrystalline silicon,mc-Si)以及微晶矽鍺(microcrysatlline silicon germanium；mc-SiGe)所組成的群組。
- 如申請專利範圍第1或4項所述之薄膜太陽能電池模組，其中該第一電極層之材質係為透明導電氧化物(transparent conducting oxide,TCO)。
- 如申請專利範圍第9所述之薄膜太陽能電池模組，其中該透明導電氧化物係選自於由氧化銦錫(ITO)、氧化銦鋅(IZO)、氧化鋁鋅(AZO)、氧化硼鋅(BZO)、氧化鎵鋅(GZO)以及氧化鋅(ZnO)所組成之族群。
- 如申請專利範圍第1或4項所述之薄膜太陽能電池模組，其中該第二電極層之材質係為透明導電氧化物(transparent conducting oxide,TCO)、金屬或金屬與透明導電氧化物所組成之複合物。
- 如申請專利範圍第11所述之薄膜太陽能電池模組，其中該透明導電氧化物係選自於由氧化銦錫(ITO)、氧化銦鋅(IZO)、氧化鋁鋅(AZO)、氧化硼鋅(BZO)、氧化鎵鋅(GZO)以及氧化鋅(ZnO)所組成之族群。
- 如申請專利範圍第11項所述之薄膜太陽能電池模組，其中該金屬之材料係選自由鋁、鎳、金、銀、鉻、鈦以及鈀所組成之群組。
- 一種薄膜太陽能電池模組之製造方法，其步驟包括： (1)提供一基板；(2)於該基板之上形成一第一電極層；(3)於該第一電極層之上形成一光吸收層；(4)於薄膜太陽能電池模組之正極預設一第一電流導出區，並於位在該第一電流導出區之該光吸收層設置至少一第一溝槽；(5)於該光吸收層之上形成一第二電極層；以及(6)於該第一電流導出區設置一第一電流導出元件，其中，該第一溝槽可增進位在該第一電流導出區之該第一電極層與該第二電極層的接觸。
- 如申請專利範圍第14項所述之方法，其中該第一溝槽係利用雷射刻畫(laser scribing)方式所形成。
- 如申請專利範圍第14項所述之方法，其中該第一電流導出元件係為一銲錫。
- 如申請專利範圍第14所述之方法，其中該步驟(4)進一步包含於薄膜太陽能電池模組之負極預設一第二電流導出區，並於位在該第二電流導出區之該光吸收層設置至少一第二溝槽，藉以增進位在該第二電流導出區之該第一電極層與該第二電極層的接觸。
- 如申請專利範圍第17項所述之方法，其中該第二溝槽係利用雷射刻畫(laser scribing)方式所形成。
- 如申請專利範圍第17所述之方法，其中該步驟(6)進一步包含於該第二電流導出區設置一第二電流導出元件。
- 如申請專利範圍第19項所述之方法，其中該第二電流導出元件係為一銲錫。
- 如申請專利範圍第14或17項所述之方法，其中該基板之材質係選自於由鈉玻璃(SLG)、低鐵白玻璃及無鹼玻璃所組成的群組。
- 如申請專利範圍第14或17項所述之方法，其中該光吸收層之材料係選自於由非晶矽(a-Si)、多晶矽、微晶矽(microcrystalline silicon,mc-Si)以及微晶矽鍺(microcrysatlline silicon germanium；mc-SiGe)所組成的群組。
- 如申請專利範圍第14或17項所述之方法，其中該第一電極層之材質係為透明導電氧化物(transparent conducting oxide,TCO)。
- 如申請專利範圍第23所述之方法，其中該透明導電氧化物係選自於由氧化銦錫(ITO)、氧化銦鋅(IZO)、氧化鋁鋅(AZO)、氧化硼鋅(BZO)、氧化鎵鋅(GZO)以及氧化鋅(ZnO)所組成之族群。
- 如申請專利範圍第14或17項所述之方法，其中該第二電極層之材質係為透明導電氧薄化物(transparent conducting oxide,TCO)、金屬或金屬與透明導電氧薄化物所組成之複合物。
- 如申請專利範圍第25所述之方法，其中該透明導電氧化物係選自於由氧化銦錫(ITO)、氧化銦鋅(IZO)、氧化鋁鋅(AZO)、氧化硼鋅(BZO)、氧化鎵鋅(GZO)以及氧化鋅(ZnO)所組成之族群。
- 如申請專利範圍第25項所述之方法，其中該金屬之材料係選自由鋁、鎳、金、銀、鉻、鈦以及鈀所組成之群組。
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