專(zhuān)利名稱(chēng)：具有光收集效果電極結(jié)構(gòu)的光伏元件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光伏元件的電極結(jié)構(gòu)，特別是涉及一種具有光收集效果的太陽(yáng)電池電極結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
太陽(yáng)電池是光伏元件中最基本的元件，一般太陽(yáng)電池為了達(dá)到更高的轉(zhuǎn)換效率， 有以下的幾個(gè)方法可以達(dá)成。一為提高太陽(yáng)電池內(nèi)部的光電轉(zhuǎn)換效率；二為增加光的入射 量(如聚光或表面粗化)；三為降低串聯(lián)電阻(如采用較低電阻的電極設(shè)計(jì))。其中較 低電阻的電極設(shè)計(jì)包含電極材料的選擇(如降低金屬與半導(dǎo)體的接觸電阻)和調(diào)整電極 分布。圖1為已知太陽(yáng)電池結(jié)構(gòu)與電阻關(guān)系的示意圖。如圖1所示，已知太陽(yáng)電池結(jié)構(gòu)包 含鍺(Ge)基板1，第一隧穿層2位于鍺基板1之上，砷化鎵銦(GaInAs)層3位于第一隧穿層 2之上，第二隧穿層4位于砷化鎵銦層3之上，磷化鎵銦(GaInP)層5位于第二隧穿層4之 上，上電極6位于磷化鎵銦層5之上，及下電極7位于鍺基板1之下。整個(gè)電池的串聯(lián)電阻 為各層所產(chǎn)生電阻值的總和，至少包括上電極電阻(a)、接觸電阻(b)、橫向電阻(C)、磷化 鎵銦層電阻(d)、第二隧穿層電阻(e)、砷化鎵銦層電阻(f)、第一隧穿層電阻(g)及鍺基板 電阻(h)。其中，和上電極有關(guān)的電阻有三種，即上電極電阻(upperelectrode resistance) a、接角蟲(chóng)電阻(contact resistance)b、及橫向電阻(lateralresistance)c。從先前文獻(xiàn)得知縮小兩電極間的間距可以降低電流橫向電阻C。但一般的太陽(yáng) 電池電極剖面為四邊型，故縮小兩電極間的間距或增加電極的寬度時(shí)會(huì)減少光的入射量， 使得太陽(yáng)電池效能無(wú)法提高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明通過(guò)改變太陽(yáng)電池電極的剖面形狀及數(shù)量調(diào)整兩電極間的間距與電極的 寬度，以達(dá)到較低的串聯(lián)電阻，且不會(huì)減少太陽(yáng)光的入射量。本發(fā)明通過(guò)改變太陽(yáng)電池電極的剖面形狀及數(shù)量，在改變太陽(yáng)光入射角度時(shí)將太 陽(yáng)光導(dǎo)入太陽(yáng)電池電極下方的電池，以增加電池利用率。且加大太陽(yáng)光入射角度時(shí)，可以減 少入射光的反射率。在本發(fā)明實(shí)施例中，光伏元件包括生長(zhǎng)基板；III-V族化合物所形成的半導(dǎo)體結(jié) 構(gòu)位于該生長(zhǎng)基板之上，該半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)具有第一表面；以及多個(gè)電極位于該第一表面上，其 中任一該多個(gè)電極具有至少一平面，該平面可改變光入射角度，并與該第一表面間具有夾 角 θ，其中 30° < θ < 90°。在本發(fā)明實(shí)施例中，該多個(gè)電極上還可包括抗反射層或分布布拉格反射(DBR)結(jié)構(gòu)。


圖1描述已知太陽(yáng)電池結(jié)構(gòu)與電阻關(guān)系的示意圖。
圖2為本發(fā)明實(shí)施例的多結(jié)太陽(yáng)電池100結(jié)構(gòu)圖。圖3A和圖3B描述本發(fā)明以相同電極體積為例，計(jì)算等效遮光面積的示意圖。附圖標(biāo)記說(shuō)明1:鍺基板2:第一隧穿層3 砷化鎵銦層4 第二隧穿層5:磷化鎵銦層6:上電極7:下電極a:上電極電阻b:接觸電阻C:橫向電阻d 磷化鎵銦層電阻e 第二隧穿層電阻f:砷化鎵銦層電阻g:第一隧穿層電阻h:鍺基板電阻D 兩正方形電極的間距P:第一上電極Q 第四上電極11 第一電池12 第一隧穿結(jié)13:第二電池14:第二隧穿結(jié)15:第三電池100:多結(jié)太陽(yáng)電池110:下電極111 第一基層112:第一射層113:第一窗戶(hù)層120 歐姆接觸層121 高摻雜η型雜質(zhì)濃度層122 高摻雜ρ型雜質(zhì)濃度層130 抗反射鍍膜層131 第一背面電場(chǎng)層132 第二基層133 第二射層134 第二窗戶(hù)層140:上電極141 高摻雜η型雜質(zhì)濃度層142 高摻雜ρ型雜質(zhì)濃度層151 第二背面電場(chǎng)層152 第三基層153 第三射層154 第三窗戶(hù)層
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的實(shí)施例為多結(jié)太陽(yáng)電池100結(jié)構(gòu)，如圖2所示，為GalnP/GaAs/Ge三電池串聯(lián)，且每二電池之間具有隧穿結(jié)(tunnel junction)的結(jié)構(gòu)，其中每一電池皆由 III-V族化合物半導(dǎo)體所組成。首先提供生長(zhǎng)基板，例如P型鍺基板，做為第一基層(base layer) 111，通過(guò)外延工藝，例如有機(jī)金屬氣相沉積外延法(MOCVD)依序于生長(zhǎng)基板上形成 各電池的結(jié)構(gòu)。第一電池11包含第一射層(emitter layer) 112位于第一基層111之上， 其材料為η型鍺；第一窗戶(hù)層(window layer)113位于第一射層112之上，其材料為η型砷 化鋁鎵(AlGaAs)。再于第一電池11之上形成第一隧穿結(jié)12，其由高摻雜η型雜質(zhì)濃度層 121 (如n+-GaAS)及高摻雜ρ型雜質(zhì)濃度層122 (如p+-GaAS)所組成。再提供第二電池13于第一隧穿結(jié)12之上，其結(jié)構(gòu)包含第一背面電場(chǎng)層 (back-surface field layer, BSF layer) 131，其材料為 ρ 型磷化鎵銦(GaInP)；第二基層 132位于第一背面電場(chǎng)層131之上，其材料為ρ型砷化鎵(GaAs)；第二射層133位于第二基 層132之上，其材料為η型砷化鎵(GaAs)；以及第二窗戶(hù)層134位于第二射層133之上，其材料為η型磷化鎵銦。再于第二電池13之上形成第二隧穿結(jié)14，其由高摻雜η型雜質(zhì)濃度層141 (如n+-GaAS)及高摻雜ρ型雜質(zhì)濃度層142 (如p+-GaAS)所組成。再提供第三電池15于第二隧穿結(jié)14之上，其結(jié)構(gòu)包含第二背面電場(chǎng)層 (back-surface field layer, BSF layer) 151，其材料為 ρ 型磷化鋁鎵銦(AlGaInP)；第三基 層152位于第二背面電場(chǎng)層151之上，其材料為ρ型磷化鎵銦(GaInP)；第三射層153位于 第三基層152之上，其材料為η型磷化鎵銦(GaInP)；以及第三窗戶(hù)層154于第三射層153 之上，其材料為η型磷化鋁銦(AlInP)。再于第三電池15之上形成歐姆接觸層120，其材料 為η型砷化鎵。接著利用光刻蝕刻工藝將歐姆接觸層120兩側(cè)區(qū)域移除，只保留中央?yún)^(qū)域，再 于被移除的歐姆接觸層區(qū)域鍍上抗反射鍍膜層(anti-reflection coatinglayer, ARC layer) 130。最后，分別于歐姆接觸層120之上形成上電極140及第一基層111之下形成下 電極110，即完成多結(jié)太陽(yáng)電池100結(jié)構(gòu)。其中，上電極140的剖面形狀為三角形，且可為多 個(gè)電極。本發(fā)明主要目的為通過(guò)改變電極的剖面形狀及數(shù)量，在調(diào)整兩電極間的間距與電 極的寬度時(shí)可達(dá)到較低的串聯(lián)電阻，且不會(huì)減少光的入射量。圖3為以相同電極體積為 例，計(jì)算等效遮光面積的示意圖。圖3A所示為已知的雙電極設(shè)計(jì)，其每一電極剖面為尺 寸D/5XD/5的正方形，且此兩正方形電極間距離為D，故入射光可以通過(guò)的距離為D。圖 3B所示為依本發(fā)明實(shí)施例的電極其等效剖面示意圖，每一剖面為正三角型的電極，邊長(zhǎng) 為D/5，共四個(gè)電極的結(jié)構(gòu)。且第一電極(P)與第四電極(Q)之間距離為D，故每二相鄰電 極間的距離為D/5。假設(shè)剖面為正方形和正三角型電極表面的反射率皆為80%，如圖3B 所示，入射光可以通過(guò)的距離為三倍的每二個(gè)電極間距離，S卩(D/5)X3，加上入射光角度 因電極的剖面為正三角形而改變，可以將光線(xiàn)導(dǎo)入電極下方的電池，所產(chǎn)生的等效距離為 (D/5)X80% X4，故二者的和為31D/25。此設(shè)計(jì)不僅使入射光可以通過(guò)的距離為由圖3A 的D增加到圖3B的31D/25(即可增加24%的入射光)，且兩電極間的距離由圖3A的D縮 短為圖3B的D/5，側(cè)向電阻因而減少為原本的1/5。如此設(shè)計(jì)可大幅減少串聯(lián)電阻值。以上提供的實(shí)施例用以描述本發(fā)明不同的技術(shù)特征，但根據(jù)本發(fā)明的概念，其可 包括或運(yùn)用于更廣泛的技術(shù)范圍。須注意的是，實(shí)施例僅用以揭示本發(fā)明工藝、裝置、組成、 制造和使用的特定方法，并不用以限定本發(fā)明，本領(lǐng)域技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的精神和 范圍內(nèi)，當(dāng)可作些許的更動(dòng)與潤(rùn)飾。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍，當(dāng)視后附的權(quán)利要求所界定 的為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
一種光伏元件，包括生長(zhǎng)基板；III-V族化合物所形成的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)位于該生長(zhǎng)基板之上，該半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)具有第一表面；以及多個(gè)電極位于該第一表面上，其中任一該多個(gè)電極具有至少一平面，該平面可改變光入射角度，并與該第一表面間具有夾角θ，其中30°＜θ＜90°。
2.如權(quán)利要求1所述的光伏元件，其中該多個(gè)電極上還包括抗反射層或DBR結(jié)構(gòu)。
3.如權(quán)利要求1所述的光伏元件，其中該生長(zhǎng)基板為鍺基板。
4.如權(quán)利要求1所述的光伏元件，其中該III-V族化合物所形成的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)為太陽(yáng) 電池。
5.如權(quán)利要求4所述的光伏元件，其中該太陽(yáng)電池為單一結(jié)太陽(yáng)電池或多結(jié)太陽(yáng)電池。
6.如權(quán)利要求5所述的光伏元件，其中該多結(jié)太陽(yáng)電池為GalnP/GaAs/Ge三電池串聯(lián) 的結(jié)構(gòu)。
7.如權(quán)利要求1所述的光伏元件，其中該多個(gè)電極剖面形狀不為正方形或長(zhǎng)方形。
8.如權(quán)利要求1所述的光伏元件，其中該平面為曲面或斜面。
9.如權(quán)利要求7所述的光伏元件，其中該多個(gè)電極剖面的上表面與下表面不相等；其 形狀為三角形、圓弧形或梯形。
10.如權(quán)利要求1所述的光伏元件，其中該多個(gè)電極需為反射率大于50%的材料所組成。
全文摘要
本發(fā)明提供一種具有光收集效果電極結(jié)構(gòu)的光伏元件，該光伏元件包括生長(zhǎng)基板；III-V族化合物所形成的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)位于該生長(zhǎng)基板之上，該半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)具有第一表面；以及多個(gè)電極位于該第一表面上，其中任一該多個(gè)電極具有至少一平面。其主要目的為通過(guò)改變太陽(yáng)電池電極的剖面形狀及數(shù)量調(diào)整兩電極的間距與電極的寬度，以降低太陽(yáng)電池的串聯(lián)電阻，且不會(huì)減少太陽(yáng)光的入射量。
文檔編號(hào)H01L31/052GK101807615SQ20091000648
公開(kāi)日2010年8月18日 申請(qǐng)日期2009年2月18日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月18日
發(fā)明者劉宗憲, 秦玉玲 申請(qǐng)人:晶元光電股份有限公司