具有反射器的雙面晶體硅太陽能板的制作方法
【專利摘要】提供一種雙面晶體太陽能電池及其相關的太陽能板系統(tǒng)。所述電池包括p型晶體硅層和阻擋層。該板包括至少兩行電池。每行中的電池彼此串聯(lián)連接。各行之間并聯(lián)連接。采用反射器以反射光至板的下側。反射器的長軸設置為平行于電池的各行。
【專利說明】具有反射器的雙面晶體硅太陽能板
[0001]本專利申請要求根據35 USC § 119(e)享有2012年2月29日提交的申請?zhí)枮?1/604517的題為“具有反射器和V205的雙面c_Si太陽能板”的美國臨時申請，以及2012年5月19日提交的申請?zhí)枮?1/649236的題為“具有反射器和多種接口材料的雙面c_Si太陽能板”作為優(yōu)先權。上述提及的每個專利以全文引用的形式結合在此。

【背景技術】
[0002]光伏板(“太陽能板”)可以用于將太陽光轉換成電能。有多種技術用于制造光伏板，包括基于單晶硅晶片的、基于多晶硅晶片的和基于薄膜硅的。很多市售的光伏板制作成僅一個側面暴露在太陽光下。


【發(fā)明內容】

[0003]概括地說，本發(fā)明涉及一種改進的光伏太陽能電池系統(tǒng)及其方法。在一種方案中，雙面太陽能電池包括耦接到一個η型半導體層的P型晶體硅層。雙面太陽能電池可以包括耦接至η型半導體層的多個第一金屬導線。至少一些所述第一金屬導線可與η型半導體層電連通。雙面太陽能電池可以包括耦接到所述P型晶缽硅層的阻擋層。阻擋層可包括釩氧化物，鑰氧化物，鋁氮化物，鎢鎳氧化物和硼摻雜金剛石中的一種或多種。在一個實施例中，阻擋層的厚度可從1.0納米到10.0納米。在其它實施例中，阻擋層的厚度可從2.0納米到6.0納米。雙面太陽能電池可以包括耦接到所述阻擋層的透明導電層。雙面太陽能電池可以包括多個耦接到所述透明導電層的第二金屬導線。至少一些所述第二金屬導線可以與透明導電層電連通。雙面太陽能電池還可以包括耦接到所述η型半導體層的第一側上并設置在所述多個第一金屬導線之間的鈍化層。
[0004]本發(fā)明還公開了具有太陽能板和所述至少一個反射器的光伏系統(tǒng)。所述太陽能板包括太陽能電池，其中至少有一些是雙面太陽能電池。該太陽能電池被布置在所述板中，以形成至少兩行。太陽能電池中的第一行可串聯(lián)電連接。太陽能電池中的第一行可以具有第一長軸。太陽能電池的第二行可串聯(lián)電連接。太陽能電池的第二行可以具有與第一長軸一致的第二長軸。太陽能電池的第一行可以并聯(lián)電連接到太陽能電池單元的第二行。所述反射器位于太陽能板附近。所述反射器包括面向所述太陽能板的反射表面。在一個實施例中，所述反射表面可以具有與第一和第二長軸一致的第三長軸。在一個實施例中，所述第三長軸與所述第一和第二長軸形成從5°到負5°的夾角角度。反射表面可以包括鋁，銀，和/或一種白色材料中的至少一種。在一個實施例中，所述反射表面可以具有復合拋物線形輪廓。在其它實施例中，反射表面可以具有半圓形的輪廓，或包含平坦表面的輪廓。太陽能板可進一步包括第一透明保護層和/或第二透明保護層。太陽能板中的太陽能電池可以被布置在第一透明保護層和所述第二透明保護層之間。所述第一透明保護層可以經由第一層壓層耦接到所述雙面太陽能電池的多個第一金屬導線。第二透明保護層可以經由第二層壓層耦接到所述雙面太陽能電池的多個第二金屬導線。
[0005]這些和其他方面和優(yōu)點，以及這種新技術的新穎性特征將列于說明書的下面部分，并且結合下面的說明書和附圖，對于本領域技術人員來說將變得清楚，或者通過實踐本發(fā)明所披露的技術的一個或多個實施例來獲知。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0006]圖1是光伏系統(tǒng)的一個實施例的示意性透視圖，其示出了雙面太陽能電池之間的電連接。
[0007]圖2是一個局部截面圖,其不意性地不出了圖1中的光伏系統(tǒng)。
[0008]圖3是圖1的光伏系統(tǒng)的示例性雙面太陽能電池的截面示意圖。
[0009]圖4是圖1的光伏系統(tǒng)的示意性透視圖。
[0010]圖5是雙面太陽能電池的另一個實施例的示意圖，其具有可選的、高度摻雜的P型半導缽層。
[0011]圖6是包括具有復合拋物線輪廓的反射器的光伏系統(tǒng)的透視圖。
[0012]圖7是包括具有三角形輪廓反射器的光伏系統(tǒng)的另一個實施例的示意性透視圖。
[0013]圖8是包括具有梯形輪廓反射器的光伏系統(tǒng)的另一個實施例的示意性透視圖。
[0014]圖9是包括反射器的光伏系統(tǒng)的另一個實施例的示意性透視圖，其中反射器具有包括平面表面的輪廓。

【具體實施方式】
[0015]下面將詳細地參考附圖，這至少有助于說明由本發(fā)明提供的新技術的多種相關的實施方案。
[0016]下面參考圖1-4來說明一個雙面太陽能板系統(tǒng)的實施例。在所示實施例中，該系統(tǒng)包括太陽能板100和位置鄰近太陽能板100的反射器120。太陽能板100包括多個設置在相鄰兩行112、114中的雙面太陽能電池110。如本文中所使用的，“雙面太陽能電池”是指具有上表面和下表面的基于半導體的太陽能電池，其中兩個上、下表面是光活性的。如本文中所使用的，“光活性”是指能夠光電地響應的。雙面太陽能電池的第一行112具有第一長軸113。雙面太陽能電池的第二行114具有第二長軸115。反射器120包括朝向板100的至少一反射面130。反射面130具有第三長軸132。反射器120被配置為促進太陽輻射(日光)朝向板100的反射。
[0017]在所示實施例中，第一行112位置鄰近第二行114，從而使得所述第一長軸113與第二長軸115 —致。而且，取向反射器120從而使得所述第三長軸132與第一和第二長軸113，115—致。如本文所用的“一致”是指大致平行。例如，第一線可與反射器的長軸一致(例如，與反射器的長軸形成約15°至約負15°的角度)。
[0018]第一行112的雙面太陽能電池110彼此串聯(lián)電連接。同樣地，第二行114的雙面太陽能電池110彼此串聯(lián)電連接。第一行112并聯(lián)電連接到第二行114。雙面太陽能電池110配置為使得每個電池具有有用的電壓，通常在約0.5V至約1.5V的量級。
[0019]所示的雙面太陽能板系統(tǒng)可以從兩側以及在比板本身面積更大的區(qū)域吸收光。這通過使用將太陽光反射到太陽能板100的下側的反射器120來促進。而且，具有長軸132的反射面130促進將太陽光反射到太陽能板100的下側，使得入射到板上的反射太陽光的量在平行于長軸132的方向上跨板基本上是均勻的，而在垂直于長軸132的方向上跨板是非常不均勻的。如上所述，在行112和114內的電池彼此串聯(lián)電連接，以及行112和114彼此并聯(lián)電連接。此外，行112和114配置成其長軸113，115與反射器132的長軸一致。這樣，雙面太陽能電池110被取向為允許一行中的每個電池相對于行中的其他電池接收近似相同的太陽光量，即使在入射到板100下側的太陽光在垂直于反射器132的長軸的方向上(例如從板的左側到板100的中央)可能是非常不均勻的。例如，第一行112中的電池可接收與第一行112中其它電池大約相同的太陽光的量，即使第二行114中的電池可接收少得多的太陽光。因此，串聯(lián)互連雙面太陽能電池110以形成行，將行進行并聯(lián)連接，并且與反射器132的長軸一致地取向可以提高板的效率，而不需要增加板面積。
[0020]雙面太陽能電池
[0021]雙面太陽能電池110包括η型半導體層32，P型晶體硅層36，阻擋層40，和透明導電層44。η型半導體層32耦接到P型晶體硅層36。ρ型晶體硅層36耦接到所述阻擋層40。阻擋層40耦接到透明導電層44。雙面太陽能電池110包括耦接到所述η型半導體層32并位于ρ型晶體硅層36的對面的多個第一金屬導線24。雙面太陽能電池110還包括耦接到所述透明導電層44并位于阻擋層40的對面多個第二金屬導線48。
[0022]η型半導體層32通常包括適于激發(fā)自由電子的半導體材料。η型半導體層32可以包括摻雜有磷，銻，和/或砷等的半導體材料。η型半導體層32可以是晶體，非晶，多晶，或它們的任意組合。在一個實施例中，η型半導體層32包括摻雜磷的硅。
[0023]ρ型晶體硅層36通常包括適于激發(fā)電子空穴的晶體硅半導體材料。如本文中所使用的“晶體硅”是指包含至少99.9%的硅的材料，它的構成原子，分子，或離子被布置為在所有三個空間維度上延伸的有序圖案。晶體硅包括多晶硅。如本文中所使用的，“多晶”(或者“多晶體”)指的是由彼此大小不同和取向不同的許多小晶體(“晶粒”)組成的固體材料，其中每個晶體的組成原子，分子，或離子被布置為在所有三個空間維度上延伸的有序圖案。晶體硅也可以由基本上純的熔融硅(例如，99.99%的硅)的熔體固化而成。晶體硅不包括非晶硅。本文所用的“非晶硅”是指含有硅的材料，它的組成原子，分子，或離子缺乏在所有三個空間維度延伸的有序圖案。
[0024]ρ型晶體硅層36可以包括摻雜有硼、鋁和/或鎵等的晶體半導體材料。在一個實施例中，P型晶體硅層36包括硼摻雜的晶體硅(例如，硼摻雜的硅晶片)。
[0025]ρ型晶體硅層36的厚度足夠可以促進雙面太陽能電池110的結構完整性。在一個實施方案中，P型晶體層36的厚度是從大約20，000納米至約300，000納米。在其他實施例中，P型晶體層36的厚度是從大約60，000納米至約250，000納米，或從約100，000納米至約200, 000納米。
[0026]阻擋層40 —般可包括釩氧化物，鑰氧化物，鋁氮化物，鎢鎳氧化物和硼摻雜金剛石中的一種或多種。特別是，適合于阻擋層40的釩氧化物包括由實驗式VxOy所述那些的釩氧化物，其中0.130彡x/(x+y)彡0.60。在一個實施例中，阻擋層40是具有實驗式V2O5 ( SPVxOy，其中x/(x+y) = 0.2857)的釩氧化物。阻擋層40的合適厚度范圍可以為約1.0納米至約10.0納米。在一個實施例中，阻擋層40具有的厚度不大于10.0納米。在一個實施例中，阻擋層40具有的厚度不大于6.0納米。在一個實施例中，阻擋層40的厚度至少為1.0納米。在一個實施例中，阻擋層40的厚度至少為2.0納米。在一個實施例中，阻擋層40具有的厚度為約3納米。
[0027]所述的透明導電層44 一般包括導電氧化物。透明導電層44可包括氟化錫氧化物，摻鋁氧化鋅，氧化銦錫中的一種或多種，僅舉幾例。在一個實施方案中，透明導電層44是氟化錫氧化物。
[0028]第一金屬導線24和第二金屬導線48可以是任何適于促進電流在雙面太陽能電池110中穿行的高導電性材料。這些金屬導線24，48可以提高雙面太陽能電池110的導電性，這可以促進電流穿行更長的距離。這些金屬導線24，48可以用于從雙面太陽能電池110的表面收集電流。應該限制金屬導線24，48的尺寸，以限制電池的遮蔽。在一些實施例中，第一金屬導線24由與第二金屬導線48相同的材料制作而成。在其它實施例中，所述第一金屬導線24由與所述第二金屬導線48不同的材料制作而成。第一金屬的導線24和第二金屬導線48可包括銅、鋁或銀中的一種或多種。在一個實施例中，第一和第二金屬導線24，48都包括銀。
[0029]可選地，雙面太陽能電池110可包括連接到所述η型半導體層32上并設置在所述多個第一金屬導線24之間的鈍化層28。鈍化層28可以是任何適于限制在η型半導體層32的表面上電子和電子空穴的復合的合適材料。在一個實施例中，鈍化層28包括氮化硅。
[0030]現(xiàn)在轉向圖5，示出一種雙面太陽能電池111的替代實施例。雙面太陽能電池111可選地可以包括高度摻雜的ρ型半導體38，其設置并耦接到所述ρ型晶體硅層36和阻擋層40之間。高度摻雜的ρ型半導體層38通常包括摻雜有硼，鋁，和/或鎵等的半導體材料。高摻雜P型半導體層38可以具有比ρ型晶體硅層36濃度高的電子空穴。高度摻雜的P型半導缽層38可以包括非晶和/或多晶半導體材料。在一個實施例中，所述高度摻雜的P型半導體層38包括摻雜硼的硅。
[0031]制備雙面太陽能電池和板系統(tǒng)的方法
[0032]制備雙面太陽能電池110的工序開始于具有上表面、下表面和側面(即“各個表面”)的P型(例如，硼摻雜的)晶體硅晶片。晶片的表面可以鋸齒形損傷蝕刻至約8微米到約15微米的深度。下一步，晶片的表面可以紋理蝕刻約3微米到約7微米的深度。下一步，在晶片的表面可以覆蓋磷。下一步，在表面覆蓋磷的晶片可以被退火，由此促進磷擴散到晶片的表面中，并在晶片的表面上形成非晶的磷-硅玻璃層。下一步，晶片的下表面和側面可以被蝕刻，從而除了上表面，去掉晶片的所有表面上的非晶磷硅玻璃層和擴散磷層。下一步，非晶磷硅玻璃層可以通過蝕刻從上表面除去，只留下晶片的上表面上的擴散磷層。因此，在工序的該點上，該產品包括耦接到P型晶體硅層36 (晶片)的η型半導體層32 (在晶片的上表面上擴散的磷層)。下一步，氮化硅層可以通過等離子體增強化學氣相沉積法沉積在η型半導體層32上。下一步，銀導線可以印刷在硅氮化物層上。下一步，晶片的上表面，包括氮化硅層和銀導線，可以被“過火處理(fired) ”，從而促進一種工藝，其中銀導線可以蝕刻穿過氮化硅層和電接觸η型半導體層32。所以，多個第一金屬導線24(銀導線)和鈍化層28(氮化硅層)可被耦接到所述η型硅層32。下一步，釩氧化物可以沉積在晶片的下表面上，從而形成耦接到所述P型晶體硅層36的阻擋層40 (氧化釩)。下一步，透明導電氧化物可被沉積在阻擋層40上，由此形成透明導電層44。下一步，銀導線可以印刷在透明導電層44上。最后，銀導線可以被“過火處理(fired)”。從而多個第二金屬導線48可被耦接到所述透明導電層44。
[0033]太陽能板
[0034]在所示的實施例中，所述太陽能板100包括設置在第一透明保護層20和第二透明層52之間的雙面太陽能電池110。第一透明保護層20可通過第一層壓層22粘附到雙面太陽能電池110的上表面。第二透明保護層52可以通過第二層壓層50粘附到雙面太陽能電池110的下表面。
[0035]第一透明保護層20和第二透明保護層52可以是適于保護雙面太陽能電池110以及形成太陽能板100的任何合適的透明材料。在一個實施例中，所述第一和第二透光層20，52包含低鐵玻璃。
[0036]第一層壓層22和第二層壓層50可以是適合于在第一和第二透明層20，52之間固定雙面太陽能電池110的任何合適的透明粘合材料。在一個實施例中，第一層壓層22和第二層壓層50包括乙基醋酸乙烯酯(EVA)。
[0037]如上所述，在一個實施例中，太陽能板100的雙面太陽能電池110可以布置成形成兩行112，114，其中第一行中的所述雙面太陽能電池110彼此串聯(lián)電連接，以及第二行中的所述雙面太陽能電池110彼此串聯(lián)電連接，以及其中所述第一行112并聯(lián)電連接到第二行114。此外，第一和第二行的長軸113，115可取向為與反射器132的長軸一致。然而，在其他實施例中，太陽能板的雙面太陽能電池可以布置成兩個以上的行(例如，三行，四行，五行等)，其中的每一行中的雙面太陽能電池彼此串聯(lián)電連接，其中各行并聯(lián)電連接，且其中每行具有取向為具有與反射器132的長軸一致的長軸。
[0038]反射器
[0039]一個或多個反射器120可以是適于將太陽輻射反射到太陽能板100的下側的任何合適的設備。在圖1-4所示出的實施例中，該系統(tǒng)采用兩個互連到所述太陽能板100底部的反射器120。然而，太陽能板100中可以使用任何數目的反射器120，并在太陽能板100的任何一側。如圖4中所示，反射器120和太陽能板100的排列/取向應當使得將太陽光反射向所述太陽能板100。一般情況下，這種設置是通過使用合適的框來實現(xiàn)，該框適于將所述太陽能板100和/或反射器120保持為彼此鄰近并彼此相距合適的距離。
[0040]反射器120應該有一個反射表面130，包括長軸132。長軸132應排列/取向與上述第一和第二行的半導體單元113，115的長軸一致，出于上文所述的理由。在這點上，在某些情況下，反射器120的長軸132可以對稱地分割反射器120。
[0041]在一些實施例中，反射器120包括具有被配置為引導太陽輻射朝向太陽能板100的底面的圓形/弧形外表面的反射面130。在一個實施例中，反射面130具有半圓形狀的輪廓，如圖1和4所示。在這些實施例中，反射面130具有在兩個維度上大致彎曲和在第三維度上直線延伸的形狀。其他具有長軸的彎曲物體都可以使用。例如，現(xiàn)在轉到圖6所示，其示出了一種包括具有復合拋物線形輪廓的反射面130的反射器120。
[0042]現(xiàn)在轉到圖7-9，其示出了具有平面型(即非彎曲)反射面130的反射器120。例如，反射面130可以包括三角形和/或梯形的輪廓，如圖7-9所示。這種平面狀的反射面130可以使用在某些環(huán)境中。
[0043]所述的反射面130可包括高反射性材料，例如拋光銀和/或鋁。反射面130也可以至少部分地為白色(例如，涂有白色顏料)，以促進太陽輻射朝向所述太陽能板的下側100的漫反射。
[0044]雖然本文對新技術的多種實施例進行了詳細地描述，顯然本領域技術人員對這些實施例的修改和改進將會出現(xiàn)。然而，應當明確理解的是，這些修改和改進都落入本發(fā)明公開的技術的要旨和范圍內。
【權利要求】
1.一種雙面太陽能電池(110),包括: (a)η型半導體層(32)； (b)多個第一金屬導線(24)，耦接到所述η型半導體層(32)的第一側； 其中至少一些所述第一金屬導線(24)與所述η型半導體層(32)電連通； (c)p型晶體硅層(36)，耦接到所述η型半導體層(32)的第二側； (d)阻擋層(40)，耦接到所述p型晶體硅層(36)，并且位置與所述η-型半導體層(32)相對； 其中所述阻擋層(40)包括以下的至少一種:釩氧化物，鑰氧化物，鋁氮化物，鎢鎳氧化物和硼摻雜金剛石； (e)透明導電層(44)，耦接到所述阻擋層(40)，并且位置與所述p型晶體硅層(36)相對； (f)多個第二金屬導線(48)，耦接到所述透明導電層(44)，并且位置與所述阻擋層(40)相對； 其中，至少一些所述第二金屬導線(48)與所述透明導電層(44)電連通。
2.如權利要求1所述的雙面太陽能電池(110)，其中所述阻擋層是釩氧化物。
3.如權利要求2所述的雙面太陽能電池(110)，其中釩氧化物的組成是由實驗式VxOy來表示；以及其中0.130 ( x/ (x+y)彡0.60。
4.如權利要求2所述的雙面太陽能電池(110)，其中釩氧化物的組成由實驗式V205來表不。
5.如權利要求2所述的雙面太陽能電池(110)，其中所述阻擋層的厚度為至少1.0納米。
6.如權利要求2所述的雙面太陽能電池(110)，其中所述阻擋層的厚度為至少2.0納米。
7.如權利要求2所述的雙面太陽能電池(110)，其中所述阻擋層的厚度不大于10.0納米。
8.如權利要求2所述的雙面太陽能電池(110)，其中所述阻擋層的厚度不大于6.0納米。
9.如權利要求1所述的雙面太陽能電池(110)，包括: 鈍化層(28)， 其中所述鈍化層(28)耦接到所述η型半導體層(32)的第一側，并且設置在所述多個第一金屬導線(24)之間。
10.一種光伏系統(tǒng),包括: ⑴太陽能板(100)，具有太陽能電池，所述太陽能板(100)包括: (a)串聯(lián)電連接的太陽能電池的第一行(112)； 其中所述第一行(112)具有第一長軸(113)； (b)串聯(lián)電連接的太陽能電池的第二行(114)； 其中所述第二行(114)鄰近于所述第一行(112)； 其中所述第二行(114)具有第二長軸(115)； 其中所述第二長軸(115)與第一長軸(113) —致； 其中所述第一行(112)并聯(lián)電連接到第二行(114)； 其中，至少一些所述太陽能電池是雙面太陽能電池(110);以及 (?)位置鄰近所述太陽能板(100)的至少一個反射器(120)； 其中所述反射器(120)包括朝向所述太陽能板(100)的反射表面(130)； 其中所述反射表面(130)具有第三長軸(132);并且 其中所述第三長軸(132)與所述第一和第二長軸(113，115) —致。
11.如權利要求10所述的光伏系統(tǒng)，其中所述第三長軸(132)與第一和第二長軸(113，115)形成5°到負5°的角度。
12.如權利要求10所述的光伏系統(tǒng)，其中所述反射表面(130)包括鋁和銀中的至少一種。
13.如權利要求10所述的光伏系統(tǒng)，其中所述反射表面(130)的至少一部分是白色的。
14.如權利要求10所述的光伏系統(tǒng)，其中所述反射表面(130)具有復合拋物線形輪廓。
15.如權利要求10所述的光伏系統(tǒng)，其中所述反射表面(130)具有半圓形的輪廓。
16.如權利要求10所述的光伏系統(tǒng)，其中所述反射表面(130)具有包括平面的輪廓。
17.如權利要求10所述的光伏系統(tǒng)，其中所述雙面太陽能電池(110)包括: (I)η型半導體層(32)； (II)多個第一金屬導線(24)，耦接到所述η型半導體層(32)的第一側； 其中至少一些所述第一金屬導線(24)與所述η型半導體層(32)電連通； (ΙΙΙ)Ρ型晶體硅層(36)，耦接到所述η型半導體層(32)的第二側； (IV)阻擋層(40)，耦接到所述ρ型晶體硅層(36)，并且位置與所述η-型半導體層(32)相對； 其中，所述阻擋層(40)包括以下的至少一種:釩氧化物，鑰氧化物，鋁氮化物，鎢鎳氧化物和硼摻雜金剛石； (V)透明導電層(44)，耦接到所述阻擋層(40)，并且位置與所述ρ型晶體硅層(36)相對； (VI)多個第二金屬導線(48)，耦接到所述透明導電層(44)，并且位置與所述阻隔層(40)相對； 其中至少一些所述第二金屬導線(48)與所述透明導電層(44)電連通。
18.如權利要求17所述的光伏系統(tǒng)，其中所述雙面太陽能電池(110)，包括: 鈍化層(28)； 其中所述鈍化層(28)耦接到所述η型半導體層(32)的第一側，并且設置在所述多個第一金屬導線(24)之間。
19.如權利要求17所述的光伏系統(tǒng)，包括: 第一透明保護層(20);和 第二透明保護層(52)； 其中，所述太陽能電池設置在所述第一透明保護層(20)和所述第二透明保護層(52)之間。
20.如權利要求19的光伏系統(tǒng)，其中所述第一透明保護層(20)經由第一層壓層(22)耦接到所述多個第一金屬導線(24);并且其中，所述第二透明保護層(52)經由第二層壓層 (50)耦接到所述多個第二金屬導線。
【文檔編號】H01L31/0224GK104272466SQ201380011923
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2013年2月26日 優(yōu)先權日:2012年2月29日
【發(fā)明者】I·朔伊洛夫 申請人:貝克陽光公司