专利名称：具有光收集效果电极结构的光伏元件的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种光伏元件的电极结构，特别是涉及一种具有光收集效果的太阳电池电极结构。
背景技术：
太阳电池是光伏元件中最基本的元件，一般太阳电池为了达到更高的转换效率， 有以下的几个方法可以达成。一为提高太阳电池内部的光电转换效率；二为增加光的入射 量(如聚光或表面粗化)；三为降低串联电阻(如采用较低电阻的电极设计)。其中较 低电阻的电极设计包含电极材料的选择(如降低金属与半导体的接触电阻)和调整电极 分布。图1为已知太阳电池结构与电阻关系的示意图。如图1所示，已知太阳电池结构包 含锗(Ge)基板1，第一隧穿层2位于锗基板1之上，砷化镓铟(GaInAs)层3位于第一隧穿层 2之上，第二隧穿层4位于砷化镓铟层3之上，磷化镓铟(GaInP)层5位于第二隧穿层4之 上，上电极6位于磷化镓铟层5之上，及下电极7位于锗基板1之下。整个电池的串联电阻 为各层所产生电阻值的总和，至少包括上电极电阻(a)、接触电阻(b)、横向电阻(C)、磷化 镓铟层电阻(d)、第二隧穿层电阻(e)、砷化镓铟层电阻(f)、第一隧穿层电阻(g)及锗基板 电阻(h)。其中，和上电极有关的电阻有三种，即上电极电阻(upperelectrode resistance) a、接角虫电阻(contact resistance)b、及横向电阻(lateralresistance)c。从先前文献得知缩小两电极间的间距可以降低电流横向电阻C。但一般的太阳 电池电极剖面为四边型，故缩小两电极间的间距或增加电极的宽度时会减少光的入射量， 使得太阳电池效能无法提高。
发明内容
本发明通过改变太阳电池电极的剖面形状及数量调整两电极间的间距与电极的 宽度，以达到较低的串联电阻，且不会减少太阳光的入射量。本发明通过改变太阳电池电极的剖面形状及数量，在改变太阳光入射角度时将太 阳光导入太阳电池电极下方的电池，以增加电池利用率。且加大太阳光入射角度时，可以减 少入射光的反射率。在本发明实施例中，光伏元件包括生长基板；III-V族化合物所形成的半导体结 构位于该生长基板之上，该半导体结构具有第一表面；以及多个电极位于该第一表面上，其 中任一该多个电极具有至少一平面，该平面可改变光入射角度，并与该第一表面间具有夹 角 θ，其中 30° < θ < 90°。在本发明实施例中，该多个电极上还可包括抗反射层或分布布拉格反射(DBR)结构。
图1描述已知太阳电池结构与电阻关系的示意图。
图2为本发明实施例的多结太阳电池100结构图。图3A和图3B描述本发明以相同电极体积为例，计算等效遮光面积的示意图。附图标记说明1:锗基板2:第一隧穿层3 砷化镓铟层4 第二隧穿层5:磷化镓铟层6:上电极7:下电极a:上电极电阻b:接触电阻C:横向电阻d 磷化镓铟层电阻e 第二隧穿层电阻f:砷化镓铟层电阻g:第一隧穿层电阻h:锗基板电阻D 两正方形电极的间距P:第一上电极Q 第四上电极11 第一电池12 第一隧穿结13:第二电池14:第二隧穿结15:第三电池100:多结太阳电池110:下电极111 第一基层112:第一射层113:第一窗户层120 欧姆接触层121 高掺杂η型杂质浓度层122 高掺杂ρ型杂质浓度层130 抗反射镀膜层131 第一背面电场层132 第二基层133 第二射层134 第二窗户层140:上电极141 高掺杂η型杂质浓度层142 高掺杂ρ型杂质浓度层151 第二背面电场层152 第三基层153 第三射层154 第三窗户层
具体实施例方式本发明的实施例为多结太阳电池100结构，如图2所示，为GalnP/GaAs/Ge三电池串联，且每二电池之间具有隧穿结(tunnel junction)的结构，其中每一电池皆由 III-V族化合物半导体所组成。首先提供生长基板，例如P型锗基板，做为第一基层(base layer) 111，通过外延工艺，例如有机金属气相沉积外延法(MOCVD)依序于生长基板上形成 各电池的结构。第一电池11包含第一射层(emitter layer) 112位于第一基层111之上， 其材料为η型锗；第一窗户层(window layer)113位于第一射层112之上，其材料为η型砷 化铝镓(AlGaAs)。再于第一电池11之上形成第一隧穿结12，其由高掺杂η型杂质浓度层 121 (如n+-GaAS)及高掺杂ρ型杂质浓度层122 (如p+-GaAS)所组成。再提供第二电池13于第一隧穿结12之上，其结构包含第一背面电场层 (back-surface field layer, BSF layer) 131，其材料为 ρ 型磷化镓铟(GaInP)；第二基层 132位于第一背面电场层131之上，其材料为ρ型砷化镓(GaAs)；第二射层133位于第二基 层132之上，其材料为η型砷化镓(GaAs)；以及第二窗户层134位于第二射层133之上，其材料为η型磷化镓铟。再于第二电池13之上形成第二隧穿结14，其由高掺杂η型杂质浓度层141 (如n+-GaAS)及高掺杂ρ型杂质浓度层142 (如p+-GaAS)所组成。再提供第三电池15于第二隧穿结14之上，其结构包含第二背面电场层 (back-surface field layer, BSF layer) 151，其材料为 ρ 型磷化铝镓铟(AlGaInP)；第三基 层152位于第二背面电场层151之上，其材料为ρ型磷化镓铟(GaInP)；第三射层153位于 第三基层152之上，其材料为η型磷化镓铟(GaInP)；以及第三窗户层154于第三射层153 之上，其材料为η型磷化铝铟(AlInP)。再于第三电池15之上形成欧姆接触层120，其材料 为η型砷化镓。接着利用光刻蚀刻工艺将欧姆接触层120两侧区域移除，只保留中央区域，再 于被移除的欧姆接触层区域镀上抗反射镀膜层(anti-reflection coatinglayer, ARC layer) 130。最后，分别于欧姆接触层120之上形成上电极140及第一基层111之下形成下 电极110，即完成多结太阳电池100结构。其中，上电极140的剖面形状为三角形，且可为多 个电极。本发明主要目的为通过改变电极的剖面形状及数量，在调整两电极间的间距与电 极的宽度时可达到较低的串联电阻，且不会减少光的入射量。图3为以相同电极体积为 例，计算等效遮光面积的示意图。图3A所示为已知的双电极设计，其每一电极剖面为尺 寸D/5XD/5的正方形，且此两正方形电极间距离为D，故入射光可以通过的距离为D。图 3B所示为依本发明实施例的电极其等效剖面示意图，每一剖面为正三角型的电极，边长 为D/5，共四个电极的结构。且第一电极(P)与第四电极(Q)之间距离为D，故每二相邻电 极间的距离为D/5。假设剖面为正方形和正三角型电极表面的反射率皆为80%，如图3B 所示，入射光可以通过的距离为三倍的每二个电极间距离，S卩(D/5)X3，加上入射光角度 因电极的剖面为正三角形而改变，可以将光线导入电极下方的电池，所产生的等效距离为 (D/5)X80% X4，故二者的和为31D/25。此设计不仅使入射光可以通过的距离为由图3A 的D增加到图3B的31D/25(即可增加24%的入射光)，且两电极间的距离由图3A的D缩 短为图3B的D/5，侧向电阻因而减少为原本的1/5。如此设计可大幅减少串联电阻值。以上提供的实施例用以描述本发明不同的技术特征，但根据本发明的概念，其可 包括或运用于更广泛的技术范围。须注意的是，实施例仅用以揭示本发明工艺、装置、组成、 制造和使用的特定方法，并不用以限定本发明，本领域技术人员在不脱离本发明的精神和 范围内，当可作些许的更动与润饰。因此，本发明的保护范围，当视后附的权利要求所界定 的为准。
权利要求
一种光伏元件，包括生长基板；III-V族化合物所形成的半导体结构位于该生长基板之上，该半导体结构具有第一表面；以及多个电极位于该第一表面上，其中任一该多个电极具有至少一平面，该平面可改变光入射角度，并与该第一表面间具有夹角θ，其中30°＜θ＜90°。
2.如权利要求1所述的光伏元件，其中该多个电极上还包括抗反射层或DBR结构。
3.如权利要求1所述的光伏元件，其中该生长基板为锗基板。
4.如权利要求1所述的光伏元件，其中该III-V族化合物所形成的半导体结构为太阳 电池。
5.如权利要求4所述的光伏元件，其中该太阳电池为单一结太阳电池或多结太阳电池。
6.如权利要求5所述的光伏元件，其中该多结太阳电池为GalnP/GaAs/Ge三电池串联 的结构。
7.如权利要求1所述的光伏元件，其中该多个电极剖面形状不为正方形或长方形。
8.如权利要求1所述的光伏元件，其中该平面为曲面或斜面。
9.如权利要求7所述的光伏元件，其中该多个电极剖面的上表面与下表面不相等；其 形状为三角形、圆弧形或梯形。
10.如权利要求1所述的光伏元件，其中该多个电极需为反射率大于50%的材料所组成。
全文摘要
本发明提供一种具有光收集效果电极结构的光伏元件，该光伏元件包括生长基板；III-V族化合物所形成的半导体结构位于该生长基板之上，该半导体结构具有第一表面；以及多个电极位于该第一表面上，其中任一该多个电极具有至少一平面。其主要目的为通过改变太阳电池电极的剖面形状及数量调整两电极的间距与电极的宽度，以降低太阳电池的串联电阻，且不会减少太阳光的入射量。
文档编号H01L31/052GK101807615SQ20091000648
公开日2010年8月18日 申请日期2009年2月18日 优先权日2009年2月18日
发明者刘宗宪, 秦玉玲 申请人:晶元光电股份有限公司