专利名称：太阳能电池元件及其装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种太阳能电池结构以及使用此太阳能电池结构组合而成的太阳能电池接收装置，尤其是涉及一种具有高面积利用效率的太阳能电池接收装置。
背景技术：
由于能源危机的迫近，替代性能源的发展备受重视。在众多替代性能源之中，太阳能拥有庞大的能源供给量，是极佳的替代性能源。在所有开发中的太阳能电池种类之中， III-V族聚光型太阳能电池由于能量转换效率可高达40%以上，是目前极具潜力的研发方向之一。请参照图1，图1为一种现有III-V族聚光型太阳能电池接收机构丄的示意图。依据图ι所示，聚光型太阳能电池接收机构1包括一散热基座12 ；—太阳能电池接收装置13 设置于散热基座12之上，通过散热基座12将太阳能电池进行光电转换时所产生的多余热能逸散至外部环境中；此外，太阳能电池接收装置13上方还设置有一光线聚集装置11，聚光型太阳能电池接收机构1需通过例如反射式或透镜式等聚光镜组合的光线聚集装置11 将光源，例如太阳光10，聚集于太阳能电池接收装置13的受光区上，以进行转换形成电流。 通过聚光的方式，可增加太阳能电池接收装置13单位面积吸收的光线能量，达到提高太阳能电池接收装置13发电量的效果。在现有的反射式及透镜式聚光镜组合中，聚集于受光区上的光斑(spot) 15，即太阳光10透过光线聚集装置11聚集于太阳能电池接收装置13受光区表面的形状，一般多为圆形分布。若将此圆形光斑15应用于一般常见由矩型太阳能电池管粒所构成的太阳能电池接收装置13上，其光斑15的分布大致上可如图2圆形深灰色部分所示。图2为太阳能电池接收装置13的俯视图，自太阳光照射的方向观察，太阳能电池接收装置13的受光区14 为一矩形结构，而聚集于受光区14上的光斑15则呈现圆形的分布。由图2中可明显看出受光区14位于四个角落的部分未被利用于转换电流，换言之，并非受光区14的所有面积能被充分利用，因而降低转换效率。
发明内容
为了改善上述的问题，本发明的目的在于提供一种太阳能电池结构以及使用此太阳能电池结构组合而成的太阳能电池接收装置，尤其是关于一种具有高面积利用效率的太阳能电池接收装置。本发明关于一种太阳能电池结构，包含一多边形半导体外延结构，具有大于或小于九十度夹角的两相邻侧边，一具有第一导电特性的第一半导体材料层，一设置于第一半导体材料层上，具有第二导电特性的第二半导体材料层，一第一电极，设置于第一半导体材料层的一侧并与第一半导体材料层电连接，一第二电极，设置于第二半导体材料层的一侧并与第二半导体材料层电连接，其中，第二电极设置于两相邻侧边的夹角上或邻近两相邻侧边的任一侧边。
在本发明的另一实施例中，上述太阳能电池结构第二电极具有一连结部，其具有一面积至少可容纳一直径50微米的圆形及/或具有一厚度实质大于3微米。在本发明的另一实施例中，上述太阳能电池结构更包含一延伸部，例如一网栅电极，自第二电极延伸，设置于第二半导体材料层的一侧并与第二半导体材料层电连接。在本发明的另一实施例中，上述太阳能电池结构选自三角形、平行四边形、五边形、六边形等多边形其中之一。在本发明的另一实施例中，上述太阳能电池结构更具有一受光面，一抗反射层设置于此受光面上。在本发明的另一实施例中，上述太阳能电池结构的第一电极及/或第二电极的材质由一种或一种以上选自金、银、锗、铜、铝、铬、钯、镍、钛、或以上金属所组成的合金所组成。在本发明的另一实施例中，上述太阳能电池结构更包含一散热基板，设置于第一电极或第二电极的一侧，并与第一电极及/或第二电极相连结。在本发明的另一实施例中，上述太阳能电池结构的散热基板为一印刷电路板。在本发明的另一实施例中，上述太阳能电池结构的印刷电路板主要基板材质选自铜、铝、氧化物或陶瓷材料其中之一。本发明的另一方面在提供一种太阳能电池接收装置，包含一散热基板，多个如上列所述的太阳能电池结构，设置于散热基板上，其中，至少任二个此多个太阳能电池结构的侧边彼此相邻且分别具有一受光面，其中，上述受光面的法线方向实质相互平行。在本发明的另一实施例中，上述太阳能电池接收装置的散热基板为一印刷电路板。在本发明的另一实施例中，上述太阳能电池接收装置的印刷电路板主要基板材质选自铜、铝、氧化物或陶瓷材料其中之一。在本发明的另一实施例中，上述的太阳能电池接收装置更具有一光线反射装置设置于受光面上，其中，光线反射装置具有实质上倾斜于受光面的一反射表面，使至少部分光线透过上述反射表面反射至受光面。在本发明的另一实施例中，上述太阳能电池接受装置的光线反射装置设置于第二电极之上。
图1为一示意图，其显示一现有聚光型太阳能电池接收机构横切面示意图；图2为一示意图，其显示一现有太阳能电池接收装置俯视示意图；图3A为一示意图，其显示依本发明实施例所示的一太阳能电池结构横切面示意图；图3B为一示意图，其显示依本发明实施例所示的一太阳能电池结构俯视示意图；图3C-1、图3C-2分别为一示意图，其显示依本发明另一实施例所示的一太阳能电池结构横切面示意图；图3D为一示意图，其显示依本发明另一实施例所示的一太阳能电池结构俯视示意图4A为一示意图，其显示依本发明实施例所示的一太阳能电池接收装置俯视示意图；图4B为一示意图，其显示依本发明实施例所示的一太阳能电池接收装置横切面示意图；图5A为一示意图，其显示依本发明另一实施例所示的一太阳能电池接收装置俯视示意图；图5B为一示意图，其显示依本发明另一实施例所示的一太阳能电池接收装置横切面示意图；图6为一示意图，其显示依本发明实施例所示的一太阳能电池接收装置俯视示意图。主要元件符号说1 聚光形太阳能电池接收机构；2、3 太阳能电池结构；4、5、6、13 太阳能电池接收装置；10、20、30、40、50 太阳光；11 光线聚集装置；12 散热基座；14,64 受光区；15、65 光斑；21、31、41 半导体外延结构；22、32、42、52 第一电极;23、33、43、53 第二电极;25、35、45 网栅电极;36、46、56 受光面；37 抗反射层；43，、53，第二电极延伸部；46，、56，法线；47:第一电极接垫；48、58 侧边；49、59 光线反射装置；50’斜向的太阳光;201、301、401 基板；202 φ型半导体材料层；203 :n型半导体材料层；491 反射表面；492、592 导电连接装置；492’ 导电连接装置延伸部；493、593 散热基板；A-A，、D_D，切割线；
C:圆形；T:厚度。
具体实施例方式为使太阳能电池接收装置的受光区面积能达到更有效的应用，本发明提出一种太阳能电池结构以及由其组合而成的太阳能电池接收装置。图3A及图:3B揭露依据本发明实施的一种太阳能电池结构2的横切面与俯视图示。其中，图3A为沿着图:3B中的A-A’切割线的横切面。以单接面太阳能电池结构为例，太阳能电池结构2包括一基板201、一半导体外延结构21，由一具有第一导电特性的ρ型半导体材料层202、以及一具有第二导电特性的η型半导体材料层203所组成。此外，一第一电极22设置于ρ型半导体材料层202的一侧，与基板201相连接并与ρ型半导体材料层202电连接；一第二电极23设置于η型半导体材料层203的一侧并与其电连接。当光源，例如太阳光20，照射太阳能电池结构2时，ρ型半导体材料层202与η型半导体材料层203所组成的p-η接面吸收能量大于半导体材料层材料能隙的光子之后产生电子空穴对。产生的电子空穴对受到接面处的内建电场影响，被分离至结构两端(电子跑到η侧，空穴跑到ρ侧)，形成光生电压。当太阳能电池结构2在外接上外部电路之后，η侧的超额电子会流出外部电路到达P侧与空穴复合，产生电流进行作功。若在外部电路中连接一个电能收集装置，则可收集电能，以供其他用途使用。特别的是，由俯视图:3Β观之，太阳能电池结构2由于半导体外延结构21具有小于 90度的夹角(以本实施例为例，正三角形的太阳能电池结构2其半导体外延结构21具有 60度的夹角)，整体结构形成一个三角形的形状。此外，在本实施例中，为使第二电极23与外部电路的连接方式较为方便，特别将第二电极23设置于半导体外延结构21两相邻侧边的夹角处，以利于在第二电极23上设置外延的导电连接装置或其他连结结构。为了增加第二电极23的导电效率，在图;3Β中，可以选择性地自第二电极23延伸设置网栅电极25，以达到增强电流收集的效果。如本发明图3C-1、图3C-2与图3D所示，揭露依据本发明精神所提出另外两种太阳能电池结构3实施例的俯视图以及横切面。与前述实施例相同的是，两种太阳能电池结构 3同样具有基板301以及由两种不同导电特性的半导体材料所组成的半导体外延结构31。 在基板301的相对侧，则分别具有第一电极32与第二电极33。值得注意的是，相比较于图 3Α与图;3Β的第一实施例将第二电极23设置于半导体外延结构21的两相邻侧边的夹角处； 在图3C-1、图3C-2中，第二电极33皆分别设置于三角形半导体外延结构31的一侧边。此种电极设置位置，同样有利于在第二电极33上设置外延的导电连接装置或其他连结结构。 而为了增加第二电极33的导电效率，在图3C-1、图3C-2的太阳能电池结构3上也可另外设置由第二电极33延伸、且较佳地为较细的网栅电极35。值得注意的是，综合上述的实施例，请一并参照图3Α至3D。为了使第二电极23、 33易于与外部线路进行连结，经多次试验结果发现，第二电极23、33较佳为具有一连结部其面积至少可容纳一直径大于50微米(μπι)的圆形C(如图;3Β及3C所示)及/或厚度T 大于3微米(μ m)，以供作与外部线路进行连结。此种宽度及/或厚度的设计可避免当太阳能电池结构通过现有的方式，例如打线或焊接，进行与外部线路连结的制作工艺时，因电极宽度或厚度不足，造成半导体外延结构产生破裂或凹陷等信赖性不佳的情况。图3D为沿着图3C-1、图3C-2中的D-D’切割线切割所获得的横切面。相比较于图3A所示的横切面，在外延结构31的受光面36上更可选择性地另外设置有抗反射层37以减少光源，例如太阳光 30，的反射，增加能量的利用效率。继续参照图4A及图4B，图4A为采用本发明实施例所示太阳能电池结构2组成的太阳能电池接收装置4的俯视图，而图4B则为太阳能电池接收装置4的横切面示意图。如图4A所示，多个太阳能电池结构2排列组合，彼此之间以侧边48相邻构成一六边形太阳能接收装置4。其中，每一个三角形太阳能电池结构2皆具有大致上朝向纸面的三角形受光面 46，而对每一个太阳能电池结构2做出一个想象的垂直于受光面46的法线46’时，可以发现这些法线方向实质上相互平行。因此，由多个三角形太阳能电池结构2相邻接，则组成一如图4A所示由六个三角形所组成且受光面法线方向大致平行的六边形太阳能接收装置4。 在受光面46上，更设置有光线反射装置49，可反射相对于垂直受光面46具有较大入射角度的光线。参照图4B，其太阳能电池结构2的组成部分与图3A相似，分别包括基板401、由两种不同导电特性的半导体材料所组成的半导体外延结构41、设置于半导体外延结构41 一侧并与半导体外延结构材料层电性相连的第二电极43、与第二电极相连结的网栅电极45， 以及设置于半导体外延结构41另一侧并与半导体外延结构材料层电性相连的第一电极42 所组成。而第一电极42又可选择性地与下方散热基板493表面的第一电极接垫47电连接。当下方散热基板例如是一印刷电路板时，第一电极接垫47可以例如是设置在印刷电路板表面的印刷电路。此外，当光源，例如太阳光40，由不同角度照射至太阳能电池接收装置 4时，由于设置于受光面46上的光线反射装置49具有倾斜于受光面46的反射表面491，部分相对于垂直受光面46具有较大倾斜角度的入射太阳光40会被光线反射装置49的反射表面491反射而改向射至受光面46。透过光线反射装置49，部分原本无法射入受光面46 的大角度太阳光40通过反射被太阳能电池结构2吸收利用，可增加太阳能电池接收装置4 的效率。其中，形成光线反射装置49的材料例如为以绝缘材料(高分子聚合物、玻璃、绝缘有机化合物、石英)塑形，再在外层镀上反射膜(金属、氧化物、氮化物)所构成，或以具有高反射性的金属材料直接形成皆可。由图4B观之，光线反射装置49设置于多个太阳能电池结构2的第二电极43之上， 可与第二电极43电连接。除此之外，更可于第一电极42的一侧设置有散热基板493，通过焊接或涂胶等方式与第一电极42相互结合，可改善太阳能电池接收装置4的散热效果。散热基板493例如为一印刷电路板，电路板上导电线路依需求可以全部或部分地与第一电极 42电连接。其中，印刷电路板主要板材的材质可以选自铜、铝、氧化物或陶瓷材料。此外，在本图中，第二电极43设置于光线反射装置49的正下方，于，当光线反射装置49为导电材料时，光线反射装置49与第二电极43电连接。当光线反射装置49为非导电材料时，在第二电极43的上方，可以另外设置一导电连接装置492与第二电极43电连接。导电连接装置 492也可形成一导电连接装置延伸部492’自多个太阳能电池结构^间隙之间延伸至散热基板493相对于第一电极42的另一侧。此时，在散热基板493相对于第一电极42的另一表面将可通过此导电连接装置延伸部492’形成一第二电极延伸部43’。当散热基板493例如为一印刷电路板时，电路板上导电线路依需求可以全部或部分地与第二电极延伸部43’电连接。整体形成后，其结构可以直接通过印刷电路板上的线路设计与外部负载直接接合，例如将形成的太阳能接收装置4其印刷电路板直接插合至负载内部进行电能供应。图5A及图5B显示为依据本发明精神所组成另一实施例太阳能接收装置5的俯视及横切面示意图。在此实施例中，与前一实施例相似的结构则不再赘述。不同的是，本实施例由多个太阳能电池结构3所组成，彼此之间以侧边58相邻构成一六边形太阳能接收装置 5。其中，每一个三角形太阳能电池结构3皆具有大致上朝向纸面的三角形受光面56，而对每一个太阳能电池结构3做出一个想象的垂直于受光面56的法线56’时，可以发现这些法线方向实质上相互平行。因此，由多个三角形太阳能电池结构5相邻接，则组成一如图5A 所示，由六个三角形所组成，受光面的法线方向大致平行的六边形太阳能接收装置5。此外， 光线反射装置59相对设置于太阳能电池结构^受光面56上的第二电极53之上。在此实施例中，为设置于太阳能接收装置3的外围侧边。如图5B所示，当光源以倾斜的角度入射， 例如太阳光50射入太阳能接收装置5时，斜向的太阳光50’可经由反射进入受光面56进行利用转换。更由于第二电极53设置于整个太阳能接收装置5的外围侧边，通过导电连接装置592，例如金属打线，可以容易地将第二电极53电性延伸设置于散热基板593的第二电极延伸部53’，以利于与外部电路进行连结。此时，与前一实施例中的太阳能电池接收装置 4相比较，第一电极52与第二电极53皆设置于相对于散热基板593的同一侧表面上。图6所示为通过改变太阳能电池结构的外部形状加以组合为多边形的太阳能电池接收装置6，可以更加近似于聚光后的圆形光斑65形状，有效增加太阳能电池圆形光斑 65区域面积与受光区64区域面积的比值，增加元件的使用效率。其中，为了不影响太阳能电池结构受光面的透光面积，本发明较佳的实施例为将光线反射装置设置于太阳能电池结构第二电极的上方，亦即将遮光的光线反射装置设置在太阳能电池结构受光面中不透光的区域(此处为第二电极设置区域)。然而，在本发明精神的基础下，光线反射装置的设置位置不为本发明的限制。此外，组成太阳能电接受装置的太阳能电池结构，在本发明精神的基础下，其形状也不以正三角形为限。组成太阳能电池结构的半导体外延结构可以选自三角形、平行四边形、五边形、六边形等多边形其中之一，以有利于达成组合近似于太阳能电池光线聚集装置聚光光斑形状的半导体外延结构形状为佳。当然，太阳能电池结构形状也不限定为单一形状的组合。而为使太阳能电池结构具有良好的导电特性，构成太阳能电池结构第一电极及/或第二电极的材质可由一种或一种以上选自金、银、锗、铜、铝、铬、钯、镍、 钛、或以上金属所组成的合金所组成。此外，本发明虽然皆以单接面的太阳能电池为例，但在不违反本发明精神的前提下，现有技术者也可根据不同需求将太阳能电池本体替换为双接面太阳能电池、三接面太阳能电池等不同的太阳能电池外延结构。本发明所列举的各实施例仅用以说明本发明，并非用以限制本发明的范围。任何人对本发明所作的任何显而易知的修饰或变更皆不脱离本发明的精神与范围。
8
权利要求
1.一种太阳能电池结构，其包含多边形半导体外延结构，具有大于或小于九十度夹角的两相邻侧边，其包含一具有第一导电特性的第一半导体材料层；及一设置于该第一半导体材料层上，具有第二导电特性的第二半导体材料层；一第一电极，设置于该第一半导体材料层的一侧并与该第一半导体材料层电连接；以及一第二电极，设置于该第二半导体材料层的一侧并与该第二半导体材料层电连接其中，该第二电极设置于该两相邻侧边的夹角上或邻近该两相邻侧边的任一侧边。
2.如权利要求1所述的太阳能电池结构，其中该第二电极的该具有一连结部，其具有一面积至少可容纳一直径50微米的圆形及/或具有一厚度实质大于3微米。
3.如权利要求1所述的太阳能电池结构，还包含一延伸部自该第二电极延伸，设置于该第二半导体材料层的一侧并与该第二半导体材料层电连接。
4.如权利要求1所述的太阳能电池结构，其中该半导体外延结构选自三角形、平行四边形、五边形、六边形等多边形其中之一。
5.如权利要求1所述的太阳能电池结构，其中该半导体外延结构还具有一受光面，一抗反射层设置于该受光面上。
6.如权利要求1所述的太阳能电池结构，其中该第一电极及/或该第二电极的材质由一种或一种以上选自金、银、锗、铜、铝、铬、钯、镍、钛、或以上金属所组成的合金所组成。
7.如权利要求1所述的太阳能电池结构，还包含一散热基板，设置于该第一电极或该第二电极的一侧，并与该第一电极及/或该第二电极相连结。
8.如权利要求7所述的太阳能电池结构，其中，该散热基板为一印刷电路板。
9.一种太阳能电池接收装置，其包含散热基板；多个如权利要求1所述的太阳能电池结构，设置于该散热基板上；其中，至少任两个此太阳能电池结构的一侧边彼此相邻且分别具有一受光面，且该些受光面的法线方向实质相互平行。
10.如权利要求9所述的太阳能电池接收装置，其中，该散热基板为一印刷电路板。
11.如权利要求8所述的太阳能电池结构或权利要求10所述的太阳能电池接收装置， 其中该印刷电路板的材质选自铜、铝、氧化物或陶瓷材料其中之一。
12.如权利要求9所述的太阳能电池接收装置，还具有一光线反射装置设置于该受光面上，其中，该光线反射装置具有实质上倾斜于该受光面的一反射表面，使至少部分光线透过该反射表面反射至该受光面。
13.如权利要求12所述的太阳能电池接受装置，其中该光线反射装置设置与该第二电极之上。
全文摘要
本发明公开一种太阳能电池元件及其装置，该太阳能电池结构包含一多边形半导体外延结构，具有大于或小于九十度夹角的两相邻侧边；一具有第一导电特性的第一半导体材料层；一设置于第一半导体材料层上具有第二导电特性的第二半导体材料层；一第一电极，设置于第一半导体材料层的一侧并与第一半导体材料层电连接；一第二电极，设置于第二半导体材料层的一侧并与第二半导体材料层电连接，其中，第二电极设置于两相邻侧边的夹角上或邻近两相邻侧边的任一侧边。
文档编号H01L31/0224GK102201475SQ201010145150
公开日2011年9月28日 申请日期2010年3月24日 优先权日2010年3月24日
发明者杨宇智 申请人:晶元光电股份有限公司