太阳城集团

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防止有害的太阳能电池极化.pdf

摘要
申请专利号:

CN201210112491.X

申请日:

2006.01.20

公开号:

太阳城集团CN102683442B

公开日:

2015.01.21

当前法律状态:

授权

有效性:

有权

法律详情: 授权|||实质审查的生效IPC(主分类):H01L 31/042申请日:20060120|||公开
IPC分类号: H01L31/042(2014.01)I; H01L31/048(2014.01)I; H01L31/0216(2014.01)I 主分类号: H01L31/042
申请人: 太阳能公司
发明人: R·M·斯万森; D·德瑟斯特; V·德塞; D·H·罗斯; D·D·史密斯; N·卡米纳
地址: 美国加利福尼亚州
优先权: 2005.03.03 US 60/658,706; 2005.08.22 US 11/210,213
专利代理机构: 北京天昊联合知识产权代理有限公司 11112 代理人: 陈源;张天舒
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法律状态
申请(专利)号:

太阳城集团CN201210112491.X

授权太阳城集团号:

102683442B||||||

法律状态太阳城集团日:

2015.01.21|||2012.11.14|||2012.09.19

法律状态类型:

授权|||实质审查的生效|||公开

摘要

在一个实施例中,通过提供从太阳能电池(200B)的正面向晶片(203)的本体泄放电荷的导电通路来防止有害的太阳能电池极化或者使之最小。例如,导电通路可以包括介质钝化层(202B)中图案化的孔、导电抗反射涂层或在抗反射涂层的顶部或底部表面上所形成的导电材料层。也可以通过偏置太阳能电池组件在太阳能电池的正面上的区来防止有害的太阳能电池极化。

权利要求书

1.一种太阳能电池能量系统,包括:
a)多个太阳能电池,所述太阳能电池中的每一个都包括:
(i)正面和背面,所述正面在正常工作期间面向太阳;
(ii)在背面上所形成的多个金属接触,所述金属接触中的每
一个都耦合到太阳能电池的相应p型掺杂的或n型掺杂的收集区;
(iii)在正常工作期间面向太阳的晶片表面上方所形成的介质
钝化层;以及
(iv)在介质钝化层上方所形成的抗反射涂层;
b)包括多个太阳能电池的太阳能电池组件阵列,所述太阳能电
池组件阵列具有处在正电压的正端子和处在负电压的负端子;
c)至太阳能电池组件阵列中的太阳能电池组件的构架的接地连
接;
d)逆变器,其被配置用以将由太阳能电池组件阵列所产生的直
流转换成要被提供到电网的交流,该逆变器具有耦合到太阳能电池组
件阵列的正端子的正端子和耦合到太阳能电池组件阵列的负端子的
负端子;
其中,太阳能电池组件阵列被偏置,使得防止电荷从太阳能电
池的正面泄漏到太阳能电池组件的构架。
2.权利要求1的太阳能电池能量系统,其中,逆变器被配置以
从太阳能电池组件阵列接收平衡电压,并且还包括:
电阻,所述电阻把太阳能电池组件阵列的端子耦合到地以使来
自太阳能电池组件阵列的平衡电压失衡,使得防止电荷从太阳能电池
的正面泄漏。
3.权利要求2的太阳能电池能量系统,其中,电阻把太阳能电
池组件阵列的正端子耦合到地。
4.权利要求1的太阳能电池能量系统,其中多个太阳能电池中
的每一个太阳能电池都具有n型正面扩散区,以及其中通过把太阳能
电池组件阵列的正端子连接到地电位来偏置太阳能电池组件阵列。
5.权利要求1的太阳能电池能量系统,其中多个太阳能电池中
的每一个太阳能电池都具有p型正面扩散区,以及其中通过把太阳能
电池组件阵列的负端子连接到地电位来偏置太阳能电池组件阵列。
6.权利要求4的太阳能电池能量系统,其中通过电阻把太阳能
电池组件阵列的正端子连接到地。

说明书

防止有害的太阳能电池极化

本申请是基于申请日为2006年1月20日、申请号为
200680006818.8(国际申请号为PCT/US2006/002137)、发明创造名
称为“防止有害的太阳能电池极化”的中国专利申请的分案申请(申
请号为201110117044.9)的再分案申请。

相关申请的相互引用

本发明要求2 005年3月3日提交的美国临时申请No.
60/658,706的权益,该申请全文在此通过引用被纳入。

技术领域

本发明一般涉及太阳能电池,更具体地但不排他地涉及太阳能
电池结构、组件、制造和现场安装。

背景技术

太阳能电池是众所周知的用于将太阳辐射转换成电能的设备。
所述太阳能电池可以利用半导体处理工艺在半导体晶片上制造。一般
来说,太阳能电池可以通过在硅衬底上形成p型区和n型区来制造。
每一相邻的p型区和n型区都形成p-n结。照射在太阳能电池上的太
阳辐射生成迁移到p型和n型区的电子和空穴。由此产生跨p-n结的
电压差。在背面接触太阳能电池中,p型和n型区耦合到在太阳能电
池背面上的金属接触,以便允许外部电路或设备耦合到太阳能电池和
由太阳能电池供电。背面接触太阳能电池也在美国专利No.
5,053,083和No.4,927,770中予以公开,两者全文在此通过引用被
纳入。

若干太阳能电池可以连接在一起以形成太阳能电池阵列。太阳
能电池阵列可以封装成太阳能电池组件。该组件包括允许太阳能电池
阵列经受环境条件和用于现场的保护层。如果没采取预防措施,太阳
能电池在现场可能被高度极化,造成减小的输出功率。在这里公开了
用于防止有害的太阳能电池极化的技术。

发明内容

在一个实施例中,通过提供从太阳能电池的正面到晶片的本体
(bulk)泄放电荷的导电通路来防止有害的太阳能电池极化或者使之
最小。例如,导电通路可以包括介质钝化层中的图案化的孔、导电抗
反射涂层或在抗反射涂层的顶部或底部表面上所形成的导电材料层。
也可以通过偏置太阳能电池组件在太阳能电池的正面上的区来防止
有害的太阳能电池极化。

基于阅读本公开的整体,对具有本领域普通技术的人员来说,
本发明的这些和其他特征将是显而易见的,本公开的整体包括附图和
权利要求书。

附图说明

图1表示可利用本发明实施例的实例太阳能电池组件的分解图。

图2示意地表示图1的太阳能电池组件的截面。

图3A和图3B表示发明人认为造成太阳能电池极化的机制的模
型。

图4A、图4B、图5A、图5B、图5C、图5D和图6示意地表示出
按照本发明的实施例的太阳能电池的截面。

图7A示意地表示按照本发明的实施例的太阳能电池组件。

图7B和7C示意地表示按照本发明的实施例的太阳能系统。

在不同的附图中相同参考标号的使用表明相同或相似的部件。
除非另加注解,否则附图不必按比例绘制。

具体实施方式

在本公开中,为提供对本发明实施例的彻底了解,提供了许多具
体细节,诸如装置、部件和方法。然而,本领域普通技术人员会认识
到,本发明在没有一个或多个这些具体细节的情况下也能得以实施。
在其他情形下,为避免使本发明的各方面晦涩,未示出或者描述众所
周知的细节。

现在参照图1,示出了可利用本发明实施例的实例太阳能电池组
件100的分解图。这样的太阳能电池组件也在共同转让的于2003年8
月1日所提交的美国申请No.10/633,188中被公开。然而要注意到,
本发明的实施例对其他太阳能电池组件也是适用的。

在图1的例子中,该太阳能电池组件100包括透明罩104、封装
物103(即103-1、103-2)、包含互连的太阳能电池200的太阳能电
池阵列110以及背板102。由于该太阳能电池组件100典型地在固定应
用中得以使用,例如在屋顶上或者为发电站所使用,所以它是所谓的
“陆上太阳能电池组件”。因此,该太阳能电池组件100装有面向太
阳的透明罩104。在一个实施例中,透明罩104包括玻璃。太阳能电池
200的正面通过透明罩104朝向太阳。封装物103横向连接并结合太阳
能电池200、罩104以及背板102以形成保护封装。在一个实施例中,
封装物103包含乙烯-醋酸乙烯共聚物(poly-ethyl-vinyl acetate,
“EVA”)。

太阳能电池200的背面面向附到封装物103-1上的背板102。在
一个实施例中,背板102包含出自Madico公司的Tedlar/聚酯
(Polyester)/EVA(“TPE”)。在TPE中,Tedlar是保护免遭环境
影响的最外层,聚酯提供额外的电绝缘,EVA是促进对封装物103-1的
附着力的非横向连接薄层。用作背板102的TPE的替代物包括例如
Tedlar/聚酯/Tedlar(TPT)。

图2示意地表示出太阳能电池组件100的截面。为理解容易,图
2已用范例材料注释。然而要注意到,在无损本发明的优点的情况下也
可以采用其他材料。为了本公开的目的,太阳能电池的正面包含在晶
片203的正面上(即从钝化层202向罩104)的材料、部件以及特征,
而太阳能电池的背面包含在晶片203的背面上(即从掺杂区204向背
板102)的材料、部件以及特征。太阳能电池200的正面上的材料被配
置用以在正常工作期间面向太阳。太阳能电池200的正面上的材料就
本性或厚度而言是透明的,以便允许太阳辐射射过。

在图2的例子中,晶片203包括带有n型正面扩散区207的n型
硅晶片。正面扩散区207已示意地用虚线分开以表明它处于晶片203
的硅之中。介质钝化层(dielectric passivation layer)202在图2
的例子中包含二氧化硅,该介质钝化层202在晶片203的正面上形成。
抗反射涂层(anti-reflective coating,“ARC”)201在介质钝化层
202的顶部形成。在一个实施例中,抗反射涂层201包含通过等离子体
增强型化学气相沉积(PECVD)所形成的厚度约为400埃的氮化硅。在
一个实施例中,钝化层202包含所形成的厚度约为200埃的二氧化硅。
钝化层202可以通过高温氧化直接在晶片203的顶部表面上生长。

在图2的例子中,用作太阳能电池200的电荷收集结的p型掺杂
(“P+”)和n型掺杂(“N+”)区204在晶片203中形成。在无损
本发明的优点的情况下,p型和n型掺杂区204也可以在晶片203外部
形成,例如在晶片203背面上所形成的层之中。金属接触206在太阳
能电池200的背面上形成,其中每个金属接触206都耦合到相应的p
型或n型掺杂的收集区。氧化物层205被图案化(pattern)以允许金
属接触206连接到掺杂区204。典型地,金属接触206连接到太阳能电
池阵列110中的其他太阳能电池200的金属接触。金属接触206允许
外部电路或设备从太阳能电池组件100接收电流。太阳能电池200是
背面接触太阳能电池,因为所有到其收集区的电连接都在其背面形成。

如在图2中所示,太阳能电池200通过背板102、封装物103以
及罩104保护。构架(frame)211包围太阳能电池200和其保护层。
在某些状况下,基本上可以降低太阳能电池组件100的输出功率产生
能力。由于太阳能电池组件100可以例如通过在有利的电流流通方向
上用高电压偏置太阳能电池组件100而恢复回到其原始状况,所以输
出功率的所述减少是可逆的。发明人认为,这种输出功率减少是由于
在电荷如箭头212所示从太阳能电池200的正面向构架211泄漏时,
太阳能电池200被极化。在一个例子中,正电荷载流子从太阳能电池
200的正面泄漏,由此让抗反射涂层201的表面带负电。在抗反射涂层
201的表面上的负电荷吸引带正电的光生空穴(positively charged 
light generated hole),所述带正电的光生空穴中的一些同n型硅
晶片203中的电子重组合,而不是在掺杂收集区处被收集。

因为太阳能电池200具有n型正面扩散区,所以当在场中(in the 
field)介质钝化层202具有电场极性,使得电子被排斥、而空穴被吸
引到在介质钝化层202和正面扩散区207之间的界面时、也就是说当
介质钝化层202的电位比正面扩散区207小时,有害的极化可能发生。
在场工作中,在以相对地的正电压操作太阳能电池200时,这将会发
生。在太阳能电池具有p型正面扩散区的其他实施例中,当太阳能电
池在场中相对地变成负偏置的(即成为更负的)时,有害的极化可能
发生。如众所周知的,可以掺杂p型硅晶片以具有n型正面扩散区。
同样地,可以掺杂n型硅晶片以具有p型正面扩散区。虽然实例太阳
能电池200具有n型硅晶片中的n型正面扩散区,但本发明的教导可
适于其他类型的太阳能电池衬底。

图3A示意地表示出发明人认为是造成太阳能电池极化原因的机
制的模型。在图3A的模型中,电流通过玻璃(例如罩104)的正面流
向太阳能电池或者从太阳能电池流出,并且通过旁路泄漏到太阳能电
池的背面。电阻Rg1代表从氮化物ARC(例如抗反射涂层201)到玻璃正
面的泄漏电阻,Rsh是从氮化物ARC到太阳能电池的背面的旁路泄漏。
实际上,将会有跨太阳能电池出现的分布式电压,所述分布式电压在
边缘以低值开始并且朝着中间增大。在任何情况下,氮化物ARC至硅
晶片电压不应该超过氧化物击穿电压。在图3A和3B中,电容“C”代
表包括用作电介质的氧化物钝化层(例如介质钝化层202)、用作第一
电容器板的氮化物ARC以及用作第二电容器板的硅晶片的电容器。

图3B示意地表示出图3A结构的集总元件近似等效电路。为该分
析的目的,给电压加参考符号到太阳能电池的背面。假定起始栅极电
压是零的对该电路的瞬时解由方程式EQ.1表示:

EQ . 1 , V G ( t ) = V R sh R sh + R gl ( 1 - e - t / τ ) , ]]>

其中并且Req是并联等效电阻。VG代表正面EVA封
装物上的电压,所述EVA封装物如同金属氧化物半导体(MOS)晶体管
的栅极。MOS晶体管的栅极氧化物是氧化物介质钝化层。如所述,电容
“C”代表由氮化物ARC、氧化物钝化层和硅晶片所组成的电容器。

一旦对太阳能电池加电,栅极(即正面EVA封装物)将斜面上升
并且达到电压VT,这引起在由方程式EQ.2所表示的降解(degradation)
太阳城集团tdeg后的某一降解量:

EQ . 2 , t deg = τ ln { 1 1 - V V T ( 1 + R gl R sh ) } . ]]>

在方程式EQ.2中,假定如果使用电压的绝对值,则“V”是可能
的,而也对负V和负VT(MOS晶体管的阈值电压)成立。对于通常情况,
当时,方程式EQ.2简化成EQ.3:

EQ . 3 , t deg = CR gl V T V . ]]>

从方程式EQ.3能容易地看出,对于高电压,到特定降解量的太阳城集团
与所施加的电压成反比。

栅极电压针对零施加电压的恢复由EQ.4给出:

EQ.4    VG(t)=VG(0)e-t/τ。

如果VT是出现可忽略的降解的阈值,则恢复太阳城集团trec由方程式EQ.
5给出:

EQ . 5 , t rec = τ ln ( V G ( 0 ) V T ) . ]]>

紫外射线将会具有添加与现有电阻并联的附加旁路电阻的效应。
这可以通过假定紫外线从氮化物ARC向硅晶片注入电子的速率与陷阱
电子密度成比例来看出。但是,跨电容器“C”的电压(见图3B)与陷
阱电荷(trapped charge)成比例,因此,电流与栅极电容器上的电
压成比例,即电阻似的。假定与其他旁路相比较这个电阻小(为了具
有效应,必须是这样的),则在光亮中的恢复太阳城集团trec,light由方程式EQ.6
给出:

EQ . 6 , t rec , light = R sh , light C ln ( V G ( 0 ) V T ) . ]]>

可以计算对足以阻止太阳能电池组件降解的紫外线感应旁路所必
要的条件。这需要满足由EQ.7所给出的条件:

EQ . 7 , V R sh , light R gl < V T . ]]>

能重安排上列方程以表明在由方程式EQ.8给出在光亮中的恢复
太阳城集团时满足EQ.7:

EQ . 8 , t rec , light < t deg , dark = CR gl V T V . ]]>

换言之,如果太阳能电池组件100在阳光下在无偏置的情况下在
比该太阳能电池组件在存在所施加的偏压情况下在黑暗中降解所花费
的太阳城集团短的太阳城集团内恢复,则该组件在阳光下在存在所施加的偏压情况
下将是稳定的。

在一些实施例中,通过增加正面抗反射涂层/钝化层栈中的垂直电
导率来防止有害的太阳能电池极化或使之最小。在这些实施例中,电
荷从太阳能电池的正面泄放到晶片的本体。现在参照图4A和4B描述
这些实施例。

图4A示意地表示出按照本发明的实施例的太阳能电池200A的截
面。太阳能电池200A是在图2中所示的太阳能电池200的特定实施例。
除了使用很薄的氧化物(即二氧化硅)层202A作为钝化层202和使用
抗反射涂层201A作为抗反射涂层201外,太阳能电池200A与太阳能
电池200相同。在图4A的例子中,抗反射涂层201A可以包含具有约
400埃厚的碳化硅,并且晶片203包括N型硅晶片。薄氧化物层202A
优选地足够薄以将电荷泄放到晶片的本体,以便防止电荷累积以及使
得在它出现相对高的电压时发生氧化物击穿。薄氧化物层202A可以直
接在晶片203上形成。在一个实施例中,利用臭氧氧化物工艺来形成
厚度约为10埃到20埃的薄氧化物层202A,所述臭氧氧化物工艺包括
在包含悬浮在去离子水中的臭氧的槽中浸渍晶片203。

图4B示意地表示出按照本发明的实施例的太阳能电池200B的截
面。太阳能电池200B是在图2中所示的太阳能电池200的特定实施例。
除了使用图案化的介质钝化层202B作为钝化层202外,太阳能电池
200B与太阳能电池200相同。在图4B的例子中,钝化层202B包含二
氧化硅,抗反射涂层201包含氮化硅,以及晶片203包括N型硅晶片。
如在图4B中所示,钝化层202B已被图案化以具有允许氮化硅抗反射
涂层201接触硅晶片203的孔。这允许抗反射涂层201上的电荷通过
氧化物钝化层202B中图案化的孔而泄放到晶片203的本体。钝化层
202B中的每个孔可以利用传统的光刻工艺来形成并且与可用光刻设备
所允许的那样小。图案化的孔互相分离例如约0.1mm到约0.2mm。通
过防止在抗反射涂层201中的电荷累积,穿孔的钝化层202B有利地防
止太阳能电池极化。

在一些实施例中,为防止太阳能电池极化,增加在太阳能电池的
正面上和朝向其边缘的横向电导。因为钝化层具有穿过所述钝化层的
自然缺陷(自然形成的孔),所以对于导电抗反射涂层而言可能的是
通过这些缺陷将积聚的电荷泄放到晶片的本体。然而,一些太阳能电
池抗反射涂层可能不具有足以使这发生的导电性。因此,在一些实施
例中,横向形成导电层,以接触抗反射涂层来允许电荷通过该导电层
和钝化层中的自然缺陷而从抗反射涂层泄放到晶片的本体。在其他实
施例中,抗反射涂层本身是充分导电的。现在参照图5A-5D描述这些
实施例。

图5A示意地表示出按照本发明的实施例的太阳能电池200C的截
面。太阳能电池200C是在图2中所示的太阳能电池200的特定实施例。
除了在抗反射涂层201的顶部表面上形成透明的导电涂层501外,太
阳能电池200C与太阳能电池200相同。在图5A的例子中,钝化层202
包含二氧化硅,抗反射涂层201包含氮化硅,以及晶片203包括N型
硅晶片。在一个实施例中,透明的导电涂层501包括导电有机涂层,
例如PEDOT/PSS(Baytron-P)涂层。可以在抗反射涂层201的顶部直
接喷涂或丝网印刷透明的导电涂层501。透明的导电涂层501可以形成
例如约为100埃的厚度。仅仅在封装前,作为太阳能电池制造工艺中
的最后步骤可以把透明的导电涂层501施加在太阳能电池200上。

因为氮化硅抗反射涂层201不是充分导电的,所以氮化硅中的电
荷只能迁移短的距离,该距离不足以到达钝化层202中的自然缺陷
(defect)。透明的导电涂层501允许抗反射涂层201中的电荷迁移
足以到达钝化层202中的自然缺陷的距离并且泄放到晶片203的本体。

图5B示意地表示出按照本发明的实施例的太阳能电池200D的截
面。太阳能电池200D是在图2中所示的太阳能电池200的特定实施例。
除了导电抗反射涂层(ARC)201B用作抗反射涂层201外,太阳能电池
200D与太阳能电池200相同。在图5B的例子中,钝化层202包含二氧
化硅,晶片203包括N型硅晶片。导电ARC 201B通过防止电荷在其之
中积聚而有利地使太阳能电池极化最小。导电ARC 201B中的电荷可以
通过钝化层202中的自然缺陷而泄放到晶片的本体。

在一个实施例中,导电ARC 201B包括自然导电(即在不添加杂质
的情况下导电)的抗反射涂层,例如二氧化钛(TiO2)。

在其他实施例中,导电ARC 201B包含通过添加杂质而成为导电的
非导电抗反射材料。如此做的一种方式是,在抗反射材料在钝化层202
上形成期间从金属气体源添加金属杂质。例如,导电ARC 201B可以包
含用氟掺杂的氧化锡(SnO:F)、用硼掺杂的氧化锌(ZnO:B)或者
用磷或硼掺杂的碳化硅(SiC:P)或(SiC:B)。作为特定的例子,
通过在淀积期间在添加磷化氢气体(PH3)或乙硼烷气体(B2H6)情况下
碳化硅(SiC)的等离子体增强型化学气相沉积(PECVD)可以形成厚
度约为400埃的导电ARC 201B。

图5C示意地表示出按照本发明的实施例的太阳能电池200E的截
面。太阳能电池200E是在图2中所示的太阳能电池200的特定实施例。
除了在抗反射涂层201的顶部上形成透明的导电层502外,太阳能电
池200E与太阳能电池200相同。在图5C的例子中,钝化层202包含
二氧化硅,抗反射涂层201包含氮化硅,以及硅晶片203包括N型晶
片。像太阳能电池200C的导电涂层501(图5A)一样,透明的导电层
502允许抗反射涂层201中的电荷迁移足以到达钝化层202中的自然缺
陷的距离和泄放到晶片203的本体。

可以直接在抗反射涂层201上蒸发、溅射或沉积透明的导电层
502。透明的导电层502可以包含透明的导电氧化物,例如所形成的厚
度约为200埃的用氟掺杂的氧化锡(SnO:F)、用硼掺杂的氧化锌(ZnO:
B)或者用磷或硼掺杂的碳化硅(Si C:P)或(Si C:B)。

图5D示意地表示出按照本发明的实施例的太阳能电池200F的截
面。太阳能电池200F是在图2中所示的太阳能电池200的特定实施例。
除了在钝化层202和抗反射涂层201之间形成相对薄(例如约200埃)
的导电层503外,太阳能电池200F与太阳能电池200相同。在图5D的
例子中,钝化层202包含二氧化硅,抗反射涂层201包含氮化硅,以
及硅晶片203包括N型晶片。薄的导电层503允许电荷从抗反射涂层
201泄放到薄的导电层503并且通过钝化层202中的自然缺陷泄放到晶
片203的本体。在一个实施例中,导电层503包含直接在钝化层202
的顶部表面上所形成的厚度约为200埃的多晶硅。抗反射涂层201可
以在导电层503的表面上直接形成。导电层503可以在形成抗反射涂
层201的情况下通过PECVD和就地(即在一次装载中在相同的腔或聚
集装置(cluster tool)中)形成。导电层503也可以包含所形成的
厚度约为200埃的用氟掺杂的氧化锡(SnO:F)、用硼掺杂的氧化锌
(ZnO:B)或者用磷或硼掺杂的碳化硅(SiC:P)或(SiC:B)。

在图4和5的实施例中,为了防止有害的太阳能电池极化,增加
从太阳能电池正面到晶片本体的电导率。这等效于降低图3B的模型中
的旁路电阻Rsh。在其他实施例中,为了防止电荷泄漏,通过透明罩增
加从太阳能电池正面到组件的其余部分的电阻。这等效于增加图3B的
模型中的电阻Rg1。通过堵塞电荷泄漏通路可以增加从太阳能电池正面
到太阳能电池组件的其余部分的电阻,如现在参照图6所描述的。

图6示意地表示出按照本发明的实施例的太阳能电池200G的截
面。太阳能电池200G是在图2中所示的太阳能电池200的特定实施例。
除了透明的电绝缘体层691在抗反射涂层201上方形成之外,太阳能
电池200G与太阳能电池200相同。在图6的例子中,钝化层202包含
二氧化硅,抗反射涂层201包含氮化硅,以及硅晶片203包括N型晶
片。电绝缘体层691在抗反射涂层201上方形成,以通过防止电荷从
太阳能电池200G的正面向罩1 04泄漏出来(见图2)来防止太阳能电
池极化。在一个实施例中,电绝缘体层691包含通过常压化学气相沉
积(atmospheric pressure chemical vapor depositioin,APCVD)
所形成的约0.1到1.0μm厚度的二氧化硅(SiO2)。

通过偏置太阳能电池组件在太阳能电池的正面上的区,也可以防
止有害的太阳能电池极化,如现在参照图7A所讨论的。

图7A示意地表示出按照本发明的实施例的太阳能电池组件100A。
太阳能电池组件100A是在图2中所示的太阳能电池组件100的特定实
施例。在图7A中示出了若干太阳能电池200连同其互连200。互连200
把一个太阳能电池200串行连接到另一个。除了添加导电通路来停止
在电池正面的组件部分的电位以防有害的泄漏电流(即,对于n型电
池组件在30V之上、之处或之内)外,太阳能电池组件100A与太阳能
电池组件100基本上相同。在一个实施例中,通过在透明罩104(例如
玻璃)的背部表面上放置透明导电层684并且把该导电层684连接到
太阳能电池200的背部表面来形成导电通路。在图7A的例子中,通过
电连接683把导电层684连接到互连682,所述互连682连接到太阳能
电池200的背面。在图7A的例子中,优选实施例是,导电层684连接
到互连682,所述互连对于具有n型正面扩散区的电池连接到阵列中的
最高(即最正)或接近最高电位的太阳能电池200以及对于具有p型
正面扩散区的电池连接到阵列中的最低(即最负)或接近最负电位的
太阳能电池200。导电层684与太阳能电池组件100A的构架绝缘,以
防止高电压处在组件外部上的不安全状况。导电层684可以包含用氟
掺杂的氧化锡(SnO:F)、氧化铟锡(ITO)、氧化锌(ZnO)或者其
他透明氧化物或透明有机导体。在优选实施例中,该导电层具有大约
5e4欧姆/平方的板电阻。如前述,背板102在封装物103的底部表面
上形成。在可替代的实施例中,把封装物103做成导电的,以在太阳
能电池200之上形成近等电位场;在组件边缘处的封装物保持电绝缘,
以防止高电压处在组件外部上的不安全状况。

在系统等级方法中,考虑整个太阳能系统以防止电荷从太阳能电
池的正面泄露。例如,可以偏置太阳能电池组件阵列,使得电荷载流
子从太阳能电池正面的泄漏被防止。现在参照图7B和7C描述针对太
阳能电池极化问题的实例系统等级方法。

图7B示意地说明按照本发明的实施例的太阳能系统790。在图7B
的例子中,太阳能电池组件阵列630具有若干包括互连的太阳能电池
200的太阳能电池组件。太阳能电池组件阵列630的正输出端子被标注
为节点616,而其负输出端子被标注为节点617。在图7B的例子中,
太阳能电池200是串联连接的,使得所述太阳能电池的正端子朝向节
点616,而所述太阳能电池的负端子朝向节点617。可以存在与图7B
中所示的所述串联并联的其他串联连接的太阳能电池200。

在图7B的例子中,太阳能电池组件阵列630与逆变器600耦合。
逆变器把直流(DC)变换成交流(AC)。在太阳能系统790中,逆变
器600从太阳能电池组件阵列630接收直流,并且将交流输出给电网。
如在图7B中所示,DC到DC转换器601把来自太阳能电池组件阵列630
的直流转换成另一直流。DC到DC转换器601的直流输出通过DC到AC
转换器602转换成交流。DC到AC转换器602的交流输出通过隔离电路
603被提供给电网。可替代地,隔离电路603可以串联在DC到DC转换
器601和DC到AC转换器602之间。

在太阳能系统790中,太阳能电池阵列组件630的正端子接地。
与太阳能系统790类似的系统可以跟其他国家一起在北美和日本使用。
代表太阳能电池组件阵列630中的所有太阳能电池组件的构架的构架
614也接地,如标号611所示。把太阳能电池组件阵列630的正端子和
构架614接地使太阳能电池200和构架614之间的电位减少,使从太
阳能电池200的正面的泄漏最少。太阳能电池组件阵列630的正端子
可以在逆变器600之内或之外连接到地。

在图7B的例子中,每个太阳能电池200都具有n型正面扩散区。
在这种情况下,有害的太阳能电池极化发生,原因在于太阳能电池200
相对地变为正偏置的。为了防止有害的极化,太阳能电池组件阵列630
的最高或接近最高电位(在这种情况下是节点616)相应地被连接到地。
在太阳能电池具有p型正面扩散区的其他实施例中,太阳能电池相对
地变为负偏置的时,有害的极化可能发生。在该情况下,阵列中最低
或接近最低电位太阳能电池(例如太阳能电池组件阵列的负输出端子)
可以被连接到地以防止有害的太阳能电池极化。

图7C示意地说明按照本发明的实施例的太阳能系统795。在图7C
的例子中,太阳能电池组件阵列630具有若干包括多个互连的太阳能
电池200的太阳能电池组件。太阳能电池组件阵列630的正输出端子
被标注为节点616,而其负输出端子被标注为节点617。在图7C的例
子中,太阳能电池200是串联连接的,使得所述太阳能电池的正端子
朝向节点616,而所述太阳能电池的负端子朝向节点617。可以存在与
图7C中所示的所述串联并联的其他串联连接的太阳能电池200。

在图7C的例子中,太阳能电池组件阵列630与逆变器650耦合。
逆变器650从太阳能电池组件阵列630接收直流,并且将交流输出给
电网。如在图7C中所示,DC到DC转换器651把来自太阳能电池组件
阵列630的直流转换成另一直流。DC到DC转换器651的直流输出端由
隔离电路653耦合到DC到AC转换器652。DC到AC转换器652的交流
输出被提供给电网。可替代地,隔离电路653可位于DC到AC转换器
652的输出端处以将AC输出提供给电网。与太阳能系统795类似的系
统可以在IEC规范所涵盖的国家中被开发,例如大多欧洲国家、英国
及其他。

在图7C的例子中,太阳能电池阵列组件630的输出被平衡到+/-
1/2(即正/负二分之一)太阳能电池组件阵列630的总电压值。也就
是说,在节点616处的电压理想地是太阳能电池组件阵列630的总电
压的+1/2,而在节点617处的电压理想地是太阳能电池组件阵列630
的总电压的-1/2。电阻器672和673是高值电阻器(或变阻器),所
述高值电阻器平衡太阳能电池组件阵列630在接地点附近的输出。实
际上,太阳能电池组件阵列630的输出只是近似地被平衡,因为平衡
电阻器672和673具有高电阻(例如各约为10MΩ)。

在典型的安装中,太阳能电池组件阵列630可能是浮动的,因为
没有电阻器671,并且逆变器650具有在太阳能电池组件阵列630的输
出端和至电网的AC输出端之间的DC-DC隔离。然而,发明人已经发现,
这样的安装将引起太阳能电池200的有害极化。在一个实施例中,太
阳能电池组件阵列630的正端子通过电阻器671连接到地。在无损于
本发明的优点的情况下,电阻器671可以是固定的、可变的或电控的
电阻。电阻器671偏置太阳能电池组件阵列630更接近于其输出的正
侧,以防止正电荷从太阳能电池200的正面泄漏。换言之,电阻器671
使太阳能电池组件阵列630向正“失衡”,以防止太阳能电池极化。
同样地,如果太阳能电池极化是由从太阳能电池200的正面的电子(而
不是正电荷)泄漏引起的,则节点617(而不是节点616)可以通过电
阻器671连接到地,以朝向其负输出端来偏置太阳能电池组件阵列630。
电阻器671可以具有约≤平衡电阻器(即电阻器672或673)的值的
1/10th的电阻。要注意的是,逆变器650也可以如此配置,使得所述逆
变器根据泄漏电荷载流子(即电子或空穴)的极性而使太阳能电池组
件阵列630的平衡输出向正或负失衡。例如,电阻器672的值可以相
对电阻器673予以增加,以便在不使用电阻器671的情况下使太阳能
电池组件阵列630的输出失衡。

电阻器671也可以包括电子控制的电阻。例如,电阻器671的电
阻可以通过根据条件在不同电阻值中切换而由电子电路控制。例如,
这样的电子电路可以具有传感器,其中在太阳能电池组件阵列电阻减
小到地电平时,例如在下雨时,该传感器检测何时需要较低电阻。

在图7C的例子中,每个太阳能电池200都具有n型正面扩散区。
在这种情况下,有害的太阳能电池极化发生,因为太阳能电池200相
对地变为正偏置的。为了防止有害的极化,太阳能电池组件阵列630
的最高或接近最高电位(在这种情况下是节点616)通过电阻(例如电
阻器671)相应地连接到地。在太阳能电池具有p型正面扩散区的其他
实施例中,在太阳能电池相对地变为负偏置的时,有害的极化可能发
生。在该情况下,阵列中最低或接近最低电位太阳能电池(例如太阳
能电池组件阵列的负输出端子)可以通过电阻连接到地以防止有害的
太阳能电池极化。

已公开了用于防止有害的太阳能电池极化的技术。虽然已提供了
本发明的特定实施例,但应理解的是,这些实施例是用于说明目的而
不是限制性的。对于阅读本公开的本领域普通技术的人员来说,许多
附加的实施例将是显而易见的。

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