CN101185170A - 太阳能电池及太阳能电池的制造方法 - Google Patents
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Abstract
一种太阳能电池及太阳能电池的制造方法，太阳能电池包含形成有PN结的半导体基板5、形成于半导体基板5的至少一面上的梳齿状指形电极4以及在半导体基板5上连接至指形电极4的汇流条电极3，其中汇流条电极3的表面上形成有凹凸图案1。借此，可以提供一种成本低、效率高的太阳能电池与太阳能电池的制造方法，焊接在汇流条电极上的连接器将难以剥落，且汇流条电极所导致的太阳光的遮蔽小。
Description
技术领域
本发明涉及一种太阳能电池，该太阳能电池包含形成有PN结的半导体基板、形成于该半导体基板的至少一面上的梳齿状指形电极以及在该半导体基板上连接至该指形电极的汇流条电极，特别涉及一种高效率的太阳能电池，其安装的连接器难以剥落，且太阳光的遮蔽小。
背景技术
一般的太阳能电池中，在形成有PN结的半导体基板受光面上形成用以从该半导体基板上取出电力的梳齿状指形电极、及连接至该指形电极以取出电力的汇流条电极。
而在汇流条电极上，例如为了要连接各个太阳能电池，通过焊料装设有连接器。
由于太阳光入射至基板时此汇流条电极会产生影子，因此需将电极宽度狭窄化。
然而，将汇流条电极的电极宽度变窄时，汇流条电极的表面积也就变小，用以安装连接器的焊料和汇流条电极间的接触面积随之减少，附着强度便会降低，因而产生所安装的连接器容易剥落的问题。
对此，提出一种现有技术(参考日本专利特开2000-188409号公报)，在汇流条电极的端部或是在中间部位，扩大汇流条电极的表面积，使得较多的焊料附着，借此防止安装的连接器剥落。
然而，在此方法中，由于汇流条电极遮住太阳光的面积增加，因此降低了太阳能电池的效率。
发明内容
因此，有鉴于上述问题，本发明的目的在于提供一种太阳能电池及太阳能电池的制造方法，该太阳能电池中，焊接至汇流条电极上的连接器难以剥落，且汇流条电极所导致的太阳光遮蔽小，成本低且效率高。
为了达成上述目的，本发明提供一种太阳能电池，该太阳能电池包含：形成有PN结的半导体基板；在半导体基板的至少一面上形成的梳齿状的指形电极；以及在半导体基板上，连接于指形电极的汇流条电极，其中汇流条电极的表面上形成凹凸图案。
像上述这样，通过在汇流条电极表面上形成的凹凸图案来增大与安装连接器的焊料之间的接触面积，就提高了汇流条电极与连接器间的附着强度。另外，由于不需要加大汇流条电极的宽度，汇流条电极所导致的太阳光的遮蔽小，因此太阳能电池成本低且效率高。
此时，上述凹凸图案的凸部相对于凹部的高度以5～50μm为优选。
像上述这样，由于凹凸图案的凸部相对于凹部的高度为5～50μm，电极不会太高，且能以较少的电极材料来加大汇流条电极的表面积。
另外，凹凸图案的图案形状以条纹状、网目状、蜂巢状、点状其中的任一种为优选。
像上述这样，若凹凸图案的图案形状是条纹状、网目状、蜂巢状、点状其中的任一种，焊料将会进入凹凸之间，两者的接触面积增大，电极与焊料可以牢固地附着在一起。尤其是，若图案形状是网目状或蜂巢状，将可消除连接器剥离困难度的方向性差异，若为点状，则可减少电极材料的使用量。
此外，凹凸图案的凸部的间隔以50μm～1mm为优选。
像上述这样，由于凹凸图案的凸部的间隔是50μm～1mm，能够增大接触面积，且焊料可确实地流入电极表面凹凸之间，能够确实提高附着强度。
另外，上述汇流条电极的宽度为1～2mm，厚度为80μm以下为优选。
像上述这样，通过使得汇流条电极的宽度为1～2mm，厚度为80μm以下，则遮断太阳光的电极面积将相当小，也可使电极材料的使用量较少，且可得到连接用的充分大的电极表面积。
此外，上述汇流条电极优选由两层构成，且汇流条电极的两层当中，优选以至少一层来形成上述凹凸图案的图案形状。
像上述这样，通过两层来构成汇流条电极，则能够容易地通过其中至少一层来形成凹凸图案的图案形状。
另外，上述汇流条电极优选是由导电性浆料进行印刷且烧结而形成的。
像上述这样，汇流条电极是通过导电性浆料进行印刷且烧结而形成的，成本低且能够提高高效率太阳能电池的生产率。另外，由于汇流条电极是以导电性浆料制作的，因而对于焊接连接器时容易发生的连接器的剥离问题，本发明特别有效。
此外，半导体基板优选是掺杂有镓的p型单晶硅基板。
像上述这样，半导体基板是掺杂有镓的p型单晶硅基板，因此太阳能电池不会产生光劣化情形，光电转换效率非常高而具实用性。
另外，根据本发明提供一种太阳能电池的制造方法，是在半导体基板上形成PN结之后，至少在半导体基板的一面上，形成梳齿状指形电极以及连接至指形电极的汇流条电极的形态的太阳能电池的制造方法，其中通过二次印刷与烧结导电性浆料而形成两层构造的汇流条电极；并通过上述二次印刷与烧结中的至少一次印刷与烧结，在上述两层构造的汇流条电极的表面上形成凹凸图案。
像上述这样，通过二次印刷并烧结导电性浆料来形成两层构造的汇流条电极，且通过上述二次印刷与烧结中的至少一次印刷与烧结，在上述两层构造的汇流条电极的表面上形成凹凸图案，便能够低成本地且容易地制造出一种高效率太阳能电池，其焊接至汇流条电极上的连接器不会剥落。
像上述这样，本发明的太阳能电池不用加宽汇流条电极的宽度即可增大汇流条电极的表面积，所以能增大与安装连接器的焊料间的接触面积，提高附着强度，连接器将难以剥离，且由于汇流条电极的宽度狭窄，太阳光的遮蔽小，成本低而效率高。
附图说明
图1表示本发明的太阳能电池的一例的概略平面图，其中形成于汇流条电极表面上的凹凸图案的图案形状是网目状；
图2是表示本发明的太阳能电池的一例的概略剖面立体图，其中形成于汇流条电极表面上的凹凸图案的图案形状是条纹状；
图3是表示本发明的太阳能电池的一例的概略剖面立体图，其中形成于汇流条电极表面上的凹凸图案的图案形状是网目状；以及
图4是表示本发明的太阳能电池的一例的概略剖面立体图，其中形成于汇流条电极表面上的凹凸图案的图案形状是点状。
具体实施方式
汇流条电极由于会成为太阳光入射至基板时的遮蔽物，因此需将电极宽度狭窄化，但将电极宽度变细就会使得汇流条电极与连接器间的接触面积减少，附着强度降低，通过焊料安装的连接器将有助于解决剥落的问题。
因此，本发明人经过深入研究后，结果发现：若是一种太阳能电池，其包含形成有PN结的半导体基板、形成于该半导体基板的至少一面上的梳齿状指形电极、及在上述半导体基板上连接至指形电极的汇流条电极，其中将汇流条电极作成在其表面上形成有凹凸图案(pattern)，即可借此得到一种太阳能电池，其中焊接至汇流条电极上的连接器难以剥离，且汇流条电极所导致的太阳光遮蔽小、太阳能电池的成本低且效率高。
以下，参考附图详细说明本发明的实施方案，但是本发明并不限定于这些实施方案。图1至图4是显示本发明的太阳能电池的示意图，其中在汇流条电极表面上形成有凹凸图案形状。
本发明的太阳能电池至少包含形成有PN结的半导体基板5、形成于半导体基板5的至少一面上的梳齿状指形电极4、以及在半导体基板5上连接至指形电极4的汇流条电极3，其中汇流条电极3的表面上形成有凹凸图案1。
半导体基板5以掺杂镓的p型单晶硅基板为优选，借此所制造的太阳能电池不会产生光劣化，且光电转换效率非常高，具有实用性。首先，以蚀刻法除去半导体基板上的损坏层后，优选在形成防止反射的纹理构造的半导体基板5上形成PN结。
PN结的形成，以在受光面一侧将磷等n型杂质通过热扩散来进行为优选，但也可通过涂布扩散或离子注入法来进行。其中，为了防止太阳光的反射以及保护表面，优选以等离子体CVD法或PVD法在受光面上形成氮化层。
优选是在形成有PN结的半导体基板5的受光面上，以导电性浆料通过网版印刷成梳齿状并烧结来形成指形电极4。借此，能够生产出成本低、效率高的太阳能电池。
汇流条电极3被形成为可以连接至梳齿状指形电极4的基部。此外，与指形电极4相同，优选是在半导体基板5的受光面上，以导电性浆料通过网版印刷并烧结来形成汇流条电极3。若汇流条电极3是与指形电极4一体地印刷、烧结而形成的，将可抑制制造成本，因而是更为优选的。
这样的汇流条电极3，因表面上形成凹凸图案(pattern)1，所以与安装连接器用的焊料间的接触面积增大从而得到更好的固定效果，汇流条电极3与连接器间的附着强度提高因而难以剥离。
另外，因不需要加宽汇流条电极3的宽度，因此汇流条电极3所导致的太阳光的遮蔽变小，所以太阳能电池成为低成本、高效率的。
尤其是，汇流条电极3的宽度为1～2mm，厚度为80μm以下为优选，借此，遮断太阳光的电极面积将相当小，可使得电极材料的使用量较少，且通过在表面上形成凹凸图案1，可得到与连接器连接的相当大的电极表面积。另外，汇流条电极3的厚度虽然愈薄愈节约电极材料，但太薄时，汇流条电极3的电阻值将容易变高，因此其厚度例如可设成10μm以上。
凹凸图案1的凸部2相对于凹部的高度以5～50μm为优选，借此，电极不会过高，因此以较少的电极材料便能增大汇流条电极3的表面积。
像这样的凹凸图案1的图案形状，若是图2所示的条纹状、或是如图1、图3所示的网目状、蜂巢状、图4的点状中的任一种，则焊料将流入凹凸之间，增大两者的接触面积，因此电极与焊料能够牢固地附着在一起。
凹凸中的凸部2的间隔以50μm～1mm为优选。借此可增大接触面积，焊料确实地流入电极表面凹凸之间，因而使得附着强度确实提高，并能发挥固定效果。
另外，图1至图4示出通过凸部2来形成凹凸图案1的图案形状的情况，但只要可使焊料确实地流入电极表面凹凸之间，并不限定于凸部2，也可通过凹部来形成条纹状、网目状、蜂巢状、点状等。
尤其是，如图1、图3所示的网目状、或蜂巢状等形状，可消除连接器的剥离难度的方向性差异，如以点状形状形成凸部2时，即可减少电极材料的使用量。另外，点状的凸部或凹部的形状可以呈圆形、椭圆形、多角形、星状等。
汇流条电极3优选由两层构成。借此，在两层汇流条电极3之中利用至少一层，便能够容易地形成凹凸图案1的图案形状。
尤其优选的是，通过二次印刷导电性浆料并烧结而形成双层构造的汇流条电极3，且在上述二次印刷与烧结之中，通过至少一次的印刷与烧结，在两层构造的汇流条电极3表面上形成凹凸图案1。借此，即可低成本且容易地制造出一种高效率的太阳能电池，其要被焊接至汇流条电极3上的连接器不会剥落。
为了在电极表面上形成凹凸图案，在分成二次来进行汇流条电极3的印刷时，可举例如以下三种印刷形状的组合：
(1)第一层：平坦状；第二层：条纹状、网目状、蜂巢状、点状。
(2)第一层：条纹状、网目状、蜂巢状、点状；第二层：平坦状。
(3)第一层：条纹状、网目状、蜂巢状、点状；第二层：条纹状、蜂巢状、网目状、点状。
如(1)所示，以平坦状印刷第一层时，在其上印刷图2所示的条纹状的第二层，或是优选印刷图1、图3、图4所示的网目状、点状的第二层。如此，以第二层的印刷形状形成凸部2，能够确实地在汇流条电极3上形成凹凸图案1。
另外，如(2)所示，也可用条纹状、网目状、蜂巢状、点状的形状等印刷第一层，在第一层上印刷平坦状的第二层，从而形成凹凸图案，此时，也能防止第二层从第一层剥离。
此外，如(3)所示，分别将第一层与第二层作成非平坦形状，分别叠合的结果，也可在汇流条电极3的表面上形成凹凸图案。
若将连接器焊接在上述的本发明的太阳能电池的汇流条电极3上来使用，则连接器难以剥离，且汇流条电极3所导致的太阳光遮蔽也相当小，可低成本、高效率地取得电力。另外，所焊接的连接器可为从单一太阳能电池直接取出电力的连接器，也可为连接多个太阳能电池以取出电力的交互连接器。
以下，以实施例与比较例具体地说明本发明。但本发明并不限定于此。实施例、比较例
对于以III族元素的镓作为不纯物元素(杂质)的p型单晶太阳能电池用硅基板(边长100mm的四方形、面方位{100}、基板厚度300μm、电阻系数0.5Ω·cm)，以氢氧化钾水溶液进行蚀刻，除去损坏层。再通过混合IPA的氢氧化钾水溶液，形成反射防止构造的纹理构造。
再在受光面侧，通过利用POCl3液体源的热扩散，在受光面上制作n区域，在n区域中将以V族元素的磷作为杂质。在此，以等离子体CVD法在受光面上形成厚度70nm的氮化层，以兼作为防止太阳光反射与保护表面之用。此外，在背面(受光面的相反侧的表面)上整面印刷含有铝粒子的导电性浆料。
接着在受光面上，以含有银粒子的导电性浆料印刷指形电极与汇流条电极的形状，以700℃烧结3分钟从而完成太阳能电池。
在此，进行两次重叠的印刷来形成汇流条电极。第一层(指形电极亦相同)是平坦形状，第二层是图1、图3所示的网目状(实施例)。汇流条电极的宽度为1.5mm，第一层的电极厚度为20μm，第二层的电极厚度为30μm(此即为凹凸差)。另外，第二层的网目状的线宽为100μm，线的间隔为200μm。
进而为了比较，制备第二层与第一层相同是以平坦形状制成的太阳能电池(比较例)。
最后，使用太阳能模拟器(光强度：1kW/m2，光谱：AM1.5球型(global))，来测量所制成之太阳能电池的输出特性。
另外，将交互连接器焊接在汇流条上，在以2牛顿(N)的力量将交互连接器沿着基板表面的法线方向拉引时，测量其剥落机率。
所得到的输出特性及剥落机率示于表1中。
表1
| 实施例(第二层：网目状) | 比较例(第二层：平坦) | |
| 短路电流(mA/cm2) | 35.3 | 34.9 |
| 开路电压(mV) | 621.2 | 620.7 |
| 串接电阻(Ω·cm2) | 0.54 | 0.51 |
| 填充因数(Fill factor)(％) | 78.1 | 78.6 |
| 转换效率(％) | 17.1 | 17.0 |
| 汇流条电极表面的凸部相对于凹部的高度(μm) | 30 | 0 |
| 交互连接器剥落发生机率(％) | 0 | 27 |
与比较例相比，实施例中的交互连接器的剥落发生机率大幅地改善，因此可确认将连接器焊接在本发明的太阳能电池的汇流条电极上，连接器不易剥落。
另外，由输出特性的测量结果也可确知，在不需要加宽汇流条电极的电极宽度之下，本发明所公开的太阳能电池对于太阳光的遮蔽不会变大，因而对于效率的影响也小。
另外，本发明并不限于上述实施方案，上述实施方案仅为例示，凡是具有和本发明所附权利要求范围所记载的技术思想实质上相同的构成可达到同样的作用效果的，均包含在本发明的技术思想中。
例如，在上述说明中作为示例，是用导电性浆料并通过印刷方式来形成指形电极与汇流条电极的，但本发明不限于此，在以真空蒸镀法形成电极等情况下，焊接在汇流条电极上的连接器易产生剥落的情形亦相同，通过应用本发明，同样利用固定效果而可减低剥落的发生机率。
另外，上述说明仅对于受光面侧上形成汇流条电极的情形作了说明，但也可在两面上形成，也就是说本发明不仅适用于受光面，也可适用于背面的汇流条电极，从而达成效果。
Claims (10)
1.一种太阳能电池，包含：形成有PN结的半导体基板、形成于该半导体基板的至少一面上的梳齿状指形电极、以及在所述半导体基板上连接至所述指形电极的汇流条电极，其中所述汇流条电极的表面上形成有凹凸图案。
2.如权利要求1所述的太阳能电池，其中所述凹凸图案的凸部相对于凹部的高度为5～50μm。
3.如权利要求1所述的太阳能电池，其中所述凹凸图案的图案形状是条纹状、网目状、蜂巢状、点状中的任一种。
4.如权利要求1～3中任一项所述的太阳能电池，其中所述凹凸图案的凸部的间隔为50μm～1mm。
5.如权利要求1～4中任一项所述的太阳能电池，其中所述汇流条电极的宽度为1～2mm，厚度在80μm以下。
6.如权利要求1～5中任一项所述的太阳能电池，其中所述汇流条电极是由两层构成的。
7.如权利要求6所述的太阳能电池，其中所述汇流条电极的两层之中，至少以一层来形成所述凹凸图案的图案形状。
8.如权利要求1～7中任一项所述的太阳能电池，其中所述汇流条电极是由导电性浆料经印刷并烧结而形成的。
9.如权利要求1～8中任一项所述的太阳能电池，其中所述半导体基板是掺杂镓而形成的p型单晶硅基板。
10.一种太阳能电池的制造方法，是在半导体基板上形成PN结之后，至少在该半导体基板的一面上，形成梳齿状指形电极以及连接至该指形电极的汇流条电极的形态的太阳能电池的制造方法，其中通过二次印刷与烧结导电性浆料而形成两层构造的汇流条电极；
并通过所述二次印刷与烧结中的至少一次印刷与烧结，在所述两层构造的汇流条电极的表面上，形成凹凸图案。
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