CN103077977A - 太阳电池芯片及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种高倍聚光太阳电池芯片，包含：太阳电池外延叠层；网格状金属纳米电极，覆盖于所述太阳电池外延叠层表面；栅状电极，形成于所述网格状金属纳米电极上；透明导电层，形成于所述网格状金属纳米电极之上，与所述的太阳电池外延叠层形成欧姆接触。本发明采用透明导电层大面积的与电池外延片表面形成欧姆接触，大大降低了电极与电池外延片的接触电阻；采用网格状金属纳米电极嵌入透明导电层，大大提高了透明导电层的导电能力，解决了高倍聚光条件下，透明导电层导电能力不足的问题；由于提高了透明导电层的电导率，所述的栅状电极可设计更宽的距离，提高了太阳光利用率。
Description
技术领域
本发明涉及一种高倍聚光太阳电池芯片及其制作方法，属半导体光电子器件与技术领域。
背景技术
太阳能电池发电是未来新能源领域的重要组成部分，然而目前太阳能电池发电成本还较高，要降低成本，最直接有效地方法就是提高太阳能电池的光电转换效率。影响太阳能电池光电转换效率的因素很多，其中电池内部串联电阻的功率损耗是最重要的因素之一。
在太阳电池内部串联电阻的组成部分中，受光面电极与电池半导体层的接触电阻是重要的组成部分。传统的太阳电池通常采用栅状电极结构，电极栅线与半导体层形成欧姆接触，而为了最大限度地利用太阳光，一般栅状电极总面积只占电池芯片总面积的很少一部分（小于10%），这就大大限制了电极与半导体层的接触面积，进而提高了电极与半导体层之间的接触电阻。
发明内容
本发明公开了一种高倍聚光太阳电池芯片，包含：
太阳电池外延叠层；
网格状金属纳米电极，覆盖于所述太阳电池外延叠层表面；
栅状电极，形成于所述网格状金属纳米电极上；
透明导电层，形成于所述网格状金属纳米电极之上，与所述的太阳电池外延叠层形成欧姆接触。
在本发明的一些优选实施例中，所述栅状电极可以采用蒸镀、金属剥离等一系列常规工艺手段形成于网格状金属纳米电极之上，网格内空白区域的金属栅状电极直接与所述的高倍聚光太阳电池外延片表面接触。
所述透明导电层可以采用蒸镀方法直接覆盖于已制备好所述网格状金属纳米电极及金属栅状电极的高倍聚光太阳电池外延叠层之上。
优选地，所述网格状金属纳米电极宽度在20至500纳米之间，电极间距在1至10微米之间。
所述透明导电层与所述高倍聚光太阳电池外延片接触区域形成欧姆接触。
优选地，所述的透明导电层厚度在100至500纳米之间。
本发明还公开了一种高倍聚光太阳电池芯片的制作方法，包括步骤：
1）提供太阳电池外延叠层；
2）在所述太阳电池外延叠层表面形成网格状金属纳米电极；
3）在所述网格状金属纳米电极上形成栅状电极；
4）在所述网格状金属纳米电极之上形成透明导电层，其与所述的太阳电池外延叠层形成欧姆接触。
在一些实施例中，所述透明导电层采用蒸镀方法直接覆盖于已制备好所述网格状金属纳米电极及金属栅状电极的高倍聚光太阳电池外延叠层之上。
本发明采用透明导电层大面积地与电池外延片表面形成欧姆接触，大大降低了电极与电池外延片的接触电阻；采用网格状金属纳米电极嵌入透明导电层，提高了透明导电层的导电能力，解决了高倍聚光条件下，透明导电层导电能力不足的问题。
进一步地，在网格状金属纳米电极之上形成栅状电极，缩短了光生电流在透明导电层内的流通距离，进一步降低电池串联电阻。由于提高了透明导电层的电导率，所述栅状电极可设计更宽的距离，提高了太阳光利用率。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。此外，附图数据是描述概要，不是按比例绘制。
图1～图9为根据本发明实施的一种高倍聚光太阳电池芯片结构及主要制备工艺流程示意图，其中图1、图3、图5、图7为一种高倍聚光太阳电池芯片正面俯视图，图2、图4（b）、图6、图8、图9为图4（a）所标注的截面A示意图。
图中各标号表示：
001：高倍聚光太阳电池外延片；
002：网格状金属纳米电极；
003：金属栅状电极；
004：透明导电层；
005：背电极。
具体实施方式
下面各实施例公开了一种高倍聚光太阳电池芯片及其制作方法，其采用透明导电材料与电池半导体层大面积地形成欧姆接触，具体为先在电池半导体层表面形成一网格状金属纳米电极，然后再覆盖透明导电层，如此将金属纳米电极嵌入透明导电层，大大提高了导电层的导电能力。
下面结合对本发明的实施作进一步描述，但不应以此限制本发明的保护范围。
如图1与图2所示，提供一高倍聚光太阳电池外延片001，以GaInP/GaAs/Ge三结太阳能电池为例，可在p型Ge衬底上外延形成GaInP/GaAs/Ge三结电池外延层，之后继续外延形成n型GaAs欧姆接触层，其掺杂浓度为5×1018/cm3，最终获得常规的p型Ge衬底上GaInP/GaAs/Ge三结高倍聚光太阳电池外延片001。
如图3与图4所示，采用纳米压印技术在高倍聚光太阳电池外延片001之上形成网格状金属纳米电极002，其制备步骤包括：
1) 在高倍聚光太阳电池外延片001表面旋涂负性光刻胶；
2) 选择一正六边形氧化铝阳极氧化多孔膜压印在负性光刻胶之上；
3) 紫外光曝光；
4) 剥离氧化铝阳极氧化多孔膜；
5) 显影液显影将氧化铝阳极氧化多孔膜图形复制到负性光刻胶；
6) 蒸镀金属电极，优选地，选择银作为蒸镀金属源；
7) 剥离金属电极，形成网格状金属纳米电极002。
如图5与图6所示，在制备好网格状金属纳米电极002的高倍聚光太阳电池外延片001之上形成金属栅状电极003，其制备步骤包括：
1) 采用光刻工艺在制备好网格状金属纳米电极002的高倍聚光太阳电池外延片001之上形成光刻胶掩膜；
2) 蒸镀金属，优选地，选择银作为蒸镀金属源；
3) 剥离金属电极，形成金属栅状电极003。
如图7与图8所示，采用蒸镀方法在制备好网格状金属纳米电极002及金属栅状电极003的高倍聚光太阳电池外延片001之上形成透明导电层004，优选地，选择ITO或氧化锌材料作为蒸镀源。
如图9所示，在高倍聚光太阳电池外延片001背面蒸镀背电极005。
图9显示了采用前述方法获得的高倍聚光太阳电池芯片的侧面剖视图。请参考图9，太阳电池芯片的正面电极结构包括：网格状金属纳米电极002、金属栅状电极003和透明导电层004。其中网格状金属纳米电极002的图案如图3所示呈正六边形分布，应当注意的是，其并不仅限于此图案，也可正方形等其他图案，电极宽度优选值为20~500纳米，电极间距优选值为1~10微米，在本实施例中极宽度取200纳米，电极间距取2微米。金属栅状电极分布在芯片的边缘，直接覆盖在网格状金属纳米电极002上，其可如图6所示分布在两侧，也可在芯片的边缘形成一个环状。如图8所示，透明导电层004直接覆盖于已制备好所述网格状金属纳米电极及金属栅状电极的高倍聚光太阳电池外延叠层之上，与太阳电池外延叠层形成欧姆接触，考虑到透光率的因素，通常透明导电层的厚度被限制在数百纳米，优选范围值为100~500纳米，在本实施例中，取500纳米。
在本实施例中，还在网格状金属纳米电极之上形成栅状电极，缩短了光生电流在被嵌入了金属纳米电极的透明导电层内的流通距离，进一步降低电池串联电阻。
很明显地，本发明的说明不应理解为仅仅限制在上述实施例，而是包括利用本发明构思的全部实施方式。
Claims (8)
1.太阳电池芯片，包含：
太阳电池外延叠层；
网格状金属纳米电极，覆盖于所述太阳电池外延叠层表面；
栅状电极，形成于所述网格状金属纳米电极上；
透明导电层，形成于所述网格状金属纳米电极之上，与所述的太阳电池外延叠层形成欧姆接触。
2.根据权利要求1所述的太阳电池芯片，其特征在于：所述栅状电极形成于网格状金属纳米电极之上，在网格内空白区域直接与所述太阳电池外延片表面接触。
3.根据权利要求1所述的太阳电池芯片，其特征在于：所述透明导电层覆盖所述栅状电极。
4.根据权利要求1所述的太阳电池芯片，其特征在于：所述网格状金属纳米电极宽度为20~500纳米。
5.根据权利要求1所述的太阳电池芯片，其特征在于：所述网格状金属纳米电极间距为1~10微米。
6.根据权利要求1所述的太阳电池芯片，其特征在于：所述透明导电层厚度为100~500纳米。
7.一种太阳电池芯片的制作方法，包括步骤：
1）提供太阳电池外延叠层；
2）在所述太阳电池外延叠层表面形成网格状金属纳米电极；
3）在所述网格状金属纳米电极上形成栅状电极；
4）在所述网格状金属纳米电极之上形成透明导电层，其与所述的太阳电池外延叠层形成欧姆接触。
8.根据权利要求7所述的太阳电池芯片的制作方法，其特征在于：所述透明导电层采用蒸镀方法直接覆盖于已制备好所述网格状金属纳米电极及金属栅状电极的高倍聚光太阳电池外延叠层之上。
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