CN104011874A - 太阳能电池及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种太阳能电池及其制备方法。本发明的太阳能电池包括：第一导体型基板；第二导体型发射极层，其位于所述基板上并且具有第一开口；减反射膜，其位于所述发射极层上，并且具有与所述第一开口相通的第二开口；第一电极，其填充所述第一开口，并且包含磷和硅化镍；第二电极，其形成在所述第一电极上，填充所述第二开口并且包含磷和镍；正面电极，其形成在所述第二电极上；和反面电极，其位于所述基板的背面上。

Description

太阳能电池及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种太阳能电池及其制备方法。更具体而言，本发明涉及一种显示低的接触电阻和高效率的太阳能电池，及其制备方法。
本申请要求于2011年12月9日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请第10-2011-0132202号的优先权和权益，其公开的内容以引用的方式全部并入到本文中。
背景技术
近来，预期常规的能源(如石油或煤炭)将会枯竭，寻找替代能源的兴趣日益增加。作为替代能源之一，太阳能电池(下一代电池)使用将太阳能直接转化为电能的半导体装置，而因此其为关注的焦点。太阳能电池主要分为硅太阳能电池、化合物半导体太阳能电池和叠层太阳能电池，其中，硅太阳能电池为主流。
另一方面，为了实现硅太阳能电池的高效率，已经开发了许多装置，如浅结发射极、选择性发射极等。浅结发射极指的是具有60至120Ω/平方的高表面电阻的发射极层，其具有低复合率和使用具有短波长的太阳光的优点。
在晶体硅太阳能电池中，在基板上形成的发射极层使使用基板作为基底形成pn结。高Rs电池具有60至120Ω/平方的表面电阻，其高于早期的晶体硅太阳能电池的发射层的表面电阻(40至50Ω/平方)，而因此其显示优异的光电转化效率。换言之，所述高效的太阳能电池在所述太阳能电池基板前面上形成的发射极层的表面中提供窄的死层(dead layer)(其中由形成的电子形成的电流被浓度过量的半导体杂质所中断的区域)，这提高了太阳能电池的效率。
这种高效率太阳能电池的发射极层具有100nm至500nm的厚度，以及在所述发射极层中的半导体杂质可以具有1×1016至1×1021原子/cm3的浓度。在之前的太阳能制备工艺中，通过形成具有这样的超薄厚度的发射极和通过控制在发射极层中的所述半导体杂质具有低的掺杂浓度来制备所述发射极层。
然而，在常规太阳能电池中的发射极层的厚度为600nm以上，然而，在高效率太阳能电池中的发射极层的厚度是超薄的，如100nm至500nm。因此，当在高效率太阳能电池中形成电极时，其通过薄发射极层与基底基板接触，因而具有容易短路的问题。也就是，为了商业利用包括薄发射极层的高效率太阳能电池，需要额外的步骤使得所述电极容易地与薄发射极层接触，并且防止由所述电极与基底硅基板接触导致的短路。
Ag膏被用于形成所述薄发射极的正面电极，其包含银粉、有机粘合剂、玻璃粉等。然而，由于所述Ag膏的玻璃粉，欧姆接触性能差，并且在苛刻情况下甚至可能发生短路现象。特别地，形成正面电极的接触需要进行短期的大约800℃的高温工艺。如果没有正确地调整所述高温工艺，将导致高的串联电阻和/或低的并联电阻。
作为保持薄发射极的优点和克服其缺点的途径之一，公开了加入具有低接触电阻的镍层，并且烧制形成硅化镍的方法(韩国专利申请第2010-7022607号)。在韩国专利申请2010-7022607中，所述方法进一步使具有n型掺杂部分的无电镀选择性镍层退火以形成硅化镍层，以及在所述硅化镍层上电镀多个接触点，从而形成用于光伏器件的低电阻接触路径。上述文献1的方法具有这样的缺点：由于用于形成所述镍层的无电镀工艺和单独的选择性电镀工艺导致该方法复杂，且成本昂贵。此外，所述方法应该包括额外的步骤以使具有p型掺杂的体硅(bulk silicon)的太阳能装置的铝背面退火以建立更密集的p型掺杂区域(称作BSF(背面场(Back Surface Field))，所述背面场向p-n结驱赶电子。
提供了通过使用硅基板掺杂膏经由在顶部选择性地形成更密集的杂质掺杂区域形成选择性发射极来增加在p-n结区域的电势差和提高短波响应来增加光伏功率的效率的方法(韩国专利申请第2010-0068987号)。在第2010-0068987号的情况下，所述方法包括如下步骤：加入第二导体型杂质并扩散至硅基板中以在所述硅基板的上部上形成第二导体型半导体层；利用掺杂膏印刷所述硅基板表面，并且加热它以在所述第二导体型半导体层上形成更密集的掺杂区域；使用所述掺杂膏作为屏障蚀刻所述硅基板表面；除去印刷在所述硅基板表面上的掺杂膏，并且图形化金属材料以与所述更密集掺杂的区域接触，由此形成电极；和进行额外的扩散步骤以延伸所述更密集掺杂的区域。然而，即使这种方法，也是复杂且成本高昂的。
发明内容
技术问题
为了解决现有技术的上述问题，本发明的目的是提供具有低接触电阻的太阳能电池。
本发明的另一目的是提供用于制备太阳能电池的方法。
技术方案
为了实现上述目的，本发明提供了太阳能电池，其包括：
第一导体型基板；
第二导体型发射极层，其位于所述基板上并且具有第一开口；
减反射膜，其位于所述发射极层上，并且具有与所述第一开口相通的第二开口；
第一电极，其填充所述第一开口，并且包含磷和硅化镍；
第二电极，其形成在所述第一电极上，填充所述第二开口并且包含磷和镍；
正面电极，其形成在所述第二电极上；和
反面电极，其位于所述基板的背面上。
此外，本发明提供了用于制备太阳能电极的方法，其包括如下步骤：
在第一导体型基板的上部上形成第二导体型发射极层；
在所述发射极层的上部上形成减反射膜；
除去部分的所述减反射膜和发射极层以形成暴露部分发射极层的第一开口和与所述第一开口相通且暴露部分减反射膜的第二开口；
在所述第一开口和第二开口中丝网印刷包含磷掺杂的镍纳米颗粒的膏，并加热以分别在所述第一开口和第二开口中形成第一电极和第二电极；
在所述第二电极上丝网印刷银膏，并加热它以形成正面电极；和
在所述基板的背面上印刷铝膏，并加热它以形成反面电极。
有益效果
本发明可以提供一种太阳能电池及其制备方法，由此可以提供低接触电阻以提高光伏功率的效率。
附图说明
图1为显示根据本发明的一个实施方式的太阳能电池的结构的剖视图。
图1a至1e为简要地显示制备根据本发明的一个实施方式的太阳能电池的步骤的图。
图2为根据实验实施例1形成的硅-镍界面的剖面的图，其通过扫面电子显微镜(SEM)放大。
图3为显示通过EDX分析方法显示根据实验实施例1形成的硅-镍界面的分析结果的图。
图4为显示通过EDX分析方法显示根据实验实施例2形成的硅-镍界面的分析结果的图。
图5为显示通过EDX分析方法显示根据对比实验实施例1形成的硅-镍界面的分析结果的图。
图6为显示根据实验实施例3和对比实验实施例2形成的片的表面电阻的随烧结温度而变化的图表。
附图标记
100：基板
200：发射极层
210：第一开口
220：第一电极
300：减反射膜
310：第二开口
320：第二电极
400：正面电极
500：反面电极
具体实施方式
根据本发明的一个实施方式的太阳能电池包括：第一导体型基板；第二导体型发射极层，其位于所述基板上并且具有第一开口；减反射膜，其位于所述发射极层上，并且具有与所述第一开口相通的第二开口；第一电极，其填充所述第一开口，并且包含磷和硅化镍；第二电极，其形成在所述第一电极上，填充所述第二开口并且包含磷和镍；正面电极，其形成在所述第二电极上；和反面电极，其位于所述基板的背面上。
此外，根据本发明的一个实施方式的用于制备太阳能电池的方法，其包括如下步骤：在第一导体型基板的上部上形成第二导体型发射极层；在所述发射极层的上部上形成减反射膜；除去部分的所述减反射膜和发射极层以形成暴露部分发射极层的第一开口和与所述第一开口相通且暴露部分减反射膜的第二开口；在所述第一开口和第二开口中丝网印刷包含磷掺杂的镍纳米颗粒的膏，并加热它以分别在所述第一开口和第二开口中形成第一电极和第二电极；在所述第二电极上丝网印刷银膏，并加热它以形成正面电极；和在所述基板的背面上印刷铝膏，并加热它以形成反面电极。
在本发明中，术语“第一”、“第二”等用于解释说明各种部件，以及使用所述术语的目的仅是为了将一个部件与其它部件区分开来。
此外，当各层或部件被描述为在本发明中的各层或部件的“上部”或“上面”上形成时，其表示所述各层或部件在各层或部件上直接形成，或其它层或部件可以额外形成在各层之间，或在目标物或基板上。
可以以多种方式改变本发明或本发明可以具有多种形式。因此，下面将详细示例和解释具体的实施例。然而，并不打算使具体公开的内容以任何形式限制本发明的范围，以及应该理解所有的改变、等同替换或置换都落入到本发明的技术概念和范围内。
在下文中，通过参照附图，将更加详细地解释本发明的太阳能电池及其制备方法。
太阳能电池
本发明所述的太阳能电池包括：
第一导体型基板；
第二导体型发射极层，其位于所述基板上并且具有第一开口；
减反射膜，其位于所述发射极层上，并且具有与所述第一开口相通的第二开口；
第一电极，其填充所述第一开口，并且包含磷和硅化镍；
第二电极，其形成在所述第一电极上，填充所述第二开口并且包含磷和镍；
正面电极，其形成在所述第二电极上；和
反面电极，其位于所述基板的背面上。
图1为显示根据本发明的一个实施方式的太阳能电池的结构的剖视图。
参照图1，根据本发明的太阳能电池包括第一导体型基板(100)；第二导体型发射极层(200)，其位于所述基板(100)上并且具有第一开口(210)；减反射膜(300)，其位于所述发射极层(200)上，并且具有与所述第一开口(210)相通的第二开口(310)；第一电极(220)，其填充所述第一开口(210)，并且包含磷和硅化镍；第二电极(320)，其形成在所述第一电极(220)上，填充所述第二开口(310)并且包含磷和镍；正面电极(400)，其形成在所述第二电极(320)上；和反面电极(500)，其位于所述基板(100)的背面上。
根据本发明的一个实施方式，所述基板(100)为第一导体型硅半导体基板，以及例如可以被作为P型杂质的三价元素杂质(如，硼(B)、镓(Ga)、铟(In)等)掺杂。所述硅可以为晶体硅，如单晶硅或多晶硅，或无定形硅。
所述发射极层(200)为第二导体型，其与基板(100)相反，以及可以被作为N型杂质的第V族元素(如磷(P)、砷(As)、锑(Sb)等)掺杂。
根据本发明的另一实施方式，所述基板(100)可以为N型导体型，以及所述发射极层(200)可以为P型导体型。
如果如上所述在基板(100)和发射极层(200)中掺杂相反的导体型杂质，就在所述基板(100)和发射极层(200)之间的界面中形成P-N结。
根据本发明的一个实施方式，所述发射极层(200)可以具有其中光伏转化效率高的高表面电阻。例如，本发明的太阳能电池可以包括表面电阻高达约60至约120Ω/平方的发射极层(200)。
根据本发明的一个实施方式，所述发射极层(200)可以具有约100至约500nm的厚度。
参照图1，所述发射极层(200)具有第一开口(210)，其暴露了至少部分的所述发射极层(200)，例如，所述发射极层(200)的约5至约10nm的厚度。
所述减反射膜(300)起到钝化存在于所述发射极层(200)的表面或本体中的缺陷且降低在所述基板(100)前表面上的入射太阳光的反射率的作用。如果所述发射极层(200)的缺陷被钝化，则去除了憎水载流子(hydrophobic carrier)的复合位点以提高所述太阳能电池的开路电压(Voc)。以及，随着太阳能反射率下降，到达P-N结的光的量增加，进而所述太阳能电池的短路电流(Isc)增加。因此，所述太阳能电池的转化效率的增加与由减反射膜(300)导致的太阳能电池的开路电压和短路电流的增加一样多。
例如，所述减反射膜(300)可以具有选自氮化硅膜、包含氢的氮化硅膜、二氧化硅膜、氮氧化硅膜、MgF2膜、ZnS膜、TiO2膜和CeO2膜中的任一种的单层结构或者其中结合了两层或更多层的多层结构，但是不限于此。此外，所述减反射膜(300)的厚度可以为约30至约100nm，但是不限于此。
所述减反射膜(300)位于所述发射极层(200)的上部上，并且具有与所述第一开口(210)相通的第二开口(310)。因此，所述第二开口(310)成为具有穿过所述减反射膜(300)的形状。
所述第一和第二开口(210，310)可以具有约20至约150μm的宽度，以及它们可以具有任何形状。例如，所述第一和第二开口(210，310)可以具有圆形、椭圆形、正方形或三角形。
分别填充所述第一开口(210)和第二开口(310)来形成所述第一电极(220)和第二电极(320)。
所述第一电极(220)填充所述第一开口(210)，同时与被所述第一开口(210)暴露的发射极层(200)接触，以及包含磷和硅化镍(Ni silicide)。
在所述第一电极(220)中的磷的含量高于在所述发射极层(200)中作为杂质掺杂的磷的浓度，以及可以为约1至约20wt％，优选约5至约15wt％。
通过使用磷掺杂的镍纳米颗粒可以形成所述第一电极(220)以包含磷和硅化镍。
在上述磷掺杂的镍纳米颗粒中包含的镍可以与在所述发射极层(200)中的硅反应以在所述发射基层(200)的界面上形成硅化镍，由此所述第一电极(220)包含硅化镍。因此，可以提供低的接触电阻以提高光伏功率的效率。
第二电极(320)形成在所述第一电极(220)上，填充所述第二开口(310)并且包含磷和镍。在所述第二电极(320)的形成过程中使用的磷掺杂的镍纳米颗粒可以与在所述第一电极(220)的形成过程中使用的镍颗粒相同。然而，由于所述第二电极(320)不与所述发射极层(200)接触，形成了硅化镍。
所述正面电极(400)形成在所述第二电极(320)上，并且具有从所述减反射膜(300)中突出的形状。
根据本发明的一个实施方式，所述正面电极(400)包含银(Ag)，以及特别地，可以不包含玻璃粉。由于正面电极(400)不包含玻璃粉，可以降低由作为非导体材料的玻璃粉导致的短路和接触电阻增加的风险(即，导电率下降的风险)以提高可靠性。
根据本发明的一个实施方式，所述正面电极(400)可以具有约40至约200μm的宽度和约5至约30μm的高度。
所述反面电极(500)形成在所述基板(100)的背面上，并且可以包含铝。在所述反面电极(500)中包含的铝可以扩散通过所述基板的背面以在所述反面电极(500)和基板(100)之间的界面中形成背面场层(back surface field layer)。如果形成背面场层，可以防止载流子移动至所述基板(100)的背面并随后复合。如果防止了载流子复合，则可以增加开路电压以改善所述太阳能电池的效率。
通过提供低接触电阻可以改善根据本发明的太阳能电池的效率，这是通过使用高浓度的磷掺杂镍纳米颗粒形成太阳能电池的特征实现的，所述太阳能电池包括第一电极，该第一电极与发射极层接触以选择性地形成高浓度的杂质掺杂的区域，以及同时，所述太阳能电池在所述发射极层和所述第一电极之间的界面中包括硅化镍。
用于制备太阳能电池的方法
本发明的用于制备太阳能电池的方法包括如下步骤：
在第一导体型基板的上部上形成第二导体型发射极层；
在所述发射极层的上部上形成减反射膜；
除去部分的所述减反射膜和发射极层以形成暴露部分发射极层的第一开口和与所述第一开口相通且暴露部分减反射膜的第二开口；
在所述第一开口和第二开口中丝网印刷包含磷掺杂的镍纳米颗粒的膏，并加热它以分别在所述第一开口和第二开口中形成第一电极和第二电极；
在所述第二电极上丝网印刷银膏，并加热它以形成正面电极；和
在所述基板的背面上印刷铝膏，并加热它以形成反面电极。
图1a至1e简要地概述了根据本发明的一个实施方式的制备太阳能电池的步骤。
参照图1a，首先，制备第一导体型基板(100)。
在所述基板(100)中，可以掺杂B、Ga、In等第III族元素作为P型杂质。
在所述基板(100)的上部上形成发射极层(200)。在所述发射极层(200)中，可以掺杂P、As、Sb等第V族元素作为N型杂质。所述发射极层(200)可以以100至约500nm的厚度形成。
根据本发明的一个实施方式，可以气相或液相形式提供含P的物质(如POCl3)，并通过热扩散法以恒定的厚度掺杂在所述基板(100)的表面上以形成具有60至120Ω/平方的表面电阻的发射极层(200)。
接着，在所述发射极层(200)的上部上形成减反射膜(300)。
通过真空沉积、化学气相沉积、旋涂法、丝网印刷法或喷涂法可以形成减反射膜(300)，但是所述方法不限于此。此外，例如，所述减反射膜(300)可以具有选自氮化硅膜、包含氢的氮化硅膜、二氧化硅膜、氮氧化硅膜、MgF2膜、ZnS膜、TiO2膜和CeO2膜中的任一种的单层结构或者其中结合了两层或更多层的多层结构，但是不限于此。
可以形成所述减反射膜(300)以具有约30至约100nm的厚度。
参照图1b，形成了第一开口(210)，该第一开口(210)穿过所述减反射膜(300)并除去所述减反射膜(300)，同时，除去部分的发射极层(200)并暴露了部分的发射极层(200)；和第二开口(310)，该第二开口(310)与所述第一开口(210)相通，并暴露所述减反射膜(300)。
使用选自光刻法、光学划线法(optical scribing method)、机械划线法(mechanical scribing method)、使用等离子体的浸蚀法、湿型蚀刻法、干型蚀刻法、剥离法和线掩膜法中的任何已知的方法通过图案化可以形成所述第一和第二开口(210，310)。根据本发明的一个实施方式，使用激光烧蚀法通过除去恒定尺寸可以形成所述第一和第二开口(210，310)，但是所述方法不限于此。
所述第二开口(310)完全穿过所述减反射膜(300)。然而，所述第一开口(210)没有穿过所述发射极层(200)，以及可以形成为与从所述发射极层(200)中除去的厚度相同的深度。例如，通过以约5至约10nm的深度除去发射极层(200)可以形成第一开口(210)。
所述第一和第二开口(210，310)可以具有约20至约150μm的宽度，以及它们可以具有任何形状。例如，所述第一和第二开口(210，310)可以形成为圆形、椭圆形、正方形或三角形的形状。
接着，参照图1c，将包含磷掺杂的镍纳米颗粒的膏丝网印刷在第一和第二开口(210，310)上，然后加热。
基于100重量份的膏，包含磷掺杂的镍纳米颗粒的膏可以包含60至95重量份的磷掺杂的纳米颗粒，1至20重量份的粘合剂和1至20重量份的溶剂。
用于形成所述第一和第二电极(220，320)的上述磷掺杂的镍纳米颗粒具有约5至约200nm，优选约10至约100nm的平均粒径，以及可以包含约1至约20wt％的量的磷。
所述磷掺杂的镍纳米颗粒可以在液相还原法中通过半连续方法制备，但是所述方法并不限于此。
例如，对于作为用于生长镍的催化剂的过渡金属核颗粒，使包含镍前体和溶剂的镍溶液与包含磷的还原剂混合以还原镍，并且同时使磷掺杂，由此可以得到具有纳米尺寸粒径的镍纳米颗粒，其中，磷以1至20wt％的量掺杂。
基于100重量份的膏，可以以60至95重量份的量包含所述磷掺杂的镍纳米颗粒。当以少于60重量份的量包含所述镍纳米颗粒时，不能实现足够的导电性，以及当以超过95重量份的量包含所述镍纳米颗粒时，粘度变得太高而不能容易地进行丝网印刷。
所述粘合剂在烧结电极图形之前起到各成分的粘结材料的作用，以及其优选通过悬浮聚合制备以得到均一性。所述粘合剂可以包含含羧基的树脂，特别是，本身具有烯属不饱和双键的含羧基的光敏树脂和不具有烯属不饱和双键的含羧基的树脂。
根据本发明的一个实施方式，可以使用通过共聚不饱和羧酸和具有不饱和双键的化合物得到的含羧基的树脂、通过将烯属不饱和基团作为侧链加入不饱和羧酸和具有不饱和双键的化合物的共聚物中得到的含羧基的光敏树脂，或者通过使具有不饱和双键的酸酐和具有不饱和双键的化合物的共聚物与具有羟基和不饱和双键的化合物反应得到的含羧基的光敏树脂，但是所述粘合剂不限于此。
优选以1至20重量份的量包含所述粘合剂。当所述树脂的含量低于1重量份时，在由此形成的电极图形中的粘合剂分布变得不均一，使得难于通过选择性曝光和显影进行图形化，以及当所述含量超过20重量份时，在烧结电极时会容易地发生图形断裂，且烧结之后的炭灰会增加所述电极电阻。
可以使用可以溶解所述粘合剂且与其它添加剂混合良好的任何溶剂。所述溶剂的非限制性的实例包括α-萜品醇、二甘醇一丁醚乙酸酯、2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇单异丁酸酯(texanol)、丁基甲醇、二丙二醇单甲醚等。
优选以1至20重量份的量包含所述溶剂。当以低于1重量份的含量包含所述溶剂时，不容易均匀地涂布所述膏。相反地，当以超过20重量份的含量包含所述溶剂时，不能实现所述电极图形的足够的导电性，以及对所述基板的粘结性劣化。
可以进一步包含添加剂，如分散剂、增稠剂、触变剂、流平剂等，以及基于100重量份的所述膏，它们的量可以为1至20重量份。
根据本发明的一个实施方式，可以如下进行丝网印刷包含磷掺杂的镍纳米颗粒的膏然后加热它的步骤：使用丝网印刷机进行印刷，然后在氮气氛围下在约400至约900℃的带式烧结(belt firing)中烧结约10秒至约20分钟。当热处理的温度低于400℃时，难以形成具有比所述发射极层(200)高的杂质浓度的杂质掺杂的区域，而当温度太高时，可能不能形成硅化镍。
如上所述，通过印刷所述包含磷掺杂的镍纳米颗粒的膏并加热它在所述第一开口(210)中形成第一电极(220)。同样，在第二开口(310)中形成所述第二电极(320)。
通过丝网印刷包含磷掺杂的镍纳米颗粒的膏并烧结它的工艺，在所述第一电极(220)中的磷掺杂的镍纳米颗粒可以与在与第一电极接触的所述发射极层(200)中的硅反应在以在与所述发射极层(200)的界面上形成硅化镍。因此，第一电极(220)包含磷和硅化镍。此外，由于在磷掺杂的镍纳米颗粒中包含的磷，第一电极(220)形成比发射极层(200)更高浓度的杂质掺杂区域，由此提供了低接触电阻。
通过烧结，第二电极(320)包含磷和镍。由于所述第二电极(320)不与所述发射极层(200)接触，没有形成了硅化镍。第二电极(320)可以完全填充第二开口(310)，形成与所述减反射膜(300)相同的高度。
接着，参照图1d，将银(Ag)膏丝网印刷在第二电极(320)上，然后加热以形成正面电极(400)。
所述正面电极(400)与第二电极(320)连接，且被形成在其上部上。
基于100重量份的总的银膏，所述银膏以约60至约95重量份的量包含银粉末。当银粉末的含量低于60重量份时，所述正面电极(400)不会具有足够的导电性，然而，当所述含量超过95重量份时，粘度太高而不容易印刷，而因此超过上述范围的含量是不合意的。
根据本发明的一个实施方式，所述银膏可以不包含玻璃粉。所述玻璃粉起到在烧结后使银膏粘附或结合到所述基板上的作用，但是其也是在烧结过程中在高温下导致短路的因素。在本发明的方法中，不包含玻璃粉的银膏被用于形成正面电极(400)，由此，甚至在高温过程中，可以降低由作为非导电材料的玻璃粉导致的短路的风险和接触电阻增加的风险。因此，可以提高太阳能电池的可靠性。
根据本发明的一个实施方式，可以如下进行丝网印刷银膏并加热它的步骤：通过使用丝网印刷机进行印刷，然后在氮气氛围下在约400至约900℃的带式烧结中烧结所述膏约10秒至约20分钟。
可以形成所述正面电极(400)以具有约40至约200μm的宽度和约5至约30μm的高度。
根据本发明的一个实施方式，可以同时进行用于形成第一和第二电极(220，320)的丝网印刷包含磷掺杂的镍纳米颗粒的膏然后加热它的步骤和用于形成所述正面电极(400)的丝网印刷所述银膏然后加热它的步骤。换言之，丝网印刷所述镍膏和银膏，然后同时加热，以同时形成第一电极(220)、第二电极(320)和正面电极(400)。在这种情况下，可以通过在氮气氛围下在约400至约900℃的带式烧结中烧结约10秒至约20分钟进行所述热处理。
根据本发明的另一实施方式，可以分别进行镍膏和银膏的热处理。
参照图1e，将铝膏印刷在所述基板(100)的背面上，然后加热以形成反面电极(500)。
所述铝膏可以包含铝、石英二氧化硅、粘合剂等。在铝膏的热处理过程中，所述铝可以扩散通过所述基板(100)的背面以在所述反面电极(500)和基板(100)之间的界面中形成背面场层。如果形成了背面场层，其可以防止载流子移动至所述基板(100)的背面并随后复合。如果阻止了载流子复合，就可以增加开路电压以改善所述太阳能电池的效率。
根据本发明的一个实施方式，可以在氮气氛围下在约400至约900℃的带式烧结中烧结约10秒至约20分钟进行热处理所述铝膏的步骤。
尽管没有通过单独的附图显示，根据本发明的另一实施方式，可以和形成正面电极(400)的步骤一起同时形成反面电极(500)。换言之，丝网印刷用于形成正面电极(400)的银膏和丝网印刷用于形成反面电极(500)的铝膏，然后通过烧结工艺可以同时形成正面电极(400)和反面电极(500)。
此外，根据本发明的另一实施方式，可以在形成所述减反射膜(300)之后和在形成第一和第二开口(210，310)之前通过单独的烧结步骤形成反面电极(500)。用于形成反面电极(500)的这些各种方法不会对本发明的太阳能电池产生任何影响。
实施例
在下文中，通过实施例将更加详细地描述本发明。然而，下面的实施例仅用于阐述本发明，而不是打算利用它们以任何方式限制本发明的范围。
<制备实施例>
制备包含磷掺杂的镍纳米颗粒的膏
制备实施例1
混合并分散85wt％的包含磷掺杂的镍纳米颗粒的粉末(平均粒径为100nm，以及磷含量为17.45wt％)、10wt％的二甘醇一丁醚乙酸酯和5wt％的作为粘合剂的乙基纤维素树脂(商品名：Ethocel，陶氏化学公司，标准100)。通过3辊研磨分散所述混合物分散体以制备所需的膏。
制备实施例2
除了使用平均粒径为100nm且磷含量为15.68wt％的掺杂的镍纳米颗粒之外，根据与制备实施例1相同的步骤制备所需的膏。
对比制备实施例1
除了使用平均粒径为80nm且没有用磷掺杂的镍纳米颗粒(Dream公司，产品编号：DR-NIM-04)之外，根据与制备实施例1相同的步骤制备所需的膏。
<实施例>
太阳能电池的制备
实施例1
在900℃的管式炉中使用POCl3通过扩散方法掺杂磷(P)，其中，使用156nm的多晶硅片以形成具有100Ω/平方的表面电阻的发射极层。
在上述发射极层上，通过PECVD法气相沉积80nm厚度的氮化硅膜以形成减反射膜。
在背面上丝网印刷Al膏(Toyo Aluminium K.K Company ALSOLAR)。然后，在300℃的带式烧结中干燥所述Al膏60秒，并且在900℃的带式烧结中烧结60秒。在烧结后，反面电极形成为约30μm的厚度。
通过激光烧蚀以40μm的宽度除去所述减反射膜以形成开口。在该开口上丝网印刷在制备实施例1中得到的膏以形成镍层。
在如上形成的镍层上通过使用不包含玻璃粉的Ag膏(FP公司，FTL-602)形成正面电极。接着，在900℃的带式烧结中进行烧结20秒以形成第一电极、第二电极和正面电极。烧结的手指宽度为约80μm，以及烧结的正面电极的厚度为约10μm。
实施例2
除了在第一电极、第二电极和正面电极的形成过程中在800℃的带式烧结中进行烧结20秒之外，根据与实施例1相同的步骤制备所需的太阳能电池。
对比实施例1
除了使用在对比制备实施例1中得到的膏之外，根据与实施例1相同的步骤制备所需的太阳能电池。
<实验实施例>
1、硅化镍形成的评估
实验实施例1
为了确认通过烧结掺杂磷的镍颗粒使得磷扩散到纯Si晶片中，制备没有利用任何杂质掺杂的晶片。
使用丝网印刷机在上述晶片上印刷在制备实施例1中得到的膏，并在氮气氛围下在900℃的带式烧结中烧结20秒。
通过SEM(扫描电子显微镜)分析由此形成的剖面，以及结果示于图2中。
此外，通过EDX(能量分散型X射线微量分析)分析所述界面，以及结果示于图3中。
参照图2和3，可以确认在所述界面的下方，在纯Si晶片的上部探测到了镍成分，由此可以确认在硅-镍接触层的区域中形成了硅化镍。
实验实施例2
除了使用在制备实施例2中得到的膏之外，根据与实验实施例1相同的步骤进行烧结。
通过EDX的界面分析得到的结果示于图4中。参照图4，可以确认在所述界面的下方，在纯Si晶片的上部探测到了镍成分，由此可以确认在硅-镍接触层的区域中形成了硅化镍。
对比实验实施例1
除了使用在对比制备实施例1中得到的膏之外，根据与实验实施例1相同的步骤进行烧结。
通过EDX的界面分析得到的结果示于图5中。参照图5，可以确认在所述界面的下方，在纯Si晶片的上部探测到了镍成分，由此可以确认在接触层中形成了硅化镍。
2、表面电阻的评估
实验实施例3
在900℃的管式炉中使用POCl3通过扩散方法掺杂磷(P)，其中，使用纯多晶硅晶片，并且使用具有75Ω/平方的表面电阻的晶片。
接着，使用丝网印刷机在上述晶片上印刷在制备实施例1中得到的膏，并在氮气氛围下在400、600、900℃的带式烧结中烧结20秒。在各温度下烧结之后，通过4探针仪测量表面电阻。结果示于下面的表1和图6中。
对比实验实施例2
在900℃的管式炉中使用POCl3通过扩散方法掺杂磷(P)，其中，使用纯多晶硅晶片，并且使用具有75Ω/平方的表面电阻的晶片。
接着，使用丝网印刷机在上述晶片上印刷在对比制备实施例1中得到的膏，并在氮气氛围下在400、600、900℃的带式烧结中烧结20秒。在各温度下烧结之后，通过4探针仪测量表面电阻。结果示于下面的表1和图6中。
[表1]
参照表1和图6，在实验实施例3和对比实验实施例2中都形成了硅化镍。然而，可以确认，在实验实施例3中的表面电阻较低。这是因为在所述发射极层上使用包含磷掺杂的镍纳米颗粒的膏形成电极，由此形成了高浓度的磷掺杂的区域，并且同时形成了硅化镍以得到低接触电阻。
特别地，可以确认，在实验实施例3中的根据烧结温度的表面电阻低于在对比实验实施例2中的表面电阻。
3、太阳能电池的电性能的评估
使用太阳能测试仪(型号：NCT-M-180A，购自位于美国新泽西州Dumont市的NPC公司)在AM1.5的太阳条件下根据ASTM G-173-03测量在实施例1、2和对比实施例1中制备的太阳能电池的电性能。
结果示于表2中。这里，Jsc表示在零输出电压时测量的短路电流密度，Voc表示在零输出电流时测量的开路电压，串联电阻(RS)表示在太阳能的上电极和下电极之间串联作用的电阻。所述接触界面的组成和微结构确定了RS。FF[％]表示填充因子，以及Eta[％]表示效率。
[表2]
Jsc[mA/cm2] Voc[V] FF[％] Rs[mΩ] Eta[％]
实施例1 36.29 0.615 76.49 481 17.30
实施例2 34.90 0.618 75.56 615 16.83
对比实施例1 34.39 0.616 73.42 940 15.94
从表2的结果可以看出，如果使用磷掺杂的镍颗粒，串联电阻(RS)下降从而提高了填充因子，并最终提高了太阳能电池的效率。

Claims (24)

1.一种太阳能电池，其包括：
第一导体型基板；
第二导体型发射极层，其位于所述基板上并且具有第一开口；
减反射膜，其位于所述发射极层上，并且具有与所述第一开口相通的第二开口；
第一电极，其填充所述第一开口，并且包含磷和硅化镍；
第二电极，其形成在所述第一电极上，填充所述第二开口并且包含磷和镍；
正面电极，其形成在所述第二电极上；和
反面电极，其位于所述基板的背面上。
2.根据权利要求1所述的太阳能电极，其中，利用P型杂质掺杂所述基板，以及利用N-型杂质掺杂所述发射极层。
3.根据权利要求1所述的太阳能电池，其中，所述发射极层具有60至120Ω/平方的表面电阻。
4.根据权利要求1所述的太阳能电池，其中，所述发射极层具有100至500nm的厚度。
5.根据权利要求1所述的太阳能电池，其中，所述减反射膜具有选自氮化硅膜、包含氢的氮化硅膜、氮氧化硅膜、MgF2膜、ZnS膜、TiO2膜和CeO2膜中的任一种的单层或者其中结合了选自上述单层中的两层或更多层的多层。
6.根据权利要求1所述的太阳能电池，其中，所述发射极层包含磷作为杂质，以及所述第一电极包含比所述发射极层更高浓度的磷。
7.根据权利要求1所述的太阳能电池，其中，所述正面电极包含银(Ag)。
8.根据权利要求1所述的太阳能电池，其中，所述反面电极包含铝。
9.一种用于制备太阳能电池的方法，其包括如下步骤：
在第一导体型基板的上部上形成第二导体型发射极层；
在所述发射极层的上部上形成减反射膜；
除去部分的所述减反射膜和发射极层以形成暴露部分发射极层的第一开口和与所述第一开口相通且暴露部分减反射膜的第二开口；
在所述第一开口和第二开口中丝网印刷包含磷掺杂的镍纳米颗粒的膏，并加热它以分别在所述第一开口和第二开口中形成第一电极和第二电极；
在所述第二电极上丝网印刷银膏，并加热它以形成正面电极；和
在所述基板的背面上印刷铝膏，并加热它以形成反面电极。
10.根据权利要求9所述的用于制备太阳能电池的方法，其中，基于100重量份的所述膏，所述包含磷掺杂的镍纳米颗粒的膏包含60至95重量份的磷掺杂的纳米颗粒，1至20重量份的粘合剂和1至20重量份的溶剂。
11.根据权利要求10所述的用于制备太阳能电池的方法，其中，所述磷掺杂的镍纳米颗粒具有5至200nm的平均粒径。
12.根据权利要求10所述的用于制备太阳能电池的方法，其中，基于所述镍纳米颗粒的总重量，所述磷掺杂的镍纳米粒子包含1至20wt％量的磷。
13.根据权利要求10所述的用于制备太阳能电池的方法，其中，所述粘合剂为选自：通过共聚不饱和羧酸和具有不饱和双键的化合物得到的含羧基的光敏树脂、通过将烯属不饱和基团作为侧链加入不饱和羧酸和具有不饱和双键的化合物的共聚物中得到的含羧基的光敏树脂，和通过使具有不饱和双键的酸酐和具有不饱和双键的化合物的共聚物与具有羟基和不饱和双键的化合物反应得到的含羧基的光敏树脂中的一种或多种。
14.根据权利要求10所述的用于制备太阳能电池的方法，其中，所述溶剂为选自α-萜品醇、二甘醇一丁醚乙酸酯、2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇单异丁酸酯、丁基甲醇和二丙二醇单甲醚。
15.根据权利要求9所述的用于制备太阳能电池的方法，其中，所述银膏不包含玻璃粉。
16.根据权利要求9所述的用于制备太阳能电池的方法，其中，所述铝膏包含铝、石英二氧化硅和粘合剂。
17.根据权利要求9所述的用于制备太阳能电池的方法，其中，通过激光烧蚀形成所述第一开口和第二开口。
18.根据权利要求9所述的用于制备太阳能电池的方法，其中，所述发射极层具有60至120Ω/平方的表面电阻，和100至500nm的厚度。
19.根据权利要求9所述的用于制备太阳能电池的方法，其中，所述发射极层包含磷作为杂质，以及所述第一电极包含比所述发射极层更高浓度的磷。
20.根据权利要求9所述的用于制备太阳能电池的方法，其中，所述第一电极包含磷和硅化镍，以及所述第二电极包含磷和镍。
21.根据权利要求9所述的用于制备太阳能电池的方法，其中，同时进行所述包含磷掺杂的镍纳米颗粒的膏的热处理步骤和所述银膏的热处理步骤。
22.根据权利要求21所述的用于制备太阳能电池的方法，其中，通过在400至900℃的温度下烧结10秒至20分钟进行所述热处理步骤。
23.根据权利要求9所述的用于制备太阳能电池的方法，其中，在形成所述正面电极的步骤之后或与形成所述正面电极的步骤的同时进行形成所述反面电极的步骤。
25.根据权利要求9所述的用于制备太阳能电池的方法，其中，在形成所述减反射膜之后且在形成所述第一和第二开口之前进行形成所述反面电极的步骤。
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