CN104393070A - 太阳能电池及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种太阳能电池及其制备方法，其中所述太阳能电池，包括：基板、设置在该基板上的太阳能电池半导体层和设置在所述太阳能电池半导体层上表面的欧姆电极，所述欧姆电极包含主栅部和分支部，其特征在于：所述太阳能电池半导体层划分为功能区和非功能区，所述功能区仅形成在与所述主栅部俯视不重叠的区域。在一些实施例中，在所述太阳能电池半导体层之所述主栅部俯视重叠的区域之中设置电流阻隔层，阻碍光生电流向主栅部下方的太阳能电池半导体层扩散，有效减小太阳能电池自身等效并联电阻。
Description
技术领域
本发明属于半导体太阳能电池领域，涉及聚光型太阳能电池芯片及其制备方法。
背景技术
第三代聚光太阳能电池因其高的光电转换效率备受关注。一般来说，太阳能电池内部的等效并联电阻是影响其光电转换效率的重要因素，等效并联电阻越大，填充因子和输出效率也越高，电池输出特性也越好；反之，电池性能会受到影响。具体来说，多结聚光太阳能电池中，如果某一结子电池的并联电阻不够大，当器件在短路电流附近工作时，该子电池往往处于负电压偏置，而处于负压偏置的子电池会充当负载消耗其它子电池输出的功率，同时造成其自身温度升高，最终影响器件的输出性能。对于工作在高倍聚光条件下的多结聚光太阳能电池而言，因其光生电流非常大，器件内部等效并联电阻造成的漏电现象更为严重，这部分能量损失更不容忽视。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是：提供一种能得到高的光电转换效率的太阳能电池及其制造方法。
为了达到上述目的，本发明人着眼于占太阳能电池芯片面积较大的主栅下方的非受光区域的太阳能电池半导体层进行研究，并提出了本发明：通过阻碍太阳能电池受光区域产生的光生电流向主栅下方的太阳能电池区域扩散，增大电池的等效并联电阻值，减少电池自身温度升高，同时有效避免芯片边缘漏电。
本发明解决上述问题的技术方案为：太阳能电池，包括：基板、设置在该基板上的太阳能电池半导体层及设置在所述太阳能电池半导体层上表面的欧姆电极，所述欧姆电极包含主栅部和分支部，所述太阳能电池半导体层划分为功能区和非功能区，所述功能区仅形成在与所述主栅部俯视不重叠的区域。
在一些实施例中，所述太阳能电池半导体层为多结倒装结构，依次包含：第一太阳能子电池，其具有第一带隙；第二太阳能子电池，其设置在所述第一子电池下方且具有小于所述第一带隙的第二带隙；渐变缓冲层，设置在所述第二子电池下方且具有多级夹层，该多级夹层的晶格常数分级逐渐变大；第三太阳能子电池，其设置在所述渐变缓冲层下方，其相对应于所述第二子电池晶格失配并具有小于所述第二带隙的第三带隙。在具体实施例中，所述多结结构可以为（Al）GaInP第一子电池、Ga（In）As第二子电池、InAlGaAs渐变缓冲层和InGaAs第三子电池。
在一些实施例中，所述太阳能电池还包括一电流阻隔层，其设置在所述太阳能电池半导体层之中，并位于所述主栅部俯视重叠的区域之中，阻碍光生电流向主栅部下方的太阳能电池半导体层扩散。
优选地，所述电流阻隔层位于所述太阳能电池半导体层的边缘区域，防止太阳能电池边缘漏电。
优选地，所述电流阻隔部被配置成为俯视为长方形条状或长方形环状，位于太阳能电池半导体层主栅部俯视重叠的区域之中。
优选地，所述电流阻隔部将太阳能电池半导体层位于主栅部俯视重叠区域与太阳能电池半导体层位于主栅部俯视重叠区域以外的区域分隔开。
优选地，所述电流阻隔部由空间构成。
优选地，所述电流阻隔部由贯穿所述太阳能电池半导体层的凹槽构成。
优选地，所述电流阻隔部是填埋绝缘材料而成的。
优选地，所述主栅部俯视为长方形条状或长方形环状。
优选地，在所述基板与所述太阳能电池半导体层之间还包括一欧姆接触电极，其形成在与所述主栅部俯视不重叠的区域。
优选地，所述基板采用Ge基板、Si基板、GaP基板、SiC基板或金属基板中的任一种。
本发明还提供一种太阳能电池的制备方法，包括在一基板上形成太阳能电池半导体层，在所述太阳能电池半导体层内设置电流阻隔层，在该太阳能电池半导体层的表面上制作欧姆电极，该欧姆电极包括主栅部和分支部，其中所述电流阻隔层位于于所述太阳能电池半导体层的所述主栅部俯视重叠区域之中。
优选地，采用干法蚀刻和湿法蚀刻，在所述太阳能电池半导体功能层的所述主栅部俯视重叠区域之中设置贯通所述半导体层的凹部，作为所述电流阻隔部。
优选地，通过向所述凹部内填充绝缘材料来形成所述电流阻隔部。该绝缘材料优选透光性材料，可以是SiO2、Si3N4、TiO2、TiN等介质材料其中一种或其组合
优选地，在与所述太阳能电池的下表面制作一欧姆接触电极，其材料可以为Ti/Au、Ti/Pt/Au、Ti/Au/Ag/Au、AuBe、AuZn等金属材料其中的一种，较佳选择AuZn。
本发明之太阳能电池，能够减少光生电流向主栅部俯视重叠区域的半导体层扩散、或使得光生电流不能向主栅部俯视重叠区域的半导体层扩散，同时有效避免了光生电流通过太阳能电池芯片的边缘漏电，因此能够增大电池的等效并联电阻值，减少电池自身温度升高高太阳能电池的输出特性。因而，本发明很适合用于高效多结太阳能电池，特别是高倍聚光的多结太阳能电池。
附图说明
以下使用附图来提供对本发明的进一步理解，与本发明的实施例一起说明应用了本发明的倒装多结太阳能电池及其制造方法，但并不构成对本发明的限制。
图1所示为根据本发明实施的在生长基板上形成的包含第一子电池、第二子电池、渐变缓冲层及第三子电池的倒装多结太阳能电池半导体层。
图2 所示为根据本发明实施的倒装多结太阳能电池的截面示意图。
图3为图2所示的倒装多结太阳能电池的主栅部和电流阻隔部的俯视平面示意图。
图4所示为图1所示倒装多结太阳能电池根据本发明的下一工序之后的横截面图，在该工序中形成电流阻隔部。
图5所示为图4所示倒装多结太阳能电池根据本发明的下一工序之后的横截面图，在该工序中形成欧姆接触电极。
图6所示为图5所示倒装多结太阳能电池根据本发明的下一工序之后的横截面图，在该工序中形成半导体层接合金属层和支撑衬底接合金属层。
图7所示为图6所示倒装多结太阳能电池根据本发明的下一工序之后的横截面图，在该工序中接合支撑衬底。
图8所示为图7所示倒装多结太阳能电池根据本发明的下一工序之后的横截面图，在该工序中去除生长用基板。
图9所示为图8所示倒装多结太阳能电池根据本发明的下一工序之后的横截面图，在该工序中形成欧姆电极。
图10和11为图1所示的倒装多结太阳能电池的两种欧姆电极的平面示意图。
图12所示为本发明的倒装多结太阳能电池的又一例的截面示意图，图13为图12所示的倒装多结太阳能电池的主栅部和电流阻隔部的俯视平面示意图。
图中各标号表示：
001：生长基板
002：多结太阳能电池半导体功能层
003：支撑衬底
004：电流阻隔部
005：欧姆电极
200：蚀刻截止层
201：欧姆接触层
202：第一子电池
203：第二子电池
204：渐变缓冲层
205：第三子电池
206：重掺杂盖帽层
301：支撑基板接合金属层
302：半导体层结合金属层
303：欧姆接触电极
401：电流阻隔部凹部的空间
004a：电流阻隔部凹部的底面。
具体实施方式
以下，使用附图说明应用了本发明的倒装多结太阳能电池结构及其制作方法。在以下的说明中使用的附图有时为了容易理解特征而为方便起见放大示出成为特征的部分，各构成要素的尺寸比率等未必与实际相同。另外，在以下的说明中所例示的材料、尺寸等是一例，本发明并不限于这些，在不变更其主旨的范围内能够适当地变更来实施。
[倒装多结太阳能电池]
图2是表示本发明的倒装多结太阳能电池的一例的截面示意图。
本实施方式的倒装多结太阳能电池，包括支撑衬底003，多结太阳能电池半导体层002，欧姆电极005，电流阻隔部004。其中多结太阳能电池半导体层002包含第一太阳能子电池202、第二太阳能子电池203、渐变缓冲层204、第三太阳能子电池205。在图2所示的倒装多结太阳能电池结构中，从支撑衬底003与多结太阳能电池半导体层002之间，从支撑衬底003侧起依次为支撑衬底结合层301、半导体层结合层302、欧姆接触电极303。欧姆电极005由主栅部5a和分支部5b构成。在主栅部5a俯视重叠的区域之中设置有电流阻隔部004。
<倒装多结太阳能电池半导体层>
图1 所示为根据本发明实施的在生长基板001上形成的倒装多结太阳能电池半导体层，包含蚀刻截止层200、GaAs欧姆接触层201、第一太阳能子电池202、第二太阳能子电池203、渐变缓冲层204、第三太阳能子电池205。
生长基板001，可以是砷化镓（GaAs）、锗（Ge）或其他合适的材料。
蚀刻截止层200，是在去除生长基板时，作为限制器来发挥功能的层，生长基板如果选用GaAs，则去除GaAs基板时采用氨水双氧水混合溶液或磷酸双氧水混合溶液，这时蚀刻截止层的材料能够生长成为（Al）GaInP。
欧姆接触层201，是用于降低欧姆电极的接触电阻的层，能够生长成为掺杂了Si的n型GaAs层，载流子浓度为1×1018cm-3。
第一太阳能子电池202，具有第一带隙（约1.9eV），优选为（Al）GaInP，具体包括n+ AlInP窗口层202a、n+ （Al）GaInP发射区202b、p+ （Al）GaInP基区202c和p+ AlInGaP背场层202d。然后在背场层（BSF）202d上方生长重掺杂的p++/n++AlGaAs隧穿结202e，隧穿结202e是用以将第一子电池连接到第二子电池的电路元件。前述化学式中括号中的Al项意味着Al是可选成分，且在此情况下可使用的量是从0到30%的范围。
第二太阳能子电池203，具有第二带隙（约1.5eV），优选为Ga（In）As，具体包括n+ AlInP窗口层203a、n+ Ga（In）As发射区203b、p+ Ga（In）As基区203c和p型GaInP背场层203d，在第二子电池203上方生长重掺杂的p++/n++GaAs隧穿结203e。前述化学式中括号中In项意味着In是可选成分，且在此情况下可使用的量是从0到2%的范围。
渐变缓冲层204，包括应力释放层InxAl0.4Ga0.6-xAs（分为10层，每层In组分递增0.03）、应力平衡层In0.33Al0.4Ga0.27As和目标晶格层In0.3Al0.4Ga0.3As，其作用是实现从第二子电池到第三子电池的晶格常数转变。
第三太阳能子电池205，具有第三带隙（约1.0eV），具体包括n+ GaInP窗口层205a、n+In0.3Ga0.7As发射区205b、p+In0.3Ga0.7As基区205c和p+ In0.3Al0.4Ga0.3As背场层205d。
在第三子电池上方生长高掺杂的p++ InGaAs盖帽层，以便作欧姆接触。
以上太阳能电池结构中的各层优选是采用所述材料，但也可以使用符合晶格常数和带隙要求的其他任何材料。另外，所属领域的技术人员应明白，可在不脱离本发明范围的情况下在以上电池结构中添加或删除层。
<欧姆电极>
如图2所示，欧姆电极005 是被设置在倒装多结太阳能电池半导体层002的与支撑衬底003相反侧的电极，包含主栅部5a和分支部5b，分支部5b的根数根据不同电极线宽和占空比决定。图3是重叠的描绘图2所示的倒装多结太阳能电池的欧姆电极、电流阻隔部的平面示意图，图3所示的电流阻隔部俯视为长方形条状，在另一实施例中电流阻隔部俯视为长方形环状，如图13所示。
欧姆电极的材料，能够使用AuGe合金、AuGeNi合金、AuSi合金、AuSiNi合金、PdGeAu等。
<欧姆接触电极>
如图2所示，欧姆接触电极303是被设置在支撑衬底003与倒装多结太阳能电池半导体层002之间的电极。欧姆接触电极的材料可以是Ti/Au、Ti/Pt/Au、Ti/Au/Ag/Au、AuBe、AuZn等。
<接合金属层>
结合金属层是用于将倒装多结太阳能电池半导体层002等与支撑衬底接合到一起的层，包括支撑基板接合金属301和半导体层接合金属302。作为接合金属层，可以是化学性稳定、结合非常牢固的、熔点较低的Au系共晶金属。例如AuGe、AuSn、AuIn等，也可以是仅用Au。另外，为了抑制接合金属所含有的金属扩散到半导体层，可以同时设置阻挡层，例如可以使用Ni、Ti、Pt、Cr、W、Mo等其中两种或两种以上金属的合金或者层叠结构。
<电流阻隔部>
电流阻隔部004是阻碍光生电流向主栅部下方的多结太阳能电池半导体功能层扩散。如图2所示，电流阻隔部004被设置在主栅部俯视重叠区域的下方，贯通多结太阳能电池的第一子电池、第二子电池、渐变缓冲层及第三子电池形成凹部，将多结太阳能电池半导体功能层位于主栅部俯视重叠的区域与俯视重叠区域以外的区域分隔开。
电流阻隔部004俯视为长度和宽度均略小于主栅的长方形条状。更优选的在俯视下被配置为长方形环状，如图13所示，长方形环状外圈尺寸略小于主栅外圈，由此，能够有效地阻碍光生电流向主栅部俯视重叠区域的半导体层扩散，且减小主栅部下方形成大的空洞的风险。长方形外圈距离主栅外圈俯视距离优选为10um以下，更优选为5um以下。
在本实施方式中，如图2、图3所示，电流阻隔部004是在该凹部内填充绝缘材料而形成的，所使用的绝缘材料不特别的限定，只要是能够将多结太阳能电池半导体功能层位于主栅部俯视重叠的区域与俯视重叠区域以外的区域有效绝缘即可，例如可以是SiO2、Si3N4、TiO2、TiN等。
在本实施方式中，由于在多结太阳能电池半导体功能层主栅部下方俯视重叠区域与俯视不重叠区域之间设置了电流阻隔部，所以能够减少光生电流向主栅下方的半导体功能层扩散、或使得光生电流不能向主栅下方的半导体功能层扩散，同时有效避免了光生电流通过太阳能电池芯片的边缘漏电，因此能够增大电池的等效并联电阻值，减少电池自身温度升高，能够提高太阳能电池的输出特性。
[倒装多结太阳能电池的制作方法]
在本实施方式的倒装多结太阳能电池的制造方法中，使用如下方法：在生长用基板上倒装生长多结太阳能电池半导体层002，在半导体层002上蚀刻出凹部形成电流阻隔部004；在倒装多结太阳能电池半导体功能层002上形成欧姆接触电极303；在所述倒装多结聚光太阳能电池半导体功能层的所述欧姆接触电极侧接合支撑衬底003，并去除所述生长基板；在倒装多结太阳能电池半导体功能层的与欧姆接触电极相反侧形成欧姆电极005；在倒装多结太阳能电池半导体功能层的欧姆电极一侧覆盖减反射膜。
<倒装多结太阳能电池半导体层的形成工序>
首先准备半导体生长用基板001，例如选用n 型掺杂的向(111) 晶面偏角为9°的GaAs衬底，厚度在350um左右，掺杂浓度在1×1018cm-3～ 4×1018cm-3 之间。
在MOCVD系统中，在半导体基板001上形成多结太阳能电池外延层。
依次在此衬底上生长InGaP蚀刻截止层200和GaAs欧姆接触层201，例如InGaP蚀刻截止层200掺杂约为1×1018cm-3、厚度200nm。GaAs欧姆接触层201掺杂约为1×1018cm-3、厚度300nm。
接着在GaAs欧姆接触层201上倒装生长具有第一带隙（约1.9eV）的（Al）GaInP第一子电池202，具体包括n+ AlInP窗口层202a，掺杂为1×1018cm-3、厚度25nm；n+ （Al）GaInP发射区202b掺杂为2×1018cm-3、厚度100nm；p+ （Al）GaInP基区202c掺杂为5×1017cm-3、厚度1000nm；和p+ AlInGaP背场层202d掺杂为1×1018cm-3、厚度100nm。然后在背场层（BSF）202d上方生长重掺杂的p++/n++AlGaAs隧穿结202e，掺杂为2×1019cm-3、厚度50nm。
接着，在隧穿结202e上方倒装生长具有第二带隙（约1.5eV）的Ga（In）As第二子电池203，具体包括n+ AlInP窗口层203a掺杂为1×1018cm-3、厚度25nm；n+ Ga（In）As发射区203b掺杂21×1018cm-3、厚度150nm；p+ Ga（In）As基区203c掺杂为5×1017cm-3、厚度1250nm；和p型GaInP背场层203d掺杂为1×1018cm-3、厚度100nm。然后在第二子电池203上方生长重掺杂的p++/n++GaAs隧穿结203e掺杂为2×1019cm-3、厚度50nm。
在隧穿结203e上方生长渐变缓冲层204，包括应力释放层InxAl0.4Ga0.6-xAs（分为10层，每层In组分递增0.03，每层250nm，掺杂为1×1018cm-3；应力平衡层In0.33Al0.4Ga0.27As，厚度优选为1000nm，掺杂为1×1018cm-3；和目标晶格层In0.3Al0.4Ga0.3As，其厚度为250nm，掺杂为1×1018cm-3。
在渐变缓冲层204上方倒装生长具有第三带隙（约1.0eV）的第三子电池205，具体包括n+ GaInP窗口层205a掺杂为1×1018cm-3、厚度25nm；n+In0.3Ga0.7As发射区205b掺杂为2×1018cm-3、厚度250nm；p+In0.3Ga0.7As基区205c掺杂为5×1017cm-3、厚度3000nm和p+ In0.3Al0.4Ga0.3As背场层205d掺杂为1×1018cm-3、厚度50nm。
在第三子电池上方生长高掺杂的p++ InGaAs盖帽层，掺杂为2×1019cm-3、厚度500nm作为欧姆接触层。
<电流阻隔部的形成工序>
图4是在下一工艺步骤之后图1的倒装多结太阳能电池的横截面图，通过依次进行干法蚀刻和湿法蚀刻，在倒装多结太阳能电池半导体层的主栅部5a俯视重叠区域中设置贯通该多结太阳能电池半导体层的凹部构成电流阻隔部004。
在本实施例中，通过蚀刻倒装多结太阳能电池半导体层002的一部分，来设置俯视大致为长方形条状且底面004a到达欧姆接触层201的凹部使得将倒装多结聚光太阳能电池半导体功能层位于主栅部俯视重叠的区域与倒装多结聚光太阳能电池位于主栅部的俯视重叠区域以外的区域分隔开，由此在主栅部下方俯视重叠区域形成空间401（凹部）。
本实施例中采用干法蚀刻和湿法蚀刻结合来形成凹部401，前者可以精确控制平面形状，而后者可以精确控制蚀刻深度。具体来说，先使用光刻技术在成为凹部的区域以外的区域选择性的形成光阻，然后使用HBr、Cl2和BCl3作为蚀刻气体，在50 W偏置功率条件下蚀刻至出现In的信号停止，也就是使用干法蚀刻至第一子电池为止。然后使用H3PO4：HCl=1：1稀释的盐酸湿法蚀刻掉第一子电池，即蚀刻至欧姆接触层为止。这里采用干法蚀刻先在垂直方向蚀刻成俯视规定的形状，再采用湿法把最后一层选择性蚀刻掉，精确控制到欧姆接触层停止。
接着，在得到的凹部401内填充绝缘材料。在本实施例中，使用PECVD法在凹部内沉积SiO2形成电流阻隔部，另外可选的绝缘材料还可以是Si3N4、TiO2、TiN等。
<欧姆接触电极的形成工序>
图5是在下一工艺步骤之后图4的倒装多结太阳能电池的横截面图，在所述工艺步骤中在重掺杂盖帽层206上方沉积欧姆接触电极材料303。这里使用电子束蒸发法，所述欧姆接触电极金属可以是Ti/Au、Ti/Pt/Au、Ti/Au/Ag/Au、AuBe、AuZn等，优选是AuZn。
<支撑基板的接合工序>
图6是在下一工艺步骤之后图5的倒装多结太阳能电池的横截面图，在所述工艺步骤中在金属层303上使用蒸镀法沉积键合金属302。所述键合金属302可以是Au、AuIn、AuSn等，本实施例中优选Au。当然，这里键合金属层还包含公知的阻挡层，如Ni、Ti、Pt等其中两种以上的组合。
图7是在下一工艺步骤之后图6的倒装多结太阳能电池的横截面图，在所述工艺步骤中使图5所示部分与基板003接合，基板003可以是Si基板、GaP基板、SiC基板或金属基板中的任一种，本实施例中优选Si基板；接合方法可以使用共晶键合、扩散键合、常温键合等公知的任何技术。具体来说，本实施例中把形成键合金属层的倒装多结太阳能电池外延片与已形成键合金属的Si基板面面相对的重叠，然后放入减压腔体内，抽真空至10-1 Pa以上，施加12000kg的载荷，加热至360℃状态下保持一定时间，使两者接合到一起。
<生长基板去除工序>
图8是在下一工艺步骤之后图7的倒装多结太阳能电池的横截面图，在所述工艺步骤中使用氨水、双氧水混合溶液选择性地蚀刻掉生长基板001；接着，使用稀释的盐酸溶液选择性地蚀刻掉蚀刻截止层200。
<欧姆电极的形成工序>
图9是在下一工艺步骤之后图8的倒装多结太阳能电池的横截面图，在所述工艺步骤中在倒装多结太阳能电池半导体功能层的与欧姆接触电极相反侧形成欧姆电极005。具体来说，例如在倒装多结太阳能电池半导体功能层的与欧姆接触电极相反侧使用光刻技术在欧姆电极以外的区域选择性的形成光阻，然后使用蒸镀法蒸镀欧姆电极，所选欧姆电极材料可以是AuGe、AuGeNi或者PaGeAu等。然后使用蒸镀法蒸镀Ag，使欧姆电极加厚。接着进行剥离（lift-off），由此形成图10和11所示的包含主栅部5a和分支部5b的欧姆电极005。
然后，使用柠檬酸、双氧水和水的混合液以欧姆电极为金属掩膜来除去欧姆接触层206的与欧姆电极005俯视重叠的部分以外的部分。由此，接触层206的平面形状成为与图10所示的欧姆电极005的平面形状相同的形状。
<减反射膜的形成工序>
然后，在倒装多结太阳能电池半导体层的欧姆电极一侧覆盖减反射膜，所选减反射膜可以是TiO2、Al2O3、SiO2、Si3N4、MgF2等材料中的一种或多种构成的单层、双层、三层或更多层膜，这里选用TiO2/Al2O3双层减反射膜结构。
然后在支撑衬底003多结太阳能电池半导体层相反侧形成与之粘附性良好、耐化学药品性优异的金属层，比如若采用Si衬底，则可选用Ti/Ag/Au或TiAu。
利用以上的工序，在支撑衬底003上形成多个倒装多结聚光太阳能电池。
<单片化工序>
接着，将形成在支撑基板003上的多个倒装多结聚光太阳能电池进行单片化。具体来说，可以采用湿法腐蚀、干法蚀刻或者两者组合除去预定切割道部分的半导体层，使用切割机以规定间隔切断。
图12所示为本发明的倒装多结太阳能电池的又一例的截面示意图。图12所示的倒装多结太阳能电池与图2所示的倒装多结太阳能电池的不同点仅是电流阻隔部004，本实施方式中倒装多结太阳能电池的电流阻隔部俯视为长方形环状，如图13中主栅部和电流阻隔部的俯视平面示意图所示。具体来说，在电流阻隔部的形成工序中使用光刻技术在成为凹部的区域以外的区域选择性的形成光阻时使用的光刻图形根据需要进行改变即可。
Claims (10)
1.太阳能电池，包括：基板、设置在该基板上的太阳能电池半导体层及设置在所述太阳能电池半导体层上表面的欧姆电极，所述欧姆电极包含主栅部和分支部，其特征在于：所述太阳能电池半导体层划分为功能区和非功能区，所述功能区仅形成在与所述主栅部俯视不重叠的区域。
2.根据权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于：还包括一电流阻隔层，被设置在所述太阳能电池半导体层之中，并位于所述主栅部俯视重叠的区域之中，阻碍光生电流向主栅部下方的太阳能电池半导体层扩散。
3.根据权利要求2所述的太阳能电池，其特征在于：所述电流阻隔层位于所述太阳能电池半导体层的边缘区域，防止太阳能电池边缘漏电。
4.根据权利要求2所述的太阳能电池，其特征在于，所述电流阻隔部被配置成为俯视为长方形条状或长方形环状，将太阳能电池半导体层位于主栅部俯视重叠区域与太阳能电池半导体层位于主栅部俯视重叠区域以外的区域分隔开。
5.根据权利要求2所述的太阳能电池，其特征在于：所述电流阻隔部由贯穿所述太阳能电池半导体层的凹槽构成。
6.根据权利要求2所述的太阳能电池，其特征在于：所述太阳能电池半导体层为多结倒装结构。
7.根据权利要求2所述的太阳能电池，其特征在于：在所述基板与所述太阳能电池半导体层之间还包括一欧姆接触电极，其形成在与所述主栅部俯视不重叠的区域。
8.太阳能电池的制备方法，包括在一基板上形成太阳能电池半导体层，在该太阳能电池半导体层的表面上制作欧姆电极，该欧姆电极包括主栅部和分支部，其特征在于：在所述太阳能电池半导体层的所述主栅部俯视重叠区域之中设置电流阻隔部。
9.根据权利要求8所述的太阳能电池的制备方法，其特征在于： 采用干法蚀刻和湿法蚀刻，在所述太阳能电池半导体功能层的所述主栅部俯视重叠区域之中设置贯通所述半导体层的凹部，作为所述电流阻隔部。
10.根据权利要求9所述的太阳能电池的制造方法，其特征在于，通过向所述凹部内填充绝缘材料来形成所述电流阻隔部。
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|---|---|---|---|---|
| CN105261659A (zh) * | 2015-11-12 | 2016-01-20 | 天津三安光电有限公司 | 太阳能电池及其制备方法 |
| CN109166935A (zh) * | 2018-08-09 | 2019-01-08 | 镇江镓芯光电科技有限公司 | 一种Al组分过渡型日盲紫外探测器及其制备方法 |
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Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20100139746A1 (en) * | 2007-03-19 | 2010-06-10 | Q-Cells Se | Solar cell device, solar cell module, and connector device |
| CN102820343A (zh) * | 2012-08-16 | 2012-12-12 | 常州天合光能有限公司 | 具有无发射极区的太阳能电池及其制备方法 |
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Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20100139746A1 (en) * | 2007-03-19 | 2010-06-10 | Q-Cells Se | Solar cell device, solar cell module, and connector device |
| CN102820343A (zh) * | 2012-08-16 | 2012-12-12 | 常州天合光能有限公司 | 具有无发射极区的太阳能电池及其制备方法 |
| CN104124287A (zh) * | 2014-06-20 | 2014-10-29 | 中山大学 | 一种单晶硅太阳电池背表面栅线电极结构及单晶硅太阳电池 |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105261659A (zh) * | 2015-11-12 | 2016-01-20 | 天津三安光电有限公司 | 太阳能电池及其制备方法 |
| CN109166935A (zh) * | 2018-08-09 | 2019-01-08 | 镇江镓芯光电科技有限公司 | 一种Al组分过渡型日盲紫外探测器及其制备方法 |
| CN109166935B (zh) * | 2018-08-09 | 2023-11-03 | 镇江镓芯光电科技有限公司 | 一种Al组分过渡型日盲紫外探测器及其制备方法 |
| CN112447859A (zh) * | 2019-08-29 | 2021-03-05 | 阿聚尔斯佩西太阳能有限责任公司 | 具有包括多层系统的金属化层的堆叠状的多结太阳能电池 |
| CN112447859B (zh) * | 2019-08-29 | 2024-05-07 | 阿聚尔斯佩西太阳能有限责任公司 | 具有包括多层系统的金属化层的堆叠状的多结太阳能电池 |
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