CN104600135A - 一种多结太阳电池芯片 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种多结太阳能电池芯片,包含一垂直通孔阵列,每个通孔侧壁自内向外包含:绝缘层、透明金属层、透明导电层,所述的通孔内填充有透明填料;所述的绝缘层自通孔侧壁延伸至电池芯片上下表面,覆盖上下表面通孔边缘区域,所述的透明金属层、透明导电层延伸至电池芯片上表面,覆盖上表面通孔边缘区域,所述的通孔内透明填料的上表面向通孔内凹陷,形成凹透镜。本发明通过通孔阵列使得电池芯片上表面负电极被引入背面,节约了正面电极面积,且通孔内延伸至上表面的绝缘层、透明金属层、透明导电层均为透光,实现了电池芯片上表面无电极遮光。

Description

一种多结太阳电池芯片
技术领域
本发明涉及一种多结太阳能电池芯片,属半导体光电子器件与技术领域。
背景技术
太阳能电池发电是一种清洁、可再生能源,是未来新能源的一种主要来源,可以将太阳光直接转换为电能,而没有任何污染,并且相对于传统化石能源,其是一种可持续、取之不尽的新型能源。然而目前太阳能发电成本仍远高于传统化石能源,一方面是因为其制作成本高,另一方面,更重要的是其发电效率仍有待提高。目前,太阳能电池内量子效率已很高,特别是三五族化合物太阳能电池的内量子效率可高达85%以上,然而实际光电转换效率仍不超过50%,集成于系统后则在30%左右,究其原因,一方面是太阳光在电池表面及光学系统中的反射、散射、吸收等光学损失,另一方面则是在于电池自身电阻引起的功率损耗。本发明从如何减少光学损失的方向来提高转换效率。
目前,太阳电池多采用上下电极结构,其制备工艺简单,但也增加了电极遮光,通常太阳电池正面电极遮光达5%以上,如能将这部分损失的太阳光加以利用,将大幅提高电池效率。
发明内容
本发明的目的在于提出一种多结太阳能电池芯片,以实现无电极遮光,使得太阳光能够全部得到利用。
为了达到上述目的,本发明提供的技术方案为:一种多结太阳能电池芯片,其特征在于:所述的多结太阳电池芯片包含一垂直通孔阵列,每个通孔侧壁自内向外包含:绝缘层、透明金属层、透明导电层,所述的通孔内还填充有透明填料;所述的绝缘层自通孔侧壁延伸至电池芯片上下表面,覆盖上下表面通孔边缘区域,所述的透明金属层、透明导电层延伸至电池芯片上表面,覆盖上表面通孔边缘区域,所述的通孔内透明填料的上表面向通孔内凹陷,形成凹透镜;所述的多结太阳电池芯片还包括设置于背面的正负电极,其中正电极与电池芯片直接接触,负电极形成于背面的所述绝缘层之上,并与所述的透明金属层、透明导电层接触。
所述的垂直通孔贯穿电池芯片,其通孔直径为10-50微米,中心间距为50-150微米;
所述的绝缘层为二氧化硅、氮化硅、三氧化二铝等透明绝缘材料的一种或其组合,所述的绝缘层自通孔侧壁延伸至电池芯片上下表面,覆盖上下表面沿通孔边缘的部分区域;
所述的透明金属层为镍金合金、金锗合金等材料;
所述的透明金属层延伸至电池芯片上表面,并且其覆盖区域超出所述绝缘层覆盖上表面区域,使得部分透明金属层与电池芯片上表面接触,并形成欧姆接触;
所述的透明导电层为ITO、氧化锌、碳化硅等材料,其是用来加厚所述透明金属层来增加导电性;
所述的透明导电层自通孔侧壁延伸至电池芯片上表面,其覆盖上表面区域等于或大于所述透明金属层覆盖区域;
所述的透明填料填充在通孔内,并在通孔顶部位置形成向通孔内凹陷的凹面,形成凹透镜;
所述的透明填料为液态固化后形成,其具体制备方法为:采用旋涂、喷涂或浸涂方法在电池芯片表面覆盖一层液态透明填料;固化;化学蚀刻去除通孔以外区域的透明填料;此制备方法是利用液体在通孔口由于表面张力形成凹面,从而固化后形成所述的凹透镜。
本发明的技术效果包括但不限于:首先,采用点阵式正面电极,并将其引入背面,在背面形成点阵式正面电极的互连,大幅减少了正面电极面积,而且,通孔内延伸至上表面的绝缘层、透明金属层、透明导电层均为透光,实现了电池芯片上表面无电极遮光;而更重要的,由于多结太阳能电池由多个p-n结组成,其包含数十层不同的材料,因此通孔内必须采用沉积绝缘层的方式来隔离通孔内导电层,由此带来的问题是:通孔过小则难以做到绝缘层、导电层与通孔侧壁的良好接触,一方面可能绝缘不良,导致漏电;另一方面可能导致导电层容易脱落或断开,影响导电性,而通孔过大,则增加了太阳光浪费,相对于传统上下电极垂直结构失去其优势。因此,本发明提出在通孔内设置凹透镜,可进一步将进入通孔内的太阳光折射进入通孔侧壁加以利用,解决了上述矛盾。本发明可以实现电池芯片对太阳光的最大限度利用。
附图说明
图1提供一太阳能电池外延片,在其下表面沉积绝缘层,绝缘层覆盖区域略大于通孔,在绝缘层上沉积负电极,在绝缘层以外区域沉积正电极。
图2为对应绝缘层区域制备垂直通孔,通孔贯穿电池芯片及上述绝缘层。
图3为在上述通孔侧壁沉积绝缘层,并与图示所示绝缘层连接,此外还延伸至电池芯片上表面,覆盖通孔边缘部分区域。
图4为在通孔内沉积透明金属层,并延伸至电池芯片上表面,其覆盖上表面区域大于图3所示的绝缘层。
图5为在通孔内沉积透明导电层,并延伸至电池芯片上表面,其覆盖上表面区域等于或大于图4所示的透明金属层。
图6为在电池芯片上表面涂覆透明填料,其在通孔顶部形成向通孔内凹陷的凹面。
图7为蚀刻透明填料层,只留下通孔内填料。
图8示意了当太阳光直射如通孔内,将在透明填料的凹面发生折射,使得这部分太阳光能够进入半导体层加以利用。
图中各标号表示:001:太阳电池芯片光电转换层;002:正电极;003:负电极;004:绝缘层;005:透明金属层;005a:圆环形透明金属层;006:透明导电层;006a:圆环形透明导电层;007:透明填料;008:绝缘层;008a:圆环形绝缘层。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步描述,但不应以此限制本发明的保护范围。
如图1所示,提供一太阳能电池光电转换层001,并在其下表面沉积绝缘层004,本实施例中,绝缘层004材料选择氮化硅,厚度为1微米;
蚀刻绝缘层004,形成阵列,其阵列排布可以根据需要设计为有序或无序排列,在本实施例中,所述阵列为等间距的方格状排列,并且蚀刻后的绝缘层004为圆形,其直径为80微米,间距为100微米;
沉积正电极002及负电极003,其中,负电极003形成于绝缘层004之上,其图形为圆形,直径为50微米,其中心点与上述被蚀刻成圆形的绝缘层004的中心点重合;正电极002与电池芯片光电转换层001下表面形成欧姆接触,其形成于绝缘层004以外的区域,且其边缘距离绝缘层边缘5微米。本实施例中,正负电极厚度为3微米;
如图2所示,采用ICP干法蚀刻技术在绝缘层004对应区域形成通孔,即所述通孔中轴线垂直通过上述被蚀刻后的圆形绝缘层004中心点,且通孔贯穿光电转换层001及绝缘层004,通孔直径为10微米,中心间距为100微米;
如图3所示,在通孔侧壁形成绝缘层008,其材料为氮化硅,厚度为1微米,并与绝缘层004相连,绝缘层008还延伸至太阳能电池光电转换层001上表面,形成圆环形的绝缘层008a,圆环外径为16微米;
如图4所示,在通孔内沉积透明金属层005,其材料为Ni/Au,厚度为5/5纳米,所述透明金属层005延伸至光电转换层001上表面,形成圆环形的透明金属层005a,圆环外径为30微米,透明金属层005a超出绝缘层008a以外的部分与光电转换层001上表面形成欧姆接触;
如图5所示,在通孔内沉积透明导电层006,其材料为ITO,厚度为1微米,所述透明导电层006延伸至光电转换层001上表面,形成圆环形的透明导电层006a,圆环外径为30微米;
如图6所示,在电池芯片表面涂覆透明填料007,通孔内将填充透明填料007,固化后在通孔顶部形成凹面,本实施例中,透明填料为硅胶;
如图7所示,蚀刻去除通孔以外的透明填料007,如此制得多结太阳能电池芯片;
如图8所示,在本发明的多结太阳能电池芯片中,入射在透明导电层006区域的太阳光将直射入光电转换层001,入射进通孔内的太阳光将在透明填料007顶部的凹面发生折射,入射进通孔侧壁,从而进入光电转换层001,实现电池芯片对太阳光的最大限度利用。
以上表示了本发明的优选实施例,应该理解的是,本领域技术人员可以修改在此描述的本发明,而仍然实现本发明的有利效果。因此,以上描述应当被理解为对于本领域技术人员的广泛知道,而并不作为对本发明的限制,凡依本发明所做的任何变更,皆属本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种多结太阳能电池芯片,其特征在于:包含一垂直通孔阵列,每个通孔侧壁自内向外包含:绝缘层、透明金属层、透明导电层,所述的通孔内填充有透明填料;所述的绝缘层自通孔侧壁延伸至电池芯片上下表面,覆盖上下表面通孔边缘区域,所述的透明金属层、透明导电层延伸至电池芯片上表面,覆盖上表面通孔边缘区域,所述的通孔内透明填料的上表面向通孔内凹陷,形成凹透镜;所述的多结太阳电池芯片包括设置于背面的正负电极,其中正电极与电池芯片直接接触,负电极形成于背面的所述绝缘层之上,并与所述透明金属层、透明导电层接触。
2.根据权利要求1所述的一种多结太阳能电池芯片,其特征在于:所述的垂直通孔贯穿电池芯片,其通孔直径为10-50微米,中心间距为50-150微米。
3.根据权利要求1所述的一种多结太阳能电池芯片,其特征在于:所述的绝缘层自通孔侧壁延伸至电池芯片上下表面,覆盖上下表面沿通孔边缘的部分区域。
4.根据权利要求1所述的一种多结太阳能电池芯片,其特征在于:所述的绝缘层为二氧化硅、氮化硅、三氧化二铝的一种或其组合。
5.根据权利要求1所述的一种多结太阳能电池芯片,其特征在于:所述的透明金属层为镍金合金或金锗合金材料。
6.根据权利要求1所述的一种多结太阳能电池芯片,其特征在于:所述的透明金属层延伸至电池芯片上表面,并且其覆盖区域超出所述绝缘层覆盖上表面区域,使得部分透明金属层与电池芯片上表面接触,并形成欧姆接触。
7.根据权利要求1所述的一种多结太阳能电池芯片,其特征在于:所述的透明导电层为ITO或氧化锌或碳化硅材料,其是用来加厚所述透明金属层来增加导电性。
8.根据权利要求1所述的一种多结太阳能电池芯片,其特征在于:所述的透明导电层自通孔侧壁延伸至电池芯片上表面,其覆盖上表面区域等于或大于所述透明金属层覆盖区域。
9.根据权利要求1所述的一种多结太阳能电池芯片,其特征在于:所述的透明填料填充在通孔内,并在通孔顶部位置形成向通孔内凹陷的凹面,形成凹透镜。
10.根据权利要求9所述的一种多结太阳能电池芯片,其特征在于:所述凹透镜的形成方式为:采用旋涂、喷涂或浸涂方法在电池芯片表面覆盖一层液态透明填料,利用液体在通孔口由于表面张力形成凹面;固化;化学蚀刻去除通孔以外区域的透明填料。
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