CN105324849A - 背接触型太阳能电池 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种背接触型太阳能电池，其显示出小的功率损失、通过其可自由定位母线并且具有简单的生产工序。本发明提供：半导体基板；在半导体基板的背面侧上形成的第一导电型区域，所述背面侧在半导体基板受光面侧的相对侧上；在半导体基板的背面侧上形成的第二导电型区域；在第一导电型区域上直线状地形成的第一导电型集电电极；和在第二导电型区域上直线状地形成的第二导电型集电电极。第一导电型区域和第二导电型区域交替排列。第一导电型集电电极和第二导电型集电电极设置有不连续部位。在第一导电型区域和第二导电型区域交替排列的排列方向上，各导电型的不连续部位设置为呈基本上直线地排列。

Description

背接触型太阳能电池

技术领域

本发明涉及背接触型(backcontacttype)太阳能电池。

背景技术

常规主流的太阳能电池通过例如将具有与单晶硅基板或多晶硅基材的导电型相反的导电型的杂质扩散至硅基板的受光面以形成p-n结(p-njunction)，并在硅基板的受光面和位于受光面的相对侧上的背面上各形成电极来制造。

主流的硅太阳能电池具有有形成于其上并由金属制成的前电极(frontelectrode)(通常包括被称作母线(busbar)和栅线(finger)的金属电极)的受光面。前电极遮挡入射的太阳光，其不利地损失太阳能电池的输出。

然后开发所谓的背接触型太阳能电池，其通过仅在硅基板的背面上形成电极而不在硅基板的受光面上形成电极来获得。具有其上未形成电极的受光面的背接触型太阳能电池可将100％的入射太阳光摄取入太阳能电池而没有由电极引起的阴影损耗(shadowloss)，其可从原理上实现高效率。

当太阳光入射在背接触型太阳能电池的受光面上时，在硅基板的受光面附近产生的载流子到达在背接触型太阳能电池的背面上形成的p-n结。该载流子可由栅线-p型电极和栅线-n型电极收集，并取出至外部。

图1示出常规的太阳能电池的电池结构。电极包括栅线部102和母线部103。栅线部102为出于有效收集由太阳能电池产生的光电流而不引起电阻损耗的目的而形成的集电电极。母线部103通过栅线部102收集电流，并用作条线(tabline)的基础。图2示出当条线应用至常规太阳能电池的受光面时的电流流动。如图2所示，在硅基板201内产生的电子由与该电子相邻的栅线202收集。进一步地，电流流入与栅线202相邻的母线203，并经由条线204作为电力被取出。如上所述，母线用于收集由栅线收集的电流，并期望与尽可能多的栅线连接。如图3(a)所示，相当大的电流还从栅线301流入与母线302的电流303平行的、在栅线301正下方的扩散层304。如图3(b)所示即使栅线301在极小区域中不连续，电流仍通过扩散层，其提供在产生电流的部位与母线之间的电阻损耗的降低。

当栅线电极的截面积变小时，栅线电极的串联电阻变大，其引起大的输出损失。因此，将截面积设计得大。即，将电极的高度或厚度设计得大。然而，前者需要多个工序和长时间处理，并受到进一步的限制。后者可减小串联电阻值，但引起受光面积的减小和表面钝化的恶化，结果在许多情况下太阳能电池的输出减少。现在的技术作为提供太阳能电池的高输出的方法达到了极限。

减少串联电阻的方法的实例包括增加栅线的截面积和缩短栅线长度。图4示出常规的背接触型电池的背面电极结构。背接触型太阳能电池的栅线长度比具有有形成于其上的电极的两面的常规太阳能电池的栅线长度长。背接触型太阳能电池中存在充分的改进空间。

公开了一种背接触型太阳能电池，其中为了缩短栅线长度，可通过使导电型区域和形成于其上的导电型电极断片化(fragmenting)还在基板区域内形成母线(专利文献1)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：JP2009-025147W

发明内容

发明要解决的问题

然而，在专利文献1的背接触型太阳能电池中，将至少两条断片化的母线沿母线的长度方向设置在基板的两端附近，并且仅将设置在基板端部的母线的一侧与栅线连接。因此，虽然背接触型太阳能电池具有其中可提供许多母线的构造，但是相对于一条母线可收集电流的栅线的数量减少，其无法充分获取母线的优势。

考虑到这种情况，本发明的目的在于提供可改进特性，具有用于定位母线的自由度，并且可比较容易地制造的背接触型太阳能电池。

用于解决问题的方案

根据本发明的太阳能电池包括：半导体基板；在位于半导体基板受光面侧的相对侧上的背面侧上形成的第一导电型区域；在半导体基板的背面侧上形成的第二导电型区域；在第一导电型区域上基本上线性地形成的第一导电型集电电极；和在第二导电型区域上基本上线性地形成的第二导电型集电电极，其中第一导电型区域和第二导电型区域交替排列，第一导电型集电电极和第二导电型集电电极各自具有不连续部位，各导电型的不连续部位在第一导电型区域和第二导电型区域交替排列的排列方向上呈基本上直线地排列。

与各第一导电型集电电极和第二导电型集电电极的各自的不连续部位相邻的部分可形成比各第一导电型集电电极和第二导电型集电电极的其它部分厚的小母线。各第一导电型集电电极和第二导电型集电电极的小母线可具有200至2000μm的线宽，并且各第一导电型集电电极和第二导电型集电电极的除小母线以外的部分具有50至500μm的线宽。

小母线设置在半导体基板中与各第一导电型集电电极和第二导电型集电电极的长度方向的端部不相邻的位置。第一导电型集电电极和第二导电型集电电极之一的不连续部位可以与第一导电型集电电极和第二导电型集电电极的另一个的小母线沿排列方向相邻。

沿各第一导电型集电电极和第二导电型集电电极的长度方向，不连续部位的数量优选为1至4。

发明的效果

本发明可提供可改进特性的背接触型太阳能电池。

附图说明

图1为常规太阳能电池的电极结构的示意图。

图2为当条线应用至常规太阳能电池的受光面时电流流动的示意图。

图3(a)为常规太阳能电池内电流流动的截面图。

图3(b)为在具有局部不连续电极的太阳能电池内电流流动的截面图。

图4为常规背接触型太阳能电池的背面电极结构的示意图。

图5为本发明的背接触型太阳能电池中的扩散区域和背面电极结构的实例。

图6为本发明的背接触型太阳能电池中的背面电极结构和条线位置的实例。

图7为本发明的背接触型太阳能电池的扩散模式的实例。

图8为本发明的背接触型太阳能电池的背面电极模式的实例。

具体实施方式

下文中，将参考附图描述本发明的实施方案之一的背接触型太阳能电池。各构件的尺寸和形状为了方便地说明以变形或夸张的形式示意性地示出。

如图5所述，在本发明的太阳能电池中，在硅基板501的背面侧上，第一导电型扩散区域502和浓度比基板的浓度高的第二导电型扩散区域503以预定的距离交替连续地基本上直线状地形成。多个线状第一导电型集电电极504或第二导电型集电电极505不连续地形成在第一导电型扩散区域502或第二导电型扩散区域503上。硅基板501具有第二导电型。本说明书中，第一导电型扩散区域502和第二导电型扩散区域503线状延伸的方向称作“长度方向”，和第一导电型扩散区域502和第二导电型扩散区域503交替排列的方向称作“排列方向”。

如图5所示，电极不连续部位506在排列方向上呈基本上直线地排列，且电极不连续部位507在排列方向上呈基本上直线地排列。即，第一导电型集电电极504或第二导电型集电电极505的长度方向为图5中的水平方向。电极不连续部位506在图5中的垂直方向上呈基本上直线地排列。电极不连续部位507在图5中的垂直方向上呈基本上直线排列。

沿第一导电型集电电极504的长度方向在半导体基板的两端之间形成1至4个不连续部位506，并且沿第二导电型集电电极505的长度方向在半导体基板的两端之间形成1至4个不连续部位507。

在第一导电型集电电极504或第二导电型集电电极505中对应于母线部的部分508的线宽可比其它部分的线宽更厚地形成。对应于母线部的部分508优选与具有相同导电型的不连续部位506或507相邻。因此，为方便起见，对应于母线部的部分508称作小母线。

第二导电型小母线部分508优选沿并排设置不连续部位506的排列方向呈基本上同一直线地设置。第一导电型小母线部分508优选沿并排设置第二不连续部位507的排列方向呈基本上同一直线地设置。

优选小母线508具有200至2000μm的线宽509，并且在除小母线508以外的部位的集电电极具有50至500μm的线宽510。本文中，小母线508优选具有200至5000μm的长度511。各电极不连续部位506和507优选具有300至6000μm的长度。各电极不连续部位506和507优选比小母线508长约100至1000μm。

优选第一导电型扩散区域502具有500至5000μm的宽度512，并且第二导电型扩散区域503具有50至1000μm的宽度513。优选第一导电型扩散区域502的宽度512大于第二导电型扩散区域503的宽度513。第一导电型集电电极504与第二导电型集电电极505之间的距离514优选300至5000μm。

通过电池结构，如图6所示，在模块生产期间，第一导电型条线601设置在第一导电型小母线602和第二导电型集电电极608的不连续部位603上。第二导电型条线604设置在第二导电型小母线605和第一导电型集电电极607的不连续部位606上。

不特别限制各条线601和604的材料和形状，只要条线601和604是导电性的即可。例如，条线601和604优选由带状导电性材料如箔状或板状导电性材料制成。当条线为带状时，条线优选具有约200至5000μm的宽度和约50至500μm的厚度。条线的宽度优选比不连续部位的长度短约100至1000μm。因此，在不同的导电型集电电池的不连续部位与设置在不连续部位上的条线之间可确保足够的间隙。

条线包含各种金属和合金。例如，条线包含诸如Au、Ag、Cu、Pt、Al、Ni和Ti等金属或其合金。其中，优选使用Cu。由包含Sn、Pb和Cu的合金制成的镀焊料(solderplating)优选应用于条线。

使用焊接(soldering)以使小母线602或605与设置于其上的条线601或604电接着。本文中，术语“焊接”指将焊剂(flux)涂布至小母线602或605上，在其上设置条线，并加热整个单元以使小母线602或605与条线601或604接合。

小母线602或605不存在于沿长度方向的基板的端部附近，且设置在基板内侧。本文中，存在于沿长度方向的同一直线上的第一导电型集电电极607不连续。然而，在不连续部位606上，存在极小区域的扩散层，其提供在不连续部位606中电阻损耗的减小。另一方面，第二导电型条线604电分离而不焊接至不连续部位606。存在于沿长度方向的同一直线上的第二导电型集电电极608不连续。然而，在不连续部位603上，存在极小区域的扩散层，其提供在不连续部位603中电阻损耗的减小。另一方面，第一导电型条线601电分离而不焊接至不连续部位603。因此，本申请中，全部小母线602或605可包括在各两侧的栅线，并且相对于一条小母线602或605，可有效收集电流的栅线的数量增加。这可减少串联电阻，其使得太阳能电池的效率改进。

由于小母线位置基本上直线地排列，并且第一导电型小母线和第二导电型小母线彼此相邻，当接着条线时可能涂布焊剂，其与常规的背接触型太阳能电池相比有利于模块的制造。

下文中，将描述本发明的太阳能电池的生产方法的实例。然而，本发明不限于由该方法生产的太阳能电池。

将第III族元素如硼或镓掺杂至高纯度的硅中，在具有0.1至5Ω·cm比电阻的Ascut单晶{100}p型硅基板的表面上的片损坏(slicedamage)，通过使用高浓度碱如浓度为5至60质量％的氢氧化钠或氢氧化钾、或者包含氟酸或硝酸的混合酸等来蚀刻。单晶硅基材板可由CZ法和FZ法的任一种来生产。

随后，将基板的表面进行称作纹理(texture)的微小凹凸形成。该纹理为对减小太阳能电池的反射率有效的方法。通过将基板浸渍至加热的碱溶液(浓度：1至10质量％，温度：60至100℃)如氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钾、碳酸钠或碳酸氢钠中约10至30分钟容易产生纹理。在许多情况下，将预定量的2-丙醇溶解在上述溶液中以促进反应。

纹理形成之后，在酸性水溶液如盐酸、硫酸、硝酸、氟酸或其混合溶液中清洗基板。从经济和效率的观点，基板优选在盐酸中清洗。为了升高清洁度(cleaninglevel)，可用通过将0.5至5％的过氧化氢与盐酸溶液混合、并将混合溶液加热为60至90℃获得的溶液清洗基板。

发射极层(emitterlayer)和BSF形成在硅基板的背面侧上。本申请的背接触型太阳能电池需要仅在背面的期望区域上形成p-n结。为了实现该形成，必须根据图案形成扩散层，或者在扩散之前在除期望的扩散区域以外的区域中形成硅氧化物膜或氮化硅膜等作为扩散掩模(diffusionmask)，以防止在除期望的扩散区域以外的区域中形成p-n结。

如图7所示，例如当使用p型硅基板701时，期望的扩散区域优选具有其中n型扩散区域702和浓度高于基板的浓度的p型扩散区域703以带状交替形成的图案。优选n型扩散区域702具有500至5000μm的宽度704，和p型扩散区域703具有50至2000μm的宽度705。优选n型扩散区域702的宽度704大于p型扩散区域703的宽度705。n型扩散区域702与p型扩散区域703之间的间隔706优选具有50至500μm的宽度。基板端部与最接近该基板端部的扩散层端部之间的间隔707优选具有200至2000μm的宽度。

在氧化物膜的形成方法中，可利用各种方法如根据等离子体CVD的沉积和涂布包含硅的高分子并且其后通过加热固化高分子的方法。用作扩散掩模的氧化物膜期望具有100至200nm的厚度。

在本文示出的事例中，预先形成p型扩散层。例如，如果使用等离子体CVD，则将可防止氧化物膜在期望的p型扩散区域上的沉积的图案式板(pattern-typeplate)放置在基板上，以在除期望的p型扩散区域以外的区域(例如，还指整个受光面侧)上形成氧化物膜。如果使用包含硅的高分子，则根据丝网印刷将包含硅的高分子涂布至除期望的p型扩散区域以外的区域(例如，还指整个受光面侧)上，并通过使用热板等加热来固化，以在除期望的p型扩散区域以外的区域上形成氧化物膜。将包含掺杂剂的涂布剂涂布至背面，然后在900至1000℃下加热处理，以在背面形成p型扩散区域。涂布扩散可为使用BBr₃的气相扩散。加热处理之后，通过玻璃蚀刻等将附着至硅基板的玻璃组分清洗。此时，同时还将在除p型扩散区域以外的区域上形成的氧化物膜除去。任何p型掺杂剂用作掺杂剂，并且特别优选使用硼。薄层电阻(sheetresistance)为1至100Ω/□，并且优选3至40Ω/□。

接下来，形成n型扩散层。通过相同的处理在除期望的n型扩散区域以外的区域(还指整个受光面侧)上形成氧化物膜。将包含掺杂剂的涂布剂涂布至背面，然后在900至1000℃下加热处理，以在背面形成n型扩散区域。涂布扩散可为使用POCl₃的气相扩散。加热处理之后，通过玻璃蚀刻等将附着至硅基板的玻璃组分清洗。此时，同时还将在除n型扩散区域以外的区域上形成的氧化物膜除去。任何n型掺杂剂用作掺杂剂，并且特别优选使用磷。薄层电阻为20至200Ω/□，并且优选40至100Ω/□。

随后，为了减少作为再结合位点之一的悬空键(danglingbond)，在硅基板上形成氧化物膜。将具有形成于其上的扩散层的硅基板在氧气气氛下在800至1000℃下处理0.5至2小时，以形成作为钝化膜的硅氧化物膜。硅氧化物膜优选具有3至30nm的膜厚。

接下来，在各背面和正面上形成防反射膜。通过等离子体CVD法在基板的各背面和正面上沉积作为介电膜的氮化硅膜。氮化硅膜优选具有70至100nm的膜厚。关于反应气体，在许多情况下使用混合状态的硅烷(SiH₄)和氨(NH₃)。也可使用氮来代替NH₃。为了调整过程压力、稀释反应气体并促进当使用多晶硅作为基板时基板的体钝化(bulkpassivation)效果，可将氢与反应气体混合。除了根据等离子体的方法以外，可使用热CVD或光CVD等作为激发CVD用反应气体的方法。防反射膜的可选实例包括硅氧化物、二氧化钛膜、氧化锌膜、氧化锡膜、氧化钽膜、氧化铌膜、氟化镁膜和氧化铝膜。形成方法的实例除上述以外还包括涂布法和真空蒸镀法。从经济的观点，氮化硅膜适合由等离子体CVD法形成。

然后，形成电极。例如，使用丝网印刷装置等，将主要包含银的糊剂(paste)以预定的图案印刷在基板的背面上的p型扩散层和n型扩散层上，接着干燥。

图8示出本发明的背接触型太阳能电池的背面电极图案的实例。如图8所示，在背面电极图案中，对应于栅线801的多条线基本上平行地设置。1至4个栅线不连续部位802存在于沿长度方向的同一线上，并且小母线803与栅线不连续部位802相邻。栅线不连续部位802对于每条线上呈基本上直线地排列。优选栅线801具有50至500μm的线宽804，并且小母线803具有200至2000μm的线宽805和200至5000μm的长度806。栅线801之间的距离807优选300至5000μm。

糊剂包含用于增加硅基板与电极之间的接着强度的组分。该组分称作玻璃粉(glassfrit)。由于p型扩散层所需的玻璃粉的种类和量不同于n型扩散层所需的那些，所以糊剂可分别地印刷在p型电极和n型电极上。在这种情况下，例如，必须分别制备当在第一次印刷期间印刷p型电极时的图案和当在第二次印刷期间印刷n型电极时的图案。由于小母线部分几乎不需要玻璃粉组分，所以糊剂可分别印刷在小母线部分和栅线部分。

这些印刷之后，在烧结炉(firingfurnace)中，在500至900℃下进行烧结1至30分钟，并使银粉贯通(passedthrough)氮化硅膜(烧结通过(firethrough))，以提供电极与硅之间的电连接。

如上所述，已使用实施方案描述本发明，但是本发明的技术范围不限于实施方案中描述的范围。对于本领域技术人员可将各种改变或改进添加至实施方案是明显的。从权利要求的描述明显的是本发明的技术范围可包括添加改变或改进的形式。例如，实施例中使用p型基板，但是可使用n型基板。

附图标记说明

101、201、305、401、501：硅基板

102、202、301、402、801：栅线

103、203、302、403：母线

204：条线

205、303：电流

304：栅线正下方的扩散层

502：第一导电型扩散区域

503：第二导电型扩散区域

504、607：第一导电型集电电极

505、608：第二导电型集电电极

506、606：第一导电型集电电极的不连续部位

507、603：第二导电型集电电极的不连续部位

508、803：小母线

509、805：小母线的线宽

510、804：栅线的线宽

511、806：小母线的长度

512：第一导电型扩散区域的宽度

513：第二导电型扩散区域的宽度

514：第一导电型电极与第二导电型电极之间的距离

601：第一导电型条线

602：第一导电型小母线

604：第二导电型条线

605：第二导电型小母线

701：p型硅基板

702：n型扩散区域

703：p型扩散区域

704：n型扩散区域的宽度

705：p型扩散区域的宽度

706：n型扩散区域与p型扩散区域之间的间隔

707：基板端部与最接近基板端部的扩散层端部之间的间隔

802：栅线的不连续部位

807：栅线之间的距离

Claims (6)

1.一种太阳能电池，其包括：

半导体基板；

在位于所述半导体基板受光面侧的相对侧上的背面侧上形成的第一导电型区域；

在所述半导体基板的所述背面侧上形成的第二导电型区域；

在所述第一导电型区域上基本上线性地形成的第一导电型集电电极；和

在所述第二导电型区域上基本上线性地形成的第二导电型集电电极，其中

所述第一导电型区域和所述第二导电型区域交替排列，

所述第一导电型集电电极和第二导电型集电电极各自具有不连续部位，和

各导电型的所述不连续部位在所述第一导电型区域和所述第二导电型区域交替排列的排列方向上呈基本上直线地排列。

2.根据权利要求1所述的太阳能电池，其中与各所述第一导电型集电电极和第二导电型集电电极的各自的所述不连续部位相邻的部分形成比各所述第一导电型集电电极和第二导电型集电电极的其它部分厚的小母线。

3.根据权利要求2所述的太阳能电池，其中

各所述第一导电型集电电极和第二导电型集电电极的所述小母线具有200至2000μm的线宽，和

各所述第一导电型集电电极和第二导电型集电电极的除所述小母线以外的部分具有50至500μm的线宽。

4.根据权利要求2或3所述的太阳能电池，其中所述小母线设置在所述半导体基板中与各所述第一导电型集电电极和所述第二导电型集电电极的长度方向的端部不相邻的位置。

5.根据权利要求2-4任一项所述的太阳能电池，其中所述第一导电型集电电极和第二导电型集电电极之一的所述不连续部位与所述第一导电型集电电极和第二导电型集电电极的另一个的所述小母线沿排列方向相邻。

6.根据权利要求1-5任一项所述的太阳能电池，其中沿各所述第一导电型集电电极和第二导电型集电电极的长度方向，所述不连续部位的数量为1至4。