CN106252423B - 一种新型光伏电池及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种新型光伏电池及其制备方法。所述新型光伏电池包括：第一硅晶片(1)、第一钝化层(2)、第一金属接触层(3)、绝缘层(4)、第二金属接触层(5)，所述第一硅晶片(1)设置于所述新型光伏电池的最下层；所述第一钝化层(2)设置于所述第一硅晶片(1)上；所述第一金属接触层(3)沉积在所述第一钝化层(2)上；所述绝缘层(4)设置于所述第一金属层(3)之上，并且填充所述第二预定形状的空缺部位；所述第二金属接触层(5)沉积在所述绝缘层(4)之上。
Description
技术领域
本发明涉及光伏发电领域，具体涉及一种新型光伏电池及其制备方法。
背景技术
随着不可再生能源的日趋枯竭，太阳能作为一种清洁能源越来越受到人们的重视。太阳能发电有两种方式，一种是光—热—电转换方式，另一种是光—电直接转换方式。
光—热—电转换方式通过利用太阳辐射产生的热能发电，一般是由太阳能集热器将所吸收的热能转换成工质的蒸气，再驱动汽轮机发电。前一个过程是光—热转换过程；后一个过程是热—电转换过程，与普通的火力发电一样。太阳能热发电的缺点是效率很低而成本很高，估计它的投资至少要比普通火电站贵5～10倍。一座1000MW的太阳能热电站需要投资20～25亿美元，平均1kW的投资为2000～2500美元。因此，只能小规模地应用于特殊的场合，而大规模利用在经济上很不合算，还不能与普通的火电站或核电站相竞争。
光伏电池是通过光电效应或者光化学效应直接把光能转化成电能的装置。以光电效应工作的薄膜式太阳能电池为主流，而以光化学效应工作的实施太阳能电池则还处于萌芽阶段。
太阳电池的基本构造是运用P型与N型半导体接合而成的。半导体最基本的材料是“硅”，它是不导电的，但如果在半导体中掺入不同的杂质，就可以做成P型与N型半导体，再利用P型半导体有个空穴(P型半导体少了一个带负电荷的电子，可视为多了一个正电荷)，与N型半导体多了一个自由电子的电位差来产生电流，所以当太阳光照射时，光能将硅原子中的电子激发出来，而产生电子和空穴的对流，这些电子和空穴均会受到内建电位的影响，分别被N型及P型半导体吸引，而聚集在两端。此时外部如果用电极连接起来，形成一个回路，这就是太阳电池发电的原理。
目前大部分的电池采用前触点的方式，这种方式占用发光面积影响发光效率。
此外，目前很多电池的触点是通过激光烧蚀的方式实现的，激光烧蚀过程中，烧蚀出来的触点会有一部分带有类似尖刺一类的毛边，这会影响电子或空穴的输运性能。
发明内容
因此，本发明希望提供一种发光效率高、烧蚀出的金属触点均匀、光滑的光伏电池。
具体而言，一方面，本发明提供一种新型光伏电池，其特征在于，所述新型光伏电池包括：
第一硅晶片、第一钝化层、第一金属接触层、绝缘层、第二金属接触层，
所述第一硅晶片设置于所述新型光伏电池的最上层；
所述第一钝化层设置于所述第一硅晶片上；
所述第一金属接触层沉积在所述第一钝化层上，所述第一钝化层上具有第一预定形状的第一图案，所述第一金属层在所述第一图案处具有嵌入到所述第一钝化层中的第一金属触点，与所述第一硅晶片相接触，所述第一金属层上留有第二预定形状的空缺部位；
所述绝缘层设置于所述第一金属层之上，并且填充所述第二预定形状的空缺部位；
所述第二金属接触层沉积在所述绝缘层之上，其中，所述绝缘层上具有与所述空缺部位匹配，但尺寸小于所述空缺部位的第二图案，所述第二图案穿透所述绝缘层、所述空缺部位到达所述第一硅晶片，所述第二金属接触层具有嵌入在所述第二图案中的第二金属触点，
所述第一金属层由两层结构构成，其中下层结构为锡层，上层结构为锌或锌锡合金层。
优选地，所述第一硅晶片包含掺杂的单晶硅或掺杂的多晶硅。
优选地，所述第一钝化层包含氮化硅、二氧化硅或氧化铝。
优选地，所述新型光伏电池还包括第二钝化层，所述第二钝化层位于所述第一硅晶片上方。
优选地，所述第一硅晶片的厚度为30-200微米。
优选地，所述第一钝化层的厚度为20-100微米。
另一方面，本发明提供一种新型光伏电池的制备方法，其特征在于，所述方法包括：
(1)生成第一硅晶片；
(2)在所述第一硅晶片上方生成第一钝化层；
(3)在所述第一钝化层上方通过激光溅射方法沉积第一金属层，其中，在生成所述第一钝化层和所述第一金属层时，在第一硅晶片上通过遮盖的方式形成第一图案，在所述第一图案处，形成所述第一钝化层和所述第一金属层的缺失部分；
(4)在所述第一金属层上按照第二预定图案，通过激光烧蚀方式向所述第一硅晶片方向烧蚀形成若干第一金属触点；
(5)在所述第一金属层上形成第一绝缘层，所述第一绝缘层覆盖在所述第一金属层上并且填充在所述缺失部分中；
(6)在所述第一绝缘层上通过激光溅射方法形成第二金属层，所述第二金属层包含金属锡；
(7)在所述第二金属层上、在所述缺失部分的中心部位，通过激光烧蚀方法，形成若干第二金属触点。
优选地，所述步骤(3)和所述步骤(4)的第一金属层和第一金属触点形成过程包括：在所述第一钝化层上方通过激光溅射方法沉积形成第一金属层的第一部分，在第一金属层的第一部分上通过激光烧蚀方式向所述第一硅晶片方向烧蚀形成若干第一金属触点，在第一金属层的第一部分上通过溅射方式形成所述第一金属层的第二部分。
优选地，所述第二金属层的形成过程包括：在所述绝缘层上方通过激光溅射方法沉积形成第二金属层的第一部分，在第二金属层的第一部分上通过激光烧蚀方式向所述第一硅晶片方向烧蚀形成若干第一金属触点，在第二金属层的第一部分上通过溅射方式形成所述第二金属层的第二部分。
有益效果：
本发明的光伏电池组件发光效率高，金属触点均匀、光滑，无毛刺，因此，所形成的电流稳定噪声小。
附图说明
图1是根据本发明的实施例1的新型光伏电池的一种结构示意图。
图2是根据本发明的实施例1的新型光伏电池的另一种结构示意图。
图3是根据本发明的实施例2的新型光伏电池的结构示意图。
具体实施方式
实施例1
如图1所示，本实施例的光伏电池所采用的半导体晶片为硅掺杂的半导体晶片，晶片优选掺杂硼或者锗作为掺杂剂。
继续参照图1，从图中可以看出，本发明的新型光伏电池包括：第一硅晶片1、第一钝化层2、第一金属接触层3、绝缘层4、第二金属接触层5，第一硅晶片1设置于新型光伏电池的最下层。第一硅晶片1可以采用氧化硅、氮化硅等半导体材料，优选为p-型和/或n-型半导体材料。第一钝化层可以为非晶硅。第一金属层和第二金属层可以采用锌、锡或二者的合金。
第一钝化层2设置于第一硅晶片1上；第一金属接触层3沉积在第一钝化层2上，第一钝化层2上具有第一预定形状的第一图案。这里的第一预定形状的图案可以是规律分布的圆形、椭圆形或方形的图案或者坑洞(无钝化层部分)，用于后续填充绝缘层4以及在绝缘层4中进一步设置与第二金属层5相连接的金属触点11。所述第一钝化层2可以包含氮化硅、二氧化硅或氧化铝。
第一金属层3在第一图案处具有嵌入到第一钝化层2中的第一金属触点10，与第一硅晶片1相接触，第一金属层3上留有第二预定形状的空缺部位。
绝缘层4设置于第一金属层3之上，并且填充第二预定形状的空缺部位。
第二金属接触层5沉积在绝缘层4之上，其中，绝缘层4上具有与空缺部位匹配，但尺寸小于空缺部位的第二图案(该图案可以通过烧蚀或生成过程中的抑制等其他手段在绝缘层上形成)，第二图案穿透绝缘层4、空缺部位到达第一硅晶片1，第二金属接触层5具有嵌入在第二烧蚀图案中的第二金属触点11。
本发明中使用的晶片可为约20微米厚度至约100微米厚度。绝缘层可以采用二氧化硅、氧氮化硅或氮化硅。
第一金属层和第二金属层上的触点彼此通过绝缘层隔离，避免二者上的电子和空穴对复合。
所述新型光伏电池还包括第二钝化层，所述第二钝化层位于所述第一硅晶片1下方。
所述第一硅晶片(1)的厚度为30-200微米。
所述第一钝化层的厚度为20-100微米。
下面介绍一下本发明的新型光伏电池的制备方法。
首先，生成第一硅晶片1，该硅晶片1的厚度可以根据需要自行选择，比如，可以为30-200微米。该硅晶片可以是通过晶片生长方式获得也可以是切割获得。
接下来，在在所述第一硅晶片上生成第一钝化层；钝化层可以为氮化硅、氧化硅等。第一钝化层可以通过生长或沉积的方式形成。
在所述第一钝化层上方通过激光溅射或等离子体溅射方法沉积第一金属层，其中，在生成所述第一钝化层和所述第一金属层时，在第一硅晶片上通过遮盖的方式形成第一图案，在所述第一图案处，形成所述第一钝化层和所述第一金属层的缺失部分(用于后续填充绝缘层4和形成第二金属触点11)。
在所述第一金属层上按照第二预定图案，通过激光烧蚀方式向所述第一硅晶片方向烧蚀形成若干第一金属触点10。
接下来，在所述第一金属层上形成第一绝缘层，所述第一绝缘层覆盖在所述第一金属层上并且填充在所述缺失部分中。也就是说，第一绝缘层覆盖整个材料的表面。
然后，在所述第一绝缘层上通过激光溅射或等离子体溅射等方式形成第二金属层，所述第二金属层包含金属锡。
在所述第二金属层上、在所述缺失部分的中心部位，通过激光烧蚀方法，形成若干第二金属触点。
申请人发现，通过激光烧蚀方式形成的金属触点，由于烧蚀过程中会对金属层的均匀性和金属层分布带来比较大的改变，在烧蚀完成后，这种烧蚀形成的金属触点，会有个别存在缺陷的情况，这种缺陷在初期使用时与不会对电池带来什么影响，但是随着使用时间的加长，会影响转换效率。因此，
因此，优选地，如图2所示，将第一金属层3和第二金属层5采用两种材料形成两层金属层，即形成金属层6、7、8、9。金属层7和9熔点较低、流动性较好设置于下层，金属层6和8熔点偏高，不易溅射，设置于上层。
采用本实施例中的金属层设置方式，能够明显提高光伏电池的耐耗损性能，提高光电转化效率。
实施例2
如上面所提到的，申请人发现，通过激光烧蚀方式形成的金属触点，由于烧蚀过程中会对金属层的均匀性和金属层分布带来比较大的改变，在烧蚀完成后，这种烧蚀形成的金属触点，会有个别存在缺陷的情况。
同样为了解决上述问题，在本实施例中，采用了另一种解决方案。
如图3所示，在本实施例中，第一金属触点10和第二金属触点11仅由其中的下层金属材料7和9形成。
下面介绍，在本实施例中，光伏电池的制备过程如下：
首先，生成第一硅晶片1，该硅晶片1的厚度可以根据需要自行选择，比如，可以为30-200微米。该硅晶片可以是通过晶片生长方式获得也可以是切割获得。
接下来，在所述第一硅晶片上生成第一钝化层2；钝化层可以为氮化硅、氧化硅等。第一钝化层可以通过生长或沉积的方式形成。
在所述第一钝化层2上方通过激光溅射或等离子体溅射方法沉积第一金属层3的第一部分9，然后，通过激光烧蚀方式向所述第一硅晶片方向烧蚀形成若干第一金属触点10。接下来，在第一金属层5的第一部分9上通过溅射方式形成第一金属层的第二部分8。其中，在生成所述第一钝化层2和所述第一金属层3时，在第一硅晶片上通过遮盖的方式形成第一图案，在所述第一图案处，形成所述第一钝化层2和所述第一金属层3的缺失部分，换言之，在被遮挡的部分处，没有第一钝化层2和第一金属层3形成，形成凹坑。
接下来，在所述第一金属层3的第二部分8上形成第一绝缘层4，所述第一绝缘层4覆盖在所述第一金属层3上并且填充在所述缺失部分中。也就是说，第一绝缘层覆盖整个材料的表面。
然后，在所述第一绝缘层4上通过激光溅射或等离子体溅射等方式形成第二金属层5的第一部分7，所述第二金属层5的第一部分7包含金属锡。
接下来，在所述第二金属层的第一部分7上、在第一钝化层2和所述第一金属层3的缺失部分的中心部位，通过激光烧蚀方法，形成若干第二金属触点。
在所述第二金属层的第一部分7上通过激光溅射方法形成第二金属层的第二部分6，第二部分6包含金属锌或锌锡合金。
实际上，在本实施例中，申请人主要是修改了形成金属触点以及最终形成金属层的顺序，但是这一个小的改变，却带来了性能方面非常显著的提高。在本实施例中，第一金属层和第二金属层均为双层构造，下层为锡层7、9，上层为锌层6、8。
测试：
采用如下公式光电转换效率＝(标准条件下组件最大输出功率/组件面积*1000W/m2)*100％
在其他条件不变的情况下，分别测试采用(1)一次性沉积的金属层、(2)两次沉积(第一和第二金属层均分两层)之后进行烧蚀，(3)以及分两次沉积，在第一次沉积之后烧蚀，然后再次沉积(实施例2)三种情况下，所制成的光伏电池在强光持续照射3个月后的转化效率衰减情况。
分别对三种不同的光伏电池，在4000W/m2的辐照度情况下，分别持续照射90天。
然后，分别测试照射前和照射后，光伏电池的转化效率。
从上面的表中可以看出，采用双层先后分两次沉积的金属层，其转化效率的衰减明显弱于一次性沉积的情况以及分两次沉积之后进行烧蚀的情况。
需要说明的是光伏电池的衰减本身并不是很快，因此，虽然2.5％与1.3％看起来差别不大，但是实际上这种差异对于光伏电池而言是显著的。光伏电池的寿命通常在15-25年，因此，衰减降低一倍长久来看会带来供电效率显著的提升。
需要说明的是，附图中的各个部件的形状均是示意性的，不排除与其真实形状存在一定差异，附图仅用于对本发明的原理进行说明，并非意在对本发明进行限制。
虽然上面结合本发明的优选实施例对本发明的原理进行了详细的描述，本领域技术人员应该理解，上述实施例仅仅是对本发明的示意性实现方式的解释，并非对本发明包含范围的限定。实施例中的细节并不构成对本发明范围的限制，在不背离本发明的精神和范围的情况下，任何基于本发明技术方案的等效变换、简单替换等显而易见的改变，均落在本发明保护范围之内。
Claims (9)
1.一种新型光伏电池，其特征在于，所述新型光伏电池包括：
第一硅晶片(1)、第一钝化层(2)、第一金属接触层(3)、绝缘层(4)、第二金属接触层(5)，
所述第一硅晶片(1)设置于所述新型光伏电池的最上层；
所述第一钝化层(2)设置于所述第一硅晶片(1)上；
所述第一金属接触层(3)沉积在所述第一钝化层(2)上，所述第一钝化层(2)上具有第一预定形状的第一图案，所述第一金属接触层(3)在所述第一图案处具有嵌入到所述第一钝化层(2)中的第一金属触点，与所述第一硅晶片(1)相接触，所述第一金属接触层(3)上留有第二预定形状的空缺部位；
所述绝缘层(4)设置于所述第一金属接触层(3)之上，并且填充所述第二预定形状的空缺部位；
所述第二金属接触层(5)沉积在所述绝缘层(4)之上，其中，所述绝缘层(4)上具有与所述空缺部位匹配，但尺寸小于所述空缺部位的第二图案，所述第二图案穿透所述绝缘层(4)、所述空缺部位到达所述第一硅晶片(1)，所述第二金属接触层(5)具有嵌入在所述第二图案中的第二金属触点，
所述第一金属接触层(3)由两层结构构成，其中下层结构为锡层(9)，上层结构为锌或锌锡合金层(8)，所述第一金属接触层(3)采用双层先后分两次沉积而形成。
2.根据权利要求1所述的新型光伏电池，其特征在于，所述第一硅晶片(1)包含掺杂的单晶硅或掺杂的多晶硅。
3.根据权利要求1所述的新型光伏电池，其特征在于，所述第一钝化层包含氮化硅、二氧化硅或氧化铝。
4.根据权利要求1所述的新型光伏电池，其特征在于，所述新型光伏电池还包括第二钝化层，所述第二钝化层位于所述第一硅晶片(1)上方。
5.根据权利要求1所述的新型光伏电池，其特征在于，所述第一硅晶片(1)的厚度为30-200微米。
6.根据权利要求1所述的新型光伏电池，其特征在于，所述第一钝化层的厚度为20-100微米。
7.一种新型光伏电池的制备方法，其特征在于，所述方法包括：
(1)生成第一硅晶片；
(2)在所述第一硅晶片上方生成第一钝化层；
(3)在所述第一钝化层上方通过激光溅射方法沉积第一金属层，其中，在生成所述第一钝化层和所述第一金属层时，在第一硅晶片上通过遮盖的方式形成第一图案，在所述第一图案处，形成所述第一钝化层和所述第一金属层的缺失部分；
(4)在所述第一金属层上按照第二预定图案，通过激光烧蚀方式向所述第一硅晶片方向烧蚀形成若干第一金属触点；
(5)在所述第一金属层上形成第一绝缘层，所述第一绝缘层覆盖在所述第一金属层上并且填充在所述缺失部分中；
(6)在所述第一绝缘层上通过激光溅射方法形成第二金属层，所述第二金属层包含金属锡；
(7)在所述第二金属层上、在所述缺失部分的中心部位，通过激光烧蚀方法，形成若干第二金属触点。
8.根据权利要求7所述的新型光伏电池的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)和所述步骤(4)的第一金属层和第一金属触点形成过程包括：在所述第一钝化层上方通过激光溅射方法沉积形成第一金属层的第一部分，在第一金属层的第一部分上通过激光烧蚀方式向所述第一硅晶片方向烧蚀形成若干第一金属触点，在第一金属层的第一部分上通过溅射方式形成所述第一金属层的第二部分。
9.根据权利要求7所述的新型光伏电池的制备方法，其特征在于，所述第二金属层的形成过程包括：在所述绝缘层上方通过激光溅射方法沉积形成第二金属层的第一部分，在第二金属层的第一部分上通过激光烧蚀方式向所述第一硅晶片方向烧蚀形成若干第一金属触点，在第二金属层的第一部分上通过溅射方式形成所述第二金属层的第二部分。
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