CN106409928A - 太阳能电池 - Google Patents

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Abstract

公开了一种太阳能电池，包括半导体基板，导电区域以及电极，导电区域包括被布置在半导体基板一个表面上的第一导电区域和第二导电区域，电极包括连接至第一导电区域的第一电极和连接至第二导电区域的第二电极。电极包括被布置在半导体基板或导电区域上的粘结层，被布置在粘结层上并包括金属作为主成分的电极层，以及被布置在电极层上并包括与电极层的金属不同的金属作为主成分的阻挡层。电极层的厚度大于粘结层与阻挡层各自的厚度，并且阻挡层的熔点高于电极层的熔点。

Description

太阳能电池
技术领域
本发明性概念涉及太阳能电池，并且更具体地，涉及具有改进电极结构的太阳能电池。
背景技术
近来，由于现有能源，如石油和煤炭的枯竭，使用替代能源来取代现有能源的意愿在逐渐增长。其中尤其是，太阳能电池是将阳光转换为电能的流行的下一代电池。
可通过基于一定的设计形成多个层和电极来制造太阳能电池。太阳能电池的效率可由多个层和电极的设计来决定。为使太阳能电池能够商业化，需要克服低效的问题，并且因此，需要设计多个层和电极以便使太阳能电池的效率最大化并通过简化的方法来制造。
发明内容
因此，本发明性概念基于上述问题做出，而且本发明构思的目的是提供一种能够增加其效率的太阳能电池。
根据本发明性概念的一个方面，上述和其它的目的可通过提供一种太阳能电池来实现，该太阳能电池包括半导体基板、导电区域以及电极，导电区域包括布置在半导体基板一个表面上的第一导电区域和第二导电区域，电极包括连接至第一导电区域的第一电极和连接至第二导电区域的第二电极，其中电极包括布置在半导体基板或导电区域上的粘结层、布置在粘结层上并包括金属作为主成分的电极层、以及布置在电极层上并包括与电极层的金属不同的金属作为主成分的阻挡层，其中电极层的厚度大于粘结层与阻挡层各自的厚度，并且其中阻挡层的熔点高于电极层的熔点。
附图说明
本发明性概念的上述和其它目的、特征和其它优点将通过下面详细的描述并结合附图而得到更加清晰的理解，其中：
图1是根据本发明概念的实施例示出了太阳能电池板的后部透视图；
图2是根据本发明概念的实施例示出了太阳能电池的截面图；
图3是根据本发明概念的另一个实施例示出了太阳能电池中的第一电极的放大截面图；
图4是图2中所示太阳能电池的部分后部平面图；
图5是根据本发明概念的实施例示出了太阳能电池中第一电极与条带的连接结构的各种示例的放大图；
图6是根据本发明性概念的示例示出了太阳能电池中第一电极横截面的照片；
图7是根据比较例示出了太阳能电池中电极横截面的照片；
图8是根据退火前后本发明性概念的示例及比较例示出了太阳能电池中电极电阻的测量结果的图表；以及
图9是根据本发明概念的另一个实施例示出了太阳能电池的截面图。
具体实施方式
现在将详细地参照本发明性概念的优选实施例，其示例在附图中示出。然而，应当理解本发明性概念不应限于这些实施例并且可以各种方式被修改。
在附图中，为了清晰而简洁地诠释本发明性概念，省略了与该描述无关的元件图示，并且说明书通篇中相同或极为相似的元件由相同的标号表示。此外，在附图中，为了更加清晰地诠释，元件的尺寸，如厚度、宽度等，被放大或缩小，并且因此本发明性概念的厚度、宽度等不限于图示。
在整个说明书中，当元件被称为“包括”另一个元件时，只要没有具体的相反描述，则该元件不应被理解为排除其它的元件，并且该元件可包括至少一个其它元件。此外，应当理解，当像层、膜、区域或基板的元件被称为在其它元件“之上”时，它可以直接地位于其它元件之上或者也可存在中间元件。另一方面，当像层、膜、区域或基板的元件被称为“直接位于”其它元件“之上”时，这表示在它们之间不存在中间元件。
在下文中，其中根据本发明性概念所使用的太阳能电池和电极将参照附图被详细描述。首先详细描述太阳能电池板，然后将详细描述包含在太阳能电池板中的太阳能电池以及在太阳能电池中所使用的电极。
图1是根据本发明概念的实施例示出了太阳能电池板的后部透视图。
参照图1，根据本实施例的太阳能电池板由标号100表示，其可包括太阳能电池150，布置在太阳能电池150第一表面上的第一基板110(下文称为“前基板”)，以及布置在太阳能电池150第二表面上的第二基板120(下文称为“后基板”)。此外，太阳能电池板100可包括介于太阳能电池150与前基板110之间的第一密封元件131，以及介于太阳能电池150与后基板120之间的第二密封元件132。这将在下文详细描述。
首先，太阳能电池150可包括用于将阳光转换为电能的光电转换器，以及电连接至光电转换器用于收集并传输电流的电极。在本实施例中，例如，光电转换器可包括半导体基板(例如硅晶片)或半导体层(例如，硅层)。稍后将参照图2至图4详细描述具有上述结构的太阳能电池150。
太阳能电池150可包括条带(或互连线)142，并且可通过条带142串联和/或并联电互连。这将在下文参照第一太阳能电池150和第二太阳能电池151通过示例的方式进行描述，第一太阳能电池150和第二太阳能电池151彼此相邻。也就是说，条带142可将第一太阳能电池150的第一电极(参见图2中的标号42)与第二太阳能电池151的第二电极(参见图2中的标号44)互连，该第二太阳能电池151与第一太阳能电池150相邻。例如，可将多种结构应用到条带142、第一太阳能电池150的第一电极42、以及第二太阳能电池151的第二电极44的连接结构上。在一个示例中，在第一太阳能电池150和第二太阳能电池151中，第一电极42可布置在第一边缘上并沿着第一边缘彼此连接，并且第二电极44布置在与第一边缘相对的第二边缘上，并沿着第二边缘彼此连接。这样，条带142可被形成在第一太阳能电池150和第二太阳能电池151的边缘的两端，以便互连被布置在第一太阳能电池150的第一边缘上的第一电极42以及被布置在邻近第一太阳能电池150的第二太阳能电池151的第二边缘上的第二电极44，并且可沿着第一和第二边缘延伸。此时，为了防止条带142与第一太阳能电池150和第二太阳能电池151之间发生短路，可将绝缘膜(未示出)插置在条带142与第一太阳能电池150和第二太阳能电池151之间的某些部分中，而且从绝缘膜伸出的条带142的一部分可连接至第一电极42或第二电极44。然而，本发明性概念并不限于此，并且各种改变是可能的。
此外，总线条带145互连于条带142的交替的端部，其将太阳能电池150以单行的方式彼此连接(也就是说，构成了太阳能电池链)。总线条带145可设置在太阳能电池链的端部，以便横跨太阳能电池链。总线条带145可互连邻近的太阳能电池链，或可将太阳能电池链连接至接线盒(未示出)，其防止电流回流。总线条带145的材料、形状、连接结构等可以各种方式改变，并且本发明性概念并不限于它们。
密封元件130可包括被布置在太阳能电池150的前表面上的第一密封元件131以及被布置在太阳能电池150的后表面上的第二密封元件132。第一密封元件131和第二密封元件132防止引入潮气和氧气，并实现了太阳能电池板100的相应元件之间的化学键。第一密封元件131和第二密封元件132可由具有透光和粘结特性的绝缘材料形成。在一个示例中，第一密封元件131和第二密封元件132可由乙烯醋酸乙烯(EVA)共聚树脂、聚乙烯醇缩丁醛、硅树脂、酯基树脂、或烯烃基树脂形成。通篇中，例如，使用第一密封元件131和第二密封元件132、后基板120、第二密封元件132、太阳能电池150、第一密封元件131以及前基板110的叠层工艺可以彼此一体成型用以构成太阳能电池板100。
前基板110被布置在第一密封元件131上并配置太阳能电池板100的前表面。后基板120被布置在第二密封元件132上并配置太阳能电池板100的后表面。前基板110和后基板120中的每一个均可由能够保护太阳能电池150免遭外部震动、潮湿、紫外线等的绝缘材料形成。此外，前基板110可由能够透光的透光材料形成，而后基板120可被配置为由透光材料、不透光材料或反射光材料形成的薄片。在一个示例中，前基板110可被配置为玻璃基板，而后基板120可以是Tedlar/PET/Tedlar(TPT)基板，或者可包括形成在基膜(例如，聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)膜)的至少一个表面上的聚偏氟乙烯(PVDF)树脂层。
然而，本发明概念不限于此。因此，第一密封元件131和第二密封元件132、前基板110或后基板120可包括除了上述材料以外的任意多种材料，并且可具有除了上述形状以外的任意多种形状。例如，前基板110或后基板120可具有任意的多种形状(例如，基板、膜或薄片)，或可包括任意的多种材料。
太阳能电池150的上述结构将在下文参照图2至4详细地描述。
图2是根据本发明概念的实施例示出了太阳能电池150的截面图，并且图3是根据本发明概念的另一个实施例示出了太阳能电池中的第一电极的放大截面图。此外，图4是图2中所示太阳能电池150的部分后部平面图。作为参照，为了清晰并简洁的描述，在图3中仅示出了对应图2放大圆圈中的部件。
参照图2，根据本实施例的太阳能电池150包括具有基部区域110的半导体基板10、被布置在半导体基板10的一个表面(例如，半导体基板10的后表面)上的隧穿层20、被布置在隧穿层20上方的导电区域32和34、以及连接至导电区域32和34的电极22和24。此外，太阳能电池150可进一步包括钝化膜24(或前表面钝化膜)、防反射膜26、以及钝化膜40(或后表面钝化膜)。这将在下文更加详细地描述。
半导体基板10可包括基部区域110，其包括相对低掺杂浓度的第二导电掺杂物，由此形成第二导电类型。基部区域110可由包括第二导电掺杂物的晶体半导体形成。在一个示例中，基部区域110可由包括第二导电掺杂物的单晶半导体或多晶半导体(例如，单晶硅或多晶硅)形成。更具体地，基部区域110可由包括第二导电掺杂物的单晶半导体(例如单晶半导体晶片，且更具体地，半导体硅晶片)形成。使用具有高结晶度而由此低缺陷的基部区域110或半导体基板10确保了良好的电特性。
第二导电类型可以是p型或n型。在一个示例中，当基部区域110为n型时，p型的第一导电区域32与基部区域110形成结，用以通过光电转换形成载流子(例如，利用插入其间的隧穿层20形成与基部区域110的pn结)，该第一导电区域32可宽阔地形成以便增大光电转换区域。此外，在该例子中，具有宽阔区域的第一导电区域32可有效地采集移动相对缓慢的空穴，由此有助于增强光电转换效率。然而，本发明性概念并不限于此。
此外，半导体基板10可包括被布置在半导体基板10的另一表面(下文中称为“前表面”)上的前表面场区域(或场区域)130。前表面场区域130可以与基部区域110具有相同的导电类型，但可以具有比基部区域110高的掺杂浓度。
本实施例示出了该结构，其中前表面场区域130被构造为通过掺杂具有相对较高掺杂浓度的第二导电掺杂物而形成的掺杂区域。如此，前表面场区域130包括第二导电类型的结晶(单晶或多晶)半导体并构成半导体基板10的一部分。在一个示例中，前表面场区域130可构成第二导电类型的单晶半导体基板(例如，单晶硅晶片)的一部分。
此时，前表面场区域130的掺杂浓度低于第二导电区域34的掺杂浓度，其具有与前表面场区域130相同的第二导电类型。这是由于允许前表面场区域130具有相对低的掺杂浓度，因为前表面场区域130需要被掺杂以便防止载流子移动至半导体基板10的前表面或允许载流子水平移动。然而，本发明性概念并不限于此，而且前表面场区域130和第二导电区域34可具有不同的掺杂浓度。
然而，本发明性概念并不限于此。因此，前表面场区域130可通过掺杂半导体层(例如，非晶半导体层，微晶半导体层或多晶半导体层)形成，与半导体基板10分离，具有第二导电掺杂物。另选地，前表面场区域130可类似于邻近半导体基板10形成并掺杂有固定电荷的层(例如，前表面钝化膜24和/或防反射膜26)。例如，当基部区域110为n型时，前表面钝化膜24可由具有负固定电荷的氧化物(例如，氧化铝)形成，以便在基部区域110的表面上形成反型层，由此作为场区域。在该例子中，半导体基板10可只包括基部区域110，而不具有独立的掺杂区域，这可以使半导体基板10的缺陷最小化。可使用多种其它的方法来形成多种其它结构的前表面场区域130。
在本实施例中，半导体基板10的前表面可经受纹理化，以便具有突部，如金字塔形。形成在半导体基板10上的最终纹理可具有给定的形状(例如，金字塔形)，其具有形成在半导体的特定晶面(例如，(111)面)上的外表面。当半导体基板10前表面的粗糙度通过经由纹理化而形成在前表面上的突部而增大时，穿过半导体基板10的前表面的反射光可减小。因此，到达由基部区域110形成的pn结和第一导电区域32的光量会增大，这可使光的损耗最小化。
此外，半导体基板10的后表面可通过例如镜面磨削来形成，并且由此可以是具有比前表面更低的表面粗糙度的相对光滑平面。在本实施例的第一导电区域32和第二导电区域34都形成在半导体基板10的后表面上的例子中，太阳能电池150的特性可根据半导体基板10的后表面的特性而发生极大的变化。因此，半导体基板10的后表面可不具有通过纹理化而形成的突部，以便提高钝化，这从而提高了太阳能电池150的特性。然而，本发明性概念不限于此。在一些例子中，半导体基板10的后表面可设置有通过纹理化而形成的突部。各种其它的改变是可能的。
隧穿层20可形成在半导体基板10的后表面之上。在一个示例中，隧穿层20可与半导体基板10的后表面接触，由此实现了简化的结构以及提高的隧穿效应。然而，本发明性概念并不限于此。
隧穿层20可用作电子和空穴的屏障，由此防止了少数载流子穿过其中并只允许多数的载流子穿过其中，该多数载流子积聚在邻近隧穿层20的部分并因此具有给定量的能量或者更多能量。此时，由于隧穿效应，具有给定量或更多能量的多数载流子可容易地穿过隧穿层20。此外，隧穿层20可用作扩散屏障，其防止导电区域32和34的掺杂物扩散进入半导体基板10。隧穿层20可包括能够使多数载流子隧穿的多种材料。在一个示例中，隧穿层20可包括氧化物、氮化物、半导体或导电聚合物。例如，隧穿层20可包括氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、本征非晶硅、或本征多晶硅。具体地，隧穿层20可被构造为包括氧化硅的氧化硅层。这是因为氧化硅层具有优良的钝化并因此确保了载流子容易隧穿。
为了实现充分的隧穿效应，隧穿层20可以比后表面钝化膜40更薄。在一个示例中，隧穿层20的厚度可以是5nm或更少(更具体地，2nm或更少，例如，在0.5nm至2nm的范围内)。当隧穿层20的厚度超过5nm时，不会发生平滑隧穿，并且因此，太阳能电池150无法运行。当隧穿层20的厚度低于0.5nm时，会很难形成具有预期质量的隧穿层20。因此，为了进一步提高隧穿效应，隧穿层20的厚度可以为2nm或更小(更具体地，在0.5nm至2nm的范围内)。然而，本发明性概念不限于此，而且隧穿层20的厚度可以具有任意的多个值。
包括导电区域32和34的半导体层30可以被布置在隧穿层20的上方。在一个示例中，半导体层30可与隧穿层20接触，由此具有简单的结构并使隧穿效应最大化。然而，本发明性概念不限于此。
在本实施例中，半导体层30包括第一导电区域32和第二导电区域34，第一导电区域32包括第一导电掺杂物并因此为第一导电类型，而第二导电区域34包括第二导电掺杂物并因此为第二导电类型。第一导电区域32和第二导电区域34可被布置在隧穿层20上方的相同平面内。也就是说，在第一导电区域32和第二导电区域34与隧穿层20之间没有插入层。另选地，当在第一导电区域32和第二导电区域34与隧穿层20之间插入任意层时，插入的层可具有相同的层叠结构。此外，阻挡区域36可被布置在第一导电区域32与第二导电区域34之间，与导电区域32和34位于相同的平面内。
第一导电区域32被构造为发射区域，其与基部区域110形成了在其间插入有隧穿层20的pn结(或pn隧穿结)，以便通过光电转换产生载流子。
此时，第一导电区域32可包括具有第一导电掺杂物的半导体(例如，硅)，其与基部区域110的半导体相反。在本实施例中，第一导电区域32被构造为半导体层，其单独地形成在半导体基板10上方(更具体地，在隧穿层20上方)而且其掺杂有第一导电掺杂物。如此，第一导电区域32可被构造为半导体层，其具有与半导体基板10的半导体层不同的晶体结构，以便容易地形成在半导体基板10上。例如，第一导电区域32可通过掺杂例如非晶半导体、微晶半导体或多晶半导体(例如，非晶硅、微晶硅或多晶硅)形成，其可容易地通过多种方法制成，例如使用第一导电掺杂物沉积。在形成半导体层的同时，或者在半导体层形成之后，第一导电掺杂物可通过例如热扩散或离子注入这样的任意多种掺杂方法被引入到半导体层中。
此时，第一导电区域32可包括第一导电掺杂物，其可呈现出与基部区域110相反的导电类型。也就是说，当第一导电掺杂物是p型掺杂物时，可使用第III族元素，如硼(B)、铝(AL)、镓(ga)或铟(In)。当第一导电掺杂物是n型掺杂物时，可使用第V族元素，如磷(P)、砷(As)、铋(Bi)或锑(Sb)。在一个示例中，第一导电掺杂物可以是硼(B)，其为p型。
第二导电区域34用作后表面场区域，其形成后表面场以防止由于复合而导致的半导体基板10的表面(更确切地，半导体基板10的后表面)载流子的损耗。
此时，第二导电区域34可包括半导体(例如硅)，其包括与基部区域110相同的第二导电掺杂物。在本实施例中，第二导电区域34被构造为半导体层，其单独地形成在半导体基板10上方(更准确地，在隧穿层20上方)而且其掺杂有第二导电掺杂物。如此，第二导电区域34可被构造为半导体层，其具有与半导体基板10的半导体层不同的晶体结构，以便容易地形成在半导体基板10上。例如，第二导电区域34可通过掺杂例如非晶半导体、微晶半导体或多晶半导体(例如，非晶硅、微晶硅或多晶硅)形成，其可容易地通过多种方法制成，例如使用第二导电掺杂物沉积。在形成半导体层的同时，或者在半导体层形成之后，第二导电掺杂物可通过例如热扩散或离子注入这样的任意多种掺杂方法被引入到半导体层中。
此时，第二导电区域34可包括第二导电掺杂物，其可呈现出与基部区域110相同的导电类型。也就是说，当第二导电掺杂物是n型掺杂物时，可使用第V族元素，如磷(P)、砷(As)、铋(Bi)或锑(Sb)。当第二导电掺杂物是p型掺杂物时，可使用第III族元素，如硼(B)、铝(AL)、镓(ga)或铟(In)。在一个示例中，第二导电掺杂物可以是磷(P)，其为n型。
此外，阻挡区域36被布置在第一导电区域32与第二导电区域34之间，以便第一导电区域32与第二导电区域34彼此分离。当第一导电区域32和第二导电区域34彼此接触时，会发生分流，导致太阳能电池150性能不期望地的恶化。然而，在本实施例中，可以通过将阻挡区域36布置在第一导电区域32与第二导电区域34之间来防止不必要的分流。
本文中，在本实施例中，第一导电区域32和第二导电区域34中的任一个可进一步被布置在(例如，接触)半导体基板10的侧表面上。
阻挡区域36可包括任意的多种材料，其可被布置在第一导电区域32与第二导电区域34之间以便使导电区域32和34彼此基本绝缘。也就是说，阻挡区域36可由未掺杂的绝缘材料(例如，氧化物或氮化物)形成。另选地，阻挡区域36可包括本征半导体。此时，第一导电区域32、第二导电区域34和阻挡区域36可由相同的半导体形成(例如，非晶硅、微晶硅或多晶硅)，其被连续地形成使得这三个区域32、34和36的侧表面彼此接触。阻挡区域36可包括i型(本证)半导体材料，其基本上不包含掺杂物。在一个示例中，在形成包括半导体材料的半导体层之后，半导体层的区域掺杂有第一导电掺杂物以便形成第一导电区域32，而且半导体层的另一个区域掺杂有第二导电掺杂物以便形成第二导电区域34，由此，没有形成第一导电区域32和第二导电区域34的剩余区域可被构造为阻挡区域36。通过这种方式，可简化第一导电区域32、第二导电区域34和阻挡区域36的制造。
然而，本发明性概念不限于此。因此，当阻挡区域36与第一导电区域32和第二导电区域34分开形成时，阻挡区域36的厚度不同于第一导电区域32和第二导电区域34的厚度。在一个示例中，为了更加有效地防止第一导电区域32和第二导电区域34之间的短路，阻挡区域36可比第一导电区域32和第二导电区域34更厚。另选地，为了减少形成阻挡区域36所需的原料量，阻挡区域36可比第一导电区域32和第二导电区域34更薄。当然，多种其它的改变是可能的。此外，阻挡区域36的基本组成材料可不同于第一导电区域32和第二导电区域34的基本组成材料。
此外，本实施例示出了这样的结构，即，阻挡区域36使第一导电区域32和第二导电区域34彼此完全分离。然而，本发明性概念不限于此。因此，可形成阻挡区域36使得第一导电区域32和第二导电区域34仅沿着它们之间边界的一部分彼此分离。由此，导电区域32和34可沿着它们之间边界的剩余部分彼此接触。
本文中，与基部区域110具有不同导电类型的第一导电区域32可以比与基部区域110具有相同导电类型的第二导电区域34更宽。如此，位于基部区域110与第一导电区域32之间贯穿隧穿层20形成的pn结可具有增大的宽度。此时，当基部区域110和第二导电区域34的导电类型为n型并且第一导电区域32的导电类型为p型时，宽的第一导电区域32可有效地收集移动相对缓慢的空穴。第一导电区域32、第二导电区域34和阻挡区域36的平面结构将在下文参照附图4更加详细地描述。
后表面钝化膜40可形成在半导体基板10的后表面上的第一导电区域32和第二导电区域34以及阻挡区域36之上。在一个示例中，后表面钝化膜40可与第一导电区域32和第二导电区域34以及阻挡区域36接触，由此具有简化的结构。然而，本发明性概念不限于此。
后表面钝化膜40具有用于连接第一导电区域32和第一电极42的开口402以及用于连接第二导电区域34和第二电极44的开口404。如此，后钝化膜40用于防止第一导电区域32和第二导电区域34被连接至错误的电极(即，第一导电区域32连接到第二电极44以及第二导电区域34连接到第一电极42)。此外，后表面钝化膜40可用于钝化第一导电区域32和第二导电区域34和/或阻挡区域36。
后表面钝化膜40可被布置在半导体层30上没有设置电极42和44的一部分之上。后钝化膜40可比隧穿层20更厚。如此，可提高后表面钝化膜40的绝缘和钝化特性。多种其它的改变是可能的。
后表面钝化膜40可由任意多种绝缘材料(例如，氧化物或氮化物)形成。在一个示例中，后表面钝化膜40可以包括以选自由氮化硅膜、包含氢的氮化硅膜、氧化硅膜、氮氧化硅膜、碳化硅膜、Al2O3、MgF2、ZnS、TiO2以及CeO2构成的组的两个或多个膜的组合的形式的单层膜或多层膜。例如，后表面钝化膜40可采用层叠的形式，其中氮化硅膜和碳化硅膜相互堆叠其上。然而，本发明性概念不限于此，并且后表面钝化膜40当然可由任意多种其它的材料形成。
在一个示例中，在本实施例中，后表面钝化膜40、前表面钝化膜24和/或防反射膜26可以不包括掺杂物以便实现优良的绝缘和钝化特性。
电极42和44被布置在半导体基板10的后表面上，包括第一电极42和第二电极44，第一电极42电性且物理地连接至第一导电区域32，第二电极44电性且物理地连接至第二导电区域34。
此时，第一电极42穿过后表面钝化膜40的第一开口402并连接至第一导电区域32，并且第二电极44穿过后表面钝化膜40的第二开口404并连接至第二导电区域34。第一电极42和第二电极44可包括多种金属材料。此外，第一电极42和第二电极44可具有任意的多种平面形状，使得它们彼此不电连接，但是分别连接至第一导电区域32和第二导电区域34以便收集所产生的载流子并将载流子传输至外部。也就是说，本发明性概念不限制于第一电极42和第二电极44的平面形状。
在下文中，将参照图2和3的放大圆圈来详细描述第一电极42和/或第二电极44的层叠结构，然后参照图4详细描述第一电极42和/或第二电极44的平面结构。尽管图2和3的放大圆圈以及下面的描述通过示例的方式集中在第一电极42，但第二电极44可具有相同或极其相似的结构。由此，下面描述的第一电极42的层叠结构可应用于第二电极44。
参照图2的放大圆圈，第一电极42包括被布置在半导体层30上方的粘结层422、电极层424以及阻挡层428，其中，半导体层30构造出第一导电区域32(如果是第二电极44，则构造出第二导电区域34)，电极层424被布置在粘结层422的上方并包括金属作为主成分(即，最大程度所包含的材料，例如，以50重量份或者更多的量所包含的材料)，阻挡层428布置在电极层424的上方，包括不同于电极层424的金属的金属作为主成分，并具有比电极层424更高的熔点。此外，焊盘层(或条带连接层)426可被布置在阻挡层428的上方。本文中，电极层424执行电极的基本作用，其通过光电转换收集所产生的载流子并将其传输至外界，而且因此，具有比粘结层422和阻挡层428中的每一个均更大的厚度。此外，粘结层422用于提高例如第一导电区域32与电极层424之间的粘结性，并且焊盘层426被用作连接至条带142的层。
粘结层422可被布置在(例如，接触)半导体层30与电极层424之间。粘结层422可包括金属，其是导电的并且与半导体层30具有良好的接触。如此，在不损坏第一电极42导电性的情况下提高了半导体层30与电极层424之间的粘结性。为了提高粘结层422与半导体层30之间的接触，粘结层422的热膨胀系数可具有介于半导体层30的热膨胀系数与电极层424的和粘结层422相邻的部分的热膨胀系数之间的值。
鉴于上面更加详细地描述，当半导体层30与第一电极42之间热膨胀系数的差异较大时，半导体层30和第一电极42之间的界面接触会在形成太阳能电池150的多种热处理工艺(退火)期间损坏。由此，半导体层30和第一电极42之间的接触电阻会增大。当半导体层30或第一电极42的线宽减小使得半导体层30和第一电极42的接触面积减小时这成为了一个严重的问题。因此，在本实施例中，可限制与半导体层30接触的第一电极42的粘结层422的热膨胀系数，以便减小半导体层30与第一电极42之间的热膨胀系数的差异，由此实现了提高的界面接触。
当半导体层30包括硅时，其热膨胀系数的范围为从大约2.6至2.9ppm/K。可形成邻近粘结层422的电极层424的一部分(例如，在本实施例中，其可形成电极层424)的例如铜(Cu)、铝(Al)、银(Ag)或金(Au)的热膨胀系数大约为14.2ppm/K或者更多。更具体地，铜的热膨胀系数大约为16.5ppm/K，铝的热膨胀系数大约为23.0ppm/K，银的热膨胀系数大约为19.2ppm/K，以及金的热膨胀系数大约为14.2ppm/K。
鉴于上面的描述，构成粘结层422的材料(例如，金属)的热膨胀系数的范围从大约4.5ppm/K至大约14ppm/K(例如，范围从4.5ppm/K至10ppm/K)。当铜的热膨胀系数低于4.5ppm/K或超过14ppm/K时，通过减小半导体层30与粘结层422之间的热膨胀系数的差异来提高粘结性是不够的。此时，当热膨胀系数的范围从4.5ppm/K至10ppm/K时，粘结层422可施加进一步的提高效果。
在一个示例中，粘结层422可包括作为主成分的具有大约为8.4ppm/K的热膨胀系数的钛(Ti)、具有范围从大约4.5ppm/K至4.6ppm/K的热膨胀系数的钼(Mo)、具有范围从大约4.9ppm/K至8.2ppm/K的热膨胀系数的铬(Cr)、或者具有大约为4.6ppm/K的热膨胀系数的钨(W)。在一个示例中，粘结层422在总量上可包括90重量份至100重量份的钛、钼、铬或钨。例如，粘结层422可包括单金属状态的钛、钼、铬或钨，而不是合金，以便有效地实现所期望的特性。然而，本发明性概念不限于此，并且粘结层422可由包括钛、钼、铬和钨中至少一种的合金形成。
此时，钨是昂贵的且会极大地增加制造成本，而铬可成为各种调节的对象，因为例如六价铬可对环境造成不良影响。因此，粘结层422可由钛、钼或铬形成，并且更具体地，可由钛或钼形成。具体地，钼具有比钛更低的电阻率，并且因此可极大地提高第一电极42与半导体层30之间的电连接。
当粘结层422包括钛、钼、铬或钨时，半导体层30与第一电极42之间的接触可通过减小它们的热膨胀系数之间的差异来提高。此外，因为粘结层422由钛、钼、铬或钨形成并因此具有比电极层424更高的熔点，因此粘结层422可被用作为阻挡，用于防止电极层424的组成材料(例如，铝或铜)以比室温更高的温度扩散进半导体层30或半导体基板10。由此，可避免由于当电极层424的组成材料扩散进半导体层30或半导体基板10时产生的任何问题。具体地，钛、钼、铬或钨为耐熔金属并具有高熔点，因此需要极大量的能量来扩散元素等。因此，即使温度升高，也可有效地防止元素的扩散。在本文中，耐熔金属表示具有比铁的熔点(大约1537℃)更高熔点的材料。
例如，钛的熔点大约为1670℃，钼的熔点大约为1670℃，铬的熔点大约为1860℃，以及钨的熔点大约为3422℃。另一方面，关于电极层424的组成材料，铜的熔点大约为1084℃，铝的熔点大约为660℃，银的熔点大约为961℃，以及金的熔点大约为1063℃。如此，电极层424包括金属作为主成分，而非耐熔金属，并且粘结层422包括耐熔金属作为主成分，其具有比电极层424更高的熔点。
同时，光的长波长区域主要由钝化膜40来反射。因此，如果粘结层422的厚度超过某一水平，有可能降低钝化膜40的光反射。从而也降低了太阳能电池的效率。因此，通过限制粘结层422的厚度，可以提高太阳能电池150的效率。
而且，粘结层422与第一导电类型区域32相比，其可由具有相对高阻抗的材料形成。因此，如果粘结层422的厚度超过某一水平，则载流子很难从第一导电区域32移动至电极层(424)。因此，如果将粘结层(422)的厚度限制在某一水平以下，则可提高载流子(电子或空穴)的迁移率，因此可以提高太阳能电池的效率。
同时，粘结层422可以比电极层424更薄。尽管本实施例示出了电极层424形成为单层，但本发明性概念不限于此。因此，可设置多个电极层424。在这种情况下，粘结层422的厚度可小于每个电极层424的厚度。具体地，粘结层422的厚度为50nm或更小。当粘结层422的厚度超过50nm时，粘结层422的电阻抗会增大，并由此削弱了载流子朝向电极层424的迁移率。当粘结层422的厚度为20nm或更小时，会进一步增大粘结层422的载流子的迁移率。在本文中，粘结层422的厚度范围可以是从1nm到50nm(例如，范围从1nm至20nm)。当粘结层422的厚度低于1nm时，很难将粘结层422均匀地形成在半导体层30的上方，而且通过粘结层422来提高粘结性是不够的。然而，本发明性概念不限于此，并且例如，粘结层422的厚度可以取决于材料、工艺条件等而改变。
电极层424可被布置在粘结层422的上方。电极层424可与粘结层422接触以便简化第一电极42的结构。然而，本发明性概念不限于此。
布置在粘结层422上方的电极层424可被构造为单层，或可包括多层以便提高各种特性。在本实施例中，电极层424可被构造为单层，其插入在粘结层422与阻挡层428之间并与两者接触。电极层424使第一电极42阻抗降低而且导电性增强，并且还被用作实质上传输电流的导电层。此外，电极层424被用作阻挡，用于防止焊盘层426的组成材料扩散进半导体层30或半导体基板中。也就是说，电极层424可被用作导电层和阻挡层。上述的电极层424可由具有导电性的金属形成，并且例如，可包括铜、铝、银、金或其合金作为主成分。例如，电极层424在总量上可包括90重量份至100重量份的铜、铝、银、金或其合金。具体地，电极层424可包括铝作为主成分。在该情况下，电极层424以低成本制造并可具有良好的导电性。同时，电极层424可具有比粘结层422和阻挡层428更大的厚度，其范围从50nm至400nm。在一个示例中，电极层424的厚度范围从100nm至400nm(更具体地，范围从100nm至300nm)。当电极层424的厚度低于50nm时，电极层424难以被用作阻挡层和导电电极层。当电极层424的厚度超过400nm时，虽然电极层424的导电性不会极大提高，也会增加制造成本。当电极层424的厚度为100nm或更大时，第一电极42的阻抗会进一步减小。当电极层424的厚度为300nm或更小时，可有效地预防会增加热应力的剥离现象，而不会过多地减小阻抗。然而，本发明性概念不限于此，而且电极层424的厚度可以改变。
阻挡层428，其可形成在电极层424之上以便被布置在电极层424与焊盘层426之间，可防止电极层424与焊盘层426之间反应，或者可防止电极层424的材料扩散进焊盘层426中。此时，阻挡层428的两个表面可分别与电极层424和焊盘层426接触，以便简化第一电极42的结构。
因为电极层424与焊盘层426之间的反应或电极层424的组成材料的扩散会发生在高温下(例如，电极42和44退火时)，所以阻挡层428可包括具有比电极层424更高的熔点的金属作为主成分。
也就是说，阻挡层428包括不同于电极层424的金属的并具有相对高熔点的金属作为主成分。在一个示例中，阻挡层428可包括耐熔金属作为主成分。如此，因为耐熔金属具有高熔点，并且因此需要相对大量的能量来扩散其组成材料，例如，因此即使当以高于室温的热处理温度来执行退火时，也不会容易地发生扩散。因此，阻挡层428可防止电极层424和焊盘层426的材料的扩散，并因此，防止了例如它们之间的化学反应。当阻挡层428不包括耐熔金属时，阻挡层428很难发挥足够的作用。在本文中，耐熔金属表示具有比铁的熔点(大约1538℃)更高熔点的材料。
此外，阻挡层428的热膨胀系数可以小于电极层424的热膨胀系数，并且小于焊盘层426的热膨胀系数。当第一电极42包括在大厚度处具有高热膨胀系数的材料时，第一电极42更加不耐热应力。鉴于此，在本实施例中，具有低热膨胀系数的阻挡层428可被插入在电极层424与具有相对高的热膨胀系数的焊盘层426之间，以便用作热缓冲层。由此，第一电极42能够抵抗热应力。
例如，阻挡层428的组成材料(例如，金属)的热膨胀系数的范围可以从大约4.5ppm/K至大约14ppm/K(例如，范围从4.5ppm/K至10ppm/K)。当热膨胀系数低于4.5ppm/K或超过14ppm/K时，阻挡层428不足以用作热缓冲层。此时，当热膨胀系数范围从4.5ppm/K至10ppm/K时，阻挡层428可呈现出作为热缓冲层的进一步提高效果。
在一个示例中，阻挡层428可包括钛、钼、铬或钨作为主成分，其可满足全部上述条件。例如，阻挡层428在总量上可包括90重量份至100重量份的钛、钼、铬或钨。例如，阻挡层428可包括单金属状态的钛、钼、铬或钨，而非合金，以便有效地实现所期望的特性。然而，本发明性概念不限于此，阻挡层428可由包括钛、钼、铬和钨中的至少一个的合金形成。
此时，钨是昂贵的且会极大地增加制造成本，而铬可成为各种调节的对象，因为例如六价铬可对环境造成不良影响。因此，阻挡层428可由钛、钼或铬形成，并且更具体地，可由钛或钼形成。具体地，钼具有比钛更低的电阻率，并且因此可极大地降低第一电极42的阻抗。
已经描述了钛、钼、铬或钨具体的热膨胀系数，因此下文将省略其详细描述。另一方面，关于焊盘层46的组成材料，镍钒合金的热膨胀系数大约为13ppm/K，且锡的热膨胀系数范围从17ppm/K至36ppm/K，比阻挡层428中的大。然而，本发明性概念不限于此，并且焊盘层426的热膨胀系数可以等于或小于阻挡层428的热膨胀系数。
在本实施例中，阻挡层428比粘结层422厚，而比电极层424薄。阻挡层428比电极层424更加远离半导体基板10布置，并且因此不需要透光。因此，阻挡层428不需要高透光性，并因此可以比粘结层422厚并因此可具有比粘结层422低的透光性。此外，比粘结层422更厚的阻挡层428可呈现出提高的阻挡效果。此外，因为电极层424实际上被用作第一电极42，因此相比于电极层424减小了阻挡层428的厚度，可以避免不必要地增大第一电极42的厚度。
例如，粘结层422的厚度与阻挡层428的厚度的比率范围可以是从1∶2至1∶30。当该比率低于1∶2时，阻挡层428由于其不足的厚度而无法发挥足够的作用，或者粘结层422因为其大的厚度而具有光的长波长区域的高反射性。当该比率超过1∶30时，具有大厚度的阻挡层428会增加制造成本和时间，且粘结层422由于其小厚度而无法发挥足够的作用。在一个示例中，该比率范围是从1∶4至1∶25。
另选地，阻挡层428的厚度可为80nm或更少。当厚度超过80nm时，阻挡层428会由于大厚度而增加制造成本和时间。在一个示例中，阻挡层428的厚度范围是从2nm至80nm。当阻挡层428的厚度小于2nm时，阻挡层428由于其厚度不足而无法发挥足够的作用。然而，本发明性概念不限于此。当阻挡层428包括具有低电阻率的材料时，可增大阻挡层428的厚度以便减小第一电极42的阻抗。各种其它的改变是可能的。
此外，阻挡层428的电阻率大于电极层424的电阻率。例如，对于阻挡层428的组成材料，钛的电阻率可以是大约42mΩ·cm，钼的电阻率可以是大约5.34mΩ·cm，铬的电阻率可以是大约13mΩ·cm，且钨的电阻率可以是大约5.60mΩ·cm。此外，对于电极层424的组成材料，铜的电阻率可以是大约1.68mΩ·cm，铝的电阻率可以是大约2.65mΩ·cm，银的电阻率可以是大约1.59mΩ·cm，且金的电阻率可以是大约2.44mΩ·cm。
在一个示例中，阻挡层428的电阻率可以小于焊盘层426的电阻率。对于焊盘层426的组成材料，镍钒合金的电阻率可以是大约63mΩ·cm，且锡的电阻率可以是大约11mΩ·cm。也就是说，当焊盘层426包括镍钒合金时，阻挡层428具有比焊盘层426更低的电阻率，即使它包括钛、钼、铬和钨中的任一种。此外，当焊盘层426包括锡时，阻挡层428比焊盘层426包括钼或钨时具有更低的电阻率。然而，本发明性概念不限于此，并且阻挡层428的电阻率可以等于或大于焊盘层426的电阻率。
然而，本发明性概念不限于例如粘结层422的厚度、阻挡层428的厚度、阻挡层428的透光性以及阻挡层428的电阻率。
如上所述，在本实施例中，布置在电极层424相对表面上的粘结层422和阻挡层428可包括耐熔金属作为主成分，其选自钛、钼、铬和钨。也就是说，当具有高熔点的耐熔金属布置在电极层424的相对表面上并经受例如高温退火时，可以有效地防止电极层424的组成材料(更具体地，主成分材料)扩散进半导体基板10或半导体层30以及焊盘层426中。
在一个示例中，布置在电极层424相对表面上的粘结层422和阻挡层428可具有相同的主成分材料。如此，可限制可用于制造工艺中的金属类型，这可简化制造工艺并降低制造成本。此外，粘结层422和阻挡层428可具有相同或相似的低热膨胀系数，从而有效地承受热应力。
另选地，阻挡层428的电阻率可以等于或小于粘结层422的电阻率。阻挡层428和粘结层422可具有相同的主成分材料，以便具有相同的电阻率，或者阻挡层428的主成分材料可具有比粘结层422更低的电阻率，使得阻挡层428的电阻率小于粘结层422的电阻率。如此，比粘结层422更厚的阻挡层428可具有等于或小于粘结层422的电阻率，这可进一步降低第一电极42的阻抗。例如，粘结层422和阻挡层428中的每一个包括钛或钼作为主成分，或者粘结层422可包括钛作为主成分，而阻挡层428可包括具有比钛更低阻抗的钼作为主成分。
焊盘层426可被布置在阻挡层428的上方。在一个示例中，焊盘层426可形成在阻挡层428之上以便与阻挡层428接触。焊盘层426是连接至条带142的部分，并且可包括能够实现与条带142良好连接的材料。下面将参照图5来描述焊盘层426与条带142的连接结构的各种示例。图5是根据本发明概念的实施例示出了太阳能电池150中第一电极42与条带142的连接结构的各种示例的放大图。为了清晰和简洁的描述，在图5中，第一电极42的形状基于图2放大圆圈中所示的形状示出。
在一个示例中，如图5的(a)所示，包括例如铅(Pb)和锡的条带142可布置在焊盘层426的上方，然后当接收热量时，直接连接至焊盘层426。另选地，如图5的(b)所示，在将膏(例如，包括例如锡和铋的焊膏)布置在焊盘层426与条带142之间的状态下，焊盘层426与条带142可通过施加热采用膏层146彼此连接。另选地，如图5的(c)所示，在将导电膜148插入在焊盘层426与条带142之间的状态下，焊盘层426与条带142可通过施加压力通过导电膜148连接至彼此。导电膜148可通过分散导电粒子形成，该导电粒子由例如高导电的金、银、镍或铜形成在由例如环氧树脂、丙烯酸树脂、聚酰亚胺树脂或聚碳酸酯树脂形成的膜中。当将热量和压力施加至导电膜时，导电粒子会从膜中露出，并且太阳能电池150与条带142可通过露出的导电粒子彼此电连接。在多个太阳能电池150通过导电膜(未示出)彼此连接以构成模块的示例中，降低了处理温度，这可防止太阳能电池150的弯曲。焊盘层426和条带142可通过多种其它的方法附接并连接至彼此。
焊盘层426可包括锡(Sn)或镍钒合金(NiV)。锡有益地具有与条带142或者与条带142连接的膏的良好的粘结性。此外，镍钒合金具有与条带142或者与条带142连接的膏的良好的粘结性。更具体地，在包括锡和铋的膏的示例中，膏中的锡和镍钒合金中的镍呈现出非常优良的粘结性。此外，镍钒合金具有非常高的熔点，大约为1000℃或者更高，其高于电极层424的组成材料。由此，焊盘层426在与条带142的粘结期间或在太阳能电池150的制造期间不会变形，并且足以被用作保护电极层424的盖面膜。
焊盘层426可具有纳米单位的厚度，例如，50nm至300nm范围内的厚度。当焊盘层426的厚度低于50nm时，其与条带142的粘结性退化，并且当其厚度超过300nm时，会增加制造成本。然而，本发明性概念不限于此，并且例如，焊盘层426的厚度可以各种方式改变。
在本实施例中，包括粘结层422、电极层424、阻挡层428以及焊盘层426的第一电极42可通过例如溅射来形成。也就是说，在形成分别形成了粘结层422、电极层424、阻挡层428以及焊盘层426的金属层以便使用该金属层填充形成在半导体基板10的后表面之上的钝化膜40的开口402(或在第二电极44的情况下的开口404)之后，将该金属层图案化以便形成第一电极42(和/或第二电极44)的粘结层422、电极层424、阻挡层428以及焊盘层426。可实施多种图案化方法。在一个示例中，可通过使用抗蚀和刻蚀溶液的方法来实施图案化。此时，可通过同时图案化相同的金属层来形成第一电极42和第二电极44。
因为当使用上述的溅射时，相应的材料会在太阳能电池150的厚度方向上彼此层叠其上，所以第一电极42的相应层彼此层叠其上使得整个粘结层422具有均匀的厚度、整个电极层424具有均匀的厚度、整个阻挡层428具有均匀的厚度、并且整个焊盘层426具有均匀的厚度。在本文中，均匀的厚度可表示为基于例如给定的工艺误差(例如，具有10％以内误差的厚度)而确定为均匀的厚度。
再次参照图2，第一电极42可具有比开口402的宽度W1更大的宽度W2。这通过为第一电极42提供足够的宽度W2(第一电极42的相应组成部分的宽度中最大的宽度)来降低第一电极42的阻抗。例如，开口402的宽度W1范围从10μm至50μm，且第一电极42的宽度W2范围可以是从200μm至250μm。当开口402的宽度W1低于10μm时，第一电极42和第一导电区域32彼此无法光滑地连接。当开口402的宽度W1超过50μm时，很可能在形成开口402时对第一导电区域32造成损坏。当第一电极42的宽度W2低于200μm时，第一电极42不具有足够的阻抗。当第一电极42的宽度W2超过250μm时，第一电极42会不必要地导致例如与和其邻近的第二电极44之间的短路。然而，本发明性概念不限于此，并且开口402的宽度W1和第一电极42的宽度W2可具有多个其它的值。
因此，第一电极42(更具体地，粘结层422)可形成在开口402的底表面(即，与半导体层30或导电区域32和34接触的表面)、邻近开口402的钝化膜40的侧表面、以及钝化膜40邻近开口402的一部分的上部。具体地，粘结层422可被布置为与开口402的底表面(即，与半导体层30接触的表面)、邻近开口402的钝化膜40的侧表面、以及钝化膜40邻近开口402的一部分接触。基于第一电极42形成在钝化膜40邻近开口402的侧表面上方以及形成在邻近开口402的钝化膜40的上方的事实，应当认识到电极42和44可通过形成金属层来形成，该金属层在整个钝化膜40的上方构成电极42和44，然后图案化该金属层。
此外，在一个示例中，在第一电极42侧表面的至少一部分(更具体地，布置在钝化膜40上方部分的侧表面)中布置凹槽(或切口)R。凹槽R可出于各种原因而形成。在一个示例中，形成具有图2中所示的形状的凹槽R，因为当第一电极42和第二电极44通过例如溅射图案化时，靠近执行溅射所在位置的部分(即，朝向粘结层422布置的部分)被刻蚀的更多，并且远离执行溅射所在位置的部分(即，朝向焊盘层426布置的部分)被刻蚀的更少。
更确切地，在本实施例中，凹槽R可被布置在第一电极42的电极层424的侧表面中。这是因为在粘结层422、阻挡层428和焊盘层426中没有形成凹槽R或者形成了具有小宽度的凹槽R，其具有良好的防酸性，然而凹槽R可容易地通过刻蚀溶液而形成在电极层424中，其具有相对弱的防酸性。因此，电极层424的至少一部分可具有宽度W21(即，第一电极42的组成部分的宽度中的最小宽度)，其小于第一电极42的宽度W2(例如，粘结层422或焊盘层426的宽度)。附图示出了一个示例，其中邻近阻挡层428布置的电极层424的一部分具有与阻挡层428的宽度相同的厚度，但是电极层424的剩余部分随着接近粘结层422而逐渐减小。
然而，本发明性概念不限于此。例如，如图3所示，形成在电极层424中的凹槽R的宽度可随着与粘结层422和阻挡层428距离的减小而逐渐的增大，并且可随着与粘结层422和阻挡层428距离的增大而逐渐的减小。因此，凹槽R可被形成为使得其宽度随着与粘结层422距离的增大以及到阻挡层428距离的减小而逐渐地减小并随后增大。此外，凹槽R可为电极层424的侧表面提供圆形。具有上述形状的凹槽R可在湿法刻蚀时使用例如浸渍来形成。这是因为电极层424邻近粘结层422、阻挡层428以及焊盘层426的不能顺利刻蚀的部分被刻蚀的较少，并且电极层424的没有邻近上述层的内部可以容易地被刻蚀。电极层424的形状取决于凹槽R，其可以多种方式改变。
再次参照图2，在一个示例中，凹槽R的宽度W22(或者粘结层422或焊盘层426的宽度W2与电极层424在第一电极42的一侧的最小宽度W21之间的差值)范围可以是从1μm至10μm。这受限于可由湿法刻蚀所产生的范围。然而，本发明性概念不限于此，并且凹槽R的宽度W22可具有多个数值。
从凹槽R的出现可以认识到电极42和44可通过在整个钝化膜40上形成金属层并且通过刻蚀来将该金属层图案化来形成，该金属层构成了电极42和44。
如上所述，在本实施例中，第一电极42无需电镀而形成。当通过电镀形成第一电极42的一部分时，在电镀出问题时，会电镀到不期望的部分，如存在于钝化膜40中的引脚孔和标线。此外，因为电镀溶液是酸或碱，它会损坏钝化膜40或会退化钝化膜40的特性。在本实施例中，通过省略电镀，钝化膜40的特性得以提高并且第一电极42可通过简化的工艺形成。然而，本发明性概念不限于此，并且粘结层422、电极层424和焊盘层426可通过各种方法形成并且可通过各种方法被图案化。
此外，因为阻挡层428被设置在电极层424与焊盘层426之间，因此可以防止由电极层424与焊盘层426之间的反应而造成的问题。
在下文中，将参照图4详细描述第一导电区域32、第二导电区域34、阻挡区域36以及第一电极42和第二电极44的平面形状。
参照图2和4，在本实施例中，第一导电区域32和第二导电区域34被延伸一段长度以分别具有条带形状，并且交替地布置在与其纵向交叉的方向上。阻挡区域36被布置在第一导电区域32与第二导电区域34之间，使得第一导电区域32和第二导电区域34通过阻挡区域36彼此间隔。尽管图中未示出，但彼此间隔的多个第一导电区域32可在一个边缘彼此连接，并且彼此间隔的多个第二导电区域34可在另一个边缘彼此连接。然而，本发明性概念不限于此。
此时，第一导电区域32的面积可大于第二导电区域34的面积。在一个示例中，第一导电区域32和第二导电区域34的面积可通过为第一导电区域32和第二导电区域34提供不同的宽度来调整。也就是说，第一导电区域32的宽度W3大于第二导电区域34的宽度W4。
此外，第一电极42可具有条带状以便对应于第一导电区域32，并且第二电极44可具有条带状以便对应于第二导电区域34。相应的开口(参见图1中的标号402和404)可沿着第一电极42和第二电极44的整个长度被形成以便对应于第一电极42和第二电极44。由此，第一电极42和第二电极44与第一导电区域32和第二导电区域34的接触面积被最大化，这可提高载流子收集的效率。然而，本发明性概念不限于此。当然，开口402和404可形成为仅将第一电极42和第二电极44的一部分分别连接至第一导电区域32和第二导电区域34。例如，开口402和404可采用多个接触孔的形式。此外，尽管未在图中示出，但是多个第一电极42可在一个边缘彼此连接，并且多个第二电极44可在另一个边缘彼此连接。然而，本发明性概念不限于此。
此外，第一导电区域32和第二导电区域34的形状以及第一开口402和第二开口404的配置或形状不限于上面的描述。例如，第二导电区域34可包括多个彼此间隔的岛状物，并且第一导电区域32可通过集成除了第二导电区域34之外的剩余部分而形成。第一开口402和第二开口404可具有分别与第一导电区域32和第二导电区域34连接的形状和配置。多种其它的改变是可能的。
再次参照图2，前表面钝化膜24和/或防反射膜26可被布置在半导体基板10的前表面上(更确切地，位于形成在半导体基板10的前表面上的前表面场区域130的上方)。在一些实施例中，只有前表面钝化膜24可形成在半导体基板10上，只有防反射膜26可形成在半导体基板10上，或前表面钝化膜24和防反射膜26可按顺序布置在半导体基板10上。图2示出了前表面钝化膜24和防反射膜26按顺序形成在半导体基板10上使得半导体基板10与前表面钝化膜24接触。然而，本发明性概念不限于此，并且半导体基板10可与防反射膜26接触，以及各种其它的改变是可能的。
前表面钝化膜24和防反射膜26基本上被形成在半导体基板10的整个表面之上。在本文中，表述“膜形成在整个基板之上”不仅包括该膜物理上完全形成在整个基板之上的情况，还包括该膜不可避免地形成在排除一部分基板之外的全部基板之上的情况。
前表面钝化膜24与半导体基板10的前表面接触，以钝化存在于半导体基板10的前表面或体中的缺陷。如此，可以通过移除少量载流子的复合点来增大太阳能电池150的开路电压。防反射膜26降低了引入半导体基板10前表面的光反射率。这会增加到达形成在基部区域110与第一导电区域32的交界面的pn结的光的数量。由此，可增大太阳能电池150的短路电流Isc。总之，前表面钝化膜24和防反射膜26可增大太阳能电池150的开路电压和短路电流，由此提高了太阳能电池的效率。
前表面钝化膜24和/或防反射膜26可由多种材料形成。在一个示例中，前表面钝化膜24和/或防反射膜26可包括单膜或多膜，其以两个或多个膜组合的形式，选自由氮化硅膜、包含氢的氮化硅膜、氧化硅膜、氮氧化硅膜、碳化硅膜、AL2O3、MgF2、ZnS、TiO2和CeO2构成的组。在一个示例中，前表面钝化膜24为形成在半导体基板10上的氧化硅膜，并且防反射膜26可采用层叠的形式，其中氮化硅膜和碳化硅膜按顺序彼此层叠于其上。
当光进入根据本实施例的太阳能电池150中时，在基部区域110与第一导电区域32之间形成的pn结处通过光电转换产生空穴和电子。所产生的空穴和电子通过穿过隧穿层20移动至第一导电区域32和第二导电区域34，并且随后移动至第一电极42和第二电极44。这导致了电的产生。
在根据本实施例的后接触型太阳能电池150中，其中电极42和44形成在半导体基板10的后表面上并且没有电极形成在半导体基板10的前表面上，这可以使半导体基板10前表面上的遮光损失最小化。这可以提高太阳能电池150的效率。然而，本发明性概念不限于此。
此外，因为第一导电区域32和第二导电区域34与被插入在其间的隧穿层20形成在半导体基板10的上方，所以第一导电区域32和第二导电区域34可形成与半导体基板10分离的层。由此，相比于通过使用掺杂物来对半导体基板10进行掺杂而形成掺杂区域被用作导电区域的情况，由复合造成的损失得以最小化。
此外，在本实施例中，阻挡层248可设置在电极层424与焊盘层426之间以便防止由电极层424与焊盘层426之间的任何反应所造成的问题。这将在下面参照图6至图8详细描述。
图6是根据本发明性概念的示例示出了太阳能电池150中第一电极42横截面的照片，图7是根据比较例示出了太阳能电池中电极横截面的照片，以及图8是根据退火前后本发明性概念的示例及比较例示出了太阳能电池中电极电阻的测量结果的图表。
例如，在电极层424包括铝且焊盘层426包括镍钒合金的示例中，如图6所示，可以认识到如在本示例中当阻挡层428设置在电极层424与焊盘层426之间时在电极层424与焊盘层426之间没有产物(例如，金属间化合物)形成。另一方面，在没有设置阻挡层的比较例中，如图7所示，可以认识到通过电极层424中的铝与焊盘层426中的镍之间的反应，在电极层424与焊盘层426之间形成有厚的金属间化合物。当形成金属间化合物时，其可极大地增加第一电极42和第二电极44的阻抗，由此造成第一电极42和第二电极44的电特性退化。尽管通过示例的方式已经描述了电极层424包括铝且焊盘层426包括镍的情况，但本发明性概念不限于此。
此外，如图8所示，可以认识到根据示例的太阳能电池的电极退火前后具有相似的阻抗，其中根据比较例的太阳能电池的电极相比于退火之前，退火之后阻抗显著地增大。在根据比较例的太阳能电池中，假定退火前后的阻抗产生差异是因为通过电极层材料与焊盘层材料之间的反应会形成金属间化合物。
此外，本示例中的焊盘层426与条带142可具有良好的粘结性，其中比较例中的焊盘层426与条带142不具有良好的粘结性。也就是说，在本示例中，阻挡层428可防止电极层424的组成材料扩散进焊盘层426的内部或表面，由此为焊盘层426提供了与条带142的良好的内部粘结性。另一方面，在比较例中，电极层424的材料可扩散至焊盘层426的内部或表面，由此造成焊盘层426特性的退化。例如，因为附接条带142时所使用的焊接材料(例如，焊接膏)主要具有疏水性，因此在比较例中当例如电极层424中的铝扩散进焊盘层426中时，可形成亲水的氧化铝，造成焊盘层426中条带142焊接材料的湿润性退化。由此，会极大地损坏焊盘层426与条带142之间的粘结性。
如上所述，在本示例中，阻挡层428可防止由电极层424与焊盘层426之间的反应所产生的问题，由此为第一电极42和第二电极44提供了低阻抗及与条带142的良好附接。由此，提高了太阳能电池150的效率并增大了太阳能电池板100的输出。此外，可通过粘结层422进一步提高第一电极42和第二电极44的各种特性。
在下文中，将详细描述根据本发明性概念其它实施例的太阳能电池。将省略与上面描述相同或极其相似的部件的详细描述，并且将仅详细描述不同的部件。
图9是根据本发明概念的另一个实施例示出了太阳能电池的截面图。
参照图9，根据本实施例的太阳能电池150不包括隧穿层(参见图2中的标号20)，并且第一导电区域32和第二导电区域34被构造为半导体基板10内部的掺杂区域。也就是说，第一导电区域32和第二导电区域34中的每一个均被构造为掺杂区域，其通过使用相对高掺杂浓度的第一或第二导电掺杂物来对半导体基板10掺杂而形成。如此，第一导电区域32和第二导电区域34包括第一或第二导电结晶(单晶或多晶)半导体以构成半导体基板10。在一个示例中，第一导电区域32和第二导电区域34中的每一个可被构造为第一或第二导电类型的单晶半导体基板(例如，单晶硅晶片基板)的一部分。
在该实施例中，第一电极42的粘结层(参见图2中的标号422)与半导体基板10(或构成半导体基板10的一部分的第一导电区域32)接触形成，并且第二电极44的粘结层422与半导体基板10(或构成半导体基板10的一部分的第二导电区域34)接触形成。在上面的描述中，区别只在于第一电极42和第二电极44的粘结层422与半导体基板10接触，而不是半导体层30，因此将省略其详细描述。
由于从上面的描述显而易见的是，根据本发明性概念的太阳能电池可防止由于阻挡层导致在电极层与焊盘层之间的反应而造成的任何问题，因此提供了与条带之间具有低阻抗和良好粘结性的电极。由此，可以提高太阳能电池的效率并增大太阳能电池板的输出。此外，可通过粘结层进一步提高电极的各种特性。
上述的结构、配置、效果等被包含在本发明性概念的至少一个实施例中，并且不应被限制为仅有的一个实施例。此外，在每一个实施例中所述的结构、配置、效果等可实施在其它的实施例中，因为本领域技术人员可以将它们彼此组合或变形。因此，关于这些组合和变形的内容应该被构造为包含在如所附权利要求中所公开的本发明性概念的范围和精神内。
相关申请的交叉引用
本申请要求向韩国知识产权局于2015年7月27日提交的韩国专利申请第10-2015-0105964号以及于2016年7月15日提交的韩国专利申请第10-2016-0090036号的优先权，其公开的内容通过引用的方式被并入本文。

Claims (19)

1.一种太阳能电池，该太阳能电池包括：
半导体基板；
导电区域，所述导电区域包括被布置在所述半导体基板的一个表面上的第一导电区域和第二导电区域；以及
电极，所述电极包括连接至所述第一导电区域的第一电极和连接至所述第二导电区域的第二电极，
其中，所述电极包括：被布置在所述半导体基板或所述导电区域上的粘结层；被布置在所述粘结层上并包括金属作为主成分的电极层；以及被布置在所述电极层上并包括与所述电极层的金属不同的金属作为主成分的阻挡层，
其中，所述电极层的厚度大于所述粘结层和所述阻挡层中的每一个的厚度，并且
其中，所述阻挡层的熔点高于所述电极层的熔点。
2.根据权利要求1所述的太阳能电池，其中，所述阻挡层包括耐熔金属作为主成分。
3.根据权利要求1所述的太阳能电池，其中，所述阻挡层包括钛Ti、钼Mo、铬Cr或钨W作为主成分。
4.根据权利要求1所述的太阳能电池，其中，所述阻挡层的热膨胀系数小于所述电极层的热膨胀系数。
5.根据权利要求1所述的太阳能电池，其中，所述阻挡层的厚度大于所述粘结层的厚度。
6.根据权利要求5所述的太阳能电池，其中，所述粘结层和所述阻挡层的厚度比在从1∶2至1∶30的范围内。
7.根据权利要求5所述的太阳能电池，其中，所述阻挡层的厚度为80nm或更小。
8.根据权利要求1所述的太阳能电池，其中，所述阻挡层的电阻率等于或小于所述粘结层的电阻率。
9.根据权利要求8所述的太阳能电池，其中，所述阻挡层的电阻率大于所述电极层的电阻率。
10.根据权利要求1所述的太阳能电池，其中，所述阻挡层的透光率小于所述粘结层的透光率。
11.根据权利要求1所述的太阳能电池，其中，所述粘结层包括耐熔金属作为主成分。
12.根据权利要求1所述的太阳能电池，其中，所述粘结层包括钛Ti、钼Mo、铬Cr或钨W作为主成分。
13.根据权利要求1所述的太阳能电池，其中，所述粘结层的热膨胀系数介于所述半导体基板或所述导电区域的热膨胀系数与邻近所述粘结层的所述电极层的一部分的热膨胀系数之间。
14.根据权利要求1所述的太阳能电池，其中，所述粘结层的厚度为50nm或更小。
15.根据权利要求1所述的太阳能电池，其中，布置在所述电极层的相对表面上的所述粘结层和所述阻挡层由相同的材料形成。
16.根据权利要求1所述的太阳能电池，其中，所述电极层包括铜Cu、铝Al、银Ag、金Au及其合金中的至少一种作为主成分。
17.根据权利要求1所述的太阳能电池，其中，所述电极还包括被布置在所述阻挡层上并连接至条带的焊盘层。
18.根据权利要求17所述的太阳能电池，其中，所述焊盘层包括锡和镍钒合金NiV中的至少一种作为主成分。
19.根据权利要求1所述的太阳能电池，其中，所述粘结层与所述半导体基板或所述导电区域接触，
其中，所述电极层与所述粘结层接触，并且
其中，所述阻挡层与所述电极层接触。
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