CN113948593A - 一种太阳能电池背金结构及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种太阳能电池背金结构及其应用。一种太阳能电池背金结构，包括依次形成的：AuGeNi合金层、Ag层、Cr层和Cu层；所述AuGeNi合金层的厚为5nm‑500nm；所述Ag层的厚为200nm‑2000nm；所述Cr层的厚为10nm‑2000nm。本发明的太阳能电池背金结构，由于各层材质、厚度的搭配，能够降低包含太阳能电池背金结构的柔性太阳能电池的翘曲程度，同时增加柔性太阳能电池对光的利用率。

Description

一种太阳能电池背金结构及其应用
技术领域
本发明属于芯片技术领域，具体涉及一种太阳能电池背金结构及其应用。
背景技术
柔性太阳能电池，是薄膜太阳能电池的一种，具有技术先进、性能优良、成本低廉、用途广泛等优点。在制作柔性太阳能电池的过程中，通常需进行背金蒸镀，进一步的，为了提升太阳能电池对光的利用效率，还会增设光反射层。但是传统背金层和光反射层的设置，会增加柔性太阳能电池的翘曲率，进而提升其在制备、使用过程中的破损率。
发明内容
本发明旨在至少解决上述现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种太阳能电池背金结构，由于各层材质、厚度的搭配，能够降低包含所述太阳能电池背金结构的柔性太阳能电池的翘曲程度，同时增加柔性太阳能电池对光的利用率，即提升所得柔性太阳能电池的电流密度。
本发明还提出一种具有上述太阳能电池背金结构的柔性太阳能电池芯片。
本发明还提出一种上述柔性太阳能电池芯片的制备方法。
本发明还提出一种具有上述柔性太阳能电池芯片的太阳能电池。
本发明还提出一种具有上述太阳能电池的光伏系统。
根据本发明的一个方面，提出了一种太阳能电池背金结构，
包括依次形成的：AuGeNi合金层、Ag层、Cr层和Cu层；
所述AuGeNi合金层的厚为5nm-500nm；
所述Ag层的厚为200nm-2000nm；
所述Cr层的厚为10nm-2000nm。
根据本发明的一种优选的实施方式，至少具有以下有益效果：
(1)传统的柔性太阳能电池背金使用的是铜箔，而铜箔仅对约590nm以后的光具有较好的反射效果，对波长＜590nm的光几乎没有反射作用，这不利于太阳能电池对光的利用；本发明中，在太阳能电池背金结构中，增加了一层Ag层，提升了包含所述太阳能电池背金结构的太阳能电池对光的利用，进而提升了太阳能电池的电流密度和其整体效率。
(2)传统的柔性太阳能电池背金使用的是铜箔作电极，铜箔柔韧性高，因此单纯使用铜箔会导致翘曲度比较大，虽然铜的厚度越厚则翘曲度越小，然而随着铜厚度的增加太阳能电池的重量也增加；
本发明在太阳能电池背金结构中增加了Cr层，Cr层的延展性较铜小，同时，Cr层和Ag层之间形成Cr-Ag合金，该合金较硬，有利于降低太阳能电池的翘曲度，同时，该合金厚度较薄，也不会降低所得太阳能电池的柔性，更不会增加裂片率；Cr层还可以与Cu层之间形成较硬(形成温度20℃～400℃)、且具有更优导电性和导热性的Cr-Cu合金，因此可以降低太阳能电池的翘曲程度，同时提升导电性和导热性。
(3)单纯在太阳能电池的外延层和铜质背金之间增加Ag层，虽也可以提升所得太阳能电池对光的利用率，但是会导致Ag层和外延层之间欧姆接触不良，同时Ag层和Cu层之间粘结度低，易剥离；本发明中，在Ag层和外延层之间增设AuGeNi层用来做外延层的欧姆接触层，同时在Ag层和Cu层之间增加Cr层以提升Ag层和Cu层的粘附力，具体的Cr层可以和Ag层和Cu层分别形成合金层，进而提升粘附力；此外，Cu层除作为太阳能电池背金结构的一部分，还可以作为外延层的柔性衬底；这可在不增加太阳能电池重量的情况下降低其翘曲度，降低外延折伤和使用时的操作难度。
在本发明的一些实施方式中，所述AuGeNi合金层的厚度为50～400nm。
在本发明的一些实施方式中，所述AuGeNi合金层的厚度为100～200nm。
在本发明的一些实施方式中，所述Ag层的厚度为500～1000nm。
在本发明的一些实施方式中，所述Ag层的厚度为700～900nm。
所述Ag层对400nm以上波段的光具有很好的反射率，可以达到98％以上。
在本发明的一些实施方式中，所述Cr层的厚度为100～1500nm。
在本发明的一些实施方式中，所述Cr层的厚度为500～1000nm。
在本发明的一些实施方式中，所述Cr层的厚度独自选自10nm、110nm、210nm、310nm、410nm和510nm中的一种。
所述Cr层是银白色有光泽的金属，含杂质的Cr硬而脆，正是硬的特性会抵消铜箔柔韧导致的翘曲。
在本发明的一些实施方式中，所述Cu层的厚度在30～40μm之间。
在本发明的一些优选的实施方式中，所述Cu层的厚度约为33.15μm。
根据本发明的再一个方面，提出了一种柔性太阳能电池芯片，包括，
所述的太阳能电池背金结构，
柔性太阳能电池外延层；所述柔性太阳能电池外延层设置于所述AuGeNi合金层一侧表面。
根据本发明的一种优选的实施方式的柔性太阳能电池芯片，至少具有以下有益效果：
由于太阳能电池背金结构的调整，柔性太阳能电池芯片的翘曲程度降低、对光的利用率提升、导电性和导热性也提升，同时重量未发生改变。
在本发明的一些实施方式中，所述柔性太阳能电池外延层选自P型外延层。
在本发明的一些实施方式中，所述柔性太阳能电池外延层为：GaInP、GaAs和InGaAs中的一种形成的单层或叠层外延片。
在本发明的一些实施方式中，所述柔性太阳能电池外延层包括：GaInP、GaAs和InGaAs中两种或多种形成的叠层外延片。
根据本发明的再一个方面，提出了一种所述柔性太阳能电池芯片的制备方法，包括以下步骤：
S1.在临时衬底上，生长所述柔性太阳能电池外延层；
S2.在所述柔性太阳能电池外延层远离所述临时衬底的一侧表面上，依次沉积所述AuGeNi合金层、Ag层、Cr层和Cu层，得所述太阳能电池背金结构；
S3.剥离所述衬底。
根据本发明的一种优选的实施方式的制备方法，至少具有以下有益效果：
本发明提供的制备方法与传统柔性太阳能电池芯片的制备仪器相匹配，不需要额外增加仪器投入，同时制备方法简单、良率高。
在本发明的一些实施方式中，步骤S1中，所述柔性太阳能电池外延层的生长方法为减压外延、低温外延、选择外延、液相外延、异质外延和分子束外延中的一种或几种的组合。
在本发明的一些实施方式中，所述制备方法，还包括在步骤S1和步骤S2之间，进行所述外延层的清洗步骤。
在本发明的一些实施方式中，所述清洗步骤，包括依次进行的ACE(丙酮)清洗、IPA(异丙醇)浸泡、QRD(冲水)和干燥。
在本发明的一些实施方式中，所述ACE清洗的时间为5～30min。
在本发明的一些优选的实施方式中，所述ACE清洗的时间约为5min。
在本发明的一些实施方式中，所述IPA浸泡的时间约为5min。
在本发明的一些实施方式中，所述QRD的时间约为10min。
在本发明的一些实施方式中，所述干燥的方法为旋干。
在本发明的一些实施方式中，所述清洗步骤结束至步骤S2开始之间间隔时间≤3h。
限定所述清洗步骤和步骤S2之间时间间隔的原因是，避免所述外延层受环境影响。
在本发明的一些实施方式中，步骤S2中，所述太阳能电池背金结构的沉积方法为电镀、物理气相沉积、化学气相沉积和原子层沉积中的一种或其组合。
在本发明的一些实施方式中，所述物理气相沉积，包括电子束蒸发沉积和蒸镀。
所述电子束蒸发沉积借助电子束蒸发机进行。
在本发明的一些实施方式中，步骤S2中，所述Cu层的沉积方法为蒸镀或电镀中的至少一种。
在本发明的一些实施方式中，步骤S2中，所述剥离，方法为：化学腐蚀法。
根据本发明的再一个方面，提出了太阳能电池，包含所述柔性太阳能电池芯片。
根据本发明的再一个方面，提出了一种光伏系统，包含所述太阳能电池。
在本发明的一些实施方式中，所述光伏系统，为地面光伏系统和空间光伏系统中的至少一种。
在本发明的一些实施方式中，所述地面光伏系统，包括家用光伏系统和光伏电站中的至少一种。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明，其中：
图1为传统太阳能电池背金结构制备过程中的结构示意图；
图2为本发明实施例1步骤D3所得部件的结构示意图；
图3为不同金属对光的反射率；
附图标记：
100、临时衬底；
200、外延层；
300、太阳能电池背金结构，310、AuGeNi层，320、Ag层，330、Cr层，340、Cu层。
具体实施方式
以下将结合实施例对本发明的构思及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本发明保护的范围。
本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。
本发明的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
实施例1
本实施例制备了一种柔性太阳能电池芯片，具体过程为：
D1.在临时衬底100上生长四寸柔性外延层200；
D2.对步骤D1所得柔性外延层200依次做ACE(丙酮)清洗5min、IPA(异丙醇)浸泡5min、QRD(水冲洗)10min，最后旋干；
D3.然后在3h以内，使用电子束蒸发机在步骤D2所得外延层表面依次蒸镀厚50nm的AuGeNi层310、厚为2000nm的Ag层320、厚为10nm的Cr层330和厚为12.99μm厚的Cu层340，作为太阳能电池背金结构300；
D4.将步骤D3所得部件的临时衬底100剥离，即得柔性太阳能电池芯片。
传统太阳能电池背金结构制备过程中的结构示意图如图1所示，其中太阳能电池背金结构300材质为铜。
本实施例步骤D3所得部件的结构示意图如图2所示。
实施例2～6分别制备了一种柔性太阳能电池芯片，具体过程与实施例1的区别为：步骤D3中，Cr层和Cu层的厚度不同，具体如表1所示。
表1实施例1～6中太阳能电池背金结构组成
Figure BDA0003274182510000061
Figure BDA0003274182510000071
试验例
本试验例首先测试了Ag、Cu等八种金属对不同波长光的反射率，测试方法为：使用发光分度计测量不同金属反射率。测试结果如图3所示。
图3结果说明，相对于其他种类金属，Ag对390～780nm波长的光均具有较强反射率，若在背金结构中增加Ag层可有效提升所得太阳能电池(或芯片)对光的利用率，进而增加电流密度。
测试了实施例和对比例制备的柔性太阳能电池芯片的翘曲度、电流密度和重量等性能。其中：重量的测试方法为直接称量，翘曲度的测试方法为：测试翘曲圆的半径，首先按照翘曲形状一比一绘制翘曲弧度，然后计算弧度的半径；；电流密度的测试方法为：AM1.0光谱下测量的数据，测试结果如表2所示。
表2实施例和对比例所得柔性太阳能电池芯片的测试结果
Figure BDA0003274182510000072
Figure BDA0003274182510000081
从表2测试结果可知通过调整太阳能电池背金结构，在不改变所得太阳能电池芯片重量的前提下，提升了柔性太阳能电池芯片的电流密度(通过提升对光利用率实现)，同时降低了其翘曲程度。
上面结合附图对本发明实施例作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。此外，在不冲突的情况下，本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

Claims (10)

1.一种太阳能电池背金结构，其特征在于，包括依次形成的：AuGeNi合金层、Ag层、Cr层和Cu层；
所述AuGeNi合金层的厚为5nm-500nm；
所述Ag层的厚为200nm-2000nm；
所述Cr层的厚为10nm-2000nm。
2.根据权利要求1所述的太阳能电池背金结构，其特征在于，所述AuGeNi合金层的厚度为50～400nm；优选的，所述Ag层的厚度为500～1000nm；优选的，所述Cr层的厚度为100～1500nm。
3.根据权利要求2所述的太阳能电池背金结构，其特征在于，所述AuGeNi合金层的厚度为100～200nm；优选的，所述Ag层的厚度为700～900nm；优选的，所述Cr层的厚度为500～1000nm。
4.一种柔性太阳能电池芯片，其特征在于，包括，
如权利要求1～3任一项所述的太阳能电池背金结构，
柔性太阳能电池外延层；所述柔性太阳能电池外延层设置于所述AuGeNi合金层一侧表面。
5.根据权利要求4所述的柔性太阳能电池芯片，其特征在于，所述柔性太阳能电池外延层包括：GaInP、GaAs和InGaAs中的一种形成的单层或叠层外延片；优选的，所述柔性太阳能电池外延层包括：GaInP、GaAs和InGaAs中两种或多种形成的叠层外延片。
6.一种如权利要求4或5所述柔性太阳能电池芯片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1.在临时衬底上，生长所述柔性太阳能电池外延层；
S2.在所述柔性太阳能电池外延层远离所述临时衬底的一侧表面上，依次沉积所述AuGeNi合金层、Ag层、Cr层和Cu层，得所述太阳能电池背金结构；
S3.剥离所述衬底。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述柔性太阳能电池外延层的生长方法为减压外延、低温外延、选择外延、液相外延、异质外延和分子束外延中的一种或几种的组合。
8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤S2中，所述太阳能电池背金结构的沉积方法为电镀、物理气相沉积、化学气相沉积和原子层沉积中的一种或其组合。
9.一种太阳能电池，其特征在于，包含权利要求4或5所述柔性太阳能电池芯片。
10.一种光伏系统，其特征在于，包含权利要求9所述的太阳能电池。
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