CN203859122U - 全背接触太阳电池电极 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于太阳电池领域，内容为提出了一种全背接触太阳电池电极，该电极特点是其由细栅金属电极一、细栅金属电极二、主栅电极一、主栅电极二及介电层一组成，上述组成部分全部位于衬底表面一；细栅金属电极一和细栅金属电极二呈叉指状交替排布；主栅电极一、主栅电极二分别与细栅金属电极一、细栅金属电极二呈交叉排布；主栅电极一和细栅金属电极二交叉重叠的部分以及主栅电极二和细栅金属电极一交叉重叠的部分通过介电层一隔离；主栅电极一和细栅金属电极一以及主栅电极二和细栅金属电极二在两者交叉重叠的位置直接接触，与现有技术相比，本实用新型消除了电极电学遮光的影响，并降低了电极的线电阻损失，提高了器件性能。

Description

全背接触太阳电池电极

技术领域

本实用新型涉及一种全背接触太阳电池电极，属于太阳电池领域。

技术背景

为了降低光伏发电成本，需要不断提高太阳电池转化效率。全背接触太阳电池有如下几个优点：1）采用体寿命高的n型单晶硅做为衬底材料，可以获得更高的开路电压；2）金属电极全都位于衬底背面，在受光面无电极遮挡，可以获得更高的短路电流；3）无需考虑受光面遮光，电极宽度可以更宽，从而可以降低串联电阻，获得更高的填充因子。基于以上优点 ，全背接触太阳电池被认为是一种极具潜力的高效太阳电池结构。

全背接触太阳电池电极全部位于电池背面，根据主栅电极的多少，通常有两种结构。一种如图1所示，该全背接触太阳电池背面细栅金属电极一11和细栅金属电极二12呈叉指状交替排列，然后在细栅金属电极一11和细栅金属电极二12的末端分别沉积主栅金属电极一13、主栅金属电极二14将所有的细栅电极一和细栅电极二连接起来以达到收集电流的目的，主栅金属电极一13和主栅金属电极二14直接与半导体衬底接触；细栅电极末端的主栅电极可以采用对比文献一（US 20080223437A1）中所述的多个焊接焊盘来代替。这种电极结构比较简单，但存在一些不足之处。第一，因为主栅金属电极位于细栅金属电极末端，则远离主栅电极处产生的载流子需要通过整个细栅金属电极才能被主栅金属电极收集，因而导致严重的线电阻损失；第二，为了避免不同极性的细栅金属电极一11在主栅金属电极二14直接接触而导致短路，细栅金属电极一11无法延伸至主栅金属电极二14所处的位置，因而无法与该位置的半导体衬底10直接接触。这样，由于光照，在被主栅金属电极二14覆盖的半导体衬底所产生的光生载流子中、与细栅金属电极一11极性相同的部分将需要通过电阻较高的半导体衬底长距离横向传输到细栅金属电极一11所处的位置，并被其收集，若这部分横向传输的光生载流子是半导体衬底中的少子，长距离传输将大大增加它们被复合的几率，从而导致器件性能下降，这被称为“电学遮光（Electrical Shading）”；而若这部分横向传输的光生载流子是半导体衬底中的多子，在电阻较高的半导体衬底中长距离传输也将导致较高的横向传输电阻，同样导致期间性能下降。细栅金属电极二12和主栅金属电极一13之间也存在着同样的问题。第三，长的细栅金属电极一11和细栅金属电极二12在制作过程中容易出现断栅，加之它们只有一端与对应的主栅金属电极连接，若出现断栅，远离主栅电极的断栅部分电极收集的电流将无法直接地被主栅金属电极收集。 

另外一种电极结构如图2所示，该全背接触太阳电池细栅金属电极一21和细栅金属电极二22同样呈叉指状交替排布；细栅金属电极制备成多段结构，在每段细栅金属电极一21和细栅金属电极二22中心位置分别沉积主栅金属电极一23和主栅金属电极二24；主栅金属电极一23和主栅金属电极二24直接与半导体衬底20接触，由于细栅金属电极的长度减小，降低了载流子被主栅电极收集前在细栅金属电极上传输的距离，从而降低了线电阻损失，同时细栅金属电极长度的减小还可以很好地降低断栅对电池性能的影响。但此种电极由于增加了主栅电极的数目，由主栅电极电学遮光和该区域载多数流子在半导体衬底中横向传输所导致的电阻损失将更为明显。

发明内容

本实用新型的目的是提出一种全背接触太阳电池电极，该太阳电池电极结构有利于消除主栅电极电学遮光损失，降低电池的串联电阻，提升细栅金属电极对断栅的容忍度。

   为达到上述目的，本实用新型提出一种全背接触太阳电池电，采用的技术方案为如下：

该电极由细栅金属电极一、细栅金属电极二、主栅电极一、主栅电极二和介电层一组成，上述组成部分全部位于半导体衬底主表面一；

细栅金属电极一、细栅金属电极二、主栅电极一、主栅电极二和介电层一沉积的顺序为先沉积细栅金属电极一和细栅金属电极二，再在它们局部区域沉积介电层一，然后再沉积主栅电极一和主栅电极二；或者是先沉积主栅电极一主栅电极二，再在它们局部区域沉积介电层一，最后沉积细栅金属电极一和细栅金属电极二，作为更优选的方案，首先沉积细栅金属电极，然后沉积介电层一，最后沉积主栅电极。

细栅金属电极一和细栅金属电极二呈叉指状交替排布，作为优选方案，它们呈交替平行排布，二者之间的间距在0.5~5毫米之间，细栅金属电极一沉积在半导体衬底主表面一的p型掺杂区域上，细栅金属电极二沉积在半导体衬底主表面一的n型掺杂区域上。

主栅电极一分别与细栅金属电极一、细栅金属电极二呈交叉排布，主栅电极二分别与细栅金属电极一、细栅金属电极二呈交叉排布，作为优选的方案，主栅电极一、主栅电极二分别与细栅金属电极一、细栅金属电极二呈垂直交叉排布，而两者之间呈交替平行排布。

所述表面一上设有一介电层一，介电层一位于主栅电极一和细栅金属电极二之间以及位于主栅电极二和细栅金属电极一之间。作为优选方案，介电层一只位于主栅电极一和细栅金属电极二之间、两者交叉重叠的位置，以及位于主栅电极二和细栅金属电极一之间、两者交叉重叠的位置。主栅电极一和细栅金属电极二交叉重叠的部分通过介电层一隔离，主栅电极二和细栅金属电极一交叉重叠的部分通过介电层一隔离；主栅电极一和细栅金属电极一在两者交叉重叠的位置直接接触，主栅电极二和细栅金属电极二在两者交叉重叠的位置直接接触。

作为一种优选方案，半导体衬底的表面一覆盖有介电层二，介电层二是由氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、非晶硅、碳化硅、氧化铝中的一种或多种组成的单层薄膜或多层薄膜，如氮氧化硅薄膜，介电层二的厚度在30~300 纳米之间。

细栅金属电极一和细栅金属电极二局部或全部穿透介电层二，直接与半导体衬底表面一接触。作为更优选的方案，细栅金属电极一和细栅金属电极二均通过介电层上的局域开孔一与半导体衬底直接接触；主栅电极一和主栅电极二不穿透介电层二，不与半导体衬底表面一直接接触。

介电层一位于主栅电极一和细栅金属电极二交叉重叠的位置，主栅电极一和细栅金属电极二之间，以及位于主栅电极二和细栅金属电极一交叉重叠的位置，主栅电极二和细栅金属电极一之间；介电层一的宽度大于与其接触的细栅金属电极一或细栅金属电极二的宽度，其长度大于与其接触的主栅电极一或主栅电极二的宽度。

细栅金属电极一和细栅金属电极二的主要成分为银、铝、铜、镍或锡中的一种或多种，作为优选方案，细栅金属电极一的主要成分为铝，其宽度在100~1000微米，细栅金属电极二的主要成分为银，其宽度在40~200微米之间，它们的沉积方法可以是电镀、喷墨打印、丝网印刷等，作为更优选的方案，它们的沉积方法为丝网印刷。

主栅电极一和主栅电极二是主要成分为银、铝、铜、镍或锡中的一种或多种组成的金属电极或主要成分为有机物及导电颗粒所组成的复合电极，作为更优选的方案，主栅电极一和主栅电极二的宽度在0.5~5毫米之间，它们之间间距在10~60毫米之间；它们的沉积方法可以是电镀、喷墨打印、丝网印刷等，作为更优选的方案，它们的沉积方法为丝网印刷。

介电层一是以聚酰胺或聚酰胺-酰亚胺树脂为主要成分，击穿电压大于1伏特/微米的绝缘膜层，其沉积方法可以是喷墨打印或者是丝网印刷，作为更优选的方案，其沉积方法为丝网印刷。

本实用新型的有益效果：与常规方法制得的全背接触太阳电池电极结构相比，本实用新型提出的全背接触太阳电池电极利用绝缘的介质层将不同极性的主栅电极和细栅金属电极在三维空间上进行隔离，实现了既增加主栅电极数目，从而降低细栅金属电极线电阻损失，以及降低了断栅所给器件性能所带来的影响；又避免了现有技术中所存在的主栅电极电学遮光所带来的器件性能下降等问题，使全背接触太阳电池的性能得到提高。

附图说明

图1为一种现有技术方案的全背接触太阳电池电极示意图；

图2为另一种现有技术方案的全背接触太阳电池电极示意图；

图3为本实用新型提出的一种全背接触太阳电池电极二维示意图；

图4为本实用新型提出的一种全背接触太阳电池电极局部三维示意图；

图5为本实用新型提出的一种全背接触太阳电池电极局部三维结构分解示意图。

具体实施方式

为了更清晰地说明本实用新型的目的、特征及优点，下面将结合附图及具体实施例对本实用新型进行说明。

在下面描述的实施例中披露了很多具体细节及详细的工艺参数，但本实用新型还可以采用其他不同于下面公布的实施例的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本实用新型内涵的情况下做类似推广，因此本实用新型不受下面公开的具体实施例的限制。

另外，本实用新型结合示意图进行描述，为了便于说明，本实用新型所使用之附图如涉及太阳电池结构的，只作为示意图使用，其尺寸并非按照实际器件尺寸进行等比例缩放所得，因此该附图不应限制本实用新型保护的范围。

实施例：本实用新型实施例公开一种全背接触太阳电池电极，其电极结构如图3-5所示：

在电阻率为0.5~20.0欧姆·厘米，例如1.0欧姆·厘米的n型单晶硅衬底背面制备出叉指状交替排列的p型掺杂区域37和n型掺杂区域38；

p型掺杂区域37和n型掺杂区域38上沉积有介电层二36，介电层二36的成分可以是氮化硅、氧化硅、氮氧化硅，如氮化硅，其厚度在30~300纳米之间，例如80纳米；

细栅金属电极一31、细栅金属电极二32、主栅电极一33、主栅电极二34沉积在介电层二36之上；细栅金属电极一31和细栅金属电极二32呈叉指状交替排布，它们之间的间距在500~5000微米之间，例如500微米，1000微米，2000微米或5000微米，细栅金属电极一31的成分为铝，其宽度在100~1000微米之间，例如100微米，500微米或1000微米；细栅金属电极二32的成分为银，其宽度在40~200微米之间，例如40微米，100微米或200微米；

细栅金属电极一31通过介电层二36上的开孔一39直接与半导体衬底p型掺杂区域37接触，细栅金属电极二32通过介电层二36上的开孔一39与半导体衬底n型掺杂区域38接触；开孔一39的直径不超过与其接触的细栅金属电极一31或细栅金属电极二32的宽度；主栅电极一33、主栅电极二34沉积在细栅金属电极一31和细栅金属电极二32之上，其宽度在0.5~5.0毫米之间，例如0.5毫米，2.0毫米或5.0毫米；主栅电极一33、主栅电极二34之间的间距在10~60毫米之间，例如10毫米，30毫米或60毫米，其成分为银浆料；主栅电极一33、主栅电极二34不穿透介电层二36，不与半导体衬底直接接触；

细栅金属电极一31同主栅电极二34、细栅金属电极二32同主栅电极一33交叉重叠处沉积有介电层一35，介电层一35的宽度比其直接接触的细栅金属电极一31和 细栅金属电极二32的宽度宽50～2000毫米，例如50微米，1000微米或2000微米，其长度比与其解除的主栅电极一33、主栅电极二34的宽度宽50~10000毫米，如50毫米，2000毫米或10000毫米。介电层一35的成分为聚酰胺或聚酰胺-酰亚胺树脂，击穿电压大于1伏特/微米；主栅电极一33和细栅金属电极一31以及主栅电极二34和细栅金属电极二35在交叉处直接接触。

上述电极的制作方法具体包括如下步骤：

首先利用丝网印刷技术在n型单晶硅衬底背面p型掺杂区域37和n型掺杂区域38上分别印刷铝浆料和银浆料，分别制成细栅金属电极一31和细栅金属电极二32，并在800～1000摄氏度条件下，例如800摄氏度、900摄氏度或1000摄氏度条件下进行烧结；

同样利用丝网印刷技术在上述烘干好的细栅金属电极一31和细栅金属电极二32的局部区域印刷以聚酰胺为主要成分的介电浆料，制成介电层一35，并进行烘干；

利用丝网印刷沉积银浆料，制成主栅电极一33和主栅电极二34，并在200~500摄氏度，例如200摄氏度，350摄氏度或500摄氏度条件下进行烧结。

Claims (4)

1.一种全背接触太阳电池电极，该电极由细栅金属电极一（31）、细栅金属电极二（32）、主栅电极一（33）、主栅电极二（34）和介电层一（35）组成；所述细栅金属电极一（31）、细栅金属电极二（32）和主栅电极一（33）、主栅电极二（34）全部位于半导体衬底的表面一（30）；所述细栅金属电极一（31）和细栅金属电极二（32）呈叉指状交替排布；所述主栅电极一（33）分别与细栅金属电极一（31）、细栅金属电极二（32）呈交叉排布；所述主栅电极二（34）分别与细栅金属电极一（31）、细栅金属电极二（32）呈交叉排布；其特征在于：所述表面一（30）上设有一介电层一（35），所述介电层一（35）位于主栅电极一（33）和细栅金属电极二（32）之间以及位于主栅电极二（34）和细栅金属电极一（31）之间。

2.根据权利要求1所述的一种全背接触太阳电池电极，其特征在于：所述的细栅金属电极一（31）和细栅金属电极二（32）局部或全部穿透介电层二（36），直接与半导体衬底表面一（30）接触；其所述的主栅电极一（33）和主栅电极二（34）不穿透介电层二（36），不与半导体衬底表面一（30）直接接触。

3.根据权利要求1所述的一种全背接触太阳电池电极，其特征在于：所述的介电层一（35）位于主栅电极一（33）和细栅金属电极二（32）之间、两者交叉重叠的位置，以及位于主栅电极二（34）和细栅金属电极一（31）之间、两者交叉重叠的位置；其所述的介电层一（35）的宽度大于与其接触的细栅金属电极一（31）或细栅金属电极二（32）的宽度，介电层一（35）长度大于与其接触的主栅电极一（33）或主栅电极二（34）的宽度；所述的主栅电极一（33）和细栅金属电极一（31）在两者交叉重叠的位置直接接触，主栅电极二（34）和细栅金属电极二（32）在两者交叉重叠的位置直接接触。

4.根据权利要求1所述的一种全背接触太阳电池电极，其特征在于：所述的介电层一（35）由聚酰胺或聚酰胺-酰亚胺树脂制成，其击穿电压大于1伏特/微米的绝缘膜层。