RU172396U1 - SUN ELEMENT - Google Patents
SUN ELEMENT Download PDFInfo
- Publication number
- RU172396U1 RU172396U1 RU2016152320U RU2016152320U RU172396U1 RU 172396 U1 RU172396 U1 RU 172396U1 RU 2016152320 U RU2016152320 U RU 2016152320U RU 2016152320 U RU2016152320 U RU 2016152320U RU 172396 U1 RU172396 U1 RU 172396U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- layer
- iron
- transparent conductive
- solar cell
- electrodes
- Prior art date
Links
- 229910001030 Iron–nickel alloy Inorganic materials 0.000 claims abstract description 30
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 19
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 19
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 12
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 claims abstract description 12
- 239000004332 silver Substances 0.000 claims abstract description 11
- 229910000679 solder Inorganic materials 0.000 claims abstract description 8
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims abstract description 3
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 34
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 33
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 28
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 28
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 28
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims description 19
- 229910021417 amorphous silicon Inorganic materials 0.000 claims description 18
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims description 18
- AMGQUBHHOARCQH-UHFFFAOYSA-N indium;oxotin Chemical compound [In].[Sn]=O AMGQUBHHOARCQH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- JYMITAMFTJDTAE-UHFFFAOYSA-N aluminum zinc oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[Al+3].[Zn+2] JYMITAMFTJDTAE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 12
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 12
- 239000000463 material Substances 0.000 description 7
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 5
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 5
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 5
- 238000005476 soldering Methods 0.000 description 5
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 4
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 4
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 4
- UGKDIUIOSMUOAW-UHFFFAOYSA-N iron nickel Chemical compound [Fe].[Ni] UGKDIUIOSMUOAW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 4
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 3
- 229910021419 crystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 3
- 229910018978 Sn—In—Bi Inorganic materials 0.000 description 2
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 2
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 2
- 239000002019 doping agent Substances 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 2
- 238000007650 screen-printing Methods 0.000 description 2
- 238000007738 vacuum evaporation Methods 0.000 description 2
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 230000003667 anti-reflective effect Effects 0.000 description 1
- 229910052787 antimony Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052785 arsenic Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000032798 delamination Effects 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 1
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 1
- 229910000743 fusible alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052733 gallium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 description 1
- ATFCOADKYSRZES-UHFFFAOYSA-N indium;oxotungsten Chemical compound [In].[W]=O ATFCOADKYSRZES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000000608 laser ablation Methods 0.000 description 1
- 230000031700 light absorption Effects 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 1
- 229910021421 monocrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000008520 organization Effects 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 1
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920006254 polymer film Polymers 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 229910001261 rose's metal Inorganic materials 0.000 description 1
- GZCWPZJOEIAXRU-UHFFFAOYSA-N tin zinc Chemical compound [Zn].[Sn] GZCWPZJOEIAXRU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002023 wood Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/02—Details
- H01L31/0224—Electrodes
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
Landscapes
- Photovoltaic Devices (AREA)
Abstract
Солнечный элемент, содержит фотопреобразующую p-i-n-структуру, слой прозрачного проводящего оксида, токособирающие электроды на основе серебра и коллекторные металлические электроды в виде шин, сформированные на поверхности слоя прозрачного проводящего оксида, и сплошной тыльный металлический электрод. Коллекторные электроды содержат субслой железоникелевого сплава толщиной не менее 0,5 мкм, шириной 1,0-1,5 мм с составом, обеспечивающим согласование коэффициента термического расширения слоя прозрачного проводящего оксида и субслоя, к которому легкоплавким припоем прикреплена шина коллекторного электрода. Солнечный элемент имеет уменьшенную вероятность отслаивания коллекторных металлических электродов от слоя прозрачного проводящего оксида, особенно в случае текстурированной поверхности солнечного элемента, и увеличенную продолжительность его срока службы. 5 з.п. ф-лы, 2 ил.The solar cell contains a photoconversion p-i-n structure, a transparent conductive oxide layer, silver-based current collecting electrodes and busbar collector metal electrodes formed on the surface of the transparent conductive oxide layer, and a solid rear metal electrode. Collector electrodes contain a sub-layer of an iron-nickel alloy with a thickness of at least 0.5 μm and a width of 1.0-1.5 mm with a composition that ensures the coefficient of thermal expansion of the transparent conductive oxide layer and the sublayer, to which the collector electrode busbar is attached to fusible solder. A solar cell has a reduced likelihood of peeling collector metal electrodes from a layer of transparent conductive oxide, especially in the case of a textured surface of the solar cell, and an increased duration of its service life. 5 cp f-ly, 2 ill.
Description
Полезная модель относится к области электроники и может быть использована при изготовлении солнечных элементов, используемых в энергетике, космической технике и других отраслях промышленности.The utility model relates to the field of electronics and can be used in the manufacture of solar cells used in energy, space technology and other industries.
Фотоэлектрическое преобразователи солнечной энергии в настоящее время признаны самыми перспективными среди возобновляемых источников энергии. Одной из проблем при разработке солнечных элементов (СЭ) является организация эффективного токосъема с их фронтальных и тыльных электродов. В последние годы конструируют СЭ в виде гибридных полупроводниковых фотопреборазующих структур на основе монокристаллического кремния и слоев аморфного кремния (heterojunction with intrinsic thin-layer solar cell). Эффективность таких СЭ достигает 24%.Photovoltaic solar energy converters are now recognized as the most promising among renewable energy sources. One of the problems in the development of solar cells (SE) is the organization of efficient current collection from their front and rear electrodes. In recent years, solar cells have been constructed in the form of hybrid semiconductor photoconductive structures based on monocrystalline silicon and layers of amorphous silicon (heterojunction with intrinsic thin-layer solar cell). The effectiveness of such solar cells reaches 24%.
Известен солнечный элемент (Патент RU 2571444, МПК H01L 31/04, опубликован 20.12.2015), содержащий подложку на основе кристаллического кремния одного типа проводимости, имеющую светопринимающую поверхность, эмиттерный слой, образованный со стороны светопринимающей поверхности подложки, и имеющую легирующую примесь противоположного типа проводимости, добавляемую к ней, пассивирующую пленку, образованную на поверхности подложки, токособирающие электроды и коллекторные электроды, находящийся в контакте, по меньшей мере, с частью токособирающего электрода. Токособирающие электроды выполнены из отожженной проводящей пасты, содержащей легирующую примесь, для придания проводимости кремнию. Токособирающий электрод сформирован таким образом, чтобы элементы, содержащиеся в нем, проникали сквозь пассивирующий слой, создавая электрический контакт между эмиттером и токособирающим электродом, а коллекторный электрод обладает более высокой проводимостью, чем токособирающие электроды.A solar cell is known (Patent RU 2571444, IPC H01L 31/04, published December 20, 2015) containing a substrate based on crystalline silicon of one type of conductivity, having a light-receiving surface, an emitter layer formed on the side of the light-receiving surface of the substrate, and having a dopant of the opposite type conductivity added to it, a passivating film formed on the surface of the substrate, current-collecting electrodes and collector electrodes in contact with at least part of the current-collecting elec kind. The current collecting electrodes are made of annealed conductive paste containing a dopant to impart silicon conductivity. The collector electrode is formed so that the elements contained in it penetrate through the passivating layer, creating an electrical contact between the emitter and the collector electrode, and the collector electrode has a higher conductivity than the collector electrodes.
К недостаткам предлагаемого солнечного элемента можно отнести большую разность коэффициентов термического расширения отожженной проводящей пасты и кремниевых слоев, что приводит к механическим напряжениям на границе кремний - электрод и отслаиванию электрода от кремниевой подложки. Вследствие того, что в предлагаемом солнечном элементе отсутствует слой прозрачного проводящего оксида для эффективного токосъема, необходимо увеличивать площадь электродов, резко уменьшая при этом площадь светопринимающей поверхности.The disadvantages of the proposed solar cell include the large difference in the thermal expansion coefficients of the annealed conductive paste and silicon layers, which leads to mechanical stresses at the silicon - electrode interface and the electrode peeling off from the silicon substrate. Due to the fact that the proposed solar cell does not have a layer of transparent conductive oxide for efficient current collection, it is necessary to increase the area of the electrodes, while dramatically reducing the area of the light-receiving surface.
Известен солнечный элемент (Патент RU 2571167, МПК МПК H01L 31/04, опубликован 20.12.2015), содержащий кристаллическую кремниевую подложку, имеющую, по меньшей мере, р-n переход, пассивирующую пленку, сформированную на ней, и токособирающие и коллекторные электроды, сформированные на фронтальной стороне путем трафаретной печати и термообработки проводящей пасты. На тыльной стороне солнечного элемента сформирован сплошной тыльный электрод. Токособирающие электроды сформированы таким образом, чтобы могли контактировать с кремниевой подложкой для вытягивания фотогенерированных носителей из кремниевой подложки. Коллекторные электроды контактируют с токособирающими электродами для накопления носителей, вытянутых токособирающими электродами. Коллекторные электроды и кремниевая подложка контактируют только частично или вообще нигде, по меньшей мере, вне точки контакта между токособирающими и коллекторными электродами. Токособирающие электроды образованы из проводящей пасты, содержащей B, Al, Ga, P, As, In или Sb в свободном состоянии или их соединения, а область, обладающая высокой концентрацией элемента, диффундированного в ней, включена в кремниевую подложку под токособирающим электродом.A known solar cell (Patent RU 2571167, IPC IPC H01L 31/04, published December 20, 2015) containing a crystalline silicon substrate having at least a pn junction, a passivating film formed on it, and collectors and collector electrodes, formed on the front side by screen printing and heat treatment of conductive paste. A solid back electrode is formed on the back of the solar cell. The current-collecting electrodes are formed so that they can be in contact with the silicon substrate to draw photogenerated carriers from the silicon substrate. Collector electrodes are in contact with current collecting electrodes to accumulate carriers elongated by current collecting electrodes. The collector electrodes and the silicon substrate are in contact only partially or generally nowhere, at least outside the point of contact between the current collecting and collector electrodes. The current-collecting electrodes are formed from a conductive paste containing B, Al, Ga, P, As, In or Sb in the free state or their compounds, and the region with a high concentration of the element diffused in it is included in the silicon substrate under the current-collecting electrode.
Недостатком известного солнечного элемента является необходимость высокотемпературного отжига, так как при температуре ~900°C начинается заметная диффузия примесей в кремний, при этом может повреждаться основной р-n-переход, который должен находиться вблизи светопринимающей фронтальной поверхности. Кроме того, после отжига электроды практически представляют собой металл, коэффициент термического расширения которого сильно отличается от кремния, и поэтому возможно отслаивание электродов. Поскольку в солнечном элементе отсутствует прозрачный проводящий электрод, для эффективного токосъема необходимо увеличивать площадь, покрытую электродами, что резко уменьшает площадь светопринимающей поверхности.A disadvantage of the known solar cell is the need for high-temperature annealing, since at a temperature of ~ 900 ° C a noticeable diffusion of impurities into silicon begins, and the main pn junction, which should be near the light-receiving frontal surface, can be damaged. In addition, after annealing, the electrodes are almost a metal, the coefficient of thermal expansion of which is very different from silicon, and therefore it is possible to peel the electrodes. Since there is no transparent conductive electrode in the solar cell, for efficient current collection it is necessary to increase the area covered by the electrodes, which sharply reduces the area of the light-receiving surface.
Известен солнечный элемент (заявка EP 2264779, МПК H01L 31/0224, H01L 31/04, H01L 31/042, опубликована 22.12.2010), включающий фотопреобразующую структуру, содержащую кремниевую подложку р-типа, на фронтальной стороне которой сформирован слой кремния n++-типа, а на тыльной стороне подложки сформирован слой кремния p++-типа. На фронтальной поверхности фотопреборазующей структуры нанесены токособирающие электроды и электрически соединенные с ними коллекторные электроды, расположенные ортогонально токособирающим электродам. Токособирающие электроды и коллекторные электроды могут быть выполнены из серебра. На свободной от электродов фронтальной поверхности сформирован антиотражающий слой.A known solar cell (application EP 2264779, IPC H01L 31/0224, H01L 31/04, H01L 31/042, published December 22, 2010), including a photoconversion structure containing a p-type silicon substrate, on the front side of which an n + silicon layer is formed + type, and on the back side of the substrate a silicon layer of p ++ type is formed. Current collecting electrodes and collector electrodes electrically connected to them are deposited on the front surface of the phototransfering structure, which are located orthogonally to the current collecting electrodes. Current collecting electrodes and collector electrodes can be made of silver. An antireflective layer is formed on the front surface free of electrodes.
К недостаткам предлагаемого солнечного фотопреобразователя можно отнести плохое согласование коэффициентов термического расширения кремниевой пластины и серебряных электродов (более чем три раза), что ведет к отслаиванию электродов при пайке и в процессе эксплуатации из-за суточных колебаний температуры. К недостатку конструкции можно отнести необходимость использования масок при осаждении антиотражающего покрытия и высокую степень заполнения светопринимающей поверхности электродами из-за отсутствия прозрачного проводящего покрытия.The disadvantages of the proposed solar photoconverter can be attributed to poor matching of the thermal expansion coefficients of the silicon wafer and silver electrodes (more than three times), which leads to delamination of the electrodes during soldering and during operation due to daily temperature fluctuations. The design disadvantage is the need to use masks for deposition of the antireflection coating and the high degree of filling of the light-receiving surface with electrodes due to the lack of a transparent conductive coating.
Известен солнечный элемент (заявка PCT WO 2012147378, МПК H01L 31/04, H01L 31/042, опубликована 01.11.2012), включающий полупроводниковую фотопреобразующую структуру на основе кристаллического кремния, содержащую фронтальный текстурированный слой кремния n-типа и тыльный слой р-типа. На фронтальной поверхности фотопреобразующей структуры сформированы токособирающие электроды и электрически соединенные с ними коллекторные электроды, расположенные ортогонально токособирающим электродам, а на тыльной поверхности сформирован металлический отражающий электрод. Токособирающие электроды и коллекторные электроды выполнены из токопроводящей отожженной проводящей пасты, содержащей высокодисперсные порошки металлов, выбранные из группы Ag, Au, Al, Cu.A solar cell is known (PCT application WO 2012147378, IPC H01L 31/04, H01L 31/042, published November 1, 2012), including a crystalline silicon based semiconductor photoconverting structure containing an n-type front textured silicon layer and a p-type back layer. Current collecting electrodes and collector electrodes electrically connected to them are formed on the front surface of the photoconverting structure orthogonally to the current collecting electrodes, and a metal reflective electrode is formed on the back surface. Current collecting electrodes and collector electrodes are made of conductive annealed conductive paste containing highly dispersed metal powders selected from the group of Ag, Au, Al, Cu.
К недостаткам известного солнечного элемента относится необходимость применения высокотемпературного отжига, отрицательно влияющего на характеристики полупроводниковой структуры, а также присутствие в составе токопроводящей пасты стеклянной фритты и оксидов металлов, затрудняющих присоединение к токособирающим электродам коллекторных электродов (шин).The disadvantages of the known solar cell include the need for high-temperature annealing, which adversely affects the characteristics of the semiconductor structure, as well as the presence of glass frits and metal oxides in the composition of the conductive paste, which impede the connection of collector electrodes (buses) to the current-collecting electrodes.
Известен солнечный элемент (патент CN 104037265, МПК H01L 31/0224, H01L 31/18, опубликован 15.06.2016), содержащий фотопреборазующую структуру, включающую кремниевую подложку n-типа, на фронтальную поверхность которой нанесены i-слой аморфного кремния и p-слой аморфного кремния, а тыльную поверхность нанесены i-слой аморфного кремния и n-слой аморфного кремния. На p-слой и n-слой нанесены прозрачные проводящие оксидные слои, на которых сформированы токособирающие электроды и коллекторные электроды, выполненные в виде композитной полимерной проводящей ленты, включающей нанесенный на полимерную пленку набор тонких проволок из легкоплавких сплавов (Sn-In-Bi) или меди, покрытой этими сплавами.A solar cell is known (patent CN 104037265, IPC H01L 31/0224, H01L 31/18, published 06/15/2016) containing a photoresistor structure including an n-type silicon substrate, on the front surface of which an i-layer of amorphous silicon and a p-layer are deposited amorphous silicon, and the back surface is coated with an i-layer of amorphous silicon and an n-layer of amorphous silicon. Transparent conductive oxide layers are deposited on the p-layer and n-layer, on which current-collecting electrodes and collector electrodes are formed, made in the form of a composite polymer conductive tape, including a set of thin wires of fusible alloys (Sn-In-Bi) deposited on a polymer film or copper coated with these alloys.
Проводимость материалов на основе Sn-In-Bi намного ниже, чем у серебра или алюминия, поэтому для получения низкоомной системы электродов, полностью состоящих из этих материалов, необходимо увеличивать заполнение ими поверхности солнечного элемента, что приводит к уменьшению потока света, участвующего в фотопреобразовании. Между металлическими электродами и прозрачными проводящими оксидными слоями неизбежно остаются изолирующие полимерные частицы, что резко ухудшает качество пайки и токосъем. Большие сложности возникают при создании такой системы электродов на текстурированных поверхностях, так как при пайке возможны многочисленные разрывы электродов. В то же время известно, что для эффективного поглощения света необходимо текстурировать поверхность полупроводниковой пластины.The conductivity of materials based on Sn-In-Bi is much lower than that of silver or aluminum, therefore, to obtain a low-resistance electrode system consisting entirely of these materials, it is necessary to increase the filling of the surface of the solar cell with them, which leads to a decrease in the light flux involved in photoconversion. Between the metal electrodes and the transparent conductive oxide layers, insulating polymer particles inevitably remain, which sharply affects the quality of soldering and current collection. Great difficulties arise when creating such a system of electrodes on textured surfaces, since when soldering, numerous electrode breaks are possible. At the same time, it is known that for efficient light absorption it is necessary to texture the surface of the semiconductor wafer.
Известен солнечный элемент (заявка KR 20130016848, МПК H01L 31/0216, H01L 31/04, опубликована 19.02.2013), совпадающий с настоящим решением по наибольшему числу существенных признаков и принятый за прототип. Солнечный элемент содержит фотопреобразующую структуру, включающую пластину кремния n-типа, на фронтальную поверхность которой последовательно нанесены слой нелегированного аморфного кремния i-типа, легированный слой аморфного кремния p-типа, прозрачный проводящий комбинированный слой, состоящий из последовательно нанесенных субслоя цинка-олова, субслоя оксида индия-вольфрама и субслоя оксида индия-олова. На тыльной поверхности пластины кремния n-типа последовательно нанесены слой нелегированного аморфного кремния i-типа, легированный слой аморфного кремния n-типа. На поверхности субслоя прозрачного проводящего оксида индия-олова сформированы токособирающие электроды на основе серебра и коллекторные металлические электроды в виде шин. На тыльной поверхности фотопреобразующей структуры нанесен сплошной тыльный алюминиевый электрод.A known solar cell (application KR 20130016848, IPC H01L 31/0216, H01L 31/04, published 02/19/2013), coinciding with this decision for the largest number of essential features and adopted for the prototype. The solar cell contains a photoconverting structure including an n-type silicon wafer, on the front surface of which a layer of undoped amorphous silicon of i-type is sequentially deposited, a doped layer of amorphous silicon of p-type, a transparent conductive combined layer consisting of successively deposited zinc-tin sublayer, sublayer indium tungsten oxide and a sublayer of indium tin oxide. On the back surface of an n-type silicon wafer, a layer of undoped amorphous i-type silicon and a doped layer of n-type amorphous silicon are successively deposited. On the surface of the sublayer of the transparent conductive indium tin oxide, silver-based current-collecting electrodes and collector metal electrodes in the form of tires are formed. A continuous aluminum back electrode is deposited on the back surface of the photoconverting structure.
Недостатком известного солнечного элемента-прототипа является наблюдаемое отслаивание коллекторных металлических электродов от слоя прозрачного проводящего оксида при перепадах температуры, что обусловлено значительным различием их коэффициентов термического расширения, приводящее к сокращению срока службы солнечного элемента.A disadvantage of the known solar cell prototype is the observed peeling of collector metal electrodes from a layer of transparent conductive oxide at temperature differences, which is due to a significant difference in their thermal expansion coefficients, leading to a reduction in the life of the solar cell.
Задачей настоящего технического решения является разработка такого солнечного элемента, у которого бы была уменьшена вероятность отслаивания коллекторных металлических электродов от слоя прозрачного проводящего оксида, особенно в случае текстурированной поверхности солнечного элемента, и тем самым увеличена продолжительность его срока службы.The objective of this technical solution is to develop such a solar cell, which would reduce the likelihood of peeling collector metal electrodes from a layer of transparent conductive oxide, especially in the case of a textured surface of the solar cell, and thereby increase its service life.
Поставленная задача решается тем, что солнечный элемент содержит фотопреобразующую структуру, включающую пластину кремния n-типа, на фронтальную поверхность которой последовательно нанесены слой нелегированного аморфного кремния i-типа, легированный слой аморфного кремния p-типа, слой прозрачного проводящего оксида, а на тыльную поверхность последовательно нанесены слой нелегированного аморфного кремния i-типа, легированный слой аморфного кремния n-типа. На поверхности слоя прозрачного проводящего оксида сформированы токособирающие электроды на основе серебра и коллекторные металлические электроды в виде шин. На тыльной поверхности фотопреобразующей структуры нанесен сплошной тыльный металлический электрод. Новым в полезной модели является то, что коллекторные электроды содержат субслой железоникелевого сплава толщиной не менее 0,5 мкм, шириной 1,0-1,5 мм с составом, обеспечивающим согласование коэффициента термического расширения слоя прозрачного проводящего оксида и субслоя, к которому легкоплавким припоем прикреплена шина коллекторного электрода из облуженной меди или из железоникелевого сплава.The problem is solved in that the solar cell contains a photoconversion structure including an n-type silicon plate, on the front surface of which a layer of undoped amorphous silicon of i-type, a doped layer of amorphous silicon of p-type, a layer of transparent conductive oxide are sequentially deposited, and on the back surface successively deposited a layer of undoped amorphous silicon of i-type, a doped layer of amorphous silicon of n-type. On the surface of the transparent conductive oxide layer, silver-based current-collecting electrodes and collector metal electrodes in the form of tires are formed. A continuous rear metal electrode is deposited on the back surface of the photoconverting structure. What is new in the utility model is that collector electrodes contain a sub-layer of an iron-nickel alloy with a thickness of at least 0.5 μm and a width of 1.0-1.5 mm with a composition that ensures the thermal expansion coefficient of a layer of transparent conductive oxide and a sublayer to which fusible solder a busbar of a collector electrode made of tinned copper or of an iron-nickel alloy is attached.
Толщина субслоя железоникелевого сплава должна быть не менее 0,5 мкм потому, что при толщине менее 0,5 мкм при пайке шины происходит диффузия материала припоя в слой прозрачного проводящего оксида взаимного растворения материала припоя и прозрачного проводящего оксида.The thickness of the sub-layer of the iron-nickel alloy should be at least 0.5 μm because, at a thickness of less than 0.5 μm, when soldering the tire, the solder material diffuses into the layer of transparent conductive oxide of the mutual dissolution of the solder material and the transparent conductive oxide.
При ширине субслоя железоникелевого сплава менее 1,0 мм происходит усложнение процесса пайки. Изготавливать субслой железоникелевого сплава шириной 1,5 мм нежелательно, так как начинает заметно уменьшаться площадь светопринимающей поверхности.When the sublayer width of the iron-nickel alloy is less than 1.0 mm, the soldering process becomes more complicated. It is undesirable to produce a sub-layer of an iron-nickel alloy 1.5 mm wide, since the area of the light-receiving surface begins to noticeably decrease.
Фронтальная и тыльная поверхности пластины кремния могут быть выполнены в виде текстурированных слоев. Назначение текстурированных слоев состоит в увеличении поглощения излучения в активных кремниевых слоях (p-n-переходах) за счет многократных отражений от стенок текстуры.The front and back surfaces of the silicon wafer can be made in the form of textured layers. The purpose of textured layers is to increase the absorption of radiation in active silicon layers (p-n junctions) due to multiple reflections from the walls of the texture.
В солнечном элементе слой прозрачного проводящего оксида может быть выполнен в виде оксида индия-олова, а субслой может быть выполнен из железоникелевого сплава при соотношении компонентов (мас.%):In the solar cell, a layer of transparent conductive oxide can be made in the form of indium tin oxide, and the sublayer can be made of an iron-nickel alloy with a ratio of components (wt.%):
В солнечном элементе слой прозрачного проводящего оксида может быть выполнен в виде оксида индия-олова, а субслой может быть выполнен из железоникелевого сплава при соотношении компонентов (мас.%):In the solar cell, a layer of transparent conductive oxide can be made in the form of indium tin oxide, and the sublayer can be made of an iron-nickel alloy with a ratio of components (wt.%):
В солнечном элементе слой прозрачного проводящего оксида может быть выполнен в виде оксида цинка-алюминия, а субслой может быть выполнен из железоникелевого сплава при соотношении компонентов (мас.%):In the solar cell, a layer of transparent conductive oxide can be made in the form of zinc oxide-aluminum, and the sublayer can be made of iron-nickel alloy with a ratio of components (wt.%):
В солнечном элементе слой прозрачного проводящего оксида может быть выполнен в виде оксида цинка-алюминия, а субслой может быть выполнен из железоникелевого сплава при соотношении компонентов (мас.%):In the solar cell, a layer of transparent conductive oxide can be made in the form of zinc oxide-aluminum, and the sublayer can be made of iron-nickel alloy with a ratio of components (wt.%):
Особенность железоникелевых сплавов состоит в том, что в зависимости от соотношения в них железа и никеля коэффициент термического расширения (КТР) этих сплавов может изменяться в пределах (2-20)⋅10-6 1/град. Этот диапазон перекрывает КТР всех материалов, обычно используемых в солнечных элементах. Зависимость КТР железоникелевых сплавов от их состава имеет сложный характер, поэтому одному и тому же значению КТР могут соответствовать два состава (Арзамасов В.Б., Волчков А.Н. и др. - Материаловедение и технология конструкционных материалов. – М., Издательский центр Академия, 538 с., 2007). Так как парциальные давления паров железа и никеля при температурах их испарения очень близки, то возможно получение стехиометрических пленок этих сплавов различными способами термического вакуумного испарения. Возможно также осаждение слоев железоникелевых сплавов химическим осаждением из газовой фазы и лазерной абляцией. Кроме того, эти сплавы хорошо повергаются пайке.A feature of iron-nickel alloys is that, depending on the ratio of iron and nickel in them, the thermal expansion coefficient (CTE) of these alloys can vary in the range (2-20) ⋅10 -6 1 / deg. This range covers the CTE of all materials commonly used in solar cells. The dependence of the KTP of iron-nickel alloys on their composition is complex, therefore two compositions can correspond to the same KTP value (Arzamasov VB, Volchkov AN, etc. - Material science and technology of structural materials. - M., Publishing Center Academy, 538 p., 2007). Since the partial vapor pressures of iron and nickel at their evaporation temperatures are very close, it is possible to obtain stoichiometric films of these alloys by various methods of thermal vacuum evaporation. It is also possible the deposition of layers of iron-nickel alloys by chemical vapor deposition and laser ablation. In addition, these alloys are well soldered.
Настоящая полезная модель поясняется чертежом, где:The present utility model is illustrated in the drawing, where:
на фиг. 1 показан настоящий солнечный элемент, вид сверху;in FIG. 1 shows a true solar cell, top view;
на фиг. 2 изображен настоящий солнечный элемент в поперечном разрезе по А-А;in FIG. 2 shows a true solar cell in cross section along aa;
на фиг. 1 приведена зависимость КТР железоникелевого сплава от соотношения в нем железа и никеля.in FIG. Figure 1 shows the dependence of the CTE of an iron-nickel alloy on the ratio of iron and nickel in it.
Настоящий солнечный элемент 1 содержит (см. фиг. 1, 2) фотопреобразующую структуру 2, включающую пластину 3 кремния n-типа, на фронтальную поверхность которой последовательно нанесены слой 4 нелегированного аморфного кремния i-типа, легированный слой 5 аморфного кремния p-типа, слой 6 прозрачного проводящего оксида. На тыльную поверхность пластины 3 последовательно нанесены слой 7 нелегированного аморфного кремния i-типа, легированный слой 8 аморфного кремния n-типа. На поверхности слоя 6 прозрачного проводящего оксида сформированы токособирающие электроды 9 на основе серебра и коллекторные металлические электроды 10 в виде шин. На тыльную поверхность фотопреобразующей структуры 2 нанесен сплошной тыльный металлический электрод 11, коллекторные электроды 10 содержат субслой 12 железоникелевого сплава толщиной не менее 0,5 мкм, шириной 1,0-1,5 мм с составом, обеспечивающим согласование коэффициента термического расширения слоя 6 прозрачного проводящего оксида и субслоя 12, к которому легкоплавким припоем прикреплена шина 13 коллекторного электрода 10 из облуженной меди или из железоникелевого сплава. В качестве легкоплавкого припоя могут использоваться известные в технике, например, сплав Вуда, сплав Розе и другие.The present solar cell 1 contains (see Fig. 1, 2) a
Железоникелевый субслой 12 и низкоомная шина 13 коллекторного электрода 10 оказываются включенными параллельно. Поскольку слой 6 прозрачного проводящего оксида обладает достаточно высокой электронной проводимостью (больше 103 Ом-1см-1), то отсутствуют высокоомные выпрямляющие слои на границе слой 6 прозрачного проводящего оксида - токособирающий серебряный электрод. Поскольку серебряные токособирающие электроды частично перекрывают железоникелевый подслой, то такая электродная система обеспечивает эффективный токосъем с фронтальной поверхности солнечного элемента. За счет того, что используют узкие токособирающие электроды 9 из высокопроводящей серебряной пасты и два-три высокопроводящих коллекторных электрода 10, заполнение фронтальной поверхности солнечного элемента электродами 9, 10 оказывается небольшим. Наибольший ток течет по коллекторным электродам, нагревая их, но так как коэффициенты термического расширения железоникелевого субслоя и прозрачного проводящего оксида согласованы, то резко снижается вероятность взаимного отслаивания этих слоев.The nickel-
Пример 1. На фронтальную текстурированную поверхности солнечного элемента, содержащую фотопреобразующую структуру, как на фиг. 1, 2, был нанесен прозрачный проводящий оксид индия-олова толщиной 2 мкм. Площадь кремниевой пластины составляла 15,6×15,6 см2. КТР оксида индия-олова в интервале температур (25-100°C) находится в пределах 6,3-5,9⋅10-6 1/град.Example 1. On a frontal textured surface of a solar cell containing a photoconversion structure, as in FIG. 1, 2, a transparent conductive indium tin oxide of 2 μm thickness was deposited. The area of the silicon wafer was 15.6 × 15.6 cm 2 . The CTE of indium-tin oxide in the temperature range (25-100 ° C) is in the range of 6.3-5.9⋅10 -6 1 / deg.
На графике зависимости КТР железоникелевого сплава от соотношения в нем железа и никеля (фиг. 3) был выбран состав, содержащий 45 мас.% Ni и 55 мас.% Fe, КТР которого согласован с КТР оксида индия-олова. Нанесение слоя железоникелевого сплава осуществляли методом термического вакуумного испарения через металлическую маску с двумя прорезями шириной 2 мм и длиной 100 мм, сформировав две полосы субслоя железоникелевого сплава с указанным составом и соответствующими размерами толщиной ~0,7 мкм. Далее методом трафаретной печати наносили узкие токособирающие электроды из высокопроводящей серебряной пасты, частично перекрывающие полосы субслоя железоникелевого сплава. Для получения прочных и хорошо проводящих серебряных токособирающих электродов проводили их тепловую обработку при 180°C в течение 25 минут. К полосам субслоя железоникелевого сплава припоем с температурой плавления не более 185°C припаивали шины коллекторного электрода из железоникелевого сплава.On the graph of the dependence of the CTE of the iron-nickel alloy on the ratio of iron and nickel in it (Fig. 3), a composition was selected containing 45 wt.% Ni and 55 wt.% Fe, the CTE of which is consistent with the CTE of indium tin oxide. An iron-nickel alloy layer was deposited by thermal vacuum evaporation through a metal mask with two
Пример 2. Формировали токособирающие и коллекторные электроды на фронтальной поверхности солнечного элемента, как в примере 1, но на графике зависимости КТР железоникелевого сплава от соотношения в нем железа и никеля (фиг. 3) был выбран состав, содержащий 28 мас.% Ni, 72 мас.% Fe, КТР которого согласован с КТР оксида индия-олова.Example 2. Formed collector and collector electrodes on the front surface of the solar cell, as in example 1, but on the graph of the dependence of the CTE of the iron-nickel alloy on the ratio of iron and nickel in it (Fig. 3), a composition containing 28 wt.% Ni, 72 wt.% Fe, KTR which is consistent with the KTR of indium tin oxide.
Пример 3. Формировали токособирающие и коллекторные электроды на фронтальной поверхности солнечного элемента, как в примере 1, но солнечный элемент содержал прозрачный проводящий слой оксида цинка-алюминия. На графике зависимости КТР железоникелевого сплава от соотношения в нем железа и никеля (фиг. 3) был выбран состав, содержащий 42 мас.% Ni, 58 мас.% Fe, КТР которого согласован с КТР оксида цинка-алюминия.Example 3. Formed collector and collector electrodes on the front surface of the solar cell, as in example 1, but the solar cell contained a transparent conductive layer of zinc oxide-aluminum. On the graph of the dependence of the CTE of the iron-nickel alloy on the ratio of iron and nickel in it (Fig. 3), a composition was selected containing 42 wt.% Ni, 58 wt.% Fe, the CTE of which is consistent with the CTE of zinc-aluminum oxide.
Пример 3. Формировали токособирающие и коллекторные электроды на фронтальной поверхности солнечного элемента, как в примере 1, но солнечный элемент содержал прозрачный проводящий слой оксида цинка-алюминия. На графике зависимости КТР железоникелевого сплава от соотношения в нем железа и никеля (фиг. 3) был выбран состав, содержащий 30 мас.% Ni, 70 мас.% Fe, КТР которого согласован с КТР оксида цинка-алюминия.Example 3. Formed collector and collector electrodes on the front surface of the solar cell, as in example 1, but the solar cell contained a transparent conductive layer of zinc oxide-aluminum. On the graph of the dependence of the CTE of the iron-nickel alloy on the ratio of iron and nickel in it (Fig. 3), a composition containing 30 wt.% Ni, 70 wt.% Fe was selected, the CTE of which is consistent with the CTE of zinc-aluminum oxide.
В условиях эксплуатации солнечных фотопреобразователей суточные колебания температур (с учетом собственного нагрева фотопреобразователя) достигают 50 и более градусов. С учетом КТР это приводит к периодическому изменению геометрических размеров прозрачного проводящего покрытия на 0.03% и на 0.06% у известных металлических коллекторных электродов. Таким образом, у известных металлических электродов температурное изменение размеров ~ в два раза больше, чем у прозрачного проводящего покрытия. При согласовании КТР прозрачного проводящего покрытия с железоникелевым субслоем расхождение в изменении размеров резко уменьшается. Согласно техническим требованиям на надежность электродов в течение 20 лет это дает резкое уменьшение вероятности деградации (отказов) по механизму отслаивания электродов.Under operating conditions of solar photoconverters, daily temperature fluctuations (taking into account the photoconverter's own heating) reach 50 degrees or more. Taking into account the CTE, this leads to a periodic change in the geometric dimensions of the transparent conductive coating by 0.03% and by 0.06% for the known metal collector electrodes. Thus, the known metal electrodes have a temperature change of about two times larger than that of a transparent conductive coating. When KTP is matched with a transparent conductive coating with an iron-nickel sublayer, the difference in dimensional changes decreases sharply. According to the technical requirements for the reliability of electrodes for 20 years, this gives a sharp decrease in the probability of degradation (failure) by the mechanism of peeling of the electrodes.
Claims (10)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016152320U RU172396U1 (en) | 2016-12-28 | 2016-12-28 | SUN ELEMENT |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016152320U RU172396U1 (en) | 2016-12-28 | 2016-12-28 | SUN ELEMENT |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU172396U1 true RU172396U1 (en) | 2017-07-06 |
Family
ID=59310407
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2016152320U RU172396U1 (en) | 2016-12-28 | 2016-12-28 | SUN ELEMENT |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU172396U1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU198378U1 (en) * | 2020-02-28 | 2020-07-02 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук | CONCENTRATOR SOLAR ELEMENT |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6936761B2 (en) * | 2003-03-29 | 2005-08-30 | Nanosolar, Inc. | Transparent electrode, optoelectronic apparatus and devices |
| KR20130016848A (en) * | 2011-08-09 | 2013-02-19 | 현대중공업 주식회사 | Heterojunction with intrinsic thin layer solar cell |
| RU2571167C2 (en) * | 2010-12-06 | 2015-12-20 | Син-Эцу Кемикал Ко., Лтд. | Solar element and solar element module |
| CN104037265B (en) * | 2014-06-18 | 2016-06-15 | 陕西众森电能科技有限公司 | A kind of method of HIT solar cell and electrode preparation and series connection |
-
2016
- 2016-12-28 RU RU2016152320U patent/RU172396U1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6936761B2 (en) * | 2003-03-29 | 2005-08-30 | Nanosolar, Inc. | Transparent electrode, optoelectronic apparatus and devices |
| RU2571167C2 (en) * | 2010-12-06 | 2015-12-20 | Син-Эцу Кемикал Ко., Лтд. | Solar element and solar element module |
| KR20130016848A (en) * | 2011-08-09 | 2013-02-19 | 현대중공업 주식회사 | Heterojunction with intrinsic thin layer solar cell |
| CN104037265B (en) * | 2014-06-18 | 2016-06-15 | 陕西众森电能科技有限公司 | A kind of method of HIT solar cell and electrode preparation and series connection |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU198378U1 (en) * | 2020-02-28 | 2020-07-02 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук | CONCENTRATOR SOLAR ELEMENT |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US10090428B2 (en) | Solar cell and method for manufacturing the same | |
| US9508875B2 (en) | Solar cell and method for manufacturing the same | |
| US10153390B2 (en) | Bifacial solar cell | |
| KR101144810B1 (en) | Electrode paste for solar cell, solar cell using the paste, and manufacturing method of the solar cell | |
| JP5025184B2 (en) | Solar cell element, solar cell module using the same, and manufacturing method thereof | |
| US20160225940A1 (en) | Solar cell and method of manufacturing the same | |
| US4239553A (en) | Thin film photovoltaic cells having increased durability and operating life and method for making same | |
| KR101135591B1 (en) | Solar cell and solar cell module | |
| EP2650923B1 (en) | Solar cell, solar cell module and method of making a solar cell | |
| US6081017A (en) | Self-biased solar cell and module adopting the same | |
| US20200091362A1 (en) | Solar cell module and method for producing same | |
| CN109148616B (en) | Silicon heterojunction solar cell and preparation method thereof | |
| JP2011061197A (en) | Solar cell, and method of manufacturing the same | |
| CN101764179A (en) | Manufacture method of selective front surface field N-type solar cell | |
| KR101878397B1 (en) | Solar cell and method for fabricating the same | |
| KR101597532B1 (en) | The Manufacturing Method of Back Contact Solar Cells | |
| US20120279547A1 (en) | Method For Backside-Contacting A Silicon Solar Cell, Silicon Solar Cell And Silicon Solar Module | |
| US20220416107A1 (en) | Bifacial tandem photovoltaic cells and modules | |
| JP2023506026A (en) | Matched metallization for solar cells | |
| Mehmood et al. | Recent progress in silicon-based solid-state solar cells | |
| US9929297B2 (en) | Solar cell and method for manufacturing the same | |
| CN113451429B (en) | Heterojunction solar cell and preparation method thereof | |
| KR102357202B1 (en) | Post-Treatmment Method For Manufacturing Carrier Selective Contact Solar Cell | |
| RU172396U1 (en) | SUN ELEMENT | |
| JP2015142132A (en) | Solar cell and manufacturing method therefor |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PC91 | Official registration of the transfer of exclusive right (utility model) |
Effective date: 20180306 |
|
| MM9K | Utility model has become invalid (non-payment of fees) |
Effective date: 20181229 |