晶體硅太陽能電池交替式金屬前電極及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種晶體硅太陽能電池交替式金屬前電極及其制備方法，該晶體硅太陽能電池交替式金屬前電極包括多列主柵和多行細(xì)柵，細(xì)柵與主柵相連接，每行細(xì)柵包括呈分布式交替設(shè)置的多個(gè)連接非銀電極和多個(gè)局域銀電極；其中，局域銀電極貫穿減反鈍化膜后與p-n結(jié)形成歐姆接觸，連接非銀電極設(shè)置在減反鈍化膜的上表面上，并且每行細(xì)柵中，連接非銀電極的兩端與相鄰的局域銀電極形成歐姆接觸。本發(fā)明不僅能夠降低由于減反鈍化膜被破壞造成的接觸復(fù)合損失，而且能夠降低生產(chǎn)過程中的銀漿料的消耗量。
【專利說明】晶體硅太陽能電池交替式金屬前電極及其制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種晶體硅太陽能電池交替式金屬前電極及其制備方法，屬于太陽能電池【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002]目前，商品化晶體硅太陽電池一般采用絲網(wǎng)印刷銀漿制備前電極，在高溫?zé)Y(jié)過程中，銀漿中的金屬氧化物與氮化硅發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，將氮化硅刻蝕，使銀與硅形成歐姆接觸。這種前電極的制備技術(shù)穩(wěn)定成熟，已經(jīng)被業(yè)界廣泛使用。然而，在太陽電池正面電極中，為了使載流子被電極導(dǎo)出，銀必須刻穿減反鈍化膜，在硅表面引入了缺陷能級，大量的載流子通過缺陷能級進(jìn)行復(fù)合，形成接觸復(fù)合，影響了太陽電池的開路電壓和轉(zhuǎn)換效率。
[0003]同時(shí)，隨著晶體硅電池生產(chǎn)規(guī)模的迅速擴(kuò)大，光伏行業(yè)使用的銀已經(jīng)占全球銀年產(chǎn)量的0.5 %以上，按照光伏行業(yè)發(fā)展的速度估計(jì)，在2020年光伏行業(yè)將是用銀量最大的行業(yè)。在全球銀開采速率基本穩(wěn)定的條件下，大規(guī)模用銀將使銀價(jià)飆升，造成太陽電池制造成本上升。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種晶體硅太陽能電池交替式金屬前電極，它不僅能夠降低由于減反鈍化膜被破壞造成的接觸復(fù)合損失，而且能夠降低生產(chǎn)過程中的銀漿料的消耗量。
[0005]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案是:一種晶體硅太陽能電池交替式金屬前電極，包括多列主柵和多行細(xì)柵，細(xì)柵與主柵相連接，并且多列主柵為縱向平行設(shè)置，多行細(xì)柵為垂直于主柵的橫向平行設(shè)置，每行細(xì)柵包括呈分布式交替設(shè)置的多個(gè)連接非銀電極和多個(gè)局域銀電極；其中，局域銀電極貫穿減反鈍化膜后與p-n結(jié)形成歐姆接觸，連接非銀電極設(shè)置在減反鈍化膜的上表面上，并且每行細(xì)柵中，連接非銀電極的兩端與相鄰的局域銀電極形成歐姆接觸，連接非銀電極不完全覆蓋局域銀電極，每條細(xì)柵中，連接非銀電極和局域銀電極呈間隔排列方式。
[0006]進(jìn)一步，所述的主柵在平行于細(xì)柵的方向上的寬度為0.1?10mm。
[0007]進(jìn)一步，所述的主柵的成分可以為銀，當(dāng)然為了更好地降低銀漿的消耗量，主柵的成分還可以為銅、鋁、錫、鎳中的至少一種材質(zhì)。
[0008]進(jìn)一步，所述的局域銀電極呈短線分布式布置，在垂直于所述的細(xì)柵的方向上，相鄰的局域銀電極的間距為0.1?1mm ;在平行于所述的細(xì)柵的方向上，相鄰的局域銀電極的邊緣間距為0.01?1mm,局域銀電極的長度為0.1?50mm。
[0009]進(jìn)一步，所述的連接非銀電極呈短線分布式布置，在垂直于所述的細(xì)柵的方向上，相鄰的連接非銀電極的間距為0.1?1mm ;在平行于所述的細(xì)柵的方向上，相鄰的連接非銀電極的邊緣間距為0.1?10mm，連接非銀電極的長度為0.01?50mm。
[0010]進(jìn)一步，所述的局域銀電極由銀材質(zhì)制成。
[0011]進(jìn)一步為了顯著降低生產(chǎn)一片電池銀漿的消耗，同時(shí)可以顯著節(jié)省前表面金屬化的生產(chǎn)成本，所述的連接非銀電極可以采用銅、鋁、錫、鎳中的至少一種材質(zhì)。
[0012]本發(fā)明還提供了一種晶體硅太陽能電池交替式金屬前電極的制備方法，該方法的步驟如下:
[0013](a)提供一至少具有硅基底、N型擴(kuò)散層和減反鈍化膜的初成品，并且減反鈍化膜、N型擴(kuò)散層和硅基底由上至下設(shè)置，N型擴(kuò)散層和硅基底形成p-n結(jié)；
[0014](b)在減反鈍化膜的上表面上設(shè)置呈分布式設(shè)置的銀漿料；
[0015](C)進(jìn)行燒結(jié)處理使銀漿料貫穿減反鈍化膜后與p-n結(jié)形成歐姆接觸，從而形成局域銀電極；
[0016](d)再在減反鈍化膜上制備連接非銀電極和主柵，確保連接非銀電極的兩端連接相對應(yīng)的相鄰的局域銀電極，形成細(xì)柵；
[0017](e)退火處理使連接非銀電極與相對應(yīng)的局域銀電極形成歐姆接觸，從而完成晶體硅太陽能電池交替式金屬前電極的制備。
[0018]進(jìn)一步，在所述的步驟(b)中，形成局域銀電極的銀漿料的形成方法為絲網(wǎng)印刷或鋼版印刷或復(fù)合網(wǎng)版印刷或噴墨印刷或噴頭擠壓。
[0019]進(jìn)一步，在所述的步驟(d)中，連接非銀電極的形成方法為絲網(wǎng)印刷或鋼版印刷或復(fù)合網(wǎng)版印刷。
[0020]采用了上述技術(shù)方案后，與常規(guī)電池連續(xù)的長線細(xì)柵相比，本發(fā)明的細(xì)柵主要由連接非銀電極和呈孤立的分布的局域銀電極組成，這樣減少了銀的覆蓋的面積，采用其他金屬漿料作為連接局域銀電極之間的連接電極，顯著降低每生產(chǎn)一片電池銀漿的消耗，同時(shí)，由于其他金屬漿料，如銅漿或者鎳漿，由于銅或者鎳的價(jià)格遠(yuǎn)低于銀的價(jià)格，因此可以顯著節(jié)省了前表面金屬化的生產(chǎn)成本，該局域銀電極起到將載流子從硅基底中導(dǎo)出的作用；同時(shí)，本發(fā)明采用同樣是分布式布置的連接非銀電極，該連接非銀電極不與硅接觸，因此不破壞減反鈍化膜，其作用是連接孤立的局域銀電極，將孤立局域銀電極收集到的電流導(dǎo)向主柵，同常規(guī)電池相比，減小了減反鈍化膜的破壞區(qū)域，有效降低了接觸復(fù)合損失，同時(shí)顯著降低了每片電池的銀漿料的消耗量。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]圖1為本發(fā)明的晶體硅太陽能電池交替式金屬前電極的制備方法的流程結(jié)構(gòu)示意圖一;
[0022]圖2為本發(fā)明的晶體硅太陽能電池交替式金屬前電極的制備方法的流程結(jié)構(gòu)示意圖二 ；
[0023]圖3為本發(fā)明的晶體硅太陽能電池交替式金屬前電極的制備方法的流程結(jié)構(gòu)示意圖三；
[0024]圖4為圖3的俯視圖。

【具體實(shí)施方式】
[0025]為了使本發(fā)明的內(nèi)容更容易被清楚地理解，下面根據(jù)具體實(shí)施例并結(jié)合附圖，對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
[0026]實(shí)施例一
[0027]本實(shí)施例提供一種晶體硅太陽能電池交替式金屬前電極，如圖1所示，采用156mmX156mm的P型硅片作為硅基底I制備太陽電池，其中，在硅基底I的正表面設(shè)有磷擴(kuò)散的N型擴(kuò)散層2，方阻為90 Ω / 口。在N型擴(kuò)散層2上方采用PECVD沉積一層約70nm厚的SiNx = H作為表面的減反鈍化膜3，該減反鈍化膜3能有效地鈍化N型擴(kuò)散層2，在未沉積減反鈍化膜3之前，表面復(fù)合速率為IX 106cm/s量級，經(jīng)過鈍化之后，表面復(fù)合速率降為IXlOWs量級，在減反鈍化膜3上采用絲網(wǎng)印刷銀漿，與常規(guī)電池的不同之處在于，銀漿呈分布式短線，在高溫?zé)Y(jié)過程中，銀漿燒穿減反鈍化膜3，與N型擴(kuò)散層2形成良好的歐姆接觸，形成局域銀電極4，如圖2所示。在本實(shí)施例中，在垂直于所述的細(xì)柵的方向上，相鄰的局域銀電極4的間距為0.15mm;在平行于所述的細(xì)柵的方向上，相鄰的局域銀電極4的邊緣間距為0.1_，局域銀電極4的長度為1_，但是在接觸區(qū)界面，由于破壞了減反鈍化膜3，局域銀電極4與N型擴(kuò)散層2存在嚴(yán)重的界面復(fù)合，表面復(fù)合速率可達(dá)到I X 107cm/s量級。但是相對于常規(guī)電池，局域銀電極4減小了所占的面積，僅占總面積的3.6%，銀漿用量僅為80mg，比常規(guī)電池降低了 46.7%，復(fù)合電流密度為36fA/cm2，比常規(guī)電池降低了 48%。隨后采用絲網(wǎng)印刷的方式印刷銅漿，形成連接非銀電極5，如圖3、4所示。連接非銀電極5也呈分布式短線，連接孤立的局域銀電極4，在垂直于所述的細(xì)柵的方向上，相鄰的連接非銀電極5的間距為0.15mm ;在平行于所述的細(xì)柵的方向上，相鄰的連接非銀電極5的邊緣間距為1mm，連接非銀電極5的長度為0.1mm。在隨后的退火過程中，銅的連接非銀電極5與銀的局部電極4形成良好的歐姆接觸，整體俯視圖如圖4所示，在本實(shí)施例中，主柵6也為連接非銀電極5覆蓋。由于連接非銀電極5不刻穿減反鈍化膜3，銅覆蓋的區(qū)域表面復(fù)合速率仍為1父104011/8量級，提高的電池的開路電壓1.311^和效率絕對值0.04%。有效地降低了銀漿的用量，由于銅漿相對價(jià)格低，降低了太陽電池的生產(chǎn)成本。
[0028]實(shí)施例二
[0029]本實(shí)施例提供一種晶體硅太陽能電池交替式金屬前電極，如圖1所示，采用156mmX156mm的P型硅片作為硅基底I制備太陽電池，其中，在硅基底I的正表面設(shè)有磷擴(kuò)散的N型擴(kuò)散層2，方阻為95 Ω / 口。在N型擴(kuò)散層2上方采用PECVD沉積一層約702nm厚的SiNx = H作為表面的減反鈍化膜3，該減反鈍化膜3能有效地鈍化N型擴(kuò)散層2，在未沉積減反鈍化膜3之前，表面復(fù)合速率為IX 106cm/s量級，經(jīng)過鈍化之后，表面復(fù)合速率降為IXlOWs量級，在減反鈍化膜3上采用絲網(wǎng)印刷銀漿，與常規(guī)電池的不同之處在于，銀漿呈分布式短線，在高溫?zé)Y(jié)過程中，銀漿燒穿減反鈍化膜3，與N型擴(kuò)散層2形成良好的歐姆接觸，形成局域銀電極4，如圖2所示。在本實(shí)施例中，在垂直于所述的細(xì)柵的方向上，相鄰的局域銀電極4的間距為0.14mm ;在平行于所述的細(xì)柵的方向上，相鄰的局域銀電極4的邊緣間距為0.2mm，局域銀電極4的長度為0.8mm，但是在接觸區(qū)界面，由于破壞了減反鈍化膜3，局域銀電極4與N型擴(kuò)散層2存在嚴(yán)重的界面復(fù)合，表面復(fù)合速率可達(dá)到I X 1Ws量級。但是相對于常規(guī)電池，局域銀電極4減小了所占的面積，僅占總面積的3.4%，銀漿用量僅為75mg，比常規(guī)電池降低了 50%，復(fù)合電流密度為35fA/cm2，比常規(guī)電池降低了 50%。隨后采用絲網(wǎng)印刷的方式印刷鎳漿，形成連接非銀電極5，如圖3、4所示。連接非銀電極5也呈分布式短線，連接孤立的局域銀電極4，在垂直于所述的細(xì)柵的方向上，相鄰的連接非銀電極5的間距為0.15mm ;在平行于所述的細(xì)柵的方向上，相鄰的連接非銀電極5的邊緣間距為0.14mm，連接非銀電極5的長度為0.8mm。在隨后的退火過程中，鎳的連接非銀電極5與銀的局部電極4形成良好的歐姆接觸，整體俯視圖如圖4所示，在本實(shí)施例中，主柵6也為連接非銀電極5覆蓋。由于連接非銀電極5不刻穿減反鈍化膜3，鎳覆蓋的區(qū)域表面復(fù)合速率仍為lX104cm/s量級，提高的電池的開路電壓1.4mV和效率絕對值0.07%。有效地降低了銀漿的用量，由于銅漿相對價(jià)格低，降低了太陽電池的生產(chǎn)成本。
[0030] 以上所述的具體實(shí)施例，對本發(fā)明解決的技術(shù)問題、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種晶體娃太陽能電池交替式金屬前電極，包括多列主柵(6)和多行細(xì)柵，細(xì)柵與主柵(6)相連接，其特征在于:每行細(xì)柵包括呈分布式交替設(shè)置的多個(gè)連接非銀電極(5)和多個(gè)局域銀電極(4);其中，局域銀電極(4)貫穿減反鈍化膜(3)后與p-n結(jié)形成歐姆接觸，連接非銀電極(5)設(shè)置在減反鈍化膜(3)的上表面上，并且每行細(xì)柵中，連接非銀電極(5)的兩端與相鄰的局域銀電極(4)形成歐姆接觸。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的晶體硅太陽能電池交替式金屬前電極，其特征在于:所述的主柵(6)在平行于細(xì)柵的方向上的寬度為0.1?10mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的晶體硅太陽能電池交替式金屬前電極，其特征在于:所述的主柵￠)的成分為銀、銅、鋁、錫、鎳中的至少一種材質(zhì)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的晶體硅太陽能電池交替式金屬前電極，其特征在于:所述的局域銀電極(4)呈短線分布式布置，在垂直于所述的細(xì)柵的方向上，相鄰的局域銀電極(4)的間距為0.1?1mm ;在平行于所述的細(xì)柵的方向上，相鄰的局域銀電極⑷的邊緣間距為0.01?1mm,局域銀電極⑷的長度為0.1?50mm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的晶體硅太陽能電池交替式金屬前電極，其特征在于:所述的連接非銀電極(5)呈短線分布式布置，在垂直于所述的細(xì)柵的方向上，相鄰的連接非銀電極(5)的間距為0.1?1mm ;在平行于所述的細(xì)柵的方向上，相鄰的連接非銀電極(5)的邊緣間距為0.1?10mm，連接非銀電極(5)的長度為0.01?50mm。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的晶體硅太陽能電池交替式金屬前電極，其特征在于:所述的連接非銀電極(5)的成分為銅、鋁、錫、鎳中的至少一種材質(zhì)。
7.—種如權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的晶體硅太陽能電池交替式金屬前電極的制備方法，其特征在于該方法的步驟如下: (a)提供一至少具有硅基底(1)、N型擴(kuò)散層(2)和減反鈍化膜(3)的初成品，并且減反鈍化膜(3)、N型擴(kuò)散層⑵和硅基底⑴由上至下設(shè)置，N型擴(kuò)散層⑵和硅基底⑴形成p-n結(jié)； (b)在減反鈍化膜(3)的上表面上設(shè)置呈分布式設(shè)置的銀漿料； (c)進(jìn)行燒結(jié)處理使銀漿料貫穿減反鈍化膜(3)后與p-n結(jié)形成歐姆接觸，從而形成局域銀電極⑷； (d)再在減反鈍化膜(3)上制備連接非銀電極(5)和主柵￠)，確保連接非銀電極(5)的兩端連接相對應(yīng)的相鄰的局域銀電極(4)，形成細(xì)柵； (e)退火處理使連接非銀電極(5)與相對應(yīng)的局域銀電極(4)形成歐姆接觸，從而完成晶體硅太陽能電池交替式金屬前電極的制備。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種晶體硅太陽能電池交替式金屬前電極的制備方法，其特征在于:在所述的步驟(b)中，形成局域銀電極(4)的銀漿料的形成方法為絲網(wǎng)印刷或鋼版印刷或復(fù)合網(wǎng)版印刷或噴墨印刷或噴頭擠壓。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種晶體硅太陽能電池交替式金屬前電極的制備方法，其特征在于:在所述的步驟(d)中，連接非銀電極(5)的形成方法為絲網(wǎng)印刷或鋼版印刷或復(fù)合網(wǎng)版印刷。
【文檔編號】H01L31/18GK104183657SQ201410447527
【公開日】2014年12月3日 申請日期:2014年9月3日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月3日
【發(fā)明者】陳奕峰, 鄧偉偉, 陳達(dá)明, 崔艷峰, 王子港, 劉斌輝, 皮爾·雅各·威靈頓, 馮志強(qiáng) 申請人:常州天合光能有限公司