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CN103474486B - 晶体硅太阳电池的背面梁桥式接触电极及其制备方法 - Google Patents

晶体硅太阳电池的背面梁桥式接触电极及其制备方法 Download PDF

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CN103474486B CN201310440907.5A CN201310440907A CN103474486B CN 103474486 B CN103474486 B CN 103474486B CN 201310440907 A CN201310440907 A CN 201310440907A CN 103474486 B CN103474486 B CN 103474486B
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Abstract

本发明公开了一种晶体硅太阳电池的背面梁桥式接触电极及其制备方法，晶体硅太阳电池的背面梁桥式接触电极包括与局域背表面场连接的局域电极以及在与硅片衬底的接触表面上覆盖有背面钝化膜的背面电极，在局域电极与背面电极之间设有至少一个梁桥电极，梁桥电极与硅片衬底的接触表面上也覆盖有背面钝化膜，局域电极与背面电极通过梁桥电极连接，并且在局域电极与背面电极之间除梁桥电极的连接区域外也设置有背面钝化膜。它能够抑制局域背表面场空洞的形成，增加局域背表面场的厚度，降低少数载流子穿过局域背表面场来到接触区被复合的电阻损失，提高背钝化电池的转换效率。

Description

晶体硅太阳电池的背面梁桥式接触电极及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种晶体硅太阳电池的背面梁桥式接触电极及其制备方法，属于太阳电池技术领域。
背景技术
目前，局域背表面场电池是目前高效晶体硅太阳电池研发的重要方向，通过背面钝化技术和局域背表面场结构，可以显著的降低太阳电池背面的复合，提高长波段内背反射，降低背面的自由载流子吸收，从而提高电池的转换效率。目前，为了降低背钝化电池的制备工艺，一般采用激光或者化学浆料腐蚀的方法将背面钝化膜局部打开，然后采用丝网印刷或者蒸镀的方法在背面形成一层铝层，然后在高温过程中，铝原子取代硅原子进入硅晶格，在开膜区域的下方形成p型重掺杂区域，也即局部背表面场。
然而，采用常规的全背表面印刷或者沉积铝层的方法，在高温过程中由于铝与硅的扩散系数差别，在接触的区域很容易形成空洞，导致：1、无法形成局域背表面场，造成严重的背面表面复合；2、局域背表面场与铝硅合金层接触面积变小，填充因子下降；3、由于空洞效应，局域背表面场的厚度不足，空洞的形成制约了目前局域背表面场电池，特别是背点接触电池效率的提升。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种晶体硅太阳电池的背面梁桥式接触电极，它能够抑制局域背表面场空洞的形成，增加局域背表面场的厚度，降低少数载流子穿过局域背表面场来到接触区被复合的电阻损失，提高背钝化电池的转换效率。
本发明解决上述技术问题采取的技术方案是：一种晶体硅太阳电池的背面梁桥式接触电极，包括与局域背表面场连接的局域电极以及在与硅片衬底的接触表面上覆盖有背面钝化膜的背面电极，在局域电极与背面电极之间设有至少一个梁桥电极，梁桥电极与硅片衬底的接触表面上也覆盖有背面钝化膜，局域电极与背面电极通过梁桥电极连接，并且在局域电极与背面电极之间除梁桥电极的连接区域外也设置有背面钝化膜。
进一步，梁桥电极的宽度为0.1-50000μm，长度为0.1-1000μm。通过控制梁桥电极的宽度和长度可以控制高温过程中硅往铝硅液态合金扩散的总量。
进一步，背面钝化膜的材料选自氧化铝、氧化硅、氮化硅、氧化钛中的一种或几种。
进一步，局域电极、背面电极以及梁桥电极的材料中含有铝。
进一步，局域电极的横截面为线状或点状，点状包括圆形或平行四边形或正多边形。
进一步。当所述的局域电极的横截面为线状时，局域电极的宽度为1μm以上，局域电极中心之间的间距为100μm以上。
进一步，当所述的局域电极的横截面为点状时，局域电极的尺寸在1μm以上，局域电极中心之间的间距为50μm以上。
本发明还提供了一种该晶体硅太阳电池的背面梁桥式接触电极的制备方法，该方法包括以下步骤：
1）提供一丝网印刷用网版，其中，网版在该晶体硅太阳电池的背面梁桥式接触电极的背面电极区域以及多个局域电极和梁桥电极组成的阵列区域设置网纱，使浆料可以通过，其余部分由不透过浆料的膜组成；
2）提供一沉积背面钝化膜的硅片衬底，并且局部激光开膜；
3）利用步骤1）中的网版，采用丝网印刷的方法在硅片衬底的背面印刷金属浆料；
4）在高温烧结过程中使局域电极与硅片衬底形成局域背表面场。
本发明还提供了一种晶体硅太阳电池的背面梁桥式接触电极的制备方法，该方法包括以下步骤：
1）提供一沉积背面钝化膜的硅片衬底，并且局部激光开膜；
2）采用CVD方法或PVD方法在硅片衬底的背面钝化膜上沉积该晶体硅太阳电池的背面梁桥式接触电极中的背面电极以及多个局域电极和梁桥电极排布而成的单元；
3）在高温烧结过程中使局域电极与硅片衬底形成局域背表面场。
采用了上述技术方案，本发明具有以下的有益效果：
（1）本发明采用局部电极，极大地减小了局域背表面场出现空洞的概率，提高了电池的开路电压和填充因子；本发明通过在开膜区域形成局部电极，限制了在高温过程中硅在电极中的横向传输，如果本各个电极中含有铝，它能使硅在铝硅液态合金的浓度迅速达到饱和值，在降温过程中硅很快从铝硅液态中析出，在铝硅界面固化，形成局域背表面场，极大地抑制了空洞的产生。
（2）采用梁桥电极将局部电极收集的电流导向背面电极，采用梁桥电极和背面电极，降低了背面电极的电阻，从而降低了电池的电阻损失；
（3）本发明工艺简单，对于常规的丝网印刷，仅需要一次印刷就可实现本发明的结构，适合应用于规模化生产。
附图说明
图1为本发明的晶体硅太阳电池的背面梁桥式接触电极的第一种结构的结构示意图；
图2为本发明的晶体硅太阳电池的背面梁桥式接触电极的结构剖视图；
图3为本发明的晶体硅太阳电池的背面梁桥式接触电极的第三种结构的结构示意图；
图4为本发明的晶体硅太阳电池的背面梁桥式接触电极的第四种结构的结构示意图；
图5为阵列状的第三种结构的晶体硅太阳电池的背面梁桥式接触电极的结构示意图；
图6为阵列状的第四种结构的晶体硅太阳电池的背面梁桥式接触电极的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明。
实施例一
如图3所示，一种晶体硅太阳电池的背面梁桥式接触电极，包括与局域背表面场5连接的局域电极3以及在与硅片衬底6的接触表面上覆盖有背面钝化膜2的背面电极1，在局域电极3与背面电极1之间设有四个梁桥电极4，梁桥电极4与硅片衬底6的接触表面上也覆盖有背面钝化膜2，局域电极3与背面电极1通过梁桥电极4连接，并且在局域电极3与背面电极1之间除梁桥电极4的连接区域外也设置有背面钝化膜2。
背面钝化膜2的材料可以选自氧化铝、氧化硅、氮化硅、氧化钛中的一种或几种。
局域电极3、背面电极1以及梁桥电极4的材料中含有铝。
本实施例提供一种丝网印刷制备的圆孔状阵列的晶体硅太阳电池的背面梁桥式接触电极，在完成背面Al2O3/SiNx:H钝化膜沉积后，采用化学浆料进行开膜。通过网版设计，采用丝网印刷和设计好的背面网版在背面印刷铝浆，使之形成由多个圆孔阵列形成的图形，其中圆孔接触之间的间距为500μm，单个圆孔点接触的图形如图3所示，圆孔的直径为100μm，圆孔边缘与覆盖在Al2O3/SiNx:H钝化膜2上的背面电极1的距离为20μm，通过网版设计，在印刷过程中圆孔与背面电极1通过四个通道连接，通道的宽度为50μm，长度与圆孔边缘到背面电极1距离相等，也为20μm。在经过常规的烧结后，圆孔与下方的硅片衬底6形成局域背表面场5，圆孔也形成局部电极3，通道内形成梁桥电极4，局部电极3与背面电极1通过四个梁桥电极4互相连接。由于除了梁桥电极4接触的地方以外，局部电极3与背面电极1被Al2O3/SiNx:H钝化膜隔离，因此在高温过程中，硅在铝硅合金液体的扩散受到限制，因此极大地降低了空洞的产生。如果不采用本发明提供的方法而采用背面完全印刷铝浆和烧结，空洞率为100%，而采用本发明提供的方法，空洞率从100%降到20%，有效地降低了空洞率。
实施例二
如图4、5所示，一种晶体硅太阳电池的背面梁桥式接触电极，包括与局域背表面场5连接的局域电极3以及在与硅片衬底6的接触表面上覆盖有背面钝化膜2的背面电极1，在局域电极3与背面电极1之间设有二个梁桥电极4，梁桥电极4与硅片衬底6的接触表面上也覆盖有背面钝化膜2，局域电极3与背面电极1通过梁桥电极4连接，并且在局域电极3与背面电极1之间除梁桥电极4的连接区域外也设置有背面钝化膜2。
背面钝化膜2的材料可以选自氧化铝、氧化硅、氮化硅、氧化钛中的一种或几种。
局域电极3、背面电极1以及梁桥电极4的材料中含有铝。
本实施例提供一种由丝网印刷制备的方孔状阵列的晶体硅太阳电池的背面梁桥式接触电极，在完成背面Al2O3/SiNx:H钝化膜2沉积和局部激光开膜后，通过网版设计，采用丝网印刷在背面印刷铝浆，使之形成由方孔阵列形成的图形。其中方孔中心之间的间距为400μm，单个方孔点接触的图形如图4所示，方孔的边长为80μm，方孔边缘与背面电极1的距离为30μm，在同一次印刷中还形成了两个连接方孔与背面电极1的梁桥电极4，梁桥电极4的宽度为40μm，长度也为30μm。在经过常规的烧结后，方孔内的局域电极3与下方的硅片衬底6形成局域背表面场5。除了梁桥电极4接触的地方以外，局部电极3与背面电极1被Al2O3/SiNx:H钝化膜2隔离，采用本发明提供的方法，空洞率从90%降到22%，背面方孔点接触阵列的局部如图5所示。
实施例三
如图6所示，一种晶体硅太阳电池的背面梁桥式接触电极，包括与局域背表面场5连接的局域电极3以及在与硅片衬底6的接触表面上覆盖有背面钝化膜2的背面电极1，在局域电极3与背面电极1之间设有多个梁桥电极4，梁桥电极4与硅片衬底6的接触表面上也覆盖有背面钝化膜2，局域电极3与背面电极1通过梁桥电极4连接，并且在局域电极3与背面电极1之间除梁桥电极4的连接区域外也设置有背面钝化膜2。
背面钝化膜2的材料可以选自氧化铝、氧化硅、氮化硅、氧化钛中的一种或几种。
局域电极3、背面电极1以及梁桥电极4的材料中含有铝。
本实施例提供一种丝网印刷制备的晶体硅太阳电池的背面梁桥式接触电极，首先设计丝网印刷所需网版，在完成背面Al2O3/SiNx:H钝化膜沉积和局部激光开膜后，采用丝网印刷和设计好的背面网版和背面印刷铝浆，使之形成由线状阵列形成的图形。其中线与线之间的间距为1200μm，背面线状阵列的局部如图6所示。线宽为60μm，线长为153mm，线边缘与覆盖在背面Al2O3/SiNx:H钝化膜上的背面电极1的距离为30μm，在同一次印刷中还形成了宽度为40μm，长度为30μm，间距为1mm的梁桥电极4。在经过常规的烧结后，线内的局域电极3与下方的硅片衬底6形成局域背表面场5，与背面电极1通过梁桥电极4阵列连接。采用本发明提供的方法，空洞率从100%降到17%。
实施例四
如图1、2所示，一种晶体硅太阳电池的背面梁桥式接触电极，包括与局域背表面场5连接的局域电极3以及在与硅片衬底6的接触表面上覆盖有背面钝化膜2的背面电极1，在局域电极3与背面电极1之间设有至少一个梁桥电极4，梁桥电极4与硅片衬底6的接触表面上也覆盖有背面钝化膜2，局域电极3与背面电极1通过梁桥电极4连接，并且在局域电极3与背面电极1之间除梁桥电极4的连接区域外也设置有背面钝化膜2。
梁桥电极4的宽度可以为0.1-50000μm，长度可以为0.1-1000μm。
背面钝化膜2的材料可以选自氧化铝、氧化硅、氮化硅、氧化钛中的一种或几种。
局域电极3、背面电极1以及梁桥电极4的材料中含有铝。
局域电极3的横截面可以为线状或点状，点状包括圆形或平行四边形或正多边形。
当局域电极3的横截面为线状时，局域电极3的宽度为1μm以上，局域电极3中心之间的间距为100μm以上。
当局域电极3的横截面为点状时，局域电极3的尺寸在1μm以上，局域电极3中心之间的间距为50μm以上。
一种该晶体硅太阳电池的背面梁桥式接触电极的制备方法，该方法包括以下步骤：
1）提供一沉积背面钝化膜2的硅片衬底6，并且局部激光开膜；
2）采用CVD方法或PVD方法在硅片衬底6的背面钝化膜2上沉积该晶体硅太阳电池的背面梁桥式接触电极中的背面电极1以及多个局域电极3和梁桥电极4排布而成的单元；
3）在高温烧结过程中使局域电极3与硅片衬底6形成局域背表面场5。
以上所述的具体实施例，对本发明解决的技术问题、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种晶体硅太阳电池的背面梁桥式接触电极，包括与局域背表面场(5)连接的局域电极(3)以及在与硅片衬底(6)的接触表面上覆盖有背面钝化膜(2)的背面电极(1)，其特征在于：在局域电极(3)与背面电极(1)之间设有至少一个梁桥电极(4)，梁桥电极(4)与硅片衬底(6)的接触表面上也覆盖有背面钝化膜(2)，局域电极(3)与背面电极(1)通过梁桥电极(4)连接，并且在局域电极(3)与背面电极(1)之间除梁桥电极(4)的连接区域外也设置有背面钝化膜(2)，所述的梁桥电极(4)的宽度为0.1-50000μm，长度为0.1-1000μm，所述的局域电极(3)、背面电极(1)以及梁桥电极(4)的材料中含有铝。
2.根据权利要求1所述的晶体硅太阳电池的背面梁桥式接触电极，其特征在于：所述的背面钝化膜(2)的材料选自氧化铝、氧化硅、氮化硅、氧化钛中的一种或几种。
3.根据权利要求1所述的晶体硅太阳电池的背面梁桥式接触电极，其特征在于：所述的局域电极(3)的横截面为线状或点状，点状包括圆形或平行四边形或正多边形。
4.根据权利要求3所述的晶体硅太阳电池的背面梁桥式接触电极，其特征在于：当所述的局域电极(3)的横截面为线状时，局域电极(3)的宽度为1μm以上，局域电极(3)中心之间的间距为100μm以上。
5.根据权利要求3所述的晶体硅太阳电池的背面梁桥式接触电极，其特征在于：当所述的局域电极(3)的横截面为点状时，局域电极(3)的尺寸在1μm以上，局域电极(3)中心之间的间距为50μm以上。
6.一种如权利要求1所述的晶体硅太阳电池的背面梁桥式接触电极的制备方法，该方法包括以下步骤：
1)提供一丝网印刷用网版，其中，网版在如权利要求1所述的晶体硅太阳电池的背面梁桥式接触电极的背面电极(1)区域以及多个局域电极(3)和梁桥电极(4)组成的阵列区域设置网纱，使浆料可以通过，其余部分由不透过浆料的膜组成；
2)提供一沉积背面钝化膜(2)的硅片衬底(6)，并且局部激光开膜；
3)利用步骤1)中的网版，采用丝网印刷的方法在硅片衬底(6)的背面印刷金属浆料；
4)在高温烧结过程中使局域电极(3)与硅片衬底(6)形成局域背表面场(5)。
7.一种如权利要求1所述的晶体硅太阳电池的背面梁桥式接触电极的制备方法，该方法包括以下步骤：
1)提供一沉积背面钝化膜(2)的硅片衬底(6)，并且局部激光开膜；
2)采用CVD方法或PVD方法在硅片衬底(6)的背面钝化膜(2)上沉积该晶体硅太阳电池的背面梁桥式接触电极中的背面电极(1)以及多个局域电极(3)和梁桥电极(4)排布而成的单元；
3)在高温烧结过程中使局域电极(3)与硅片衬底(6)形成局域背表面场。
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