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太陽能電池.pdf

摘要
申請專利號:

CN201210026086.6

申請日:

2012.02.07

公開號:

CN102637750B

公開日:

2015.01.21

當前法律狀態:

授權

有效性:

有權

法律詳情: 授權|||實質審查的生效IPC(主分類):H01L 31/0224申請日:20120207|||公開
IPC分類號: H01L31/0224 主分類號: H01L31/0224
申請人: LG電子株式會社
發明人: 秦胤實; 沈玖奐; 崔榮嫮; 樸昶緒
地址: 韓國首爾
優先權: 2011.02.09 KR 10-2011-0011511
專利代理機構: 北京三友知識產權代理有限公司 11127 代理人: 李輝;呂俊剛
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法律狀態
申請(專利)號:

CN201210026086.6

授權公告號:

102637750B||||||

法律狀態公告日:

2015.01.21|||2012.10.03|||2012.08.15

法律狀態類型:

授權|||實質審查的生效|||公開

摘要

本發明提供了一種太陽能電池,其包括:基板;第一絕緣層,其位于所述基板的第一表面上,所述第一絕緣層具有多個第一開口,所述多個第一開口暴露出所述基板的多個部分;以及多個第一電極,所述多個第一電極通過所述多個第一開口電連接到所述基板,其中,所述多個第一電極中的一個或更多個第一電極被構造成使得位于所述第一絕緣層上的上部的寬度比位于對應的第一開口中的下部的寬度寬。

權利要求書

1.一種太陽能電池,該太陽能電池包括:
基板;
第一絕緣層,其位于所述基板的第一表面上,所述第一絕緣層具有多個第一開口,
所述多個第一開口暴露出所述基板的多個部分;以及
多個第一電極,所述多個第一電極通過所述多個第一開口電連接到所述基板,其
中,所述多個第一電極中的一個或更多個第一電極被構造成使得位于所述第一絕緣層
上的上部的寬度比位于對應的第一開口中的下部的寬度寬。
2.根據權利要求1所述的太陽能電池,其中,所述多個第一電極中的一個或更
多個第一電極包括電鍍層。
3.根據權利要求1所述的太陽能電池,其中,所述多個第一開口形成為孔狀圖
案或帶狀圖案。
4.根據權利要求1所述的太陽能電池,其中,一個第一開口的寬度比一個第一
電極的上部的寬度的一半小。
5.根據權利要求1所述的太陽能電池,其中,所述多個第一開口的數量與所述
多個第一電極的數量相同。
6.根據權利要求1所述的太陽能電池,其中,所述多個第一開口的數量比所述
多個第一電極的數量的兩倍還多。
7.根據權利要求6所述的太陽能電池,其中,至少兩個第一開口位于所述多個
第一電極中的一個或更多個第一電極上,其中,所述至少兩個第一開口沿著所述多個
第一電極的縱向方向彼此分隔開。
8.根據權利要求1所述的太陽能電池,所述太陽能電池還包括多個第一集流器,
所述多個第一集流器與所述多個第一電極交叉并且連接到所述多個第一電極,
其中,所述第一絕緣層還包括多個第二開口,所述多個第二開口暴露出所述第一
表面的多個部分。
9.根據權利要求8所述的太陽能電池,其中,所述多個第一集流器中的一個或
更多個第一集流器包括電鍍層。
10.根據權利要求8所述的太陽能電池,其中,一個第一集流器的上部的寬度比
一個第一電極的上部的寬度寬,其中,所述多個第一集流器通過多個對應的第二開口
連接到所述基板。
11.根據權利要求8所述的太陽能電池,其中,所述多個第二開口形成為孔狀圖
案或帶狀圖案。
12.根據權利要求8所述的太陽能電池,其中,一個第二開口的寬度比一個第一
集流器的上部的寬度的一半小。
13.根據權利要求8所述的太陽能電池,其中,一個第二開口的寬度大于一個第
一開口的寬度。
14.根據權利要求8所述的太陽能電池,其中,一個第二開口的寬度等于或小于
一個第一開口的寬度。
15.根據權利要求8所述的太陽能電池,其中,所述多個第二開口的數量與所述
多個第一集流器的數量相同。
16.根據權利要求8所述的太陽能電池,其中,所述多個第二開口的數量是所述
多個第一集流器的數量的兩倍。
17.根據權利要求16所述的太陽能電池,其中,至少兩個第二開口位于所述多
個第一集流器中的一個或更多個第一集流器上,其中,所述至少兩個第二開口沿著所
述多個第一集流器的縱向方向彼此分隔開。
18.根據權利要求16所述的太陽能電池,其中,至少兩個第二開口位于所述多
個第一集流器中的一個或更多個第一集流器上,其中,所述至少兩個第二開口沿著所
述多個第一集流器的寬度方向彼此分隔開。
19.根據權利要求18所述的太陽能電池,其中,所述多個第一集流器中的一個
或更多個第一集流器包括沿著所述多個第一集流器的寬度方向接觸所述基板的至少
兩個接觸部分。

說明書

太陽能電池

本專利申請要求2011年2月9日在韓國知識產權局提交的韓國專利申請
No.10-2011-0011511的優先權和權益,該專利申請的全部內容以引用方式并入本文。

技術領域

本文的實施方式涉及太陽能電池。

背景技術

太陽能電池使用光伏效應將太陽光轉換成電力。

太陽能電池包括基板和形成PN結的發射極部分。入射到太陽能電池表面上的光
被轉換成電流。通常,只通過一個表面接收光,因此所表現出的光伏效率低。

需要的是一種通過太陽能電池的兩個相背表面接收光的雙面太陽能電池。

發明內容

根據本文的實施方式,提供了一種太陽能電池,其包括:基板;第一絕緣層,其
位于所述基板的第一表面上,所述第一絕緣層具有多個第一開口,所述多個第一開口
暴露出所述基板的多個部分;以及多個第一電極,所述多個第一電極通過所述多個第
一開口電連接到所述基板,其中,所述多個第一電極中的一個或更多個第一電極被構
造成使得位于所述第一絕緣層上的上部的寬度比位于對應的第一開口中的下部的寬
度寬。根據實施方式,所述多個第一電極中的一個或更多個第一電極包括電鍍層。

所述多個第一開口形成為孔狀圖案或帶狀圖案。根據實施方式,所述第一開口的
寬度比所述多個第一電極的上部的寬度的一半小。

所述多個第一開口的數量與所述多個第一電極的數量相同或者所述多個第一開
口的數量比所述多個第一電極的數量的兩倍還多。

至少兩個第一開口位于所述多個第一電極中的一個或更多個第一電極上,其中,
所述至少兩個第一開口沿著所述多個第一電極的縱向方向彼此分隔開。

所述太陽能電池還包括多個第一集流器,所述多個第一集流器與所述多個第一電
極交叉并且連接到所述多個第一電極,并且所述第一絕緣層還包括多個第二開口,所
述多個第二開口暴露出所述第一表面的多個部分。根據實施方式,所述多個第一集流
器中的一個或更多個第一集流器包括電鍍層。

一個第一集流器的上部的寬度比一個第一電極的上部的寬度寬,其中,所述多個
第一集流器通過多個對應的第二開口連接到所述基板。

所述多個第二開口形成為孔狀圖案或帶狀圖案。根據實施方式,一個第二開口的
寬度比一個第一集流器的上部的寬度的一半小。

一個第二開口的寬度大于一個第一開口的寬度。一個第二開口的寬度等于或小于
一個第一開口的寬度。

所述多個第二開口的數量與所述多個第一集流器的數量相同。

所述多個第二開口的數量是所述多個第一集流器的數量的兩倍。

至少兩個第二開口位于所述多個第一集流器中的一個或更多個第一集流器上,其
中,所述至少兩個第二開口沿著所述多個第一集流器的縱向方向彼此分隔開。

至少兩個第二開口位于所述多個第一集流器中的一個或更多個第一集流器上,其
中,所述至少兩個第二開口沿著所述多個第一集流器的寬度方向彼此分隔開。所述多
個第一集流器中的一個或更多個第一集流器包括沿著所述多個第一集流器的寬度方
向接觸所述基板的至少兩個接觸部分。

根據實施方式,通過使用激光進行干法蝕刻來形成第一開口和第二開口。

例如,在第一絕緣層包括下層和上層的情況下,首先通過使用激光進行干法蝕刻
來去除上層,然后通過使用上層作為掩模進行濕法蝕刻來去除下層,從而形成第一開
口和第二開口。

第一電極接觸基板的接觸部分的寬度小于第一電極的上部的寬度,并且第一集流
器接觸基板的接觸部分的寬度小于第一集流器的上部的寬度。

這樣減小了由于構成第一電極和第一集流器的金屬導致的復合損耗
(recombination?loss),從而提高了開路電壓。

通過使用干法蝕刻和濕法蝕刻二者來形成第一開口和第二開口,可以防止基板受
損,并且與只使用干法蝕刻來形成第一開口和第二開口相比,可以不需要提供單獨的
濕法蝕刻處理來去掉顆粒。

另外,與只使用濕法蝕刻來形成接觸線相比,本文的實施方式可以有效地抑制第
一電極的線路電阻增大同時使所形成的第一電極的寬度窄。

附圖說明

圖1是示出根據本文實施方式的太陽能電池的一部分的立體圖。

圖2是示出第一開口圖案的實施方式的平面圖。

圖3是示出圖2所示的第一開口圖案的變形形式的平面圖。

圖4是示出圖2所示的第一開口圖案的變形形式的平面圖。

圖5是示出沿著寬度方向的第一電極的剖視圖。

圖6是示出根據本文實施方式的太陽能電池的一部分的立體圖。

圖7是示出根據本文實施方式的第一開口和第二開口的實施方式的平面圖。

圖8是示出根據本文實施方式的沿著寬度方向的第一集流器的剖視圖。

圖9是示出根據本文實施方式的沿著寬度方向的第一電極的剖視圖。

圖10是圖9的一部分的展開圖。

具體實施方式

將參照附圖更詳細地描述本文的實施方式,其中,在整個說明書和附圖中,相似
的附圖標記可以用于表示相似或類似的元件。

應該理解,當諸如層、膜、區域或基板之類的元件被稱作“在”另一個元件“上”時,
它可以直接在另一個元件上或者還可能存在中間元件。

相比之下,當元件被稱作“直接在”另一個元件“上”時,不存在中間元件。

圖1是示出根據本文實施方式的太陽能電池的一部分的立體圖。圖2至圖4是示
出第一開口圖案的各種實施方式的平面圖。圖5是示出第一電極的剖視圖。

如圖1至圖5中所示,太陽能電池包括基板110,基板110具有彼此相背的正表
面和背表面。太陽能電池還包括發射極部分120、第一絕緣層130、多個第一電極140、
背表面場(BSF)部分150、多個第二電極160和第二絕緣層170。發射極部分120
位于基板110的正表面上。第一絕緣層130位于發射極部分120上。多個第一電極
140位于第一絕緣層130上。BSF部分150位于基板110的背表面上。第二絕緣層170
位于BSF部分150上。多個第二電極160位于第二絕緣層170上。

基板110由具有第一導電類型(例如,n型導電類型)的硅晶圓形成。硅晶圓可
以包含單晶硅、多晶硅或非晶硅。

具有n型導電類型的基板110含有V族元素的雜質,如,磷(P)、砷(As)或
銻(Sb)。

根據實施方式,基板110可以具有p型導電類型并且可以包含除了硅之外的半導
體材料。

在基板110屬于p型導電類型的情況下,基板110可以包含III族元素的雜質,
如,硼(B)、鎵(Ga)或銦(In)。

根據實施方式,至少基板110的表面可以包括帶紋理的表面。

發射極部分120包含具有第二導電類型的雜質,第二導電類型與基板110的導電
類型相反。例如,發射極部分120屬于p型導電類型,并且與基板110形成PN結。

由于PN結導致了內建電勢差,使得電子空穴對分成電子和空穴,并且電子和空
穴分別向著n型電極和p型電極移動。

例如,如果基板110屬于n型而發射極部分120屬于p型,則電子和空穴分別附
著于基板110和發射極部分120。因此,基板110的電子和發射極部分120的空穴變
成主要的載流子。

通過對基板110摻雜有III族元素(如,B、Ga或In)的雜質,可以形成p型導
電類型的發射極部分120。

在基板110屬于p型導電類型而發射極部分120屬于n型導電類型的情況下,空
穴附著于基板110而電子附著于發射極部分120。

通過對基板110摻雜有V族元素(如,P、As或Sb)的雜質,可以形成n型導
電類型的發射極部分120。

第一絕緣層130用作防反射層,其減少了入射到基板110的正表面上的光的反射
并且提高了對特定波長光的選擇性能,從而提高了太陽能電池的效率。

第一絕緣層130可以由單層形成,所述單層包括氧化硅膜、氮化硅膜、二氧化鈦
膜和氧化鋁膜中的一者。

第一絕緣層130包括第一開口圖案C1,第一開口圖案C1暴露出發射極部分120
中的多個部分。第一開口圖案C1包括多個開口。

第一開口圖案C1可以被形成為具有如圖2所示的沿著第一電極140的縱向方向
布置的多個圓形孔C1-1,或者具有如圖3所示的沿著第一電極140的縱向方向布置
的多個橢圓形孔C1-2。另外,如圖4中所示,第一開口圖案C1可以被形成為具有如
沿著第一電極140的縱向方向布置的帶狀圖案C1-3一樣的形狀。然而,本文的實施
方式不限于此,并且各種形狀的第一開口圖案C1都可能是可行的。

第一開口圖案C1的寬度W2小于第一電極140的上部的寬度W1。根據實施方
式,寬度W2比寬度W1的0.5倍小。

通過形成寬度為W2的第一開口圖案C1,可以減小第一電極140的下部的寬度
W1′,當通過電鍍形成第一電極140時,第一電極140的下部接觸發射極部分120,
從而能夠使形成第一電極140的金屬層與基板相鄰的那部分出現的復合損耗減小。

第一電極140通過對第一開口圖案C1進行填充的部件以物理方式和電氣方式連
接到發射極部分120。第一電極140沿著預定方向水平地延伸。

第一電極140收集附著于發射極部分120的電荷,例如,空穴。

第一電極140包括電鍍層,該電鍍層包括直接接觸發射極部分120的種子層141
以及位于種子層141上的電極層142。

種子層141由(例如)包括NiSi、Ni2Si、NiSi2等的鎳的硅化物形成,其厚度為
50nm至200nm。

如果種子層141的厚度小于50nm,則接觸電阻會增大,而如果種子層的厚度大
于200nm,則由于在形成種子層的熱處理期間鎳的擴散而導致出現分流泄漏(shunt
leakage)。

如此,通過形成厚度將為50nm至200nm的種子層141,可以在減小接觸電阻的
同時防止分流泄漏。

電極層142至少包含從Ni、Cu、Ag、Al、Sn、Zn、In、Ti、Au及其組合物組成
的組中選擇的導電金屬。然而,本文的實施方式不限于此,并且還可以包括其它的導
電金屬。

根據實施方式,電極層142包括銅層142a。銅層142a用作電線。銅在空氣中容
易被氧化,并且不容易直接焊接到銅層142a和互連器,例如,帶狀物(未示出),所
述互連器用于將太陽能電池模塊相互電連接。

因此,在電極層142包括銅層142a的情況下,還可以在銅層142a上進一步形成
錫層142b,以防止銅被氧化并且有助于進行焊接到所述帶狀物的處理。根據實施方
式,錫層142b被形成為具有5μm至15μm的厚度。

根據實施方式,在電極層由任何其它金屬(如,銀(Ag))形成的情況下,可以省
去錫層142b。

根據實施方式,可以在銅層142a和種子層141之間設置擴散屏障層(未示出)。

位于基板110背表面的背表面場(BSF)部分150包括一區域(例如,n+區域),
該區域中摻雜的雜質與基板110所含雜質具有相同導電類型,并且其濃度高于基板
110的雜質的濃度。

BSF部分150基于BSF部分150和基板110之間的雜質濃度差來形成勢壘,從
而干擾空穴向著基板110的背表面移動。因此,電子和空穴不太可能在基板110的表
面附近復合從而消失。

用作防反射層的第二絕緣層170位于BSF部分150的背表面上。位于第二絕緣
層170的背表面上的第二電極160聚集附著于基板110背表面的電荷(例如,電子),
并且將聚集的電荷傳遞到外部裝置(未示出)。

根據實施方式,各第二電極160可以被形成為與各第一電極140具有相同的結構。
根據實施方式,第二絕緣層170可以被形成為與第一絕緣層130具有相同的結構。例
如,第二電極160可以通過第二絕緣層170中的多個開口以物理方式和電氣方式連接
到BSF部分150。

根據實施方式,通過使用激光進行干法蝕刻,可以形成第一絕緣層130和第二絕
緣層170中的開口。

現在,將參照圖6至圖8描述根據本文實施方式的太陽能電池。

與結合圖1至圖5描述的太陽能電池相比,根據當前實施方式的太陽能電池還包
括第一集流器145和第二集流器165。

根據實施方式,沿著與第一電極140交叉的方向形成至少兩個第一集流器145。
第一集流器145以物理方式和電氣方式連接到第一電極140。

第一集流器145也以物理方式和電氣方式連接到發射極部分120。第一絕緣層130
除了包括結合圖1至圖5描述的第一開口圖案C1之外,還包括第二開口圖案C2。

具體地講,如圖7中所示,第一絕緣層130包括具有多個第一開口的第一開口圖
案C1和具有多個第二開口C2的第二開口圖案C2。下文中,為了方便描述,(一個
或更多個)第一開口圖案也被表示為“C1”并且(一個或更多個)第二開口圖案也被表
示為“C2”。

第一開口C1形成在各個對應的第一電極140下面,而第二開口C2形成在各個
對應的集流器145下面。

雖然已在圖7中示出第二開口圖案C2被形成為使得各第二開口形成為圓形孔,
但是第二開口圖案C2還可以分別被形成為使得各第二開口具有橢圓形孔狀,或者使
得第二開口圖案具有帶狀圖案,分別如圖3和圖4中所示。

第一集流器145收集第一電極140處的電荷,并且將收集到的電荷傳遞到外部裝
置(未示出)。為了便于收集電荷,第一集流器145被形成為使得第一集流器145的
上部的寬度W3大于第一電極140的上部的寬度W1。

因此,位于對應的第一集流器145下面的第二開口C2的寬度W4被形成為大于
第一開口C1的寬度W2。

至少兩個第二開口C2可以沿著第一集流器145的寬度方向布置。

寬度W4可以比寬度W3的0.5倍小。

第一集流器145可以被形成為與第一電極140具有相同的結構。例如,如圖8
中所示,第一集流器145可以包括種子層141和電極層142。電極層142可以包括銅
層142a和錫層142b。

根據實施方式,第二集流器165可以被形成為與第一集流器145具有相同的結構。
根據實施方式,第二絕緣層170可以被形成為與第一絕緣層130具有相同的結構。例
如,第二集流器165可以通過第二絕緣層170上的多個第二開口以物理方式和電氣方
式連接到BSF部分150。

通過使用激光進行干法蝕刻,可以形成第一開口圖案C1和第二開口圖案C2。

現在,將參照圖9和圖10描述根據本文實施方式的太陽能電池。

太陽能電池包括基板110、發射極部分120和發射極部分120正表面上的第一絕
緣層130。第一絕緣層130含有基于金屬氧化物的材料。

根據實施方式,第一絕緣層130包括由氮化硅(SiNx:H)形成的第一上層130b
和位于第一上層130b與發射極部分120之間的第一下層130a。

第一下層130a可以由(例如)氧化鋁(AlOx)的材料形成,這種材料所表現出
的吸光系數或帶隙(Eg)與氮化硅層迥然不同。

第一下層130a用作鈍化膜并且第一上層130b用作防反射膜。

根據實施方式,第一下層130a還可以由氧化硅(SiOx:H)形成。

第一開口C1被形成為使得第一下層130a處的第一開口C1的寬度不同于第一上
層130b處的第一開口C1的寬度并且使得第一下層130a處的第一開口的面積和平均
直徑大于第一上層130b處的第一開口的面積和平均直徑。

具體地講,第一開口C1位于第一上層130b處的那部分被形成為具有相等寬度
W2-1,而第一開口C1位于第一下層130a處的那部分被形成為使得上部寬度W2-2
大于下部寬度W2-3。

可以通過干法蝕刻或濕法蝕刻來形成第一開口C1。

具體地講,第一絕緣層130和第二絕緣層170分別形成在發射極部分120和BSF
部分150上,其中,第一絕緣層130和第二絕緣層170均包括上層和下層。

使用激光束對所述結構執行干法蝕刻處理,以部分地去除第一絕緣層130的第一
上層130b和第二絕緣層170的第二上層(未示出),從而形成第一開口C1的那些部
分。

所述激光束可以包括波長大約為355nm的UV激光束。

第一絕緣層130的第一下層130a和第二絕緣層170的第二下層(未示出)可以
防止在使用基于激光的干法蝕刻來形成第一開口C1的那些部分期間基板110受損。

隨后,通過選擇性的濕法蝕刻,去除第一下層130a和第二下層(未示出)被暴
露出的部分,從而完成第一開口C1。

通過這樣做,可以去除在干法蝕刻處理期間所產生的顆粒,從而不需要單獨進行
濕法蝕刻處理。

在濕法蝕刻處理期間,所使用的是可以只蝕刻掉第一下層130a和第二下層的蝕
刻劑,如,BOE(緩沖氧化物蝕刻劑),所述蝕刻劑可以選擇性蝕刻氮化硅膜和金屬
氧化物膜。

根據實施方式,在形成發射極部分120和BSF部分150之前,基板110可以經
受使得基板110的兩個相背表面能變成帶紋理的表面的處理。

具體地講,通過用刀片或多線鋸對硅的晶錠或塊進行切片,產生通常由硅晶圓形
成的基板110。

這種硅晶圓被摻雜有V族雜質(如,P),從而完成n型導電類型的半導體襯底
110。

在對硅的晶錠或塊進行切片的同時,可能在硅晶圓上形成機械受損層。

機械受損層使太陽能電池的性能降低。因此,執行濕法蝕刻處理來去除機械受損
層。濕法蝕刻處理使用堿或酸作為蝕刻劑。

在去除機械受損層之后,執行濕法蝕刻處理或基于等離子體的干法蝕刻處理,以
在基板110的正表面和背表面上形成帶紋理的表面。

已經描述了太陽能電池的各種實施方式。太陽能電池對于環境是安全的并且形成
了一種新型能源。太陽能電池沒有產生溫室氣體排放物。提供太陽能電池的各種實施
方式作為有效能源。

關 鍵 詞:
太陽能電池
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