專利名稱：晶體顆粒太陽電池及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及太陽電池，特別是晶體顆粒太陽電池及其制備方法。
背景技術(shù)：
在本說明書中，將太陽電池接收光的一面稱為上表面或上面，與之相對(duì)的面稱為下表面或稱襯底。由上表面引出的電極稱為上電極，由襯底引出的電極稱成為下電極或背電極。
傳統(tǒng)的晶體硅太陽電池包括單晶硅太陽電池與多晶硅太陽電池，這種太陽電池采用摻有硼的單晶或多晶硅片制成，其電阻率在0.2歐姆厘米到10歐姆厘米之間，在電池的上表面擴(kuò)散磷形成PN結(jié)。為了降低電池表面的反射，在上表面蒸發(fā)一層或多層減反射膜，在電池的上表面有柵狀的引出電極，在下表面有背電極引出。
這種太陽電池主要是用以下工藝步驟制備的。1)將高純度的多晶硅經(jīng)過熔鑄結(jié)晶制成多晶硅錠，或者拉制成單晶體；2)將多晶硅錠或單晶硅棒切成0.3至0.4毫米厚的硅片；3)擴(kuò)散形成PN結(jié)；4)制備表面減反射膜，上電極和下電極。
在以上工藝步驟中，熔鑄過程要消耗大量的電力，在工業(yè)生產(chǎn)中，熔鑄240公斤的多晶硅錠需要加熱至1400℃以上的高溫使硅融化，然后嚴(yán)格控制降溫過程，以便得到符合要求的結(jié)晶狀態(tài)。整個(gè)過程歷時(shí)60多個(gè)小時(shí)。能耗高，生產(chǎn)效率低，是生產(chǎn)多晶硅太陽電池的瓶頸之一。
多晶硅太陽電池的單片厚度一般為0.3毫米作用，按照太陽電池制備工藝要求，片厚在0.2毫米以下即可滿足要求，現(xiàn)在采用的線切割技術(shù)可以切到0.2毫米或更薄，但片厚太薄很容易破碎，影響成品率。線切割的切縫厚度大約為0.2毫米。因此，大約有一半經(jīng)過熔鑄或拉單晶的高純硅材料被切割掉，造成材料的浪費(fèi)。
雖然現(xiàn)有技術(shù)制造的晶體硅太陽電池結(jié)構(gòu)具有較高的轉(zhuǎn)換效率，但在制造過程中消耗了大量的能量，浪費(fèi)了大量的原材料，使得太陽電池的制造成本很高。要經(jīng)過十幾甚至幾十年的發(fā)電運(yùn)行才能收回制造過成所消耗的能量。在太陽電池領(lǐng)域中，降低制造過程中的能耗，提高材料利用率是迫切需要解決的問題。
在唐厚舜等發(fā)表的文章“硅珠的形成及太陽電池(組件”(太陽能學(xué)報(bào)，第18卷，第1期，1997年1月，31頁至34頁)中介紹了一種用硅球制備的太陽電池。將P型硅顆粒加熱熔化后，利用熔融硅的表面張力形成硅球，用擴(kuò)散的方法在表面擴(kuò)散磷形成N型的表面，在球內(nèi)形成PN結(jié)。在鋁箔表面打孔，使硅球半臥在孔內(nèi)，將一部分球表面的N層腐蝕掉，露出球內(nèi)的P型材料。將球的P型部分連接起來構(gòu)成太陽電池的一極，將N型部分連接起來構(gòu)成太陽電池的另一極。這一方法用硅球代替了晶體硅片，省去了熔鑄(或拉單晶)和切片的過程。但硅球本身的制備較為困難，因而很難進(jìn)一步降低制造成本。
在中國專利CN1031157A中介紹了一種PN結(jié)是顆粒狀的太陽電池。它所存在的問題是顆粒的間隙會(huì)使上表面的透明導(dǎo)電層與底電極短路，使電流從短路點(diǎn)漏掉。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種新的晶體顆粒太陽電池及其制備方法，可以克服已有技術(shù)的缺點(diǎn)。本發(fā)明提出的方法沒有熔鑄和切片過程，制造過程能耗低，材料利用率高，適于自動(dòng)化批量生產(chǎn)，可大幅度降低太陽電池的制造成本。
本發(fā)明晶體顆粒太陽電池包括導(dǎo)電襯底，半導(dǎo)體晶體顆粒，表面透明導(dǎo)電層構(gòu)成，在導(dǎo)電襯底與表面透明導(dǎo)電層之間的半導(dǎo)體晶體顆粒間隙處用絕緣材料將導(dǎo)電襯底與表面透明導(dǎo)電層隔離開；所述的半導(dǎo)體晶體顆粒為P型或N型半導(dǎo)體，并用擴(kuò)散的方法得到內(nèi)部為P型表面為N型；或者內(nèi)部為N型，表面為P型的包裹結(jié)構(gòu)，并在顆粒的最外面形成一層絕緣的氧化和氮化層；所述的半導(dǎo)體晶體顆粒是硅材料、鍺材料或其它半導(dǎo)體材料構(gòu)成。
所述的硅材料是由摻硼的P型硅材料構(gòu)成，在顆粒的表面擴(kuò)散磷元素，形成內(nèi)部為P型，外部為N型的包裹結(jié)構(gòu)，或者由摻磷的N型硅材料構(gòu)成，在顆粒的表面擴(kuò)散硼元素，形成內(nèi)部為N型，外部為P型的包裹結(jié)構(gòu)，并在顆粒內(nèi)形成PN結(jié)。
所述的絕緣材料是有機(jī)絕緣樹脂或無機(jī)材料。
所述的導(dǎo)電襯底由涂有導(dǎo)電層的玻璃、銅箔、鋁箔或其它導(dǎo)電材料構(gòu)成；銅箔或鋁箔的厚度為10微米到100微米。
所述的表面透明導(dǎo)電層是氧化鋅、氧化錫、氧化銦錫或其它透明導(dǎo)電材料構(gòu)成。
所述的半導(dǎo)體晶體顆粒是由單晶硅或多晶硅材料經(jīng)粉碎篩選得到，顆粒尺寸在1毫米至0.05毫米之間。
本發(fā)明晶體顆粒太陽電池的制備方法包括下述步驟將擴(kuò)散好的半導(dǎo)體晶體顆粒密實(shí)均勻平鋪在一個(gè)平面上，用涂有防水膠的柔性材料將平鋪的晶體顆粒粘在柔性材料上，使半導(dǎo)體晶體顆粒有一半被防水膠覆蓋，另一半裸露；用腐蝕液將裸露的半導(dǎo)體晶體顆粒表面層腐蝕掉，露出晶粒內(nèi)部的材料，然后將其用導(dǎo)電膠粘覆附著在導(dǎo)電襯底上，或者是在半導(dǎo)體晶體顆粒表面蒸發(fā)或?yàn)R射一層鎳、銅、銀、金等容易錫焊的金屬，用錫焊的方法將半導(dǎo)體晶體顆粒焊接在導(dǎo)電襯底的表面；并使之具有良好的電接觸和附著強(qiáng)度，將柔性材料和防水膠去除，露出被防水膠覆蓋的半導(dǎo)體晶體顆粒的表面，在半導(dǎo)體晶體顆粒與顆粒之間的縫隙處填入絕緣材料，使半導(dǎo)體晶體顆粒構(gòu)成的P型面與N型面之間沒有漏電，將裸露的晶體顆粒表面的氧化和氮化層腐蝕掉，露出導(dǎo)電層，并在上面沉積上表面電極和減反射層。
所述的防水膠的柔性材料是在紙表面涂有防水膠，防水膠的厚度為10微米至30微米。所述的將柔性材料和防水膠去除是用防水膠的軟化劑將防水膠軟化，連同柔性材料一起，將防水膠去除，再用防水膠的溶解劑，將剩余的防水膠清洗干凈，露出被防水膠覆蓋的半導(dǎo)體晶體顆粒的表面。
所述的縫隙處填入絕緣材料是用電泳的方法將絕緣材料沉積在導(dǎo)電襯底和半導(dǎo)體晶體顆粒與顆粒之間的縫隙中，而半導(dǎo)體晶體顆粒的表面依然裸露。
所述的減反射層材料為氟化鎂或氮化硅。
所述的透明導(dǎo)電層上面有柵狀電子收集極，柵狀電子收集極由鋁、銅、銀或金高導(dǎo)電率金屬或它們的合金構(gòu)成，或者由導(dǎo)電涂料構(gòu)成。
現(xiàn)將本發(fā)明詳細(xì)描述如下硅材料本身很容易形成結(jié)晶狀態(tài)，經(jīng)過提純后的多晶硅本身就有厘米尺度的結(jié)晶狀態(tài)，將多晶硅粉碎時(shí)，晶界處更容易斷裂，如果將其粉碎成1毫米以下的顆粒，每一個(gè)顆?？梢钥闯墒怯蓡尉w構(gòu)成。粉碎后的硅顆粒有各種不同的大小尺寸，經(jīng)過篩選，將大小不同的顆粒分開，大小從1毫米至0.05毫米的硅顆粒均可用于制備太陽電池，但具體到制備一片太陽電池時(shí)，則要選用大小相近的顆粒，這樣在后續(xù)工序中，容易保證整片電池性能一致。
對(duì)于尺寸過小的顆粒，在粉碎過程中并未受到污染，還可再次熔化凝結(jié)成多晶硅，再次進(jìn)行粉碎。不會(huì)造成高純硅材料的浪費(fèi)。
制造太陽電池一般選用電阻率0.5至10歐姆厘米的太陽能級(jí)P型多晶硅材料，將選好的硅顆粒經(jīng)過清洗后，在表面擴(kuò)散磷，形成外表面為N，內(nèi)部為P型的包裹結(jié)構(gòu)，并在晶粒內(nèi)形成PN結(jié)，如圖1所示。擴(kuò)散溫度在800至1200℃，N層的厚度為0.2至1微米。在擴(kuò)散的過程中，顆粒的最外面會(huì)有一層氧化和氮化層，這一層為絕緣層。
如果選用N型硅材料，則在表面擴(kuò)散硼，形成外表面為P型，內(nèi)部為N型的包裹結(jié)構(gòu)，并在晶粒內(nèi)形成PN結(jié)。
制備晶體顆粒太陽電池的關(guān)鍵技術(shù)是每一個(gè)晶體顆粒有一邊是P型；另一邊是N型，并且所有顆粒的P型面朝向一個(gè)方向，所有N型面朝向另一個(gè)方向。為了達(dá)到這一目的，本發(fā)明將擴(kuò)散好PN結(jié)包裹結(jié)構(gòu)的硅顆粒平鋪在一個(gè)平面上。施以適當(dāng)?shù)恼饎?dòng)，使顆粒密實(shí)排布，同時(shí)保證顆粒為單層排布，沒有堆疊的顆粒，用涂有防水膠的柔性材料將平鋪的顆粒粘在柔性材料上，如圖2所示，防水膠的厚度與壓實(shí)物的柔韌度以及壓實(shí)力度要很好的配合，保證硅顆粒有一半被防水膠覆蓋，另一半裸露。用腐蝕液將裸露的晶粒表面的N層腐蝕掉，露出晶粒內(nèi)的P型材料。這樣就使得每個(gè)硅顆粒一半為P型，一半是N型，并在襯底垂直方向上形成PN結(jié)。如圖3所示。
用于粘接硅顆粒的柔性材料有很多，基本要求是具有一定的強(qiáng)度，加熱時(shí)保持原狀，沒有熱縮性，還要能夠使有機(jī)溶劑通過柔性材料浸入到防水膠層，并使防水膠軟化。具有一定強(qiáng)度的紙是比較好的柔性粘接材料，能夠滿足上述所有的要求。
接下來的任務(wù)就是把腐蝕好的硅顆粒與導(dǎo)電襯底附著在一起，如圖4所示。根據(jù)不同的襯底，可以采用導(dǎo)電膠粘接法和錫焊法。
當(dāng)采用涂有導(dǎo)電層的玻璃做襯底時(shí)，可以用導(dǎo)電膠將硅顆粒粘接在導(dǎo)電襯底上。導(dǎo)電膠的厚度以能夠填滿顆粒的凹凸處，并能達(dá)到良好的電接觸和牢固度為宜。切不可讓導(dǎo)電膠浸到顆粒PN結(jié)的交界處，以防造成短路點(diǎn)?？梢杂脻L輪沾上一薄層膠在腐蝕過的顆粒表面滾涂，這樣就能保證導(dǎo)電膠沾附在顆粒的表面，而不進(jìn)到顆粒的縫隙中去。涂好膠的顆粒要與導(dǎo)電襯底壓實(shí)，直到導(dǎo)電膠固化。導(dǎo)電膠要選用能耐160℃烘烤的材料。
導(dǎo)電膠比較昂貴。用銅箔做襯底時(shí)，可以采用錫焊的方法將顆粒與襯底焊在一起。
用真空蒸發(fā)或?yàn)R射的方法在裸露的顆粒表面鍍一層銅或銀等易于錫焊的金屬。在銅箔表面鍍一層錫或鉛錫合金。將硅顆粒的鍍銅面與鍍有錫層的銅箔壓實(shí)并加熱至200℃左右，使錫熔化，并將硅顆粒與銅箔焊接在一起。形成良好的電接觸，并具有一定的牢固度。錫的厚度有一定的要求，錫層太薄，會(huì)使一些顆粒浸潤不到錫；錫層太厚，會(huì)使錫浸潤到顆粒的PN結(jié)交界處，造成短路點(diǎn)。一般錫層的厚度在10微米到50微米為宜。
當(dāng)把硅顆粒與導(dǎo)電襯底焊在一起或粘在一起后，所有硅顆粒的P型面都朝向?qū)щ娨r底，N型面都朝向上表面方向。接下來的任務(wù)就是將防水膠連同柔性襯底一起去除掉，露出顆粒的上表面。
將附著硅顆粒的導(dǎo)電襯底連同原覆蓋的柔性襯底一起放入有機(jī)溶劑中，將防水膠軟化、溶解，并去除，露出未被腐蝕的硅顆粒表面。一般先用軟化劑將防水膠軟化，連同柔性襯底一起將防水膠的大部分去除，殘留在顆粒表面少量的防水膠用溶解劑溶解去除。
硅顆粒的P型面被焊接在銅箔上，N型面露在外面。在未被腐蝕的N型表面還保留著一層氧化層，這層氧化層是絕緣的。晶粒間隙的銅襯底是導(dǎo)電的。用電泳的方法，可以在導(dǎo)電體的表面沉積一層絕緣材料，不導(dǎo)電的表面則不會(huì)沉積。將粘附有硅顆粒的導(dǎo)電襯底放入配好電泳涂料的電泳液中，對(duì)于陽極電泳涂料，導(dǎo)電襯底接陽極，電泳槽接陰極；對(duì)于陰極電泳涂料，導(dǎo)電襯底接陰極，電泳槽接陽極。在電場(chǎng)的作用下，電泳涂料中的離子團(tuán)會(huì)泳入顆粒間的縫隙，并附著在導(dǎo)電襯底的表面和P型材料的表面。裸露的N型硅顆粒表面由于有一層絕緣層，電泳涂料中的離子團(tuán)不會(huì)附著絕緣體的表面，所以N型硅顆粒表面依然保持裸露狀態(tài)。經(jīng)過烘烤，電泳涂料即可固化，在晶粒間隙形成大約30微米厚的絕緣涂層，這樣就將襯底的P型層和表面的N型層隔離開，如圖5所示。
將硅顆粒N層表面的氧化層腐蝕掉，露出導(dǎo)電的N層，然后在表面沉積一層透明導(dǎo)電層，如ITO，或者氧化鋅，為了增加透明導(dǎo)電層收集電子的能力，在導(dǎo)電層上再真空蒸鍍或印刷一層梳型收集柵做為上電極的引出極。為了提高光的吸收率，可在表面蒸發(fā)一層減反射材料，如氟化鎂等。圖6為完整的晶體顆粒太陽電池。
本發(fā)明與現(xiàn)在多晶硅太陽電池生產(chǎn)工藝相比，本發(fā)明提出的方法沒有熔鑄和切片過程，制造過程能耗低，材料利用率高，適于自動(dòng)化批量生產(chǎn)，可大幅度降低太陽電池的制造成本。


圖1是PN結(jié)包裹結(jié)構(gòu)的晶體顆粒。
圖2是用防水膠將晶體顆粒粘在柔性材料上。
圖3是將裸露的顆粒表面層腐蝕掉，形成一半是P型，一半是N型的顆粒結(jié)構(gòu)。
圖4是將柔性材料上的顆粒粘接或焊接在導(dǎo)電襯底上。
圖5是在顆粒間隙沉積絕緣層。
圖6是完整的晶體顆粒太陽電池。
具體實(shí)施例方式
如圖所示，01代表P型晶體顆粒；02代表顆粒表面擴(kuò)散的N型層；03代表在晶體顆粒內(nèi)形成的PN結(jié)；04代表包裹結(jié)構(gòu)的晶體顆粒；05代表防水膠涂層；06代表柔性材料；07代表平面底板；08代表腐蝕后保留下來的PN結(jié)；09代表腐蝕后露出的晶體顆粒內(nèi)的P型材料；10代表導(dǎo)電襯底；11代表粘接或焊接材料；12代表沉積的絕緣層；13代表透明導(dǎo)電上電極；14代表減反射層。
實(shí)施例1用電阻率為5歐姆厘米的太陽能級(jí)P型多晶硅材料粉碎成硅顆粒，經(jīng)過篩選，選出大小在0.3毫米到0.4毫米的顆粒。將選好的硅顆粒經(jīng)過清洗后，進(jìn)行磷擴(kuò)散，所用的擴(kuò)散方法與制備多晶硅或單晶硅太陽電池的方法相同，形成外表面為N，內(nèi)部為P型的包裹結(jié)構(gòu)，在晶粒內(nèi)形成PN結(jié)，如圖1所示。擴(kuò)散溫度為900℃，擴(kuò)散時(shí)通入氮?dú)獗Ｗo(hù)，并通入少量的氧氣，使顆粒的最外面形成一層很薄的氧化層。
將擴(kuò)散好PN結(jié)的硅顆粒密實(shí)平鋪在一個(gè)平面上，施以適當(dāng)?shù)恼饎?dòng)，使顆粒密實(shí)排布，同時(shí)保證顆粒為單層排布，沒有堆疊的顆粒，如圖2所示，經(jīng)過這樣處理的硅顆粒所占的面積為總面積的70％以上。
在牛皮紙表面涂上防水膠，如“百得萬能膠”，固化后的膠體厚度為10微米左右。在一塊平整的金屬板上墊一層3毫米左右的橡膠墊作為壓實(shí)板，用涂膠的牛皮紙將硅顆粒粘接在一起，用壓實(shí)板壓實(shí)，使硅顆粒有一半被防水膠覆蓋，另一半裸露。待防水膠凝固后，用腐蝕液將裸露的晶粒表面的N層腐蝕掉，露出晶粒內(nèi)的P型材料。這樣就使得每個(gè)硅顆粒一半為P型，一半是N型，并在襯底垂直方向上形成PN結(jié)。
用真空濺射的方法在裸露的顆粒表面鍍一層銅，厚度在1微米，在銅箔表面鍍一層焊錫。將硅顆粒的鍍銅面與鍍有錫層的銅箔壓實(shí)并加熱至200℃，使錫熔化，并將硅顆粒與銅箔焊接在一起。
將焊好硅顆粒的銅箔連同原覆蓋的牛皮紙一起放入汽油中，將防水膠軟化并去除，然后用丙酮將殘留的防水膠清洗干凈，露出未被腐蝕的硅顆粒表面。在未被腐蝕的N型表面還保留著一層氧化層，這層氧化層是絕緣的。晶粒間隙的銅襯底是導(dǎo)電的。
將焊有硅顆粒的銅箔放入配好的丙烯酸陽極電泳液中，在銅箔加上160伏左右的電壓，電泳槽接負(fù)極，經(jīng)過2-3分鐘，電泳涂料中的離子團(tuán)會(huì)泳入晶粒間的縫隙，并附著在導(dǎo)電的銅表面，裸露的N型硅顆粒表面由于有一層絕緣層，電泳涂料中的離子團(tuán)不會(huì)附著在絕緣體表面，使N型硅顆粒的表面依然保持裸露狀態(tài)。將焊有硅顆粒的銅襯底從電泳液中取出涼干后，放入160℃的烘箱中烘烤20分鐘，電泳涂料即可固化，在晶粒間隙形成30微米厚絕緣涂層，這樣就將襯底的P型層和表面的N型層隔離開。
將硅顆粒N層表面的氧化層腐蝕掉，露出導(dǎo)電的N層，然后在表面濺射沉積一層摻鋁氧化鋅作為透明導(dǎo)電層。為了增加透明導(dǎo)電層收集電子的能力，在摻鋁氧化鋅透明導(dǎo)電層上再真空蒸鍍一層鋁作為上電極。蒸鋁時(shí)用模板將收集制成柵狀。最后蒸發(fā)一層氟化鎂減反射層。
實(shí)施例2用電阻率為5歐姆厘米的太陽能級(jí)P型多晶硅材料粉碎成硅顆粒，經(jīng)過篩選，選出大小在0.3毫米到0.4毫米的顆粒。將選好的硅顆粒經(jīng)過清洗后，在表面擴(kuò)散磷，形成外表面為N，內(nèi)部為P型的包裹結(jié)構(gòu)，在晶粒內(nèi)形成PN結(jié)，如圖2所示。擴(kuò)散溫度為900℃，擴(kuò)散時(shí)通入氮?dú)獗Ｗo(hù)，并通入少量的氧氣，使顆粒的最外面會(huì)有一層氧化和或氮化硅的絕緣層。
將擴(kuò)散好PN結(jié)的硅顆粒密實(shí)平鋪在一個(gè)平面上，施以適當(dāng)?shù)恼饎?dòng)，使顆粒密實(shí)排布，同時(shí)保證顆粒為單層排布，沒有堆疊的顆粒，如圖3所示，經(jīng)過這樣處理的硅顆粒所占的面積為總面積的70％以上。
在牛皮紙表面涂上防水膠，如“百得萬能膠”，固化后的膠體厚度為10微米左右。在一塊平整的金屬板上墊一層3毫米左右的橡膠墊作為壓實(shí)板，用涂膠的牛皮紙將硅顆粒粘接在一起，用壓實(shí)板壓實(shí)，使硅顆粒有一半被防水膠覆蓋，另一半裸露。待防水膠凝固后，用腐蝕液將裸露的晶粒表面的N層腐蝕掉，露出晶粒內(nèi)的P型材料。這樣就使得每個(gè)硅顆粒一半為P型，一半是N型，并在襯底垂直方向上形成PN結(jié)。
用涂有導(dǎo)電層的玻璃做襯底，用導(dǎo)電膠將硅顆粒粘接在導(dǎo)電襯底上。用滾輪沾上一薄層導(dǎo)電膠在腐蝕過的顆粒表面進(jìn)行滾涂，保證導(dǎo)電膠均勻沾附在顆粒的表面，而不進(jìn)到顆粒的縫隙中去。涂好膠的顆粒要與導(dǎo)電襯底壓實(shí)，直到導(dǎo)電膠固化。所選用的導(dǎo)電膠要能耐160℃烘烤的材料。
將粘好硅顆粒的玻璃襯底連同原覆蓋的牛皮紙一起放入汽油中，將防水膠軟化并去除，然后用丙酮將殘留的防水膠清洗干凈，露出未被腐蝕的硅顆粒表面。在未被腐蝕的N型表面還保留著一層氧化層，這層氧化層是絕緣的。晶粒間隙的玻璃導(dǎo)電層是導(dǎo)電的。
將粘有硅顆粒的玻璃襯底放入配好的丙烯酸陽極電泳液中，在玻璃襯底的導(dǎo)電層加上160伏左右的電壓，電泳槽接負(fù)極，大約經(jīng)過2到3分鐘，電泳涂料中的離子團(tuán)會(huì)泳入晶粒間的縫隙，并附著在玻璃襯底導(dǎo)電層表面，裸露的N型硅顆粒表面由于有一層絕緣層，電泳涂料中的離子團(tuán)不會(huì)附著在絕緣體表面，使N型硅顆粒的表面依然保持裸露狀態(tài)。將粘有硅顆粒的導(dǎo)電玻璃襯底從電泳液中取出涼干后，放入160℃的烘箱中烘烤20分鐘，電泳涂料即可固化，在晶粒間隙形成大約30微米厚絕緣涂層，這樣就將襯底的P型層和表面的N型層隔離開。
將硅顆粒N層表面的氧化層腐蝕掉，露出導(dǎo)電的N層，然后在表面濺射沉積一層摻鋁氧化鋅作為透明導(dǎo)電層。為了增加透明導(dǎo)電層收集電子的能力，在摻鋁氧化鋅透明導(dǎo)電層上再真空蒸鍍一層鋁作為上電極。蒸鋁時(shí)用一個(gè)梳型模板將收集制成柵狀。最后蒸發(fā)一層氟化鎂減反射層。
由于上下電極都采用的透明導(dǎo)電層，這樣制成的太陽電池的縫隙是透明的，整體有半透明磨砂玻璃的效果，很適合制成有發(fā)電功能的建筑幕墻玻璃。
權(quán)利要求
1.一種晶體顆粒太陽電池，其特征在于它包括導(dǎo)電襯底，半導(dǎo)體晶體顆粒，表面透明導(dǎo)電層構(gòu)成，在導(dǎo)電襯底與表面透明導(dǎo)電層之間的半導(dǎo)體晶體顆粒間隙處用絕緣材料將導(dǎo)電襯底與表面透明導(dǎo)電層隔離開；所述的半導(dǎo)體晶體顆粒為P型或N型半導(dǎo)體，并用擴(kuò)散的方法得到內(nèi)部為P型表面為N型；或者內(nèi)部為N型，表面為P型的包裹結(jié)構(gòu)，并在顆粒的最外面形成一層絕緣的氧化和氮化層；所述的絕緣材料是有機(jī)絕緣樹脂或無機(jī)材料；所述的導(dǎo)電襯底由涂有導(dǎo)電層的玻璃、銅箔、鋁箔或其它導(dǎo)電材料構(gòu)成；所述的表面透明導(dǎo)電層是氧化鋅、氧化錫、氧化銦錫或其它透明導(dǎo)電材料構(gòu)成。
2.按照權(quán)利要求1所述的晶體顆粒太陽電池，其特征在于所述的半導(dǎo)體晶體顆粒是硅材料、鍺材料或其它半導(dǎo)體材料構(gòu)成。
3.按照權(quán)利要求2所述的晶體顆粒太陽電池，其特征在于所述的硅材料是由摻硼的P型硅材料構(gòu)成，在顆粒的表面擴(kuò)散磷元素，形成內(nèi)部為P型，外部為N型的包裹結(jié)構(gòu)，或者由摻磷的N型硅材料構(gòu)成，在顆粒的表面擴(kuò)散硼元素，形成內(nèi)部為N型，外部為P型的包裹結(jié)構(gòu)，并在顆粒內(nèi)形成PN結(jié)。
4.按照權(quán)利要求1所述的晶體顆粒太陽電池，其特征在于所述的半導(dǎo)體晶體顆粒是由單晶硅或多晶硅材料經(jīng)粉碎篩選得到，顆粒尺寸在1毫米至0.05毫米之間。
5.權(quán)利要求1所述的晶體顆粒太陽電池的制備方法，其特征在于它包括下述步驟將擴(kuò)散好的半導(dǎo)體晶體顆粒密實(shí)均勻平鋪在一個(gè)平面上，用涂有防水膠的柔性材料將平鋪的晶體顆粒粘在柔性材料上，使半導(dǎo)體晶體顆粒有一半被防水膠覆蓋，另一半裸露；用腐蝕液將裸露的半導(dǎo)體晶體顆粒表面層腐蝕掉，露出晶粒內(nèi)部的材料，然后將其用導(dǎo)電膠粘覆附著在導(dǎo)電襯底上，或者是在半導(dǎo)體晶體顆粒表面蒸發(fā)或?yàn)R射一層鎳、銅、銀、金等容易錫焊的金屬，用錫焊的方法將半導(dǎo)體晶體顆粒焊接在導(dǎo)電襯底的表面；并使之具有良好的電接觸和附著強(qiáng)度，將柔性材料和防水膠去除，露出被防水膠覆蓋的半導(dǎo)體晶體顆粒的表面，在半導(dǎo)體晶體顆粒與顆粒之間的縫隙處填入絕緣材料，使半導(dǎo)體晶體顆粒構(gòu)成的P型面與N型面之間沒有漏電，將裸露的晶體顆粒表面的氧化和氮化層腐蝕掉，露出導(dǎo)電層，并在上面沉積上表面電極和減反射層。
6.按照權(quán)利要求5所述的晶體顆粒太陽電池的制備方法，其特征在于所述的防水膠的柔性材料是在紙表面涂有防水膠，防水膠的厚度為10微米至30微米。
7.按照權(quán)利要求5所述的晶體顆粒太陽電池的制備方法，其特征在于所述的將柔性材料和防水膠去除是用防水膠的軟化劑將防水膠軟化，連同柔性材料一起，將防水膠去除，再用防水膠的溶解劑，將剩余的防水膠清洗干凈，露出被防水膠覆蓋的半導(dǎo)體晶體顆粒的表面。
8.按照權(quán)利要求5所述的晶體顆粒太陽電池的制備方法，其特征在于所述的縫隙處填入絕緣材料是用電泳的方法將絕緣材料沉積在導(dǎo)電襯底和半導(dǎo)體晶體顆粒與顆粒之間的縫隙中，而半導(dǎo)體晶體顆粒的表面依然裸露。
9.按照權(quán)利要求5所述的晶體顆粒太陽電池的制備方法，其特征在于所述的減反射層材料為氟化鎂或氮化硅。
10.按照權(quán)利要求1所述的晶體顆粒太陽電池，其特征在于所述的透明導(dǎo)電層上面有柵狀電子收集極，柵狀電子收集極由鋁、銅、銀或金高導(dǎo)電率金屬或它們的合金構(gòu)成，或者由導(dǎo)電涂料構(gòu)成。
全文摘要
本發(fā)明涉及晶體顆粒太陽電池及其制備方法。包括導(dǎo)電襯底，半導(dǎo)體晶體顆粒，表面透明導(dǎo)電層構(gòu)成，在導(dǎo)電襯底與表面透明導(dǎo)電層之間的半導(dǎo)體晶體顆粒間隙處用絕緣材料將導(dǎo)電襯底與表面透明導(dǎo)電層隔離開；顆粒平鋪在一個(gè)平面上，用涂有防水膠的柔性材料將顆粒粘，一半被防水膠覆蓋，另一半裸露。將裸露的顆粒表面層腐蝕掉露出晶粒內(nèi)部的材料，將其粘接或焊接在導(dǎo)電襯底上，柔性材料和防水膠去除，顆粒間縫隙處填入絕緣材料，將裸露的晶體顆粒表面的氧化和氮化層腐蝕掉，露出導(dǎo)電層，并在上面沉積上表面電極和減反射層。本發(fā)明制造過程能耗低，材料利用率高，適于自動(dòng)化批量生產(chǎn)，可大幅度降低太陽電池的制造成本。
文檔編號(hào)H01L31/068GK1599083SQ20041002009
公開日2005年3月23日 申請(qǐng)日期2004年7月23日 優(yōu)先權(quán)日2004年7月23日
發(fā)明者劉維一 申請(qǐng)人:南開大學(xué)