專利名稱：用于使功率損耗最小化的太陽能電池的前電極和包括前電極的太陽能電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于具有最小功率損耗的太陽能電池的前電極和包含所述前電極的太陽能電池，并且尤其涉及一種用于太陽能電池的前電極，其中所述前電極構(gòu)造為如下結(jié)構(gòu)包括平行布置的多個柵極以及與所述柵極交錯的至少一個集電極的圖案形成在半導(dǎo)體襯底上，被引入到柵極的電流移動到集電極并且被收集到集電極中，并且各個柵極的寬度朝向集電極增加。
背景技術(shù)：
近年來，隨著對環(huán)境問題和不可再生能源消耗的日益關(guān)注，太陽能電池作為利用豐富能源的替代能源已經(jīng)引起了注意，太陽能電池不存在與污染相關(guān)的問題并且具有高能效。太陽能電池可以被歸類為利用太陽熱來產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)渦輪機所需的蒸汽能的太陽熱電池，以及利用半導(dǎo)體的特性將光子轉(zhuǎn)換成電能的光生伏打太陽能電池。特別地，大量的研究已經(jīng)集中到光生伏打太陽能電池上，所述光生伏打太陽能電池吸收光，產(chǎn)生電子和空穴， 并由此將光能轉(zhuǎn)換成電能。圖1為典型地示出這種光生伏打太陽能電池(下文中，簡稱為“太陽能電池”)的結(jié)構(gòu)的圖。參考圖1，太陽能電池包括第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層22和第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層23， 所述第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層23與第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層22的導(dǎo)電類型相反且形成在第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層22上。在第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層22和第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層23之間的接合處獲得ρ/η結(jié)。后電極21被布置為與第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層22的至少一部分接觸，而前電極11 被布置為與第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層23的至少一部分接觸。根據(jù)情況，用于干擾光反射的減反射膜M可以形成在第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層23的頂部。ρ-型硅襯底通常用作第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層22，并且η-型射極層用作第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層23。而且，通常利用銀(Ag)圖案將前電極11形成在射極層23的頂部，并且通常利用鋁(Al)層將后電極21形成在半導(dǎo)體層22的底部。通常利用絲網(wǎng)印刷方法來形成前電極11和后電極21。前電極通常包括具有大寬度的兩個集電極(還稱為“匯流條’)和具有約為150 μ m的小寬度的柵極(還稱為‘指針(finger)，)。在具有上述結(jié)構(gòu)的太陽能電池中，當(dāng)太陽光入射到前電極11上時，產(chǎn)生自由電子。根據(jù)Ρ/η結(jié)原理，電子移動到η型半導(dǎo)體層23。電子的這種移動產(chǎn)生了電流。直接將光能轉(zhuǎn)換成電能的太陽能電池的性能由從太陽能電池輸出的電能與入射到太陽能電池上的太陽能的比率來表示。這一比率表示太陽能電池的性能指標(biāo)并且一般稱為“能量轉(zhuǎn)換效率”，或簡稱為“轉(zhuǎn)換效率”。理論上講，轉(zhuǎn)換效率受構(gòu)成太陽能電池的材料限制并且根據(jù)太陽光能的光譜和太陽能電池的靈敏性譜的匹配而被控制。例如，單晶硅太陽能電池具有約30%至35%的轉(zhuǎn)換效率，非晶質(zhì)硅太陽能電池具有約25%的轉(zhuǎn)換效率，并且化合物半導(dǎo)體太陽能電池具有約20%至40%的轉(zhuǎn)換效率。然而，在目前的實驗室水平上，太陽能電池具有約25%的轉(zhuǎn)換效率。損耗可能包括由表面反射的光引起的損耗、由表面或電極結(jié)合處載流子的再結(jié)合引起的損耗、由太陽能電池中的載流子的再結(jié)合引起的損耗，以及由太陽能電池的內(nèi)阻引起的損耗。由電極引起的功率損耗可能包括由η-型半導(dǎo)體層處光電流的移動引起的電阻損耗、由η-型半導(dǎo)體層與柵極之間的接觸電阻引起的損耗、由在柵極中流動的光電流引起的電阻損耗，以及由柵極所覆蓋的區(qū)域引起的損耗。因此，迫切需要能夠使由這種電極引起的功率損耗最小化且使光吸收最大化的技術(shù)，從而提供一種顯現(xiàn)高效率的太陽能電池。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題因此，已經(jīng)提出本發(fā)明以解決上述問題以及尚待解決的其他技術(shù)問題。特別地，本發(fā)明的一個目的是提供一種用于太陽能電池的前電極，其中，調(diào)節(jié)柵極的寬度以使由電極引起的功率損耗最小化且使光吸收最大化。作為在用于太陽能電池的前電極上多種研究和試驗的結(jié)果，本申請的發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)前電極被構(gòu)造為使得集電極側(cè)的柵極的寬度相對大時，根據(jù)本發(fā)明的前電極的電極損耗比常規(guī)前電極的電極損耗小得多。已經(jīng)基于這些發(fā)現(xiàn)完成了本發(fā)明。技術(shù)方案根據(jù)本發(fā)明的一個方案，上述目的和其他目的能夠通過提供一種用于太陽能電池的前電極來實現(xiàn)，其中，前電極以如下結(jié)構(gòu)來構(gòu)造包括平行布置的多個柵極和與所述柵極交錯的至少一個集電極的圖案形成在半導(dǎo)體襯底上，被引入到柵極的電流移動到集電極并且被收集到集電極中，并且各個柵極的寬度朝向集電極增加。如圖5所示，常規(guī)的柵極具有非常大且均勻的寬度，約為120 μ m至150 μ m，結(jié)果是由柵極所覆蓋的區(qū)域(陰影)的面積大，導(dǎo)致高的電極損耗。本申請的發(fā)明人已經(jīng)考慮到柵極的損耗與柵極和集電極的尺寸之間的關(guān)系，以開發(fā)出能夠使柵極所引起的損耗最小化的結(jié)構(gòu)。如前面所討論的，電極損耗包括①當(dāng)電流在η-型半導(dǎo)體層中流動時引起的損耗 (損耗I)，②當(dāng)電流從η-型半導(dǎo)體層流到柵極時所引起的損耗(損耗II)，③當(dāng)電流在柵極中流動時所引起的損耗(損耗III)，以及④由柵極所覆蓋的區(qū)域引起的損耗(損耗IV)。 可以參考圖2計算損耗如下。損耗I = b2 rT2 χ Rs損耗II= b χ Pc"2 η—1 χ Pc"2損耗III = (La2 χ b)/(ta χ Wa) La2 χ rT1 χ Wa-2損耗IV= Wa χ η(在上面的表達式中，b表示柵極的間隔，η表示柵極的數(shù)量，P。表示柵極和η-型半導(dǎo)體層之間的接觸電阻率，La表示前電極的長度，ta表示柵極的厚度(高度)，并且Wa表示柵極的寬度。)從上面的表達式中可以看出，存在幾對(n，La，Wa)，其中使柵極的數(shù)量(η)的總和、柵極的寬度(Wa)以及前電極的長度(La)最小化。也就是說，隨著柵極的寬度增加，陰影的面積增加，結(jié)果是損耗IV(在下文中，根據(jù)情況還稱為‘陰影損耗’)增加，因此減少了光吸收。另一方面，當(dāng)柵極的寬度過小時，電極電阻增加，結(jié)果是損耗III增大。同時，由于在柵極中流動的電流的量基于柵極的長度以積分模式增加，所以柵極的寬度小可能是有益的。然而，當(dāng)柵極的長度等于或大于預(yù)定長度時，考慮到電阻，優(yōu)選的是柵極的寬度小。因此，根據(jù)本發(fā)明，柵極被構(gòu)造成具有如下結(jié)構(gòu)柵極的寬度朝向電流量增加的集電極增加。而且，考慮到每單位面積的效率，優(yōu)選的是柵極與集電極成直角?？梢栽黾痈鱾€柵極的寬度，以使各個柵極在其鄰近集電極的一端處的寬度優(yōu)選地比各個柵極在其遠離集電極的另一端處的寬度大50%至500%，更優(yōu)選地大200%至 500%。各個柵極的寬度可以朝向集電極增加得不同。作為一個示例，各個柵極的寬度可以與距離集電極的距離成反比例地連續(xù)增加。各個柵極的寬度可以例如以具有線性函數(shù)的形狀的直線結(jié)構(gòu)或者以具有二次函數(shù)的形狀的曲面結(jié)構(gòu)連續(xù)地增加。作為另一個示例，各個柵極的寬度可以與距離集電極的距離成反比例地不連續(xù)增加。各個柵極的寬度可以以例如階梯型結(jié)構(gòu)或以盆型結(jié)構(gòu)不連續(xù)地增加。在一個優(yōu)選示例中，圖案可以包括第一圖案部分和第二圖案部分，在所述第一圖案部分中各個柵極的寬度為150 μ m或更小，并且在所述第二圖案部分中各個柵極的寬度小于第一圖案部分中各個柵極的寬度。在前電極被構(gòu)造成具有如下的組合型結(jié)構(gòu)的情況下S卩，如上所述，所述組合型結(jié)構(gòu)具有第一圖案部分和第二圖案部分，其中在所述第一圖案部分中各個柵極的寬度相對大，并且在所述第二圖案部分中各個柵極的寬度相對小，可以有效地處理基于柵極的長度累積地增加的電流的量，從而使得由于電阻的增加引起的損耗最小化。為此，優(yōu)選的是，在位于電流量增加的集電極處的柵極中形成第一圖案部分，以使第一圖案部分具有預(yù)定長度。而且，考慮到每單位面積的效率，優(yōu)選的是柵極與集電極成直角。優(yōu)選地，集電極的寬度約為1.5mm至3mm，并且設(shè)置兩個集電極以使集電極以預(yù)定距離彼此間隔開。在一個優(yōu)選示例中，可以將第二圖案部分構(gòu)造成具有兩個以上柵極彼此接合的結(jié)構(gòu)。結(jié)果，第二圖案部分的具有相對小寬度的柵極連接至第一圖案部分的柵極，而第二圖案部分的柵極彼此接合，因此，可以將由于電流在第一圖案部分與第二圖案部分之間移動期間所引起的功率損耗降低至可忽略的程度。在第二圖案部分中柵極彼此接合的結(jié)構(gòu)可以為在第一圖案部分的柵極與第二圖案部分的柵極之間實現(xiàn)端連接的樹狀結(jié)構(gòu)。在下文中，將第一圖案部分的柵極和第二圖案部分的柵極相互連接的電極將被稱為樹狀電極。優(yōu)選的是，調(diào)整第一圖案部分和第二圖案部分中的柵極的寬度以使得由于電流累積引起的電阻增加最小化，同時使由于柵極引起的陰影損耗最小化。
第二圖案部分為電流被引入的部分，并且因此，電流累積變慢。因此，為了使陰影損耗最小化，優(yōu)選的是，柵極具有相對小的寬度。然而，如果柵極的寬度過小，則難以形成柵極，另外，電阻增加。而且，第一圖案部分為電流從其中被釋放到集電極的部分(根據(jù)情況，還用作電流引導(dǎo)部分)。因此，為了使由于電流累積引起的電阻增加最小化，優(yōu)選的是柵極具有相對大的寬度。然而，如果柵極的寬度過大，則將導(dǎo)致陰影損耗并且浪費材料。因此，考慮到上述問題，各個樹狀電極的寬度可以為第二圖案部分的各個柵極的寬度的一倍至兩倍，優(yōu)選地為1倍至1. 5倍。而且，在大于各個樹狀電極的寬度的范圍內(nèi)，第一圖案部分的各個柵極的寬度可以為第二圖案部分的各個柵極的寬度的ι. 1倍至15倍，優(yōu)選地為3倍至5倍。在一個優(yōu)選示例中，第二圖案部分的各個柵極的寬度可以為10 μ m至60 μ m，優(yōu)選地為10 μ m至40 μ m，并且第一圖案部分的各個柵極的寬度在大于第二圖案部分的各個柵極的寬度的范圍內(nèi)可以為50μπι至150 μ m，優(yōu)選地為60 μ m至100 μ m。在形成樹狀電極的情況下，各個樹狀電極的寬度可以等于第二圖案部分的各個柵極的寬度，或在大于第二圖案部分的各個柵極的寬度的范圍內(nèi)為10 μ m至60 μ m，優(yōu)選地為 10 μ m 至 50 μ m0同時，如果柵極的間隔大，則電流從η-型半導(dǎo)體層到柵極的移動距離增大，導(dǎo)致電流損耗。另一方面，如果柵極的間隔過小，則陰影損耗增加。由于第二部分中各個柵極的寬度小于各個常規(guī)柵極的寬度，即使當(dāng)柵極的間隔減小時，陰影損耗也不增加，其中在常規(guī)技術(shù)中柵極的間隔約為2. 5mm至3mm。此外，電流的移動距離減小了，從而進一步提高了效率。另一方面，由于第一圖案部分的柵極具有比第二圖案部分的柵極大的寬度，優(yōu)選的是，將第一圖案部分中柵極的間隔設(shè)定為使得第一圖案部分中柵極的間隔不比第二圖案部分中柵極的間隔小太多，從而使陰影損耗最小化。例如， 第一圖案部分的柵極的間隔可以為第二圖案部分的柵極的間隔的0. 7倍至6倍，優(yōu)選地為 1倍至3倍。在一個優(yōu)選示例中，第二圖案部分的柵極的間隔可以為0. 5mm至2mm，并且第一圖案部分的柵極的間隔可以等于第二圖案部分的柵極的間隔，或者在大于第二圖案部分的柵極的間隔的范圍內(nèi)為1. 5mm至3mm。樹狀電極優(yōu)選地以與柵極的縱向成30度至70度的角度傾斜。而且，如果第二圖案部分的長度大于柵極的總長度的70%，或者第一圖案部分的長度小于柵極的總長度的30%，則電阻增加過大。另一方面，如果第二圖案部分的長度小于柵極的總長度的10%，或者第一圖案部分的長度大于柵極的總長度的90%，則陰影損耗增加。因此，第二圖案部分的各個柵極的長度優(yōu)選地為各個柵極的總長度的10%至 70%。而且，優(yōu)選的是，第一圖案部分的各個柵極的長度為各個柵極的總長度的30%至 90%。如果各個樹狀電極的長度大，則各個柵極的長度增加得過大。結(jié)果，各個樹狀電極的長度優(yōu)選地為各個柵極的總長度的0%至10%。半導(dǎo)體襯底可以包括由晶體硅形成的η-型半導(dǎo)體層。根據(jù)情況，可以將各種層添加到半導(dǎo)體襯底上。例如，可以將減反射膜施加到N+半導(dǎo)體層的摻雜層的頂部上?？梢詫⒌杌蜓趸栌米鳒p反射膜。而且，優(yōu)選的是，增大η-型半導(dǎo)體層的電阻以降低光電流的表面復(fù)合速率。η-型半導(dǎo)體層的電阻可以為50Ω或更大，優(yōu)選地為100Ω或更大。根據(jù)本發(fā)明的另一方案，提供一種包括如上所述的前電極的太陽能電池。在根據(jù)本發(fā)明的太陽能電池中，柵極的結(jié)構(gòu)是最優(yōu)的，結(jié)果是太陽能電池具有 1. 3mff/cm2或更小的電極損耗。結(jié)果，根據(jù)本發(fā)明的太陽能電池具有轉(zhuǎn)換效率很高的優(yōu)點。太陽能電池可以由塊型材料形成。優(yōu)選地，考慮到效率，太陽能電池由晶體硅形成。太陽能電池的結(jié)構(gòu)和制造方法在本發(fā)明所屬的領(lǐng)域中是公知的，因此不對太陽能電池的結(jié)構(gòu)和制造方法進行詳細說明。根據(jù)本發(fā)明的又一方案，提供一種制造用于太陽能電池的前電極的方法。常規(guī)的前電極是利用絲網(wǎng)印刷方法來制造的。在絲網(wǎng)印刷方法中，在印網(wǎng)掩模之間推動墨以印刷前電極。絲網(wǎng)印刷方法具有約為ΙΟΟμπι的精度，因此使用絲網(wǎng)印刷方法不可能獲得小于 100 μ m的圖案，結(jié)果是電極損耗高。而且，通過擠壓來推動墨，結(jié)果是絲網(wǎng)印刷方法不適用于連續(xù)處理。為了解決這些問題，在半導(dǎo)體襯底上形成包括平行布置的多個柵極和與柵極交錯的集電極的圖案時，根據(jù)本發(fā)明的制造方法包括利用凹版印刷方法或膠版印刷方法在半導(dǎo)體襯底上印刷涂膠，以使柵極具有IOOym或更小的寬度，以及(b)將涂膠進行加熱和/ 或加壓以使涂膠硬化。當(dāng)如上所述利用的凹版印刷方法或膠版印刷方法形成前電極時，可以容易地形成微米級圖案并且通過連續(xù)處理形成圖案，從而大幅度提高處理效率。作為具體的示例，膠版印刷方法可以包括(i)準備具有以與前電極的圖案對應(yīng)的預(yù)定圖案形成的凹槽的印刷襯底，( )使用用于電極形成的涂膠來填充形成在印刷襯底中的凹槽，(iii)在印刷襯底上旋轉(zhuǎn)印刷輥以將置于凹槽中的涂膠轉(zhuǎn)印到印刷輥上，以及 (iv)在半導(dǎo)體襯底上旋轉(zhuǎn)印刷輥以將涂膠從印刷輥轉(zhuǎn)印到半導(dǎo)體襯底上。膠版印刷方法具有約10 μ m至20 μ m的圖案制作精度，并且利用膠版印刷方法形成的圖案的厚度僅為幾ym。結(jié)果，膠版印刷方法具有形成具有亞微米尺寸的圖案的優(yōu)點。 而且，在膠版印刷方法中，利用印刷輥將涂膠轉(zhuǎn)印到襯底上。因此，即使當(dāng)襯底的面積大時， 也可以利用具有與襯底的面積對應(yīng)的尺寸的印刷輥通過單次轉(zhuǎn)印處理來形成圖案。作為另一示例，凹版印刷方法可以包括(i)準備具有以與前電極的圖案對應(yīng)的預(yù)定圖案形成的凹槽的膠印滾筒，( )使用用于電極形成的涂膠來填充形成在膠印滾筒中的凹槽，以及(iii)在半導(dǎo)體襯底上旋轉(zhuǎn)膠印滾筒以將涂膠從膠印滾筒轉(zhuǎn)印到半導(dǎo)體襯底上。還可以利用凹版印刷方法來印刷具有亞微米尺寸的圖案。因此，凹版印刷方法具有如下優(yōu)點適當(dāng)?shù)匦纬晌⒚准増D案，并且以與膠版印刷方法相同的方式同時大面積制作圖案。在制造根據(jù)本發(fā)明的前電極的方法中，涂膠含有用于形成構(gòu)成前電極的柵極和集電極的材料。優(yōu)選地，涂膠含有銀(Ag)粉。同時，固化涂膠的步驟可以包括在150°C至200°C的溫度下預(yù)先烘干涂膠，在 400°C至5200°C的溫度下移除粘合劑，并且在750°C至850°C的溫度下燒結(jié)涂膠。固化涂膠
8所需的總時間可以為5分鐘至10分鐘。


本發(fā)明的上述和其他的目的、特征和其他優(yōu)點將從下面結(jié)合附圖的詳細說明中得到更加清楚地理解，其中圖1為圖示常規(guī)太陽能電池的局部立體圖；圖2為圖示用于太陽能電池的前電極的典型圖；圖3為圖示根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的第二類型前電極的局部平面圖；圖4為圖示根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例的第二類型前電極的局部平面圖；圖5為圖示常規(guī)前電極的局部平面圖；圖6為圖示根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的利用膠版印刷方法形成圖案的過程的典型圖；圖7為圖示具有圖3中的前電極的太陽能電池的局部立體圖；圖8為具有圖3中的前電極的太陽能電池的平面圖；以及圖9和圖10為圖示根據(jù)本發(fā)明的試驗示例的功率損耗的曲線圖。<附圖的主要附圖標(biāo)記的說明>11，110:柵極12，120:集電極21，201:后電極22，202 :p-型半導(dǎo)體層23，203 :n-型半導(dǎo)體層24，204 減反射膜
具體實施例方式現(xiàn)在，將參考附圖詳細地說明本發(fā)明的優(yōu)選實施例。然而，應(yīng)當(dāng)注意的是，本發(fā)明的范圍不受圖示實施例所限制。圖3和圖4為典型地圖示根據(jù)本發(fā)明的實施例的前電極的局部平面圖。參考這些附圖，各個柵極110包括與集電極120鄰近的第一圖案部分A、遠離集電極120的第二圖案部分B，以及位于第一圖案部分A和第二圖案部分B之間的樹狀電極 (dendrite electrode) C0第一圖案部分Α。在第一圖案部分A處，以大的間隔來布置各自具有相對大的寬度的柵極。另一方面，在第二圖案部分B處，以小的間隔來布置各自具有相對小的寬度的柵極。在上述結(jié)構(gòu)中，通過第二圖案部分B使導(dǎo)入電流的量最大化，而通過第一圖案部分A使電阻和陰影損耗最小化。在圖3中所示的前電極處，第二圖案部分的每兩個柵極經(jīng)由各個樹狀電極C彼此接合。在圖4中所示的前電極處，第二圖案部分的所有柵極經(jīng)由相應(yīng)的樹狀電極C彼此接合。對于圖4中的前電極，以相對小的間隔來布置第一圖案部分處的柵極。因此，考慮到陰影損耗，柵極可以具有比圖3中的第一圖案部分處的柵極小的寬度。圖6為圖示根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的利用膠版印刷方法來制造前電極的過程的典型圖。參考圖6，首先，具有與要形成在半導(dǎo)體襯底處的前電極的圖案對應(yīng)的形狀的凹槽 301形成在印刷襯底300中。此時，不特別地限制形成凹槽301的方法。例如，可以利用諸如照相平版印刷術(shù)的公知方法來形成凹槽301。隨后，使用用于電極形成的涂膠310來填充凹槽301的內(nèi)部。為此，涂膠310被施加到印刷襯底300的表面上，并且刮片330在刮片 330與印刷襯底300相接觸的狀態(tài)下移動。隨著刮片330的移動，凹槽301的內(nèi)部被填滿涂膠310。另一方面，可以通過刮片330從印刷襯底300來去除剩余的涂膠310。隨后，將置于印刷襯底300的凹槽301中的涂膠310轉(zhuǎn)印到印刷輥340的表面上， 所述印刷輥340在印刷輥340與印刷襯底300相接觸的狀態(tài)下旋轉(zhuǎn)。印刷輥340可以具有與要在其中形成圖案的半導(dǎo)體襯底204相同的寬度。而且，印刷輥340可以具有與半導(dǎo)體襯底204的長度相等的周長。因此，通過印刷輥340的單次旋轉(zhuǎn)，置于印刷襯底300的凹槽 301中的所有涂膠310均被轉(zhuǎn)印到印刷輥340的圓周表面上。隨后，印刷輥340在印刷輥340與半導(dǎo)體襯底204的表面相接觸的狀態(tài)下旋轉(zhuǎn)。結(jié)果，將涂膠310從印刷輥340轉(zhuǎn)印到半導(dǎo)體襯底204上。隨后，將轉(zhuǎn)印到半導(dǎo)體襯底204上的涂膠固化而形成圖案。當(dāng)利用如上所述的膠版印刷方法將前電極制成圖案時，可以容易地形成微米級圖案。另外，印刷襯底300和印刷輥340被制造成與半導(dǎo)體襯底204的尺寸相對應(yīng)。因此，可以通過單次轉(zhuǎn)印處理來形成圖案，從而大幅度地提高了處理效率。圖7為典型地圖示具有圖3中的前電極的太陽能電池的局部立體圖。參考圖7，太陽能電池包括ρ-型半導(dǎo)體層202和η-型半導(dǎo)體層203，η_型半導(dǎo)體層203與ρ-型半導(dǎo)體層202的導(dǎo)電類型相反，η-型半導(dǎo)體層203形成在ρ-型半導(dǎo)體層 202上。在ρ-型半導(dǎo)體層202和η-型半導(dǎo)體層203之間的接合處獲得ρ/η結(jié)。后電極201 形成在P-型半導(dǎo)體層202的底部。具有蜂窩式結(jié)構(gòu)以干擾光反射的減反射膜204形成在 η-型半導(dǎo)體層203的頂部。包括柵極和集電極120的前電極110在前電極與η_型半導(dǎo)體層203的至少一部分相接觸的狀態(tài)下形成在減反射膜204上。ρ-型硅襯底通常用作ρ-型半導(dǎo)體層202，并且磷(P)摻雜η-型射極層用作η_型半導(dǎo)體層203。而且，前電極110通常由銀(Ag)圖案來形成，并且布置在ρ-型半導(dǎo)體層202 的底部的后電極210通常由鋁(Al)層來形成。前電極包括第一圖案部分110Α，其包括與集電極120垂直連接的柵極，所述集電極120具有大的寬度，各個柵極具有150 μ m或更小的寬度；第二圖案部分110B，其包括具有比第一圖案部分A的柵極的寬度小的寬度的柵極；以及樹狀電極110C，其包括與第一圖案部分IlOA的柵極和第二圖案部分IlOB的柵極相互連接的柵極。在上述結(jié)構(gòu)中，通過第一圖案部分A使在柵極110中流動的從η-型半導(dǎo)體層203 導(dǎo)入第二圖案部分B的電流的阻力的增加最小化。另外，第一圖案部分IlOA處的柵極的間隔被構(gòu)造得大，并且第二圖案部分IlOB處的柵極的間隔被構(gòu)造得小，從而使功率損耗最小化。圖8為典型地圖示根據(jù)本發(fā)明的太陽能電池的前電極的平面圖。參考圖8，前電極被構(gòu)造成具有如下結(jié)構(gòu)柵極布置在兩個集電極120之間，以使柵極與集電極120垂直。具有相對較大厚度的第一圖案部分IlOA連接至各個集電極120， 以使第一圖案部分IlOA與集電極120垂直。而且，第二圖案部分IlOB連接至各個第一圖案部分110Α。第一圖案部分IlOA和第二圖案部分IlOB在兩個集電極120之間限定的中間部分中彼此連接。
10
在下文中，將參考下面的示例更加詳細地說明本發(fā)明。提供這些示例僅用于闡釋本發(fā)明，并且這些示例不應(yīng)當(dāng)被解釋為限制本發(fā)明的范圍。[示例 1]將磷(P)鋪散到晶質(zhì)ρ-型硅襯底上以形成具有50歐姆電阻的η層，并且將減反射氮化硅(SiNx)層沉淀在η層的前部。將鋁(Al)涂膠絲網(wǎng)印刷且硬化到具有如上所述的 ρ-η結(jié)的襯底的后部上以形成后電極層，并且通過膠版印刷方法利用銀(Ag)涂膠以圖3中所示的形狀將電極形成在η層的前部。特別地，第一圖案部分A的柵極形成為具有2. 6cm 的長度，并且第二圖案部分B的柵極形成為具有Icm的長度。第一圖案部分A的柵極形成為具有90 μ m的寬度和Imm的間隔。樹狀電極C形成為具有0. 05cm的長度。利用如上所述形成的電極來制造在η層具有50歐姆電阻的太陽能電池。[示例 2]除了下述不同之外，利用與示例1相同的方法來制造在η層具有100歐姆電阻的太陽能電池第一圖案部分的柵極形成為具有2. 4cm的長度，第二圖案部分的柵極形成為具有1. 2cm的長度，第一圖案部分的柵極形成為具有20 μ m的寬度和0. 83mm的間隔，并且樹狀電極C形成為具有0. 05cm的長度。[比較示例1]柵極形成為如圖5所示的形狀，以便具有120 μ m的寬度和2. 5mm的間隔，從而制造出在η層具有50歐姆電阻的太陽能電池。[比較示例2]柵極形成為具有20 μ m的寬度和Imm的間隔，形成如圖5所示的形狀，從而制造出在η層具有50歐姆電阻的太陽能電池。[比較示例3]柵極形成為如圖5所示的形狀，以便具有120 μ m的寬度和2. 5mm的間隔，從而制造出在η層具有100歐姆電阻的太陽能電池。[比較示例4]柵極形成為具有20 μ m的寬度和Imm的間隔，形成如圖5所示的形狀，從而制造出在η層具有100歐姆電阻的太陽能電池?！幢?>
權(quán)利要求
1.一種用于太陽能電池的前電極，其中，所述前電極以如下結(jié)構(gòu)來構(gòu)造包括平行布置的多個柵極和與所述柵極交錯的至少一個集電極的圖案形成在半導(dǎo)體襯底上，被引入到所述柵極中的電流移動到所述集電極且被收集在所述集電極中，并且各個所述柵極的寬度朝向所述集電極增加。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于太陽能電池的前電極，其中，所述柵極與所述集電極成直角。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于太陽能電池的前電極，其中，各個所述柵極的寬度與距離所述集電極的距離成反比例地連續(xù)增加。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于太陽能電池的前電極，其中，各個所述柵極的寬度與距離所述集電極的距離成反比例地不連續(xù)增加。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于太陽能電池的前電極，其中，各個所述柵極的寬度被增加，以使各個柵極在其鄰近集電極的一端處的寬度比各個柵極在其遠離集電極的另一端處的寬度大50%至500%。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的用于太陽能電池的前電極，其中，所述圖案包括第一圖案部分和第二圖案部分，在所述第一圖案部分處各個所述柵極的寬度為150 μ m或更小，并且在所述第二圖案部分處各個所述柵極的寬度小于所述第一圖案部分處各個所述柵極的寬度。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的用于太陽能電池的前電極，其中，所述第二圖案部分被構(gòu)造成具有兩個以上柵極彼此接合的結(jié)構(gòu)。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的用于太陽能電池的前電極，其中，樹狀電極位于所述第一圖案部分的所述柵極與所述第二圖案部分的所述柵極之間，以使所述第一圖案部分的所述柵極與所述第二圖案部分的所述柵極相互連接。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的用于太陽能電池的前電極，其中，各個所述樹狀電極的寬度為所述第二圖案部分的各個所述柵極的寬度的一倍至兩倍。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的用于太陽能電池的前電極，其中，在比各個所述樹狀電極大的范圍內(nèi)，所述第一圖案部分的各個所述柵極的寬度為所述第二圖案部分的各個所述柵極的寬度的1. 1倍至15倍。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的用于太陽能電池的前電極，其中，所述第二圖案部分的各個所述柵極的寬度為10 μ m至60 μ m，所述第一圖案部分的各個所述柵極的寬度在比所述第二圖案部分的各個所述柵極的寬度大的范圍內(nèi)為50 μ m至150 μ m,并且各個所述樹狀電極的寬度等于所述第二圖案部分的各個所述柵極的寬度或者在比所述第二圖案部分的各個所述柵極的寬度大的范圍內(nèi)為10 μ m至60 μ m。
12.根據(jù)權(quán)利要求6所述的用于太陽能電池的前電極，其中，所述第一圖案部分的所述柵極的間隔為所述第二圖案部分的所述柵極的間隔的0. 7倍至6倍。
13.根據(jù)權(quán)利要求6所述的用于太陽能電池的前電極，其中，所述第二圖案部分的所述柵極的間隔為0. 5mm至2mm，并且所述第一圖案部分的所述柵極的間隔等于所述第二圖案部分的所述柵極的間隔或者在比所述第二圖案部分的所述柵極的間隔大的范圍內(nèi)為1. 5mm 至 3mm。
14.根據(jù)權(quán)利要求8所述的用于太陽能電池的前電極，其中，所述第二圖案部分的各個所述柵極的長度為各個所述柵極的總長度的10%至70%，所述第一圖案部分的各個所述柵極的長度為各個所述柵極的總長度的30%至90%，并且各個所述樹狀電極的長度為各個所述柵極的總長度的0%至10%。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于太陽能電池的前電極，其中，所述半導(dǎo)體襯底包括由晶體硅形成的η-型半導(dǎo)體層。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于太陽能電池的前電極，其中，所述半導(dǎo)體襯底具有50Ω 或更大的電阻。
17.—種包括根據(jù)權(quán)利要求1至16中任一項所述的前電極的太陽能電池，其中，所述太陽能電池具有1. 3mff/cm2的電極損耗。
18.—種制造根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于太陽能電池的前電極的方法，其中，在半導(dǎo)體襯底上形成包括平行布置的多個柵極和與所述柵極交錯的集電極的圖案時，所述方法包括(a)利用凹版印刷方法或膠版印刷方法在半導(dǎo)體襯底上印刷涂膠，以使所述柵極具有 100 μ m或更小的寬度；以及(b)將所述涂膠進行加熱和/或加壓以使所述涂膠硬化。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中，所述膠版印刷方法包括準備具有以與所述前電極的圖案對應(yīng)的預(yù)定圖案形成的凹槽的印刷襯底；使用用于電極形成的涂膠來填充形成在所述印刷襯底處的所述凹槽；在所述印刷襯底上旋轉(zhuǎn)印刷輥以將置于所述凹槽中的所述涂膠轉(zhuǎn)印到所述印刷輥上；以及在半導(dǎo)體襯底上旋轉(zhuǎn)所述印刷輥以將所述涂膠從所述印刷輥上轉(zhuǎn)印到所述半導(dǎo)體襯底上。
20.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中，所述凹版印刷方法包括準備具有以與所述前電極的圖案對應(yīng)的預(yù)定圖案形成的凹槽的膠印滾筒；使用用于電極形成的涂膠來填充形成在所述膠印滾筒中的所述凹槽；以及在半導(dǎo)體襯底上旋轉(zhuǎn)所述膠印滾筒以將所述涂膠從所述膠印滾筒轉(zhuǎn)印到所述半導(dǎo)體襯底上。
21.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中，所述涂膠含有銀(Ag)粉。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于太陽能電池的前電極所涉及到的技術(shù)，用于太陽能電池的前電極的特征在于具有如下結(jié)構(gòu)。包括多個柵極和一個以上集電極的圖案印刷在半導(dǎo)體襯底上以作為前電極。所述柵極彼此平行，并且所述集電極橫過所述柵極。流到柵極中的電流移動到集電極中并且被收集到集電極中。柵極的寬度朝向集電極的方向增加。
文檔編號H01L31/042GK102171837SQ200980136017
公開日2011年8月31日 申請日期2009年9月9日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月12日
發(fā)明者尹錫炫, 金承旭, 黃仁晳 申請人:Lg化學(xué)株式會社