專利名稱：正面無電極遮擋的太陽能電池片及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及太陽能電池片制備領(lǐng)域，特別是涉及一種正面無電極遮擋的太陽能電池片及其制備方法。
背景技術(shù)：
太陽能電池是一種將太陽能轉(zhuǎn)換為電能的器件。按照使用材料的不同，分為硅基太陽能電池、化合物半導(dǎo)體太陽能電池以及聚合物材料電池等等。對于硅及化合物半導(dǎo)體材料來說，通過不同摻雜形成PN結(jié)。一般來說，PN結(jié)距半導(dǎo)體太陽能電池片表面不會超過一個μπι。當(dāng)光照射在PN結(jié)太陽能電池時,大于半導(dǎo)體材料帶隙的光子會被吸收,在材料內(nèi)部激發(fā)出自由電子(空穴)，又叫光生載流子。如果這些被激發(fā)的電子(空穴)正好位于PN結(jié)區(qū)一個擴(kuò)散長度以內(nèi)，從理論上說，這些電子和空穴將被PN結(jié)區(qū)內(nèi)部的電場分開，漂移至電池正負(fù)電極，并被它們收集形成電池電流，對外部電路提供電能。實際上，并不是所有的光生載流子都會被收集，形成有效的光電流。當(dāng)光生載流子在PN結(jié)區(qū)內(nèi)建電場的作用下，往正負(fù)電極漂移的過程中，材料內(nèi)部的缺陷或雜質(zhì)形成的陷阱會俘獲這些自由載流子形成復(fù)合。這可以通過改善材料性質(zhì)，降低缺陷和雜質(zhì)含量來減少復(fù)合。即使沒有缺陷造成復(fù)合，自由載流子在材料中運動的長度或壽命也是有限的，一般用平均壽命和平均擴(kuò)散長度來衡量。被PN結(jié)內(nèi)部電場收集到結(jié)兩端的自由載流子在到達(dá)與半導(dǎo)體材料接觸的收集電極之前，存在著被半導(dǎo)體材料吸收復(fù)合的幾率，在半導(dǎo)體材料中，自由載流子運動的距離越長，被吸收復(fù)合的幾率就越大。為了提高太陽能電池的收集效率，降低電極阻抗，對一般金屬材料的電極來說，金屬對可見光強(qiáng)烈的吸收特性使得電極下面的PN結(jié)成為太陽能電池上的無效區(qū)域，電極覆蓋的面積越大，無效區(qū)域就越多，太陽能電池的整體效率就會降低。因此，PN結(jié)太陽能電池的正面電極都做成格柵狀。格柵的寬度、間距等幾何尺寸都經(jīng)過嚴(yán)格的優(yōu)化，在電極遮擋和電極阻抗(載流子損耗)之間尋找一個最佳的平衡點。透明導(dǎo)電材料ITO的出現(xiàn)和在太陽能電池上的應(yīng)用，使得金屬電極遮擋光的問題得到解決。利用ITO材料制作正面電極，可以在有效收集光電流的同時，太陽光可以透過電極進(jìn)入下面的PN結(jié)區(qū)，產(chǎn)生光電流，幾乎不對太陽能電池的光敏面大小造成影響，這樣太陽能電池正面幾乎完全可以成為有效吸收面，但為了將電池串聯(lián)或?qū)㈦姵亟尤胪怆娐?，還需要在電池正面一些部位制備金屬電極，因為ITO作為一種半導(dǎo)體材料，很難以焊接的方式與普通金屬導(dǎo)線連接。這樣，仍舊有少部分光敏面被金屬電極遮擋。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是正面無電極遮擋的太陽能電池片及其制備方法，在太陽能電池片正面不會被電極遮擋，能解決目前制備的太陽能電池片正面被電極遮擋影響光電轉(zhuǎn)換效率的問題。解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案如下:
本發(fā)明提供一種正面無電極遮擋的太陽能電池片，該電池片為:在N型硅襯底正面設(shè)有燒結(jié)的P型硅，N型硅襯底與P型硅形成PN結(jié)，P型硅表面覆蓋有ITO透光導(dǎo)電膜，N型硅襯底側(cè)面和背面設(shè)有印刷電極形成的引出電極。本發(fā)明還提供一種正面無電極遮擋的太陽能電池片的制備方法，包括以下步驟:以N型硅為襯底，將N型硅襯底清洗干凈；在所述N型硅襯底正面制備摻雜有氧化硼的ITO薄膜；用印刷方式在所述N型硅襯底背面和側(cè)面形成引出電極；將經(jīng)上述處理后的所述N型硅襯底進(jìn)行高溫擴(kuò)散燒結(jié)，控制溫度為800°C 1000°C，燒結(jié)過程中通入惰性氣體進(jìn)行保護(hù)，直至得到在N型硅襯底正面形成PN結(jié)和ITO透明導(dǎo)電薄膜，在N型硅襯底側(cè)面和背面形成引出電極的太陽能電池片。本發(fā)明的有益效果為:該電池片的正面完全無任何電極遮擋，可全部暴露在太陽光下，從而有效提高電池的轉(zhuǎn)換效率，又使得電池與電池之間、或電池與外電路之間的連接結(jié)構(gòu)和方法變得更加簡潔，電極制作成本減少了約20%，同時提高了生產(chǎn)效率；采用高溫擴(kuò)散燒結(jié)的工藝一次性完成PN結(jié)制備、ITO透光導(dǎo)電膜和電極的制備，避免了大量的中間工藝環(huán)節(jié)和原材料的浪費。


為了更清楚地說明本發(fā)明實施例的技術(shù)方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他附圖。圖1為本發(fā)明實施例提供的太陽能電池片的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明實施例提供的制作引出電極的電池片疊加示意圖。圖中各標(biāo)號名稱為:1-1T0透光導(dǎo)電膜；2_P型娃；3_N型娃襯底；4_背面的銅電極或者鎳電極；5_側(cè)面及背面的鋁電極。
具體實施例方式下面對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。本發(fā)明實施例提供一種正面無電極遮擋的太陽能電池片，如圖1所示，該電池片為:在N型硅襯底3正面設(shè)有燒結(jié)的P型硅2，N型硅襯底與P型硅形成PN結(jié)，P型硅表面覆蓋有ITO透光導(dǎo)電膜1，N型硅襯底側(cè)面和背面設(shè)有印刷電極形成的引出電極4、5。上述太陽能電池片中，ITO透光導(dǎo)電膜、PN結(jié)和引出電極為通過高溫擴(kuò)散燒結(jié)和印刷電極方式一次性制備在N型娃襯底上。其中，ITO透光導(dǎo)電膜為:將氧化銦、氧化錫按照9:1的重量比例混合形成混合物，再將占所述混合物的百分之一至千分之一的重量比例的極少量氧化硼摻入上述混合物后，制成靶材或者蒸發(fā)用材料，采用濺射或者電子束蒸發(fā)在所述N型硅襯底上制備形成的摻雜氧化硼的ITO薄膜。ITO透光導(dǎo)電膜的厚度為:64 69nm。
上述太陽能電池片中，引出電極包括:P型硅接觸電極和N型硅接觸電極；其中，P型硅接觸電極為在N型硅襯底側(cè)面和背面部分區(qū)域表面印刷形成的的鋁電極5 ;N型硅接觸電極為在N型硅襯底背面剩余區(qū)域表面印刷形成的的銅電極或者鎳電極
4。P型硅接觸電極和N型硅接觸電極在N型硅襯底背面形成共面電極。上述太陽能電池片中，N型硅襯底可采用電阻率為300 Ω cm2的N型單晶硅襯底或N型多晶硅襯底。上述結(jié)構(gòu)的太陽能電池片，其正面完全無金屬和連接點遮擋，可全部暴露在太陽光下，從而有效提高電池的轉(zhuǎn)換效率，又使得電池與電池之間、或電池與外電路之間的連接結(jié)構(gòu)和方法變得更加簡潔，電極制作成本減少了約20%，同時提高了生產(chǎn)效率；采用高溫擴(kuò)散燒結(jié)的工藝一次性完成PN結(jié)制備、ITO透光導(dǎo)電膜和電極的制備，避免了大量的中間工藝環(huán)節(jié)和原材料的浪費。本發(fā)明實施例還提供一種上述太陽能電池片的制備方法，包括以下步驟:以N型硅為襯底，將N型硅襯底清洗干凈；在所述N型硅襯底正面制備摻雜有氧化硼的ITO薄膜；用印刷方式在所述N型硅襯底背面和側(cè)面形成引出電極；將經(jīng)上述處理后的所述N型硅襯底進(jìn)行高溫擴(kuò)散燒結(jié)，控制溫度為800°C 1000°C，燒結(jié)過程中通入惰性氣體進(jìn)行保護(hù)，直至得到在N型硅襯底正面形成PN結(jié)和ITO透明導(dǎo)電薄膜，在N型硅襯底側(cè)面和背面形成引出電極的太陽能電池片。上述方法中，在N型硅襯底正面制備摻雜有氧化硼的ITO薄膜為:將氧化銦、氧化錫按照9:1的重量比例混合形成混合物，再將占所述混合物的百分之一至千分之一的重量比例的極少量氧化硼摻入上述混合物后，制成靶材或者蒸發(fā)用材料，采用濺射或者電子束蒸發(fā)在所述N型硅襯底正面制備形成摻雜氧化硼的ITO薄膜，ITO薄膜厚度為64 69nm。上述方法中，用印刷方式在所述N型硅襯底背面和側(cè)面形成引出電極具體如下:用印刷方式在所述N型硅襯底背面和側(cè)面涂布鋁漿，將涂布鋁漿后的所述N型硅襯底在80°C進(jìn)行烘烤，使鋁漿凝固作為P型硅接觸電極；用印刷方式在所述N型硅襯底背面剩余區(qū)域涂布鎳漿或者銅漿，然后放置在烘箱中進(jìn)行80°C烘烤，使?jié){料凝固作為N型硅接觸電極。在N型硅襯底背面的P型硅接觸電極與N型硅接觸電極為共面電極。上述用印刷方式在所述N型硅襯底背面和側(cè)面涂布鋁漿，將涂布鋁漿后的所述N型硅襯底在80°C進(jìn)行烘烤，使鋁漿凝固作為P型硅接觸電極具體可采用下述方式:將多個電池片的N型硅襯底背面向上沿一方向錯開疊加放置在一起(見圖2)，使N型硅襯底設(shè)有ITO透光導(dǎo)電膜的正面朝下，用印刷方式在所述N型硅襯底背面和側(cè)面涂布鋁漿，再將涂布鋁漿后的所述N型硅襯底在80°C進(jìn)行烘烤，使鋁漿凝固作為各電池片的P型硅接觸電極。下面結(jié)合具體制備過程對上述方法作進(jìn)一步說明，步驟如下:步驟1，選擇N型(電阻率約300 Ω cm2)單晶或多晶硅襯底，進(jìn)行常規(guī)清洗后備用；步驟2，在襯底上制備摻雜了氧化硼的ITO薄膜，厚度控制在64 69nm ；步驟3，按照圖2的方式將電池片疊加放置在一起，向上的一面為背面(N型硅襯底)，向下的一面為ITO薄膜，用印刷方式在背面和側(cè)面涂布鋁漿，然后放置到烘箱中進(jìn)行80°C烘烤，使?jié){料凝固；步驟4，在背面剩余區(qū)域用印刷方式涂布鎳漿或者銅漿，然后放置在烘箱中進(jìn)行80°C烘烤，使?jié){料凝固；步驟5，將上述處理后的N型硅片放入鏈?zhǔn)綘t中進(jìn)行高溫擴(kuò)散燒結(jié)，溫度控制在800 1000°C，其間通入惰性氣體進(jìn)行保護(hù)，由于氧化硼的熔點較低，將使得氧化銦和氧化錫燒結(jié)形成透明導(dǎo)電薄膜Ι ，同時，硼離子將會向N型硅中發(fā)生擴(kuò)散而形成PN結(jié)，同時完成側(cè)面、背面的電極制備，形成剖面結(jié)構(gòu)如圖2所示的太陽能電池片。本發(fā)明的太陽能電池片，在N型硅襯底正面的光吸收面，完全無電極遮擋，正面電極通過側(cè)面印刷電極直接引到背面，形成共面電極，PN結(jié)、ITO透光導(dǎo)電薄膜、正面電極、側(cè)面電極和背面電極一次燒結(jié)完成，即提高了太陽能電池轉(zhuǎn)換效率同時又減少了中間工藝環(huán)節(jié)和原材料的消耗，降低了生產(chǎn)成本。以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實施方式
，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明披露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求書的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。`
權(quán)利要求
1.一種正面無電極遮擋的太陽能電池片，其特征在于，該電池片為: 在N型硅襯底正面設(shè)有燒結(jié)的P型硅，N型硅襯底與P型硅形成PN結(jié)，P型硅表面覆蓋有ITO透光導(dǎo)電膜，N型硅襯底側(cè)面和背面設(shè)有印刷電極形成的引出電極。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能電池片，其特征在于，所述ITO透光導(dǎo)電膜、PN結(jié)和引出電極為通過高溫擴(kuò)散燒結(jié)和印刷電極方式一次性制備在所述N型硅襯底上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的太陽能電池片，其特征在于，所述ITO透光導(dǎo)電膜為:將氧化銦、氧化錫按照9:1的重量比例混合形成混合物，再將占所述混合物的百分之一至千分之一的重量比例的氧化硼摻入上述混合物后，制成靶材或者蒸發(fā)用材料，采用濺射或者電子束蒸發(fā)在所述N型硅襯底上制備形成的摻雜氧化硼的ITO薄膜。
4.根據(jù)權(quán)利要求1 3任一項所述的太陽能電池片，其特征在于，所述ITO透光導(dǎo)電膜的厚度為:64 69nm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的太陽能電池片，其特征在于，所述引出電極包括:P型硅接觸電極和N型硅接觸電極；其中， 所述P型硅接觸電極為在N型硅襯底側(cè)面和背面部分區(qū)域表面印刷形成的的鋁電極；所述N型硅接觸電極為在N型硅襯底背面剩余區(qū)域表面印刷形成的的銅電極或者鎳電極。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的太陽能電池片，其特征在于，所述P型硅接觸電極和N型硅接觸電極在N型硅襯底背面形成共面電極。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能電池片，其特征在于，所述N型硅襯底采用電阻率為.300 Ω cm2的N型單晶硅襯底或N型多晶硅襯底。
8.一種正面無電極遮擋的太陽能電池片的制備方法，其特征在于，包括以下步驟: 以N型硅為襯底，將N型硅襯底清洗干凈； 在所述N型硅襯底正面制備摻雜有氧化硼的ITO薄膜； 用印刷方式在所述N型硅襯底背面和側(cè)面形成引出電極； 將經(jīng)上述處理后的所述N型硅襯底進(jìn)行高溫擴(kuò)散燒結(jié)，控制溫度為800°C 1000°C，燒結(jié)過程中通入惰性氣體進(jìn)行保護(hù)，直至得到在N型硅襯底正面形成PN結(jié)和ITO透明導(dǎo)電薄膜，在N型硅襯底側(cè)面和背面形成引出電極的太陽能電池片。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，所述在所述N型硅襯底正面制備摻雜有氧化硼的ITO薄膜為: 將氧化銦、氧化錫按照9:1的重量比例混合形成混合物，再將占所述混合物的百分之一至千分之一的重量比例的氧化硼摻入上述混合物后，制成靶材或者蒸發(fā)用材料，采用濺射或者電子束蒸發(fā)在所述N型硅襯底正面制備形成摻雜氧化硼的ITO薄膜，ITO薄膜厚度為 64 69nm ； 所述用印刷方式在所述N型硅襯底背面和側(cè)面形成引出電極為: 用印刷方式在所述N型硅襯底背面和側(cè)面涂布鋁漿，將涂布鋁漿后的所述N型硅襯底在80°C進(jìn)行烘烤，使鋁漿凝固作為P型硅接觸電極； 用印刷方式在所述N型硅襯底背面剩余區(qū)域涂布鎳漿或者銅漿，然后放置在烘箱中進(jìn)行80°C烘烤，使?jié){料凝固作為N型硅接觸電極。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述用印刷方式在所述N型硅襯底背面和側(cè)面涂布鋁漿，將涂布鋁漿后的所述N型硅襯底在80°C進(jìn)行烘烤，使鋁漿凝固作為P型硅接觸電極進(jìn)一步包括: 將多個電池片的N型娃襯底背面向上沿一方向錯開疊加放置在一起,使N型娃襯底設(shè)有ITO透光導(dǎo)電膜的正面朝下，用印刷方式在所述N型硅襯底背面和側(cè)面涂布鋁漿，再將涂布鋁漿后的所述N型硅襯 底在80°C進(jìn)行烘烤，使鋁漿凝固作為各電池片的P型硅接觸電極。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種正面無電極遮擋的太陽能電池片及其制備方法，屬太陽能電池制備領(lǐng)域。該電池片為在N型硅襯底正面設(shè)有燒結(jié)的P型硅，N型硅襯底與P型硅形成PN結(jié)，P型硅表面覆蓋有ITO透光導(dǎo)電膜，N型硅襯底側(cè)面和背面設(shè)有印刷電極形成的引出電極。本發(fā)明將襯底正面電極的引出轉(zhuǎn)移到背面，使得太陽能電池的正面無金屬和連接點遮擋，這樣在最大程度上減小了電極對入射光的遮擋，提高了電池的利用效率，同時背部共面電極簡化了電池片的組裝和安裝工藝；其次采用高溫?zé)Y(jié)擴(kuò)散技術(shù)將透光導(dǎo)電薄膜、太陽能電池的PN結(jié)、正面印刷電極、側(cè)面印刷電極、背面印刷電極一次完成，大大減少了中間工藝和不必要的材料消耗。
文檔編號H01L31/0224GK103117313SQ20131006334
公開日2013年5月22日 申請日期2013年2月28日 優(yōu)先權(quán)日2013年2月28日
發(fā)明者薛婷, 李博, 龍曉紅, 奇向東 申請人:宏大中源太陽能股份有限公司