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CN110137289A - 硅异质结太阳电池的金属栅线电极和硅异质结太阳电池 - Google Patents

硅异质结太阳电池的金属栅线电极和硅异质结太阳电池 Download PDF

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Abstract

本发明公开了硅异质结太阳电池的金属栅线电极和硅异质结太阳电池，该金属栅线电极包括：一条主栅线；第一组副栅线，所述第一组副栅线包括多根平行布置的副栅线，所述第一组副栅线垂直且相交于所述主栅线设置；第二组副栅线，所述第二组副栅线包括多根平行布置的副栅线，第二组副栅线平行于所述主栅线且与所述第一组副栅线相交设置。该金属栅线电极对电池光作用面遮挡小、电阻低，实现了电流收集和电极遮光之间的良好平衡，从而提高了太阳电池的性能。

Description

硅异质结太阳电池的金属栅线电极和硅异质结太阳电池
技术领域
本发明涉及硅异质结太阳电池领域，具体而言，本发明涉及硅异质结太阳电池的金属栅线电极和硅异质结太阳电池。
背景技术
太阳电池表面的金属栅线电极一般包括主栅线和副栅线两部分，到达表面的光生电流首先经由副栅线收集并汇流至主栅线，然后再由与主栅线连接的焊带传导至外部。对位于太阳电池光入射面的金属栅线电极，其设计通常需要综合考虑以下两方面：一方面是希望提高电流收集效率、降低串联电阻；另一方面是希望减小栅线对电池光作用面的遮挡。目前，常规的太阳电池前表面通常设置有两根或三根主栅线。为了提高电流收集率，四主栅太阳电池、五主栅太阳电池等多主栅太阳电池正成为行业研究的热点之一。随着主栅数量的增加，串联电阻降低，但电极遮光面积增大，影响电池效率的提高。因此，为了不增加电极的遮光面积，一般来说随着主栅数量的增加，要求主栅和焊带的宽度相应地减小。但主栅和焊带的变窄会使栅线对准和焊接互联时的精准度要求更高，由此可能导致电池碎片率的上升和焊带使用量的增加。
发明专利(申请号201410067320.9)提出了一种电极栅线结构，将主栅线设置为分段结构，即两端为常规粗主栅而中间部分为稍细的细主栅，细主栅的宽度小于粗主栅但大于副栅。如此一来在保持主栅数量不变的情况下，通过减小细主栅的宽度而降低了多主栅太阳电池中栅线电极的遮光面积，同时两端粗主栅宽度不变的情况并不会对栅线制作和后续焊带互联时的对准精度造成影响。但是，该结构并没有补偿由细主栅宽度降低而导致的串联电阻的升高，可能影响最终电池的效率。
发明专利(申请号201310072689.4)提出了一种电极栅线图形，主栅线只有一根，沿着电池表面对角线方向，与主栅线垂直的另一对角线方向设置着具有一定间距的若干副栅线。该发明仅仅包括一条主栅线，可以有效地减少对电池光入射面的遮挡，但要实现较好的电流收集则对副栅结构的优化难度较大。
发明专利(申请号201520682317.8)中对电极栅线的设计重点则在副栅线部分，由于考虑到副栅线距离主栅线越近电流密度越大，反之越小，因而设计上，从远离主栅线的一侧到与主栅线相交处副栅线的宽度呈阶梯式增大。这样可以将距离主栅线越远的副栅线部分的宽度制作得更小，有利于增加电池的光利用面积，但可能带来串联电阻的增加。
因此，现有的太阳电池金属栅线电极结构仍有待改进。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出硅异质结太阳电池的金属栅线电极和硅异质结太阳电池。该金属栅线电极对电池光作用面遮挡小、电阻低，实现了电流收集和电极遮光之间的良好平衡，从而提高了太阳电池的性能。
在本发明的第一方面，本发明提出了一种硅异质结太阳电池的金属栅线电极。根据本发明的实施例，该金属栅线电极包括：一条主栅线；第一组副栅线，所述第一组副栅线包括多根平行布置的副栅线，所述第一组副栅线垂直且相交于所述主栅线设置；第二组副栅线，所述第二组副栅线包括多根平行布置的副栅线，第二组副栅线平行于所述主栅线且与所述第一组副栅线相交设置。
根据本发明实施例的金属栅线电极，采用单根主栅线的设计可减少对电池光作用面的遮挡，同时通过相互垂直的两组副栅线补偿主栅线数目减少而导致的串联电阻的提高，既减少了金属电极对电池光作用面的遮挡，又保证了良好的电流收集效率，实现了电流收集和电极遮光之间的良好平衡，从而提高了太阳电池的性能。
另外，根据本发明上述实施例的硅异质结太阳电池的金属栅线电极还可以具有如下附加的技术特征：
在本发明的一些实施例中，所述主栅线位于硅异质结太阳电池中央或者偏离中央的任一侧。
在本发明的一些实施例中，所述第二组副栅线全部分布在所述主栅线的一侧。
在本发明的一些实施例中，所述第二组副栅线分布在所述主栅线的两侧。
在本发明的一些实施例中，所述第二组副栅线中相邻两根副栅线之间的间距沿远离所述主栅线的方向逐渐增加。
在本发明的一些实施例中，所述第一组副栅线的多根副栅线为等间距布置。
在本发明的一些实施例中，所述主栅线的宽度为0.3～3mm，高度为15～50μm。
在本发明的一些实施例中，所述副栅线的宽度为20～50μm，高度为15～50μm。
在本发明的一些实施例中，所述第一组副栅线包括50～160根平行布置的副栅线。
在本发明的一些实施例中，所述第二组副栅线包括2～100根平行布置的副栅线。
在本发明的一些实施例中，所述主栅线和所述副栅线包括Cu或Cu与Mo、W、Ti、Ni、Cr、Al、Mg、Ta、Sn、Zn、Ag、P中的至少之一所形成的合金，或者，所述主栅线和所述副栅线包括Ag或Ag的合金。
在本发明的第二方面，本发明提出了一种硅异质结太阳电池。根据本发明的实施例，该硅异质结太阳电池包括：n型晶硅衬底；第一轻掺杂n型氢化非晶硅层，所述第一轻掺杂n型氢化非晶硅层形成在所述n型晶硅衬底的上表面；第二轻掺杂n型氢化非晶硅层，所述第二轻掺杂n型氢化非晶硅层形成在所述n型晶硅衬底的下表面；重掺杂p型氢化非晶硅发射极层，所述重掺杂p型氢化非晶硅发射极层形成在所述第一轻掺杂n型氢化非晶硅层的上表面；重掺杂n型氢化非晶硅背场层，所述重掺杂n型氢化非晶硅背场层形成在所述第二轻掺杂n型氢化非晶硅层的下表面；第一透明导电氧化物层，所述第一透明导电氧化物层形成在所述重掺杂p型氢化非晶硅发射极层的上表面；第二透明导电氧化物层，所述第二透明导电氧化物层形成在所述重掺杂n型氢化非晶硅背场层的下表面；上述实施例所述的金属栅线电极，所述金属栅线电极形成在所述第一透明导电氧化物层的上表面和所述第二透明导电氧化物层的下表面。
根据本发明实施例的硅异质结太阳电池，通过采用上述实施例的金属栅线电极结构，采用单根主栅线的设计可减少对电池光作用面的遮挡，同时通过相互垂直的两组副栅线补偿主栅线数目减少而导致的串联电阻的提高，既减少了金属电极对电池光作用面的遮挡，又保证了良好的电流收集效率，实现了电流收集和电极遮光之间的良好平衡，从而具有更高的性能。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是根据本发明一个实施例的金属栅线电极结构示意图；
图2是实施例1制备的硅异质结太阳电池的金属栅线电极结构示意图；
图3是实施例2制备的硅异质结太阳电池的金属栅线电极结构示意图；
图4是根据本发明一个实施例的硅异质结太阳电池的结构示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多根”的含义是至少两根，例如两根，三根等，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明的第一方面，本发明提出了一种硅异质结太阳电池的金属栅线电极。根据本发明的实施例，参考图1，该金属栅线电极包括：主栅线100、第一组副栅线和第二组副栅线。其中，第一组副栅线包括多根平行布置的副栅线200，第一组副栅线垂直且相交于主栅线100设置；第二组副栅线包括多根平行布置的副栅线300，第二组副栅线平行于主栅线200且与第一组副栅线相交设置。
需要说明的是，图1中第一组副栅线200的分布仅作示意，第一组副栅线200的数目并不受图1限制。
根据本发明实施例的金属栅线电极，采用单根主栅线的设计可减少对电池光作用面的遮挡，同时通过相互垂直的两组副栅线补偿主栅线数目减少而导致的串联电阻的提高，既减少了金属电极对电池光作用面的遮挡，又保证了良好的电流收集效率，实现了电流收集和电极遮光之间的良好平衡，从而提高了太阳电池的性能。
根据本发明的实施例，一条主栅线设置在电池的前表面和/或背表面。根据本发明的一些实施例，对于前表面和/或背表面呈矩形或圆角矩形的太阳电池，主栅线可设置为平行于电池的任意一对相对边缘，且位于电池前表面和/或背表面的中央或者偏离中央的任一侧。
根据本发明的具体实施例，主栅线的宽度为0.3～3mm，高度为15～50μm。由此，可以在提高电流收集效率的同时，进一步降低主栅线对电池光作用面的遮挡，提高电池效率。
根据本发明的实施例，第二组副栅线可以全部分布在主栅线的一侧，也可以分布在主栅线的两侧；第二组副栅线在主栅线两侧设置的数目可以相同，也可以不同。
根据本发明的具体实施例，第二组副栅线中的多根副栅线可以等间距布置，第二组副栅线中相邻两根副栅线之间的间距也可以沿远离主栅线的方向逐渐增加。由于距离主栅越近，电流密度越大，在保持第一组副栅线宽度不变的情况下如此设置有利于缓冲第一组副栅线的电流负担。
根据本发明的实施例，第二组副栅线可以包括2～100根平行布置的副栅线。
根据本发明的实施例，第一组副栅线的多根副栅线可以为等间距布置，也可以呈疏密相间分布。由此，第一组副栅线与第二组副栅线的图形匹配获得电流收集和电极遮光之间的平衡。
根据本发明的实施例，第一组副栅线可以包括50～160根平行布置的副栅线。
根据本发明的具体实施例，上述副栅线的宽度为20～50μm，高度为15～50μm。可以进一步降低副栅线对电池光作用面的遮挡，提高电池效率。
根据本发明的具体实施例，上述主栅线和副栅线可通过物理气相沉积(PVD)、丝网印刷、电镀等方式其中的至少一种而形成。
根据本发明的具体实施例，上述主栅线和副栅线包括Cu或Cu与Mo、W、Ti、Ni、Cr、Al、Mg、Ta、Sn、Zn、Ag、P中的至少之一所形成的合金，或者，上述主栅线和副栅线包括Ag或Ag的合金。
由此，根据本发明实施例的金属栅线电极，采用单根主栅线的设计可减少对电池光作用面的遮挡，同时通过相互垂直的两组副栅线补偿主栅线数目减少而导致的串联电阻的提高，进而通过对主栅线和两组副栅线参数的优化，既减少了金属电极对电池光作用面的遮挡，又保证了良好的电流收集效率，实现了电流收集和电极遮光之间的良好平衡，从而提高了太阳电池的性能。
在本发明的第二方面，本发明提出了一种硅异质结太阳电池。根据本发明的实施例，参考图4，该硅异质结太阳电池包括：n型晶硅衬底1、第一轻掺杂n型氢化非晶硅层2、第二轻掺杂n型氢化非晶硅层3、重掺杂p型氢化非晶硅发射极层4、重掺杂n型氢化非晶硅背场层5、第一透明导电氧化物层6、第二透明导电氧化物层7以及上述实施例所述的金属栅线电极8。
其中，第一轻掺杂n型氢化非晶硅层2形成在n型晶硅衬底1的上表面；第二轻掺杂n型氢化非晶硅层3形成在n型晶硅衬底1的下表面；重掺杂p型氢化非晶硅发射极层4形成在第一轻掺杂n型氢化非晶硅层2的上表面；重掺杂n型氢化非晶硅背场层5形成在第二轻掺杂n型氢化非晶硅层3的下表面；第一透明导电氧化物层6形成在重掺杂p型氢化非晶硅发射极层4的上表面；第二透明导电氧化物层7形成在重掺杂n型氢化非晶硅背场层5的下表面；金属栅线电极8形成在第一透明导电氧化物层6的上表面和第二透明导电氧化物层7的下表面。
根据本发明实施例的硅异质结太阳电池，通过采用上述实施例的金属栅线电极结构，采用单根主栅线的设计可减少对电池光作用面的遮挡，同时通过相互垂直的两组副栅线补偿主栅线数目减少而导致的串联电阻的提高，既减少了金属电极对电池光作用面的遮挡，又保证了良好的电流收集效率，实现了电流收集和电极遮光之间的良好平衡，从而具有更高的性能。
下面参考具体实施例，对本发明进行描述，需要说明的是，这些实施例仅仅是描述性的，而不以任何方式限制本发明。
一般方法
以156mm×156mm的n型单晶硅为基底制备的硅异质结太阳电池。将清洗制绒后的n型单晶硅片在前表面依次沉积～5nm的轻掺杂n型非晶硅、～10nm的重掺杂p型非晶硅发射极层和～80nm的掺锡氧化铟(ITO)薄膜，背表面依次沉积～5nm的轻掺杂n型非晶硅、～10nm的重掺杂n型非晶硅背场层和～80nm的ITO薄膜，其中，上述轻掺杂n型非晶硅的掺杂浓度在108～1017/cm3范围。
实施例1
采用一般方法制备得到的硅异质结结构，在该结构的前表面和背表面制备如图2所示电极图案的金属栅线电极。
参考图2，主栅线101位于电池中央，其宽度为0.5mm，厚度为23μm，主栅线为整体实心的；副栅线的宽度为45μm，厚度为23μm。第一组副栅线102中相邻栅线间隔为1.5mm，数目为100根，在电池表面等间距排布，第二组副栅线103包括6根均匀排列于主栅线两侧的细栅线，且主栅线两侧的副栅线相对于主栅线对称分布。电池的前表面和背表面采用对称的电极结构。
在上述已沉积ITO层的硅片表面，按照如下步骤制备上述的金属栅线电极结构：
(1)采用磁控溅射法在ITO表面形成一层20nm厚度的Cu金属层。
(2)在如上Cu金属层表面旋涂形成一层光阻膜，并加热烘干形成干膜。
(3)用具有如上所述电极图案的掩膜板曝光后显影，露出需形成预定电极的位置。
(4)采用电镀法在电极位置处形成20μm厚的Cu金属层。
(5)采用丝网印刷的方法，将锡剂低温浆料印刷在Cu金属层的顶部。
(6)用溶剂去除干膜以及干膜覆盖下的Cu金属层。
(7)在惰性气体保护环境中加热电极到220℃，在该温度下保持45min，由此形成具有上述结构的金属栅线电极。
实施例2
采用一般方法制备得到的硅异质结结构，在该结构的前表面和背表面制备如图3所示电极图案的金属栅线电极。
参考图3，主栅线201位于电池中央，其宽度为0.85mm，厚度为28μm；副栅线的宽度为48μm，厚度为28μm。第一组副栅线202中相邻栅线间隔为2.0mm，数目为76根，在电池表面等间距排布。第二组副栅线203包括12根副栅线，副栅线之间的间距随副栅线与主栅线距离的增加而增加，且主栅线两侧的副栅线相对于主栅线对称分布。电池的前表面和背表面采用对称的电极结构。
在上述已沉积ITO层的硅片表面，按照如下步骤制备上述的金属栅线电极结构：
(1)采用磁控溅射法在ITO表面形成一层20nm厚度的Cu金属层。
(2)在Cu金属层表面旋涂形成一层光阻膜，并加热烘干形成干膜。
(3)用具有如上所述电极图案的掩膜板曝光后显影，露出需形成预定电极的位置。
(4)采用电镀法在电极位置依次形成25μm厚的Cu金属层和3μm厚的Sn金属层。
(5)用溶剂去除干膜以及干膜覆盖下的Cu金属层。
(6)在惰性气体保护环境中加热电极到220℃，在该温度下保持45min，由此形成具有上述结构的金属栅线电极。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种硅异质结太阳电池的金属栅线电极，其特征在于，包括：
一条主栅线；
第一组副栅线，所述第一组副栅线包括多根平行布置的副栅线，所述第一组副栅线垂直且相交于所述主栅线设置；
第二组副栅线，所述第二组副栅线包括多根平行布置的副栅线，第二组副栅线平行于所述主栅线且与所述第一组副栅线相交设置。
2.根据权利要求1所述的金属栅线电极，其特征在于，所述主栅线位于硅异质结太阳电池中央或者偏离中央的任一侧。
3.根据权利要求1所述的金属栅线电极，其特征在于，所述第二组副栅线全部分布在所述主栅线的一侧。
4.根据权利要求1所述的金属栅线电极，其特征在于，所述第二组副栅线分布在所述主栅线的两侧。
5.根据权利要求4所述的金属栅线电极，其特征在于，所述第二组副栅线中相邻两根副栅线之间的间距沿远离所述主栅线的方向逐渐增加。
6.根据权利要求1所述的金属栅线电极，其特征在于，所述第一组副栅线的多根副栅线为等间距布置。
7.根据权利要求1所述的金属栅线电极，其特征在于，所述主栅线的宽度为0.3～3mm，高度为15～50μm，
任选地，所述副栅线的宽度为20～50μm，高度为15～50μm。
8.根据权利要求1所述的金属栅线电极，其特征在于，所述第一组副栅线包括50～160根平行布置的副栅线，
任选地，所述第二组副栅线包括2～100根平行布置的副栅线。
9.根据权利要求1所述的金属栅线电极，其特征在于，所述主栅线和所述副栅线包括Cu或Cu与Mo、W、Ti、Ni、Cr、Al、Mg、Ta、Sn、Zn、Ag、P中的至少之一所形成的合金，
或者，所述主栅线和所述副栅线包括Ag或Ag的合金。
10.一种硅异质结太阳电池，其特征在于，包括：
n型晶硅衬底；
第一轻掺杂n型氢化非晶硅层，所述第一轻掺杂n型氢化非晶硅层形成在所述n型晶硅衬底的上表面；
第二轻掺杂n型氢化非晶硅层，所述第二轻掺杂n型氢化非晶硅层形成在所述n型晶硅衬底的下表面；
重掺杂p型氢化非晶硅发射极层，所述重掺杂p型氢化非晶硅发射极层形成在所述第一轻掺杂n型氢化非晶硅层的上表面；
重掺杂n型氢化非晶硅背场层，所述重掺杂n型氢化非晶硅背场层形成在所述第二轻掺杂n型氢化非晶硅层的下表面；
第一透明导电氧化物层，所述第一透明导电氧化物层形成在所述重掺杂p型氢化非晶硅发射极层的上表面；
第二透明导电氧化物层，所述第二透明导电氧化物层形成在所述重掺杂n型氢化非晶硅背场层的下表面；
权利要求1～9任一项所述的金属栅线电极，所述金属栅线电极形成在所述第一透明导电氧化物层的上表面和所述第二透明导电氧化物层的下表面。
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