专利名称：降低聚光太阳能电池串联电阻阻值的方法及由该方法获得的聚光太阳能电池的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于降低具有掺杂半导体材料本体的聚光太阳能电池串联电阻阻值的方法；另外，本发明还涉及通过使用这种方法而制造出来的聚光太阳能 电池，属于太阳能光伏发电领域。
背景技术：
目前，由于高纯度单、多晶硅的生产技术垄断在几个国外高技术企业中， 晶体硅的价格高居不下，而太阳能光伏发电系统需要大量的单、多晶硅，直接 导致太阳能发电成本过高，目前太阳能光伏发电的成本大约4-5元/KwH，是火 电成本的IO倍左右，因而太阳能发电项目大面积推广应用受阻。同时，国内外专家们已经研究发现，晶体硅光伏电池在正常的太阳光强下 使用实际上是大材小用，因为晶体硅光伏电池可以承受更高的光强，发出的电 流成比例增加而又不至于影响光伏电池寿命，如果通过几十倍甚至几百倍的聚 光来提高光伏电池区域的光强，输出相同功率电流的光伏电池面积就能够大幅 度縮小，这样一来，太阳能电池板晶体硅的使用量就能大幅度减少，太阳能光 伏发电的成本就可以大幅度下降，接近风能发电或者水电的成本，达到用户能 够接收的水平。但是，人们通过实验发现，普通的太阳能电池在充分散热的情况下，用6 倍聚光太阳光光强，可以得到4.8倍的功率输出，但是如果继续加大光强，发 现其实际功率输出并没有继续成线性按比例增长。因此，研究具有高倍率聚光而功率输出能够同步增长的聚光太阳能电池成 为光伏科学家的当前艰巨任务，科学家们想了不少的办法，比如刻槽埋栅技术、光刻细栅线、采用更好的半导体材料砷化镓等等。但是这些技术由于各种原因 基本没有形成大规模生产，也就是说并没有比较好的经济价值。人们通过大量实验分析，研究得出结论影响聚光太阳能电池的功率输出 主要因素是串联电阻，即半导体的体电阻、表面方块电阻、以及电极导体电阻 和电极与硅表面间的接触电阻等综合因素所组成；串联电阻越高，随着光强的 升高，聚光电池的转换效率将下降越快。半导体的体电阻决定于半导体的材料选取，无法通过加工工艺的改善而改 善；表面方块电阻也不是越低越好，表面方块电阻越低，其电子-空穴的复合速 度也将呈指数倍率比例上升，不利于大量产生需要的光生电子-空穴对，因而该 值也是有一定取值范围的，比如20Q/口-100Q/口，常规的聚光太阳能电池 产品可以做低一些，但不能够做得过低，而且这两个电阻相对于整个串联电阻 的组成，占的比例比较小。如果需要有效地降低串联电阻的阻值，只有对"电极导体电阻"和"电极 与硅表面间的接触电阻"进行改善，比如①、使用更好的电极导电材料；②、 加宽电极导体的宽度；③、采用刻槽埋栅技术；都能够有效减少电极导体电阻 的阻值，从而达到减少串联电阻的目的；然而，1、使用更好的导电材料，将使 制造成本迅速上升，而且降低的电阻阻值有限；2、对于目前常见的太阳能电池， 基本的要求是电极导体元件应当尽可能窄，以便使光入射面部分受光面积最大 化，被电极导体元件掩蔽的光入射面的比率越小，则电池的性能越好， 一般电 极导体元件的面积不超过太阳能电池总面积的10%; 3、使用刻槽埋栅技术，即 通过减少电极导体宽度，加大电极导体纵深，可以减少一些串联电阻，但同样 增加了制造成本，而且目前的生产技术不足以支持大规模批量生产。现在已经发现，使用简单的加宽电极导体元件宽度等技术，可以得到串联 电阻比较小的聚光太阳能电池，但是电极元件加宽了，同时由电极遮盖的电池 面积也增大了，并没有获得好的效果。发明内容本发明涉及一种用于降低具有掺杂半导体材料本体的聚光太阳能电池的串 联电阻阻值的方法，该本体具有两个主要相对面，该两个相对面形成具有一个 可焊电极导体元件的光入射面和一个可焊电极导体元件的背面，其中，聚光太 阳能电池的光入射面和背面都分别安装有可焊电极导体元件，光入射面以及背面的可焊电极导体元件刚好安置在聚光电池相对应的相对较长的两侧；该方法 包括步骤a) 提供具有p/n节的掺杂半导体本体；b) 在半导体本体光入射面制作可焊电极导体元件，其规格为可焊电极导 体元件宽度0.2mm-0.8mm，电极导体元件长度为与半导体本体的宽度等 同，相邻两条可焊电极导体元件之间间隔1.0mm-4mm，相邻两条可焊 电极导体元件之间无导体连接；c) 在半导体本体背面制作可焊电极导体元件，其规格为可焊电极导体元 件宽度0.2mm-0.8mm，可焊电极导体元件长度为与半导体本体的宽度等 同，相邻两条电极导体元件之间间隔1.0mm-4mm，其位置正好为与光 入射面电极导体元件错开，并且保证所有可焊电极导体元件的错开位置 均一致；d) 在半导体本体背面的其他位置制作铝层作为背面场；e) 在光入射面制作减反射薄膜；f) 电极导体元件金属化烧结；g) 使用激光划片机沿上、下可焊电极导体元件错开位置进行划片，形成独 立的具有低串联电阻的聚光太阳能电池。当然，上述步骤(b、 c、 d、 e)的制作顺序可以相对调整而不影响聚光太阳能电池最后的效果。另外，本发明涉及聚光太阳能电池，该电池包括掺杂半导体本体，该本体具有两个主要的相对面，该两个相对面形成具有一个可焊电极导体元件的光入 射面和一个可焊电极导体元件的背面，其中，聚光太阳能电池的光入射面和背面都分别安装有可焊电极导体元件，可焊电极导体元件的宽度是0.2mm-0.8mm， 可焊电极导体元件长度为与半导体本体的宽度等同，光入射面以及背面的电极 导体元件刚好安置在聚光电池相对应的相对较长的两侧，整个聚光电池的宽度 范围是1.2mm-4.8mm，最大长度则与制作聚光太阳能电池的半导体材料的宽度 等同，实际的使用长度则根据实际需要来裁定。通过上述方法制造的聚光太阳能电池，半导体本体的光入射面的一侧和背 面的另一侧将分别形成一条宽度与聚光太阳能电池长度相等的可焊电极导体元 件，而可焊电极导体元件的长度最大值为仅0.8mm，即可焊电极导体元件的导 电横截面积=半导体本体材料的宽度X电极导体元件的高度，因而其电阻值 远远小于普通太阳能电池的电极导体元件的电阻值，电极导体元件的电阻几乎 可以忽略不计，有效降低了聚光太阳能电池的整体串联电阻阻值；而且，由于 聚光太阳能电池光入射面的可焊电极导体元件与另一块聚光太阳能电池的背面 可焊电极导体元件焊接在一起，属于串联连接方式，即另一块聚光太阳能电池 盖住了上一块聚光太阳能电池的电极导体元件，从表面上看，太阳光照射在聚 光太阳能电池上的光入射面，无任何物体阻挡，全部被聚光太阳能电池所吸收， 更加充分利用了太阳光资源，提高了聚光太阳能电池的发电效率。
图1聚光太阳能电池各种投影面图；图l (a)是聚光太阳能电池的光入射正面图，光入射面4和正面可焊电极 导体元件3;图l (b)是聚光太阳能电池的背面图，背面2和背面可焊电极导 体元件1，其中背面2己经被蒸镀上一层绝缘薄膜材料；图1 (c)是划片前两 片聚光太阳能电池联结在一起的侧面状态，正面可焊电极导体元件3和背面可焊电极导体元件1刚好在5处被错开，激光划片机就在错开处5将聚光太阳能 电池片划开，形成两个独立的聚光太阳能电池片；图1 (d)是划片后两片聚光 太阳能电池串联在一起的侧面状态，第一片聚光太阳能电池的正面可焊电极导 体元件3和第二片聚光太阳能电池的背面可焊电极导体元件1已经牢牢地焊接 在一起，由于可焊电极导电元件的宽度非常宽，等同于半导体材料的宽度，而 且长度非常短，'长度0.2mm-0.8mm，因而其可焊电极导体电阻可以忽略不计， 同时第一块聚光太阳能电池光入射面的可焊电极导电元件3被第二块聚光太阳 能电池所覆盖，图1 (e)是IO块聚光太阳能电池串联连接的平面图，从表面上 看，只有聚光太阳能电池光入射面4暴露在太阳光下，没有任何电极导体元件 覆盖，太阳光资源被100%的利用，提高了聚光太阳能电池的发电效率。实施方式本发明涉及对聚光太阳能电池的改进，这种聚光太阳能电池基于掺杂的半 导体材料的本体如单晶硅片。本发明还涉及对准备这种聚光太阳能电池的可焊 电极导体元件方法的改进。根据优选实施案例，聚光太阳能电池是用掺杂的硅用作有源半导体设备制 成的，取125mmX125mm的方形、厚度为22(Him的常规直拉单晶硅片，这种 晶片可以在市场上获得。通过蚀刻、构造以及清洗晶片等常规工艺，然后将该硅晶片的光入射面在 800-900。C通过使用磷化合物，如POCl3掺杂，进行重扩散，将其制成n型并形 成作为聚光太阳能电池的有源组分的基本p/n节，表面电阻的值为30Q/口左右。通过掩膜，将可焊的银浆应用在掺杂半导体本体的光入射表面，形成若干 条宽度为0.5mm,任意两条焊电极导体元件之间的净空为2mm，长度为125mm 的可焊电极导体元件，而且相邻两条可焊电极导体元件之间没有任何导体连接。同样，通过掩膜，将可焊的银浆应用在掺杂半导体本体的背面，形成若干条宽度为0.5mm，两条之间的间隔为2mm，长度为125mm的可焊电极导体元 件，掺杂半导体本体的背面可焊电极导体元件的位置刚好与光入射表面的可焊 电极导体元件错开，并且所有可焊电极导体元件的错开位置均一致。在掺杂半导体本体的背面没有应用银浆的位置，蒸镀一层铝，用于生成背 电场。通常使用的高温烧结工艺方法等措施，应用于以上材料，使银浆牢固可靠 连接在硅表面，并在背面形成背电场。采用常规的工艺方法在聚光太阳能电池的光入射表面沉积一层减反射薄膜。应用激光划片机，沿光入射面可焊电极导体元件和背面可焊电极导体元件 的错开处划开，形成独立的长度为125mm，宽度为2.5mm的具有低串联电阻的 聚光太阳能电池。聚光太阳能电池使用的半导体材料本体不但包含掺杂硅，还可以包含其它 任何半导体材料，其他半导体材料的例子是砷化镓、磷化铟、硒化铜铟、锗以 及氧化锌。可焊电极导体元件是自由电子流动的媒体，而且是聚光太阳能电池串联连 接方式中一块聚光太阳能电池上表面与另一块聚光太阳能电池的下表面焊接之 处，必须保证该元件的高导电性能和高可焊接性能，所用金属材料主要有铝、 银、钛、镍等，或是这些金属的综合应用。
权利要求
1. 一种用于降低具有掺杂半导体材料本体的聚光太阳能电池的串联电阻阻值的方法，该本体具有两个主要相对面，该两个相对面形成具有一个可焊电极导体元件的光入射面和一个可焊电极导体元件的背面，其中，聚光太阳能电池的光入射面和背面都分别安装有可焊电极导体元件，光入射面以及背面的可焊电极导体元件刚好安置在聚光电池相对应的两侧；该方法包括步骤a)提供具有p/n节的掺杂半导体本体；b)在掺杂半导体本体光入射面制作可焊电极导体元件，其规格为可焊电极导体元件宽度0.2mm-0.8mm，可焊电极导体元件长度为与半导体本体的宽度等同，相邻两条可焊电极导体元件之间间隔1.0mm-4mm，相邻两条可焊电极导体元件之间无导体连接；c)在掺杂半导体本体背面制作可焊电极导体元件，其规格为可焊电极导体元件宽度0.2mm-0.8mm，可焊电极导体元件长度为与半导体本体的宽度等同，相邻两条可焊电极导体元件之间间隔1.0mm-4mm，其位置正好为与光入射面电极导体元件错开，并且保证所有可焊电极导体元件的错开位置均一致；d)在掺杂半导体本体背面的其他位置制作铝层作为背面场；e)在光入射面制作减反射薄膜；f)电极导体元件金属化烧结；g)应用激光划片机沿掺杂半导体材料光入射面可焊电极导体元件及背面可焊电极导体元件错开位置进行划片，最终形成独立的具有低串联电阻的聚光太阳能电池；
2、 才艮据;〖又利要求1所述的方法，其中步骤(b、 c、 d、 e)的制作顺序可以作相对调整而不影响聚光太阳能电池最后的效杲。
3、 根据权利要求l、 2所述的方法，其中半导体材料本体包含硅、砷化镓、磷化铟、硒化铜铟、锗以及氧化锌构成的组中的一种。
4、 根据权利要求l、 2、 3所述的方法，其中可焊电极导体元件所用金属材 料主要有铝、银、钛、镍等，或是这些金属的综合应用。
5、 一种聚光太阳能电池，包括掺杂半导体本体，该本体具有两个主要的相 对面，该两个相对面形成具有一个可悍电极导体元件的光入射面和一个可焊电 极导体元件的背面，以及该掺杂半导体材料本体还在主要相对面之间具有多个 侧面，其中，聚光太阳能电池的光入射面和背面都分别安装有可坪电极导体元 件，可焊电极导体元件的宽度是0. 2mm-0. 8mm,可焊电极导体元件长度为与半 导体本体的宽度等同，光入射面以及背面的可焊电极导体元件刚好安置在聚光 电池相对应的较长的两側，整个聚光电池的宽度是1.2mm-4. 8mm,最大长度则 与半导体材料的宽度等同，实际的使用长度则根据实际需要来裁定。
6、 根据权利要求5所述的聚光太阳能电池，其中半导体材料本体包含硅、 砷化镓、磷化铟、硒化铜铟、锗以及氧化锌构成的组中的一种。
7、 根据权利要求5、 6所述的聚光太阳能电池，其中可焊电极导体元件所 用金属材料主要有铝、银、钛、镍等，或是这些金属的综合应用。
8、 根据权利要求5、 6、 7所述的聚光太阳能电池，其中半导体材料体是掺 杂晶片。
9、 用在权利要求1、 2、 3、 4中任何一个所述的方法获得的聚光太阳能电池。
全文摘要
本发明提供一种用于降低具有掺杂半导体材料本体的聚光太阳能电池的串联电阻的方法，使用该方法制造的聚光太阳能电池，具有掺杂半导体材料本体，通过以下步骤在半导体本体光入射面制作可焊电极导体元件，背面制作可焊电极导体元件，其位置正好为与光入射面电极导体元件错开；背面的其他位置制作铝层作为背面场；在光反射面制作减反射薄膜；电极导体元件金属化烧结；沿半导体材料光入射面、及背面电极导体元件错开位置进行划片；最终形成具有低串联电阻的聚光太阳能电池。
文档编号H01L31/18GK101226968SQ200710007700
公开日2008年7月23日 申请日期2007年1月17日 优先权日2007年1月17日
发明者易斌宣 申请人:易斌宣