专利名称：一种适合薄太阳电池的背电极及制作方法
技术领域：
本发明涉及将太阳能直接转换成电能的太阳电池结构及相关制作技术，特 别是针对单晶硅、多晶硅太阳电池的背电极结构及制作方法。这种结构和相关的 制作方法，特别适用于在生产晶体硅(单晶硅、多晶硅)太阳电池中采用较薄硅 片生产太阳电池。
背景技术：
在目前太阳电池市场上，单晶、多晶硅太阳电池占据了 90%以上的市场份 额。这类太阳电池通常是用所谓丝网印刷电极技术、制作在被称为硅片的单晶或 多晶硅基板上。
图1示出的是常规晶体硅太阳电池的正表面(即太阳光入射面)的结构示 意图。它包括太阳电池(也即硅基板)的正表面100，正面栅线电极120，正面 主电极130。其中，正面栅线电极120和正面主电极130可以用丝网印刷法，在 加工好的硅基板正表面，通过印刷和烧结金属浆料(如银浆料)来形成。
图2示出的是相应的常规晶体硅太阳电池的背表面(即非太阳光入射面) 的结构示意图。它包括太阳电池(也即硅基板)的背表面IOI，背面铝电极104， 背面银主电极105。其中，背面银主电极105提供了太阳电池组成组件时必要的 可焊接性。背面铝电极104和背面银主电极105可以用丝网印刷法，在加工好的 硅基板背表面，通过印刷和烧结金属浆料(如银浆料、铝浆料)来形成。
图3示出的是图2的一种常见的改变形式。与图2所不同之处仅在于，背 面银主电极105不是由连续的电极条组成，而是由断续的电极条组成。本说明中 将以图2作为其典型背电极进行说明。
图4示出的分别是图1中A-A位置和B-B位置的剖面示意图。其中A-A位 置是不经过栅线电极120的剖面图，而B-B是经过栅线电极120的剖面图。图l、图2、图3所示的太阳电池正、背电极通常是按如下加工顺序和条件 形成的。先在加工好的硅基板正面100，用丝网印刷将银浆料印刷形成正面栅电 极120和正面主电极130，在10CTC 20(TC的条件下将其烘干；再在太阳电池的 背面101，用丝网印刷将背面银主电极105印刷上，并将其在10(TC 20(TC的条 件下烘干；其后，也用丝网印刷将背面铝电极104印刷上，其印刷厚度一般为 20pm 40pm，覆盖几乎整个太阳电池背面101。将印刷好所有电极的硅基板通过 一个具有特定温度分布的炉体进行烧结，其烧结温度最高可达75(TC 95(TC。 经过这一必要的烧结，太阳电池的正、背面电极可可靠地形成。
通常用所谓P型硅基板制作太阳电池。采用上述背面铝电极104的制备方 法可将铝原子在烧结温度下扩散进硅基板背面101，为P型硅基板太阳电池提供 了必需的所谓"背电场"。另一方面， 一定厚度的背面铝电极104也是为了满足 可获得一个较低的背电极电阻，使太阳电池达到所应有的光电转换效率。
由背面铝电极104所收集到的、在硅基板中产生的电荷，通过背面铝电极 104运动到背面银主电极105，由背面银主电极105输出给太阳电池的外部负载。
然而，为了不断降低晶体硅太阳电池的造价，太阳电池所用硅基板的厚度 不断变薄，这使得经过上述75(TC 95(TC的高温烧结后，所制出的太阳电池发 生弯曲，甚至出现碎裂。造成这种现象的主要原因是背面铝电极104桨料与硅基 板的膨胀系数有很大差别，较厚(20pm 40pm)的铝浆料覆盖在硅基板背面101， 经过高温(75(TC 95(TC)后，背面铝电极104与硅基板背面101间产生很大的 应力，造成太阳电池片的严重弯曲和碎裂。
本发明针对这一问题，提出了一种太阳电池背电极结构和相关的制作方法， 从而可克服由于背面铝电极104所造成的太阳电池严重弯曲乃至碎裂的现象，同 时仍保持P型硅基板太阳电池所必需的"背电场"，和所需的背电极的电性能。
未见与本发明相关的已被披露的文献及报道。
发明内容
本发明所具有的太阳电池的正面结构与常规晶体硅太阳电池的正面结构相 同，如图1所示，不同之处在于其背面电极结构及相关的制作方法。其基本构思是将常规的上述背面铝电极104的两个功能分开来，即将提供"背电场"的功能 和和提供低电阻背面电极的功能分开来。.
图5示出的是本发明所述的晶体硅太阳电池的背面电极结构，图6分别是图 5中C-C位置和D-D位置的剖面示意图。其中C-C位置是不经过背面栅线电极108 的剖面图，而D-D是经过背面栅线电极108的剖面图。
如图5和图6所示，在硅基板的背面101上，有一层厚度远小于图2 图4 中背铝电极104厚度(20|jm 40iJm)的铝层106，其厚度可为几百埃(A)至几 个微米(pm)。该铝层的厚度只要能保证有足够多的铝原子在烧结温度下(750 'C 95(TC)扩散进硅基板背面101,为P型硅基板太阳电池提供所必需的"背 电场"即可。由于铝层的厚度很小，可极大地减小由于铝层106与硅基板的膨胀 系数差所导致的应力，从而可有效地减小烧结后太阳电池片的弯曲和碎片的几 率。
然而，由于铝层106较薄，作为背电极将会有较大的电阻，这会使得太阳电 池的性能下降。为此，本发明在铝层106之上，引入具有一定几何图形的背面电 极，增加背面主电极的电荷收集能力，以弥补由于铝层106较薄所带来的由于自 身电阻过大造成的电池性能的损失。图5和图6给出了一种可能的背面电极的结 构。背电极由背栅状电极108和背主电极107所组成。由于有了背栅状电极，使 得太阳电池所产生的电荷在背铝电极106中运动一个较小的距离后，即可被栅状 背电极108所俘获，传输给背主电极107。采用厚度较厚的栅状背电极108和背 主电极107，以获得低的电池电极电阻。而栅状背电极108和背主电极107将采 用相对低的制作温度，可避免对硅基板产生较大的应力。虽然薄背铝电极106 的电阻相对较高，但由于有了背栅状电极108，电荷在其中的运动距离缩短，可 消除或减小薄背铝电极106的较高自身电阻所造成的太阳电池性能的下降。如 此，就实现了由薄背铝电极106提供"背电场"，而由栅状背电极108和背主电 极107主要提供电荷输出所需的低电阻电极。
为了增加背电极(107和108)与铝层106之间的电接触，可在铝层106之 上覆盖一层薄的银层，并与铝层106和正面电极一起通过烧结炉进行烧结。
为了避免制作背电极107和108所引入的应力，其制作将在相对较低的基板
5温度下完成，比如低于30(TC。
图5给出的仅是背电极结构的一个具体例子，其结构也可是非栅状的与背主 电极107相连的几何图形，如网状电极等。
图l传统常规晶体硅太阳电池的正面(即太阳光入射面)示意图2传统常规晶体硅太阳电池的一种背面示意图3传统常规晶体硅太阳电池的另一种背面示意图4传统常规晶体硅太阳电池的剖面结构示意图5本发明提出的太阳电池的一种背面示意图6本发明提出的太阳电池的一种背面的剖面示意图。
具体实施例方式
作为一个实例，本发明示出如下实施方法-
1. 采用P-型硅基板。对硅基板进行太阳电池的绒面加工及清洗；
2. 对硅基板进行扩散(扩磷)工艺，在硅基板的正面(即太阳光入射面)获得 一PN结；
3. 用刻蚀或刻槽的方法除去硅基板周边形成的PN结，使得硅基板的正、反两 面不发生电短路；
4. 在个硅基板的正面沉积一层抗光反射层，如氮化硅或二氧化钛膜；
5. 用丝网印刷将银浆料印刷在硅基板的正面，即抗光反射层上，形成正面栅电 极和正面主电极，在10(TC 20(TC的条件下将其烘干；
6. 在硅基板的整个背面，用丝网印刷、或喷涂、或其他的物理、化学方法，沉 积一层厚度小于5微米(pm)大于0.05微米的铝层；
7. 作为一个选项，可在铝层上用丝网印刷、或喷涂、或其他的物理、化学方法， 沉积一层厚度小于5微米(ym)大于O. l微米的银层；
8. 将硅基板送入具有特定温度分布的炉体进行烧结，其烧结温度最高可达7509. 。C 950'C。
10. 用丝网印刷、或喷涂方法，将低温银浆浆料以栅状电极和主电极的图案形成 在硅基板的背面，即铝层(或有银层覆盖的铝层)上。通过对其进行温度不 高于300。C的烘烤，形成良好的太阳电池背电极。
以P-型硅作为基板的晶体硅太阳电池制作完毕。
权利要求
本发明的权利要求如下1.一种晶体硅太阳电池，其特征在于太阳电池的背电极是由一种金属层(称为下层电极)均匀覆盖在硅基板的背面、和在该层之上的带有一定图案的另一种金属层(称为上层电极)所共同组成。上层电极覆盖在下层电极之上。
1. 一种晶体硅太阳电池，其特征在于太阳电池的背电极是由一种金属层(称 为下层电极)均匀覆盖在硅基板的背面、和在该层之上的带有一定图案的另 一种金属层(称为上层电极)所共同组成。上层电极覆盖在下层电极之上。
2. 在权利要求l.中，其上层电极图案中，至少有两条平行的带状图案，作为太 阳电池输出的背主电极，而电极图案的其他部分为网状或栅状图案，并与背 主电极是联通的。
3. 在权利要求l.中，晶体硅太阳电池是由所谓P-型硅基板制作的。可以是单晶 硅硅基板，也可是用浇铸法制作的多晶硅硅基板。
4. 在权利要求l.中，所述的下层电极，其厚度为0.05微米至10微米，均匀覆盖在硅基板的背面，但其覆盖不超出硅基板的边缘。
5. 对权利要求1.和权利要求4.所述的下层电极，可以由一种金属层所组成(如 铝层)，也可由两层或多层金属组成，如先覆盖一层铝，再覆盖一层银。
6. 在权利要求1.和权利要求2.中，上层电极采用金属银作为电极材料，其厚 度为1微米至40微米，其覆盖不超出所述的下层电极的边缘。
7. 对权利要求l.、权利要求4.和权利要求5.所述的下层电极，可以用丝网印刷 将铝浆(或先铝浆后银浆)印刷在硅基板背面，也可用喷涂的办法将铝浆(或 先铝浆后银浆)喷涂在硅基板背面，还可用溅射的方法将铝膜(或先铝膜后 银膜)沉积在硅基板背面。然后通过70(TC至100(TC的烧结，形成所述的下 层电极。
8. 对权利要求1.、权利要求2.和权利要求6.所述的上层电极，可以用丝网印 刷将低温银浆印刷在所述的下层电极上面，也可用喷涂的办法将低温银浆喷 涂在所述的下层电极上面，然后通过IO(TC至50(TC的烘烤，形成所述的上 层电极。
9. 对权利要求1.、权利要求2.和权利要求6.所述的上层电极，还可用溅射的 方法将银膜沉积在所述的下层电极上面，形成所述的上层电极。
全文摘要
本发明涉及太阳电池背电极结构和相关的制作方法，提出了由于背面铝电极所造成的太阳电池严重弯曲乃至碎裂的现象的解决方法。其特征在于，本发明所具有的太阳电池的正面结构与常规晶体硅太阳电池的正面结构相同，不同之处在于其背面电极结构及相关的制作方法。其基本构思是将常规背面铝电极的两个功能分开来，即将提供“背电场”的功能和和提供低电阻背面电极的功能分开来。背电极结构也可是非栅状的与背主电极相连的几何图形，如网状电极等。本发明的优点在于可克服由于背面铝电极所造成的太阳电池严重弯曲乃至碎裂的现象，同时仍保持P型硅基板太阳电池所必需的“背电场”，和所需的背电极的电性能。
文档编号H01L31/18GK101315953SQ20071004140
公开日2008年12月3日 申请日期2007年5月29日 优先权日2007年5月29日
发明者郭里辉 申请人:上海交大泰阳绿色能源有限公司