专利名称：用于接收圆形光斑的光伏电池及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种用于聚光光伏系统中的光伏电池及其制备方法，尤其涉及一种接收圆形光斑的光伏电池及其制备方法。
背景技术：
砷化镓(GaAs)、铟镓砷等III-V族电池，光吸收系数高，光电转换效率高；将不同禁带宽度的材料组成叠层电池时，能有效吸收不同波长的太阳光；而且温度系数低，因而是一种理想的聚光光伏电池。聚光光伏电池通常是通过聚光器如菲涅尔透镜将大面积的太阳光聚集在一个小面积的光斑之上，光伏电池在高强度的光斑照射下，可以获得更多的发电量。常见的III-V族电池片10为正方形，如IOmmX IOmm或5mmX 5mm等，两边或四周·制备主栅极电极20，如图I所示，但是这类电池的有效光照面积比例小。对于圆形光斑的聚光系统，光斑30占整个电池的面积只有78. 5398%，如果光斑半径为5mm，主栅极电极20宽度为O. 25_，如图2所示，可计算出光斑会被主栅极电极遮挡I. 11%，实际有效光照面积只占整个电池的77. 66372%。衬底材料砷化镓(GaAs)或锗(Ge)晶片的价格昂贵，近20%的材料被浪费，必然增加了产品成本。如何降低成本，增强聚光光伏电池与其他类型电池的竞争能力，是聚光光伏电池行业迫切需要解决的问题。
发明内容
本发明目的之一在于提出一种用于聚光光伏系统中的光伏电池及其制备方法，能够节省材料，增加电池有效光照面积，提高材料利用率。根据本发明的一方面，提出一种用于接收圆形光斑的光伏电池，所述电池包括电池片以及在电池片上制备的主栅极图案，其中，所述电池片的形状为圆形或边数大于或等于五的正多边形，所述主栅极图案沿着电池片的周边形成。根据本发明的一个实施例，所述电池片的形状为圆形，所述主栅极图案是沿着圆形电池片的周边形成的圆环形图案，所述圆环的内半径等于所述圆形光斑的半径。根据本发明的一个实施例，所述电池片具有正六边形形状，所述正六边形的内切圆的半径等于圆形光斑的半径，所述主栅极图案是形成于正六边形的内切圆和正六边形之间的图案。根据本发明的一个实施例，所述电池片具有正六边形形状，所述正六边形的内切圆的半径等于圆形光斑的半径，所述主栅极图案是沿着电池片的周边形成的正六边形图案。根据本发明的一个实施例，所述电池片具有正六边形形状，所述正六边形的内切圆的半径等于圆形光斑的半径，所述主栅极图案是沿着电池片的周边形成的正六边形图案与在正六边形的内切圆和正六边形之间的图案的叠加图案。根据本发明的一个实施例，所述电池片具有正六边形形状，所述主栅极图案是在对应于圆形光斑的圆形和其外部的正六边形之间形成的图案。根据本发明的一个实施例，所述电池片的形状为正七边形，所述主栅极图案是在正七边形电池片的周边处形成的图案。根据本发明的另一个方面，提出一种制备光伏电池的方法，所述光伏电池用于接收圆形光斑，所述方法包括以下步骤 在衬底上生长电池功能层；利用光刻工艺，在电池功能层上形成内部栅级和主栅级图案；以及按照主栅极图案的形状将衬底切割成单独的电池片；其中，所形成的电池片的形状为圆形或边数大于或等于五的正多边形，沿着电池片的周边形成所述主栅极图案。根据本发明的一个实施例的制备光伏电池的方法，其中，所形成的电池片的形状为圆形，所述主栅极图案是沿着圆形电池片的周边形成的圆环形图案，所述圆环的内半径等于所述圆形光斑的半径。根据本发明的一个实施例的制备光伏电池的方法，其中，所形成的电池片的形状为正六边形，所述主栅极图案是在正六边形电池片的周边处形成的图案。根据本发明的一个实施例的制备光伏电池的方法，其中，所形成的电池片的形状为正七边形，所述主栅极图案是在正七边形电池片的周边处形成的图案。根据本发明，通过提供圆形或正多边形的电池形状，并相应地设计主栅极图案，能够节约昂贵的衬底材料，减小整个电池片的非光照面积，提高材料的利用率(有效光照面积/电池片面积)，实现降低电池成本的目的。
图I是常规电池片的外形示意图；图2示出了照射到图I的电池片上的聚光光斑；图3是根据一个实施例的电池结构的示意图；图4a_4f示出了根据本发明的各种实施例的电池片及主栅极图案。
具体实施例方式下面结合附图和示例性实施例对本发明进行详细描述。注意，附图和具体实施例的描述只是为了更好地理解本发明，本发明不局限于所描述的实施例。附图也不一定按比例绘制。图3是根据本发明的一个实施例的多层电池结构的示意图。如图所示，所述电池包括衬底I、在衬底I的一个表面上制备的背面电极7，在衬底I的另一个表面上生长的电池功能层2、在电池功能层2上形成的接触层3和减反射膜4、在接触层3上制备的内部栅极5和外部汇流主栅极6。其制备过程如下I.在GaAs或Ge晶片等衬底上1，利用有机金属化学汽相淀积(MOCVD)或其它方式生长单结或多结电池功能层2 ；2.在电池功能层2上形成表面接触层3 ；
3.在接触层3上涂胶、光刻，腐蚀去除多余接触层，去除光刻胶；4.在形成图案的接触层3上再次涂胶、光刻，利用电子束蒸发等方式生长单层或多层减反射膜，去除光刻胶；5.在接触层3和减反射膜4上涂胶、光刻，在接触层3上制备金属电极，形成内部栅极5和外部汇流主栅极6的图案，去除光刻胶；6.在衬底上I背面生长金属背面电极7 ；7.将整块衬底按照主栅极图案的形状进行切割，得到圆形或正多边形的电池片。在上述步骤5中，所制备的主栅极的图案6a_6f可以如图4a_4f所示。在上述步骤7中，所形成的电池片Ia-If的形状可以如图4a_4f所示。
上述电池的制备过程采用正装结构，如果是倒装结构，则光刻、减反射膜及电极生长次序会有所不同。图4a_4f示出了根据本发明的各种实施例的电池片Ia-If及其上制备的主栅极图案6a-6f。根据图4a-4f的示例实施例，将主栅线6a_6f的宽度设定为O. 25mm，光斑半径R为5_。以下参照附图分别对各实施例的电池片及其主栅极图案进行说明。在图4a所示的实施例中，电池片Ia的形状为具有半径Rl的圆形，主栅极图案6a是沿着圆形电池片Ia的周边形成的圆环形图案，所述圆环的内半径等于形成圆形光斑的聚光系统的圆形光斑的半径R，整个电池片的半径为Rl为5. 25mm。因此，主栅极图案6a在圆形光斑的外侧形成，光斑不会被主栅极图案6a遮挡。计算可知，电池材料的利用率=有效光照面积/电池片的面积=π 52/ ji 5. 252 = 90. 7029%。在图4b_4e所示的实施例中，电池片Ia-Ie分别具有正六边形形状，主栅极图案6a-6e是分别在正六边形电池片Ia-Ie的周边处形成的图案。具体而言，根据图4b，电池片Ib的形状为正六边形形状，所述正六边形的内切圆的半径等于圆形光斑的半径R。主栅极图案6b是形成于正六边形的内切圆和正六边形之间的图案。光斑不会被主栅极图案6b遮挡。经计算可知，其电池材料的利用率为90. 69%。但是采用这种方案时，需要考虑内部栅线5的结构，不能在圆形与六边形相切的位置出现主栅线无法引出电流的情况。根据图4c，电池片Ic的形状为正六边形形状，所述正六边形的内切圆的半径等于圆形光斑的半径R，主栅极图案6c是沿着电池片6c的周边形成的正六边形图案。采用图4c的主栅极图案，与图4b相比，在圆形与六边形相切的位置光斑会被主栅极图案6a遮挡一小部分。但是，降低了图4b中出现主栅极不能很好引出电流的可能性，增加电池主栅极的可靠性。电池材料利用率为87. 6552%，光会被遮盖6*0. 438047 = 2. 628282mm2,占整个聚光光斑的3. 3464%。根据图4d，电池片Id的形状为正六边形形状，所述正六边形的内切圆的半径等于圆形光斑的半径R，主栅极图案6d是沿着电池片的周边形成的正六边形图案与在正六边形的内切圆和正六边形之间的图案的叠加图案。与图4c相同，在圆形与六边形相切的位置光斑会被主栅极图案6a遮挡一小部分。图4d电池材料利用率与图4c相同，只是主栅极图案由图4b中的主栅极图案和图4c中的主栅极图案叠加得到。根据图4e，电池片Ie的形状为正六边形形状，主栅极图案6e是在对应于圆形光斑的圆形和其外部的正六边形之间形成的图案。即，与图4b-4d相比，图4e的六边形向外移动O. 25mm,主栅极图案6e在圆形光斑的外侧形成,光斑不会被主栅极图案6e遮挡。其材料利用率为82. 2585% ο在图4f所示的实施例中，电池片If的形状为正七边形，所述正七边形的内切圆的半径等于圆形光斑的半径R，主栅极图案6f是在正七边形电池片If的周边处形成的图案。在圆形与正七边形相切的位置光斑会被主栅极图案6f遮挡一小部分。其利用率为89. 5556% ο 光会被遮盖 7*0. 438047 = 3. 066308mm2,占整个聚光光斑的 3. 9041%。根据图4f的变形,如果正七边形由半径为R的圆形光斑外扩O. 25mm,则电池材料利用率为84. 5298%。通过比较可知，采用以上实施例的电池片和主栅极图案，与传统电池相比，可以减小非有效光照面积，增加有效光照面积所占比例，提高材料的利用率(有效光照面积/电池片面积)，实现电池成本的降低。以上只是描述了本发明的几个示例实施例。根据本发明的教导，本领域技术人员·显然可以明白，电池片或主栅极图案的形状不限于圆形、正六边形或正七边形，而可以是边数大于或等于五的任意正多边形。另外，主栅极图案的形状也可以根据需要任意设计。但是，考虑到切割复杂度，一般选择五边形到八边形。另夕卜，以上实施例将主栅线的宽度设定为O. 25mm,光斑半径为5mm,当然也可采用其它尺寸。图4a_4f中，所有内部栅线5的形状只是示意，可以采用其它形状来减少连接到汇流主栅线6之间的电流损失。还需要说明的是，在实际电池中，不管采用何种主栅极图案，所有主栅极图案和电池切割边需要有一定的距离。根据本发明的教导，本领域技术人员可以设想其它的变形实施方式，只要不偏离本发明实质，它们均落入本发明的保护范围。本发明的保护范围由其权利要求书限定。
权利要求
1.一种用于接收圆形光斑的光伏电池，所述电池包括电池片以及在电池片上制备的主栅极图案，其中，所述电池片的形状为圆形或边数大于或等于五的正多边形，所述主栅极图案沿着电池片的周边形成。
2.根据权利要求I所述的光伏电池，其中，所述电池片的形状为圆形，所述主栅极图案是沿着圆形电池片的周边形成的圆环形图案，所述圆环的内半径等于所述圆形光斑的半径。
3.根据权利要求I所述的光伏电池，其中，所述电池片具有正六边形形状，所述正六边形的内切圆的半径等于圆形光斑的半径，所述主栅极图案是形成于正六边形的内切圆和正六边形之间的图案。
4.据权利要求I所述的光伏电池，其中，所述电池片具有正六边形形状，所述正六边形的内切圆的半径等于圆形光斑的半径，所述主栅极图案是沿着电池片的周边形成的正六边形图案。
5.根据权利要求I述的光伏电池，其中，所述电池片具有正六边形形状，所述正六边形的内切圆的半径等于圆形光斑的半径，所述主栅极图案是沿着电池片的周边形成的正六边形图案与在正六边形的内切圆和正六边形之间的图案的叠加图案。
6.据权利要求I述的光伏电池，其中，所述电池片具有正六边形形状，所述主栅极图案是在对应于圆形光斑的圆形和其外部的正六边形之间形成的图案。
7.据权利要求I述的光伏电池，其中，所述电池片具有正七边形形状，所述主栅极图案是在正七边形电池片的周边处形成的图案。
8.一种制备用于接收圆形光斑的光伏电池的方法，所述方法包括以下步骤 在衬底上生长电池功能层； 利用光刻工艺，在电池功能层上形成内部栅级和主栅级图案；以及 按照主栅极图案的形状将衬底切割成单独的电池片； 其中，所形成的电池片的形状为圆形或边数大于或等于五的正多边形，沿着电池片的周边形成所述主栅极图案。
9.根据权利要求8所述的制备光伏电池的方法，其中，所形成的电池片的形状为圆形，所述主栅极图案是沿着圆形电池片的周边形成的圆环形图案，所述圆环的内半径等于所述圆形光斑的半径。
10.根据权利要求8所述的制备光伏电池的方法，其中，所形成的电池片的形状为正六边形或正七边形，所述主栅极图案是在正六边形或正七边形电池片的周边处形成的图案。
全文摘要
本发明公开了一种用于接收圆形光斑的光伏电池及其制备方法，所述电池包括电池片以及在电池片上制备的主栅极图案，其中，所述电池片的形状为圆形或边数大于或等于五的正多边形，所述主栅极图案沿着电池片的周边形成。本发明可以减小整个电池片的非光照面积，提高材料的利用率，节约昂贵的衬底材料，实现降低成本的目的。
文档编号H01L31/18GK102945867SQ20121040446
公开日2013年2月27日 申请日期2012年10月22日 优先权日2012年10月22日
发明者吴志猛, 魏郝然, 王伟明, 宋红 申请人:国电科技环保集团股份有限公司, 王伟明