晶体硅太阳能电池交替式金属前电极及其制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种晶体硅太阳能电池交替式金属前电极及其制备方法，该晶体硅太阳能电池交替式金属前电极包括多列主栅和多行细栅，细栅与主栅相连接，每行细栅包括呈分布式交替设置的多个连接非银电极和多个局域银电极；其中，局域银电极贯穿减反钝化膜后与p-n结形成欧姆接触，连接非银电极设置在减反钝化膜的上表面上，并且每行细栅中，连接非银电极的两端与相邻的局域银电极形成欧姆接触。本发明不仅能够降低由于减反钝化膜被破坏造成的接触复合损失，而且能够降低生产过程中的银浆料的消耗量。
【专利说明】晶体硅太阳能电池交替式金属前电极及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种晶体硅太阳能电池交替式金属前电极及其制备方法，属于太阳能电池【技术领域】。
【背景技术】
[0002]目前，商品化晶体硅太阳电池一般采用丝网印刷银浆制备前电极，在高温烧结过程中，银浆中的金属氧化物与氮化硅发生化学反应，将氮化硅刻蚀，使银与硅形成欧姆接触。这种前电极的制备技术稳定成熟，已经被业界广泛使用。然而，在太阳电池正面电极中，为了使载流子被电极导出，银必须刻穿减反钝化膜，在硅表面引入了缺陷能级，大量的载流子通过缺陷能级进行复合，形成接触复合，影响了太阳电池的开路电压和转换效率。
[0003]同时，随着晶体硅电池生产规模的迅速扩大，光伏行业使用的银已经占全球银年产量的0.5 %以上，按照光伏行业发展的速度估计，在2020年光伏行业将是用银量最大的行业。在全球银开采速率基本稳定的条件下，大规模用银将使银价飙升，造成太阳电池制造成本上升。
【发明内容】
[0004]本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种晶体硅太阳能电池交替式金属前电极，它不仅能够降低由于减反钝化膜被破坏造成的接触复合损失，而且能够降低生产过程中的银浆料的消耗量。
[0005]为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是:一种晶体硅太阳能电池交替式金属前电极，包括多列主栅和多行细栅，细栅与主栅相连接，并且多列主栅为纵向平行设置，多行细栅为垂直于主栅的横向平行设置，每行细栅包括呈分布式交替设置的多个连接非银电极和多个局域银电极；其中，局域银电极贯穿减反钝化膜后与p-n结形成欧姆接触，连接非银电极设置在减反钝化膜的上表面上，并且每行细栅中，连接非银电极的两端与相邻的局域银电极形成欧姆接触，连接非银电极不完全覆盖局域银电极，每条细栅中，连接非银电极和局域银电极呈间隔排列方式。
[0006]进一步，所述的主栅在平行于细栅的方向上的宽度为0.1?10mm。
[0007]进一步，所述的主栅的成分可以为银，当然为了更好地降低银浆的消耗量，主栅的成分还可以为铜、铝、锡、镍中的至少一种材质。
[0008]进一步，所述的局域银电极呈短线分布式布置，在垂直于所述的细栅的方向上，相邻的局域银电极的间距为0.1?1mm ;在平行于所述的细栅的方向上，相邻的局域银电极的边缘间距为0.01?1mm,局域银电极的长度为0.1?50mm。
[0009]进一步，所述的连接非银电极呈短线分布式布置，在垂直于所述的细栅的方向上，相邻的连接非银电极的间距为0.1?1mm ;在平行于所述的细栅的方向上，相邻的连接非银电极的边缘间距为0.1?10mm，连接非银电极的长度为0.01?50mm。
[0010]进一步，所述的局域银电极由银材质制成。
[0011]进一步为了显著降低生产一片电池银浆的消耗，同时可以显著节省前表面金属化的生产成本，所述的连接非银电极可以采用铜、铝、锡、镍中的至少一种材质。
[0012]本发明还提供了一种晶体硅太阳能电池交替式金属前电极的制备方法，该方法的步骤如下:
[0013](a)提供一至少具有硅基底、N型扩散层和减反钝化膜的初成品，并且减反钝化膜、N型扩散层和硅基底由上至下设置，N型扩散层和硅基底形成p-n结；
[0014](b)在减反钝化膜的上表面上设置呈分布式设置的银浆料；
[0015](C)进行烧结处理使银浆料贯穿减反钝化膜后与p-n结形成欧姆接触，从而形成局域银电极；
[0016](d)再在减反钝化膜上制备连接非银电极和主栅，确保连接非银电极的两端连接相对应的相邻的局域银电极，形成细栅；
[0017](e)退火处理使连接非银电极与相对应的局域银电极形成欧姆接触，从而完成晶体硅太阳能电池交替式金属前电极的制备。
[0018]进一步，在所述的步骤(b)中，形成局域银电极的银浆料的形成方法为丝网印刷或钢版印刷或复合网版印刷或喷墨印刷或喷头挤压。
[0019]进一步，在所述的步骤(d)中，连接非银电极的形成方法为丝网印刷或钢版印刷或复合网版印刷。
[0020]采用了上述技术方案后，与常规电池连续的长线细栅相比，本发明的细栅主要由连接非银电极和呈孤立的分布的局域银电极组成，这样减少了银的覆盖的面积，采用其他金属浆料作为连接局域银电极之间的连接电极，显著降低每生产一片电池银浆的消耗，同时，由于其他金属浆料，如铜浆或者镍浆，由于铜或者镍的价格远低于银的价格，因此可以显著节省了前表面金属化的生产成本，该局域银电极起到将载流子从硅基底中导出的作用；同时，本发明采用同样是分布式布置的连接非银电极，该连接非银电极不与硅接触，因此不破坏减反钝化膜，其作用是连接孤立的局域银电极，将孤立局域银电极收集到的电流导向主栅，同常规电池相比，减小了减反钝化膜的破坏区域，有效降低了接触复合损失，同时显著降低了每片电池的银浆料的消耗量。
【专利附图】
【附图说明】
[0021]图1为本发明的晶体硅太阳能电池交替式金属前电极的制备方法的流程结构示意图一;
[0022]图2为本发明的晶体硅太阳能电池交替式金属前电极的制备方法的流程结构示意图二 ；
[0023]图3为本发明的晶体硅太阳能电池交替式金属前电极的制备方法的流程结构示意图三；
[0024]图4为图3的俯视图。
【具体实施方式】
[0025]为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明。
[0026]实施例一
[0027]本实施例提供一种晶体硅太阳能电池交替式金属前电极，如图1所示，采用156mmX156mm的P型硅片作为硅基底I制备太阳电池，其中，在硅基底I的正表面设有磷扩散的N型扩散层2，方阻为90 Ω / 口。在N型扩散层2上方采用PECVD沉积一层约70nm厚的SiNx = H作为表面的减反钝化膜3，该减反钝化膜3能有效地钝化N型扩散层2，在未沉积减反钝化膜3之前，表面复合速率为IX 106cm/s量级，经过钝化之后，表面复合速率降为IXlOWs量级，在减反钝化膜3上采用丝网印刷银浆，与常规电池的不同之处在于，银浆呈分布式短线，在高温烧结过程中，银浆烧穿减反钝化膜3，与N型扩散层2形成良好的欧姆接触，形成局域银电极4，如图2所示。在本实施例中，在垂直于所述的细栅的方向上，相邻的局域银电极4的间距为0.15mm;在平行于所述的细栅的方向上，相邻的局域银电极4的边缘间距为0.1_，局域银电极4的长度为1_，但是在接触区界面，由于破坏了减反钝化膜3，局域银电极4与N型扩散层2存在严重的界面复合，表面复合速率可达到I X 107cm/s量级。但是相对于常规电池，局域银电极4减小了所占的面积，仅占总面积的3.6%，银浆用量仅为80mg，比常规电池降低了 46.7%，复合电流密度为36fA/cm2，比常规电池降低了 48%。随后采用丝网印刷的方式印刷铜浆，形成连接非银电极5，如图3、4所示。连接非银电极5也呈分布式短线，连接孤立的局域银电极4，在垂直于所述的细栅的方向上，相邻的连接非银电极5的间距为0.15mm ;在平行于所述的细栅的方向上，相邻的连接非银电极5的边缘间距为1mm，连接非银电极5的长度为0.1mm。在随后的退火过程中，铜的连接非银电极5与银的局部电极4形成良好的欧姆接触，整体俯视图如图4所示，在本实施例中，主栅6也为连接非银电极5覆盖。由于连接非银电极5不刻穿减反钝化膜3，铜覆盖的区域表面复合速率仍为1父104011/8量级，提高的电池的开路电压1.311^和效率绝对值0.04%。有效地降低了银浆的用量，由于铜浆相对价格低，降低了太阳电池的生产成本。
[0028]实施例二
[0029]本实施例提供一种晶体硅太阳能电池交替式金属前电极，如图1所示，采用156mmX156mm的P型硅片作为硅基底I制备太阳电池，其中，在硅基底I的正表面设有磷扩散的N型扩散层2，方阻为95 Ω / 口。在N型扩散层2上方采用PECVD沉积一层约702nm厚的SiNx = H作为表面的减反钝化膜3，该减反钝化膜3能有效地钝化N型扩散层2，在未沉积减反钝化膜3之前，表面复合速率为IX 106cm/s量级，经过钝化之后，表面复合速率降为IXlOWs量级，在减反钝化膜3上采用丝网印刷银浆，与常规电池的不同之处在于，银浆呈分布式短线，在高温烧结过程中，银浆烧穿减反钝化膜3，与N型扩散层2形成良好的欧姆接触，形成局域银电极4，如图2所示。在本实施例中，在垂直于所述的细栅的方向上，相邻的局域银电极4的间距为0.14mm ;在平行于所述的细栅的方向上，相邻的局域银电极4的边缘间距为0.2mm，局域银电极4的长度为0.8mm，但是在接触区界面，由于破坏了减反钝化膜3，局域银电极4与N型扩散层2存在严重的界面复合，表面复合速率可达到I X 1Ws量级。但是相对于常规电池，局域银电极4减小了所占的面积，仅占总面积的3.4%，银浆用量仅为75mg，比常规电池降低了 50%，复合电流密度为35fA/cm2，比常规电池降低了 50%。随后采用丝网印刷的方式印刷镍浆，形成连接非银电极5，如图3、4所示。连接非银电极5也呈分布式短线，连接孤立的局域银电极4，在垂直于所述的细栅的方向上，相邻的连接非银电极5的间距为0.15mm ;在平行于所述的细栅的方向上，相邻的连接非银电极5的边缘间距为0.14mm，连接非银电极5的长度为0.8mm。在随后的退火过程中，镍的连接非银电极5与银的局部电极4形成良好的欧姆接触，整体俯视图如图4所示，在本实施例中，主栅6也为连接非银电极5覆盖。由于连接非银电极5不刻穿减反钝化膜3，镍覆盖的区域表面复合速率仍为lX104cm/s量级，提高的电池的开路电压1.4mV和效率绝对值0.07%。有效地降低了银浆的用量，由于铜浆相对价格低，降低了太阳电池的生产成本。
[0030] 以上所述的具体实施例，对本发明解决的技术问题、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种晶体娃太阳能电池交替式金属前电极，包括多列主栅(6)和多行细栅，细栅与主栅(6)相连接，其特征在于:每行细栅包括呈分布式交替设置的多个连接非银电极(5)和多个局域银电极(4);其中，局域银电极(4)贯穿减反钝化膜(3)后与p-n结形成欧姆接触，连接非银电极(5)设置在减反钝化膜(3)的上表面上，并且每行细栅中，连接非银电极(5)的两端与相邻的局域银电极(4)形成欧姆接触。
2.根据权利要求1所述的晶体硅太阳能电池交替式金属前电极，其特征在于:所述的主栅(6)在平行于细栅的方向上的宽度为0.1?10mm。
3.根据权利要求1或2所述的晶体硅太阳能电池交替式金属前电极，其特征在于:所述的主栅￠)的成分为银、铜、铝、锡、镍中的至少一种材质。
4.根据权利要求1所述的晶体硅太阳能电池交替式金属前电极，其特征在于:所述的局域银电极(4)呈短线分布式布置，在垂直于所述的细栅的方向上，相邻的局域银电极(4)的间距为0.1?1mm ;在平行于所述的细栅的方向上，相邻的局域银电极⑷的边缘间距为0.01?1mm,局域银电极⑷的长度为0.1?50mm。
5.根据权利要求1所述的晶体硅太阳能电池交替式金属前电极，其特征在于:所述的连接非银电极(5)呈短线分布式布置，在垂直于所述的细栅的方向上，相邻的连接非银电极(5)的间距为0.1?1mm ;在平行于所述的细栅的方向上，相邻的连接非银电极(5)的边缘间距为0.1?10mm，连接非银电极(5)的长度为0.01?50mm。
6.根据权利要求1所述的晶体硅太阳能电池交替式金属前电极，其特征在于:所述的连接非银电极(5)的成分为铜、铝、锡、镍中的至少一种材质。
7.—种如权利要求1至6中任一项所述的晶体硅太阳能电池交替式金属前电极的制备方法，其特征在于该方法的步骤如下: (a)提供一至少具有硅基底(1)、N型扩散层(2)和减反钝化膜(3)的初成品，并且减反钝化膜(3)、N型扩散层⑵和硅基底⑴由上至下设置，N型扩散层⑵和硅基底⑴形成p-n结； (b)在减反钝化膜(3)的上表面上设置呈分布式设置的银浆料； (c)进行烧结处理使银浆料贯穿减反钝化膜(3)后与p-n结形成欧姆接触，从而形成局域银电极⑷； (d)再在减反钝化膜(3)上制备连接非银电极(5)和主栅￠)，确保连接非银电极(5)的两端连接相对应的相邻的局域银电极(4)，形成细栅； (e)退火处理使连接非银电极(5)与相对应的局域银电极(4)形成欧姆接触，从而完成晶体硅太阳能电池交替式金属前电极的制备。
8.根据权利要求7所述的一种晶体硅太阳能电池交替式金属前电极的制备方法，其特征在于:在所述的步骤(b)中，形成局域银电极(4)的银浆料的形成方法为丝网印刷或钢版印刷或复合网版印刷或喷墨印刷或喷头挤压。
9.根据权利要求7所述的一种晶体硅太阳能电池交替式金属前电极的制备方法，其特征在于:在所述的步骤(d)中，连接非银电极(5)的形成方法为丝网印刷或钢版印刷或复合网版印刷。
【文档编号】H01L31/18GK104183657SQ201410447527
【公开日】2014年12月3日 申请日期:2014年9月3日 优先权日:2014年9月3日
【发明者】陈奕峰, 邓伟伟, 陈达明, 崔艳峰, 王子港, 刘斌辉, 皮尔·雅各·威灵顿, 冯志强 申请人:常州天合光能有限公司