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具有通过电镀制造的金属栅的太阳能电池制造技术

技术编号:13913294 阅读:117 留言:0更新日期:2016-10-27 09:08
本发明专利技术涉及具有通过电镀制造的金属栅的太阳能电池。本发明专利技术的一个实施例提供具有通过电镀制造的金属栅的太阳能电池及其制造方法。该太阳能电池包括光生伏打结构、位于光生伏打结构之上的透明导电氧化物(TCO)层、以及位于TCO层之上的前侧金属栅。TCO层与光生伏打结构的前表面接触。金属栅包括以下项中至少之一:Cu和Ni。

【技术实现步骤摘要】
本申请是申请号为201110129691.1、申请日为2011年5月13日、专利技术名称为“具有通过电镀制造的金属栅的太阳能电池”的专利技术专利申请的分案申请。相关申请本申请要求于2010年5月14日提交的、专利技术人为Jianming Fu,Zheng Xu,Chentao Yu和Jiunn Benjamin Heng的、名称为“SOLAR CELL WITH METAL GRIDS FABRICATED BY USING ELECTROPLATING”的、代理人案卷号为SSP10-1001PSP的美国临时申请No.61/334,579的权益。
本公开总体涉及太阳能电池的设计。更具体而言,本公开涉及包括通过电镀技术制造的金属栅的太阳能电池。
技术介绍
通过使用化石燃料造成的负面环境影响及其提升的成本已导致对更洁净、廉价替代能源的急切需求。在不同形式的替代能源中,太阳能因其洁净性和广泛可用性而受到青睐。太阳能电池利用光生伏打效应将光转换成电。有数种基本的太阳能电池结构,包括单p-n结太阳能电池、p-i-n/n-i-p太阳能电池以及多结太阳能电池。典型的单p-n结结构包括p型掺杂层和n型掺杂层。具有单p-n结的太阳能电池可以是同质结太阳能电池或是异质结太阳能电池。如果p掺杂层和n掺杂层由相似材料(具有相等带隙的材料)制成,则该太阳能电池称为同质结太阳能电池。相反,异质结太阳能电池包括至少两层具有不同带隙的材料。p-i-n结构和n-i-p结构包括p型掺杂层、n型掺杂层和夹于p层和n层之间的本征(未掺杂)半导体层(i层)。多结结构包括在彼此顶部上互相堆叠的具有不同带隙的多个单结结构。在太阳能电池中,光在靠近p-n结处被吸收,从而产生载流子。载流子扩散进入p-n结并由内建电场分离,从而产生穿过器件和外部电路的电流。确定太阳能电池质量的重要度量是其能量转换效率,其定义为当太阳能电池连接至电路时转换功率(从被吸收的光转换成电能)与收集功率的比率。图1展示了示出基于晶态-Si(c-Si)衬底的示例性同质结太阳能电池的图(现有技术)。太阳能电池100包括前侧Ag电极栅102、抗反射层104、基于c-Si的发射极层106、p型c-Si衬底108和铝(Al)背侧电极110。图1中的箭头表示入射太阳光。在常规的基于c-Si的太阳能电池中,前侧Ag栅102收集电流。为了形成Ag栅102,常规方法涉及在晶圆上印刷Ag浆并随后以介于700℃和800℃之间的温度焙烧Ag浆。高温焙烧银浆确保Ag和Si之间的良好的接触以及Ag线的低电阻率。许多新研发出的太阳能电池基于无定形Si(a-Si),无定形Si可以用于与c-Si层形成异质结或提供对发射极的表面钝化。a-Si层的存在妨碍了太阳能电池经历Ag浆的高温焙烧。为了避免a-Si层的晶化并为了维持钝化效果,金属化的温度需要低于200℃。一种方法是施加可以在低于200℃的温度下固化的低温Ag浆。然而,在低温下固化的Ag浆的电阻率通常是在较高温度下固化的Ag浆的电阻率的五倍至十倍。因而,这样的方法可以导致Ag栅的高串联电阻,这继而导致较低的太阳能电池效率。印刷具有较大截面的Ag栅(较厚Ag层)可以降低串联电阻。然而,这样的方法要求多个印刷步骤,因此不但增加了生产复杂性,还需要消耗较大量的昂贵的Ag。
技术实现思路
本专利技术的一个实施例提供一种太阳能电池。该太阳能电池包括光生伏打结构、位于光生伏打结构之上的透明导电氧化物(TCO)层、以及位于TCO层之上的前侧金属栅。TCO层与光生伏打结构的前表面接触。金属栅包括以下项中至少之一:Cu和Ni。在实施例的一个变化形式中,光生伏打结构包括以下项中至少之一:同质结、异质结、异质隧穿结和多p-n结。在实施例的一个变化形式中,前侧金属层的电阻率小于2×10-5Ω·cm。在实施例的一个变化形式中,前侧金属栅还包括以下项中的一项或多项:Sn层和Ag层。Ag层或Sn层可以覆盖Cu线的顶部和/或侧壁。在实施例的一个变化形式中,使用电镀技术形成前侧金属栅。在实施例的一个变化形式中,TCO层包括以下项中至少之一:氧化铟锡(ITO)、掺铝氧化锌(ZnO:Al)、掺镓氧化锌(ZnO:Ga)、掺钨氧化铟(IWO)以及Zn-In-Sn-O(ZITO)。在实施例的一个变化形式中,光生伏打结构包括以下项中至少之一:重掺杂无定形Si(a-Si)的层、本征a-Si层、缓变掺杂的a-Si层以及与晶态硅(c-Si)衬底接触的氧化硅层。在实施例的一个变化形式中,太阳能电池还包括背侧电极,该背侧电极包括可以是连接的线或连续的层的金属栅。在又一变化形式中,使用以下技术中至少之一来形成背侧金属栅:丝网印刷、电镀、包括蒸发和溅射沉积的物理气相沉积、以及气溶胶喷射印刷。在实施例的一个变化形式中,太阳能电池还包括位于光生伏打结构背侧上的背侧TCO层以及位于背侧TCO层上的背侧金属栅。背侧TCO层与光生伏打结构的背表面接触,以及金属栅包括以下项中至少之一:Cu和Ni。在又一变化形式中,太阳能电池还包括位于背侧TCO层和背侧金属栅之间的金属粘合层,其中金属粘合层包括以下项中至少之一:Cu、Ni、Ag、Ti、Ta、W、NiV、TiN、TaN、WN、TiW和NiCr。在实施例的一个变化形式中,太阳能电池还包括位于TCO层和前侧金属栅之间的金属粘合层。在又一变化形式中,金属粘合层包括以下项中至少之一:Cu、Ni、Ag、Ti、Ta、W、NiV、TiN、TaN、WN、TiW和NiCr。附图说明图1展示了示出基于晶态-Si衬底的示例性同质结太阳能电池的图(现有技术)。图2展示了示出依据本专利技术实施例的太阳能电池示例性制造工艺的图。图3展示了示出依据本专利技术实施例的太阳能电池示例性制造工艺的图。在附图中,相同的附图标记指代相同的附图元素。具体实施方式呈现下面的描述以使本领域任何技术人员能够制作和使用实施例,并且在具体的应用和其要求的上下文中提供下面的描述。在不偏离本公开的精神和范围的前提下,对已公开实施例的各种修改对于本领域技术人员而言是容易明白的,并且在此限定的一般原理可以应用至其他实施例和应用。因此,本专利技术不限于所示的实施例,而是应该被赋予与此处公开的原理和特征相一致的最广泛的范围。概览本专利技术的实施例提供包括通过电镀形成的金属栅的太阳能电池。太阳能电池包括n型晶态Si(c-Si)衬底、包括p型掺杂发射极层和钝化层的无定形-Si(a-Si)层堆叠、透明导电氧化物(TCO)层、前侧电极金属栅和背侧电极金属栅。通过电镀金属堆叠来形成前侧金属栅,前侧金属栅可以是单层或多层结构。通过丝网印刷金属栅、电镀金属栅或气溶胶喷射印刷金属栅来形成背侧电极。制造工艺图2展示了示出依据本专利技术实施例的太阳能电池示例性制造工艺的图。在工序2A中,制备Si衬底200。在一个实施例中,Si衬底200可以是晶态Si(c-Si)衬底。在工序2B中,在c-Si衬底200上生长氧化硅层202以形成钝化层,并在氧化硅层202上沉积缓变掺杂的无定形Si(a-Si)层204以形成发射极。基于c-Si衬底200s的掺杂类型,a-Si层204可以是n型掺杂或是p型掺杂。在一个实施例中,使用p型掺杂剂来重掺杂部分的前a-Si层204。最高掺杂浓度可以介于1×1017\本文档来自技高网
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具有通过电镀制造的金属栅的太阳能电池

【技术保护点】
一种太阳能电池,包括:晶态硅衬底;分别位于所述晶态硅衬底的前侧和背侧上的前氧化硅层和背氧化硅层;分别位于所述前氧化硅层和背氧化硅层上的前缓变掺杂的无定形硅层和背缓变掺杂的无定形硅层;分别位于所述前缓变掺杂的无定形硅层和背缓变掺杂的无定形硅层上的前透明导电氧化物层和背透明导电氧化物层;以及位于所述前透明导电氧化物层和背透明导电氧化物层中的每一个上的电极栅,每个电极栅包括:通过物理气相沉积技术直接沉积到对应的透明导电氧化物层上的铜种子层,该对应的透明导电氧化物层位于所述铜种子层和对应的缓变掺杂的无定形硅层之间并且与所述铜种子层和对应的缓变掺杂的无定形硅层直接接触;位于所述铜种子层上并且与所述铜种子层直接接触的电镀的铜层。

【技术特征摘要】
2010.05.14 US 61/334,579;2010.07.13 US 12/835,6701.一种太阳能电池,包括:晶态硅衬底;分别位于所述晶态硅衬底的前侧和背侧上的前氧化硅层和背氧化硅层;分别位于所述前氧化硅层和背氧化硅层上的前缓变掺杂的无定形硅层和背缓变掺杂的无定形硅层;分别位于所述前缓变掺杂的无定形硅层和背缓变掺杂的无定形硅层上的前透明导电氧化物层和背透明导电氧化物层;以及位于所述前透明导电氧化物层和背透明导电氧化物层中的每一个上的电极栅,每个电极栅包括:通过物理气相沉积技术直接沉积到对应的透明导电氧化物层上的铜种子层,该对应的透明导电氧化物层位于所述铜种子层和对应的缓变掺杂的无定形硅层之间并且与所述铜种子层和对应的缓变掺杂的无定形硅层直接接触;位于所述铜种子层上并且与所述铜种子层直接接触的电镀的铜层。2.根据权利要求1的太阳能电池,其中所述电极栅的电阻率小于2×10-5Ω·cm。3.根据权利要求1的太阳能电池,其中所述电极栅还包括以下项中一项或多项:Sn和Ag。4.根据权利要求1的太阳能电池,其中所述透明导电氧化物层包括以下项中至少之一:氧化铟锡(ITO);掺铝氧化锌(ZnO:Al);掺镓氧化锌(ZnO:Ga);掺钨氧化铟(IWO);以及Zn-In-Sn-O(ZITO)。5.根据权利要求1的太阳能电池,其中所述前缓变掺杂的无定形硅层和背缓变掺杂的无定形硅层中的每一个的厚度在10nm和50nm之间。6.根据权利要求1的太阳能电池,其中每个缓变掺杂的无定形硅层的最高掺杂浓度在1×1017/cm3和1×1020/cm3之间。7.根据权利要求1的太阳能电池,其中所述前氧化硅层和后氧化硅层的厚度在0.5nm和2nm之间。8.根据权利要求1的太阳能电池,其中所述电镀的铜层...

【专利技术属性】
技术研发人员:傅建明徐征游晨涛J·B·衡
申请(专利权)人:光城公司
类型:发明
国别省市:美国;US

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