太阳城集团

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太阳能电池.pdf

摘要
申请专利号:

太阳城集团CN201210026086.6

申请日:

2012.02.07

公开号:

CN102637750B

公开日:

2015.01.21

当前法律状态:

授权

有效性:

有权

法律详情: 授权|||实质审查的生效IPC(主分类):H01L 31/0224申请日:20120207|||公开
IPC分类号: H01L31/0224 主分类号: H01L31/0224
申请人: LG电子株式会社
发明人: 秦胤实; 沈玖奂; 崔荣嫮; 朴昶绪
地址: 韩国首尔
优先权: 2011.02.09 KR 10-2011-0011511
专利代理机构: 北京三友知识产权代理有限公司 11127 代理人: 李辉;吕俊刚
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法律状态
申请(专利)号:

CN201210026086.6

授权太阳城集团号:

太阳城集团102637750B||||||

法律状态太阳城集团日:

2015.01.21|||2012.10.03|||2012.08.15

法律状态类型:

授权|||实质审查的生效|||公开

摘要

本发明提供了一种太阳能电池,其包括:基板;第一绝缘层,其位于所述基板的第一表面上,所述第一绝缘层具有多个第一开口,所述多个第一开口暴露出所述基板的多个部分;以及多个第一电极,所述多个第一电极通过所述多个第一开口电连接到所述基板,其中,所述多个第一电极中的一个或更多个第一电极被构造成使得位于所述第一绝缘层上的上部的宽度比位于对应的第一开口中的下部的宽度宽。

权利要求书

1.一种太阳能电池,该太阳能电池包括:
基板;
第一绝缘层,其位于所述基板的第一表面上,所述第一绝缘层具有多个第一开口,
所述多个第一开口暴露出所述基板的多个部分;以及
多个第一电极,所述多个第一电极通过所述多个第一开口电连接到所述基板,其
中,所述多个第一电极中的一个或更多个第一电极被构造成使得位于所述第一绝缘层
上的上部的宽度比位于对应的第一开口中的下部的宽度宽。
2.根据权利要求1所述的太阳能电池,其中,所述多个第一电极中的一个或更
多个第一电极包括电镀层。
3.根据权利要求1所述的太阳能电池,其中,所述多个第一开口形成为孔状图
案或带状图案。
4.根据权利要求1所述的太阳能电池,其中,一个第一开口的宽度比一个第一
电极的上部的宽度的一半小。
5.根据权利要求1所述的太阳能电池,其中,所述多个第一开口的数量与所述
多个第一电极的数量相同。
6.根据权利要求1所述的太阳能电池,其中,所述多个第一开口的数量比所述
多个第一电极的数量的两倍还多。
7.根据权利要求6所述的太阳能电池,其中,至少两个第一开口位于所述多个
第一电极中的一个或更多个第一电极上,其中,所述至少两个第一开口沿着所述多个
第一电极的纵向方向彼此分隔开。
8.根据权利要求1所述的太阳能电池,所述太阳能电池还包括多个第一集流器,
所述多个第一集流器与所述多个第一电极交叉并且连接到所述多个第一电极,
其中,所述第一绝缘层还包括多个第二开口,所述多个第二开口暴露出所述第一
表面的多个部分。
9.根据权利要求8所述的太阳能电池,其中,所述多个第一集流器中的一个或
更多个第一集流器包括电镀层。
10.根据权利要求8所述的太阳能电池,其中,一个第一集流器的上部的宽度比
一个第一电极的上部的宽度宽,其中,所述多个第一集流器通过多个对应的第二开口
连接到所述基板。
11.根据权利要求8所述的太阳能电池,其中,所述多个第二开口形成为孔状图
案或带状图案。
12.根据权利要求8所述的太阳能电池,其中,一个第二开口的宽度比一个第一
集流器的上部的宽度的一半小。
13.根据权利要求8所述的太阳能电池,其中,一个第二开口的宽度大于一个第
一开口的宽度。
14.根据权利要求8所述的太阳能电池,其中,一个第二开口的宽度等于或小于
一个第一开口的宽度。
15.根据权利要求8所述的太阳能电池,其中,所述多个第二开口的数量与所述
多个第一集流器的数量相同。
16.根据权利要求8所述的太阳能电池,其中,所述多个第二开口的数量是所述
多个第一集流器的数量的两倍。
17.根据权利要求16所述的太阳能电池,其中,至少两个第二开口位于所述多
个第一集流器中的一个或更多个第一集流器上,其中,所述至少两个第二开口沿着所
述多个第一集流器的纵向方向彼此分隔开。
18.根据权利要求16所述的太阳能电池,其中,至少两个第二开口位于所述多
个第一集流器中的一个或更多个第一集流器上,其中,所述至少两个第二开口沿着所
述多个第一集流器的宽度方向彼此分隔开。
19.根据权利要求18所述的太阳能电池,其中,所述多个第一集流器中的一个
或更多个第一集流器包括沿着所述多个第一集流器的宽度方向接触所述基板的至少
两个接触部分。

说明书

太阳能电池

本专利申请要求2011年2月9日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请
No.10-2011-0011511的优先权和权益,该专利申请的全部内容以引用方式并入本文。

技术领域

本文的实施方式涉及太阳能电池。

背景技术

太阳能电池使用光伏效应将太阳光转换成电力。

太阳能电池包括基板和形成PN结的发射极部分。入射到太阳能电池表面上的光
被转换成电流。通常,只通过一个表面接收光,因此所表现出的光伏效率低。

需要的是一种通过太阳能电池的两个相背表面接收光的双面太阳能电池。

发明内容

根据本文的实施方式,提供了一种太阳能电池,其包括:基板;第一绝缘层,其
位于所述基板的第一表面上,所述第一绝缘层具有多个第一开口,所述多个第一开口
暴露出所述基板的多个部分;以及多个第一电极,所述多个第一电极通过所述多个第
一开口电连接到所述基板,其中,所述多个第一电极中的一个或更多个第一电极被构
造成使得位于所述第一绝缘层上的上部的宽度比位于对应的第一开口中的下部的宽
度宽。根据实施方式,所述多个第一电极中的一个或更多个第一电极包括电镀层。

所述多个第一开口形成为孔状图案或带状图案。根据实施方式,所述第一开口的
宽度比所述多个第一电极的上部的宽度的一半小。

所述多个第一开口的数量与所述多个第一电极的数量相同或者所述多个第一开
口的数量比所述多个第一电极的数量的两倍还多。

至少两个第一开口位于所述多个第一电极中的一个或更多个第一电极上,其中,
所述至少两个第一开口沿着所述多个第一电极的纵向方向彼此分隔开。

所述太阳能电池还包括多个第一集流器,所述多个第一集流器与所述多个第一电
极交叉并且连接到所述多个第一电极,并且所述第一绝缘层还包括多个第二开口,所
述多个第二开口暴露出所述第一表面的多个部分。根据实施方式,所述多个第一集流
器中的一个或更多个第一集流器包括电镀层。

一个第一集流器的上部的宽度比一个第一电极的上部的宽度宽,其中,所述多个
第一集流器通过多个对应的第二开口连接到所述基板。

所述多个第二开口形成为孔状图案或带状图案。根据实施方式,一个第二开口的
宽度比一个第一集流器的上部的宽度的一半小。

一个第二开口的宽度大于一个第一开口的宽度。一个第二开口的宽度等于或小于
一个第一开口的宽度。

所述多个第二开口的数量与所述多个第一集流器的数量相同。

所述多个第二开口的数量是所述多个第一集流器的数量的两倍。

至少两个第二开口位于所述多个第一集流器中的一个或更多个第一集流器上,其
中,所述至少两个第二开口沿着所述多个第一集流器的纵向方向彼此分隔开。

至少两个第二开口位于所述多个第一集流器中的一个或更多个第一集流器上,其
中,所述至少两个第二开口沿着所述多个第一集流器的宽度方向彼此分隔开。所述多
个第一集流器中的一个或更多个第一集流器包括沿着所述多个第一集流器的宽度方
向接触所述基板的至少两个接触部分。

根据实施方式,通过使用激光进行干法蚀刻来形成第一开口和第二开口。

例如,在第一绝缘层包括下层和上层的情况下,首先通过使用激光进行干法蚀刻
来去除上层,然后通过使用上层作为掩模进行湿法蚀刻来去除下层,从而形成第一开
口和第二开口。

第一电极接触基板的接触部分的宽度小于第一电极的上部的宽度,并且第一集流
器接触基板的接触部分的宽度小于第一集流器的上部的宽度。

这样减小了由于构成第一电极和第一集流器的金属导致的复合损耗
(recombination loss),从而提高了开路电压。

通过使用干法蚀刻和湿法蚀刻二者来形成第一开口和第二开口,可以防止基板受
损,并且与只使用干法蚀刻来形成第一开口和第二开口相比,可以不需要提供单独的
湿法蚀刻处理来去掉颗粒。

另外,与只使用湿法蚀刻来形成接触线相比,本文的实施方式可以有效地抑制第
一电极的线路电阻增大同时使所形成的第一电极的宽度窄。

附图说明

图1是示出根据本文实施方式的太阳能电池的一部分的立体图。

图2是示出第一开口图案的实施方式的平面图。

图3是示出图2所示的第一开口图案的变形形式的平面图。

图4是示出图2所示的第一开口图案的变形形式的平面图。

图5是示出沿着宽度方向的第一电极的剖视图。

图6是示出根据本文实施方式的太阳能电池的一部分的立体图。

图7是示出根据本文实施方式的第一开口和第二开口的实施方式的平面图。

图8是示出根据本文实施方式的沿着宽度方向的第一集流器的剖视图。

图9是示出根据本文实施方式的沿着宽度方向的第一电极的剖视图。

图10是图9的一部分的展开图。

具体实施方式

将参照附图更详细地描述本文的实施方式,其中,在整个说明书和附图中,相似
的附图标记可以用于表示相似或类似的元件。

应该理解,当诸如层、膜、区域或基板之类的元件被称作“在”另一个元件“上”时,
它可以直接在另一个元件上或者还可能存在中间元件。

相比之下,当元件被称作“直接在”另一个元件“上”时,不存在中间元件。

图1是示出根据本文实施方式的太阳能电池的一部分的立体图。图2至图4是示
出第一开口图案的各种实施方式的平面图。图5是示出第一电极的剖视图。

如图1至图5中所示,太阳能电池包括基板110,基板110具有彼此相背的正表
面和背表面。太阳能电池还包括发射极部分120、第一绝缘层130、多个第一电极140、
背表面场(BSF)部分150、多个第二电极160和第二绝缘层170。发射极部分120
位于基板110的正表面上。第一绝缘层130位于发射极部分120上。多个第一电极
140位于第一绝缘层130上。BSF部分150位于基板110的背表面上。第二绝缘层170
位于BSF部分150上。多个第二电极160位于第二绝缘层170上。

基板110由具有第一导电类型(例如,n型导电类型)的硅晶圆形成。硅晶圆可
以包含单晶硅、多晶硅或非晶硅。

具有n型导电类型的基板110含有V族元素的杂质,如,磷(P)、砷(As)或
锑(Sb)。

根据实施方式,基板110可以具有p型导电类型并且可以包含除了硅之外的半导
体材料。

在基板110属于p型导电类型的情况下,基板110可以包含III族元素的杂质,
如,硼(B)、镓(Ga)或铟(In)。

根据实施方式,至少基板110的表面可以包括带纹理的表面。

发射极部分120包含具有第二导电类型的杂质,第二导电类型与基板110的导电
类型相反。例如,发射极部分120属于p型导电类型,并且与基板110形成PN结。

由于PN结导致了内建电势差,使得电子空穴对分成电子和空穴,并且电子和空
穴分别向着n型电极和p型电极移动。

例如,如果基板110属于n型而发射极部分120属于p型,则电子和空穴分别附
着于基板110和发射极部分120。因此,基板110的电子和发射极部分120的空穴变
成主要的载流子。

通过对基板110掺杂有III族元素(如,B、Ga或In)的杂质,可以形成p型导
电类型的发射极部分120。

在基板110属于p型导电类型而发射极部分120属于n型导电类型的情况下,空
穴附着于基板110而电子附着于发射极部分120。

通过对基板110掺杂有V族元素(如,P、As或Sb)的杂质,可以形成n型导
电类型的发射极部分120。

第一绝缘层130用作防反射层,其减少了入射到基板110的正表面上的光的反射
并且提高了对特定波长光的选择性能,从而提高了太阳能电池的效率。

第一绝缘层130可以由单层形成,所述单层包括氧化硅膜、氮化硅膜、二氧化钛
膜和氧化铝膜中的一者。

第一绝缘层130包括第一开口图案C1,第一开口图案C1暴露出发射极部分120
中的多个部分。第一开口图案C1包括多个开口。

第一开口图案C1可以被形成为具有如图2所示的沿着第一电极140的纵向方向
布置的多个圆形孔C1-1,或者具有如图3所示的沿着第一电极140的纵向方向布置
的多个椭圆形孔C1-2。另外,如图4中所示,第一开口图案C1可以被形成为具有如
沿着第一电极140的纵向方向布置的带状图案C1-3一样的形状。然而,本文的实施
方式不限于此,并且各种形状的第一开口图案C1都可能是可行的。

第一开口图案C1的宽度W2小于第一电极140的上部的宽度W1。根据实施方
式,宽度W2比宽度W1的0.5倍小。

通过形成宽度为W2的第一开口图案C1,可以减小第一电极140的下部的宽度
W1′,当通过电镀形成第一电极140时,第一电极140的下部接触发射极部分120,
从而能够使形成第一电极140的金属层与基板相邻的那部分出现的复合损耗减小。

第一电极140通过对第一开口图案C1进行填充的部件以物理方式和电气方式连
接到发射极部分120。第一电极140沿着预定方向水平地延伸。

第一电极140收集附着于发射极部分120的电荷,例如,空穴。

第一电极140包括电镀层,该电镀层包括直接接触发射极部分120的种子层141
以及位于种子层141上的电极层142。

种子层141由(例如)包括NiSi、Ni2Si、NiSi2等的镍的硅化物形成,其厚度为
50nm至200nm。

如果种子层141的厚度小于50nm,则接触电阻会增大,而如果种子层的厚度大
于200nm,则由于在形成种子层的热处理期间镍的扩散而导致出现分流泄漏(shunt
leakage)。

如此,通过形成厚度将为50nm至200nm的种子层141,可以在减小接触电阻的
同时防止分流泄漏。

电极层142至少包含从Ni、Cu、Ag、Al、Sn、Zn、In、Ti、Au及其组合物组成
的组中选择的导电金属。然而,本文的实施方式不限于此,并且还可以包括其它的导
电金属。

根据实施方式,电极层142包括铜层142a。铜层142a用作电线。铜在空气中容
易被氧化,并且不容易直接焊接到铜层142a和互连器,例如,带状物(未示出),所
述互连器用于将太阳能电池模块相互电连接。

因此,在电极层142包括铜层142a的情况下,还可以在铜层142a上进一步形成
锡层142b,以防止铜被氧化并且有助于进行焊接到所述带状物的处理。根据实施方
式,锡层142b被形成为具有5μm至15μm的厚度。

根据实施方式,在电极层由任何其它金属(如,银(Ag))形成的情况下,可以省
去锡层142b。

根据实施方式,可以在铜层142a和种子层141之间设置扩散屏障层(未示出)。

位于基板110背表面的背表面场(BSF)部分150包括一区域(例如,n+区域),
该区域中掺杂的杂质与基板110所含杂质具有相同导电类型,并且其浓度高于基板
110的杂质的浓度。

BSF部分150基于BSF部分150和基板110之间的杂质浓度差来形成势垒,从
而干扰空穴向着基板110的背表面移动。因此,电子和空穴不太可能在基板110的表
面附近复合从而消失。

用作防反射层的第二绝缘层170位于BSF部分150的背表面上。位于第二绝缘
层170的背表面上的第二电极160聚集附着于基板110背表面的电荷(例如,电子),
并且将聚集的电荷传递到外部装置(未示出)。

根据实施方式,各第二电极160可以被形成为与各第一电极140具有相同的结构。
根据实施方式,第二绝缘层170可以被形成为与第一绝缘层130具有相同的结构。例
如,第二电极160可以通过第二绝缘层170中的多个开口以物理方式和电气方式连接
到BSF部分150。

根据实施方式,通过使用激光进行干法蚀刻,可以形成第一绝缘层130和第二绝
缘层170中的开口。

现在,将参照图6至图8描述根据本文实施方式的太阳能电池。

与结合图1至图5描述的太阳能电池相比,根据当前实施方式的太阳能电池还包
括第一集流器145和第二集流器165。

根据实施方式,沿着与第一电极140交叉的方向形成至少两个第一集流器145。
第一集流器145以物理方式和电气方式连接到第一电极140。

第一集流器145也以物理方式和电气方式连接到发射极部分120。第一绝缘层130
除了包括结合图1至图5描述的第一开口图案C1之外,还包括第二开口图案C2。

具体地讲,如图7中所示,第一绝缘层130包括具有多个第一开口的第一开口图
案C1和具有多个第二开口C2的第二开口图案C2。下文中,为了方便描述,(一个
或更多个)第一开口图案也被表示为“C1”并且(一个或更多个)第二开口图案也被表
示为“C2”。

第一开口C1形成在各个对应的第一电极140下面,而第二开口C2形成在各个
对应的集流器145下面。

虽然已在图7中示出第二开口图案C2被形成为使得各第二开口形成为圆形孔,
但是第二开口图案C2还可以分别被形成为使得各第二开口具有椭圆形孔状,或者使
得第二开口图案具有带状图案,分别如图3和图4中所示。

第一集流器145收集第一电极140处的电荷,并且将收集到的电荷传递到外部装
置(未示出)。为了便于收集电荷,第一集流器145被形成为使得第一集流器145的
上部的宽度W3大于第一电极140的上部的宽度W1。

因此,位于对应的第一集流器145下面的第二开口C2的宽度W4被形成为大于
第一开口C1的宽度W2。

至少两个第二开口C2可以沿着第一集流器145的宽度方向布置。

宽度W4可以比宽度W3的0.5倍小。

第一集流器145可以被形成为与第一电极140具有相同的结构。例如,如图8
中所示,第一集流器145可以包括种子层141和电极层142。电极层142可以包括铜
层142a和锡层142b。

根据实施方式,第二集流器165可以被形成为与第一集流器145具有相同的结构。
根据实施方式,第二绝缘层170可以被形成为与第一绝缘层130具有相同的结构。例
如,第二集流器165可以通过第二绝缘层170上的多个第二开口以物理方式和电气方
式连接到BSF部分150。

通过使用激光进行干法蚀刻,可以形成第一开口图案C1和第二开口图案C2。

现在,将参照图9和图10描述根据本文实施方式的太阳能电池。

太阳能电池包括基板110、发射极部分120和发射极部分120正表面上的第一绝
缘层130。第一绝缘层130含有基于金属氧化物的材料。

根据实施方式,第一绝缘层130包括由氮化硅(SiNx:H)形成的第一上层130b
和位于第一上层130b与发射极部分120之间的第一下层130a。

第一下层130a可以由(例如)氧化铝(AlOx)的材料形成,这种材料所表现出
的吸光系数或带隙(Eg)与氮化硅层迥然不同。

第一下层130a用作钝化膜并且第一上层130b用作防反射膜。

根据实施方式,第一下层130a还可以由氧化硅(SiOx:H)形成。

第一开口C1被形成为使得第一下层130a处的第一开口C1的宽度不同于第一上
层130b处的第一开口C1的宽度并且使得第一下层130a处的第一开口的面积和平均
直径大于第一上层130b处的第一开口的面积和平均直径。

具体地讲,第一开口C1位于第一上层130b处的那部分被形成为具有相等宽度
W2-1,而第一开口C1位于第一下层130a处的那部分被形成为使得上部宽度W2-2
大于下部宽度W2-3。

可以通过干法蚀刻或湿法蚀刻来形成第一开口C1。

具体地讲,第一绝缘层130和第二绝缘层170分别形成在发射极部分120和BSF
部分150上,其中,第一绝缘层130和第二绝缘层170均包括上层和下层。

使用激光束对所述结构执行干法蚀刻处理,以部分地去除第一绝缘层130的第一
上层130b和第二绝缘层170的第二上层(未示出),从而形成第一开口C1的那些部
分。

所述激光束可以包括波长大约为355nm的UV激光束。

第一绝缘层130的第一下层130a和第二绝缘层170的第二下层(未示出)可以
防止在使用基于激光的干法蚀刻来形成第一开口C1的那些部分期间基板110受损。

随后,通过选择性的湿法蚀刻,去除第一下层130a和第二下层(未示出)被暴
露出的部分,从而完成第一开口C1。

通过这样做,可以去除在干法蚀刻处理期间所产生的颗粒,从而不需要单独进行
湿法蚀刻处理。

在湿法蚀刻处理期间,所使用的是可以只蚀刻掉第一下层130a和第二下层的蚀
刻剂,如,BOE(缓冲氧化物蚀刻剂),所述蚀刻剂可以选择性蚀刻氮化硅膜和金属
氧化物膜。

根据实施方式,在形成发射极部分120和BSF部分150之前,基板110可以经
受使得基板110的两个相背表面能变成带纹理的表面的处理。

具体地讲,通过用刀片或多线锯对硅的晶锭或块进行切片,产生通常由硅晶圆形
成的基板110。

这种硅晶圆被掺杂有V族杂质(如,P),从而完成n型导电类型的半导体衬底
110。

在对硅的晶锭或块进行切片的同时,可能在硅晶圆上形成机械受损层。

机械受损层使太阳能电池的性能降低。因此,执行湿法蚀刻处理来去除机械受损
层。湿法蚀刻处理使用碱或酸作为蚀刻剂。

在去除机械受损层之后,执行湿法蚀刻处理或基于等离子体的干法蚀刻处理,以
在基板110的正表面和背表面上形成带纹理的表面。

已经描述了太阳能电池的各种实施方式。太阳能电池对于环境是安全的并且形成
了一种新型能源。太阳能电池没有产生温室气体排放物。提供太阳能电池的各种实施
方式作为有效能源。

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