[发明专利]适用于高倍聚光电池和薄膜电池的电极结构

说明书

技术领域

本发明涉及一种太阳电池结构，尤其涉及一种能显著提高高倍聚光电池和薄膜电池效率的电极结构，属于太阳能应用领域。

背景技术

太阳电池作为太阳能利用的典型方式，成为可再生能源的重要发展方向。性价比成为衡量太阳电池研发以及地面民用的重要指标。基于高倍聚光系统的高倍聚光电池和基于减少材料厚度的薄膜电池成为实现高性价比太阳电池的两种主要途径，也是太阳电池真正能够民用化的主要手段。

对于太阳电池，为了降低串联电阻，采用在金半接触的基础上进一步蒸镀导电率高、价格便宜的金属层，如Ag或者Cu等；对于聚光电池，随着聚光倍数的增加，电池效率一方面对电池的串联电阻变得更加敏感，另一方面对电池表面的遮光比要求更高。通常采用各种布局的密栅+公共电极结构(如图1所示)，鉴于现有剥离技术和电极机械稳定性的限制，栅极条宽最窄只能做到3μm，采用该种电极结构，聚光1000倍单结电池的最高效率达26.2％，2000倍单结电池的最高效率达25％(IEEE Trans.Electron Devices，48(5)，pp840-844)。进一步提高高倍聚光电池的效率，很大程度上依赖于电池串联电阻的减少，因此，改进电极结构，在保证机械稳定性的同时，进一步降低电池的串联电阻和遮光比，成为提高高倍聚光电池效率的重要手段。然而，目前的条形电极结构，无论形状如何，都是一种平面实体电极结构，串联电阻的减少基本上依赖于平面面积的增加，电极高度的增加受到电极稳定性的限制，只能和电极的宽度相当，目前已做到极致。此外，对于薄膜电池，半导体与金属接触界面的载流子非辐射复合非常严重，势必会影响载流子的高效收集，因此，尽量减少金半接触，也是提高电池性能的重要因素(中国发明专利：“一种制备晶Si太阳电池局域背接触的方法”申请号：200810119967.6)。

如图1所示，给出了目前太阳电池普遍采用的一种正面梳状的电极结构，其中，正面栅线电极1、共用电极2和半导体接触层3的复合结构，有利于实现金属与半导体的欧姆接触；半导体电池的其他部分4为对应于不同太阳电池的基本单元。对于Si电池，该部分包括PN结的emitter layer、base layer、背场以及衬底；对于III-V电池，包括window layer、emitter layer and base layer以及背场、隧道结和衬底等构成电池的所有材料。正面电极呈栅线结构，并且有一共用电极与诸栅线相连，且提供金属压焊地方，实现与外界连接。这里，所有电极图形均为实体结构，遮光比通过栅线的疏密和栅线自身的宽窄来控制，而栅线电极自身的宽窄和高低受到器件剥离工艺和金属立体稳定性的限制，成为电池串联电阻减少的一个障碍。

发明内容

针对上述现有太阳电池电极结构对电池效率的限制，本发明的目的旨在提出一种适用于高倍聚光电池和薄膜电池的电极结构，以期减少金半接触，提高电池性能。

本发明的目的，将通过以下技术方案来实现：

适用于高倍聚光电池和薄膜电池的电极结构，所述电极结构形成于高倍聚光电池或薄膜电池的表面，其特征在于：所述电池表面形成的金属电极为密布而分散的网络孔状结构，与半导体的电池表面形成欧姆接触，其中所述网络孔状结构的每个单孔轴向长度远大于径向长度。

进一步地，前述的一种电极结构，其中该金属电极的图形包括网孔覆盖部分栅线电极配合实体共用电极、网孔覆盖全部栅线电极配合实体共用电极，或网孔全面覆盖栅线电极和共用电极。

进一步地，前述的一种电极结构，其中该网络孔状结构的每个单孔形状包括圆形、方形或任意多边形，单一或混杂地互联成网状。

进一步地，前述的一种电极结构，其中该网络孔状结构的复数个单孔大小相同且均匀排布成阵列形状，或离散分布；或单孔大小存在差异，均匀或离散地分布于金属电极上。

进一步地，前述的一种电极结构，其中高倍聚光电池或薄膜电池为基于III-V族材料的任意单结、双结及多结电池；或为基于体硅、多晶硅、微晶硅、多孔硅和非晶硅材料的任意单结或多结电池。

本发明的目的通过一种电极结构的制备方法来实现，其特征在于：所述网络孔状电极的结构为先在半导体的电池表面沉积金属层，而后对金属层进行刻蚀形成。其中所述沉积金属层的方法至少包括热蒸发、电子束蒸发、磁控溅射及电镀；所述网络孔状电极图形采用至少包括电子束曝光、干涉光刻、聚焦离子束光刻、普通光刻及自组装的方法制成；且针对金属层刻蚀的方法包括离子束刻蚀、聚焦离子束刻蚀和湿法腐蚀。