[发明专利]具有通过电镀制造的金属栅的太阳能电池

说明书

本申请是申请号为201110129691.1、申请日为2011年5月13日、发明名称为“具有通过电镀制造的金属栅的太阳能电池”的发明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、发明人为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。

技术领域

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。

背景技术

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。

发明内容

本发明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)。