[发明专利]太阳能电池和制造用于该太阳能电池中的金属电极层的方法

说明书

技术领域

本发明涉及太阳能电池，并且更具体地，涉及用于太阳能电池中的金属电极层。本发明还涉及制造用于太阳能电池中的金属电极层的方法。

背景技术

据说降落到整个地球上的太阳光的能量比整个世界的电力消耗大100000倍，并且，甚至在不进行工业活动时，我们也被巨量的能源围绕。为了充分利用该巨量的能源，已经对与利用太阳光的能量的太阳能电池相关的技术进行了研究。太阳能电池是用于将能源(太阳光)转换为人类能够容易地使用的电能的器件。太阳能电池被视为解决今天能量短缺问题的基本(essential)器件。

现今可利用的太阳能电池能够分成硅(Si)太阳能电池和化合物半导体太阳能电池。硅太阳能电池能够进一步分成单晶Si类型、多晶Si类型、非晶Si类型、微晶Si类型、以及这些类型的电池的串联(tandem)结构。那些分类的类型的硅太阳能电池的转换效率、成本、以及加工性不同，并且因此，根据使用目的和地方对它们进行选择。

现在简要地描述一下这些类型的太阳能电池中的每一种。在Si太阳能电池中，单晶Si太阳能电池的转换效率最高，且市场上可得到的一些单晶Si太阳能电池的转换效率实际高达20％。多晶Si太阳能电池的生产成本比单晶Si太阳能电池的生产成本低，并且多晶Si太阳能电池在近些年具有最大的市场份额，因为它们在稳定的性能和成本之间具有好的平衡。此外，非晶Si太阳能电池的效率比晶体Si太阳能电池的低，但是非晶Si膜的吸收效率比晶体Si膜的大数百倍。因此，利用非晶Si膜形成较薄的光吸收层是可能的。因为以上事实，非晶Si太阳能电池便宜，不需要许多材料、并且能够容易地制造。因此，非晶Si太阳能电池适用于电子计算器等中。同时，微晶硅类型涉及通过CVD等形成的微晶薄膜。微晶硅类型可以视为多晶硅类型之一，但是其也呈现非晶性质，取决于形成膜的条件。微晶硅类型缩写为μc-Si等。能够通过相对新的技术制造微晶Si太阳能电池，该技术不涉及切割坯料(ingot)并减少了能源的使用。还有，通过一些制造方法，能够在低至200℃的温度制造用于微晶Si太阳能电池的膜，并且任何种类的基底能够用于微晶Si太阳能电池中。

通过层叠具有不同光吸收波长的太阳能电池来制造串联太阳能电池，使得能够对较宽的波长范围进行电转换。通过层叠以上非晶硅层和以上微晶硅层形成串联太阳能电池的范例层叠结构。

虽然存在上述各种类型的太阳能电池，但是在太阳能电池技术的整个领域存在对较低生产成本的需求，以便促进太阳能电池的普及。具体地，透明电极的成本占生产成本的大的百分比。因此，希望开发高质量并且便宜的透明导电膜，以便减小透明电极的成本。用于太阳能电池的透明电极不仅需要具有高的透射性质，而且需要具有完美的电性质。这是因为，在作为电流取出太阳能电池中生成的光能时，如果电极部分的电性质差，将会在此部分引起能量损耗。

为了制造用于单晶Si类型或多晶Si类型的太阳能电池的电极，通过诸如丝网印刷术的技术在太阳光入射面一侧上形成金属电极。在制造用于太阳能电池的电极时，通过施加含有诸如银粒子的导电金属的浆料、玻璃粉、树脂粘合剂、稀释剂以及添加剂(如果需要)，并然后执行焙烧工艺执行常规的程序。

在生成层的半导体的表面电阻与化合物半导体太阳能电池或非晶Si太阳能电池中那样高的情况下，载流子扩散距离短，并且不足够用于输送载流子。因此，使用容许在整个表面上在电极和生成层之间接触的氧化铟锡(以下称作ITO)或氧化锌透明导电膜。

在制造用于单晶Si类型或多晶Si类型的太阳能电池的电极时，通过使用诸如丝网印刷术的技术，通常将电极形成于太阳光入射面一侧上，如上述。

然而，如果光被太阳能电池中被焙烧的表面电极阻挡，则入射到太阳能电池上的光量变得较小。为了阻遏此问题，最常使用称作指电极结构的梳状电极结构。在该结构中，不直接在电极之下生成光激发的载流子，而是在两侧上生成该载流子。载流子在水平方向上传输以到达电极，并通过薄指流进外部电路。由生成层中的载流子扩散距离和生成层电池的表面电阻确定电极指的间距。例如，在常规的单晶Si太阳能电池中，宽度75μm的指以2mm的间隔布置，或宽度127μm的指以4mm的间隔布置。

根据涉及那些电极指的技术，引起了有效光入射面积的从5％到7％的范围的减小，并且生成效率因此变得较低。还有，在生成层中生成的载流子在到达电极之前被捕获并重新配对，并且由于该捕获和重新配对而引起损耗。因此，虽然图中没有出现，但是认为实际上引起了效率中的另一降低。这在电极结构中留下了有待解决的问题。