[发明专利]用于使功率损耗最小化的太阳能电池的前电极和包括前电极的太阳能电池

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于具有最小功率损耗的太阳能电池的前电极和包含所述前电极的太阳能电池，并且尤其涉及一种用于太阳能电池的前电极，其中所述前电极构造为如下结构：包括平行布置的多个栅极以及与所述栅极交错的至少一个集电极的图案形成在半导体衬底上，被引入到栅极的电流移动到集电极并且被收集到集电极中，并且各个栅极的宽度朝向集电极增加。

背景技术

近年来，随着对环境问题和不可再生能源消耗的日益关注，太阳能电池作为利用丰富能源的替代能源已经引起了注意，太阳能电池不存在与污染相关的问题并且具有高能效。

太阳能电池可以被归类为利用太阳热来产生旋转涡轮机所需的蒸汽能的太阳热电池，以及利用半导体的特性将光子转换成电能的光生伏打太阳能电池。特别地，大量的研究已经集中到光生伏打太阳能电池上，所述光生伏打太阳能电池吸收光，产生电子和空穴，并由此将光能转换成电能。

图1为典型地示出这种光生伏打太阳能电池(下文中，简称为“太阳能电池”)的结构的图。参考图1，太阳能电池包括第一导电型半导体层22和第二导电型半导体层23，所述第二导电型半导体层23与第一导电型半导体层22的导电类型相反且形成在第一导电型半导体层22上。在第一导电型半导体层22和第二导电型半导体层23之间的接合处获得p/n结。后电极21被布置为与第一导电型半导体层22的至少一部分接触，而前电极11被布置为与第二导电型半导体层23的至少一部分接触。根据情况，用于干扰光反射的减反射膜24可以形成在第二导电型半导体层23的顶部。

p-型硅衬底通常用作第一导电型半导体层22，并且n-型射极层用作第二导电型半导体层23。而且，通常利用银(Ag)图案将前电极11形成在射极层23的顶部，并且通常利用铝(Al)层将后电极21形成在半导体层22的底部。通常利用丝网印刷方法来形成前电极11和后电极21。前电极通常包括具有大宽度的两个集电极(还称为‘汇流条’)和具有约为150μm的小宽度的栅极(还称为‘指针(finger)’)。

在具有上述结构的太阳能电池中，当太阳光入射到前电极11上时，产生自由电子。根据p/n结原理，电子移动到n型半导体层23。电子的这种移动产生了电流。

直接将光能转换成电能的太阳能电池的性能由从太阳能电池输出的电能与入射到太阳能电池上的太阳能的比率来表示。这一比率表示太阳能电池的性能指标并且一般称为“能量转换效率”，或简称为“转换效率”。理论上讲，转换效率受构成太阳能电池的材料限制并且根据太阳光能的光谱和太阳能电池的灵敏性谱的匹配而被控制。例如，单晶硅太阳能电池具有约30％至35％的转换效率，非晶质硅太阳能电池具有约25％的转换效率，并且化合物半导体太阳能电池具有约20％至40％的转换效率。然而，在目前的实验室水平上，太阳能电池具有约25％的转换效率。

损耗可能包括由表面反射的光引起的损耗、由表面或电极结合处载流子的再结合引起的损耗、由太阳能电池中的载流子的再结合引起的损耗，以及由太阳能电池的内阻引起的损耗。

由电极引起的功率损耗可能包括由n-型半导体层处光电流的移动引起的电阻损耗、由n-型半导体层与栅极之间的接触电阻引起的损耗、由在栅极中流动的光电流引起的电阻损耗，以及由栅极所覆盖的区域引起的损耗。

因此，迫切需要能够使由这种电极引起的功率损耗最小化且使光吸收最大化的技术，从而提供一种显现高效率的太阳能电池。

发明内容

技术问题

因此，已经提出本发明以解决上述问题以及尚待解决的其他技术问题。

特别地，本发明的一个目的是提供一种用于太阳能电池的前电极，其中，调节栅极的宽度以使由电极引起的功率损耗最小化且使光吸收最大化。

作为在用于太阳能电池的前电极上多种研究和试验的结果，本申请的发明人已经发现，当前电极被构造为使得集电极侧的栅极的宽度相对大时，根据本发明的前电极的电极损耗比常规前电极的电极损耗小得多。已经基于这些发现完成了本发明。

技术方案

根据本发明的一个方案，上述目的和其他目的能够通过提供一种用于太阳能电池的前电极来实现，其中，前电极以如下结构来构造：包括平行布置的多个栅极和与所述栅极交错的至少一个集电极的图案形成在半导体衬底上，被引入到栅极的电流移动到集电极并且被收集到集电极中，并且各个栅极的宽度朝向集电极增加。