[发明专利]具有电镀的金属格栅的太阳能电池

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2010年9月10日提交的、发明人为Jianming Fu、Zheng Xu、Chentao Yu和Jiunn Benjamin Heng、题为“SOLAR CELL WITH METAL GRIDS FABRICATED BY USING ELECTROPLATING”、代理人案卷号为SSP10-1010PSP的美国临时申请No.61/381,659的权益。

技术领域

本公开总体上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格栅的太阳能电池。

背景技术

由于使用化石燃料造成的负面环境影响及其增加的成本已经导致了对更洁净、更便宜的备选能源的极度需求。在不同形式的备选能源中，太阳能因其洁净度和广泛的可用性已经很受欢迎。

太阳能电池使用光伏效应将光转换成电。存在若干基本的太阳能电池结构，包括单个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。典型的单个p-n结结构包括p型掺杂层和n型掺杂层。具有单个p-n结的太阳能电池可以是同质结太阳能电池或异质结太阳能电池。如果p掺杂层和n掺杂层二者均由类似的材料(具有相等带隙的材料)制成，则太阳能电池称为同质结太阳能电池。相比之下，异质结太阳能电池至少包括具有不同带隙的两层材料。p-i-n/n-i-p结构包括p型掺杂层、n型掺杂层以及夹在p层和n层之间的本征(未掺杂)半导体层(i层)。多结结构包括堆叠在彼此顶上的具有不同带隙的多个单结结构。

在太阳能电池中，光在p-n结附近被吸收，从而产生载流子。载流子扩散进入到p-n结中并由内建电场分开，从而产生跨器件和外部电路的电流。确定太阳能电池的质量的重要衡量标准是其能量转换效率，该能量转换效率定义为当太阳能电池连接到电路时所转换的能量(从吸收的光到电能)和所收集的能量之间的比率。

图1呈现了图示基于晶体-Si(c-Si)衬底的示例性同质结太阳能电池(现有技术)的示意图。太阳能电池100包括正面Ag电极格栅102、抗反射层104、发射极层106、衬底108以及铝(Al)背面电极110。图1中的箭头指示入射太阳光。

在常规的基于c-Si的太阳能电池中，电流通过正面Ag格栅102收集。为了形成Ag格栅102，常规方法包括将Ag浆(其通常包括Ag颗粒、有机粘结剂和玻璃粉)印刷到晶片上并且然后在700℃和800℃之间的温度下对Ag浆进行烧结。Ag浆的高温烧结保证了Ag和Si之间的良好接触，并且降低了Ag线的电阻率。烧结的Ag浆的电阻率典型地在5×10^-6欧姆厘米和8×10^-6欧姆厘米之间，这比体银(bulk silver)的电阻率高得多。

除了高的串联电阻之外，通过丝网印刷Ag浆得到的电极格栅还具有其它缺陷，包括较高的材料成本、较宽的线宽以及受限的线高。随着银成本的升高，银电极的材料成本已经超过用于制造太阳能电池的加工成本的一半。利用现有技术中的印刷工艺，Ag线典型地具有在100微米和120微米之间的线宽，并且难以进一步减小线宽。尽管喷墨印刷可以产生较窄的线，但喷墨印刷存在其它问题，诸如低的生产率。Ag线的高度也受到印刷方法的限制。一次印刷可以产生高度小于25微米的Ag线。尽管多次印刷可以产生具有增加的高度的线，但它还会增加线宽，这对于高效率太阳能电池而言是不希望的。类似地，将Ag或Cu电镀到印刷的Ag线上可以在增加线宽的代价下增加线高。此外，这种Ag线的电阻仍然太高以至于无法满足高效率太阳能电池的要求。

另一个解决方案是将Ni/Cu/Sn金属堆叠直接电镀在Si发射极上。该方法可以产生具有较低电阻的金属格栅(镀覆的Cu的电阻率典型地在2×10^-6欧姆厘米和3×10^-6欧姆厘米之间)。然而，Ni到Si的粘合不够理想，并且来自金属堆叠的应力可能导致整个金属线的剥离。

发明内容

本发明的一个实施例提供了一种用于制造太阳能电池的方法。在操作期间，在光伏结构的顶上淀积抗反射层，并且在抗反射层的顶上形成包括金属堆叠的正面电极格栅。金属堆叠包括含Ti或Ta的金属粘合层以及位于金属粘合层之上的含Cu或Ag的传导层。

在该实施例的变体中，金属粘合层还包括以下中的一个或更多：TiN、TiW、TiSi、TaN和Co。

在该实施例的变体中，金属粘合层使用物理气相淀积(PVD)技术形成，所述物理气相淀积技术包括以下中的一个：蒸发和溅射淀积。