[发明专利]一种晶体硅太阳能电池二维电极及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于太阳能电池技术领域，特别涉及一种晶体硅太阳能电池二维电极及其制备方法。

背景技术

自1954年第一块太阳能电池在贝尔实验室诞生以来，晶体硅太阳能电池得到了广泛的应用，转换效率不断提升，生产成本持续下降。目前，晶体硅太阳能电池占太阳能电池全球市场总额的80％以上，晶体硅电池片的产线转换效率目前已突破20％，全球年新增装机容量约50GW且增速明显，与火力发电的度电成本不断缩小，在未来几年有望与之持平。晶体硅太阳能电池作为一种清洁能源在改变能源结构、缓解环境压力等方面的重要作用日益凸显。

晶体硅太阳能电池要想继续保持竞争力、获得更大的发展与应用，必须进一步提高转换效率，同时降低生产成本。目前晶体硅电池的受光面电极采用银浆丝网印刷的方式形成近百条细栅和若干条主栅，此工序使用的物料成本昂贵，且银电极会造成电池片表面5％--7％的面积形成对光的遮挡，大大降低了电池片的转换效率。

如何在减少遮光面积与保持良好的导电性之间进行平衡，是近几年晶体硅电池技术研究的一个重点。由于浆料技术与印刷技术的进步，晶体硅电池的受光面电极细栅宽度不断减小，根据SEMI预测，到2020年细栅的宽度将减小至35微米以下，同时主栅采用多主栅及无主栅。在这个栅线细化技术过程中，电极的遮光面积有所下降，导电性有所提升，同时获得了效率的提升与成本的下降。但随着栅线宽度的不断减小，电极制备的工艺难度不断加大，进一步提高效率、降低生产成本的空间缩小。

为了彻底解决金属电极的光遮挡及成本问题，透明导电膜在晶体硅电池中的应用日益受到重视。有人提出采用透明导电膜取代金属细栅，但该方法由于仍保留了主栅，电极的光遮面积减少幅度有限，且细栅的取消会造成导电性变差，影响转换效率。还有人采用不同导电率的透明导电膜完全替代受光面金属电极与减反射膜，但该方法自提出至今十余年无法实现量产。还有人将透明导电膜应用于MWT技术，但实现工艺复杂，不易于控制与降低成本。

发明内容

本发明的目的是提供了一种晶体硅太阳能电池二维电极及其制备方法，该电极显著减少了金属电极的遮光面积与浆料的使用量，同时保证了电极良好的导电性，很好的平衡了晶硅电极光遮挡与导电性之间的两难问题，使电池的转换效率提升、生产成本降低。

为实现上述目的，本发明采用以下技术手段：

一种晶体硅太阳能电池二维电极，所述的二维电极设置在晶硅电池正面和/或背面，包括：透明导电膜、局部接触金属电极和金属电极；局部接触金属电极以规则图案方式排布在晶体硅太阳能电池的减反射膜/钝化膜上，且局部接触金属电极穿透减反射膜/钝化膜与晶体硅片形成局部欧姆接触；所述金属电极设置于透明导电膜之上；所述的透明导电膜设置在减反射膜/钝化膜及局部接触金属电极之上，并将形成局部欧姆接触的局部接触金属电极及金属电极连接成为晶体硅太阳能电池电极的导电组合体。

所述的透明导电膜为ITO薄膜、AZO薄膜、GZO薄膜、FTO薄膜、IWO薄膜和石墨烯薄膜中的一种或多种叠层构成，透明导电膜的厚度为50～500nm。

穿透减反射膜/钝化膜的局部接触金属电极采用阵列图案排布，其图案为一维、二维几何图形或一维与二维几何图形的组合；一维几何图形选自：线段、虚线段或弧线；二维几何图形选自：圆形、椭圆形、纺锤形、环形、多边形、多角形或扇形。

所述一维几何图形的线宽为30～100um，长度为0.05～1.5mm；同一行中相邻两个线形的间距为0.5～2mm，同一列中相邻两个线形的间距为0.5～2mm。

所述二维几何图形的尺寸为30～200um，相邻两个图形中心距为0.8～2mm。

金属电极的排布图案为一组平行线段或多组平行线段的组合，线段的宽度为20～2000um，数量为5～100根，线长为2～156mm，相邻线段之间的距离为0.5～50mm。

所述的局部接触金属电极与金属电极为银电极、铝电极、镍电极、铜电极、合金电极或金属复合电极。

一种晶体硅太阳能电池二维电极的制备方法，包括以下步骤：

1)先将晶体硅片依次经过制绒、扩散、刻蚀及沉积减反射膜/钝化膜；

2)在减反射膜/钝化膜上制作与晶体硅片形成局部欧姆接触的局部接触金属电极，制作的方法为：将金属浆料按阵列图案涂敷在晶体硅片的表面，再通过300～900℃热处理得到；或按规则图案对晶体硅片表面的减反射膜/钝化膜进行开孔，再在开孔处制备局部接触金属电极，然后经过200～500℃退火处理得到；