[實用新型]一種具有透明電極的晶硅太陽能電池

有效

• 申請號: 201320084396.3
• 申請日: 2013-02-25
• 公開（公告）號: CN203242640U
• 公開（公告）日: 2013-10-16
• 發明（設計）人: 黃添懋;張中偉;李愿杰;張小賓;袁小武;江瑜;廖亞琴;胡強;張世勇;侯澤榮;程鵬飛
• 申請（專利權）人: 中國東方電氣集團有限公司
• 主分類號: H01L31/0224
• 分類號: H01L31/0224;H01L31/068
• 代理公司: 成都天嘉專利事務所(普通合伙) 51211
• 代理人: 方強

技術領域

本實用新型屬于太陽能制造技術領域，具體涉及一種具有透明電極的晶硅太陽能電池。

背景技術

隨著世界能源問題與環境問題的日益突出，太陽能電池技術成為新能源技術的重點發展方向之一。目前太陽能電池市場主導產品仍然是單晶硅太陽能電池和多晶硅太陽能電池，其在大中型太陽能電站中已經得到廣泛應用。當前晶硅電池單晶效率實驗室最高可達25％，量產效率約18.0～18.5％。多晶硅電池效率實驗室最高可達20.4％，量產效率約17.0～17.4％。

晶硅太陽能電池的電極起收集和傳輸光生載流子的作用，優化電池電極結構與工藝是提高晶硅太陽能電池效率的重要技術方向之一。目前大多采用絲網印刷導電漿料再燒結的辦法制作晶硅太陽能電池表面電極。不透明的電極會阻擋入射光線從而減小太陽能電池的有效受光面積進而降低單片電池輸出功率。通常情況下由電極柵線遮擋面積占電池有效受光面積的5%~15%，因此透明電極的研究成為太陽能電池技術領域熱點之一。

目前常用的透明電極材料是ITO（氧化銦錫），已具備商業標準。而在實際應用中，ITO的熱穩定性、光吸收等方面存在一定的問題。石墨烯自2004年被發現以來，迅速成為材料界研究熱點之一。這種二維單原子層厚度的碳材料具有超高的導電性（室溫下載流子遷移率為2×10⁵cm²V^-1s^-1）和導熱性（大于3000Wm^-1K^-1），極強的機械強度（楊氏模量1TPa，固有強度130GPa）和氣密性（任何氣體完全不能透過），能夠維持極高的電流密度，在較寬波長范圍內具有很高的光透過率（單層透光率97.7%）。上述突出性能使石墨烯在透明電極領域具備深刻應用前景。

傳統的晶硅電池電極具有主副柵結構，其中副柵主要用于收集來自太陽能電池表面的光生載流子，將其輸送至主柵；主柵主要用于將整個電池電流輸送至外部，但是其光電性能還是有限。

傳統的晶硅太陽電池的慣用電極制造工藝就是通過PECVD方法在P⁺PN⁺電池結構表面沉積氮化硅；然后印刷鋁背面場，并將鋁作為金屬背電極；采用導電漿料，絲網印刷正電極；600~800℃燒結，導電漿料穿透氮化硅層并固化，與晶體硅形成良好電接觸。這種工藝不適合于透明電極的做法。

實用新型內容

本實用新型以現有的晶硅太陽能電池為基礎，提出了一種具有透明電極的晶硅太陽能電池，采用具有主副柵結構的石墨烯作為替代傳統導電漿料的透明電極，提高了單片太陽能電池有效受光面積；針對透明柵線結構進行優化調整，可獲得更好的電池輸出功率。

本實用新型具體方案如下：

一種具有透明電極的晶硅太陽能電池，包括從上至下依次設置的氮化硅層、N⁺擴散層、P型硅襯底、P⁺背面場和背電極，其特征在于：在氮化硅層和晶硅PN結之間設置有透明電極，透明電極采用石墨烯制成；

所述透明電極包括主柵和副柵，通過覆蓋掩模印刷或噴涂一次性制成。

所述主柵寬度為4~5mm，副柵寬度為0.15~0.2mm，副柵間距3~4mm。

所述主柵的兩端設置有金屬觸點，通過金屬觸點焊接金屬導線，實現電池片之間的串聯或并聯關系。

所述透明電極厚度的為1.5~5nm，透光率為70~90%。

所述石墨烯材料是通過化學氣相沉積轉移法，或微機械剝離法制成的多層石墨烯。

所述晶硅太陽能電池為單晶硅太陽能電池，或多晶硅太陽能電池。

制備上述太陽能電池的工藝為：

步驟1：硅片清洗后，對硅片表面進行堿性腐蝕制備絨面；

步驟2：采用液態源擴散對硅片表面進行磷擴散，擴散深度300~500nm，再切邊并清洗去除PSG；

步驟3：印刷鋁背面場，并將鋁作為金屬背電極；

步驟4：在氬氣氛保護下，600~800℃燒結，激活摻雜元素形成P⁺PN⁺電池結構；

步驟5：在室溫（25℃）環境下，采用覆蓋掩模印刷或者噴涂的方法，將經過摻雜或堿金屬碳酸鹽處理過的石墨烯置于N⁺層上。在掩模的作用下，制備的石墨稀透明電極具有主副柵結構（即在一片掩模上印刷，透過掩模附著在硅片上的的材料具有電極的主副柵線形）；

步驟6：在透明電極主柵的四端上，通過物理濺射制作金屬觸點；