太陽能電池及其製備方法
2023-10-04 19:30:59
太陽能電池及其製備方法
【專利摘要】本發明涉及一種太陽能電池及其製備方法。本發明的太陽能電池包括：第一導體型基板；第二導體型發射極層，其位於所述基板上並且具有第一開口；減反射膜，其位於所述發射極層上，並且具有與所述第一開口相通的第二開口；第一電極，其填充所述第一開口，並且包含磷和矽化鎳；第二電極，其形成在所述第一電極上，填充所述第二開口並且包含磷和鎳；正面電極，其形成在所述第二電極上；和反面電極，其位於所述基板的背面上。
【專利說明】太陽能電池及其製備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種太陽能電池及其製備方法。更具體而言，本發明涉及一種顯示低的接觸電阻和高效率的太陽能電池，及其製備方法。
[0002]本申請要求於2011年12月9日向韓國知識產權局提交的韓國專利申請第10-2011-0132202號的優先權和權益，其公開的內容以引用的方式全部併入到本文中。
【背景技術】
[0003]近來，預期常規的能源(如石油或煤炭)將會枯竭，尋找替代能源的興趣日益增力口。作為替代能源之一，太陽能電池(下一代電池)使用將太陽能直接轉化為電能的半導體裝置，而因此其為關注的焦點。太陽能電池主要分為矽太陽能電池、化合物半導體太陽能電池和疊層太陽能電池，其中，矽太陽能電池為主流。
[0004]另一方面，為了實現矽太陽能電池的高效率，已經開發了許多裝置，如淺結髮射極、選擇性發射極等。淺結髮射極指的是具有60至120 Ω/平方的高表面電阻的發射極層，其具有低複合率和使用具有短波長的太陽光的優點。
[0005]在晶體矽太陽能電池中，在基板上形成的發射極層使使用基板作為基底形成pn結。高Rs電池具有60至120 Ω /平方的表面電阻，其高於早期的晶體矽太陽能電池的發射層的表面電阻(40至50 Ω/平方)，而因此其顯示優異的光電轉化效率。換言之，所述高效的太陽能電池在所述太陽能電池基板前面上形成的發射極層的表面中提供窄的死層(deadlayer)(其中由形成的電子形成的電流被濃度過量的半導體雜質所中斷的區域)，這提高了太陽能電池的效率。
[0006]這種高效率太陽能電池的發射極層具有IOOnm至500nm的厚度，以及在所述發射極層中的半導體雜質可以具有IX IO16至IXlO21原子/Cm3的濃度。在之前的太陽能製備工藝中，通過形成具有這樣的超薄厚度的發射極和通過控制在發射極層中的所述半導體雜質具有低的摻雜濃度來製備所述發射極層。
[0007]然而，在常規太陽能電池中的發射極層的厚度為600nm以上，然而，在高效率太陽能電池中的發射極層的厚度是超薄的，如IOOnm至500nm。因此,當在高效率太陽能電池中形成電極時，其通過薄發射極層與基底基板接觸，因而具有容易短路的問題。也就是，為了商業利用包括薄發射極層的高效率太陽能電池，需要額外的步驟使得所述電極容易地與薄發射極層接觸，並且防止由所述電極與基底矽基板接觸導致的短路。
[0008]Ag膏被用於形成所述薄發射極的正面電極，其包含銀粉、有機粘合劑、玻璃粉等。然而，由於所述Ag膏的玻璃粉，歐姆接觸性能差，並且在苛刻情況下甚至可能發生短路現象。特別地，形成正面電極的接觸需要進行短期的大約800°C的高溫工藝。如果沒有正確地調整所述高溫工藝，將導致高的串聯電阻和/或低的並聯電阻。
[0009]作為保持薄發射極的優點和克服其缺點的途徑之一，公開了加入具有低接觸電阻的鎳層，並且燒制形成矽化鎳的方法(韓國專利申請第2010-7022607號)。在韓國專利申請2010-7022607中，所述方法進一步使具有η型摻雜部分的無電鍍選擇性鎳層退火以形成矽化鎳層，以及在所述矽化鎳層上電鍍多個接觸點，從而形成用於光伏器件的低電阻接觸路徑。上述文獻I的方法具有這樣的缺點:由於用於形成所述鎳層的無電鍍工藝和單獨的選擇性電鍍工藝導致該方法複雜，且成本昂貴。此外，所述方法應該包括額外的步驟以使具有P型摻雜的體矽(bulk silicon)的太陽能裝置的鋁背面退火以建立更密集的P型摻雜區域(稱作BSF(背面場(Back Surface Field)),所述背面場向p-n結驅趕電子。
[0010]提供了通過使用矽基板摻雜膏經由在頂部選擇性地形成更密集的雜質摻雜區域形成選擇性發射極來增加在p-n結區域的電勢差和提高短波響應來增加光伏功率的效率的方法(韓國專利申請第2010-0068987號)。在第2010-0068987號的情況下，所述方法包括如下步驟:加入第二導體型雜質並擴散至矽基板中以在所述矽基板的上部上形成第二導體型半導體層；利用摻雜膏印刷所述矽基板表面，並且加熱它以在所述第二導體型半導體層上形成更密集的摻雜區域；使用所述摻雜膏作為屏障蝕刻所述矽基板表面；除去印刷在所述矽基板表面上的摻雜膏，並且圖形化金屬材料以與所述更密集摻雜的區域接觸，由此形成電極；和進行額外的擴散步驟以延伸所述更密集摻雜的區域。然而，即使這種方法，也是複雜且成本高昂的。
【發明內容】
[0011]技術問題
[0012]為了解決現有技術的上述問題，本發明的目的是提供具有低接觸電阻的太陽能電池。
[0013]本發明的另一目的是提供用於製備太陽能電池的方法。
[0014]技術方案
[0015]為了實現上述目的，本發明提供了太陽能電池，其包括:
[0016]第一導體型基板；
[0017]第二導體型發射極層，其位於所述基板上並且具有第一開口 ；
[0018]減反射膜，其位於所述發射極層上，並且具有與所述第一開口相通的第二開口 ；
[0019]第一電極，其填充所述第一開口，並且包含磷和矽化鎳；
[0020]第二電極，其形成在所述第一電極上，填充所述第二開口並且包含磷和鎳；
[0021]正面電極，其形成在所述第二電極上；和
[0022]反面電極，其位於所述基板的背面上。
[0023]此外，本發明提供了用於製備太陽能電極的方法，其包括如下步驟:
[0024]在第一導體型基板的上部上形成第二導體型發射極層；
[0025]在所述發射極層的上部上形成減反射膜；
[0026]除去部分的所述減反射膜和發射極層以形成暴露部分發射極層的第一開口和與所述第一開口相通且暴露部分減反射膜的第二開口；
[0027]在所述第一開口和第二開口中絲網印刷包含磷摻雜的鎳納米顆粒的膏，並加熱以分別在所述第一開口和第二開口中形成第一電極和第二電極；
[0028]在所述第二電極上絲網印刷銀膏，並加熱它以形成正面電極；和
[0029]在所述基板的背面上印刷鋁膏，並加熱它以形成反面電極。
[0030]有益效果[0031]本發明可以提供一種太陽能電池及其製備方法，由此可以提供低接觸電阻以提高光伏功率的效率。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0032]圖1為顯示根據本發明的一個實施方式的太陽能電池的結構的剖視圖。
[0033]圖1a至Ie為簡要地顯示製備根據本發明的一個實施方式的太陽能電池的步驟的圖。
[0034]圖2為根據實驗實施例1形成的矽-鎳界面的剖面的圖，其通過掃面電子顯微鏡(SEM)放大。
[0035]圖3為顯示通過EDX分析方法顯示根據實驗實施例1形成的矽-鎳界面的分析結果的圖。
[0036]圖4為顯示通過EDX分析方法顯示根據實驗實施例2形成的矽-鎳界面的分析結果的圖。
[0037]圖5為顯示通過EDX分析方法顯示根據對比實驗實施例1形成的矽-鎳界面的分析結果的圖。
[0038]圖6為顯示根據實驗實施例3和對比實驗實施例2形成的片的表面電阻的隨燒結溫度而變化的圖表。
[0039]附圖標記
[0040]100:基板
[0041]200:發射極層
[0042]210:第一開口
[0043]220:第一電極
[0044]300:減反射膜
[0045]310:第二開口
[0046]320:第二電極
[0047]400:正面電極
[0048]500:反面電極
【具體實施方式】
[0049]根據本發明的一個實施方式的太陽能電池包括:第一導體型基板；第二導體型發射極層，其位於所述基板上並且具有第一開口 ；減反射膜，其位於所述發射極層上，並且具有與所述第一開口相通的第二開口 ；第一電極，其填充所述第一開口，並且包含磷和矽化鎳；第二電極，其形成在所述第一電極上，填充所述第二開口並且包含磷和鎳；正面電極，其形成在所述第二電極上；和反面電極，其位於所述基板的背面上。
[0050]此外，根據本發明的一個實施方式的用於製備太陽能電池的方法，其包括如下步驟:在第一導體型基板的上部上形成第二導體型發射極層；在所述發射極層的上部上形成減反射膜；除去部分的所述減反射膜和發射極層以形成暴露部分發射極層的第一開口和與所述第一開口相通且暴露部分減反射膜的第二開口 ；在所述第一開口和第二開口中絲網印刷包含磷摻雜的鎳納米顆粒的膏，並加熱它以分別在所述第一開口和第二開口中形成第一電極和第二電極；在所述第二電極上絲網印刷銀膏，並加熱它以形成正面電極；和在所述基板的背面上印刷鋁膏，並加熱它以形成反面電極。
[0051]在本發明中，術語「第一」、「第二」等用於解釋說明各種部件，以及使用所述術語的目的僅是為了將一個部件與其它部件區分開來。
[0052]此外，當各層或部件被描述為在本發明中的各層或部件的「上部」或「上面」上形成時，其表示所述各層或部件在各層或部件上直接形成，或其它層或部件可以額外形成在各層之間，或在目標物或基板上。
[0053]可以以多種方式改變本發明或本發明可以具有多種形式。因此，下面將詳細示例和解釋具體的實施例。然而，並不打算使具體公開的內容以任何形式限制本發明的範圍，以及應該理解所有的改變、等同替換或置換都落入到本發明的技術概念和範圍內。
[0054]在下文中，通過參照附圖，將更加詳細地解釋本發明的太陽能電池及其製備方法。
[0055]太陽能電池
[0056]本發明所述的太陽能電池包括:
[0057]第一導體型基板；
[0058]第二導體型發射極層，其位於所述基板上並且具有第一開口 ；
[0059]減反射膜，其位於所述發射極層上，並且具有與所述第一開口相通的第二開口 ；
[0060]第一電極，其填充所述第一開口，並且包含磷和矽化鎳；
[0061]第二電極，其形成在所述第一電極上，填充所述第二開口並且包含磷和鎳；
[0062]正面電極，其形成在所述第二電極上；和
[0063]反面電極，其位於所述基板的背面上。
[0064]圖1為顯示根據本發明的一個實施方式的太陽能電池的結構的剖視圖。
[0065]參照圖1，根據本發明的太陽能電池包括第一導體型基板(100);第二導體型發射極層(200)，其位於所述基板(100)上並且具有第一開口(210);減反射膜(300)，其位於所述發射極層(200)上，並且具有與所述第一開口(210)相通的第二開口(310);第一電極(220)，其填充所述第一開口(210)，並且包含磷和矽化鎳；第二電極(320)，其形成在所述第一電極(220)上，填充所述第二開口(310)並且包含磷和鎳；正面電極(400)，其形成在所述第二電極(320)上；和反面電極(500)，其位於所述基板(100)的背面上。
[0066]根據本發明的一個實施方式，所述基板(100)為第一導體型娃半導體基板，以及例如可以被作為P型雜質的三價元素雜質(如，硼⑶、鎵(Ga)、銦(In)等)摻雜。所述矽可以為晶體矽，如單晶矽或多晶矽，或無定形矽。
[0067]所述發射極層(200)為第二導體型，其與基板(100)相反，以及可以被作為N型雜質的第V族元素(如磷(P)、砷(As)、銻(Sb)等)摻雜。
[0068]根據本發明的另一實施方式，所述基板(100)可以為N型導體型，以及所述發射極層(200)可以為P型導體型。
[0069]如果如上所述在基板(100)和發射極層(200)中摻雜相反的導體型雜質，就在所述基板(100)和發射極層(200)之間的界面中形成P-N結。
[0070]根據本發明的一個實施方式，所述發射極層(200)可以具有其中光伏轉化效率高的高表面電阻。例如，本發明的太陽能電池可以包括表面電阻高達約60至約120Ω/平方的發射極層(200)。[0071]根據本發明的一個實施方式，所述發射極層(200)可以具有約100至約500nm的厚度。
[0072]參照圖1，所述發射極層(200)具有第一開口(210)，其暴露了至少部分的所述發射極層(200)，例如，所述發射極層(200)的約5至約IOnm的厚度。
[0073]所述減反射膜(300)起到鈍化存在於所述發射極層(200)的表面或本體中的缺陷且降低在所述基板(100)前表面上的入射太陽光的反射率的作用。如果所述發射極層(200)的缺陷被鈍化,則去除了憎水載流子(hydrophobic carrier)的複合位點以提高所述太陽能電池的開路電壓(Voc)。以及，隨著太陽能反射率下降，到達P-N結的光的量增加，進而所述太陽能電池的短路電流(Isc)增加。因此，所述太陽能電池的轉化效率的增加與由減反射膜(300)導致的太陽能電池的開路電壓和短路電流的增加一樣多。
[0074]例如，所述減反射膜(300)可以具有選自氮化矽膜、包含氫的氮化矽膜、二氧化矽膜、氮氧化矽膜、MgF2膜、ZnS膜、TiO2膜和CeO2膜中的任一種的單層結構或者其中結合了兩層或更多層的多層結構，但是不限於此。此外，所述減反射膜(300)的厚度可以為約30至約IOOnm,但是不限於此。
[0075]所述減反射膜(300)位於所述發射極層(200)的上部上，並且具有與所述第一開口(210)相通的第二開口(310)。因此，所述第二開口(310)成為具有穿過所述減反射膜(300)的形狀。
[0076]所述第一和第二開口(210，310)可以具有約20至約150μπι的寬度，以及它們可以具有任何形狀。例如，所述第一和第二開口(210，310)可以具有圓形、橢圓形、正方形或三角形。
[0077]分別填充所述第一開口(210)和第二開口(310)來形成所述第一電極(220)和第二電極(320)。
[0078]所述第一電極(220)填充所述第一開口(210),同時與被所述第一開口(210)暴露的發射極層(200)接觸，以及包含磷和矽化鎳(Ni silicide)。
[0079]在所述第一電極(220)中的磷的含量高於在所述發射極層(200)中作為雜質摻雜的磷的濃度，以及可以為約I至約20wt%,優選約5至約15wt%。
[0080]通過使用磷摻雜的鎳納米顆粒可以形成所述第一電極(220)以包含磷和矽化鎳。
[0081]在上述磷摻雜的鎳納米顆粒中包含的鎳可以與在所述發射極層(200)中的矽反應以在所述發射基層(200)的界面上形成矽化鎳，由此所述第一電極(220)包含矽化鎳。因此，可以提供低的接觸電阻以提聞光伏功率的效率。
[0082]第二電極(320)形成在所述第一電極(220)上，填充所述第二開口(310)並且包含磷和鎳。在所述第二電極(320)的形成過程中使用的磷摻雜的鎳納米顆粒可以與在所述第一電極(220)的形成過程中使用的鎳顆粒相同。然而，由於所述第二電極(320)不與所述發射極層(200)接觸，形成了矽化鎳。
[0083]所述正面電極(400)形成在所述第二電極(320)上，並且具有從所述減反射膜(300)中突出的形狀。
[0084]根據本發明的一個實施方式，所述正面電極(400)包含銀(Ag)，以及特別地，可以不包含玻璃粉。由於正面電極(400)不包含玻璃粉，可以降低由作為非導體材料的玻璃粉導致的短路和接觸電阻增加的風險(即，導電率下降的風險)以提高可靠性。[0085]根據本發明的一個實施方式，所述正面電極(400)可以具有約40至約200μπι的寬度和約5至約30 μ m的高度。
[0086]所述反面電極(500)形成在所述基板(100)的背面上，並且可以包含鋁。在所述反面電極(500)中包含的鋁可以擴散通過所述基板的背面以在所述反面電極(500)和基板(100)之間的界面中形成背面場層(back surface field layer)。如果形成背面場層,可以防止載流子移動至所述基板(100)的背面並隨後複合。如果防止了載流子複合，則可以增加開路電壓以改善所述太陽能電池的效率。
[0087]通過提供低接觸電阻可以改善根據本發明的太陽能電池的效率，這是通過使用高濃度的磷摻雜鎳納米顆粒形成太陽能電池的特徵實現的，所述太陽能電池包括第一電極，該第一電極與發射極層接觸以選擇性地形成高濃度的雜質摻雜的區域，以及同時，所述太陽能電池在所述發射極層和所述第一電極之間的界面中包括矽化鎳。
[0088]用於製備太陽能電池的方法
[0089]本發明的用於製備太陽能電池的方法包括如下步驟:
[0090]在第一導體型基板的上部上形成第二導體型發射極層；
[0091]在所述發射極層的上部上形成減反射膜；
[0092]除去部分的所述減反射膜和發射極層以形成暴露部分發射極層的第一開口和與所述第一開口相通且暴露部分減反射膜的第二開口；
[0093]在所述第一開口和第二開口中絲網印刷包含磷摻雜的鎳納米顆粒的膏，並加熱它以分別在所述第一開口和第二開口中形成第一電極和第二電極；
[0094]在所述第二電極上絲網印刷銀膏，並加熱它以形成正面電極；和
[0095]在所述基板的背面上印刷鋁膏，並加熱它以形成反面電極。
[0096]圖1a至Ie簡要地概述了根據本發明的一個實施方式的製備太陽能電池的步驟。
[0097]參照圖la，首先，製備第一導體型基板(100)。
[0098]在所述基板(100)中，可以摻雜B、Ga、In等第III族元素作為P型雜質。
[0099]在所述基板(100)的上部上形成發射極層(200)。在所述發射極層(200)中，可以摻雜P、As、Sb等第V族元素作為N型雜質。所述發射極層(200)可以以100至約500nm的厚度形成。
[0100]根據本發明的一個實施方式，可以氣相或液相形式提供含P的物質(如POCl3)，並通過熱擴散法以恆定的厚度摻雜在所述基板(100)的表面上以形成具有60至120 Ω/平方的表面電阻的發射極層(200)。
[0101]接著，在所述發射極層(200)的上部上形成減反射膜(300)。
[0102]通過真空沉積、化學氣相沉積、旋塗法、絲網印刷法或噴塗法可以形成減反射膜(300)，但是所述方法不限於此。此外，例如，所述減反射膜(300)可以具有選自氮化矽膜、包含氫的氮化矽膜、二氧化矽膜、氮氧化矽膜、MgF2膜、ZnS膜、TiO2膜和CeO2膜中的任一種的單層結構或者其中結合了兩層或更多層的多層結構，但是不限於此。
[0103]可以形成所述減反射膜(300)以具有約30至約IOOnm的厚度。
[0104]參照圖lb，形成了第一開口(210)，該第一開口(210)穿過所述減反射膜(300)並除去所述減反射膜(300)，同時，除去部分的發射極層(200)並暴露了部分的發射極層(200);和第二開口(310)，該第二開口(310)與所述第一開口(210)相通，並暴露所述減反射膜(300)。
[0105]使用選自光刻法、光學劃線法(optical scribing method)、機械劃線法(mechanical scribing method)、使用等離子體的浸蝕法、溼型蝕刻法、幹型蝕刻法、剝離法和線掩膜法中的任何已知的方法通過圖案化可以形成所述第一和第二開口(210，310)。根據本發明的一個實施方式，使用雷射燒蝕法通過除去恆定尺寸可以形成所述第一和第二開口(210，310)，但是所述方法不限於此。
[0106]所述第二開口(310)完全穿過所述減反射膜(300)。然而，所述第一開口(210)沒有穿過所述發射極層(200)，以及可以形成為與從所述發射極層(200)中除去的厚度相同的深度。例如，通過以約5至約IOnm的深度除去發射極層(200)可以形成第一開口(210)。
[0107]所述第一和第二開口(210，310)可以具有約20至約150μπι的寬度，以及它們可以具有任何形狀。例如，所述第一和第二開口(210，310)可以形成為圓形、橢圓形、正方形或三角形的形狀。
[0108]接著，參照圖lc，將包含磷摻雜的鎳納米顆粒的膏絲網印刷在第一和第二開口(210,310)上，然後加熱。
[0109]基於100重量份的膏，包含磷摻雜的鎳納米顆粒的膏可以包含60至95重量份的磷摻雜的納米顆粒，I至20重量份的粘合劑和I至20重量份的溶劑。
[0110]用於形成所述第一和第二電極(220，320)的上述磷摻雜的鎳納米顆粒具有約5至約200nm,優選約10至約IOOnm的平均粒徑，以及可以包含約I至約20wt%的量的磷。
[0111]所述磷摻雜的鎳納米顆粒可以在液相還原法中通過半連續方法製備，但是所述方法並不限於此。
[0112]例如，對於作為用於生長鎳的催化劑的過渡金屬核顆粒，使包含鎳前體和溶劑的鎳溶液與包含磷的還原劑混合以還原鎳，並且同時使磷摻雜，由此可以得到具有納米尺寸粒徑的鎳納米顆粒,其中，磷以I至20wt%的量摻雜。
[0113]基於100重量份的膏，可以以60至95重量份的量包含所述磷摻雜的鎳納米顆粒。當以少於60重量份的量包含所述鎳納米顆粒時，不能實現足夠的導電性，以及當以超過95重量份的量包含所述鎳納米顆粒時，粘度變得太高而不能容易地進行絲網印刷。
[0114]所述粘合劑在燒結電極圖形之前起到各成分的粘結材料的作用，以及其優選通過懸浮聚合製備以得到均一性。所述粘合劑可以包含含羧基的樹脂，特別是，本身具有烯屬不飽和雙鍵的含羧基的光敏樹脂和不具有烯屬不飽和雙鍵的含羧基的樹脂。
[0115]根據本發明的一個實施方式，可以使用通過共聚不飽和羧酸和具有不飽和雙鍵的化合物得到的含羧基的樹脂、通過將烯屬不飽和基團作為側鏈加入不飽和羧酸和具有不飽和雙鍵的化合物的共聚物中得到的含羧基的光敏樹脂，或者通過使具有不飽和雙鍵的酸酐和具有不飽和雙鍵的化合物的共聚物與具有羥基和不飽和雙鍵的化合物反應得到的含羧基的光敏樹脂，但是所述粘合劑不限於此。
[0116]優選以I至20重量份的量包含所述粘合劑。當所述樹脂的含量低於I重量份時，在由此形成的電極圖形中的粘合劑分布變得不均一，使得難於通過選擇性曝光和顯影進行圖形化，以及當所述含量超過20重量份時，在燒結電極時會容易地發生圖形斷裂，且燒結之後的炭灰會增加所述電極電阻。
[0117]可以使用可以溶解所述粘合劑且與其它添加劑混合良好的任何溶劑。所述溶劑的非限制性的實例包括α -萜品醇、二甘醇一丁醚乙酸酯、2，2，4-三甲基-1，3-戊二醇單異丁酸酯(texanol)、丁基甲醇、二丙二醇單甲醚等。
[0118]優選以I至20重量份的量包含所述溶劑。當以低於I重量份的含量包含所述溶劑時，不容易均勻地塗布所述膏。相反地，當以超過20重量份的含量包含所述溶劑時，不能實現所述電極圖形的足夠的導電性，以及對所述基板的粘結性劣化。
[0119]可以進一步包含添加劑，如分散劑、增稠劑、觸變劑、流平劑等，以及基於100重量份的所述膏，它們的量可以為I至20重量份。
[0120]根據本發明的一個實施方式，可以如下進行絲網印刷包含磷摻雜的鎳納米顆粒的膏然後加熱它的步驟:使用絲網印刷機進行印刷，然後在氮氣氛圍下在約400至約900°C的帶式燒結(belt firing)中燒結約10秒至約20分鐘。當熱處理的溫度低於400°C時,難以形成具有比所述發射極層(200)高的雜質濃度的雜質摻雜的區域，而當溫度太高時，可能不能形成矽化鎳。
[0121]如上所述，通過印刷所述包含磷摻雜的鎳納米顆粒的膏並加熱它在所述第一開口(210)中形成第一電極(220)。同樣，在第二開口(310)中形成所述第二電極(320)。
[0122]通過絲網印刷包含磷摻雜的鎳納米顆粒的膏並燒結它的工藝，在所述第一電極(220)中的磷摻雜的鎳納米顆粒可以與在與第一電極接觸的所述發射極層(200)中的矽反應在以在與所述發射極層(200)的界面上形成矽化鎳。因此，第一電極(220)包含磷和矽化鎳。此外，由於在磷摻雜的鎳納米顆粒中包含的磷，第一電極(220)形成比發射極層(200)更高濃度的雜質摻雜區域，由此提供了低接觸電阻。
[0123]通過燒結，第二電極(320)包含磷和鎳。由於所述第二電極(320)不與所述發射極層(200)接觸，沒有形成了矽化鎳。第二電極(320)可以完全填充第二開口(310)，形成與所述減反射膜(300)相同的高度。
[0124]接著，參照圖ld，將銀(Ag)膏絲網印刷在第二電極(320)上，然後加熱以形成正面電極(400)。
[0125]所述正面電極(400)與第二電極(320)連接，且被形成在其上部上。
[0126]基於100重量份的總的銀膏，所述銀膏以約60至約95重量份的量包含銀粉末。當銀粉末的含量低於60重量份時，所述正面電極(400)不會具有足夠的導電性，然而，當所述含量超過95重量份時，粘度太高而不容易印刷，而因此超過上述範圍的含量是不合意的。
[0127]根據本發明的一個實施方式，所述銀膏可以不包含玻璃粉。所述玻璃粉起到在燒結後使銀膏粘附或結合到所述基板上的作用，但是其也是在燒結過程中在高溫下導致短路的因素。在本發明的方法中，不包含玻璃粉的銀膏被用於形成正面電極(400)，由此，甚至在高溫過程中，可以降低由作為非導電材料的玻璃粉導致的短路的風險和接觸電阻增加的風險。因此，可以提高太陽能電池的可靠性。
[0128]根據本發明的一個實施方式，可以如下進行絲網印刷銀膏並加熱它的步驟:通過使用絲網印刷機進行印刷，然後在氮氣氛圍下在約400至約900°C的帶式燒結中燒結所述膏約10秒至約20分鐘。
[0129]可以形成所述正面電極(400)以具有約40至約200 μ m的寬度和約5至約30 μ m
的高度。
[0130]根據本發明的一個實施方式，可以同時進行用於形成第一和第二電極(220，320)的絲網印刷包含磷摻雜的鎳納米顆粒的膏然後加熱它的步驟和用於形成所述正面電極(400)的絲網印刷所述銀膏然後加熱它的步驟。換言之，絲網印刷所述鎳膏和銀膏，然後同時加熱，以同時形成第一電極(220)、第二電極(320)和正面電極(400)。在這種情況下，可以通過在氮氣氛圍下在約400至約900°C的帶式燒結中燒結約10秒至約20分鐘進行所述熱處理。
[0131]根據本發明的另一實施方式，可以分別進行鎳膏和銀膏的熱處理。
[0132]參照圖le，將鋁膏印刷在所述基板(100)的背面上，然後加熱以形成反面電極(500)。
[0133]所述鋁膏可以包含鋁、石英二氧化矽、粘合劑等。在鋁膏的熱處理過程中，所述鋁可以擴散通過所述基板(100)的背面以在所述反面電極(500)和基板(100)之間的界面中形成背面場層。如果形成了背面場層，其可以防止載流子移動至所述基板(100)的背面並隨後複合。如果阻止了載流子複合，就可以增加開路電壓以改善所述太陽能電池的效率。
[0134]根據本發明的一個實施方式，可以在氮氣氛圍下在約400至約900°C的帶式燒結中燒結約10秒至約20分鐘進行熱處理所述鋁膏的步驟。
[0135]儘管沒有通過單獨的附圖顯示，根據本發明的另一實施方式，可以和形成正面電極(400)的步驟一起同時形成反面電極(500)。換言之，絲網印刷用於形成正面電極(400)的銀膏和絲網印刷用於形成反面電極(500)的鋁膏，然後通過燒結工藝可以同時形成正面電極(400)和反面電極(500)。
[0136]此外，根據本發明的另一實施方式，可以在形成所述減反射膜(300)之後和在形成第一和第二開口(210，310)之前通過單獨的燒結步驟形成反面電極(500)。用於形成反面電極(500)的這些各種方法不會對本發明的太陽能電池產生任何影響。
[0137]實施例
[0138]在下文中，通過實施例將更加詳細地描述本發明。然而，下面的實施例僅用於闡述本發明，而不是打算利用它們以任何方式限制本發明的範圍。
[0139]〈製備實施例〉
[0140]製備包含磷摻雜的鎳納米顆粒的膏
[0141]制各實施例1
[0142]混合併分散85wt%的包含磷摻雜的鎳納米顆粒的粉末(平均粒徑為lOOnm，以及磷含量為17.45wt% )、10wt%的二甘醇一丁醚乙酸酯和5wt%的作為粘合劑的乙基纖維素樹脂(商品名=Ethocel，陶氏化學公司，標準100)。通過3輥研磨分散所述混合物分散體以製備所需的膏。
[0143]制各實施例2
[0144]除了使用平均粒徑為IOOnm且磷含量為15.68wt %的摻雜的鎳納米顆粒之外，根據與製備實施例1相同的步驟製備所需的膏。
[0145]對比制各實施例1
[0146]除了使用平均粒徑為SOnm且沒有用磷摻雜的鎳納米顆粒(Dream公司，產品編號:DR-NIM-04)之外，根據與製備實施例1相同的步驟製備所需的膏。
[0147]〈實施例〉
[0148]太陽能電池的製備[0149]實施例1
[0150]在900°C的管式爐中使用POCl3通過擴散方法摻雜磷(P)，其中，使用156nm的多晶矽片以形成具有100 Ω/平方的表面電阻的發射極層。
[0151]在上述發射極層上，通過PECVD法氣相沉積SOnm厚度的氮化矽膜以形成減反射膜。
[0152]在背面上絲網印刷Al 膏(Toyo Aluminium K.K Company ALS0LAR)。然後，在 300°C的帶式燒結中乾燥所述Al膏60秒，並且在900°C的帶式燒結中燒結60秒。在燒結後，反面電極形成為約30 μ m的厚度。
[0153]通過雷射燒蝕以40 μ m的寬度除去所述減反射膜以形成開口。在該開口上絲網印刷在製備實施例1中得到的膏以形成鎳層。
[0154]在如上形成的鎳層上通過使用不包含玻璃粉的Ag膏(FP公司，FTL-602)形成正面電極。接著，在900°C的帶式燒結中進行燒結20秒以形成第一電極、第二電極和正面電極。燒結的手指寬度為約80 μ m,以及燒結的正面電極的厚度為約10 μ m。
[0155]實施例2
[0156]除了在第一電極、第二電極和正面電極的形成過程中在800°C的帶式燒結中進行燒結20秒之外，根據與實施例1相同的步驟製備所需的太陽能電池。
[0157]對比實施例1
[0158]除了使用在對比製備實施例1中得到的膏之外，根據與實施例1相同的步驟製備所需的太陽能電池。
[0159]〈實驗實施例〉
[0160]1、矽化鎳形成的評估
[0161]實駘實施例1
[0162]為了確認通過燒結摻雜磷的鎳顆粒使得磷擴散到純Si晶片中，製備沒有利用任何雜質摻雜的晶片。
[0163]使用絲網印刷機在上述晶片上印刷在製備實施例1中得到的膏，並在氮氣氛圍下在900°C的帶式燒結中燒結20秒。
[0164]通過SEM(掃描電子顯微鏡)分析由此形成的剖面，以及結果示於圖2中。
[0165]此外，通過EDX(能量分散型X射線微量分析)分析所述界面，以及結果示於圖3中。
[0166]參照圖2和3，可以確認在所述界面的下方，在純Si晶片的上部探測到了鎳成分，由此可以確認在矽-鎳接觸層的區域中形成了矽化鎳。
[0167]實駘實施例2
[0168]除了使用在製備實施例2中得到的膏之外，根據與實驗實施例1相同的步驟進行燒結。[0169]通過EDX的界面分析得到的結果示於圖4中。參照圖4，可以確認在所述界面的下方，在純Si晶片的上部探測到了鎳成分，由此可以確認在矽-鎳接觸層的區域中形成了矽化鎳。
[0170]對比實駘實施例1
[0171]除了使用在對比製備實施例1中得到的膏之外，根據與實驗實施例1相同的步驟進行燒結。
[0172]通過EDX的界面分析得到的結果示於圖5中。參照圖5，可以確認在所述界面的下方，在純Si晶片的上部探測到了鎳成分，由此可以確認在接觸層中形成了矽化鎳。
[0173]2、表面電阻的評估
[0174]實駘實施例3
[0175]在900°C的管式爐中使用POCl3通過擴散方法摻雜磷(P)，其中，使用純多晶矽晶片，並且使用具有75 Ω/平方的表面電阻的晶片。
[0176]接著，使用絲網印刷機在上述晶片上印刷在製備實施例1中得到的膏，並在氮氣氛圍下在400、600、900°C的帶式燒結中燒結20秒。在各溫度下燒結之後，通過4探針儀測量表面電阻。結果示於下面的表1和圖6中。
[0177]對比實駘實施例2
[0178]在900°C的管式爐中使用POCl3通過擴散方法摻雜磷(P)，其中，使用純多晶矽晶片，並且使用具有75 Ω/平方的表面電阻的晶片。
[0179]接著，使用絲網印刷機在上述晶片上印刷在對比製備實施例1中得到的膏，並在氮氣氛圍下在400、600、900°C的帶式燒結中燒結20秒。在各溫度下燒結之後，通過4探針儀測量表面電阻。結果示於下面的表1和圖6中。
[0180][表 I]
[0181]
【權利要求】
1.一種太陽能電池，其包括: 第一導體型基板； 第二導體型發射極層，其位於所述基板上並且具有第一開口 ； 減反射膜，其位於所述發射極層上，並且具有與所述第一開口相通的第二開口 ； 第一電極，其填充所述第一開口，並且包含磷和娃化鎳； 第二電極，其形成在所述第一電極上，填充所述第二開口並且包含磷和鎳； 正面電極，其形成在所述第二電極上；和 反面電極，其位於所述基板的背面上。
2.根據權利要求1所述的太陽能電極，其中，利用P型雜質摻雜所述基板，以及利用N-型雜質摻雜所述發射極層。
3.根據權利要求1所述的太陽能電池，其中，所述發射極層具有60至120Ω/平方的表面電阻。
4.根據權利要求1所述的太陽能電池，其中，所述發射極層具有100至500nm的厚度。
5.根據權利要求1所述的太陽能電池，其中，所述減反射膜具有選自氮化矽膜、包含氫的氮化矽膜、氮氧化矽膜、MgF2膜、ZnS膜、TiO2膜和CeO2膜中的任一種的單層或者其中結合了選自上述單層中的兩層或更多層的多層。
6.根據權利要求1所述的太陽能電池，其中，所述發射極層包含磷作為雜質，以及所述第一電極包含比所述發射極層更高濃度的磷。
7.根據權利要求1所述的太陽能電池，其中，所述正面電極包含銀(Ag)。
8.根據權利要求1所述的太陽能電池，其中，所述反面電極包含鋁。
9.一種用於製備太陽能電池的方法，其包括如下步驟: 在第一導體型基板的上部上形成第二導體型發射極層； 在所述發射極層的上部上形成減反射膜； 除去部分的所述減反射膜和發射極層以形成暴露部分發射極層的第一開口和與所述第一開口相通且暴露部分減反射膜的第二開口； 在所述第一開口和第二開口中絲網印刷包含磷摻雜的鎳納米顆粒的膏，並加熱它以分別在所述第一開口和第二開口中形成第一電極和第二電極； 在所述第二電極上絲網印刷銀膏，並加熱它以形成正面電極；和 在所述基板的背面上印刷鋁膏，並加熱它以形成反面電極。
10.根據權利要求9所述的用於製備太陽能電池的方法，其中，基於100重量份的所述膏，所述包含磷摻雜的鎳納米顆粒的膏包含60至95重量份的磷摻雜的納米顆粒，I至20重量份的粘合劑和I至20重量份的溶劑。
11.根據權利要求10所述的用於製備太陽能電池的方法，其中，所述磷摻雜的鎳納米顆粒具有5至200nm的平均粒徑。
12.根據權利要求10所述的用於製備太陽能電池的方法，其中，基於所述鎳納米顆粒的總重量,所述磷摻雜的鎳納米粒子包含I至2(^1:%量的磷。
13.根據權利要求10所述的用於製備太陽能電池的方法，其中，所述粘合劑為選自:通過共聚不飽和羧酸和具有不飽和雙鍵的化合物得到的含羧基的光敏樹脂、通過將烯屬不飽和基團作為側鏈加入不飽和羧酸和具有不飽和雙鍵的化合物的共聚物中得到的含羧基的光敏樹脂，和通過使具有不飽和雙鍵的酸酐和具有不飽和雙鍵的化合物的共聚物與具有羥基和不飽和雙鍵的化合物反應得到的含羧基的光敏樹脂中的一種或多種。
14.根據權利要求10所述的用於製備太陽能電池的方法，其中，所述溶劑為選自α-萜品醇、二甘醇一丁醚乙酸酯、2，2，4-三甲基-1，3-戊二醇單異丁酸酯、丁基甲醇和二丙二醇單甲醚。
15.根據權利要求9所述的用於製備太陽能電池的方法，其中，所述銀膏不包含玻璃粉。
16.根據權利要求9所述的用於製備太陽能電池的方法，其中，所述鋁膏包含鋁、石英二氧化矽和粘合劑。
17.根據權利要求9所述的用於製備太陽能電池的方法，其中，通過雷射燒蝕形成所述第一開口和第二開口。
18.根據權利要求9所述的用於製備太陽能電池的方法，其中，所述發射極層具有60至。120 Ω/平方的表面電阻，和100至500nm的厚度。
19.根據權利要求9所述的用於製備太陽能電池的方法，其中，所述發射極層包含磷作為雜質，以及所述第一電極包含比所述發射極層更高濃度的磷。
20.根據權利要 求9所述的用於製備太陽能電池的方法，其中，所述第一電極包含磷和矽化鎳，以及所述第二電極包含磷和鎳。
21.根據權利要求9所述的用於製備太陽能電池的方法，其中，同時進行所述包含磷摻雜的鎳納米顆粒的膏的熱處理步驟和所述銀膏的熱處理步驟。
22.根據權利要求21所述的用於製備太陽能電池的方法，其中，通過在400至900°C的溫度下燒結10秒至20分鐘進行所述熱處理步驟。
23.根據權利要求9所述的用於製備太陽能電池的方法，其中，在形成所述正面電極的步驟之後或與形成所述正面電極的步驟的同時進行形成所述反面電極的步驟。
24.權利要求書24缺失
25.根據權利要求9所述的用於製備太陽能電池的方法，其中，在形成所述減反射膜之後且在形成所述第一和第二開口之前進行形成所述反面電極的步驟。
【文檔編號】H01L31/0224GK104011874SQ201280060746
【公開日】2014年8月27日 申請日期:2012年12月4日 優先權日:2011年12月9日
【發明者】孫元一, 沈油枃, 金義德 申請人:韓化石油化學株式會社