一种多结太阳电池芯片

摘要

本发明公开一种多结太阳能电池芯片，包含一垂直通孔阵列，每个通孔侧壁自内向外包含：绝缘层、透明金属层、透明导电层，所述的通孔内填充有透明填料；所述的绝缘层自通孔侧壁延伸至电池芯片上下表面，覆盖上下表面通孔边缘区域，所述的透明金属层、透明导电层延伸至电池芯片上表面，覆盖上表面通孔边缘区域，所述的通孔内透明填料的上表面向通孔内凹陷，形成凹透镜。本发明通过通孔阵列使得电池芯片上表面负电极被引入背面，节约了正面电极面积，且通孔内延伸至上表面的绝缘层、透明金属层、透明导电层均为透光，实现了电池芯片上表面无电极遮光。

权利要求

1.一种多结太阳能电池芯片，其特征在于：包含一垂直通孔阵列，每个通孔侧壁自内向外包含：绝缘层、透明金属层、透明导电层，所述通孔内填充有透明填料；所述绝缘层自通孔侧壁延伸至电池芯片上下表面，覆盖上下表面通孔边缘区域，所述透明金属层、透明导电层延伸至电池芯片上表面，覆盖上表面通孔边缘区域，所述通孔内透明填料的上表面向通孔内凹陷，形成凹透镜；所述多结太阳能电池芯片包括设置于背面的正负电极，其中正电极与电池芯片直接接触，负电极形成于背面的所述绝缘层之上，并与所述透明金属层、透明导电层接触。

2.根据权利要求1所述的一种多结太阳能电池芯片，其特征在于：所述垂直通孔贯穿电池芯片，其通孔直径为10-50微米，中心间距为50-150微米。

3.根据权利要求1所述的一种多结太阳能电池芯片，其特征在于：所述绝缘层自通孔侧壁延伸至电池芯片上下表面，覆盖上下表面沿通孔边缘的部分区域。

4.根据权利要求1所述的一种多结太阳能电池芯片，其特征在于：所述绝缘层为二氧化硅、氮化硅、三氧化二铝的一种或其组合。

5.根据权利要求1所述的一种多结太阳能电池芯片，其特征在于：所述透明金属层为镍金合金或金锗合金材料。

6.根据权利要求1所述的一种多结太阳能电池芯片，其特征在于：所述的透明金属层延伸至电池芯片上表面，并且其覆盖区域超出所述绝缘层覆盖的上表面区域，使得部分透明金属层与电池芯片上表面接触，并形成欧姆接触。

7.根据权利要求1所述的一种多结太阳能电池芯片，其特征在于：所述透明导电层为ITO或氧化锌或碳化硅材料，其是用来加厚所述透明金属层来增加导电性。

8.根据权利要求1所述的一种多结太阳能电池芯片，其特征在于：所述透明导电层自通孔侧壁延伸至电池芯片上表面，其覆盖的上表面区域等于或大于所述透明金属层覆盖区域。

9.根据权利要求1所述的一种多结太阳能电池芯片，其特征在于：所述透明填料填充在通孔内，并在通孔顶部位置形成向通孔内凹陷的凹面，形成凹透镜。

10.根据权利要求9所述的一种多结太阳能电池芯片，其特征在于：所述凹透镜的形成方式为：采用旋涂、喷涂或浸涂方法在电池芯片表面覆盖一层液态透明填料，利用液体在通孔口的表面张力形成凹面；固化；化学蚀刻去除通孔以外区域的透明填料。

说明书

一种多结太阳电池芯片

技术领域

[0001] 本发明涉及一种多结太阳能电池芯片，属半导体光电子器件与技术领域。

背景技术

[0002] 太阳能电池发电是一种清洁、可再生能源，是未来新能源的一种主要来源，可以将太阳光直接转换为电能，而没有任何污染，并且相对于传统化石能源，其是一种可持续、取之不尽的新型能源。然而目前太阳能发电成本仍远高于传统化石能源，一方面是因为其制作成本高，另一方面，更重要的是其发电效率仍有待提高。目前，太阳能电池内量子效率已很高，特别是三五族化合物太阳能电池的内量子效率可高达85%以上，然而实际光电转换效率仍不超过50%，集成于系统后则在30%左右，究其原因，一方面是太阳光在电池表面及光学系统中的反射、散射、吸收等光学损失，另一方面则是在于电池自身电阻引起的功率损耗。本发明从如何减少光学损失的方向来提高转换效率。

[0003] 目前，太阳电池多采用上下电极结构，其制备工艺简单，但也增加了电极遮光，通常太阳电池正面电极遮光达5%以上，如能将这部分损失的太阳光加以利用，将大幅提高电池效率。

发明内容

[0004] 本发明的目的在于提出一种多结太阳能电池芯片，以实现无电极遮光，使得太阳光能够全部得到利用。

[0005] 为了达到上述目的，本发明提供的技术方案为：一种多结太阳能电池芯片，其特征在于：所述的多结太阳电池芯片包含一垂直通孔阵列，每个通孔侧壁自内向外包含：绝缘层、透明金属层、透明导电层，所述的通孔内还填充有透明填料；所述的绝缘层自通孔侧壁延伸至电池芯片上下表面，覆盖上下表面通孔边缘区域，所述的透明金属层、透明导电层延伸至电池芯片上表面，覆盖上表面通孔边缘区域，所述的通孔内透明填料的上表面向通孔内凹陷，形成凹透镜；所述的多结太阳电池芯片还包括设置于背面的正负电极，其中正电极与电池芯片直接接触，负电极形成于背面的所述绝缘层之上，并与所述的透明金属层、透明导电层接触。

[0006] 所述的垂直通孔贯穿电池芯片，其通孔直径为10-50微米，中心间距为50-150微米；

[0007] 所述的绝缘层为二氧化硅、氮化硅、三氧化二铝等透明绝缘材料的一种或其组合，所述的绝缘层自通孔侧壁延伸至电池芯片上下表面，覆盖上下表面沿通孔边缘的部分区域；

[0008] 所述的透明金属层为镍金合金、金锗合金等材料；

[0009] 所述的透明金属层延伸至电池芯片上表面，并且其覆盖区域超出所述绝缘层覆盖上表面区域，使得部分透明金属层与电池芯片上表面接触，并形成欧姆接触；

[0010] 所述的透明导电层为ITO、氧化锌、碳化硅等材料，其是用来加厚所述透明金属层来增加导电性；

[0011] 所述的透明导电层自通孔侧壁延伸至电池芯片上表面，其覆盖上表面区域等于或大于所述透明金属层覆盖区域；

[0012] 所述的透明填料填充在通孔内，并在通孔顶部位置形成向通孔内凹陷的凹面，形成凹透镜；

[0013] 所述的透明填料为液态固化后形成，其具体制备方法为：采用旋涂、喷涂或浸涂方法在电池芯片表面覆盖一层液态透明填料；固化；化学蚀刻去除通孔以外区域的透明填料；此制备方法是利用液体在通孔口由于表面张力形成凹面，从而固化后形成所述的凹透镜。

[0014] 本发明的技术效果包括但不限于：首先，采用点阵式正面电极，并将其引入背面，在背面形成点阵式正面电极的互连，大幅减少了正面电极面积，而且，通孔内延伸至上表面的绝缘层、透明金属层、透明导电层均为透光，实现了电池芯片上表面无电极遮光；而更重要的，由于多结太阳能电池由多个p-n结组成，其包含数十层不同的材料，因此通孔内必须采用沉积绝缘层的方式来隔离通孔内导电层，由此带来的问题是：通孔过小则难以做到绝缘层、导电层与通孔侧壁的良好接触，一方面可能绝缘不良，导致漏电；另一方面可能导致导电层容易脱落或断开，影响导电性，而通孔过大，则增加了太阳光浪费，相对于传统上下电极垂直结构失去其优势。因此，本发明提出在通孔内设置凹透镜，可进一步将进入通孔内的太阳光折射进入通孔侧壁加以利用，解决了上述矛盾。本发明可以实现电池芯片对太阳光的最大限度利用。

附图说明

[0015] 图1提供一太阳能电池外延片，在其下表面沉积绝缘层，绝缘层覆盖区域略大于通孔，在绝缘层上沉积负电极，在绝缘层以外区域沉积正电极。

[0016] 图2为对应绝缘层区域制备垂直通孔，通孔贯穿电池芯片及上述绝缘层。

[0017] 图3为在上述通孔侧壁沉积绝缘层，并与图示所示绝缘层连接，此外还延伸至电池芯片上表面，覆盖通孔边缘部分区域。

[0018] 图4为在通孔内沉积透明金属层，并延伸至电池芯片上表面，其覆盖上表面区域大于图3所示的绝缘层。

[0019] 图5为在通孔内沉积透明导电层，并延伸至电池芯片上表面，其覆盖上表面区域等于或大于图4所示的透明金属层。

[0020] 图6为在电池芯片上表面涂覆透明填料，其在通孔顶部形成向通孔内凹陷的凹面。

[0021] 图7为蚀刻透明填料层，只留下通孔内填料。

[0022] 图8示意了当太阳光直射如通孔内，将在透明填料的凹面发生折射，使得这部分太阳光能够进入半导体层加以利用。

[0023] 图中各标号表示：001：太阳电池芯片光电转换层；002：正电极；003：负电极；004：绝缘层；005：透明金属层；005a：圆环形透明金属层；006：透明导电层；006a：圆环形透明导电层；007：透明填料；008：绝缘层；008a：圆环形绝缘层。

具体实施方式

[0024] 下面结合实施例对本发明作进一步描述，但不应以此限制本发明的保护范围。

[0025] 如图1所示，提供一太阳能电池光电转换层001，并在其下表面沉积绝缘层004，本实施例中，绝缘层004材料选择氮化硅，厚度为1微米；

[0026] 蚀刻绝缘层004，形成阵列，其阵列排布可以根据需要设计为有序或无序排列，在本实施例中，所述阵列为等间距的方格状排列，并且蚀刻后的绝缘层004为圆形，其直径为80微米，间距为100微米；

[0027] 沉积正电极002及负电极003，其中，负电极003形成于绝缘层004之上，其图形为圆形，直径为50微米，其中心点与上述被蚀刻成圆形的绝缘层004的中心点重合；正电极002与电池芯片光电转换层001下表面形成欧姆接触，其形成于绝缘层004以外的区域，且其边缘距离绝缘层边缘5微米。本实施例中，正负电极厚度为3微米；

[0028] 如图2所示，采用ICP干法蚀刻技术在绝缘层004对应区域形成通孔，即所述通孔中轴线垂直通过上述被蚀刻后的圆形绝缘层004中心点，且通孔贯穿光电转换层001及绝缘层004，通孔直径为10微米，中心间距为100微米；

[0029] 如图3所示，在通孔侧壁形成绝缘层008，其材料为氮化硅，厚度为1微米，并与绝缘层004相连，绝缘层008还延伸至太阳能电池光电转换层001上表面，形成圆环形的绝缘层008a，圆环外径为16微米；

[0030] 如图4所示，在通孔内沉积透明金属层005，其材料为Ni/Au，厚度为5/5纳米，所述透明金属层005延伸至光电转换层001上表面，形成圆环形的透明金属层005a，圆环外径为30微米，透明金属层005a超出绝缘层008a以外的部分与光电转换层001上表面形成欧姆接触；

[0031] 如图5所示，在通孔内沉积透明导电层006，其材料为ITO，厚度为1微米，所述透明导电层006延伸至光电转换层001上表面，形成圆环形的透明导电层006a，圆环外径为30微米；

[0032] 如图6所示，在电池芯片表面涂覆透明填料007，通孔内将填充透明填料007，固化后在通孔顶部形成凹面，本实施例中，透明填料为硅胶；

[0033] 如图7所示，蚀刻去除通孔以外的透明填料007，如此制得多结太阳能电池芯片；

[0034] 如图8所示，在本发明的多结太阳能电池芯片中，入射在透明导电层006区域的太阳光将直射入光电转换层001，入射进通孔内的太阳光将在透明填料007顶部的凹面发生折射，入射进通孔侧壁，从而进入光电转换层001，实现电池芯片对太阳光的最大限度利用。

[0035] 以上表示了本发明的优选实施例，应该理解的是，本领域技术人员可以修改在此描述的本发明，而仍然实现本发明的有利效果。因此，以上描述应当被理解为对于本领域技术人员的广泛知道，而并不作为对本发明的限制，凡依本发明所做的任何变更，皆属本发明的保护范围之内。