專利名稱：一種高倍聚光太陽能電池芯片的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高倍聚光太陽能電池芯片，屬半導(dǎo)體光電子器件與技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
目前聚光型太陽能電池多采用砷化鎵材料系多結(jié)太陽能電池，其聚光倍數(shù)隨材料性能與工藝技術(shù)的進(jìn)步可達(dá)到500乃至數(shù)千倍，而芯片尺寸相比傳統(tǒng)的硅材料電池小很多，大大降低了半導(dǎo)體材料耗費(fèi)，是一種具有廣泛應(yīng)用前景的太陽能電池。但是隨著聚光倍數(shù)的增加，太陽電池芯片產(chǎn)生的光生電流也將成正比地增加，如1000倍聚光下，三結(jié)聚光太陽能電池將產(chǎn)生15-20A/cm2的大密度電流，如此高的電流密度要求電池串聯(lián)電阻足夠小，以降低電池芯片的電阻性損耗，同時還要求電流分布足夠均勻，以避免電流擁擠，造成芯片局部過熱，嚴(yán)重影響芯片的可靠性。如果芯片表面太陽光均勻分布，則芯片外延結(jié)構(gòu)內(nèi)部及背面電極的電流將均勻分布，但上電極特別是主柵電流擁擠問題不會因?yàn)樘柟獾姆植记闆r而有所改變。在傳統(tǒng)的柵狀上電極中，主柵為細(xì)長的規(guī)則矩形結(jié)構(gòu)，次柵均勻地與矩形長邊連接。考慮從某一次柵匯流至主柵的電流，電流必須經(jīng)主柵流至引線焊接區(qū)，則從電阻的角度考慮，電流流經(jīng)主柵的極端路線有兩條，第一條為自次柵流出后，直接沿主柵上靠近次柵的一側(cè)匯流至引線焊接區(qū)；第二條為自次柵流出后，首先垂直流向主柵上遠(yuǎn)離次柵一側(cè)的邊緣，然后沿此邊緣匯流至引線焊接區(qū)。顯然電流將沿路徑較短的第一條路線流過。以此類推，所有從次柵流出的電流都將沿主柵上靠近次柵的一側(cè)流過，而遠(yuǎn)離次柵的一側(cè)電流密度則較小，這種電流分布不均勻即造成電流擁擠，特別是在高倍聚光條件下，這種電流擁擠現(xiàn)象將更明顯，造成的局部過熱的影響也更大。圖1 圖3分別為傳統(tǒng)電極圖形及其電流路線示意圖。A、B分別為次柵電極經(jīng)主柵匯流至引線焊接區(qū)的最遠(yuǎn)和最短兩條極端路線，顯然電流將沿較短的B路線流過。所有經(jīng)次柵流出的電流都將沿主柵上靠近次柵一側(cè)的邊緣流過，從而造成下圖的在大電流密度情況下的電流擁擠；而主柵上遠(yuǎn)離次柵一側(cè)電流密度很小，對光生電流的傳輸作用并不大， 實(shí)際上浪費(fèi)了電池表面有效光照面積。

發(fā)明內(nèi)容
針對上述問題，本發(fā)明提出了一種高倍聚光太陽能電池芯片，其包括一外延層結(jié)構(gòu)，一形成于所述外延層結(jié)構(gòu)上表面的圖形化上電極，一形成于所述外延層結(jié)構(gòu)下表面的背面電極；所述圖形化上電極包括主柵及次柵，其中主柵由一系列等腰梯形結(jié)構(gòu)連接而成， 梯形上邊在同一條直線上，并指向電池芯片內(nèi)部，梯形上邊以下至下邊的區(qū)域?yàn)橐€焊接區(qū)，次柵與梯形主柵的兩腰或上邊連接。優(yōu)選地，組成主柵的等腰梯形個數(shù)與主柵上焊接引線條數(shù)相等，梯形上邊以下至下邊的區(qū)域?yàn)橐€焊接區(qū)，上邊的長度與引線焊接區(qū)沿垂直于次柵方向的寬度相等，下邊的長度與相鄰引線焊接區(qū)之間的距離相等。
優(yōu)選地，所述次柵的間距相等，均勻地與所述組成主柵的等腰梯形的兩腰或上邊連接。優(yōu)選地，所述組成主柵的等腰梯形依次排列，梯形下邊處于同一條直線上，梯形上邊處于同一條直線上，所有等腰梯形的上邊指向電池芯片內(nèi)部。優(yōu)選地，所述主柵為兩列，相對地分布于太陽能電池芯片兩邊，其中所述等腰梯形的上邊相對地指向芯片內(nèi)部。優(yōu)選地，所述主柵為四列，分布于太陽能電池芯片四邊，每相對的兩列所述等腰梯形的上邊相對地指向芯片內(nèi)部。優(yōu)選地，所述組成主柵的等腰梯形上邊長度為0. 1 2毫米，下邊長度為2 5毫米，梯形高度為0.1 1毫米。優(yōu)選地，所述圖形化上電極包括一覆蓋于所述外延層結(jié)構(gòu)的歐姆接觸層，一覆蓋于所述歐姆接觸層上的粘附層，一覆蓋于所述粘附層上的導(dǎo)電層，一覆蓋于所述導(dǎo)電層上的保護(hù)層。優(yōu)選地，在圖形化上電極及裸露出的外延層表面覆蓋有減反射膜。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明至少具有以下優(yōu)點(diǎn)
首次采用的經(jīng)特殊設(shè)計(jì)的圖形化上電極可有效避免電流擁擠的問題。由于次柵與主柵的連接點(diǎn)在等腰梯形兩腰或上邊上均勻分布，即在垂直于主柵的方向上均勻分布，而按照電流沿最短路徑傳輸原理，經(jīng)次柵匯流至主柵的電流將沿各自的最短路徑流過，最終匯集于電池引線焊接區(qū)，從而實(shí)現(xiàn)電流的均勻擴(kuò)展，避免了電流擁擠的問題。其次，本發(fā)明在避免了電流擁擠問題，而又不增加電阻性損耗的同時，增加了電池芯片表面有效光照面積，提高了光生電流大小，從而提高電池光電轉(zhuǎn)換效率。再次，本發(fā)明還對電極多層結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，組成所述圖形化上電極的四層結(jié)構(gòu)既保證與電池外延層形成良好的歐姆接觸，同時保證電極良好的導(dǎo)電性能。其中，粘附層增強(qiáng)了導(dǎo)電層與歐姆接觸層的粘附性，并防止兩者因擴(kuò)散而相互影響；保護(hù)層對其下的導(dǎo)電層進(jìn)行保護(hù)，防止氧化和污染，同時可選用合適材料以更好地實(shí)現(xiàn)引線的焊接。


附圖用來提供對本發(fā)明的進(jìn)一步理解，并且構(gòu)成說明書的一部分，與本發(fā)明的實(shí)施例一起用于解釋本發(fā)明，但并不構(gòu)成對本發(fā)明的限制。此外，附圖數(shù)據(jù)是描述概要，不是按比例繪制。圖1為傳統(tǒng)柵狀上電極的平面圖。圖2為圖1所示柵狀上電極的局部放大圖。圖3為圖1所示傳統(tǒng)圖形化上電極電流路線示意。圖4為本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方式的高倍聚光太陽能電池芯片側(cè)面剖視圖。圖5為本發(fā)明第一優(yōu)選實(shí)施方式的圖形化上電極的平面圖。圖6為本發(fā)明另一優(yōu)選實(shí)施方式的圖形化上電極的平面圖。圖7為圖5所示圖形化上電極主柵結(jié)構(gòu)的局部放大圖。圖8為圖5所示圖形化上電極的電流路線示意圖。圖9為本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方式的圖形化上電極的側(cè)面剖視圖。
圖中
100 減反射膜
200 圖形化上電極
201 主柵 203 次柵 205 粘附層 207 保護(hù)層
300 外延層結(jié)構(gòu) 500 電流線。
204 歐姆接觸層 206 導(dǎo)電層
202:引線焊接區(qū)
400 背面電極
具體實(shí)施例方式以下將結(jié)合附圖及實(shí)施例來詳細(xì)說明本發(fā)明的實(shí)施方式。需要說明的是，在不沖突的情況下本發(fā)明各實(shí)施例及實(shí)施例中的各個特征可以相互結(jié)合，這些均落在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。如圖4所示，一種高倍聚光太陽能電池芯片，其包括高倍聚光太陽電池外延層結(jié)構(gòu)300，其為三五族化合物，可為單結(jié)或多結(jié)結(jié)構(gòu)。在外延層結(jié)構(gòu)300的上表面形成一經(jīng)特殊設(shè)計(jì)的圖形化上電極200，在外延層結(jié)構(gòu)300下表面形成背面電極400。在本發(fā)明的一個優(yōu)選實(shí)施例中，在上電極200及裸露出的外延層300表面覆蓋有一層減反射膜100。如圖5 圖7所示，圖形化上電極200包括主柵201及次柵203，其中主柵201由一系列等腰梯形結(jié)構(gòu)連接而成，梯形上邊b在同一條直線上，并指向電池芯片內(nèi)部。梯形上邊以下至下邊的區(qū)域?yàn)橐€焊接區(qū)202，次柵203間距相等，均勻地與梯形主柵201的兩腰或上邊連接。在本發(fā)明的一個優(yōu)選實(shí)施例中，主柵201等腰梯形個數(shù)與主柵上焊接引線條數(shù)相等，梯形上邊以下至下邊的區(qū)域?yàn)橐€焊接區(qū)，下邊a的長度La與相鄰引線焊接區(qū)之間的距離L相等。梯形上邊b的長度Lb根據(jù)引線焊接所需區(qū)域大小決定，在本發(fā)明的一個優(yōu)選實(shí)施例中，上邊b的長度Lb與引線焊接區(qū)沿垂直于次柵方向的寬度相等。主柵201的等腰梯形上邊長度Lb可為0. 1 2毫米，下邊a的長度La可為2 5毫米，梯形高度h可為0. 1 1毫米。在本發(fā)明的一個優(yōu)選實(shí)施例中，等腰梯形上邊長0. 5毫米，下邊長2. 5毫米，梯形高0.3毫米。主柵201可以由多個系列的梯形結(jié)構(gòu)構(gòu)成，如兩個系列或四個系列。如圖5所示， 當(dāng)由兩個構(gòu)成時，兩列梯形主柵相對地分布于太陽能電池芯片兩邊，等腰梯形上邊b相對地指向芯片內(nèi)部。如圖6所示，當(dāng)由四個構(gòu)成時，四列梯形主柵分布于太陽能電池芯片四邊，每相對的兩列等腰梯形的上邊相對地指向芯片內(nèi)部。由于電池芯片工作在高倍聚光條件下，電流密度很大，考慮到電極與電池外延層的歐姆接觸、電極導(dǎo)電性能等問題，電極次柵還需具有足夠大的高寬比。單一的金屬層較難同時滿足上述應(yīng)用需要，因此本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例采用多層電極結(jié)構(gòu)。如圖8所示，圖形化上電極200包括四層結(jié)構(gòu)歐姆接觸層204，粘附層205，導(dǎo)電層206，保護(hù)層207。歐姆接觸層204覆蓋于外延層結(jié)構(gòu)300上，用于與聚光太陽能電池外延層結(jié)構(gòu)300 形成良好的歐姆接觸，其厚度在10至300納米之間，其材料可選用金鍺合金、鍺、鈀等之一或其組合。在本發(fā)明的一個優(yōu)選實(shí)施例中，歐姆接觸層204選用金鍺合金，厚度為200納米。粘附層205覆蓋于所述歐姆接觸層204上，用于增加所述歐姆接觸層204與導(dǎo)電層206的粘附性，其厚度控制在1至20納米之間，材料可選用鈦、鎳等之一。在本發(fā)明的一個優(yōu)選實(shí)施例中，粘附層205選用鈦，厚度為10納米。導(dǎo)電層206覆蓋于粘附層205上，其厚度可在1至10微米之間，材料選用高電導(dǎo)率材料，如銀、鋁等。在本發(fā)明的一個優(yōu)選實(shí)施例中，導(dǎo)電層206的材料選用銀，厚度為6微米。保護(hù)層207覆蓋于所述導(dǎo)電層206上，對其下的導(dǎo)電層進(jìn)行保護(hù)，防止氧化和污染，厚度在10至200納米之間。保護(hù)層可選用合適材料以更好地實(shí)現(xiàn)引線的焊接，在本發(fā)明的一個優(yōu)選實(shí)施例中，選用金，厚度為20納米。圖形化上電極200的四層結(jié)構(gòu)204 207均具有相同的圖形化上電極200圖案。圖8為本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方式的圖形化上電極的電流路線示意圖。由于次柵203 與主柵201的連接點(diǎn)在等腰梯形兩腰或上邊上均勻分布，即在垂直于主柵的方向上均勻分布，而按照電流500沿最短路徑傳輸原理，經(jīng)次柵203匯流至主柵201的電流將沿各自的最短路徑流過，最終匯集于電池引線焊接區(qū)202，從而實(shí)現(xiàn)電流500的均勻擴(kuò)展，避免了電流擁擠的問題。
權(quán)利要求
1.一種高倍聚光太陽能電池芯片，其包括一外延層結(jié)構(gòu)；一形成于所述外延層結(jié)構(gòu)上表面的圖形化上電極；一形成于所述外延層結(jié)構(gòu)下表面的背面電極；其特征在于所述圖形化上電極包括主柵及次柵，其中主柵由一系列等腰梯形結(jié)構(gòu)連接而成，梯形上邊在同一條直線上，并指向電池芯片內(nèi)部，梯形上邊以下至下邊的區(qū)域?yàn)橐€焊接區(qū)，次柵與梯形主柵的兩腰或上邊連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高倍聚光太陽能電池芯片，其特征在于所述組成主柵的等腰梯形個數(shù)與主柵上焊接引線條數(shù)相等，上邊的長度與引線焊接區(qū)沿垂直于次柵方向的寬度相等，下邊的長度與相鄰引線焊接區(qū)之間的距離相等。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高倍聚光太陽能電池芯片，其特征在于所述次柵的間距相等，均勻地與所述組成主柵的等腰梯形的兩腰或上邊連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高倍聚光太陽能電池芯片，其特征在于所述主柵為兩列，相對地分布于太陽能電池芯片兩邊，其中所述等腰梯形的上邊相對地指向芯片內(nèi)部。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高倍聚光太陽能電池芯片，其特征在于所述主柵為四列，分布于太陽能電池芯片四邊，每相對的兩列所述等腰梯形的上邊相對地指向芯片內(nèi)部。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高倍聚光太陽能電池芯片，其特征在于所述組成主柵的等腰梯形上邊長度為0. 1 2毫米，下邊長度為2 5毫米，梯形高度為0. 1 1毫米。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高倍聚光太陽能電池芯片，其特征在于所述組成主柵的等腰梯形依次排列，梯形下邊處于同一條直線上，梯形上邊處于同一條直線上，所有等腰梯形的上邊指向電池芯片內(nèi)部。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高倍聚光太陽能電池芯片，其特征在于所述圖形化上電極包括一覆蓋于所述外延層結(jié)構(gòu)的歐姆接觸層，一覆蓋于所述歐姆接觸層上的粘附層，一覆蓋于所述粘附層上的導(dǎo)電層，一覆蓋于所述導(dǎo)電層上的保護(hù)層。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種高倍聚光太陽能電池芯片，其特征在于所述歐姆接觸層的厚度為10 300納米之間，其材料選用金鍺合金、鍺、鈀之一或其組合。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種高倍聚光太陽能電池芯片，其特征在于所述粘附層的厚度為ι 20納米，其材料選用鈦或鎳。
11.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種高倍聚光太陽能電池芯片，其特征在于所述導(dǎo)電層的厚度為1 10微米，材料選自高電導(dǎo)率材料。
12.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種高倍聚光太陽能電池芯片，其特征在于所述保護(hù)層的材料為金，其厚度為10 200納米。
13.根據(jù)權(quán)利要求1或7所述的一種高倍聚光太陽能電池芯片，其特征在于在圖形化上電極及裸露出的外延層表面覆蓋有減反射膜。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種高倍聚光太陽能電池芯片，其包括一外延層結(jié)構(gòu)，一形成于所述外延層結(jié)構(gòu)上表面的經(jīng)特殊設(shè)計(jì)的圖形化上電極，一形成于所述外延層結(jié)構(gòu)下表面的背面電極。所述圖形化上電極包括主柵及次柵，其中主柵由一系列等腰梯形結(jié)構(gòu)連接而成，梯形上邊在同一條直線上，并指向電池芯片內(nèi)部；梯形上邊以下至下邊的區(qū)域?yàn)橐€焊接區(qū)；次柵與梯形主柵的兩腰連接。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于，所述的圖形化上電極經(jīng)過特殊設(shè)計(jì)，可使得太陽電池芯片在高倍聚光下產(chǎn)生的大密度電流在流經(jīng)主柵時充分?jǐn)U展，防止電流擁擠；同時增加聚光太陽電池芯片有效光照面積，增加光生電流。
文檔編號H01L31/04GK102222706SQ201110176319
公開日2011年10月19日 申請日期2011年6月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月28日
發(fā)明者吳志敏, 宋明輝, 林志東, 林桂江, 梁兆煊, 熊偉平 申請人:廈門市三安光電科技有限公司