一种ito栅线太阳能电池的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种ITO栅线太阳能电池,包括有增透膜、交叉ITO栅线、外延片、背面金属电极、正面金属电极；所述增透膜、交叉ITO栅线、外延片、背面金属电极从上至下依次层叠设置；所述正面金属电极对应设置在外延片上，并与所述交叉ITO栅线处于外延片的同一侧面；所述正面金属电极围着交叉ITO栅线所形成的区域，并与其相连接。本实用新型采用ITO作为太阳能电池栅线，可以很好地避免常规金属栅线对光的反射和吸收，使得交叉ITO栅线下方的面积也可以参与光吸收并进行光电转换，从而极大地提高太阳能电池效率；同时，采用ITO代替金银等贵金属作为栅线，可大幅度降低成本。
【专利说明】—种ITO栅线太阳能电池
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及太阳能电池的【技术领域】，尤其是指一种ITO栅线太阳能电池。
【背景技术】
[0002]随着现代工业的发展，全球能源危机和大气污染问题日益突出，太阳能作为理想的可再生能源受到了越来越多国家的重视，开展太阳能电池研究、发展光伏发电产业对国家能源的可持续发展具有非常重要的意义。目前，太阳能电池的面临的主要问题为光电转换效率较低，性价比不高，不能满足大规模民用的需求。目前，商用单晶硅电池的转化效率约为16%-20%，多晶硅电池约为14%-16% ；Ge衬底上外延生长晶格匹配的GalnP/GaAs/Ge三结太阳能电池500倍聚光下转化效率超过41%，远高于晶硅电池，且具有进一步提升空间。
[0003]太阳能电池的栅线和电极起收集和传输光生载流子的作用，优化栅线和电极结构与工艺是提高太阳能电池效率的重要技术方向之一。目前，大多采用沉积金属并高温退火形成欧姆接触来制作多节太阳能电池表面栅线和电极。但是，不透明的金属栅线会反射和吸收入射光线，从而减小太阳能电池的有效受光面积，进而降低单片电池输出功率。通常情况下，栅线遮挡面积约占电池有效受光面积的5%?15%。为了减少栅线和电极对光能的吸收和反射，有效利用更多光能，透明栅线和电极的相关研究成为太阳能电池【技术领域】热点之一 O
[0004]ITO膜层的主要成份是氧化铟锡，其禁带宽度为3.5-4.3eV，在可见光范围的光透过率大于85%，电阻率小于10-3 Ω -cm.采用ITO栅线，可以避免金属栅线对光的反射和吸收，从而增大吸光区域面积，提高电池转换效率。同时，ITO制备方法成熟，且具备商业生产标准，现已广泛地应用于平板显示器件、太阳能电池、特殊功能窗口涂层及其他光电器件领域，是目前IXD、PDP, 0LED、触摸屏等各类平板显示器件唯一的透明导电电极材料。石墨烯具有高度的稳定性，可以广泛应用于各种使用环境。耐碱为浸入60°C、浓度为10%氢氧化钠溶液中5分钟后，ITO层方块电阻变化值不超过10%。耐酸为浸入250C、浓度为6%盐酸溶液中5分钟后，ITO层方块电阻变化值不超过10%。耐溶剂为在250C、丙酮、无水乙醇或100份去离子水加3分EClOl配制成的清洗液中5分钟后，ITO层方块电阻变化值不超过10%。附着力:在胶带贴附在膜层表面并迅速撕下，膜层无损伤；或连撕三次后，ITO层方块电阻变化值不超过10%。热稳定性:在300°C的空气中，加热30分钟后，ITO导电膜方块电阻值应不大于原方块电阻的300%。较低的电阻率(约为10-4Ω.cm)可见光透过率可达85%以上。它的高透光性和良好的导电性，以及高稳定性非常适合作为太阳能电池栅线。
【发明内容】
[0005]本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种ITO栅线太阳能电池，利用ITO材料的高电导率和高透光性，可以有效地缓解目前太阳能电池存在的栅线遮挡面积占电池有效受光面积较大、栅线贵金属成本较高等问题。
[0006]为实现上述目的，本实用新型所提供的技术方案其为:一种ITO栅线太阳能电池，包括有增透膜、交叉ITO栅线、外延片、背面金属电极、正面金属电极；其中，所述增透膜、交叉ITO栅线、外延片、背面金属电极从上至下依次层叠设置；所述正面金属电极对应设置在外延片上，并与所述交叉ITO栅线处于外延片的同一侧面；所述正面金属电极围着交叉ITO栅线所形成的区域，并与其相连接。
[0007]所述交叉ITO栅线的宽度为2?15um，栅线间距为80?150um，栅线厚度为I?5um0
[0008]所述交叉ITO栅线为十字交叉ITO栅线。
[0009]所述背面金属电极和正面金属电极的厚度为0.5?5um。
[0010]所述背面金属电极和正面金属电极的金属为Ti/Au、Ti/Pt/Au、Ti/Al/Au、N1、Ni/Au、Cr/Au、Pd、Ti/Pd/Au、Pd/Au 中的一种。
[0011]所述外延片为单节或多节结构，其所用材料为S1、Ge、InAs、GaAs、GaInAsN、ZnSeS、GaInP、InGaN、AlGaInP中的一种或几种组合，其衬底所用材料为S1、Ge、SiC、A1203中的一种。
[0012]所述增透膜为多层结构，其为MgF2/ZnS、Ta205/A1203、Ta205/Si02、Ti02/Si02 中的一种。
[0013]本实用新型与现有技术相比，具有如下优点与有益效果:
[0014]1、与现在所用金银等贵金属材料相比，ITO禁带宽度为3.5-4.3eV，在可见光范围的光透过率大于85%;因此，采用ITO作为太阳能电池栅线，可以有效避免常规金属栅线对光的反射和吸收，使得栅线下方的面积也可以参与光吸收并进行光电转换，从而提高太阳能电池效率；
[0015]2、采用ITO代替金银等贵金属作为栅线，可大幅度降低成本。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1为本实用新型所述ITO栅线太阳能电池的主视图。
[0017]图2为本实用新型所述ITO栅线太阳能电池的剖视图。
【具体实施方式】
[0018]下面结合具体实施例对本实用新型作进一步说明。
[0019]参见图1和图2所示，本实施例所述的ITO栅线太阳能电池，具体为矩形结构，包括有增透膜1、交叉ITO栅线2、外延片3、背面金属电极4、正面金属电极5 ;其中，所述增透膜1、交叉ITO栅线2、外延片3、背面金属电极4从上至下依次层叠设置；所述正面金属电极5对应设置在外延片3上，并与所述交叉ITO栅线2处于外延片3的同一侧面；所述正面金属电极5围着交叉ITO栅线2所形成的区域(具体为图1中的圆形区域)，并与其相连接。
[0020]所述交叉ITO栅线2为十字交叉ITO栅线，其宽度为2?15um，栅线间距为80?150um，栅线厚度为I?5um。
[0021]所述背面金属电极4和正面金属电极5的厚度为0.5?5um,其金属为Ti/Au、Ti/Pt/Au、Ti/Al/Au、N1、Ni/Au、Cr/Au、Pd、Ti/Pd/Au、Pd/Au 中的一种。
[0022]所述外延片3为单节或多节结构，其所用材料为S1、Ge、InAs, GaAs, GaInAsN,ZnSeS, GaInP, InGaN、AlGaInP中的一种或几种组合，其衬底所用材料为S1、Ge、SiC、A1203中的一种。
[0023]所述增透膜I 为多层结构,其为 MgF2/ZnS、Ta205/A1203、Ta205/Si02、Ti02/Si02中的一种。
[0024]以下为本实施例上述ITO栅线太阳能电池的制备方法，其具体情况如下:
[0025]I)使用MOCVD或MBE生长单节或多节太阳能电池的外延片3，其衬底所用材料为S1、Ge、SiC、A1203 中的一种。
[0026]2)对所述外延片3的背面进行涂胶保护，对其正面进行表面酸洗，其中，所述酸洗采用如下两步清洗流程:①有机溶剂(甲苯、丙酮、酒精等)一去离子水一无机酸(盐酸、硫酸、硝酸、王水等)一氢氟酸一去离子水；②碱性过氧化氢溶液一去离子水一酸性过氧化氢溶液一去离子水。
[0027]3)对所述外延片3进行正面匀胶，随后采用光学光刻或者电子束直写的方法刻蚀光刻胶，并用显影液显影，形成由光刻胶构成的栅线图形。
[0028]4)用氧等离子体的Matrix或者是利用氧紫外线的UV除胶仪器去除栅线区域以外的残胶。
[0029]5)利用光刻胶构成的栅线图形作为掩模，使用磁控溅射法、脉冲电镀法或电弧离子镀法制备ITO薄膜，并在50°C的热丙酮中浸泡30分钟除去栅线图形上的起保护作用的光刻胶及其上的ITO薄膜，形成所需的交叉ITO栅线2。
[0030]6)对所述外延片3进行正面匀胶，随后采用光学光刻或者电子束直写的方法刻蚀光刻胶，并用显影液显影，形成由光刻胶构成的台面图形。
[0031]7)用氧等离子体的Matrix或者是利用氧紫外线的UV除胶仪器去除台面图形上方的残胶。
[0032]8)采用H3P04系腐蚀液或柠檬酸系腐蚀液，对台面进行湿法腐蚀，将光刻胶构成的台面图形转移到所述外延片3上，形成台面隔离。
[0033]9)对所述外延片3进行正面匀胶，随后采用光学光刻或者电子束直写的方法刻蚀光刻胶，并用显影液显影，形成由光刻胶构成的正面电极图形。
[0034]10)用氧等离子体的Matrix或者是利用氧紫外线的UV除胶仪器去除正面电极图形上方的残胶。
[0035]11)采用磁控溅射法或电子束蒸镀法制备金属薄膜，并在50°C的热丙酮中浸泡30分钟除去正面电极图形以外的光刻胶和金属，形成所需的正面金属电极5。
[0036]12)采用磁控溅射法或电子束蒸镀法制备金属薄膜，形成所需的背面金属电极4。
[0037]13)进行退火处理，退火温度为600-900°C，退火时间时间为30_200s，退火气氛可为N2和H2，形成所述交叉ITO栅线2、正面金属电极5、背面金属电极4的欧姆接触。
[0038]14)对所述外延片3进行正面匀胶，随后采用光学光刻或者电子束直写的方法刻蚀光刻胶，并用显影液显影，形成由光刻胶构成的增透膜图形。
[0039]15)用氧等离子体的Matrix或者是利用氧紫外线的UV除胶仪器去除增透膜图形上方的残胶。
[0040]16)采用磁控溅射法或电子束蒸镀法在所述交叉ITO栅线2上方制备增透膜，并在50°C的热丙酮中浸泡30分钟除去增透膜图形以外的光刻胶和增透膜，得到所需区域大小的增透膜I。[0041]17)可采用光学切割或机械切割方法，对完成上述步骤的外延片进行切割，形成分立的太阳能电池芯片，至此便完成ITO栅线太阳能电池的制备。
[0042]综上所述，在采用以上方案后，本实用新型采用ITO作为太阳能电池栅线，与现在所用金银等贵金属材料相比，由于ITO禁带宽度为3.5-4.3eV，在可见光范围的光透过率大于85%，因此，采用ITO作为太阳能电池栅线，调整其间距和宽度，在保障导电性能的基础上，选取面积最小的交叉ITO栅线以提高单片太阳能电池有效受光面积，选取厚度最薄的ITO栅线以降低ITO栅线对光的吸收，从而可以很好地避免常规金属栅线对光的反射和吸收，使得交叉ITO栅线下方的面积也可以参与光吸收并进行光电转换，从而极大地提高太阳能电池效率；同时，采用ITO代替金银等贵金属作为栅线，可大幅度降低成本。这相比现有技术，本实用新型的可靠性更高，且可以大幅度降低成本，值得推广。
[0043]以上所述之实施例子只为本实用新型之较佳实施例，并非以此限制本实用新型的实施范围，故凡依本实用新型之形状、原理所作的变化，均应涵盖在本实用新型的保护范围内。
【权利要求】
1.一种ITO栅线太阳能电池，其特征在于:包括有增透膜(I)、交叉ITO栅线(2)、外延片(3)、背面金属电极(4)、正面金属电极(5);其中，所述增透膜(I)、交叉ITO栅线(2)、外延片(3)、背面金属电极(4)从上至下依次层叠设置；所述正面金属电极(5)对应设置在外延片(3)上，并与所述交叉ITO栅线(2)处于外延片(3)的同一侧面；所述正面金属电极(5)围着交叉ITO栅线(2)所形成的区域，并与其相连接。
2.根据权利要求1所述的一种ITO栅线太阳能电池，其特征在于:所述交叉ITO栅线(2)的宽度为2?15um，栅线间距为80?150um，栅线厚度为I?5um。
3.根据权利要求1或2所述的一种ITO栅线太阳能电池，其特征在于:所述交叉ITO栅线(2)为十字交叉ITO栅线。
4.根据权利要求1所述的一种ITO栅线太阳能电池，其特征在于:所述背面金属电极(4)和正面金属电极(5)的厚度为0.5?5um。
5.根据权利要求1所述的一种ITO栅线太阳能电池，其特征在于:所述外延片(3)为单节或多节结构。
6.根据权利要求1所述的一种ITO栅线太阳能电池，其特征在于:所述增透膜(I)为多层结构。
【文档编号】H01L31/0224GK203733812SQ201420034827
【公开日】2014年7月23日 申请日期:2014年1月20日 优先权日:2014年1月20日
【发明者】张露, 张杨, 杨翠柏, 陈丙振, 万智, 丁杰, 王智勇, 吴步宁 申请人:瑞德兴阳新能源技术有限公司