СОЛНЕЧНЫЙ ЭЛЕМЕНТ И МОДУЛЬ СОЛНЕЧНОГО ЭЛЕМЕНТА Российский патент 2015 года по МПК H01L31/04 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Данное изобретение относится к солнечному элементу и модулю солнечного элемента, обладающему преимуществами, состоящими в низкой стоимости и высокой эффективности.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Фиг.1 иллюстрирует одну обычную модель солнечного элемента массового производства, в котором использована подложка из моно- или поликристаллического кремния. Солнечный элемент включает кремниевую подложку 101, в которой примесь диффундирует при высокой концентрации, с образованием диффузионного слоя 102 и p-n-перехода, и электроды на его светопринимающей поверхности. Электроды включают множество электродов (называемых вытягивающими электродами) 104, шириной от нескольких сотен до нескольких десятков микрон (мкм), и нескольких коллекторных электродов 105 в качестве электрода, объединяющего в себе все вытягивающие электроды и соединяющего между собой солнечные элементы. Тогда как эти электроды могут быть образованы различными способами, причем один способ, обычно используемый с точки зрения стоимости, состоит в печатании металлической пасты, содержащей тонкие частицы металла, такого как Ag, и органические связующие, посредством трафарета, и т.п., и в термообработке при температуре нескольких сотен градусов Цельсия, для создания связи с подложкой. На поверхности подложки, противоположной светопринимающей поверхности, обратный электрод 106 с полярностью, противоположной полярности электрода светопринимающей стороны, образован с использованием металлической пасты, содержащей тонкие частицы металла, такого как Al, и органическое связующее, путем трафаретной печати и прокаливания при температуре примерно 700-850°C. В области падения света на солнечный элемент формируется антиотражающая пленка 103, предназначенная для эффективного собирания света. В качестве антиотражающей пленки обычно используют пленку нитрида кремния, которую создают путем химического осаждения из паровой фазы (chemical vapor deposition, CVD), и т.п.

Антиотражающая пленка также обладает дополнительной важной функцией пассивирования поверхности кремния. Внутри кристалла атомы кремния находятся в стабильном состоянии благодаря ковалентной связи между соседними атомами. Однако на поверхности, соответствующей окончанию расположения атомов, там, где нет никаких соседних связанных атомов, появляется нестабильный уровень энергии, известный как «ненасыщенная связь». Поскольку ненасыщенная связь является электрически активной, она захватывает и гасит заряд, фотогенерированный в кремнии, ухудшая работу солнечного элемента. Для подавления потерь солнечные элементы были подвергнуты пассивационной обработке поверхности или иной обработке для уменьшения числа ненасыщенных связей.

С другой стороны, известно, что ненасыщенные связи не подвергаются пассивации на границе контакта металла и кремния и скорость рекомбинации носителей в этом месте очень высока. То есть электрод должен контактировать с поверхностью кремния для извлечения фотогенерированных носителей, тогда как граница кремний/электрод становится существенным компонентом, привносящим потери в характеристики солнечного элемента. Поэтому для высокоэффективных солнечных элементов используются некоторые способы для минимизации контактной поверхности между кремнием и электродом. Такие способы включают создание структур узкого контакта и точечного контакта. Эти структуры образуют путем частичного удаления пассивирующей пленки путем фотолитографии (см., например, работу J. Knobloch, A. Noel, E. Schaffer, U. Schubert, F. J. Kamerewerd, S. Klussmann, W. Wettling, Proc. 23rd IEEE Photovoltaic Specialists Conference, p.271, 1993) или печатания травильной пасты, для обнажения нижележащего кремния, и испарения или печатания на него металла. Альтернативный способ состоит в формировании пленки металла поверх пассивирующей пленки, в облучении лазерным светом пятен на ней, для нагрева металла, и в предоставлении металлу возможности проникать сквозь пассивирующую пленку, для формирования, таким образом, контактов кремний/электрод (см., например, работу S. W. Glunz, R. Preu, S. Schaefer, E. Schneiderlochner, W. Pfleging, R. Ludemann, G. Willeke, Proc. 28th IEEE Photovoltaic Shepcialists Conference, p.168, 2000).

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Техническая проблема

Однако образование структуры электродов типа узкого контакта или точечного контакта требует повышенных затрат, поскольку задействованы несколько этапов, а также поскольку резист, травильная паста, и т.п. которые вновь являются необходимыми для нанесения рисунка, ослабляют все преимущество от эффекта пассивации. Также, способ, в котором использован лазер, требует наличия дорогой аппаратуры и громоздких этапов испарения и других этапов для формирования металлической пленки, что показывает, что все достоинства труднодостижимы экономически.

Задачей изобретения, которое было создано с учетом вышеупомянутых обстоятельств, состоит в обеспечении солнечного элемента и модуля солнечного элемента, обладающего преимуществами, связанными со сниженными потерями на заряд на границе электрод/кремний, повышенным током короткого замыкания и напряжением разомкнутой цепи, улучшенными характеристиками солнечного элемента и изготовлением при низких затратах.

Решение проблемы

Для достижения вышеуказанной цели изобретение обеспечивает солнечный элемент и модуль солнечного элемента, как указано ниже.

[1] Солнечный элемент, содержащий кристаллическую кремниевую подложку, имеющую, по меньшей мере, p-n переход, сформированную на ней пассивирующую пленку и сформированные на ней электроды, путем печатания и термообработки проводящей пасты, характеризующийся тем, что электроды включают первый электрод, который образован таким образом, чтобы вытягивающий электрод мог контактировать с кремниевой подложкой для вытягивания фотогенерированных носителей из кремниевой подложки, и второй электрод, который сформирован таким образом, чтобы коллекторный электрод мог контактировать с первым электродом для накопления носителей, вытягиваемых первым электродом, а второй электрод и кремниевая подложка контактируют только частично или нигде, по меньшей мере, вне точки контакта между первым и вторым электродом.

[2] Солнечный элемент по п. [1], в котором область за пределами контактной части между вторым электродом и кремниевой подложкой, за исключением области контактной части между первым и вторым электродом, составляет, по меньшей мере, 20% от области, равной области, образованной шириной и общей длиной второго электрода минус область контактной части между первым и вторым электродом.

[3] Солнечный элемент по п. [1] или [2], в котором первый электрод частично контактирует или полностью покрыт вторым электродом.

[4] Солнечный элемент по любому из пп. [1]-[3], в котором первый электрод образован из проводящей пасты, содержащей B, Al, Ga, P, As, In или Sb в свободном состоянии или их соединений, а область, обладающая высокой концентрацией диффундированного в ней элемента, включена в кремниевую подложку под первым электродом.

[5] Солнечный элемент по любому из пп. [1]-[4], в котором пассивирующая пленка содержит оксид кремния, нитрид кремния, карбид кремния, оксид алюминия, аморфный кремний, микрокристаллический кремний или оксид титана или их сочетания.

[6] Солнечный элемент по любому из пп. [1]-[5], в котором коллекторный электрод, содержащий скомбинированные первый и второй электроды, образован на светопринимающей поверхности или несветопринимающей поверхности солнечного элемента, или на них на обеих.

[7] Модуль солнечного элемента, содержащий электрически соединенные солнечные элементы по любому из пп. [1]-[6].

Благоприятные эффекты изобретения

Поскольку пассивирующая пленка полностью или частично оставлена между коллекторным электродом и кремнием, изобретение снижает потери заряда на границе электрод/кремний, повышает ток короткого замыкания и напряжение открытой цепи и улучшает характеристики солнечного элемента. Кроме того, может быть внедрен способ, в котором использована существующая технология трафаретной печати, и т.п., которая крайне эффективна при снижении затрат.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Фиг.1 представляет собой схематическое перспективное изображение примерной структуры стандартного солнечного элемента.

Фиг.2 представляет собой схематическое перспективное изображение примерной структуры солнечного элемента в одном варианте воплощения изобретения.

Фиг.3 представляет собой схематическое перспективное изображение примерной структуры солнечного элемента в другом варианте воплощения изобретения.

Фиг.4 представляет собой горизонтальную проекцию печатной пластины для использования при образовании электрода согласно изобретению, (A) показывающую изображение одного вытягивающего электрода, (B) показывающую изображение одного коллекторного электрода и (C) показывающую комбинированное изображение вытягивающего и коллекторного электродов.

Фиг.5 представляет собой диаграмму, показывающую одно влияние характеристики солнечного элемента согласно изобретению.

Фиг.6 представляет собой диаграмму, показывающую влияние количества стеклокерамического припоя, добавляемого согласно изобретению.

Фиг.7 представляет собой изображение, иллюстрирующее область пассивирующей пленки под электродами согласно изобретению.

ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ВОПЛОЩЕНИЯ

Фиг.2 иллюстрирует солнечный элемент в одном варианте воплощения изобретения. Солнечный элемент включает кремниевую подложку 201, в которой примесь диффундирует при высокой концентрации, с образованием диффузионного слоя 202 и p-n перехода, т.е. кремниевую подложку 201, имеющую, по меньшей мере, p-n переход, пассивирующую пленку 203, образованную на ней, и электроды, образованные на ней путем печатания и термообработки проводящей пасты. Электроды включают первый электрод 204, который образован таким образом, чтобы вытягивающий электрод мог контактировать с кремниевой подложкой для вытягивания фотогенерированных носителей из кремниевой подложки, и второй электрод 205, который формируется таким образом, чтобы коллекторный электрод мог контактировать с первым электродом 204, для накопления носителей, вытянутых первым электродом 204, по меньшей мере, второй электрод 205 и сильнолегированный диффузионный слой 202, контактирующий лишь частично, или вообще нигде за пределами контакта между первым и вторым электродом 204 и 205. Это облегчает пассивацию поверхности кремния под вторым электродом 205. Следует обратить внимание, что обратный электрод изображен под позицией 206.

В предпочтительном варианте воплощения область, в которой отсутствует контакт между вторым электродом и кремниевой подложкой, за исключением области контакта между первым и вторым электродом, составляет, по меньшей мере, 20%, особенно 40-100% от области, равной области, образованной шириной и общей длиной второго электрода, минус область контакта между первым и вторым электродом.

Также, является предпочтительным, чтобы второй электрод был образован из проводящей пасты, обладающей меньшим содержанием стеклокерамического припоя, чем содержание стеклокерамического припоя в проводящей пасте, из которой образован первый электрод. В частности, является предпочтительным, чтобы второй электрод был образован из проводящей пасты, обладающей содержанием стеклокерамического припоя до 2 мас.%, более предпочтительно, до 1 мас.%. Содержание стеклокерамического припоя может даже составлять 0 мас.%. В этом варианте воплощения является предпочтительным, чтобы первый электрод был образован из проводящей пасты, обладающей содержанием стеклокерамического припоя 8-20 мас.%, более предпочтительно, 8-10 мас.%. Содержание стеклокерамического припоя менее, чем 8 мас.% может привести к недостаточному контакту с высококонцентрированным диффузионным слоем, который может повысить электрическое сопротивление и ухудшить характеристики солнечного элемента. Содержание стеклокерамического припоя более 20 мас.% указывает на избыток электроизолирующего компонента стекла, что может привести к снижению проводимости самого электрода и к избыточному просачиванию компонента стекла в пространство между электродом и высококонцентрированным диффузионным слоем, что приводит к повышенному электрическому сопротивлению и ухудшенным характеристикам солнечного элемента.

Хотя первый электрод 204 частично контактирует со вторым электродом 205 в солнечном элементе согласно Фиг.2, первый электрод 304 может быть полностью покрыт вторым электродом 305, как показано на Фиг.3. Примечательно, что кремниевая подложка 301, высококонцентрированный диффузионный слой 302, пассивирующая пленка 303 и обратный электрод 306 проиллюстрированы на Фиг.3.

Является предпочтительным, чтобы первый электрод был образован из проводящей пасты, содержащей B, Al, Ga, P, As, In или Sb в свободном состоянии или их соединения. Тогда в кремниевой подложке под первым электродом образуется область, имеющая элемент, диффундированный при высокой концентрации.

Является предпочтительным, чтобы второй электрод обладал более высоким удельным электросопротивлением, чем первый электрод.

Следует отметить, что является предпочтительным, чтобы пассивирующая пленка была образована из оксида кремния, нитрида кремния, карбида кремния, оксида алюминия, аморфного кремния, микрокристаллического кремния или оксида титана или их сочетаний.

Является предпочтительным, чтобы коллекторный электрод, содержащий скомбинированные первый и второй электроды, был образован на светопринимающей поверхности или на несветопринимающей поверхности солнечного элемента, или на них обеих.

Далее будет описан один примерный способ изготовления солнечного элемента согласно изобретению. Изобретение не ограничено солнечным элементом, изготовленным этим способом.

Вырезанную монокристаллическую (100) кремниевую подложку p-типа, в которой кремний высокой чистоты легирован элементом III группы, таким как B или Ga, таким образом, чтобы она приобрела удельное электросопротивление 0,1-5 Ом·см, протравливают концентрированным щелочным раствором гидроксида натрия или гидроксида калия, с концентрацией 5-60 мас.%, или смесью кислот, состоящей из фтороводородной кислоты и азотной кислоты, для удаления обработанного поврежденного поверхностного слоя. Монокристаллическая кремниевая подложка может быть приготовлена методом Чохральского или методом плавающей зоны. Примечательно, что вместо этого может быть использована монокристаллическая (100) кремниевая подложка n-типа, в которой кремний высокой чистоты легирован элементом V группы, таким как P или Sb, таким образом, чтобы придать ей удельное электросопротивление 0,1-5 Ом·см. Помимо монокристаллического кремния, могут быть также использованы поликристаллические кремниевые подложки, приготовленные способом заливки или выращивания ленты.

Впоследствии, поверхность подложки обеспечивают микроскопическими неровностями, известными как текстура. Текстура является эффективным средством для снижения отражательной способности солнечных элементов. Текстура может быть легко обеспечена путем пропитки подложки в горячем щелочном растворе гидроксида натрия, гидроксида калия, карбоната калия, карбоната натрия, гидрокарбоната натрия или гидроксида тетраметиламмония (концентрация 1-10 мас.%) при температуре 60-100°C в течение примерно 10-30 минут. Часто, для контроля реакции в щелочном растворе растворяют надлежащее количество 2-пропанола.

Текстурирование следует за промывкой водным раствором кислоты, такой как хлороводородная кислота, серная кислота, азотная кислота или фтороводородная кислота или их смеси. Промывка хлороводородной кислотой является предпочтительной с точки зрения затрат и свойств. Для повышения чистоты промывку можно осуществлять путем перемешивания 0,5-5 мас.% водного раствора перекиси водорода с водным раствором хлороводородной кислоты и нагрева при 60-90°C.

На подложке высококонцентрированный диффузионный слой формируют за счет диффузии парообразной фазы, с использованием оксихлорида фосфора. В другом варианте воплощения, с использованием подложки n-типа, высококонцентрированный диффузионный слой формируют путем диффузии парообразной фазы бромида бора, или иначе. В обычных кремниевых солнечных элементах p-n переход должен быть образован только на светопринимающей стороне. С этой целью необходимо использовать любое подходящее средство для предотвращения любого p-n перехода на обратной поверхности, например, путем осуществления диффузии, при совмещении двух подложек или путем стравливания диффузионного слоя на одной стороне в водном щелочном растворе, и т.п. В конце диффузии стекло, образованное на поверхности, удаляют с использованием фтороводородной кислоты и т.п.

Затем на светопринимающей поверхности образуется антиотражающая/пассивирующая пленка. С использованием системы химического осаждения из паровой фазы для образования пленки осаждают пленку из нитрида кремния или аналогичную пленку, толщиной, примерно 100 нм. Часто в качестве газа-реагента используют смесь моносилана (SiH₄) и аммиака (NH₃), хотя вместо NH₃ можно использовать азот. Также желаемый показатель преломления может быть получен, с использованием газообразного H₂ для разбавления пленкообразующих частиц для регулирования давления процесса или для разбавления газообразного реагента. Пленка не ограничивается нитридом кремния, и вместо него можно использовать оксид кремния, карбид кремния, оксид алюминия, аморфный кремний, микрокристаллический кремний или оксид титана, которые образуются за счет термообработки, осаждения атомного слоя, и т.п.

Пассивирующая пленка не ограничена пленкой нитрида кремния, и она может содержать оксид кремния, карбид кремния, оксид алюминия, аморфный кремний, микрокристаллический кремний или оксид титана, или их сочетания, как было указано немного выше. Эти пленки могут быть осаждены с использованием стандартной технологии.

Затем только вытягивающий электрод, соответствующий первому электроду, отпечатывают посредством трафаретной печати на светопринимающей поверхности подложки с использованием печатной пластины, имеющей рисунок, как показано на Фиг.4(А). Сразу после приготовления серебряной пасты путем перемешивания серебряного порошка и стеклокерамического припоя с органическим связующим пасту отпечатывают и подвергают термообработке таким образом, чтобы частицы серебра могли проникать сквозь пассивирующую пленку, как правило, пленку нитрида кремния, для установления электрической проводимости между электродом и кремнием. На Фиг.4 изображено печатное изображение первого электрода под позицией 401, а печатный рисунок второго электрода изображен под позицией 402.

Для повышения коэффициента заполнения солнечного элемента путем снижения омического контакта между первым электродом и кремниевой подложкой для снижения электросопротивления высококонцентрированный примесный диффузионный слой может быть образован в кремниевой подложке под первым электродом. Если B, Al, Ga, P, As, In или Sb в свободном состоянии или их соединения предварительно добавляют к первой электродообразующей проводящей пасте, то высококонцентрированный примесный диффузионный слой может быть образован в кремниевой подложке в то же время, что и этап отжига, вслед за печатанием электродной пасты. Хотя количество примеси, добавляемой к проводящей пасте, изменяется с составом проводящей пасты, как правило, рекомендуется, из соображений работы выхода металла и кремния, для регулирования примеси количества таким образом, чтобы высококонцентрированный примесный диффузионный слой, образованный в кремниевой подложке, мог иметь максимальную концентрацию примеси, по меньшей мере, 2×10¹⁹ атомов/см³, более предпочтительно, по меньшей мере, 5×10¹⁹ атомов/см³. Верхний предел концентрации примеси составляет 2×10²² атомов/см³.

На первом электроде, сформированном указанным образом, коллекторный электрод, соответствующий второму электроду, отпечатывают трафаретной печатью. Печатная пластина для второго электрода может нести на себе изображение одного коллекторного электрода, как показано на Фиг.4(В), или может быть использована печатная пластина, несущая на себе изображение скомбинированных вытягивающего и коллекторного электродов, как показано на Фиг.4(С), вследствие чего на первый электрод может быть нанесено покрытие. В последнем случае, характеристики солнечного элемента могут быть дополнительно повышены за счет установления проводимости второго электрода более высокой, чем проводимость первого электрода, для снижения, таким образом, омических потерь электрода.

Что касается серебряной пасты для формирования второго электрода, то пасту, в которой добавки модифицированы таким образом, чтобы способность к сквозному прокаливанию пассивирующей пленки из серебряной пасты для формирования второго электрода могла быть ниже, чем способность к сквозному прокаливанию пассивирующей пленки из серебряной пасты для формирования первого электрода, используют в целях удержания пассивирующей пленки иначе, чем первую область формирования электрода.

Способность к сквозному прокаливанию пассивирующей пленки из проводящей пасты можно регулировать за счет содержания стеклокерамического припоя в пасте. Является предпочтительным, чтобы стеклокерамический припой, используемый в настоящей работе, был выбран из стеклокерамических материалов, включающих материалы B-Pb-O, B-Si-Pb-O, B-Si-Pb-Al-O, B-Si-Bi-Pb-O и B-Si-Zn-O.

Обратный электрод формируют путем смешивания алюминиевого порошка с органическим связующим и отпечатывания результирующей пасты путем трафаретной печати. За печатанием следует прокаливание при температуре 700-850°C в течение 5-30 минут для образования обратного электрода и второго электрода. Прокаливание обратного электрода и электрода светопринимающей поверхности может быть осуществлено одновременно. Также порядок формирования электродов на противоположных поверхностях может быть обратным.

Способ формирования электрода не ограничен печатанием посредством трафаретной печати, и он может быть осуществлен с использованием дозатора, аэрозольного распыления, и т.п.

ПРИМЕРЫ

Примеры и Сравнительные примеры приведены ниже в качестве иллюстрации, а не в качестве ограничения.

[Эксперимент]

Исследование области пассивирующей пленки под вторым электродом и содержание стеклокерамического припоя проводящей пасты

Характеристики солнечного элемента были исследованы в зависимости от площади пассивирующей пленки, оставленной под вторым электродом (т.е. площади, не являющейся площадью контакта между вторым электродом и кремнием).

Паста была приготовлена путем перемешивания серебряного порошка, органического связующего и стеклокерамического припоя B-Pb-O. Паста была отпечатана на кремниевую подложку, имеющую сформированный в ней высококонцентрированный диффузионный слой и осажденную на него пленку нитрида кремния (пассивирующую пленку) толщиной 100 нм, а затем прокалена с получением солнечного элемента. Элемент был пропитан в царской водке для растворения всех находящихся на нем электродов. Путем нарезания кристаллов область формирования электрода была вырезана в качестве тестового образца. Напряжение открытой цепи было измерено путем помещения зондов на противоположные поверхности образца и облучения светопринимающей поверхности смоделированным солнечным светом с использованием амплитудной модуляции AM 1,5.

Фиг.5 показывает напряжение открытой цепи в зависимости от процентной доли площади пассивирующей пленки, оставленной под электродом. Процентная доля от площади пассивирующей пленки берется как среднее от 6 образцов для каждой проводящей пасты. Для напряжения открытой цепи среднее, максимальное и минимальное значения отображены на графике.

Как видно из Фиг.5, рост напряжения открытой цепи замедлялся вблизи области пассивации, находящейся под электродом и составляющей 20%, и напряжение становилось по существу насыщенным при площади 40% или более. Исходя из этих результатов, является предпочтительным, чтобы область пассивации под вторым электродом составляла, по меньшей мере, 20%, более предпочтительно, по меньшей мере, 40% от площади второго электрода.

На диаграмме согласно Фиг.6 содержание стеклокерамического припоя серебряной пасты, используемой в испытании, отложено по абсциссе, а процентная доля от площади пассивирующей пленки, оставленной под вторым электродом, отложена по ординате. Содержание стеклокерамического припоя серебряной пасты, которое приводит к образованию под электродом площади пассивации 20% и 40%, составляет, соответственно, примерно 2% и 1 мас.%.

Область пассивации под вторым электродом должна быть понятна из Фиг.7.

Фиг.7 схематически иллюстрирует поверхность образца области формирования второго электрода в солнечном элементе, с которой электроды были удалены путем их растворения. Область пассивации определяется как [площадь, ограниченная внутри области 701 формирования второго электрода, за исключением пересечений 704 первого и второго электродов (т.е. чистая площадь второго электрода)] минус [общая площадь пятен 702, где второй электрод проникает сквозь пассивирующую пленку 705].

Процентная доля области пассивации представляет собой отношение площади области пассивации к чистой площади второго электрода. Площадь области пассивации может быть измерена путем получения изображения поверхности с помощью цифровой камеры и обработки этого изображения.

ПРИМЕРЫ И СРАВНИТЕЛЬНЫЕ ПРИМЕРЫ

Для демонстрации преимуществ изобретения солнечный элемент, имеющий структуру стандартного электрода, и солнечный элемент, имеющий структуру электрода согласно изобретению, были сопоставлены на предмет выявления способности к генерированию электричества.

Были обеспечены вырезанные 100 легированные бором кремниевые подложки (100) p-типа, обладающие глубиной диффузии 250 мкм и удельным электросопротивлением 1 Ом·см. Подложки были пропитаны в горячем концентрированном водном растворе гидроксида калия для удаления слоя, поврежденного во время обработки, пропитаны в водном растворе гидроксид калия/2-пропанол, с образованием текстуры, а затем промыты в смеси хлороводородная кислота/перекись водорода. Затем подложки с их совмещенными обратными поверхностями были подвергнуты термообработке при 870°C в атмосфере оксихлорида фосфора с образованием p-n перехода. После диффузии фосфорсодержащее стекло было удалено с помощью фтороводородной кислоты, с последующей промывкой деионизованной водой и сушкой.

Затем с использованием системы плазменно-химического осаждения из газовой фазы, поверх поверхности образца на светопринимающей стороне, в качестве антиотражающей/пассивирующей пленки была образована пленка нитрида кремния.

На этой стадии подложки были разделены на две группы A и B, каждая из которых состояла из 50 подложек. На подложках группы A с использованием печатной пластины, имеющей изображение первого и второго электродов на общем трафарете, как показано на Фиг.4(С), были одновременно отпечатаны и высушены первый и второй электрод. На подложках группы B с использованием печатной пластины, имеющей изображение одного первого электрода на трафарете, как показано на Фиг.4(А), был отпечатан и высушен только первый электрод. Для групп A и B была использована идентичная серебряная паста, тогда как для формирования высококонцентрированного диффузионного слоя была использована паста, содержащая 3 мас.% стеклокерамического припоя B-Si-Bi-Pb-O и дополнительно содержащая 3 мас.% фосфорсодержащего соединения.

Затем на обратную поверхность всех подложек была отпечатана алюминиевая паста и высушена. После этого было осуществлено прокаливание при 780°C в атмосфере воздуха, заставляющее серебряный электрод проникать сквозь пленку нитрида кремния для установления проводимости для кремния и одновременно заставляющее алюминиевый электрод на обратной поверхности устанавливать проводимость для кремния. В группе A электрод устанавливал проводимость для кремниевой подложки на всем ее протяжении, что указывало на то, что площадь отсутствия контакта между электродом и кремнием составляла 0%. В группе B печатная пластина согласно Фиг.4(С) была использована для формирования второго электрода, а второй электрод был сформирован таким образом, чтобы он лежал поверх первого электрода. Серебряная паста была приготовлена путем регулирования количества стеклокерамического припоя, добавляемого таким образом, чтобы площадь отсутствия контакта между вторым электродом и кремнием могла составлять 80%, и регулирования ингредиентов таким образом, чтобы паста могла обладать более высокой проводимостью, чем паста для формирования первого электрода, и эта серебряная паста была нанесена путем трафаретной печати и термообработки при 750°C в атмосфере воздуха для ее отверждения.

Для того чтобы группа A следовала той же тепловой предыстории, что и группа B, группа A была подвергнута термообработке при 750°C в атмосфере воздуха в той же печи для прокаливания, что и для группы B.

Для солнечных элементов групп A и B были измерены характеристики солнечного элемента тестером тока и напряжения, с использованием смоделированного солнечного света, с использованием амплитудной модуляции AM 1,5. Как видно из Таблицы 1, солнечные элементы группы B согласно изобретению демонстрируют наилучшие характеристики для группы A.

Таблица 1   Ток короткого замыкания
(мА/см²) Напряжение открытой цепи (В) Группа A (согласно уровню техники) 36,0 0,622 Группа B (согласно изобретению) 36,2 0,629

Солнечный элемент, в котором пассивирующая пленка образована на кристаллической кремниевой подложке, которая имеет, по меньшей мере, p-n переход, а электрод сформирован путем печатания и термообработки проводящей пасты. Упомянутый солнечный элемент имеет: первый электрод, содержащий вытягивающий электрод, который вытягивает фотогенерированные носители из кремниевой подложки, образованный таким образом, чтобы он контактировал с кремниевой подложкой; и второй электрод, содержащий коллекторный электрод, который собирает носители, накопленные на вытягивающем электроде, образованном таким образом, чтобы он контактировал с первым электродом. Помимо точки контакта между первым электродом и вторым электродом, по меньшей мере, второй электрод контактирует с кремниевой подложкой лишь частично или вообще не контактирует. Изобретение снижает потери заряда на границах электрод/кремний, повышает ток короткого замыкания и напряжение разомкнутой цепи, придает солнечному элементу улучшенные характеристики и снижает затраты. 2 н. и 5 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Солнечный элемент, содержащий кристаллическую кремниевую подложку, имеющую, по меньшей мере, p-n переход, пассивирующую пленку, сформированную на ней, и электроды, сформированные на ней путем печатания и термообработки проводящей пасты, отличающийся тем, что
электроды включают в себя первый электрод, который сформирован таким образом, чтобы вытягивающий электрод мог контактировать с кремниевой подложкой для вытягивания фотогенерированных носителей из кремниевой подложки, и второй электрод, который сформирован таким образом, чтобы коллекторный электрод мог контактировать с первым электродом для накопления носителей вытянутых первым электродом, а второй электрод и кремниевая подложка могли контактировать только частично или вообще нигде, по меньшей мере, вне точки контакта между первым и вторым электродами.

2. Солнечный элемент по п. 1, в котором область, в которой отсутствует контакт между вторым электродом и кремниевой подложкой, за исключением области контакта между первым и вторым электродами, составляет, по меньшей мере, 20% от области, равной области, образованной шириной и общей длиной второго электрода минус область контакта между первым и вторым электродами.

3. Солнечный элемент по п. 1, в котором первый электрод частично контактирует или полностью покрыт вторым электродом.

4. Солнечный элемент по п. 1, в котором первый электрод образован из проводящей пасты, содержащей B, Al, Ga, P, As, In или Sb в свободном состоянии или их соединения, а область, обладающая высокой концентрацией элемента, диффундированного в ней, включена в кремниевую подложку под первым электродом.

5. Солнечный элемент по п. 1, в котором пассивирующая пленка содержит оксид кремния, нитрид кремния, карбид кремния, оксид алюминия, аморфный кремний, микрокристаллический кремний или оксид титана, или их сочетания.

6. Солнечный элемент по п. 1, в котором коллекторный электрод, содержащий скомбинированные первый и второй электроды, образован на светопринимающей поверхности или несветопринимающей поверхности солнечного элемента, или на них обеих.

7. Модуль солнечного элемента, содержащий электрически соединенные солнечные элементы по любому из пп. 1-6.