本发明涉及光伏电池技术领域，具体涉及一种埋栅晶体硅光伏电池。
背景技术：
光伏电池是光伏发电装置的核心，晶体硅光伏电池又是现有光伏技术中最重要的一类光伏电池。光伏电池的光电转换效率直接决定着光伏发电的成本，为此，长期以来业内一直在不遗余力地为提高光伏电池的光电转换效率而努力。
为了将光伏电池产生的电能有效地从电池中引出来，几乎所有光伏电池在其表面都设计有金属栅线，这些栅线在实现其引导电流的功能的同时，也遮挡了电池的部分受光面积，降低了光伏电池的全面积光电转换效率。典型地，电池表面栅线的面积可以达到电池表面积的8%。
为此，业内采取了很多措施来减少栅线引起的电能损失，例如，设计宽度尽可能窄、数量尽可能少的栅线；将所有栅线均由电池背面引出；在栅线上做反光互联条设计，使被遮挡的光线经反射后再次折返到电池表面，等等。然而，尽管如此，现有的晶体硅光伏电池还是存在以下的技术问题：
第一、栅线的宽度和数量受引出电阻和技术水平的限制，不能太细、太少，或者完全没有栅线；
第二、随着双面受光电池技术的发展，电池背面的电极同样会对入射光线形成遮挡；
第三、反光互联条与玻璃间折射和反射的效果不确定，影响光线的收集效果。而且不可能在所有栅线表面都设计加装反光互联条。
技术实现要素：
为了解决电池栅线遮挡光线，从而减少电池受光面积、降低光电转换效率的技术问题，本发明提供一种埋栅晶体硅光伏电池，该埋栅晶体硅光伏电池中的埋覆材料是光伏转换半导体硅材料的一部分，亦参与光能向电能的转换，因为金属栅线埋覆于所述半导体硅材料之中，金属栅线不再形成对入射阳光的遮挡。
为了实现上述技术目的，本发明采用如下的技术手段：
一种埋栅晶体硅光伏电池，包括p型区、n型区、pn结势垒区，所述晶体硅光伏电池的p型区的表面设置有正极金属输出电极，所述晶体硅光伏电池的n型区的表面设置有负极金属输出电极，所述正极金属输出电极的外表面设置有p型硅薄膜埋覆层，所述p型硅薄膜埋覆层与所述电池的p型区形成同导电类型硅的连通，或/和所述负极金属输出电极的外表面设置有n型硅薄膜埋覆层，所述n型硅薄膜埋覆层与所述电池的n型区形成同导电类型硅的连通。
进一步地，所述p型硅薄膜埋覆层，或/和n型硅薄膜埋覆层是多晶硅薄膜、微晶硅薄膜、纳米晶硅薄膜、非晶硅薄膜，或其中两种及其以上形态硅的混合物薄膜。
进一步地，所述p型硅薄膜埋覆层，或/和n型硅薄膜埋覆层包含微米级或纳米级硅晶体微粒的功能相和低熔点玻璃粘结相。
进一步地，所述p型硅薄膜埋覆层，或/和n型硅薄膜埋覆层包含微米级或纳米级硅晶体微粒的功能相和有机粘结相。
进一步地，所述p型硅薄膜埋覆层，或/和n型硅薄膜埋覆层的厚度为0.1μm~100μm。
一种基于所述埋栅晶体硅光伏电池的制作方法，包括以下几个步骤，需要说明的是，本制作方法全部是现有的光伏电池技术或半导体技术，故简述如下：
s1、在晶体硅表面制备pn结，形成晶体硅光伏电池的p型区、n型区和pn结势垒区；
s2、在所述光伏电池的p型区上制备正极金属输出电极，和/或在所述光伏电池的n型区上制备负极金属输出电极，为了降低随后的非晶硅薄膜原位晶化为多晶硅薄膜的晶化温度，金属电极材料中会包含有al、ni、pd、au、pt、ti、ag、sn等金属中的一种或几种；
s3、在所述正极金属输出电极的表面制备p型硅薄膜埋覆层、和/或在所述负极金属输出电极的表面制备n型硅薄膜埋覆层；
进一步地，步骤s3中，所述p型硅薄膜埋覆层，和/或n型硅薄膜埋覆层是经化学气相淀积（cvd）或物理气相淀积（pvd）所获得，淀积时光伏电池衬底温度范围200℃~400℃。
更进一步地，所述多晶硅薄膜是由非晶硅薄膜经金属催化、原位晶化得到的，晶化温度300℃~500℃。
进一步地，步骤s3中，所述p型硅薄膜埋覆层，或/和n型硅薄膜埋覆层是经丝网印刷和随后的烧结方法形成的，烧结温度400℃~650℃。
进一步地，步骤s3中，所述p型硅薄膜埋覆层，或/和n型硅薄膜埋覆层是经丝网印刷和随后的固化工艺形成的，固化温度23℃~300℃。
以上各工艺温度的设定遵循后道工序的工艺温度低于前道工序的工艺温度的原则，以保证后道工序的高温不会损坏前道工序的所需结果。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明电池表面的金属栅线埋覆于半导体硅材料之中，埋覆材料亦参与将光能转换为电能，金属栅线不再遮挡入射的阳光，较好地解决了电池表面金属栅线遮挡了电池的部分受光面积，降低光伏电池的全面积光电转换效率的问题。
附图说明
图1为本发明一种埋栅晶体硅光伏电池的实施例1、实施例2的结构示意图。
图2为本发明一种埋栅晶体硅光伏电池的实施例3、实施例4的结构示意图。
图3为本发明一种埋栅晶体硅光伏电池的工作原理示意图。
其中，1-晶体硅光伏电池pn结势垒区，2-电池p型区，3-电池的n型区，4-正极金属输出电极，5-负极金属输出电极，6-p型硅薄膜埋覆层，7-n型硅薄膜埋覆层，8-光生空穴电子对，81-光生电子，82-光生空穴，9-负载，10-负载上电流方向，11-辐照光。
具体实施方式
以下描述用于公开本发明以使本领域技术人员能够实现本发明。描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变形。在以下描述中界定的本发明的基本原理可以应用于其他实施方案、变形方案、改进方案、等同方案以及没有背离本发明的精神和范围的其他技术方案。
本发明公开了一种埋栅晶体硅光伏电池，包括p型区、n型区、pn结势垒区，在电池的p型区的表面设置有正极金属输出电极，在电池的n型区的表面设置有负极金属输出电极，在所述正极金属输出电极的外表面设置有p型硅薄膜埋覆层，使所述p型硅薄膜埋覆层与所述电池的p型区形成同导电类型硅的连通；或者，在所述负极金属输出电极的外表面设置有n型硅薄膜埋覆层，使所述n型硅薄膜埋覆层与所述电池的n型区形成同导电类型硅的连通；或者，在所述正极金属输出电极的外表面设置有p型硅薄膜埋覆层，同时在所述负极金属输出电极的外表面设置有n型硅薄膜埋覆层，分别使所述p型硅薄膜埋覆层与所述电池的p型区形成同导电类型硅的连通，使所述n型硅薄膜埋覆层与所述电池的n型区形成同导电类型硅的连通。
本发明的原理是：
以正极金属输出电极4所在面为第一受光面受光为例，参见图3，当入射光11照射到金属电极时，现有技术的金属电极将会把这部分光照反射回去而无法直接利用。本发明因为p型硅薄膜层6吸收入射光11产生非平衡电子空穴对8，其中的非平衡少数载流子电子81在浓度梯度的作用下，向pn结区1扩散，只要所述金属输出电极的宽度足够窄，其宽度小到可以与所述淀积的p型硅薄膜6中入射光所激发的非平衡少数载流子的扩散长度相比拟，则所述p型硅薄膜中的入射光所激发的非平衡少数载流子就有足够高的概率扩散至pn结区1，并在势垒区自建电场的作用下实现电荷的分离，获得对外以电功率的方式做功的能力。最终经导线流经负载9至光伏电池的正极金属输出电极4与非平衡载流子空穴82复合，在这个过程中产生附加电流10，借此提高了光伏电池的光电转换效率。
第二受光面光电转换过程原理与第一受光面基本相同，只是载流子的极性正好相反，但电流方向是一致的，不再赘述。
只要所述金属输出电极的宽度足够窄，其宽度小到可以与所述淀积的p型硅薄膜或n型硅薄膜中入射光所激发的非平衡少数载流子的扩散长度相比拟，则所述p型硅薄膜或n型硅薄膜中的入射光所激发的非平衡少数载流子就有足够高的概率扩散至pn结势垒区，并在势垒区自建电场的作用下实现电荷的分离，获得对外以电功率的方式做功的能力。
在金属电极上覆盖的硅薄膜层形成方法如下：
s1、在晶体硅表面制备pn结，形成晶体硅光伏电池的p型区、n型区和pn结区；
s2、在所述光伏电池的p型区上制备正极金属输出电极，和/或在所述光伏电池的n型区上制备负极金属输出电极，为了降低随后的非晶硅薄膜原位晶化为多晶硅薄膜的晶化温度，金属电极材料中会包含有al、ni、pd、au、pt、ti、ag、sn等金属中的一种或几种；
s3、在所述正极金属输出电极的表面制备p型硅薄膜埋覆层、和/或在所述负极金属输出电极的表面制备n型硅薄膜埋覆层；
在步骤s3中，所述p型硅薄膜埋覆层，和/或n型硅薄膜埋覆层是经化学气相淀积或物理气相淀积所获得。
所述多晶硅薄膜是由非晶硅薄膜经金属催化、原位晶化得到的。所述催化的金属，是在步骤s2电极制备时引入的。
或者，在步骤s3中，所述p型硅薄膜埋覆层，和/或n型硅薄膜埋覆层是包含有微米级或纳米级硅晶体微粒的功能相和低熔点玻璃粘结相的浆料，经印刷、烧结原位获得的。
或者，在步骤s3中，所述所述p型硅薄膜埋覆层，或/和n型硅薄膜埋覆层是包含有微米级或纳米级硅晶体微粒的功能相和有机粘结相的浆料，经印刷、固化原位获得的。
以上各工艺温度的设定遵循后道工序的工艺温度低于前道工序的工艺温度的原则，以保证后道工序的高温不会损坏前道工序的所需结果。
实施例
以下各实施例的每一个工艺步骤均有多种工艺方法可以实现，串联不同的工艺步骤可以得到多条不同的工艺路线去实现所需要的器件结构。所用工艺技术均是现有的光伏电池或半导体制造工艺技术，工艺过程的工艺参数均需视器件设计、材料、设备和工艺环境等因素加以调整，在此只能就其中一条工艺路线加以简述：
实施例1
如图1所示，为一种埋栅晶体硅光伏电池，其正极金属输出电极4和负极金属输出电极5分处于光伏电池的不同表面，任意一面为第一受光面，则另一面即为第二受光面。
在图1中，一种埋栅晶体硅光伏电池，包括p型区2、n型区3、pn结势垒区1，在电池的p型区2的表面设置有正极金属输出电极4，在电池的n型区3的表面设置有负极金属输出电极5，在所述正极金属输出电极4的外表面设置有p型硅薄膜埋覆层6，使所述p型硅薄膜埋覆层6与所述电池的p型区2形成同导电类型硅的连通；同时，在所述负极金属输出电极5的外表面设置有n型硅薄膜埋覆层7，使所述n型硅薄膜埋覆层7与所述电池的n型区3形成同导电类型硅的连通。
本实施例中所述埋栅晶体硅光伏电池的制作方法，包括以下几个步骤：
s1、采用扩散工艺在晶体硅片上制备pn结，形成晶体硅光伏电池pn结势垒区1、p型区2、n型区3；
s2、采用丝网印刷、烧结工艺，在电池p型区2和电池n型区3制备正极金属输出电极4和负极金属输出电极5，其中电极烧结温度为550℃~850℃；为了降低随后的非晶硅薄膜原位晶化为多晶硅薄膜的晶化温度，本实施例的金属电极材料中会包含有al、ni、pd、au、pt、ti、ag、sn等金属元素中的一种或几种；
s3、以pecvd（等离子增强化学气相淀积）工艺手段在所述正极金属输出电极4的表面制备p型硅薄膜埋覆层6、在所述负极金属输出电极5的表面制备n型硅薄膜埋覆层7。此步骤形成与现有技术晶体硅光伏电池不同的电池结构，具体分步骤如下：
s3.1、确认晶体硅光伏电池半成品和金属电极表面的洁净程度，必要时清洗；
s3.2、在光伏电池半成品第一受光面上制掩膜，准备在正极金属输出电极表面制备p型硅薄膜埋覆层；
s3.3、将光伏电池半成品送入真空室，抽真空；
s3.4、当真空室的真空气压达到10-5pa时，按照sih4:b2h6:h2=3:2:10的质量流量比例向真空室输送sih4、b2h6、h2反应气体；
s3.5、保持衬底温度250℃±5℃、反应气体气压80pa±2pa；
s3.6、接通射频电源，调整射频功率，沉积p型非晶硅硅薄膜埋覆层至要求厚度；
s3.7、在光伏电池半成品第二受光面上制掩膜，准备在负极金属输出电极表面制备n型硅薄膜埋覆层；
s3.8、将光伏电池半成品送入真空室，抽真空；
s3.9、当真空室的真空气压达到10-5pa时，按照sih4:ph3:h2=3:2:10的质量流量比例向真空室输送sih4、ph3、h2反应气体；
s3.10、保持衬底温度250℃±5℃、反应气体气压80pa±2pa；
s3.11、接通射频电源，调整射频功率，沉积n型非晶硅薄膜埋覆层至要求厚度；
s3.12、在450℃~500℃温度下退火，实现金属诱导所述非晶硅薄膜埋覆层的非晶硅晶化为多晶硅；
s3.13、去除掩膜层。
s4、制备钝化/减反射膜层。
实施例2
本实施例光伏电池的结构与实施例1相同，不同处在于所述p型硅薄膜埋覆层6与n型硅薄膜埋覆层7的形成方法不同，本实施例中，以丝网印刷的工艺手段在所述正极金属输出电极4的表面制备p型硅薄膜埋覆层6、在所述负极金属输出电极5的表面制备n型硅薄膜埋覆层7，其步骤如下：
s3.1、准备印刷浆料。所述印刷浆料包含微米级或纳米级硅晶体微粒的功能相和低熔点玻璃粘结相，其中印刷至所述正极金属输出电极4的正极浆料中的硅晶体微粒，其导电类型是p型；印刷至所述负极金属输出电极5的负极浆料中的硅晶体微粒，其导电类型是n型；
s3.2、将正极浆料印刷至正极金属输出电极4，烘干、负极浆料印刷至负极金属输出电极5，烘干；
s3.3、经400℃~650℃烧结在正极金属输出电极4表面形成p型硅薄膜埋覆层6，在负极金属输出电极5表面形成n型硅薄膜埋覆层7。
实施例3
如图2所示，为一种埋栅晶体硅光伏电池，其正、负电极均由第一受光面引出，第二受光面无电极，工艺步骤简述如下：
s1、采用气体浸没激光掺杂工艺在晶体硅片上制备条状pn结，形成晶体硅光伏电池pn结区1、p型区2、n型区3；
s2、采用蒸发、烧结工艺，分别在电池p型区2和电池n型区3制备正极金属输出电极4和负极金属输出电极5，电极烧结温度为550℃~850℃。为了降低随后的非晶硅薄膜原位晶化为多晶硅薄膜的晶化温度，金属电极材料表面会包含有al、ni、pd、au、pt、ti、ag、sn等金属中的一种或几种；
s3、以磁控溅射工艺手段在所述正极金属输出电极4的表面制备p型硅薄膜埋覆层6、在所述负极金属输出电极5的表面制备n型硅薄膜埋覆层7。此步骤形成与现有技术晶体硅光伏电池不同的电池结构，具体分步骤如下：
s3.1、以高纯晶体硅为靶材；
s3.2、在光伏电池半成品上制掩膜，准备在正极金属输出电极4表面制备p型硅薄膜埋覆层6；
s3.3、将光伏电池半成品送入真空室，抽真空至本底真空度至4.0×10-4pa；
s3.4、向真空室内通入ar气，当真空室ar气压强为3pa～5pa时，启动电离电源；对样品表面进行电离清洗，电离清洗数分钟；
s3.5、磁控溅射沉积p型硅薄膜，保持真空室压强为1.2pa，保持衬底温度低于电极烧结温度，直至达到所需沉积厚度；
s3.6、沉积所得膜层可以是多晶硅、微晶硅、非晶硅，或他们的混合物；
s3.7、重复以上步骤，在所述负极金属输出电极5的表面制备n型硅薄膜埋覆层7；
s3.8、必要时在400℃~500℃下退火，进一步实现金属诱导将所沉积硅薄膜覆盖层中的非晶硅晶化为多晶硅；
s3.9、去除掩膜层；
s4、制备钝化/减反射膜层。
实施例4
本实施例光伏电池的结构与实施例3相同，如图2所示，为一种埋栅晶体硅光伏电池，其正、负电极均由第一受光面引出，第二受光面无电极。与实施例3不同之处在于步骤s3、s4，以丝网印刷的工艺手段在所述正极金属输出电极4的表面制备p型硅薄膜埋覆层6、在所述负极金属输出电极5的表面制备n型硅薄膜埋覆层7，同时，若要在电池表面进一步制备钝化/减反射膜，则应该采用低温工艺。
其步骤如下：
s3.1、准备印刷浆料。所述印刷浆料包含微米级或纳米级硅晶体微粒的功能相和有机粘结相，其中印刷至所述正极金属输出电极4的正极浆料中的硅晶体微粒，其导电类型是p型；印刷至所述负极金属输出电极5的负极浆料中的硅晶体微粒，其导电类型是n型；
s3.2、将正极浆料印刷至正极金属输出电极4，烘干、固化，负极浆料印刷至负极金属输出电极5，烘干、固化，固化温度低于电极烧结温度；
s4、采用热蒸发技术，在光伏电池片表面蒸镀二氧化硅或氮化硅薄膜，起到表面钝化和减反射作用。且工艺温度应低于所述印刷浆料中有机粘结相的耐受温度。
综上所述，本发明公开了一种埋栅晶体硅光伏电池，通过在电池电极的表面增设硅薄膜，提高了光伏电池的环境辐射光的利用率，从而有利于提高光伏电池的光电转换效率。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。
1.一种埋栅晶体硅光伏电池，包括p型区（2）、n型区（3）、pn结势垒区（1），所述晶体硅光伏电池的p型区（2）的表面设置有正极金属输出电极（4），所述晶体硅光伏电池的n型区（3）的表面设置有负极金属输出电极（5），其特征在于：所述正极金属输出电极（4）的外表面设置有p型硅薄膜埋覆层（6），所述p型硅薄膜埋覆层（6）与所述电池的p型区（2）形成同导电类型硅的连通；
或/和所述负极金属输出电极（5）的外表面设置有n型硅薄膜埋覆层（7），所述n型硅薄膜埋覆层（7）与所述电池的n型区（3）形成同导电类型硅的连通。
2.根据权利要求1所述的一种埋栅晶体硅光伏电池，其特征在于：所述p型硅薄膜埋覆层（6）或/和n型硅薄膜埋覆层（7）是多晶硅薄膜、微晶硅薄膜、纳米晶硅薄膜、非晶硅薄膜，或其中两种及其以上形态硅的混合薄膜。
3.根据权利要求2所述的一种埋栅晶体硅光伏电池，其特征在于：所述多晶硅薄膜是由非晶硅薄膜经金属催化、原位晶化得到的。
4.根据权利要求1所述的一种埋栅晶体硅光伏电池，其特征在于：所述p型硅薄膜埋覆层（6），或/和n型硅薄膜埋覆层（7）包括微米级或纳米级硅晶体微粒的功能相和低熔点玻璃粘结相。
5.根据权利要求1所述的一种埋栅晶体硅光伏电池，其特征在于：所述p型硅薄膜埋覆层（6），或/和n型硅薄膜埋覆层（7）包括微米级或纳米级硅晶体微粒的功能相和有机粘结相。
6.根据权利要求1所述的一种埋栅晶体硅光伏电池，其特征在于：所述p型硅薄膜埋覆层（6），或/和n型硅薄膜埋覆层（7）的厚度为0.1μm~100μm。
7.一种基于权利要求1所述埋栅晶体硅光伏电池的制作方法，其特征在于，包括以下几个步骤：
s1、在晶体硅片表面制备pn结，形成晶体硅光伏电池的p型区（2）、n型区（3）和pn结区（1）；
s2、在所述光伏电池的p型区（2）上制备正极金属输出电极（4），在所述光伏电池的n型区（3）上制备负极金属输出电极（5），金属电极材料中包含有al、ni、pd、au、pt、ti、ag、sn金属元素中的一种或几种；
s3、在所述正极金属输出电极（4）的表面制备p型硅薄膜埋覆层（6）、和/或在所述负极金属输出电极（5）的表面制备n型硅薄膜埋覆层（7）。
8.根据权利要求7所述的一种埋栅晶体硅光伏电池的制作方法，其特征在于：步骤s3中，所述p型硅薄膜埋覆层（6）或/和n型硅薄膜埋覆层（7）是经化学气相淀积（cvd）或物理气相淀积（pvd）所获得，淀积时光伏电池衬底工艺温度200℃~400℃。
9.根据权利要求7所述的一种埋栅晶体硅光伏电池的制作方法，其特征在于：步骤s3中，所述p型硅薄膜埋覆层（6）或/和n型硅薄膜埋覆层（7）是经丝网印刷和随后的烧结方法形成的，烧结温度400℃~650℃。
10.根据权利要求7所述的一种埋栅晶体硅光伏电池的制作方法，其特征在于：步骤s3中，所述p型硅薄膜埋覆层（6）或/和n型硅薄膜埋覆层（7）是经丝网印刷和随后的固化工艺形成的，固化温度23℃~300℃。
技术总结