汪靈 李博 薛源

（國家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局專利局專利審查協(xié)作河南中心，河南鄭州 450000）

掩埋柵太陽電池專利技術(shù)綜述

汪靈 李博 薛源

（國家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局專利局專利審查協(xié)作河南中心，河南鄭州 450000）

隨著傳統(tǒng)的絲網(wǎng)印刷技術(shù)得到了不斷發(fā)展和提高，一種產(chǎn)業(yè)化高效電池——埋柵電池也取得了很大的發(fā)展和改進(jìn)掩埋柵太陽電池作為目前普遍使用的太陽能電池類型，其在轉(zhuǎn)化效率、工業(yè)生產(chǎn)中均起著舉足輕重的作用。本文在以掩埋柵電池為主要研究對(duì)象的前提下，主要分析了掩埋柵太陽電池的發(fā)展現(xiàn)狀和研究方向，以及太陽能領(lǐng)域中重要企業(yè)的關(guān)于此類太陽電池的專利戰(zhàn)略布局。

掩埋柵 太陽能電池 專利申請(qǐng)

1 掩埋柵電池的基本結(jié)構(gòu)

隨著傳統(tǒng)的絲網(wǎng)印刷技術(shù)得到了不斷發(fā)展和提高，一種產(chǎn)業(yè)化高效電池——埋柵電池也取得了很大的發(fā)展和改進(jìn)。更為具體的說，電池的前面觸點(diǎn)一般被沉積作為開口柵圖案以允許光被暴露的硅襯底吸收，而將前面的柵沉積在被埋入的凹槽中以減小柵遮蔽損耗（grid-shading loss），該類型的太陽能電池通常稱為掩埋接觸式（Buried Contact）太陽能電池（也被稱為激光開槽掩埋柵-LGBG太陽能電池），簡稱為埋柵電池。而埋柵電池效率高的原因則包括：由于金屬柵線導(dǎo)電性更好，與槽內(nèi)重?cái)U(kuò)散區(qū)的接觸電阻更小，所以填充因子更高。同時(shí)，由于表面遮光面積相對(duì)較少，對(duì)于面積較大的電池，其電流相對(duì)較高。此外，在工藝處理過程中其工藝本身還能產(chǎn)生相當(dāng)大的吸雜作用。

2 掩埋柵電池的技術(shù)發(fā)展路線

正是由于埋柵電池的優(yōu)越性，其技術(shù)發(fā)展路線也相應(yīng)的有以下幾個(gè)方面：（1）埋柵結(jié)構(gòu)的改進(jìn)，主要是對(duì)柵槽制造工藝的改進(jìn)，其包括激光刻槽和機(jī)械刻槽兩個(gè)方面；（2）電池效率的提高，主要包括表面遮光面積的減少、電池反射膜的工藝改進(jìn)或埋柵結(jié)構(gòu)的金屬電極優(yōu)化等；（3）從產(chǎn)業(yè)化角度出發(fā)，集中于降低生產(chǎn)成本的制造工藝改進(jìn)，例如化學(xué)鍍鎳/銅/銀的方法的改進(jìn)等。

3 掩埋柵電池重要申請(qǐng)人的技術(shù)發(fā)展路線

基于絲網(wǎng)印刷技術(shù)的晶體硅太陽電池的大規(guī)模制造技術(shù)和裝備得到明顯的改進(jìn)，很多公司都投入到了埋柵電池技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化制造行業(yè)中，這些公司主要包括BP Solar、Telefunken和Samsung等，其中BP Solar和Samsung均已成功采用埋柵電池技術(shù)進(jìn)行了大規(guī)模商業(yè)化電池的生產(chǎn)。對(duì)上述兩個(gè)公司的專利申請(qǐng)從埋柵電池技術(shù)發(fā)展改進(jìn)進(jìn)程角度出發(fā)進(jìn)行梳理，得出埋柵電池技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢，具體如下：

首先，BP Solar公司對(duì)新南威爾士大學(xué)提出的埋柵電池雛形進(jìn)行了改進(jìn)（參見WO02103810A1），提出較為完整和成熟的埋柵電池結(jié)構(gòu)，并把背面場施加到硅太陽能電池中，從而完成工業(yè)化生產(chǎn)中的低成本要求和制造工藝的優(yōu)化；接著，BP Solar公司提出了一種改進(jìn)金屬化鍍膜的工藝（參見EP1936698A1），用氮化硅代替氧化硅作為減反射膜，從而提高埋柵電池的光反射率；另外，針對(duì)新南威爾士大學(xué)制造埋柵電池的方法，BP Solar提出了一種在硅襯底上形成狹長凹槽并與接觸指系統(tǒng)交叉而成導(dǎo)電的前觸點(diǎn)的方法（參見EP1892767A1），其避免在絲網(wǎng)印刷的前面金屬化的不期望區(qū)域下歐姆接觸的形成，同時(shí)對(duì)絲網(wǎng)印刷的前面金屬化圖案的燒制條件以及LPCVD沉積的條件進(jìn)行優(yōu)化；BP Solar公司除上述對(duì)埋柵電池制造工藝及其結(jié)構(gòu)的改進(jìn)之外，該公司還涉及了太陽能電池制造設(shè)備、生產(chǎn)線的開發(fā)與研究。

Samsung公司作為液晶顯示屏和半導(dǎo)體元件技術(shù)領(lǐng)域中發(fā)展較為成熟和較快的大規(guī)模生產(chǎn)公司，其在光伏電池產(chǎn)業(yè)中也占有重要地位，其中在埋柵電池技術(shù)領(lǐng)域中，從制造工藝、電池結(jié)構(gòu)和相關(guān)設(shè)備方面均有相對(duì)較多的專利申請(qǐng)量。按照上述埋柵電池的技術(shù)發(fā)展改進(jìn)方向，該公司的專利申請(qǐng)梳理如下：

首先，Samsung公司基于新南威爾士大學(xué)提出的埋柵電池提出了具有背面接觸電極結(jié)構(gòu)的埋柵太陽能電池（B C S C）（參見KR97054567A1），并提出使用成本較低的且面積較大的氧化物層覆蓋于二氧化硅的上表面，以此提高電池的反射效率；接著，Samsung公司又提出在埋柵太陽能電池（BCSC）的硅襯底上形成局部P+擴(kuò)散層（參見KR97018751A），并且該擴(kuò)散層具有平坦的上表面進(jìn)而具有更高的電池轉(zhuǎn)換效率；之后，Samsung公司提出改進(jìn)埋柵太陽能電池背面P型摻雜工藝（參見KR97030930A），具體為使用硼元素進(jìn)行摻雜，其能夠進(jìn)一步提高電池的轉(zhuǎn)換效率；進(jìn)一步地，Samsung公司提出在硅襯底表面和氧化物層之間形成有逆轉(zhuǎn)層（參見KR98020311），從而提高埋柵電池的填充因子和轉(zhuǎn)換效率；接著，Samsung公司提出使用一次退火步驟來形成埋柵電池的氧化層（參見KR98083153A），使得埋柵電池的制造工藝得到簡化，也降低了生產(chǎn)成本；再接著，Samsung公司還提出了一種形成埋柵電極的方法（參見KR20050023181A），該方法能夠減少之前制造工藝中高溫?zé)Y(jié)的步驟，進(jìn)一步的降低生產(chǎn)成本。此外，Samsung公司除對(duì)埋柵電池制造工藝的簡化和生產(chǎn)成本的降低以及埋柵電池結(jié)構(gòu)的改進(jìn)之外，其還提出很多關(guān)于制造器件、工藝條件實(shí)現(xiàn)設(shè)備的相關(guān)專利申請(qǐng)。

通過對(duì)上述兩大公司關(guān)于埋柵電池的專利申請(qǐng)的梳理，可以發(fā)現(xiàn)，對(duì)于公司在實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品工業(yè)化的時(shí)候，其主要關(guān)注于生產(chǎn)成本的降低，然而，從埋柵電池能夠進(jìn)一步在產(chǎn)業(yè)上得到應(yīng)用、從晶硅電池作為傳統(tǒng)能源的替代者、從更好的造福人類生活這幾方面來說，埋柵電池仍需進(jìn)一步的開發(fā)，比如，由等離子體化學(xué)氣相沉淀技術(shù)（PECVD）制作的氮化硅膜（SiN）作為電池的正表面的減反射膜的工藝；改進(jìn)銀漿配方，使得電池表面發(fā)射結(jié)的薄層電阻提高的情況下，實(shí)現(xiàn)較好的歐姆接觸；共燒技術(shù)；以及使用精細(xì)網(wǎng)版來降低柵線寬度；激光刻槽方法中需要開發(fā)研制多光束激光開槽設(shè)備以提高生產(chǎn)效率；機(jī)械刻槽方法中產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)設(shè)備的改進(jìn)和工藝條件的優(yōu)化等等，從而適應(yīng)產(chǎn)業(yè)化技術(shù)的要求。

4 結(jié)語

本文基于目前公開的發(fā)明專利申請(qǐng)及此領(lǐng)域中重要申請(qǐng)人的申請(qǐng)量、申請(qǐng)方向及申請(qǐng)內(nèi)容布局，簡述了太陽能電池中掩埋柵型電池的發(fā)展和改進(jìn)。著重介紹了掩埋柵電池相較于傳統(tǒng)絲網(wǎng)印刷電池的優(yōu)勢之處及其研究方向，同時(shí)分析本領(lǐng)域中重要企業(yè)在知識(shí)產(chǎn)權(quán)專利方面的專利申請(qǐng)、專利戰(zhàn)略布局的現(xiàn)狀，期待以太陽能電池為綠色能源的新型能源能夠更好的發(fā)展，與人類達(dá)到和諧共處。