掩埋栅太阳电池专利技术综述

汪灵 李博 薛源

（国家知识产权局专利局专利审查协作河南中心，河南郑州 450000）

掩埋栅太阳电池专利技术综述

汪灵 李博 薛源

（国家知识产权局专利局专利审查协作河南中心，河南郑州 450000）

随着传统的丝网印刷技术得到了不断发展和提高，一种产业化高效电池——埋栅电池也取得了很大的发展和改进掩埋栅太阳电池作为目前普遍使用的太阳能电池类型，其在转化效率、工业生产中均起着举足轻重的作用。本文在以掩埋栅电池为主要研究对象的前提下，主要分析了掩埋栅太阳电池的发展现状和研究方向，以及太阳能领域中重要企业的关于此类太阳电池的专利战略布局。

掩埋栅 太阳能电池 专利申请

1 掩埋栅电池的基本结构

随着传统的丝网印刷技术得到了不断发展和提高，一种产业化高效电池——埋栅电池也取得了很大的发展和改进。更为具体的说，电池的前面触点一般被沉积作为开口栅图案以允许光被暴露的硅衬底吸收，而将前面的栅沉积在被埋入的凹槽中以减小栅遮蔽损耗（grid-shading loss），该类型的太阳能电池通常称为掩埋接触式（Buried Contact）太阳能电池（也被称为激光开槽掩埋栅-LGBG太阳能电池），简称为埋栅电池。而埋栅电池效率高的原因则包括：由于金属栅线导电性更好，与槽内重扩散区的接触电阻更小，所以填充因子更高。同时，由于表面遮光面积相对较少，对于面积较大的电池，其电流相对较高。此外，在工艺处理过程中其工艺本身还能产生相当大的吸杂作用。

2 掩埋栅电池的技术发展路线

正是由于埋栅电池的优越性，其技术发展路线也相应的有以下几个方面：（1）埋栅结构的改进，主要是对栅槽制造工艺的改进，其包括激光刻槽和机械刻槽两个方面；（2）电池效率的提高，主要包括表面遮光面积的减少、电池反射膜的工艺改进或埋栅结构的金属电极优化等；（3）从产业化角度出发，集中于降低生产成本的制造工艺改进，例如化学镀镍/铜/银的方法的改进等。

3 掩埋栅电池重要申请人的技术发展路线

基于丝网印刷技术的晶体硅太阳电池的大规模制造技术和装备得到明显的改进，很多公司都投入到了埋栅电池技术的产业化制造行业中，这些公司主要包括BP Solar、Telefunken和Samsung等，其中BP Solar和Samsung均已成功采用埋栅电池技术进行了大规模商业化电池的生产。对上述两个公司的专利申请从埋栅电池技术发展改进进程角度出发进行梳理，得出埋栅电池技术发展现状和趋势，具体如下：

首先，BP Solar公司对新南威尔士大学提出的埋栅电池雏形进行了改进（参见WO02103810A1），提出较为完整和成熟的埋栅电池结构，并把背面场施加到硅太阳能电池中，从而完成工业化生产中的低成本要求和制造工艺的优化；接着，BP Solar公司提出了一种改进金属化镀膜的工艺（参见EP1936698A1），用氮化硅代替氧化硅作为减反射膜，从而提高埋栅电池的光反射率；另外，针对新南威尔士大学制造埋栅电池的方法，BP Solar提出了一种在硅衬底上形成狭长凹槽并与接触指系统交叉而成导电的前触点的方法（参见EP1892767A1），其避免在丝网印刷的前面金属化的不期望区域下欧姆接触的形成，同时对丝网印刷的前面金属化图案的烧制条件以及LPCVD沉积的条件进行优化；BP Solar公司除上述对埋栅电池制造工艺及其结构的改进之外，该公司还涉及了太阳能电池制造设备、生产线的开发与研究。

Samsung公司作为液晶显示屏和半导体元件技术领域中发展较为成熟和较快的大规模生产公司，其在光伏电池产业中也占有重要地位，其中在埋栅电池技术领域中，从制造工艺、电池结构和相关设备方面均有相对较多的专利申请量。按照上述埋栅电池的技术发展改进方向，该公司的专利申请梳理如下：

首先，Samsung公司基于新南威尔士大学提出的埋栅电池提出了具有背面接触电极结构的埋栅太阳能电池（B C S C）（参见KR97054567A1），并提出使用成本较低的且面积较大的氧化物层覆盖于二氧化硅的上表面，以此提高电池的反射效率；接着，Samsung公司又提出在埋栅太阳能电池（BCSC）的硅衬底上形成局部P+扩散层（参见KR97018751A），并且该扩散层具有平坦的上表面进而具有更高的电池转换效率；之后，Samsung公司提出改进埋栅太阳能电池背面P型掺杂工艺（参见KR97030930A），具体为使用硼元素进行掺杂，其能够进一步提高电池的转换效率；进一步地，Samsung公司提出在硅衬底表面和氧化物层之间形成有逆转层（参见KR98020311），从而提高埋栅电池的填充因子和转换效率；接着，Samsung公司提出使用一次退火步骤来形成埋栅电池的氧化层（参见KR98083153A），使得埋栅电池的制造工艺得到简化，也降低了生产成本；再接着，Samsung公司还提出了一种形成埋栅电极的方法（参见KR20050023181A），该方法能够减少之前制造工艺中高温烧结的步骤，进一步的降低生产成本。此外，Samsung公司除对埋栅电池制造工艺的简化和生产成本的降低以及埋栅电池结构的改进之外，其还提出很多关于制造器件、工艺条件实现设备的相关专利申请。

通过对上述两大公司关于埋栅电池的专利申请的梳理，可以发现，对于公司在实现产品工业化的时候，其主要关注于生产成本的降低，然而，从埋栅电池能够进一步在产业上得到应用、从晶硅电池作为传统能源的替代者、从更好的造福人类生活这几方面来说，埋栅电池仍需进一步的开发，比如，由等离子体化学气相沉淀技术（PECVD）制作的氮化硅膜（SiN）作为电池的正表面的减反射膜的工艺；改进银浆配方，使得电池表面发射结的薄层电阻提高的情况下，实现较好的欧姆接触；共烧技术；以及使用精细网版来降低栅线宽度；激光刻槽方法中需要开发研制多光束激光开槽设备以提高生产效率；机械刻槽方法中产业化生产设备的改进和工艺条件的优化等等，从而适应产业化技术的要求。

4 结语

本文基于目前公开的发明专利申请及此领域中重要申请人的申请量、申请方向及申请内容布局，简述了太阳能电池中掩埋栅型电池的发展和改进。着重介绍了掩埋栅电池相较于传统丝网印刷电池的优势之处及其研究方向，同时分析本领域中重要企业在知识产权专利方面的专利申请、专利战略布局的现状，期待以太阳能电池为绿色能源的新型能源能够更好的发展，与人类达到和谐共处。