掩埋柵太陽電池專利技術綜述

汪靈 李博 薛源

（國家知識產權局專利局專利審查協作河南中心，河南鄭州 450000）

掩埋柵太陽電池專利技術綜述

汪靈 李博 薛源

（國家知識產權局專利局專利審查協作河南中心，河南鄭州 450000）

隨著傳統的絲網印刷技術得到了不斷發展和提高，一種產業化高效電池——埋柵電池也取得了很大的發展和改進掩埋柵太陽電池作為目前普遍使用的太陽能電池類型，其在轉化效率、工業生產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象的前提下，主要分析了掩埋柵太陽電池的發展現狀和研究方向，以及太陽能領域中重要企業的關于此類太陽電池的專利戰略布局。

掩埋柵 太陽能電池 專利申請

1 掩埋柵電池的基本結構

隨著傳統的絲網印刷技術得到了不斷發展和提高，一種產業化高效電池——埋柵電池也取得了很大的發展和改進。更為具體的說，電池的前面觸點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：由于金屬柵線導電性更好，與槽內重擴散區的接觸電阻更小，所以填充因子更高。同時，由于表面遮光面積相對較少，對于面積較大的電池，其電流相對較高。此外，在工藝處理過程中其工藝本身還能產生相當大的吸雜作用。

2 掩埋柵電池的技術發展路線

正是由于埋柵電池的優越性，其技術發展路線也相應的有以下幾個方面：（1）埋柵結構的改進，主要是對柵槽制造工藝的改進，其包括激光刻槽和機械刻槽兩個方面；（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或埋柵結構的金屬電極優化等；（3）從產業化角度出發，集中于降低生產成本的制造工藝改進，例如化學鍍鎳/銅/銀的方法的改進等。

3 掩埋柵電池重要申請人的技術發展路線

基于絲網印刷技術的晶體硅太陽電池的大規模制造技術和裝備得到明顯的改進，很多公司都投入到了埋柵電池技術的產業化制造行業中，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進行了大規模商業化電池的生產。對上述兩個公司的專利申請從埋柵電池技術發展改進進程角度出發進行梳理，得出埋柵電池技術發展現狀和趨勢，具體如下：

首先，BP Solar公司對新南威爾士大學提出的埋柵電池雛形進行了改進（參見WO02103810A1），提出較為完整和成熟的埋柵電池結構，并把背面場施加到硅太陽能電池中，從而完成工業化生產中的低成本要求和制造工藝的優化；接著，BP Solar公司提出了一種改進金屬化鍍膜的工藝（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，針對新南威爾士大學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交叉而成導電的前觸點的方法（參見EP1892767A1），其避免在絲網印刷的前面金屬化的不期望區域下歐姆接觸的形成，同時對絲網印刷的前面金屬化圖案的燒制條件以及LPCVD沉積的條件進行優化；BP Solar公司除上述對埋柵電池制造工藝及其結構的改進之外，該公司還涉及了太陽能電池制造設備、生產線的開發與研究。

Samsung公司作為液晶顯示屏和半導體元件技術領域中發展較為成熟和較快的大規模生產公司，其在光伏電池產業中也占有重要地位，其中在埋柵電池技術領域中，從制造工藝、電池結構和相關設備方面均有相對較多的專利申請量。按照上述埋柵電池的技術發展改進方向，該公司的專利申請梳理如下：

首先，Samsung公司基于新南威爾士大學提出的埋柵電池提出了具有背面接觸電極結構的埋柵太陽能電池（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+擴散層（參見KR97018751A），并且該擴散層具有平坦的上表面進而具有更高的電池轉換效率；之后，Samsung公司提出改進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行摻雜，其能夠進一步提高電池的轉換效率；進一步地，Samsung公司提出在硅襯底表面和氧化物層之間形成有逆轉層（參見KR98020311），從而提高埋柵電池的填充因子和轉換效率；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燒結的步驟，進一步的降低生產成本。此外，Samsung公司除對埋柵電池制造工藝的簡化和生產成本的降低以及埋柵電池結構的改進之外，其還提出很多關于制造器件、工藝條件實現設備的相關專利申請。

通過對上述兩大公司關于埋柵電池的專利申請的梳理，可以發現，對于公司在實現產品工業化的時候，其主要關注于生產成本的降低，然而，從埋柵電池能夠進一步在產業上得到應用、從晶硅電池作為傳統能源的替代者、從更好的造福人類生活這幾方面來說，埋柵電池仍需進一步的開發，比如，由等離子體化學氣相沉淀技術（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；改進銀漿配方，使得電池表面發射結的薄層電阻提高的情況下，實現較好的歐姆接觸；共燒技術；以及使用精細網版來降低柵線寬度；激光刻槽方法中需要開發研制多光束激光開槽設備以提高生產效率；機械刻槽方法中產業化生產設備的改進和工藝條件的優化等等，從而適應產業化技術的要求。

4 結語

本文基于目前公開的發明專利申請及此領域中重要申請人的申請量、申請方向及申請內容布局，簡述了太陽能電池中掩埋柵型電池的發展和改進。著重介紹了掩埋柵電池相較于傳統絲網印刷電池的優勢之處及其研究方向，同時分析本領域中重要企業在知識產權專利方面的專利申請、專利戰略布局的現狀，期待以太陽能電池為綠色能源的新型能源能夠更好的發展，與人類達到和諧共處。