專利名稱：用于制造太陽(yáng)能電池的摻雜劑材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
總地來(lái)說(shuō)，本發(fā)明涉及太陽(yáng)能電池，更具體地、但并非排他性地來(lái)說(shuō)，本發(fā)明涉及用于制造太陽(yáng)能電池的方法和設(shè)備。2.背景技術(shù)的描述太陽(yáng)能電池是公知的用于將太陽(yáng)輻射轉(zhuǎn)換為電能的裝置。其可以利用半導(dǎo)體加 工技術(shù)在半導(dǎo)體晶片上制造。一般而言，太陽(yáng)能電池可以通過(guò)在硅基材中形成P-摻雜區(qū) 域和η-摻雜區(qū)域來(lái)制造。入射到太陽(yáng)能電池上的太陽(yáng)輻射產(chǎn)生電子和空穴，這些電子和 空穴遷移到P-摻雜區(qū)域和η-摻雜區(qū)域，從而在摻雜區(qū)域之間產(chǎn)生電壓差。在背面接觸式 太陽(yáng)能電池中，所述摻雜區(qū)域與所述太陽(yáng)能電池的背面的金屬接觸點(diǎn)連接，以使得外部電 路與所述太陽(yáng)能電池連接并由其驅(qū)動(dòng)。在美國(guó)專利文獻(xiàn)No. 6，998，288、No. 5，053，083和 No. 4，927，770中也公開了背面接觸式太陽(yáng)能電池，這些文獻(xiàn)通過(guò)引用方式而全文并入本 文。由于成本節(jié)約可以轉(zhuǎn)移給消費(fèi)者，因此用于降低太陽(yáng)能電池制造成本的方法和結(jié) 構(gòu)是所希望的。發(fā)明概述本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案涉及用于制造太陽(yáng)能電池的摻雜劑材料。所述摻雜劑材料包括主載體和摻雜劑體系。所述主載體在環(huán)境溫度下具有高的粘 度，在高溫下為具有較低粘度的液體。所述主載體在比所述高溫更高的第三溫度下分解。所 述摻雜劑體系包括摻雜劑載體和摻雜劑源。所述摻雜劑源在所述第三溫度下是穩(wěn)定的。所 述摻雜劑材料能夠在所述高溫下以控制的方式分配到較低溫度下的硅基材的規(guī)定區(qū)域。本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案涉及制備用于制造太陽(yáng)能電池的摻雜劑材料的方法。將 主載體和摻雜劑體系混合以形成所述摻雜劑材料。所述摻雜劑體系包括摻雜劑載體和摻雜 劑源。所述混合在高于所述主載體的熔融溫度的高溫下進(jìn)行。所述摻雜劑材料在低于所述 主載體的熔融溫度的較低溫度下儲(chǔ)存。本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案涉及制造太陽(yáng)能電池的方法。將主載體和摻雜劑體系混 合以形成摻雜劑材料。所述摻雜劑材料包括摻雜劑載體和摻雜劑源。所述混合在高于所述 主載體的熔融溫度的高溫下進(jìn)行。所述摻雜劑材料分配到硅基材的規(guī)定區(qū)域上。所述摻雜 劑材料在分配到所述硅基材上之后固化于其上。加熱以使所述主載體和所述摻雜劑載體分 解，并使所述摻雜劑源擴(kuò)散到所述硅基材的所述規(guī)定區(qū)域。通過(guò)閱讀包括附圖和權(quán)利要求的全部公開內(nèi)容，本發(fā)明的這些和其它特征對(duì)于本 領(lǐng)域技術(shù)人員而言將是容易顯而易見的。


圖1為顯示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案的摻雜劑材料的代表的示意圖。圖2為顯示根據(jù)本發(fā)明的具體實(shí)施方案的摻雜劑材料的代表的示意圖。
圖3為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案的形成摻雜劑材料、并利用所述摻雜劑材料來(lái)?yè)诫s 太陽(yáng)能電池的基材的方法的流程圖。圖4A和4B為描述根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案的用于可控地將所述摻雜劑材料分配到 太陽(yáng)能電池的基材上的噴墨設(shè)備的示意圖。
圖5為描述根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案的用于快速地將所述摻雜劑材料分配到太陽(yáng) 能電池的基材上的噴涂設(shè)備的示意圖。圖6為描述根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案的用于可控地將所述摻雜劑材料分配到太陽(yáng) 能電池基材上的直接寫入設(shè)備的示意圖。圖7為顯示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案的包括一種或多種功能組分的摻雜劑材料的 理論代表的示意圖。在不同附圖中使用的相同參考標(biāo)記表示相同或相似的組分。除非另作說(shuō)明，否則 附圖不必符合比例。發(fā)明詳述在本申請(qǐng)中，提供了許多具體細(xì)節(jié)，例如，設(shè)備、工藝參數(shù)、材料、工序步驟、以及結(jié) 構(gòu)的例子，以提供對(duì)于本發(fā)明的各實(shí)施方案的徹底理解。然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到， 本發(fā)明可以在缺少一個(gè)或多個(gè)具體細(xì)節(jié)的情況下實(shí)現(xiàn)。在其它情況下，對(duì)于公知的細(xì)節(jié)將 不會(huì)進(jìn)行顯示或描述，以避免使本發(fā)明的方面模糊。交叉型(interdigitated)背面接觸式太陽(yáng)能電池的實(shí)際制造中的一個(gè)問(wèn)題或困 難涉及高的制作成本，包括使用光致抗蝕劑材料、工藝和掩模對(duì)位等等。因此，交叉型背面 接觸式太陽(yáng)能電池已經(jīng)通常被局限于高價(jià)應(yīng)用，例如高集合(high concentration)太陽(yáng)能 電池。本申請(qǐng)公開了可以在高效制造工藝中使用的新型摻雜劑材料。特別地，所述摻雜 劑材料具有在交叉型背面接觸式硅太陽(yáng)能電池的制造過(guò)程中適于用噴墨印刷、噴涂、或其 它高效分配技術(shù)進(jìn)行處理的形式。有利地，所述摻雜劑材料可以在低于其環(huán)境溫度標(biāo)準(zhǔn)粘度的粘度下進(jìn)行噴射、噴 涂或分配。由于在環(huán)境溫度下具有更高的粘度，所述摻雜劑材料可以通過(guò)印刷或分配微細(xì) 特征物的方式而被限制在局部區(qū)域?；蛘?，可以通過(guò)使用(例如)噴嘴施加所述摻雜劑材 料來(lái)覆蓋所述基材的部分或全部面積。圖1為顯示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案的摻雜劑材料100的代表的示意圖。根據(jù)這個(gè) 實(shí)施方案，所述摻雜劑材料100可以包含由至少三種主要材料組分構(gòu)成的化學(xué)混合物。這 三種主要材料組分為載體材料(主材料)102、摻雜劑載體(第二材料)104、和包埋在所述 摻雜劑載體104內(nèi)部的摻雜劑源106。所述摻雜劑材料100為由至少這三種組分構(gòu)成的摻 和物。可任選地，還可以在所述摻雜劑材料100中摻入一種或多種功能組分。所述載體材料102為(諸如)有機(jī)蠟材料之類的溫度敏感性的相。根據(jù)所述材 料的溫度和歷程(history)，所述載體材料102可以處于低粘度狀態(tài)、高粘度狀態(tài)或分解狀 態(tài)。所述載體材料102可以包含(例如)有機(jī)蠟體系，根據(jù)具體的實(shí)施方案，所述載體材料 102可以包含硬脂酸。在其它實(shí)施方案中，可以用其它脂肪酸來(lái)形成所述載體材料102。在 另一實(shí)施方案中，所述載體材料102可以包含這樣的觸變性材料，該觸變性材料隨著施加 力的時(shí)間推移而變得更具流動(dòng)性(即粘度變低)。
為了進(jìn)行分配，所述載體材料102可以保持在高溫(高于環(huán)境溫度)下以使其處 于低粘度狀態(tài)。所述低粘度狀態(tài)為液態(tài)。這可以實(shí)現(xiàn)通過(guò)噴墨印刷、噴涂或其它分配技術(shù) 的快速分配。隨后，在環(huán)境溫度下，所述載體材料102可以處于更高粘度的狀態(tài)。所述更高粘度 的狀態(tài)可以為固態(tài)。這允許所述載體材料102在分配到所述基材上之后被限制在限定區(qū)域 內(nèi)。在進(jìn)一步的工序中，所述載體材料102 (包括摻雜劑載體104和摻合于其中的摻雜 劑源106)可以被置于更高溫度的環(huán)境中(諸如烘箱和/或擴(kuò)散爐)，以驅(qū)使所述摻雜劑源 106進(jìn)入所述基材中。在設(shè)定溫度Temp α (其可以低于、或可以不低于所述摻雜劑驅(qū)動(dòng)溫度 Tempy)下，所述載體材料優(yōu)選分解為分解狀態(tài)。所述摻雜劑載體104和所述摻雜劑源106可以被認(rèn)為共同構(gòu)成摻雜劑體系。所述摻雜劑載體104包裹所述摻雜劑源，并且選擇與所述載體材料具有相容性的 那些。在可以等于或高于Tempa但低于Temp γ的設(shè)定溫度Temp β下，所述摻雜劑載體可 以分解或不分解為分解狀態(tài)。根據(jù)一個(gè)具體的實(shí)施方案，所述摻雜劑載體104可以包括四乙氧基硅烷(TEOS)， 其通常會(huì)在Tempi 下分解。根據(jù)另一個(gè)具體的實(shí)施方案，所述摻雜劑載體104可以包括硅 酸鹽，其通常不會(huì)在Temp β下分解。另一方面，選擇在Tempi 下具有熱穩(wěn)定性的所述摻雜劑源106。根據(jù)一個(gè)具體的 實(shí)施方案，所述摻雜劑源106可以包括(例如)用于ρ型摻雜的氧化硼(B2O3)、或用于η型 摻雜的五氧化磷(P2O5)。在其它具體實(shí)施方案中可以使用其它摻雜劑源106。圖2為顯示根據(jù)本發(fā)明的具體的實(shí)施方案的摻雜劑材料200的代表的示意圖。如 所描述的，摻雜劑材料200可以包括硬脂酸或其它(多種)脂肪酸202作為主載體102。 所述摻雜劑材料200可以進(jìn)一步包含TEOS或SiO2 204作為摻雜劑載體104，以及氧化硼 (B2O3)(用于ρ型摻雜)，或五氧化磷(P2O5)(用于η型摻雜)作為摻雜劑源106。所述基材 可以特定地為硅晶片。圖3為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案的形成摻雜劑材料、并利用所述摻雜劑材料來(lái)?yè)诫s 太陽(yáng)能電池的基材的方法300的流程圖。開始的三個(gè)模塊301、302和304涉及形成和存儲(chǔ) 所述摻雜劑材料。根據(jù)模塊301，所述摻雜劑體系可以通過(guò)將所述摻雜劑載體和所述摻雜劑源混合 或摻和而形成。例如，所述摻雜劑載體可以包括TEOS或硅酸鹽，所述摻雜劑源可以包括B2O3 或己05。所述摻雜劑體系包括所述混雜的摻雜劑載體和摻雜劑源。利用所述摻雜劑載體以 獲得與所述主載體的相容性。根據(jù)模塊302，將所述主載體和所述摻雜劑體系(以及可任選的一種或多種功能 組分)在高溫下?lián)胶突蚧旌显谝黄?。例如，所述主載體可以包括諸如(例如)硬脂酸之類 的脂肪酸。所述高溫足夠高，以至于達(dá)到超過(guò)所述主載體的熔融溫度。例如，硬脂酸的熔融 溫度為70攝氏度，因此所述高溫高于這一溫度。期望的高溫范圍取決于使用的特定主載體 材料，為約60攝氏度至95攝氏度。根據(jù)模塊30 4，所述摻雜劑材料可在環(huán)境溫度或室溫下以固體(蠟)形式或狀態(tài)儲(chǔ) 存。這是因?yàn)樗鲋鬏d體在室溫下為固相(即，室溫低于所述主載體的熔融溫度)。
接下來(lái)的四個(gè)模塊306、308、310和312是關(guān)于使用所述摻雜劑材料來(lái)?yè)诫s太陽(yáng)能電池基材。對(duì)于這樣的用途，所述摻雜劑材料可以以其固相形式儲(chǔ)存。根據(jù)模塊306，所述摻雜劑材料被加熱至高于所述主載體的熔融溫度。通過(guò)這樣加 熱所述摻雜劑材料，所述主載體將達(dá)到液相或達(dá)到低粘度狀態(tài)。根據(jù)模塊308，當(dāng)所述摻雜劑材料在低粘度狀態(tài)下，可以將所述加熱的摻雜劑材料 沉積在太陽(yáng)能電池硅基材的規(guī)定區(qū)域。所述沉積可以通過(guò)使用(例如)噴墨設(shè)備、噴涂設(shè) 備、直接寫入裝置、或其它分配裝置來(lái)進(jìn)行。以下參照?qǐng)D4A和4B描述了示例性的噴墨裝置。 以下參照?qǐng)D5描述了示例性的噴涂裝置，并且以下參照?qǐng)D6描述了示例性的直接寫入裝置。根據(jù)模塊310，當(dāng)將所述摻雜劑材料沉積在用于所述太陽(yáng)能電池的所述基材表面 上時(shí)，所述摻雜劑材料在原處固化或“凍結(jié)”。所述固化過(guò)程的出現(xiàn)是由于所述主載體發(fā)生 由液相至固相的相變。這一相變效應(yīng)使所述沉積摻雜劑材料的尺寸(長(zhǎng)度和寬度)、形狀和 /或厚度得到控制。例如，如果使用噴墨裝置進(jìn)行分配，從印刷頭系統(tǒng)噴出的液滴一旦印刷 到在硅基材上就將保持它們典型的泡狀外形，其中所述硅基材具有低于所述液滴溫度的表 面溫度，以使得所述液滴溫度降低至低于所述主載體的熔融溫度。因此，通過(guò)產(chǎn)生印刷特征 物(諸如點(diǎn)、線和孔)并控制其形狀和尺寸，所述摻雜劑材料可以被限制在所述基材的規(guī)定 區(qū)域。根據(jù)模塊312，在所述材料根據(jù)所需要的圖案而沉積在所述基材上之后，所述基材 (其上具有所述摻雜劑材料)可以被加熱，以驅(qū)使所述摻雜劑源到所述基材的所述規(guī)定區(qū) 域。在這一步驟中，進(jìn)行所述加熱以提高所述摻雜劑材料的溫度溫度Temp α。Tempa高于 所述載體材料分解進(jìn)入分解狀態(tài)的溫度。當(dāng)所述載體材料分解，所述摻雜劑體系留在所述 基材上。如果所述摻雜劑載體分解，其后所述摻雜劑源自身留在所述基材上。最后，根據(jù)模塊314，可以在高于Temp α的設(shè)定溫度Temp γ下對(duì)所述基材和所述 摻雜劑源進(jìn)行隨后的處理，以使所述的摻雜劑源擴(kuò)散進(jìn)入所述基材的所述規(guī)定區(qū)域。例如， 在約100攝氏度下，B2O3可以通過(guò)擴(kuò)散而被驅(qū)使進(jìn)入硅中。圖4Α和4Β為描述根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案的用于可控地將所述摻雜劑材料分配到 太陽(yáng)能電池的基材上的噴墨設(shè)備的示意圖。圖4Α示出了其中噴墨頭404被配置為通過(guò)沿 在χ方向上配置的支架402運(yùn)動(dòng)而沿所述χ軸方向移動(dòng)的平面視圖。圖4Β示出了在被印 刷的基材401之上的所述噴墨頭404的剖視圖。在所述噴墨頭404下面描繪的是分配元件 406的陣列，所述摻雜劑材料通過(guò)該分配元件406的陣列可以被可控地分配到所述基材401 的規(guī)定區(qū)域。圖5為描述根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案的用于快速地將所述摻雜劑材料分配到太陽(yáng) 能電池的基材上的噴涂設(shè)備的示意圖。圖5示出了所述噴頭的剖視圖，該噴頭包括噴嘴502 和通氣設(shè)備504，并且該噴頭用于產(chǎn)生所述摻雜劑材料的噴涂506，以使所述摻雜劑材料沉 積在所述基材501的規(guī)定區(qū)域。圖6為描述根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案的用于可控地將所述摻雜劑材料分配到太陽(yáng) 能電池基材上的直接寫入設(shè)備的示意圖。圖6示出了直接寫入頭602的截面圖，該直接寫 入頭602將所述摻雜劑材料606的圖案分配到所述基材604上。圖7為顯示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案的包括一種或多種功能組分的摻雜劑材料的 理論代表的示意圖。所述一種或多種功能組分702可以在(例如)圖3的步驟302中被摻入或混入所述摻雜劑700中。所述功能組分702可以包括(例如)粘合促進(jìn)劑或表面活性 齊U。與所述摻雜劑載體相似，所述功能組分在Temp β可以分解或不分解?？梢蕴砑诱澈洗龠M(jìn)劑作為功能組分702，以提高處理過(guò)程中沉積到所述基材上的 所述材料的粘合性。
可以添加表面活性劑劑作為功能組分702，以增強(qiáng)或抑制施加到所述基材表面上 的所述材料的形狀。換句話說(shuō)，所述表面活性劑使得所述基材表面容易以控制的方式被潤(rùn) 濕。例如，可以這樣選擇表面活性劑，該表面活性劑能夠提高沉積在硅或二氧化硅表面的所 述被加熱的摻雜劑材料的表面張力。雖然提供了本發(fā)明具體的實(shí)施方案，但是可以理解的是，這些實(shí)施方案的目的是 用于說(shuō)明而非限制本發(fā)明。在閱讀了這些公開內(nèi)容后，許多另外的實(shí)施方案對(duì)于本領(lǐng)域技 術(shù)人員而言將是顯而易見的。
權(quán)利要求
一種用于制造太陽(yáng)能電池的摻雜劑材料，該摻雜劑材料包含主載體，該主載體在環(huán)境溫度下具有高的粘度、而在高溫下為具有較低粘度的液體，并且該主載體在比所述高溫更高的第三溫度下分解；以及摻雜劑體系，該摻雜劑體系包括摻雜劑載體和摻雜劑源，其中所述摻雜劑源在所述第三溫度下是穩(wěn)定的，并且其中所述摻雜劑材料能夠在所述高溫下以控制的方式分配到較低溫度下的硅基材的規(guī)定區(qū)域。
2.如權(quán)利要求1所述的摻雜劑材料，其中所述主載體包括脂肪酸。
3.如權(quán)利要求2所述的摻雜劑材料，其中所述主載體包括硬脂酸。
4.如權(quán)利要求1所述的摻雜劑材料，其中所述主載體包括觸變性材料。
5.如權(quán)利要求1所述的摻雜劑材料，其中所述摻雜劑載體包括TEOS。
6.如權(quán)利要求1所述的摻雜劑材料，其中所述摻雜劑載體包括硅酸鹽。
7.如權(quán)利要求1所述的摻雜劑材料，其中所述摻雜劑源包括氧化硼。
8.如權(quán)利要求1所述的摻雜劑材料，其中所述摻雜劑源包括氧化磷。
9.如權(quán)利要求1所述的摻雜劑材料，還包含提高所述摻雜劑材料在所述硅基材上的粘合性的粘合促進(jìn)劑。
10.如權(quán)利要求1所述的摻雜劑材料，還包含調(diào)節(jié)沉積在所述硅基材上時(shí)所述摻雜劑材料的表面張力的表面活性劑。
11.一種制備用于制造太陽(yáng)能電池的摻雜劑材料的方法，該方法包括將主載體和摻雜劑體系混合以形成所述摻雜劑材料，其中所述摻雜劑體系包含摻雜劑 載體和摻雜劑源，并且其中所述混合在高于所述主載體的熔融溫度的高溫下進(jìn)行；以及 在低于所述主載體的熔融溫度的低溫下儲(chǔ)存所述摻雜劑材料。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其中所述主載體包括脂肪酸。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，其中所述主載體包括硬脂酸。
14.如權(quán)利要求11所述的方法，其中所述主載體包括觸變性材料。
15.如權(quán)利要求11所述的方法，其中所述摻雜劑載體包括TEOS。
16.如權(quán)利要求11所述的方法，其中所述摻雜劑載體包括硅酸鹽。
17.如權(quán)利要求11所述的方法，其中所述摻雜劑源包括氧化硼。
18.如權(quán)利要求11所述的方法，其中所述摻雜劑源包括氧化磷。
19.如權(quán)利要求11所述的方法，其中在所述摻雜劑材料中混入粘合促進(jìn)劑，該粘合促 進(jìn)劑提高所述摻雜劑材料在所述硅基材上的粘合性。
20.如權(quán)利要求11所述的方法，其中在所述摻雜劑材料中混入表面活性劑，該表面活 性劑調(diào)節(jié)沉積在硅基材上時(shí)所述摻雜劑材料的表面張力。
21.一種制造太陽(yáng)能電池的方法，該方法包括將主載體和摻雜劑體系混合以形成摻雜劑材料，其中所述摻雜劑體系包含摻雜劑載體 和摻雜劑源，并且其中所述混合在高于所述主載體的熔融溫度的高溫下進(jìn)行；將所述摻雜劑材料分配到硅基材的規(guī)定區(qū)域上，其中所述摻雜劑材料在分配到所述硅 基材上之后固化于其上；以及加熱以使所述主載體和所述摻雜劑載體分解，并使所述摻雜劑源擴(kuò)散到所述硅基材的所述規(guī)定區(qū)域。
全文摘要
本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案涉及一種用于制造太陽(yáng)能電池的摻雜劑材料。該摻雜劑材料(100)包括主載體(102)和摻雜劑體系。所述主載體在較低溫度下為固體，在高溫下為液體，并且在比所述高溫更高的第三溫度下分解。所述摻雜劑材料能夠在所述高溫下以控制的方式分配到所述較低溫度下的硅基材的規(guī)定區(qū)域。所述摻雜劑體系包括摻雜劑載體(104)和摻雜劑源(106)。所述摻雜劑源(106)在所述第三溫度下是穩(wěn)定的。本發(fā)明還公開了另一些實(shí)施方案、方面和特征。
文檔編號(hào)B05D5/12GK101848771SQ200880110459
公開日2010年9月29日 申請(qǐng)日期2008年9月15日 優(yōu)先權(quán)日2007年10月5日
發(fā)明者盧卡·帕瓦尼, 李波 申請(qǐng)人:太陽(yáng)能公司