專(zhuān)利名稱(chēng)：太陽(yáng)能電池及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及太陽(yáng)能電池以及該太陽(yáng)能電池的制造方法。本發(fā)明特別涉及在背面包括集電點(diǎn)以收集與正面相關(guān)的載流子的太陽(yáng)能電池，例如金屬穿孔卷繞太陽(yáng)能電池(metalwrap through solar cells)、金屬卷繞太陽(yáng)能電池(metal wrap around solar cells)和發(fā)射極穿孔卷繞太陽(yáng)能電池(emitter wrap through solar cells)。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有技術(shù)中已知不同類(lèi)型的太陽(yáng)能電池。圖Ia中顯示了現(xiàn)有技術(shù)的太陽(yáng)能電池I的實(shí)例。太陽(yáng)能電池通常為板的形式，其包括正面10和背面20。在使用中，正面10的方向朝向入射(太陽(yáng))光。使正面10收集光并反射盡可能少的光。 太陽(yáng)能電池I包括位于太陽(yáng)能電池I的正面10和背面20之間的半導(dǎo)體襯底作為基材。半導(dǎo)體襯底可由娃構(gòu)成。該太陽(yáng)能電池可具有50-350 ii m的典型厚度。所述半導(dǎo)體襯底可包括第一導(dǎo)電類(lèi)型的基層12和發(fā)射極層11，發(fā)射極層11在正面上覆蓋所述基層，具有與基層的導(dǎo)電類(lèi)型相反的導(dǎo)電類(lèi)型。第一導(dǎo)電類(lèi)型可由P型層提供，第二導(dǎo)電類(lèi)型可由n型層提供，或相反。太陽(yáng)能電池的核心由發(fā)射極層11和基層12之間的過(guò)渡邊界形成。在光的影響下產(chǎn)生光子和空穴，它們移動(dòng)至太陽(yáng)能電池I的相反側(cè)，即太陽(yáng)能電池I的正面和背面10，20。為了收集來(lái)自正面10和背面20的電荷，在正面和背面上可設(shè)置導(dǎo)電元件15，24，以輸送電荷。導(dǎo)電元件15，24可由合適的導(dǎo)電材料，例如銀、鋁、銅、導(dǎo)電氧化物例如TiOj^有機(jī)物形成。導(dǎo)電元件15，24可以任何合適的模式形成。特別地，可細(xì)致地設(shè)計(jì)在正面10上的導(dǎo)電元件15的模式以在以有助于電荷的易輸送的致密模式和不致密模式之間提供最優(yōu)平衡，以使太陽(yáng)能電池I上的導(dǎo)電元件15的陰
影效果最小化。圖Ia顯示了該模式的一個(gè)實(shí)例?？赡艿牧硪荒Ｊ綄?shí)例描述于“The Starfireproject:towards in-line mass production of thin high efficiency back-contactedmulti crystal line silicon solar cells，，，M. N. van den Donker 著,23rd EuropeanPhotovoltaic Solar Energy Conference, 1-5, 2008 年 9 月，Valencia, Spain。設(shè)置在背面20處的導(dǎo)電元件24的模式可以不同方式形成。例如，設(shè)置在背面20處的導(dǎo)電元件24可設(shè)為一體化導(dǎo)電層，其覆蓋背面20區(qū)域的大部分，這可被稱(chēng)為具有全背面金屬化的太陽(yáng)能電池I。位于正面10處的導(dǎo)電元件15的模式可包括集電點(diǎn)14，其中可收集載流子。多個(gè)太陽(yáng)能電池I可用于形成太陽(yáng)能電池板。圖Ia顯示了太陽(yáng)能電池。將不同的太陽(yáng)能電池I串聯(lián)形成所謂的串。通過(guò)使用連接條板(亦稱(chēng)為接頭(tab))，將正面上的導(dǎo)電元件15與相鄰的太陽(yáng)能電池I的背面20的導(dǎo)電元件連接，從而可使正面10上的模式與相鄰太陽(yáng)能電池的背面20處的模式連接。
為了降低正面10上的陰影效應(yīng)，本領(lǐng)域中已知不同類(lèi)型的太陽(yáng)能電池，其中與正面產(chǎn)生的載流子相關(guān)的集電點(diǎn)設(shè)置在背面。太陽(yáng)能電池在正面10和至少一個(gè)設(shè)置在背面上的集電點(diǎn)之間包括導(dǎo)電路徑，在正面10和背面20之間提供電連接以將第一載流子從正面10導(dǎo)引至設(shè)置在背面20處的至少一個(gè)集電點(diǎn)14’上。該類(lèi)太陽(yáng)能電池的不同變型是已知的，例如金屬穿孔卷繞太陽(yáng)能電池、金屬卷繞太陽(yáng)能電池和發(fā)射極穿孔卷繞太陽(yáng)能電池。參照?qǐng)DIb和lc，以下提供了一個(gè)金屬穿孔卷繞太陽(yáng)能電池的實(shí)例。圖Ib顯示根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)全背面金屬化的金屬穿孔卷繞太陽(yáng)能電池I的橫截面示意圖。在金屬穿孔卷繞太陽(yáng)能電池中，正面10的集電點(diǎn)14被引導(dǎo)至背面20。在太陽(yáng)能電池I中從正面10到背面20形成孔或通孔30，提供導(dǎo)電路徑，使得在背面20上形成集電點(diǎn)14’。集電點(diǎn)14’與正面10上的導(dǎo)電元件15通過(guò)由通孔30提供的導(dǎo)電路徑連接。通孔30可以任何合適的方式形成，例如使用激光鉆出通孔。
由此，不再需要在太陽(yáng)能電池I的正面10上包括接頭。太陽(yáng)能電池可通過(guò)使用設(shè)置在背面上的連接條板(接頭)相互電連接。連接條板還可通過(guò)導(dǎo)電箔形成。如圖Ib所示，在正面10上的導(dǎo)電元件15之間可設(shè)置鈍化和抗反射涂層19。通孔30中可填充導(dǎo)電材料18，例如金屬漿或其它導(dǎo)電材料，從正面10至背面20形成導(dǎo)電路徑。所述金屬可以是燒結(jié)的金屬。在通孔30的內(nèi)壁處，界面層13可由發(fā)射極材料形成，即具有與發(fā)射極層11的摻雜含量相當(dāng)、更低或更高的摻雜含量。在圖Ib中由虛線(xiàn)表示界面層13。圖Ic顯示了現(xiàn)有技術(shù)中已知的另一種太陽(yáng)能電池的橫截面示意圖，即具有介電(或其他，例如無(wú)定形Si或碳化硅(SiCx))鈍化和開(kāi)放背面金屬化的金屬穿孔卷繞太陽(yáng)能電池。參照表lb，該太陽(yáng)能電池I與上述的太陽(yáng)能電池I相似，除了背面20沒(méi)有完全金屬化。此外，在背面20上的導(dǎo)電元件24的模式之間，設(shè)置背面介電鈍化層21，其還可沿通孔30的內(nèi)壁延伸。實(shí)際上，背面介電鈍化層21可通過(guò)堆疊不同的層而形成。這可例如是SiOx/SiNx堆疊或A10x/SiNx堆疊。以上，參照?qǐng)DIb-Ic描述了兩種類(lèi)型的金屬穿孔卷繞太陽(yáng)能電池。但是，將理解其它太陽(yáng)能電池I也是已知的，例如金屬卷繞太陽(yáng)能電池和發(fā)射極穿孔卷繞太陽(yáng)能電池。根據(jù)太陽(yáng)能電池I的類(lèi)型，例如對(duì)于P型基料具有全鋁背面(圖Ib中所示的實(shí)例)或?qū)τ赑型和n型基料具有(通過(guò)介電層)鈍化的背面(圖Ic中所示的實(shí)例)的雙面，從正面10至背面20的導(dǎo)電路徑(例如通孔30中的導(dǎo)電材料18)和背面20處的集電點(diǎn)14’與發(fā)射極層11和界面層13接觸，或與介電鈍化層21接觸。在從正面10至背面20的導(dǎo)電路徑內(nèi)部，例如通過(guò)金屬漿將發(fā)射極電流從正面10引導(dǎo)至背面20。但在使用中，部分發(fā)射極電流可漏至基層12。該效應(yīng)被稱(chēng)為分流，本文中使用的術(shù)語(yǔ)分流也指非線(xiàn)性分流。該效應(yīng)降低了太陽(yáng)能電池I的效率和穩(wěn)定性。電分流降低了填充因子(FF)，并由此降低太陽(yáng)能電池的效率(VJJJFF)。術(shù)語(yǔ)填充因子是本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的。它提供對(duì)太陽(yáng)能電池的總體性質(zhì)的定義，即最大功率點(diǎn)除以開(kāi)路電壓(V。。)和短路電流(IJ的比值=FF=Pm/(V。。
IJ0由于該問(wèn)題，在背面處包括集電點(diǎn)以收集與正面相關(guān)的載流子的太陽(yáng)能電池I的填充因子相對(duì)較低。
除了金屬穿孔卷繞太陽(yáng)能電池之外，現(xiàn)有技術(shù)中還已知其它類(lèi)型的遭遇電分流的太陽(yáng)能電池。其它太陽(yáng)能電池的實(shí)例包括所謂的金屬卷繞(MWA)太陽(yáng)能電池和發(fā)射極穿孔卷繞(EWT)太陽(yáng)能電池。在這些太陽(yáng)能電池中，也使用在正面和設(shè)置在背面上的至少一個(gè)集電點(diǎn)之間的導(dǎo)電路徑輸送發(fā)射極電流，這導(dǎo)致分流的風(fēng)險(xiǎn)。在金屬卷繞太陽(yáng)能電池中，沿太陽(yáng)能電池的側(cè)緣設(shè)置導(dǎo)電路徑。在發(fā)射極穿孔卷繞太陽(yáng)能電池中，通過(guò)發(fā)射極材料和/或金屬提供導(dǎo)電路徑，從基層穿向背面20。在所有這些可選的太陽(yáng)能電池中，導(dǎo)電路徑與基層接觸，并且發(fā)射極電流可能漏向基層，也就是說(shuō)可能發(fā)生分流。這里描述的太陽(yáng)能電池I例如描述于- P . C. d e Jong 等人,Conference proceedings 19thEPVSEC, Paris, France(2004)-A. ff. Weeber 等人,Conference proceedings 2 1st EPVSEC, Dresden, Germany(2006)-F. Clement 等人，Conference proceedings 22nd EPVSEC, Milano, Italy (2007)-A. Mewe 等人，Conference proceedings 23rd EPVSEC, Valencia, Spain (2008).

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供填充因子增大的太陽(yáng)能電池及其制造方法。根據(jù)一個(gè)方面，本發(fā)明提供如權(quán)利要求I定義的太陽(yáng)能電池。通過(guò)設(shè)置絕緣層40，提供更有效的太陽(yáng)能電池I。絕緣層40降低了因?qū)⑻?yáng)能電池I分流而造成的效率損失。降低電分流的風(fēng)險(xiǎn)，并且導(dǎo)電路徑不再對(duì)太陽(yáng)能電池I的輸出形成限制因素。此外，產(chǎn)生加工不同類(lèi)型的太陽(yáng)能電池1，例如具有淺結(jié)發(fā)射極或選擇性發(fā)射極的金屬穿孔卷繞太陽(yáng)能電池、具有背面介電鈍化層的金屬穿孔卷繞太陽(yáng)能電池或n型金屬穿孔卷繞太陽(yáng)能電池的可能性。該改進(jìn)的太陽(yáng)能電池使因還未足夠有效而還未工業(yè)化的特定的新型太陽(yáng)能電池工業(yè)化。這可以例如適用于使用選擇性發(fā)射極或背面鈍化的金屬穿孔卷繞太陽(yáng)能電池或使用濕法化學(xué)蝕刻去除背面上的發(fā)射極而使P_n結(jié)分離的金屬穿孔卷繞太陽(yáng)能電池。在這些電池中，通孔內(nèi)的發(fā)射極將是淺結(jié)或甚至不存在。根據(jù)一個(gè)方面，本發(fā)明提供如權(quán)利要求13中定義的制造太陽(yáng)能電池的方法。在從屬權(quán)利要求中描述了本發(fā)明的其它方面。


以下將參照附圖，僅通過(guò)實(shí)施例的方式描述本發(fā)明的實(shí)施方案，附圖中對(duì)應(yīng)的參考標(biāo)記表示對(duì)應(yīng)的部分，但其不用于限制本發(fā)明的范圍，其中圖Ia-Ic示意性地描繪了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)中的太陽(yáng)能電池；圖2a_b示意性地描繪了根據(jù)不同實(shí)施方案的太陽(yáng)能電池；圖3和4示意性地描繪了根據(jù)其它實(shí)施方案的太陽(yáng)能電池。
具體實(shí)施例方式以下描述的實(shí)施方案顯示了不同類(lèi)型的太陽(yáng)能電池1，例如金屬穿孔卷繞太陽(yáng)能電池、金屬卷繞太陽(yáng)能電池和發(fā)射極穿孔卷繞太陽(yáng)能電池。圖2a和2b描繪了金屬穿孔卷繞太陽(yáng)能電池的實(shí)施方案，其包括在正面10和背面20之間的導(dǎo)電路徑，所述導(dǎo)電路徑是通過(guò)通孔30形成，在通孔30內(nèi)設(shè)置的導(dǎo)電材料18和形成太陽(yáng)能電池I的硅襯底之間的界面上設(shè)有絕緣層。在導(dǎo)電材料18是金屬漿的情況中，可通過(guò)退火處理形成絕緣層40，形成在導(dǎo)電材料18外側(cè)上的絕緣金屬氧化物層。如以下將更詳細(xì)描述地，絕緣層40還可以另一方式形成，并可由不同材料形成。通常，由在太陽(yáng)能電池的正面10和背面20之間設(shè)置半導(dǎo)體材料如硅的層形成太陽(yáng)能電池I。所述太陽(yáng)能電池包括在正面10處的發(fā)射極層11和在背面20處的基層12。使用中具有發(fā)射極層11的正面10朝向光源，例如陽(yáng)光或例如反射陽(yáng)光的反射器。使用中，第一載流子將集中在正面10處，并且與第一載流子類(lèi)型相反的第二載流子集中在 背面20處?？稍O(shè)置導(dǎo)電路徑以將通過(guò)發(fā)射極層11收集的第一載流子輸送至太陽(yáng)能電池的背面20。導(dǎo)電路徑可通過(guò)通孔30提供，通孔30穿過(guò)發(fā)射極層11和基層12，其中通孔30填充有導(dǎo)電材料18，其在正面10和背面20之間提供電連接，以將第一載流子從正面10引導(dǎo)至設(shè)置在背面20處的集電點(diǎn)14’。這就是所謂的金屬穿孔卷繞太陽(yáng)能電池，以下參照?qǐng)D2a和2b對(duì)其進(jìn)行更詳細(xì)的描述。導(dǎo)電路徑可將太陽(yáng)能電池的正面10上的導(dǎo)電元件15與太陽(yáng)能電池I的背面20處的集電點(diǎn)14’電連接。其它太陽(yáng)能電池，例如發(fā)射極穿孔卷繞太陽(yáng)能電池和金屬卷繞太陽(yáng)能電池示于圖3和4中，其中使用相同的參考標(biāo)記表示相似元件。圖3顯示了發(fā)射極穿孔卷繞太陽(yáng)能電池，其中通過(guò)發(fā)射極材料形成導(dǎo)電路徑。該導(dǎo)電路徑延伸通過(guò)基層12，并至少部分填充有發(fā)射極材料。其它部分可填充有金屬等，其與集電點(diǎn)14’形成整體。這些類(lèi)型的太陽(yáng)能電池I在正面10上具有發(fā)射極層11，但無(wú)發(fā)射極金屬化，即在正面上不具有導(dǎo)電元件15。通孔30通過(guò)基層12形成，為發(fā)射極層11的延伸，由此通過(guò)發(fā)射極材料形成。收集第一載流子的集電點(diǎn)14’在背面20上形成，并且與延伸通過(guò)基層12的發(fā)射極材料接觸。集電點(diǎn)14’可由導(dǎo)電材料如金屬構(gòu)成，并可一定程度上延伸入通孔30而與發(fā)射極材料相會(huì)。圖4顯示了金屬卷繞太陽(yáng)能電池，其中導(dǎo)電路徑通過(guò)沿至少一個(gè)太陽(yáng)能電池的側(cè)緣17設(shè)置的導(dǎo)電材料而形成。由此，不同于延伸通過(guò)基材12的導(dǎo)電路徑，導(dǎo)電路徑而是圍繞基層12形成。在現(xiàn)有技術(shù)中，導(dǎo)電路徑與基層12接觸，導(dǎo)致分流的風(fēng)險(xiǎn)，即發(fā)射極電流漏向基層12。因此，如圖4所示，在導(dǎo)電路徑和基層12之間設(shè)置絕緣層40以在導(dǎo)電材料和基層12之間提供絕緣。絕緣材料的實(shí)例是SiOx、SiNx和AlOx。根據(jù)該實(shí)施方案，通過(guò)沿至少部分的導(dǎo)電路徑設(shè)置絕緣層40避免或至少減少了分流，提供導(dǎo)電路徑以將在正面10處收集的第一載流子輸送至設(shè)置在背面20的集電點(diǎn)14’。絕緣層40在導(dǎo)電路徑和基層12之間提供絕緣。絕緣層40可由介電材料例如氮化硅形成。通常，術(shù)語(yǔ)絕緣層40用于表示抵抗電流流動(dòng)的材料。通常，絕緣層40具有顯著高于周?chē)牧侠缧纬蓪?dǎo)電路徑的材料(例如設(shè)置在通孔30內(nèi)的導(dǎo)電材料18)、發(fā)射極層11和基層12的電阻率。絕緣層40可具有比周?chē)牧细咧辽?0倍或100倍的電阻率。絕緣層40例如可由電阻率為IO14-IO16 Q m的Si02、電阻率為約IO11 Q m的A1203、電阻率為約IO14 的Si3N4、電阻率為IO14Qm的TiO2、電阻率為約101° Qm的ZrO2構(gòu)成。所述絕緣層還可由Bi203、PbO、ZnO、SnO2> B203、CdO或P2O5構(gòu)成。所述絕緣層還可由氧化物層的組合構(gòu)成。所使用的沉積(或其它例如氧化)技術(shù)不會(huì)形成完美的晶體結(jié)構(gòu)。沉積或氧化技術(shù)還可能產(chǎn)生無(wú)定形材料或氧化物化合物或更復(fù)雜的硅酸鹽。所以，更通常地，例如形成的SiOx、AlOx、SiNx、TiOx、ZrOx、BiOx、ZnOx、SnOx、BOx、CdOx 或 POx 和 / 或 PbOx 層的電阻率可能不同，并可能低于以上所述的值。通常，絕緣層可由電阻率>105Qm的材料形成。 絕緣層40可具有任何合適的厚度。典型的厚度可為l-10nm。本文給出的實(shí)施方案可適用于所有類(lèi)型的太陽(yáng)能電池1，其具有將第一載流子輸送至例如具有全鋁背面或具有背面鈍化涂層的背面20處的集電點(diǎn)14’的導(dǎo)電路徑。此外，所述實(shí)施方案還可適用于基材即基層12由p型或n型基料制成的太陽(yáng)能電池。以下將參照?qǐng)D2a和2b更詳細(xì)地描述兩個(gè)實(shí)施方案。圖2a和2b示意性地描繪了分別對(duì)應(yīng)如上所述的圖Ib和Ic的現(xiàn)有技術(shù)的實(shí)施方案。圖2a示意性地描繪了具有全鋁背面的金屬穿孔卷繞太陽(yáng)能電池I。參照?qǐng)DIb更詳細(xì)地討論了該類(lèi)型的太陽(yáng)能電池I。在該實(shí)施方案中，形成絕緣層40。如所示，絕緣層40由形成正面10和在背面處的集電點(diǎn)14’之間的導(dǎo)電路徑的導(dǎo)電材料18形成。界面層30仍可存在，但也可不存在，這取決于所使用的制造方法。如以下將更詳細(xì)描述地，例如在導(dǎo)電材料是金屬的情況中，絕緣層40可由導(dǎo)電材料18形成，絕緣層40可通過(guò)實(shí)施作為制造方法的一部分的高溫退火操作而形成。導(dǎo)電材料18可包括主要導(dǎo)電組分,例如金屬如Al或Ag,以收集和輸送載流子。導(dǎo)電材料18還可包括含氧化物的化合物，例如鉍氧化物、鉛氧化物、鋯氧化物和/或鈦氧化物或如上所述的其它金屬氧化物。如以下將詳細(xì)描述地，高溫退火操作可以是短時(shí)且相對(duì)高溫的退火操作。該退火操作可與形成正面和背面觸點(diǎn)15和24處于同一步驟。該退火操作將具有含氧化物的化合物在通孔30的外部形成絕緣層40的作用。圖2b示意性地描繪了金屬穿孔卷繞太陽(yáng)能電池1，其是具有(通過(guò)介電層)鈍化的背面和導(dǎo)電元件24模式的雙面。與圖2a相似，形成絕緣層40。絕緣層40可以任何合適的方式形成。這適用于具有導(dǎo)電路徑以將收集在正面(即在發(fā)射極層中形成的)第一載流子輸送至背面20處的集電點(diǎn)14’的所有類(lèi)型的太陽(yáng)能電池。絕緣層40可例如由氧化物層構(gòu)成。所述氧化物層可在如以下將更詳細(xì)解釋的制造方法中形成。設(shè)置氧化物層是提供絕緣層40的有效方法，這可通過(guò)實(shí)施氧化操作得到，其中將一種已存在的材料氧化而形成絕緣層。由此，不需要額外的其它材料。絕緣層40可通過(guò)金屬氧化物層形成。金屬氧化物層可通過(guò)實(shí)施氧化操作，例如高溫退火操作而形成，使得設(shè)置在通孔30中的金屬導(dǎo)電材料18在外部氧化。金屬氧化物層還可以是氧化鋁層或包括氧化鋁層。退火操作還可使存在于導(dǎo)電材料18中的含氧化物的化合物在通孔30的外部形成絕緣層40?？稍谕嘶鸩襟E中形成的絕緣層40的實(shí)例是SiOx、AlOx, ZrOx, PbOx, TiOx, BiOx,ZnOx、SnOx、BOx、CdOx或POx和/或PbOx或這些氧化物的組合。在圖2a和2b中提供這些氧化物的實(shí)例。退火溫度可為300-1000°C，并且持續(xù)0. 1-1000秒，或退火溫度可為600-900°C，并且持續(xù)1-30秒。退火步驟可以與標(biāo)準(zhǔn)的“燃燒”步驟(具有‘標(biāo)準(zhǔn)溫度曲線(xiàn)’，如太陽(yáng)能電池制造領(lǐng)域的技術(shù)人員已知的)相同以接觸導(dǎo)電路徑15和24而收集載流子。絕緣層40可以是介電層。絕緣層40還可由氧化硅層和氮化硅層 之一形成。在這些情況中，氧化物層不是由導(dǎo)電材料形成，而是由形成發(fā)射極層11和基層12的硅材料形成。絕緣層還可以是任何其它的介電層，例如碳化硅。氧化硅層可通過(guò)實(shí)施氧化操作而形成，所述氧化操作使面向?qū)щ娐窂降墓璨牧涎趸?，從而形成絕緣層40。這可以是面向通孔30內(nèi)部的材料或形成太陽(yáng)能電池的側(cè)緣17的材料。所述氧化操作可包括濕法化學(xué)氧化操作或可包括熱氧化操作?；蛘?，氧化操作可包括例如通過(guò)PECVD (等離子體增強(qiáng)的氣相沉積)沉積SiOx層。根據(jù)一個(gè)實(shí)施方案，設(shè)置絕緣層40以避免導(dǎo)電路徑即通孔30內(nèi)的導(dǎo)電材料18與基層12之間直接的物理接觸和電接觸。絕緣層40可沿通孔30的整個(gè)內(nèi)表面覆蓋面向基層12的導(dǎo)電材料18的整個(gè)外部。導(dǎo)電路徑可形成為通過(guò)發(fā)射極層11和基層12延伸向設(shè)置在背面20上的集電點(diǎn)14’的延伸部分。集電點(diǎn)14’可具有背對(duì)太陽(yáng)能電池I的接觸區(qū)域141和面向基層12的背區(qū)域142。絕緣層40可沿導(dǎo)電路徑的延伸部分設(shè)置。絕緣層40還可設(shè)置在集電點(diǎn)14’的背區(qū)域142上，即在背區(qū)域142和基層之間，以避免集電點(diǎn)14’和基層12之間的直接物理接觸，由此減少集電點(diǎn)14’和基層12之間的分流。因此，絕緣層40還可延伸至太陽(yáng)能電池的背面。集電點(diǎn)14’在平行于正面10和背面20的方向上的尺寸可顯著大于在同方向上的延伸通過(guò)基層12，例如在通孔30內(nèi)的導(dǎo)電路徑的尺寸。集電點(diǎn)14’可用以與連接條板或接頭連接。導(dǎo)電路徑的延伸部分，例如通孔內(nèi)的導(dǎo)電材料18，和集電點(diǎn)14’可形成為一體，但也可形成為兩個(gè)元件。在圖2a和2b的實(shí)施方案中，絕緣層40在通孔30的整個(gè)長(zhǎng)度上延伸，即也存在于發(fā)射極層11中。應(yīng)理解的是分流僅相對(duì)于基層12出現(xiàn)，所以可提供絕緣層40僅在導(dǎo)電材料18和基層12之間存在的實(shí)施方案。其可同時(shí)在通孔30內(nèi)和在集電點(diǎn)14’的背區(qū)域142上。但是，通過(guò)對(duì)本文提供的制造太陽(yáng)能電池的實(shí)施方案進(jìn)行解釋而清楚的是，對(duì)于至少一些制造方法，絕緣層40將固有地存在于發(fā)射極層內(nèi)。根據(jù)以上提供的實(shí)施方案的太陽(yáng)能電池I可用以形成太陽(yáng)能電池板，所述太陽(yáng)能電池板包括兩個(gè)或更多個(gè)這種太陽(yáng)能電池I。制造方法
根據(jù)另一實(shí)施方案，本發(fā)明提供制造如上所述包括絕緣層40的太陽(yáng)能電池I的方法。制造太陽(yáng)能電池的方法可包括一個(gè)或多個(gè)以下步驟-提供半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底具有正面10和背面20，-在正面10上施加表面粗糙化(紋理化)以提高光捕獲(lightentrapment),-在所述半導(dǎo)體襯底的正面10上形成具有第一類(lèi)型電導(dǎo)率的發(fā)射極層11和具有與第一類(lèi)型電導(dǎo)率相反的第二類(lèi)型電導(dǎo)率的基層12，-在背面處形成集電點(diǎn)14’，-在正面10和背面20處的集電點(diǎn)14’之間形成導(dǎo)電路徑。 對(duì)于金屬穿孔卷繞太陽(yáng)能電池，所述方法可包括-形成至少一個(gè)穿過(guò)半導(dǎo)體襯底從正面10至背面20的通孔30，以形成導(dǎo)電路徑，-在通孔30內(nèi)提供導(dǎo)電材料18。對(duì)于發(fā)射極穿孔卷繞太陽(yáng)能電池，所述方法可包括-形成至少一個(gè)穿過(guò)半導(dǎo)體襯底，至少基層12從正面10至背面20的通孔30，以形成導(dǎo)電路徑，所述通孔包括發(fā)射極材料和可能存在的金屬材料。對(duì)于金屬卷繞太陽(yáng)能電池，所述方法可包括-圍繞半導(dǎo)體襯底的側(cè)緣17形成導(dǎo)電路徑，所述通孔包括發(fā)射極材料。所述方法還包括-至少沿導(dǎo)電路徑的部分形成絕緣層40以在所述導(dǎo)電路徑和基層12之間提供絕緣。需強(qiáng)調(diào)地是，本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解這些步驟的次序可與上述有所不同。本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，發(fā)射極層11和基層12的形成可以任何合適的方式進(jìn)行。例如，可通過(guò)在半導(dǎo)體襯底的正面10上設(shè)置擴(kuò)散源層，隨后實(shí)施形成發(fā)射極的擴(kuò)散操作，而在半導(dǎo)體襯底上形成發(fā)射極層?；鶎涌梢允莗型或n型的，發(fā)射極類(lèi)型與之相反。根據(jù)一個(gè)實(shí)施方案，形成絕緣層40可包括實(shí)施氧化操作。氧化操作可以是(高溫)退火操作。根據(jù)一個(gè)實(shí)施方案，氧化操作可施用于導(dǎo)電路徑，例如導(dǎo)電材料18。所以，在通過(guò)金屬形成導(dǎo)電材料的情況中，氧化操作可通過(guò)氧化導(dǎo)電路徑的外層，例如在設(shè)置于通孔30內(nèi)之后的導(dǎo)電材料18而實(shí)施，從而形成金屬氧化物層。根據(jù)另一個(gè)實(shí)施方案，導(dǎo)電材料可包括含氧化物的化合物，例如鉍氧化物、鉛氧化物、鋯氧化物和/或鈦氧化物，其因(高溫)退火操作而在通孔30的外部形成絕緣層40。這些氧化物的實(shí)例是 Zr02、Bi203、TiO2, A1203、Bi203、PbO、ZnO、SnO2^B2O3, CdO 或 P2O5 或組成略微不同的氧化物或這些氧化物的組合。導(dǎo)電材料可包括導(dǎo)電化合物，例如Al或Ag。當(dāng)然，也可使用其它合適的導(dǎo)電化合物。導(dǎo)電材料還可包含少量,例如0. l-10%w/w (質(zhì)量百分比)的含氧化物的化合物,例如BiOx, ZrOx, AlOx, PbOx 和 / 或 TiOx?？稍谙鄬?duì)高溫的短時(shí)的退火操作過(guò)程中形成絕緣層。退火溫度可以為300-1000°C，優(yōu)選300-500°C，并持續(xù)1-1000秒，或者700-900°C，并持續(xù)0. 1-5秒。退火步驟可以與標(biāo)準(zhǔn)的“燃燒”步驟(具有‘標(biāo)準(zhǔn)溫度曲線(xiàn)’，如太陽(yáng)能電池制造領(lǐng)域的技術(shù)人員已知的)相同以接觸導(dǎo)電路徑15和24而收集載流子。根據(jù)另一個(gè)實(shí)施方案，氧化操作可施用于面向?qū)щ娐窂?，例如面向通?0的壁或形成側(cè)緣17的半導(dǎo)體襯底。由此可形成氧化物層，例如硅氧化物層。這可在加入導(dǎo)電路徑之前，例如在加入導(dǎo)電材料18 (例如金屬漿)之前進(jìn)行。通常，半導(dǎo)體襯底的氧化操作可包括濕法化學(xué)氧化操作，或可包括熱氧化操作。根據(jù)另一實(shí)施方案，形成絕緣層40可包括絕緣層40的沉積，例如SiOx層的沉積，例如通過(guò)PECVD (等離子體增強(qiáng)的化學(xué)氣相沉積)、原子層沉積(ALD)或?yàn)R射。絕緣層40可沉積在面向?qū)щ娐窂?，例如面向通?0的壁或形成側(cè)緣17的半導(dǎo)體襯底部分上。在形成通孔30的情況中，這可在形成通孔30之后，在設(shè)置導(dǎo)電路徑之前，例如在設(shè)置導(dǎo)電材料18·之前進(jìn)行。或者，絕緣層40可以是氮化硅層或氧化鋁層。在另一個(gè)實(shí)施方案中，該方法包括通過(guò)向圍繞待形成的通孔周?chē)牟牧弦鹣鄬?duì)較低的損失的方法而形成通孔30。在一個(gè)實(shí)例中，該方法可包括低功率激光鉆孔，但不限于此。首先，在工藝次序中，至少在正面上形成發(fā)射極層。如需要，將發(fā)射極層從背面去除。然后，通過(guò)鉆通半導(dǎo)體襯底，例如通過(guò)激光束而產(chǎn)生孔。襯底可包括發(fā)射極、背面區(qū)域、正面和背面上的抗反射和/或鈍化涂層?？仔纬蓪?dǎo)電路徑的前體。在隨后步驟中，將絕緣層至少設(shè)置在孔壁上，并且產(chǎn)生導(dǎo)電路徑的導(dǎo)電材料18施用于孔中。在另一實(shí)施方案中，絕緣壁可延伸在部分背面上。有利的是，該實(shí)施方案提供了在金屬化之前在任何時(shí)間實(shí)施產(chǎn)生通孔步驟的自由，因此在發(fā)射極形成之后實(shí)施產(chǎn)生通孔的步驟并后續(xù)去除背面發(fā)射極。在該情況中，由于缺少發(fā)射極而導(dǎo)致的分流通過(guò)絕緣層避免。電池的成本和性能相比激光分離將提高。在示例情況中，通過(guò)激光鉆孔形成孔，設(shè)置產(chǎn)生激光束的激光設(shè)備以產(chǎn)生功率相對(duì)低的激光束，以降低對(duì)孔周?chē)囊r底材料造成的激光引發(fā)的損害。有利的是，在該情況中，如果減少激光功率，在鉆孔過(guò)程中襯底破裂的風(fēng)險(xiǎn)大大降低。此外，由于降低了對(duì)襯底材料的激光損害，可省略對(duì)孔壁的蝕刻步驟，并且制造成本也降低。因此，在一個(gè)實(shí)施方案中，形成至少一個(gè)導(dǎo)電路徑包括從半導(dǎo)體襯底去除材料以沿著待形成的導(dǎo)電路徑產(chǎn)生通孔，其中絕緣層的形成在孔產(chǎn)生之后進(jìn)行，而無(wú)蝕刻孔壁的中間步驟。在另一個(gè)實(shí)施方案中，從半導(dǎo)體襯底去除材料包括在待形成的通孔位置處對(duì)孔進(jìn)行激光鉆孔。所述方法還可包括將半導(dǎo)體襯底進(jìn)一步加工成太陽(yáng)能電池。這些后續(xù)步驟是本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的。所述后續(xù)加工步驟可包括-在正面10上設(shè)置抗反射和鈍化涂層19，-在背面20上設(shè)置背面區(qū)域和/或鈍化涂層21，-在金屬穿孔卷繞太陽(yáng)能電池或金屬卷繞太陽(yáng)能電池的情況中，在正面10上設(shè)置導(dǎo)電電極15,-在背面20上設(shè)置導(dǎo)電元件，-施加退火步驟以從電極至發(fā)射極和基材形成電連接，
-如需要，提供p_n結(jié)隔離。
以上說(shuō)明是示意性而非限制性的。因此，本領(lǐng)域技術(shù)人員將清楚在不背離由所附權(quán)利要求及它們的技術(shù)等同限定的范圍的情況下可對(duì)本發(fā)明進(jìn)行修改。
權(quán)利要求
1.太陽(yáng)能電池(I)，其包括正面(10)和背面(20)， 其中所述太陽(yáng)能電池(I)包括正面(10)處的發(fā)射極層(11)和背面(20)處的基層(12)，其中使正面(I)接受光，由此在正面(10)處收集第一載流子，并在背面(20)處收集與第一載流子類(lèi)型相反的第二載流子， 其中太陽(yáng)能電池(I)還包括設(shè)置在背面(20)處的至少一個(gè)集電點(diǎn)(14’)和在正面(I)和至少一個(gè)集電點(diǎn)(14’)之間的相應(yīng)的導(dǎo)電路徑，所述導(dǎo)電路徑提供正面(10)和背面(20)之間的電連接以將第一載流子從正面(10)引導(dǎo)至背面(20)處的至少一個(gè)集電點(diǎn)(14’)， 其特征在于，在至少部分的所述導(dǎo)電路徑和基層(12)之間設(shè)置絕緣層(40)以在所述導(dǎo)電路徑和基層(12)之間提供電絕緣。
2.權(quán)利要求I的太陽(yáng)能電池，其中所述導(dǎo)電路徑通過(guò)至少延伸穿過(guò)基層(12)的通孔(30)形成，并且絕緣層(40)設(shè)置在至少部分通孔(30)的周?chē)栽谕?30)和基層(12)之間提供絕緣。
3.權(quán)利要求2的太陽(yáng)能電池，其中通孔(30)填充有導(dǎo)電材料(18)，所述導(dǎo)電材料包括0. l-10%w/w的含氧化物的化合物或硅酸鹽，例如SiOx、AlOx, PbOx, ZrOx, TiOx, BiOx, ZnO、CdO、SnOx、BOx 和 / 或 POx。
4.權(quán)利要求2的太陽(yáng)能電池，其中所述發(fā)射極層通過(guò)發(fā)射極材料形成，并且通孔(30)至少部分地填充有發(fā)射極材料。
5.權(quán)利要求I的太陽(yáng)能電池，其中所述導(dǎo)電路徑通過(guò)沿所述太陽(yáng)能電池的側(cè)緣(17)設(shè)置的導(dǎo)電材料形成，其中絕緣層(40)設(shè)置在所述導(dǎo)電路徑和基層(12)之間以在所述導(dǎo)電材料和基層(12)之間提供絕緣。
6.前述權(quán)利要求之一的太陽(yáng)能電池(I)，其中太陽(yáng)能電池(I)是具有全金屬背面的太陽(yáng)能電池以及具有鈍化的背面和在背面處的導(dǎo)電元件(24)模式的雙面的太陽(yáng)能電池(I)中的一種。
7.前述權(quán)利要求之一的太陽(yáng)能電池(I)，其中絕緣層(40)是氧化物層。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的太陽(yáng)能電池(I)，其中絕緣層(40)是金屬氧化物層或Si0x、A10x、PbOx、BiOx、ZrOx、TiOx、ZnO、SnOx、BOx、CdO 和 / 或 POx 中的一種或組合。
9.根據(jù)權(quán)利要求7的太陽(yáng)能電池(I)，其中絕緣層(40)是介電層，例如氧化硅層或氮化娃層。
10.前述權(quán)利要求之一的太陽(yáng)能電池(I)，其中設(shè)置絕緣層(40)以避免導(dǎo)電材料(18)和基層(12)之間的直接電接觸。
11.前述權(quán)利要求之一的太陽(yáng)能電池(I)，其中至少一個(gè)集電點(diǎn)(14’)包括背對(duì)太陽(yáng)能電池(I)的接觸區(qū)域(141)和面對(duì)基層(12)的背區(qū)域(142)，其中絕緣層(40)還設(shè)置在集電點(diǎn)(14’ )的背區(qū)域(142)和基層(12)之間。
12.太陽(yáng)能電池板，其包括兩個(gè)或更多個(gè)前述權(quán)利要求之一的太陽(yáng)能電池。
13.制造太陽(yáng)能電池的方法，所述方法包括 -提供半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底具有正面(10)和背面(20)， -在所述半導(dǎo)體襯底的正面(10)上形成發(fā)射極層(11)， -從正面(10)至背面(20)上的相應(yīng)集電點(diǎn)(14’ )形成至少一個(gè)導(dǎo)電路徑， 其特征在于，所述方法還包括-形成絕緣層(40)以在所述導(dǎo)電路徑和基層(12)之間提供絕緣。
14.權(quán)利要求13的方法，其中所述導(dǎo)電路徑是至少延伸穿過(guò)基層(12)的通孔(30)，并且形成絕緣層(40)包括至少?lài)@通孔(30)的一部分形成絕緣層(40)以在通孔(30)和基層12之間提供絕緣。
15.權(quán)利要求14的方法，其中形成所述至少一個(gè)導(dǎo)電路徑包括形成導(dǎo)電材料(18)或發(fā)射極材料的至少一個(gè)導(dǎo)電路徑。
16.權(quán)利要求13的方法，其中形成所述至少一個(gè)導(dǎo)電路徑包括沿所述太陽(yáng)能電池的側(cè)緣(17)形成至少一個(gè)導(dǎo)電路徑，其中絕緣層(40)設(shè)置在所述導(dǎo)電路徑和基層(12)之間以在所述導(dǎo)電材料和基層(12)之間提供絕緣。
17.權(quán)利要求9-16之一的方法，其中形成絕緣層(40)包括實(shí)施氧化操作。
18.權(quán)利要求17的方法，其中所述氧化操作通過(guò)退火操作實(shí)施。
19.權(quán)利要求17的方法，其中于所述導(dǎo)電路徑上施用所述氧化操作。
20.權(quán)利要求19的方法，其中所述導(dǎo)電路徑包括導(dǎo)電化合物和含氧化物的化合物，并且所述氧化操作是退火操作。
21.權(quán)利要求20的方法，其中所述退火操作在300-1000°C的退火溫度下實(shí)施0.1-1000秒。
22.權(quán)利要求17的方法，其中所述氧化操作施用于面向所述導(dǎo)電路徑的半導(dǎo)體襯底部分。
23.權(quán)利要求9-16之一的方法，其中形成絕緣層(40)通過(guò)沉積絕緣層(40)而實(shí)施。
24.權(quán)利要求14的方法，其中 形成所述至少一個(gè)導(dǎo)電路徑包括從所述半導(dǎo)體襯底去除材料的過(guò)程以產(chǎn)生沿其待形成所述導(dǎo)電路徑的孔， 其中在產(chǎn)生所述孔之后，實(shí)施所述絕緣層的形成而沒(méi)有蝕刻孔壁的中間步驟。
25.權(quán)利要求24的方法，其中從半導(dǎo)體襯底去除材料的過(guò)程包括激光鉆孔過(guò)程以在待形成通孔的位置處產(chǎn)生孔。
全文摘要
本發(fā)明涉及太陽(yáng)能電池(1)，其包括正面(10)處的發(fā)射極層(11)和背面(20)處的基層(12)。所述太陽(yáng)能電池在正面(10)處收集第一載流子，并在背面(20)處收集第二載流子。太陽(yáng)能電池(1)還包括設(shè)置在背面(20)處的至少一個(gè)集電點(diǎn)(14’)和相應(yīng)的導(dǎo)電路徑以將第一載流子從正面(10)引導(dǎo)至至少一個(gè)集電點(diǎn)(14’)。在至少部分的所述導(dǎo)電路徑和基層(12)之間設(shè)置絕緣層(40)以在所述導(dǎo)電路徑和基層(12)之間提供電絕緣。
文檔編號(hào)H01L31/068GK102986035SQ201180028824
公開(kāi)日2013年3月20日 申請(qǐng)日期2011年5月10日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月11日
發(fā)明者I·G·羅米杰, J·H·布爾特曼, A·A·梅韋, A·W·韋貝爾, M·W·P·E·拉默斯 申請(qǐng)人:荷蘭能源建設(shè)基金中心