CN101796655B - 在太阳能电池背面上设置触点的方法及具有根据所述方法设置的触点的太阳能电池 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种包括硅层(1)的太阳能电池和一种用于在这种太阳能电池的背面上设置触点的方法。所述方法包括以下步骤：a)在所述硅层(1)的背面上添加钝化层(2)；b)在所述钝化层(2)上添加镀敷籽晶层(4)；c)通过第一区域(A)将所述镀敷籽晶层(4)分隔成第一电极区域和第二电极区域；d)将所述镀敷籽晶层(4)的第二区域(B)开口；e)将所述钝化层(2)的第二区域(B)开口；f)向所述钝化层(2)的第二区域(B)的开口以及向围绕所述第二区域(B)的镀敷籽晶层(4)涂敷触点镀层(3)。
Description
在本申请的上下文中，措辞“太阳能电池”是指包含硅衬底作为例如晶片或薄膜的器件。
技术领域
本发明涉及一种在太阳能电池背面上设置触点(contact)的方法。本发明还涉及一种具有根据所述方法设置的触点的太阳能电池。
背景技术
常规的背接触太阳能电池示于图1。常规工艺是在镀敷屏障2的开口中在晶体硅1上涂敷镀层(plating)3。通常，镀敷屏障2也是表面钝化和/或防反射涂层。
现有技术要求镀敷的触点相对厚，以便在这类背接触太阳能电池中承载所需的电流。由于镀敷的金属具有与硅不同的热膨胀系数，所以导致的问题是当经历温度变化时镀层可能掉落。这种触点的设计的另一缺点是金属/硅界面区域必须相对大，以给镀敷工艺提供足够大的表面，从而在用于大规模生产的足够短的工艺时间内形成所需的触点横截面积。大的金属/硅触点面积将增大表面复合(recombination)，反过来，降低太阳能电池的效率。最后，镀敷厚层所需的时间长意味着需要用于大量制造的制造设备的巨大投资。
在美国公布专利申请2004/0200520A1号中公开了一种背触点设计，其允许导体上小的触点面积和大的横截面积。然而，制造这种太阳能电池的步骤复杂，因此难以用有竞争力的成本实现。
本发明的目的是提供节省成本的方法，其利用镀敷以在背接触太阳能电池上设置电触点。所述方法进一步允许小的金属/硅接触界面与所述触点的大得足以承载太阳能电池产生的电流的横截面积的组合。然而，所述方法也完全可适用于具有前触点和背触点两者的太阳能电池的背触点。
发明内容
在所附的独立权利要求中定义了本发明。从属权利要求中定义了本发明的进一步的实施方案。
附图说明
下面将参照附图详细描述本发明的实施方案，其中：
图1示出现有技术的背接触太阳能电池的镀层。
图2示出本发明实施方案的背接触太阳能电池的镀层。
图3a～e示出本发明方法的第一实施方案。
图4a～d示出本发明方法的第二实施方案。
图5a～d示出本发明方法的第三实施方案。
图6a～f示出本发明方法的第六实施方案。
图7a～e示出本发明方法的第七实施方案。
具体实施方式
本发明的方法和太阳能电池的实施方案将在下面详细描述。然而，应当注意，本发明不限于这些实施方案，而是能够在所附的权利要求的范围内变化。还应当注意，一些实施方案的要素可以容易地与其它实施方案的要素组合。
第一实施方案
现在将参考图3a～e描述所述方法的第一实施方案。
在第一步骤中(示于图3a)，将钝化叠层或钝化层2涂敷至硅晶 片1。钝化层2例如能够包含a-Si和SiNx或SiOx和/或SiNx等。
在第二步骤中(示于图3b)，将镀敷籽晶层4涂敷在钝化层2的整个表面上。镀敷籽晶层4例如能够包含银、镍、铜、a-Si或微晶Si(micro-Si)等。
在第三步骤中，涂敷腐蚀剂以将镀敷籽晶层4分成+和-区域，即，在标记为A的第一区域将镀敷籽晶层开口。在相同的工艺步骤中，也将在图2中标记为B的区域中的镀敷籽晶层4开口(结果示于图3c)。腐蚀剂例如能够为用于硅基材料的KOH；酸能够用于腐蚀银、镍和其它金属。
在接下来的步骤中，将钝化层2开口以提供用于太阳能电池导体3的空间(示于图3d)。在图2中，钝化层2的敞开区域用字母B标记。触点开口能够例如通过在除触点要形成的区域B之外的电池的整个背面上涂敷抗蚀剂来实现。另一选择是仅向图2中的开口A涂敷抗蚀剂，条件是在上面第二步骤中涂敷的镀敷籽晶层能抵抗将钝化层(A)开口的腐蚀剂。
其后，将电池暴露于腐蚀液且钝化层被腐蚀掉，从而使得区域B的硅1暴露。
然后除去抗蚀剂。
抗蚀剂是粘附至电池材料的试剂，但是其在腐蚀工艺期间保护材料不受腐蚀剂腐蚀。
除去B中的钝化层的又一替代方案是通过向区域B直接涂敷腐蚀剂，例如通过喷墨。
在图2中能够看出，结果，在区域A和B之间有区域C，其中镀敷籽晶层4没有除去。
在接下来的步骤中(示于图3e)，将触点镀层3涂敷至太阳能电池的整个背面，除了开口区域A。即，在图2中，触点镀层3覆盖区域B和C。触点镀层例如能够包含镍籽晶和屏障层，然后包含铜和/或银作为主要的电荷载体，随后是银、锡或其它适合于可焊性目的材料。
在图2和3c中看出，触点镀层3具有基本上T形的横截面形状。
第二实施方案
将参考图4a～d描述第二实施方案。
在第一步骤中(示于图4a)，将钝化叠层或钝化层2涂敷至硅晶片1。钝化层2例如能够包含a-Si和SiNx或SiOx和/或SiNx等。
在第二步骤中，将钝化层2开口以提供用于触点镀层3的空间。如在第一实施方案中所述，触点镀层3形成太阳能电池的电触点。在图2中，钝化层2的敞开区域用字母B标记(示于图4b)。
在第三步骤中，将镀敷籽晶层4涂敷在电池的整个表面上(示于图4c)。所述涂敷通过在电池的表面上喷射、印刷或蒸发a-Si和/或金属如镍和/或银而实施。
在第四步骤中，通过向除在图2中标记为A的区域之外的太阳能电池的整个背面涂敷抗蚀剂，接着将太阳能电池暴露于腐蚀剂，从而将镀敷籽晶层4开口。这将从区域A除去镀敷籽晶层4，因此将镀敷籽晶层4分成+和-区域。
在第五步骤中，将触点镀层3涂敷至太阳能电池的整个背面，除 了开口区域A。即，在图2中，触点镀层3覆盖区域B和C。触点镀层例如能够包含钯和/或镍籽晶和屏障层，然后包含铜和/或银等(第四和第五步骤示于图4d)。
第三实施方案
将参考图5a～d描述第三实施方案。
在第三实施方案中，如第二实施方案所述，在区域B开口之后涂敷镀敷籽晶层4(示于图5b)，但是，其是以图案化的方式涂敷的，而不覆盖整个表面，例如，仅将镀敷籽晶层4涂敷至区域C和B，但是不涂敷在区域A上(示于图5c)。这种镀敷籽晶层涂敷例如能够通过使用含有例如钯、银或镍的油墨，以预定的图案喷墨印刷镀敷籽晶层4而完成。
此后，以与第二实施方案所述相同的方式涂敷触点镀层3(示于图5d)。
第四实施方案
在第四实施方案中，用于钝化层2和/或镀敷籽晶层的开口的腐蚀剂通过例如喷墨仅涂敷在选定的区域。因此，就无需在腐蚀工艺之前涂敷抗蚀剂以保护特定的区域。
第五实施方案
在第五实施方案中，使用激光在镀敷籽晶层4和/或钝化层2中提供开口。其要求是为层2和4选择的材料是能够用激光除去的类型。
第六实施方案
在第六实施方案中(示于图6a～f)，镀敷籽晶层4由例如a-Si组成，如实施方案1所述。开口B通过例如激光烧蚀提供。然后，通过例如喷墨，将抗镀敷层7沉积在区域A上。随后，通过镀敷，将金 属屏障层8例如镍、镍-磷或钨沉积在区域B和C上(示意性地示于图6e)。在区域A中的抗镀敷层7随后通过腐蚀剂除去，腐蚀剂也将除去区域A中的镀敷籽晶层4。在接下来的步骤中，通过镀敷，将用于设置触点镀层3的例如铜或银的较厚金属层沉积在区域B和C中的镀敷屏障层之上。或者，抗镀敷层7能够在涂敷触点镀层3之后除去。
第七实施方案
在第七实施方案中(示于图7a～e)，镀敷籽晶层4由例如a-Si组成，如实施方案1所述。然后，将钝化层和镀敷籽晶层在区域B开口。或者，能够在钝化叠层在区域B开口之后沉积镀敷籽晶层，如实施方案3所述。随后，通过例如喷墨或分配，将抗镀敷层7沉积在区域A上，如图7d所示。抗镀敷剂应当优选为反射层，且能够例如由如下的材料中的一种或多种构成：聚酰胺、硫代聚酯、聚酮、聚酯和丙烯酸树脂，其中已经通过对所述材料装载白色颜料如二氧化钛的亚-微米粒子而使所述材料呈反射性。
随后，通过镀敷，将金属籽晶和屏障层例如镍或镍-磷沉积在区域B和C上(示意性地示于图7e)。在接下来的步骤中，通过镀敷，将用于在触点3中构建所需厚度金属的例如铜或银的较厚金属层沉积在区域B和C中的镀敷籽晶和屏障层之上。
在图7e中，已经示出设置了邻近触点的触点镀层3。
共同特征
图2示出了包括光电吸收材料层如硅层1的太阳能电池。所述太阳能电池进一步包括太阳能电池的背面，其作为上表面示出，和太阳能电池的前面，其作为下表面示出。至少一个触点3(在图2中示出了两个触点)设置在背面上。所述至少一个触点3通过以下步骤设置在太阳能电池的背面上：
a)在硅层1的背面上添加钝化层或钝化层的叠层2；
b)在钝化层2上添加镀敷籽晶层4；
c)通过第一区域A将镀敷籽晶层4分隔成第一电极区域和第二电极区域；
d)将镀敷籽晶层4的第二区域B开口；
e)将钝化层2的第二区域B开口；和
f)向钝化层2的第二区域B的开口以及向围绕第二区域B的镀敷籽晶层4涂敷触点镀层3。
一方面，通过第一区域A将镀敷籽晶层4分隔成第一电极区域和第二电极区域的步骤c)可以包括将镀敷籽晶层4的所述区域A开口。更具体地，步骤c)可以通过如下操作进行：首先向太阳能电池的除第一区域A之外的区域涂敷抗蚀剂，随后涂敷腐蚀剂以腐蚀在第一区域A中敞开的镀敷籽晶层4。
在一个替代方面，步骤c)包括在镀敷籽晶层上涂敷绝缘材料。更具体地，在该方面，步骤c)可以包括向太阳能电池的第一区域A沉积抗镀敷层，或者，将反射性抗镀敷剂沉积在钝化层上。
在上述两个方面的任一个方面，步骤c)和d)可以同时进行。
一方面，步骤e)可以在步骤b)之前进行。或者，步骤b)可以在步骤e)之后进行。
一方面，步骤e)可以通过如下操作进行：首先向太阳能电池的除第二区域B之外的区域涂敷抗蚀剂，随后涂敷腐蚀剂以腐蚀在第二区域B中敞开的钝化层2。
一方面，步骤c)、d)或e)中的至少一个可以包括向第二区域B直接涂敷腐蚀剂。另一方面，步骤c)、d)或e)中的至少一个可以包括激光烧蚀工艺。
触点镀层3可以具有基本上T形的横截面形状。
触点镀层3也可以在所有实施方案中设置成邻近触点，尽管其仅对于第七实施方案(图7e)具体举例示出。
根据上面描述的实施方案，提供在太阳能电池上镀敷电导体的区域增大的太阳能电池。所述增大的区域由触点区域B(表示其中硅层1与触点镀层3接触的区域)加上镀敷区域C×2(表示区域B的每一侧上触点镀层3固定至镀敷籽晶层4的区域C)构成。
此外，镀敷区域(2×C)可以大于触点区域B，从而减小镀敷厚度H。
应当注意，镀敷籽晶层4能够包括反射材料以在太阳能电池中加强光捕获。
太阳能电池所需的电性能取决于在金属触点和基材(硅)之间建立的欧姆接触。欧姆接触例如能够由用于形成硅化物或共晶相的热处理形成。热处理能够在沉积第一金属触点和屏障层之后或沉积整个金属叠层之后完成。热处理例如能够在输送带式烘炉(conveyorized oven)系统中或通过用激光局部加热触点区域(B)而完成。
在替代工艺中，在无电沉积的籽晶和屏障层之前，将钯的薄层，或者，钯的纳米尺寸的核沉积在晶片上。钯增强无电镀敷化学品的成核，从而产生更一致的金属涂层。此外，与用于在硅上形成欧姆接触的大多数常用的过渡金属硅化物相比，形成钯的硅化物的热预算低。
有用的结果是能够使背接触太阳能电池对温度循环更坚固，所以允许电池设计为每个电触点比常规的镀敷的电触点有更高的电流。这 种增大的更高电流容量能够例如用于允许背接触电池比现有技术设计具有更长的指状物(在更大的衬底上)。此外，能够实现更短的镀敷工艺时间，因为生长电导体的预定的横截面积将花费更短的时间。
此外，能够使背接触太阳能电池具有更小的金属-硅界面面积，其由于在金属/硅界面更少的复合而有助于增加的电池效率。
另外，上述实施方案的制造顺序有降低镀敷背接触太阳能电池制造成本的潜力。
请注意，附图是示意性的，其比例不一定准确。在一些实施方案中，钝化层2例如仅为约50～100nm，而在区域A和B上的镀敷触点的厚度可以为微米范围。应当注意，这些值不意味着限制本申请，在大大偏离这些值的情况下也可以实现本发明。
此外，形成在镀敷籽晶层之上的T形触点的顶部需要形成连续的电流导体，而形成在经开口的区域B之上的底部能够为非连续的。通过例如像虚线一样将区域B开口为彼此紧跟的多点，本领域技术人员会得到局部触点的公知的益处。
Claims (17)
1.在太阳能电池的背面上设置触点的方法，其特征在于所述方法包括以下步骤：
a)在硅衬底(1)的背面上添加钝化层(2)；
b)在所述钝化层(2)上添加硅基材料的镀敷籽晶层(4)；
c)通过第一区域(A)将所述镀敷籽晶层(4)分隔成第一电极区域和第二电极区域；
d)将所述镀敷籽晶层(4)的第二区域(B)开口；
e)将所述钝化层(2)的第二区域(B)开口；
f)向所述钝化层(2)的第二区域(B)的开口以及向围绕所述第二区域(B)的镀敷籽晶层(4)涂敷触点镀层(3)。
2.根据权利要求1的方法，其特征在于所述通过第一区域(A)将所述镀敷籽晶层(4)分隔成第一电极区域和第二电极区域的所述步骤c)包括将所述镀敷籽晶层(4)的所述第一区域(A)开口。
3.根据权利要求1的方法，其特征在于所述通过第一区域(A)将所述镀敷籽晶层(4)分隔成第一电极区域和第二电极区域的步骤c)包括：在所述镀敷籽晶层上涂敷绝缘材料。
4.根据权利要求1的方法，其特征在于所述第一电极区域和第二电极区域两者具有相同的极性。
5.根据权利要求1的方法，其特征在于同时进行步骤c)和d)。
6.根据权利要求1的方法，其特征在于在步骤b)之前进行步骤e)。
7.根据权利要求1的方法，其特征在于在步骤e)之后进行步骤b)。
8.根据权利要求1的方法，其特征在于步骤e)通过如下操作进行：向所述太阳能电池的除第二区域(B)之外的区域涂敷抗蚀剂，随后涂敷腐蚀剂以腐蚀在第二区域(B)中敞开的钝化层(2)。
9.根据权利要求1的方法，其特征在于所述步骤c)、d)或e)中的至少一个包括向所述第二区域(B)直接涂敷腐蚀剂。
10.根据权利要求1的方法，其特征在于所述步骤c)、d)或e)中的至少一个包括激光烧蚀工艺。
11.根据权利要求2的方法，其特征在于步骤c)通过如下操作进行：向所述太阳能电池的除第一区域(A)之外的区域涂敷抗蚀剂，随后涂敷腐蚀剂以腐蚀在第一区域(A)中敞开的镀敷籽晶层(4)。
12.根据权利要求3的方法，其特征在于步骤c)包括向所述太阳能电池的第一区域(A)沉积抗镀敷层。
13.根据权利要求12的方法，其特征在于所述抗镀敷层包含反射材料。
14.根据权利要求1的方法，其特征在于所述触点镀层(3)具有基本上T形的横截面形状。
15.根据权利要求14的方法，其特征在于所述经开口的第二区域(B)是非连续的，而所述T形触点镀层(3)的顶部形成连续的导线。
16.根据权利要求1的方法，其特征在于所述硅基材料为a-Si或微晶硅。
17.太阳能电池，其包括背面，所述背面包括触点，其特征在于所述触点通过权利要求1～14中任一项的方法设置在太阳能电池的背面上。
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