CN101809757A - 背接触型光伏器件 - Google Patents

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Abstract

一种新型光伏器件，其包括至少一个由p-或n-掺杂半导体材料制成的前发射极(2)，所述前发射极(2)与至少一个由n-或p-掺杂半导体材料制成的后部分(3)耦合，其中所述发射极(2)的前部分(2.1)借助于一个或多个扩散器元件(2.3)与位于器件背面的多个金属接触部(4)连接，所述扩散器元件(2.3)呈板、管道或凸起状的一般元件的形状、由p-或n-掺杂半导体材料制成，并且从发射极(2)的所述前部分(2.1)延伸穿过全部或部分的所述n-或p-掺杂部分(3)。

Description

背接触型光伏器件
技术领域
本申请涉及光伏器件，尤其涉及一种称为“背接触”型、即阴极和阳极接触部均位于背面的新型光伏器件。
更具体地，本发明涉及一种具有创新结构的新型光伏器件，其目的是借助于没有接触部的前表面和能够优化电荷收集过程的结构使器件的效率最大化。
背景技术
已知光伏器件包括所谓的晶片，该晶片包括至少一个p-掺杂半导体、即具有过量空穴的半导体，所述p-掺杂半导体与至少一个n-掺杂半导体、即具有过量电子的半导体耦合，所述半导体各具有它们的相对应的电接触部，其中在所述p-掺杂半导体的表面(由钝化层充分覆盖)上的光子辐射引起电荷位移，因此在外部导体中产生电流。
现在，提高光伏器件的效率是每个太阳能电池制造商的主要目标。原则上，提高光伏器件的效率将与降低每峰值瓦特[Wp]的最终成本一致，尽管与生产过程的任何必要的进一步复杂化相关的经济问题始终都应予以重视。
考虑到发射极接触部，几种目前已知的技术可以制造高效率的器件，其中发射极接触部设置在光伏器件的背面，因此使太阳能转换可用的表面积最大化。
所述技术已经适用于工业化，但大多数制造商还是更愿意使用被称为“丝网印刷”的简单技术来制造光伏器件，以便于控制成本。
为什么相对“原始”的技术仍然流行的原因是容易理解的。
利用所述丝网印刷技术，制造过程仅包括需要使用能够在薄至200μm的“晶片”上操作的直接高效的生产方式的几个步骤。
考虑到目前硅的短缺，可以通过最少地使用硅来降低PV器件的成本。因此，现在越来越倾向于减小硅的厚度，但这存在缺点。
事实上，因为其减小的厚度，沉积在器件背面的铝浆倾向于使晶片弯曲，并且因此增大光伏器件在最终的生产阶段中破裂的风险。
丝网印刷工艺因此在减小所采用的晶片的厚度的方面被证明是关键方法。另一方面，前面提到的高效的工艺具有多个缺点，所述缺点由于各种原因使它们在市场上不能占有主导地位。对复杂制造步骤的需要、与需要具有高纯度的昂贵原材料相结合，使得每峰值瓦特的最终成本比得上使用更简单的丝网印刷工艺可达到的成本。
已知的光伏器件的效率还受到前表面上的金属发射极接触部的存在的限制，所述金属发射极接触部在太阳能电池的表面上起到屏障的作用，由此减小器件的有效表面积。
为了克服所述缺点，还已知所谓的“背接触”光伏器件，其中所述接触部不设置在前表面。
在这些新的技术方案中，所述背接触型光伏器件特别吸引人和令人感兴趣。所述器件的具有美感的特征和效率都优于传统替代方式的特征和效率，而且电池也更容易组装。
现在已知使用该方法的几个工业步骤。
依照所述工艺中的一种，例如，p-n电荷之间的分离界面与指状组合型收集(collection)接触部一起位于器件的背面。这类器件的效率是在市场上可获得的器件中最高的，但是在制造过程中所涉及的复杂的步骤和所需的特殊原材料(FZ Si)使制造过程相当复杂且成本相当高。
为了克服所述缺点，已经开发了已知名称分别为金属环绕穿通(MWT)和发射极环绕穿通(EWT)的其它技术。所述两种方法都包括借助于激光技术在晶片的厚度中形成多个孔。
具体地，MWT方法包括利用与用于前接触部的金属浆相同类型的金属浆来填充所述孔，以便形成将电池的前面与位于电池背面的收集接触部连接的多个管道。
另一方面，所述EWT方法包括利用发射极的层来覆盖所述孔的内壁，从而将表面发射极和背面的敷金属(metallisation)连接。
发明内容
本申请的目的是实现一种所谓的“背接触”型的新型光伏器件。
本发明的主要目的是通过增大太阳能转换过程中的整体有效表面积和一个优化的电荷收集过程来获得较高的效率。
本发明的另一个重要的目的是加速和简化其制造中涉及的程序，并且因此降低每峰值瓦特的成本。
所述的以及其它直接的和补充的目的通过新型的背接触光伏器件而实现，所述背接触光伏器件包括至少一个由p-掺杂、如利用硼掺杂的半导体材料制成的前发射极，所述前发射极与至少一个由n-掺杂、如利用磷掺杂的半导体材料制成的后部分耦合，其中借助于一个或多个由p-掺杂半导体材料制成的、穿过所述插入的p-掺杂部分的厚度的发射极板、管道或凸起状的一般元件，所述发射极的前部分和位于器件后部的多个金属接触部连接。
具体地，所述新型器件具有大体分层的结构，其中所述发射极包括由p-掺杂的半导体材料制成的延伸的前部分，优选地借助于至少一个厚度例如分别为78和4nm的、典型地具有Si3N4/SiO2结构的材料层的沉积，所述前部分的暴露的表面受到电子钝化。
所述发射极还包括一个或多个与所述延伸的前部分连接的突出部分，所述突出部分呈板、管道或凸起状的一般元件的形式，以下称为扩散器元件，它也由p-掺杂的半导体材料制成，并且穿过由n-掺杂半导体材料制成的插入部分的整个厚度，发射极的金属接触部形成在面朝器件的后部的所述扩散器元件的下边缘上。
除了所述发射极接触部外，在器件的后部还存在由入射发光光束的光子的吸收而产生的用于光生载流子的指状组合型收集接触部，所述收集接触部和所述n-掺杂部分连接。
所述新型器件因此在所述延伸的前部分上没有孔；反而，其仅具有局部性的扩散器元件，所述扩散器元件从器件的前部分延伸到后部分、穿过所述n-掺杂部分并由此在前p-n界面和背接触部之间提供连接。
在器件的后部、围绕p-掺杂扩散器元件和n-掺杂部分之间的接触部区域还设置了一些槽，以确保所述p-掺杂扩散器元件和n-掺杂部分之间以及相应的接触部之间更好的隔离(绝缘)。
在所述优选实施方式中，所述发射极的背接触部在所述扩散器元件的下边缘上由银/铝浆印制，而所述n-掺杂部分的背接触部由银浆制成。
所述穿过大约200μm厚的n-掺杂部分厚度的扩散器元件可以例如通过激光辅助扩散获得。
在所述优选实施方式中，所述发射极包括多个扩散器元件，所述扩散器元件呈与所述延伸的前部分大体正交、优选地彼此平行、并排设置、与正交于所述平坦的前部分延伸的另一个侧壁相垂直的板的形式。
扩散器通道也可以是一系列相邻的带有100μ左右直径的基体的圆筒。
背接触部被印制在每个所述板下部边缘上、面朝器件的后部、大体形成朝向所述收集器侧壁汇聚的线路(或电路)。
所述n-掺杂部分具有与所述发射极互补的形状并因此包括多个平行板，每个所述平行板插入在两个所述发射极板之间并与它们接触，并且同样并排设置并与一个侧壁垂直。
背接触部被印制在n-掺杂部分的每个所述板的下边缘上，并且大体形成朝向所述收集器侧壁汇聚的线路。
由于省略了前表面上的所有敷金属以及由此其可用表面积的最大化，本新的发明获得高的效率。
此外，由于与所述前部分大体正交的扩散器元件的侧壁，其增大了p-掺杂部分和n-掺杂部分之间的界面的有效表面积，因此存在使光生载流子分离的更好的机会。
至于使用激光技术进行所述扩散器元件的制造，已经证明合适的激光源能够局部提高硅的温度直到其升华，而不会造成围绕辐射区域的晶体的交联的过度损害。因此认为可行的是，借助于液相中杂质的扩散，获得合适的掺杂区域、例如实现新器件所需要的掺杂区域，其中所述扩散通过利用激光融化所述区域而实现。目的是借助于可在数毫秒内完成的快速、可靠的步骤获得和p-掺杂部分的整体厚度一样厚的扩散器元件。
然而，使用激光源产生所述扩散器元件不应被认为是限制性的，而仅仅是作为用于其制造的可行技术方案中的一种。
器件也可以通过将基本掺杂从n型向p型转换、以及由此利用n型掺杂形成发射极和连接通道或板，从而被制造并方便地被应用。
附图说明
通过作为非限制性示例给出的、参照所附附图的以下描述，新型光伏器件的特点将变得更清楚。
图1示出了新型器件的构造，所述新型器件——在竖直方向上——包括一系列的层：由Si3N4/SiO2构成的复合前表面钝化层(1.1、1.2)、由硼掺杂的p-掺杂硅制成的发射极(2)的延伸的前部分(2.1)、由磷掺杂的n-掺杂硅制成的后部分(3)、以及由铝/银制成的发射极(2)的背接触部(4)和n-掺杂部分(3)的银收集器接触部(5)。
图2和图3分别详细示出了p-掺杂发射极(2)及其相对应的接触部(4)、以及n-掺杂部分(3)及其相对应的接触部(5)。
图4示出了没有背接触部(4、5)的器件的后部。
图5示出了发射极(2)和n-掺杂部分(3)的背接触部(4、5)细节图，在图中还可见插入的槽(6)。
图6示出了器件的横截面。
具体实施方式
新型光伏器件为背接触型，即它的阳极接触部(4)和阴极接触部(5)均位于器件的后部。
新型器件包括由p-或n-掺杂的半导体材料制成的前发射极(2)，所述前发射极(2)与至少一个由n-或p-掺杂的半导体材料制成的后部分(3)耦合，所述发射极(2)的前部分(2.1)借助于一个或多个由p-或n-掺杂的半导体材料制成的、完全地或部分地穿过所述n-或p-掺杂的插入部分(3)的板(2.3)、管道或凸起状的一般元件与位于器件后部的多个金属接触部(4)连接。
如图1所示，新型器件具有大体分层的设计，其中所述发射极(2)包括延伸的前部分(2.1)，其暴露的表面优选地借助于典型地具有Si3N4/SiO2结构的至少一个复合层(1.2、1.2)的沉积而受到电子钝化。
所述发射极(2)还包括与所述延伸的前部分(2.1)连接的一个或多个呈板、管道或凸起状的一般元件形式的突出部，以下称为扩散器元件(2.3)，其完全地或部分地穿过插入的n-或p-掺杂部分(3)，其中所述扩散器元件(2.3)的下边缘(2.31)支撑发射极(2)的金属接触部(4)。
与所述n-或p-掺杂部分(3)连接的光生载流子的指状组合型收集器接触部(5)也位于器件的后部。
围绕所述p-或n-掺杂扩散器元件(2.3)与n-或p-掺杂部分(3.1)之间的接触区域，在器件的后部还设置了多个槽(6)，以便于提供在所述p-或n-掺杂扩散器元件(2.3)与n-或p-掺杂部分(3.1)之间以及它们相对应的接触部(4、5)之间的更好的隔离。
在所述优选实施方式中，所述扩散器元件(2.3)呈与所述延伸的前部分(2.1)大体正交、优选地彼此平行并且并排设置、与正交于所述平坦的前部分(2.1)延伸的另一个侧壁(2.2)垂直的板的形式。
所述扩散器元件也可以是一系列相邻的带有100μ左右直径的基体的圆筒。
背接触部分(4)被印制在每个所述板(2.3)下部边缘(2.31)上、面朝器件的后部、大体形成朝向所述侧收集器壁(2.2)汇聚的线路。
所述n-或p-掺杂部分(3)具有与所述发射极(2)的形状互补的形状并因此包括多个平行板(3.1)，每个所述平行板(3.1)插入在两个所述发射极(2)的板(2.3)之间且与它们接触，并且并排设置且与一个侧壁板(3.2)垂直。
背接触部(5)被印制在n-或p-掺杂部分的每个所述板(3.1)的下边缘(3.11)上，大体形成朝向所述侧收集器壁(3.2)汇聚的线路。
因此，参考上面的描述并参考附图，提出以下权利要求。

Claims (4)

1.一种光伏器件，其包括至少一个p-掺杂半导体以及相应的金属接触部，所述p-掺杂半导体与至少一个n-掺杂半导体耦合，其特征在于，所述光伏器件包括至少一个由p-或n-掺杂半导体材料制成的前发射极(2)，所述前发射极(2)与至少一个由n-或p-掺杂半导体材料制成的后部分(3)耦合，其中所述发射极(2)的前部分(2.1)借助于一个或多个扩散器元件(2.3)与位于所述器件后部的多个金属接触部(4)连接，所述扩散器元件(2.3)呈板、管道或凸起状的一般元件的形状、由p-或n-掺杂半导体材料制成、并且从所述发射极(2)的所述前部分(2.1)延伸穿过全部或部分的n-或p-掺杂部分(3)。
2.根据权利要求1所述的光伏器件，其特征在于，所述光伏器件包括一个或多个槽(6)，所述槽(6)邻近于或沿着所述p-或n-掺杂扩散器元件(2.2)与所述n-或p-掺杂部分(3)之间的一个或多个耦合区域设置在所述器件的后表面上，以部分地或完全地隔离所述p-或n-掺杂扩散器元件(2.2)和所述n-或p-掺杂部分(3)。
3.根据权利要求1或2所述的光伏器件，其特征在于，所述p-或n-掺杂发射极(2)包括延伸的前部分(2.1)，多个呈平行板形状的所述扩散器元件(2.3)从所述前部分(2.1)大体正交地延伸、大体并排地设置并且与一侧壁(2.2)垂直，其中所述n-或p-掺杂部分(3)具有互补的形状、包括多个平行板(3.1)，每个所述平行板(3.1)插入在所述发射极(2)的两个板(2.3)之间，并且与另一个侧壁(3.2)垂直。
4.根据权利要求1、2或3所述的光伏器件，其特征在于，所述p-或n-掺杂发射极(2)的背接触部(4)沿着相应的板(2.3)的下边缘(2.31)被施加、并且与沿着发射极(2)的所述侧壁(2.2)的下边缘(2.21)被施加的接触部(4.1)连接，而所述n-或p-掺杂部分(3)的背收集器接触部(5)沿着相应的板(3.1)的下边缘(3.11)被施加、并且与沿着所述n-或p-掺杂区域(3)的所述侧壁(3.2)的下边缘(3.21)被施加的接触部(5.1)连接，由此所述p-或n-掺杂发射极(2)的所述接触部(4、4.1)和所述n-或p-掺杂部分(3)的所述接触部(5、5.1)分别实现彼此不相交叉的线路。
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