CN103460393B - 具有改进的钝化的光伏器件和模块及其制造的方法 - Google Patents

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Abstract

一种光伏器件，具有改进的表面钝化，如后接触金属电极绕通光伏器件的周界外壁和/或孔隙壁，例如，第一和第二半导体层的pn-结延伸到所述壁中。钝化处理包括第一类型的钝化层，覆盖被横跨pn-结的耗尽区包括的这样的壁的至少部分；第二类型的钝化层，覆盖被第一半导体层包括的这样的壁的至少部分，和第三类型的钝化层，覆盖被第二半导体层包括的外壁的至少部分。

Description

具有改进的钝化的光伏器件和模块及其制造的方法
技术领域
本发明涉及光伏器件，特别是涉及利用所谓的金属电极绕通(metalwrap-through)技术的后面的或后侧的接触器件概念。
背景技术
光伏器件或太阳能电池将光能，如太阳辐射，转变成电能。这些器件基本上由层状结构组成，其具有用于接受光辐射的前表面和与前表面相对的后面的或后侧的表面。层状结构一般包含第一导电型的第一半导体层和毗邻第一层延伸的第二导电型的第二半导体层。第一和第二导电型是相反的极性，以便通过pn-结或耗尽层，也称为活性层将第一层和第二层分开。
将邻近前表面延伸的第一层连接到层状结构的前表面上的至少一个电触点上，所述电触点也称为前触点或前电极。将第二层连接到层状结构的后面或后侧表面上的至少一个电触点上，所述电触点也称为后侧的或后面的触点或后侧的或后面的电极。
例如，撞击光伏器件的前表面的太阳辐射中包含的光子，在器件内形成电子空穴对。由于pn-结上的电压差，这些电荷载体变成分开的，并在前触点和后触点上可得到所述电压差。通过连接电负载在前触点和后触点之间，电流将流经这个负载。
利用前触点和后触点之间的相对低的电压差，单个太阳能电池产生相对少量的电能。为了实际应用，几个太阳能电池不得不串联连接，以获得具有更高的输出电压的太阳能电池模块，和/或几个串联连接的电池不得不并联连接，以获得提供更高的输出电流的太阳能电池模块。随着电池变得更大和更有效，输出电流增加并且为了限制这种配线内的电阻性损耗，增大它的横跨前表面的尺寸。在实际的光伏器件和模块中，除了别的以外，以母线等等的形式的前表面上的配线，成比例地增加遮蔽损耗(shadowinglosses)。
关于金属电极绕通MWT技术，小的孔隙或通孔设置在层状结构中并从前表面延伸到后表面。在层状结构的后面或后侧表面上，提供后面或后侧触点排列或后面或后侧触点栅格。通过金属喷涂孔隙(例如，通过利用导电塞填充孔隙)，提供电接触路径，所述电接触路径将太阳能电池的前触点或多个前触点连接到后触点排列上。
应该理解，后触点排列可设计为具有适当大小，以减少太阳能电池模块的接触配线中的电损耗，同时对有助于能量转换的前表面上的有效辐射量不产生妨碍。
为了增加前表面处的用于转变成电能的有效辐射量，引进陷光结构，如表面纹理(surfacetexturing)。即，通过适当的表面处理和/或设置适当的抗反射涂层，有效地增大用于收集太阳能辐射的前表面。使后表面反射或者漫射地反射，到达这个表面的许多光子将被再次向前方反射或散射，这在光伏器件中提供另外的产生电子空穴对的机会，即，增大电能的产生。
除了别的以外，半导体器件中已知的重要的损耗作用是半导体层的表面上的电荷载体的复合。为了阻止电子和空穴的表面复合，在光伏器件的外表面上施加钝化层或膜。在光电板的区域中，钝化表面层通过在特定半导体层的表面上产生极性相反的表面电场，而减少表面复合。
第一和第二半导体层以及pn-结或在其间形成的耗尽区可延伸到层状结构的周界外壁。进一步地，在金属电极绕通电池中，第一和第二半导体层以及pn-结或其间形成的耗尽区延伸到在层状结构中产生的几个孔隙的孔隙壁中。因此，钝化不应该限于层状结构的前表面和后表面，但是也应该在外周壁上施加，并且在后接触金属电极绕通光伏电池的情形中，在孔隙内施加。
发明内容
本发明的目标是提供光伏器件，特别是后接触金属电极绕通光伏器件和包括具有改进的钝化多个光伏器件的模块，及其制造方法。
在第一方面中，提供了光伏器件，其包括层状结构，所述层状结构具有周界外壁的用于接收光辐射的前表面、与前表面相对的后表面、电触点排列、第一导电型的第一半导体层，其中第一层邻近第一前表面延伸并具有连接到触点排列上的至少一个前电触点，和第二导电型的第二半导体层，所述第二层毗邻于第一层延伸并具有连接到触点排列上的至少一个后电触点。第一导电型和第二导电型是相反的极性，从而通过pn-结将第一和第二层分开，并且第一和第二层延伸到外壁中。第一类型的钝化层覆盖基本被横跨pn-结的耗尽区包括的外壁的至少部分。第二类型的钝化层覆盖被第一半导体层包括的外壁的至少部分，第二类型的钝化层与第一的钝化层是毗邻的，和第三类型的钝化层覆盖由第二半导体层包括的外壁的至少部分，第三类型的钝化层与第一类型的钝化层是毗邻的。
在第二方面中，提供了光伏器件，其包括层状结构，所述层状结构具有用于接收光辐射的前表面、与前表面相对的后表面、后表面上的电触点排列、第一导电型的第一半导体层，其中第一层邻近前表面延伸并具有至少一个前电触点，和第二导电型的第二半导体层，其中第二层毗邻于第一层延伸并具有至少一个连接到触点排列上的后电触点。第一和第二导电型是相反的极性，从而通过pn-结将第一层和第二层分开。层状结构包括从前表面延伸到后表面的至少一个孔隙，通过孔隙壁限定孔隙，并且具有将至少一个前电触点连接到后表面处的电触点排列的电接触途径。第一类型的钝化层在至少一个孔隙中延伸并覆盖基本被横跨pn-结的耗尽区包括的孔隙壁的至少部分。第二类型的钝化层与第一类型的钝化层毗邻在至少一个孔隙中延伸并覆盖被第一半导体层包括的孔隙壁的部分，第三类型的钝化层与第一类型的钝化层毗邻在至少一个孔隙中延伸，并覆盖被第二半导体层包括的孔隙壁的部分。
可结合这两个方面，产生包括依照第一方面的周界外壁的钝化和依照第二方面的孔隙钝化的后接触金属电极绕通光伏电池器件。
可单独地选择每一个钝化层，使其与暴露在层状结构的周界外壁和/或在孔隙中的特定半导体层匹配，用于最佳地减少外壁上和/或孔隙中的不想要的表面复合。特别是，可通过选择适当的钝化材料，优选地具有基本电中性的有效表面电荷密度，有效地阻止或减少由于半导体层之间的泄露电流和/或外壁和/或孔隙中的pn-结或耗尽区的反向击穿作用导致的短路或分流电阻损耗，两者都形成光伏器件的暴露的壁或区域。由此提高光伏器件的效率。
关于本发明的目的，用于形成第一类型的钝化层的钝化材料是非晶硅、退火的二氧化硅和其他材料，其中第一类型的钝化层具有适当的电中性或基本电中性的有效的表面电荷密度。
用于分别地在第一或第二半导体层上形成第二和第三类型的钝化层的适当的钝化处理材料应该具有类型相反并高于相应的半导体层的有效表面电荷密度。
关于本发明的目的，已经发现，大于10-10cm-2的有效表面电荷密度Qf提供有效的钝化，即，有效地减少半导体层的不想要的表面复合。这种类型的钝化材料是，例如，氮化硅、二氧化硅、碳化硅、二氧化钛、氧化铝、二氧化铪和其他。
例如，氮化硅、二氧化硅、碳化硅用于提供n-型半导体材料的钝化，而，例如，氧化铝、二氧化钛、二氧化铪用于提供p-型的半导体材料的钝化。
应该注意，在包括如上述公开的周界外壁的钝化处理和孔隙钝化后接触金属电极绕通光伏器件中，可至少部分分别地为周界外壁和孔隙的第一、第二和第三类型的钝化层选择不同的材料。
第一类型的钝化层可超出横跨pn-结的耗尽区来覆盖周界外壁和/或孔隙壁的部分，第二和第三类型的钝化层两者可覆盖或交迭在第一类型的钝化层上。关于本发明和附加的权利要求的目的，应该理解，关于钝化层使用的术语“毗邻的”，假如第二和第三类型的钝化层的任何一个或两者与第一类型的钝化层交迭，则上述术语包含至少部分交迭的层。即，如从周界外壁和/或孔隙壁看到的，第二和第三类型的钝化层的任何一个或两者在第一类型的钝化层的顶部。
为了简化光伏器件的制造，优选的是，让第二类型的钝化层在与前表面相邻的周界外壁的边缘上和/或与前表面相邻的至少一个孔隙的边缘上延伸，并覆盖光伏器件的前表面。如已经在引言中讨论的，这种钝化层或膜同时可表现透明的抗反射涂层，以提高对太阳能辐射的收集。
在所谓的前发射极设计的情形中，其中本质上，pn-结设置为更接近光伏器件的前表面而非后面或后侧表面，已经发现，通过具有与第二类型的钝化层相同的第一类型的钝化层，有效地减少光伏器件的外部周界壁上和/或孔隙中的pn-结上的分流电阻损耗和/或反向击穿作用。即，第二类型的钝化层或膜覆盖至少被第一半导体层或发射极包括的区域和pn-结区域或耗尽区这两者。
优选地，为了易于制造光伏器件，第一和第类型的钝化层是一体的，例如，它是可在单一加工步骤中从前表面施加的单一层或膜。第三类型的钝化层可至少部分地覆盖这样的一体的钝化层。
在所谓的后面或后侧发射极设计的情形中，其中pn-结设置为基本上更接近光伏器件的后面或后侧表面而非前表面，已经发现，通过具有与第三类型的钝化层相同的第一类型的钝化层，有效地减少光伏器件的孔隙和/或外部周界壁上的pn-结上的分流电阻损耗和/或反向击穿作用。即，第三类型的钝化层或膜覆盖被第二半导体层或发射极包括的区域和pn-结区域或耗尽区这两者。
优选地，为了易于制造光伏器件，第一和第三类型的钝化层是一体的，例如，它是可在单一加工步骤中从后表面施加的单一层或膜。第二类型的钝化层可覆盖这样的一体的钝化层。
在施加各自的钝化层之前，最初可在前表面上应用电线或电触点轨道以及在后表面应用电触点排列。然而，从制造工艺的观点来看，优选的是，首先在任一表面上施加钝化层。
在后接触金属电极绕通光伏器件中，在它的实施例中，至少一个孔隙中的钝化层覆盖孔隙壁，从而形成电绝缘套，以便在层状结构，即孔隙壁，和安置在至少一个孔隙中的导电电极或导电塞，之间提供电绝缘。
除了上述公开的钝化层之外，可在钝化层的顶部提供又一覆盖层或层的堆积，从而提高光伏器件的效率。
在后接触金属电极绕通光伏器件中，这样的又一覆盖层的实例是绝缘层，所述绝缘层在钝化层和从器件的前表面到后表面的导电电极之间的孔隙中延伸。
又一覆盖层的其他实例是氮化钛、氮化硅，等等。
在实践中，形成依照本发明的光伏器件的层状结构可以是已知的任何类型的，特别是硅块型的或薄膜型的层状结构。
硅块型光伏器件通常包括晶体硅晶片或块状半导体材料，如n-导电型或p-导电型的单晶硅或聚晶硅或多晶硅，其中通过晶块的邻近的区域或体积的适当的点缀(doting)形成第一和第二半导体层。通常电镀成形这种类型的光伏器件。
通过将作为薄层(薄膜)的半导体层涂覆在衬底上，生产薄膜太阳能电池或光伏器件。这样的层的厚度范围是宽泛的并从几个纳米变化到几十微米。碲化镉CdTe，硒化铜铟镓CIGS，和非晶硅A-Si是三种通常用于户外光伏太阳能生产的薄膜技术。薄膜器件可具有不同的形状。
技术人员已知硅块型和薄膜硅型的光伏器件。关于本发明的目的，不需要进一步的说明。
在第三个方面中，提供了制造光伏器件的方法，其中光伏器件包括具有周界外壁、用于接收光辐射的前表面和与前表面相对的后表面的层状结构。所述方法包括提供第一导电型的第一半导体层，第一层邻近于前表面延伸并延伸到外壁中，并包括至少一个前电触点。提供第二导电型的第二半导体层，第二层毗邻于第一层延伸并延伸到外壁中，并包括至少一个后电触点，其中第一和第二导电型是相反的极性，以便通过pn-结将第一层和第二层分开。提供电触点排列。将至少一个前触点和后触点电连接到电触点排列上。所述方法进一步包括下述步骤：由第一类型的钝化层覆盖被横跨pn-结的耗尽区基本包括的至少部分周界壁；由毗邻于第一类型的钝化层的第二类型的钝化层覆盖被第一半导体层包括的至少部分周界壁；由毗邻于第一类型的钝化层的第三类型的钝化层覆盖被第二半导体层包括的至少部分周界壁。
在第四个方面中，提供了制造光伏器件的方法，其中光伏器件包括具有用于接收光辐射的前表面和与前表面相对的后表面的层状结构。所述方法包括提供第一导电型的第一半导体层，第一层邻近于前表面延伸，并包括至少一个前电触点。提供第二导电型的第二半导体层，第二层毗邻于第一层延伸并包括至少一个后电触点，其中第一和第二导电型是相反的极性，以便通过pn-结将第一层和第二层分开。提供从前表面延伸到后表面的至少一个孔隙，通过孔隙壁界定所述孔隙。在后表面上提供电触点排列。将至少一个后触点电连接到电触点排列上，和提供电接触路径，所述点接触路径通过至少一个孔隙将至少一个前电触点电连接到电触点排列上。所述方法进一步包括下述步骤：由第一类型的钝化层覆盖被横跨pn-结的耗尽区基本包括的孔隙壁的至少部分；由毗邻于第一类型的钝化层的第二类型的钝化层覆盖被第一半导体层包括的孔隙壁的至少部分；由毗邻于第一类型的钝化层的第三类型的钝化层覆盖被第二半导体层包括的孔隙壁的至少部分。
可结合依照第三和第四方面两者的方法，得到用于制造后接触金属电极绕通光伏电池设备的方法，其包括依照第三方面的周界外壁的钝化和依照第四方面的孔隙钝化。
通常利用等离子体增强化学气相沉积PECVD工艺，优选地之后利用沉积后退火工艺应用表面钝化处理。然而，关于本发明的目的，可使用其他已知的沉积工艺，例如，原子层沉积技术ALD，或所谓的湿处理，其中要沉积的钝化材料包含在要在将被钝化的表面上应用的液体中。例如，也可利用喷镀方法施加钝化层或膜。
可改变其中施加第一、第二和第三类型的钝化层的顺序。在实施例中，从前表面和后表面中的任何一个施加基本覆盖pn-结上的耗尽区的第一类型的钝化层，之后是选择性的蚀刻步骤以便，例如，从前表面或后表面除去第一类型的钝化层以及从被第一半导体层和/或第二半导体层基本包括的周界外壁和/或孔隙壁的部分除去第一类型的钝化层。接下来，可从前表面施加第二类型的钝化层，以便与第一类型的钝化层毗邻，或可从后表面施加第三类型的钝化层，以便与第一类型的钝化层毗邻。应该注意，第二类型和第三类型的钝化层可至少部分地与第一类型的钝化层交迭。如果需要，例如，如果需要，通过选择性的蚀刻，可从前表面和/或后表面除去第二和/或第三类型的钝化层。
当然，如上述讨论的，如果第二类型的钝化层在前表面上延伸而第三类型的钝化层在后表面上延伸，则不应用后面的去除步骤。在前发射极设计的光伏器件的情形中，优选的是，在第三类型的钝化层之前施加第二类型的钝化层。在后面的或后侧的发射极设计的光伏器件的情形中，优选的是，在第二类型的钝化层之前施加第三类型的钝化层。
在其中第一和第二类型的钝化层是一体的实施例中，在施加第三类型的钝化层之前施加这个钝化层。在其中第一和第三类型的钝化层是一体的实施例中，在施加第二类型的钝化层之前施加这个钝化层。可在具有部分交迭的情况下毗邻地形成上述钝化层。
在另一个实施例中，例如，可首先分别地从前表面和后表面形成第二和第三类型的钝化层之后除去第二和第三类型的钝化层的至少基本覆盖被横跨pn-结的耗尽区包括的周界外壁和/或孔隙壁的部分。例如，可通过利用在刷或海绵等等上应用的选择性的湿蚀刻材料执行这种去除，其中刷或海绵沿着周界外壁和/或孔隙壁选择性地扫过。在这种去除之后，在暴露的区域上施加第一类型的钝化层，以与第二和第三类型的钝化层毗邻。
应该理解，依照本发明的方法，如上述公开的，使用第一、第二和第三类型的钝化材料或化合物。技术人员已知用于除去这样的第一、第二和第三类型的钝化层的适当的蚀刻材料，因而不需要进一步的阐明。
基于上述内容，本领域的技术人员应该理解，钝化层的应用不限于公开的具体的实施例。在如公开的施加钝化层之后，可施加至少一个又一覆盖层以覆盖第一、第二和第三类型的钝化层中的至少一个。
在第五个方面中，提供了包括多个上述公开的类型的电连接的光伏器件的光伏模块。
本领域的技术人员应该理解，也可应用本发明的教导至多结或异质结光伏器件，其包括第一和第二半导体层的几个堆积的电池和他们的相应的p-n结。例如，如顶层电池，中间电池和底部电池。将每一个结或电池调准为适用不同波长的光线，由此提高整体的光伏器件的效率。
现在，将借助于具体的实施例，参考附图，更详细地描述本发明，其中用相同的附图标记指示相同的或相似的部件和/或元件。无论如何，本发明不以任何方式限于公开的实施例。
附图说明
图1示意性地不按比例且部分地以横截面的方式，显示前发射极硅块型现有技术光伏器件的衬底或晶片的一部分。
图2示意性地不按比例且部分地以横截面的方式，显示前发射极硅块型现有技术后接触金属电极绕通光伏器件的衬底或晶片的一部分。
图3示意性地不按比例且部分地以横截面的方式，显示根据本发明的包括外壁钝化的图1的光伏器件。
图4示意性地不按比例且部分地以横截面的方式，显示根据本发明的包括孔隙壁钝化的图2的光伏器件。
图5示意性地不按比例且部分地以横截面的方式，显示根据本发明的包括周界外壁钝化的后发射极硅块型光伏器件的衬底或晶片的一部分。
图6示意性地不按比例且部分地以横截面的方式，显示根据本发明的前发射极硅块型后接触金属电极绕通光伏器件的衬底或晶片的部分，其包括孔隙壁钝化。
图7示意性地不按比例且部分地以横截面的方式，显示根据本发明的前发射极硅块型后接触金属电极绕通光伏器件的衬底或晶片的一部分，其包括周界外壁钝化和孔隙壁钝化。
图8示意性地不按比例且部分地以横截面的方式，显示根据本发明的前发射极硅块型后接触金属电极绕通光伏器件的衬底或晶片的一部分，其包括周界外壁钝化和孔隙壁钝化。
图9示意性地不按比例且部分地以横截面的方式，显示根据本发明的后发射极硅块型后接触金属电极绕通光伏器件的衬底或晶片的一部分，其包括周界外壁钝化和孔隙壁钝化。
图10示意性地不按比例且部分地以横截面的方式，显示图8的光伏器件，其包括导电塞和绝缘套。
图11示意性地不按比例且部分地以分解图的方式，显示光伏模块的实例，其包括多个依照本发明的电连接的后接触金属电极绕通光伏器件。
具体实施方式
图1涉及所谓的前发射极设计类型的现有技术光伏器件10，其包括板状的或平的硅衬底或晶片11，具有用于接收光辐射(即，太阳能辐射)的前表面或接收表面12，与前表面12相对的后面的或后侧的表面13，和周界外壁14。
衬底11包括半导体块。在前表面12下面的所述块的第一体积或区域具有第一极性或第一导电型的掺杂(所述第一导电型如n-型导电型，其中电子形成主要的电荷载体)，形成邻近前表面12延伸的第一半导体层15或发射极。所述块在第一层15和后表面13之间的第二体积或区域包括第二极性或第二导电型的掺杂(其与第一极性或导电型相反，而是例如p-型导电型，其中空穴形成主要的电荷载体)，形成毗邻第一半导体层15的第二半导体层16。
将第一和第二半导体层15、16分开的区或区域是pn-结17，横跨其立即形成由虚线指示的耗尽区18。第一和第二半导体层15，16和pn-结17或耗尽区18延伸到衬底或晶片11的周界外壁14中。或换句话说，在衬底或晶片11的周界外壁处暴露出第二半导体层15，16和pn-结17或耗尽区18。
至少一个电触点19电接触第一层或发射极15，并且是可从前表面12利用的，也称为前表面触点。至少一个电触点20电接触第二层16，并且是可从后面的或后侧的表面13利用的，也称为后表面触点。可在前表面和后表面触点19，20处利用由光伏器件10提供的电能。为此，在衬底11的两个表面12，13上，以用于电连接多个前表面触点和后表面触点19，20的电线和/或导电母线的形式，分别提供了触点排列21相应的22。
为了生产后接触金属电极绕通光伏器件25，如图2中显示的，第一和第二半导体层15，16和pn-结17或耗尽区18的层状结构包括至少一个从前表面12延伸到后表面13的通孔或孔隙23。
由孔隙壁24界定所述至少一个孔隙23。尽管为了清晰的目的没有显示，所述孔隙23被用导电材料的塞填充，这样提供了从至少一个前电触点19至后表面13上的电触点排列的电接触路径。在实践中，形成多个孔隙23，用于使多个前电触点19接触电触点排列。
如图2中显示的，第一和第二半导体层15，16和pn-结17或耗尽区18延伸到至少一个孔隙23的孔隙壁24中。或换句话说，在孔隙壁24处暴露出第一和第二半导体层15，16和pn-结17或耗尽区18。
在实践中，第一层15或发射极具有微米范围的厚度，如0.5μm，而孔隙25具有几百微米的直径，例如，200μm。进一步地，前表面12可具有表面纹理结构(没有显示)，从而增加前表面12上用于转变成电能的有效辐射量。取决于光伏器件10的制造工艺，在形成第一和第二层15，16之前，可在所述块中钻孔，如激光钻孔，至少一个孔隙23，或可在已经制造完的层状结构11中钻出至少一个孔隙23。
由于钻出至少一个孔隙23，和/或前和后表面12，13的蚀刻，和/或前表面12的纹理化，前表面12上的孔隙23的边缘27和后表面13上的孔隙28的边缘可展现出圆角的或斜角的或其他形式的有凸边的边缘结构，其不同于图2中显示的锐缘27，28，因而其导致前表面和/或后表面12，13上的孔隙的开口加宽。同样地，在实践中，可将周界外壁14的外边缘29，30整圆，或变成斜角或变成有凸边的。
关于本发明的目的，孔隙边缘27，28的一部分分别与前表面12或后表面13对齐，形成孔隙壁24的一部分，外边缘29，30的一部分分别与前表面12或后表面13对齐，形成周界外壁14的一部分。
依照本发明的第一方面，如图3中示意性地显示的那样，提供光伏器件，例如，前发射极型光伏器件35，其具有如图1中显示的层状结构，并且具有施加在层状结构或衬底11的周界外壁14处的钝化层或钝化膜31，32和33。
如图3中显示的，第一类型的钝化层31覆盖由横跨pn-结17的耗尽区18基本包括的周界外壁14的至少部分区域。第二类型的钝化层32覆盖包括第一半导体层15的周界外壁14的至少部分区域。第三类型的钝化层33覆盖包括第二半导体层16的周界外壁14的至少部分区域。
第二类型的钝化层32毗邻第一类型的钝化层31形成，并部分地在前表面12的外缘29上延伸。第三类型的钝化层33毗邻第一类型的钝化层31形成，并部分地在后表面13的外缘30上延伸。关于本发明的目的，关于钝化层31，32，33使用的术语“毗邻”应该理解为包含邻接的钝化层以及至少部分交迭的钝化层。即，如从周界外壁14看到的，钝化层32和33中的一个或两者可与第一类型的钝化层31交迭。即，如从周界外壁14看到的，钝化层32和33中的任何一个或两者是在第一类型的钝化层31的顶部上。
依照本发明的第二方面，图4示意性地显示如图3中显示的后接触金属电极绕通型的前发射极光伏器件40，其包括施加在孔隙23的孔隙壁24上的钝化层或钝化膜36，37，38。
如图4中显示的，第一类型的钝化层36覆盖由横跨pn-结17上的耗尽区18基本包括的孔隙壁24的至少部分区域。第二类型的钝化层37覆盖包括第一半导体层15的孔隙壁24的至少部分区域。第三类型的钝化层38覆盖包括第二半导体层16的孔隙壁24的至少部分区域。
以和参考周界外壁14的钝化公开相似的方式，第二类型的钝化层37毗邻第一类型的钝化层36形成，并且部分地在前表面12的孔隙边缘27上延伸。第三类型的钝化层38毗邻第一类型的钝化层36形成，并部分地在后表面13的外缘28上延伸。关于本发明的目的，关于钝化层36，37，38使用的术语“毗邻的”应该理解为包含邻接的钝化层以及至少部分交迭的钝化层。即，如从孔隙壁24看到的，层37和38中的一个或两者可与第一类型的钝化层36交迭。即，如从孔隙壁24看到的，钝化层37和38中的任何一个或两者在第一类型的钝化层36的顶部上。
本领域的技术人员应该理解，也可在包括孔隙壁钝化后接触金属电极绕通光伏器件40中应用对周界外壁14的钝化。实践中，在这样的实施例中，钝化层31和36是相同的第一类型的钝化层，钝化层32和37是相同的第二类型的钝化层，而钝化层33和38是相同的第三类型的钝化层。然而，应该注意，在周界外壁14上施加的钝化层31，32，33的类型可不同于在孔隙壁24上施加的钝化层36，37，38的类型，因为钝化层36，37，38必须在层状结构(例如，孔隙壁24，和布置在至少一个孔隙23中的导电的电极或导电塞)之间形成电绝缘。
图5显示后发射极类型的光伏器件41的一部分，其中pn-结17设置为本质上更靠近后表面13而非靠近前表面12。如上述讨论的和图3中显示的那样，以和前发射极器件35相当的方式，依照本发明的第一方面钝化光伏器件41的周界外壁14。
图6显示后发射极型的后接触金属电极绕通光伏器件42的一部分，与上述讨论的和图4中显示的前发射极器件40相当，其包括依照本发明的第二方面的孔隙壁钝化处理。在图6的实施例中，可如关于图5中的光伏器件41显示的那样，钝化光伏器件42的周界外壁。
如本领域的技术人员理解的，在图3-6图示的光伏器件中，可利用适当类型的进一步钝化层(没有显示)覆盖前表面12和后表面13。
为了简化光伏器件的制造，优选的是，将周界外壁和孔隙壁的钝化与光伏器件的前表面和/或后表面的表面钝化相结合。
图7显示后接触金属电极绕通光伏器件45，其中如图3-6显示的那样，由附图标记46指示的，在外周界壁14的外缘29或孔隙边缘27上延伸的第二类型的钝化层32相应的37覆盖光伏器件的前表面12。
同样地，由附图标记47指示的，如图3-6显示的那样，在外周界壁14的外缘30或孔隙边缘28上延伸的第二类型的钝化层33相应的38可覆盖光伏器件的后表面13。
如上述讨论的，优选地，钝化层32和37是相同的第二类型的钝化层，以便，施加第二类型的单一的钝化层46。除了它的钝化属性之外，钝化层或薄膜46可形成透明的抗反射涂层，用于改善光伏器件对太阳辐射的收集。优选地，钝化层32和37是相同的第二类型的钝化层，以便施加第二类型的单一的钝化层47。
在所谓的前发射极设计的情形中，如在图1-4和7中显示的那样，已经发现，通过具有等同于第二类型32，37的钝化层的第一类型31，36的钝化层，有效地减少了在后接触金属电极绕通光伏器件的光伏器件的外周界壁14处和/或孔隙23中的pn-结17上的分流电阻损耗和/或反向击穿作用。
即，第二类型的钝化层或钝化膜32，37覆盖被第一半导体层15包括的周界外壁14的至少部分区域，和被横跨pn-结上的耗尽区18基本包括的周界外壁14的至少部分区域。
优选地，为了易于制造光伏器件，第一和第二类型的钝化层是一体的，例如，它是可在单一的加工步骤中从前表面12施加的单个层或膜。如图8中图示的后接触金属电极绕通光伏器件50，其中第二类型的单一的钝化层48在光伏器件50的前表面12上延伸，第三类型的钝化层47在光伏器件50的后表面13上延伸。第三类型的钝化层47与第二类型48的钝化层毗邻，即钝化层47，48彼此邻接，或如上述公开的，钝化层47在周界外壁14和孔隙壁24处部分地或完全地与钝化层48交迭。
在如在图5和6中显示的所谓的后面或后侧发射极设计的情形中，已经发现，通过具有等同于第三类型的钝化层的第一类型的钝化层，已经有效地减少了光伏器件的孔隙23中的pn-结17和/或外部周界壁14处的分流电阻损耗和/或反向击穿作用。即，第三类型的钝化层或膜覆盖后表面13和pn-结17，即周界外壁14和孔隙壁24处的耗尽区18。优选地，为了易于制造光伏器件，第一和第二类型的钝化层是一体的，例如，它是可在单一加工步骤中从后表面13施加的单个层或膜，例如，如图9后接触金属电极绕通光伏器件55图示的。第二类型的钝化层48与第三类型的钝化层毗邻。即，钝化层48，49彼此邻接，或钝化层48在周界外壁14和孔隙壁24处部分地或完全地与钝化层49交迭或覆盖钝化层49。
第一，第二和第三类型的钝化层具有从几个纳米，如ALD氧化铝的5nm，直至二氧化硅的几微米的不同厚度范围。在前发射极设计的情形中，与第三类型的钝化层相比，第一和第二类型的钝化层可能是更薄的或厚度更小的。在后发射极设计的情形中，与第二类型的钝化层相比，第一和第三类型的钝化层可能是更薄的或厚度更小的。
在后接触金属电极绕通光伏器件的情形中，孔隙23中的钝化层可形成覆盖孔隙壁23的电绝缘套，从而从布置在至少一个孔隙23中的导电电极提供层状结构11的电绝缘。然而，为了最佳地选择孔隙中的钝化层的类型，在本发明的实施例中，如图10示意性地图示的，如从孔隙壁24看到的那样，可在钝化层的顶部上的孔隙23中设置单独的绝缘套。
图10显示图8的后接触金属电极绕通光伏器件50，其中导电塞56将前触点19连接到后表面13上的触点排列26上。在孔隙23中，电绝缘套57围绕所述塞56。
本领域的技术人员应该理解，可在第一、第二或第三类型的钝化层上施加更多的层，包含更多的钝化层，以便改进光伏器件的效率。关于本发明的目的，没有进一步阐述这样的更多的层。
代替硅块晶片，同样地，可将本发明的教导应用于下述光伏器件：其中层状结构包括薄膜体并且其中在薄膜体上应用第一和第二半导体层。
如在发明内容部分中讨论的，可通过任何已知的表面钝化技术，如等离子增强化学气相沉积PECVD工序，优选地之后是后沉积退火工序，蚀刻技术，通过原子层沉积，ALD，或通过所谓的湿处理工序，施加图中图示的几个钝化层31，32，33；36，37，38；46，47，48，49，其中要沉积的钝化材料包含在应用至要钝化的表面上的液体中。例如，也可利用喷镀方法施加钝化层或膜。
可改变其中施加第一、第二和第三类型的钝化层的顺序。例如，关于图3，4和5，6，在实施例中，首先从前表面12或后表面13的任何一个施加基本覆盖横跨pn-结17上的耗尽区18的第一类型的钝化层31，36中的一个或两者，跟着通过选择性的蚀刻步骤，例如，从前表面12或后表面13，和从基本包括第一半导体层15和/或第二半导体层16的周界外壁14和/或孔隙壁24除去第一类型的钝化层31，36的量。
应该理解，在如图3和4显示的前发射极设计的情形中，优选地从前表面12施加第一类型的钝化层31，36。在如图5和6显示的后发射极设计的情形中，优选地从后表面13施加第一类型的钝化层。
接下来，可从前表面12施加第二类型的钝化层32，37，以便与第一类型的钝化层31，36毗邻。可从后表面13施加第三类型的钝化层33，38，以便与第一类型的钝化层31，36毗邻。注意，第二类型的钝化层32，37和第三类型的钝化层33，38可至少部分地与第一类型的钝化层31，36交迭。如果需要，例如，如果需要，可通过选择性的蚀刻从前表面12和/或后表面13除去第二类型钝化层32，37和/或第三类型钝化层33，38。例如，利用与钝化层31，32，33和36，37，38相当的不同类型的钝化层，在前表面12和/或后表面13上应用表面钝化。
当然，如图7的实施例中显示的，如果第二类型的钝化层32，37应该在前表面12上延伸而第三类型的钝化层33，38应该在后表面13上延伸，则不会分别地在钝化层46和47上应用后面的去除过程。
在前发射极设计的光伏器件的情形中，优选的是，在第三类型的钝化层33，38之前施加第二类型的钝化层32，37，以便确保如果相同的交迭，第三类型的钝化层33，38总是在第二类型的钝化层32，37的顶部上。在后面或后侧发射极设计的光伏器件的情形中，优选的是，在第二类型的钝化层32，37之前施加第三类型的钝化层33，38，以便确保如果相同的交迭，第二类型的钝化层32，37总是在第三类型的钝化层33，38的顶部上。
在前发射极设计的光伏器件的实施例中，其中第一和第二类型的钝化层是一体的，如图8中显示的钝化层48，在从后表面13施加第三类型的钝化层49之前，从前表面12施加这个钝化层48。
在后发射极设计的光伏器件的实施例中，其中第一和第三类型的钝化层是一体的，如图9中显示的钝化层49，在从前表面12施加第二类型的钝化层48之前，从后表面13施加这个钝化层49。
钝化层48，49可在部分交迭的情况下毗邻形成。在连续的施加步骤之间可能需要蚀刻，以便当需要时，从周界外壁14和/或孔隙壁24的不需要的区域除去钝化材料。
在另一个实施例中，例如，可首先分别地从前表面12和后表面13形成第二类型的钝化层32、37和第三类型的钝化层33，38，之后清除第二类型的钝化层32、37和第三类型的钝化层33，38的至少一部分，其中所述一部分基本覆盖被横跨pn-结17的耗尽区18包括的周界外壁14和/或孔隙壁24的部分。例如，可通过利用在刷或海绵等等上应用的选择性的湿蚀刻材料，执行这种去除，其中所述刷或海绵选择性地沿着钝化层扫过覆盖将要施加第一类型的钝化层31，36的位置处的周界外壁14和/或孔隙壁24。在这种去除之后，在因而暴露的区域上施加第一类型的钝化层31，36，以与第二类型的钝化层32，37和第三类型的钝化层33，38毗邻。
技术人员已知用于除去第一、第二和第三类型的钝化层的适当的蚀刻材料，不需要进一步的详细阐明。本领域的技术人员将理解，可能需要进一步的步骤，例如清洁步骤。
可单独地选择每一个钝化层，使其与在层状结构的周界外壁和/或孔隙中暴露的特定的半导体层匹配，最佳地减少外壁上和/或孔隙中的不想要的表面复合。特别是，可通过选择适当的钝化材料(优选具有完全地电中性的有效表面电荷密度)，有效地阻止或减少由于半导体层之间的泄露电流和/或外壁14和/或孔隙壁24中的pn-结或耗尽区上的反向击穿作用导致的短路或分流电阻损耗，这两者通常都形成光伏器件的暴露的壁或区域。
为了本发明的目的，用于形成具有适当的电中性或基本电中性有效的表面电荷密度的钝化材料是非晶硅、退火的二氧化硅和其他。
用于分别地在第一或第二半导体层上形成第二和第三类型的钝化层的适当的钝化材料应该具有类型相反的并高于相应的半导体层的有效表面电荷密度。
关于本发明的目的，已经发现，大于10-10cm-2的有效表面电荷密度Qf提供有效的钝化，即，有效地减少半导体层的不想要的表面复合。这种类型的钝化材料是，例如，氮化硅、二氧化硅、碳化硅、二氧化钛、氧化铝、二氧化铪和其他。
例如，氮化硅、二氧化硅、碳化硅用于提供对n-类型半导体材料的钝化，而例如，二氧化钛、氧化铝、二氧化铪用于提供对p-类型的半导体材料的钝化。
应该注意，在包括如上述公开的周界外壁钝化和孔隙钝化的后接触金属电极绕通光伏器件中，可至少部分地为周界外壁和孔隙的第一、第二和第三类型的钝化层分别选择不同的材料。
如上述讨论的，在施加钝化层以用于周界外壁14和孔隙壁24的钝化之后，可在前表面和后表面12，13上应用电线等等，并且例如可利用任何已知的沉积工艺在这些钝化层的顶部施加进一步的层。技术人员已知这些步骤。
同样地，本发明可适用于包括多个堆积的第一半导体层15和第二半导体层16和pn-结17的光伏器件，这种光伏器件也称为多-结或异质结光伏器件，以便对于每一个pn-结17和半导体层15，16，遵循上述的教导，施加最佳的钝化层31，32，33或36，37，38或钝化层的组合。
图11显示依照本发明的包括多个电连接的后接触金属电极绕通光伏器件或太阳能电池61的光伏模块60的实施例。定义支撑件64上的触点排列62，以便匹配光伏器件61的后接触的电图案。将焊膏63应用到由小圆圈指示的每一个触点位置，以电连接每一个光伏器件61的后接触和触点排列62。将光伏器件61定位在触点排列62上，以便匹配触点位置。通过加热焊膏63，将后接触电连接到触点排列62上。透明板65，如玻璃板，覆盖和保护光伏器件61。
可以除了此处具体描述的其他方式实践本发明，对于技术人员来说，上述提及的实施例和实例仅仅作为说明。本发明的范畴仅由所附的权利要求限制。

Claims (30)

1.一种光伏器件，包括：
层状结构，其具有周界外壁、用于接收光辐射的前表面和与所述前表面相对的后表面；
电触点排列；
第一导电型的第一半导体层，所述第一层邻近于所述前表面延伸，并具有连接到所述触点排列的至少一个前电触点；
第二导电型的第二半导体层，所述第二层毗邻于所述第一层延伸，并具有连接到所述触点排列的至少一个后电触点；
所述第一导电型和第二导电型是相反的极性，从而通过pn-结将所述第一层和第二层分开；
所述第一层和第二层延伸到所述外壁中，
其特征在于，
第一类型的钝化层覆盖至少所述外壁的被横跨所述pn-结上的耗尽区基本包括的部分，
第二类型的钝化层覆盖至少所述外壁的被所述第一半导体层包括的部分，所述第二类型的钝化层与所述第一类型的钝化层毗邻，以及
第三类型的钝化层覆盖至少所述外壁的被所述第二半导体层包括的部分，所述第三类型的钝化层与所述第一类型的钝化层毗邻。
2.一种光伏器件，包括：
层状结构，其具有用于接收光辐射的前表面和与所述前表面相对的后表面；
在所述后表面处的电触点排列；
第一导电型的第一半导体层，所述第一层邻近于所述前表面延伸，并具有至少一个前电触点；
第二导电型的第二半导体层，所述第二层毗邻于所述第一层延伸，并具有连接到所述触点排列的至少一个后电触点；
所述第一导电型和第二导电型是相反的极性，从而通过pn-结将所述第一层和第二层分开；
所述层状结构包括从所述前表面延伸到所述后表面的至少一个孔隙，所述孔隙由孔隙壁界定，并具有将所述至少一个前电触点连接到所述后表面处的所述电触点排列的电接触路径，
其特征在于，
第一类型的钝化层在所述至少一个孔隙中延伸，并覆盖至少所述孔隙壁的被横跨所述pn-结的耗尽区基本包括的部分，
第二类型的钝化层毗邻于所述第一类型的所述钝化层在所述至少一个孔隙中延伸，并覆盖至少所述孔隙壁的被所述第一半导体层包括的部分，
第三类型的钝化层毗邻于所述第一类型的所述钝化层在所述至少一个孔隙中延伸，并覆盖至少所述孔隙壁的被所述第二半导体层包括的部分。
3.根据权利要求2所述的光伏器件，其中所述层状结构包括周界外壁，并且所述第一层和第二层延伸到所述外壁中，其中所述第一类型的钝化层覆盖至少所述外壁的被横跨所述pn-结的所述耗尽区基本包括的部分，与所述第一类型的所述钝化层毗邻的所述第二类型的钝化层覆盖至少所述外壁的被所述第一层包括的部分，以及与所述第一类型的所述钝化层毗邻的所述第三类型的钝化层覆盖至少所述外壁的被所述第二层包括的部分。
4.根据权利要求1、2或3所述的光伏器件，其中所述第二类型的钝化层在所述前表面上延伸。
5.根据权利要求4所述的光伏器件，其中所述第二类型的钝化层与所述第一类型的钝化层相同。
6.根据权利要求5所述的光伏器件，其中所述第一类型和第二类型的钝化层是一体的。
7.根据权利要求1、2、3、5或6所述的光伏器件，其中所述第三类型的钝化层在所述后表面上延伸。
8.根据权利要求1、2或3所述的光伏器件，其中所述第三类型的钝化层在所述后表面上延伸，并且所述第三类型的钝化层与所述第一类型的钝化层相同。
9.根据权利要求8所述的光伏器件，其中所述第一类型和第三类型的钝化层是一体的。
10.根据权利要求1、2或3所述的光伏器件，其中所述第一类型的钝化层具有基本中性的有效表面电荷密度。
11.根据权利要求10所述的光伏器件，其中所述第一类型的钝化层包括非晶硅和退火的二氧化硅中的一个。
12.根据权利要求1-3、5-6、9、11中的任何一个所述的光伏器件，其中所述第二类型的钝化层具有与所述第一层类型相反并且比其更高的有效表面电荷密度。
13.根据权利要求1-3、5-6、9、11中的任何一个所述的光伏器件，其中所述第三类型的钝化层具有与所述第二层类型相反并且比其更高的有效表面电荷密度。
14.根据权利要求1-3、5-6、9、11中的任何一个所述的光伏器件，其中所述第一半导体层是n-型导电型，所述第二类型的钝化层包括氮化硅、二氧化硅中的一个，并且所述第二半导体层是p-型导电型，所述第三类型的钝化层包括氧化铝、二氧化钛，二氧化铪中的一个。
15.根据权利要求1-3、5-6、9、11中的任何一个所述的光伏器件，其中所述第一半导体层是p-型导电型，所述第二类型的钝化层包括氧化铝、二氧化钛，氧化铪中的一个，并且所述第二半导体层是n-型导电型，所述第三类型的钝化层包括氮化硅、二氧化硅、碳化硅中的一个。
16.根据权利要求2或3的任何一个所述的光伏器件，其中所述钝化层形成覆盖所述至少一个孔隙的所述孔隙壁的电绝缘套，所述电绝缘套提供所述层状结构与布置在所述至少一个孔隙中的导电电极的电绝缘。
17.根据权利要求1-3、5-6、9、11中的任何一个所述的光伏器件，其中所述层状结构包括平的半导体主体，其中通过所述半导体主体的相邻区域的点缀形成所述第一半导体层和第二半导体层。
18.根据权利要求1-3、5-6、9、11中的任何一个所述的光伏器件，其中所述层状结构包括薄膜体，其中在所述薄膜体上施加所述第一半导体层和第二半导体层。
19.根据权利要求1-3、5-6、9、11中的任何一个所述的光伏器件，进一步包括至少一个又一覆盖层，所述又一覆盖层覆盖所述第一类型、第二类型和第三类型的钝化层中的至少一个。
20.根据权利要求1-3、5-6、9、11中的任何一个所述的光伏器件，包括多个第一半导体层和第二半导体层、pn-结，和多个任何所述第一、第二和第三类型的钝化层。
21.一种制造光伏器件的方法，其中所述光伏器件包括具有周界外壁、用于接收光辐射的前表面，和与所述前表面相对的后表面的层状结构，所述方法包括：
提供第一导电型的第一半导体层，所述第一层邻近于所述前表面延伸并延伸到所述外壁中，并且包括至少一个前电触点；
提供第二导电型的第二半导体层，所述第二层毗邻于所述第一层延伸并延伸到所述外壁中，并包括至少一个后电触点；
所述第一导电型和第二导电型是相反的极性，从而通过pn-结将所述第一层和第二层分开，
提供电触点排列，以及
将所述至少一个前触点和后触点电连接到所述电触点排列上，
其特征在于，下列步骤：
由第一类型的钝化层覆盖至少所述周界外壁的被横跨所述pn-结的耗尽区基本包括的部分，
由与所述第一类型的钝化层毗邻的第二类型的钝化层覆盖至少所述周界外壁的被所述第一半导体层包括的部分，以及
由与所述第一类型的钝化层毗邻的第三类型的钝化层覆盖至少所述周界外壁的被所述第二半导体层包括的部分。
22.一种制造光伏器件的方法，其中所述光伏器件包括具有用于接收光辐射的前表面和与所述前表面相对的后表面的层状结构，所述方法包括：
提供第一导电型的第一半导体层，所述第一层邻近于所述前表面延伸，并包括至少一个前电触点；
提供第二导电型的第二半导体层，所述第二层毗邻于所述第一层延伸，并包括至少一个后电触点；
所述第一和第二导电型是相反的极性，从而通过pn-结将所述第一层和第二层分开，
提供从所述前表面延伸到所述后表面的至少一个孔隙，通过孔隙壁界定所述孔隙；
在所述后表面处提供电触点排列，
将至少一个后触点电连接到所述电触点排列，以及
提供电接触路径，所述电接触路径通过所述至少一个孔隙将所述至少一个前电触点电连接到所述电触点排列，
其特征在于，下列步骤：
由第一类型的钝化层覆盖至少所述孔隙壁的被横跨所述pn-结的耗尽区基本包括的部分，
由与所述第一类型的钝化层毗邻的第二类型的钝化层覆盖至少所述孔隙壁的被所述第一半导体层包括的部分，以及
由与所述第一类型的钝化层毗邻的第三类型的钝化层覆盖至少所述孔隙壁的被所述第二半导体层包括的部分。
23.根据权利要求22所述的方法，其中所述层状结构包括周界外壁并且所述第一层和第二层延伸到所述外壁中，所述方法进一步包括下列步骤：
由所述第一类型的钝化层覆盖至少所述外壁的被横跨所述pn-结的所述耗尽区基本包括的部分，
由与所述第一类型的钝化层毗邻的所述第二类型的钝化层覆盖至少所述外壁的被所述第一层包括的部分，以及
由与所述第一类型的钝化层毗邻的所述第三类型的钝化层覆盖至少所述外壁的被所述第二层包括的部分。
24.根据权利要求21、22或23所述的方法，其中从所述前表面和所述后表面中的任意一个施加所述第一类型的钝化层，之后是所述第一类型的钝化层被从所述前表面和后表面的任意一个和从所述层状结构的被所述第一半导体层和所述第二半导体层基本包括的部分除去，进一步从所述前表面施加所述第二类型的钝化层，以便所述第二类型的钝化层与所述第一类型的钝化层毗邻，以及从所述后表面施加所述第三类型的钝化层，以便所述第三类型的钝化层与所述第一类型的钝化层毗邻。
25.根据权利要求24所述的方法，其中从所述前表面和后表面的任意一个除去所述第二和/或第三类型的钝化层的任意一个。
26.根据权利要求24所述的方法，其中所述光伏器件是前发射极设计，并且在所述第三类型的所述钝化层之前施加所述第二类型的钝化层。
27.根据权利要求24所述的方法，其中所述光伏器件是后发射极设计，并且在所述第二类型的钝化层之前施加所述第三类型的钝化层。
28.根据权利要求21、22、或23所述的方法，其中所述第一类型和第二类型的钝化层是一体的，在从所述前表面施加所述一体的钝化层之后从所述后表面施加所述第三类型的钝化层。
29.根据权利要求21、22、或23所述的方法，其中所述第一类型和第三类型的钝化层是一体的，在从所述后表面施加所述一体的钝化层之后从所述前表面施加所述第二类型的钝化层。
30.一种光伏模块，其包括多个电连接的根据前述权利要求中的任何一个所述的光伏器件。
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