CN103703568A - 光伏电池及制造这种电池的方法 - Google Patents

Abstract

烧穿导体浆料被涂敷在一种光伏电池的半导体本体上的介电层上以成为数个相互分开的岛状部。涂敷另一导体浆料的连接结构以连接岛状部，该连接结构至少涂敷在岛状部的位置之间的介电层上，使得岛状部通过该连接结构进行连接。不同的成分被使用于该烧穿导体浆料以及该另一导体浆料中，这些浆料在烧制期间的表现不同。该烧穿导体浆料以及该另一导体浆料依照工艺条件来烧制，其中，该烧穿导体浆料烧穿介电层，而另一导体浆料并不烧穿介电层。通过这种方式，该烧穿金属浆料穿过该介电层以在半导体本体以及由该另一导体浆料形成的结构之间建立电接触。

Description

光伏电池及制造这种电池的方法

技术领域

本发明涉及一种光伏电池以及一种制造光伏电池的方法。

背景技术

一种光伏电池（例如，太阳能电池）包括表面上具有电极的半导体本体，该电极和该半导体本体电接触。

US5,279,682公开了一种太阳能电池，其中汇流条（bus bar）和半导体本体的紧密接触被移除。该电池具有与半导体衬底进行低电阻电接触的指状部以及具有导电材料的汇流条，该汇流条与指状部成直角并且与每个指状部的前表面进行低电阻电接触。指状部由一种被设计为与下面的半导体衬底形成紧密接触的浆料（paste）或粘性油墨（viscous ink）制成。汇流条由所选择的包含导电金属微粒的浆料或粘性油墨抑或环氧树脂成分组成，这些导电金属微粒被涂敷在与指状部成直角并与该指状部相接触的抗反射涂层的前表面上。在此配置中，每个指状部只有一小部分被该汇流条或焊盘（solder pad)所覆盖，以便于提供电接触，同时以该汇流条覆盖最小的电池区域。

除了传导来自该本体的光伏受激自由载荷子的电流的标称功能之外，诸如指状部等与半导体相接触的电极具有已知的负面效应，即这些电极会在该电极与该半导体本体之间的界面处引起载荷子重组的增多，这就减损电流及电压。

通过限制在该半导体本体与电极之间的电接触区域以最小化此效应是已知的。用来减少重组的实验被描述在Giovanna Laudisio等人在2009年9月21-25日的德国汉堡的第24届欧洲光伏太阳能会议，第1446-1448页发表的名称为“通过适于降低重组效应的金属化改进的晶硅电池性能（Improved c-si cellperformance through metallizations adapted to reduce recombination effects）”的文章中。Laudisio等人使用具有一主要导体（汇流条）以及从该汇流条延伸的指状部的电极结构。

通过将包含金属的浆料印制到半导体本体上的电绝缘介电层上，接着进行烧制步骤（加热）以涂敷这种电极结构是已知的，其中来自该浆料的材料贯穿该介电层以和该半导体本体达成电接触。用于此目的的浆料是市售的。在一例子中，此种浆料包含含有诸如银或铝的金属晶粒、溶剂及玻璃粉(glass frit)。在该烧制步骤中，该玻璃粉熔化。熔融态玻璃的腐蚀效应使其蚀穿该介电层以及附近的半导体本体的表面。此外，熔融态玻璃有助于烧结金属晶粒并建立至该半导体本体的电接触及机械接触。

Laudisio等人提出以两个步骤印制电极结构：第一步骤，按照已知工艺印制指状部，以及第二步骤，利用一浆料来印刷该汇流条，该浆料具有被设计为其不会在该烧制步骤期间穿透该介电层的不同成分。这例如能够通过在该浆料中使用减量的玻璃粉、和/或通过添加降低玻璃粉的蚀刻效应的改质剂（modifier）来实现。在这两个印制步骤之后，Laudisio等人进行烧制步骤。由于不同浆料的使用，电极结构与半导体本体之间的接触以及相关的载荷子的表面重组仅限于指状部。汇流条并未直接接触到该半导体本体，并且因此不会促成重组。由重组所造成的效率损耗仅限于指状部。

US5,178,685公开了一种形成太阳能电池接触部的方法，其中，两种不同的银墨被涂敷以分别形成焊盘以及提供欧姆接触至该半导体本体的细长的接触指状部。当对两种墨进行涂敷后，执行烧制步骤，以使得来自该接触指状部的银墨穿过位于衬底上的氮化硅层以形成接触部，并将来自焊盘中的油墨的银微粒粘结到该衬底上。指状部的末端置于焊盘下，以在指状部与焊盘之间形成电连接。此处，焊盘同样只覆盖每个指状部的一小部分。

发明内容

除了别的目的之外的一目的是提供一种光伏电池以及一种制造该电池的方法，其中，重组被降低。

提供一种制造光伏电池的方法，包括：

在该光伏电池的半导体本体上的介电层上涂敷一烧穿导体浆料以成为多个相互分开的岛状部；涂敷具有另一导体浆料的连接结构以用于连接该些岛状部，该另一导体浆料至少被涂敷在该岛状部的位置之间的该介电层上以及用以接触每个岛状部的表面的一主要部分及/或其边界的位置处；依照工艺条件来烧制该烧穿导体浆料以及该另一导体浆料，其中，该烧穿导体浆料烧穿该介电层，而该另一导体浆料并不烧穿该介电层，藉此该烧穿金属浆料穿过该介电层以在该半导体本体以及由该另一导体浆料形成的结构之间建立电接触。

因为该烧穿导体浆料仅提供到该半导体本体的局部接触，因此到该半导体本体的接触以及由此产生的重组损耗被降低。同时，该连接结构连接岛状部。岛状部的表面的主要部分（即，该岛状部表面的至少一半）及/或边界连接至该连接结构。该连接结构的涂敷可在岛状部的涂敷之后、或其之前进行，例如当仅岛状部的边界接触该连接结构时。较佳的是，通过整个上表面和/或边界与该连接结构相接触的方式对尽可能多的岛状部进行连接。

烧穿导体浆料的烧制步骤可以产生该浆料中的导电晶粒的烧结，并伴随着例如由与来自该烧穿金属浆料中的熔融态玻璃粉相接触所造成的对介电层的蚀穿。另一导体浆料的烧制步骤可与用于该烧穿导体浆料的烧制步骤相同，其可以产生在该另一导体浆料中的导电晶粒的烧结，但并无蚀刻或至少并未完全蚀穿介电层。该烧穿导体浆料以及该另一导体浆料例如可以是金属浆料，即，具有诸如银的金属晶粒的浆料。较佳的是，该烧穿导体浆料以及该另一导体浆料具有互不相同的成分，因而它们在类似的工艺条件下分别烧穿与不烧穿。但如果使用具有不同工艺条件的各自的烧制步骤，则使用类似的成分是可行的。

在一实施例中，连接结构被涂敷在多个岛状部的烧穿导体浆料的至少一部分上以及该岛状部之间的介电层上。或者，该连接结构可以仅与岛状部的边界相接触，在这种情况下，涂敷该连接结构的浆料的步骤可在对该烧穿导体浆料进行涂敷的步骤之前来执行。

在一实施例中，连接结构包括连续地连接一系列的岛状部的线状结构。可使用直线结构或是一带有弯曲的线状结构。由于线状结构的使用，提供了仅覆盖了由该连接结构所覆盖的岛状部的少量的表面积的连接。

在一实施例中，烧穿金属浆料以及另一金属浆料在一共同的烧制步骤中一起被烧制，该另一导体浆料是一种依照该共同的烧制步骤的该些工艺条件下的非烧穿导体浆料。这简化了工艺。在一示例中，浆料的成分之间的差异可提供工艺条件下的烧穿及非烧穿。可在浆料中使用相对不同量的玻璃粉和/或不同量的添加改质剂来产生此效果。具有最高蚀刻速度的浆料可被涂敷在岛状部中，具有最低蚀刻速度或完全没有蚀刻效果的浆料可被涂敷在上覆结构中。烧制步骤的持续时间可被选择为长于岛状部的浆料蚀穿介电层所需的时间并短于上覆结构中的浆料蚀穿介电层所需的时间。

该烧穿导体浆料以及该结构可被涂敷在光伏电池的前面，即，容许大多数的光通过半导体本体的表面。在一实施例中，该烧穿金属浆料以一连续的相互分开的岛状部被涂敷在该介电层上，在该结构中的该另一导体浆料在该些连续的岛状部上的走向是连续的。另一导体浆料可用于形成一电极指状部，该电极指状部任邻近区域敞开以便使光通过该半导体本体。

在一实施例中，结构具有沿着该结构的长度方向的边缘，烧穿金属浆料位于该边缘之间的区域的范围内。这就实现了具有由重组所造成的最小损耗的指状部的电导率。

根据一个方面，提出一种光伏电池，包括：

该光伏电池的半导体本体；

在该半导体本体上的介电层；

在该介电层上的经烧制的导体结构，该导体结构通过该介电层与半导体本体局部隔离；

经烧制的导体的相互分开的岛状部，其位于该烧制的导体结构与该半导体本体之间、贯穿该介电层至该半导体本体，该经烧制的导体结构连接岛状部。

烧穿导体（通常是烧结的导体）的岛状部的使用降低了重组损耗。

附图说明

通过使用以下附图，这些目的、其他目的以及有利方面将在示例性实施例的描述中更明晰。

图1展示一种光伏电池的上表面的平面视图；

图2展示穿过指状部的示意性横截面；

图3展示一种光伏电池的工艺的流程图;

图4-7描绘在制造一种光伏电池期间的步骤。

具体实施方式

图1展示一种光伏电池的上表面的平面视图，该光伏电池包括在半导体本体12上方的具有导电材料的电极结构10。例如，示出具有多个指状部14以及一汇流条16的电极结构。指状部14从汇流条16沿着箭头A所指示的指状部14的长度方向延伸。

图2展示沿该方向穿过指状部14的示意性横截面。介电层20被设置在半导体本体12的上方。在指状部14及半导体本体12之间，多个接触部22穿过介电层20而被设置。接触部22由烧穿（fire through）材料制成，即，通常由烧结的导体晶粒制成。

图3展示一种制造光伏电池的工艺的流程图。在象征性标识为第一步骤31的数个常规的预备步骤之后，该工艺提供一中间产物，该中间产物包括在上方具有一介电层但尚未具备电极结构的半导体本体。图4示出该中间产物顶部的横截面，其包括具有连续的介电层20的半导体本体12。该连续的介电层20例如可以是一抗反射涂层或另一钝化涂层。尽管为了简单起见，示出了半导体本体12具有一平坦表面，但应理解，半导体本体12可具有纹理化的表面，例如具有金字塔形的突出部。尽管为了简单起见，示出了单一介电层20，但应理解，该介电层可由具有不同介电材料的多个层的堆叠所组成、或者该介电层可包括一种具有根据高度变化的可变成分的材料。

在第二步骤32中，烧穿浆料以一印制图案被印制在介电层20上，该印制图案界定了成排的相互分开的岛状部。例如，烧穿浆料本身可从一篇由S.Arimoto等人在2000年的第二十八届IEEE光伏专家会议的会议记录第188-193页上发表的名称为“用于16%效率的多晶硅太阳能电池的简化的批量制造的工艺（Simplified mass-production process for16%efficiency multi-crystalline si solarcells）”的文章中获知。该烧穿浆料还可从一篇由Gary C.Cheek等人在1984年5月IEEE电子设备学报第ED-31册第5期第602-609页上发表的名称为“用于太阳能电池应用的厚膜金属化（Thick-Film Metallization for Solar CellApplications）”的文章中获知。

一种导体晶粒（例如金属晶粒）的浆料可与使该浆料具有可印制性的添加溶剂和蚀刻剂（例如，玻璃粉）一同使用，以蚀穿介电层20，在一例子中，银晶粒与形成玻璃的金属氧化物以及有机溶剂可组合使用。图5示出结果的横截面，该横截面的介电层20上具有一排印制的烧穿浆料的岛状部50。例如，岛状部50在指状部的长度方向上通常可具有100-500μm的长度，且在指状部的宽度方向上通常可具有50-150μm的长度。该岛状部的高度通常可以是5-40μm。

在第三步骤33中，非烧穿浆料以一界定线的印制图案来印制，每个线延伸出一排岛状部。非烧穿浆料又称作“低活性浆料”或“浮接汇流条（floating busbar）浆料”。一种低活性浆料是市售的，来自Heraeus公司(http//pvsi1verpaste.com)，其产品名称为SOL315。US20100243048公开了一种非烧穿浆料。一种提供烧穿浆料以及非烧穿浆料的已知方式是利用银在低于840℃的温度下并不与SiNx、Si反应的事实。在具有银晶粒的浆料中添加的玻璃粉末（通常硼硅酸铅玻璃）可用于蚀穿该SiNx层并且建立机械接触至该硅。因此，当在该烧制步骤中的温度被保持低于840℃时，具有与不具有添加的玻璃粉末的银浆料分别可被用作烧穿浆料与非烧穿浆料。粘合剂与溶剂可被用在该浆料中以优化该浆料。常见的粘合剂与溶剂为乙基纤维素(ethyl cellulose)以及松油醇(terpineol)。非烧穿浆料例如由Laudisio等人的文章而获知。非烧穿浆料可包括金属晶粒与溶剂，例如在有机溶剂中的银（Ag）晶粒，但不具有对介电层20有效的蚀刻剂、或至少在烧制期间不足以穿透介电层20的蚀刻剂。

图6示出印制结果的横截面，其中印制的烧穿浆料的岛状部50在介电层20上且印制的非烧穿浆料的线60在岛状部50上以及在介电层20上不存在岛状物50之处。图6a展示具有印制的线60的俯视图。在印制的线60下的岛状部50的边界示意性地通过虚线轮廓来指示(为了简单起见，示出了矩形轮廓，但实际上可使用不同形状，例如更圆形的形状)。印制的线例如通常可具有50-200μm的宽度以及5-40μm的高度。

在第四步骤34中，对具有介电层20、已印制的岛状部50以及印制的线60的半导体本体12进行烧制，换言之，对该半导体本体进行加热直至该浆料中的金属粒子被烧结的温度。烧结产生一具有电连接的粒子的导电本体(可能是多孔本体)。在该烧穿浆料的情况下，加热产生介电层20局部的开口，这样烧结的晶粒与该半导体本体形成电接触。在该非烧穿浆料的情况下，加热仅产生在晶粒与介电层20之间的机械连接。图7示出该结果的横截面。烧制导致指状部14在印制的线60中形成。由于来自岛状部的烧制材料已贯穿介电层20以接触半导体本体12，这就在指状部14与半导体12之间形成电连接。尽管未在图中示出，但应理解，岛状部中的材料通常为具有烧结晶粒的多孔体，这些晶粒已在其接触点处熔融，而在别处留出晶粒间的空间。

在第三步骤33中印制的非烧穿浆料无需完全没有蚀刻效果。应理解，在用于第二步骤32及第三步骤33中印制的浆料的成分上存在差异足以影响在烧制期间其穿过介电层20的蚀刻速度之间的比。在一示例中，浆料中玻璃粉的量和/或添加的改质剂的量之间的相对差异具有此效果。具有最高蚀刻速度的浆料在第二步骤22中印制，且具有最低蚀刻速度或是完全没有蚀刻效果的浆料在第三步骤23中印制。将后续的烧结步骤34的持续时间选择为长于第二步骤22的浆料蚀穿介电层20所需的时间，且短于第三步骤23的浆料蚀穿介电层20所需的时间。通过选择适当的浆料成分及浆料组合、以及例如烧制温度分布的工艺条件，可实现导电的金属化，其形成到光伏电池的机械接触，但在其电接触特性上以及对半导体本体12中的重组的影响上有所不同，例如，由蚀刻量上的差异引起的不同。

在第四步骤34之后，可执行常规的步骤以完成该光伏电池的制造。这些步骤象征性标识为第五步骤35。第一步骤31及第五步骤35可共同提供半导体本体12中的发射极的产生(例如通过扩散、或通过在半导体衬底上添加一射极层以形成半导体本体12)以及表面电场、更多电极、其它介电层等的产生。

在所产生的光伏电池中，在半导体本体12与烧穿材料之间的实际接触区域小于指状部14的区域，这是因为接触部仅被设置在位于指状部14之下的分开的岛状部中。因此，相比于在其整个区域上形成接触的指状部，由电极结构处的重组而造成的电荷载子损耗被降低。由于该区域减小仅使得电流路径的一小部分（位于岛状部的高度上的部分）变窄，因此该光伏电池的输出阻抗几乎不受影响。相比于只提供指状部而无岛状部的工艺，该工艺并不需要额外的烧制步骤，这是因为指状部及岛状部均在同一步骤中烧制。或者，岛状部50可在印制并烧制线60之前进行烧制。在这种情况下，需要额外的烧制步骤。

尽管一实施例已经被描述为非烧穿浆料是以直线形式的线状结构被印制的，但应理解，该线状结构的走向替代性地可沿着一连接一系列岛状部的曲线延伸、或可以一种非顺序的方式来连接该岛状部，例如以一具有线的树形结构或是以一印制区域，在该区域下岛状部平行分布而不只以一个线状顺序分布。

尽管一实施例已经被描述为线60比岛状部50宽，这样线60在所有方向上都延伸出岛状部，但应理解，岛状部50替代性地可以延伸直至线60的边缘或甚至超出该边缘。未延伸出线60的边缘的岛状部50，即，完全由线60所形成的连接结构覆盖的岛状部具有重组达最小化的优点。较大的直径对输出阻抗并不会有显著的影响。较佳的是，每个岛状部的至少一半的表面积被线60所形成的连接结构所覆盖，并且较佳的是整个表面都被覆盖。当例如由于线60的边缘位于超出岛状部50的末端处，使整个表面都被覆盖时，具有在不影响重组的情况下，线60的电阻率被最大地降低的优点。

在另一实施例中，不存在多个岛状部，而是可使用沿指状部14的长度连续延伸的烧穿材料的条状体，该条状体窄于线60。在这种情况下的重组，相比于仅使用烧穿指状部的情况可降低。然而，在相同的指状部14下使用相互分开的岛状部50具有可以较容易印制的较宽结构来实现具有半导体本体12的接触区域的相同缩减的优点。

尽管一实施例已经被描述为非烧穿浆料是在烧穿浆料之后涂敷，但应理解，可将印制的顺序替代性地部分颠倒，例如通过先在连接岛状部位置的区域中印制非烧穿浆料(例如以中断的方式印制线状结构60)，然后利用烧穿浆料印制岛状部，填充线状结构60中的间隙。在这种情况下，该岛状部的上表面处于未被该线状结构60覆盖的状态。在该实施例中，该连接结构60较佳的是接触每个岛状部的至少一半的边界，且较佳的是接触整个边界。通过这种方式，降低了岛状部内电导率对的电阻率的依存性。

在一替代性的工艺中，在半导体本体12与指状部14之间的电连接可通过在介电层20中制作开口来实现，例如在介电层20的表面上存在牺牲掩模（sacrificial mask）的情况下通过激光烧蚀或蚀刻来实现，该掩模使得介电层20选择性地暴露在开口的位置处，并将导电材料沉积在开口中。而使用可通过印制来涂敷的烧穿浆料降低了工艺的复杂度及成本。

Claims (12)

1.一种制造光伏电池的方法，包括：

在该光伏电池的半导体本体上的介电层上涂敷烧穿导体浆料以成为多个相互分开的岛状部；

涂敷具有另一导体浆料的连接结构，以用于连接所述岛状部，该另一导体浆料至少被涂敷在所述岛状部的位置之间的该介电层上以及用以接触每个岛状部的表面的主要部分和/或其边界的位置处；

依照工艺条件来烧制该烧穿导体浆料以及该另一导体浆料，其中，该烧穿导体浆料烧穿该介电层，而该另一导体浆料并不烧穿该介电层，藉此所述烧穿金属浆料穿过该介电层以在该半导体本体以及由该另一导体浆料形成的结构之间建立电接触。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述连接结构被涂敷在该多个岛状部的该烧穿导体浆料的至少一部分上以及所述岛状部之间的该介电层上。

3.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，该连接结构包括连续地连接一系列所述岛状部的线状结构。

4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，该烧穿金属浆料以及该另一金属浆料在一共同的烧制步骤中一起被烧制，该另一导体浆料是至少依照该共同的烧制步骤的该工艺条件下的非烧穿浆料。

5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，该烧穿金属浆料以一连续的相互分开的岛状部被涂敷在该介电层上，该连接结构在该连续的岛状部上的走向是连续的。

6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，该连接结构具有沿着该连接结构的长度方向的边缘，该边缘界定该介电层被该连接结构覆盖的一区域的边缘，该烧穿金属浆料位于所述边缘之间该区域的范围内。

7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，该烧穿金属浆料以及该连接结构被涂敷在该光伏电池的一主要的光汇集侧边上。

8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，该连接结构覆盖该岛状物中的每一个的至少一半的上表面，和/或该连接结构接触每个岛状部的至少一半的边界。

9.一种光伏电池，包括：

该光伏电池的半导体本体；

在该半导体本体上的介电层；

经烧制导体的相互分开的岛状部，该岛状部贯穿该介电层至该半导体本体；

在该介电层上且与所述岛状部电接触的连接烧结的导体结构，其通过该介电层与该半导体本体局部地电隔离并且经由所述岛状部连接至该半导体本体，该连接导体结构与所述岛状部电连接。

10.根据权利要求9所述的光伏电池，其中，该连接结构的走向是在所述岛状部上，所述岛状部位于该连接导体结构与该半导体本体之间。

11.根据权利要求9或10所述的光伏电池，其中，所述经烧制的导体的所述岛状部以及该连接烧结的导体结构包括烧结的导体晶粒。

12.根据权利要求9至11中任一项所述的光伏电池，其中，该连接结构具有沿着该连接结构的长度方向的边缘，该边缘界定该介电层被该连接结构覆盖的区域的边缘，所述岛状部位于所述边缘之间的该区域的范围内。

Images