CN104603956A - 用于改进镀金属层到硅的粘合的方法 - Google Patents

Abstract

公开了一种用于制造光伏电池的方法，该方法包括：提供具有接触图案的镀金属接触，该接触图案包括多个指和在该多个指中的每一个指的自由端处的至少一个第一锁定元件；以及提供相关联的光伏电池。

Description

用于改进镀金属层到硅的粘合的方法

技术领域

所公开的技术涉及用于改进镀金属层(如镀铜接触)到硅的粘合的方法。该方法可被有利地用于改进硅光伏电池的镀金属接触的粘合。

背景技术

鉴于将用于硅光伏电池的新概念和制造工艺实现在生产环境中，正在开发这些概念和工艺。朝着工业生产的这样的开发的示例是使用镀敷工艺来形成金属接触，作为屏幕印刷工艺的替换。

使用镀敷的典型的工艺流程(例如，用于硅光伏电池的前侧金属化)包括在整个前表面上提供介电层，例如抗反射涂层，并随后在局部移除抗反射涂层，由此在其中需要提供金属接触的位置处暴露底层硅表面。局部移除抗反射涂层可例如通过激光消融来完成。在抗反射涂层的局部移除之后，通过金属镀敷来形成前侧金属接触以在暴露的硅区域中提供前侧金属接触。

由于它们优良的接触属性，Ni层或镍硅化物(nickel silicide)层可例如被用于形成良好接触。

镍硅化物层可通过在硅表面上在抗反射涂层中创建的开口中提供薄镍层(例如，通过无电电镀)且接着执行退火或烧结步骤以引起硅化(从而导致形成镍硅合金(镍硅化物))来形成。在用于制造硅光伏电池的过程中，使用镍硅化物层作为籽晶层在镍硅化物层上电镀至少一个附加金属层(诸如例如Cu层)，来形成低阻抗前侧金属图案。

在用于制造硅光伏电池的替换过程中，首先在抗反射涂层中创建的开口中提供Ni层，例如通过光生镀覆，并且接着在Ni层上提供Cu层，例如通过电镀。此后，执行烧结步骤来将Ni层至少部分地转换成镍硅化物层。

在具有镀金属接触的这样的过程中，实现不同金属层之间以及金属层与底层硅基板之间的良好粘合是有挑战性的。金属层之间或金属层与硅基板之间的不良粘合会造成金属层的剥落，从而造成电池效率的不可接受的降低。对于较窄金属部件而言，金属层剥落的风险通常较高。例如，对于光伏电池的包括连接到至少一个较宽线(汇流条)的多个窄线(指)的典型前侧金属网格，金属剥落的问题对于窄指而言通常高于较宽汇流条。

各单独光伏电池通常在模块中通过焊接到电池的汇流条的Cu带状线来电连接。如果金属堆叠(包括汇流条和焊接的带状线)与硅基板之间的粘合不良，则电接触可降级且模块效率可降至故障水平。

发明内容

一些发明方面涉及一种用于制造具有镀金属接触的光伏电池的方法，其中与现有方法相比，镀金属接触的剥落风险被显著地降低和/或其中焊接到汇流条的金属带状线的粘合被改进。

在一个发明方面，该方法包括提供具有接触图案的镀金属接触，所述接触图案包括多个指和在所述多个指中的每一个指的自由端处的至少一个第一锁定元件或锚定元件。在指的自由端处提供第一锁定元件的优点是指剥落的风险被显著地降低。

在一个发明方面，该方法包括：提供具有接触图案的镀金属接触，所述接触图案包括至少一个汇流条、连接到所述至少一个汇流条的多个指，以及在与所述至少一个汇流条物理接触的指端处(优选地在与所述至少一个汇流条物理接触的每一个指端处)的至少一个第二锁定元件或锚定元件。提供这样的第二锁定元件的优点是改进焊接到所述至少一个汇流条的带状线的粘合。

在一个发明方面，该方法包括：提供具有接触图案的镀金属接触，该接触图案包括至少一个汇流条、连接到该至少一个汇流条的多个指、在该多个指中的每一个指的自由端处的至少一个第一锁定元件，以及在与该至少一个汇流条物理接触的指端处的至少一个第二锁定元件。

根据一发明方面的方法可有利地被用于提供光伏电池的前侧金属化图案。一种制造方法可例如包括：在硅基板的整个前表面上提供介电层，例如抗反射涂层；局部移除该抗反射涂层，从而暴露根据本公开的接触图案需要提供金属接触的位置处的底层硅表面；以及通过金属镀敷以形成前侧金属接触在被暴露的硅区域中提供前侧金属接触。

一些发明方面涉及具有镀金属接触的光伏电池，其中与现有光伏电池相比，镀金属接触的剥落风险被显著地降低和/或其中焊接到汇流条的金属带状线的粘合被改进。

在一个发明方面，该光伏电池具有带接触图案的镀金属接触，该接触图案包括多个指和在该多个指中的每一个指的自由端处的至少一个第一锁定元件或锚定元件。

在一个发明方面，该光伏电池具有带接触图案的镀金属接触，该接触图案包括至少一个汇流条、连接到该至少一个汇流条的多个指，以及与该至少一个汇流条物理接触的指端处的至少一个第二锁定元件或锚定元件。

在一个发明方面，该光伏电池具有带接触图案的镀金属接触，该接触图案包括至少一个汇流条、连接到该至少一个汇流条的多个指、在该多个指中的每一个指的自由端处的至少一个第一锁定元件，以及与该至少一个汇流条物理接触的指端处的至少一个第二锁定元件。

第一锁定元件可以是造成指与该指的自由端处的底层硅之间的接触面积的局部增加的任何元件或部件。第一锁定元件可通过在自由指端处局部增加指宽来提供，或者它可以是具有线形、正方形、矩形、多边形、圆形或椭圆形或者任何其他合适的形状的元件，该元件在自由指端处提供。

第二锁定元件可以是造成指与同汇流条接触的该指的一端处的底层硅之间的接触面积的局部增加的任何元件或部件。第二锁定元件可通过在与汇流条接触的指端处局部增加指宽来提供，或者它可以是具有线形、正方形、矩形、多边形、圆形或椭圆形或者任何其他合适的形状的元件，该元件在与汇流条接触的指端处提供。

已经在上文中描述了本发明各方面的某些目标及优点。当然，应理解，不一定所有此类目的或优点都可根据本公开的任何特定实施例实现。因此，例如，本领域的技术人员将认识到本公开可按实现或优化本文所教导的一个优势或一组优势的方式来具体化或执行，而不一定要同时实现本文可能教导或提出的其他目的或优势。此外，可理解的是这个概述仅仅是示例且并不意在限制本公开的内容。关于组织和操作方法两者的本公开，连同其特征和优点一起，通过结合附图而阅读参考以下详细描述可被最好地理解。

附图说明

图1示出光伏电池的典型前侧金属化图案的示例。

图2示出根据一个发明方面的前侧金属化图案的示例。

图3示出根据本公开的各发明方面的第一锁定元件的示例。

图4示出根据一个发明方面的前侧金属化图案的示例。

图5示出根据本公开的各发明方面的第二锁定元件的示例。

图6示出了图2的细节，在特定指线上进行了放大。

在不同附图中，相同参考标记指示相同或相似元件。

优选实施例的详细描述

在以下详细描述中，阐述众多特定细节以提供对本公开以及其可如何在特定实施方式中实施的透彻理解。然而，将理解，本公开在没有这些特定细节的情况下也可以实施。在其它情形中，众所周知的方法、程序和技术并未进行详细描述以免混淆本公开。虽然将针对特定实施方式并参考特定附图描述本公开，但本公开不限于此。本文中所包括和描述的附图是示意性的且不限制本公开的范围。还应注意，在附图中，出于说明目的，一些元件的大小可能被放大，因此未按比例绘制。

此外，说明书中的术语第一、第二和第三等用于区别类似的元件，而不一定用于描述时间、空间、排列或任何其他方式的先后顺序。应理解，如此使用的术语在适当情况下是可互换的，且本文中所描述的本公开的实施例能以不同于本文所描述或示出的其它顺序操作。

另外，说明书中的术语顶部、底部、之上、之下等等用于描述性目的，而非必然地用于描述相对位置。应理解，如此使用的术语在适当情况下是可互换的，且本文中所描述的本公开的实施例能以不同于本文所描述或示出的其它取向操作。

应注意，术语“包括”不应当被解释为受限于下文中列出的含义；它不排除其它元件或步骤。因此它应当被解读为指定所述特征、整数、步骤或部件如所述及的存在，但不排除一个或多个其它特征、整数、步骤或部件或其群组的存在或添加。因此，措辞“包括装置A和B的设备”的范围不应当局限于仅由组件A和B构成的设备。

在本公开的上下文中，光伏电池的前表面或前侧是适于被定向面向光源并由此用于接收照明的表面或侧面。在双面光伏电池的情况下，两个表面都适于接收照射光。在这种情况下，前表面或前侧是适于接收光或照明的最大部分的表面或侧面。光伏电池的背表面、背侧、后表面或后侧是与前表面相对的表面或侧面。基板的前侧是该基板的与光伏电池的前侧相对应的侧面，而基板的后侧或背侧对应于光伏电池的背侧。

在本公开的上下文中，指是相对窄的导线，例如具有在约10微米与150微米之间的范围内的宽度，各个指通常分布在电池区上并且收集来自底层半导体的(光生)电流。各个指可将光生电流传送到至少一个汇流条。在优选实施例中，指线由可平行的各侧面纵向侧壁来限定。在某些实施例中，侧面纵向侧壁可以形成锥形结构。该锥形结构可具有相对窄的端部和相对宽的端部。相对窄的端部可被定向远离汇流条，即它可与指线的自由端相对应。

汇流条是比指显著更宽(例如，具有在约1mm和3mm之间的范围内的宽度)的金属化区域，并且汇流条被用于从各个指收集(光生)电流并用于将电池焊接到电池互连材料(例如，互连带状线)。在本公开的上下文中，指的自由端指的是指(线)的没有与汇流条直接物理接触的端部。在另一视角中，自由端可被看做指向离开汇流条的端部或远离相应汇流条的端部。

可以注意到，在本公开的上下文中，指线和汇流条通常同时产生，通过例如单个金属化(镀敷)过程。因而，它们通常被形成在单个金属化层中，且被称为这样的金属化层的不同且非重叠的部分。

在汇流条上提供互连带状线的过程对本领域技术人员而言是已知的。带状线通常包括包含在其两侧涂敷的锡铅焊料的铜条。该过程可例如包括：

-将助焊剂施加到汇流条以清洁其表面；

-将带状线置于汇流条顶部；

-将带状线焊接到底层金属图案，例如通过使用例如温度为325℃的烙铁。例如，焊接可通过提供一组(例如，5个)焊点来执行，每一焊点例如沿汇流条约1cm长，优选地各点之间具有相等的间隔。

本公开进一步被示为例如其中硅光伏电池的前侧接触是通过金属镀敷来提供的。然而，本公开不受限于此。根据本公开的一发明方面的方法可例如也被用于提供硅光伏电池的后侧接触(诸如对于双面电池而言)，或例如用于提供背接触电池(例如，交指型背接触电池)的后侧接触。

已知的是，在其中通过金属镀敷(例如，Cu镀敷)来提供前接触的硅光伏电池制造过程中，实现图案化镀金属层与硅基板之间的良好粘合是有挑战性的。金属图案与硅基板之间的不良粘合会造成金属图案的剥落，从而造成电池效率的不可接受的降低。光伏电池的典型前接触图案包含多个相对窄的金属线(指)，指中的每一个指电连接到至少一个较宽金属线(汇流条)，例如如图1所示出的。或者，前接触图案可以没有汇流条，且窄金属指可经由导电粘合剂来电连接到互连带状线。对于较窄金属部件而言，金属图案剥落的风险通常更高。这可与较窄金属部件的相对较小的金属-到-硅接触面积相关。对于较窄线、较厚镀层(其增加了金属(例如，Cu)中(与化学和/或沉积速率有关)的应力)，以及较长金属线而言，剥落风险升高，因此，对于光伏电池，对于窄指而言，金属剥落的问题可能高于较宽汇流条。

在一个发明方面中，本公开提供了一种用于制造具有镀金属接触的光伏电池的方法，其中图案化的镀金属接触的剥落风险与现有方法相比被降低，和/或其中焊接到汇流条的金属带状线的粘合与现有方法相比被改进。

本公开还针对以下实施例进行了描述，其中镀金属层是硅光伏电池的前侧金属化图案的一部分。然而，本公开不限于此，且该方法可被用于其他应用，诸如例如用于作为双面光伏电池或背接触光伏电池的后侧金属化的一部分的镀金属层。

图1示出光伏电池的典型前侧金属化图案的示例。在所示示例中，金属化图案包括两个汇流条100和多个指101、102、103。然而，本公开不限于此，且可以使用本领域技术人员已知的任何其他合适的金属化图案。在图1所示的示例中，指101、102、103中的每一个在指端12处被连接到至少一个汇流条100。指101、103具有自由端11和连接到汇流条100的相对端12。指102的两端12都连接到汇流条100。

根据一实施例的方法可包括在光伏电池的金属化图案的指的自由端11处提供第一锁定元件或锚定元件。意想不到地发现在指的自由端处提供这样的第一锁定元件显著地降低了剥落的风险。该方法可包括在与汇流条100物理接触的指端12处提供第二锁定元件或锚定元件。意想不到地发现提供这样的第二锁定元件改进了焊接到汇流条的带状线的粘合。

在一个发明方面，本公开提供了具有包含多个金属指的镀金属接触图案的光伏电池，其中该金属图案还包含在多个金属指的自由端处的第一锁定元件或锚定元件，例如锁定线或锚定线。

在一个发明方面，本公开提供了一种具有镀金属接触图案的光伏电池，该镀金属接触图案包含多个指和至少一个汇流条，其中该金属接触图案还包含在与汇流条物理接触的指端处的第二锁定元件或锚定元件。

在用于制造具有镀前侧接触的硅光伏电池的方法中，通常首先在前表面上提供抗反射涂层，并随后在需要提供金属接触的位置处通过激光消融来局部移除抗反射涂层。在要提供接触指的位置处的激光开口的宽度通常在约5微米和50微米的范围内，例如约10微米数量级。随后通过金属镀敷在开口中形成金属接触，其中镀金属层的典型厚度在约5微米和35微米的范围内，例如约10微米数量级。例如，在使用10微米的激光开口以及10微米的金属厚度时，这使得典型的镀敷线(指)约30微米宽(由于横向溢镀(overplating))，其中仅约10微米与硅接触。其余部分被镀敷在粘合很差的(即比指线到底层硅基板的粘合要差得多)抗反射涂层上。

可被用来改进指粘合的一种方法是创建更宽的激光线，但这造成增加的阴影损失。或者，镀敷厚度可被降低，但这具有降低指导电性的缺点。

在根据本公开的方法中，指粘合被改进，而只有限地增加了阴影损失且没有降低指导电性。

在本公开的方法中，在多个指中的每一个指的自由端处提供第一锁定元件或锚定元件。意想不到地发现这足以显著地改进指粘合并显著地降低剥落。

在一个方面，第一锁定元件可通过在指端11处局部增加指101、103的宽度来提供。例如，局部增加指宽FW可包括增加指宽约2到5倍(诸如例如约3倍)，增加的宽度被称为PW。然而，本公开不限于此。指宽可在从指端的边缘处测量的、在指长FL的约5％到50％之间的范围内(例如在指长的约10％和30％之间)的长度PL上增加，本公开不限于此。图2和6中示意性示出了具有通过在自由端11处局部增加指宽来形成的第一锁定元件21的前侧金属化图案的示例，图6提供了图2的细节。

与具有不变宽度且不具有锁定元件的现有技术中指的典型状态相比，执行透明胶带剥离测试以示出在使用根据本发明的各方面的具有第一锁定元件的指时的改进结果。这些透明胶带剥离测试已在包括在中央汇流条的两侧上的18个指线的电池上执行。透明胶带被施加到相应电池边缘与汇流条之间的区域中。透明胶带被施加，使得它从相应电池边缘延伸到汇流条的边缘(而不覆盖汇流条本身的任何部分)，并且使得它与指平行，从而覆盖相应18个指。透明胶带随后被移除(剥离)。随后，对因该过程而从基板松脱的指线的数量进行计数。在汇流条的左侧和右侧上重复该过程。对包括现有技术指线状态的两个光伏电池和包括根据本发明的各实施例的指线(其中锁定元件只在指线的自由端处提供)的两个光伏电池重复这一过程。这四个光伏电池在其他方面是相同的。结果在表1中提供。对本领域技术人员而言能够明白的是，镀金属指线到底层硅基板的粘合一般有明显改进。现有技术状态与本发明的各实施例之间在松脱指线的平均数量上的巨大差异也在定量地支持了这一点。

表1：比较结果

图6进一步示出了指线优选地由平行纵向侧壁来限定。在指101的第一部分(称为部分I、远端部分)中，指宽PW较大且由一组平行侧壁211来限定。在与汇流条或带状线直接相邻且物理接触的第二部分(称为部分II)中，具有FW的指相对较小且由一组平行侧壁1011来定界。过渡可以是阶梯型的，如图所示。或者，过渡可以是更渐进的。过渡随后可例如包括过渡区中的对应过渡结构，其中指宽从宽度FW渐进地发展到宽度PL。

此外，指线的第一部分I和第二部分II中的一者或两者可具有锥形结构。例如，第二部分II可被锥形化，并且随后相应锥形结构的箭头可指向离开或远离汇流条。

在另一方面，第一锁定元件可包含具有线形、正方形、矩形、多边形、圆形或椭圆形，或者任何其他合适形状的元件，该元件是在自由指端11处提供的。各示例在图3中被示意性地示出，示出了具有不同的第一锁定元件21的指端11。第一锁定元件21可以是锁定线，其中该锁定线的纵向方向可以与指的纵向方向平行(与图2所示的指宽的局部增加相对应)，或者其中锁定线的纵向方向可与指的纵向方向基本正交，或处于相对于指的纵向方向的任何合适角度。一个优点是，提供根据本公开的第一锁定元件显著地改进了指粘合，同时没有显著地增加阴影损失或降低指导电性。

更一般地，造成指在该指的自由端处11与底层硅之间的接触面积的局部增加的任何元件或部件可被用作第一锁定元件21。

在根据本公开的方法中，第二锁定元件或锚定元件可在与至少一个汇流条物理接触的指端处提供。意想不到地发现在汇流条侧处这样的第二锁定元件改进了焊接到汇流条的带状线的粘合。这一改进可以与带状线焊接过程相关，其中流向锁定元件的焊料可造成增加的焊料接触，并且因而造成更佳的粘合。

在一个方面，第二锁定元件可通过在与汇流条物理接触的指端12处局部增加指101、102、103的宽度来提供。例如，局部增加指宽可包括增加指宽约2到5倍(诸如例如约3倍)。然而，本公开不限于此。指宽可在指长的约5％到50％之间的范围内(例如在指长的约10％和30％之间)的长度上增加，本公开不限于此。具有通过局部增加指端12处的指宽来形成的第二锁定元件22的前侧金属化图案的示例在图4中被示意性地示出。

在另一方面，第二锁定元件可包含具有线形、正方形、矩形、多边形、圆形或椭圆形，或者任何其他合适形状的元件，该元件是在与汇流条100相邻的指端12处提供的。各示例在图5中被示意性地示出，示出了连接到汇流条100的指端12具有不同的第二锁定元件22。第二锁定元件22可以是锁定线，其中该锁定线的纵向方向可以与指的纵向方向平行(与图4所示的指宽的局部增加相对应)，或者其中锁定线的纵向方向可与指的纵向方向基本正交，或处于相对于指的纵向方向的任何合适角度。一个优点是，提供根据本公开的第二锁定元件显著地改进了焊接到汇流条100的金属带状线的粘合，同时没有显著地增加阴影损失或降低指导电性。

更一般地，造成指与在同汇流条100物理接触的指端12处的底层硅之间的接触面积的局部增加的任何元件或部件可被用作第二锁定元件22。

仅与汇流条接近的较宽锁定线的变型要将该较宽线从汇流条延伸到约一半总指长。这具有如下优点：它增加了与硅的整体接触面积，这准许金属化方案与较高特定接触阻抗一起使用(例如，用于在接触处的硅的较低表面掺杂水平)，同时维持相同的电池效率；并且它将与最小阻抗功率损失相对应的最优铜厚度变至较低值，从而降低了所需的镀敷时间。

根据本公开的一实施例的方法可包括提供金属化图案，该金属化图案包含自由指端处的第一锁定元件且包含在与汇流条接触的指端处的第二锁定元件。

以上描述详细说明了本公开的某些实施例。然而，应当理解，不管以上在文本中显得如何详细，本公开可以其他方式实现。应当注意的是，在描述本公开的某些特征或方面时，特定术语的使用不应当用来暗示术语在本文中被重定义以受限于包括与所述术语相关联的本公开的特征或方面的任何特定特性。

尽管以上详细描述已被示出、描述和指出应用于各实施例的本发明新颖性特征，但要理解本领域内技术人员可对所示设备或处理的形式和细节作出各种省略、替代和改变而不脱离本发明的精神。

Claims (14)

1.一种用于制造光伏电池的方法，所述方法包括：提供具有接触图案的镀金属接触，所述接触图案包括多个指和在所述多个指中的每一个指的自由端处的至少一个第一锁定元件。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，包括提供具有接触图案的镀金属接触，所述接触图案包括至少一个汇流条、连接到所述至少一个汇流条的多个指，以及在与所述至少一个汇流条物理接触的指端处的至少一个第二锁定元件。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，包括在与所述至少一个汇流条物理接触的每一个指端处提供第二锁定元件。

4.如权利要求1到3中的任一项所述的方法，其特征在于，还包括将带状线焊接到所述至少一个接触图案。

5.如以上权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于，还包括：

-在硅基板的整个前表面上提供介电层；

-局部移除所述介电层，从而暴露在根据如前述权利要求中的任一项所述的接触图案需要提供金属接触的位置处的底层硅表面；以及

-通过金属镀敷以形成前侧金属接触在被暴露的硅区域中提供所述金属接触。

6.一种光伏电池，包括具有接触图案的镀金属接触，所述接触图案包括多个指和在所述多个指中的每一个指的自由端处的至少一个第一锁定元件或锚定元件。

7.如权利要求6所述的光伏电池，其特征在于，包括具有接触图案的镀金属接触，所述接触图案包括至少一个汇流条、连接到所述至少一个汇流条的多个指，以及在与所述至少一个汇流条物理接触的指端处的至少一个第二锁定元件或锚定元件。

8.如权利要求7所述的光伏电池，其特征在于，包括在与所述至少一个汇流条物理接触的每一个指端处的第二锁定元件。

9.如权利要求6到8中的任一项所述的光伏电池，其特征在于，还包括所述指底层的基板，其中所述第一锁定元件是造成相应指与所述指的自由端底层的所述基板之间的接触面积的局部增加的部件。

10.如权利要求9所述的光伏电池，其特征在于，所述第一锁定元件被实现为在自由指端处的指宽的局部增加，或包括在自由指端处的指宽的局部增加。

11.如权利要求6到10中的任一项所述的光伏电池，其特征在于，还包括所述指底层的基板，其中所述第二锁定元件是造成相应指与在与汇流条接触的指端处的所述基板之间的接触面积的局部增加的部件。

12.如权利要求6到11中的任一项所述的光伏电池，其特征在于，所述第二锁定元件被实现为在与汇流条接触的指端处指宽的局部增加，或包括在与汇流条接触的指端处指宽的局部增加。

13.如权利要求6到12中的任一项所述的光伏电池，其特征在于，在自由指端处的的指宽或在与所述汇流条接触的指端处的指宽在指长的5％到50％范围内的长度上增加。

14.如权利要求6到13中的任一项所述的光伏电池，其特征在于，所述第一和/或第二锁定元件具有线形、正方形、矩形、多边形、圆形或椭圆的形状。