CN104737299B - 太阳能电池的制造方法及其制得的太阳能电池 - Google Patents

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Abstract

一种制造太阳能电池的方法，包括以下步骤：提供包括半导体主体（10）和具有第一面（11）和相对第二面（12）的太阳能电池装置，第一面用于捕获入射光，第二面用于装载到载体，太阳能电池装置包括在第一面（11）和第二面（12）中的一侧的半导体主体（10）中的第一接触区域（13）；应用电绝缘材料的光学透明结构（22）到太阳能电池装置的面（11,12）中的至少一个面，图案化所述光学透明结构以形成到第一接触区域（13）的孔；通过电化学沉积，在所述孔中提供导电材料的接触结构（41,42,43）。

Description

太阳能电池的制造方法及其制得的太阳能电池
技术领域
本发明涉及一种太阳能电池的制造方法，该制造方法包括如下步骤：
提供太阳能电池半成品装置，该太阳能电池半成品装置包括半导体主体，并且该太阳能电池半成品装置具有第一面和相对的第二面，其中，第一面用于捕获入射光，第二面用于装配到载体，该半导体主体包括第一接触区域；以及
提供位于所述第一接触区域上的导电结构。
本发明还涉及一种太阳能电池，该太阳能电池包括太阳能电池装置，该太阳能电池装置包括半导体主体，并且该太阳能电池装置具有第一面和相对的第二面，其中，第一面用于捕获入射光，第二面用于装配到载体，该半导体主体包括第一接触区域，在该第一接触区域之上存在导电结构。
本发明进一步涉及用于上述导电结构的制造设备。
背景技术
太阳能电池为大面积半导体器件，其将辐射（即太阳光）转换为电能。最常见的硅太阳能电池在太阳能电池的两面都有掺杂区域。对于p型电池，其通过在电池的前面掺杂磷，并在电池的背面掺杂铝实现。对于n型电池，其通过在电池的前面掺杂硼，并在电池的背面掺杂磷实现。
太阳能电池的另一重要类型是背接触太阳能电池组，这意味着太阳能电池的两个相对的掺杂区域的欧姆接触件与第二面、即太阳能电池的背面相接触。这类太阳能电池减少了标准太阳能电池上的前金属接触栅造成的遮光损失。相应地，在半导体衬底（下文中也称为衬底）的前面或第一面（术语面和表面在下文中可以交换使用）上设有发射极。此外，为了优化入射光的收集，半导体衬底的第一面可以有纹路，并设有抗反射涂层。
通常，为了在衬底的第一面上限定所述导体，同样在第二面上限定所述导体，用丝网印刷，例如，刷银浆，形成对太阳能电池的掺杂区域的接触。这里印制金属浆、银或铝为基础的浆，之后通过烧结“烧制”步骤将其转变成金属。丝网印刷满足以下太阳能电池制造的要求。首先，丝网印刷不需要提供单独的掩膜步骤。第二，至少一些丝网印刷浆能去除存在于衬底之上的任何材料，比如抗反射涂层。于是简化了加工流程。第三个原因是它适用于有纹路并因此不平的衬底上。最后的原因是丝网印刷浆的银形成与硅衬底可接受的接触，并且不扩散到硅衬底中。
然而，丝网印刷具有一些主要的缺点。第一，由丝网印刷过程形成的导体的薄的指尖可能是不连续的，这是由于在高温退火过程中，使用金属浆形成的指尖不总是聚集成连续的互连线。第二，聚集过程中形成的指尖存在孔，这导致更大的电阻损耗，从而导致更多的材料使用。第三，由于通常应用在太阳能电池中的相对薄的衬底厚度，比如200微米以及以下，在衬底表面丝网印刷金属浆的行为可以造成物理损害，并且所需的退火可能该太阳能电池带来高的内应力。这会造成形成的金属化特征的破坏，薄的太阳能电池衬底的翘曲，和/或从太阳能电池衬底的表面金属化特征的分层。由于在高烧结温度下一些特定材料的分解，高温工艺也限制了可以用于形成太阳能电池的材料的类型。第四，也是最重要的，允许随后烧制的丝网印刷材料通常是银，银在太阳能电池应用中是非常昂贵的。
电化学沉积，其中的无电沉积和/或电镀是最有名的例子，看作是很好的替代方案，并且已经被常规地提出用于背面处的导体的沉积。由于沉积的材料开始在导电表面生长，随后扩展到任何周围开放空间，其使用的一个要求是某种形式的图案。已经提出各种各样的方法在电化学沉积之前来创建图案，例如，光敏抗蚀剂（即光阻剂）的使用和阻挡层的印刷。在电化学沉积处理之后，需要去除抗蚀剂和阻挡层。这存在一个缺点可能会留下残留物。尤其在用于捕获任何入射辐射的衬底的第一面上使用的时候，这些残留物是不希望有的，因为残留物将减少最终的太阳能电池的效率。
例如，WO85/02939讨论了电镀的使用。为了限制电镀材料的扩散（也称为背景电镀），本申请提出了具有局部开口的单独的掩膜板的使用。存在穿过掩膜板的线路，以便提供电镀所需的化学物质，特别是电解质溶液。本申请利用昂贵的光致抗蚀剂，该光致抗蚀剂在电镀步骤之后再次去除，这导致高成本。
此外，US2011/0021023A1提供一种用于通常存在于衬底的第一面上的抗反射涂层的图案化的改性工艺。该改进工艺包括表面活性剂的使用，以致通过喷墨打印沉积的掩膜层可以以稳定的方式形成在抗反射涂层上。在抗反射涂层图案化后，再去除掩膜层。本申请提到可以用任何合适的沉积技术进行随后的沉积工艺，包括电镀。然而，与任何导体相比，抗反射涂层相对较薄。因此，当随后沉积任何金属时，如何将导体限定在合适的形状并且适当限定在所需的方向，是不清楚的。特别地，当电镀任何无掩模的导体时，该导体将延展以得到半球形状。这样的形状会比期望的覆盖更多表面积，这导致用于透过辐射的面积的损失，从而导致效率损失。除此之外，限定沿表面横向延伸的导体是不可能的。而且，将其应用在背面上时，这样的形状可能导致相邻的端子之间的短路。
发明内容
因此，本发明的一个目的是提供一种使用电化学沉积制造太阳能电池的改进工艺，其由于有限数量的工艺步骤，具有成本效率，并且显著地防止制造人为构件，例如，残留物和/或背景电镀。本发明的另一个目的是提供一种具有电化学沉积的导体的太阳能电池，该电化学沉积的导体没有制造人为构件，例如，残留物和/或伪影电镀。
本发明的进一步目的是提供用于所述方法中的制造设备。
根据本发明的第一方面，提供了一种太阳能电池的制造方法，所述太阳能电池包括太阳能电池装置和光学透明结构，通过所述光学透明结构，接触结构延伸至所述太阳能电池装置的半导体主体中的第一接触区域。所述方法包括步骤：
提供太阳能电池半成品装置，所述太阳能电池半成品装置包括半导体主体，且所述太阳能电池半成品装置具有第一面和相对的第二面，所述第一面用于捕获入射光，所述第二面用于装配到载体，在至少一个所述第一面和所述第二面上，所述太阳能电池装置设有钝化层；
将电绝缘的可固化聚合物材料的所述光学透明结构应用在所述太阳能电池装置的至少一个面上的所述钝化层上，并且，使所述聚合物材料固化，使所述结构图案化，以形成到所述第一接触区域的孔，且使所述结构作为对所述太阳能电池装置的保护；以及
通过电化学沉积，在所述孔中，提供导电材料的接触结构。
根据本发明的第二方面，提供了一种太阳能电池，所述太阳能电池包括太阳能电池装置，所述太阳能电池装置设置有带有第一接触区域的半导体主体和位于所述半导体主体上的钝化层，所述太阳能电池设置有第一面和相对的第二面，所述第一面用于捕获入射光，所述第二面用于装配到载体，其中，所述太阳能电池还包括与所述第一接触区域连接的接触结构，在至少一个所述太阳能电池装置的第一面和第二面上，钝化层上有图案化的绝缘的、可固化的聚合物材料的光学透明结构，所述接触结构通过所述钝化层延伸穿过图案化的所述光学透明结构，进行电化学沉积。
根据本发明，一种光学透明结构应用在所述衬底的第一面和/或第二面上的所述钝化层上。这种结构限定了用于随后的导体的电化学沉积的空间。这允许有选择地进行电镀基的沉积。所述光学透明是所得到的太阳能电池的一个组成部分。
根据本发明，发明人已经注意到所述第一面的电化学沉积尤其会导致所述电池的性能退化。结果表面，这种电池性能退化是由于背景电镀造成，该背景电镀即在不需要或不希望有导电材料的区域生长或沉积该导电材料。背景电镀的主要原因在于下面的层，尤其是钝化层比如氮化硅，难免有缺陷，即含有微观水平上的孔、空隙、间隙等等。
根据本发明，由于具有光学透明结构，可防止背景电镀。而且，也不形成残留物，因为不用去除透明结构。
在本发明中，术语光学透明结构指的是任何层或主体，所述层或主体用于直接或间接传递辐射，尤其是来自太阳的辐射。所述光学透明结构包括聚合物材料，而不是无机材料，例如，氮化硅。一个相关的附加性能是所述结构并不由于入射辐射而化学退化，尤其超过太阳能电池的可预见的长使用寿命。这个要求不仅和所述太阳能电池的所述第一面相关，也和所述太阳能电池的所述第二面相关，在所述第二面，辐射在穿过和/或沿着半导体主体的传递和/或反射之后结束。因此，光敏抗蚀剂或紫外线抗蚀剂不适于作为光学透明结构的材料。因此，可固化的聚合物材料优选为紫外线不敏感性的，即，它不包含任何能够（反复）经紫外线照射引起化学反应的紫外线敏感化合物或组分（即引发剂）。例如，这种化学反应是交联反应，该交联反应可以减少和下面的层的粘附。然而，也不能排除分解反应。
更具体地，所使用的聚合物材料在热处理下可以固化和/或自固化。所述热处理可以单独进行，或者作为沉积工艺的一部分。
多种聚合物都合适作为光学透明结构的聚合物材料，包括加成聚合物和所谓的缩合型聚合物。相应地，聚合物具有能形成交联三维网状的官能团，例如，聚硅氧烷、聚酯、聚酰亚胺、聚丙烯醇酯、聚甲基丙烯酸酯，如聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）。
根据本发明的不同实施例，本发明的光学透明结构可以有各种各样的厚度。该厚度可以在1纳米和30微米之间变化，可以是非常薄的纳米级厚度，也可以是较厚的微米级厚度，或是这两者的结合。所述光学透明结构可以设置为单层，也可以设置为多层。多层可使用不同材料，以及使用用于连续的层的不同应用技术。第一层适合用在旋涂、卷绕镀膜等涂层工艺中。对于进一步的层的沉积，可以选择使用成型工艺。此外，为了限定特定的通道，可使用印刷工艺，比如丝网印刷或喷墨印刷。
所述光学透明结构可延伸至所述衬底的第二面。在一个具体实施例中，其形成封装体。这利于所述太阳能电池的稳定性。此外，这种封装在电镀中使用时能完全对抗化学物质和防止任何不需要的背景电镀。可选地，所述光学透明结构可以仅存在于所述第二面。
所述光学透明结构还可包括一种或多种用于增强光传输的功能添加剂。例如，银或金颗粒和/或罕见的稀土材料，如镧。这种功能添加剂的掺入可作用位于所述半导体衬底的前面的构造的替换或补充。它们的预见功能是光散射。优选地，这些颗粒为纳米颗粒或纳米结构的材料，例如，使用纳米压印刻蚀技术沉积，并且这些颗粒具有纳米级尺寸。参考K.R. Catchpole和A. Polman的Optics Express 16 (2008), 21793-21800，该文章涉及将颗粒嵌入空气、氮化硅以及硅的实验。该文章通过引用将其包括在内。
在第一实施例中，所述光学透明结构包括相对薄的第一层，所述第一层特别地作为任何下面的层的密封材料，从而防止任何背景电镀。第一层的厚度可能限制为小于0.2微米，更优选地，最多0.1微米，并且较为合适地，小于80纳米，优选地，小于50纳米，更优选地，小于20纳米，直到在1到10纳米范围内的有限厚度，所述第一层用于填充下面的层中的任何间隙和空隙，并用作保护密封。所述第一层适合为大体上的共形层，即使以液体形式应用在非平面衬底上。另外，所述第一层的材料能很好地黏接在下面的钝化层上。更具体地，所述材料将使得下面的层变湿，更优选地，将能够和下面的层的材料相互作用，例如，形成氢键。
在一个合适的实施例中，所述第一层在使用束形辐射源，尤其激光源，沉积之后，所述第一层被图案化。优选的限制的厚度的好处是，所述光学透明结构和所述下面的钝化层都可在一个装置中被图案化。例如，这两个层的图案化可在一个步骤中进行。可选地，使用多个连续的激光束穿过相同的装置，例如两个连续光束穿过。多个激光束穿过的应用允许不同的层使用不同的波长，这能更好控制和进一步优化尺寸和工艺。通过使用在近UV范围内的波长，已经得到好的结果，更合适地，使用在ISO标准21348中定义的UV-B范围内的波长。例如，准分子激光或固态激光适用于这种光的发射。此外，所述光学透明结构可能包括位于所述第一层之上的第二层。所述第二层可能具有更大的厚度，并且用于构成壁，从而限定接触结构中的空间，此外，可能沉积任何进一步的导体装置。这种创造的一个优势是所述第一层和所述第二层可以分开沉积，即包含不同的材料，使用不同的应用工艺以及具有不同的图案。例如，所述第二层可以使用印刷技术沉积。可以进一步选择所述第一层和/或附加过渡层，得到适当的附着力。因此，材料本身在现有技术中作为引物。所述第二层的厚度可达到50微米或甚至达到100微米。
具有第一层和第二层的光学透明结构的进一步优势是在第一层中的层部分之间的任何空间的横截面表面积小于在第二层中的层部分之间的任何空间的横截面的表面积。例如，第一层中的空间的所述横截面表面积可以比第二层中的空间的横截面表面积小50%、25%或10%。其好处是第一接触区域的尺寸相应减少，这导致更少的电荷载子的再结合。因此，这种小的接触区域利于电池效率。根据本发明的另一个实施例，只使用第二层，而不使用第一层和第二层。
在进一步的实施例中，所述第二层可根据表征为突出壁的图案结构进行沉积。因此，它限定局部壁，而不是连续的遍及全部表面。突出壁设计为使得导体可以在一对壁之间生长和/或沉积。它的一个重要的优势在于，在太阳能电池操作中的加热和冷却期间，也称为热循环，这种突出壁可以相对彼此膨胀和收缩。如果该结构是连续的，由于相对半导体主体的不同膨胀，热循环可导致失效。其发生在硅的热膨胀系数比聚合物的热膨胀系数低得多的情况下，导致在接触结构尤其在太阳能电池装置的边缘产生很大的应力，也在半导体主体的纹理面的各截面之间的腔里产生很大的应力。
在进一步的实施例中，所述光学透明结构可具有厚度，该厚度大体上平面化所述太阳能电池装置的第一纹理面。所述太阳能电池装置的第一面通常被纹理化，从而优化入射辐射的捕获。大体上平面化的衬底的优势是其可以作为相对的第二面上的进一步工艺的载体。
在这个实施例中，适合使用柔性材料层作为光学透明结构的部分，例如，作为第一层，但并不限于此。更优选地，使用具有相对大热膨胀系数的材料。这种材料适于减少由热循环引起的应力。特别地，光学透明结构的厚度大于半导体衬底的厚度，金属导体与衬底平行，以及在不同位置穿过接触结构连接到半导体衬底，存在由于热循环引起的失效的风险，即热膨胀的不同。柔性材料是已知的，例如，在半导体封装领域。例如，一个例子为，该材料为聚二甲硅氧烷（PDMS），其热膨胀系数为3.1 × 10-4 K-l。PDMS的杨氏模量在0.7到3.5MPa之间，这取决于混合比、固化温度以及烘烤时间。PDMS的杨氏模量低于硅基或金属材料，这使得PDMS能经受大的弹性形变。用于调整PDMS的粘结性能的PDMS的改性是众所周知的。作为选择地或者额外地，可使用聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸酯，如聚甲基丙烯酸甲酯，聚酰亚胺、环氧化合物、聚乙烯醇、聚碳酸酯、聚酰胺、聚酯，如用于液态晶体应用的聚酯。
在另一个实施例中，所述光学透明结构设置为层堆栈，这些层在制造结束的时候选择性地去除。例如，在牺牲层的帮助下，这种选择性的去除能去除任何在加工过程中损坏的顶层，即，较少表面的透明度。
在一个最适合的实施例中，钝化层包括氮化硅。所述钝化层还可能包括二氧化硅和/或氧氮化硅。氮化硅还可作为抗反射涂层。相应地，由于光学透明结构的沉积，氮化硅可作为低质量层沉积，例如，使用等离子体增强化学气相沉积，而不是使用低压化学气相沉积。等离子体增强化学气相沉积可在低温应用，并且比低压化学气相沉积快。
在另一个实施例中，所述钝化层和/或所述半导体主体可包括非晶态半导体层。该非晶层可能集成在半导体衬底中，但是该非晶层合适在半导体衬底上沉积。已知的使用这种非晶层的太阳能电池为双面受光电池和HIT电池，其中，HIT是具有本征薄层的异质结（Hetero-j unction with a Intrinsic Thin layer）的英文缩写。在后一种类型中，发射极为异质结，并且由两种不同材料制成，如单晶硅和非晶硅，或III-V衬底和非晶硅层。最适合地，非晶硅层作为内在掺杂层和掺杂第一导电类型的电荷栽子的层的叠层。所述非晶硅层可在第一面上和第二面上，也可仅在一侧上，比如第一面。所述非晶硅层证明是很好的钝化层，并形成pn结，形成增强的带隙，即提供带偏移。最适合地，使用透明导电层，如ITO，设置作为电荷注入。
在可选择的或额外的实施例中，所述太阳能电池装置称为PERC型太阳能电池装置。PERC型太阳能电池装置包括带有氧化物或氮氧化物或氧化铝的钝化层。其后，限定到所述钝化层下面的衬底扩散的金属接触，适合地，采用铝。PERC型电池可以是n型，但是合适地，基于p型衬底。
本发明的方法具有的优势在于，相比现有技术导体沉积的丝网印刷方法，该方法可以在低温下应用。这种低温状态与非晶层的存在有更好的相容。因此，非晶层的无意识再结晶的风险大大减少。
所述光学透明结构可以应用在第一面上，或第二面上，或两个面上。在应用在第一面的情况下，优选地，所述结构设有用于引导导体的通道，所述导体走向大部分或基本上平行所述第一面。在应用在第二面的情况下，可预见到非常有用的应用，该应用为与所谓的指叉背接触（Inter-digitated Back Contact，IBC）结合，也称为背电极接触电池。可选地，所述电池可以为HJBC型，即异质结背接触太阳能电池。在应用在两个面的情况下，提供衬底封装。
根据本发明的一个适合的实施例，第一端子通过导体装置连接到所述接触结构，所述导体装置设置有越过所述光学透明结构走向或在光学透明结构内的通道中走向的导体。这里，所述光学透明结构和电导体也可从太阳能电池装置的第一面向太阳能电池装置的第二面延伸。
在可选的实施例中，导体装置存在于所述接触结构和所述太阳能电池装置的进一步接触之间。所述进一步接触合适地存在于所述太阳能电池装置的第二面。这里，所述导体装置包括电导体，所述电导体越过所述光学透明结构的导体或在光学透明结构里的通道中。更具体地，带有所述电导体的光学透明结构从所述太阳能电池装置的第一面向太阳能电池装置的第二面延伸。
所述电导体和所述光学透明结构的延展使得所述太阳能电池在保持鲁棒性和适当的隔离的同时，具有更多额外的功能。
特别地，通过电化学沉积，例如，电镀，得到的电导体确保低电阻的连接。这种延展也适用于薄膜型太阳能电池，其中，第一子电池的上电极需要连接到进一步的子电池的下电极。这种延展被认为对MWT型太阳能电池也是有利的。
更优选地，所述光学透明结构设在所述导体和所述半导体主体之间。
所述导体与所述半导体主体的有效隔离的一个优势是金属扩散进入半导体衬底的风险大大减少。这种金属扩散的减少有利于太阳能电池的使用寿命。而且，由于这种减少，相当大数量的材料证明适用于电化学沉积工艺。铜，作为众所周知的和适合的导电材料，能迅速地扩散穿过硅衬底，破坏结，导致太阳能电池不正常工作。
此外，所述光学透明结构的表面，特别是本文中定义的通道，形成用于添加层沉积的适当框架。这种添加层包括阻挡层、进一步的电镀基，以及粘附层。合适的阻隔材料为镍、氮化钛、氮化钽等。合适的电镀基为导电材料，优选地，其通过电镀、印刷或涂膜沉积。合适的材料也可包括导电聚合物材料，比如聚乙烯-3,4-噻吩在聚苯乙烯磺酸中的水分散液（PEDOT/PSA）。所提供的图案化光学透明结构可由图案化沉积工艺呈现，例如，采用喷墨印刷或丝网印刷，或者可选择地，由涂膜工艺呈现规定的结构，随后图案化所述所提供的结构。应当理解的是，不能排除结合，即，例如，随后通过附加的图案化步骤完成的印刷过程中提供的结构用于任何开口的侧壁的微调或形状改进。
所述光学透明结构中的开口的限定通过局部加热实现，例如，利用波束形状源，比如激光源，或与热表面接触。所述局部加热导致材料的局部蒸发，然而不能排除其他机理（比如引发与不稳定性反应产物反应）。随后可对所述开口进行去除、溶解和/或清除步骤。可选地，可使用包含光引发剂的材料，从而在没有局部加热下图案化所述光学透明结构。然而，这种具有光引发剂的光学透明材料相对昂贵，并且由于紫外光降解，可能减少太阳能电池板的使用寿命。
另一种沉积工艺可用于所述导体的形成，而不是使用电化学沉积，该电化学沉积用于接触结构的限定和提供差不多平行衬底表面走向的导体，即，作为各个接触结构的互连。例如，可以在限定在光学透明结构中的任何通道中使用印刷工艺。如果需要，任何印刷的导体可通过任何随后的电沉积工艺加强。
在一个适当的实施例中，所述太阳能电池装置具有纹理，这种纹理用于增加进入到所述半导体主体的光的连接。本发明的方法非常适合于用在所述太阳能电池装置的第一、前面。首先，尤其在使用束形辐射的实施例中，可能在光学透明结构中创建适当的孔和空腔，尽管至少部分在纹理化衬底表面上倾斜取向。其次，其余的光学透明结构不需要去除；第三，不需要提供额外的支撑层，例如，需要去除但是去除后可能引起光传输的不同的掩膜，例如，由于残留物所产生的结果，容易附着气溶胶和/或其他大气颗粒物。
在这种纹理化的第一面情况下，有利地，沉积所述光学透明结构使得其大体上平面化所述第一面。于是，所述光学透明结构可以为薄的易碎的半导体衬底的支撑结构，甚至可用于随后的第二、背面加工期间的载体。
在本方法的另一个步骤中，导体装置可以提供为接触结构和太阳能电池的至少一个端子电连接。这种导体装置可在所述第一面上延伸，例如，在光学透明结构的通道中，尤其在第一面的第二层上延伸。
根据本发明的另一方面，提供了在本发明的方法中使用的制造设备。这种制造设备包括：
涂覆装置，该涂覆装置用于采用电绝缘透明材料至少涂覆半导体衬底的第一面；
加热装置，该加热装置用于固化所述绝缘材料，形成光学透明结构；
卡盘，该卡盘用于支撑所述半导体衬底的第二面；
辐射源，该辐射源用于局部照射所述光学透明结构，在所述光学透明结构中形成至少一个孔；
电化学沉积装置，该电化学沉积装置用于在所述孔中的导电材料的沉积。
将理解的是，所讨论的与本发明的一个方面有关的特征也适用于本发明的另一个方面。
附图说明
将参考附图进一步阐述本发明的这些和其他方面，其中：
图1-4展示了本发明的方法的一个实施例的连续步骤的剖视图；
图5展示了本发明第二实施例的剖视图；
图6展示了本发明第三实施例的剖视图。
具体实施方式
附图并不是按比例绘制，仅用来说明。在不同附图中的相同参考数字表示相似或相同部件。详细地，附图中所示的半导体主体10仅示出前面所示的单个金属接触结构20。然而，实际上，多种金属接触结构可应用于主体10中的相应接触区域。观察到，术语前面用于第一面11，这样第一面、前面11能区别于第二面、背面12。半导体主体10也称为半导体衬底或衬底。然而，术语“主体”覆盖所有实施例，其中，衬底不包含半导体材料，或其中，在所述半导体衬底上设有额外的半导体层。术语太阳能电池装置或半成品太阳能电池装置指的是层或层的堆栈，共同负责将光转换为电能。典型地，该装置为二极管装置，例如，p-i-n型光电二极管，或p-n光电二极管，或堆叠的光电二极管。这是典型的所谓前端处理的结果，先于对导体图案的后端定义。太阳能电池装置也还称为薄膜装置，其中，半导体主体在绝缘衬底上。然而，优选地，装置具有半导体衬底。
图1-4表示本发明的方法的一个实施例的连续步骤的剖视图。这个实施例的半导体衬底10为多晶硅衬底。虽然硅衬底构成制造成本和质量之间最有效的折中，不排除使用可选的其他衬底。这种可选的衬底可以是其他硅衬底，如单晶p或n型、类单晶（也称为伪单晶）或薄膜衬底，例如，由III-V材料制成，技术人员所熟知的是可能包括一层或不同材料的多层。半导体沉积掺杂有第一导电类型掺杂剂，在本实施例中，掺杂剂为p型。
图1表示了具有第一面11和第二面12的半导体衬底10。典型地，在掺杂工艺之前，第一面11和可供选择的第二面12已经纹理化。第一面11在使用过程中接收辐射。第二面12用于装配到载体。衬底10的第一面11上有第一接触区域13，更确切地说，第一接触区域13为扩散区域。在本实施例中，第一接触区域13大体上沿着第一面11上的整个衬底表面延伸。然而，这是不是必需的。可选择的构造，比如具有选择性发射极的构造，对技术人员来说是已知的。包含氮化硅的钝化层16在第一面11上，其通过技术人员已知的化学气相沉积（CVD）沉积。不排除可选择的其他材料。暴露的第一接触区域13和钝化层16之间也可有其他层。钝化层16通常也作为抗反射涂层。
在一个适当的实施例中，具有与钝化层16相同的材料的层，合适地，氮化硅层，也存在于衬底的第二面12上。参考图2所示，如果光学透明结构均在第一面11和第二面12上延伸，那么这利于粘附。然而，这种延伸认为不是必需的。
根据本发明的一个实施例，第一接触区域13为n+掺杂区域。在第二、背面12上形成第二接触区域15。例如，通过铝层的沉积，例如通过丝网印刷，随后烧结（烧制）作为硅的掺杂剂的铝，形成第二接触区域15。这种第二接触区域15的形成认为是有利，以便在最大的表面区域与衬底10很好地接触，尤其对其中形成的表面电场很有利。然而，需要理解的是，可选择的构造和选择接触背面12都是可能的。
图2展示了加工过程中第二阶段之后的半导体衬底10。在这里，具有电绝缘材料的部分22a、22b、22c的光学透明结构22应用在衬底10上。在所示的实施例中，这种光学透明结构在纹理化的第一面11（22a部分）上。并且，光学透明结构22a-c还围绕着衬底侧边缘14（22c部分）延伸至衬底10的第二面12（22b部分）。
光学透明结构22通过任何适当的技术沉积，例如，旋涂、流动、喷涂、丝网印刷、喷墨或通过浸渍在溶液中，和/或通过成型操作。它可以为单层，也可以为多层。涂覆和浸渍技术有优势，因为即使衬底10的第一面11未铺设在衬底台（即卡盘）上，也可覆盖衬底10。在光学透明结构22沉积后，为了稳定，进行固化，并形成小于50微米的厚度。
在第一实施例中，光学透明结构沉积的厚度为1微米和30微米之间，优选地，在1-20微米之间。这样的厚度适合延伸到任何拓扑表面之外，例如，作为纹理化的结果。其后，导体应用在光学透明结构中限定的空间中。
在可选的实施例中，光学透明结构的厚度可在小于100纳米的范围内，比如小于50纳米或更优选地小于20纳米，例如，1到10纳米。薄的光学透明结构的使用尤其适于防止背景电镀。这种结构使用图案化光束，比如激光光束，例如，紫外光范围的波长，通过加热进行图案化。
在另一个实施例中，光学透明结构包括纳米范围内厚度的层和微米范围内的进一步层或层的堆栈。两个层结合的优势是具有纳米范围厚度的第一层可以用于大体上覆盖和保护下面的表面，具有微米范围厚度的第二层为导体的限定提供指导。而且，第一层适合使用束形辐射进行图案化，而第二层更适合应用在印刷过程中。
如果该结构是一系列层的沉积，固化可以分别在每一层沉积之后进行或仅在最后进行，同时在每一单独层沉积后适当地进行干燥处理。使用单独的固化步骤减少衬底的热暴露，热暴露可导致应力。此外，聚合物可在固化过程中交联。单独固化步骤的使用使得连续应用层之间交联。
光学透明结构22a-c在第一面11和第二面12上都延展的优势是对薄的易碎的半导体衬底10起到封装的作用。这种两边封装不只防止裂缝和破裂的形成，还在两边上施加相似的应力，减少翘曲的风险。
较好地，光学透明结构包括第一主要材料。多种材料的使用导致更复杂的情况，光透明性的优化，粘结问题，还有加工阻化剂的稳定性。尽管如此，在通过不同工艺（比如涂覆和模塑，或涂覆和印刷）采用两层连续层的情况下，不同材料可能是必需的。这种材料适合地是聚合物材料。因此，需理解的是，不同的材料也可以是不同的复合材料，比如共聚物或另一种共聚物，具有不同分子量分布和/或不用分子量的材料，化学改进的材料或甚至为混合物而不是纯的聚合物。
合适的光学透明材料包括聚酰胺、聚酯、聚酰亚胺、聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、环氧、聚硅氧烷以及其他硅基聚合物。例如，一个合适的例子是富士胶片中的PI 115A Durimide™，例如，其为旋涂的，层厚为10 μπι。其他合适的材料是已知的，例如，来自半导体封装（透明的模塑化合物）、液晶显示器领域。
优选地，光学透明结构包括兼容材料。这种兼容材料最适合地为和下面的抗反射涂层接触的第一层。可以选择兼容材料作为增粘的底漆材料，比如VM652底漆，或者，兼容材料可以为具有高热膨胀系数的橡胶材料。如此，半导体衬底11的膨胀至少从光学透明结构22的膨胀部分解耦，从而固化后可能是刚性的和变硬。另外，兼容材料的重大膨胀导致光学透明结构将轻微地向上移动，从而防止应力产生，该应力也可在纹理化的第一面11上的凹处发生。本领域已知的兼容材料，例如为聚二甲基硅氧烷。
光学透明材料的高度在不同实施例中可以是不同的。在第一和最优选的实施例中，选择的高度是这样的，随后沉积的接触结构完全限制在光学透明结构中。在另一个实施例中，选择的高度是这样的，接触结构（和/或任何导体）金属叠层将部分地被电镀在透明层上。后者提供了独立于导体宽度的控制金属接触区域。
和太阳能电池接触区域的减少有利于增加没有电荷载子再结合的区域，电荷载子的再结合对电池效率有负面影响。然而，好的导体电阻要求较宽的宽度。需要知道的是，接触结构和导体之间的宽度的不同也可在两层的光学透明结构中实现。
另一个可选的实施例包括沉积一层而非常薄的光学透明结构。根据本实施例，该光学透明结构的厚度小于50nm，更优选地，在1和10nm之间。该结构的目的在于根本上填补下面的层中的任何缝隙和空隙，尤其地下面钝化层中的，比如氮化硅层。另一个目的是提供密封层，从而防止背景电镀。当已经存在非常好的绝缘层，仅需要额外层来预防背景电镀，这个实施例是有利的。此外，优选的非常薄的1到10纳米之间的厚度使得激光步骤可以在一个或多个连续步骤中局部消除光学透明结构和氮化硅层，合适地，其可在一个装置中进行，更合适地，在同步波长下。
图3表示在光学透明结构22图案化之后、处于第三阶段的半导体衬底10，从而形成孔30。尽管未示出，沿着第一面的通道也可同时形成。可以通过几种方式得到图案化。
一种合适的方式，为了图案化，构成光学透明结构的层中的至少一层存在丝网印刷或喷墨印刷材料，从而形成图案同时作为层应用。图案化的另一种方式是使用局部加热，尤其地，通过束形辐射，例如，带有光源的辐射，比如激光。在图3中仅示出一个孔30，但是需要知道的是，技术人员通常造出多个孔30。使用束形辐射的一个优点是很好限定能在透明材料中形成的通道。印刷层可能没有足够好限定的通道。光刻可能不能提供所需的低持有成本，通常考虑到额外的需求昂贵的光敏添加剂。此外，光学透明结构在太阳辐射下使用25年期间，光敏材料最可能不会保持稳定。束形辐射是合适的，因为其使得通道的最终形状有很好的控制，且能局部地移除透明材料，而不在半导体衬底上留下残留物。
合适地，在形成孔30后，图案化下面的钝化层16。
通过已知的方式进行图案化，例如，在相同的系统或选择的湿法化学蚀刻剂下，比如氢氟酸（HF），使用相同的激光或第二激光进行图案化。进一步进行清洁处理，例如，等离子处理（称为清除浮渣）来除去剩下的小残留物。
图4表示具有在合适材料沉积后得到的最终接触结构的太阳能电池。接触结构包括晶核层（未示出），阻挡层41，导体层42以及包覆层43。阻挡层包括一定厚度的镍，例如1-3微米。导体层42包括一定厚度的铜，例如，5-10微米。包覆层43包括锡，例如厚度为1-3微米。合金也可以使用而不是纯金属，且合金能在阻挡层41、导体层42和/或包覆层43之间的界面形成。
可以使用常规的沉积工艺，比如无电镀或化学气相沉积工艺，在孔30和/或其他区域中沉积晶核层。可用于在掺杂的硅区域上生长晶核层的无电镀工艺的一个例子包括在预处理工艺中，将衬底暴露在缓冲氧化物腐蚀（BOE）溶液中，在衬底上形成硅烷层，接着通过金属硅化物层的沉积，以及可选地第一金属层的沉积。硅烷层也称为端基为氢的硅表面。这里，金属硅化物层包含钴，镍，钨，它们的合金或它们的组合，可以通过将衬底在无电镀工艺期间暴露到沉积溶液中，沉积硅烷层。这种沉积溶液，例如，包含溶剂（例如，乙腈或丙二醇单甲醚）和络合的金属化合物，比如四羰基钴、环辛二烯镍或羰基钨。
在另一个实施例中，可通过在衬底的表面上喷墨、橡胶冲压，或其他用于金属的图案化沉积（即印刷）的技术，形成晶核层，金属包含液体或胶体介质。沉积包含液体或胶体介质在衬底的表面上后，一般要随后进行热后处理，来去除任何溶剂和提升金属和衬底表面的粘附。特别地，喷墨印刷的使用适于提供在孔30中的晶核层（或至少某些晶核的液滴），孔30在光学透明结构22中限定。
通常，晶核层可包含导电材料，比如纯金属，金属合金或其他导电材料。在一个实施例中，晶核层包含一种或多种金属，该金属选自镍（Ni）、钴（Co）、钛（Ti）、钽（Ta）、铼（Rh）、钼（Mo）、钨（W）、钯（Pd）、铂（Pt）以及钌（Ru）。理想的是，选择沉积工艺和金属，该金属在掺杂的硅区域（例如，n型区域13）和沉积的晶核层之间形成好的电接触或欧姆接触。
选择的阻挡层41作为在后续加工步骤期间金属扩散到随后形成的导体42中的阻挡。阻挡层41可以和晶核层相同，也可以和其不同。例如，阻挡层41可报刊一种或多种金属或金属合金，金属或金属合金选自镍（Ni）、钴（Co）、钛（Ti）、它们的硅化物、钨化钛（TiW）、氮化钛（TiN）、钽（Ta）、氮化钽（TaN）、钼（Mo）、钨（W）、硅化钨（WSi）、硅化钼（MoSi），以及钌（Ru）。阻挡层的形成可以通过在阻挡层沉积步骤之前提供活性金属比如钯（Pd）、铂（Pt）或金（Au）来增强。在一个实施例中，阻挡层41的厚度可以在0.1微米(μπι)和3μπι之间。阻挡层41适合采用电镀或无电镀沉积。气相沉积也是一个选择，其也能覆盖孔30的壁。
之后沉积导体层42，合适地通过电镀。最优选的材料为铜（Cu），但是可选择的包括铜合金，也不能排除银。导体层的厚度为3-30微米，例如，5-10微米。电镀通常以已知的方法在电解质溶液中进行。
界面层43恰当地设置在导体层42的上面，从而为任何进一步导电层的随后沉积提供恰当的界面，例如，为了界定越过光学透明材料走向或在光学透明材料中的通道中走向的导体。此外，界面层43为屏蔽，封装导体层来减少扩散。界面层43也可仅在中间步骤后应用，中间步骤已经执行用于形成该导体（未示出）。界面层43的合适材料例如为镍（Ni）、金（Au）、银（Ag）以及锡（Sn），此外，也可以形成金属间化合物（例如，合金）。
图5表示本发明的第二实施例，其中，光学透明结构22不只在衬底的第一面11上图案化，也在衬底10 的第二面12上。这有利于增强光进入太阳能电池的透光性，于此增加电池效率。然后，背面反射结构，比如白漆层，可以合适地应用在装配级上，即太阳能电池板，而不是直接在装置级上。
在一个实施例中，第二面12上的接触结构包括阻挡层61，导体层62和界面层63。用于第二面12上的接触结构的材料可以和第一面11上接触结构的材料相同或不同。在材料相同的情况下，两个接触结构同时沉积，但是这不是必要的。在材料不相同的情况下，孔的形成也分别进行。
此外，本实施方式允许特定类型太阳能电池的电镀，比如两面电池或异质结电池。在这些电池中，第二接触区域15为无定形的基本型和p型硅，以及导体比如铟锡氧化物或氧化锌的组合。第一接触区域为无定形的基本型和n型硅，以及导体比如铟锡氧化物的组合。
图6表示本发明第三实施例的剖视图。这里，所示的太阳能电池具有异质结背接触结构，也称为IBC型电池。IBC型电池包括和第二、背面12的异质结接触。另外，半导体衬底10具有第一区域81和第二区域82，第一区域81和第二区域82分别掺杂有第一和第二导电类型的电荷载子，即n+ 和p+ 或p+ 和 n+。对于技术人员来说，掺杂度是已知的。衬底10的第一面11上存在进一步接触区域13。根据IBC电池的设计，进一步接触区域13不和任何接触结构连接，或至少不提供大数目的接触结构。但是，接触结构应用在第二面的第一和第二接触区域81，82。
然而，图6仅表示第一面11上的钝化层16，如果第二面12上存在进一步钝化层，这是有利的。这种第二面钝化层，例如，为等离子体增强化学气相沉积型的氮化层。第一面钝化层16可包括等离子体增强化学气相沉积或低压化学气相沉积的氮化硅层。
示出的光学透明结构22用于封装太阳能电池装置，但是这不是必要的。根据发明人，光学透明结构仅在第二面12上延展已经足够。此外，虽然这里示出的光学透明结构22为单层，但是，它可以为多层结构22，其中，第一层为用于第二面12上任何钝化层的封装材料。接着，第二层的结构确定导体沉积的空间。第二层不需要是连续的，但是，可以具有突出壁的形式。在第一层中形成的任何空间的表面积可以小于第二层中的任何空间的表面积。在本实施例中，示出了位于接触区域81，82上的第三层导体。这里，界面层63有效地限定用于连接到载体上的接触的端子，或用于连接到进一步半导体装置的端子。阻挡层61和导体层62用于将接触区域连接到界面层63，界面层63作为端子。
从剖视图看，阻挡层61具有与导电层62和界面层63一样的直径，这不是一定的情况。相反地，使用具有第一层和第二层的光学透明结构22，从而阻挡层61的直径相对导电层62的直径和/或界面层的直径减少了。这种阻挡层61的直径的减少是由于光学透明结构的相应层的孔的之间的减少。它的一个优点是接触区域81，82的尺寸也可以减少。接触区域81，82的尺寸有效地和阻挡层61的尺寸连接，因为接触区域在光学透明结构的第一层的下面延伸。接触区域81,82的尺寸的减少是有利的，因为它将导致更少的再结合和更高的电池效率。
虽然本剖视图可能建议接触区域81，82的形状大体上相当于导体62的形状，但是这不是必然的情况。
当然，接触区域81，82可以是面，例如圆的或正方形的，而导体62可沿着第二面12延伸，以便具有指状形状。
在本实施例中，光学透明结构应用在两个面上，优选地，在最终产品中的两个面上都存在这种结构，即在那个表面上提供接触结构后去除该结构是不能预见的。
可选地，并不排除至少部分去除光学透明结构。这可能是合适的，以得到导体材料的密封，来提高装配期间封装剂对太阳能电池的粘附，和/或提高接触结构对任何导电装置的粘附，比如导电胶或焊接组件。
这种光学透明结构22的至少部分去除的一个实施方式存在于光学透明结构22的上层的去除。例如，这种去除可以在提供接触结构和/或任何导体后进行。第一个优点是接着界面层43能尽可能多得围绕接触结构。第二个优点是可以去除光学透明结构22上的任何有形损耗。例如这种有形损耗由在第二面12加工期间在太阳能电池第一面11的光学透明结构22上放倒该太阳能电池引起。
上层的这种去除通过在该上层下面提供牺牲层变得简单。例如，一种合适的牺牲层为紫外感光胶。
这种光学透明结构的至少部分区域的可选择的或添加的实施方式存在于进行第二图案化步骤中。最合适地，在导电层42确定后进行，尤其地，在界面层43沉积之前。最合适进行这种第二图案化步骤来暴露导体层42的侧面。接着，随后可以在接触结构中的导电层42的上面和侧面沉积界面层43，从而封装导电层42。尤其，这种图案化可以在接触结构周围进行，从而去除光学透明结构的环形的或大体上环形的部分。最有利地，该去除工艺通过使用束形局部加热来进行，尤其通过激光源。这种第二图案化步骤的其他方法是可以想象的，例如借助于牺牲层。
附图标记说明
10半导体衬底
11半导体衬底的第一面，也是光照射的前面
12半导体衬底的第二面，也是太阳能电池的背面
13第一接触区域
14电池的衬底侧或边缘
15衬底的第二面上的第二接触区域
16钝化层
22光学透明结构
22a第一面11上的光学透明结构的部分
22b第二面12上的光学透明结构的部分
22c沿着边缘14的光学透明结构的部分
30光学透明结构22中的孔
41第一面11上的接触结构的阻挡层
42第一面11上的接触结构的导电层
43第一面11上的接触结构的界面层
61第二面12上的接触结构的阻挡层
62第二面12上的接触结构的导电层
63第二面12上的接触结构的界面层
81 IBC太阳能电池的第一接触区域，特别是，p+发射极区域
82 IBC太阳能电池的第二接触区域，特别是，n+基极区域

Claims (17)

1.一种太阳能电池的制造方法，所述太阳能电池包括具有光学透明结构的太阳能电池装置，通过该光学透明结构，一接触结构延伸至所述太阳能电池装置的半导体主体中的第一接触区域，所述方法包括步骤：
提供太阳能电池半成品装置，该太阳能半成品装置具有第一面和相对的第二面，所述第一面用于捕获入射光，所述第二面用于装载到载体，所述太阳能电池装置设有钝化层，该钝化层在所述第一面和所述第二面中的至少一个面上；
在所述钝化层之上、向所述第一面和所述第二面施加电绝缘的、可固化的聚合物材料的光学透明结构，以便构成封装，其中，所述光学透明结构的涂覆包括沉积第一层，所述第一层作为所述下面的钝化层的密封材料；
使所述光学透明结构的聚合物材料固化，使所述光学透明结构图案化以形成孔，并使所述光学透明结构作为所述太阳能电池装置的组成部分和对所述太阳能电池装置的保护；
在所述第一层沉积后使所述下面的钝化层图案化，以便露出所述第一接触区域；以及
通过电化学沉积，在所述孔中提供导电材料的所述接触结构，所述接触结构包括阻挡层、导体层以及界面层。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述光学透明结构和/或所述光学透明结构的第一层在沉积后均被图案化。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，通过局部加热所述光学透明结构，进行所述图案化。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，通过用光源进行照射，进行所述局部加热。
5.根据权利要求3或4所述的方法，其特征在于，使用单个装置使所述钝化层和所述第一层图案化。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，采用不同的波长使所述第一层和所述钝化层连续图案化。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述光学透明结构的应用还包括沉积具有微米范围厚度的第二层。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，使所述第二层以不同于所述第一层的图案进行图案化。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括提供导体装置，所述导体装置将所述接触结构电连接到所述太阳能电池的至少一个端子和/或所述太阳能电池的进一步的接触件，提供所述导体装置包括形成电导体，所述电导体越过所述光学透明结构走向或在所述光学透明结构中的通道中走向，所述电导体连接到所述接触结构。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述电导体从所述太阳能电池装置的第一面延伸至所述太阳能电池装置的第二面。
11.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述光学透明结构包括用于增强光传播的添加剂。
12.一种太阳能电池，所述太阳能电池包括太阳能电池装置，所述太阳能电池装置设有具有第一接触区域的半导体主体和位于所述半导体主体上的钝化层，所述太阳能电池装置具有第一面和相对的第二面，所述第一面用于捕获入射光，所述第二面用于装配到载体，其特征在于，所述太阳能电池还包括：
绝缘的、可固化聚合物材料的图案化的光学透明结构，所述光学透明结构至少存在于所述太阳能电池装置的所述第一面上的所述钝化层上，其中，所述光学透明结构的第一层构成所述钝化层的密封材料，所述光学透明结构构成封装，并且所述光学透明结构在所述太阳能电池装置的所述第一面和所述第二面上延伸；
接触结构，所述接触结构连接到所述第一接触区域，所述接触结构包括阻挡层、导体层以及界面层，所述接触结构延伸穿过所述图案化的光学透明结构并穿过所述钝化层，并且电化学地被沉积。
13.根据权利要求12所述的太阳能电池，其特征在于，所述太阳能电池还包括第一端子，所述第一端子通过导体装置连接到所述接触结构，所述导体装置包括导体，所述导体越过所述光学透明结构走向或在所述光学透明结构中的通道中走向，所述光学透明结构在所述太阳能电池装置的所述第一面上。
14.根据权利要求12所述的太阳能电池，其特征在于，所述太阳能电池还包括在所述太阳能电池装置的所述第二面的进一步的接触件，所述进一步的接触件通过导体装置连接到所述接触结构，所述导体装置包括导体，所述导体越过所述光学透明结构走向或在所述光学透明结构中的通道中走向，所述光学透明结构在所述太阳能电池装置的所述第一面上，且所述导体延伸至所述太阳能电池装置的所述第二面。
15.根据权利要求12所述的太阳能电池，其特征在于，所述半导体主体包括至少一个无定形的半导体层，以便限定两面电池类型或HIT电池型的太阳能电池。
16.根据权利要求12所述的太阳能电池，其特征在于，所述太阳能电池装置为指叉背接触或异质结背接触型太阳能电池装置，所述太阳能电池装置包括在所述第二面上的指叉第一端子和指叉第二端，所述第一端子连接到所述半导体主体中的第一接触区域，所述第一接触区域掺杂有第一导电类型电荷载子，所述第二端连接到所述半导体中的第二接触区域，所述第二接触区域掺杂有具有与所述第一导电类型相反的第二导电类型的电荷载子。
17.根据权利要求12所述的太阳能电池，其特征在于，所述太阳能电池装置为薄膜型太阳能电池装置。
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