CN105210199A - 用于制造太阳能电池的选择性发射极结构的方法和设备、太阳能电池 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于在太阳能电池(1)的使用侧(3)上构成选择性发射极结构(8)的方法，其中，所述发射极结构(8)具有掺杂的发射极层(4)和多个设置在所述发射极层(4)上的接触元件(5)，特别是接触指，并且其中，所述发射极层(4)在所述接触元件(5)下方的区域中具有比在所述接触元件(5)之间的区域中更高的掺杂。该方法包括以下步骤：a)提供具有被整体掺杂的发射极层(4)的太阳能电池(1)，b)在所述发射极层(4)上构成接触元件(5)，和c)通过对所述太阳能电池(1)的整个使用侧(3)的刻蚀加工，降低所述发射极层(4)在所述接触元件(5)之间的区域中的掺杂。本发明还涉及一种设备以及一种太阳能电池。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于在太阳能电池使用侧上构成选择性发射极结构的方法，在此，发射极结构具有掺杂的发射极层和设置在发射极层上的多个接触元件，特别是接触指(Kontaktfinger)，并且发射极层在位于接触下方的区域中具有比位于接触之间的区域中更高的掺杂。
此外，本发明还涉及一种用于实施这种方法的设备以及一种相应的太阳能电池。
背景技术
上述类型的方法和装置在现有技术中是公知的。为了利用太阳能电池所收集的能量，公知的是在太阳能电池的使用侧上设置选择性发射极结构。该选择性发射极结构通常表现为例如掺杂有磷的发射极层，在此，这种掺杂的水平或者说程度是不同的。发射极层在设置于使用侧的、特别是含银的接触元件(例如所谓的接触指)的区域中具有比位于接触指之间的区域中更高的掺杂，从而能够通过接触有效地获取太阳辐射效应所产生的能量。这种类型的结构的组成原则上是公知的。
一般地，为了制造这种类型的发射极结构，公知的还有多种方法：在所谓的施密德工艺(Schmid-Prozess)中，利用刻蚀掩膜在施加接触之前对发射极层进行局部刻蚀，从而能够在施加接触之前有针对性地降低掺杂。公知的还有：将刻蚀膏涂在以后的接触之间的区域中，或在以后接触的区域中通过例如激光射线在发射极层中设置较高的掺杂。
但是，这些已知技术的共同之处在于它们都需要一个校准步骤，在该校准步骤中必须关于构成接触对掺杂过程进行校准，以便在以后设置接触元件时能够使接触元件位于所期望的、具有较高掺杂的发射极层的区域上。这种校准也会导致发生错误校准或使太阳能电池片或晶片意外转动90°的风险。在这两种情况下均会导致太阳能电池的效率损失，而这是应当避免的。为了保持容错率，往往将高掺杂的区域构造为明显地宽于实际的接触元件，以避免缺陷，在此，这种过大尺寸浪费了太阳能电池的效率潜能。
发明内容
因此，本发明的目的在于提出一种方法、一种设备以及一种太阳能电池，其能够简单、廉价地提高选择性发射极结构的效率，并使具有高掺杂的区域相对于接触元件获得更好的校准。
本发明的目的通过具有如权利要求1所述特征的方法来实现。根据本发明的方法的优点在于：不是相对于具有高掺杂的区域对接触元件进行校准，而是使选择性发射极结构进行自我校准。由此，一方面省略了校准步骤，另一方面能够确保具有高掺杂的区域相比于接触元件不具有过大的尺寸，从而尽可能地充分利用太阳能电池的效率。为此，根据本发明，首先在第一步骤a)中提供特别是由晶体硅制成的太阳能电池或构成随后的太阳能电池的晶片，其具有整体上特别是均匀的且优选高掺杂的发射极层。即，发射极层整体上或在其整个向外的延伸段上被高度掺杂，从而使发射极层到处具有均匀的(高)掺杂。优选发射极层沿整个晶片延伸。在随后的步骤b)中，在发射极层上设置接触元件。为此，例如有针对性地在太阳能电池的使用侧上或者说在发射极层上以所要求的接触元件的形式涂覆银膏。优选将接触元件构造为接触指，其彼此平行地在太阳能电池上延伸。随后在步骤c)中，通过对太阳能电池的整个使用侧的刻蚀加工来降低位于接触元件之间区域中的发射极层的掺杂。也就是说在步骤c)中，太阳能电池的整个使用侧包括已经位于使用侧上的接触元件均受到刻蚀加工。在此，接触元件自身也暴露于刻蚀进程中。但是由于接触元件被放置在发射极层上，因此刻蚀加工仅作用于接触元件上以及位于接触元件之间的发射极层上。由此降低了接触元件之间的区域中的掺杂，而位于接触元件下方的掺杂则保持不变。因此，接触元件自身构成了用于发射极层的刻蚀掩膜。
优选刻蚀以湿化学的方式进行。替代地，优选通过等离子体作用或刻蚀气体实现刻蚀。这样的刻蚀工艺通常是已知的，因此不需要进行详细讨论。根据本发明，重要的是在将接触元件设置在发射极层上之后才执行的刻蚀过程。
在本发明的一种优选的扩展方案中，根据所期望的对发射极层中的掺杂的降低来选择特别是接触元件的高度。由此可以确保：即使对于刻蚀过程而言，仍然能有足够的接触元件的材料，以便最优化地获取所产生的能量。
根据本发明的一种优选的扩展方案，在步骤c)之后的步骤d)中，至少为太阳能电池的使用侧配设氮化层。该氮化层用作抗反射层，用于将尽可能高比例的太阳能引入太阳能电池或晶片和发射极层中。
优选在步骤d)中通过氮化物沉积来产生氮化层。特别是将氮化层沉积为大约70至100nm。该氮化层也覆盖接触元件。
根据本发明的一种优选的扩展方案，在步骤d)之后的步骤e)中设置至少一个汇流排，为了使接触元件中的至少几个接触元件彼此电连接，汇流排被放置在这几个接触元件上。由各个接触元件吸收的能量通过汇流排(也被称为母线)被收集并输送至用于提供能量的接口。如果是在步骤c)之后直接进行至少一个汇流排的设置，可以确保在汇流排和接触元件之间实现可靠的电接触。但是，如果汇流排的设置是在步骤d)之后进行，则这种电接触会受到之前所涂覆或沉积的氮化层的影响。
因此优选为了汇流排与所述几个接触元件的电连接，将具有发射极结构的整个太阳能电池加热、特别是烧结至所谓的烧透。由此产生的高温将确保汇流排燃烧穿过氮化层并到达接触元件，从而保证可靠的电连接。
根据本发明的一种优选的扩展方案，在步骤b)中接触元件的构成是通过丝网印刷法来实现的。特别将丝网印刷法设计为，在该工艺中施涂如前所述的银膏。优选在印刷(Drucken)接触元件或接触指之后对所述银膏实施干燥并在需要时进行烧灼。随后、即仍然在步骤c)之前，优选执行接触元件的烧结步骤以强化其结构。但是烧结步骤也可以在以后进行。在这种情况下，优选在前述的烧透过程中执行烧结步骤。优选接触元件或接触指的高度大约为10μm，而优选将发射极刻蚀深度设计为50至100nm。
特别优选在步骤a)中向太阳能电池或晶片的发射极层掺杂入磷或硼。当然也可以考虑为发射极层配设其他的掺杂，或者将发射极层构造为适用于太阳能电池。在此，本领域技术人员可以针对所期望的应用领域选择合适的掺杂。
本发明的目的还通过一种具有如权利要求10所述特征的设备来实现。该设备能够获得以上所述的优点。在此，该设备具有用于在太阳能电池的发射极层上构成接触元件的印刷装置(Druckvorrichtung)以及用于降低发射极层中的掺杂的刻蚀装置。根据本发明，印刷装置被串接在刻蚀装置之前，从而通过对位于接触元件之间的区域中的太阳能电池的整个使用侧的刻蚀加工，使配置有接触元件的太阳能电池遭受发射极层中的掺杂的降低。由此获得前述的优点。
本发明的目的又通过一种具有如权利要求11所述特征的太阳能电池来实现。该太阳能电池的特征在于：为了降低位于接触元件之间的区域中的掺杂，至少对整个使用侧包括位于其上的接触元件进行刻蚀。基于在接触元件的外侧上的刻蚀效应，接触元件在此后也被看作是用于产生选择性发射极结构的刻蚀掩膜。由此可以获得前述的关于高掺杂区域相对于接触元件进行自动校准的优点。
特别优选为具有接触元件的太阳能电池的使用侧配置氮化层。优选将该氮化层构造为氮化硅层并用作抗反射层，其使得之后入射到太阳能电池上的阳关光线具有较高的能量输出。由于氮化层只有在设置接触元件之后才被施加，因此在接触元件上也存在氮化层，使得接触元件在最初难以被电接触。因此，优选在至少几个接触元件上设置所谓的汇流排，用于使这几个接触元件彼此电连接。为了构成针对汇流排的电接触，汇流排被如前所述地烧灼穿过氮化层。当然，替代地也可以考虑：在设置汇流排之前局部地去除接触元件上的氮化层来代替烧穿。
附图说明
下面参照附图对本发明作详细说明。为此，
图1示出了用于制造选择性发射极结构的方法的流程图，和
图2示出了根据该方法制造的太阳能电池的简化截面图。
具体实施方式
图1示出了用于制造太阳能电池的选择性发射极结构的方法的流程图。在步骤S1中从已制备好的晶体硅晶片开始，这种硅晶片是成品太阳能电池的基础。晶片具有使用侧和背侧，在此，可以现有技术中公知的方式和方法(例如构成全表面的金属接触)来实现对背侧的加工。在此所提出的方法仅涉及对使用侧的优选的制造方案和设计方案。
在第二步骤S2中，优选通过将晶片置于含磷-氧的环境中，以在晶片上生成发射极层，其中，磷扩散至晶片中并由此生成掺杂的发射极层。在此可以根据需要在晶片的表面上生成磷玻璃(Phosphorglas)。这种扩散通常这样进行：使晶片完全地，也就是在所有侧面上均配置有掺杂的发射极层。在此优选将晶片处理为，使发射极层具有期望的高掺杂，这种高掺杂在以后应当位于太阳能电池的接触元件的下方。
在随后的步骤S3中，优选对晶片的背侧实施湿化学法处理、特别是刻蚀，以去除在背侧形成的发射极层，由此避免在太阳能电池中发生短路。随后根据需要，优选将晶片或太阳能电池的使用侧上的磷玻璃也通过化学处理来去除。
在步骤S4中，在太阳能电池的使用侧上设置多个接触指形式的接触元件，优选这些接触元件彼此平行地沿整个太阳能电池延伸。接触指由此位于高掺杂的发射极层上。优选接触指的宽度为50至90μm，特别是70μm。此外，特别优选接触指的厚度或高度为8至12μm，特别是10μm。
然后在步骤S5中，使晶片或太阳能电池的整个使用侧在步骤S6中受到刻蚀加工。在此，通过湿化学法刻蚀、等离子刻蚀或借助刻蚀气体来降低刻蚀介质所到达发射极层之处的发射极层的掺杂。在此，接触指在发射极层上起到刻蚀掩膜的作用，从而仅在接触指之间的区域中降低了发射极层的掺杂，而在接触指下方则保持高掺杂。在此，优选刻蚀进程在发射极层中达到50至100nm的刻蚀深度。
随后，在步骤S7中为使用侧配置氮化层，这适宜地通过氮化物沉积来实现。在此，接触指也被氮化层覆盖。氮化层的厚度例如可以达到70至100nm。
随后在步骤S9中设置一个或多个汇流排，汇流排被放置在接触指上，以使接触指彼此电连接。有鉴于在它们之间存在氮化层，因此不能可靠地保证接触指和汇流排之间的电接触。
因此在最后的步骤S9中，对太阳能电池进行整体加热、特别是烧结，以便通过高温实现所谓的烧透，其中，汇流排烧穿氮化层并到达接触指，由此构成并确保了与接触指的电接触。
所提出的这种方法的优点在于：接触指本身被用作刻蚀掩膜，并取消了生成发射极层的高掺杂区域和低掺杂区域和设置接触指之间的校准。由此简化了制造工艺并排除了错误来源，同时使太阳能电池的效率得到了最优化的利用。特别是将因此不再由于容错率的原因而必须设计过大尺寸的高掺杂区域。适宜地将刻蚀期间的过程控制选择为，使接触指仅被最小程度地刻蚀，并且刻蚀深度对于发射极层或对于发射极是足够的。对于刻蚀，例如可以采用具有卤族气体混合的等离子激发。例如，NF3-Ar混合物确保了不会在接触指上留下不挥发的刻蚀残余物。此外，可以在刻蚀步骤中采用刻蚀硅的气体，例如CIF3，而不需要等离子作用。根据过程控制，不挥发的银氧化物可以保留在接触指表面上，或者也可以原地去除。
图2示出了根据前述方法制造的太阳能电池1。太阳能电池1具有晶体硅晶片2，在该硅晶片的使用侧3上构造有发射极层4。在发射极层上，在使用侧3上设有多个接触指形式的接触元件5，这些接触元件彼此平行地在晶片2或太阳能电池1上延伸。此外，太阳能电池1在所示出的截面图中具有汇流排6，该汇流排位于其中几个接触元件5上，用于使其彼此电连接。当然也可以设置多个汇流排6。
发射极层4如前所述地配设有掺杂、特别是磷掺杂，发射极层在接触元件5下方的区域中具有较高的掺杂，在接触元件5之间的区域中具有较低的掺杂，如图2中以点状示意性示出的。优选该掺杂是磷掺杂或硼掺杂。通过在将接触元件5施加在发射极层4上之后对使用侧1进行刻蚀加工，使得发射极层4在接触元件5之间的区域中的掺杂如前所述地被降低。
此外，太阳能电池1还具有氮化层7，该氮化层在整个使用侧3包括位于其上的接触元件上延伸。由于汇流排6如前所述地烧穿氮化层7，以构成相对于接触元件5的电接触，因此汇流排直接位于接触元件5上。发射极层4、接触元件5和汇流排6一起构成太阳能电池1的选择性发射极结构8。
这种有利的发射极结构8具有特别高的效率，因为具有高掺杂的区域与接触元件5精确地对齐，并且其宽度与接触元件5的宽度精确地匹配。
Claims (12)
1.一种用于在太阳能电池(1)的使用侧(3)上构成选择性发射极结构(8)的方法，其中，所述发射极结构(8)具有掺杂的发射极层(4)和多个设置在所述发射极层(4)上的接触元件(5)，特别是接触指，并且其中，所述发射极层(4)在所述接触元件(5)下方的区域中具有比在所述接触元件(5)之间的区域中更高的掺杂，其特征在于以下步骤：
a)提供具有被整体掺杂的发射极层(4)的太阳能电池(1)，
b)在所述发射极层(4)上构成接触元件(5)，和
c)通过对所述太阳能电池(1)的整个使用侧(3)的刻蚀加工，降低所述发射极层(4)在所述接触元件(5)之间的区域中的掺杂。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述刻蚀通过湿化学法、等离子作用或刻蚀气体来实现。
3.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，根据期望的对所述发射极层(4)中的掺杂的降低来选择特别是所述接触元件(5)的高度。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在所述步骤c)之后的步骤d)中，至少为所述太阳能电池(1)的使用侧(3)配置氮化层(7)。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在步骤d)中，所述氮化层(7)通过氮化物沉积来生成。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在所述步骤d)或步骤c)之后的步骤e)中，设置至少一个汇流排(6)，所述汇流排被放置在至少几个接触元件(5)上，以使所述几个接触元件(5)彼此电连接。
7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，为了使所述汇流排(6)与所述几个接触元件(5)电连接，具有所述发射极结构的所述太阳能电池(1)被加热、特别是烧结至烧透。
8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在所述步骤b)中，所述接触元件(5)的构成通过丝网印刷法来实现。
9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述发射极层(4)被掺杂磷或硼。
10.一种用于在太阳能电池(1)的使用侧(3)上构成选择性发射极结构(8)的设备，其中，所述发射极结构(8)具有掺杂的发射极层(4)和多个设置在所述发射极层(4)上的接触元件(5)，特别是接触指，并且其中，所述发射极层(4)在所述接触元件(5)下方的区域中具有比在所述接触元件(5)之间的区域中更高的掺杂，其中，所述设备具有用于构成所述接触元件(5)的印刷装置和用于至少局部地降低所述发射极层(4)中的掺杂的刻蚀装置，其特征在于，为了执行如权利要求1至9中的一项或多项所述的方法，所述印刷装置被串接在所述刻蚀装置之前。
11.一种太阳能电池(1)，具有位于所述太阳能电池(1)的使用侧(3)上的选择性发射极结构(8)，特别是通过如权利要求1至9中任一项所述的方法或通过如权利要求10所述的装置制造，其中，所述发射极结构(8)具有掺杂的发射极层(4)和多个设置在所述发射极层(4)上的接触元件(5)，特别是接触指，并且其中，所述发射极层(4)在所述接触元件(5)下方的区域中具有比在所述接触元件(5)之间的区域中更高的掺杂，其特征在于，所述太阳能电池(1)的整个使用侧(3)至少为了降低位于所述接触元件(5)之间的区域中的掺杂而被刻蚀。
12.根据权利要求11所述的太阳能电池(1)，其特征在于，为具有所述接触元件(5)的所述太阳能电池(1)的使用侧(3)配设氮化层(7)。
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