CN107258021B - 用于基于箔的太阳能电池金属化的激光挡板层 - Google Patents

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Abstract

本发明描述了基于箔的太阳能电池金属化的方法以及所得太阳能电池。例如，制造太阳能电池的方法涉及在基板中或基板上方形成多个交替的N型半导体区域和P型半导体区域。所述方法还涉及在所述交替的N型半导体区域和P型半导体区域的相邻者之间形成糊剂。所述方法还涉及固化所述糊剂以形成与所述交替的N型半导体区域和P型半导体区域之间的位置对齐的非导电材料区域。所述方法还涉及将金属箔粘附至所述交替的N型半导体区域和P型半导体区域。所述方法还涉及激光烧蚀穿过与所述交替的N型半导体区域和P型半导体区域之间的所述位置对齐的所述金属箔，以隔离与所述交替的N型半导体区域和P型半导体区域对齐的剩余金属箔的区域。在所述激光烧蚀期间，所述非导电材料区域用作激光挡板。

Description

用于基于箔的太阳能电池金属化的激光挡板层
技术领域
本公开的实施例涉及可再生能源领域，具体地讲，包括基于箔的太阳能电池金属化的方法以及所得太阳能电池。
背景技术
光伏电池(常被称为太阳能电池)是熟知的用于将太阳辐射直接转换为电能的装置。一般来讲，使用半导体加工技术在基板的表面附近形成p-n结，从而在半导体晶片或基板上制造太阳能电池。照射在基板表面上并进入基板内的太阳辐射在基板块体中形成电子和空穴对。电子和空穴对迁移至基板中的p掺杂区域和n掺杂区域，从而在掺杂区域之间产生电压差。将掺杂区连接至太阳能电池上的导电区，以将电流从电池引导至与其耦接的外部电路。
效率是太阳能电池的重要特性，因其直接与太阳能电池发电能力有关。同样，制备太阳能电池的效率直接与此类太阳能电池的成本效益有关。因此，提高太阳能电池效率的技术或提高制造太阳能电池效率的技术是普遍所需的。本公开的一些实施例允许通过提供制造太阳能电池结构的新工艺而提高太阳能电池的制造效率。本公开的一些实施例允许通过提供新型太阳能电池结构来提高太阳能电池效率。
附图说明
图1A至图1F示出了根据本公开的一个实施例采用基于箔的金属化的太阳能电池制造中各个阶段的剖视图，其中：
图1A示出了太阳能电池制造中在形成交替的N型半导体区域和P型半导体区域(发射极区域)之后的一个阶段，所述发射极区域在太阳能电池基板背表面的一部分上方形成；
图1B示出了在交替的N型半导体区域和P型半导体区域的相邻者之间形成糊剂之后的图1A的结构；
图1C示出了在固化糊剂以形成与交替的N型半导体区域和P型半导体区域之间的位置对齐的非导电材料区域之后的图1B的结构；
图1D示出了在任选地形成多个金属晶种材料区域以在交替的N型半导体区域和P型半导体区域中每一者上提供金属晶种材料区域的图1C的结构；
图1E示出了在将金属箔粘附至交替的N型半导体区域和P型半导体区域之后的图1D的结构；以及
图1F示出了在激光烧蚀穿过与交替的N型半导体区域和P型半导体区域之间的位置对齐的金属箔以隔离与交替的N型半导体区域和P型半导体区域对齐的剩余金属箔的区域的图1E的结构。
图2为根据本公开的实施例的流程图，所述流程图列出与图1A-1F相对应的制造太阳能电池的方法中的操作。
图3示出了根据本公开的另一个实施例的另一个具有基于箔的金属化的太阳能电池的剖视图。
具体实施方式
以下具体实施方式本质上只是例证性的，并非意图限制所述主题的实施例或此类实施例的应用和用途。如本文所用，词语“示例性”意指“用作实例、例子或举例说明”。本文描述为示例性的任何实施未必理解为相比其他实施是优选的或有利的。此外，并不意图受前述技术领域、背景技术、发明内容或以下具体实施方式中提出的任何明示或暗示的理论的约束。
本说明书包括提及“一个实施例”或“实施例”。短语“在一个实施例中”或“在实施例中”的出现不一定是指同一实施例。特定的特征、结构或特性可以任何与本公开一致的合适方式加以组合。
术语。以下段落提供存在于本公开(包括所附权利要求书)中的术语的定义和/或语境：
“包括”。该术语是开放式的。如在所附权利要求书中所用，该术语并不排除其他结构或步骤。
“被配置为”。各个单元或部件可被描述或声明成“被配置为”执行一项或多项任务。在这样的语境下，“被配置为”用于通过指示该单元/部件包括在操作期间执行一项或多项那些任务的结构而暗示结构。因此，可以说是将单元/部件配置成即使当指定的单元/部件目前不在操作(例如，未开启/激活)时也可执行任务。详述某一单元/电路/部件“被配置为”执行一项或多项任务明确地意在对该单元/部件而言不援用35U.S.C.§112第六段。
“第一”、“第二”等。如本文所用的这些术语用作其之后的名词的标记，而并不暗示任何类型的顺序(例如，空间、时间和逻辑等)。例如，提及“第一”太阳能电池并不一定暗示该太阳能电池为某一序列中的第一个太阳能电池；相反，术语“第一”用于区分该太阳能电池与另一个太阳能电池(例如，“第二”太阳能电池)。
“耦接”—接能电池)。能电池与另一个太阳能电“耦接”在一起。如本文所用，除非另外明确指明，否则“耦接”意指一个元件/节点/特征直接或间接连接至另一个元件/节点/特征(或直接或间接与其连通)，并且不一定是机械连接。
此外，以下描述中还仅为了参考的目的使用了某些术语，因此这些术语并非意图进行限制。例如，诸如“上部”、“下部”、“上方”和“下方”之类的术语是指附图中提供参考的方向。诸如“正面”、“背面”、“后面”、“侧面”、“外侧”和“内侧”之类的术语描述部件的某些部分在一致但任意的参照系内的取向和/或位置，通过参考描述所讨论的部件的文字和相关的附图可以清楚地了解所述取向和/或位置。这样的术语可包括上面具体提及的词语、它们的衍生词语以及类似意义的词语。
“阻止”—止的术语描述部件的某些部分在一致但任意的参照系内的取向和/或位置，通过参考描述所讨论的部件的文字和相关的附图可以清楚地了解所述取向和/或位置。“阻止”还可以指减少或减小可能会发生的某种后果、表现和/或效应。因此，当组件、元件或特征被称为阻止结果或状态时，它不一定完全防止或消除该结果或状态。
本文描述了基于箔的太阳能电池金属化的方法以及所得太阳能电池。在下面的描述中，为了提供对本公开实施例的深入了解，示出了许多具体细节，例如具体的糊剂组合物和工艺流程操作。对本领域的技术人员将显而易见的是，可在没有这些具体细节的情况下实施本公开的实施例。在其他情况中，没有详细地描述熟知的制造技术，诸如平版印刷和图案化技术，以避免不必要地使本公开的实施例难以理解。此外，应当理解在图中示出的多种实施例是示例性的展示并且未必按比例绘制。
本文公开了制造太阳能电池的方法。在一个实施例中，制造太阳能电池的方法涉及在基板中或基板上方形成多个交替的N型半导体区域和P型半导体区域。该方法还涉及在交替的N型半导体区域和P型半导体区域的相邻者之间形成糊剂。该方法还涉及固化糊剂以形成与交替的N型半导体区域和P型半导体区域之间的位置对齐的非导电材料区域。该方法还涉及将金属箔粘附至所述交替的N型半导体区域和P型半导体区域。该方法还涉及激光烧蚀穿过与交替的N型半导体区域和P型半导体区域之间的位置对齐的金属箔，以隔离与交替的N型半导体区域和P型半导体区域对齐的剩余金属箔的区域。在激光烧蚀期间，非导电材料区域用作激光挡板。
本文还公开了太阳能电池。在一个实施例中，太阳能电池包括基板。多个交替的N型半导体区域和P型半导体区域设置在基板中或基板上方。多个非导电材料区域与交替的N型半导体区域和P型半导体区域之间的位置对齐。多个非导电材料区域包含粘结剂和不透明颜料，其中不透明颜料的量大于多个非导电材料区域的总重量组成的约50％。多个导电触点结构电连接到多个交替的N型半导体区域和P型半导体区域。每个导电触点结构包括设置在交替的N型半导体区域和P型半导体区域中对应一者上方并与之对齐的金属箔部分。
本文还公开了用于制造太阳能电池的糊剂和糊剂制剂。在一个实施例中，用于形成太阳能电池的非导电区域的糊剂包含粘结剂、不透明颜料以及与粘结剂和不透明颜料混合的有机介质。不透明颜料占糊剂总重量组成的约25％，而有机介质占糊剂总重量组成的约50％。
本文所述的一个或多个实施例涉及用于太阳能电池的基于金属(例如铝)的金属化。作为一般考虑，背接触式太阳能电池通常需要在太阳能电池的背面上具有两种极性的图案化金属。在由于成本、复杂性或效率原因而无法得到预图案化金属的情况下，毯覆式金属的低成本、低材料加工通常有利于基于激光的图案化方法。在一个实施例中，公开了一种用于叉指背接触(IBC)太阳能电池的铝金属化工艺。在一个实施例中，参考了M2-M1工艺，其中M2层可由金属箔制造，而M1层是形成在太阳能电池的一部分上的金属层(可被称为晶种层)。
就高效电池而言，电池背部的金属图案化工艺通常必须满足两点要求：(1)金属完全隔离，以及(2)无损加工。对于大规模生产而言，可能还需要该工艺为高产能工艺，例如每小时产能大于500个晶片。对于复杂的图案，使用激光对硅顶部上的厚金属(例如，大于1微米)或高反射性金属(例如，铝)进行图案化可在生产中引起实质性的产能问题。以高速率烧蚀厚金属和/或高反射性金属所需的能量需要超过下面发射极的损伤阈值的激光能量(例如，大于1J/cm2)，因此可能产生产能问题。由于使金属完全隔离的必要性和金属厚度与激光能量的变化，金属图案化中常常发生过度蚀刻。特别是，似乎没有高产能/低成本的单一激光能量窗口可以完全移除金属而又不使发射极暴露于破坏性激光束下。
更具体地讲，在一些实施例中，描述了具有无机(或其他)粘结剂的介电激光挡板材料层。例如，丝网印刷糊剂可适于用作介电激光挡板层(或损伤缓冲层)。在一个实施例中，糊剂包含不透明颜料、有机载体以及无机粘结剂材料，以提高耐激光烧蚀性和材料粘合性。在一个实施例中，可附加地或代替地使用糊剂来指代油墨、胶体材料或凝胶。
为了提供进一步的上下文，下一代太阳能电池所面临的主要问题是当使用激光器对电池上的金属结构图案化时可发生的对光伏电池性能的激光损伤。当使用激光器完全电隔离金属结构时，必须完全切割金属，并且一些激光能量可到达下面的结构，造成损伤。本文所述的一个或多个实施例被设计成提供用作损伤缓冲材料的材料，从而防止激光能量损坏关键电池组件，同时仍允许完全金属隔离。解决这些问题的先前尝试包括使用包含不透明颜料的聚合物激光挡板层。然而，由于聚合物树脂较低的耐激光烧蚀性，这种尝试并不成功。另一个潜在的解决方案可以是使用高烧结温度的玻璃料或陶瓷基粘结剂，但所需材料的烧制温度超过500摄氏度，在该温度下，电池性能可受到不利影响。最后，经常使用金属激光挡板层，特别是在印刷电路板行业中，但由于电隔离要求，其不适用于太阳能行业中。
在一个实施例中，将糊剂作为形成非导电缓冲区域的前体施加到太阳能电池表面。在一个这样的实施例中，糊剂包含不透明颜料、粘结剂和印刷载体。在印刷和干燥/固化之后，印刷膜用于在激光加工期间阻挡对下面的器件的损坏。在具体实施例中，使用以下成分配制糊剂：(1)不透明颜料(例如，TiO2、BaSO4、ZnS、ZrO2、Al2O3)，(2)用于糊剂制剂的有机载体(例如乙基纤维素、萜品醇、二醇醚)，以及(3)固化温度低于约450摄氏度的无机粘结剂(例如，硅氧烷、倍半硅氧烷、其他醇盐)。
在一个实施例中，将颜料包含在糊剂中(并且保留在固化的非导电材料区域中)作为光散射体，以尽量减少穿透到下层中的激光并且还减少由激光挡板层吸收的激光能量。可使用不透明颜料以反射、散射和/或吸收进入的激光能量，尽量减少穿透到下层中的激光。合适的颜料可具有高温稳定性，以便尽量减少激光入射下的热降解。颜料的高折射率可用于使光散射最大化。包含的颜料可在激光波长处吸收或透明。由于要求最终的膜绝缘，所以电绝缘颜料可为优选的。然而，可以足够低的载量使用轻度导电颜料。如下面更详细描述的那样，可能的不透明颜料包括但不限于TiO2、BaSO4、ZnS、ZrO2、Al2O3、炭黑、碳纳米管等。
在一个实施例中，糊剂的粘结剂材料可以是有机的或无机的，但是粘结剂材料的高温稳定性应该较高，特别是对于主要烧蚀机制是热烧蚀的长脉冲长度激光器(纳秒级以上)尤其如此。在一个实施例中，粘结剂可用于粘附至下面的电池，而不会在热应力下开裂。有机粘结剂包括聚酰亚胺和纤维素化合物，无机粘结剂包括硅氧烷、硅倍半硅氧烷或其他非硅醇盐。印刷载体可包含溶剂、粘度调节剂、分散剂和其他常用的丝网印刷糊剂成分。
在一个实施例中，上述成分的适当配制组合允许将糊剂图案化丝网印刷到晶片上，随后进行干燥/烧制操作，以(1)移除有机载体和(2)固化加入到将颜料颗粒保持在适当位置的刚性无机(或有机)基质中的无机(或合适的有机)粘结剂。在一个实施例中，所得的无机网络具有比聚合物粘结剂更高的耐烧蚀性，但是具有比用于较高温度丝网印刷应用的玻璃料粘结剂更低的烧制温度。应当理解，由于其对电池性能的负面影响，高温可为不期望的。
本文所述实施例的替代方法可包括使用玻璃料粘结剂。然而，大多数低温烧结玻璃料粘结剂包含有毒化合物，诸如铅和镉。可使用无铅、无镉玻璃，但是所需的高烧制温度可随后导致电池性能降低。本文描述的实施例允许用于接触太阳能电池的金属指状物的沉积和图案化的完全干燥工艺。优点可包括与沉积金属的电镀和/或湿蚀刻图案化相关联的降低的操作费用。结果可允许激光加工，其中以其他方式对下层的损伤将是高度不期望的，并且需要金属结构的绝缘。
在本公开的实施例的另一方面，太阳能电池中包括“粘性”损伤缓冲层。为了提供上下文，导电箔对太阳能电池的粘附可以是在可机械移动或热移动箔位置的工艺操作期间的关键问题。例如，如果在激光焊接期间箔不能很好地粘附至电池，则箔可移动并造成激光与箔的不对齐。另一个示例性工艺是激光图案化：如果焊缝不够牢固或密度不足，则图案化的热量可导致箔在加工工艺中移动，使得激光图案与箔的不对齐。此外，在不使用粘合剂的情况下，箔可“自由”移动到箔-晶种(M1-M2)接触区域之间的区域中，这可能引起可靠性问题。在其他实施例中，分开施加粘合剂，或者增加M1-M2焊缝的密度。还可使用热压粘合来解决粘附溶液，但是热压缩和高密度焊接都不会导致M2粘附至没有M1的区域。在一个实施例中，由于损伤缓冲层位于M1指状物之间，所以箔可粘附至M1指状区域(通过TC或焊接)以及中间区域(例如，通过“粘性”损伤缓冲层)。
在一个实施例中，在激光焊接或热压缩操作之前沉积粘性损伤缓冲层。可通过丝网印刷来沉积缓冲层。在一个具体的实施例中，粘合缓冲层与导电箔和下面的硅发射极区域呈现强粘合特性。例如，在涉及铝箔的实施例中，使用包含硅烷氧化物(例如聚苯基倍半硅氧烷)和烷氧基铝两者的糊剂来形成与硅和铝箔两者的强粘合。粘附或“粘性”缓冲材料还可包括激光反射和/或吸收材料组分，以防止对下面的硅的激光损伤。在沉积缓冲剂前体糊剂并部分固化之后，可使用刮片法将箔“贴合”或与晶片一起定位。然后可将配对的组合固化以固定粘合剂。随后，可对箔单元进行M1-M2接触形成(例如，通过热压缩或激光焊接)，随后进行激光箔图案化。一种替代方案可涉及使用双层损伤缓冲层，例如通过印刷损伤缓冲材料制造的缓冲层，然后在其上印刷粘合剂。然而，这种替代方法可增加处理时间。
在可受益于上述糊剂和所得非导电材料区域的处理的说明性实例中，激光切槽方法基于铝(Al)箔的激光图案化来提供用于叉指式背接触太阳能电池的新电极图案化方法(例如，其已经被激光焊接或通过其他方式结合到电池)，以形成接触指的数字间图案。可实施此类方法的实施例来为晶片上Al箔的图案化提供一种无损的方法，避免复杂的对齐和/或掩蔽工艺。例如，图1A至图1F示出了根据本公开的一个实施例采用基于箔的金属化的太阳能电池制造中各个阶段的剖视图。图2为根据本公开的实施例的流程图，所述流程图列出与图1A-1F相对应的制造太阳能电池的方法中的操作。
图1A示出了太阳能电池制造中在形成发射极区域之后的一个阶段，所述发射极区域在太阳能电池基板背表面的一部分上方形成。参见图1A以及流程图200的对应操作202，在基板上方形成多个交替的N型半导体区域和P型半导体区域。具体地讲，基板100上方设置有设置在薄介电材料102上的N型半导体区域104和P型半导体区域106，所述薄介电材料作为N型半导体区域104或P型半导体区域106各自与基板100之间的居间材料。基板100具有与背表面相对的光接收表面101，N型半导体区域104和P型半导体区域106在所述背表面上方形成。
在一个实施例中，基板100为单晶硅基板，诸如块体单晶N型掺杂硅基板。然而，应当理解，基板100可以是设置在整个太阳能电池基板上的层，诸如多晶硅层。在一个实施例中，薄电介质层102为厚约2纳米或更小的隧道氧化硅层。在一个这样的实施例中，术语“隧穿介电层”是指非常薄的介电层，通过该介电层可实现电传导。传导可由于量子隧穿和/或通过介电层中的薄点直接物理连接的较小区域的存在而造成。在一个实施例中，隧穿介电层为薄氧化硅层或包括薄氧化硅层。在其他实施例中，N型发射极区域和P型发射极区域形成在基板本身中，在这种情况下，将不包括不同的半导体区域(例如区域104和106)和电介质层102。
在一个实施例中，交替的N型半导体区域104和P型半导体区域106分别为成形的多晶硅，该多晶硅通过例如采用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)法形成。在一个这样的实施例中，N型多晶硅发射极区域104掺有N型杂质，例如磷。P型多晶硅发射极区域106掺有P型杂质，例如硼。如图1A所示，交替的N型半导体区域104和P型半导体区域106可具有形成于两者之间的沟槽108，所述沟槽108部分地延伸到基板100中。另外，虽然未示出，但在一个实施例中，在交替的N型半导体区域104和P型半导体区域106上形成底部抗反射涂层(BARC)材料或其他保护层(例如非晶硅层)。
在一个实施例中，光接收表面101是纹理化光接收表面，如图1A所示。在一个实施例中，采用基于氢氧化物的湿式蚀刻剂对基板100的光接收表面101进行纹理化处理，并且也可对沟槽108表面进行纹理化处理，同样如图1A所示。要理解，将光接收表面纹理化的时间安排可以变化。例如，可在薄介电层102形成之前或之后进行纹理化处理。在一个实施例中，纹理化表面可为具有规则或不规则形状的表面，该表面用于散射入射光，从而减少从太阳能电池的光接收表面101反射离开的光量。再次参见图1A，附加实施例可包括在光接收表面101上形成钝化和/或抗反射涂(ARC)层(共同示为层112)。要理解，形成钝化和/或ARC层的时间安排可以变化。
图1B示出了在交替的N型半导体区域和P型半导体区域的相邻者之间形成糊剂之后的太阳能电池制造的阶段。参见图1B以及流程图200的对应操作204，在交替的N型半导体区域104和P型半导体区域106的相邻者之间形成糊剂120的区域。在已经形成沟槽108的实施例中，如图1B所示，在沟槽108内形成糊剂120。
在一个实施例中，糊剂材料120的区域通过丝网印刷糊剂而形成。在一个这样的实施例中，丝网印刷允许以如图1B所示的图案形成糊剂材料120的区域，该图案保留交替的N型半导体区域104和P型半导体区域106的暴露表面。
在一个实施例中，糊剂120的区域由适于形成太阳能电池的非导电区域的糊剂形成。在一个这样的实施例中，糊剂包含粘结剂、不透明颜料以及与粘结剂和不透明颜料混合的有机介质。在一个具体实施例中，不透明颜料占糊剂总重量组成的约25％，而有机介质占糊剂总重量组成的约50％。
在一个实施例中，再次参考糊剂120，不透明原料是如下一种：氧化钛(TiO2)、硫酸钡(BaSO4)、硫化锌(ZnS)、氧化锆(ZrO2)、氧化铝(Al2O3)、炭黑和碳纳米管，但不限于此。其他不透明颜料可包括氧化锌、碳酸钙和硅酸盐。上述不透明颜料可视为通常针对白色和黑色颜料。然而，应当理解，可使用靶向特定波长的光的颜料代替上述列出的颜料或补充上述列出的颜料。例如，可使用氧化铬作为绿光的不透明颜料，例如绿色激光。
在一个实施例中，再次参考糊剂120，粘结剂是无机粘结剂，诸如但不限于硅氧烷、倍半硅氧烷或非硅醇盐。在一个这样的实施例中，无机粘结剂溶解在有机介质中。应当理解，参考粘结剂可以是粘结剂本身，或者是在固化糊剂时实现的最终粘结剂材料的前体。在另一个实施例中，粘结剂是有机粘结剂，诸如但不限于聚酰亚胺或纤维素。在一个实施例中，术语“纤维素”的使用整个可指代纤维素或纤维素衍生物或纤维素衍生化合物。在一个实施例中，粘结剂占糊剂总重量组分的约20％。然而，在其他实施例中，糊剂制剂可包含少至5％的粘结剂。
在一个实施例中，再次参考糊剂120，有机介质是如下一种：乙基纤维素、萜品醇、乙二醇醚或乙酸2-丁氧基乙酯，但不限于此。应当理解，除了不透明颜料、粘结剂和有机介质之外，糊剂120还可包含一种或多种添加剂，诸如分散剂、粘度调节剂、稀释剂、粘附促进剂、润湿剂、消泡剂等。
在一个实施例中，再次参考糊剂120，糊剂具有约450摄氏度的固化温度或低于约450摄氏度的固化温度。在一个这样的实施例中，实质上全部有机介质在固化温度下是可移除的，但实质上粘结剂和不透明颜料在固化温度下都是不可移除的。在一个实施例中，糊剂不含玻璃料材料。然而，在其他实施例中，包含玻璃料材料。在一个实施例中，糊剂还包含粘合剂。
图1C示出了在固化糊剂之后太阳能电池制造的一个阶段。参见图1C以及流程图200的对应操作206，糊剂材料120的区域被固化以形成与交替的N型半导体区域和P型半导体区域之间的位置对齐的非导电材料区域122。
在一个实施例中，固化糊剂120以形成非导电材料区域122，其涉及加热糊剂但限制在低于约450摄氏度的温度。这种低温烧制可对太阳能电池几乎没有损坏。然而，在其他实施例中，通过烧制将糊剂固化至高达800至900摄氏度的温度，例如对于在这种烧制期间可仅经历最小损伤的电池结构。在另一个实施例中，固化糊剂120以形成非导电材料区域122，其涉及暴露于紫外(UV)辐射，或加热和暴露于UV辐射的组合。在一个实施例中，在固化后，实质上移除糊剂的所有有机介质，同时保留糊剂的实质上全部粘结剂和不透明颜料。在一个这样的实施例中，糊剂的粘结剂是无机粘结剂，并且固化涉及将无机粘结剂转化为非导电材料区域122的刚性无机基质。
图1D示出了在图1C的结构上形成金属层之后的太阳能电池制造的阶段。参见图1D以及流程图200的对应可选操作208，形成金属层(其可被称为太阳能电池的金属晶种层或M1层)，并被描绘为层124。在一个实施例中，金属层124可被视为提供多个金属晶种材料区域，在交替的N型半导体区域104和P型半导体区域106的每一者上具有金属晶种材料区域。也就是说，即使可在非导电材料区域122以及交替的N型半导体区域104和P型半导体区域106两者上形成单个不间断的层，金属层124接触交替的N型半导体区域104和P型半导体区域106的区域可被视为对应的金属晶种区域。在替代实施例中，形成图案化的金属层以提供对应的金属晶种区域。在任一种情况下，在一个实施例中，金属层124是铝层。在一个特定的这种实施例中，铝层通过物理气相沉积形成至小于约1微米的厚度。在其他实施例中，金属层124包含诸如但不限于镍、银、钴或钨的金属。
图1E示出了在图1D的结构上定位(或放置或装配)和粘附金属箔之后的太阳能电池制造的阶段。参见图1E以及流程图200的对应操作210，金属箔片126粘附至交替的N型半导体区域104和P型半导体区域106上。在所示的实施例中，金属箔126被放置在金属层124上，并在焊接区域128处焊接或以其他方式接合到金属层124。在一个这样的实施例中，焊接区域128形成在交替的N型半导体区域104和P型半导体区域106上方的位置处，如图1D所示。
在一个实施例中，如图1D所示，在交替的N型半导体区域104和P型半导体区域106中的每一者上提供金属晶种材料区域(例如，作为金属层124)。在该实施例中，金属箔126通过将金属箔126粘附至多个金属晶种材料区域124而粘附至交替的N型半导体区域104和P型半导体区域106。在一个具体的这种实施例中，使用诸如但不限于激光焊接工艺、热压缩工艺或超声波接合工艺的技术。
在一个实施例中，金属箔126为铝(Al)箔，其厚度约在5至100微米范围内，优选地约在小于50微米范围内。在一个实施例中，Al箔为包含铝和第二元素(例如但不限于铜、锰、硅、镁、锌、锡、锂或它们的组合)的铝合金箔。在一个实施例中，Al箔为回火级(tempergrade)箔，例如但不限于F级(自由状态)、O级(全软)、H级(应变硬化)或T级(热处理)。
应当理解，根据另一个实施例，可实施一种无晶种(不含124金属层)的方法。在这种方法中，金属箔126直接粘附至交替的N型半导体区域104和P型半导体区域106的材料上，如下面结合图3更详细地描述的那样。例如，在一个实施例中，金属箔126被直接粘附至交替的N型多晶硅区域和P型多晶硅区域。
在另一个实施例中，代替金属箔，本文所述的方法可适用于其他毯覆式整体金属化处理(例如，毯覆式金属糊剂、毯覆式电镀等)。基于毯覆式或图案化金属晶种或毯覆式溅镀金属的制造方法也可受益于本文所述的糊剂。此外，应当理解，描述金属箔的实施例可指M1或M2层。因此，本文所述的方法可涉及以晶种形式或整体形式的毯覆式沉积金属，诸如毯覆式金属糊剂、电镀金属、蒸发、溅镀等。
图1F示出了在图1E的结构的金属箔图案化之后太阳能电池制造的阶段。参见图1F以及流程图200的对应操作212，穿过与交替的N型半导体区域104和P型半导体区域106之间的位置对齐的金属箔126执行激光烧蚀工艺130，以隔离与交替的N型半导体区域104和P型半导体区域106对齐的剩余金属箔126的区域。在激光烧蚀130期间，非导电材料区域122用作激光挡板。
在一个实施例中，穿过金属箔126的激光烧蚀130涉及使用具有一定波长的激光。糊剂120和所得非导电材料区域122包含用于散射或吸收激光中该波长的光的不透明颜料。在一个实施例中，激光烧蚀130是在无掩模的情况下进行的；然而，在其他实施例中，掩模层在激光烧蚀之前形成于金属箔126的一部分上，并在激光烧蚀之后被移除。
如上所述，在另一个实施例中，不形成金属层124(即，金属晶种)。例如，图3示出了根据本公开的另一个实施例的另一个具有基于箔的金属化的太阳能电池的剖视图。参见图3，金属箔126(例如通过焊接件128)直接粘附至交替的N型半导体区域104和P型半导体区域106。在该实施例中，金属箔与非导电材料区域122直接接触。在一个实施例中，糊剂120和所得非导电材料区域122包含粘合剂。在一个这样的实施例中，金属箔126直接粘附至交替的N型半导体区域104和P型半导体区域106的暴露部分，并且通过使用刮片直接粘附至非导电材料区域122，以使得金属箔126与交替的N型半导体区域104和P型半导体区域106的暴露部分以及非导电材料区域122相配合。
本文描述的实施例包括根据一种或多种上述方法制造太阳能电池。参考图1F和图3，在一个实施例中，太阳能电池包括基板100。多个交替的N型104和P型106半导体区域设置在基板100中(未示出)或设置在该基板上方(如图所示)。多个非导电材料区域122与交替的N型半导体区域104和P型半导体区域106之间的位置对齐。在一个实施例中，多个非导电材料区域122包含粘结剂和不透明颜料，其中不透明颜料的量大于多个非导电材料区域的总重量组成的约50％。多个导电触点结构电连接到多个交替的N型半导体区域104和P型半导体区域106。每个导电触点结构包括设置在交替的N型半导体区域104和P型半导体区域106中对应一者上方并与之对齐的金属箔部分126。在一个具体实施例中，特别参见图1F，每个导电触点结构还包括直接设置在交替的N型半导体区域104和P型半导体区域106中对应一者和金属箔片部分126之间的金属晶种层124。
在一个实施例中，非导电材料区域122的不透明颜料是如下一种：氧化钛(TiO2)、硫酸钡(BaSO4)、硫化锌(ZnS)、氧化锆(ZrO2)、氧化铝(Al2O3)、炭黑和碳纳米管，但不限于此。在一个实施例中，非导电材料区域122的粘结剂是无机粘结剂，诸如但不限于硅氧烷、倍半硅氧烷或非硅醇盐。在另一个实施例中，非导电材料区域122的粘结剂是有机粘结剂，诸如但不限于聚酰亚胺或纤维素。
在一个实施例中，多个非导电材料区域122提高太阳能电池的太阳能吸收效率。在一个这样的实施例中，实现了IR型波长光的改进的背面反射。也就是说，IR传输的典型损失，特别是对于具有纹理沟槽的黑底片应用，可通过使用设计成将较长波长反射到电池中的背面上的糊剂来恢复。
具体地参考图3，在一个实施例中，多个非导电材料区域122还包含粘合剂。对于每个导电触点，金属箔部分126直接设置在交替的N型半导体区域104和P型半导体区域106中的对应一者上，并且直接设置在多个非导电材料区域122中一者的一部分上。在一个这样的实施例中，多个非导电材料区域122包含硅醇盐或烷氧基铝，或两者。
虽然参考上述实施例具体描述了某些材料，但是在其他此类实施例中，可用其他材料来容易地取代其中的一些材料，这些实施例仍然在本公开实施例的精神和范围内。例如，在一个实施例中，可使用不同材料的基板，诸如III-V族材料的基板，来代替硅基板。另外，虽然主要提及背接触太阳能电池布置，但应当理解，本文所述的方法也可应用于前接触电极太阳能电池。在其他实施例中，上述方法可适用于太阳能电池以外的制造。例如，发光二极管(LED)的制造可受益于本文所述的方法。
因此，已公开了基于箔的太阳能电池金属化的方法以及所得太阳能电池。
尽管上面已经描述了具体实施例，但即使相对于特定的特征仅描述了单个实施例，这些实施例也并非旨在限制本公开的范围。在本公开中所提供的特征的例子旨在为说明性的而非限制性的，除非另有说明。以上描述旨在涵盖将对本领域的技术人员显而易见的具有本公开的有益效果的那些替代形式、修改形式和等效形式。
本公开的范围包括本文所(明示或暗示)公开的任何特征或特征组合，或其任何概括，不管其是否减轻本文所解决的任何或全部问题。因此，可以在本申请(或要求其优先权的申请)的审查过程期间针对任何此类特征组合提出新的权利要求。具体地讲，参考所附权利要求书，来自从属权利要求的特征可与独立权利要求的那些特征相结合，来自相应的独立权利要求的特征可以按任何适当的方式组合，而并非只是以所附权利要求中枚举的特定形式组合。
在一个实施例中，制造太阳能电池的方法包括：在基板中或上方形成多个交替的N型半导体区域和P型半导体区域；在交替的N型半导体区域和P型半导体区域的相邻者之间形成糊剂；固化糊剂以形成与交替的N型半导体区域和P型半导体区域之间的位置对齐的非导电材料区域；将金属箔粘附至交替的N型半导体区域和P型半导体区域；以及激光烧蚀穿过与交替的N型半导体区域和P型半导体区域之间的位置对齐的金属箔，以隔离与交替的N型半导体区域和P型半导体区域对齐的剩余金属箔的区域；其中在激光烧蚀期间，非导电材料区域用作激光挡板。
在一个实施例中，在交替的N型半导体区域和P型半导体区域的相邻者之间形成糊剂包括丝网印刷糊剂。
在一个实施例中，固化糊剂以形成非导电材料区域包括将糊剂加热至约450摄氏度的温度或低于约450摄氏度的温度、或暴露于紫外(UV)辐射、或既加热至约450摄氏度的温度或低于约450摄氏度的温度又暴露于紫外(UV)辐射。
在一个实施例中，固化糊剂以形成非导电材料区域包括实质上移除糊剂的所有有机介质并且实质上保留糊剂的所有粘结剂和不透明颜料。
在一个实施例中，粘结剂是无机粘结剂，并且其中固化糊剂以形成非导电材料区域包括将无机粘结剂转化为非导电材料区域的刚性无机基质。
在一个实施例中，激光烧蚀穿过金属箔包括使用具有一定波长的激光，并且其中糊剂和所得非导电材料区域包含用于散射或吸收所述波长的光的不透明颜料。
在一个实施例中，所述方法还包括，在粘附金属箔之前形成多个金属晶种材料区域，以在交替的N型半导体区域和P型半导体区域中的每一个区域上提供金属晶种材料区域，其中将金属箔粘附至交替的N型半导体区域和P型半导体区域包括将金属箔粘附至多个金属晶种材料区域。
在一个实施例中，将金属箔粘附至多个金属晶种材料区域包括使用选自激光焊接工艺、热压缩工艺和超声波粘合工艺的技术。
在一个实施例中，将金属箔粘附至交替的N型半导体区域和P型半导体区域包括将金属箔直接粘附至交替的N型半导体区域和P型半导体区域的暴露部分并直接粘附至非导电材料区域。
在一个实施例中，糊剂和所得非导电材料区域包括粘合剂，并且其中将金属箔直接粘附至交替的N型半导体区域和P型半导体区域的暴露部分并直接粘附至非导电材料区域包括使用刮片将金属箔与交替的N型半导体区域和P型半导体区域的暴露部分以及非导电材料区域相配合。
在一个实施例中，太阳能电池包括：基板；设置在所述基板中或上方的多个交替的N型半导体区域和P型半导体区域；与交替的N型半导体区域和P型半导体区域之间的位置对齐的多个非导电材料区域，所述多个非导电材料区域包括粘合剂和不透明颜料；其中不透明颜料的量大于多个非导电材料区域和电连接到多个交替的N型半导体区域和P型半导体区域的多个导电触点结构的总重量组成的约50％，每个导电触点结构包括金属箔部分，该金属箔部分设置在交替的N型半导体区域和P型半导体区域中对应一者之上并与之对齐。
在一个实施例中，不透明颜料选自氧化钛(TiO2)、硫酸钡(BaSO4)、硫化锌(ZnS)、氧化锆(ZrO2)、氧化铝(Al2O3)、炭黑和碳纳米管。
在一个实施例中，粘结剂是选自硅氧烷、倍半硅氧烷和非硅醇盐的无机粘结剂。
在一个实施例中，粘结剂是选自聚酰亚胺和纤维素的有机粘结剂。
在一个实施例中，每个导电触点结构还包括直接设置在交替的N型半导体区域和P型半导体区域中对应一者和金属箔部分之间的金属晶种层。
在一个实施例中，多个非导电材料区域还包括粘合剂，并且其中，对于每个导电触点，金属箔部分直接设置在交替的N型半导体区域和P型半导体区域的对应一者上并且直接位于多个非导电材料区域中一者的一部分上。
在一个实施例中，多个非导电材料区域包括硅醇盐或烷氧基铝，或两者。
在一个实施例中，多个非导电材料区域提高太阳能电池的太阳能吸收效率。
在一个实施例中，用于形成太阳能电池的非导电区域的糊剂包括粘结剂、不透明颜料和与粘结剂和不透明颜料混合的有机介质，其中糊剂的总重量组分的大于约25％是不透明颜料，并且其中所述糊剂的总重量组分的小于约50％是所述有机介质。
在一个实施例中，不透明颜料选自氧化钛(TiO2)、硫酸钡(BaSO4)、硫化锌(ZnS)、氧化锆(ZrO2)、氧化铝(Al2O3)、炭黑和碳纳米管。
在一个实施例中，粘结剂是选自硅氧烷、倍半硅氧烷和非硅醇盐的无机粘结剂。
在一个实施例中，无机粘结剂溶解在有机介质中。
在一个实施例中，粘结剂是选自聚酰亚胺和纤维素的有机粘结剂。
在一个实施例中，粘结剂占糊剂总重量组分的约20％。
在一个实施例中，有机介质选自乙基纤维素、萜品醇、乙二醇醚和乙酸2-丁氧基乙酯。
在一个实施例中，糊剂具有约450摄氏度的固化温度或低于约450摄氏度的固化温度，并且其中实质上全部有机介质在固化温度下是可移除的，但实质上粘结剂和不透明颜料在固化温度下都是不可移除的。
在一个实施例中，糊剂不含玻璃料材料。
在一个实施例中，糊剂还包含粘合剂。

Claims (29)

1.一种制造太阳能电池的方法，所述方法包括：
在基板中或上方形成多个交替的N型半导体区域和P型半导体区域；
在所述交替的N型半导体区域和P型半导体区域的相邻者之间形成糊剂；
固化所述糊剂以形成与所述交替的N型半导体区域和P型半导体区域之间的位置对齐的非导电材料区域；
将金属箔粘附至所述交替的N型半导体区域和P型半导体区域；以及
激光烧蚀穿过与所述交替的N型半导体区域和P型半导体区域之间的所述位置对齐的所述金属箔，以隔离与所述交替的N型半导体区域和P型半导体区域对齐的剩余金属箔的区域，其中所述非导电材料区域在所述激光烧蚀期间用作激光挡板。
2.根据权利要求1所述的方法，其中在所述交替的N型半导体区域和P型半导体区域的相邻者之间形成所述糊剂包括丝网印刷所述糊剂。
3.根据权利要求1所述的方法，其中固化所述糊剂以形成所述非导电材料区域包括将所述糊剂加热至450摄氏度的温度或低于450摄氏度的温度、或暴露于紫外(UV)辐射、或既加热至450摄氏度的温度或低于450摄氏度的温度又暴露于紫外(UV)辐射。
4.根据权利要求1所述的方法，其中固化所述糊剂以形成所述非导电材料区域包括实质上移除所述糊剂的全部有机介质并且实质上保留所述糊剂的全部粘结剂和不透明颜料。
5.根据权利要求4所述的方法，其中所述粘结剂是无机粘结剂，并且其中固化所述糊剂以形成所述非导电材料区域包括将所述无机粘结剂转化为所述非导电材料区域的刚性无机基质。
6.根据权利要求1所述的方法，其中激光烧蚀穿过所述金属箔包括使用具有一定波长的激光，并且其中所述糊剂和所得非导电材料区域包含用于散射或吸收所述波长的光的不透明颜料。
7.根据权利要求1所述的方法，还包括：
在粘附所述金属箔之前，形成多个金属晶种材料区域，以在所述交替的N型半导体区域和P型半导体区域中的每一个区域上提供金属晶种材料区域，其中将所述金属箔粘附至所述交替的N型半导体区域和P型半导体区域包括将所述金属箔粘附至所述多个金属晶种材料区域。
8.根据权利要求7所述的方法，其中将所述金属箔粘附至所述多个金属晶种材料区域包括使用选自激光焊接工艺、热压缩工艺和超声波粘合工艺中的任一个的技术。
9.根据权利要求1所述的方法，其中将所述金属箔粘附至所述交替的N型半导体区域和P型半导体区域包括将所述金属箔直接粘附至所述交替的N型半导体区域和P型半导体区域的暴露部分并直接粘附至所述非导电材料区域。
10.根据权利要求9所述的方法，其中所述糊剂和所得非导电材料区域包括粘合剂，并且其中将所述金属箔直接粘附至所述交替的N型半导体区域和P型半导体区域的所述暴露部分并直接粘附至所述非导电材料区域包括使用刮片将所述金属箔与所述交替的N型半导体区域和P型半导体区域的所述暴露部分以及所述非导电材料区域相配合。
11.根据权利要求1所述的方法，其中所述糊剂包括：
粘结剂；
不透明颜料；和
与所述粘结剂和所述不透明颜料混合的有机介质，其中所述糊剂的总重量组分的大于25％是所述不透明颜料，并且其中所述糊剂的所述总重量组分的小于50％是所述有机介质。
12.根据权利要求11所述的方法，其中所述不透明颜料选自氧化钛(TiO2)、硫酸钡(BaSO4)、硫化锌(ZnS)、氧化锆(ZrO2)、氧化铝(Al2O3)、炭黑和碳纳米管中的任一个。
13.根据权利要求11所述的方法，其中所述粘结剂是选自硅氧烷、倍半硅氧烷和非硅醇盐中的任一个的无机粘结剂。
14.根据权利要求13所述的方法，其中所述无机粘结剂溶于所述有机介质中。
15.根据权利要求11所述的方法，其中所述粘结剂是选自聚酰亚胺和纤维素中的任一个的有机粘结剂。
16.根据权利要求11所述的方法，其中所述糊剂的所述总重量组分的大于20％是所述粘结剂。
17.根据权利要求11所述的方法，其中所述有机介质选自乙基纤维素、萜品醇、乙二醇醚和乙酸2-丁氧基乙酯中的任一个。
18.根据权利要求11所述的方法，其中所述糊剂具有450摄氏度的固化温度或低于450摄氏度的固化温度，并且其中实质上全部所述有机介质在所述固化温度下是可移除的，但实质上所述粘结剂和所述不透明颜料在所述固化温度下都是不可移除的。
19.根据权利要求11所述的方法，其中所述糊剂不含玻璃料材料。
20.根据权利要求11所述的方法，还包含粘合剂。
21.一种根据权利要求1所述的方法制造的太阳能电池。
22.一种太阳能电池，包括：
基板；
设置在所述基板中或上方的多个交替的N型半导体区域和P型半导体区域；
与所述交替的N型半导体区域和P型半导体区域之间的位置对齐的多个非导电材料区域，所述多个非导电材料区域包括粘结剂和不透明颜料，其中所述不透明颜料的量大于所述多个非导电材料区域的总重量组成的50％；和
电连接到所述多个交替的N型半导体区域和P型半导体区域的多个导电触点结构，每个导电触点结构包括金属箔部分，
所述金属箔部分设置在所述交替的N型半导体区域和P型半导体区域中对应一者之上并与之对齐。
23.根据权利要求22所述的太阳能电池，其中所述不透明颜料选自氧化钛(TiO2)、硫酸钡(BaSO4)、硫化锌(ZnS)、氧化锆(ZrO2)、氧化铝(Al2O3)、炭黑和碳纳米管中的任一个。
24.根据权利要求22所述的太阳能电池，其中所述粘结剂是选自硅氧烷、倍半硅氧烷和非硅醇盐中的任一个的无机粘结剂。
25.根据权利要求22所述的太阳能电池，其中所述粘结剂是选自聚酰亚胺和纤维素中的任一个的有机粘结剂。
26.根据权利要求22所述的太阳能电池，其中每个导电触点结构还包括直接设置在所述交替的N型半导体区域和P型半导体区域中所述对应一者和所述金属箔部分之间的金属晶种层。
27.根据权利要求22所述的太阳能电池，其中所述多个非导电材料区域还包括粘合剂，并且其中，对于每个导电触点结构，所述金属箔部分直接设置在所述交替的N型半导体区域和P型半导体区域的所述对应一者上并且直接位于所述多个非导电材料区域中一者的一部分上。
28.根据权利要求27所述的太阳能电池，其中所述多个非导电材料区域包括硅醇盐或烷氧基铝、或两者。
29.根据权利要求22所述的太阳能电池，其中所述多个非导电材料区域提高所述太阳能电池的太阳能吸收效率。
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