CN111742417B - 改善硅太阳能电池的接触格与发射极层之间的欧姆接触特性的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种改善硅太阳能电池的接触格与发射极层之间的欧姆接触特性的方法，其中，将所述接触格与电压源的一个电极电连接，以及，将一个与所述电压源的另一电极电连接的接触装置同所述背触点连接，以及，通过所述电压源施加一个与所述硅太阳能电池的正向反向的小于所述硅太阳能电池的击穿电压的电压，以及，在存在所述电压的情况下，用点光源对所述面向太阳的一侧的某个分区的局部进行照明，从而在所述分区内感生电流，以及，所述电流就所述局部而言具有200A/cm2至20000A/cm2的电流密度且为时10ns至10ms地作用于所述分区。
Description
技术领域
本发明涉及一种改善硅太阳能电池的接触格与发射极层之间的欧姆接触特性的方法。
背景技术
为了接触晶体硅太阳能电池，以丝网印刷法将形式为接触格的金属膏施覆至涂布有介电的氮化硅的前端。施覆完毕后在800-900℃下将金属膏烧制到氮化硅中，从而形成与发射极层的电接触。烧制金属膏时的过程控制对接触形成有决定性影响，其中有缺陷的过程控制会在硅太阳能电池的金属膏与发射极层间的过渡部上造成高接触电阻。在此情形下，高接触电阻可能会削弱硅太阳能电池的效率。
现有技术中已揭示过实现太阳能电池的效率稳定化或者性能改善的方法。DE 102011 056 843 A1描述过一种“对硅太阳能电池的效率进行稳定化”的方法。根据该方法，在层压期间将连续的电流注入太阳能电池组，从而大体上恢复硅材料中的硼-氧络合物。
在US 4 166 918 A中提出过一种改善太阳能电池的性能的方法，其中对太阳能电池施加与其正向反向的电压。其中，在太阳能电池内激发沿短路的电流，从而将短路“烧尽”以及消除。
但此前未曾揭示过这些已知方法对硅太阳能电池的接触格与发射极层间的过渡部的影响。
为了产生与发射极层的低欧姆电接触，在发射极层中需要具备较低的层电阻(低于100Ohm/sq)。但此举会对短波光转化为电流造成不利影响。在层电阻为110-150Ohm/sq时可达到较好的转化。但用常见的烧制工艺只能在接触格与发射极层之间产生相对高欧姆的过渡部。为此而研发出了选择性发射极方案(例如EP 2 583 315 B1)。其中对发射极层的未来将印刷金属膏的区域进行局部高掺杂，从而局部降低层电阻。但这需要在硅太阳能电池的制造工艺中采取复杂的额外措施。
在DD 250 247 A3所揭示的电子元件的区域中，通过施加电压脉冲来改善与借助导电胶粘剂而加以接触的半导体的欧姆接触特性。该案未详细描述用于改善接触的作用机理。在接触过程中使用的导电胶粘剂大体由导电的粒子构成，其通常为被聚合物基质包围的银珠或者片状银粉。
在尚未公开的德国专利申请DE 10 2016 009 560.1中，提出一种改善硅太阳能电池的接触格与发射极层之间的欧姆接触特性的方法。在该案中，使得硅太阳能电池的接触格与触针矩阵发生接触，并在该触针矩阵与这个太阳能电池的背触点之间通过电压脉冲来产生电流。这样就能在脉冲长度为1ms至100ms，且感生电流强度处于硅太阳能电池的10至30倍短路电流强度的范围内，降低接触格与发射极层之间的高接触电阻，从而例如修正烧制金属膏时有缺陷的过程控制。作为替代方法，用点光源来扫描预先施加电压(elektrischvorgespannt)的硅太阳能电池，其中在某个经照明的分区内，产生具有硅太阳能电池的10至30倍短路电流密度的电流。根据硅太阳能电池的具体类型和品质，在特定配置下对硅太阳能电池的面向太阳的一侧进行照明可能意外地造成材料受影响乃至材料受损。
发明内容
本发明的目的是，对改善硅太阳能电池的接触格与发射极层之间的欧姆接触特性的方法加以改进，从而将对面向太阳一侧进行照明所造成的材料影响进一步降至最低。另一目的是将所述方法应用于发射极层具有较高层电阻的硅太阳能电池。
本发明用以达成上述目的的解决方案在于，首先提供包含发射极层、接触格和背触点的硅太阳能电池，以及，将所述接触格与电压源的一个电极电连接。将所述电压源的另一电极与附接在所述背触点上的接触装置电连接。随后，通过所述电压源施加一个与硅太阳能电池的正向反向的小于所述硅太阳能电池的击穿电压的电压。在存在这个电压的情况下，在硅太阳能电池的面向太阳的一侧的范围内对点光源进行导引，在此过程中对该面向太阳的一侧的某个分区的局部进行照明。从而在该分区内感生电流，该电流就该局部而言具有200A/cm2至20000A/cm2的电流密度且为时10ns至10ms地作用于所述分区。
用本发明的方法就能对烧制金属膏时有缺陷的过程控制加以补偿，使得太阳能电池达到对其结构而言最佳的串联电阻。此外，用本发明的方法还能在具有较高层电阻的发射极层上，在接触格与发射极层之间达到极佳的欧姆接触特性，这样就无需采用构建选择性发射极所需的处理步骤。此外，本发明的方法还可以应用于在较低温度下实施烧制过程，从而在硅太阳能电池的制造过程实现节能。
本发明提出，所述点光源为激光器、发光二极管或闪光灯。
在一种技术方案中，所述点光源在所述局部上具有500W/cm2至200000W/cm2的功率密度。
根据一种实施方案，所述点光源发射的是波长范围为400nm至1500nm的辐射。
在另一技术方案中，所述局部的面积为1·103μm2至1·104μm2。
本发明提出，与所述硅太阳能电池的正向反向的所述电压为1V至20V。
本发明进一步提出，紧邻所述接触格的接触指地在所述硅太阳能电池的面向太阳的一侧的范围内对所述点光源进行导引。
在一种实施方案中，所述硅太阳能电池采用单面式或双面式结构。
在另一实施方案中，所述硅太阳能电池具有n掺杂或p掺杂的硅衬底。
根据一种技术方案，所述发射极层具有高于100Ohm/sq的层电阻。
附图说明
具体实施方式
下面对本发明的实施例进行说明。
首先提供晶体硅太阳能电池。该硅太阳能电池在其面向太阳的一侧上具有由氮化硅构成的抗反射层。在这个抗反射层下方布置有所述硅太阳能电池的发射极层。在所述面向太阳的一侧上，打印有形式为接触格的正面金属化层，其由接触指与由市售金属膏(如银膏)构成的集合触点(汇流排)构成，该金属膏根据制造规程而硬化且烧制在氮化硅层中。在该面向太阳的一侧上，硅太阳能电池配设有背触点。这个背触点由金属层构成，该金属层可以经钝化处理(PERC方案)或者不进行钝化处理。
将所述接触格与电压源的一个电极电连接。将所述电压源的另一电极连接与所述背触点连接的接触装置。随后，通过所述电压源施加一个与硅太阳能电池的正向反向的小于所述硅太阳能电池的击穿电压的电压。在存在这个电压的情况下，在硅太阳能电池的面向太阳的一侧的范围内对点光源进行导引。所述点光源例如可以为激光器、发光二极管或闪光灯的聚焦辐射。但本发明并非仅限于这些辐射源。所述点光源发射的是波长范围为400nm至1500nm的辐射。由这个点光源对硅太阳能电池的面向太阳的一侧的某个分区的局部进行照明，从而在该分区内感生电流。该电流就该局部而言具有200A/cm2至20000A/cm2的电流密度且为时10ns至10ms地作用于所述分区。
改善接触格与发射极层之间的欧姆接触特性所需的高电流密度特别是可以通过移动被照明的电池区域的工作点来实现，而不致造成辐射所致材料受损。将辐射源在该局部上的辐射密度、作用时间与所施加的电压相结合，就能达到所需的电流密度，而无需产生可致材料受损的辐射。施加约10V电压的情况下，在直径约为60μm的被辐射局部通常会产生强度为50mA至600mA的电流，因而就被辐射局部的面积而言，会有数量级为200A/cm2至20000A/cm2的电流密度进行作用。绝对流动的电流特别是被该辐射局部的相对较小的面积保持在较低水平。
扫描硅太阳能电池的面向太阳的一侧时，原则上仅需点光源紧邻接触指左边和右边进行移动即可。因此，用本发明的方法加工6"电池的制程时间在一秒范围内。
在另一实施例中，用本发明的方法来处理某些硅太阳能电池，其接触指是在低于金属膏制造商所建议的温度下烧制的。通常在800℃温度范围内进行烧制。如果金属膏仅在例如为700℃的温度下烧制，则硅太阳能电池在接触格与发射极层间的过渡部上具有较高的接触电阻。在这类硅太阳能电池上，用本发明的方法同样能够改善接触格与发射极层之间的欧姆接触特性。如果将本发明的方法与在较低温度条件下实施的烧制过程相结合，则在节能的同时还能在接触格与发射极层间的过渡部上达到相同的接触电阻。
本发明的方法既可以应用于单面硅太阳能电池，又可以应用于双面硅太阳能电池。涉及后者时仅需进行单侧处理就足以对两侧上的触点进行优化。
在另一实施例中，对某些硅太阳能电池进行处理，其发射极层采用非选择性方案因而整面地具有较高的层电阻(高于100Ohm/sq)。如前所述，同样为这些硅太阳能电池印刷金属膏并随后对其实施烧制过程，其中在此同样可以按前述制造商数据实施烧制过程或者在较低温度下实施烧制过程。烧制过程结束后，硅太阳能电池在接触格与发射极层间的过渡部上仅具有相对高欧姆的接触电阻。采用本发明的方法后，即使在这些硅太阳能电池上也能通过将辐射源在该局部上的辐射密度、作用时间与所施加的电压相结合，来降低接触电阻和减小硅太阳能电池的最佳工作状态所需的值。因而选择性发射极并非必要，这样就可以省略其复杂的制造工序。
Claims (10)
1.一种改善硅太阳能电池的接触格与发射极层之间的欧姆接触特性的方法，其特征在于，首先提供包含发射极层、接触格和背触点的硅太阳能电池，以及，将所述接触格与电压源的一个电极电连接，以及，将一个与所述电压源的另一电极电连接的接触装置同所述背触点连接，以及，通过所述电压源施加一个与所述硅太阳能电池的正向反向的小于所述硅太阳能电池的击穿电压的电压，以及，在存在所述电压的情况下，在所述硅太阳能电池的面向太阳的一侧的范围内对点光源进行导引，并在此过程中对所述面向太阳的一侧的某个分区的局部进行照明，以及，从而在所述分区内感生电流，以及，所述电流就所述局部而言具有200A/cm2至20000A/cm2的电流密度且为时10ns至10ms地作用于所述分区。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
所述点光源为激光器、发光二极管或闪光灯。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
所述点光源在所述局部上具有500W/cm2至200000W/cm2的功率密度。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
所述点光源发射的是波长范围为400nm至1500nm的辐射。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
所述局部的面积为1·103μm2至1·104μm2。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
与所述硅太阳能电池的正向反向的所述电压为1V至20V。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
紧邻所述接触格的接触指地在所述硅太阳能电池的面向太阳的一侧的范围内对所述点光源进行导引。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
所述硅太阳能电池采用单面式或双面式结构。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
所述硅太阳能电池具有n掺杂或p掺杂的硅衬底。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
所述发射极层具有高于100Ohm/sq的层电阻。
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