CN113330585A - 用于钝化光伏电池的方法和用于生产钝化的光伏子电池的方法 - Google Patents

用于钝化光伏电池的方法和用于生产钝化的光伏子电池的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN113330585A
CN113330585A CN201980090064.6A CN201980090064A CN113330585A CN 113330585 A CN113330585 A CN 113330585A CN 201980090064 A CN201980090064 A CN 201980090064A CN 113330585 A CN113330585 A CN 113330585A
Authority
CN
China
Prior art keywords
photovoltaic
cell
photovoltaic cell
cells
passivation
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201980090064.6A
Other languages
English (en)
Inventor
菲力克斯·格兰顿
阮越宏
大卫·穆尼奥斯-罗哈斯
塞缪尔·哈里森
玛丽亚-德尔菲娜·穆尼奥斯
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Grenoble Institute Of Engineering
Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Institut Polytechnique de Grenoble
Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Original Assignee
Grenoble Institute Of Engineering
Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Grenoble Institute Of Engineering, Centre National de la Recherche Scientifique CNRS, Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA filed Critical Grenoble Institute Of Engineering
Publication of CN113330585A publication Critical patent/CN113330585A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/02—Details
    • H01L31/0216—Coatings
    • H01L31/02161—Coatings for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier
    • H01L31/02167—Coatings for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier for solar cells
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/0006—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring taking account of the properties of the material involved
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/06—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
    • B23K26/062—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by direct control of the laser beam
    • B23K26/0622—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by direct control of the laser beam by shaping pulses
    • B23K26/0624—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by direct control of the laser beam by shaping pulses using ultrashort pulses, i.e. pulses of 1ns or less
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/352—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring for surface treatment
    • B23K26/359—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring for surface treatment by providing a line or line pattern, e.g. a dotted break initiation line
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/36—Removing material
    • B23K26/362—Laser etching
    • B23K26/364—Laser etching for making a groove or trench, e.g. for scribing a break initiation groove
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/36—Removing material
    • B23K26/40—Removing material taking account of the properties of the material involved
    • B23K26/402—Removing material taking account of the properties of the material involved involving non-metallic material, e.g. isolators
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/18—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K2101/00—Articles made by soldering, welding or cutting
    • B23K2101/36—Electric or electronic devices
    • B23K2101/40—Semiconductor devices
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K2103/00—Materials to be soldered, welded or cut
    • B23K2103/50—Inorganic material, e.g. metals, not provided for in B23K2103/02 – B23K2103/26
    • B23K2103/56—Inorganic material, e.g. metals, not provided for in B23K2103/02 – B23K2103/26 semiconducting
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Photovoltaic Devices (AREA)

Abstract

本发明涉及用于钝化光伏电池的方法，每个光伏电池包括用于暴露于入射辐射的正面(200a)、与正面相对的背面(200b)以及连接正面和背面的侧表面，该方法包括以下步骤：·‑形成光伏电池组(201、202)；·‑借助于同时空间原子层沉积在该组中的多个光伏电池上形成钝化层(210)，以使得钝化层覆盖每个光伏电池的侧表面(200c1)中的至少一个，覆盖小于每个光伏电池的正面(200a)面积的5％并且小于每个光伏电池的背面(200b)面积的5％。

Description

用于钝化光伏电池的方法和用于生产钝化的光伏子电池的 方法
技术领域
本发明涉及光伏电池的制造。更具体地，本发明涉及一种用于钝化整个光伏电池或从整个光伏电池切割的电池块的侧表面的方法。
背景技术
光伏模块包括串联和/或并联连接的多个相同的光伏电池，以输出为电气设备供电所需的电压和/或电流。最常见的模块格式使用边长为156毫米的60个正方形(或“准正方形”)电池，其被划分为六串，每串十个电池串联连接。六串光伏电池也串联连接。模块两端的开路电压继而是光伏电池的阈值电压的60倍。模块的电流大约对应于由每个光伏电池供应的电流(实际上，光伏电池并不精确地具有完全相同的性能，并且电流受到模块中效率最低的电池的限制)。
利用最新的光伏电池技术，尤其是PERT(钝化发射极和背表面全扩散)技术，对于太阳辐照度为1000W/m2，表面面积为156mm x 156mm的单面电池的电流达到约9A的高值。当使用双面电池时，由于在电池的背面捕获的扩散太阳辐射，这些电流值增加大约20％。这种高电流流经模块的电池之间的互连元件并导致显著的电阻损耗。
为了减少这些电阻损耗，一种解决方案在于：用较小面积的光伏电池来组装模块，并且因此具有较低的电流。这些较小面积的电池通常被称为“子电池”，是通过切割全尺寸光伏电池(例如156mm x 156mm)而获得的。
切割光伏电池产生新的边缘，与电池的正面和背面不同，该边缘未被钝化层覆盖。此外，切割(例如利用激光)可能在切割平面的附近产生缺陷并引入杂质。这些缺陷和杂质通过充当电子-空穴对的复合中心而缩短了自由电荷载流子的寿命，这导致电池的效率降低。这种现象对于异质结(HET)光伏电池尤为明显，其本质上具有很少的表面缺陷，并且其中一些局部缺陷的产生足以显著降低电池的电性能。
为了优化光伏子电池的性能，因此还需要钝化这些子电池的新产生的边缘。
国际申请WO2012/057823描述了一种用于切割和钝化诸如光伏电池之类的半导体器件的方法。在切割光伏电池之后，在所切割的电池的上表面和侧壁上将钝化层沉积在原子层中(即通过ALD，“原子层沉积”)。钝化层的材料例如是氧化铝(Al2O3)或二氧化硅(SiO2)。原子层沉积之后是反应离子蚀刻(RIE)步骤，以便从所切割的电池的上表面去除多余的材料，并将钝化层限制在电池的侧壁。切割光伏电池可以通过用激光在电池表面上形成凹槽然后从该凹槽机械地劈裂电池来执行。
ALD沉积技术提供具有良好钝化属性的致密、共形的涂层。然而，实施起来很麻烦，因为沉积是在带有部分真空腔室的反应器中进行的。此外，反应器腔室只能容纳有限数量的半导体衬底。
文献WO2012/057823的方法因此不允许以与其他光伏电池制造步骤的生产量兼容的生产量来钝化光伏电池。此外，RIE蚀刻步骤增加了光伏电池的制造时间。
发明内容
因此，需要提供一种具有高生产量的钝化光伏电池的方法，以适应工业生产的需求。
根据本发明的第一方面，通过提供一种用于钝化光伏电池的方法来满足这种需要，每个光伏电池包括旨在用于被暴露于入射辐射的正面、与正面相对的背面和连接正面和背面的侧表面，所述方法包括以下步骤：
-形成光伏电池组；
-通过空间原子层沉积同时在该组的若干光伏电池上形成钝化层，以使得钝化层覆盖每个光伏电池的侧表面中的至少一个，覆盖小于每个光伏电池的正面的表面面积的5％并且小于每个光伏电池的背面的表面面积的5％。
与影响光伏电池的整个表面(在没有掩模的情况下)的常规ALD沉积(被称为“时间”)不同，空间原子层沉积(SALD)技术允许钝化材料的沉积仅位于电池的一个边缘附近。凭借该技术，若干光伏电池的侧表面可以通过将它们靠得更近而同时被钝化，同时避免在侧表面外部蚀刻钝化材料的附加步骤。此外，SALD技术允许在大气压下以高速率进行沉积，这有助于降低光伏电池的生产成本。
在光伏电池的整个正面和/或背面上不存在钝化层促进了光伏电池的后续互连步骤。实际上，光伏电池包括在互连元件(带、线等)被焊接或被接合到其上的正面和/或背面上的金属化物(例如收集指、母线)。优选的是不要用钝化层覆盖这些金属化物，以免干扰互连元件的接合或焊接。
在钝化方法的第一实施例中，光伏电池组包括第一和第二光伏电池，第一和第二光伏电池彼此间隔开并且搁置在它们的正面和背面之一上，第一光伏电池的侧表面之一面向第二光伏电池的侧表面之一。
根据该第一实施例的改进，借助于气体分配头在第一和第二光伏电池上同时沉积钝化层，该气体分配头具有气体出口表面，该气体出口表面的宽度大于或等于分隔第一和第二光伏电池的距离。
优选地，该光伏电池组包括堆叠在彼此上的多个光伏电池。
在钝化方法的第二实施例中，该组的光伏电池形成单个堆叠并且搁置在它们的侧表面之一上或者它们的正面和背面之一上。
根据该第二实施例的进一步改进，借助于气体分配头在该组的所有光伏电池上同时形成钝化层，该气体分配头包括气体出口表面，该气体出口表面的宽度大于或等于堆叠的高度。
在钝化方法的第三实施例中，该组的光伏电池形成彼此面对布置并搁置在它们的正面和背面之一上的两个堆叠。
根据该第三实施例的改进，借助于气体分配头在该组的所有光伏电池上同时形成钝化层，该气体分配头位于两个堆叠之间并且包括两个相对的气体出口表面，该气体出口表面的宽度大于或等于每个堆叠的高度。
根据本发明第一方面的钝化方法还可以具有单独考虑或以任何技术上可能的组合考虑的以下一个或多个特征：
-钝化层由氧化铝(Al2O3)、二氧化硅(SiO2)、氮化硅(Si3N4)或氢化非晶氮化硅(a-SixNy:H)形成；
-每个电池中的光伏电池数量大于或等于100。
本发明的第二方面涉及一种用于钝化的光伏子电池的制造方法，包括以下步骤：
-提供光伏电池，每个光伏电池包括旨在用于被暴露于入射辐射的正面和与正面相对的背面；
-切割光伏电池以形成多个光伏子电池，每个光伏子电池包括旨在用于被暴露于入射辐射的正面、与正面相对的背面以及连接光伏子电池的正面和背面的侧表面，其中由切割光伏电池产生侧表面中的至少一个，被称为附加侧表面，；
-根据如上所述的钝化方法，用钝化层覆盖光伏子电池的至少一个附加侧表面。
在该制造方法的优选实施例中，切割每个光伏电池包括将光伏电池的正面和背面之一暴露于激光器以形成沟槽的步骤以及将光伏电池从沟槽机械地劈裂的步骤。
优选地，钝化层还覆盖暴露于激光器的面的至少一个条带，所述至少一个条带与所述至少一个附加侧表面邻接并且占暴露于激光器的面的表面面积的不到5％。
光伏电池例如被切割成半电池或子单元，该子单元的表面面积小于半电池的表面面积。
附图说明
参考附图，本发明的进一步特征和优点将从作为指示而非限制的目的的以下给出的描述中清楚地显现出来，其中：
[图1A]图示出了用于制造光伏子电池的方法的步骤。
[图1B]图示出了用于制造光伏子电池的方法的步骤。
[图1C]图示出了用于制造光伏子电池的方法的步骤。
[图2]表示用于钝化子电池的切割边缘的SALD沉积头。
[图3]表示根据本发明的用于钝化光伏电池的方法的第一实施例。
[图4]表示根据本发明的钝化方法的第二实施例。
[图5]表示根据本发明的钝化方法的第三实施例。
[图6]表示被设计为同时钝化两个光伏电池堆叠的SALD沉积头。
为了清楚起见，贯穿附图，相同或相似的元件用相同的附图标记来标记。
具体实施方式
图1A至图1C表示用于制造光伏子电池的方法的优选实施例。光伏子电池在这里是指全尺寸光伏电池，也被称为“整体”光伏电池的一部分或一块。例如，光伏子电池旨在用于制造与传统光伏模块(由整个光伏电池组成)相比具有低电阻损耗的光伏模块。
该制造方法包括将全尺寸光伏电池100切割成多个子电池200的步骤S1(见图1A-图1B)和钝化子电池200的步骤S2(见图1C)。为了清楚起见，在图1A和图1C中(以横截面视图)分别仅表示了一个光伏电池100和一个子电池200。
光伏电池100先前已经由(例如晶体硅的)半导体衬底制造。这些衬底最初是从硅锭上切割下来的，然后经受若干制造步骤(例如表面结构化、掺杂、退火、钝化、丝网印刷步骤……)，但是没有进一步的切割步骤。
光伏电池100每个都包括：旨在用于被暴露于入射太阳辐射的正面100a、与正面100a相对的背面100b、以及连接正面100a和背面100b的侧壁100c。从前视图或后视图来看，光伏电池100的形状优选为正方形或准正方形。在准正方形格式中，光伏电池100的四个角被截断或倒圆。正面100a和背面100b的维度通常是标准化的，例如156mm×156mm。
光伏电池100可以是单面或双面电池。在单面电池中，仅电池的正面100a捕获太阳辐射。在双面电池中，电池的两个面100a-100b都捕获太阳辐射。正面100a则是当它面向太阳时允许获得最大电流的表面。
优选地，光伏电池100准备好被互连在电池串中。它们在正面100a上和/或在背面100b上提供有用于收集光生电荷载流子并用于接收互连元件的一个或多个金属化物110，例如金属线或金属带。金属化物110优选地是被称为“母线”的导电轨道。母线110可以电连接分布在正面100a和/或背面100b的整个表面面积上的收集指(图1A中未表示出)。光伏电池100的背面100b也可以被完全金属化。在一个替代实施例中，光伏电池100没有母线110而是仅包括收集指。
有利地，每个光伏电池100的正面100a和背面100b都具有钝化层120。该钝化层120使光伏电池100的表面缺陷失活并提高光生电荷载流子的寿命。优选地，钝化层120还覆盖光伏电池100的侧表面100c。
在该优选实施例中，切割每个光伏电池100在两个连续的操作F1和F2中进行，分别如图1A和图1B中所图示。
操作F1是所谓的切割启动操作，其在于：将光伏电池100的正面和背面之一(图1A的示例中为正面100a)暴露于激光器130以便形成沟槽140。沟槽140的深度严格小于光伏电池100的厚度。沟槽140的深度优选地被包括在50μm和150μm之间，而光伏电池100的厚度通常被包括在150μm和200μm之间。
为了限制对沟槽140的任一侧上的电池的损坏，激光器130有利地是脉冲的，脉冲具有在10-6s和10-15s之间的持续时间。
在操作F2(参见图1B)期间，借助于激光器130形成沟槽140产生了促进电池的机械劈裂的脆化区间。机械的劈裂在沟槽140的平面中进行，在其开始时，优选地通过在沟槽140的任一侧上施用相同的力来进行。
光伏电池100优选地被切割成具有相同表面面积的两个(见图1B)、四个或六个子电池200。子电池200继而是半电池、四分之一电池或六分之一电池。切割光伏电池100可以借助特定装备来完全自动化，诸如专利申请CN203659909中所描述的。
每个子电池200包括正面200a和背面200b，分别对应于子电池200所源自的光伏电池100的正面100a的一部分和背面100b的一部分。每个子电池200还可以具有一个或多个侧表面200c，每个侧表面对应于光伏电池100的侧表面100c的全部或一部分。子电池200的正面200a、背面200b和侧表面200c因此有利地用钝化层120覆盖。
像光伏电池100一样，子电池200准备好被互连。光伏电池100的金属化物110的一部分存在于每个子电池200的正面和/或背面处。
每个子电池200还包括由切割光伏电池100而导致的一个或多个附加侧表面200c'。这些附加侧表面200c'形成半导体材料(例如，硅)尚未被覆盖的区间。换言之，与子电池200的正面200a、背面200b和(可能的)其他侧表面200c不同，这些附加侧表面200c'没有钝化层。例如，当光伏电池100被切割成四个平行的电池条，两个电池条具有两个平行的未钝化边缘，并且另外两个电池条具有单个未钝化边缘。
参考图1C，制造方法然后包括钝化被切割的子电池200的至少一个边缘的步骤S2，并且优选地钝化被切割的所有边缘。该步骤目的在于抵消与所切割的所述边缘相对应的附加侧表面200c'的缺陷，并且优选地抵消所有附加侧表面200c'的缺陷。以这种方式，可以限制与通过切割生成新边缘相关的子电池200的光伏效率的降低。
在步骤S2期间，通过空间原子层沉积(SALD)在子电池200的至少一个附加侧表面200c’上形成钝化层210。
空间原子层沉积(SALD)技术是传统(所谓的“时间”)ALD技术的替代方案。在这个替代方案中，不同的前体气体不是在时间上而是在空间上是分开的。前体气体被连续传送到衬底的不同区域，在这些区域上期望沉积一个或多个原子层。前体气流通过惰性气体幕或者通过真空泵所生成的吸力而被成对地分开。通过将衬底的一个区间暴露于第一前体流，来在该区间上形成原子层，该第一前体流与末端反应并形成进一步包含末端(活性基团)的单层，第二前体的分子可以在该单层上反应，同时形成化学键。优选地，第一前体包含硅或诸如铝之类的金属，而第二前体包含氧。
SALD技术允许在大气压下并且在没有容纳腔室的情况下进行薄膜沉积。因此，它比传统的ALD技术更容易实现。此外，与传统的ALD技术相比，沉积速度提高了几个数量级。因此，SALD技术提供了许多优点，尤其适用于在寻求高生产量和低生产成本的太阳能电池制造的情况。
SALD沉积步骤S2有利地使用维度被设计成使得钝化层的沉积仅位于子电池200的一部分上的沉积头来执行。沉积头的维度优选地小于子电池200的维度，例如小于60mm。
图2以举例的方式表示用于在子电池200上沉积钝化层210的SALD沉积头300。沉积头300包括传送第一前体气体的第一入口管道311、传送惰性气体的第二入口管道312和传送第二前体气体的第三入口管道313。分配通道(未在图2中表示出)将气体从入口导管311-313传送到气体出口表面320。气体出口表面320输送第一前体气体流331与第二前体气体流332以及前体气体流331-332之间的中性气体333交替。
沉积头300被定位成距子电池200为短距离(通常小于1mm)并且相对于子电池200移动，以便连续地将多个单原子层沉积到子电池上200。所有单原子层一起形成钝化层210。钝化层210的厚度根据所沉积的单原子层数量而变化。它优选地被包括在10nm和100nm之间。子电池200可以被放置在可移动支撑件(未表示出)上，该支撑件在沉积头300发射的气流下移动。然后沉积头300有利地是静止的。可替代地，沉积头300是可移动的并且沿着保持静止的子电池200的待钝化的边缘移动。子电池200和沉积头300也可以都是可移动的。在沉积步骤S2期间，子电池200可以被加热至25℃至300℃之间的温度，以便确保恒定的沉积速度。SALD沉积也可以是等离子体辅助的(如通常使用PECVD或PEALD技术所执行的那样)。
钝化层的材料例如为氧化铝(Al2O3)、二氧化硅(SiO2)、氮化硅(Si3N4)或氢化非晶氮化硅(a-SixNy:H)。
如图1C中所图示，有利地选择沉积条件(诸如沉积头300相对于子电池200的位置、气体流速、前体浓度和温度)和注射头的维度，以使得钝化层210还覆盖被激光撞击的面(图1A-图1C的示例中的正面200a)的条带200d。该条带与被钝化层210覆盖的附加侧表面200c'相邻。因此，在所切割的边缘附近，在子电池200的正面或背面处由激光产生的缺陷可以通过如存在于附加侧表面200c'上的缺陷相同的方式而被抵消。
钝化层210在被激光撞击的面上和在侧表面200c'上的沉积有利地在单个操作中进行(SALD技术在沉积一致性方面受益于与ALD一样良好的性能)。
当子电池200包括若干附加侧表面200c'并且其中几个在步骤S2中通过SALD被钝化时，钝化层210有利地覆盖被激光撞击的面的若干条带200d，每个条带200d与被钝化的附加侧表面200c'之一是连续的。
钝化层210所覆盖的所有条带200d占被激光器暴露的面的表面面积的小于5％。换言之，存在于该面上的金属化物110基本上未被钝化层210覆盖。因此，互连子电池200的后续步骤(为了形成子电池串然后形成光伏模块的目的)没有变得更复杂。这也确保任何互连技术都未被排除。所有利用带或线的接合或焊接互连技术都可以在1A-图1C的方法之后被使用。
子电池200可以一次被钝化一个，即依次被钝化。然而，在步骤S2的优选实施例中，同时钝化若干子电池200。这是因为SALD技术允许将钝化材料同时(局部)沉积在若干子电池200上。
还开发了用于通过SALD钝化光伏电池的方法以便提供高生产量并优化前体气体的消耗。
在该钝化方法中，若干光伏电池被聚集以形成电池组。属于该组的不同电池的待钝化的侧表面可以被放置成彼此相距很近，通常相距小于5mm，优选地小于1mm，甚至并置。然后，SALD沉积头相对于光伏电池移动以便同时在该组的若干光伏电池上形成钝化层，并且优选在该组的所有光伏电池上形成钝化层。沉积条件使得钝化层覆盖每个光伏电池的至少一个侧表面，每个光伏电池的正面的表面面积的小于5％以及每个光伏电池的背面的表面面积的小于5％。
在钝化方法的一个实施例中，钝化层不是在光伏电池的正面和背面之上延伸，而是仅在光伏电池的侧表面之上延伸。
无论光伏电池的维度如何，钝化方法都是适用的。特别地，它既适用于全尺寸光伏电池(例如156mmx 156mm)，也适用于通过切割获得的电池块(或子电池)。因此，该方法有利地被实现在(上面结合图1A-图1C所描述的)子电池制造方法的步骤S2中。
光伏电池钝化方法的若干实施例在下面结合图3至图5来进行描述。这些实施例以子电池(200、201、202)为例，每个子电池具有所切割的边缘，即要被钝化的附加侧表面200c'(半电池的情况)。
图3图示出了钝化方法的第一实施例，其中第一子电池201和第二子电池202平坦地被布置在支撑件400上，支撑件400可以是可移动的或静止的。可移动支撑件的示例是传输机的传送皮带(或带子)。子电池201和202因此搁置于它们的正面和背面之一上，也被称为主面上，例如背面200b上。子电池201和202彼此间隔开，优选地间隔1mm和5mm之间的距离d。第一子电池201的附加侧表面200c'面对第二子电池202的附加侧表面200c'。子电池201和202的切割边缘优选地是直线且彼此平行。距离d继而在切割边缘的整个长度上是恒定的。
SALD沉积头300位于子电池201-202之间的间隙上方并且沿着子电池201-202的切割边缘(相对于子电池的支撑件400)移动。沉积头300因此同时覆盖钝化层210的两个附加侧表面200c'。沉积头300的气体出口表面320具有大于或等于分隔子电池201和202的距离d的宽度l。宽度l和距离d在平行于正面和背面200a-200b的平面中垂直于子电池201和202的切割边缘而被测量。
气体出口表面320的宽度l优选地大于子电池201和202之间的距离d，以使得钝化层210进一步覆盖另一个主面的条带200d，在这里是正面200a。正面200a例如是已被暴露于激光器的子电池201-202的主面。
在由图4和图5表示出的以下两个实施例中，子电池200彼此堆叠。优选地，子电池200通过将它们的主面(例如正面200a靠着背面200b)压靠在彼此上来进行堆叠。可替代地，楔子可以被布置在子电池200之间。
在图4中，子电池200形成单个堆叠500并且搁置在边缘上，即在它们的侧表面之一上。因此它们垂直地被布置在支撑件400上，而不是平坦布置(见图3)。沉积头300(相对于子电池)沿着子电池200的切割边缘移动，气体出口表面320指向待钝化的附加侧表面200c'。这些附加侧表面200c’优选地与子电池200所搁置在的侧表面相对。由于子电池200在形式上一般是矩形的，所以气体出口表面320优选地被定向为平行于支撑件400。
在替代实施例中，子电池200仅形成单个堆叠500并且平坦地搁置在它们的主面之一(正面或背面)上。这种布置可以特别促进子电池200的加热。气体出口表面320然后被定向为垂直于(而不是平行于)支撑件400。
气体出口表面320的宽度l有利地大于或等于堆叠500的高度h。因此，钝化层同时被沉积在堆叠500的所有子电池200上。沉积头300然后只需要沿一个方向D移动，平行于子电池的切割边缘。因此可以简化沉积设备。
在图5的实施例中，子电池200形成第一和第二堆叠501-502并且平坦地搁置在它们的主面之一(正面或背面)上。堆叠501-502在支撑件400上彼此面对地布置。第一堆叠501的附加侧表面200c'面对第二堆叠502的附加侧表面200c'。SALD沉积头600在间隔距离d'的两个堆叠501-502之间(相对于子电池501-502的堆叠)移动，间隔距离d'有利地被包括在30mm和50mm之间。该沉积头600被配置为在属于两个堆叠501-502的若干子电池上同时形成钝化层210。
图6详细示出了图5的实施例中使用的沉积头600。沉积头600与图2中所图示的沉积头300的不同之处在于：它包括两个相对的气体出口表面321-322，而不是一个。优选地，沉积头600包括用于关闭从两个出口表面321-322之一输送的气流的关闭设备，以便在需要时在子电池200的单个堆叠上执行沉积。
气体出口表面321-322的宽度l有利地大于或等于堆叠501-502中的每一个的高度h。因此，钝化层同时形成在两个堆叠501-502的所有子电池200上。沉积头600然后只需要沿平行于子电池200的切割边缘的一个方向D移动。
气体出口表面320、321、322的宽度l和堆叠500、501、502的高度h(参见图4-图6)垂直于子电池200的主面200a-200b而被测量(如子电池的厚度)，而无论子电池200相对于支撑件400的定向如何。
在图4和图5的实施例中子电池200的正面200a和背面200b的一部分可以被钝化层覆盖——即使当子电池200相互压靠时。事实上，取决于沉积条件(尤其是气体流速)，前体气体可以在正面和背面向内扩散一定距离，因为它们不是完美的平面。为了不妨碍后续的子电池互连步骤，钝化层占据子电池的正面的小于5％和子电池的背面的小于5％。
有利地，SALD沉积设备包括能够使待钝化的不同侧表面达到相同温度的加热系统。因此可以在不同的子电池上获得相同厚度和成分的钝化层。
如前面所指出的，结合图3至图5所描述的钝化方法可以用全尺寸光伏电池而不是子电池来实现。特别地，对于诸如异质结电池(HET)之类先进的电池技术，通过形成新的钝化层来改善电池边缘的现有钝化可能是有用的。
根据本发明的光伏电池钝化方法受益于与其他光伏电池制造步骤的那些兼容的每个电池组大约15至30秒的高生产量，因为若干个光伏电池同时被处理。因此，它可以很容易被集成到光伏电池生产线中。
由于同时处理的电池数量多得多，因此根据图4和图5的钝化方法的生产量比根据图3的方法高得多。堆叠500、501、502中的电池数量有利地大于或等于100，优选地被包括在200和500之间。
此外，一方面通过不完全钝化光伏电池的正面和/或背面(与现有技术的方法相反)，另一方面通过在大量光伏电池上同时进行沉积(根据图4和图5的实施例)，在前体气体方面实现了显著的节约。
本发明不限于参考附图描述的实施例并且在不脱离本发明的范围的情况下可以设想替代方案。例如，在子电池制造方法的步骤S1(参见图1A-图1B)中，全尺寸光伏电池100可以借助于除激光器预切割然后机械的劈裂之外的技术来切割，例如通过单独的激光器，利用或不利用激光诱导的热分离和可能冷却，或者通过机械的开槽。

Claims (13)

1.用于钝化光伏电池(200)的方法，每个光伏电池包括旨在用于被暴露于入射辐射的正面(200a)、与所述正面相对的背面(200b)、以及连接所述正面和所述背面的侧表面(200c、200c')，所述方法包括以下步骤：
-形成光伏电池组(200、201、202)；
-通过空间原子层沉积(SALD)在所述组的若干光伏电池上同时形成钝化层(210)，以使得所述钝化层覆盖每个光伏电池(200、201、202)的所述侧表面中的至少一个(200c')，覆盖小于每个光伏电池的所述正面(200a)的所述表面面积的5％并且小于每个光伏电池的所述背面(200b)的所述表面面积的5％。
2.根据权利要求1所述的钝化方法，其中所述光伏电池组包括第一和第二光伏电池(201、202)，它们彼此间隔开并且搁置在它们的正面和背面(200a、200b)之一上，所述第一光伏电池(201)的所述侧表面之一(200c')面向所述第二光伏电池(202)的所述侧表面之一(200c')。
3.根据权利要求2所述的钝化方法，其中借助于气体分配头(300)在所述第一和第二光伏电池(201、202)上同时沉积所述钝化层(210)，所述气体分配头包括气体出口表面(320)，所述气体出口表面(320)的宽度(l)大于或等于分隔所述第一和第二光伏电池(201、202)的距离(d)。
4.根据权利要求1所述的钝化方法，其中所述光伏电池组包括堆叠在彼此上的多个光伏电池(200)。
5.根据权利要求4所述的钝化方法，其中所述组的光伏电池(200)形成单个堆叠(500)并且搁置在它们的侧表面(200c、200c')之一上或者它们的正面和背面(200a、200b)之一上。
6.根据权利要求5所述的钝化方法，其中借助于气体分配头(300)在所述组的所有光伏电池(200)上同时形成所述钝化层(210)，所述气体分配头(300)包括气体出口表面(320)，所述气体出口表面(320)的宽度(l)等于或大于所述堆叠(500)的高度(h)。
7.根据权利要求4所述的钝化方法，其中所述组的所述光伏电池(200)形成彼此面对布置并搁置在它们的正面和背面(200a、200b)之一上的两个堆叠(501、502)。
8.根据权利要求7所述的钝化方法，其中借助于气体分配头(600)在所述组的所有光伏电池(200)上同时形成所述钝化层(210)，所述气体分配头(600)位于所述两个堆叠(501、502)之间并且包括两个相对的气体出口表面(321、322)，所述气体出口表面(321、322)的宽度(l)大于或等于每个堆叠的高度(h)。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的钝化方法，其中所述钝化层(210)由氧化铝(Al2O3)、二氧化硅(SiO2)、氮化硅(Si3N4)或氢化非晶氮化硅(a-SixNy:H)形成。
10.用于钝化的光伏子电池(200)的制造方法，包括以下步骤：
-提供光伏电池(100)，每个光伏电池包括旨在用于被暴露于入射辐射的正面(100a)和与所述正面相对的背面(100b)；
-切割(S1)所述光伏电池(100)以形成多个光伏子电池(200)，每个光伏子电池包括旨在用于被暴露于入射辐射的正面(200a)、与所述正面相对的背面(200b)、以及连接所述光伏子电池的所述正面和所述背面的侧表面(200c、200c')，由切割所述光伏电池(100)产生每个光伏子电池(200)的所述侧表面中的至少一个(200c')，被称为附加侧表面；
-根据权利要求1至8中任一项所述的钝化方法，用所述钝化层(210)覆盖(S2)所述光伏子电池的至少一个附加侧表面(200c')。
11.根据权利要求10所述的制造方法，其中切割每个光伏电池(100)包括将所述光伏电池的所述正面和所述背面(100a、100b)之一暴露于激光器(130)以形成沟槽(140)的步骤(F1)和将光伏电池(100)从所述沟槽(140)机械地劈裂的步骤(F2)。
12.根据权利要求11所述的制造方法，其中所述钝化层(210)还覆盖暴露于激光器(130)的所述面的至少一个条带(200d)，所述至少一个条带与所述至少一个附加侧表面(200c')邻接并且占暴露于激光器的面的表面面积的不到5％。
13.根据权利要求10至12中任一项所述的制造方法，其中将所述光伏电池(100)切割成半电池(200)或表面面积小于半电池的表面面积的子单元。
CN201980090064.6A 2018-12-21 2019-12-20 用于钝化光伏电池的方法和用于生产钝化的光伏子电池的方法 Pending CN113330585A (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR1874013A FR3091025B1 (fr) 2018-12-21 2018-12-21 Procédé de passivation de cellules photovoltaïques et procédé de fabrication de sous-cellules photovoltaïques passivées
FR1874013 2018-12-21
PCT/EP2019/086561 WO2020127896A1 (fr) 2018-12-21 2019-12-20 Procédé de passivation de cellules photovoltaïques et procédé de fabrication de sous-cellules photovoltaïques passivées

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN113330585A true CN113330585A (zh) 2021-08-31

Family

ID=67107596

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201980090064.6A Pending CN113330585A (zh) 2018-12-21 2019-12-20 用于钝化光伏电池的方法和用于生产钝化的光伏子电池的方法

Country Status (4)

Country Link
EP (1) EP3900052B1 (zh)
CN (1) CN113330585A (zh)
FR (1) FR3091025B1 (zh)
WO (1) WO2020127896A1 (zh)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111952414B (zh) * 2020-08-21 2023-02-28 晶科绿能(上海)管理有限公司 硅基半导体器件的切割后钝化方法和硅基半导体器件
FR3131085A1 (fr) 2021-12-20 2023-06-23 Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives Procédé d’activation thermique d’une couche de passivation
FR3136591A1 (fr) * 2022-06-14 2023-12-15 Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives Correction d’angle de clivage de plaques de silicium pour cellules solaires

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20130203239A1 (en) * 2010-10-27 2013-08-08 Vitaliy Fadeyev Methods for scribing of semiconductor devices with improved sidewall passivation
CN104797745A (zh) * 2012-09-04 2015-07-22 原子能与替代能源委员会 用于制造包括多个竖向结的单块硅晶圆的方法
US20160068953A1 (en) * 2014-09-10 2016-03-10 Applied Materials, Inc. Gas Separation Control in Spatial Atomic Layer Deposition
CN106505126A (zh) * 2015-09-07 2017-03-15 Imec 非营利协会 单晶硅基材的织构化
EP3340318A1 (fr) * 2016-12-21 2018-06-27 Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives Dispositif photovoltaïque et procede de fabrication associe

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN203659909U (zh) 2014-01-20 2014-06-18 常州天合光能有限公司 集成式电池片激光切半机

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20130203239A1 (en) * 2010-10-27 2013-08-08 Vitaliy Fadeyev Methods for scribing of semiconductor devices with improved sidewall passivation
CN104797745A (zh) * 2012-09-04 2015-07-22 原子能与替代能源委员会 用于制造包括多个竖向结的单块硅晶圆的方法
US20160068953A1 (en) * 2014-09-10 2016-03-10 Applied Materials, Inc. Gas Separation Control in Spatial Atomic Layer Deposition
CN106505126A (zh) * 2015-09-07 2017-03-15 Imec 非营利协会 单晶硅基材的织构化
EP3340318A1 (fr) * 2016-12-21 2018-06-27 Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives Dispositif photovoltaïque et procede de fabrication associe

Also Published As

Publication number Publication date
EP3900052B1 (fr) 2022-10-12
WO2020127896A1 (fr) 2020-06-25
EP3900052A1 (fr) 2021-10-27
FR3091025A1 (fr) 2020-06-26
FR3091025B1 (fr) 2021-01-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8883552B2 (en) MWT architecture for thin SI solar cells
US9515217B2 (en) Monolithically isled back contact back junction solar cells
US9379258B2 (en) Fabrication methods for monolithically isled back contact back junction solar cells
EP2828893B1 (en) Cell and module processing of semiconductor wafers for back-contacted solar photovoltaic module
US7498508B2 (en) High voltage solar cell and solar cell module
US7759158B2 (en) Scalable photovoltaic cell and solar panel manufacturing with improved wiring
JP5230222B2 (ja) 太陽電池
US6172297B1 (en) Solar cell and method for fabrication of a solar cell
US8399283B2 (en) Bifacial cell with extruded gridline metallization
CN113330585A (zh) 用于钝化光伏电池的方法和用于生产钝化的光伏子电池的方法
US10991634B2 (en) Method and system for manufacturing solar cells and shingled solar cell modules
US20070023082A1 (en) Compositionally-graded back contact photovoltaic devices and methods of fabricating such devices
US20100132759A1 (en) Cell isolation on photovoltaic modules for hot spot reduction
JP2010518609A (ja) ハイブリッドシリコン太陽電池及び該ハイブリッドシリコン太陽電池の製造方法
US20180108796A1 (en) Cascaded photovoltaic structures with interdigitated back contacts
KR20150119262A (ko) 벌크 웨이퍼를 사용한 모노리식 섬 후측 접촉 후측 접합 태양 전지
US20170133545A1 (en) Passivated contacts for photovoltaic cells
US20130344637A1 (en) Mask for manufacturing dopant layer of solar cell, method for manufacturing dopant layer of solar cell, and method for manufacturing dopant layer of solar cell using the mask
JP2024016070A (ja) 太陽電池及びその製造方法、太陽光発電モジュール及び太陽光発電システム
JP6985393B2 (ja) 板葺きソーラーセルと板葺きソーラーモジュールを製造するための方法とシステム
Mewe et al. XIS: A low-current, high-voltage back-junction back-contact photovoltaic device
WO2016114371A1 (ja) 光電変換素子、それを備えた太陽電池モジュールおよび太陽光発電システム
Mewe et al. XIS: A low-current, high-voltage back-junction back-contact device
WO2015100392A2 (en) Self aligned contacts for monolithically isled back contact back junction solar cells
EP3608973A1 (en) Method for manufacturing photovoltaic devices and photovoltaic devices made with the method

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination