CN115004378A - 制造光伏器件的方法 - Google Patents

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Abstract

一种制造单面接触式光伏器件(1)的方法，所述方法包括以下步骤：a)提供光伏活性基板(3)，其限定以平行条带布置的多个交替的空穴收集区(3a)和电子收集区(3b)；b)跨所述区淀积导电层(5)；c)淀积至少一个导电轨道(9)，其沿所述区(3a、3b)中的各个区的至少一部分延伸；d)在所述区(3a、3b)中的各个区上选择性地形成电介质层(7)，以在相邻区(3a、3b)之间的界面处留下无电介质的暴露区域；e)在所述暴露区域中蚀刻所述导电层(5)；f)施加多个互连导线(11a、11b)，以使所述空穴收集区(3a)的至少一部分彼此电互连，并且使所述电子收集区(3b)的至少一部分彼此电互连。

Description

制造光伏器件的方法
资助声明
产生本申请的项目根据拨款协议No.727523从欧盟地平线2020研究和创新计划获得资助。
技术领域
本发明涉及光伏器件领域。更具体地，本发明涉及单面接触式太阳电池。
背景技术
单面接触式太阳电池被布置成使得个体光伏结之间的电互连件完全位于电池的一个面上，通常是电池的背面，因为在使用时该侧旨在背对着太阳并且因此电互连件不会遮蔽该器件的光伏活性(photovoltaically-active)区域。许多背接触式PV电池使用与导电指状物电连接的铜或银母线，所述导电指状物由丝网印刷的银浆料制成，其布置成从PV器件的空穴收集区和电子收集区收集电流。这些母线和指状物在若干步骤中印刷在选择性淀积的绝缘层上，所述绝缘层布置成确保母线仅与正确的指状物接触，并且不与不正确的指状物形成分路。这需要淀积大量的材料，其中银是特别昂贵的，并且由于材料成本的原因是不经济的，并且还导致涉及大量步骤的相对长的处理时间。
WO2014/124675提出了通过使用利用无母线栅格设计的背接触式太阳电池的、针对该问题的部分解决方案，所述无母线栅格设计包括与导线互连的中断的指状物。然而，这种电池的制造是复杂的，特别是由于电介质层设置在电池的整个表面上并且必须被指状物的材料穿透以便与下面的光伏活性基板电接触这一事实。用于电介质层的SiNx、SiOx或AlyOx的选择需要大量的制造步骤。
因此，本发明的目的是至少部分地克服现有技术的上述缺点。
发明内容
该目的通过如权利要求1所述的制造单面接触式光伏器件的方法来实现。该方法包括以下步骤：
a)提供光伏活性基板，该光伏活性基板包括一个或更多个层并限定多个交替的空穴收集区(诸如p型半导体区)和电子收集区(诸如n型半导体区)，所述多个交替的空穴收集区和电子收集区以在光伏活性基板的平面中考虑的相邻平行条带布置，以限定光伏结。该基板例如可以是单晶硅晶片，取决于所应用的光伏技术，该单晶硅晶片还可以包括在其上形成的一个或更多个另外的层，以限定构成基板的硅异质结电池。空穴收集区和电子收集区以相同方式布置的其它PV技术也是可能的；
b)直接或间接地在所述区的表面上淀积导电层，诸如透明导电氧化物(TCO)、掺杂多晶硅、金属等的层。该导电层通常覆盖所述区的90％至100％；
c)在导电层的顶部上淀积沿所述区中的各个区的至少一部分延伸的至少一个导电轨道，因此各个区具有位于该区上的其自己的一个或多个轨道；
d)在所述区中的各个区上选择性地形成电介质层(即，绝缘层)，以在相邻区之间的连接处留下无电介质的暴露区域；
e)在所述暴露区域中蚀刻所述导电层，以去除这些区域中该层的材料，并因此防止相邻区之间的短路。在该步骤中，例如可以是抗蚀剂材料(例如，光致抗蚀剂、可热固化的聚合物等)、自组装单层或其它抗蚀刻物质的电介质充当蚀刻掩模，以选择性地蚀刻导电层，从而使下面的基板暴露；
f)施加多个互连导线，以使所述空穴收集区的至少一部分彼此电互连，并且使所述电子收集区的至少一部分彼此电互连。
该方法特别简单，并且以两种作用使用电介质层，即，作为用于蚀刻导电层的蚀刻掩模，并且还作为光伏器件的结构的一部分。这将处理步骤的数量减少至最少。
有利地，所述区中的各个区具有多个导电轨道，所述多个导电轨道由设置在该区上的间隙分隔开，各个区的间隙面向相邻区的轨道。考虑另一方式，各个区在其上具有中断的轨道。这种布置使得能够简单地应用互连导线，而没有互连导线与位于错误区上的轨道形成电接触从而导致分流的任何风险。实质上，用于空穴收集区的互连导线在电子收集区的轨道之间穿过，并且反之亦然。
另选地，所述轨道中的各个轨道可以是连续的，并且在步骤d)中，电介质层被形成有较大的厚度或宽度，以在不期望所述轨道与所述互连导线之间的电连接的位置处暴露轨道，并且在期望所述轨道与所述互连导线之间的电连接的位置处，电介质层形成有较小的厚度或宽度。
另选地，所述轨道中的各个轨道可以被成形为中空的菱形，各个区具有位于该区上的一个或更多个这种菱形轨道。由于这种形式的轨道具有与互连件的两个潜在触点，所以这减少了当应用互连件时不形成连接的可能性。在这种情况下，也可以在步骤c)之后但在步骤f)之前用焊接材料(诸如InSn、BiSnAg等)填充所述菱形轨道中的各个菱形轨道。
有利地，所述电介质材料是有机材料，诸如热固性抗蚀剂、光致抗蚀剂、聚合物或自组装单层。
在所有情况下，所述至少一个导电轨道可以完全嵌入选择性形成的所述电介质层中，特别是在具有不中断轨道的情况下，或者可以从选择性形成的所述电介质层突出。
有利地，在步骤e)之后但在步骤f)之前，可以在基板的通过步骤e)中的蚀刻暴露的区域上设置可选的绝缘层，以消除由导线引起的电分流的所有风险。不同于上述电介质层的这种绝缘体层保证了互连导线无法接触基板，从而无法与该基板形成不期望的电接触。
有利地，步骤d)包括以下项中的至少一项：
-淀积所述电介质层，随后选择性地去除所述电介质层，例如通过光刻、激光烧蚀等；
-选择性地淀积所述电介质层；
-选择性地淀积电介质线，以界定所述电介质层的边界，随后在所述电介质的所述线之间选择性地淀积所述电介质层。
有利地，所述轨道和/或所述互连导线在其上设置有焊接材料层，诸如InSn、BiSnAg等。这改善了轨道与互连件之间的连接。
有利地，步骤f)包括向电互连件施加热和压力，以将所述电互连件至少部分地嵌入到所述电介质材料中。在电介质是光致抗蚀剂材料的情况下，这软化和/或熔化材料，从而将互连件接合至轨道。此外，如果互连件和轨道中的任一者或两者具有设置在其上的焊接材料层(诸如InSn、BiSnAg等)，则可以将该焊接材料层熔化，以进一步改善电连接。
有利地，选择性形成的所述电介质保留在完成的光伏器件中，从而将处理步骤的数量保持为最小。在电介质本身透明的情况下，所得到的光伏器件可以用于双面PV模块，以便还能够收集撞击在其背侧上的反射光。
此外，本发明涉及一种单面接触式光伏器件，该单面接触式光伏器件包括：
-光伏活性基板，诸如单晶硅晶片，该光伏活性基板限定多个交替的空穴收集区(诸如p型半导体区)和电子收集区(诸如n型半导体区)，所述多个交替的空穴收集区和电子收集区以在该层的平面中考虑的平行条带布置；
-导电层，诸如透明导电氧化物(TCO)、掺杂微晶硅、金属等的层，该导电层直接或间接位于所述区上并且按照使得相邻区之间的结没有透明导电氧化物的方式图案化，以防止不同类型的区之间的短路；
-至少一个导电轨道，该至少一个导电轨道沿所述区中的各个区的至少一部分延伸；
-电介质(即，绝缘)层，该电介质层位于所述导电层上；
-多个互连导线，所述多个互连导线布置成使得所述空穴收集区的至少一部分彼此电互连，并且使得所述电子收集区的至少一部分彼此电互连。
该器件简单，并且可以通过上述方法以最少数量的步骤制造。
有利地，所述电介质材料是有机材料，诸如光致抗蚀剂或自组装单层。
有利地，绝缘层可以位于基板的通过蚀刻暴露的至少一部分上，即，在所述区之间的界面处，以消除互连导线与基板形成不期望的电接触的所有风险。
附图说明
在参考附图阅读以下描述后，本发明的另外的细节将更清楚地显现，附图例示了：
-图1：根据本发明的第一实施方式的光伏器件的示意性平面图；
-图2：沿图1的线A-A的示意性局部截面图；
-图3：沿图1的线B-B的示意性局部截面图；
-图4a至图4d：根据本发明的方法的沿图1的线B-B的示意性局部截面图；
-图5：根据本发明的另一实施方式的光伏器件的示意性平面图；
-图6：沿图5的线B-B的示意性局部截面图；
-图7：根据本发明的另一实施方式的光伏器件的示意性平面图；
-图8：沿图7的线B-B的示意性局部截面图；
-图9：根据本发明的另一实施方式的光伏器件的示意性平面图；
-图10：沿图9的线B-B的示意性局部截面图；
-图11：根据本发明的另一实施方式的光伏器件的示意性平面图；以及
-图12：沿图10的线B-B的示意性局部截面图。
具体实施方式
图1至图3例示了根据本发明的光伏器件1的第一变型例，图1是电池1的平面图，图2是沿线A-A的局部横截面，并且图3是沿线B-B的局部横截面。
电池1包括至少一个光伏活性基板3，其包括空穴收集区3a(诸如p型半导体区)和电子收集区3b(诸如n型半导体区)的交替带，该空穴收集区3a和电子收集区3b构成光伏结，并且在暴露于光时分别收集空穴和电子，从而在各种类型的区3a、3b之间生成电压。区3a、3b在层3的平面中彼此平行地延伸，如通常已知的，并且各对相邻区3a、3b之间的界面用虚线例示。
任何合适的光伏技术都可以用于光伏活性基板3，诸如基于晶体硅晶片的硅异质结技术(其中，区3a、3b由淀积在晶片上的适当掺杂的薄层或层堆叠的淀积来限定)或者硅同质结技术(其中，区3a、3b通过将适当的掺杂剂结合到单晶硅晶片中来形成)。应当注意，在本发明的意义上，基板3不应被解释为必须是单片的，并且可以是层(晶片、掺杂层、隧穿层、钝化层等)的组装(诸如在上述异质结技术中)。此外，区3a、3b形成为相邻带的任何其它合适的PV技术也是可能的。
光伏活性基板3的第一面(图2和图3中的上面)用于接触。这通常是电池1的背面，其旨在背对着入射光的主方向(即，当安装在外面时背对着天空)，但不排除该面可以是电池的正面(即，光入射侧)。
在各个区3a、3b上提供导电层5(诸如透明导电氧化物(TCO)、掺杂多晶硅、金属等的层)(例如，具有至少1.0×104S/m的电导率)，该导电层布置成使得在各个相邻区3a、3b上提供的导电层5之间存在间隙，从而避免不同类型的区之间的短路分流。相邻导电层5之间的典型间隔介于1μm至1000μm之间，优选地介于50μm至400μm之间。在TCO用于导电层5的情况下，典型的材料是铟掺杂的氧化锡、铟掺杂的氧化锌、铝掺杂的氧化锌、硼掺杂的氧化锌等。没有导电层5的区域通常以区3a、3b之间的界面为中心，尽管可以相对于区3a、3b不对称地布置。
在各个导电层5上是图案化的电介质(即，绝缘)层7(例如，具有小于1.0×10-3S/m的电导率)，至少一个导电轨道9至少部分地嵌入电介质层7中、沿各个区3a、3b的至少一部分延伸。如图所示，这些轨道9被中断，使得任何给定区3a、3b中的各个轨道9的中点面向相邻区3b、3a中的轨道9之间的间隙的中点。轨道9可以完全嵌入电介质层7中，或者可以从电介质层7突出。轨道通常具有介于1μm至300μm之间并且优选地介于20μm至100μm之间的宽度以及介于1μm至50μm之间并且优选地介于3μm至20μm之间的厚度。尽管用单线例示了轨道9的多个区段，但是各个区3a、3b可以包括多个平行轨道，轨道的数量可以根据导电层5和下面的基板3的方阻而变化，并且可以包括1到10个平行轨道，优选地包括1到4个平行轨道。
导电轨道9可以例如由银浆料、铜镀层、金镀层、导电油墨或公知的任何其它方便的导电材料形成。银浆料是这些项中的最好的选项，并且可以例如通过丝网印刷印刷在导电层5上，但是其它项不应当被解释为被排除。在轨道9完全嵌入电介质层7的情况下，可以安全地使用针对所讨论的蚀刻剂而言不稳定的材料，因为它们受到电介质7的保护。
所讨论的电介质层7通常是有机物质，并且例如可以是光致抗蚀剂、自组装单层或任何其它方便的可选择性去除或可选择性淀积的层，其原因在下面对本发明方法的讨论中将变得显而易见。在抗蚀剂材料的情况下，典型的厚度介于0.05μm至40μm之间，进一步优选地介于1μm至15μm之间。这种抗蚀剂通常是由具有至少三个碳长的碳链的化合物形成的有机层，其可以通过热、UV光等硬化。在轨道9完全嵌入抗蚀剂材料7的情况下，抗蚀剂材料7在轨道顶部上的厚度应当介于0.05μm至40μm之间。层7可以是通过公知的光刻技术图案化的光致抗蚀剂、通过丝网印刷或CNC控制印刷淀积的热固性抗蚀剂、通过CNC控制印刷淀积的热熔聚合物，可以经由真空工艺(诸如物理气相淀积或化学气相淀积(取决于材料))等淀积。此外，电介质材料7理想地对于可见光和红外光是透明的，这在双面应用中是特别有利的。
基本上垂直于轨道9延伸的多个互连导线(即，互连件11a、11b)分别互连各组区3a、3b并传输电流。为此，互连件11a、11b与对应轨道9电接触，例如通过用低温焊料焊接到对应轨道上，或者在电介质7是诸如抗蚀剂材料的树脂的情况下简单地通过电介质7胶合到对应轨道上。用于互连的特别合适的技术是涂覆有由聚合物箔支承的薄的低熔点合金层的铜线，如在公开文档“SMARTWIRE SOLAR CELL INTERCONNECTION TECHNOLOGY”Faes et al，Proc.29th Eur.Photovoltaic Sol.Energy Conf.，January 2014中描述的。然而，通过焊料、导电油墨、银浆料、导电有机涂层(例如，如PEDOT-PSS)、机械触点等连接到轨道9的常规导线或带也是可能的。
任选的绝缘层15(例如，具有小于1.0×10-3S/m的电导率)可以至少设置在导电层5和电介质层7的各个叠层之间的间隙中，即，设置在区3a、3b之间的界面处。因此，该绝缘层15覆盖基板3的未被电介质层7覆盖的区域，并且消除了互连导线11a、11b可能与基板3的表面电接触并引起电分流的风险。与电介质层7不同并且在单独的(可选的)步骤(见下文)中淀积的绝缘层15可以在基板5上方延伸到与电介质层7相同的高度，或者可以具有使得其上表面位于电介质层7的上表面上方或下方的厚度。就用于绝缘层15的材料而言，该材料可以是与电介质层7相同的材料或不同的材料(参见针对电介质层7列出的材料，所述材料也适用于绝缘层15)，并且同样可以通过针对电介质层7列出的工艺来形成。
另选地，绝缘层5可以淀积在电池的整个表面上。
此外，整个电池1被封装(未例示)，如通常已知的，例如通过利用合适的透明聚合物封装材料、合适的前片材和合适的后片材层压成夹层结构。
图4a至图4c以沿线B-B的横截面示意性地表示根据本发明的制造图1至图3的电池1的方法。
如图4a所示，首先提供光活性层3，如前所述。如图所示，这是单晶硅异质结晶片，其具有已经形成的空穴收集区3a和电子收集区3b以及已经在其上提供的任何其它层。
随后，将导电层5直接或间接地淀积在光活性层3的整个表面上，并且在导电层5上形成导电轨道9(这里仅例示了其中一个导电轨道)。在轨道9由银浆料制成的情况下，这可以简单地印刷，例如借助于丝网印刷、CNC控制印刷或其它方便类型的印刷。在铜的情况下，可以将其淀积在整个表面上并如通常已知的那样选择性地蚀刻。
然后在导电层5的表面上和在轨道9上提供电介质层，轨道9可以完全嵌入电介质层中(如图所示)或者可以从电介质层的自由表面突出，这允许在施加互连件11a、11b之前容易地对电池1进行电测试。该电介质是有机化合物，并且可以例如是光致抗蚀剂、自组装单层等。在自组装单层的情况下，这可以是例如12,12,13,13,14,14,15,15,15,15-九氟十五烷基膦(Nonafluoropentadecylphosphonic)酸、12,12,13,13,14,14,15,15,16,16,17,17-十三氟隔片癸基膦(Tridecafluoroseptadecylphosphonic)酸、12,12,13,13,14,14,15,15,16,16,17,17,18,18,19,19,19-十七氟壬癸基膦酸(Heptadecafluorononadecylphosphonic)酸、10-((3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,9,9,10,10,10-十七氟癸氧基(Heptadecafluorodecyloxy))羰基)癸基膦酸、5,7,7-三甲基-2-(4,4-二甲基戊-2-基)辛基膦酸、二乙基-12-五氟苯氧基十二烷基膦酸酯(pentafluorophenoxydodecylphosphonate)、十八烷基膦酸、癸基膦酸、十二烷基膦酸、辛基膦(octylphosphonic)酸、10,11-双(2,2,3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,9,9,9-十七氟壬基)二十烷-1,20-二基二膦酸或任何其它方便的SAM。由于SAM层非常薄，所以轨道9将从SAM层突出。
在所示的变型例中，在图4b中，通过利用掩模13的公知的选择性UV曝光光刻工艺、通过激光烧蚀等来图案化电介质层7。在光致抗蚀剂的情况下，这可以是正性或负性抗蚀剂，该层的曝光部分或未曝光部分随后用溶剂去除，这取决于所使用的抗蚀剂的类型。另选地，在未例示的实施方式中，电介质层7可以例如通过印刷以图案化的方式淀积，因此避免了选择性去除的步骤。结果，与区3a、3b之间的接合处直接相邻的区域没有电介质7，并因此暴露于来自蚀刻剂的侵蚀。
然后，经图案化的电介质层7用作用于蚀刻下面的导电层5的掩模，以便产生与下面的区3a、3b的不连续接触，而在它们之间没有分路，如图4c所示。该蚀刻可以例如借助于稀酸进行，之后清洗工件。如果存在绝缘层15，则随后例如通过丝网印刷、CNC控制印刷等淀积绝缘层15，如箭头示意性所示的。如果淀积在整个表面上而不是选择性地淀积在电介质层7的区域之间的间隙中，则诸如真空工艺(即，根据材料的PVD、CVD)的其它淀积工艺是可能的。
随后，如图4d所示，互连件11a、11b被应用为由机器支承的导线或带，或者应用为如上所述的“智能导线(smartwire)”型组装。在该步骤期间，可以施加热和压力，这将导致互连件11a接合至对应的轨道9。如果互连件11a、11b涂覆有低温焊接材料，如在所引用的公开文档(通过引用将其整体并入本文)中所描述的，则这在接触点处将轨道9和互连件11a、11b熔化并焊接在一起。同样地，如果轨道9由例如铜制成并且涂覆有低温焊接材料，则这将在所需点处熔化轨道9并将其焊接至互连件11a、11b。
此外，无论互连件11a、11b和/或轨道9是否涂覆有低温焊料，如果轨道9完全嵌入在电介质材料7中，则在足够的温度下施加热将软化和/或熔化电介质材料7(如果它是抗蚀剂材料)，结果将建立与轨道9的接触。在冷却后，抗蚀剂材料将根据需要将互连件11a、11b接合在与轨道接触的位置。
用于该步骤的典型加工条件涉及在介于70℃至250℃之间并且优选地介于90℃至170℃之间的温度下、在加载压力介于0.1巴至1巴之间并且优选地介于0.6巴至1巴之间的部分真空下进行层压，根据电介质7和互连件11a、11b和/或轨道9上存在的任何焊接材料的性质适当地选择温度。
作为电介质7的合适的光致抗蚀剂材料的典型性质在下表中给出：
Figure BDA0003613978810000091
图5和图6以与图1和图3类似的视图例示了根据本发明的光伏器件1的另一变型例。在该变型例中，轨道9是不中断的并且在它们各自的整个长度上彼此平行地延伸。
为了防止分流，电介质层7在不发生互连件11a、11b与轨道9之间的连接的区域(用点表示)中是较厚的。在图6的所示示例中(图6表示沿图5的B-B的截面)，区3a上的电介质层7(在该示例中为抗蚀剂层)的区域比区3b上的电介质层7薄。结果，当施加和加热互连件11a、11b时，仅在区3a上与轨道9形成接触，而在区3b上不与轨道9形成接触，并且将保留一定量的抗蚀剂，互连件11b与下面的轨道9绝缘，并且防止分流。用于施加互连件11a、11b的确切热量、压力和时间可以通过常规实验来确定，以确保所期望的位置处的电连接并且避免不期望的位置处的电连接。
尽管未例示，但是显然，考虑沿图5的线C-C的截面，区3a上的电介质层7将比区3b上的电介质层7厚，使得在区3b上形成互连件11b与正确的轨道9之间的接触。
在电介质层7的淀积方面，由于其厚度根据将要产生连接的位置而变化，因此这可以按照两个步骤淀积，以便产生其两个叠加层，或者在如图4中形成抗蚀剂层之后，在电介质7的图案化之前或之后，例如可以通过CNC控制印刷、丝网印刷等淀积额外的光致抗蚀剂材料，以产生不发生接触的较厚区域。此外，可以使用两种不同的电介质材料，以便产生电介质层7的主体及其较厚部分。
图7和图8例示了根据本发明的光伏器件1的另一变型例。该变型例与图1至图3的变型例的不同之处在于，电介质层7的主体(再次地，其是抗蚀剂层)按照两个阶段淀积。这些阶段中的第一阶段是抗蚀剂的相对精细的线7a(在图7中由虚线例示)的选择性淀积，其通过CNC控制印刷、丝网印刷等淀积，以便界定电介质层的整个范围。这样的精细线可以通过丝网印刷或CNC控制印刷来相对精确地印刷，并且在硬化之后形成坝壁，在该坝壁之间例如通过丝网印刷来印刷电介质层7的剩余部分。电介质的这些精细线7a形成屏障，以确保电介质的边界被精确地限定，防止电介质从一个区3a到另一区3b的渗出，该渗出导致由于导电层5的应该被去除的未蚀刻部分而造成的分流。应当注意，电介质的精细线7a可以是与电介质层7的其余部分相同的材料，或者可以是不同的材料。
同样的原理也可以应用于图5和图6的实施方式。
图9和图10例示了根据本发明的光伏器件1的又一变型例，该变型例与图1的变型例的不同之处在于，各个个体轨道9形成为封闭的、中空的、细长的菱形，其长轴与区3a、3b的长轴对准。这种布置在各个轨道9之间提供了两个连接点，从而减少了轨道9不与其对应的互连件11a、11b连接的可能性。还可能的是，各个菱形轨道9可以用相对细的接合轨道接合到相邻的菱形轨道，图5和图6的实施方式的电介质7的较厚区域用于防止与这些接合轨道的不期望的连接。此外，在未例示的变型例中，轨道9的中空内部可以填充有低温焊料合金(诸如InSn、BiSnAg等)，以便提供更大的导线面积，同时保持所使用的银的量最小。
图11和图12例示了根据本发明的光伏器件1的另一变型例。在该变型例中，轨道9也是菱形的，其中多个菱形按照沿各个区3a、3b延伸的线布置，靠近对应区3a、3b的边缘，并且以图1的方式从一个区到下一区交替。
轨道9以如下方式布置，即，用作坝壁，以防止例如通过丝网印刷、CNC控制印刷等选择性地淀积在轨道9内的电介质7溢出。另选地，可以在各个菱形轨道9内提供低温焊接材料，如上面在图9和图10的上下文中所描述的。
此外，充当绝缘坝壁的类似于图7和图8的相对精细的电介质线7a(再次借助于虚线示出)在各个菱形轨道9之间在它们的平行于区3a、3b延伸的侧的延长部分中延伸。因此，当电介质7施加在由轨道9和电介质的相对精细的线7a形成的坝壁内时，它不能跨区3a、3b之间的界面扩散并引起分流。
应当注意，可以省略垂直于区3a、3b延伸的轨道9的区段，因此轨道9由成对的平行导线形成。
当然，此外，轨道9的不同形式也是可能的。
鉴于前述内容，可以看出，本发明的光伏器件1的所有变型例的制造相对简单，并且可以以最少的步骤并以最少的材料成本进行。在电介质7是热固性抗蚀剂、光致抗蚀剂或自组装单层的情况下，其不必被去除并且可以保留在器件中。
没有母线使得根据本发明的光伏器件1特别适合于双面应用，其中到达器件1后侧的光也被转换成电。典型地，器件1的后侧(即，旨在背对着天空的一侧)上的母线或大面积导线阻挡了入射在后侧上的显著比例的光，从而降低了效率。本发明的器件中相对小面积的导线阻挡较少的后侧入射光，因此提高了效率。在这样的应用中，电介质7(以及电介质的相对精细的线7a，如果存在的话)优选地对于可以被器件1光转换的关注的波长基本上是透明的，以便避免被电介质7遮蔽。
尽管已结合特定实施方式描述了本发明，但是在不脱离由所附权利要求限定的本发明的范围的情况下，可以对其进行改变。

Claims (16)

1.一种制造单面接触式光伏器件(1)的方法，所述方法包括以下步骤：
a)提供光伏活性基板(3)，所述光伏活性基板限定以平行条带布置的多个交替的空穴收集区(3a)和电子收集区(3b)；
b)跨所述区淀积导电层(5)；
c)淀积至少一个导电轨道(9)，所述至少一个导电轨道沿所述区(3a、3b)中的各个区的至少一部分延伸；
d)在所述区(3a、3b)中的各个区上选择性地形成电介质层(7)，以在相邻区(3a、3b)之间的界面处留下无电介质的暴露区域；
e)在所述暴露区域中蚀刻所述导电层(5)；
f)施加多个互连导线(11a、11b)，以使所述空穴收集区(3a)的至少一部分彼此电互连，并且使所述电子收集区(3b)的至少一部分彼此电互连。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述区(3a、3b)中的各个区具有多个导电轨道(9)，所述多个导电轨道(9)由形成在该区上的间隙分隔开，各个区(3a、3b)的所述间隙面向相邻区(3b)的轨道(9)。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述轨道(9)中的各个轨道是连续的，并且其中，在步骤d)中，在不期望所述轨道(9)与所述互连导线(11a、11b)之间的电连接的位置处，所述电介质层(7)被形成有较大的厚度或宽度的所述电介质层(7)，并且在期望所述轨道(9)与所述互连导线(11a、11b)之间的电连接的位置处，所述电介质层(7)被形成有较小的厚度或宽度。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述轨道(9)中的各个轨道被成形为中空的菱形。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，各个区(3a、3b)包括位于该区上的多个这种菱形轨道(9)。
6.根据权利要求4或5所述的方法，其中，在步骤c)之后但在步骤f)之前，用焊接材料填充所述菱形轨道(9)中的各个菱形轨道。
7.根据任一前述权利要求所述的方法，其中，所述电介质材料(7)是有机材料，诸如光致抗蚀剂或自组装单层。
8.根据前述权利要求所述的方法，其中，所述至少一个导电轨道(9)完全嵌入选择性形成的所述电介质层(7)中或从选择性形成的所述电介质层(7)突出。
9.根据任一前述权利要求所述的方法，所述方法在步骤e)之后且在步骤f)之前包括以下步骤：在所述光伏活性基板3的在步骤e)中蚀刻的区域中的至少一部分上施加绝缘层(15)。
10.根据任一前述权利要求所述的方法，其中，步骤d)包括以下项中的至少一项：
-淀积所述电介质层(7)，随后选择性地去除所述电介质层(7)；
-选择性地淀积所述电介质层(7)；
-选择性地淀积电介质线(7a)，以界定所述电介质层(7)的边界，随后在所述电介质的所述线之间选择性地淀积所述电介质层(7)。
11.根据任一前述权利要求所述的方法，其中，所述轨道(9)和/或所述互连导线(11a、11b)上设置有焊接材料层。
12.根据任一前述权利要求所述的方法，其中，步骤f)包括向所述电互连件(11a、11b)施加热和压力，以将所述电互连件(11a、11b)至少部分地嵌入所述电介质材料(7)中。
13.根据任一前述权利要求所述的方法，其中，选择性形成的所述电介质层(7)保留在完成的光伏器件中。
14.一种单面接触式光伏器件(1)，所述单面接触式光伏器件包括：
-光伏活性基板(3)，所述光伏活性基板限定以平行条带布置的多个交替的空穴收集区(3a)和电子收集区(3b)；
-导电层(5)，所述导电层(5)位于所述区(3a、3b)上并且被按照使得相邻区(3a、3b)之间的界面没有所述导电层的方式图案化；
-至少一个导电轨道(9)，所述至少一个导电轨道沿所述区(3a、3b)中的各个区的至少一部分延伸；
-电介质层(7)，所述电介质层位于所述导电层(5)上；
-多个互连导线(11a、11b)，所述多个互连导线布置成使得所述空穴收集区(3a)的至少一部分彼此电互连，并且使得所述电子收集区(3b)的至少一部分彼此电互连。
15.根据前述权利要求所述的光伏器件(1)，其中，所述电介质材料(7)是有机材料，诸如光致抗蚀剂或自组装单层。
16.根据权利要求14或15所述的光伏器件(1)，所述光伏器件还包括绝缘层(15)，所述绝缘层(15)位于所述光伏活性基板的在相邻区(3a、3b)之间的所述界面处的至少一部分上。
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Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040103938A1 (en) * 2002-11-28 2004-06-03 Eastman Kodak Company Photovoltaic device and a manufacturing method thereof
CN103828068A (zh) * 2011-09-02 2014-05-28 荷兰能源研究中心基金会 光伏电池组件及制造该光伏电池组件的方法
WO2014163491A1 (en) * 2013-04-03 2014-10-09 Stichting Energieonderzoek Centrum Nederland Assembly of photo-voltaic cells and method of manufacturing such an assembly
CN104124298A (zh) * 2013-04-24 2014-10-29 爱博福欧有限公司 具有贯穿的电触点的用于光伏模块的背接触式背板
US20150059822A1 (en) * 2013-08-30 2015-03-05 Solarworld Industries Thueringen Gmbh Process for Manufacturing a Solar Cell and Solar Cell
US20150280029A1 (en) * 2014-03-28 2015-10-01 Gabriel Harley Metallization of solar cells
CN105378940A (zh) * 2013-05-23 2016-03-02 太阳伙伴科技公司 薄层半透明光伏单电池
CN106575677A (zh) * 2014-07-02 2017-04-19 文森特·阿基拉·艾伦 用于形成光伏电池的方法和根据该方法形成的光伏电池
CN107527965A (zh) * 2016-06-17 2017-12-29 Imec 非营利协会 用于电接触光伏电池的混合编织

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5178685A (en) * 1991-06-11 1993-01-12 Mobil Solar Energy Corporation Method for forming solar cell contacts and interconnecting solar cells
EP2579320A2 (en) * 2011-10-06 2013-04-10 Samsung SDI Co., Ltd. Photovoltaic device
WO2014124675A1 (de) 2013-02-14 2014-08-21 Universität Konstanz Busbarlose rückkontaktsolarzelle, deren herstellungsverfahren und solarmodul mit solchen solarzellen
US9231129B2 (en) * 2014-03-28 2016-01-05 Sunpower Corporation Foil-based metallization of solar cells
KR20150139384A (ko) * 2014-06-03 2015-12-11 엘지전자 주식회사 고반사성 절연 기판 및 이를 구비한 태양전지 모듈
FR3037721B1 (fr) * 2015-06-19 2019-07-19 Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives Procede de realisation d’une cellule photovoltaique a heterojonction et cellule photovoltaique ainsi obtenue.
CN107039545B (zh) * 2017-03-03 2019-11-12 浙江爱旭太阳能科技有限公司 P型perc双面太阳能电池的背面电极和电池
CN112088436B (zh) * 2018-05-08 2024-03-08 株式会社钟化 太阳能电池的制造方法及用于该方法中的承载装置

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040103938A1 (en) * 2002-11-28 2004-06-03 Eastman Kodak Company Photovoltaic device and a manufacturing method thereof
CN103828068A (zh) * 2011-09-02 2014-05-28 荷兰能源研究中心基金会 光伏电池组件及制造该光伏电池组件的方法
WO2014163491A1 (en) * 2013-04-03 2014-10-09 Stichting Energieonderzoek Centrum Nederland Assembly of photo-voltaic cells and method of manufacturing such an assembly
CN104124298A (zh) * 2013-04-24 2014-10-29 爱博福欧有限公司 具有贯穿的电触点的用于光伏模块的背接触式背板
CN105378940A (zh) * 2013-05-23 2016-03-02 太阳伙伴科技公司 薄层半透明光伏单电池
US20150059822A1 (en) * 2013-08-30 2015-03-05 Solarworld Industries Thueringen Gmbh Process for Manufacturing a Solar Cell and Solar Cell
US20150280029A1 (en) * 2014-03-28 2015-10-01 Gabriel Harley Metallization of solar cells
CN106575677A (zh) * 2014-07-02 2017-04-19 文森特·阿基拉·艾伦 用于形成光伏电池的方法和根据该方法形成的光伏电池
CN107527965A (zh) * 2016-06-17 2017-12-29 Imec 非营利协会 用于电接触光伏电池的混合编织

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