CN1317835A - 太阳能电池 - Google Patents
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Abstract
一种太阳能电池(10)，包括具有n+p结的半导体体区域(12)。为使太阳能电池具有优良的EOL特性，本发明的太阳能电池(10)包括不同厚度(d1、d2)的第一和第二区域(28、30、32、34、48)，第一区域(28、30、48)形成太阳能电池的支撑结构，第二区域(32、34)比第一区域的厚度小很多。
Description
本发明涉及一种太阳能电池，包括半导体衬底，在该半导体衬底中可以通过入射的辐射能产生电荷载流子，所说电荷载流子能够通过电场被分离然后通过导电的端子执行断开；该太阳能电池尤其包括一种含有n+p结的半导体体区，该半导体体区最好具有背面电场(back surface field)(BSF)，假如必要，局部地形成背面电场；该太阳能电池包括不同厚度的第一和第二区域，第一区域形成太阳能电池的支撑结构，而第二区域的厚度比第一区域小得多。
除了通过适当的表面结构和端子布局实现最佳地耦合光线，用于实现光电太阳能电池的高效率的根本前提尤其在于接触表面，接触表面应尽可能小并且在半导体的有源区域中应有很好表面钝化。为了最佳地利用入射在太阳能电池上的辐射能，反射层可以在结构的背面淀积，为了防止高复合速度，可以设置所述背面电场(BSf)。根据德国专利DE 3815512 C2，设置具有BSF的整个背面或者仅用BSF局部覆盖背面，这两者都是可以的。通过在整个半导体衬底和背面接触层之间设置绝缘层而具有n+p结构的太阳能电池这种情况下，为在半导体衬底和接触层之间形成欧姆接触，绝缘层形成有开孔，在此形成高掺杂p+区域，并从开口延伸到半导体衬底中。通过局部的p+型掺杂与绝缘层结合，该绝缘层由高纯的氧化物、氧化硅或氮氧化硅组成，结果可实现与覆盖整个结构的p+区相比的效果，以致电荷载流子的复合可以忽略。
在太空中，太阳能电池遭受高能电子、质子和其它辐射，将降低它们的性能。在任务的开始，它们的性能达到其寿命起始(beginning-of-life)(SOL)时的特性，当经过一段时间之后，它将下降到其寿命终止(end-of-life)(EOL)时的特性。
为了使寿命终止时的性能令人满意，提出用薄的太阳能电池，因为它们有优良效率的特性，该特性与辐射损伤所引起的小的扩散长度无关。这种薄的太阳能电池的缺点是它们的机械性能不可靠，以及加工或处理它们困难，近乎不可能加工。
在本文开始提及的太阳能电池类型公开在US 3,802,924中。为了减少这种太阳能电池的重量，它应具有厚度在200和300μm之间以及宽度在1和2mm之间的周边。由该边缘围绕区域中的太阳能电池的厚度大约为100μm。电池本身具有2×2cm2、2×4cm2、3×4cm2以及2×6cm2的尺寸，使它们表面面积相对较小。
本发明的目的在于进一步改进上述类型的太阳能电池，尤其要使其包括n+p结，以及假如必要，局部形成p+背面电场，以便以这种方式，提供所期望的太阳能电池，该太阳能电池具有有优良EOL特性的厚度，而该厚度在机械稳定性以及加工/处理中不存在严重缺陷。
根据本发明，通过设置具有从背面延伸的开槽并且形成有第二区域的太阳能电池基本上解决了上述问题，此第二区域由第一区域的部分环绕限定，第一区域具有厚度d1，这里d1≥80μm；第二区域具有厚度d2，这里20μm≤d2≤80μm，第一区域的厚度d1与第二区域的厚度d1之比为d1/d2≥1.2。特别是，当d2大约为40至60μm，最好为50μm时，d1大约为100至150μm，最好为130μm。
根据本发明，提供的太阳能电池是在一定区域内局部地“薄的”。这个意思是指实际上不具有支撑功能的那个区域是机械上易损坏的，而其它区域提供了加工太阳能电池所需的机械稳定性，尤其是，第一区域的表面面积F1与第二区域的表面面积F2之比是1∶40≤F1∶F2≤1∶3，该表面之比是在第二区域的暴露外表面限定的平面范围内确定的。具有更大密度的区域不仅在环绕区域内，而且形成为交叉的网状。
最好是开槽从太阳能电池的背面延伸，各槽之间具有第一支撑区域。使太阳能电池局部变薄的开槽可以形成为如沟槽(trench)、和/或截顶棱锥形(pyramid)底、和/或截顶圆锥(cone)底、和/或球状部分。
因此，根据本发明的太阳能电池可以设置在，例如通过粘合，突出于第二区域之上的第一区域上，在第二区域与第一区域的支承表面之间的凹的间距中能够填充的材料是比太阳能电池密度低的材料。尤其是该区域可以被胶粘剂、或胶粘剂和微小气泡(micro balloon)填充。这可提高太阳能电池的总稳定性，而其总重量却比传统结构的整个表面上机械稳定，例如，基本上具有相等厚度的太阳能电池总重量低。因此，上述类型的太阳能电池的优点是太阳能电池包括形成在第二区域背面中的开槽，开槽由第一区域的部分环绕而限定，而且开槽至少局部地用单位密度比太阳能电池单位密度低的材料填充。
在太阳能电池中的开槽本身由一些网界定，该网相对于太阳能电池的法线成α角，其中0°≤α≤60°，并且特别是α≤40°。
此外，例如通过焊接或熔接使该太阳能电池与例如另一太阳能电池的端子连接，另一太阳能电池位于该太阳能电池法线方向上第一区域的暴露支撑表面的投影方向。
不具有开槽的表面，即，具体说是太阳能电池的前表面，可以是光滑的或可以是由例如开槽或截顶锥形底形式的凸起构成。形成前表面半导体层同样是可能的，即，在n+p结构情况下，包括集成二极管的发射区，意味着在平面发射区(p-n发射区)内形成了n+/p+结，当太阳能电池用于反向操作时，平面的发射区是按齐纳二极管工作的。可参照众所周知的电路。
本发明的更详细说明、优点和特点不仅可以从权利要求和由它们引出(单独地和/或通过组合)的特征中了解，而且可以从最佳实施例并结合附图的以下描述中了解，其中：
图1示出本发明太阳能电池的局部剖面图。
图2示出该太阳能电池的底视图。
图1示出本发明的太阳能电池10，它具有包括在正面形成有发射区的n+区域14和p掺杂区域16的半导体衬底或体区12，因此形成n+p结并沿着太阳能电池10的正面延伸。在n+区域上淀积例如SiO2、CVD SiO2、氮化硅或SiO2和Si3N4的双层钝化层20，最好为淀积等离子体。众所周知，类似正面端子22、24的条带，例如用钛钯银制造的条带，沿着钝化层20的被剥离的n+层14的表面伸展。钝化层20以及端子22、24可以用防反射层26覆盖。
如图1所表明的，前表面即太阳能电池的发射区表面可以被设置成波形或锥形结构。然而这方面可参照众所周知的构思得到。
为了实现没有机械稳定性损失的非常薄的太阳能电池的优点及其加工特性，根据本发明的太阳能电池10在一些区域中非常薄，即局部地“减薄”。这意味着该太阳能电池包括保证机械稳定性的第一区域28、30和非常薄的第二区域32、34。为了按此制造，利用传统的掩膜技术将区域36、38蚀刻成如实施例的太阳能电池10的背面35。区域36、38的蚀刻工艺可以在形成前表面18之前完成。
在太阳能电池10的局部“减薄”之后，形成的区域32、34由各开槽限定，制造背面层，背面层具有背面电场(BSF)并形成在背面35上，最好覆盖背面的整个表面，或者，假如必要，如德国专利说明书DE 3815512 C2中所描述的那样，形成局部的背面电场。该文件引入本发明作为参考。这表明例如通过硼扩散、硼注入或利用铝合金在衬底12的背面上形成p+区40，在区40上利用众所周知的方法淀积下列顺序的层：具有例如由氧化物组成的孔的钝化层、铝反射层42、以及背面接触层44，例如包括下列顺序的层：铝-钛钯-银。
未蚀刻区域，即区域28、30形成凸起，提供太阳能电池10必要的机械稳定性，从而使非常薄的区域32、34能保证太阳能电池10有期望的优良EOL特性。
此开槽36、38可以具有所有期望的几何形状，例如沟槽形、截顶棱锥形、截顶圆锥形或球状部分。限定开槽36、38的网28、30向其自由端成锥形并且与太阳能电池的法线成α角，最好为α≤45°。
第一区域28、30可确保太阳能电池10有机械稳定性，并延伸到太阳能电池10的正面，当薄的区域32、34具有厚度为20和80μm之间，最好为50μm时，第一区域28、30可以分别具有厚度d1为80和200μm之间，最好为130μm。特别是其中d2在20和80μm之间时，比率为2.5≥d1/d2≥1.2。
第一区域(F1)的表面面积与在由开槽36、38的底面44、46限定的平面中第二区域(F2)的表面面积之比是1∶40≤F1∶F2≤1∶3。
太阳能电池10被支撑住，并且必要时，被固定在利用第一区域28、30的即它的暴露外表面48、50的载体上。开槽36、38的暴露区域，即，在明显的凸起28、30之间还可以利用粘合剂和/或利用粘合剂和微小气泡(薄的塑料的表层形成的小球并且充满空气)进行填充。这样可提供附加的机械稳定性给太阳能电池10。因而根据本发明实施例的太阳能电池10，在重量方面具有比固体电池更为突出的优点。
图2是本发明太阳能电池10的底视图，其中开槽36、38呈截顶棱锥形状。确保机械稳定性的第一区域由交叉网28、30以及由背面上的环绕边缘48形成。
根据本发明的太阳能电池，当利用直径为100mm的硅片时，其典型的表面延伸区域具有例如4cm×6cm的额定尺寸。
Claims (10)
1．一种太阳能电池(10)，包括半导体衬底，其中电荷载流子可以通过入射辐射能量产生，所说电荷载流子能够被分离，然后经由导电端子(22、24、44)执行断开，太阳能电池具体包括具有n+p结的半导体体区(12)，该半导体体区最好为在它的背面上具有背面电场(BSF)，如果必要，局部地形成背面电场；所说太阳能电池包括不同厚度(d1、d2)的第一和第二区域(28、30、32、34、48)，所说第一区域(28、30、48)形成太阳能电池的支撑结构，而所说第二区域(32、34)具有比第一区域小得多的厚度，其中：
该太阳能电池(10)具有开槽(36、38)，该开槽从其背面(35)延伸，在该背面形成第二区域并且由第一区域部分(28、30)环绕限定，第一区域(28、30、48)具有厚度d1，这里d1≥80μm，第二区域(32、34)具有厚度d2、这里20μm≤d2≤80μm、第一区域的厚度d1与第二区域的厚度d2之比为d1/d2≥1.2。
2．根据权利要求1的太阳能电池，其特征在于：
第一区域(28、30、48)具有以下厚度d1,100μm≤d1≤150μm，和/或第二区域(32、34)具有以下厚度d2,40μm≤d2≤60μm。
3．根据权利要求1的太阳能电池，其特征在于：
太阳能电池(10)包括多个开槽(36、38)，该开槽从由第一区域的部分(28、30)环绕限定的背面(35)延伸。
4．根据权利要求3的太阳能电池，其特征在于：
所说开槽(36、38)呈沟槽形、截顶棱锥形、截顶圆锥形或球状部分。
5．根据权利要求1的太阳能电池，其特征在于：
所述太阳能电池(10)可被支撑住，如果必要，可固定在利用第一区域(28、30)或它的暴露底面(48、50)的载体上。
6．根据权利要求1的太阳能电池，其特征在于：
所说开槽(36、38)至少局部用一种材料填充，该材料的单位密度比太阳能电池(10)的密度低。
7．根据权利要求6的太阳能电池，其特征在于：
所说开槽(36、38)用粘合剂和/或粘结材料和微小气泡填充。
8．根据权利要求3的太阳能电池，其特征在于：
所说开槽(36、38)由形成第一区域部分(28、30)的网限定，该第一区域与太阳能电池(10)的法线形成α角，其中0°≤α≤60°，特别是α≤40°。
9．根据权利要求3的太阳能电池，其特征在于：
在由开槽(36、38)底面(44、46)限定的平面(43)内，第一区域(28、30)具有表面延伸量F1，第二区域(32、34)具有表面延伸量F2，具体是1∶40≤F1∶F2≤1∶3。
10．一种太阳能电池(10)，包括半导体衬底，其中电荷载流子可以利用入射辐射能量产生，所说电荷载流子能够用一电场分离，然后用导电的端子(22、24、44)执行断开；太阳能电池具体包括具有n+p结的半导体体区(12)，该半导体体区最好为在它的背面上具有背面电场(BSF)，如果必要，局部地形成背面电场；所说太阳能电池包括不同厚度(d1、d2)的第一和第二区域(28、30、32、34、48)，所说第一区域(28、30、48)形成太阳能电池的支撑结构，而所说第二区域(32、34)具有比第一区域小得多的厚度，其中：
该太阳能电池(10)具有从它背面(35)延伸的开槽(36、38)，在该背面(35)形成第二区域并且由第一区域的部分(28、30)环绕限定，其中，该开槽至少局部地用一种材料填充，该材料的单位密度比太阳能电池(10)的密度低。
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| PB01 | Publication | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |