TWI605607B

TWI605607B - 太陽能電池

Info

Publication number: TWI605607B
Application number: TW103132006A
Authority: TW
Inventors: Harald Hahn; Josh Yaskoff; Chris Stapelmann; Thomas Kranke; Roman Schiepe
Original assignee: Solarworld Ind America Inc
Priority date: 2013-10-15
Filing date: 2014-09-17
Publication date: 2017-11-11
Also published as: CN104576773A; CN104576773B; US20150101661A1; US9786800B2; TW201515250A

Description

太陽能電池

各種實施方式總體上有關於太陽能電池的接觸操作。

如圖1A所示，局部接觸開口(LCO)線102形成在普通的太陽能電池的太陽能電池基底的背面上。普通的太陽能電池是PERC(鈍化發射極和背面接觸)電池設計、鐳射燒結接觸(LFC)電池設計或具有背側接觸網格的雙面電池設計。LCO線是直接形成在太陽能電池基底上的鐳射切割溝槽，該基底常常由矽或夾層構成，該夾層通常由氧化鋁、氮化矽、氮氧化矽或另一種鈍化材料構成。溝槽用金屬填充，該金屬通常是鋁。可以通過絲網印刷含金屬的糊劑來實現溝槽的金屬化。具有糊劑的太陽能電池經過燒結，在溝槽中形成金屬。燒結的鋁流到溝槽端部，從而形成鋁珠。這些珠會形成在每條鐳射線上。迄今為止，沒有公知的解決方案來防止形成這些珠。這些珠的凸塊和點負荷會導致太陽能電池的斷裂率增大。這會引起太陽能電池破損和開裂，並且因此縮短太陽能模組的使用壽命。

可替代地，使用以下實例的任意一種可以實現LCO溝槽的金屬化：電鍍、氣相沉積技術(例如，PVD、CVD)和原子層沉積(ALD)。

在常規的太陽能電池中，LCO線102形成為與太陽能電池基底的至少一個邊緣平行。此外，常規的太陽能電池矽基底形成為使得{110}晶面與太陽能電池基底的平表面平行。因此，太陽能電池矽基底從能量角度較佳的{111}晶面112與LCO線102不平行。

與太陽能電池結構的晶向平行(例如與准單晶PERC電池的{110}晶面平行)的LCO線的週期性取向以及還有銀焊盤結構、網格結構、太陽能電池的鐳射觸點的週期性取向會支援太陽能電池結構中裂紋(例如，沿太陽能電池結構的{111}晶面112)的擴展。通常，接觸結構平行於晶體太陽能電池基底的裂紋擴展方向連續或不連續地延伸。這些週期性重複的連續結構的局部機械張力在太陽能電池基底的晶向的方向上會累加到較大的線性張力性。這些線性張力線就像太陽能電池結構的穿孔一樣起作用，並且會降低與LCO線或焊盤平行的太陽能電池的穩定性。因此，裂紋會在不離開這個從能量角度較佳的方向，例如，太陽能電池基底的從能量角度較佳的{111}晶面112的情況下沿著張力線幾乎不受阻礙地擴展。換言之，太陽能電池上週期性重複的接觸結構，例如，匯流條、焊盤、網格指狀物、LCO線，會導致單觸點結構的張力場疊加並且會因此形成張力線。這些張力線的延伸在太陽能電池基底中具有較佳的方向，原因在於這是各向異性的。在一些太陽能電池設計中，張力線的方向可以與矽基底的晶體方向上的{111}主裂紋擴展方向平行。

另外，在加工和測試常規的太陽能電池模組時，由於太陽能電池基底厚度的減小、太陽能電池基底的晶向和新型太陽能電池設計構思，例如，在{110}准單晶PERC電池中的設計構思，可以觀察到斷裂率和裂紋形成機率增大。太陽能電池在加工時，例如，在焊接；將太陽能電池連接器應用於溫度膨脹係數與太陽能電池基底的溫度膨脹係數不同的太陽能電池；運輸和搬運焊接的太陽能電池、線絲、層合物和模組，借助於壓力和溫度應力層壓太陽能電池或太陽能電池模組期間通常暴露於各種應力因素，例如溫度應力。在工作期間，會給太陽能電池或太陽能電池模組上施加另外的應力因素，例如，變化的環境溫度，由例如風和雪等天氣因素強加的機械應力。在加工期間通過補償手段可以部分減小這些應力因素，例如，改變加工條件，例如，層壓工序，調整焊接頭的位置，使用雙層乙烯-醋酸乙烯酯(EVA)封裝。然而，由於太陽能電池的設計，在太陽能電池和太陽能電池模組的加工和操作期間無法完全消除應力因素。減少斷裂率可能還不夠，並且減少斷裂率的上述解決方案費用高昂且費時。

此外，如果多個LCO線受損，那麼上述效果會很關鍵。例如，在{110}准單晶太陽能電池和{110}准單晶PERC電池中，這會增大太陽能電池的開裂機率。在這種情況下，主裂紋擴展方向會平行於週期性重複的接觸結構的方面或平行於線型接觸結構的延伸方向。

在常規的太陽能電池中，LCO線102與通常為鋁的整個後側金屬化層114成對。焊盤116可以與太陽能電池基底電氣連接上，以通過這些用燒結的焊膏印刷的焊盤來提供到太陽能電池的電氣連接接入。可替代地，可以用非燒結糊劑印刷焊盤116。這些焊盤會留在電介質層上。金屬填充的溝槽102提供太陽能電池基底(電池基座)與太陽能電池的焊盤116之間的接觸。焊盤116是由LCO 102上的後側金屬化層114形成的，或者形成在該金屬化層114上或形成在其內。另外，常規的太陽能電池可以包括太陽能電池基底上的太陽能電池匯流條，以增大太陽能電池基底中的電流分佈。常規的LCO線102垂直於太陽能電池匯流條和焊盤116(如圖1B所示)。

可替代地，例如可以通過使用以下沉積方法中的任意一種來形成焊盤：電鍍、氣相沉積(例如，CVD、PVD)和原子層沉積(ALD)。

例如，在PERC技術中，這種設計的一個缺點是功率下降，因為焊盤116在LCO線102中斷或者失去與焊盤116的連接時失效。電池電流必須流過矽基材料到下一個LCO線102，從而導致較高的串聯電阻和電池功率損耗。另外，串聯電阻會由於太陽能電池加工中的溫度迴圈而增大。此外，整個後側區域金屬化層114在太陽能電池的燒結過程和冷卻之後會導致拱形的太陽能電池。這種拱形可能是緣於多個層之間的內應力，例如，由銀製成的焊盤116與由鋁製成的金屬化層114之間的內應力。應力可能是由太陽能電池基底的顯著不同的熱膨脹係數(CTE(Al)：23.1ppm/K、CTE(Ag)：18.9ppm/K、CTE(Si)：2.6pp/K)引起的。整個後側金屬化層114形成的應力會增大上述LCO線102受損的機率。另外，應力會促進在太陽能電池基底內，例如，在由例如矽之類的脆性材料形成的太陽能電池基底中，形成裂紋。

在各種實施方式中，太陽能電池可以包括：由具有晶向的矽製成的太陽能電池晶片基底；電介質層，其設置在太陽能電池晶片基底上方；多個接觸開口，其延伸穿過電介質層到達太陽能電池晶片基底；多個金屬觸點，其形成在多個接觸開口中；和金屬層，其設置在電介質層上方；其中金屬層通過多個金屬觸點電氣連接至太陽能電池晶片基底；其中多個接觸開口中的至少一個接觸開口相對於所述晶向成角度地延伸。

102‧‧‧LCO線

112‧‧‧晶向/方向

114‧‧‧金屬化層

116‧‧‧焊盤

202‧‧‧接觸開口

204‧‧‧溝槽結構

206‧‧‧電介質層

208‧‧‧太陽能電池晶片基底

210‧‧‧晶向

302‧‧‧糊劑

402‧‧‧裂紋

404‧‧‧間距

406‧‧‧距離

408‧‧‧寬度

410‧‧‧長度

412‧‧‧水平長度

414‧‧‧垂直距離

416‧‧‧水平距離

418‧‧‧垂直長度

在附圖中，相似的元件符號在不同視圖中一般指代相同的部件。附圖未必按比例繪製，相反，重點一般放在說明本發明的原理上。在以下說明書中，參照附圖描述了本發明的各種實施方式，其中：圖1A和圖1B示意性地示出了普通接觸結構的不同視角；圖2A和圖2B示出了根據各種實施方式的接觸結構；圖3A和圖3B示出了根據各種實施方式的接觸結構；並且圖4A至圖4F示出了根據各種實施方式的接觸結構。

以下詳細描述涉及以舉例方式示出具體細節的附圖和可以實施本發明的實施方式。

本文中使用的詞語“示例性”的意思是“作為實例、舉例或舉例說明”。本文中被描述為“示例性”的任何實施方式或設計不一定被闡釋為較佳於或優於其他的實施方式或設計。

用於表示形成在一側或表面“上方”的沉積材料的詞語“上方”在本文中的意思可以是沉積材料可以“直接”形成在意指的側邊或表面上，例如，與其直接接觸。用於表示形成在一側或表面“上方”的沉積材料的詞語“上方”在本文中的意思可以是沉積材料可以“間接”形成在意指的側邊或表面上，而在意指的側邊或表面與沉積材料之間設有一個或多個附加層。

太陽能電池可以是來自以下類型的組的矽太陽能電池：晶體矽太陽能電池，薄膜太陽能電池，例如，矽或其他化合物的薄膜太陽能電池，聚光太陽電池，多太陽能電池，電化學染料敏化太陽能電池，有機太陽能電池，混合型太陽能電池，螢光太陽能電池或熱光伏太陽能電池。太陽能電池可以形成為以下類型之一的形式：鋁加太陽能電池(Al+cell)，具有有鋁後面結型場和背面(n型)的高磷太陽能電池，具有有前連接(n型)的絲網印刷太陽能電池的n型太陽能電池；所有側鈍化H圖案化太陽能電池(PASHA)，具有前後導電指狀物和匯流條結構，且不具有後側的蓋帽開口和接觸開口；鈍化發射極和背面太陽能電池(PERC)和/或鈍化發射極背面局部擴散電池(PERL)。

在各種實施方式中，太陽能電池可以包括第一電極、第二電極和第一電極與第二電極之間的光學主動區。第一電極可以直接形成在光學主動區上，即，在可吸收的電磁輻射的射束路徑的前側上。電磁輻射在光學主動區中轉換成電壓和/或電功率。

第一電極可以形成為前側接觸或前表面敷金屬(metallization)。前接觸結構可以形成在光學主動區上方，例如，作為指狀敷金屬或選擇性發射極的形式或者作為它們的組合。圖案化的前側敷金屬基本上只形成在光學主動區上(除電氣交叉連接之外)。

太陽能電池的光學主動區可以包括導電材料和/或半導電材料，例如，摻雜矽，例如摻有硼、鎵和/或銦的p型摻雜矽(p型)，例如，或摻有例如磷、砷和/或銻的n型摻雜矽(n型)。光學主動區可以包括摻雜物與第二區域不同並且與第二區域存在實體接觸的第一區域。例如，第一區域可以是p型區域(摻有p型摻雜物)，並且第二區域可以是n型摻雜物(摻有n型摻雜物)，並且反之亦然。在第一區域與第二區域的介面處形成能夠產生電子電洞對的pn接面。光學主動區可以吸收電磁輻射並且形成其光電流。光學主動區可以包括例如並列和/或疊加的多個p-n結。電磁輻射可以具有x-射線、紫外線輻射(A至C)、可見光和/或紅外線輻射(A至C)的波長範圍。

在太陽能電池的遮罩側可以形成後側接觸結構。後側接觸結構可以包括第二電極和電介質層。電介質層可以形成為鈍化層。

電介質層可以包括接觸開口。接觸開口可以形成為電介質層的局部接觸開口。

接觸焊盤可以形成在電介質層的接觸開口的頂部上。接觸焊盤可以通過接觸開口與第二電極電氣連接上。

在各種實施方式(例如，如圖2A和圖2B，以及圖3A和圖3B所示)中，太陽能電池包括具有晶向210的太陽能電池晶片基底208。太陽能電池晶片基底208可以包括單晶矽基底和准單晶矽基底中的至少一種。太陽能電池晶片基底208可以包括{100}、{110}或{111}晶面。太陽能電池晶片基底的平表面的晶向210可以是{100}、{110}或{111}晶面。在一個實施方式中，太陽能電池晶片基底208可以是由主要成分為具有與一個晶片邊緣平行的{111}晶面的單晶結構的矽製成的。太陽能電池晶片基底的主裂紋擴展方向可以平行於或沿著太陽能電池基底208的{111}晶面。

電介質層206可以設置在太陽能電池晶片基底208的上方。例如，當接觸結構形成在太陽能電池側的後側上時，電介質層206可以設置在太陽能電池晶片基底208的後側上方。電介質層206可以是鈍化層並且可以包括電介質材料，例如，氧化鋁、氧化矽、氧氮化矽或氮化矽。

多個接觸開口202延伸穿過電介質層206到達太陽能電池晶片基底208。多個接觸開口中的至少一個接觸開口202可以與{111}晶面不平行地延伸(如圖2A和圖2B中的實施方式200A至200K所示)。換言之，多個接觸開口中的至少一個接觸開口202可以相對於太陽能電池晶片基底208的邊緣成角度地延伸。成角度的延伸可以與多個接觸開口的接觸開口202相對於太陽能電池基底208的邊緣延伸的取向種類和/或形式相同。在一個方面，多個接觸開口中的至少一個接觸開口202可以形成接觸線202。多個接觸開口中的至少一個接觸開口202相對於太陽能電池基底208的晶向成角度地延伸，太陽能電池基底208的晶向如，太陽能電池基底208的平表面的晶向和/或太陽能電池基底208的主裂紋擴展方向(例如，太陽能電池晶片基底208的{111}晶面)。在一個方面，多個接觸開口中的至少兩個接觸開口202彼此相對成角度地延伸和/或相對於太陽能電池晶片基底208的邊緣成角度地延伸。

接觸線202可以相對於太陽能電池晶片基底208的邊緣成約45°角度延伸，如實施方式200B、200E、200F、200J所示。另外，接觸開口線可以相對於太陽能電池晶片基底的主裂紋擴展方向，例如，矽基太陽能電池晶片基底晶向中的{111}晶面延伸。角度可以在約0°至約90°的範圍內，例如，約45°。在一個方面，接觸線可以相對於{111}晶面成約45°角度延伸。

在一個方面，多個接觸開口中的至少一個接觸開口202可以形成為連續的、間斷的或虛線式接觸線。

接觸線202可以包括至少一個帶波浪線形狀的線部分，如實施方式200J所示。波浪線形狀還可以形成為類似於鋸齒形形狀。波浪線形狀一般可以描述成在接觸開口線的行進方向上具有週期性或非週期性變化的線形。

接觸線202可以包括至少一個具有圓形線形狀的線部分，如實施方式200C、200D、200G、200H所示；還在圖4A中的實施方式400A所示，在圖4F中的實施方式400K、400M所示。圓形線形狀一般可以描述成具有封閉的圓周線的形狀。

接觸線202可以包括至少一個具有短畫線形狀的線部分，如實施方式200D所示；還如在圖4B中的實施方式400B、400C所示，在圖4C中的實施方式400D所示，並且在圖4F中的實施方式400J所示。

接觸線202可以包括至少一個具有交叉線形狀的線部分，如實施方式200C、200E、200G、200H所示。

交叉影線結構(網狀、三角形、蜂巢狀或網格狀結構)可以形成為使得這些結構在太陽能電池基底的主裂紋擴展方向的方向上可以(基本上)不含週期性重複，例如，在矽基太陽能電池晶片基底的{111}晶面上可以(基本上)不含週期性重複。太陽能電池的穩定性可以通過以下方式增加：中斷交叉陰影結構(網狀、三角形、蜂巢狀或網格狀結構)的連續形成且交叉的接觸開口，使得交叉影線結構可以包括接觸開口線的例如具有接觸開口的圓形或彎曲形端部的中斷部。中斷部可以在與主裂紋擴展方向平行的區域中，如相對於實施方式200C的實施方式400E所示。另外，通過減少在主裂紋擴展方向上週期性重複的中斷網格可以增強太陽能電池的穩定性，如相對於實施方式400E的實施方式400C所示。另外，通過形成為圓形或彎曲形狀的接觸開口202可以增加太陽能電池的穩定性。曲率半徑應當足夠大到能減小接觸開口周邊的局部機械應力。

接觸線202可以包括至少一個帶多邊形線形狀的線部分，如實施方式200G、200H所示。

在各種實施方式中，多個接觸開口中的至少一個接觸開口202可以在太陽能電池晶片基底208的邊緣之前停止，如實施方式200A至200E所示。

在各種實施方式中，多個接觸開口中的至少一個接觸開口202可以被溝槽結構204包圍，如實施方式200A至200E所示。多個接觸開口可以被單個溝槽結構204包圍，如實施方式200A至200E、圖2A所示。在接觸開口202內具有金屬觸點的單個接觸開口202可以被溝槽結構204包圍，該溝槽結構204是由接觸開口202的相對於金屬觸點的延伸部分的較大延伸部分形成的，如圖3B所示。

在圖3A中，太陽能電池的接觸結構被圖示為在電介質層206中具有接觸開口202。接觸開口是例如通過絲網印刷含金屬的糊劑302到接觸開口202中而至少部分地填充金屬，如圖3B所示。通過燒結太陽能電池晶片基底，例如以去除糊劑(例如，黏結劑)的有機成分，含金屬的糊劑可以還原成金屬觸點。因此，多個金屬觸點(如圖3B所示)可以形成為多個接觸開口202。

金屬層可以設置在電介質層206上方。金屬層通過多個金屬觸點電氣連接至太陽能電池晶片基底208。

金屬層可以覆蓋多個接觸開口中的多個接觸開口202。在一個方面，金屬層延伸超過大多數接觸開口202。在各種實施方式中，金屬層可以包括兩個或更多個分離的金屬層。分離的金屬層可以寬至覆蓋接觸開口202，或者窄至單個接觸開口202。太陽能電池基底208的後側通過分離的金屬層而減少的金屬層的量可以減小太陽能電池基底208的弓度。另外，兩個或更多個分離的金屬層可以允許太陽能電池的多重對準選項。在各種實施方式中，焊料觸點可以形成在金屬化層的頂部或其中，或者由金屬觸點形成。太陽能電池通過與焊料觸點形成焊接的電氣連接可以被電氣連接上。換句話講，可以修改太陽能電池晶片基底208後側的金屬化以包括與接觸開口佈置匹配的金屬帶。每個金屬帶可以覆蓋一個或多個接觸開口202，例如，接觸開口線。可以修改金屬化過程的絲網印刷的絲網以提供所需的佈置。如果使用非絲網印刷工藝(例如，電鍍、CVD、PVD、ALD)，那麼可以使用合適的掩模來提供所需的佈置。交叉影線金屬化可以被設計成在電池的匯流條的方向上得到挨著焊盤的無金屬區域以促進穩健的焊接過程。

另外，當接觸開口線的一部分可能失效時，成角度的交叉影線的接觸開口設計可以在焊盤之間提供許多多餘的電流路徑。這種冗餘是這種太陽能電池設計用於增加太陽能電池的穩定性和可靠性的特徵。這種冗餘類似地適用於晶體和非晶體矽太陽能電池，而不管晶向如何。條紋狀背面敷金屬可以給電池提供最小的必要電流路徑。其通過減少糊劑消耗可以提供成本優勢，並且其可以減小電池上的應力，從而得到更低的電池弓度。

在各種實施方式中，多個接觸開口被佈置成使得它們形成相對於晶向成角度地延伸的接觸開口佈置，如圖4A至圖4F所示。換句話講，接觸開口線可以在電介質層的開口包括中斷部，使得形成接觸開口202的分離的分段。在一個方面，接觸開口佈置可以與{111}晶面不平行地延伸。類似地，接觸焊盤、接觸位元點、接觸區域也可以包括中斷部。中斷部可以形成為使得接觸開口的端部具有彎曲的角或圓角，例如，沒有扭折(kinks)。

接觸開口的佈置可以是分配分離的接觸開口。接觸開口的佈置形成為使得裂紋402可以僅在太陽能電池晶片基底208中擴展直至其到達接觸開口，如圖4A所示。接觸開口形成為使得裂紋402從主裂紋擴展方向210轉移開。可以沿著接觸開口202的形狀引導裂紋402，並且一旦釋放機械應力，裂紋就會停止擴展。因此，通過接觸開口的佈置可以增加太陽能電池的穩定性。

接觸開口的佈置可以相對於太陽能電池晶片基底的邊緣成角度地延伸。延伸可以具有與實施方式400C、400F、400H、400J中圖示的佈置中的接觸開口相同的取向類型，可以具有與實施方式400A至400M中圖示的接觸開口相同的佈置形狀或形式，和/或具有與實施方式400A、400E至400H、400K至400M中圖示的接觸開口相同的形狀或形式。在一個方面，接觸開口佈置相對於太陽能電池晶片基底的邊緣成角度地延伸，例如，在實施方式400H中短畫線或虛線的接觸開口線202的形式。接觸開口佈置可以形成接觸線佈置。接觸開口佈置，例如，接觸線佈置，可以相對於太陽能電池晶片基底的邊緣成約45°的角度延伸。在一個方面，接觸線佈置可以包括彼此相對成角度地和/或相對於太陽能電池晶片基底208的邊緣成角度地交叉的至少兩個接觸線。

在一個方面，接觸線佈置可以形成非週期性佈置，如實施方式400A、400K所示。換句話講，接觸線佈置可以形成接觸開口的非週期性佈置。非週期性佈置可以包括接觸開口202的非週期性分佈。

在一個方面，接觸線佈置可以形成週期性佈置，如實施方式400B至400J、400M所示。週期性佈置可以包括接觸開口202的週期性分佈。

接觸開口佈置，例如，接觸線佈置，和/或接觸開口佈置的接觸開口202可以包括至少一個具有波浪線形狀佈置的線部分。

接觸開口佈置和/或接觸開口佈置的接觸開口202可以包括至少一個具有圓形線形佈置的線部分，如實施方式400A、400G、400H、400K和400M所示。

接觸開口佈置和/或接觸開口佈置的接觸開口202可以包括至少一個具有多邊形線形佈置的線部分。

接觸開口佈置和/或接觸開口佈置的接觸開口202可以包括至少一個具有虛線形佈置的線部分，如實施方式400B至400J、400M所示。

接觸開口佈置和/或接觸開口佈置的接觸開口202可以包括至少一個具有交叉線形佈置的線部分，如實施方式400D、400E所示。

接觸開口佈置和/或接觸開口佈置的接觸開口202可以包括至少一個具有虛線形佈置的線部分，如實施方式400B至400F、400M所示。

接觸開口佈置可以在太陽能電池晶片基底的邊緣之前停止。

在各種實施方式中，接觸開口佈置可以被溝槽結構204包圍。在一個方面，大多數接觸開口202可以被溝槽結構204包圍，例如，被形成為框架狀的開口結構的溝槽結構204包圍。在各種實施方式中，金屬層可以覆蓋接觸開口佈置的多個接觸開口202。在一個方面，接觸開口佈置可以與溝槽結構交叉。

例如，如圖4B和圖4C所示的虛線佈置的接觸開口202可以具有在相鄰的接觸開口202之間在約100μm至約1500μm的範圍內的距離406，在約100μm至約1500μm的範圍內的接觸開口202的長度410；在約25μm至約150μm的範圍內的接觸開口202的寬度408；在約0.5mm至約2mm的範圍內的相鄰的接觸開口202的間距404。接觸開口202可以佈置成矩形形式，例如，方形，如實施方式400B所示，或者佈置成變形的矩形形式，例如，變形的方形，如實施方式400C所示，或者它們的混合。在各種實施方式中，接觸開口202可以佈置成與太陽能電池的前側觸點的接觸指平行或者相對於該接觸指旋轉約90°。短畫線佈置的接觸開口202可以包括形成為例如如圖4C所示的區劃線的接觸開口202。在各種實施方式中，具有形成為區劃線和短畫線的接觸開口202的接觸開口佈置可以形成為相對於太陽能電池的前側觸點的接觸指旋轉約90°。具有虛線接觸開口(400B至400D)的接觸開口202可以佈置成使得相對於太陽能電池晶片基底208的邊緣形成在約0.5mm至約2.0mm的範圍內的距離。

接觸開口佈置可以在虛線接觸開口佈置中包括交叉形式的接觸開口202，例如，如圖4D所示。交叉形式的接觸開口202可以具有在約100μm至約500μm的範圍內的接觸開口202的水平長度412；在約100μm至約500μm的範圍內的接觸開口202的垂直長度418；在約500μm至約1500μm的範圍內的相鄰的接觸開口的水平距離416(中心到中心)；在約500μm至約1500μm的範圍內的相鄰的接觸開口202的垂直距離414(中心到中心)；以及在約25μm至約150μm的範圍內的接觸開口的寬度408。接觸開口202可以佈置成矩形形式，例如，方形，如實施方式400E所示，或者佈置成變形的矩形形式，例如，變形的方形，如實施方式400F所示，或者它們的組合。具有交叉型接觸開口(400E、400F)的接觸開口可以佈置成使得相對於太陽能電池晶片基底208的邊緣形成在約0.5mm至約2.0mm的範圍內的距離。

接觸開口佈置可以在虛線接觸開口佈置中包括點狀、圓形、橢圓形或圓環形式的接觸開口202，例如，如圖4E所示。點狀、圓形或圓環形式的接觸開口202可以具有在約80μm至約150μm的範圍內的直徑422，在約400μm至約1500μm的範圍內的相鄰的接觸開口的水平距離416(中心到中心)，在約400μm至約1500μm的範圍內的相鄰的接觸開口的垂直距離414(中心到中心)。接觸開口202可以佈置成矩形形式，例如，方形，如實施方式400G所示，或者佈置成變形的矩形形式，例如，變形的方形，如實施方式400H所示，或者它們的組合。具有交叉形狀的接觸開口可以佈置成使得相對於太陽能電池晶片基底208的邊緣形成在約0.5mm至約2.0mm的範圍內的距離。點狀、橢圓或圓環形式的接觸開口202可以以週期性或非週期性方式分佈或圖案化，例如按統計規律分佈。在一個實施方式中，點狀、圓形、橢圓形或圓環形式的接觸開口202可以形成在彭羅斯拼圖(Penrose tiling)的交叉點處。

接觸開口佈置的接觸開口202可以分離，例如，如實施方式400G、400M所示，或者可以連接上，例如，如實施方式400K、200A所示。

為了在太陽能電池的後側形成上述冗餘的接觸開口佈置，可以將普通的PERC接觸開口工藝修改成用鐳射以一定角度(例如，45°交叉剖面線佈置)切割接觸開口線202。可以優化線間距以減少電阻損耗，使後側鈍化和工具功能最大化。上述接觸開口和/或接觸開口佈置由於它們的取向、重複和/或週期性(因此它們的機械張力場)與主裂紋擴展方向(太陽能電池晶片基底208的{111}晶面)偏離，所以可以抑制在太陽能電池晶片基底208的線形裂紋擴展。因為主裂紋擴展方向在這些太陽能電池中與焊盤的延伸部以及接觸開口線202平行，所以可以增加薄太陽能電池和准單晶PERC太陽能電池的穩定性。非週期性接觸開口佈置和/或接觸開口202，例如，彭羅斯拼圖或統計形式和佈置，可以各向同性地分散機械張力。另外，相對於太陽能電池晶片基底的平表面的晶向成角度地延伸的週期性接觸開口佈置和/或接觸開口202也可以各向同性地分散機械張力。裂紋402在具有上述接觸結構的太陽能電池中只會在{111}晶面上擴展很短的距離，直到裂紋到達接觸開口202的橫向張力場。橫向張力場會引導裂紋偏離其擴展方向並且可以阻止其進一步擴展。具有廣泛覆蓋太陽能電池的側邊的區域的非週期性接觸開口佈置，例如，彭羅斯拼圖形狀的佈置，可以在太陽能電池的平區域中各向同性地分散機械張力。因此，這些接觸開口佈置可以不含可能與太陽能電池的裂紋擴展方向有關的線形張力線或週期性重複的張力點。因此會阻礙裂紋402沿著應力峰值在敷金屬中擴展，或者沿著太陽能電池晶片基底的主裂紋擴展方向擴展。這種擴展會要求改變裂紋擴展的進程。因此，減小了裂紋擴展，並且增強了太陽能電池的穩定性。

在各種實施方式中，接觸開口202和/或接觸開口佈置形成為使得結構的數量減小到允許裂紋在太陽能電池晶片基底208中無阻礙地擴展。這些結構可以具有週期性地重複結構，可以具有銳角，或者可以具有與例如主裂紋擴展方向(矽中的{111}晶面)之類的晶向平行的連續接觸開口線。這可以通過使金屬化結構的對稱性相對於太陽能電池晶片基底的晶體對稱性偏離來實現。

在各種實施方式中，描述了能增強太陽能電池和太陽能電池模組的穩定性的接觸結構。

在各種實施方式中，太陽能電池可以包括：由矽製成的太陽能電池晶片基底，矽的主要成分是具有與一個晶片邊緣的{111}晶面平行的單晶結構；電介質層，其設置在太陽能電池晶片基底上方；多個接觸開口，其延伸穿過電介質層到達太陽能電池晶片基底；多個金屬觸點，其形成在多個接觸開口中；和金屬層，其設置在電介質層上方；其中金屬層通過多個金屬觸點電氣連接至太陽能電池晶片基底；其中多個接觸開口的至少一個接觸開口與{111}晶面不平行地延伸。

在各種實施方式中，電介質層可以設置在太陽能電池晶片基底的後側上，例如，作為太陽能電池晶片基底接觸結構的後側的一部分。在各種實施方式中，電介質層可以設置在太陽能電池晶片基底的前側上，例如，作為太陽能電池晶片基底接觸結構的前側的一部分。

在各種實施方式中，太陽能電池晶片基底可以包括單晶矽基底和准單晶矽基底中的至少一種。在各種實施方式中，太陽能電池晶片基底可以包括以下材料的一種或者由其形成：銦、鎵、砷、磷、硼、碳。

在各種實施方式中，太陽能電池晶片基底可以包括{100}、{110}或{111}晶面。太陽能電池晶片基底的平表面的晶面可以是{100}、{110}或{111}。

在各種實施方式中，多個接觸開口中的至少一個接觸開口可以相對於太陽能電池晶片基底的邊緣成角度地延伸，例如，相對於太陽能電池晶片基底的平表面的晶向或者相對於太陽能電池晶片基底的裂紋擴展方向成角度地延伸。在各種實施方式中，多個接觸開口中的至少兩個接觸開口可以彼此相對成角度地延伸和/或相對於太陽能電池晶片基底的邊緣成角度地延伸。太陽能電池晶片基底中裂紋的擴展方向是在太陽能電池晶片基底內的方向，通過沿著該方向形成裂紋可以釋放基底的機械應力或張力。矽的主擴展方向是{111}晶面。延伸可以與多個接觸開口的接觸開口具有相同的取向類型和/或形式。

在各種實施方式中，多個接觸開口的至少一個接觸開口可以形成接觸線。在各種實施方式中，多個接觸開口中的至少一個接觸開口可以形成連續的、間斷的或虛線式的接觸線。接觸線可以相對於太陽能電池晶片基底的邊緣和/或{111}晶面成約45°的角度延伸。接觸線可以至少一個具有選自以下線形中的線形的線部分：波浪線形、圓形線形和多邊形線形。接觸線可以與整個金屬化層(例如，整個後側敷金屬)亦或接觸開口頂部上方的薄金屬線(帶)成對。在各種實施方式中，至少一個接觸開口可以在鈍化層或太陽能電池基底中形成為非週期性結構，例如，類似於曲折形狀、分形體形狀或隨機形狀。

在各種實施方式中，多個接觸開口中的至少一個接觸開口可以在太陽能電池晶片基底的邊緣之前停止。這可以減少裂紋進入太陽能電池晶片基底的機率。在各種實施方式中，大部分接觸開口可以在太陽能電池晶片基底的邊緣之前停止。

在各種實施方式中，多個接觸開口中的至少一個接觸開口被溝槽結構包圍。溝槽結構可以防止從接觸開口形成燒結金屬的珠狀物，因此可以增強太陽能電池的穩定性。溝槽結構可以形成為凹槽、溝道、凹道、孔或框架形鐳射線。溝槽結構可以形成為合併結構，使得燒結的金屬不會形成相對於鈍化層或溝槽包圍層的表面水準暴露的珠狀物。在一個實施方式中，多個接觸開口可以被單個溝槽結構包圍。單個溝槽結構可以合併兩個或更多個接觸開口的端部。在一個實施方式中，溝槽結構可以形成為框架狀的接觸開口結構。在一個實施方式中，大多數接觸開口可以被框架狀的開口結構包圍。

在各種實施方式中，金屬層可以覆蓋所述多個接觸開口中的多個接觸開口。在各種實施方式中，金屬層延伸超過大多數接觸開口。

在各種實施方式中，太陽能電池可以包括：由具有晶向的矽製成的太陽能電池晶片基底；電介質層，其設置在太陽能電池晶片基底上方；多個接觸開口，其延伸穿過電介質層到達太陽能電池晶片基底；多個金屬觸點，其形成在多個接觸開口中；和金屬層，其設置在電介質層上方；其中金屬層通過多個金屬觸點電氣連接至太陽能電池晶片基底；其中多個接觸開口佈置成使得它們形成相對於所述晶向成角度地延伸的接觸開口佈置。

在各種實施方式中，這種佈置可以與{111}晶面不平行地延伸。

在各種實施方式中，電介質層可以設置在太陽能電池晶片基底的後側上，例如，作為太陽能電池晶片基底接觸結構的背面的一部分。在各種實施方式中，電介質層可以設置在太陽能電池晶片基底的前側上，例如，作為太陽能電池晶片基底接觸結構的前側的一部分。

在各種實施方式中，太陽能電池晶片基底可以包括單晶矽基底和准單晶矽基底中的至少一種。在各種實施方式中，太陽能電池晶片基底可以包括以下材料中的一種或者由其形成：銦、鎵、砷、磷、硼、碳。

在各種實施方式中，接觸開口的佈置可以相對於太陽能電池晶片基底的邊緣成角度地延伸。該延伸可以與接觸開口具有相同的取向類型和/或佈置形式。

在一個方面，接觸開口佈置相對於太陽能電池晶片基底的邊緣成角度地延伸，例如，相對於太陽能電池晶片基底的平表面的晶向或者相對於太陽能電池晶片基底的裂紋擴展方向成角度地延伸。接觸開口佈置可以形成接觸線佈置。接觸開口佈置，例如，接觸線佈置，可以相對於太陽能電池晶片基底的邊緣成約45°的角度延伸。在各種實施方式中，接觸線佈置可以包括彼此相對成角度地和/或相對於太陽能電池晶片基底的邊緣成角度地交叉的至少兩個接觸線。

在各種實施方式中，接觸線佈置可以形成非週期性佈置。非週期性佈置可以包括接觸開口的非週期性分佈。這些非週期性佈置和/或接觸開口形式可以在不同方向上均質地分散機械張力，或者可以在太陽能電池晶片基底中產生與至少一個較佳的裂紋擴展方向不平行的張力場。在各種實施方式中，接觸線佈置可以形成接觸開口的非週期性佈置。在各種實施方式中，接觸開口可以在鈍化層或太陽能電池基底中形成為非週期性網格，例如，彭羅斯拼圖或統計分佈。接觸開口佈置可以由連續的線、網路、網格和/或不連續的線形成。在各種實施方式中，接觸開口佈置可以包括環狀接觸開口。接觸開口可以形成為彼此分離。非接觸或在機械上無相互作用可以防止應力或張力點態傳輸到太陽能電池基底晶片中。此外，非週期性佈置可以防止與多晶基底的晶向(例如，晶體太陽能電池晶片基底的{111}晶面)平行的統計學局部取向。

在各種實施方式中，接觸線佈置可以形成週期性佈置。週期性佈置可以包括接觸開口的週期性分佈。

在各種實施方式中，接觸開口佈置，例如，接觸線佈置可以包括至少一個具有選自以下線形佈置的線形的線部分：波浪線形佈置、圓形線形佈置、多邊形線形佈置、短畫線形佈置、交叉線形佈置和虛線線形佈置。這些接觸線佈置可以與整個金屬化層(例如，整個後側敷金屬)亦或接觸開口頂部上方的薄金屬線(帶)成對。

在各種實施方式中，接觸開口佈置可以在太陽能電池晶片基底的邊緣之前停止。在一個方面，大部分接觸開口202可以在太陽能電池晶片基底208的邊緣之前停止。

在各種實施方式中，接觸開口佈置可以被溝槽結構包圍。

在各種實施方式中，金屬層可以覆蓋所述多個接觸開口中的多個接觸開口。

在各種實施方式中，提供了一種太陽能電池。太陽能電池可以包括：由矽製成的太陽能電池晶片基底；電介質層，其設置在太陽能電池晶片基底後側上方；多個接觸開口，其延伸穿過電介質層到達太陽能電池晶片基底；多個金屬觸點，其形成在多個接觸線中；和金屬層，其設置在電介質層上方；其中金屬層通過多個金屬觸點電氣連接至太陽能電池晶片基底；其中多個接觸線佈置成使得至少兩個接觸線彼此交叉。

在各種實施方式中，多個接觸線中的至少兩個交叉的接觸線可以形成連續的、中斷的或虛線式接觸線。

在各種實施方式中，太陽能電池晶片基底可以是由晶體或非晶體基底製成的。

在各種實施方式中，太陽能電池晶片基底可以是由多晶矽製成的。

在各種實施方式中，太陽能電池晶片基底可以是由單晶矽製成的。

儘管參照具體實施方式特別示出並且描述了本發明，但是本領域技術人員應當理解，在不脫離由所附申請專利範圍所限定的本發明的精神和範圍的情況下，可以在形式和細節上進行各種修改。因此，本發明的範圍由所附申請專利範圍指明，並且因此旨在包括在申請專利範圍的等效形式的含義和範圍內的所有修改。

202‧‧‧接觸開口

204‧‧‧溝槽結構

206‧‧‧電介質層

208‧‧‧太陽能電池晶片基底

210‧‧‧晶向/主裂紋擴展方向

Claims

一種太陽能電池，其包括：由矽製成的太陽能電池晶片基底，所述矽的主要成分是具有與一個晶片邊緣平行的{111}晶面的單晶結構；電介質層，其設置在所述太陽能電池晶片基底的後側上方；多個接觸開口，其延伸穿過所述電介質層到達所述太陽能電池晶片基底；多個金屬觸點，其形成在所述多個接觸開口中；和金屬層，其設置在所述電介質層上方；其中所述金屬層通過所述多個金屬觸點電氣連接至所述太陽能電池晶片基底；其中所述多個接觸開口中的至少一個接觸開口與{111}晶面不平行地延伸。
如請求項1所述的太陽能電池，其中所述多個接觸開口中的至少兩個接觸開口彼此相對成角度地延伸並相對於所述太陽能電池晶片基底的邊緣成角度地延伸。
如請求項1所述的太陽能電池，其中所述多個接觸開口中的至少一個接觸開口形成連續的、間斷的或虛線式的接觸線。
如請求項1所述的太陽能電池，其中所述接觸線相對於所述{111}晶面成約45°的角度延伸。
如請求項1所述的太陽能電池，其中所述接觸線包括至少一個具有選自由以下線形組成的組中的線形的線部分：波浪線形；圓形線形；和多邊形線形。
如請求項1所述的太陽能電池，其中所述金屬層延伸超過大部分所述接觸開口。
如請求項1所述的太陽能電池，其中所述大部分接觸開口在所述太陽能電池晶片基底的邊緣之前停止。
如請求項1所述的太陽能電池，其中所述大部分接觸開口被框架狀的開口結構包圍。
如請求項1所述的太陽能電池，其中所述多個接觸開口被佈置成使得它們形成與{111}晶面不平行地延伸的接觸開口佈置。
如請求項9所述的太陽能電池，其中所述接觸線佈置包括彼此相對成角度地並相對於所述太陽能電池晶片基底的邊緣成角度地交叉的至少兩個接觸線。
如請求項9所述的太陽能電池，其中所述接觸線佈置形成接觸開口的非週期性佈置。
一種太陽能電池，其包括：由矽製成的太陽能電池晶片基底；電介質層，其設置在所述太陽能電池晶片基底的後側上方；多個接觸開口，其延伸穿過所述電介質層到達所述太陽能電池晶片基底；多個金屬觸點，其形成在所述多個接觸線中；和金屬層，其設置在所述電介質層上方；其中所述金屬層通過所述多個金屬觸點電氣連接至所述太陽能電池晶片基底；其中所述多個接觸線佈置成使得至少兩個接觸線彼此交叉。
如請求項12所述的太陽能電池，其中所述多個接觸線中的所述至少兩個交叉的接觸線形成連續的、中斷的或虛線式的接觸線。
如請求項12所述的太陽能電池，其中所述太陽能電池晶片基底是由晶體或非晶體基底製成的。
如請求項12所述的太陽能電池，其中所述太陽能電池晶片基底是由多晶矽製成的。
如請求項12所述的太陽能電池，其中所述太陽能電池晶片基底是由單晶矽製成的。