TWI723026B - 太陽能電池及光伏打組件 - Google Patents

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TWI723026B
TWI723026B TW105120088A TW105120088A TWI723026B TW I723026 B TWI723026 B TW I723026B TW 105120088 A TW105120088 A TW 105120088A TW 105120088 A TW105120088 A TW 105120088A TW I723026 B TWI723026 B TW I723026B
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大衛費德列克喬 卡夫雷克
路易斯 阿布拉
湯馬斯 Ｐ 帕斯
金泰錫
馬修 摩爾斯
班傑明 伊恩 夏
凱柏爾 哈利
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美商太陽電子公司
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Abstract

揭露一種製造用於太陽能電池的一維金屬化之方法，以及所產生的太陽能電池。在一示例中，太陽能電池包含具有背面以及相對的光接收表面之基板。複數個交替N型以及P型半導體區域設置在基板之背面或背面上方並沿著第一方向平行，以形成用於太陽能電池之一維分佈之放射極區。導電接觸結構設置於複數個交替N型以及P型半導體區域上。導電接觸結構包含對應到交替N型以及P型半導體區域之複數個金屬線。複數個金屬線沿著第一方向平行，以形成用於太陽能電池之一維分佈之金屬化層。

Description

太陽能電池及光伏打組件
本揭露之實施方式係為可再生能源之領域，且具體而言是包含製造用於太陽能電池的一維金屬化之方法，以及所產生的太陽能電池。
光伏打電池通常被稱為太陽能電池，為大眾所熟知用以將太陽輻射能直接轉換成電能之裝置。一般而言，太陽能電池在一個半導體晶圓或者基板上使用半導體製程技術以形成p-n接面在基板表面附近而製造。衝射(impinging)於基板之表面上並進入基板之太陽輻射產生電子與電洞對於基板之塊材中。電子及電洞對遷移至基板的P型摻雜區及N型摻雜區，藉此在摻雜區之間產生電壓差。摻雜區連接至太陽能電池上的導電區，以自電池導通電流到連接至其的外部電路。
太陽能電池之效能為重要之特徵，其與太陽能電池生產產能直接相關。同樣地，生產太陽能電池的產能係與此類太陽能電池的成本效益直接相關。因此，普遍期望用於增加太陽能電池效能的技術或用於增加製造太陽能電池之效率的技術。本揭露的部分實施例係藉由提供用於製造太陽能電池結構的新穎製程，而得以增加太陽能電池的製造效率。本揭露的部分實施例係藉由提供新穎的太陽能電池結構，從而增加太陽能電池的效率。
一種太陽能電池，其包含：具有背面以及相對的光接收表面之基板；設置在基板之背面或背面上以及沿著第一方向平行，以形成太陽能電池的一維分佈之放射極區之複數個交替N型半導體區域及P型半導體區域；以及設置在複數個交替N型半導體區域以及P型半導體區域上之導電接觸結構，導電接觸結構包含沿著第一方向平行對應於複數個交替N型半導體區域以及P型半導體區域之複數個金屬線，以形成太陽能電池的一維分佈之金屬化層。
一種光伏打組件，其包含：複數個第一太陽能電池及複數個第二太陽能電池以及內連結構，各複數個第一太陽能電池及第二太陽能電池包含：具有背面以及相對的光接收表面的基板；設置於基板之背面或背面上，並沿著一第一方向平行的，以形成複數個第一太陽能電池及第二太陽能電池之一維分佈之放射極區之複數個交替N型半導體區域以及P型半導體區域；以及設置在複數個交替N型半導體區域以及P型半導體區域上之導電接觸結構，導電接觸結構包含沿著第一方向平行對應於複數個交替N型半導體區域以及P型半導體區域之複數個金屬線，以形成複數個第一太陽能電池及第二太陽能電池之一維分佈之金屬化層，其中各複數個金屬線以交錯形式端接在基板之複數個第一端及第二端；且內連結構係在複數個第一太陽能電池之基板之複數個第二端與複數個第二太陽能電池之基板之複數個第一端之間電性耦接第一太陽能電池及第二太陽能電池，內連結構設置於並電性接觸至複數個第一太陽能電池之複數個金屬線中的複 數個第一交替金屬線上，但不設置於複數個第一太陽能電池之複數個金屬線中的複數個第二交替金屬線上，且內連結構設置於並電性接觸至複數個第二太陽能電池之複數個金屬線中的複數個第一交替金屬線，但不設置於複數個第二太陽能電池之複數個金屬線中的複數個第二交替金屬線。
一種光伏打組件，包含：複數個第一太陽能電池及複數個第二太陽能電池以及內連結構，其中各複數個第一太陽能電池及各複數個第二太陽能電池包含：具有背面以及相對的光接收表面之基板；設置在基板的背面或背面上且沿著第一方向平行，以形成複數個第一太陽能電池及複數個第二太陽能電池之一維分佈之放射極區之複數個交替N型半導體區域以及P型半導體區域；以及設置在複數個交替N型半導體區域以及P型半導體區域上之導電接觸結構，導電接觸結構包含沿著第一方向平行對應於複數個交替N型半導體區域以及P型半導體區域，以形成複數個第一太陽能電池及該複數個第二太陽能電池之一維分佈之一金屬化層，其中各複數個金屬線以平行形式端接在基板的複數個第一端及複數個第二端；且內連結構係在複數個第一太陽能電池之基板之複數個第二端與複數個第二太陽能電池之基板之複數個第一端之間電性耦接第一太陽能電池及第二太陽能電池，內連結構設置於並電性接觸至各複數個第一太陽能電池及第二太陽能電池之複數個金屬線中的複數個第一交替金屬線上，且內連結構設置於但不電性接觸至各複數個第一太陽能電池及各複數個第二太陽能電池之複數個金屬線中的複數個第二交替金屬線。
100A、100B:太陽能電池
102、206、306、406:基板
104、207、307、407:背面
106、210、310、410:交替N型以及P型半導體區域
108:導電接觸結構
120、124、214、314、414:第一端
122、126、216、316、416:第二端
150、250、350、450:第一方向
200、300、400:光伏打組件
202、302、402:第一太陽能電池
204、304、404:第二太陽能電池
208、308、408:光接收表面
212、312、412:複數個金屬線
220、320、420、500、550:內連結構
224、324、424:結合點
222、322、422:應力釋放切口
399、504、554:掩蔽層
499:絕緣層
502、552:內連部分
第1A圖係繪示根據本揭露之實施方式之太陽能電池之背側之平面視圖。
第1B圖係繪示根據本揭露之另一實施方式之太陽能電池之背面之平面視圖。
第2圖係繪示根據本揭露之實施方式之基於第1A圖的太陽能電池類型的光伏打組件之平面視圖及對應截面圖。
第3圖係繪示根據本揭露之另一實施方式之基於第1A圖的太陽能電池類型的光伏打組件之平面視圖及對應截面圖。
第4圖係繪示根據本揭露之實施方式之基於第1B圖的太陽能電池類型的光伏打組件之平面視圖及對應截面圖。
第5A圖係繪示根據本揭露之實施方式之自第3圖之類型的光伏打組件之光接收表面之平面視圖。
第5B圖係繪示根據本揭露之實施方式之自第4圖之類型的光伏打組件之光接收表面之平面視圖。
以下詳細描述在本質上僅為說明性且不意於限制本申請標的或本申請之實施例或此種實施例之使用。如文中所使用的，詞彙「例示性」意味著「作為一個範例、例子或說明」。任何文中所述為例示性之實施例不必然被詮釋為對其他實施例而言是較佳的或具優勢的。此外，不意圖受呈現於技術領域(technical field)、先前技術(background)、發明內容(brief summary)或下列實施方式(detailed description)中任何表達或隱喻之理論所限制。
本說明書包含參照「一個實施例(one embodiment)」或「一實施例(an embodiment)」。短語「在一個實施例中(in one embodiment)」或「在實施例中(in an embodiment)」之出現不必然指稱相同實施例。特定特徵、結構或特性可以與本揭露相符的任何適合方式結合。
術語。以下段落提供用於在本揭露(包括所附的專利申請範圍)中可發現之術語之定義及/或語境。
「包含(comprising)」。這個術語是開放性的。如在所附的專利申請範圍中使用的，此術語不能排除額外的結構或步驟。。
「配置以(configured to)」。各種單元或部件可被描述或主張為「配置為(configured to)」執行一或多件任務。在此種內文中，「配置為(configured to)」用於藉由指出單元/部件包含在操作期間執行那些一或多件任務的結構而暗示結構。如此一來，即使是在特定單元/部件目前不為操作狀態(例如，不啟動/活動)時，單元/部件還是可稱為配置為執行任務。
「第一(first)」、「第二(second)」等。當使用於文中時，此類詞彙用作為其所前綴之名詞的標記，且不暗示任何種類的順序(例如，空間、時間、邏輯等)。舉例來說，參照為「第一」之太陽能電池並不必然意味該太陽能電池於順序上為第一太陽能電池；而是此詞彙「第一」係用於區分該太陽能電池與另一個太陽能電池(例如，「第二」太陽能電池)。
「耦合(coupled)」：下列描述指稱元件或節點或特徵「耦合」在一起。當使用於文中時，除非明白地另有敘述，「耦合」意味著一個元件/節點/特徵直接地或間接地結合(或直接地或間接地連通)於另一個元件/節點/特徵，且不必然為機械式地。
此外，某些用語還可僅為了參考的目的而用於以下描述中，且因此不意圖為限制。舉例來說，例如「上方的(upper)」、「下方的(lower)」、「在上(above)」以及「在下(below)」的詞彙指稱所參照之圖式中的方向。例如「前(front)」、「後(back)、「後方(rear)」、「側邊(side)」、「外側的(outboard)」以及「內側的(inboard)」之詞彙藉由參照以下討論描述組件之內文及相關圖式，描述於參照臻至明確的一致但任意框架中的組件部分的方向及/或位置。此類用語可包含於上方具體提到的字眼、其衍生字及類似意味的字眼。
「抑制(inhibit)」：如本文所用，抑制係使用以描述減少或最小化效果。當組件或特徵被描述為抑制一個動作、移動、或條件，其可完全阻止結果或結局，或完全地未來狀態。另外，「抑制」亦可指可另外發生的結果、性能及/或效果的減少或減輕。據此，當組件、元件、或特徵被稱為抑制結果或狀態時，其不需要完全防止或消除結果或狀態。
本文揭露用於製造太陽能電池的一維金屬化之方法，以及所產生的太陽能電池。在此下列描述，為了提供本揭露之實施方式的徹底理解，而闡述各種具體細節，例如特定糊狀組成物及處理流程操作。對於所屬技術領域具通常知識者而言將理解的是，本揭露之實施方式可在沒有其具體細節而實施。在其他實例，將不詳細地描述已知的製造技術，例如光刻及圖樣化技術，以避免不必要地模糊本揭露之實施例。此外，將理解的是，圖中所示的各種實施例係為例示性表示而不需按比例繪製。
本文揭示太陽能電池。在一實施例中，太陽能電池包含具有背面以及相對的光接收表面的基板。複數個交替的N型以及P型半導體區域設置在基板之背面或者背面上，以及沿著第一方向平行以形成用於太陽能電池之一維分 佈之射極區。導電接觸結構設置在複數個交替N型以及P型半導體區域上。導電接觸結構包含對應於複數個交替N型以及P型半導體區域之複數個金屬線。複數個金屬線沿著第一方向平行以形成用於太陽能電池之一維分佈之金屬化層。
本文亦揭示光伏打組件。在一實施例中，光伏打組件包含第一太陽能電池及第二太陽能電池。每個第一太陽能電池及第二太陽能電池包含具有背面以及相對的光接收表面之基板。每個第一太陽能電池及第二太陽能電池包含設置於基板的背面或者背面上及沿著第一方向平行的複數個交替N型以及P型半導體區域，以形成用於太陽能電池之一維分佈之射極區。每個第一太陽能電池及第二太陽能電池亦包含設置在複數個交替N型以及P型半導體區域上的導電接觸結構，此導電接觸結構包含沿著第一方向平行對應到複數個交替N型以及P型半導體區域之複數個金屬線，以形成用於太陽能電池之一維分佈之金屬化層。每個複數個金屬線以錯開形式端接在基板第一端及第二端。此光伏打組件亦包含在第一太陽能電池的基板的第二端與第二太陽能電池的基板的第一端之間的電性耦接第一太陽能電池與第二太陽能電池的內連結構。內連結構設置於第一太陽能電池之複數個金屬線中的第一交替金屬線上並與其電性接觸。然而，內連結構不設置於第一太陽能電池之複數個金屬線中的第二交替金屬線上。內連結構亦設置於第二太陽能電池之複數個金屬線中的第一交替金屬線上並與其電性接觸。然而，內連結構不設置於第二太陽能電池之複數個金屬線中的第二交替金屬線上。
在另一實施例中，光伏打組件包含第一太陽能電池及第二太陽能電池。每個第一太陽能電池及第二太陽能電池包含具有背面以及相對的光接收表面之基板。每個第一太陽能電池及第二太陽能電池亦包含設置於基板的背面 或者背面上及沿著第一方向平行的複數個交替N型以及P型半導體區域，以形成太陽能電池之一維分佈之射極區。每個第一太陽能電池及第二太陽能電池包含設置在複數個交替N型以及P型半導體區域上的導電接觸結構。導電接觸結構包含沿著第一方向平行對應到複數個交替N型以及P型半導體區域之複數個金屬線，以形成太陽能電池之一維分佈之金屬化層。每個複數個金屬線以平行形式端接在基板之第一端及第二端。此光伏打組件亦包含在第一太陽能電池的基板的第二端與第二太陽能電池的基板的第一端之間電性耦接第一太陽能電池與第二太陽能電池的內連結構。內連結構設置於各第一太陽能電池與第二太陽能電池之複數個金屬線中的第一交替金屬線上並與其電性接觸。內連結構亦設置於各第一太陽能電池與第二太陽能電池之複數個金屬線中的第二交替金屬線上但不與其電性接觸。
本文敘述一或多個實施方式針對一維電池金屬化以及內連結構。在一實施例中，電池上金屬化(on-cell metallization)圖樣包含在電池的邊緣不連接在一起的多個平行線。此類圖樣可稱為例如「無匯流排及無焊墊(busless and padless)」或者「一維(one-dimensional)」。在一實施例中，當實施此類圖樣，可消除與電池之焊墊以及匯流排區域相關之光電流收集損耗。得以導致增加此電池之轉換效率。此外，在一實施例中，因其簡潔之設計，一維指狀件圖樣可用於放射極形成以及電池上金屬化兩者的部分成本有效以及高生產量圖樣化(in-situ patterning)。可有益的具體實施方式包含基於以離子佈植之原位圖樣化的方式。下列更詳細地敘述電池內連設計。此一維電池上金屬化具有較高效率、成本節省及改善可靠性的潛力。
為了提供上下文，為了達到最終電池轉換效率，必須最小化機構之損耗。本文揭露之一或多個實施方式包含藉由將母線功能移動至內連結構以最小化否則因母線及焊墊的光電流收集損耗之方法。內連焊墊分佈橫跨所有指狀件，以使各焊墊實際上與各別指狀件的寬度相同。此配置減輕或完全消除對於與最先進之太陽能電池組態相關的電池性能的妥協。
為了提供進一步上下文，用於金屬化一維放射極之最先進方法包含結合在電池上定義焊墊及母線之二維圖樣化電鍍遮罩而在電鍍種晶層下印刷圖樣化聚亞醯胺層。此聚亞醯胺層避免如母線以及焊墊交叉相對極性放射極而短路。不過，尚未良好地理解的是，若基於聚亞醯胺的方法(例如，聚亞醯胺作為層間介電質)將需要與下一代金屬結合方法(例如，基於熱壓結合法(hermo-compression bonding，TCB)及/或雷射焊接之結合方法)兼容。使用於TCB之高溫(例如，大約攝氏450度)可能顯著地退化聚亞醯胺且產生不可接受的釋氣。此外，由聚亞醯胺引導的拓撲(topology)可能阻止於TCB期間金屬箔片與下面晶圓之間的均勻結合壓力的應用。針對雷射結合，雖然可能不需將金屬箔片直接地雷射焊接在聚亞醯胺層的頂部上，但由聚亞醯胺引導的拓撲可能產生另一挑戰。此外，若聚醯亞胺印刷操作藉由使用互連母線而可避免，則可簡化整體處理流程。
根據本揭露之一或多個實施方式，一維指狀件圖樣為針對放射極形成的實施。此類一維指狀件圖樣可為較佳的，由於該配置可基於離子佈植而使用靜止遮罩/移動晶圓圖樣化方案。應當理解的是，一維指狀件圖樣可為以離子佈植有效圖樣化之唯一方式。因此，本文敘述之電池架構包含電池金屬化以及與一維放射極兼容之內連製造方法。
另一實施方式包含使用一維指狀件圖樣化作為用於雷射圖樣化操作的較佳方法，如金屬化圖樣。譬如，一維指狀件圖樣可為經由多個分束器以及用於較高生產量之一維掃描機系統圖樣化。一維指狀件圖樣可實施以在蝕刻期間進行基於環氧遮罩移除的製造方法。進一步，藉由提供大量的分佈結合點，因而任何單一結合的失效對電池性能以及電流分布可具有最小影響。反之，基於針對每個極性之根據三個結合點之最先進的內連方法，單一結合之失效造成電池中電流的顯著重新分配且可導致熱點以及電池故障。
作為一維電池上金屬化圖樣的例子，第1A圖及第1B圖係繪示根據本揭露之實施方式之太陽能電池之背側之平面視圖。
參照第1A圖以及第1B圖，太陽能電池100A或者100B分別包含具有背面104以及相對的光接收表面(圖中未顯示)之基板102。複數個交替N型半導體區域以及P型半導體區域106設置在基板102之背面104或者背面104上方且沿著第一方向150平行，以形成太陽能電池100A或者100B之一維分佈之射極區。複數個交替N型以及P型半導體區域在本文可稱為交替極性之指狀件。導電接觸結構108設置在複數個交替N型以及P型半導體區域106上。導電接觸結構108包含對應於複數個交替N型以及P型半導體區域106之複數個金屬線(在第1A圖以及第1B圖，導電接觸結構108以及複數個交替N型以及P型半導體區域106共同顯示為線106/108)。複數個金屬線108為沿著第一方向150平行，以形成太陽能電池100A或者100B之一維分佈之金屬化層。
只參考第1A圖，在一實施例中，每個複數個金屬線108以交錯形式端接在基板102之第一端120以及第二端122。只參考第1B圖，在另一實施例 中，每個複數個金屬線108以平行形式端接在基板102之第一端124以及第二端126。
在一實施例中，再次參考第1A圖以及第1B圖，導電接觸結構108更包括設置於複數個交替N型以及P型半導體區域106與複數個金屬線108之間的金屬晶種層。在一實施例中，基板102為單晶矽基板，以及複數個交替N型以及P型半導體區域106為形成於矽基板102之複數個N型以及P型擴散區域。然而，在另一實施例中，複數個交替N型以及P型半導體區域106為形成於基板102之背面104上的複數個N型以及P型多晶矽區域(例如，作為形成於形成在基板102之背面104上的介電層上之多晶矽射極區)。
再次參考第1A圖，在一實施方式中，交錯配置提供用於因稍短縮的指狀件的一極性(例如，N型或者P型)。如下根據第2圖以及第3圖的更詳細地敘述，可實施第1A圖之配置，以使指狀件之一極性不延伸至形成於其上的覆蓋內連(overlying interconnect)之下方。在一具體實施例中，如下列更詳細地敘述，指狀件之第二極性自基板102邊緣停止約一毫米，以提供在用於掩蔽層的邊緣之間隙。再次參考第1B圖，在一實施例中，平行端接配置可以容納在其他光伏打架構，如下列根據第4圖之更詳細地敘述。
在第1A圖此太陽能電池型態之第一個實施方式，及如下根據第2圖的更詳細地敘述，電池互連幾何圖形(cell interconnection geometry)可稱為層間介電自由(inter-layer dielectric free)「ILD自由(LD free)」。電池之各側邊上，稍短縮指狀件之一極性，以使其不延伸至覆蓋內連之下方。由於指狀件需要縮短，因而金屬1(M1；例如，晶種層)以及金屬2(M2；例如，箔片或者電鍍導電層)圖樣化可能涉及某些複雜度。覆蓋內連(M3；例如，覆蓋鋁或者銅片等)延伸電池 之全寬度，以及結合到每個相同極性之指狀件。內連之相對側為結合到下一個電池上之相反極性之每個指狀件。藉由內連各自結合每個指狀件，可省略電池上的匯流排或者焊墊。將理解的是，此類方法可能需要於內連(M3)與電池上金屬化M2之間的高準確度結合點。具體而言，結合點必須對齊M2指狀件。在一實施例中，此精準度之等級係使用雷射焊接達到。然而，與其他方法相比，由於在內連上沒有ILD圖樣而必須對齊M2指狀件，而使內連本身之位置精準度稍微放寬。在一實施例中，此類方法依賴底部抗反射塗層(BARC)層以及物理性間隔，以在M3與相反極性放射極(假定此晶圓片之放射極連續到晶圓的邊緣)之間絕緣。在此實施例中，由於M3不穿入至任何下面的針孔，因而此方法為可行性。
作為一範例，第2圖描繪根據本揭露之一實施例基於第1A圖的太陽能電池型態之光伏打組件之平面視圖以及對應剖面視圖，。參照第2圖，光伏打組件200包含第一太陽能電池202以及第二太陽能電池204。每個第一太陽能電池202以及第二太陽能電池204包含具有背面207以及相對的光接收表面208之基板206。每個第一太陽能電池202以及第二太陽能電池204亦包含設置在基板206之背面207或者背面207上方且沿著第一方向250平行之複數個交替N型以及P型半導體區域210，以形成太陽能電池202或者204之一維分佈之放射極區。每個第一太陽能電池202以及第二太陽能電池204亦包含設置在複數個交替N型以及P型半導體區域210的導電接觸結構。此導電接觸結構包含沿著第一方向250平行對應到複數個交替N型以及P型半導體區域210之複數個金屬線212，以形成太陽能電池之一維分佈之金屬化層。每個複數個金屬線212以交錯形式端接在基板206之第一端214以及第二端216。
光伏打組件200亦包含於第一太陽能電池202之基板206之第二端216與第二太陽能電池204之基板206之第一端214之間電性耦接第一太陽能電池202以及第二太陽能電池204之內連結構220。此內連結構220設置於第一太陽能電池202之複數個金屬線212中的第一交替金屬線上並與其電性接觸。不過，內連結構不設置於第一太陽能電池202之複數個金屬線212中的第二交替金屬線上。內連結構220亦設置於第二太陽能電池204之複數個金屬線212中的第一交替金屬線上並與其電性接觸。不過，內連結構220不設置於第二太陽能電池204之複數個金屬線212中的第二交替金屬線上。
如第2圖描述，在一實施例中，內連結構220包含形成於其中的一或多個應力釋放切口222。亦如第2圖描述，在一實施例中，內連結構220結合(例如，焊接(soldered)、熔接(welded)、連接(joined)、膠接(glued)等)到第一太陽能電池202之複數個金屬線212中的各第一交替金屬線以及到第二太陽能電池204之複數個金屬線212中的各第一交替金屬線(如所述的藉由結合點224)。
在第1A圖之第二實施方式之太陽能電池型態，如下根據第3圖更詳細地敘述，電池互連幾何圖形可稱為具有掩蔽的「ILD自由」。作為範例，第3圖係繪示根據本揭露之另一實施方式之基於第1A圖的太陽能電池類型的光伏打組件之平面視圖以及對應剖面側視圖。
參照第3圖，光伏打組件300包含第一太陽能電池302及第二太陽能電池304。每個第一太陽能電池302及第二太陽能電池304包含具有背面307以及相對的光接收表面308之基板306。每個第一太陽能電池302及第二太陽能電池304亦包含設置在基板306之背面307或者背面307上方且沿著第一方向350平行之複數個交替N型以及P型半導體區域310，以形成太陽能電池302或者304之一維 分佈之放射極區。每個第一太陽能電池302及第二太陽能電池304亦包含導電接在複數個交替N型以及P型半導體區域310的觸結構設置。此導電接觸結構包含沿著第一方向350平行對應到複數個交替N型以及P型半導體區域310之複數個金屬線312，以形成太陽能電池之一維分佈之金屬化層。每個複數個金屬線312以交錯形式端接在基板306第一端314以及第二端316。
光伏打組件300亦包含於第一太陽能電池302之基板306之第二端316與第二太陽能電池304之基板306的第一端314之間電性耦接第一太陽能電池302及第二太陽能電池304之內連結構320。內連結構320設置於第一太陽能電池302之複數個金屬線312中的第一交替金屬線上並與其電性接觸。不過，內連結構不設置於第一太陽能電池302之複數個金屬線312中的第二交替金屬線上。內連結構320亦設置於第二太陽能電池304之複數個金屬線312中的第一交替金屬線上並與其電性接觸。不過，內連結構320不設置於第二太陽能電池304之複數個金屬線312中的第二交替金屬線上。在一實施例中，自光接收表面308截取的透視，外露於第一太陽能電池302及第二太陽能電池304之間的內連結構320之部分以掩蔽層399覆蓋。掩蔽層399可為與電池之顏色以及黑色背板匹配的黑色聚合物材料，以對完成模組提供均勻黑色外觀。此外，白色背板以及白色掩蔽層可使用於給予電池之周圍附近的均勻白色外觀。
如第3圖之描述，在一實施例中，內連結構320包含形成於其中的一或多個應力釋放切口322。亦如第3圖之描述，在一實施例中，內連結構320結合(例如，焊接、熔接、連接、膠接等)至第一太陽能電池之複數個金屬線312中的各第一交替金屬線以及第二太陽能電池304之複數個金屬線312中的各第一交替金屬線(例如，如所述的結合點324)。
在第1B圖之太陽能電池型態之實施方式，如下根據第4圖更詳細地敘述，電池互連幾何圖形可稱為具有層間介電的電池互連幾何圖形，「具有ILD(with ILD)」。在此類方法，例如第1B圖之太陽能電池的複數個太陽能電池，其指狀件可根據需要而延伸至基板之邊緣，並與電池內連耦接在一起。將理解的是，雖然其可在此基板之最邊緣由放射極或者BARC覆蓋施加限制，但內連延伸電池之全寬度，且結合在相同極性之每個指狀件上。內連之相對側結合在下一個電池之相反極性之每個指狀件上。藉由內連各自結合至每個指狀件，可省略電池上匯流排或者焊墊。在一實施例中，M3內連製造以使圖樣絕緣層避免短路。絕緣體層亦可著色以使內連片(interconnect tab)自模組前方為不可見的，因此提供兩個功能。亦將理解的是，此方法可能需要於內連(M3)與電池上M2之間的高準確度結合點，其中結合點必須對齊M2指狀件。此精準度之等級可使用雷射焊接達到。在一實施例中，在以足夠精準度結合期間設置並保持內連，以使此內連上之外露結合區域與指狀件對齊。在內連中之結合點上可需要被壓入(壓印(coined))以使其與電池上的M2層緊密接觸。不過，針對此方法的需求可取決於橋接間隙或者裝配入(fit-up)間隙之結合方法之能力。
作為範例，第4圖繪示根據本揭露之實施方式之基於第1B圖的太陽能電池類型的光伏打組件之平面視圖及對應截面圖。參照第4圖，光伏打組件400包含第一太陽能電池402及第二太陽能電池404。每個第一太陽能電池402及第二太陽能電池404包含具有背面407以及相對的光接收表面408之基板406。每個第一太陽能電池402及第二太陽能電池404亦包含設置在基板406之背面407或背面407上方且沿著第一方向450平行之複數個交替N型以及P型半導體區域410，以形成太陽能電池402或者404之一維分佈之放射極區。每個第一太陽能電 池402及第二太陽能電池404包含設置在複數個交替N型以及P型半導體區域410上之導電接觸結構。導電接觸結構包含對應複數個交替N型以及P型半導體區域410，且沿著第一方向450平行之複數個金屬線412，以形成太陽能電池402或者404之一維分佈之金屬化層。每個複數個金屬線412以平行形式端接在基板之第一端414以及第二端416。
光伏打組件400亦包含於第一太陽能電池402之基板406之第二端416與第二太陽能電池404之基板406之第一端414之間電性耦接第一太陽能電池402及第二太陽能電池404之內連結構420。此內連結構420設置於每個第一太陽能電池402及第二太陽能電池404之複數個金屬線412中的第一交替金屬線上並與其電性接觸。內連結構420亦設置於每個第一太陽能電池402及第二太陽能電池404之複數個金屬線412中的第二交替金屬線上，但不與其電性接觸。
再次參閱第4圖，在一實施例中，絕緣層499阻斷內連結構420與每個第一太陽能電池402以及第二太陽能電池404之複數個金屬線412中的第二交替金屬線電性接觸。在一個特定實施方式，自光接收表面408截取的透視，外露於第一太陽能電池402及第二太陽能電池404之間的內連結構420部分以絕緣層499掩蔽，如第4圖所描述。在一實施例中，內連結構420包含形成於其中的一或多個應力釋放切口422。在一實施例中，內連結構420結合(例如，焊接、熔接、連接、膠接等。)每個第一太陽能電池402及第二太陽能電池404之複數個金屬線412中的各第一交替金屬線(例如，如所述的結合點424)。
將理解的是，內連結構之外觀自光伏打模組的光接收表面觀看時可依據實施方式變化。在第一範例，第5A圖係繪示根據本揭露之實施方式之自第3圖之類型的光伏打組件之光接收表面之平面視圖。參照第5A圖，內連結構500 包含用於結合至相鄰太陽能電池之金屬內連部分502。絕緣層及/或掩蔽層504遮蔽於相鄰太陽能電池之間之內連結構500之露出部分。
在第二範例，第5B圖係繪示根據本揭露之實施方式之自第4圖之類型的光伏打組件之光接收表面之平面視圖。參照第5B圖，內連結構550包含用於結合至相鄰太陽能電池之金屬內連部分552。絕緣層及/或掩蔽層554遮蔽於相鄰太陽能電池之間之內連結構550之露出部分。
在一實施例中，本文敘述之交替N型以及P型半導體區域是由多晶矽形成。在此實施例中，N型多晶矽放射極區摻N型摻質，如磷。P型多晶矽放射極區以P型摻質摻雜，如硼。交替N型以及P型半導體區域可具有形成於其之間的溝槽，此溝槽部分延伸至基板。此外，在一實施例中雖然並未描述，但底部抗反射塗層(BARC)材料或者其他保護層(如非晶矽層)可形成在交替N型以及P型半導體區域上。交替N型以及P型半導體區域可形成於形成在基板的背面上的薄介電穿隧層上。
在一實施例中，本文敘述太陽能電池之光線接收表面可為紋理化光接收表面。在一實施例中，使用氫氧化物類濕式蝕刻劑以紋理化基板之光線接收表面。在一實施例中，紋理化可為其一具有用於散射入射光的規則或者不規則形表面，以降低太陽能電池之光線接收表面之光線反射離開的量。額外實施方式可包含在光接收表面上的鈍化及/或抗反射塗層(ARC)層的形成。
在一實施例中，若包含M1層，其為複數個金屬晶種材料區域。在特定實施方式，此金屬晶種材料區域為每個具有大約在0.3至20微米範圍的厚度且含量中的鋁成分大於約97%以及含量中的矽在約0%至2%的範圍之鋁區域。
在一實施例中，如本文敘述的M2層為經由電鍍或者無電電鍍所形成的導電層。在另一實施例中，如本文敘述的M2層為金屬箔片層。在此實施例中，金屬箔片為具有厚度在大約5-100微米範圍，較佳地，厚度在約30至100微米範圍的鋁((Al)箔片。在一實施例中，鋁箔片為包含鋁以及第二元素，例如但不限於銅、錳、矽、鎂、鋅、錫、鋰或者其組合之鋁合金箔片。在一實施例中，鋁箔片為平整度(temper grade)箔片，例如但不限於F級(F-grade)(如所製造)、O級(O-grade)(完全軟性(full soft))、H級(H-grade)(應變硬化(strain hardened))或者T級(T-grade)((熱處理(heat treated))。在另一實施例中，銅箔、載體上支持的銅層為使用的「金屬箔片」。在一些實施例中，保護層，如鋅酸鹽層(zincate layer)被包含在金屬箔片之一側或兩側上。
雖然某些材料被具體描述於上，但是部分材料可輕易地被其他的材料替代，而此種實施例仍在本揭露的實施例的精神與範圍內。例如，在實施例中，不同材料的基板，例如III-V族材料基板可使用矽基板替代。此外，雖然明顯地參考為製造背接觸式太陽能電池配置，但應當理解的是，本文所述的方法亦可應用於前接觸式太陽能電池。在其他實施例，上述方法可適用於太陽能電池以外的製造。例如，發光二極體(LED)的製造可受益於本文描述的方式。
因此，已揭露製造用於太陽能電池的一維金屬化之方法，以及所產生的太陽能電池。
雖然特定實施例已在先前描述，即使關於特定特徵僅描述單一實施例，這些實施例並不意圖限制本揭露的範疇。除非另有說明，否則在本揭露中所提供的特徵之示例是意圖為說明性的而非限制性的。前面的描述是意圖在 涵蓋對於所屬技術領域中具有通常知識者而言顯而易見具有本揭露的利益的之此類替代方案、修改及等效物。
本揭露的範圍包括在本文中揭露的的任何特徵或特徵之組合(明示地或暗示地)，或其任何涵蓋，無論其是否減少任何或所有本文中提及的問題。因此，於本申請(或是對其主張優先權之申請)之審查期間新的申請專利範圍可制定為任意此類特徵之結合。尤其是，參照後附之專利申請範圍，來自附屬項的特徵可以與來自獨立項的特徵結合且來自個別獨立項之特徵可用任何適合的方式結合而不僅是於後附申請專利範圍中所列舉之特定結合。
100A:太陽能電池
102:基板
104:背面
106:交替N型以及P型半導體區域
108:導電接觸結構
120:第一端
122:第二端

Claims (15)

  1. 一種太陽能電池，其包含：一基板，係具有一背面以及相對的一光接收表面；複數個交替N型半導體區域及P型半導體區域，係設置在該基板之該背面或該背面上以及沿著一第一方向平行，以形成該太陽能電池的一維分佈之放射極區；以及一導電接觸結構，係設置在該複數個交替N型半導體區域以及P型半導體區域上，該導電接觸結構包含沿著該第一方向平行對應於該複數個交替N型半導體區域以及P型半導體區域之複數個金屬線，以形成該太陽能電池的一維分佈之金屬化層，其中該複數個金屬線以交錯形式端接於該基板之複數個第一端及複數個第二端，且其中該交錯形式包含在相鄰之該複數個金屬線中，交替設置沿該第一方向延伸的相對具有長終端的該複數個金屬線及具有短終端的該複數個金屬線，且其中具有長終端的該複數個金屬線彼此不連續配置，具有短終端的該數個金屬線彼此不連續配置。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之太陽能電池，其中該導電接觸結構更包含設置於該複數個交替N型半導體區域以及P型半導體區域與該複數個金屬線之間的一金屬晶種層。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之太陽能電池，其中該基板為一單晶矽基板，以及其中該複數個交替N型半導體區域以及P型半導體區域為形成於該單晶矽基板中的複數個N型擴散區域以及P型擴散區域。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之太陽能電池，其中該複數個交替 N型半導體區域以及P型半導體區域為形成於該基板之該背面上方的複數個N型多晶矽區域以及P型多晶矽區域。
  5. 一種光伏打組件，其包含：複數個第一太陽能電池及複數個第二太陽能電池，各該複數個第一太陽能電池及各該複數個第二太陽能電池包含：一基板，係具有一背面以及相對的一光接收表面；複數個交替N型半導體區域以及P型半導體區域，係設置於該基板之該背面或該背面上，並沿著一第一方向平行，以形成該複數個第一太陽能電池及該複數個第二太陽能電池之一維分佈之放射極區；以及一導電接觸結構，係設置在該複數個交替N型半導體區域以及P型半導體區域上，該導電接觸結構包含沿著該第一方向平行對應於該複數個交替N型半導體區域以及P型半導體區域之複數個金屬線，以形成該複數個第一太陽能電池及該複數個第二太陽能電池之一維分佈之一金屬化層，其中各該複數個金屬線以交錯形式端接在該基板之複數個第一端及複數個第二端，且其中該交錯形式包含在相鄰之該複數個金屬線中，交替設置沿該第一方向延伸的相對具有長終端的該複數個金屬線及具有短終端的該複數個金屬線，且其中具有長終端的該複數個金屬線彼此不連續配置，具有短終端的該數個金屬線彼此不連續配置；及一內連結構，係在該複數個第一太陽能電池之該基板之該複數個第二端與該複數個第二太陽能電池之該基板之該複數個第一端之間電性耦接該複數個第一太陽能電池及該複數個 第二太陽能電池，該內連結構設置於並電性接觸至該複數個第一太陽能電池之該複數個金屬線中的複數個第一交替金屬線上，但不設置於該複數個第一太陽能電池之該複數個金屬線中的複數個第二交替金屬線上，且該內連結構設置於並電性接觸至該複數個第二太陽能電池之該複數個金屬線中的複數個第一交替金屬線，但不設置於該複數個第二太陽能電池之該複數個金屬線中的複數個第二交替金屬線。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之光伏打組件，其中該內連結構包含形成於該內連結構中的一或多個應力釋放切口。
  7. 如申請專利範圍第5項所述之光伏打組件，其中自該光接收表面截取之一透視，外露於該複數個第一太陽能電池與該複數個第二太陽能電池之間的該內連結構之部分以一掩蔽層覆蓋。
  8. 如申請專利範圍第5項所述之光伏打組件，其中該內連結構係連結到該複數個第一太陽能電池之該複數個金屬線中的各該複數個第一交替金屬線以及到連結到該複數個第二太陽能電池之該複數個金屬線中的各該複數個第一交替金屬線。
  9. 如申請專利範圍第5項所述之光伏打組件，其中各該複數個第一太陽能電池及各該複數個第二太陽能電池的該導電接觸結構，更包含設置於該複數個交替N型半導體區域以及P型半導體區域與該複數個金屬線之間的一金屬晶種層。
  10. 如申請專利範圍第5項所述之光伏打組件，其中對於各該複數個第一太陽能電池及各該複數個第二太陽能電池，該基板係為一單晶矽基板，以及該複數個交替N型半導體區域以及P型半導體區域係為形成在該單晶矽基板中的複數個N型擴散區域 以及P型擴散區域。
  11. 如申請專利範圍第5項所述之光伏打組件，其中對於各該複數個第一太陽能電池及各該複數個第二太陽能電池，該複數個交替N型半導體區域以及P型半導體區域係為形成在該基板的該背面上的複數個N型多晶矽區域以及P型多晶矽區域。
  12. 一種太陽能電池，包含：一基板，係具有一背面以及相對的一光接收表面；複數個半導體區域，係設置在該基板之該背面或該背面上以及沿著一第一方向平行，以形成該太陽能電池的一維分佈之放射極區；以及一導電接觸結構，係設置在該複數個半導體區域上，該導電接觸結構包含沿著該第一方向平行對應於該複數個半導體區域之複數個金屬線，以形成該太陽能電池的一維分佈之金屬化層，其中該複數個金屬線以交錯形式端接於該基板之複數個第一端及複數個第二端，且其中該交錯形式包含在相鄰之該複數個金屬線中，交替設置沿該第一方向延伸的相對具有長終端的該複數個金屬線及具有短終端的該複數個金屬線，且其中具有長終端的該複數個金屬線彼此不連續配置，具有短終端的該數個金屬線彼此不連續配置。
  13. 如申請專利範圍第12項所述之太陽能電池，其中該導電接觸結構更包含設置於該複數個半導體區域與該複數個金屬線之間的一金屬晶種層。
  14. 如申請專利範圍第12項所述之太陽能電池，其中該基板為一單晶矽基板，以及其中該複數個半導體區域為形成於該單晶 矽基板中的複數個擴散區域。
  15. 如申請專利範圍第12項所述之太陽能電池，其中該複數個半導體區域為形成於該基板之該背面上方的複數個多晶矽區域。
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