專利名稱：錐狀三維薄膜太陽能電池的制作方法
技術領域：
本申請總體上涉及光伏裝置和太陽能電池，更具體地，涉及三維(3-D) 薄膜太陽能電池(TFSC)及其制造方法。再具體地，本申請的主題涉及錐 狀三維TFSC及其制造方法。
背景技術：
全球范圍內(nèi)，對可再生、高效且價格經(jīng)濟的能源的需求不斷增長。越來 越昂貴、不可靠且危害環(huán)境的礦物燃料以及全球?qū)Π娏υ趦?nèi)的能源的需 求增長都產(chǎn)生了對替代性、安全、清潔、可廣泛獲取、價格經(jīng)濟、環(huán)境友好 的以及可再生型的能源的需求。使用太陽能電池的太陽能光伏(PV)發(fā)電特 別適合滿足居住、商業(yè)、工業(yè)以及集中公用應用的需求。太陽能具有吸引力 的關鍵在于陽光豐富、全球性和為使用點(point-of-use)供應，太陽能發(fā)電 的環(huán)境友好性、可量測性(從毫瓦到兆瓦)和安全的使用點，以及良好分布 的能源經(jīng)濟性。太陽在 一個小時內(nèi)向地球提供的能量比整個世界每年的能源 消耗量都要大。很多地球表面具有大量年日照小時數(shù)，這可以有效地用于清 潔和安全的發(fā)電。驅(qū)動這個市場前進的關鍵在于公眾對環(huán)境友好技術的覺 悟。然而，由于較低的太陽能電池效率(例如，對大部分薄膜技術而言低于 12%，對大部分晶體硅太陽能電池技術而言大約12%-18%)、原材料(例如， 硅晶片太陽能電池所用的硅)和制造工藝高昂的成本、價格經(jīng)濟且有效的電 力存儲有限、以及總體上缺乏支持太陽能電池發(fā)展的基礎工廠，使得至今此 種能源方案都只能有限使用(目前通過太陽能光伏產(chǎn)生的電力不足全球總發(fā) 電量的0.1%)。
對商用而言，終端用戶的能源成本(例如，對電力以美分/kwh計費)應 足夠低，與使用常規(guī)電源的公用電網(wǎng)(utility grid)所產(chǎn)生的電力相當或者比
4其更好。占全球總發(fā)電量的不足0.1%的太陽能光伏發(fā)電如果在成本上與常
規(guī)電網(wǎng)相當，那么就可得到顯著的發(fā)展。由于太陽能電池和模塊的成本(通
常表示為S/Wp)減少，連接電網(wǎng)的(grid-tied)太陽能光伏應用也更快地獲 得認可，使得它們對于大力發(fā)展發(fā)電成為有吸引力的選擇。
在成本敏感的太陽能電池市場，存在兩個主要的技術選擇。 一方面，晶 體硅(c-Si)片可作為太陽能電池的形成基礎(目前占據(jù)太陽能PV市場超 過90%的份額)。另一方面，使用硅和其它半導體吸收材料(例如非晶硅、 CdTe或CIGS)的薄膜(非晶態(tài)和多晶態(tài))技術與基于晶體硅晶片的太陽能 電池相比可提供更大的成本優(yōu)勢。這些不同的技術處于成本-性能尺度的兩 端。晶體硅晶片提供更好的性能，但是更高的成本(由于起始單晶和多晶硅 晶片相對高昂的成本)。薄膜技術可提供更低的制造成本，但是通常性能水
平也較低(即，低效)。對于這兩種技術，每瓦特價格(price-per-watt)通常 隨著電池效率增加而增加(由于更高的材料和/或制造成本)。
由于在過去十年里每年超過40%的快速年增長率以及半導體微電子和 太陽能PV工業(yè)對硅材料的需求，太陽能PV工業(yè)已經(jīng)經(jīng)歷了多晶硅原料供 應短缺。多晶硅原料短缺極大地限制了太陽能PV工業(yè)的發(fā)展，特別是在過 去的幾年里。事實上，當前的太陽能電池工業(yè)消耗了全球生產(chǎn)的超過一半的 高純度多晶硅原料。在過去的幾年里，多晶硅的合同成本已經(jīng)從大約30$/kg 上升到85$/kg,現(xiàn)款成本超過250$/kg。這導致單晶和多晶硅晶片的成本大 幅上升，其占現(xiàn)在總太陽能模塊制造成本的大概一半。
主流的晶體硅(c-Si)片太陽能電池工業(yè)中的趨勢已經(jīng)將晶片厚度減小 到200微米以下(以減小太陽能電池額定峰值功率的每瓦特所使用硅材料的 數(shù)量(以克為單位))。例如，預計到2012年，單晶硅晶片太陽能電池的厚 度從當前大約200微米的晶片厚度減小到大約120微米。預計到2012年， 多晶硅晶片太陽能電池的厚度從當前大約260微米的晶片厚度減小到大約 180微米。然而，這種晶片厚度的減小對機械強度、制造成品率以及太陽能 電池效率都提出了更多挑戰(zhàn)。盡管成本高昂，晶體硅(c-Si)技術仍占領大 部分太陽能電池市場，這主要是因為更高的效率以及與已有的微電子工業(yè)和 供應鏈的協(xié)同。目前，c-Si占據(jù)了略超過90%的太陽能電池市場(如果包括 帶型硅(ribbon silicon),則為95%)。
歷史性地，晶體硅太陽能電池已經(jīng)由于每次全球電池總產(chǎn)量翻倍(以兆瓦或MWp以及千兆瓦或GWp計算)而獲得20%的成本縮減。已預計，在 5-10年內(nèi)，通過革新地成本縮減和效率提高方法，從連接電網(wǎng)的屋頂太陽能 光伏模塊獲得的電力的成本可與從公用電網(wǎng)獲得的電力的成本相當。2005 年對市售單晶硅和單晶硅太陽能模塊的調(diào)查表明以后太陽能模塊效率在 9.1%-16.1%的范圍內(nèi)，中間效率值為大約12.5%。商業(yè)晶體硅模塊通常由于 各種因素具有(相對的)1%-3%的初始效率快速降低，這些因素包括在晶片 的太陽能電池中的光降解效應(例如，晶片少數(shù)載流子壽命縮短)。預計到 2012年，單晶硅晶片太陽能電池的效率從當前大約16.5%的效率增加到大約 20.5% (最先進的市售單晶硅太陽能電池和太陽能模塊的效率分別為大約 21.5%和18%)。預計到2012年，多晶硅晶片太陽能電池的效率從當前大約 15.5%的效率水平增加到大約18%。
當前技術水平的晶體硅太陽能電池制造使用每峰值瓦特大約10克的高 純度多晶硅原料(g/Wp)，使得多晶硅原料成本大約是S0.85/Wp (假設多晶 硅的成本為S85/kg)。在以后的五年中，預計太陽能電池晶片厚度的減小(例 如減小至200微米晶片)以及太陽能級多晶硅長期采用成本大約S20/kg會將 多晶硅原料成本(以g/Wp計)減少為大約1/4-1/8 ,至大約$0. 10/Wp-$0.20/Wp。如此，任何有竟爭力的太陽能電池4支術都應針對上述減少 的原料成本數(shù)來基準化(benchmark)它們的制造成本目標。對于給定的電 池效率，通過減少峰值太陽能功率每瓦特消耗的多晶硅原料量，硅晶片厚度 減小為太陽能電池成本降低帶來了主要的機會。
現(xiàn)有硅太陽能電池中與鋼絲鋸相關的成本(大概$0. 25/Wp )提供硅晶片 太陽能電池中與晶片相關的成本部分。消除與鋸和切相關的切口損失(kerf loss)的革新的和節(jié)省成本的技術應便于進一步減少硅太陽能電池成本。預 計到2012年，基于晶片的晶體硅太陽能模塊制造成本(當前是$2.10每瓦特 到多于$2.70每瓦特的量級)可減少到大約S1.50/Wp到Sl.80/Wp的范圍，這 部分是由于到2012年晶片鋸切口損失從目前的大約200微米減小到大約130 微米?；诰木w硅太陽能電池的總成本減少可由于各種原因引起更 便宜的多晶硅原料、更薄的晶片、更高的電池水平(cell-level)的效率、更 j氐的晶片4居切口損失以及計量或制造容量(scale or manufacturing volume) 更好的經(jīng)濟性。
目前技術水平的晶體硅太陽能電池制造工廠("solar fabs")當前通常生產(chǎn)125mm x 125mm至156mm x 156mm的太陽能電池。晶體石圭晶片太陽能電 池趨向使用更薄和更大的晶片。預計到大約2009-2010年，在發(fā)電模塊中使 用的最先進的太陽能電池中的單晶硅和鑄造(以及帶狀)多晶硅太陽能電池 晶片厚度能分別減小到大約150-200微米。任何與上述現(xiàn)有的以及預計在 2009-2010年實現(xiàn)的數(shù)字相比能夠大幅降低電池功率的每Wp硅材料消耗(例 如，晶片或膜厚度)的節(jié)省成本的、高效率的、革新的硅太陽能電池技術都 可作為可行的商業(yè)太陽能電池技術為太陽能光電應用(例如，居住、商業(yè)、 工業(yè)屋頂以及大型集中公用的發(fā)電應用)提供極大的可能性。
由于材津+消耗和成本減少以及減少的系統(tǒng)平衡(BOS, balance-of-system ) 成本(例如，與面積相關的太陽能^^塊安裝和逆變器成本)，更高的太陽能 電池效率在整個太陽能電池價值鏈以及均等化能源成本(LCOE,以S/kwh 為單位)上都具有令人滿意的效果。當前主流商業(yè)晶體硅太陽能電池提供 14%-17%量級的效率。期望到2009年，預計的在商業(yè)太陽能電池中的晶體 硅太陽能電池效率對于單晶硅和多晶硅太陽能電池可分別接近大約19%和 17%。新的太陽能電池商業(yè)機會的關鍵領域在于發(fā)展革新的電池結(jié)構(gòu)和簡化 工藝流程，這樣可驅(qū)動效率上升并降低太陽能電池和模塊的總體制造成本。 對于超過主流的基于晶片的晶體硅太陽能電池技術的可選方式(例如薄膜 PV)而言，當新技術完全商業(yè)化時，它們應提供與預計的基于晶片的主流晶 體硅太陽能電池的效率和成本數(shù)相比更高的效率以及甚至更低的制造成本。
與高容量太陽能工廠制造能力(high-volume solar fab capacity)相關的 規(guī)模經(jīng)濟工廠成本降低是影響LCOE的關鍵因素。目前技術水平的高容量太 陽能光伏工廠年生產(chǎn)能力在50MWp-100MWp (MWp= 1百萬Wp )的量級 或者超過該量級。高容量太陽能光伏工廠能力被期望在未來十年內(nèi)大致增加 到幾百MWp甚至接近lGWp (GWp-十億Wp)的年生產(chǎn)率。雖然在 lOOMWp-lGWp范圍內(nèi)的非常大容量的太陽能工廠應通過大容量制造的規(guī) 模經(jīng)濟而有利于實現(xiàn)長期成本降低(包括LCOE)，但是很容易超過S100M 的較高的初始工廠投資成本可能對太陽能光伏工廠建設選擇帶來某種限制。 理想地，優(yōu)選發(fā)展革新的晶體硅太陽能電池設計以及簡化的制造工藝，這會 利于大大減少太陽能電池和模塊的制造成本，即使采用規(guī)模更小(以及資金 量更小)的工廠以及中等的制造量(例如，年生產(chǎn)量在5MWp-50MWp的范 圍)。這種技術使得可采用中等容量的太陽能光伏工廠以及中等的工廠設置和操作成本。減少工廠設置和操作成本將進一步便于全球發(fā)展價格經(jīng)濟的太 陽能模塊，從而可建造大量可承受的中等容量工廠(與必須建造非常昂貴的 高容量工廠以便獲得有效的規(guī)模經(jīng)濟從而減少制造成本相比)。當然，滿足
價格經(jīng)濟的、中等容量工廠(即，滿足LCOE發(fā)展趨勢要求，即使在用于簡 化的太陽能電池加工的中等生產(chǎn)容量、低成本工廠裝置的情況下)的革新的 太陽能電池技術也可應用于非常高容量的太陽能工廠(例如，大于 1 OOMWp )。這樣的太陽能光伏工廠可進一步具有與增加容量相關的規(guī)模經(jīng) 濟的優(yōu)勢。
由于與太陽能光譜良好匹配的吸收波段，薄膜太陽能電池(TFSC)技 術(例如，非晶硅、CdTe和CIGS)需要極少的吸收材料用于吸收典型的標 準"AirMass 1.5" (AM-1.5)太陽能照明。TFSC吸收材料可淀積在成本低的 基板上，這些基板例如玻璃、或撓性金屬或非金屬基板。TFSC通常成本低、 模塊重量減少、材料消耗減少以及具有使用撓性基板的能力，但通常在效率 方面低很多(例如，通常5%-12%)。在現(xiàn)有的晶體硅薄膜情況下，將平的硅 膜用于成本低且性能高的太陽能電池存在幾個以下主要問題以及挑戰(zhàn)，這包 括相對低的太陽能模塊效率(通常7%-12%)、模塊效率場退化(field degradation )、稀少而且昂貴的吸收材料(例如用于CIGS的In和Se以及用 于CdTe的Te )、有限的系統(tǒng)場可靠性確認以及非硅技術(例如CIS/CIGS和 CdTe)對環(huán)境的負作用。
c-Si TFSC的工藝流程10。該現(xiàn)有技術TFSC制造工藝流程使用幾個蔭罩掩 模工藝步驟以形成電池結(jié)構(gòu)。筒單而言，電池吸收體是通過硅外延生長工藝 形成的c-Si平薄膜。電池使用前側(cè)硅形貌構(gòu)造(texturing)以改進光捕獲能 力(light trapping )，并使用單獨的背側(cè)鋁鏡以改進電池效率。步驟12開始 于單晶P+CZ硅。步驟14涉及對硅進行電化學HF蝕刻以形成兩層多孔硅， 包括20%孔隙率的1微米頂層以及大于50%孔隙率的200納米背側(cè)層。步驟 16涉及在1100。C進行30分鐘氬(H2)退火。步驟18涉及在1100。C使用三 氯硅烷或SiHCb進行外延硅生長(淀積速率1微米每分鐘)，形成2微米的 p+-Si和30微米的P-Si。步驟20涉及通過濕KOH蝕刻進行前側(cè)表面形貌構(gòu) 造以便形成立式表面錐狀。步驟22涉及第一蔭罩掩模工藝，包括通過蔭罩 掩模進行LPCVD氮化硅(SiNx)淀積以限定出發(fā)射極擴散窗。步驟24涉及在830。C下固態(tài)源磷的擴散(以對n+摻雜結(jié)獲得800/平方)。步驟26涉 及第二蔭罩掩模工藝，包括通過蔭罩掩模蒸鍍進行前側(cè)金屬化(鈥/Pd/銀網(wǎng) 格)。步驟28涉及通過氫化PVD或PECVD SiNx進行發(fā)射極表面鈍化。步 驟30涉及通過導電粘接劑的觸點前側(cè)母線(busbar )。步驟32涉及使用透明 的粘接劑將電池前側(cè)粘接到涂布有MgF2的玻璃上。步驟34涉及通過機械應 力將電池從硅晶片上分離。步驟36涉及第三蔭罩掩模工藝，包括使用蒸鍍 通過蔭罩掩模進行背側(cè)鋁金屬化。最后，步驟38涉及聯(lián)接鋁反射體使其與 電池背側(cè)間隔開200樣i米。
圖2的現(xiàn)有技術顯示在具有自對準選擇性發(fā)射極的硅晶片上制造太陽能 電池和金屬化的另 一工藝流程方法40。這個現(xiàn)有工藝使用激光加工來對頂部 電池介電層進行構(gòu)圖，同時熔化底層硅以形成重度摻雜11++發(fā)射極觸點擴散 區(qū)域(在通過快速熱退火形成輕度擴散選擇性發(fā)射極區(qū)域之后)。步驟42開 始于單晶p型硅。步驟44涉及在90。C下在稀釋的NaOH中進行鋸損傷移除 蝕刻以及各向異性形貌構(gòu)造蝕刻。步驟46涉及旋涂和干燥磷擴散源。步驟 48涉及快速熱退火，用于形成輕度擴散發(fā)射極(80-220Q/平方)。步驟50涉 及通過真空蒸鍍或者絲網(wǎng)印刷鋁或銀/鋁合金來涂敷背側(cè)金屬觸點并隨后干 燥。步驟52涉及對絲網(wǎng)印刷的觸點進行背側(cè)金屬燒結(jié)/焙燒(例如在氧氣/ 氮氣的環(huán)境中于820。C下)(點燃金屬糊，同時氧化電介質(zhì)，從而升高其對金 屬鍍覆溶液的電阻)。步驟54涉及激光加工以對頂介電層構(gòu)圖，同時熔化底 層硅以形成n—觸點擴散區(qū)。步驟56涉及稀釋HF蝕刻以制備金屬鍍覆表面。 步驟58涉及在90。C下進行5分鐘的無電鎳鍍覆。步驟60涉及在350-450°C 下進行鎳燒結(jié)(在氮氣、氬氣或合成氣體中)。步驟62涉及額外進行2分鐘 鎳鍍覆，隨后長時間地進行無電銅鍍覆，從而形成厚的高導電銅膜。步驟64 涉及在銅表面上閃浸銀(flash immersion silver)淀積。最后，步驟66涉及 邊緣結(jié)隔離(例如，使用激光刻槽、邊緣離解或等離子體蝕刻)。
現(xiàn)有的晶體硅(c-Si)薄膜太陽能電池(TFSC)技術，在對薄硅膜形成 充分的表面形貌構(gòu)造以減少表面反射損失同時減小晶體硅的膜厚度的方面 存在困難。由于成品率和電池性能方面的考慮，這將限制最小的平的(共面 的)單晶硅厚度。在平的或共面的膜的情況下，由于未經(jīng)過形貌構(gòu)造的晶體 硅膜的反射率相當高(可能超過30%)并且導致極大的光反射損失和外量子 效率下降，使用表面形貌構(gòu)造是重要的。因此，減少共面外延硅膜中因反射引起的光子損失需要有效的表面形貌構(gòu)造，這本身會對最小外延硅層厚度構(gòu)成限制。根據(jù)膜表面形貌構(gòu)造要求和工藝最小晶體硅層厚度可在至少10微米量級(使得形貌構(gòu)造工藝不會切穿晶體硅層的任何部分)。
另外，在薄的平面晶體硅膜中極大減小平均光路長度導致光子吸收減
少，特別是對于具有接近硅的紅外帶隙(800-1100納米)的能量的光子而言，從而減小了太陽能電池的量子效率(減小了短路電流或Jse)。這造成太陽能電池效率由于電池量子效率減小和Jsc減小而嚴重退化。例如，在厚度為20微米的共面(平的)晶體硅吸收層中，以近似直角入射到電池上的太陽光將具有等于膜厚度的有效光路長度，對于具有接近硅的紅外帶隙(即，波長為大致800-1100納米)的能量的太陽輻射光子來說，這樣的有效光路長度太短了，不足使其在硅薄膜中被有效吸收。實際上，有效電池硅厚度減小至低于大致50微米會顯著減少Jsc以及太陽能電池效率，并且當硅膜厚度減小到低于大約20微米時，這種退化效應會加速發(fā)生。由此，共面薄晶體硅膜也可能需要使用頂面形貌構(gòu)造和背側(cè)向后反射從晶體硅膜的背側(cè)面出射的光這兩種手段的有效光捕獲能力，以便獲得等于晶體硅膜厚度的多倍的有效光路長度。
使用上述方式的現(xiàn)有技術絕大多數(shù)使用了通過光在晶體硅膜/硅基板上的內(nèi)部反射實現(xiàn)的背側(cè)反射，或者來自覆蓋層背側(cè)觸點(例如，背側(cè)場鋁觸點/鏡)的反射。這些技術提供的背側(cè)反射可能不是很大(例如，大約70%有效近紅外背側(cè)反射)，限制了可以另外通過最優(yōu)背側(cè)反射器獲得的性能增益。這種方法存在的問題是主要的入射光束總是僅一次通過晶體硅膜。主要的入射光束的光子再一次通過依賴于背側(cè)面反射。
還有一個問題是在電池和模塊加工步驟中薄膜缺少剛性和機械支撐。這個問題涉及大面積(例如，200mmx200mm)薄硅膜的機械強度。眾所周知，減小大面積晶體硅晶片厚度到IOO微米以下會極大地損害電池基板的機械強度/剛性，而這樣薄的晶片在電池制造工藝流程中易呈撓性且非常難以在不碰碎的情況下處理。
薄于例如50微米的大面積的共面(平的)的晶體硅膜必須適當?shù)匕惭b和支撐于成本低廉的支撐或處理基板上，以便在太陽能電池和模塊制造中獲得可接受的成品率。 一種方式是在相對低成本(例如冶金級)的硅基板(外延層在上面覆蓋生長)上生長和保持薄外延膜；然而，這種方法存在一些內(nèi)
10在的問題，限制了最終的太陽能電池效率。另一種方式是將外延硅膜從其(可再使用的)母硅基板釋放或剝離，并且隨后將其放置在更便宜的非硅的支撐或處理基板上，以便在太陽能電池工藝流程中提供機械強度。這種方法可能的問題是在高溫氧化和退火工藝中支撐/處理基板和硅膜之間的熱膨脹系數(shù)
(TCE)不匹配，以及可能由于非硅支撐基板污染薄的外延硅膜(兩者都可
能造成制造成品率和性能/效率下降的問題)。
使用硅外延的單晶硅膜生長工藝的成本，特別是對于更厚的厚度超過30微米的外延膜而言，是額外需要考慮的問題。使用相對小的外延膜厚度(在一個實施例中，遠低于30微米)可相當可觀地減少外延的成本，然而這將對平的硅薄膜太陽能電池的制造提出各種挑戰(zhàn)。如上所述,更薄的共面(平的)外延膜(例如在遠低于30微米的范圍內(nèi))產(chǎn)生大量問題和挑戰(zhàn)，包括缺少膜機械強度、限制獲得低表面反射率和小的光反射損失的對硅薄膜的有效表面形貌構(gòu)造的約束、相對短的光路長度和減少的電池量子效率。有效光捕獲能力對于提高薄膜c-Si太陽能電池效率是重要的。對有效光捕獲能力的要求基于前表面形貌構(gòu)造和后表面鏡的組合，同時獲得有效的低的表面重組速度(對于高電池效率而言)。這在共面(平的)c-Si薄膜太陽能電池中是非常難獲得的。
高性能c-Si薄膜太陽能電池需要一些構(gòu)圖步驟或者或者構(gòu)圖加工步驟(例如，用于形成選擇性的發(fā)射極、前側(cè)發(fā)射極或背側(cè)發(fā)射極巻繞金屬化觸點、背側(cè)基底金屬化觸點等)。這些構(gòu)圖步驟通常是使用光刻、絲網(wǎng)印刷和/或蔭罩掩模淀積(例如蔭罩掩模噴鍍或蒸鍍)工藝實現(xiàn)的。使用光刻和/或絲網(wǎng)印刷和/或蔭罩掩模淀積構(gòu)圖步驟通常增加了制造工藝流程的復雜性和成本，并且也可能有害地影響制造成品率以及最終可獲得的太陽能電池效率。
因此，需要一種克服了上述問題的薄膜太陽能電池(TFSC)。
還需要能夠克服現(xiàn)有主流c-Si太陽能電池技術的缺點。這包括減少太陽能的每峰值瓦特的硅原料消耗，以及消除與鋸和切相關的切口損失，如此極大減少太陽能電池的總制造成本。
還需要一種革新的太陽能電池結(jié)構(gòu)和簡化的工藝流程，增加電池和模塊效率，同時極大地降低總太陽能電池和模塊的制造成本。仍需要革新的c-Si太陽能電池設計和簡化的自對準制造工藝，這將有助于即使在具有中等生產(chǎn)容量的工廠中也極大地減少太陽能電池和模塊成本，使得采用低-中等容量的太陽能電池工廠具有適當?shù)墓S設置和操作成本(如此，以遠比現(xiàn)有工廠
低的工廠容量就可減少生產(chǎn)成本以獲得規(guī);漠經(jīng)濟效應)。
還需要克服現(xiàn)有TFSC技術的缺點。這包括克服與對薄的平面硅膜形成充分的表面形貌構(gòu)造以減小表面反射損失相關的困難，充分表面形貌構(gòu)造目前由于生產(chǎn)成品率和電池性能方面的考慮而對最小平(共面)晶體硅厚度設置了限制。還存在對于基于前表面形貌構(gòu)造和后表面鏡的組合的有效光捕獲并同時獲得低的表面重組速率(對于獲得高的電池效率而言)的需求。
另需要克服現(xiàn)有TFSC技術的額外缺點。這包括在電池和模塊加工步驟中缺少剛性和機械支撐，如此必須使用用于TFSC基板的支撐或處理基板(由硅或另一種材料制成)。這還包括外延硅膜生長工藝的成本，特別是對于平面晶體硅TFSC需要的較厚的外延膜。這還包括需要多個光刻和/或絲網(wǎng)印刷和/或蔭罩纟備模加工/構(gòu)圖步驟，這通常會增加最終工藝流程復雜性和成本，并可能對制造成品率以及最終可獲得的太陽能電池效率有負面影響。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本申請的公開，提供一種錐狀三維薄膜太陽能電池(3D TFSC)。本申請公開的主題的錐狀3D TFSC基本消除或減少了與現(xiàn)有TFSC相關的在效率和制造成本方面的缺點和問題。
根據(jù)本申請公開的主題的一方面，提供一種錐狀3D TFSC，包括錐狀3DTFSC基板，其中該錐狀3DTFSC基板包括多個錐形單元電池。
根據(jù)本申請公開的主題的又一方面，提供一種錐狀3D TFSC,包括錐狀3DTFSC基板，其中該錐狀3DTFSC基板包括多個具有錐狀腔體的錐形單元電池。
可選的，錐狀3D TFSC可安裝在背側(cè)鏡上，以改善光捕獲能力和轉(zhuǎn)換效率。
根據(jù)本申請公開的主題的再一方面，提供一種錐狀3D TFSC。該錐狀3D TFSC包括錐狀3D TFSC基板，具有發(fā)射結(jié)區(qū)和摻雜基區(qū)。該錐狀3DTFSC還包括發(fā)射極金屬化區(qū)域和基底金屬化區(qū)域。錐狀3D TFSC基板包括多個錐形單元電池。
更具體地，本申請公開的主題包括錐狀3D TFSC基板，其由硅制成，再具體地，由晶體硅制成。更具體地，本申請公開的主題包括錐狀3D TFSC基板，其具有錐陣列設計，再具體地，具有六棱錐設計或多棱錐設計等。
更具體地，本申請公開的主題包括錐狀3D TFSC基板，其具有集成背側(cè)鏡或單獨的背側(cè)鏡。
本申請公開的主題的這些或其它優(yōu)點以及另外的新的特征將從下面的描述中獲得。這里所作的總結(jié)不是為了對本發(fā)明做出全面描述，而只是對部分主題功能提供概覽。在瀏覽了后面的附圖和詳細說明后，本領域技術人員將領會這里的其它系統(tǒng)、方法、特征和優(yōu)點。所有這樣的其它系統(tǒng)、方法、特征和優(yōu)點將被認為是包含在本說明中以及在所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)的。


本申請公開主題的特征、特性和優(yōu)點通過結(jié)合附圖所作的詳細描述而顯
見，附圖中，相同的附圖標記指代相同部件。
圖1 (現(xiàn)有技術)顯示了通過使用硅外延制得的平面硅薄膜吸收層來制
造晶體硅(c-Si)薄膜太陽能電池(TFSC)的現(xiàn)有工藝流程。
圖2 (現(xiàn)有技術)顯示了在包括自對準選擇性發(fā)射極的硅晶片上制造太
陽能電池和金屬化的現(xiàn)有工藝流程。
圖3 (現(xiàn)有技術)總結(jié)了本申請公開與現(xiàn)有技術相比省略的關鍵工藝步驟。
圖4提供對3D TFSC基板和太陽能電池制造工藝流程的概覽。
圖5是具有周邊平面硅框架的蜂窩結(jié)構(gòu)六棱錐陣列設計TFSC基板的俯視圖。
圖6是另一具有更大厚度的周邊平面框架的蜂窩結(jié)構(gòu)六棱錐陣列設計TFSC基板的俯視圖。
圖7和8顯示了在六棱錐(蟲奪窩結(jié)構(gòu))3DTFSC基^1的一個實施例上的Y-Y和Z-Z一黃截軸。
圖9是在自對準形成發(fā)射極和基底觸點以及太陽能電池互連后的YY截面圖。
圖10是與圖9的薄框架相比具有厚硅框架的3D自支撐六棱錐TFSC基板的示圖。
圖11總結(jié)了本申請公開與現(xiàn)有技術相比的高水平的工藝流程和有竟爭力的優(yōu)點。圖12是^^莫板的實施例的Y-Y截面圖。
圖13是在六棱錐3DTFSC基板中的單個單元電池的3D示圖。 圖14是3D六棱錐TFSC基板的實施例的示意性ZZ截面圖。 圖15是3D六棱錐TFSC基板的實施例的示意性YY截面圖。 圖16是具有薄方形硅框架的3D自支撐六棱錐TFSC基板的實施例的 YY截面圖。
圖17是具有厚方形硅框架的3D自支撐六棱錐TFSC基板的實施例的 YY截面圖。
圖18-20描繪了制造使用燒穿(fire-through)金屬化進行3D TFSC的制 造的工藝流程。
圖21-25描繪了使用選擇性鍍覆金屬化進行3D TFSC的制造的工藝流程。
圖26是通過輥涂和串聯(lián)硬化所施加的液體/糊層在3D TFSC基板頂部脊 和背側(cè)面或脊上自對準施加(涂布)摻雜液體或糊層的雙面涂布機裝置的示 意圖(與集成帶驅(qū)動工藝設備一起顯示)。
圖27是執(zhí)行與圖26中的輥涂布機和硬化裝置相同工藝的另一種噴涂布 機和硬化裝置的示圖。
圖28是使用浸液涂布或液移涂布執(zhí)行與圖26中的輥涂布^/L和硬化裝置 以及圖27中的噴涂布機和硬化裝置的相同工藝的另 一可選裝置設計的示圖。
圖29是在進行上述摻雜工藝步驟后的3D基板的截面圖(顯示了一個六 棱錐電池)。
圖30是在自對準形成發(fā)射極和基底觸點以及太陽能電池互連后的YY 截面圖。
圖31和32是在完成太陽能電池制造工藝以及將背側(cè)基底觸點焊接到背 側(cè)電池鏡(以及基底互連)板之后的3D六棱錐太陽能電池的YY截面圖(分 別顯示了單個六棱錐單元電池和幾個相鄰的單元電池)。
圖33是在前側(cè)蜂窩結(jié)構(gòu)脊上自對準輥涂布n型摻雜糊之后以及在硬化 和爐內(nèi)退火以形成選擇性發(fā)射極區(qū)域和重摻雜發(fā)射極觸點區(qū)域之后的3D六 棱錐TFSC基板的YY截面圖(顯示了一個錐體單元電池)。
圖34類似于圖33,除了圖34顯示了輥涂布p型摻雜層和后續(xù)石更化和退火。
圖35是類似于圖29的示圖的截面圖。然而，在圖35所示的實施例中， 僅在前側(cè)蜂窩結(jié)構(gòu)脊上涂布n型摻雜糊。
14圖36是在自對準形成前側(cè)固態(tài)摻雜源層和選擇性發(fā)射極之后的3D六棱 錐基板的YY截面圖，而圖37是ZZ截面圖。
圖38是在自對準形成前側(cè)固態(tài)摻雜源層、選擇性發(fā)射極以及自對準前 側(cè)發(fā)射極和背側(cè)基底觸點之后的3D六棱錐基板的YY截面圖，而圖39是 ZZ截面圖。
圖40是在形成自對準前側(cè)發(fā)射極觸點和背側(cè)基底觸點之后的六棱錐單 元電池的示意性擬3D示圖。
圖41是在背側(cè)鏡和基底互連上的太陽能組件的另一實施例的示圖(在 圖32中示出的第一實施例)。
圖42是具有四棱錐單元電池結(jié)構(gòu)的3DTFSC基板的俯視圖。
圖43是具有三棱錐單元電池結(jié)構(gòu)的3D TFSC基板的俯視圖。
圖45是具有圖44所示的正交V形槽單元電池結(jié)構(gòu)的3D TFSC基板的 另一截面圖。
圖46是具有另一正交V形槽單元電池結(jié)構(gòu)的3DTFSC基板的俯視圖。 圖47是具有圖46所示的正交V形槽單元電池結(jié)構(gòu)的3D TFSC基板的 另一截面圖。
圖48和49示意性示出使用直接激光微加工或光刻構(gòu)圖來制造模板的工 藝流程的實施例。
圖50-53顯示了制造錐狀3DTFSC基板的工藝流程的實施例。
圖54描繪了制造本申請公開的具有頂保護玻璃板和嵌入PCB的太陽能 模塊的工藝流程的第一實施例(對應于圖55的具有PCB和安裝在PCB上的 TFSC的太陽能模塊結(jié)構(gòu))。
圖55是太陽能模塊(太陽能板)結(jié)構(gòu)(由圖54所示的工藝流程獲得) 的截面圖。
圖56示意性示出制造太陽能模塊的裝配工藝流程的另一實施例(對應 于圖57的太陽能模塊結(jié)構(gòu))。
圖57是太陽能模塊結(jié)構(gòu)(由圖54所示的工藝流程獲得)的另一實施例 的截面圖。
圖58是集成或裝配到建筑物窗戶中的太陽能電池的示圖。
圖59是在太陽能模塊組件中串聯(lián)本申請公開的TFSC的代表例的示圖。圖60是用于太陽能模塊組件的印刷電路板(PCB)的前側(cè)布局的示圖。 圖61是用于太陽能模塊組件的印刷電路板(PCB)的背側(cè)布局的俯視
圖，顯示了 TFSC的串聯(lián)。
圖62是PCB上的銅圖案的背側(cè)圖，基本類似于圖61。 圖63A是在太陽能模塊印刷電路板(PCB )的前側(cè)上的圖案的放大俯視圖。 圖63B是在太陽能模塊印刷電路板(PCB )的背側(cè)上的圖案的放大俯視圖。 圖64是厚硅框架、硅框架條和制造(例如切)硅條的代表方法的各個
示意圖。
圖65 (類似于圖15 )用做計算參考。
圖66顯示了六棱錐單元電池的六棱錐側(cè)壁面積對平面六角基底面積 (Shp/Shb)的比率與高度對基底對角直徑比(H/d)的關系。
圖67和68顯示了計算得到的太陽能電池六棱錐單元電池的前側(cè)孔徑角 度與六棱錐單元電池的高度對基底對角直徑比(H/d)的關系。 圖69用做計算參考。
圖70和71顯示了錐形單元電池的側(cè)壁面積對平圓形基底面積(Scp/Scb) 比例與錐形單元電池的高度對基底直徑比(H/D)的關系，以及與計算得到 的太陽能電池錐形單元電池的前側(cè)孔徑角與對錐形單元電池的高度對基底 直徑比(H/D)的關系。
圖72可用作TFSC互連歐姆損失的近似分析計算的參考，假定具有單 元電池的六棱錐陣列的圓形基板的情況下。
圖73和74繪出了對于在3D太陽能電池基板的頂部上的兩個不同的發(fā) 射極互連面積覆蓋比，為六棱錐高度對對角基底尺寸(H/d)的比例的函數(shù) 的預計的(計算的)互連相關太陽能電池功率損失，圖73-84示出了對于各 個Rth和L/H數(shù)值的繪圖。
具體實施例方式
本申請公開的優(yōu)選實施例在附圖中示出，附圖中相同的附圖標記指代相 應相同的部件。本申請公開的革新的太陽能電池設計和技術基于使用淀積在 或從可重用的晶體(實施例包括單晶或多晶硅)半導體模板上釋放的三維 (3D)、自支撐、摻雜(在一個實施例中，原位摻雜)半導體薄膜。
用于3D TFSC基板的優(yōu)選的半導體材料是晶體硅(c-Si )，雖然可以另作為薄膜半導體材料。另一個實施
例4吏用多晶體硅(multicrystalline silicon), 多晶硅(poly crystalline silicon ),
微晶硅，非晶硅，多孔硅和/或其組合。這些設計也可以應用于其它半導體材 料，例如鍺、鍺化硅、碳化硅、晶體復合半導體或其混合。另外的應用包括 銅銦鎵硒化物(CIGS)和碲化鎘半導體薄膜。
本申請公開的3D TFSC設計和生產(chǎn)技術以及相關的模塊結(jié)構(gòu)和組裝方 式有效地克服了上述問題和挑戰(zhàn)，并使得通過在電池制造過程中(即，在制 造可重用的3D模板之后的3DTFSC基板和電池制造過程中)使用自對準電 池工藝流程而不使用任何光刻構(gòu)圖或絲網(wǎng)印刷或蔭罩掩模淀積工藝來經(jīng)濟 地制造超高效太陽能電池和模塊成為可能。本申請公開的3D TFSC技術是 基于在低價格的可重用模板上形成3D錐狀陣列TFSC基板結(jié)構(gòu)并隨后將其 從模板上釋放或剝離以形成獨立的、自支撐的3D薄膜半導體基板結(jié)構(gòu)而實 現(xiàn)的。
本申請公開結(jié)合了在已證實的高效晶體硅(c-Si)平臺上制造TFSC的 優(yōu)點。本申請公開的3D c-Si TFSC設計和技術使得在c-Si太陽能電池和模
工藝步驟，對昂貴并且有限的硅晶片供應鏈的依賴不存在了。本申請公開的 可在減少制造成本的同時獲得超高效率的電池設計和技術的部分獨特的優(yōu) 點是從傳統(tǒng)太陽能PV硅供應鏈基本分離、性能提高、成本減少、可靠性 改善。
本申請公開主題通過使用3D c-Si膜作為吸收層改進了太陽能電池效 率，同時實現(xiàn)了高效的光捕獲能力。使用晶體硅吸收層考慮(leverage) 了 現(xiàn)有的太陽能電池制作技術和供應鏈，同時減小了吸收層厚度(例如，與基 于晶片的太陽能電池使用的硅晶片相比，減少到1/10或更小)。所公開的方 法和系統(tǒng)消除或基本減少了光降解(photo-degradation),并提高了電池的開 路電壓(V。c)。另外，所公開的方法和系統(tǒng)提供有效的前側(cè)和背側(cè)光捕獲能 力以及高反射背側(cè)鏡，用于最大程度地吸收入射太陽光通量。另外，所公開 的方法和系統(tǒng)提供了選擇性發(fā)射極，以提高藍光響應和外量子效率，并最小 化電池的遮蔽(shadowing)并減小歐姆損失，這歸結(jié)于獨特的折疊的發(fā)射 極金屬化觸點設計和改進的模塊組裝。
減少制造成本是通過用更薄的淀積c-Si膜減少硅使用率(例如，極大的倍數(shù)，3倍到超過10倍)以及減少成品太陽能模塊能量投資回收時間至1-2 年來實現(xiàn)的。進一步減少制造成本是通過消除與主流太陽能電池晶片制造技 術所采用的線鋸和相關的切口損失來實現(xiàn)的。再進一步減少制造成本是通過 在基板和電池制造工藝流程中使用自對準加工而不采用光刻或構(gòu)圖步驟來 實現(xiàn)的，這樣減少了制造工藝步驟數(shù)，提高了成品率和周期時間。生產(chǎn)成本 通過使用簡化的互連以及電池模塊組裝工藝以及輕量型的單片模塊進一步 減少。
操作可靠性通過使用更薄的硅膜、消除光降解并減小溫度系數(shù)實現(xiàn)。操 作可靠性還可通過使用筒單分布的高導電電互連、減小場失效實現(xiàn)。操作可 靠性又可通過消除模塊玻璃蓋(用于無玻璃模塊組件)從而減少成本并便于 現(xiàn)場安裝和操作實現(xiàn)。操作可靠性另可通過使用串聯(lián)制造工藝控制來減少制 造工藝步驟數(shù)和工藝變量實現(xiàn)。
本申請公開減少了用戶的每瓦特太陽能模塊成本(至少30%-50% )并削 減了集成者和安裝者的系統(tǒng)平衡(BOS)和安裝成本。這可對全球連接電網(wǎng) 的終端用戶和太陽能系統(tǒng)安裝者和集成者都提供了巨大的好處。本申請公開 減少了用戶的模塊和安裝成本以及安裝后每Wp的太陽能電池系統(tǒng)成本，由 此減少了每Wp的成品系統(tǒng)成本。本申請公開改善了模塊效率，更高的模塊 效率得到降低的BOS成本。更低的安裝后太陽能電池系統(tǒng)成本導致經(jīng)濟的 收支平衡時間減少到系統(tǒng)壽命的較低比例，對于當前最好品種的c-Si太陽能 電池系統(tǒng)從大約1/2減少到1/3,以及對于本申請公開的實施例從小于1/4減 少到1/8。本申請公開將能量回報時間(EPBT)從最好品種c-Si太陽能電池 系統(tǒng)的3到7年減少到本申請公開的實施例的小于1到2年。減少的EPBT 極大增加了現(xiàn)場安裝模塊的凈壽命能量輸出(以kWh計)。本申請公開的電 池設計和模塊組裝也在長時間(例如，30-40年的模塊壽命)內(nèi)提供穩(wěn)定的 無劣化的現(xiàn)場操作，還增加了凈壽命電能輸出。模塊組裝成本被期望在進入 市場時比當前高性能c-Si太陽能電池/模塊的低30%-65%。與當前工業(yè)趨勢 (roadmap)和規(guī)劃相比，這可縮短使用者的ROI收支平衡時間。另外的好 處包括增加現(xiàn)場性能穩(wěn)定性和可靠性并減少環(huán)境影響(無毒材料以及縮短 EPBT)。另外，本申請公開的電池和模塊設計對需要增加有限的建筑物屋頂 或立面區(qū)域發(fā)電量的電網(wǎng)連接的應用是理想的。
本申請公開的吸收硅膜厚度可為大約1-30微米，更薄的硅層由于消耗材料少而成為優(yōu)選(在一個實施例中，在1-10微米的范圍)。即使在考慮由
于3DTFSC基板的3D幾何結(jié)構(gòu)引起的有效表面積增加之后，本申請公開的 3DTFSC基板消耗也比目前技術水平的基于晶片的c-Si太陽能電池少很多的 硅材料。而且，沒有鋸或切口損失。類似的，由于3D晶體硅膜是在從可重 用模板釋放時是可加工的(process-ready),因此不需要進行消除鋸損傷。這 極大減少了與硅消耗相關的太陽能電池成本。自支撐3D外延硅薄膜淀積在 并從低價格的可重用晶體(單晶或多晶)硅基板(模板)上釋放。模板可在 被翻修或回收之前多次使用。模板可甚至從更低價格的冶金級c-Si中選擇， 這是因為可防止金屬雜質(zhì)污染3D晶體硅膜。
圖3總結(jié)了現(xiàn)有技術的總體的晶體太陽能電池制造工藝流程并明確了本 申請公開與現(xiàn)有技術相比省略的特定工藝步驟。圖4總結(jié)了總體的電池和模 塊制造工藝流程以及本申請公開與現(xiàn)有技術相比的優(yōu)點。如上明確的，本申 請公開使得可以在極大減少半導體吸收材料(例如硅)的消耗以及電池和模 塊制造成本的情況下生產(chǎn)3D TFSC基板和3D TFSC。
下面的圖顯示了 3D TFSC基板結(jié)構(gòu)的實施例。晶體硅膜厚度在2-30微 米的范圍內(nèi)，更優(yōu)選的，在2-10微米的低端范圍內(nèi)。這遠比目前技術水平 的硅太陽能電池晶片的厚度(大約200微米)小(大約20x-100x的倍數(shù))。
這些3D TFSC基板被用于制造3D TFSC錐狀TFSC。
圖5是使用TFSC基板102并具有周邊平面硅框架104的蜂窩結(jié)構(gòu)六棱 錐陣列設計TFSC的俯視圖100。該設計包括高寬高比(或低孔徑角度)六 棱錐單元電池106的周期陣列。在一個實施例中，框架長度(S)104是125mm 到超過200mm。硅框架104可具有與TFSC基板102相同的厚度，或者可以 厚得多(例如硅框架厚度=5-500微米)?？蚣艿捻斆婵蓛?yōu)選地用作頂部太陽 能電池互連(它可與頂部蜂窩結(jié)構(gòu)觸點一起金屬化并可與蜂窩結(jié)構(gòu)觸點電連 接)。在一個實施例中，框架104的寬度108大致為125微米-lmm。 TFSC 基板的膜厚度110為大約2-30微米，優(yōu)選為2-10微米。通常，數(shù)百萬(或 幾千)的六棱錐單元電池106形成大面積(例如200mmx200mm) TFSC基 才反102。
圖6是另一蜂窩結(jié)構(gòu)六棱錐陣列設計的TFSC基板102的俯視圖120, 具有更大厚度108的周邊平面硅框架104。
當參考下列附圖時，YY和ZZ軸如圖7和8所示。圖7是使用上述工藝步驟形成的規(guī)則(等邊)六棱錐3DTFSC基板102 的俯視圖130。每個六角單元電池106容納六角單元電池點(Hi、 H2、 H3、 H4、 Hs和H6) 132、 134、 136、 138、 140和142，六棱錐的底尖端(將形成 背側(cè)接觸)被示為點144。圖7還示出了六棱錐3DTFSC基板側(cè)壁146，單 元電池六角體的對角尺寸(d) 148，以及六角單元電池水平距離(h) 150。 在一個實施例中，六棱錐3D TFSC基板側(cè)壁146大約2-30微米厚。
圖8顯示了圖7所示的TFSC基板的仰視圖160。在該視圖中，六棱錐 背側(cè)(底)尖端144被示出在六角體的中心。蜂窩結(jié)構(gòu)六角體是3D TFSC 基板的頂蜂窩結(jié)構(gòu)脊的仰視圖。
圖9示出了多個單元電池106的視圖170,具有聯(lián)接到在框架邊緣處的 太陽能電池六角前側(cè)發(fā)射極觸點的自對準周邊發(fā)射極巻繞觸點172。請注意， 前側(cè)174和背側(cè)176觸點可在電池的背側(cè)接觸到，以便于自動模塊安裝。
相比于圖9所示的薄框架，圖IO示出了具有厚硅框架的3D自支撐六棱 錐TFSC基板的視圖180。厚框架可具有大約500-1000微米的寬度并可在外 延硅淀積工藝過程中(通過將厚硅框架放置在可重用的硅模板上)或在硅外 延和3D基板釋放之后(通過電子束焊接)熔融到3D TFSC基板102。
圖ll提供了 3DTFSC基板和電池制造工藝流程的概覽?？紤]圖11頂部 圖示的3D TFSC基板的制造，請注意該工藝流程中的第一步^f吏用了預制才莫 板。具有預制3D溝或槽圖案的模板可用于形成3DTFSC基板，隨后將該基 板用于形成3D TFSC,實質(zhì)上消除或減少了與現(xiàn)有TFSC和基于晶片的晶體 硅電池技術相關的缺點和問題。模板在被翻修或回收之前可多次使用(例如， 幾十到幾百次)，以制造多個3DTFSC基板。在一個實施例中，模板在被回 收之前可使用幾百次，以制造多個3D TFSC基板。只要模板保持無位錯和/ 或只要它保持可接受的槽或溝圖案，且可接受的槽或溝圖案具有在可接受的 控制限度內(nèi)的寬度和表面條件(例如通過在線計量來測得)，模板可重復使 用。
圖12顯示了模板200的Y-Y截面圖，示出了夾在柱204之間的六棱錐 溝202，其使用上述工藝流程形成在基板前側(cè)206。溝202的底部208連接 到貫通晶片背側(cè)、優(yōu)選小直徑的孔212，該孔連接到模板背側(cè)130。在一個 實施例中，孔212直徑為1-10微米。孑L 210被用于隨后的犧牲層和3D硅膜 釋放以及剝離的濕蝕刻中。模板200具有尺寸L 214(在一個實施例中為0-25微米，雖然其也可以更大，達到幾百微米)，3D單元電池高度H 216、錐角 a218和單元電池孔徑h 20。六棱錐3D TFSC基板(未示出)的制造方法如 下首先在模板上形成適合的相對保形的薄犧牲層(在一個實施例中，為多 孔硅)，隨后在六棱錐柱206之間的溝202中進行填充，其次通過選擇性蝕 刻淀積在六棱錐3D TFSC基板和^f莫板之間的犧牲層(未示出)來釋放六棱 錐3D TFSC基板。
后面的附圖示出了 3D TFSC基板結(jié)構(gòu)實施例。晶體硅膜厚度在2-30微 米范圍內(nèi)，更優(yōu)選地，在2-10微米范圍內(nèi)。這基本上比目前技術水平的硅 太陽能電池晶片厚度(大約200微米)小(約20x-100x的倍數(shù))。
圖13顯示了上述TFSC基板102的單個六棱錐單元電池106的近似3D 視圖230。單元電池106的頂部六角開口形成薄膜太陽能電池(TFSC)的前 側(cè)自對準互連觸點。在該圖中還示出了形成六棱錐電池106的側(cè)壁的半導體 膜的寬度(W) 110和電池106的高度(H) 232以及d/2 234。
圖14示出了 3D六棱錐TFSC基板102的ZZ截面圖240,顯示出六棱 錐頂部孔徑角卩242。三角的底部尖端144是六棱錐的后尖端(可設置基底 觸點)。實線表示3D TFSC基板的薄膜硅層，具有厚度IIO (在一個實施例 中，大約1-25微米厚)。圖15示出了 3D六棱錐TFSC基板102的YY截面 圖250，顯示出六棱錐頂部孔徑角a 252。
圖16示出3D自支撐六棱錐TFSC基板102的一個實施例的YY截面圖 270 (未按比例繪制)，具有薄方形硅框架104 (類似圖5的框架104 )，厚度 同膜厚IIO。硅框架寬度(W) 108介于50-250微米。請注意頂部六角蜂窩 結(jié)構(gòu)硅脊272的寬度優(yōu)選遠小于h 150和H 232。在一個實施例中，頂部蜂 窩結(jié)構(gòu)脊272的寬度為大約0.5至小于5微米。
圖17示出了 3D自支撐六棱錐TFSC基板102的一個實施例的YY截面 圖290(未按比例繪制)，具有較厚的方形硅框架104(類似圖6的框架104 )。 請注意框架厚度不同于膜厚110。另，厚硅框架的厚度可在大約100-500微 米。硅框架寬度(W) 108在50-250樣i米之間。厚周邊硅框架可優(yōu)選地由成 本低的冶金級硅并可通過下面的一種方法附著到3DTFSC基板(i)在外延 硅生長工藝中放置于可重用的硅模板上并熔融到3D薄硅膜的厚硅框架； (ii) 3D TFSC基板與厚硅框架的電子束焊接(在3D TFSC基板從可重用的 硅模板剝離或釋放之后)；或(iii)將厚硅框架熱鍵合到3D TFSC基板。厚硅框架可用于提高3D TFSC基板的機械支撐力和剛性。
下面部分詳述了使用上述3D TFSC基板制造3D薄膜太陽能電池
(TFSC)的過程。具體地，后面的附圖描繪了使用另外的燒穿(fire-through) 金屬化和選擇性鍍覆金屬化的工藝流程實施例。這些工藝流程沒有使用任何 光刻或絲網(wǎng)印刷工藝。太陽能電池基板的3D六棱錐結(jié)構(gòu)設計使得在整個電 池工藝流程中可以實現(xiàn)自對準加工。發(fā)射極和基底觸點和金屬化區(qū)域分別覆 蓋了較少部分的前側(cè)發(fā)射極和背側(cè)基區(qū)。如所示，選擇性發(fā)射極和基區(qū)摻雜 是通過優(yōu)選地使用雙面輥涂方法將n型和p型摻雜糊自對準應用到3D六棱 錐基板的頂部和底部來實現(xiàn)的。3D基板隨后可被硬化和移動到直通爐中， 以在3D基板的前側(cè)形成n +選擇性發(fā)射極以及在背側(cè)形成p^摻雜基底。優(yōu)選 地，n型摻雜源是磷，p型摻雜源是硼。
圖18-20描繪了使用燒穿金屬化的工藝流程，圖21-25描繪了使用選擇 性鍍覆金屬化的工藝流程。
在圖18中示出的工藝流程400描繪了使用燒穿金屬化的實施例，在銅
(Cu)或銀(Ag)鍍覆之后進行合成氣體退火(FGA)步驟。步驟402開 始于p型3D硅TFSC基板。步驟404涉及用n型液體或糊摻雜源來選擇性 涂布六棱錐的頂部(在一個實施例中，頂部高度2-10微米)。通過使用摻雜 糊/液體的自對準輥涂布或浸漬在受控液體摻雜源深度范圍的液體浸漬涂布， 可實現(xiàn)涂布。摻雜層隨后被干燥/硬化(25(TC-40(TC或UV)。步驟406涉及 形成自對準發(fā)射極觸點。錐尖端的底部部分被p型液體或糊摻雜源選擇性涂 布(在一個實施例中，高度大約2-10微米)。通過使用摻雜糊/液體的自對準 輥涂布或浸漬在受控液體摻雜源深度范圍的液體浸漬涂布,可實現(xiàn)涂布。摻 雜層隨后被干燥/硬化(250。C-400。C或UV)。步驟408涉及自對準選擇性發(fā) 射極形成，其中頂部n + p和n++p結(jié)和背側(cè)p+尖端通過退火(例如， 800°C-950°C)同時形成。摻雜層干燥和退火可在單個直通爐中順序進行。 優(yōu)選地，基纟反可在加熱的平面上面向下或兩基^反正面面對面4矣觸地退火，以 便于n+區(qū)域氣相摻雜形成。在步驟410 (表面鈍化和ARC)中，摻雜源層 和天然氧化物被剝離(在一個實施例中，使用稀釋的HG)。薄的氧化物通過 蒸汽氧化生長(例如，3-10nm厚，于850°C-950°C ),并且SiNxARC隨后通 過PECVD淀積。兩個層都在兩個硅側(cè)形成，其中PECVD-SiNx也^是供對硅 的H鈍化。在步驟412 (自對準金屬化)中，使用自對準輥涂布用金屬(Ag)糊選擇性地涂布六棱錐的頂部(直至低于摻雜源的高度)，隨后干燥并硬化。 然后通過自對準輥涂布，用金屬(Al或Ag)糊在背側(cè)選擇性地涂布六棱錐的底尖端，隨后干燥并硬化。在步驟414 (自對準金屬化(焙燒))中，通過 燒穿金屬氧化物/PECVD-SiNx層，形成前(Ag)和背側(cè)(Al、 Ag)金屬化 區(qū)域。步驟416涉及可選的自對準金屬化步驟，其中執(zhí)行FGA (例如 300°C-450°C ),以減小正面和背側(cè)互連阻抗值并幫助實現(xiàn)表面/體鈍化。步驟 418涉及可選的自對準金屬化步驟，其中通過鍍覆，在金屬化頂部蜂窩結(jié)構(gòu) 脊以及底部蜂窩結(jié)構(gòu)錐尖端上選擇性/同時地淀積Cu或Ag(例如1-5微米)。 隨后用Ag對金屬化區(qū)域進行閃鍍。在步驟420中，太陽能電池背側(cè)金屬化 六棱錐尖端被焊接到Cu或Ag鏡板或箔(可被穿孔)上，然后用Ag進行閃 鍍。背側(cè)鏡也可用作背側(cè)電連接器。最后，在步驟422中，太陽能電池可被 包裝成太陽能模塊/板。在圖19中描繪了另一燒穿金屬化工藝流程430。發(fā)射極觸點和互連在頂 部蜂窩結(jié)構(gòu)脊上制出，而基底觸點和互連在背側(cè)六棱錐尖端上制出。在這個 實施例中，背側(cè)基底觸點區(qū)域在燒穿工藝中以Al重摻雜(沒有使用硼摻雜 源的單獨的p+背側(cè)基區(qū)摻雜)。在Cu和/或Ag鍍覆之后進行合成氣體退火 (FGA )。步驟432 (提供基板)對應于圖18中的步驟402;步驟434 (選擇 性涂布頂部)對應于步驟404。然而，接下來沒有執(zhí)行步驟406 (選擇性涂 布底部)。相反，后續(xù)步驟436-450對應于步驟408-422。在圖20中描繪了另一燒穿金屬化工藝流程460。與圖19的工藝流程430 相比，鍍覆Cu和/或Ag之前進行合成氣體退火(FGA)。特別地，圖19的 步驟444和446被反過來，參見圖20中的步驟474和476。如上所述，圖21-25描繪了使用選擇性鍍覆金屬化的工藝流程。圖21示出的工藝流程490描繪了使用選擇性鍍覆金屬化的實施例。步 驟492 (提供基板)對應于圖18中的步驟402;步驟494 (選擇性涂布頂部) 對應于步驟404;步驟496 (選擇性涂布底部)對應于步驟406;步驟498 對應于步驟408;和步驟500對應于步驟410。然而，步驟502 (自對準金屬 化)涉及通過自對準輥涂以蝕刻糊選擇性蝕刻六棱錐的頂部(直至小于摻雜 源的高度)，繼而漂洗，并在背側(cè)六棱錐尖端上重復該工藝。步驟504 (自對 準金屬化)涉及通過單個鍍覆工藝(例如Ag、 Ni、 Pt、 Ti、 Co、 Ta)同時 形成前側(cè)和背側(cè)金屬化區(qū)域。步驟506涉及可選的自對準金屬化步驟，其中234丸行合成氣體退火(FGA)(例如300-450°C),以減小前側(cè)和背側(cè)互連阻抗 值并幫助實現(xiàn)表面/體鈍化。步驟508涉及自對準金屬化，其中通過鍍覆將 Cu或Ag選擇性/同時淀積在金屬化頂部蜂窩結(jié)構(gòu)脊和底部六棱錐尖端上(例 如l-5微米)。步驟510 (焊接)和步驟512 (進行包裝)同上所述。圖22中描繪了另一選擇性鍍覆金屬化工藝流程520。沒有p+摻雜糊涂 布用于背側(cè)基底觸點摻雜。背側(cè)基底觸點摻雜是通過在使用鍍覆進行背側(cè)基 底尖端Al金屬化之后在基底觸點區(qū)域中使用退火工藝進行Al摻雜而實現(xiàn) 的。步驟522 (提供基板)對應于圖18中的步驟492;步驟524 (選擇性涂 布頂部)對應于步驟494。然而，接下來沒有進行步驟496 (選擇性涂布底 部)。相反，接下來進行了步驟526(自對準選擇性發(fā)射極)，對應于步驟498。 步驟528 (表面鈍化和ARC)對應于步驟500;步驟530 (自對準金屬化) 對應于步驟502。在步驟532中，背側(cè)金屬化區(qū)域通過A1背側(cè)鍍覆工藝(例 如僅對背側(cè)進行浸漬鍍覆)而選擇性地形成。在步驟534中，金屬(Ag、 Ni)被選擇性地鍍覆在前側(cè)外露蜂窩結(jié)構(gòu)n+ +摻雜區(qū)和背側(cè)Al金屬化區(qū)。步 驟536涉及進行FGA ( 300-450°C )以形成Al摻雜背側(cè)p+尖端。FGA減少 了前側(cè)和背側(cè)互連阻抗值并幫助實現(xiàn)表面/體鈍化。步驟538 (鍍覆)對應于 步驟508;步驟540 (焊接)對應于步驟510;步驟542 (進行包裝)對應于 步驟512。圖23中描繪了另一選擇性鍍覆金屬化工藝流程530。與圖21所示實施 例相比，這里沒有使用輥糊蝕刻工藝。相反，這里使用的是摻雜源層的選擇 性蝕刻。步驟552 (提供基板)、步驟554 (選擇性涂布頂部)和步驟556 (選 擇性涂布底部)對應于圖21中的步驟492-496。步驟558 (自對準選擇性發(fā) 射極)涉及通過退火(例如800-950°C )同時形成頂部n+p和n+ +p結(jié)和背側(cè) p+尖端，該退火首先在惰性氣氛(Ar, N2)中和隨后在氧化氣氛(蒸汽)中 來形成5-50nm的熱氧化物而進行。摻雜層干燥和退火也可在一個直通爐中 順序進行。步驟560涉及選擇性蝕刻摻雜源層，同時移去一小部分氧化物， 使用與熱氧化物相比具有高蝕刻選擇性的濕蝕刻。步驟562 (鍍覆)對應于 步驟504;步驟564 (鍍覆)對應于步驟508。步驟566涉及將背側(cè)金屬化六 棱錐尖端焊接(無鉛焊料)到Al鏡板或箔(可打孔)，隨后用Ag進行閃鍍。 背側(cè)鏡也可用作背側(cè)電連接。步驟568涉及在前側(cè)和背側(cè)表面上同時淀積 ARC層(例如，低溫PECVDSiNx)。 ARC層也可包括光譜下轉(zhuǎn)換(spectraldown-conversion )。 ARC層也幫助實現(xiàn)另外的H鈍化。請注意，在PECVD 過程中，前側(cè)太陽能電池和背側(cè)鏡的周邊應^皮掩蔽，以便于電池/才莫塊互連。 步驟570 (FGA)對應于步驟504,步驟572 (包裝)同上所述。圖24描繪了再一選擇性鍍覆金屬化工藝流程580。相比于圖23所述的 工藝流程550，該工藝僅使用了一個高溫(退火和氧化)工藝步驟。步驟 582-596與圖23的步驟552-566相同。然而，在步驟598中，ARC層(例如 低溫PECVD SiNx )僅淀積在太陽能電池前表面上。步驟600和602與圖23 的步驟570和572相同。圖25描繪了又一選^^性鍍覆金屬化工藝流程610。類似圖24的工藝流 程580，該工藝僅使用一個高溫(退火和氧化)工藝步驟。步驟612-620對 應于圖24的步驟582-590。然而，沒有進行步驟592 (鍍覆)。相反，僅進 行鍍覆步驟594,對應于步驟622。步驟624-630對應于圖24的步驟596-602。上述工藝步驟可在集成串聯(lián)工藝設備上進行。例如，圖26顯示了在爐 內(nèi)退火之前進行液體/糊涂布和UV或IR硬化這兩個工藝步驟的裝置的視圖 640,允許在串聯(lián)擴散爐中退火之后隨后形成選擇性發(fā)射極和基區(qū)。這種集 成的串聯(lián)工藝設備允許通過輥涂在3D TFSC基板頂部脊和背側(cè)脊上自對準 形成摻雜液體或糊涂布。輥涂可使用與擴散爐串聯(lián)集成的大氣壓、帶驅(qū)動涂 布和硬化設備執(zhí)行。在一個實施例中，頂部脊被n型摻雜液體/糊涂布，背側(cè) 脊被p型摻雜液體/糊涂布。3D TFSC基板642被示出在輸入傳送帶646上沿644移動。轉(zhuǎn)動的頂部 輥648以及頂部輥墊650施加受控的向下力，以用n型糊涂布頂部脊。轉(zhuǎn)動 的背側(cè)輥652以及背側(cè)輥墊654施加受控的向上力，以用p型糊涂布背側(cè)脊。 通過施加(或流動)不同液體或糊材料到頂部組輥648和/或背側(cè)組輥652 的每個輥，多層材料可涂布在3DTFSC基板的每一側(cè)上。接下來，3DTFSC 基板642移動到硬化區(qū)域，在該硬化區(qū)，摻雜液體/糊層通過使用IR或UV 硬化射束658的硬化燈656而同時形成。接下來，示出3D TFSC基板642 向外移動660到了輸出傳送帶662上，該傳送帶662可移動基板642到串聯(lián) 擴散爐，在這里，n+和p+觸點以及選擇性發(fā)射極區(qū)域同時形成?？蛇m當?shù)貥?gòu)造類似的輥涂裝置并用于施加金屬液體/糊涂布(例如，銀和 /或鋁液體或糊源)，硬化金屬液體/糊源，并在用于燒穿金屬化的串聯(lián)大氣爐 (電阻加熱或等加熱爐)中進行后續(xù)的熱退火，以便形成發(fā)射極和基底觸點金屬化(并且在可行的時候，也可形成鋁摻雜p+ +基底觸點區(qū)域)。
圖27顯示了另一用于執(zhí)行與圖26的輥涂/石更化/爐裝置的工藝相同的工 藝的裝置設計的視圖670。圖27中的裝置可用于通過角度噴涂在3D TFSC 基板頂部脊和背側(cè)脊上自對準形成摻雜源液體/糊涂布。這種裝置也可使用易 于與串聯(lián)擴散爐集成的直列大氣壓涂布和硬化以及擴散設備構(gòu)造。用圖26 中的輥涂裝置，多層材料可通過使用連接到不同液體源(未示出)的多組噴 嘴并對頂部和/或背側(cè)組噴嘴中的每個噴嘴施加(或流動)不同液體源材料而 涂布在基板的每一側(cè)。這對圖26所示的輥涂系統(tǒng)而言是一種替代的扶術。 在一個實施例中，頂部脊被涂布n型摻雜液體/糊(例如磷)；背側(cè)脊被涂布 p型摻雜液體/糊(例如硼)。參考圖27， 3D TFSC基板642被示出沿644移 動到輸入傳送帶646上。成角度的噴嘴672相對于表面(噴嘴蓋晶片寬度) 以較大的角度將n型摻雜液體噴出到表面上。n型摻雜液體來自n型液體摻 雜源和噴嘴儲存腔/泵674。成角度的噴嘴676相對于表面(噴嘴蓋晶片寬度) 以較大的角度將p型摻雜液體噴出到表面上。P型摻雜液體來自p型液體摻 雜源和噴嘴泵678。接下來，3DTFSC基板642移動到硬化區(qū)域中，在這里
接下來，3DTFSC基板642被示出向外移動660到輸出傳送帶662上，該傳 送帶662將基板642移動到串聯(lián)擴散爐中，在這里，n+和p+觸點以及選擇性 發(fā)射極區(qū)域同時形成。
成角度的噴射技術將液體/糊涂布的高度限制為脊的 一部分，并防止液體 源涂布到六棱錐腔體側(cè)壁的內(nèi)部和/或背側(cè)上。這種串聯(lián)(或另 一種驅(qū)動方法) 的加工系統(tǒng)也可用于施加金屬源液體(例如銀和/或鋁源液體)以進行燒穿金 屬化應用，以及施加液體蝕刻劑以從頂部和/或背側(cè)六棱錐脊選擇性蝕刻電介 質(zhì)(例如氧化物和/或固態(tài)摻雜源層)。
圖28示出另 一用于執(zhí)行與圖26的串聯(lián)輥涂/硬化裝置以及圖27的串聯(lián) 噴涂/硬化的工藝相同的工藝的裝置的視圖680。圖28的裝置可用于通過液 體浸漬涂布在3D TFSC基板頂部脊和背側(cè)脊上自對準形成摻雜液體/糊涂 布。該裝置也可使用串聯(lián)大氣壓涂布和硬化設備構(gòu)造來連接到串聯(lián)擴散(或 燒穿)爐的輸入級上。
在一個實施例中，頂部脊被涂布n型摻雜液體/糊(例如磷)，背側(cè)脊^皮 涂布p型摻雜液體/糊(例如硼)。3D TFSC基板642被示出在輸入傳送帶646
26上沿644移動。含有n型液體摻雜源682的液體膜分配器涂敷受控厚度的n 型液體摻雜膜684。這種n型摻雜液體來自n型液體摻雜源以及液體水平和 深度控制器686。含有p型液體摻雜源(通過周圍空氣懸浮)688的液體膜 分配器施加受控厚度的p型液體摻雜膜690。這種p型摻雜液體來自p型液 體摻雜源以及液體水平和深度控制器692。接下來，3DTFSC基板642移動 到硬化區(qū)域，在這里，摻雜液體/糊層通過使用IR或UV硬化射束658的硬 化燈656同時形成。3D TFSC基板642接下來被示出向外移動660到輸出傳 送帶662上，該傳送帶662可移動基板642到串聯(lián)擴散爐，在這里11 +和？ + 觸點以及選"t奪性發(fā)射極區(qū)域同時形成。
如圖26和27中的裝置，多層材料可通過使用多組液體浸漬施加器 (applicator)(未示出)并對頂部和/或背側(cè)施加器組的每一個液體浸漬施加 器施加(或流動)不同的液體源材料而涂布在3D TFSC基板的每一側(cè)。這 種類型的加工系統(tǒng)也可用于施加金屬液體用于燒穿金屬化、以及施加液體蝕 刻劑用于從頂部和/或背側(cè)脊選擇性蝕刻電介質(zhì)(例如氧化物和/或固態(tài)摻雜 源層)。
下面的部分顯示了 TFSC基板在如上所述的各個不同的工藝流程階段中 的截面圖。在后面的附圖中，相對尺寸并未按照比例繪出。
圖29顯示了 3D基板102 (顯示了一個六棱錐電池106)的截面圖700， 示出了當在一個適當?shù)墓に囋O備(例如串聯(lián)帶驅(qū)動設備(輥涂或噴涂或液體 浸漬涂布或摻雜液體/糊的另 一種液體/糊傳送涂布、干燥/硬化和擴散爐內(nèi)的 退火))中進行了上述摻雜工藝步驟之后的狀態(tài)。對于覆蓋六角脊272頂部 的n型(例如磷)摻雜糊或液體702而言，擴散爐中的一個爐內(nèi)退火工藝(例 如在大約800-950°C )產(chǎn)生更多的重摻雜觸點擴散區(qū)域704,此時與硬化的n 型摻雜固態(tài)源層702直接接觸并位于其下的頂部硅六角脊具有更高的表面磷 濃度。在蒸發(fā)的摻雜源向六棱錐腔內(nèi)的相鄰前側(cè)區(qū)域氣相或氣相遷移的過程 中，爐內(nèi)退火/擴散工藝同時用具有較小的表面濃度以及較小的劑量的磷來摻 雜剩余的沒有被固態(tài)摻雜源層覆蓋的前側(cè)表面區(qū)域706,如此，產(chǎn)生具有輕 表面摻雜的自對準選擇性發(fā)射極區(qū)域。這些輕摻雜區(qū)域706改善了太陽能電 池的藍光響應，同時重摻雜的脊704將減少太陽能電池的前側(cè)觸點阻抗，以 改善電池發(fā)射極觸點金屬化。類似的，相似的爐內(nèi)退火工藝產(chǎn)生更重摻雜的 p"摻雜708六棱錐背側(cè)尖端144，以獲得更低的基底觸點阻抗，同時剩下的背側(cè)基區(qū)710在表面上摻雜輕。在如圖29所示的實施例中，L712遠小于H 232并且遠小于h 150, H 232在100-500微米之間，L 712在2-20微米之間。 另外還示出1 714和a 716，其中1 = L/cos (a/2)且a/2 = tan"(h/2H)。還示出 了 L'718以及L720，其中l(wèi)'是重摻雜結(jié)區(qū)域的傾斜高度。
圖30示出了在自對準形成發(fā)射極和基底觸點以及太陽能電池互連之后 的YY截面圖730和740。如圖所示，發(fā)射極觸點優(yōu)選圍繞3D基板框架巻 繞(或它可通過沒有示出的框架孔巻繞)，以制備所有的在太陽能電池背側(cè) 的電池觸點(以便于太陽能模塊自動組裝)。如圖30所示，自對準前側(cè)蜂窩 結(jié)構(gòu)觸點174被放置于蜂窩結(jié)構(gòu)的重摻雜iT-頂脊704內(nèi)(如此產(chǎn)生非常低 的觸點阻抗)。剩余的沒有被發(fā)射極觸點覆蓋的頂部區(qū)域(這是來自相鄰的 固態(tài)摻雜源區(qū)域的鄰近氣相摻雜所摻雜的六棱錐側(cè)壁區(qū)域中的大多數(shù))具有 輕摻雜n+選擇性發(fā)射極區(qū)域，使得太陽能電池獲得良好的藍光響應。在背側(cè) 六棱錐尖端上的基底金屬化觸點176覆蓋了重摻雜p"區(qū)域(通過直接接觸 固態(tài)摻雜源層形成)，導致低的基底觸點金屬化阻抗。3D基板背側(cè)上的剩余 的基底表面區(qū)域用硼輕摻雜(通過來自相鄰的固態(tài)摻雜源區(qū)域的鄰近氣相摻 雜)，從而獲得非常低的表面重組速度和改進的電池性能。另外示出的是表 面鈍化和ARC層(熱Si02和PECVD或PVD氳化SiNx) 736。
圖31和32示出了在完成太陽能電池制造工藝之后以及在將背側(cè)基底觸 點176 (背側(cè)六棱錐金屬化尖端)焊接(或與適當?shù)膶щ姯h(huán)氧樹脂連接)752 到背側(cè)電池鏡754 (和基底互連)板之后的3D六棱錐太陽能電池的YY截 面圖750和760(分別顯示了單個六棱錐單元電池和幾個相鄰單元電池)。這 種鏡/互連板可由多種材料制成，優(yōu)選地，涂布Ag的Cu、或涂布Ag的Al (或任何適于導電和反光的材料)。組合高反射背側(cè)鏡和太陽能電池的3D六 棱錐結(jié)構(gòu)(以及太陽能電池的前側(cè)蜂窩結(jié)構(gòu)圖案孔762)可獲得相當有效的 光捕獲能力、實現(xiàn)使用非常薄的晶體硅膜的超高效率太陽能電池。
下面的圖顯示了對應于制造上述TFSC的工藝流程中的各個步驟的可選 視圖。
圖33顯示了當在前側(cè)蜂窩結(jié)構(gòu)脊272上自對準輥涂(或噴涂或液體-浸 漬涂布或其它適當?shù)囊后w轉(zhuǎn)移涂布)n型摻雜糊/液體702之后、以及當進行
和重摻雜發(fā)射極觸點擴散區(qū)域(進行一個爐內(nèi)退火/擴散工藝以形成摻雜擴散
28區(qū)域(包括選擇性發(fā)射結(jié)區(qū))之前，優(yōu)選實施例在前側(cè)或背側(cè)上施加n型和 p型摻雜糊或液體)之后的3D六棱錐TFSC基板120的YY截面圖770 (顯 示了一個錐形單元電池)。這種結(jié)構(gòu)顯示了在短時間的熱氧化(例如，生長 5nm-100nm的熱氧化物)和PVD或PECVD ARC層(SiNx)形成之后的單 元電池。虛線表示摻雜區(qū)域(在進一步加工之后，單元電池結(jié)構(gòu)如圖29所 示)。這個實施例顯示了沒有先前的p+基底觸點摻雜(這是通過結(jié)合使用基 底觸點焙燒工藝的Al背側(cè)基底觸點形成來進行Al摻雜而實現(xiàn)的)。
圖34類似于圖33，除了圖34中顯示了通過輥涂(或噴涂或液體-浸漬 涂布或其它適合的液體轉(zhuǎn)移涂布)p型摻雜層以及后續(xù)的硬化和退火(與發(fā) 射極相同的退火)來實現(xiàn)p+基底觸點摻雜。自對準固態(tài)摻雜源摻雜的背側(cè)p +觸點區(qū)域782 (用于鍍覆的背側(cè)基底觸點)如圖中的虛線所示。
圖35顯示了類似于圖29的視圖700的截面圖790。然而，在圖35所示 的實施例中，在前側(cè)蜂窩結(jié)構(gòu)脊上僅進行n型摻雜糊/液體涂布。沒有對背側(cè) 施加p+摻雜糊/液體。
圖36示出了在自對準形成前側(cè)(頂部)固態(tài)rT (例如，用石岸摻雜的) 固態(tài)摻雜源層和選擇性發(fā)射極之后的3D六棱錐基板102的YY截面圖800。 這個結(jié)構(gòu)導致了圖41所示的結(jié)構(gòu)。前側(cè)圖案由蜂窩結(jié)構(gòu)脊構(gòu)成，該脊接下 來^f皮用于形成發(fā)射4 L觸點/互連。圖37顯示了 ZZ截面圖810。
圖38顯示了在自對準形成前側(cè)(頂部)固態(tài)11+ (例如，用石奔摻雜的) 固態(tài)摻雜源層和p+固態(tài)摻雜源層、選擇性發(fā)射極以及自對準前側(cè)發(fā)射極和背 側(cè)基底觸點(圖示為燒穿金屬化，但是也可使用選擇性鍍覆獲得相同結(jié)構(gòu)) 之后的3D六棱錐基板102的YY截面圖800。這個結(jié)構(gòu)導致了圖41所示的 結(jié)構(gòu)。前側(cè)圖案由蜂窩結(jié)構(gòu)脊構(gòu)成，該脊接下來被用于形成發(fā)射極觸點/互連。 圖39顯示了 ZZ截面圖830。
圖40顯示了在形成自對準前側(cè)發(fā)射極觸點(在蜂窩結(jié)構(gòu)脊上)以及背 側(cè)基底觸點(在六棱錐背側(cè)尖端上)之后，本申請公開主題的一個3DTFSC 基板結(jié)構(gòu)的六棱錐單元電池的示意性擬3D視圖850。太陽光從頂側(cè)進入太 陽能電池的六棱錐單元電池腔內(nèi)。
最后，圖41顯示了太陽能電池組件在背側(cè)鏡和基底互連(圖32顯示的 第一實施例)上的另一實施例的視圖860。與顯示了反射背側(cè)鏡的圖32不同 的是，該實施例使用了漫射的背側(cè)基底鏡862 (具有經(jīng)過粗糙化的涂布Ag的表面，用于散射反射光進入3D電池結(jié)構(gòu)中)。
前面的部分描繪了六棱錐TFSC基板的優(yōu)選實施例。可選實施例也可使用可選結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)單元電池，例如具有多邊形基底的倒轉(zhuǎn)錐單元電池，例如，四棱錐、三棱錐等；其它實施例可包括具有V形槽或正交V形槽圖案等的3DTFSC基板。例如，圖42示出了具有四棱錐單元電池結(jié)構(gòu)的3DTFSC基板的俯視圖864。這個圖案與優(yōu)選實施例的六棱錐單元電池圖案之間的主要區(qū)別是頂部基底(或錐孔)幾何結(jié)構(gòu)(方形基底對用于倒轉(zhuǎn)錐單元電池的六角基底)。四棱錐單元電池的垂直高度和基底面積數(shù)值可與六棱錐單元電池相當(類似的考慮情況下)。另一實例如圖43所示，其示出了具有三棱錐單元電池結(jié)構(gòu)的3DTFSC基板的俯視圖866。該圖案和優(yōu)選實施例的六棱錐單元電池圖案之間的主要區(qū)別是頂部基底或錐孔幾何結(jié)構(gòu)(三角形基底對用于倒轉(zhuǎn)錐單元電池的六角基底)。三角形錐單元電池的垂直高度和基底面積數(shù)
值可與六棱錐單元電池相當(類似的考慮情況下)。
圖44顯示了具有正交V形槽單元電池結(jié)構(gòu)的3D TFSC基板的俯視圖868 。該正交V形槽單元電池優(yōu)選地具有四個相鄰的矩形或方形V形槽陣列，V形槽在每對相對彼此垂直延伸的相鄰的子單元電池中。3D TFSC基板使用大量如上所述的正交單元電池。在正交V形槽單元電池中的V形槽的高度和寬度范圍分別類似于六棱錐單元電池的高度和直徑范圍。每個正方形子單元電池(如上所示的四個子單元電池構(gòu)成一個正交V形槽單元電池)可具有幾十到幾百個V形槽。與標準的在整個基板上具有平行的V形槽的V形槽結(jié)構(gòu)相比，正交V形槽結(jié)構(gòu)提供額外的機械剛性。虛線表示V形槽溝底，而實線表示V形槽的頂脊。圖45顯示了如圖44的具有正交V形槽單元電池結(jié)構(gòu)的3D TFSC基板的XX 870、 YY 872和ZZ 874截面圖。圖46顯示了
池結(jié)構(gòu)的3D TFSC基板的俯視圖876。正交對角V形槽單元電池具有四個相鄰的矩形或方形V形槽陣列，V形槽在每對相對彼此垂直延伸的相鄰的子單元電池中。與標準的在整個基板上具有平行V形槽的V形槽結(jié)構(gòu)相比，正交V形槽結(jié)構(gòu)提供額外的機械剛性。圖47顯示了如圖46所示的具有可選的正交對角V形槽單元電池結(jié)構(gòu)的3D TFSC基板的XX 878、 YY 880和ZZ882截面圖。
在下面的部分中，將描述使用光刻或蝕刻技術或激光微加工(或激光鉆孔)來制備這種模板的可選工藝流程的實施例。模板隨后被使用或重用多次
以制造用于3D TFSC制造的3D TFSC基板。
模塊可使用電子級硅晶片、太陽能級硅晶片或低成本冶金級硅晶片制造。另外，由硅制得的模板可使用單晶或多晶硅晶片制得。開始的模板晶片可為標準拋光晶片(在鋸損傷移去之后)或甚至是線鋸之后直接獲得的低等級晶片(未進行鋸損傷移去)。后者可進一步減少模板的成本。較低成本的每個模板被噴在多個3D TFSC基板上，從而與標準的目前技術上(例如200微米厚)的太陽能級單晶和多晶硅晶片以及相關模塊相比，獲得相當?shù)偷腡FSC模板和成品模塊成本。
為了進一步解釋模板的制備，圖48示出了工藝流程890。工藝開始于步驟891,這里提供未經(jīng)過構(gòu)圖的單晶硅或多晶硅基板，為方形或圓形的(例如200mm x 200mm的方形或200mm的圓形)。起始才莫^反晶片可為通過線鋸制得的晶片(經(jīng)過或未經(jīng)過鋸損傷去除(后者可更進一步減少成本))。起始模板晶片也可由低純度(且低成本)的冶金級硅制得。在一個實施例，基板大約200-800微米厚。可選的，步驟891包括在低成本冶金級硅上執(zhí)行吸氣處理(gettering)和/或執(zhí)行表面形貌構(gòu)造蝕刻(例如，使用利用硝酸和氫氟酸的混合物的各向同性酸形貌構(gòu)造或使用在KOH/IPA中的強堿形貌構(gòu)造)來生產(chǎn)可選的經(jīng)過形貌構(gòu)造的模板表面。步驟892涉及使用可編程精確激光微加工來形成所需的周期深溝陣列。該工藝可在基于物理磨削或物理磨削以及激光輔助化學蝕刻的組合使用而在受控的大氣環(huán)境中進行。步驟893涉及模板表面的制備和清潔。該過程包括從基板剝離經(jīng)過構(gòu)圖的光刻膠層。接下來，在后續(xù)熱淀積加工以形成TFSC基板之前，在濕式工作臺中清潔模板基板。這樣的清潔可涉及DRIE感應聚合物移除(使用適當?shù)臐裎g刻劑，例如硫酸和過氧化氫的混合物)，然后進行各向同性硅濕蝕刻(例如在硝酸和氫氟酸的混合物中)，以便各向同性地從溝側(cè)壁和底部移去薄硅層(例如10-50納米量級)。這可移去表面和埋入的污染物，例如從DRIE生產(chǎn)的模板溝的側(cè)壁和底部移去通過深RIE (DRIE)工藝引入的表面或埋入的金屬和/或聚合/有機污染物。模板加工可在去離子(DI)水清洗和干燥之后完成?？蛇x的和需要時，模板晶片也可在上述DI水清洗和干燥之前進行標準的預擴散(或預熱加工)晶片清潔工藝，例如所謂的RCA濕清潔。另一可選的表面制備步驟(代替或在濕各向同性硅蝕刻工藝之后)包括執(zhí)行短時間的熱氧化(例如，生長5-100nm的犧牲二氧化硅)，然后進行濕氬氟酸性(HF )氧化物剝離(以從構(gòu)圖后的模板移去任何殘余的污染物)。如果沒有使用可選的氧化物生長/HF剝離，可執(zhí)行可選的稀釋HF蝕刻以移去天然氧化物層并用氫鈍化表面(形成Si-H鍵)，以備用于后續(xù)的3DTFSC基板制造。在完成步驟893后，所得到的模板可隨后使用并重用多次以制造3D (例如六棱錐)TFSC基板。
在圖49中示意性示出了用于對模板構(gòu)圖的工藝流程894的另 一實施例，其使用光刻和蝕刻來代替直接激光微加工。步驟895 (提供未構(gòu)圖的基板)對應于圖48的步驟891。步驟896使用光刻構(gòu)圖(在一個實施例中，使用相對低成本的觸點或相鄰光刻機/構(gòu)圖)以在光刻膠材料上制造蔭罩掩模圖案，例如六棱錐圖案(即，在光刻膠層中的互連的六角形開口 )。該工藝順序包括形成氧化物和/或氮化物(可選的)層，光刻"交涂布(例如，旋壓或噴涂)和預烘干，通過六角陣列蔭罩掩模進行光刻曝光，以及光刻顯影和后烘干。一個實施例包括在光刻膠材料下方的可選的硬掩模層(Si02和/或SiNx,例如薄熱生長氧化物層可用作可選的硬掩模)(雖然該工藝可不使用硬掩模層而通過在硅上直接進行光刻膠涂布來執(zhí)行)。當使用硬掩模層時，硬掩模層的露出部分在光刻膠構(gòu)圖后被蝕刻(由此，形成六角開口)。這樣硬掩模層的露出部分的蝕刻可簡單地通過使用濕蝕刻劑(例如氫氟酸)來氧化硬掩模或使用等離子蝕刻來執(zhí)行。步驟897涉及通過各向異性等離子蝕刻來形成六棱錐，其中高速率深反應離子蝕刻(DRIE)工藝在硅中形成緊密排布的深的(例如100-400微米)六棱錐狀溝(即，具有傾斜側(cè)壁的錐狀溝)陣列。光刻膠和/或氧化物和/或氮化物硬掩模層被用于從構(gòu)圖后的光刻膠層向硅基板進行構(gòu)圖轉(zhuǎn)移。在一個實施例中，深RIE (DRIE)工藝參數(shù)被設定為產(chǎn)生具有受控角度的六棱錐側(cè)壁傾斜。RIE被允許在錐的底部通過穿過基板背側(cè)產(chǎn)生小直徑(例如，小于5微米)孔?；蛘撸尚纬蓡蝹€的小直徑背側(cè)孔，其連接到錐脊的底部尖端。步驟898 (表面制備和清潔)對應于圖48的步驟893。在完成步驟898后，所得的模板可隨后被使用并重用多次以制造3D(例如六棱錐)TFSC基板。
后面的部分示意性示出了使用上述模板制造3D錐TFSC基板的各種工藝流程。
圖50示出了制造自支撐無支架3D六棱錐TFSC基板的工藝流程900的實施例。該工藝使用基于高選擇性蝕刻工藝的剝離3D薄膜釋放工藝以移去
界面犧牲層(由Ge"Six制成)，而沒有任何可察覺的硅蝕刻。該Ge"Six層可為單個層，具有恒定的Ge部分或多層(例如2-3層)結(jié)構(gòu)以及具有可變的Ge部分。在步驟901中，提供構(gòu)圖后的方形模板。該模板已經(jīng)被加工以在前側(cè)206上形成六棱錐溝陣列以及具有從溝底部208到背側(cè)212的穿通晶片孔210陣列。步驟902涉及在外延反應器中的多層覆蓋外延層。步驟902首先涉及在標準預外延(epi)濕清潔之后執(zhí)行的H2或GeH4/H2原位清潔。接下來，僅在前側(cè)上淀積薄犧牲外延層。在一個實施例中，GexSi"被用于犧牲外延層并介于10-200納米之間。接下來，摻雜硅外延層僅#皮淀積在前側(cè)。在一個實施例中，該層為p型，摻雜硼并具有2-20微米的厚度。步驟903涉及3D TFSC基板釋放。執(zhí)行高選擇性GexSi"各向同性濕或干蝕刻，相對于硅具有相當高的選擇性。在一個實施例中，氫氟酸、硝酸和醋酸(HNA )的混合物被用于蝕刻GexSi^層?；蛘?，可以使用氨、過氧化氫和水的混合物(NH4OH + H202+H20 )。該工藝釋放硅外延層作為六棱錐3D TFSC基板，其可隨后用于后續(xù)的3D TFSC制造。
基于發(fā)射極摻雜類型(n型或p型),本地基區(qū)摻雜類型被選擇為p型(例如硼)或n型(例如磷)。所示的實施例提供摻雜硼的六棱錐3DTFSC基板的實例，可使用該基板制造具有n型摻雜磷的選擇性發(fā)射極的TFSC。在一個可選實施例中，所有的摻雜極性可被反過來，使得摻雜磷的六棱錐3D
圖51顯示了制造自支撐、無支架3D六棱錐TFSC基板的工藝流程904的另一實施例?？墒褂孟嗤墓に嚵鞒讨圃炀哂衅渌鼏卧姵亟Y(jié)構(gòu)(四棱錐、三棱錐、正交V形槽、正交對角V形槽等)的3DTFSC基板。該工藝使用適當?shù)臓奚牧蠈?例如二氧化硅)以便于3D TFSC基板的釋放和剝離(或從模板移去)。激光結(jié)晶可用于結(jié)晶非晶硅或多硅層。步驟905 (提供模板)對應于上述步驟901。步驟906涉及犧牲層淀積，其中薄犧牲層(例如Si02)優(yōu)選通過APCVD (或者使用LPCVD或PECVD或熱氧化)淀積。在一個實施例中，這個層是20nm-200nm的Si02。在步驟907中，摻雜(例如p型)硅層(優(yōu)選摻雜非晶硅或多晶硅)通過CVD工藝(例如PECVD )淀積在涂布了氧化物的基板(僅頂部)(例如2-20微米厚的摻雜硼的基板)。步驟908涉及淀積薄犧牲層(例如Si02)作為頂部保護層，優(yōu)選通過化學蒸鍍淀積工藝，例如APCVD (或者使用LPCVD或PECVD或熱氧化)。在一個實施例 中，該層為5-50nm的Si02。在步驟909中，執(zhí)行對摻雜硅層的激光結(jié)晶(優(yōu) 選開始于基板邊緣的硅框架)，使用優(yōu)選的方形單晶硅框架作為激光結(jié)晶晶 種(邊緣-中心結(jié)晶)。步驟910涉及通過對犧牲Si02層(相對硅而言具有高 選擇性)執(zhí)行高選擇性各向同性HF濕蝕刻來蝕刻掉位于p型3D硅膜和模 板之間的氧化物釋放層，從而釋放3DTFSC基板(這個工藝將3D六棱錐硅 膜剝離)。對于所有實施例而言，釋放3D膜可被輔助以釋放蝕刻過程中施加 小的機械應力(例如晶片翹曲)或施加超音或兆音(megasonic)擾動。
圖52顯示了制造自支撐、無支架3D六棱錐TFSC基板的工藝流程911 的另一實施例。可使用相同的工藝流程制造具有其它單元電池結(jié)構(gòu)(四棱錐、 三棱錐、正交V形槽、正交對角V形槽和其它類型的錐等)的3DTFSC基 板。該工藝使用犧牲或可拋棄材料層(例如二氧化硅)，以有利于3DTFSC 基板的釋放。激光結(jié)晶可用于使非晶硅或多硅層結(jié)晶。步驟912(提供模板) 對應于上述步驟901。步驟913 (犧牲層淀積)對應于上述步驟908。步驟 914涉及背側(cè)濕蝕刻Si02以重新打開填充了氧化物的基板底孑L。步驟915(摻 雜硅淀積)對應于上述步驟907，步驟916 (犧牲層淀積)對應于步驟908。 在步驟917中，摻雜硅層的激光結(jié)晶通過使用位于六棱錐底孔處的單晶作為 激光結(jié)晶晶種而實現(xiàn)。步驟918 (3DTFSC基板釋放)對應于上述步驟910。
圖53顯示了制造自支撐、無支架3D六棱錐TFSC基板的工藝流程919 的另 一 實施例。可使用相同的工藝流程制造具有其它單元電池結(jié)構(gòu)(四棱錐、 三棱錐、正交V形槽、正交對角V形槽、其它錐形單元電池結(jié)構(gòu)等)的3D TFSC基板。該工藝使用電化學蝕刻在半導體(例如硅)外延生長之前形成 低和/或高孔隙率的多孔硅層。步驟920 (提供模板)對應于上述步驟901。 步驟921涉及在濕式工作臺中進行電化學硅蝕刻，以生成單層多孔硅或在高 孔隙率的多孔硅層上具有低孔隙率多孔硅層的雙層疊置(也稱為硅電化學陽 極處理，從而形成多孔硅)。多孔硅層或?qū)盈B疊置可通過直接電化學蝕刻模 板基板、或通過首先淀積薄的外延硅層然后再通過電化學蝕刻將薄硅外延層 轉(zhuǎn)化為犧牲多孔硅來實現(xiàn)。在步驟922中，硅外延生長在外延反應器中進行， 以在多孔硅犧牲層或?qū)盈B疊置頂部上形成優(yōu)選的單晶硅，包括執(zhí)行以下原位 工藝步驟H2原位清潔，摻雜(例如p型)硅外延層(僅頂部)淀積(例如 2-20微米厚、摻雜硼的)。最后在步驟923中，3D TFSC基板通過向基板施加機械應力(例如通過向基板施加輕微翹曲)、或通過簡單地使用適當?shù)奈g
刻劑(例如HF + H202或TMAH或其它適合的選擇性多孔硅蝕刻劑)選擇性 濕蝕刻犧牲多孔硅層(或?qū)盈B疊置)來實現(xiàn)。
在下一部分中，描述了建造適合于屋頂和立面、中心發(fā)電和其它應用的 太陽能模塊的本申請公開的各個實施例。通常的太陽能模塊通過在被頂玻璃 層和背保護材料層(例如Tedlar)保護的太陽能模塊組件中布置多個太陽能 電池并使其串聯(lián)(串行電連接)而實現(xiàn)。所示電池可串聯(lián)連接以建立DC電 壓(同時保證太陽能模塊電流在電池電流方面處于相同水平)，以便于實現(xiàn) 高效率DC-AC能量轉(zhuǎn)換。
圖54描繪了制造本申請公開的具有頂保護玻璃板和內(nèi)置PCD的太陽能 模塊(對應于圖55的具有PCB以及安裝在PCB上的TFSC的太陽能模塊結(jié) 構(gòu))的工藝流程924的第一實施例。該制造流程與全自動模塊裝配線兼容。 該模塊裝配流程是基于具有在PCB頂側(cè)的基底互連/電池背側(cè)鏡(在PCB頂 側(cè)上具有涂布銀的構(gòu)圖銅層)的雙面印刷電路板(PCB)的使用。對于具有 在模塊制造之前制得的背基層和集成/內(nèi)置(或附著)背側(cè)鏡的六棱錐3D TFSC(例如具有通過PVD或鍍覆或輥涂/噴涂和硬化而淀積在背基層的背表 面上的薄膜背側(cè)鏡和背基層的六棱錐電池)，構(gòu)圖的PCB銅層不必須涂布有 高反射率鏡材料(銀)。在步驟925中，模塊組裝開始于在前側(cè)和背側(cè)都涂 布有銅箔的雙面PCB。 PCB區(qū)域應支撐所需數(shù)量/布局的TFSC(例如》lm2， 在每側(cè)上的銅蕩厚度為大約10至超過100微米)。步驟926涉及PCB互連 構(gòu)圖和銀金屬噴鍍(需要時后者用于PCB背側(cè)鏡)。根據(jù)所需的前側(cè)和背側(cè) 互連布局對PCB前側(cè)和背側(cè)銅箔進行構(gòu)圖。銅圖案被金屬噴鍍以薄層的高 發(fā)射率銀(和/或鋁)?？墒褂酶叻瓷渎噬⑸溏R，雖然也可使用反射鏡(specular mirror )。步驟927涉及對自動TFSC布置和焊接進行電池制備。TFSC的金 屬化背側(cè)被輥涂(或噴涂或浸漬涂布)了無鉛焊劑或?qū)щ姾蛯岘h(huán)氧樹脂糊。 步驟928涉及自動TFSC布置和焊接(或環(huán)氧樹脂硬化)。TFSC被自動拾取 和在PCB前側(cè)布置成緊密排布的陣列。每個電池的背側(cè)位于其在具有構(gòu)圖 銅互連的雙面PCB的前側(cè)的指定位置上。TFSC背側(cè)六棱錐基底互連通過熱 或超聲波焊被焊接到PCB前側(cè)的涂布銀的構(gòu)圖銅島狀物上。在使用環(huán)氧樹 脂代替焊劑的情況下，環(huán)氧樹脂層通過熱和/或IRAJV硬化被硬化。保護薄 膜旁路二極管被安裝和焊接(或環(huán)氧樹脂連接)到PCB背側(cè)?？蛇x的步驟是用高反射性銀薄層來閃涂金屬區(qū)域。步驟929涉及最后的太陽能模塊組裝 和層疊。制備疊置的低反射率回火的(在一個實施例也是經(jīng)過形貌構(gòu)造的) 頂玻璃、密封層、安裝有電池的PCB、另一密封層和Tedlar或聚乙烯氟化物 背側(cè)片。接下來，模塊疊置組件被密封并包裝起來，例如通過真空壓力層疊 方式。
圖55示出了太陽能模塊(太陽能板)結(jié)構(gòu)(從上述圖54所示的工藝流 程得到)的截面圖930,該太陽能模塊具有由已知的現(xiàn)有技術材#(例如Tedlar 或聚乙烯氟化物膜)制成的保護背板931、背側(cè)密封層932 (EVA)、本申請 公開的具有背構(gòu)圖電互連934和頂構(gòu)圖電互連935的雙面印刷電路板(PCB ) 933、具有安裝在PCB前側(cè)上的巻繞(或穿繞)反射鏡觸點和背側(cè)基底的電 池背側(cè)鏡和TFSC 936、頂部密封層(EVA) 937和涂布減反射材料(ARC) 回火玻璃(在一個實施例中，經(jīng)過形貌構(gòu)造的回火玻璃)938 Q人背側(cè)到頂 側(cè))，其具有大于98%的透射率以及具鴻;4鍍或噴鍍或液體涂布的減反射涂 層。這個模塊結(jié)構(gòu)可作為無框模塊或具有框(例如由鋁制得)的密封包裝組 裝起來。在一個實施例中，模塊組件是無框組件(也用于減少材料能量含量 和減少能量回收時間)。
圖56示意性示出制造降低成本和減小重量(輕型)的太陽能沖莫塊(對 應于圖57的太陽能模塊)的組裝工藝流程940的另一實施例。這個流程與 全自動模塊組裝兼容。這個工藝流程顯示了不需要使用厚玻璃板(如此，進 一步減小本申請公開的太陽能模塊的重量、成本和能量回收時間)并且不需 要在電池頂部放置EVA密封層的組裝工藝。該模塊的頂側(cè)(組裝電池的前 側(cè))被具有幾十到幾百微米量級的組合厚度的硬保護玻璃型層(如果需要， 也可包括頂ARC層)覆蓋。如所沉積的，淀積的該前側(cè)保護層由于TFSC 的3D結(jié)構(gòu)而有效地經(jīng)過形貌構(gòu)造。頂層可通過液體涂布^t支術(例如噴涂、 液體浸漬涂布或輥涂)以及接下來的熱或UV硬化工藝形成。用于液體噴涂
(或液體浸漬涂布或輥涂)的保護/AR層的熱(或UV)硬化可單步地與真 空壓力熱疊層工藝一起執(zhí)行。該實施例得到了材料消耗量減少、成本減少和 能量回收時間減少的輕型模塊組件。步驟942 (提供PCB)對應于圖54中 的步驟902。步驟944 (PCB構(gòu)圖和4艮金屬噴鍍)對應于步驟904。步驟946
(電池制備)對應于步驟906。步驟948 (自動TFSC布置)對應于步驟卯8。 步驟950涉及太陽能模塊層疊。制備安裝有電池的PCB、密封層和背側(cè)片的疊層。接下來，進行例如真空壓力層疊等適當?shù)拿芊?包裝工藝。步驟952
涉及淀積太陽能模塊前側(cè)保護涂層(其可在淀積時經(jīng)過自動形貌構(gòu)造并提供
有效的光捕獲能力以有效地耦合到TFSC)和可選的ARC層。太陽能板的前 側(cè)采用適當?shù)耐坎挤椒ㄍ坎贾〉谋Ｗo材料層(例如玻璃透明材津+)和可選 的頂部減反射涂層(ARC)。這種涂層(大約幾十到幾百微米)可使用液體 噴涂、液體輥涂、液體浸漬涂布、等離子噴涂或其它適當?shù)姆椒▽崿F(xiàn)。接下 來，進行熱/UV硬化工藝。
圖57顯示了太陽能模塊結(jié)構(gòu)(由圖56所示的工藝流程得到)的另一實 施例的截面圖960。代替圖55所示的頂部密封層(EVA) 937和減反射涂布 (ARC)回火玻璃938，這里有單個前側(cè)保護層和減反射涂層962。前側(cè)保 護層和減反射(ARC)涂層962通過液體噴涂/硬化、液體輥涂/硬化、液體 浸漬涂布/^更化、等離子噴涂或其它適合的低溫噴涂技術實現(xiàn)。這種前側(cè)保護 涂層和ARC層962經(jīng)過有效的形貌構(gòu)造，所淀積的涂層用于TFSC的3D結(jié) 構(gòu)(如此不需要單獨的形貌構(gòu)造工藝)。這是由于涂層可具有位于TFSC六 棱錐腔上方的浸點(低點)以及六棱錐反射鏡脊的峰點(高點)。前側(cè)保護 層和減反射涂層962可具有在幾十到幾百微米范圍的組合厚度。在一個實施 例中，厚度大約30-300微米。除了提供減反射涂層(ACR)功能，層疊的 前側(cè)保護/ARC層提供良好的保護，防止在實際的戶外使用情況下受到天氣/ 部件和外力影響(例如水雹撞擊)。因為前側(cè)涂層由于TFSC的3D結(jié)構(gòu)經(jīng)過 有效而且自動的形貌構(gòu)造，所以在前側(cè)涂層上使用單獨的ARC層是可選的。 經(jīng)過形貌構(gòu)造的涂層可在前側(cè)涂層4是供有效的光捕獲能力，以便有效地將大 部分(例如，大于95%)入射太陽能強度耦合到TFSC。前側(cè)保護層也可提 供光導功能，以消除或減少與頂部反射鏡觸點金屬化相關的反射損失。
圖58顯示了在建筑物窗戶中集成或組裝的太陽能電池的視圖970。該太 陽能電池可通過在3D六棱錐太陽能電池基板上形成孔或槽開口陣列而允許 部分可見光透射(例如，透射率在10%-30%的量級)。在一個實施例中，該 電池具有規(guī)則的孔或槽開口陣列，允許5%-20%的光透射。該圖是具有六棱 錐電池的太陽能玻璃的一部分的放大視圖(因此，六棱錐電池和太陽能玻璃 的相對尺寸關系沒有按比例準確表示出來)。圖58顯示了前側(cè)TFSC六角反 射鏡互連174和自對準背側(cè)六角基底觸點176。頂玻璃板972和底部玻璃板 974之間的距離978可在l-12mm之間。六棱錐電池參數(shù)可設計為允許所需程度的光透射通過電池(例如大約10%-90°/。)。平均光透射可通過TFSC的 寬高比來控制。
圖59顯示了在太陽能模塊組件中串聯(lián)本申請公開的TFSC的代表示例 的^L圖980。該例子示出了串聯(lián)的24個方形電池982 (6x4陣列)。串if關電 連接通過相鄰的串聯(lián)電池之間的箭頭表示。模塊能量輸入984和輸出986引 線也表示出來了。在實際模塊組件中，電池數(shù)量可小或大，并且電池可串耳關 或組合串聯(lián)和并聯(lián)。如上所述，模塊組件內(nèi)的電池串聯(lián)允許逐步增加DC電 壓，用于DC-AC轉(zhuǎn)換器(并且也限制了太陽能模塊的DC電流以便于進行 現(xiàn)場模塊安裝以及模塊-模塊電連接的可靠性)。本申請公開的基于印刷電路 板(PCB)的模塊組件支持任何數(shù)量的組裝為模塊的電池以及任何電連接構(gòu) 造(串聯(lián)、串聯(lián)/并聯(lián)組合或并聯(lián))。本申請公開的TFSC和模塊可提供相對 輕型的太陽能模塊，面積從小于1平方米-幾平方米(例如10平方米)，用 于各種應用。在模塊組件內(nèi)串聯(lián)的電池根據(jù)它們的光生電流(例如斷路電流 L和/或最大功率電流Im)等級來選擇。
本申請公開的太陽能模塊結(jié)構(gòu)和組裝方法基于使用印刷電路板(PCB ) 來組裝呈緊密排布的3D TFSC以及在模塊組件內(nèi)使用PCB板連接電池(在 一個實施例為串聯(lián))。PCB板可在PCB頂部具有單個構(gòu)圖后的金屬(一個實 施例為銅)互連層或在PCB板的頂面和背面上具有兩個構(gòu)圖后的銅層。圖 60為視圖990,顯示了用于太陽能模塊組件的印刷電路板(PCB)的前側(cè)涂 布著銀的銅布局(方框島狀物用作背側(cè)鏡(如果沒有集成反射鏡用于單孔電 池，或者如果電池是不具有基層的雙孔電池)以及基底互連，周邊方形銅帶 連接到TFSC周邊框架背側(cè)處的巻繞反射鏡觸點，連接PCB前側(cè)和背側(cè)的選 擇區(qū)域的填充銅通路插塞(copper-filled via plug)圖示為小圓)。這個實例圖 示了呈4 x 6行列布置的24個TFSC的陣列(PCB可設計用于任何數(shù)量和任 何布置方式的TFSC )。該PCB導體(銅或鋁)厚度可在大約10-超過100微 米的范圍內(nèi)，以提供高的導電和導熱能力。PCB也可用作有效的散熱器，以 減小TFSC工作時的溫度循環(huán)。PCB材料可選擇輕型、高強度材料(例如用 于航天工業(yè)的碳復合材料)、或者甚至是相對薄的柔性材料。較大面積的方 形涂布著銀的銅區(qū)域992連接到TFSC背側(cè)基區(qū)(單孔電池的背側(cè)基層的底 部或雙孔電池的底部脊)。該周邊涂布著銀的銅線994電連接到TFSC反射 鏡觸點金屬化區(qū)域。圖61顯示了用于太陽能模塊組件的印刷電路板(PCB)的背側(cè)(可選 地涂布著銀的)銅布局的俯視圖1000,顯示了 TFSC的串聯(lián)。PCB背側(cè)也可 包括薄膜旁路二極管，用于TFSC的遮陰保護(如圖60所示)。填充銅通鴻-插塞(圖示為圓)連接相應區(qū)域的PCB前側(cè)和背側(cè)金屬化圖案。這里的示 例用于在太陽能電池上連接24個TFSC,也可采用類似的PCB設計方法來 構(gòu)造和連接任意數(shù)量的電池，使其以任意形式的布置方式布置在模塊上。這 個PCB的前側(cè)視圖如圖60所示。這個示例示出全部串聯(lián)連接的4x6行列 布置的24個TFSC陣列(PCB可設計為具有任何數(shù)量和布置方式的TFSC )。 PCB導體(銅或銀)厚度可在大約IO到超過IOO微米的范圍內(nèi)，提供高的 導電和導熱能力。PCB也可用作有效的散熱器，以最小化TFSC工作時的溫 度循環(huán)。PCB材料可為輕型、高強度材料(例如用于航天工業(yè)的碳復合材料)。 圖61也示出了能量輸入線984 (第一電池的p線)和能量輸出線986 (最后 一個電;也的n線)。
圖62示出了 PCB上的銅圖案的背側(cè)圖1010,并且基本上類似于圖61。 這個圖也示出了使用安裝在PCB背側(cè)圖案上的保護薄膜旁路二極管(用于 電池遮陰保護)。
圖63A顯示了在用于一個TFSC的背側(cè)鏡以及發(fā)射極和基底互連的太陽 能模塊印刷電路板(PCB)的前側(cè)上的涂布著銀的銅圖案(用于安裝一個電 池的墊)的放大俯視圖1020 (相對尺寸沒有按比例繪出)。圖63A示出了尺 寸1022和L21024 (在一個實施例中，150mm到大于200m,其中L2-L, + 2(W+S))。 S 1026可為25-250微米量級。周邊銅導體帶(W) 1028的寬 度可在50-500微米。填充銅通路插塞1030圖示為圓形(以預定設計布置連 接PCB前側(cè)和背側(cè)上的互連圖案，以串聯(lián)TFSC或以任何其它所需的布置方 式，例如串聯(lián)/并聯(lián)，這里的代表示例是串聯(lián)全部所有電池，以逐步增加模塊 開路電壓)。插塞1030的直徑可在大約50-500微米的量級(可小于W 1028 )。 大的中心方形墊用作背側(cè)電池鏡以及基底互連面(連接到六棱錐基底觸點金 屬化)。中心方形(p區(qū)域觸點)中的通路的數(shù)量(N) 1032可在幾百-幾千 的量級。周邊線(n區(qū)域觸點)中的通路的數(shù)量(M) 1034可在幾十-幾百的 量級(甚至上千)。在接觸TFSC發(fā)射極(n)區(qū)域的周邊線上的通路被布置 在三側(cè)上。PCB導體(銅或鋁)厚度可在大約10-超過IOO微米范圍內(nèi)，以 提供高導電導熱能力。PCB板也可用作有效的散熱器，以減小TFSC工作溫度循環(huán)。該圖顯示了在圖60的全部模塊PCB陣列中的一個銅互連/鏡墊。
圖63B示出了用于本申請公開的一對相鄰的TFSC的發(fā)射極和基底電連 接的在太陽能模塊印刷電路板(PCB)(示出一部分PCB)的背側(cè)上的涂布 著銀的銅互連圖案的放大俯視圖1040。圖63B示出了用于陣列中的TFSC 1 和2的PCB背側(cè)涂布著4艮的銅互連圖案。這里顯示銅圖案用于串聯(lián)TFSC 以逐步增加模塊開路電壓。圖63B顯示尺寸L,' 1042，周邊發(fā)射極(n區(qū)域) 連接線寬W' 1044 (在一個實施例中，2-10mm)，中心基底(p區(qū)域)連接 板和周邊發(fā)射極(n區(qū)域)連接線S' 1046 (在一個實施例中，100微米-1 mm ) 之間的間隔。注意L,' 1042比圖63A中的Ll小大約2-10mm。這使得可獲 得更大的周邊發(fā)射極(n區(qū)域)連接線寬并且極大減小PCB背側(cè)的歐姆損失。 本申請公開的3D TFSC基板可使用周邊厚硅框架，該框架既用于加強 機械支撐也用于方便形成繞過或巻繞發(fā)射極觸點金屬化(便于太陽能模塊組 裝)。厚硅框架可單獨由非常廉價的硅材料(例如冶金級或回收的硅晶片) 制造。圖64顯示了厚硅框架、硅框架條以及從非常廉價的圓形(例如，微 電子角度的廢品硅)或方形(例如矩形)鑄造硅(或回收硅)基板生產(chǎn)(例 如切割)出硅條的代表方法的各種示意圖1050。這些條可由非常廉價的晶體 或多晶硅制成，例如冶金級鑄造Si。圓形1052或方形1054硅晶片(例如， 200x 200mm鑄造冶金級硅基板)可用于通過切割工藝(例如激光切割)來 制造數(shù)百個硅條1056 (通過焊接工藝(例如電子束焊接)制造用于3D TFSC 基板的厚硅框架的四個硅條)。
這些條1056可用于制造用于上述基板的厚硅框架。單獨制造的厚硅框 架可通過下述的一種技術隨后集成附著到3D TFSC基板(在一個實施例中 在3D薄膜電池加工之前)在幾個周邊點/節(jié)點進行電子束焊接；通過在才莫 板上放置周邊厚硅框架以及允許厚硅框架與3D TFSC基板通過硅淀積工藝 無縫附著來實現(xiàn)的3D TFSC基板制造硅淀積過程中的聯(lián)接；或清潔硬化的 環(huán)氧樹脂。
俯視圖1058顯示了熔融到3D TFSC基板的厚硅框架。硅框架的厚度 1060為大約50-500微米。這里有焊接(例如電子束焊接)點1062 (四個焊 接點)，其中L1064大約150-300 mm， W 1066大約100-1000微米。條1056 可具有通孔(如1068所示)，以幫助繞過/巻繞發(fā)射極金屬化觸點。
下面的部分示意性示出了各種與本申請公開主題相關的計算。為給出薄硅膜厚度和基板尺寸(例如200 x 200mm基板尺寸)數(shù)值，在 3D六棱錐基板結(jié)構(gòu)中使用的實際硅材料量(例如通過總硅表面面積、體積 或重量計算得到的量)實際上大于具有相同尺寸(例如200x200mm)的共 面(平的)基板的使用量。
圖65 (類似于圖13)提供對下列計算的參考。B是H2和H3之間的中 點，A是Hs和H6之間的中點，HiH4-H3H5-d， AB是六角單元電池孔水平 距離(h):
h =(勿2 ) d
前側(cè)孔徑角a是由A-T-B定義的角度，前側(cè)孔徑角(3是由H6-T-H3定義 的角度，并可計算如下
a = 2 tarf 1 〔(々3.d)/(4H)〕
(3 = 2 tan-1 〔d/(2H)〕
錐基底(Shb)的表面面積
Shb= 〔(3々3) /8〕 .d2
錐側(cè)壁(Shp)的表面面積
Shp= 〔(3々3) /8〕 .d2. V[1+(16/3).(H/D)2]
因此，有效表面積》文大因子(Shp/Shb)為
ShP/Shb" 〔1+ (16/3) . (H/d) 2]
為了在3D TFSC結(jié)構(gòu)中獲得非常高效的光捕獲能力以及非常低的有效 表面反射因子并具有合理(即不過多)的面積放大因子Shp/Shb，孔徑角(a 和p )被選擇而優(yōu)選地處于大約20-40°的范圍內(nèi)。
圖66顯示了六棱錐側(cè)壁面積與平面六角基底面積的比例(Shp /Shb)與 六棱錐單元電池的高-基底對角直徑比(H/d)的關系。對于近理想的孔徑角 而言，優(yōu)選的H/d范圍被示出在虛線之間(H/d大約1.5-3.0)。這導致側(cè)壁-基底面積比例在大約4-7的數(shù)量級。
圖67和68示出了計算得到的太陽能電池六棱錐單元電池的前側(cè)孔徑角 (a和(3)與六棱錐單元電池的高-基底對角直徑比(H/d)的關系。
圖69被提供作為下面計算的參考。3D基板的六棱錐單元電池可近似為
錐狀(與六棱錐具有相同高度并且與六棱錐具有相同基底面積)。孔徑角(cp ) 曰
疋
『2tan" 〔D/ (2H)〕錐基底(Scb)的表面面積 Scb =(兀D2)/4
錐側(cè)壁(Scp)的表面面積
Scp =〔((兀D2)/4 〕.々[1 + (2H/D)2]
因此，側(cè)壁表面積Scp與頂基底表面積Seb的比例(Scp/Seb)為 Scp/Scb = A/ 〔1 + (2H/D) 2〕
圖70和71顯示了錐形單元電池側(cè)壁面積與平圓形基底面積的比例(Scp /Scb)與六棱錐單元電池的高-基底直徑比(H/D)的關系、以及計算得到的 太陽能電池錐形單元電池(作為六棱錐單元電池的近似)的前側(cè)孔徑角cp與 六棱錐單元電池的高-基底直徑比(H/D)的關系。這些視圖提供了錐形狀的 孔徑角和表面積比例的圖表，其中圖66-68顯示了對于六棱錐單元電池的這 些圖表。錐形單元電池(作為六棱錐單元電池的近似)的這些結(jié)果(圖表) 與六棱錐單元電池的結(jié)果具有相當?shù)目杀刃浴?br> TFSC和模塊互連中的一個重要考慮是與TFSC以及太陽能模塊組件中 的電連接相關的總的功率損失。本申請公開的六棱錐3D cSi TFSC和基于 PCB的模塊設計有效地解決了這個問題，實現(xiàn)了在電池和模塊內(nèi)部非常低的 互連歐姆損失。在本申請公開的技術范圍內(nèi)，該特征(與高效包裝基于PCB 的太陽能模塊組件上的TFSC相關)極大縮小了 TFSC和太陽能模塊組件之 間的效率間隙(efficiency gap )。
下面的部分涉及在本申請公開的六棱錐3D TFSC中的發(fā)射極觸點金屬 化歐姆損失的基本計算。發(fā)射極觸點金屬化的歐姆損失的計算也可應用于基 底觸點金屬化。然而，由于本申請公開的幾個實施例在構(gòu)圖后的印刷電路板 上安裝了 3D TFSC,基底觸點金屬化以平的形式電連接到相當高導電率的銅 墊上，這極大地減少了基底互連歐姆損失(與發(fā)射極互連歐姆損失相比)。 因此，在本申請公開的實際實施例中，互連歐姆損失是由發(fā)射極觸點金屬化 決定的。
圖72可做TFSC互連歐姆損失的近似分析計算參考，假定采用基于本 申請公開的電池設計實施例的具有單元電池的六棱錐陣列的圓形基板。由于 總體電池互連歐姆損失是由頂部發(fā)射極觸點金屬化決定的，因此由六角發(fā)射 極觸點金屬化引起的歐姆功率損失作為最大功率的電池電流和發(fā)射極觸點 金屬垂直高度覆蓋度L/d (在錐側(cè)壁上的發(fā)射極觸點金屬覆蓋的高度與錐形單元電池長六角對角尺寸的比)的函數(shù)計算。這里所示出的分析計算用于產(chǎn)
生在下面的圖(圖73-87)中的圖表。執(zhí)行的計算和對圓形基板獲得的趨向 也近似地應用于方形TFSC基板。
對于下列計算Io是在峰值功率下的總電池電流；A=(兀A2)/4，總電 池面積(對圓形電池而言)；Jo= (4.10) / (兀A2)，電池電流強度；Rto是頂 部蜂窩結(jié)構(gòu)觸點金屬的薄膜電阻；C是垂直高度L的蜂窩結(jié)構(gòu)觸點的有效平
表面覆蓋率；并且R^f-Rthm/C，其中Reff是頂部金屬觸點的有效平表面片電阻。
基于上述定義，作為最大電池功率的互連歐姆損失為
P, ^ (RttaI。2)/{8;r(Shp/Shb)[l — (l — L/H)2]}
Pt s (R"2)/阿Vl + (16/3)(H/d)2 ][l - (1 _ L/H)2]}
圖73和74繪制了在本申請公開的主題的3D TFSC中的預期的(計算 得到的)互連相關的太陽能電池功率損失，其作為六棱錐高度對對角基底尺 寸(H/d)的比例的函數(shù)，用于在3D太陽能電池基板的頂部上的兩個不同的 發(fā)射極互連區(qū)域覆蓋率。對于H/d = 2.0，作為從400cm2太陽能電池獲得最 大功率的結(jié)果，歐姆功率損失預期為大約0.1-0.2W (取決于兩個圖表中示出 的發(fā)射極計算覆蓋率)。由于在本示例中的最大太陽能電池功率被假定為大 約8W，太陽能電池互連的歐姆功率損失(由發(fā)射極電流收集決定)被預期 在1.25%-2.5%。 PCB金屬圖案可被設計為PCB互連歐姆功率損失遠小于上 述太陽能電池互連功率損失。如此，總歐姆功率損失可保持為正好在2%之 下。這意味著使用本申請公開主題的太陽能電池和模塊技術，太陽能電池和 太陽能模塊之間的效率間隙可正好減小到2°/。之下。如此，以23%的太陽能 電池效率，我們可以非常有信心地指出我們將獲得具有至少21%的太陽能模 塊效率。兩個視圖示出了對于具有400cn^的大面積的電池、以最大功率(假 定大約8Wp最大功率)下的12A電流計算得到的太陽能電池歐姆功率損失。 Rthm是在蜂窩結(jié)構(gòu)六角脊上的發(fā)射極觸點/金屬層(例如Ag層或在耐火金屬 層上的Ag疊層)的薄膜電阻(兩個圖都是0.0075 Q/平方)。比例L/H (這 里在圖73中是0.05，在圖74中是0.025)是在蜂窩結(jié)構(gòu)脊上的發(fā)射極金屬 化觸點的垂直覆蓋高度對六棱錐單元電池的高度的比例。
下面的圖顯示了對Rto和L/H的各個數(shù)值的圖表。圖75顯示Rto是0.002
43Q/平方，L/H是0.05。圖76顯示Rthm是0.002 Q/平方，L/H是0.01。圖77 顯示Rthm是0.005 Q/平方，L/H是0.01。圖78顯示Rthm是0.005 Q/平方，L/H 是0.02。圖79顯示Rthm是0.005 Q/平方，L/H是0.05。圖80顯示Rthm是0.005 Q/平方，L/H是0. 1。圖81顯示Rthm是O.Ol O/平方，L/H是0.05。圖82顯 示Rthm是O.Ol Q/平方，L/H是0.02。圖83顯示Rthm是0.003 Q/平方，L/H 是0.02。圖84顯示Rthm是0.003 Q/平方，L/H是0.05。
總之，本申請公開主題提供多個錐狀三維薄膜太陽能電池的實施例。錐 狀三維薄膜太陽能電池包括具有自對準選擇性發(fā)射極區(qū)域和自對準基底漫 射區(qū)域的半導體基板、錐狀三維薄膜太陽能電池還包括自對準發(fā)射極觸點金 屬化區(qū)域和自對準基底觸點金屬化區(qū)域。
對這里的實施例的各種修改對本領域技術人員是顯而易見的，并且這里限定 的一般原理可應用于其它實施例，而不需要使用創(chuàng)造性。如此，本申請公開 主題僅僅限于這里公開的實施例，也最廣泛地遵循這里公開的原理和新穎的 特征。
權(quán)利要求
1.一種錐狀三維薄膜太陽能電池，包括錐狀三維薄膜太陽能電池基板，包括發(fā)射結(jié)區(qū)和摻雜基區(qū)；發(fā)射極金屬化區(qū)域；和基底金屬化區(qū)域，其中，所述錐狀三維薄膜太陽能電池基板包括多個錐形單元電池。
2. 如權(quán)利要求1所述的錐狀三維薄膜太陽能電池，其中所述發(fā)射結(jié)區(qū) 和摻雜基區(qū)包括選擇性發(fā)射結(jié)區(qū)和選擇性摻雜基區(qū)。
3. 如權(quán)利要求1所述的錐狀三維薄膜太陽能電池，其中所述發(fā)射結(jié)區(qū)包 括自對準發(fā)射結(jié)區(qū)，所述摻雜基區(qū)包括自對準摻雜基區(qū)，所述發(fā)射極金屬化 區(qū)域包括自對準發(fā)射極金屬化區(qū)域，并且所述基底金屬化區(qū)域包括自對準基 底金屬化區(qū)域。
4. 如權(quán)利要求1所述的錐狀三維薄膜太陽能電池，其中所述錐狀三維 薄膜太陽能電池基板包括硅基板。
5. 如權(quán)利要求4所述的錐狀三維薄膜太陽能電池，其中所述硅基板包 括晶體硅基板。
6. 如權(quán)利要求1所述的錐狀三維薄膜太陽能電池，其中所述錐狀三維 薄膜太陽能電池基板包括具有多棱錐設計的錐狀三維薄膜太陽能電池基板。
7. 如權(quán)利要求7所述的錐狀三維薄膜太陽能電池，其中所述多棱錐設 計包括六棱錐設計。
8. 如權(quán)利要求7所述的錐狀三維薄膜太陽能電池，其中所述多棱錐設 計包括四棱錐-沒計。
9. 如權(quán)利要求7所述的錐狀三維薄膜太陽能電池，其中所述多棱錐設 計包括三棱錐設計。
10. 如權(quán)利要求7所述的錐狀三維薄膜太陽能電池，其中所述多棱錐設 計包括正交V形槽設計。
11. 如權(quán)利要求1所述的錐狀三維薄膜太陽能電池，其中還包括背側(cè)鏡。
12. 如權(quán)利要求11所述的錐狀三維薄膜太陽能電池，其中所述背側(cè)鏡 包括集成的背側(cè)鏡。
13. 如權(quán)利要求11所述的錐狀三維薄膜太陽能電池，其中所述背側(cè)鏡包括獨立的背側(cè)鏡。
14. 一種錐狀三維薄膜太陽能電池，包括錐狀三維薄膜太陽能電池基板， 其中所述錐狀三維薄膜太陽能電池基板包括多個錐形單元電池。
15. 如權(quán)利要求14所述的錐狀三維薄膜太陽能電池，其中還包括背側(cè)鏡。
16. 如權(quán)利要求15所述的錐狀三維薄膜太陽能電池，其中所述背側(cè)鏡 包括集成的背側(cè)鏡。
17. 如權(quán)利要求15所述的錐狀三維薄膜太陽能電池，其中所述背側(cè)鏡 包括獨立的背側(cè)鏡。
18. —種錐狀三維薄膜太陽能電池，包括錐狀三維薄膜太陽能電池基板， 其中所述錐狀三維薄膜太陽能電池基板包括具有錐狀腔體的多個單元電池。
19. 如權(quán)利要求18所述的錐狀三維薄膜太陽能電池，其中所述錐狀腔體被薄半導體側(cè)壁環(huán)繞。
20. 如權(quán)利要求18所述的錐狀三維薄膜太陽能電池，其中還包括背側(cè)鏡。
21. 如權(quán)利要求20所述的錐狀三維薄膜太陽能電池，其中所述背側(cè)鏡 包括集成的背側(cè)鏡。
22. 如權(quán)利要求20所述的錐狀三維薄膜太陽能電池，其中所述背側(cè)鏡 包括分離的背側(cè)鏡。
全文摘要
一種錐狀三維薄膜太陽能電池，包括錐狀三維薄膜太陽能電池基板，包括發(fā)射結(jié)區(qū)和摻雜基區(qū)；發(fā)射極金屬化區(qū)域；和基底金屬化區(qū)域，其中，所述錐狀三維薄膜太陽能電池基板包括多個錐形單元電池?？蛇x的，該錐狀三維薄膜太陽能電池可安裝在背側(cè)鏡上，以提高光捕獲能力和轉(zhuǎn)換效率。
文檔編號H01L31/00GK101657904SQ200780045520
公開日2010年2月24日 申請日期2007年10月7日 優(yōu)先權(quán)日2006年10月9日
發(fā)明者梅爾達德·莫斯萊 申請人:速力斯公司