專利名稱：背接觸型光伏器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本申請(qǐng)涉及光伏器件，尤其涉及一種稱為“背接觸”型、即陰極和陽(yáng)極接觸部均位 于背面的新型光伏器件。更具體地，本發(fā)明涉及一種具有創(chuàng)新結(jié)構(gòu)的新型光伏器件，其目的是借助于沒有 接觸部的前表面和能夠優(yōu)化電荷收集過程的結(jié)構(gòu)使器件的效率最大化。
背景技術(shù)：
已知光伏器件包括所謂的晶片，該晶片包括至少一個(gè)p-摻雜半導(dǎo)體、即具有過量 空穴的半導(dǎo)體，所述P-摻雜半導(dǎo)體與至少一個(gè)n_摻雜半導(dǎo)體、即具有過量電子的半導(dǎo)體耦 合，所述半導(dǎo)體各具有它們的相對(duì)應(yīng)的電接觸部，其中在所述P-摻雜半導(dǎo)體的表面(由鈍 化層充分覆蓋)上的光子輻射引起電荷位移，因此在外部導(dǎo)體中產(chǎn)生電流。現(xiàn)在，提高光伏器件的效率是每個(gè)太陽(yáng)能電池制造商的主要目標(biāo)。原則上，提高光 伏器件的效率將與降低每峰值瓦特[Wp]的最終成本一致，盡管與生產(chǎn)過程的任何必要的 進(jìn)一步復(fù)雜化相關(guān)的經(jīng)濟(jì)問題始終都應(yīng)予以重視。考慮到發(fā)射極接觸部，幾種目前已知的技術(shù)可以制造高效率的器件，其中發(fā)射極 接觸部設(shè)置在光伏器件的背面，因此使太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換可用的表面積最大化。所述技術(shù)已經(jīng)適用于工業(yè)化，但大多數(shù)制造商還是更愿意使用被稱為“絲網(wǎng)印刷” 的簡(jiǎn)單技術(shù)來制造光伏器件，以便于控制成本。為什么相對(duì)“原始”的技術(shù)仍然流行的原因是容易理解的。利用所述絲網(wǎng)印刷技術(shù)，制造過程僅包括需要使用能夠在薄至200 y m的“晶片” 上操作的直接高效的生產(chǎn)方式的幾個(gè)步驟?？紤]到目前硅的短缺，可以通過最少地使用硅來降低PV器件的成本。因此，現(xiàn)在 越來越傾向于減小硅的厚度，但這存在缺點(diǎn)。事實(shí)上，因?yàn)槠錅p小的厚度，沉積在器件背面的鋁漿傾向于使晶片彎曲，并且因此 增大光伏器件在最終的生產(chǎn)階段中破裂的風(fēng)險(xiǎn)。絲網(wǎng)印刷工藝因此在減小所采用的晶片的厚度的方面被證明是關(guān)鍵方法。另一方 面，前面提到的高效的工藝具有多個(gè)缺點(diǎn)，所述缺點(diǎn)由于各種原因使它們?cè)谑袌?chǎng)上不能占 有主導(dǎo)地位。對(duì)復(fù)雜制造步驟的需要、與需要具有高純度的昂貴原材料相結(jié)合，使得每峰值 瓦特的最終成本比得上使用更簡(jiǎn)單的絲網(wǎng)印刷工藝可達(dá)到的成本。已知的光伏器件的效率還受到前表面上的金屬發(fā)射極接觸部的存在的限制，所述 金屬發(fā)射極接觸部在太陽(yáng)能電池的表面上起到屏障的作用，由此減小器件的有效表面積。為了克服所述缺點(diǎn)，還已知所謂的“背接觸”光伏器件，其中所述接觸部不設(shè)置在 前表面。在這些新的技術(shù)方案中，所述背接觸型光伏器件特別吸弓I人和令人感興趣。所述 器件的具有美感的特征和效率都優(yōu)于傳統(tǒng)替代方式的特征和效率，而且電池也更容易組裝。
現(xiàn)在已知使用該方法的幾個(gè)工業(yè)步驟。依照所述工藝中的一種，例如，p-n電荷之間的分離界面與指狀組合型收集 (collection)接觸部一起位于器件的背面。這類器件的效率是在市場(chǎng)上可獲得的器件中最 高的，但是在制造過程中所涉及的復(fù)雜的步驟和所需的特殊原材料(FZ Si)使制造過程相 當(dāng)復(fù)雜且成本相當(dāng)高。
為了克服所述缺點(diǎn)，已經(jīng)開發(fā)了已知名稱分別為金屬環(huán)繞穿通(MWT)和發(fā)射極環(huán) 繞穿通(EWT)的其它技術(shù)。所述兩種方法都包括借助于激光技術(shù)在晶片的厚度中形成多個(gè) 孔。具體地，MWT方法包括利用與用于前接觸部的金屬漿相同類型的金屬漿來填充所 述孔，以便形成將電池的前面與位于電池背面的收集接觸部連接的多個(gè)管道。另一方面，所述EWT方法包括利用發(fā)射極的層來覆蓋所述孔的內(nèi)壁，從而將表面 發(fā)射極和背面的敷金屬(metallisation)連接。

發(fā)明內(nèi)容
本申請(qǐng)的目的是實(shí)現(xiàn)一種所謂的“背接觸”型的新型光伏器件。本發(fā)明的主要目的是通過增大太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換過程中的整體有效表面積和一個(gè)優(yōu)化 的電荷收集過程來獲得較高的效率。本發(fā)明的另一個(gè)重要的目的是加速和簡(jiǎn)化其制造中涉及的程序，并且因此降低每 峰值瓦特的成本。所述的以及其它直接的和補(bǔ)充的目的通過新型的背接觸光伏器件而實(shí)現(xiàn)，所述背 接觸光伏器件包括至少一個(gè)由P-摻雜、如利用硼摻雜的半導(dǎo)體材料制成的前發(fā)射極，所述 前發(fā)射極與至少一個(gè)由η-摻雜、如利用磷摻雜的半導(dǎo)體材料制成的后部分耦合，其中借助 于一個(gè)或多個(gè)由P-摻雜半導(dǎo)體材料制成的、穿過所述插入的P-摻雜部分的厚度的發(fā)射極 板、管道或凸起狀的一般元件，所述發(fā)射極的前部分和位于器件后部的多個(gè)金屬接觸部連 接。具體地，所述新型器件具有大體分層的結(jié)構(gòu)，其中所述發(fā)射極包括由ρ-摻雜的半 導(dǎo)體材料制成的延伸的前部分，優(yōu)選地借助于至少一個(gè)厚度例如分別為78和4nm的、典型 地具有Si3N4/Si02結(jié)構(gòu)的材料層的沉積，所述前部分的暴露的表面受到電子鈍化。所述發(fā)射極還包括一個(gè)或多個(gè)與所述延伸的前部分連接的突出部分，所述突出部 分呈板、管道或凸起狀的一般元件的形式，以下稱為擴(kuò)散器元件，它也由P-摻雜的半導(dǎo)體 材料制成，并且穿過由η-摻雜半導(dǎo)體材料制成的插入部分的整個(gè)厚度，發(fā)射極的金屬接觸 部形成在面朝器件的后部的所述擴(kuò)散器元件的下邊緣上。除了所述發(fā)射極接觸部外，在器件的后部還存在由入射發(fā)光光束的光子的吸收而 產(chǎn)生的用于光生載流子的指狀組合型收集接觸部，所述收集接觸部和所述η-摻雜部分連接。所述新型器件因此在所述延伸的前部分上沒有孔；反而，其僅具有局部性的擴(kuò)散 器元件，所述擴(kuò)散器元件從器件的前部分延伸到后部分、穿過所述η-摻雜部分并由此在前 P-n界面和背接觸部之間提供連接。在器件的后部、圍繞ρ-摻雜擴(kuò)散器元件和η-摻雜部分之間的接觸部區(qū)域還設(shè)置了一些槽，以確保所述P-摻雜擴(kuò)散器元件和n-摻雜部分之間以及相應(yīng)的接觸部之間更好 的隔離(絕緣)。在所述優(yōu)選實(shí)施方式中，所述發(fā)射極的背接觸部在所述擴(kuò)散器元件的下邊緣上由 銀/鋁漿印制，而所述n-摻雜部分的背接觸部由銀漿制成。所述穿過大約200 P m厚的n_摻雜部分厚度的擴(kuò)散器元件可以例如通過激光輔助
擴(kuò)散獲得。在所述優(yōu)選實(shí)施方式中，所述發(fā)射極包括多個(gè)擴(kuò)散器元件，所述擴(kuò)散器元件呈與 所述延伸的前部分大體正交、優(yōu)選地彼此平行、并排設(shè)置、與正交于所述平坦的前部分延伸 的另一個(gè)側(cè)壁相垂直的板的形式。擴(kuò)散器通道也可以是一系列相鄰的帶有100 U左右直徑的基體的圓筒。背接觸部被印制在每個(gè)所述板下部邊緣上、面朝器件的后部、大體形成朝向所述 收集器側(cè)壁匯聚的線路(或電路)。所述n-摻雜部分具有與所述發(fā)射極互補(bǔ)的形狀并因此包括多個(gè)平行板，每個(gè)所 述平行板插入在兩個(gè)所述發(fā)射極板之間并與它們接觸，并且同樣并排設(shè)置并與一個(gè)側(cè)壁垂直。背接觸部被印制在n-摻雜部分的每個(gè)所述板的下邊緣上，并且大體形成朝向所 述收集器側(cè)壁匯聚的線路。由于省略了前表面上的所有敷金屬以及由此其可用表面積的最大化，本新的發(fā)明 獲得高的效率。此外，由于與所述前部分大體正交的擴(kuò)散器元件的側(cè)壁，其增大了 p-摻雜部分和 n-摻雜部分之間的界面的有效表面積，因此存在使光生載流子分離的更好的機(jī)會(huì)。至于使用激光技術(shù)進(jìn)行所述擴(kuò)散器元件的制造，已經(jīng)證明合適的激光源能夠局部 提高硅的溫度直到其升華，而不會(huì)造成圍繞輻射區(qū)域的晶體的交聯(lián)的過度損害。因此認(rèn)為 可行的是，借助于液相中雜質(zhì)的擴(kuò)散，獲得合適的摻雜區(qū)域、例如實(shí)現(xiàn)新器件所需要的摻雜 區(qū)域，其中所述擴(kuò)散通過利用激光融化所述區(qū)域而實(shí)現(xiàn)。目的是借助于可在數(shù)毫秒內(nèi)完成 的快速、可靠的步驟獲得和P-摻雜部分的整體厚度一樣厚的擴(kuò)散器元件。然而，使用激光源產(chǎn)生所述擴(kuò)散器元件不應(yīng)被認(rèn)為是限制性的，而僅僅是作為用 于其制造的可行技術(shù)方案中的一種。器件也可以通過將基本摻雜從n型向p型轉(zhuǎn)換、以及由此利用n型摻雜形成發(fā)射 極和連接通道或板，從而被制造并方便地被應(yīng)用。


通過作為非限制性示例給出的、參照所附附圖的以下描述，新型光伏器件的特點(diǎn)
將變得更清楚。圖1示出了新型器件的構(gòu)造，所述新型器件——在豎直方向上——包括一系列的 層由Si3N4/Si02構(gòu)成的復(fù)合前表面鈍化層(1. 1、1. 2)、由硼摻雜的p-摻雜硅制成的發(fā)射極 ⑵的延伸的前部分(2. 1)、由磷摻雜的n-摻雜硅制成的后部分(3)、以及由鋁/銀制成的 發(fā)射極(2)的背接觸部(4)和n-摻雜部分(3)的銀收集器接觸部(5)。圖2和圖3分別詳細(xì)示出了 p-摻雜發(fā)射極⑵及其相對(duì)應(yīng)的接觸部(4)、以及η-摻雜部分(3)及其相對(duì)應(yīng)的接觸部(5)。圖4示出了沒有背接觸部(4、5)的器件的后部。
圖5示出了發(fā)射極⑵和η-摻雜部分(3)的背接觸部(4、5)細(xì)節(jié)圖，在圖中還可 見插入的槽(6)。圖6示出了器件的橫截面。
具體實(shí)施例方式新型光伏器件為背接觸型，即它的陽(yáng)極接觸部(4)和陰極接觸部(5)均位于器件 的后部。新型器件包括由P-或η-摻雜的半導(dǎo)體材料制成的前發(fā)射極(2)，所述前發(fā)射極 (2)與至少一個(gè)由η-或P-摻雜的半導(dǎo)體材料制成的后部分(3)耦合，所述發(fā)射極(2)的前 部分(2. 1)借助于一個(gè)或多個(gè)由P-或η-摻雜的半導(dǎo)體材料制成的、完全地或部分地穿過 所述η-或ρ-摻雜的插入部分(3)的板(2. 3)、管道或凸起狀的一般元件與位于器件后部的 多個(gè)金屬接觸部(4)連接。如圖1所示，新型器件具有大體分層的設(shè)計(jì)，其中所述發(fā)射極(2)包括延伸的前部 分(2. 1)，其暴露的表面優(yōu)選地借助于典型地具有Si3N4/Si02結(jié)構(gòu)的至少一個(gè)復(fù)合層(1. 2、 1.2)的沉積而受到電子鈍化。所述發(fā)射極(2)還包括與所述延伸的前部分(2. 1)連接的一個(gè)或多個(gè)呈板、管道 或凸起狀的一般元件形式的突出部，以下稱為擴(kuò)散器元件(2. 3)，其完全地或部分地穿過插 入的η-或ρ-摻雜部分(3)，其中所述擴(kuò)散器元件(2.3)的下邊緣(2.31)支撐發(fā)射極(2) 的金屬接觸部(4)。與所述η-或ρ-摻雜部分(3)連接的光生載流子的指狀組合型收集器接觸部(5) 也位于器件的后部。圍繞所述ρ-或η-摻雜擴(kuò)散器元件(2. 3)與η_或ρ_摻雜部分(3. 1)之間的接觸區(qū) 域，在器件的后部還設(shè)置了多個(gè)槽(6)，以便于提供在所述ρ-或η-摻雜擴(kuò)散器元件(2. 3) 與η-或P-摻雜部分(3. 1)之間以及它們相對(duì)應(yīng)的接觸部(4、5)之間的更好的隔離。在所述優(yōu)選實(shí)施方式中，所述擴(kuò)散器元件(2. 3)呈與所述延伸的前部分(2. 1)大 體正交、優(yōu)選地彼此平行并且并排設(shè)置、與正交于所述平坦的前部分(2. 1)延伸的另一個(gè) 側(cè)壁(2. 2)垂直的板的形式。所述擴(kuò)散器元件也可以是一系列相鄰的帶有100 μ左右直徑的基體的圓筒。背接觸部分(4)被印制在每個(gè)所述板(2. 3)下部邊緣(2. 31)上、面朝器件的后 部、大體形成朝向所述側(cè)收集器壁(2. 2)匯聚的線路。所述η-或ρ-摻雜部分(3)具有與所述發(fā)射極(2)的形狀互補(bǔ)的形狀并因此包括 多個(gè)平行板(3. 1)，每個(gè)所述平行板(3. 1)插入在兩個(gè)所述發(fā)射極(2)的板(2. 3)之間且與 它們接觸，并且并排設(shè)置且與一個(gè)側(cè)壁板(3. 2)垂直。背接觸部(5)被印制在η-或ρ-摻雜部分的每個(gè)所述板(3. 1)的下邊緣(3. 11) 上，大體形成朝向所述側(cè)收集器壁(3. 2)匯聚的線路。因此，參考上面的描述并參考附圖，提出以下權(quán)利要求。
權(quán)利要求
一種光伏器件，其包括至少一個(gè)p-摻雜半導(dǎo)體以及相應(yīng)的金屬接觸部，所述p-摻雜半導(dǎo)體與至少一個(gè)n-摻雜半導(dǎo)體耦合，其特征在于，所述光伏器件包括至少一個(gè)由p-或n-摻雜半導(dǎo)體材料制成的前發(fā)射極(2)，所述前發(fā)射極(2)與至少一個(gè)由n-或p-摻雜半導(dǎo)體材料制成的后部分(3)耦合，其中所述發(fā)射極(2)的前部分(2.1)借助于一個(gè)或多個(gè)擴(kuò)散器元件(2.3)與位于所述器件后部的多個(gè)金屬接觸部(4)連接，所述擴(kuò)散器元件(2.3)呈板、管道或凸起狀的一般元件的形狀、由p-或n-摻雜半導(dǎo)體材料制成、并且從所述發(fā)射極(2)的所述前部分(2.1)延伸穿過全部或部分的n-或p-摻雜部分(3)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光伏器件，其特征在于，所述光伏器件包括一個(gè)或多個(gè)槽 (6)，所述槽(6)鄰近于或沿著所述ρ-或η-摻雜擴(kuò)散器元件(2. 2)與所述η-或ρ-摻雜部 分(3)之間的一個(gè)或多個(gè)耦合區(qū)域設(shè)置在所述器件的后表面上，以部分地或完全地隔離所 述P-或η-摻雜擴(kuò)散器元件(2. 2)和所述η-或ρ-摻雜部分(3)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的光伏器件，其特征在于，所述ρ-或η-摻雜發(fā)射極(2)包 括延伸的前部分(2. 1)，多個(gè)呈平行板形狀的所述擴(kuò)散器元件(2. 3)從所述前部分(2. 1)大 體正交地延伸、大體并排地設(shè)置并且與一側(cè)壁(2. 2)垂直，其中所述η-或ρ-摻雜部分(3) 具有互補(bǔ)的形狀、包括多個(gè)平行板(3. 1)，每個(gè)所述平行板(3. 1)插入在所述發(fā)射極(2)的 兩個(gè)板(2. 3)之間，并且與另一個(gè)側(cè)壁(3. 2)垂直。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的光伏器件，其特征在于，所述ρ-或η-摻雜發(fā)射極(2) 的背接觸部(4)沿著相應(yīng)的板(2. 3)的下邊緣(2. 31)被施加、并且與沿著發(fā)射極(2)的所 述側(cè)壁(2.2)的下邊緣(2.21)被施加的接觸部(4. 1)連接，而所述η-或ρ-摻雜部分(3) 的背收集器接觸部(5)沿著相應(yīng)的板(3. 1)的下邊緣(3. 11)被施加、并且與沿著所述η-或 P-摻雜區(qū)域⑶的所述側(cè)壁(3. 2)的下邊緣(3. 21)被施加的接觸部(5. 1)連接，由此所述 P-或η-摻雜發(fā)射極(2)的所述接觸部(4、4. 1)和所述η-或ρ-摻雜部分(3)的所述接觸 部(5、5. 1)分別實(shí)現(xiàn)彼此不相交叉的線路。
全文摘要
一種新型光伏器件，其包括至少一個(gè)由p-或n-摻雜半導(dǎo)體材料制成的前發(fā)射極(2)，所述前發(fā)射極(2)與至少一個(gè)由n-或p-摻雜半導(dǎo)體材料制成的后部分(3)耦合，其中所述發(fā)射極(2)的前部分(2.1)借助于一個(gè)或多個(gè)擴(kuò)散器元件(2.3)與位于器件背面的多個(gè)金屬接觸部(4)連接，所述擴(kuò)散器元件(2.3)呈板、管道或凸起狀的一般元件的形狀、由p-或n-摻雜半導(dǎo)體材料制成，并且從發(fā)射極(2)的所述前部分(2.1)延伸穿過全部或部分的所述n-或p-摻雜部分(3)。
文檔編號(hào)H01L31/0352GK101809757SQ200780053524
公開日2010年8月18日 申請(qǐng)日期2007年6月28日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月28日
發(fā)明者M·扎科恩 申請(qǐng)人:X集團(tuán)股份公司