專利名稱：具有覆蓋的后網(wǎng)格表面的雙面太陽能電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上涉及太陽能電池，更具體地，涉及用于雙面太陽能電池的改進結(jié)構(gòu)和制造工藝。
背景技術(shù)：
雙面太陽能電池(BSC)可應(yīng)用任何種類不同的設(shè)計來獲得比傳統(tǒng)單面太陽能電池通常所獲得的效率更高的效率。這種設(shè)計之一參見美國專利5，665，175，其公開了具有分別形成于BSC的前表面和后表面的第一活動區(qū)(active region)和第二活動區(qū)的BSC結(jié)構(gòu)，這兩個區(qū)分開距離入。距離X使得泄露電流在所述第一和第二活動區(qū)之間流動，因此使得利用這樣的雙面電池的太陽能電池板即便在一個或多個個別的太陽能電池被遮蔽或有缺陷時還能夠繼續(xù)工作。美國專利7，495，167公開了一種n+pp+結(jié)構(gòu)，以及一種制造該結(jié)構(gòu)的過程。在所公開的結(jié)構(gòu)中，由硼擴散形成的P+層的壽命接近于襯底的初始水平。為了獲得該壽命，美國專利7，495，167教示了磷吸雜之后，電池必須在600°C或更低的溫度下退火一小時或更長時間。然后，為了保持通過磷和低溫硼吸雜步驟恢復(fù)的壽命，電池經(jīng)受最后的熱處理步驟，其中將電池在大約700°C或更低的溫度下燒制(fire) —分鐘或更短時間。美國專利申請公開2005/0056312公開了用于在單個太陽能電池中獲得兩個或更多個P_n結(jié)的可選技術(shù)，所述公開的技術(shù)采用了透明襯底(例如玻璃或石英襯底)。在一個公開的實施例中，BSC包括形成在透明襯底的相對側(cè)上的兩個薄膜多晶或非晶電池。由于該電池的設(shè)計，可在窗口層的低溫沉積之前完成吸收器層的高溫沉積，因此可避免p-n結(jié)的退化或破壞。盡管存在多種用于制造BSC的BSC設(shè)計和技術(shù)，這些設(shè)計和技術(shù)傾向于相對復(fù)雜，且因此昂貴。因此，需要一種太陽能電池設(shè)計，能夠獲得與雙面太陽能電池相關(guān)的優(yōu)點，同時保持單面太陽能電池的制造簡單性。本發(fā)明將提供這樣的設(shè)計。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種簡化的制造方法以及所制造的雙面太陽能電池(BSC)，該簡化的制造方法降低了制造成本。在本發(fā)明的至少一個實施例中，所述制造方法包括以下步驟將磷擴散到娃襯底的前表面以形成n+層和前表面結(jié),并同時地將磷擴散到該娃襯底的后表面以形成n+層和后表面結(jié)，(例如通過采用HF的刻蝕)去除所述擴散步驟期間形成的磷硅玻璃，在所述前表面和后表面上沉積鈍化和AR介電層，施加前表面觸點網(wǎng)格和后表面觸點網(wǎng)格，并燒制所述前表面觸點網(wǎng)格和后表面觸點網(wǎng)格。所述前表面觸點網(wǎng)格和后表面觸點網(wǎng)格的燒制步驟可同時進行?？蛇x地，所述后表面觸點網(wǎng)格施加和燒制步驟可在所述前表面觸點網(wǎng)格施加和燒制步驟之前或之后進行。該方法可進一步包括通過后結(jié)燒制所述后表面觸點網(wǎng)格的步驟，以產(chǎn)生浮動結(jié)。該方法還可進一步包括去除所述后表面結(jié)和隔離所述前表面結(jié)的步驟，該步驟在沉積所述后表面電介質(zhì)之前進行。在去除所述后表面結(jié)之后和將所述介電層沉積在所述后表面上之前，通過例如絲網(wǎng)印刷或采用陰影掩膜的沉積，來施加后表面金屬網(wǎng)格。在本發(fā)明的至少一個實施例中，該制造方法包括以下步驟在硅襯底的后表面上沉積介電層，將磷擴散到襯底的前表面上以形成n+層和前表面結(jié)，(例如通過采用HF的刻蝕)去除在所述擴散步驟期間形成的磷硅玻璃，利用激光劃片機隔離所述前表面結(jié)，沉積前表面鈍化和AR介電層，施加前表面觸點網(wǎng)格和后表面觸點網(wǎng)格，燒制所述前表面觸點網(wǎng)格和后表面觸點網(wǎng)格，以及利用例如激光劃片機隔離所述前表面結(jié)。所述前表面觸點網(wǎng)格 和后表面觸點網(wǎng)格的燒制步驟可同時進行?？蛇x地，所述后表面觸點網(wǎng)格的施加和燒制步驟可在所述前表面觸點網(wǎng)格的施加和燒制步驟之前或之后進行。在本發(fā)明的至少一個實施例中，提出了一種雙面太陽能電池(BSC)，包括具有第一導(dǎo)電類型的前表面活動區(qū)的硅襯底，沉積在所述前表面活動區(qū)上和所述硅襯底的后表面上的介電層，施加到所述前表面電介質(zhì)的前表面觸點網(wǎng)格和施加到所述后表面電介質(zhì)的后表面觸點網(wǎng)格，其中在燒制期間，所述前表面觸點網(wǎng)格通過所述前表面電介質(zhì)合成到所述活動區(qū)，以及其中在燒制期間，所述后表面觸點網(wǎng)格通過所述后表面電介質(zhì)合成到所述硅襯底的所述后表面。所述硅襯底可由P型硅構(gòu)成，所述活動區(qū)由磷擴散步驟產(chǎn)生的n+材料構(gòu)成，所述介電層可由氮化娃、氧化娃和/或氮氧化娃構(gòu)成。該BSC可進一步包括第一導(dǎo)電類型的浮動后表面結(jié)。所述BSC可進一步包括直接沉積在所述硅襯底的所述后表面上的金屬網(wǎng)格圖案，其中所述后表面絲網(wǎng)印刷觸點網(wǎng)格通過所述后表面電介質(zhì)來燒制，并在燒制期間與所述金屬網(wǎng)格圖案進行電接觸。所述BSC可進一步包括所述硅襯底的所述前表面上的溝槽，所述溝槽隔離所述前表面結(jié)。在參考本說明書的其他部分和附圖之后，可進一步理解本發(fā)明的實質(zhì)和優(yōu)點。


圖I描述了根據(jù)本發(fā)明所述的BSC的優(yōu)選實施例；圖2描述了用于圖I的BSC的方法流程；圖3描述了用于圖I的BSC的另一方法流程；圖4描述了根據(jù)本發(fā)明所述的BSC的替代實施例；圖5描述了用于圖4的BSC的方法流程；圖6描述了用于圖4的BSC的替代方法流程；圖7描述了根據(jù)本發(fā)明所述的BSC的替代實施例；以及圖8描述了用于圖7的BSC的方法流程。
具體實施例方式圖I描述了根據(jù)圖2所述的過程制造的優(yōu)選的雙面太陽能電池(BSC)結(jié)構(gòu)的截面圖。硅襯底101可以是p型或者n型。在圖I和2所描述的裝置和方法中，采用了 p型襯
。最初，利用任何種類公知的襯底制備方法來制備襯底101 (步驟201)。通常，在步驟201，例如采用硝酸和氫氟(HF)酸的混合物，通過刻蝕過程去除由鋸和裝卸引起的損傷。在襯底制備之后，將磷擴散到襯底101的前表面上，形成n+層103和位于襯底101和n+層103的界面處的p-n結(jié)。在該步驟中，還將磷擴散到襯底101的后表面上，形成n+層104和浮動結(jié)。優(yōu)選地，采用磷酰氯(POCl3)在825°C到890°C的擴散溫度范圍內(nèi)，優(yōu)選地在大約850°C的溫度下，在氮氣氛中進行10到20分鐘來形成n+層103 (步驟203)。然后，優(yōu)選地利用HF刻蝕在室溫或接近室溫下進行I到5分鐘，以將在擴散步驟203期間形成的磷硅玻璃(PSG)刻蝕去掉(步驟205)。在該優(yōu)選實施例中，前表面結(jié)和后表面結(jié)具有0. 3到0. 6微米的深度，和大約8X 1021/cm3的的表面摻雜濃度。在步驟207中，沉積前表面鈍化和防反射(AR)介電層105以及后表面鈍化和AR介電層107，每層優(yōu)選地為大約76納米厚。在示例性實施例中，層105和107由折射率為2.07的氮化娃構(gòu)成。在可選實施例中，層105和107由氮氧化娃構(gòu)成。在另一可選實施例中，層105和107由不同成分的兩層的堆疊構(gòu)成，例如10納米的二氧化硅和70納米的氮化 硅。層105和107優(yōu)選地在300°C到400°C的溫度下沉積。在沉積介電層之后，例如采用絲網(wǎng)印刷方法，向BSC 100的前表面和后表面施加觸點網(wǎng)格(步驟209)。在示例性實施例中，前觸點網(wǎng)格109由銀構(gòu)成，而后觸點網(wǎng)格111由鋁構(gòu)成。在優(yōu)選實施例中，前觸點網(wǎng)格和后觸點網(wǎng)格是對齊的，并且采用相同的觸點尺寸和間距，其中電極大約為100微米寬、15微米厚、且間隔大約2. 5毫米。在至少一個可選實施例中，后觸點網(wǎng)格采用更細的間距從而減小由流入襯底的橫向電流造成的電阻損耗。最后，進行觸點燒制步驟211，優(yōu)選地，在峰值溫度750°C下在空氣中進行3秒鐘。該過程的結(jié)果是，觸點109通過鈍化和AR介電涂層105合成到n+層103。觸點111通過鈍化和AR介電涂層107合成到后擴散層104以形成到襯底101的接觸。由于鋁是p型摻雜物，在后擴散層104和觸點111之間形成了二極管，從而電流不從后擴散層流入觸點，并且后擴散是浮動的。這使得后表面與塊體101絕緣，因為流入浮動結(jié)的電流為零。圖3描述了用于制造電池100的可選方法。如圖所示，在該方法中分開地施加和燒制前表面觸點網(wǎng)格和后表面觸點網(wǎng)格，從而能夠?qū)γ總€網(wǎng)格應(yīng)用不同的燒制條件。優(yōu)選地首先施加(步驟301)和燒制(步驟303)觸點網(wǎng)格111，然后再施加觸點網(wǎng)格109 (步驟305)和燒制該前觸點網(wǎng)格(步驟307)。圖4和圖5描述了一可選實施例，其中去除了襯底的后表面上的浮動結(jié)。在結(jié)構(gòu)400中，在前結(jié)的形成和PSG刻蝕之后，刻蝕襯底101的后表面(步驟501)，從而去除后表面結(jié)，并提供對前結(jié)的隔離。在優(yōu)選的實施例中，步驟501采用各向同性濕硅腐蝕劑，例如硝酸和氫氟酸的混合物。在去除后表面浮動結(jié)之后，該方法按照前面關(guān)于圖2或圖3描述的那樣繼續(xù)進行。優(yōu)選地，在該實施例中，后表面觸點網(wǎng)格由鋁-銀混合物構(gòu)成。圖6描述了用于制造電池400的可選方法。在該方法中，在制備襯底101 (步驟201)之后，將介電層107施加到襯底101的后表面(步驟601)。如前文所述，優(yōu)選地，介電層107由氮化硅或氮氧化硅構(gòu)成。在擴散前表面n+層103 (步驟203)之前施加介電層107，避免形成后表面結(jié)。在前表面擴散(步驟203)和PSG刻蝕(步驟205)之后，沉積前表面鈍化和AR介電層105 (步驟603)，然后施加(步驟209)并燒制(步驟211)觸點網(wǎng)格。最后，例如采用激光劃片機在圍繞電池外圍的前電池表面上形成溝槽，將前結(jié)隔離(步驟605)。該實施例也可如圖3所示那樣，分開進行前表面觸點網(wǎng)格和后表面觸點網(wǎng)格的絲網(wǎng)印刷和燒制。圖7和8描述了 BFC 400的變形。如BFC 700的BFC截面圖所示，金屬網(wǎng)格701直接施加于電池101的后表面上(步驟801)，從而減小接觸電阻。優(yōu)選地，在刻蝕襯底101的后表面以去除后表面結(jié)并隔離前結(jié)(步驟501)之后，進行步驟801。通過采用陰影掩膜的沉積方法，或通過絲網(wǎng)印刷方法來進行步驟801。優(yōu)選地，金屬網(wǎng)格701由鋁構(gòu)成。在沉積介電層105和107 (步驟207)之后，如圖6所示和圖2所描述那樣一起施加和燒制觸點網(wǎng)格109和111，或者如圖3所描述的那樣分開地施加和燒制觸點網(wǎng)格109和111。無論觸點形成方法按照圖2還是圖3那樣進行，應(yīng)理解，后表面觸點網(wǎng)格111與金屬網(wǎng)格501對準。在燒制步驟期間，觸點網(wǎng)格111合成到金屬網(wǎng)格501。
本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)理解，本發(fā)明可表現(xiàn)為其他特定的形式，而不會背離本發(fā)明的精神或?qū)嵸|(zhì)特征。因此，這里的公開和描述是說明性的，不限制本發(fā)明的范圍。
權(quán)利要求
1.一種制造雙面太陽能電池的方法，該方法包括以下步驟 在硅襯底的前表面上擴散磷以形成前表面結(jié)，并在所述硅的后表面上擴散磷以形成后表面結(jié)； 去除在所述磷擴散步驟中形成的磷硅玻璃(PSG)； 在所述n+層上沉積前表面鈍化和防反射(AR)介電層，并在所述硅襯底的所述后表面上沉積后表面鈍化和AR介電層； 施加后表面觸點網(wǎng)格； 施加前表面觸點網(wǎng)格； 燒制所述后表面觸點網(wǎng)格；以及 燒制所述前表面觸點網(wǎng)格。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中所述施加所述后表面觸點網(wǎng)格的步驟進一步包括絲網(wǎng)印刷所述后表面觸點網(wǎng)格的步驟，以及其中所述施加所述前表面觸點網(wǎng)格的步驟進一步包括絲網(wǎng)印刷所述前表面觸點網(wǎng)格的步驟。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中所述燒制所述后表面觸點網(wǎng)格的步驟進一步包括通過所述后表面鈍化和AR介電層并通過所述后表面結(jié)燒制所述后表面網(wǎng)格以形成浮動的后表面結(jié)的步驟。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，進一步包括去除所述后表面結(jié)的步驟和隔離所述前表面結(jié)的步驟。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中所述后表面結(jié)去除步驟進一步包括刻蝕所述后表面的步驟。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，進一步包括將后表面金屬網(wǎng)格施加到所述硅襯底的所述后表面上的步驟，其中所述后表面金屬網(wǎng)格施加步驟是在所述后表面結(jié)去除步驟之后和所述后表面鈍化和AR介電層沉積步驟之前進行的，以及其中根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法進一步包括將所述后表面觸點網(wǎng)格與所述后表面金屬網(wǎng)格對齊的步驟。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中所述后表面金屬網(wǎng)格施加步驟進一步包括通過陰影掩膜將所述后表面金屬網(wǎng)格沉積到所述硅襯底的所述后表面上的步驟。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中所述后表面金屬網(wǎng)格施加步驟進一步包括將所述后表面金屬網(wǎng)格絲網(wǎng)印刷到所述硅襯底的所述后表面上的步驟。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中所述燒制所述后表面觸點網(wǎng)格的步驟是在所述施加所述前表面觸點網(wǎng)格的步驟之前進行的。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中所述燒制所述后表面觸點網(wǎng)格的步驟和所述燒制所述前表面觸點網(wǎng)格的步驟是同時進行的。
11.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中所述燒制所述后表面觸點網(wǎng)格的步驟是在所述施加所述前表面觸點網(wǎng)格的步驟之前進行的。
12.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中所述PSG去除步驟進一步包括利用氫氟酸腐蝕劑來刻蝕所述前表面的步驟。
13.一種制造雙面太陽能電池的方法，所述方法包括以下步驟 將介電層沉積在娃襯底的后表面上； 將磷擴散到所述硅襯底的前表面上以形成n+層和前表面結(jié)；去除在所述磷擴散步驟期間形成的磷硅玻璃(PSG)； 在所述n+層上沉積前表面鈍化和防反射(AR)介電層； 施加后表面觸點網(wǎng)格； 施加前表面觸點網(wǎng)格； 燒制所述后表面觸點網(wǎng)格； 燒制所述前表面觸點網(wǎng)格；以及 隔離所述前表面結(jié)。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中所述施加所述后表面觸點網(wǎng)格的步驟進一步包括絲網(wǎng)印刷所述后表面觸點網(wǎng)格的步驟，以及其中所述施加所述前表面觸點網(wǎng)格的步驟進一步包括絲網(wǎng)印刷所述前表面觸點網(wǎng)格的步驟。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中利用激光劃片機實現(xiàn)所述隔離所述前表面結(jié)的步驟。
16.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中所述燒制所述后表面觸點網(wǎng)格的步驟和所述燒制所述前表面觸點網(wǎng)格的步驟是同時進行的。
17.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中所述燒制所述后表面觸點網(wǎng)格的步驟是在施加所述前表面觸點網(wǎng)格的步驟之前進行的。
18.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中所述PSG去除步驟進一步包括利用氫氟酸腐蝕劑來刻蝕所述前表面的步驟。
19.一種雙面太陽能電池,包括 具有如表面和后表面的娃襯底； 位于所述硅襯底的所述前表面的至少一部分上的第一導(dǎo)電類型的活動區(qū)； 沉積在所述活動區(qū)上的第一介電層； 沉積在所述硅襯底的所述后表面上的第二介電層； 施加到所述第一介電層的第一觸點網(wǎng)格，所述第一觸點網(wǎng)格由第一金屬構(gòu)成，其中在燒制步驟之后所述第一觸點網(wǎng)格通過所述第一介電層合成到所述活動區(qū)；以及 施加到所述第二介電層的第二觸點網(wǎng)格，所述第二觸點網(wǎng)格由第二金屬構(gòu)成，其中在所述燒制步驟之后所述第二觸點網(wǎng)格通過所述第二介電層合成到所述硅襯底的所述后表面。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的雙面太陽能電池，進一步包括位于所述硅襯底的所述后表面的至少一部分上的所述第一導(dǎo)電類型的浮動結(jié)。
21.根據(jù)權(quán)利要求19所述的雙面太陽能電池，其中所述硅襯底由p型硅構(gòu)成，所述活動區(qū)由磷擴散步驟產(chǎn)生的n+材料構(gòu)成，所述第一和第二介電層由氮化硅、氧化硅或氮氧化硅構(gòu)成。
22.根據(jù)權(quán)利要求19所述的雙面太陽能電池，進一步包括直接沉積在所述硅襯底的所述后表面上、并插入所述硅襯底的所述后表面和所述第二介電層之間的由第三金屬構(gòu)成的網(wǎng)格圖案，其中所述第二絲網(wǎng)印刷觸點網(wǎng)格與所述網(wǎng)格圖案對準，以及其中在所述燒制步驟之后，所述第二絲網(wǎng)印刷觸點網(wǎng)格通過所述第二介電層合成到所述第三金屬構(gòu)成的所述網(wǎng)格圖案。
23.根據(jù)權(quán)利要求19所述的雙面太陽能電池，進一步包括所述硅襯底的所述前表面上的溝槽，所述溝槽隔離由所述活動區(qū)和所述硅襯底形成的 前結(jié)。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種簡化的制造方法以及所制造的雙面太陽能電池(BSC)，該簡化的制造方法降低了制造成本。該BSC包括通過例如磷擴散步驟形成的位于襯底(101)的前表面上的活動區(qū)(103)。在去除PSG之后，進行磷擴散，并隔離前結(jié)，介電層(105/107)被沉積在前表面和后表面上。通過例如絲網(wǎng)印刷形成觸點網(wǎng)格(109/111)。在沉積后表面電介質(zhì)之前，將金屬網(wǎng)格施加到該后表面，在觸點燒制期間，該后表面觸點網(wǎng)格對準且合成到該金屬網(wǎng)格。
文檔編號H01L31/042GK102656704SQ201080019089
公開日2012年9月5日 申請日期2010年4月19日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月1日
發(fā)明者A·克倫茲, A·布洛斯, F·G·基施特, K·歐納杰拉, M·克斯, P·博登 申請人:卡利太陽能有限公司