專利名稱：太陽能電池、太陽能電池的制造方法和測試方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種太陽能電池、一種太陽能電池的制造方法和一種測試方法。
背景技術：
目前最有效的太陽能組件由許多單個的太陽能電池構成，這些太陽能電池借助所謂的電池連接器相連成串。這些電池串上覆有塑料膜，嵌入在框架內(nèi)，并被玻璃板蓋住，以免受到環(huán)境因素的影響。此外，這種太陽能組件沿其太陽能電池背面被背膜封裝起來。也就是說，入射光先穿過玻璃板，再穿過塑料膜，然后才到達太陽能電池正面。該塑料膜一般由乙烯乙酸乙烯酯(EVA)構成。另外，太陽能電池上通常涂覆有用來抑制入射光發(fā)生背反射的抗反射層，因此，這個抗反射層的層表面緊貼塑料膜布置。當一個由一或多個太陽能組件構成的太陽能組件串中的太陽能組件工作時，太陽能電池和框架之間會形成電位。如果太陽能組件中的太陽能電池采用串聯(lián)連接，太陽能電池和框架之間的電位就會沿著該串聯(lián)線路上升。工業(yè)上針對這個電位提出的限值通常約為 1000伏，也即，沿該串聯(lián)線路允許存在1000伏左右的電位，而且上述背膜一般也是為此設計的。如果其中一個太陽能電池相對于框架具有負電位或正電位，玻璃板和塑料膜中就相應會有正離子(例如鈉離子、鈣離子或鎂離子)或負離子(例如氫氧根離子)沿電場朝該太陽能電池方向遷移。這會在玻璃板與塑料膜之間的界面和/或塑料膜與抗反射層之間的界面上引起載流子累積，從而導致太陽能電池發(fā)生故障。另外，并聯(lián)電阻也會因此而減小， 從而導致相關太陽能電池的部分或完全故障。這種基于組件框架和太陽能電池之間的誘發(fā)性電位差的衰退效應稱為“電位誘發(fā)衰退”(PiD)。一種可以防止太陽能電池發(fā)生上述故障的方法是避免太陽能組件框架與該太陽能組件所包含的太陽能電池之間形成負電位差(正面η型發(fā)射極)和正電位差(正面P型發(fā)射極)。但是，相關的接地措施有可能極其復雜。此外還會使逆變器的選擇受到限制，對系統(tǒng)效率產(chǎn)生不良影響?？梢允褂糜膳鸸璨Ａ嫵傻牟ＡО澹驗榕鸸璨Ａе袝龠M電荷聚集的離子成分相對較少。但這會增加太陽能組件的成本，從經(jīng)濟角度看是不可接受的解決方案。最后還可以嘗試用比EVA更合適的材料來制造塑料膜，例如有機硅(如Wacker公司的Tectosil)、PVB (聚乙烯醇縮丁醛)或熱塑性塑料(如Dupont公司的Surlyn)，因為 EVA中所含的乙酸以及EVA的高透水透濕性可能會產(chǎn)生不良影響。但是，EVA薄膜出于各方面原因非常適合用于太陽能組件。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的是以有效而經(jīng)濟的手段減小或者基本上完全排除太陽能電池發(fā)生電位誘發(fā)衰退的可能性。本發(fā)明用以達成上述目的的解決方案為一種具有如權利要求1所述特征的太陽能電池、一種具有如權利要求9所述特征的太陽能電池制造方法和一種具有如權利要求10 所述特征的測試方法。本發(fā)明的有利改進方案由從屬權利要求給出。
本發(fā)明認為，對于安裝在太陽能組件內(nèi)的太陽能電池來說，電荷在玻璃板/塑料膜界面和/或塑料膜/抗反射層界面上的累積是其發(fā)生電位誘發(fā)衰退的原因所在。因此， 本發(fā)明的基本思路是為太陽能電池采用某種設計，使得這些電荷沿著抗反射層的層厚或者橫向于抗反射層的層表面被該抗反射層導入半導體襯底或者予以中和。自某個電壓起，如果流向塑料膜/抗反射層界面的電流與流經(jīng)抗反射層或沿抗反射層流動的電流之間達到平衡，那么就可將這個電壓視為極限電壓。只有這樣，所述界面處才不會有進一步的電荷累積。本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，在組裝完畢的太陽能組件中，只有當每個單個太陽能電池的抗反射層本身就具有低于某個值的極限電壓時，才能有效防止電位誘發(fā)衰退。為了測量抗反射層的極限電壓，在太陽能電池處于未被接觸狀態(tài)時，即制造太陽能電池時在沉積抗反射層之后但在電鍍處理之前，在該抗反射層上產(chǎn)生電暈放電。其中，抗反射層下面的半導體襯底起電極作用，設置一個電暈放電電極作為電暈放電所需的另一電極。隨后測量該抗反射層的層表面的表面電壓。這個表面電壓可沿抗反射層的層表面發(fā)生變化，且可用電容探針(例如Kelvin探針)加以測量。如果測得的表面電壓低于具有上述值的極限電壓，就可認為，太陽能組件中設有這種抗反射層的太陽能電池即使不采取接地措施也不會發(fā)生電位誘發(fā)衰退。如果在所述半導體襯底(例如半導體晶片)的背面表面和所述電暈放電電極之間施加一個數(shù)千伏(kv)的高電壓，所述電暈放電就會在所述抗反射層的層表面產(chǎn)生表面電荷。其中，電暈放電電極布置在抗反射層的層表面上方數(shù)厘米(cm)處。之后馬上測量所述表面電壓。舉例而言，所施加的高電壓可為5. 2kV，抗反射層的層表面與電暈放電電極頂端之間的距離約為10cm。在此情況下，電暈中會產(chǎn)生約為0.2微安(μΑ)的電流，大約經(jīng)過 30分鐘后，所述表面電壓不再會因該電流而進一步發(fā)生變化，這時就可用(例如)KelVin探針來加以測量。在所述抗反射層的層表面測得的表面電壓優(yōu)選可以是該抗反射層的擊穿電壓。所述極限電壓則是最大擊穿電壓，其作用是防止太陽能電池輕易發(fā)生電位誘發(fā)衰退。但極限電壓是一個比擊穿電壓更為普遍的參數(shù)。擊穿電壓只能表征那些具有擊穿特性的抗反射層。一旦超過擊穿電壓，流經(jīng)抗反射層的電流就會呈指數(shù)級上升。而極限電壓則可以表征那些即使在電壓較低的情況下也具有導電能力的抗反射層，只是其電導率只有在超過該極限電壓時才能用來實現(xiàn)有效的電荷遷移。下文將要介紹一些用來降低該極限電壓的抗反射層處理措施，通過這些處理措施可以提高抗反射層的電導率和/或減小其擊穿電壓。制造所述太陽能電池時，所選用的制造參數(shù)應該使所述抗反射層如上所述具有足夠低的極限電壓。作為替代或補充方案，還可利用前述測試方法來測試抗反射層的極限電壓并把符合上述標準的太陽能電池歸類為適合進一步處理成太陽能組件的太陽能電池。常規(guī)方法只有在將太陽能電池裝入太陽能組件后才能識別出該太陽能電池發(fā)生電位誘發(fā)衰退(PiD)的可能性有多大，與之相比，本發(fā)明測試方法的優(yōu)點是可以在太陽能電池尚未裝入太陽能組件時就識別出這種PiD易發(fā)性。這樣就可以提前將容易發(fā)生PiD的太陽能電池淘汰。有一系列的方法可以制造出具有符合要求的極限電壓的抗反射層。優(yōu)選通過適當選擇抗反射層的材料和/或構成抗反射層的化合物的化學計量組成來實現(xiàn)這一點。
在某些實施方式中，可以通過適當選擇抗反射層的折射率值來調(diào)節(jié)其極限電壓， 因為在參數(shù)相同的情況下，所述極限電壓可與折射率產(chǎn)生關聯(lián)。另一種特別有利的方案是使所述極限電壓低于上述值，但是折射率會比較低。根據(jù)一種優(yōu)選實施方式，所述抗反射層在 632nm 波長下測定的折射率小于 η = 2. 2、η = 2. 15、η = 2. 1、η = 2. 05、η = 2. 0、η = 1. 9、η = 1.8、η = 1.6或η = 1.4。在這么低的折射率下發(fā)生PiD的概率特別大。但是通過選擇一個程度相應的低極限電壓，就算在這種情況下也能排除發(fā)生PiD的可能性。這樣可將抗反射層的光學特性(特別是折射率)與它的電特性(即極限電壓)予以分離。由此確保所述抗反射層可以在太陽能電池中繼續(xù)發(fā)揮其本職作用。根據(jù)一種有利的改進方案，所述抗反射層經(jīng)摻雜處理。通過用合適的摻雜劑對所述抗反射層進行摻雜處理，可以提高抗反射層的電導率，從而減小其極限電壓。根據(jù)一種合理的設計方案，所述抗反射層中摻雜有磷、砷、氟或硼。作為替代方案，也可采用其他的合適物質(zhì)或化合物作為摻雜劑。根據(jù)一種優(yōu)選實施方式，所述抗反射層中摻有透明的導電氧化物。適合使用于所述抗反射層內(nèi)部的這樣一種透明導電氧化物例如有氧化銦錫、氧化鋅鋁、氧化錫銻或摻氟氧化錫。根據(jù)一種有利的實施方式，所述抗反射層中的雜質(zhì)濃度經(jīng)相應調(diào)節(jié)，以便對所述抗反射層的電導率施加選擇性影響。換言之，本實施方式在制造時就已通過抗反射層內(nèi)的雜質(zhì)濃度對抗反射層的電導率施加過選擇性影響。舉例而言，這樣的雜質(zhì)可以是數(shù)量較大的不飽和鍵(所謂的懸掛鍵)，其產(chǎn)生原因例如是抗反射層內(nèi)的氫含量降低。所述抗反射層優(yōu)選具有多個沿所述抗反射層的層厚或沿所述抗反射層的層表面分布的電導率通道。這些電導率通道可以通過用激光移除抗反射層的材料而形成。這些電導率通道內(nèi)可以充填具有提高電導率作用的材料。作為替代方案，這些電導率通道可以是空的，這時通過沿電導率通道內(nèi)表面的表面?zhèn)鲗硖岣唠妼?。沿所述抗反射層的層表面分布的電導率通道?yōu)選是形成在該層表面中的淺溝或平面覆蓋層。而沿所述層厚分布的電導率通道則優(yōu)選是位于所述抗反射層內(nèi)的孔洞。根據(jù)一種合理的實施方式，分布在所述抗反射層內(nèi)的電導率通道覆蓋所述抗反射層的整個層厚。也即，這樣的電導率通道是貫穿抗反射層直達下方的半導體襯底的通孔。根據(jù)一種有利的設計方案，所述抗反射層由碳化硅、氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、氧化鋁、金屬氧化物或上述物質(zhì)的組合所構成。所述抗反射層也可由多個分層構成。在此情況下，各分層可分別由不同的材料構成，這些材料優(yōu)選包括上述含硅化合物。根據(jù)一種優(yōu)選改進方案，所述抗反射層上布置有多個接觸電極。也即，該實施方式涉及的是一種雙面接觸型太陽能電池，即正面和背面都發(fā)生接觸的太陽能電池。但是，本發(fā)明所介紹的所有實施方式優(yōu)選均可應用于單純的背接觸太陽能電池，即用于兩極的接觸電極均布置于太陽能電池背面的太陽能電池。


下面參照附圖對本發(fā)明的實施例進行說明。圖Ia-Ie為按照一種優(yōu)選實施方式制造太陽能電池時各中間步驟的截面圖；圖2為具有一個經(jīng)摻雜處理的抗反射層的太陽能電池；
圖3為具有一個抗反射層的太陽能電池，該抗反射層中設有多個電導率通道；圖4為一用于測試太陽能電池發(fā)生電位誘發(fā)衰退概率的測量設備的示意圖；及圖5為一安裝在太陽能組件中的太陽能電池的截面圖。
具體實施例方式圖Ia至圖Ie展示一種太陽能電池的制造方法。首先按照圖Ia所示提供一個優(yōu)選為硅晶片的半導體襯底10。實施完有可能需要的凈化步驟后對半導體襯底10進行表面織構化處理，以便形成一個正面表面11。圖Ib展示的就是由此形成的表面織構，其作用是延長入射光在半導體晶體內(nèi)的吸收距離。圖2和圖3所示為下文將要予以介紹的太陽能電池實施方式，雖然未對該表面織構進行圖示，但該表面織構優(yōu)選也可出現(xiàn)在這些實施方式中。如圖Ic所示，在半導體襯底10上實施完織構化步驟后通過摻雜處理在正面表面 11構建發(fā)射極摻雜層12，以便形成一 Ρ-Π結。隨后在發(fā)射極摻雜層12上形成抗反射層2， 從而獲得如圖Id所示的結構。最后對太陽能電池1進行雙面電鍍，在正面表面11安裝多個接觸電極4，這些接觸電極穿透抗反射層2，與發(fā)射極摻雜層12電性連接。背面表面13 則設置一個整面的背面電鍍層5，優(yōu)選先涂覆金屬膏再加以熱處理。雖然在圖Ie所示的實施方式中，太陽能電池1是雙面接觸型太陽能電池，但是此處以及下文將要說明的有關抗反射層2的所有特征也適用于單純的背接觸太陽能電池1。通過如圖Ia至圖Ie所示的制造方法在太陽能電池上產(chǎn)生的抗反射層2的極限電壓小于10伏，小于5伏或者小于3伏。圖2和圖3所示為兩個可以相應實現(xiàn)這一點的示例。圖2所示的太陽能電池具有一個經(jīng)摻雜處理的抗反射層2。由此形成的摻雜中心 6在圖2中用點表示。通過適當選擇摻雜劑可以提高抗反射層2垂直于其層表面21的電導率，以便將其極限電壓降低至一個符合要求的值。借助如圖4所示的裝置可以實施一種用以測試太陽能組件中的太陽能電池1發(fā)生電位誘發(fā)衰退概率的測試方法。該裝置包括一高壓電源7，該高壓電源的正電壓極71與電暈放電電極8連接，負電壓極72與半導體襯底10的背面表面13連接。舉例而言，半導體襯底10可平放在一塊與負電壓極72接觸的金屬板上。電暈放電電極8布置在半導體襯底10的正面表面11上方數(shù)厘米處。通過在電暈放電電極8和太陽能電池1之間施加高電壓，在抗反射層2的層表面21產(chǎn)生一個帶有微安范圍內(nèi)的極小電流的電暈。經(jīng)過一段時間(例如30分鐘)后就可以測量抗反射層2的層表面21的表面電壓。優(yōu)選用圖4未予展示的Kelvin探針實施這一測量。測量時使Kelvin 探針發(fā)生振動并靠近層表面21。圖5是一個安裝在太陽能組件中的太陽能電池的截面圖。此處僅展示了與電位誘發(fā)衰退有關的各層之間的相對布置方式。因此，該圖并未將太陽能電池1的例如背面電鍍層示意為單獨的一層。帶有抗反射層2的太陽能電池1在所述太陽能組件中正面由塑料膜92和玻璃板91，背面由背面封裝材料93提供保護，以免受到環(huán)境因素影響。背面封裝材料93優(yōu)選是一背膜。以一個正面發(fā)射極為正射極的傳統(tǒng)太陽能組件為例，如果太陽能電池1相對于該太陽能組件的框架具有負電位，玻璃板91中的正離子就會穿過玻璃板91和塑料膜92，并且聚集在玻璃板91與塑料膜92之間的界面和/或塑料膜92與太陽能電池1的半導體襯底10之間的界面處。如果抗反射層2采用前述設計，那么在上述界面處聚集起更多電荷之前，抗反射層2就會將電荷導入太陽能電池1的半導體襯底10。元件符號表
1太陽能電池
10半導體襯底
11半導體襯底的正面表
12發(fā)射極摻雜層
13背面表面
2抗反射層
21抗反射層的層表面
3電導率通道
4接觸電極
5背面電鍍層
6摻雜中心
7高壓電源
71正電壓極
72負電壓極
8電暈放電電極
91玻璃板
92塑料膜
93背面封裝材料。
權利要求
1.一種太陽能電池(1)，包括半導體襯底(10)和在迎光面?zhèn)炔贾糜谒霭雽w襯底 (10)的正面表面(11)的抗反射層O)，所述抗反射層沿所述抗反射層(2)的層厚具有小于 10伏、小于5伏或者小于3伏的極限電壓。
2.如權利要求1所述的太陽能電池(1)，其特征在于，所述抗反射層(2)在632nm波長下測定的折射率小于 η = 2. 2、n = 2. 15,η = 2. l、n = 2. 05,η = 2. 0、n = 1. 9、n = 1. 8、 η = L 6 或 η = 1.4。
3.如權利要求1或2所述的太陽能電池(1)，其特征在于，所述抗反射層(2)經(jīng)摻雜處理。
4.如權利要求3所述的太陽能電池(1)，其特征在于，所述抗反射層(2)中摻雜有磷、 砷、氟或硼。
5.如上述權利要求中任一項所述的太陽能電池(1)，其特征在于，所述抗反射層(2)中摻有透明的導電氧化物。
6.如上述權利要求中任一項所述的太陽能電池(1)，其特征在于，所述抗反射層(2)中的雜質(zhì)濃度經(jīng)相應調(diào)節(jié)，以便對所述抗反射層O)的電導率施加選擇性影響。
7.如上述權利要求中任一項所述的太陽能電池(1)，其特征在于，所述抗反射層具有多個沿所述層厚或沿所述抗反射層O)的層表面分布的電導率通道(3)。
8.如權利要求5所述的太陽能電池(1)，其特征在于，分布在所述抗反射層(2)內(nèi)的電導率通道( 覆蓋所述抗反射層O)的整個層厚。
9.如上述權利要求中任一項所述的太陽能電池(1)，其特征在于，所述抗反射層O)由碳化硅、氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、氧化鋁、金屬氧化物或上述物質(zhì)的組合所構成。
10.如上述權利要求中任一項所述的太陽能電池(1)，其特征在于，所述抗反射層(2) 上布置有多個接觸電極G)。
11.一種太陽能電池制造方法，包括下列處理步驟提供半導體襯底(10)；以及在所述半導體襯底(10)位于迎光面?zhèn)鹊恼姹砻?11)以某種方式涂覆抗反射層0)， 使得所述抗反射層沿所述抗反射層O)的層厚具有小于10伏、小于5伏或者小于3伏的極限電壓。
12.一種用于測試太陽能電池(1)在太陽能組件內(nèi)發(fā)生電位誘發(fā)衰退概率的測試方法，所述太陽能電池包括正面抗反射層O)，其特征在于，將所述抗反射層(2)涂覆到所述太陽能電池⑴的半導體襯底(10)的正面表面(11)后，在所述抗反射層(2)上產(chǎn)生電暈放電，在所述電暈放電之后測量所述抗反射層O)的表面電壓，如果測得的所述表面電壓高于一 10伏、5伏或3伏的極限電壓，就將所述太陽能電池(1)歸類為容易發(fā)生電位誘發(fā)衰退的太陽能電池。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種太陽能電池、一種太陽能電池的制造方法和一種測試方法。本發(fā)明的太陽能電池(1)包括半導體襯底(10)和在迎光面?zhèn)炔贾糜谒霭雽w襯底(10)的正面表面(11)的抗反射層(2)，所述抗反射層沿所述抗反射層(2)的層厚具有小于10伏、小于5伏或者小于3伏的極限電壓。
文檔編號H01L31/04GK102290448SQ20111015284
公開日2011年12月21日 申請日期2011年6月8日 優(yōu)先權日2010年6月18日
發(fā)明者安德雷斯·庫克斯, 馬克西米利安·舍夫, 馬提亞斯·軍格內(nèi)魯, 馬汀·沙德魯 申請人:Q-電池歐洲公司