專利名稱：太陽能電池及太陽能電池制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種太陽能電池及一種太陽能電池制造方法。
背景技術(shù)：
在將來的太陽能電池中，期待著將介質(zhì)鈍化層設(shè)在其半導(dǎo)體襯底的背面表面上， 以便使半導(dǎo)體表面的載荷子組合最小化，從而提高太陽能電池的效能。已知有許多材料可用作鈍化層。從電池的角度來看，氧化鋁作為鈍化層材料的潛力尤其大，這是因?yàn)樵诎雽?dǎo)體和氧化鋁的交界處形成負(fù)電荷，而所述電荷由于在P型材料上發(fā)生場效應(yīng)而帶來所謂的場效應(yīng)鈍化。鈍化之后，為了和太陽能電池產(chǎn)生接觸，須在介質(zhì)鈍化的鈍化層上形成一金屬層。 目前在工業(yè)生產(chǎn)中最常見的現(xiàn)有太陽能電池的接觸連接類型是采用在半導(dǎo)體襯底上涂覆金屬膏、繼而對其進(jìn)行熱處理的方法，從而得到金屬層。所述熱處理的步驟通常稱為燒制步
馬聚ο在此情形下，為了保證完工的太陽電池組件中的太陽能電池具有長期穩(wěn)定的性能，務(wù)必保證金屬膏與下層鈍化層結(jié)合緊密。另一方面，形成粘接的反應(yīng)又不可太強(qiáng)，以免破壞鈍化。通常，可通過適當(dāng)選擇金屬膏中玻璃粉的比例來設(shè)置金屬層的粘接屬性和燒制步驟中的反應(yīng)速率。不過，反應(yīng)速率和反應(yīng)深度同樣實(shí)質(zhì)性地取決于鈍化層材料的類型和組成。在此情形下，金屬膏不夠強(qiáng)力(即絲毫沒有粘接作用)與太過強(qiáng)力(即破壞鈍化) 的兩種情形之間的工藝許容范圍是很窄的。而鈍化層必須非常薄(層厚大體在100納米左右)的事實(shí)使得情況更加不利。此外，介質(zhì)的不均勻狀況，例如針孔、雜質(zhì)(氣泡)、開裂 (裂縫)等類似情況，以及非晶區(qū)與結(jié)晶區(qū)之間的過渡，都會影響反應(yīng)次序。因此，在選擇鈍化層材料和金屬膏材料二者的適當(dāng)組合時，總需要在鈍化層鈍化屬性與金屬層粘接效果之間作一定的取舍。此外，舉例而言，還沒有發(fā)現(xiàn)適當(dāng)?shù)牟黄茐难趸X鈍化層的金屬膏材料。最后，由于高質(zhì)量的鈍化層通常也非常昂貴，故而增加鈍化層的層厚從經(jīng)濟(jì)角度而言并不可取。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個目的在于提供一種太陽能電池和太陽能電池制造方法，其既能獲得鈍化層與金屬層之間的緊密粘接，又能獲得鈍化層的良好鈍化效果。根據(jù)本發(fā)明，所述目的的實(shí)現(xiàn)是采用了一種具有權(quán)利要求1所述特征的太陽能電池和一種具有權(quán)利要求15所述特征的太陽能電池制造方法。各從屬權(quán)利要求中列示了本發(fā)明的更多有利發(fā)展特征。本發(fā)明是基于如下理念將鈍化層的效果與其上所設(shè)的金屬化層的粘接效果彼此分開，從而避免受到前述取舍的限制。為達(dá)此目的，將覆蓋層涂覆到背面鈍化層的背面上， 該覆蓋層既保護(hù)了背面鈍化層亦優(yōu)化了金屬化層與半導(dǎo)體襯底之間的粘接或觸接。本發(fā)明的發(fā)明者已發(fā)現(xiàn)，在燒制步驟中，某層材料相對金屬膏的穩(wěn)定性取決于直接關(guān)聯(lián)折射率的材料屬性。因此，折射率較低的層相對于金屬膏更穩(wěn)定，而折射率較高的層與其上的金屬層之間形成更緊密的粘結(jié)或連接，從而使金屬層能更牢地粘接在半導(dǎo)體襯底上。因此，覆蓋層的保護(hù)性層切片(該層切片朝向背面鈍化層)可被形成為使其具有低折射率從而保護(hù)背面鈍化層。同時，覆蓋層的觸接層切片(朝向金屬化層)折射率較高，因此能提供金屬化層的緊密粘著。為制作此類太陽能電池，在將背面鈍化層涂覆(優(yōu)選采用沉積法)到半導(dǎo)體襯底上之后，再涂覆覆蓋層，后者包括折射率較低的保護(hù)性層切片和折射率相對較高的觸接層切片。之后，涂覆金屬化層，優(yōu)選采用涂覆金屬膏(例如含鋁金屬膏)而后進(jìn)行燒制步驟。 或者，金屬化層的制作可采用沉積法，例如采用汽相的物理沉積(物理汽相沉積PVD)，或采用其他適當(dāng)方法。優(yōu)選采用激光感應(yīng)接觸(所謂的激光燒制接觸LFC)把金屬化層接觸連接于半導(dǎo)體襯底，例如以網(wǎng)格形式分布于半導(dǎo)體襯底。如此完成后的太陽能電池，由于設(shè)置有位于背面鈍化層與金屬化層之間的覆蓋層，因此具有朝向背面鈍化層的保護(hù)性層切片和朝向金屬化層的觸接層切片。根據(jù)所采用的制造方法，可以在半導(dǎo)體襯底的整個背面表面上或其部分區(qū)域上獲得觸接層切片。但在特定實(shí)施例中，覆蓋層的所述觸接層切片可以以部分或(相對于其厚度)全部改變(轉(zhuǎn)變) 其構(gòu)成的方式而被合并在金屬層中，或者與金屬化層結(jié)合。不過無論在哪種情形下，在完工的太陽能電池中，覆蓋層至少在表面區(qū)域中還會有觸接層切片，即(舉例而言)在金屬化層沒有覆蓋住覆蓋層的區(qū)域、或觸接層切片厚度足以使其與金屬化層間的反應(yīng)不能穿透其觸接層切片厚度的區(qū)域。舉例而言，此情況可能涉及半導(dǎo)體襯底背面表面的邊緣區(qū)域(例如采取圍繞背面表面的框的形式)、及/或半導(dǎo)體襯底背面表面中的島型區(qū)域。在一個優(yōu)選實(shí)施例中，本發(fā)明提出，覆蓋層由兩個或更多的部分層形成，其中保護(hù)性層切片和觸接層切片各為所述部分層之一。在此情形下，首先涂覆保護(hù)性層作為覆蓋層的保護(hù)性層切片，并在其上設(shè)置觸接層作為覆蓋層的觸接層切片。也可在這兩個切片之間形成其他中間層。覆蓋層由部分層形成的實(shí)施例不同于下述實(shí)施例的漸變折射率曲線，因其覆蓋層具有更呈階梯形的折射率曲線。在一個有利展開實(shí)例中，本發(fā)明提出，覆蓋層具有一條從保護(hù)性層切片至觸接層切片上升的漸變折射率曲線。該折射率曲線可以呈線形或非線形上升。為達(dá)此目的，可以在沉積覆蓋層時以漸變方式或小步階梯方式改變沉積條件及/或起始材料，從而獲得相應(yīng)的覆蓋層折射率坡度。根據(jù)本發(fā)明的一個有利構(gòu)成，保護(hù)性層切片和觸接層切片各具有在太陽能電池的工作范圍的光譜范圍內(nèi)約介于1. 5到4. 5之間的折射率。優(yōu)選保護(hù)性層切片折射率為約 1. 9，而觸接層切片折射率為約2. 05。在漸變折射率曲線的情形下，優(yōu)選后者介于背面鈍化層附近的1. 9與金屬化層附近的2. 05之間。本說明書中提及的折射率的值適用于太陽能電池的工作范圍，優(yōu)選于電磁光譜的光學(xué)及/或紅外范圍內(nèi)測量，尤其是在約630納米波長處。在特定實(shí)施例中，以下情況是有利的保護(hù)性層切片折射率約介于1. 7到2. 4、或 1. 8到2. 1、或1. 85到1. 95之間，而觸接層切片的折射率約介于1. 5到4. 5、或1. 8到2. 8、 或3. 5到4. 5之間。對于保護(hù)性層切片和觸接層切片來說，其實(shí)際折射率的選擇可以彼此獨(dú)立，只要觸接層切片具有一個高于保護(hù)性層切片的折射率。優(yōu)選情況下，本發(fā)明提出，保護(hù)性層切片和觸接層切片由材料復(fù)合物形成，保護(hù)性層切片和觸接層切片的折射率的區(qū)別取決于所述材料復(fù)合物中各種材料的理想配比成分。 要達(dá)此目的，可以通過在太陽能電池制造過程中，隨著覆蓋層的沉積操作改變起始材料的數(shù)量比例。舉例而言，在沉積覆蓋層期間，可以在使用等離子體增強(qiáng)汽相沉積法(PECVD—— 等離子體增強(qiáng)化學(xué)汽相沉積)時，采用階梯方式(復(fù)數(shù)個部分層的情況)或漸變方式(漸變折射率曲線的情況)，從而改變起始材料的氣流。在一有利的實(shí)施例中，本發(fā)明提出，保護(hù)性層切片和觸接層切片的折射率的區(qū)別取決于兩個切片中不同的氫氣含量。換言之，覆蓋層兩個層切片中的氫氣含量相異。在此情形下，保護(hù)性層切片和觸接層切片優(yōu)選由相同材料、甚至優(yōu)選由相同的理想配比成分形成。 或者，也可以采用通過設(shè)定兩個切片中的理想配比成分和氫氣含量而達(dá)到期待的折射率或期待的折射率曲線。在一有利的構(gòu)設(shè)中，本發(fā)明提出，覆蓋層由非晶或微晶硅、由氮化硅及/或由氮氧化硅形成。在采用這些材料的情形下，為了改變折射率，可以在相應(yīng)的材料復(fù)合物中，改變氮化硅中硅和氮的比例及/或氮氧化硅中氮化硅和氧的比例。換言之，可以改變SiNx及/ 或SiN(I-X)OX中的χ。不過，除了氧，還可以在氮化硅中加入其它合適的材料(例如碳)用以控制折射率。如果金屬化層的形成是通過涂覆金屬膏和隨后的燒制步驟，那么通常會使用含有玻璃粉的金屬膏。在燒制步驟中，所述玻璃粉與金屬膏下方的層反應(yīng)，產(chǎn)生所謂的共晶層 (例如，若使用Al膏則是Al-Si共晶)。所述共晶層通常既充當(dāng)鈍化層，又充當(dāng)將金屬化層粘接到太陽能電池的粘接層。尤其是當(dāng)覆蓋層的觸接層切片包含硅時，背面金屬化層可使用不含玻璃粉的金屬膏。在后續(xù)的燒制步驟中，金屬膏便與觸接層切片的硅反應(yīng)，從而此處也形成共晶層。在此工藝中，硅部分或全部轉(zhuǎn)變。因此，根據(jù)一優(yōu)選構(gòu)成，覆蓋層的保護(hù)性層切片包含氮化硅，覆蓋層的觸接層切片包含非晶或微晶硅。在一優(yōu)選展開實(shí)例中，本發(fā)明提出，背面鈍化層由氧化鋁形成。通過采用原子層沉積(ALD) ,PECVD或PVD的方法，優(yōu)選使用此類型的氧化鋁(例如，理想配比值的A1203)。 由氧化鋁組成的背面鈍化層優(yōu)選層厚小于100納米，優(yōu)選層厚為約30納米，尤其優(yōu)選10納米。本發(fā)明的有利特征提出，背面鈍化層直接形成于半導(dǎo)體襯底上，覆蓋層直接形成于背面鈍化層上，且/或金屬化層直接形成于覆蓋層上。直接設(shè)置意味著所述層之間沒有設(shè)置其他中間層。盡管如此，也可以根據(jù)例如工藝的需要，在涂覆背面鈍化層之前或涂覆過程中，在半導(dǎo)體襯底上生成薄的氧化層，作為半導(dǎo)體襯底與背面鈍化層之間的中間層。根據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)選構(gòu)成，覆蓋層幾乎覆蓋半導(dǎo)體襯底的整個背面表面。也就是說在實(shí)際情況中，根據(jù)工藝的需要，半導(dǎo)體襯底可能有部分區(qū)域尤其是邊緣區(qū)域未被覆蓋層蓋住。優(yōu)選情況下，覆蓋層覆蓋住半導(dǎo)體襯底背面表面的至少90%、優(yōu)選至少95%或 99%。相應(yīng)地，根據(jù)本段落關(guān)于覆蓋層的實(shí)施例的特征同樣適用于保護(hù)性層切片和觸接層切片，盡管如此，如上所述，特定實(shí)施例中的觸接層切片僅呈現(xiàn)于表面區(qū)域。所述表面區(qū)域可包括例如半導(dǎo)體襯底背面表面的至少約0. 5^^3%或10%。
那些觸接層切片不再呈現(xiàn)、或僅部分呈現(xiàn)其原始層厚的表面區(qū)域是例如在燒制期間金屬化層“吃掉”觸接層的區(qū)域。而在沒有印金屬膏的電池邊緣上，燒制步驟之后仍然呈現(xiàn)完整的覆蓋層。如果非常靠近電池邊緣地印刷金屬膏，那么這部分面積將很小。優(yōu)選兩面都提供接觸連接的太陽能電池。這意味著，太陽能電池在入射光一面 (正面)和遠(yuǎn)光的背面上都有金屬化層。在正面上，優(yōu)選采用條形接觸電極或采用接觸網(wǎng)格實(shí)現(xiàn)金屬化。在一有利展開實(shí)例中，本發(fā)明提出，背面鈍化層與覆蓋層一起形成反射層系統(tǒng)，所述反射層系統(tǒng)針對太陽能電池的工作范圍的光譜范圍。換言之，背面鈍化層與覆蓋層的光學(xué)屬性彼此協(xié)調(diào)以使其可反射穿過半導(dǎo)體襯底的光線。如以上涉及折射率值時所述，本發(fā)明所提及的太陽能電池的光譜工作范圍優(yōu)選在可見及/或紅外范圍內(nèi)。以下參照一副圖式基于示例性實(shí)施例解釋本發(fā)明。此例中，圖示的是兩面接觸連接的太陽能電池，包括背面鈍化層和設(shè)于其上的覆蓋層。


圖1所示為包括半導(dǎo)體襯底1的太陽能電池。
具體實(shí)施例方式發(fā)射極層13以摻雜法沿著在太陽能電池工作期間朝向入射光的正面表面12形成于半導(dǎo)體襯底1。舉例而言，如果半導(dǎo)體襯底ι最初包括η型半導(dǎo)體，則可用摻雜法形成P 型發(fā)射極13。發(fā)射極層13通過其上所設(shè)的正面電極5發(fā)生接觸連接。背面鈍化層2設(shè)于半導(dǎo)體襯底1的背面表面11上。其用于鈍化背面表面11。覆蓋層3設(shè)于背面鈍化層2上，所述覆蓋層能同時保護(hù)背面鈍化層2且增強(qiáng)其上所設(shè)金屬化層4的粘接程度。為達(dá)此目的，覆蓋層3具有一個朝向背面鈍化層2的保護(hù)性層切片31和一個朝向金屬化層4的觸接層切片32。保護(hù)性層切片31折射率較低，例如約1.9。比較而言，觸接層切片32的折射率較高，例如約2. 05或3. 5。在圖示的本實(shí)施例中，保護(hù)性層切片31和觸接層切片32各形成覆蓋層3的一個獨(dú)立部分層，還可相應(yīng)地在二者之間設(shè)置其他中間層(未圖示)，所述中間層的折射率值介于兩個層切片31、32的折射率之間?；蛘撸Ｗo(hù)性層切片31和觸接層切片32可以是具有漸變折射率曲線的覆蓋層3的切片。在此情形下，所述漸變折射率曲線可從保護(hù)性層切片 31至觸接層切片32呈線性或其他適當(dāng)形狀上升。符號說明1 半導(dǎo)體襯底11 背面表面12 正面表面13 發(fā)射極層2 背面鈍化層3 覆蓋層31 保護(hù)性層切片
32 觸接層切片4 金屬化層5 正面電極
權(quán)利要求
1.一種太陽能電池，其包括半導(dǎo)體襯底(1)、設(shè)于所述半導(dǎo)體襯底(1)的遠(yuǎn)光背面表面 (11)上的背面鈍化層O)、設(shè)于所述背面鈍化層( 上的覆蓋層(3)、以及設(shè)于所述覆蓋層 (3)上的金屬化層G)，其特征在于，所述覆蓋層( 具有朝向所述背面鈍化層O)的保護(hù)層部件(31)和至少存在于表面區(qū)域中的朝向所述金屬化層(4)的觸接層部件(32)，其中所述觸接層部件(3 具有高于所述保護(hù)層部件(31)的折射率。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能電池，其特征在于，所述覆蓋層(3)由兩層或更多層部分層(31、3幻形成，其中所述保護(hù)層部件(31)和所述觸接層部件(3 各為所述部分層 (31,32)之一。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能電池，其特征在于，所述覆蓋層(3)具有從所述保護(hù)層部件(31)至所述觸接層部件(3 呈上升的緩變折射率分布。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的太陽能電池，其特征在于，所述保護(hù)層部件(31) 和所述觸接層部件(32)各具有在所述太陽能電池的工作范圍的光譜范圍內(nèi)約介于1. 5到 4. 5之間的折射率。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的太陽能電池，其特征在于，所述保護(hù)層部件(31)具有約介于 1. 7到2. 4、或1. 8到2. 1、或1. 85到1. 95之間的折射率，而所述觸接層部件(32)具有約介于1. 5到4. 5、或1. 8到2. 8、或3. 5到4. 5之間的折射率。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的太陽能電池，其特征在于，所述保護(hù)層部件(31) 和所述觸接層部件(3 由材料復(fù)合物形成，且所述保護(hù)層部件(31)和所述觸接層部件 (32)的折射率的區(qū)別取決于所述材料復(fù)合物中各種材料的不同的理想配比成分。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的太陽能電池，其特征在于，所述保護(hù)層部件(31) 和所述觸接層部件(3 的折射率的區(qū)別取決于兩個部件(31、32)中不同的氫含量。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的太陽能電池，其特征在于，所述覆蓋層(3)由非晶硅或微晶硅、由氮化硅及/或由氮氧化硅形成。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的太陽能電池，其特征在于，所述覆蓋層(3)的所述保護(hù)層部件(31)包含氮化硅，且/或所述覆蓋層(3)的所述觸接層部件(3 包含非晶硅或微晶硅。
10.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的太陽能電池，其特征在于，所述背面鈍化層O) 由氧化鋁、非晶硅、非晶氮化硅或非晶氧化硅形成。
11.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的太陽能電池，其特征在于，所述背面鈍化層O) 直接形成在所述半導(dǎo)體襯底(1)上，所述覆蓋層C3)直接形成在所述背面鈍化層( 上，且 /或所述金屬化層(4)直接形成在所述覆蓋層C3)上。
12.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的太陽能電池，其特征在于，所述覆蓋層C3)幾乎蓋住所述半導(dǎo)體襯底(1)的整個背面表面(11)。
13.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的太陽能電池，其特征在于兩面接觸連接。
14.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的太陽能電池，其特征在于，所述背面鈍化層O) 和所述覆蓋層(3) —起形成反射層系統(tǒng)，所述反射層系統(tǒng)用于所述太陽能電池的工作范圍的光譜范圍。
15.太陽能電池制造方法，包括以下步驟提供半導(dǎo)體襯底(1)；將背面鈍化層( 涂覆到所述半導(dǎo)體襯底(1)的遠(yuǎn)光背面表面(11)上； 將覆蓋層( 涂覆到所述背面鈍化層( 上；及將金屬化層(4)涂覆到所述覆蓋層(3)上，其中，涂覆所述覆蓋層C3)時，使保護(hù)層部件(31)朝向所述背面鈍化層O)，且使觸接層部件(3 朝向所述金屬化層G)，并使所述觸接層部件(3 具有高于所述保護(hù)層部件 (31)的折射率。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種太陽能電池，其包括半導(dǎo)體襯底(1)、設(shè)于所述半導(dǎo)體襯底(1)的遠(yuǎn)光背面表面(11)上的背面鈍化層(2)、設(shè)于所述背面鈍化層(2)上的覆蓋層(3)、以及設(shè)于所述覆蓋層(3)上的金屬化層(4)，其特征在于，所述覆蓋層(3)具有朝向所述背面鈍化層(2)的保護(hù)層部件(31)和朝向所述金屬化層(4)的觸接層部件(32)，其中所述觸接層部件(32)具有高于所述保護(hù)層部件(31)的折射率。此外，本發(fā)明涉及相關(guān)的太陽能電池制造方法。
文檔編號H01L31/18GK102456752SQ20111034480
公開日2012年5月16日 申請日期2011年11月3日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月4日
發(fā)明者安德烈·斯捷科利尼科夫, 安德里亞斯·莫爾, 羅伯特·塞甘, 馬克西米蘭·舍夫, 馬蒂亞斯·霍夫曼 申請人:Q-電池公司