光伏電池及其制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及光伏電池及其制造方法，具體涉及通過如下過程在光伏電池的表面上形成金屬層的方法：在硅襯底的表面上形成第一層第一組成物，以及然后在第一層上形成第二層第二組成物，其中兩層彼此電接觸，第一組成物包括包含如下成分或由如下成分組成的顆粒：（i）B、Al、Ga、In、和/或Tl，或者（ii）P、As、Sb、和/或Bi，第二組成物包括金屬顆粒，并且其中，第一層的顆粒具有比第二組成物的金屬顆粒的平均直徑小的平均直徑。此外，本發(fā)明還涉及光伏電池以及能夠利用本發(fā)明的方法獲得的太陽能模塊。
【專利說明】光伏電池及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種通過如下過程在硅襯底的表面上形成金屬層的方法:在硅襯底表面上形成第一層第一組成物，以及然后在第一層上形成第二層第二組成物，所述第一組成物包括包含如下成分或由如下成分組成的顆粒:(1)金屬，和/或8，或者(^)隊(duì)？、和/或Sb，所述第二組成物包括包含如下成分或由如下成分組成的顆粒:(i)金屬和/或B，或者(ii)N、P、和/或Sb，其中第一組成物包括具有比第二組成物的金屬顆粒的平均直徑小的平均直徑的顆粒。此外，本發(fā)明還涉及光伏電池以及能夠利用本發(fā)明的方法獲得的太陽能模塊。
【背景技術(shù)】
[0002]在曝光時(shí)，在p-n結(jié)光伏電池中產(chǎn)生電子-空穴對。通過耗盡區(qū)的電場，將電子和空穴朝向其各自的η摻雜區(qū)域和P摻雜區(qū)域分開。為了提高光伏電池的性能，避免通過例如電荷載流子的表面再結(jié)合而發(fā)生的損耗是重要的。降低高的頂面再結(jié)合通常是通過在頂面上形成鈍化層(通常為氮化硅)來實(shí)現(xiàn)的。在后表面處采用類似的效果以使后表面再結(jié)合的影響最小化?！氨趁鎴觥?BSF)由在太陽能電池的后部上處于底層金屬接觸部(contact)的相同電荷的更高摻雜區(qū)域構(gòu)成。高摻雜區(qū)域和低摻雜區(qū)域之間的交界面p++-p+或者n++-n+表現(xiàn)如P-n結(jié)，并且電場形成在將少數(shù)載流子流的勢壘引至后表面的交界面處。因此，在低摻雜區(qū)域中少數(shù)載流子濃度保持在較高的水平，并且BSF具有鈍化后表面的凈效應(yīng)。此外，相反電荷的運(yùn)動(dòng)被朝向電池前側(cè)處的p-n結(jié)引導(dǎo)。
[0003]在Si太陽能電池中，BSF能夠通過后表面的金屬化來形成，例如使用鋁，使金屬原子擴(kuò)散到下層中并且得到接近后表面的更高摻雜區(qū)域。同時(shí)，鋁層用作背側(cè)接觸部。
[0004]常見地，鋁 以包含鋁顆粒的漿料的形式印刷在太陽能電池的后表面上并且在高溫下退火?？晒┯糜谶@些用途的鋁漿料包括各種直徑的鋁顆粒，這些鋁顆?；旧鲜嵌喾稚⒌囊詫?shí)現(xiàn)高的封裝密度以及因此實(shí)現(xiàn)更佳的橫向傳導(dǎo)性。
[0005]盡管為了獲得良好的導(dǎo)電性期望使用較大的顆粒和高封裝密度，但是如果使用較小的顆粒BSF的生成更加高效。因此，具有各種直徑的金屬顆粒的可用漿料的使用代表了高導(dǎo)電性和良好的接觸/摻雜特性之間的折衷。
[0006]因此，本領(lǐng)域中對于克服現(xiàn)有技術(shù)的已知缺陷的方法和組成物存在需求。本發(fā)明提供了這些方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的是提供用于在襯底的表面上生成金屬層的方法以及包括這種襯底的器件。本發(fā)明基于發(fā)明人的如下發(fā)現(xiàn):通過形成兩個(gè)單獨(dú)的包含顆粒的層，在光伏電池的表面上形成層，從而提供了具有展現(xiàn)出強(qiáng)的背面場(BSF)和高的導(dǎo)電率的背側(cè)金屬化的光伏電池，其中直接地形成在光伏電池表面上(尤其在不連續(xù)介電層位于金屬接觸部和摻雜襯底之間的情況下形成在接觸區(qū)域中)的第一層包括包含如下成分或由如下成分組成的顆粒:(i)金屬和/或B，或者(ii) P和/或Sb，該顆粒具有比形成在第一層之上的第二層的金屬顆粒的平均直徑小的平均直徑。
[0008]在第一方案中，本發(fā)明因此涉及一種在硅襯底上形成層的方法，所述方法包括:
(i )在硅襯底的表面上形成第一層第一組成物；以及
(ii)在第一層上形成第二層第二組成物；
其中兩層彼此電接觸，第一組成物包括包含如下成分或由如下成分組成的顆粒:(i)B、Al、Ga、In和/或Tl，或者(ii)P、As、Sb和/或Bi，第二組成物包括金屬顆粒，并且其中，第一層的顆粒具有比第二組成物的金屬顆粒的平均直徑小的平均直徑。
[0009]在另一方案中，本發(fā)明涉及一種能夠根據(jù)本發(fā)明的方法制造或獲得的光伏電池。
[0010]在又一方案中，本發(fā)明涉及包括后表面金屬層的光伏電池，其中所述金屬層包括第一層和第二層，其中所述第一層包括包含如下成分或由如下成分組成的顆粒Al、Ga、In和/或Tl，或者(ii)P、AS、Sb和/或Bi，其中所述第二層包括金屬顆粒，其中第一層夾在光伏電池的硅底層和第二層之間，并且其中第一層包括具有比第二層的顆粒的平均直徑小的平均直徑的顆粒。
[0011 ] 在又一方案中，本發(fā)明涉及包括一個(gè)或多個(gè)根據(jù)本發(fā)明所述的光伏電池的太陽能模塊。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1是示出在硅襯底103的表面上的包括顆粒104的第一層102以及包括具有比第一層102的顆粒104的平均直徑大的平均直徑的顆粒105的第二層101的剖面圖的示意性圖示，由此第二層101沉積在第一層102之上，并且兩層彼此電接觸。
[0013]圖2是剖面圖的示意性圖示，其中沉積在硅襯底203上的包括顆粒的第一層202是不連續(xù)的且由包括顆粒的第二層201覆蓋。第一層202的顆粒具有比第二層201的顆粒的平均直徑小的平均直徑。
[0014]圖3是剖面圖的不意性圖不,其中在第二層301和娃襯底303之間布置有第一層304和諸如鈍化層之類的另一層302。
[0015]圖4是剖面圖的示意性圖示，其中在第二層401和硅襯底403之間布置有第一層404和諸如鈍化層之類的另一層402。
【具體實(shí)施方式】
[0016]本發(fā)明基于發(fā)明人的驚人發(fā)現(xiàn)，S卩，通過以包括形成具有不同顆粒尺寸的兩個(gè)單獨(dú)層的兩步式工藝在光伏電池的后表面處生成金屬層，能夠改善背側(cè)金屬化的傳導(dǎo)率以及背面場和光伏電池的電場。不希望受特定理論約束，認(rèn)為該改善是由于第一層包括具有較小平均直徑的顆粒，這允許下層的硅層與提供改進(jìn)的導(dǎo)電率的具有較大顆粒的第二層的更好的接觸和摻雜。因此，本發(fā)明通過避免僅使用一種包含金屬的漿料用于后表面金屬化所施加的限制來允許高的BSF強(qiáng)度以及高的傳導(dǎo)率。
[0017]基于該發(fā)現(xiàn)，本發(fā)明因此涉及一種在硅襯底(諸如光伏電池)的表面上形成接觸層的方法，包括以下步驟:
(i )在襯底的表面上形成第一層第一組成物；以及(ii)在第一層上形成第二層第二組成物，
其中兩層彼此電接觸，其中第一組成物包括包含如下成分或由如下成分組成的顆粒:
(i)B、Al、Ga、In和/或Tl，或者(ii)P、As、Sb和/或Bi，其中第二組成物包括包含金屬或由金屬組成的顆粒，并且其中第一層的顆粒具有比第二組成物的金屬顆粒的平均直徑小的平均直徑。
[0018]第一層的顆粒選自相同的元素組，目卩(1)831、6&、111和/或1'1，或者(^)?、八8、Sb和/或Bi。顆粒中所包含的元素的類型取決于硅層是P型硅層(在該情況下，元素選自第一組)，還是η型硅層(在該情況下，元素選自第二組)。
[0019]在第一層上形成第二層的步驟意味著，兩層至少部分地彼此接觸。因此，第一層、第二層或者兩層都可以是不連續(xù)的。還可設(shè)想的是，另一層布置在第一層和第二層之間，使得第一層和第二層僅在一些區(qū)域中彼此接觸。在一個(gè)實(shí)施例中，第一層僅形成在襯底的一些區(qū)域中，而在襯底的其它表面區(qū)域中形成諸如鈍化層之類的另一不同層，并且第二層形成在兩者之上，例如，使得其不直接接觸襯底表面。在圖1-4中示意性地圖示出了在襯底上的兩層的示例性布置。
[0020]形成在硅襯底的表面上的層因此由至少兩個(gè)單獨(dú)層構(gòu)成，一層具有較細(xì)的顆粒，稱為第一層，其至少部分地接觸下層的硅層。該層能夠在較小的區(qū)域中(例如，在點(diǎn)狀區(qū)域中)接觸下層，小的區(qū)域能夠彼此隔離或連接，或者能夠在較大的部分上接觸下層并且形成廣布層。第二層布置在該較細(xì)的顆粒層之上并且包括較大的金屬顆粒，該層被稱為第二層。第二層能夠直接地形成在第一層之上，但是如上文所述，還可設(shè)想的是，存在形成于第一層和第二層之間的一個(gè)或多個(gè)附加層。類似地，本發(fā)明還涵蓋了，在光伏電池的表面上的接觸層包括多于兩層(即，第一層和第二層)的層。因此，本發(fā)明的方法還能夠包括:在第二層之上形成第三層、第 四層等的步驟。
[0021]層的形成能夠通過本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的各種技術(shù)來完成，包括但不限于印刷、諸如電鍍沉積之類的電鍍、滴涂、噴涂、粉末涂覆和/或包括化學(xué)氣相沉積(CVD)和物理氣相沉積(PVD)等氣相沉積。印刷可以為例如絲網(wǎng)印刷或擠壓印刷。
[0022]一般地，用于層的形成的組成物呈允許通過所選技術(shù)來形成層的形式。這意味著，組成物可以呈粉末形式、液體形式或氣態(tài)形式。如在該背景下使用的術(shù)語“液體”包括分散體、凝膠體和漿料。
[0023]所形成的層可以為導(dǎo)電的。
[0024]在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，第一組成物中所包括的顆?？梢赃x自鋁(Al)、硼(B)、鎵(Ga)、銦(In)、鉈(Tl)和/或它們的組合物，優(yōu)選地為Al或B，更優(yōu)選地為Al。在另一實(shí)施例中，第一組成物中所包括的顆?？梢赃x自磷(P)、砷(As)、鉍(Bi)和/或它們的組合物，優(yōu)選地為P。
[0025]在各個(gè)實(shí)施例中，第二組成物的顆粒可以包括導(dǎo)電的金屬或由導(dǎo)電的金屬組成，該導(dǎo)電的金屬諸如鋁(Al)、銀(Ag)或銅(Cu)?？蛇x地，獨(dú)立于第一組成物的顆粒，第二組成物中所包括的金屬顆粒可以選自上文所列出的作為第一組成物的成分的任何金屬，即，可以選自鋁(Al)、鎵(Ga)、銦(In)、鉈(Tl)和/或它們的組合物，優(yōu)選地為Al，或者可選地為秘(Bi)。在另一可選方案中,第二組成物的顆粒能夠選自任意導(dǎo)電金屬。
[0026]通常，顆?？梢曰旧蠟閱畏稚⒌摹＿@意味著，其直徑從平均直徑變化僅達(dá)到大約50%，或達(dá)到大約100%。本文所使用的“單分散”因此意味著，在組成物中所包含的顆粒中的大約90%具有位于平均直徑范圍內(nèi)的直徑、位于平均直徑土 100%的范圍內(nèi)的直徑或平均直徑±50%的范圍內(nèi)的直徑。
[0027]可選地，在其它實(shí)施例中，顆粒可以為多分散的。
[0028]在本文中結(jié)合顆粒所使用的術(shù)語“直徑”涉及顆粒的最大尺寸的直徑(如果顆粒不是球形的)。
[0029]在各個(gè)實(shí)施例中，第一組成物的顆?？删哂小? μ m(例如，〈3 μ m)的平均直徑，或者其在大約0.01 μ m至大約5 μ m、大約0.02 μ m至大約4 μ m或大約0.03 μ m至大約3 μ m的范圍內(nèi)。第二組成物的金屬顆?？删哂写蠹s0.1 μ m至大約20 μ m、大約I μ m至大約15 μ m或大約3 μ m至大約10 μ m的平均直徑。
[0030]在本發(fā)明中所描述的顆粒可具有任意形狀，包括但不限于球形、立方體、矩形、針狀、纖維狀、片狀、菱形、和角錐狀。優(yōu)選的形狀包括球形、立方體、矩形、菱形和片狀。
[0031 ] 兩層可具有相同或不同的厚度。在各個(gè)實(shí)施例中，第一層的平均厚度小于第二層的平均厚度。例如，第一層的平均厚度可以為〈20 μ m，例如〈10 μ m，〈5 μ m或〈I μ m，或者可以在大約0.1 μ m至大約20 μ m、大約0.5 μ m至大約15 μ m、大約I μ m至大約10 μ m、或大約Iym至大約5μπι之間的范圍內(nèi)。在各個(gè)實(shí)施例中，第二層的平均厚度可以在大約2μπι至大約70 μ m、大約3 μ m至大約40 μ m或大約5 μ m至大約30 μ m之間的范圍內(nèi)。
[0032]本發(fā)明的方法還可以包括附加步驟，包括但不限于在例如通過絲網(wǎng)印刷包含顆粒的漿料形成第一層之后實(shí)施的干燥步驟，并且在形成第二層之前將第一層干燥。類似地，也可以在第二層一旦已經(jīng)形成時(shí)，實(shí)施干燥步驟。另外，在形成第一層和/或第二層之后，可以實(shí)施加熱步驟或燒結(jié)步驟(“灼燒”)。還可以在100-300°C (例如，在大約200°C)的高溫下實(shí)施干燥步驟?？梢栽诖蠹s400至1000°C或大約550-850°C的范圍內(nèi)的溫度下執(zhí)行燒結(jié)步驟。
[0033]除了上文限定的顆粒之外，用于形成層的組成物可以包括一種或多種附加成分。在這種組成物中使用的示例性的成分包括但不限于溶劑、分散劑、添加劑、流變調(diào)節(jié)劑、填充劑、玻璃及其混合物。而且，還可能的是，組成物包含用于影響所形成層的導(dǎo)電率的其它金屬。如上所述，組成物可以為漿料的形式。在各個(gè)實(shí)施例中，組成物為可印刷的、優(yōu)選地為可絲網(wǎng)印刷的漿料的形式。
[0034]形成在光伏電池的表面上的層可以為涂層。這意味著該層覆蓋了整個(gè)表面?？蛇x地，該層可僅覆蓋表面的部分，例如在接觸區(qū)域中的部分。
[0035]在各個(gè)實(shí)施例中,娃襯底是娃光伏電池。在一個(gè)具體的實(shí)施例中，形成有層的表面為Si光伏電池的P型層。該表面可以為后表面，即，在使用時(shí)未暴露于光的表面。
[0036]本發(fā)明還涉及能夠通過實(shí)施上述方法獲得或通過實(shí)施上述方法獲得的光伏電池。
[0037]通常，本發(fā)明還涉及包括后表面金屬層的光伏電池，后表面金屬層包括第一層和第二層，第一層包括包括如下成分或由如下成分組成的顆粒:(i) B、Al、Ga、In和/或Tl，或(ii)P、As、Sb和/或Bi，第二層包括包含任意金屬或由任意金屬組成的顆粒，例如Al、Ag或Cu,并且第一層夾在光伏電池的娃底層和第二層之間,其中第一層包括具有比第二層的金屬顆粒的平均直徑小的平均直徑的顆粒。
[0038]在這種光伏電池中，層中的一個(gè)或多個(gè)可以彼此電接觸。[0039]第一層的顆粒和第二層的顆粒在其尺寸、分散度和材料方面如上文結(jié)合第一組成物和第二組成物的顆粒進(jìn)行了如上所述的限定。而且，光伏電池可以包括多于上述限定的
兩層的層。
[0040]類似地，光伏電池的層的厚度與上文結(jié)合本發(fā)明方法所公開的類似地被限定。盡管如此，如上文所公開的層的厚度會(huì)由于在干燥或燒結(jié)步驟期間發(fā)生的收縮而進(jìn)一步減小。
[0041]層可具有涂層的形式。
[0042]最后，本發(fā)明的特征還在于包括一個(gè)或多個(gè)根據(jù)本發(fā)明所述的光伏電池的太陽能模塊。
[0043]盡管已經(jīng)公開了本發(fā)明的特定的優(yōu)選的和可選的實(shí)施例，但對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員顯而易見的是，可利用本文所描述的本發(fā)明的教導(dǎo)來實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)的許多不同的變型例和延伸例。意在所有這樣的變型例和延伸例都包含在如隨附權(quán)利要求書中限定的本發(fā)明的真正主旨和范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種在娃襯底的表面上形成層的方法，所述方法包括: (i)在所述硅襯底的所述表面上形成第一層第一組成物；以及 (ii)在所述第一層上形成第二層第二組成物； 其中兩層彼此電接觸，所述第一組成物包括包含如下成分或由如下成分組成的顆粒:(i) B、Al、Ga、In、和/或Tl，或者(ii) P、As、Sb、和/或Bi，所述第二組成物包括包含金屬或由金屬組成的顆粒，并且其中，所述第一層的所述顆粒具有比所述第二組成物的金屬顆粒的平均直徑小的平均直徑。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述第一層和/或所述第二層是通過將所述第一組成物和/或所述第二組成物絲網(wǎng)印刷、擠壓印刷和/或電鍍沉積到所述硅襯底上而形成的。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述第一組成物的所述顆粒包含(i)B和/或Al，或者(ii) P和/或Sb ;和/或其中所述第二組成物的所述顆粒包含導(dǎo)電金屬，該導(dǎo)電金屬優(yōu)選為Al。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述第一組成物的所述顆粒和/或所述第二組成物的所述金屬顆?；旧鲜菃畏稚⒌?。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述第一層的平均厚度小于所述第二層的平均厚度。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述第一組成物和/或所述第二組成物還包括選自溶劑、分散劑、添加劑、流變調(diào)節(jié)劑、填充劑、玻璃及其混合物中的至少一種組分。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述硅襯底為光伏電池。
8.—種能夠根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法獲得的光伏電池。
9.一種光伏電池，其包括背面金屬層，所述背面金屬層包括第一層和第二層，所述第一層包括包含如下成分或由如下成分組成的顆粒:(i) B、Al、Ga、In和/或Tl,或者(ii) P、As、Sb和/或Bi，所述第二層包括包含金屬或由金屬組成的顆粒，并且所述第一層夾在所述光伏電池的硅襯底和所述第二層之間，其中所述第一層包括具有比所述第二層的金屬顆粒的平均直徑小的平均直徑的顆粒。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的光伏電池，其中所述第一層的所述顆粒和/或所述第二層的所述金屬顆粒基本上是單分散的。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的光伏電池，其中所述第一層的平均厚度小于所述第二層的平均厚度。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的光伏電池，其中所述第一層的厚度在大約0.1 μ m-20 μ m、0.5 μ m-15 μ m或I μ m_10 μ m之間的范圍內(nèi)。
13.根據(jù)權(quán)利要求9所述的光伏電池，其中所述第二層的厚度在大約2μ m-70 μ m、3 μ m-40 μ m或5 μ m_30 μ m之間的范圍內(nèi)。
14.根據(jù)權(quán)利要求9所述的光伏電池，其中所述第一層的所述顆粒具有大約0.01μ m至大約5 μ m、大約0.02 μ m至大約4 μ m、或大約0.03 μ m至大約3 μ m的平均直徑。
15.根據(jù)權(quán)利要求9所述的光伏電池，其中所述第二層的所述金屬顆粒具有大約0.1 μ m至大約20 μ m、大約I μ m至大約15 μ m、或大約3 μ m至大約10 μ m的平均直徑。
16.—種包括一個(gè)或多個(gè)根據(jù)權(quán)利要求9所述的光伏電池的太陽能模塊。
【文檔編號】H01L31/0224GK103855250SQ201310488701
【公開日】2014年6月11日 申請日期:2013年10月17日 優(yōu)先權(quán)日:2012年11月30日
【發(fā)明者】弗雷德里克·班貝格 申請人:德國細(xì)胞有限公司