光伏太陽能電池以及用于制造光伏太陽能電池的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種根據(jù)權(quán)利要求1的前序部分所述的光伏太陽能電池以及一種根 據(jù)權(quán)利要求6的前序部分所述的、用于制造光伏太陽能電池的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 光伏太陽能電池一般由半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)組成，所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)具有基極區(qū)域和發(fā)射極 區(qū)域，其中半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)一般基本上通過半導(dǎo)體基質(zhì)，例如硅基質(zhì)形成。光通常通過太陽能電 池的前側(cè)入射至半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中，從而在太陽能電池中吸收了入射光之后開始產(chǎn)生電子空穴 對。在基極和發(fā)射極區(qū)域之間形成了pn結(jié)，產(chǎn)生的載流子對在該pn結(jié)處分開。此外，太陽 能電池還包括金屬發(fā)射極觸點以及金屬基極觸點，所述觸點分別導(dǎo)電地與發(fā)射極或與基極 連接。通過該金屬觸點可以把在pn結(jié)處分開的載流子引離并進而輸入外部電路或模塊電 路中的相鄰的太陽能電池中。
[0003] 已知不同的太陽能電池結(jié)構(gòu)，其中本發(fā)明涉及如下的太陽能電池結(jié)構(gòu)：其中太陽 能電池的兩個電觸點布置在后側(cè)上，其中太陽能電池的基極可通過在后側(cè)布置的金屬基極 接觸結(jié)構(gòu)而被電觸點接通，太陽能電池的發(fā)射極通過在后側(cè)布置的金屬后側(cè)接觸結(jié)構(gòu)而被 電觸點接通。這與標準太陽能電池不同，在標準太陽能電池中一般金屬發(fā)射極觸點位于太 陽能電池的前側(cè)且金屬基極觸點位于太陽能電池的后側(cè)。
[0004] 本發(fā)明在此涉及一種后側(cè)可觸點接通的太陽能電池的特殊設(shè)計方案，所述太陽能 電池是金屬穿孔卷繞式的太陽能電池（MWT-太陽能電池）。盡管由EP985233和"Anovel siliconsolarcellstructurewithbothexternalpolaritycontactsontheback surface"（vanKerschaveretal.,the2ndWorldConferenceonPhotovoltaicSolar EnergyConversion，Vienna，Austria，1998)已知的太陽能電池具有布置在太陽能電池的、 設(shè)計用于光入射的前側(cè)上的金屬前側(cè)接觸結(jié)構(gòu)，所述前側(cè)接觸結(jié)構(gòu)與發(fā)射極區(qū)域?qū)щ娺B 接。然而此外，太陽能電池具有多個在半導(dǎo)體基質(zhì)中從前側(cè)延伸至后側(cè)的缺口，所述缺口被 金屬導(dǎo)通結(jié)構(gòu)穿過且在后側(cè)與一個或多個金屬后側(cè)接觸結(jié)構(gòu)導(dǎo)電地接觸，從而在后側(cè)可通 過后側(cè)接觸結(jié)構(gòu)、導(dǎo)通結(jié)構(gòu)和前側(cè)接觸結(jié)構(gòu)電觸點接通所述發(fā)射極區(qū)域。
[0005] MWT結(jié)構(gòu)的優(yōu)點是：來自發(fā)射極的載流子在前側(cè)通過前側(cè)接觸結(jié)構(gòu)收集，因而不 會由于在半導(dǎo)體基質(zhì)內(nèi)部從前側(cè)到后側(cè)的可能的載流子運輸而引起歐姆損耗。此外，與標 準太陽能電池相比，由于基極區(qū)域和發(fā)射極區(qū)域的后側(cè)的可接觸性在模塊中得到MWT太陽 能電池的更簡單的電路。
[0006] MWT結(jié)構(gòu)的缺點是，與標準太陽能電池相比，必須產(chǎn)生額外結(jié)構(gòu)，例如缺口和穿過 缺口的金屬導(dǎo)通結(jié)構(gòu)，因此與制造標準太陽能電池相比，復(fù)雜性更高且導(dǎo)致成本更高。此 外，如果后側(cè)接觸結(jié)構(gòu)錯誤地向前擠進（所謂的"Spiking"或"Shunting"）半導(dǎo)體基質(zhì)的 基極區(qū)域中，則尤其在加工不準確時，在缺口的壁部以及在后側(cè)接觸結(jié)構(gòu)覆蓋太陽能電池 的后側(cè)的區(qū)域中存在形成額外的損失機構(gòu)的危險，尤其會出現(xiàn)短路電流，因此明顯減小了 太陽能電池的效率。
[0007] 因此，在EP0 985 233中建議了，引導(dǎo)發(fā)射極通過缺口以及在后側(cè)至少越過由后 側(cè)接觸結(jié)構(gòu)覆蓋的區(qū)域，從而用于外部接觸發(fā)射極的后側(cè)接觸結(jié)構(gòu)不覆蓋基極摻雜的半導(dǎo) 體基質(zhì)的區(qū)域。
[0008] 然而這需要復(fù)雜的工藝過程以及多個昂貴的掩膜步驟。
[0009] 因此，由DE10 2010 026 960A1已知了，形成一種MWT結(jié)構(gòu)，其在朝向光入射的 前側(cè)以及在缺口的壁部中具有發(fā)射極區(qū)域、但在后側(cè)上不具有發(fā)射極區(qū)域。
[0010] 在W02012/026812公開的MWT結(jié)構(gòu)在結(jié)構(gòu)構(gòu)造方面進一步簡化，其中在缺口的壁 部上不形成發(fā)射極且金屬導(dǎo)通結(jié)構(gòu)直接與半導(dǎo)體基質(zhì)鄰接，也就是說不通過缺口中的電絕 緣的中間層與缺口絕緣。因此，根據(jù)該公開內(nèi)容的教導(dǎo)，形成了一種金屬化結(jié)構(gòu)，其具有沿 水平方向從金屬化結(jié)構(gòu)的中心開始朝著邊緣減小的導(dǎo)電性。
[0011] 由于在制造光伏太陽能電池方面的價格壓力日益增大，所以對價廉且同時可靠的 制造方法以及這種太陽能電池結(jié)構(gòu)的需求日益提高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012] 因此本發(fā)明的目的在于，提供一種MWT太陽能電池和一種用于制造MWT太陽能電 池的方法，其突出之處在于：具有可靠、魯棒并且價廉的構(gòu)造。
[0013] 該目的通過根據(jù)權(quán)利要求1所述的光伏太陽能電池以及通過根據(jù)權(quán)利要求6所述 的、用于制造光伏太陽能電池的方法實現(xiàn)。在權(quán)利要求2至5中給出了根據(jù)本發(fā)明的光伏 太陽能電池的有利的設(shè)計方案。在權(quán)利要求7至15中給出了根據(jù)本發(fā)明的方法的有利的 設(shè)計方案。在此把所有權(quán)利要求的字句通過參考詳細地引入說明書中。根據(jù)本發(fā)明的光伏 太陽能電池優(yōu)選通過根據(jù)本發(fā)明的方法或所述方法的優(yōu)選實施方案來制造。根據(jù)本發(fā)明的 方法優(yōu)選用于制造根據(jù)本發(fā)明的太陽能電池或者太陽能電池的優(yōu)選實施方案。
[0014] 本發(fā)明的基本思想在于：此前對于MWT結(jié)構(gòu)的優(yōu)化的出發(fā)點令人驚訝地基于錯誤 的損耗機質(zhì)權(quán)重，致使根據(jù)此前已知的教導(dǎo)，形成高效且可靠的MWT太陽能電池所必須的 是：缺口的壁部上的發(fā)射極和/或缺口的壁部上的電絕緣層和/或至少一個具有朝著缺口 的壁部減小的導(dǎo)電性的導(dǎo)通結(jié)構(gòu)。
[0015] 然而，令人驚訝的是，看起來最簡化的、在前述的W02012/026812的圖4中示出并 且在相應(yīng)的說明中公開的MWT結(jié)構(gòu)卻具有此前未被充分評價的缺點：盡管這種太陽能電 池在常規(guī)運行中（也就是說在優(yōu)化的測試條件下）顯示出良好的效率且尤其是僅具有很 小的分流（Shunt)，也就是說在全局分析中具有較高的相應(yīng)的并聯(lián)電阻。然而在反向負荷 (Rtickw這rtsbelastung)(例如像其在真正的條件和模塊中太陽能電池的一部分的部 分屏蔽時會出現(xiàn)的那樣）下，這種太陽能電池相對于其它mwt結(jié)構(gòu)具有低得多的擊穿電壓， 也就是說，在電壓低得多時便出現(xiàn)所謂的反向擊穿。由于借助于這種擊穿出現(xiàn)的局部明顯 的熱產(chǎn)生，這表現(xiàn)為一種很大的危險，即在部分屏蔽時，這種太陽能電池結(jié)構(gòu)容易導(dǎo)致模塊 損壞直至產(chǎn)生燃燒。因此對實體的模塊設(shè)計來說，在這種太陽能電池中設(shè)置了額外的旁路 二極管，所述旁路二極管又提高了成本且喪失了由于減小的太陽能電池結(jié)構(gòu)而得到的成本 優(yōu)勢。
[0016] 此外還可能出現(xiàn)的是，在部分屏蔽下對前述性能來說特別是大面積地金屬化后側(cè) 接觸結(jié)構(gòu)是決定性的；然而導(dǎo)通結(jié)構(gòu)與缺口的壁部相鄰接的相對略微較小的表面對降低在 反向負荷下的擊穿電壓來說未表現(xiàn)為明顯危險。
[0017] 通過實施這種令人驚異的認識能夠發(fā)展出一種新型的MWT太陽能電池結(jié)構(gòu)以及 用于其制造的方法，所述方法一方面相對于在DE10 2010 026 960A1中公開的結(jié)構(gòu)實現(xiàn)了 進一步的成本節(jié)約且還避免了尤其根據(jù)W02012/026812的圖4的太陽能電池結(jié)構(gòu)的缺點。
[0018] 根據(jù)本發(fā)明的光伏太陽能電池具有用于光入射的前側(cè)，以及包括基極摻雜類型的 半導(dǎo)體基質(zhì)、至少一個在前側(cè)上形成的發(fā)射極摻雜類型的發(fā)射極區(qū)域，所述發(fā)射極摻雜類 型與基極摻雜類型相反。在此，摻雜類型是n型摻雜和與此相反的p型摻雜。
[0019] 此外，太陽能電池包括：至少一個在前側(cè)上設(shè)計用于電流收集的金屬的前側(cè)接觸 結(jié)構(gòu)，該前側(cè)接觸結(jié)構(gòu)與發(fā)射極區(qū)域?qū)щ娺B接；至少一個金屬的基極接觸結(jié)構(gòu)，其布置在太 陽能電池的后側(cè)上且在基極摻雜類型的區(qū)域中與半導(dǎo)體基質(zhì)導(dǎo)電連接；至少一個在半導(dǎo)體 基質(zhì)中從前側(cè)延伸至后側(cè)的缺口以及至少一個導(dǎo)通結(jié)構(gòu)，其中導(dǎo)通結(jié)構(gòu)在缺口中從半導(dǎo)體 基質(zhì)的前側(cè)通到后側(cè)且與前側(cè)接觸結(jié)構(gòu)導(dǎo)電連接，以及至少一個金屬的后側(cè)接觸結(jié)構(gòu)，其 布置在后側(cè)上且與導(dǎo)通結(jié)構(gòu)導(dǎo)電連接。
[0020] 在半導(dǎo)體基質(zhì)的后側(cè)上間接地或優(yōu)選直接地布置有電絕緣的絕緣層，所述絕緣層 至少在包圍缺口的區(qū)域中覆蓋后側(cè)，優(yōu)選完全地覆蓋后側(cè)。所述后側(cè)接觸結(jié)構(gòu)間接地或優(yōu) 選直接地布置在絕緣層上，從而后側(cè)接觸結(jié)構(gòu)通過絕緣層相對于位于絕緣層下的半導(dǎo)體基 質(zhì)電絕緣。
[0021] 因此，在基本結(jié)構(gòu)方面，根據(jù)本發(fā)明的太陽能電池對應(yīng)于經(jīng)過證明的且例如在 DE10 2010 026 960A1 中描述的MWT結(jié)構(gòu)。
[0022] 重要的是，在根據(jù)本發(fā)明的太陽能電池中在半導(dǎo)體基質(zhì)中在缺口的壁部上，導(dǎo)通 結(jié)構(gòu)直接與基極摻雜類型的基極區(qū)域鄰接。
[0023] 因此，根據(jù)本發(fā)明的太陽能電池結(jié)構(gòu)來源于令人驚訝的認識，即一方面在太陽能 電池的后側(cè)上鑒于太陽能電池的可靠性，尤其在部分屏蔽時后側(cè)接觸結(jié)構(gòu)和半導(dǎo)體基質(zhì)的 基極區(qū)域之間的可靠電絕緣是重要的；另一方面提供了成本優(yōu)勢，在后側(cè)上不形成發(fā)射極； 以及