制造光伏電池的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及制造光伏電池的方法以及按照該方法獲得的光伏電池。
【背景技術(shù)】
[0002]光伏電池可以由通常包括半導(dǎo)體材料且能夠?qū)⒔邮盏墓庾又苯愚D(zhuǎn)換為電信號(hào)的多層堆疊形成。
[0003]這樣的光伏電池可以例如是同質(zhì)結(jié)光伏電池或異質(zhì)結(jié)光伏電池。這些電池通常由娃制成。
[0004]涉及光伏電池的制造的一個(gè)步驟是金屬化(metal lizat 1n)步驟。該金屬化接近光伏電池制造方法的末端發(fā)生，并且包括在電池的至少一個(gè)表面上沉積通常為梳狀(comb)或網(wǎng)格(gate)形式的金屬接觸。這些金屬接觸被設(shè)計(jì)用來(lái)收集電流以及將電池彼此互聯(lián)。
[0005]為制作金屬接觸，通常通過(guò)絲網(wǎng)印刷(screen printing)來(lái)沉積金屬線。金屬線例如由銀基(silver base)制成。該技術(shù)使得可以快速的獲得金屬接觸。然而，具有一定數(shù)量的限制，例如電接觸的較高的電阻率以及線的大寬度。線的寬度通常為大約70μπι至120μπι，這導(dǎo)致電池的表面上的隨之而來(lái)的陰影效應(yīng)，由此降低了電池的效率。
[0006]此外，在光伏電池上沉積銀楽(silverpaste)之后，退火是必需的，以使得楽的接觸連接(contact connect 1n)和致密化(dens if i cat 1n)成為可能。
[0007]對(duì)于同質(zhì)結(jié)電池，在大約800°C的高溫下執(zhí)行退火。接觸連接發(fā)生在當(dāng)銀穿過(guò)電池的抗反射層并與所述電池的發(fā)射區(qū)域接觸時(shí)。
[0008]對(duì)于異質(zhì)結(jié)電池，在大約200°C的較低溫度下執(zhí)行退火，這是由于存在于異質(zhì)結(jié)電池中的非晶層具有差的溫度承受。它們?cè)诟哂? O (TC的溫度下部分再結(jié)晶(recrystallize)，由此失去其鈍化性能。在異質(zhì)結(jié)電池的情況下，接觸連接直接制作在透明導(dǎo)電氧化物層上。
[0009]然而，在高溫下退火的銀漿的電阻率幾乎是體銀(volume silver)的電阻率的兩倍，而在低溫被致密化的銀漿的電阻率是體銀的電阻率的4到5倍。因此使用這種技術(shù)獲得電接觸的電阻率顯著高于體金屬的電阻率。
[0010]增加退火溫度能夠降低金屬接觸的電阻率，但是該增加將導(dǎo)致存在于異質(zhì)結(jié)電池中的非晶層的部分結(jié)晶。
[0011]因此，制造電接觸的方法在于尋找電接觸的質(zhì)量(且尤其是其電阻率性能)和非晶層的質(zhì)量之間的折中，實(shí)現(xiàn)一方的質(zhì)量通常會(huì)損害另一方。
[0012I另一種用于形成電接觸的技術(shù)是與電解生長(zhǎng)相關(guān)的光刻法(photolithography)。源于微電子領(lǐng)域中所使用的技術(shù)的光刻法，使得大約ΙΟμπι或20μπι的非常窄的圖案能夠通過(guò)光致抗蝕劑的沉積在環(huán)境溫度下生成在光伏電池上。陰影由此被限制，且光伏電池的效率被提高。然而，這種技術(shù)實(shí)施起來(lái)很冗長(zhǎng)并且呈現(xiàn)非常高的成本，這與光伏電池的生產(chǎn)不相容。
[0013]此外，電再充電(galvanic recharge)的主要缺點(diǎn)在于基板上的沉積物的粘附。
[0014]在同質(zhì)結(jié)電池的情況下，使用鎳子層來(lái)形成硅化鎳，由此能夠使得電解沉積的更好的粘附。然而，娃化鎳的形成通常導(dǎo)致微短路(micro-short-circuits)的發(fā)生。
[0015]在異質(zhì)結(jié)電池的情況下，在透明導(dǎo)電氧化物層上的電沉積的粘附通常是不充分的。
[0016]因此工業(yè)難題是獲得相對(duì)窄的、呈現(xiàn)低電阻率的、在支撐上的良好粘附性的、并具有相對(duì)的高生產(chǎn)率的用于光伏電池的金屬接觸，并且在異質(zhì)結(jié)電池的情況下，不會(huì)使非晶層結(jié)晶。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0017]本發(fā)明的目的在于彌補(bǔ)現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，且更具體的提出一種制造光伏電池的方法，使得電接觸可以被制作為呈現(xiàn)低電阻率，同時(shí)保存由半導(dǎo)體材料制成的下層。
[0018]該目的傾向于由隨附的權(quán)利要求來(lái)實(shí)現(xiàn)。
【附圖說(shuō)明】
[0019]通過(guò)本發(fā)明的特定實(shí)施例的下述描述，其他優(yōu)點(diǎn)和特征將變得更清晰易懂，特定的實(shí)施例僅為非限定性示例目的并且表示在附圖中，在附圖中:
[0020]圖1-4以示意的方式和截面圖表示了根據(jù)第一實(shí)施例的光伏電池的制造的不同步驟，
[0021]圖5和圖6以示意的方式和截面圖表示了根據(jù)第二實(shí)施例和第三實(shí)施例的光伏電池。
【具體實(shí)施方式】
[0022]制造光伏電池的方法包括如下連續(xù)步驟:
[0023]i)提供包括p/n光伏結(jié)的基板I，基板I被由電絕緣材料2制成的第一層和由金屬材料制成的第二層3順次覆蓋，
[0024]ii)在使得該電絕緣材料和該金屬材料能夠局部反應(yīng)的條件下，通過(guò)執(zhí)行利用激光福射的局部熱處理，以形成由金屬填充玻璃態(tài)化合物(metal-charged glassycompound)制成的籽晶層4，所述籽晶層4電連接至該p/η結(jié)，
[0025]iii)執(zhí)行金屬材料的第二層3的移除，
[0026]iv)通過(guò)電化學(xué)沉積在籽晶層4上執(zhí)行電接觸5的形成。
[0027]根據(jù)優(yōu)選實(shí)施例，基板包括設(shè)置在p/n光伏結(jié)和第一電絕緣材料層2之間的透明導(dǎo)電氧化物層6 ο這特別是在異質(zhì)結(jié)電池的情況下。
[0028]在步驟ii)中(即當(dāng)通過(guò)激光輻射執(zhí)行局部熱處理時(shí))形成的籽晶層4，隨后通過(guò)透明導(dǎo)電氧化物層6被電連接至p/n結(jié)。
[0029]該透明導(dǎo)電氧化物層6使得能夠具有良好的橫向?qū)щ娐?，且?dāng)形成籽晶層4時(shí)熱保護(hù)形成基板的半導(dǎo)體材料層。熱輸入因此生成直到該透明導(dǎo)電氧化物層6。
[0030]在步驟ii)中，通過(guò)位于光伏電池上方的源(未在圖1中示出)來(lái)施加激光束。激光束被選擇性的施加至將要形成籽晶層4的位置(圖1中的箭頭F)。激光束的使用有利的使得能夠獲得尤其在空間和時(shí)間上均勻但可控的熱輸入。[OO31 ]在一定條件下(積分通量(f luence)、脈沖持續(xù)時(shí)間)執(zhí)行激光福射，以使得在由金屬材料制成的第二層3(也稱為金屬層3)處通過(guò)激光束的局部施加而產(chǎn)生的熱輸入足夠高，以使所述金屬層3局部熔化并導(dǎo)致第一電絕緣材料層2的至少軟化，或甚至熔化，以及有可能的透明導(dǎo)電氧化物層6的一部分的至少軟化，或甚至熔化。該步驟使得能夠形成導(dǎo)電籽晶層4。
[0032]根據(jù)優(yōu)選的實(shí)施例，執(zhí)行激光輻射，以導(dǎo)致電絕緣層2的軟化而不是熔化，由此限制與透明導(dǎo)電氧化物層6的反應(yīng)。
[0033]熱處理溫度，即在激光束的施加期間施加至金屬層3的溫度，有利的高于或等于金屬層3發(fā)生熔化的溫度，且優(yōu)選的高于900°C。
[0034]當(dāng)執(zhí)行激光輻射時(shí)，形成籽晶層4的材料被產(chǎn)生。籽晶層4有利的由第一層2的電絕緣材料和第二層3的金屬材料形成。
[0035]籽晶層4的材料是玻璃態(tài)化合物的形式，特別是軟化的玻璃(glass)，填充有例如銀的金屬。其例如是當(dāng)執(zhí)行在絲網(wǎng)印刷中使用的稱為“高溫”漿的銀漿烘焙時(shí)形成的玻璃的類型。這些漿由銀粉和分散在有機(jī)粘合劑中的玻璃粉(glass frit)組成。粉的意思是粉碎的玻璃粉末，當(dāng)被烘焙以形成玻璃態(tài)化合物時(shí)其軟化或熔化，其中一部分銀被溶解以形成銀摻雜的S12玻璃。
[0036]在激光輻射后且在冷卻期間，具有數(shù)十納米的厚度的填充玻璃(chargedglass)的薄層形成電絕緣材料2的第一層和金屬材料的第二層3之間的界面。銀微晶(crystallites)可以形成而增強(qiáng)了電接觸。該層改善了金屬的粘附，即電接觸的粘附。
[0037]有利的，如圖2至6中所示，由玻璃態(tài)材料制成的籽晶層4與導(dǎo)電透明氧化物6部分地化學(xué)和/或機(jī)械反應(yīng)，這使得能夠制作籽晶層4和氧化物層6之間的接觸連接，并使籽晶層4與基板I的p/n結(jié)電連接。
[0038]根據(jù)第一實(shí)施例，玻璃態(tài)的籽晶層4與透明導(dǎo)電氧化物層6的結(jié)合通過(guò)化學(xué)方式來(lái)實(shí)現(xiàn)，有效的將兩層彼此固定。因此，籽晶層4的材料是金屬層3的材料、絕緣層2的材料和透明導(dǎo)電氧化物層6的材料的混合物。
[0039]根據(jù)另一實(shí)施例，當(dāng)絕緣層2和金屬層3熔化時(shí)，玻璃態(tài)材料進(jìn)入透明導(dǎo)電氧化物層6的孔(pore)直到晶界(grain boundary)，使得能夠獲得籽晶層4在氧化物層6中的強(qiáng)機(jī)械結(jié)合。
[0040]由金屬層3的材料和絕緣層2的材料構(gòu)成的玻璃態(tài)材料的擴(kuò)散和/或形成，導(dǎo)致穿過(guò)金屬層3和絕緣層2的至少一部分的過(guò)孔(via)9的形成，如圖2中所示。
[0041]因此，籽晶層4形成在過(guò)孔9的底部中，過(guò)孔9的側(cè)壁在移除層3之前由保持未熔化的絕緣層2和層3的厚度形成。過(guò)孔9有利的為溝槽(groove)的形式。形成在籽晶層4上的電接觸5隨后將為線的形式。
[0042]溝槽的寬度，且由此過(guò)孔的寬度，近似的對(duì)應(yīng)于激光束的尺寸。例如，通過(guò)使用產(chǎn)生15-20μπι的聚焦光斑的激光束，將可以獲得具有大約25μπι的寬度的籽晶層4。
[0043]如圖2至4中所示，在籽晶層4的形成步驟之后，該方法包括:
[0044]移除保持為未熔化的金屬層3以形成籽晶層4，
[0045]在導(dǎo)電籽晶層4上沉積金屬接觸5。
[0046]優(yōu)選的，通過(guò)蝕刻移除金屬層3。甚至更優(yōu)選的，通過(guò)化學(xué)蝕刻來(lái)移除。
[0047]在有利的方式中，籽晶層4的材料的蝕刻動(dòng)力學(xué)低于金屬層3的蝕刻動(dòng)力學(xué)，這使得能夠執(zhí)行被稱為選擇性蝕刻的蝕刻。該蝕刻動(dòng)力學(xué)差異是由于組成籽晶層4的材料中的玻璃相的存在，以及為籽晶層4提供電導(dǎo)且尤其是使得能夠通過(guò)電化學(xué)沉積后續(xù)形成金屬接觸的金屬的存在。金屬層3的材料因此被蝕刻，然而籽晶層4沒有被蝕刻或僅稍微被蝕刻。在執(zhí)行蝕刻時(shí)，僅金屬層3將被移除來(lái)釋放絕緣層2