防止有害的太陽能電池極化的製作方法

2023-10-29 07:53:52 1

專利名稱：防止有害的太陽能電池極化的製作方法
技術領域：
本發明一般涉及太陽能電池，更具體地但不排他地涉及太陽能 電池結構、組件、製造和現場安裝。2. 背景技術的描述太陽能電池是眾所周知的用於將太陽輻射轉換成電能的設備。 所述太陽能電池可以利用半導體處理工藝在半導體晶片上製造。一 般來說，太陽能電池可以通過在矽襯底上形成p型區和n型區來制 造。每一相鄰的p型區和n型區都形成p-n結。照射在太陽能電池 上的太陽輻射生成遷移到p型和n型區的電子和空穴。由此產生跨 p-n結的電壓差。在背面接觸太陽能電池中，p型和n型區耦合到在 太陽能電池背面上的金屬接觸，以便允許外部電路或設備耦合到太 陽能電池和由太陽能電池供電。背面接觸太陽能電池也在美國專利 No. 5,053,083和No.4,927,770中予以公開，兩者全文在此通過引用被 納入。若干太陽能電池可以連接在一起以形成太陽能電池陣列。太陽 能電池陣列可以封裝成太陽能電池組件。該組件包括允許太陽能電 池陣列經受環境條件和用於現場的保護層。如果沒採取預防措施， 太陽能電池在現場可能被高度極化，造成減小的輸出功率。在這裡 公開了用於防止有害的太陽能電池極化的技術。發明內容在一個實施例中，通過提供從太陽能電池的正面到晶片的本體 (bulk)洩放電荷的導電通路來防止有害的太陽能電池極化或者使之 最小。例如，導電通路可以包括介質鈍化層中的圖案化的孔、導電層。也可以通過偏置太陽能電池組件在太陽能電池的正面上的區來
防止有害的太陽能電池極化。基於閱讀本公開的整體，對具有本領域普通技術的人員來說， 本發明的這些和其他特徵將是顯而易見的，本公開的整體包括附圖 和權利要求書。


圖1表示可利用本發明實施例的實例太陽能電池組件的分解圖。圖2示意地表示圖1的太陽能電池組件的截面。圖3A和3B表示發明人認為造成太陽能電池極化的機制的模型。圖4A、 4B、 5A、 5B、 5C、 5D和6示意地表示出按照本發明的實施例的太陽能電池的截面。圖7A示意地表示按照本發明的實施例的太陽能電池組件。 圖7B和7C示意地表示按照本發明的實施例的太陽能系統。 在不同的附圖中相同參考標號的使用表明相同或相似的部件。除非另加註解，否則附圖不必按比例繪製。
具體實施方式
在本公開中，為提供對本發明實施例的徹底了解，提供了許多 具體細節，諸如裝置、部件和方法。然而，本領域普通技術人員會 認識到，本發明在沒有一個或多個這些具體細節的情況下也能得以 實施。在其他情形下，為避免使本發明的各方面晦澀，未示出或者 描述眾所周知的細節。現在參照圖1，示出了可利用本發明實施例的實例太陽能電池組 件100的分解圖。這樣的太陽能電池組件也在共同轉讓的於2003年 8月1日所提交的美國申請No. 10/633,188中被公開。然而要注意到，本發明的實施例對其他太陽能電池組件也是適用的。在圖1的例子中，該太陽能電池組件100包括透明罩104、封裝 物103(即103-1、 103-2)、包含互連的太陽能電池200的太陽能電 池陣列110以及背板102。由於該太陽能電池組件100典型地在固定 應用中得以使用，例如在屋頂上或者為發電站所使用，所以它是所 謂的"陸上太陽能電池組件"。因此，該太陽能電池組件100裝有面 向太陽的透明罩104。在一個實施例中，透明罩104包括玻璃。太陽能電池200的正面通過透明罩104朝向太陽。封裝物103橫向連接並 結合太陽能電池200、罩104以及背板102以形成保護封裝。在一個 實施例中，封裝物103包含乙烯-醋酸乙烯共聚物(poly-ethyl-vinyl acetate, "EVA")。太陽能電池200的背面面向附到封裝物103-1上的背板102。在 一個實施例中，背板102包含出自Madico公司的Tedlar/聚酯 (Polyester ) / EVA ( "TPE，，)。在TPE中，Tedlar是保護免遭 環境影響的最外層，聚酯提供額外的電絕緣，EVA是促進對封裝物 103-1的附著力的非橫向連接薄層。用作背板703的TPE的替代物包 括例如Tedlar/聚酯/Tedlar ( TPT )。圖2示意地表示出太陽能電池組件100的截面。為理解容易， 圖2已用範例材料注釋。然而要注意到，在無損本發明的優點的情 況下也可以採用其他材料。為了本公開的目的，太陽能電池的正面 包含在晶片203的正面上(即從鈍化層202向罩104)的材料、部件 以及特徵，而太陽能電池的背面包含在晶片203的背面上(即從摻 雜區204向背板102)的材料、部件以及特徵。太陽能電池200的正 面上的材料被配置用以在正常工作期間面向太陽。太陽能電池200 的正面上的材料就本性或厚度而言是透明的，以便允許太陽輻射射 過。在圖2的例子中，晶片203包括帶有n型正面擴散區207的n 型矽晶片。正面擴散區207已示意地用虛線分開以表明它處於晶片 203的珪之中。介質鈍化層(dielectric passivation layer ) 202在圖2 的例子中包含二氧化矽，該介質鈍化層202在晶片203的正面上形 成。抗反射塗層(anti-reflective coating, "ARC" ) 201在介質鈍化 層202的頂部形成。在一個實施例中，抗反射塗層201包含通過等離 子體增強型化學氣相沉積(PECVD)所形成的厚度約為400埃的氮 化矽。在一個實施例中，鈍化層202包含所形成的厚度約為200埃的 二氧化矽。鈍化層202可以通過高溫氧化直接在晶片203的頂部表面 上生長。在圖2的例子中，用作太陽能電池200的電荷收集結的p型摻 雜("P+")和n型摻雜("N+")區204在晶片203中形成。在 無損本發明的優點的情況下，p型和n型摻雜區204也可以在晶片 203外部形成，例如在晶片203背面上所形成的層之中。金屬接觸206 在太陽能電池200的背面上形成，其中每個金屬接觸206都耦合到相 應的p型或n型摻雜的收集區。氧化物層205被圖案化(pattern) 以允許金屬接觸206連接到摻雜區204。典型地，金屬接觸206連接 到太陽能電池陣列110中的其他太陽能電池200的金屬接觸。金屬接 觸206允許外部電路或設備從太陽能電池組件100接收電流。太陽能 電池200是背面接觸太陽能電池，因為所有到其收集區的電連接都 在其背面形成。如在圖2中所示，太陽能電池200通過背板102、封裝物103以 及罩104保護。構架(frame) 211包圍太陽能電池200和其保護層。 在某些狀況下，基本上可以降低太陽能電池組件100的輸出功率產 生能力。由於太陽能電池組件100可以例如通過在有利的電流流通 方向上用高電壓偏置太陽能電池組件100而恢復回到其原始狀況， 所以輸出功率的所述減少是可逆的。發明人認為，這種輸出功率減 少是由於在電荷如箭頭212所示從太陽能電池200的正面向構架211 洩漏時，太陽能電池200被極化。在一個例子中，正電荷載流子從 太陽能電池200的正面洩漏，由此讓抗反射塗層201的表面帶負電。 在抗反射塗層201的表面上的負電荷吸引帶正電的光生空穴 (positively charged light generated hole )， 所述帶正電的光生空穴 中的一些同n型矽晶片203中的電子重組合，而不是在摻雜收集區 處尋皮收集。因為太陽能電池200具有n型正面擴散區，所以當在場中(in the field)介質鈍化層202具有電場極性，使得電子被排斥、而空穴被吸 引到在介質鈍化層202和正面擴散區207之間的界面時、也就是說當 介質鈍化層202的電位比正面擴散區207小時，有害的極化可能發 生。在場工作中，在以相對地的正電壓操作太陽能電池200時，這 將會發生。在太陽能電池具有p型正面擴散區的其他實施例中，當 太陽能電池在場中相對地變成負偏置的(即成為更負的)時，有害 的極化可能發生。如眾所周知的，可以摻雜p型矽晶片以具有n型 正面擴散區。同樣地，可以摻雜n型矽晶片以具有p型正面擴散區。 雖然實例太陽能電池200具有n型矽晶片中的n型正面擴散區，但 本發明的教導可適於其他類型的太陽能電池襯底。
圖3A示意地表示出發明人認為是造成太陽能電池極化原因的 機制的模型。在圖3A的模型中，電流通過玻璃(例如罩104)的正 面流向太陽能電池或者從太陽能電池流出，並且通過旁路洩漏到太 陽能電池的背面。電阻Rg,代表從氮化物ARC(例如抗反射塗層201) 到玻璃正面的洩漏電阻，Rsh是從氮化物ARC到太陽能電池的背面 的旁路洩漏。實際上，將會有跨太陽能電池出現的分布式電壓，所 述分布式電壓在邊緣以低值開始並且朝著中間增大。在任何情況 下，氮化物ARC至矽晶片電壓不應該超過氧化物擊穿電壓。在圖3A 和3B中，電容"C"代表包括用作電介質的氧化物鈍化層(例如介 質鈍化層202 )、用作第一電容器板的氮化物ARC以及用作第二電容器板的矽晶片的電容器。圖3B示意地表示出圖3A結構的集總元件近似等效電路。為該 分析的目的，給電壓加參考符號到太陽能電池的背面。假定起始柵 極電壓是零的對該電路的瞬時解由方程式EQ. 1表示封裝物上的電壓，所述EVA封裝物如同金屬氧化物半導體(MOS) 電晶體的柵極。MOS電晶體的柵極氧化物是氧化物介質鈍化層。如 所述，電容"C"代表由氮化物ARC、氧化物鈍化層和矽晶片所組 成的電容器。一旦對太陽能電池加電，柵極(即正面EVA封裝物)將斜面上 升並且達到電壓VT,這引起在由方程式EQ. 2所表示的降解 (degradation)時間td後的某一降解量其中並且&是並聯等效電阻。Vg代表正面EVA外，發射區的形狀可以是稜柱形的，或者至少部分地為球形。發射層可以是採用CVD或其它已知的方法施加的薄層。如果側壁2包括金屬、最好是不鏽鋼或由其製成，由於發射區有較 大的尺寸，簡單地通過使壁的內表面變粗糙就足以提供適當的發射表 面，這種變粗糙或者是通過機械手段，或者最好是通過刻蝕獲得，刻蝕 例如通過等離子體刻蝕，或者特別是通過化學刻蝕來實現。即使不採用 掩模或其它的構造工具， 一個簡單的刻蝕過程就會產生出粗糙的帶有尖 銳的邊緣和頂端的表面，在這些部位電場將達到局部的極大值，電場強 度被升到足夠高，簡單地通過產生壁材料的顆粒(by bringing out the grain of the wall material)就可以產生足夠強的電子發射。當然，也可以使壁設有被發射區覆蓋的表面部分，這些發射區具有 另外的形狀，特別是有大致彎曲的形狀，即，非平面的發射區，例如中 凹的球形，或者甚至為波紋狀或中凸形狀。除了所希望的電性能要求的 小尺度(或比例)的表面粗糙度以外，在較大的尺寸(或比例)上，表 面可以基本上是平滑的，或者，表面可以是分片(或分段)平滑的，或 者甚至是分片平面的，帶有這些片交會的邊緣。整體構形最好是非平面 的，為的是與整體平面構形的發射表面相比發射表面的面積(或區域) 可以更大些。發射區可以覆蓋例如0.5平方釐米和80平方釐米之間，特 別是1平方釐米和50平方釐米之間。門9可以是一種由金屬細絲製成的細絲篩網，或者也是由金屬例如 鎳，鉬或不鏽鋼製成的格柵，這些金屬應該是能經受濺射的金屬。另一 種可能的情況是提供由等間隔分布的隔離器構成的相對稠密的陣列，這 些隔離器使得發射表面的高度升高 一定距離，該距離與發射表面與門之 間所希望的距離相對應，並且在這種情況下，用薄的金屬薄膜的小片 (patches)覆蓋面向離開支承壁的那些表面，這些小片合在一起形成 .門。在這種情況下，將發射區分隔成一個間斷的發射表面和一個形狀互 補的門表面，電場強度在各邊界處最強。特別是在後面這種情況下，也 可以通過CVD或者類似的方法施加上這些隔離器，並且也可以通過已 知的半導體製造方法將這些小片通過隔離器彼此電連接起來，並進一步 連接到可控的電壓源14上。除了絕緣的隔離器以外，也可以採用其它的隔離器，比如厚度為幾 微米的多孔隔離層，例如帶有微孔的陶資薄膜。門就可以取覆蓋隔離層
formula see original document page 11能重安排上列方程以表明在由方程式EQ. 8給出在光亮中的恢 復時間時滿足EQ. 7:formula see original document page 11換言之，如果太陽能電池組件100在陽光下在無偏置的情況下在比該太陽能電池組件在存在所施加的偏壓情況下在黑暗中降解所 花費的時間短的時間內恢復，則該組件在陽光下在存在所施加的偏 壓情況下將是穩定的。在一些實施例中，通過增加正面抗反射塗層/鈍化層棧中的垂直 電導率來防止有害的太陽能電池極化或使之最小。在這些實施例中，電荷從太陽能電池的正面洩放到晶片的本體。現在參照圖4A和 4B描述這些實施例。圖4A示意地表示出按照本發明的實施例的太陽能電池200A的 截面。太陽能電池200A是在圖2中所示的太陽能電池200的特定實 施例。除了使用很薄的氧化物(即二氧化矽)層202A作為鈍化層202 和使用抗反射塗層201A作為抗反射塗層201外，太陽能電池200A 與太陽能電池200相同。在圖4A的例子中，抗反射塗層201A可以 包含具有約400埃厚的碳化矽，並且晶片203包括N型矽晶片。薄 氧化物層202A優選地足夠薄以將電荷洩放到晶片的本體，以便防止 電荷累積以及使得在它出現相對高的電壓時發生氧化物擊穿。薄氧 化物層202A可以直接在晶片203上形成。在一個實施例中，利用臭 氧氧化物工藝來形成厚度約為10埃到20埃的薄氧化物層202A，所述臭氧氧化物工藝包括在包含懸浮在去離子水中的臭氧的槽中浸漬 晶片203。圖4B示意地表示出按照本發明的實施例的太陽能電池200B的 截面。太陽能電池200B是在圖2中所示的太陽能電池200的特定實 施例。除了使用圖案化的介質鈍化層202B作為鈍化層202外，太陽 能電池200B與太陽能電池200相同。在圖4B的例子中，鈍化層202B 包含二氧化矽，抗反射塗層201包含氮化矽，以及晶片203包括N 型矽晶片。如在圖4B中所示，鈍化層202B已被圖案化以具有允許 氮化矽抗反射塗層201接觸矽晶片203的孔。這允許抗反射塗層201 上的電荷通過氧化物鈍化層202B中圖案化的孔而洩放到晶片203的 本體。鈍化層202B中的每個孔可以利用傳統的光刻工藝來形成並且 與可用光刻設備所允許的那樣小。圖案化的孔互相分離例如約0.1 mm到約0.2 mm。通過防止在抗反射塗層201中的電荷累積，穿孔 的鈍化層202B有利地防止太陽能電池極化。在一些實施例中，為防止太陽能電池極化，增加在太陽能電池 的正面上和朝向其邊緣的橫向電導。因為鈍化層具有穿過所述鈍化 層的自然缺陷(自然形成的孔)，所以對於導電抗反射塗層而言可 能的是通過這些缺陷將積聚的電荷洩放到晶片的本體。然而， 一些 太陽能電池抗反射塗層可能不具有足以使這發生的導電性。因此， 在一些實施例中，橫向形成導電層，以接觸抗反射塗層來允許電荷 通過該導電層和鈍化層中的自然缺陷而從抗反射塗層洩放到晶片的 本體。在其他實施例中，抗反射塗層本身是充分導電的。現在參照 圖5A-5D描述這些實施例。圖5A示意地表示出按照本發明的實施例的太陽能電池200C的 截面。太陽能電池200C是在圖2中所示的太陽能電池200的特定實 施例。除了在抗反射塗層201的頂部表面上形成透明的導電塗層501 外，太陽能電池200C與太陽能電池200相同。在圖5A的例子中， 鈍化層202包含二氧化矽，抗反射塗層201包含氮化矽，以及晶片 203包括N型矽晶片。在一個實施例中，透明的導電塗層501包括導 電有機塗層，例如PEDOT/PSS ( Baytron-P)塗層。可以在抗反射塗 層201的頂部直接噴塗或絲網印刷透明的導電塗層501。透明的導電 塗層501可以形成例如約為IOO埃的厚度。僅僅在封裝前，作為太陽 能電池製造工藝中的最後步驟可以把透明的導電塗層501施加在太 陽能電池200上。因為氮化矽抗反射塗層201不是充分導電的，所以氮化矽中的 電荷只能遷移短的距離，該距離不足以到達鈍化層202中的自然缺 陷(defect)。透明的導電塗層501允許抗反射塗層201中的電荷遷 移足以到達鈍化層202中的自然缺陷的距離並且洩放到晶片203的 本體。
圖5B示意地表示出按照本發明的實施例的太陽能電池200D的 截面。太陽能電池200D是在圖2中所示的太陽能電池200的特定實 施例。除了導電抗反射塗層(ARC) 201B用作抗反射塗層201外， 太陽能電池200D與太陽能電池200相同。在圖5B的例子中， <純化 層202包含二氧化矽，晶片203包括N型矽晶片。導電ARC 201B通過防止電荷在其之中積聚而有利地使太陽能電池極化最小。導電 ARC 201B中的電荷可以通過鈍化層202中的自然缺陷而洩放到晶片的本體。在一個實施例中，導電ARC 201B包括自然導電(即在不添加 雜質的情況下導電)的抗反射塗層，例如二氧化鈦(Ti02)。在其他實施例中，導電ARC 201B包含通過添加雜質而成為導 電的非導電抗反射材料。如此做的一種方式是，在抗反射材料在鈍 化層202上形成期間從金屬氣體源添加金屬雜質。例如，導電ARC 201B可以包含用氟摻雜的氧化錫(SnO: F)、用硼摻雜的氧化鋅 (ZnO: B)或者用磷或硼摻雜的碳化矽(SiC: P )或(SiC : B)。 作為特定的例子，通過在澱積期間在添加磷化氫氣體(PH3)或乙硼 烷氣體(B2H6)情況下碳化矽(SiC)的等離子體增強型化學氣相沉 積(PECVD)可以形成厚度約為400埃的導電ARC 201B。圖5C示意地表示出按照本發明的實施例的太陽能電池200E的 截面。太陽能電池200E是在圖2中所示的太陽能電池200的特定實 施例。除了在抗反射塗層201的頂部上形成透明的導電層502外，太 陽能電池200E與太陽能電池200相同。在圖5C的例子中，鈍化層 202包含二氧化矽，抗反射塗層201包含氮化矽，以及矽晶片203包 括N型晶片。像太陽能電池200C的導電塗層501 (圖5A) —樣， 透明的導電層502允許抗反射塗層201中的電荷遷移足以到達鈍化 層202中的自然缺陷的距離和洩放到晶片203的本體。可以直接在抗反射塗層201上蒸發、濺射或沉積透明的導電層 502。透明的導電層502可以包含透明的導電氧化物，例如所形成的 厚度約為200埃的用氟摻雜的氧化錫(SnO: F)、用硼摻雜的氧化 鋅(ZnO: B)或者用磷或硼摻雜的碳化矽(SiC: P )或(SiC : B)。圖5D示意地表示出按照本發明的實施例的太陽能電池200F的 截面。太陽能電池200F是在圖2中所示的太陽能電池200的特定實 施例。除了在鈍化層202和抗反射塗層201之間形成相對薄(例如約 200埃)的導電層503外，太陽能電池200F與太陽能電池200相同。 在圖5D的例子中，鈍化層202包含二氧化矽，抗反射塗層201包含 氮化矽，以及矽晶片203包括N型晶片。薄的導電層503允許電荷 從抗反射塗層201洩放到薄的導電層503並且通過鈍化層202中的自 然缺陷洩放到晶片203的本體。在一個實施例中，導電層503包含直 接在鈍化層202的頂部表面上所形成的厚度約為200埃的多晶矽。抗 反射塗層201可以在導電層503的表面上直接形成。導電層503可以 在形成抗反射塗層201的情況下通過PECVD和就地(即在一次裝載 中在相同的腔或聚集裝置(cluster tool)中)形成。導電層503也可 以包含所形成的厚度約為200埃的用氟摻雜的氧化錫(SnO: F)、 用硼摻雜的氧化鋅(ZnO: B)或者用磷或硼摻雜的碳化矽(SiC: P) 或(SiC : B)。在圖4和5的實施例中，為了防止有害的太陽能電池極化，增 加從太陽能電池正面到晶片本體的電導率。這等效於降低圖3B的模 型中的旁路電阻Rsh。在其他實施例中，為了防止電荷洩漏，通過透 明罩增加從太陽能電池正面到組件的其餘部分的電阻。這等效於增 加圖3B的模型中的電阻Rgl。通過堵塞電荷洩漏通路可以增加從太 陽能電池正面到太陽能電池組件的其餘部分的電阻，如現在參照圖6 所描述的。圖6示意地表示出按照本發明的實施例的太陽能電池200G的截 面。太陽能電池200G是在圖2中所示的太陽能電池200的特定實施 例。除了透明的電絕緣體層691在抗反射塗層201上方形成之外，太 陽能電池200G與太陽能電池200相同。在圖6的例子中，鈍化層 202包含二氧化矽，抗反射塗層201包含氮化矽，以及矽晶片203包 括N型晶片。電絕緣體層691在抗反射塗層201上方形成，以通過 防止電荷從太陽能電池200G的正面向罩104洩漏出來(見圖2)來 防止太陽能電池極化。在一個實施例中，電絕緣體層691包含通過 常壓化學氣相沉積(atmospheric pressure chemical vapor depositioin, APCVD)所形成的約O.l到1.0 jim厚度的二氧化矽(Si02)。通過偏置太陽能電池組件在太陽能電池的正面上的區，也可以
防止有害的太陽能電池極化，如現在參照圖7A所討論的。圖7A示意地表示出按照本發明的實施例的太陽能電池組件 100A。太陽能電池組件100A是在圖2中所示的太陽能電池組件100 的特定實施例。在圖7A中示出了若干太陽能電池200連同其互連 200。互連200把一個太陽能電池200串行連接到另一個。除了添加 導電通路來停止在電池正面的組件部分的電位以防有害的洩漏電流 (即，對於n型電池組件在30V之上、之處或之內)夕卜，太陽能電 池組件100A與太陽能電池組件100基本上相同。在一個實施例中， 通過在透明罩104(例如玻璃)的背部表面上放置透明導電層684並 且把該導電層684連接到太陽能電池200的背部表面來形成導電通 路。在圖7A的例子中，通過電連接683把導電層684連接到互連 682，所述互連682連接到太陽能電池200的背面。在圖7A的例子 中，優選實施例是，導電層684連接到互連200,所述互連對於具有 n型正面擴散區的電池連接到陣列中的最高(即最正)或接近最高電 位的太陽能電池200以及對於具有p型正面擴散區的電池連接到陣 列中的最低(即最負)或接近最負電位的太陽能電池200。導電層 684與太陽能電池組件100A的構架絕緣，以防止高電壓處在組件外 部上的不安全狀況。導電層684可以包含用氟摻雜的氧化錫(SnO: F)、氧化銦錫(ITO)、氧化鋅(ZnO)或者其他透明氧化物或透 明有機導體。在優選實施例中，該導電層具有大約5e4歐姆/平方的 板電阻。如前述，背板102在封裝物103的底部表面上形成。在可替 代的實施例中，把封裝物103做成導電的，以在太陽能電池200之上 形成近等電位場；在組件邊緣處的封裝物保持電絕緣，以防止高電 壓處在組件外部上的不安全狀況。在系統等級方法中，考慮整個太陽能系統以防止電荷從太陽能 電池的正面洩露。例如，可以偏置太陽能電池組件陣列，使得電荷 載流子從太陽能電池正面的洩漏被防止。現在參照圖7B和7C描述 針對太陽能電池極化問題的實例系統等級方法。圖7B示意地說明按照本發明的實施例的太陽能系統790。在圖 7B的例子中，太陽能電池組件陣列630具有若干包括互連的太陽能 電池200的太陽能電池組件。太陽能電池組件陣列630的正輸出端子 被標註為節點616,而其負輸出端子被標註為節點617。在圖7B的
例子中，太陽能電池200是串聯連接的，使得所述太陽能電池的正 端子朝向節點616，而所述太陽能電池的負端子朝向節點617。可以 存在與圖7B中所示的所述串聯並聯的其他串聯連接的太陽能電池 200。在圖7B的例子中，太陽能電池組件陣列630與逆變器600耦合。 逆變器把直流(DC)變換成交流(AC)。在太陽能系統790中，逆 變器600從太陽能電池組件陣列630接收直流，並且將交流輸出給電 網。如在圖7B中所示，DC到DC轉換器601把來自太陽能電池組 件陣列630的直流轉換成另一直流。DC到DC轉換器601的直流輸 出通過DC到AC轉換器602轉換成交流。DC到AC轉換器602的 交流輸出通過隔離電路603被提供給電網。可替代地，隔離電路603 可以串聯在DC到DC轉換器601和DC到AC轉換器602之間。在太陽能系統790中，太陽能電池陣列組件630的正端子接地。 與太陽能系統790類似的系統可以跟其他國家一起在北美和日本使 用。代表太陽能電池組件陣列630中的所有太陽能電池組件的構架 的構架614也接地，如標號611所示。把太陽能電池組件陣列630 的正端子和構架614接地使太陽能電池200和構架614之間的電位減 少，使從太陽能電池200的正面的洩漏最少。太陽能電池組件陣列 630的正端子可以在逆變器600之內或之外連接到地。在圖7B的例子中，每個太陽能電池200都具有n型正面擴散 區。在這種情況下，有害的太陽能電池極化發生，原因在於太陽能 電池200相對地變為正偏置的。為了防止有害的極化，太陽能電池 組件陣列630的最高或接近最高電位(在這種情況下是節點616)相 應地被連接到地。在太陽能電池具有p型正面擴散區的其他實施例 中，太陽能電池相對地變為負偏置的時，有害的極化可能發生。在 該情況下，陣列中最低或接近最低電位太陽能電池(例如太陽能電 池組件陣列的負輸出端子)可以被連接到地以防止有害的太陽能電 池極化。圖7C示意地說明按照本發明的實施例的太陽能系統795。在圖 7C的例子中，太陽能電池組件陣列630具有若干包括多個互連的太 陽能電池200的太陽能電池組件。太陽能電池組件陣列630的正輸 出端子被標註為節點616,而其負輸出端子被標註為節點617。在圖
7C的例子中，太陽能電池200是串聯連接的，使得所述太陽能電池 的正端子朝向節點616，而所述太陽能電池的負端子朝向節點617。 可以存在與圖7C中所示的所述串聯並聯的其他串聯連接的太陽能電 池200。在圖7C的例子中，太陽能電池組件陣列630與逆變器650耦 合。逆變器650從太陽能電池組件陣列630接收直流，並且將交流輸 出給電網。如在圖7C中所示，DC到DC轉換器651把來自太陽能 電池組件陣列630的直流轉換成另一直流。DC到DC轉換器651的 直流輸出端由隔離電路653耦合到DC到AC轉換器652。 DC到AC 轉換器652的交流輸出被提供給電網。可替代地，隔離電路653可位 於DC到AC轉換器652的輸出端處以將AC輸出提供給電網。與太 陽能系統795類似的系統可以在IEC規範所涵蓋的國家中被開發， 例如大多歐洲國家、英國及其他。在圖7C的例子中，太陽能電池陣列組件630的輸出被平衡到+/-1/2 (即正/負二分之一)太陽能電池組件陣列630的總電壓值。也就 是說，在節點616處的電壓理想地是太陽能電池組件陣列630的總電 壓的+1/2，而在節點617處的電壓理想地是太陽能電池組件陣列630 的總電壓的-1/2。電阻器672和673是高值電阻器(或變阻器)，所 述高值電阻器平衡太陽能電池組件陣列630在接地點附近的輸出。 實際上，太陽能電池組件陣列630的輸出只是近似地被平衡，因為 平衡電阻器672和673具有高電阻(例如各約為10 MQ )。在典型的安裝中，太陽能電池組件陣列630可能是浮動的，因 為沒有電阻器671，並且逆變器650具有在太陽能電池組件陣列630 的輸出端和至電網的AC輸出端之間的DC-DC隔離。然而，發明人 已經發現，這樣的安裝將引起太陽能電池200的有害極化。在一個 實施例中，太陽能電池組件陣列630的正端子通過電阻器671連接到 地。在無損於本發明的優點的情況下，電阻器671可以是固定的、 可變的或電控的電阻。電阻器671偏置太陽能電池組件陣列630更接 近於其輸出的正側，以防止正電荷從太陽能電池200的正面洩漏。 換言之，電阻器671使太陽能電池組件陣列630向正"失衡，，，以 防止太陽能電池極化。同樣地，如果太陽能電池極化是由從太陽能 電池200的正面的電子(而不是正電荷)洩漏引起的，則節點617(而不是節點616)可以通過電阻器671連接到地，以朝向其負輸出 端來偏置太陽能電池組件陣列630。電阻器671可以具有約《平衡電 阻器(即電阻器672或673)的值的1/10th的電阻。要注意的是，逆 變器650也可以如此配置，使得所述逆變器根據洩漏電荷載流子(即 電子或空穴)的極性而使太陽能電池組件陣列630的平衡輸出向正 或負失衡。例如，電阻器672的值可以相對電阻器673予以增加，以 便在不使用電阻器671的情況下使太陽能電池組件陣列630的輸出 失衡。電阻器671也可以包括電子控制的電阻。例如，電阻器671的如，:樣的電子電路可以^;傳感器，其中在太陽能電池組件陣列 電阻減小到地電平時，例如在下雨時，該傳感器檢測何時需要較低 電阻。在圖7C的例子中，每個太陽能電池200都具有n型正面擴散 區。在這種情況下，有害的太陽能電池極化發生，因為太陽能電池 200相對地變為正偏置的。為了防止有害的極化，太陽能電池組件陣 列630的最高或接近最高電位(在這種情況下是節點616)通過電阻 (例如電阻器671 )相應地連接到地。在太陽能電池具有p型正面擴 散區的其他實施例中，在太陽能電池相對地變為負偏置的時，有害 的極化可能發生。在該情況下，陣列中最低或接近最低電位太陽能 電池(例如太陽能電池組件陣列的負輸出端子)可以通過電阻連接 到地以防止有害的太陽能電池極化。已公開了用於防止有害的太陽能電池極化的技術。雖然已提供了 本發明的特定實施例，但應理解的是，這些實施例是用於說明目的 而不是限制性的。對於閱讀本公開的本領域普通技術的人員來說， 許多附加的實施例將是顯而易見的。
權利要求
1.具有正面和背面的太陽能電池，所述太陽能電池的正面在正常工作期間面向太陽，所述太陽能電池包括在太陽能電池的背面上所形成的多個金屬接觸，所述金屬接觸中的每一個都耦合到太陽能電池的相應p型摻雜的或n型摻雜的收集區；直接在面向太陽能電池正面的矽晶片表面上所形成的介質鈍化層；在介質鈍化層上方所形成的抗反射塗層；以及導電通路，其被配置用以通過從太陽能電池正面到矽晶片的本體洩放電荷來防止有害的太陽能電池極化。
2. 權利要求1的太陽能電池，其中，導電通路包括介質鈍化 層，並且介質鈍化層包含具有約10到20埃厚度的二氧化矽。
3. 權利要求1的太陽能電池，其中，導電通路包括穿過介質 鈍化層的圖案化的孔。
4. 權利要求1的太陽能電池，其中，導電通路包括直接在正 常工作期間面向太陽的抗反射塗層的表面上所形成的導電塗層。
5. 權利要求l的太陽能電池，其中，抗反射塗層被配置成導 電的，以通過介質鈍化層中的自然缺陷將電荷洩放到晶片的本體。
6. 權利要求5的太陽能電池，其中抗反射塗層包含用金屬雜質 摻雜的抗反射材料。
7. 權利要求5的太陽能電池，其中抗反射塗層是自然導電的。
8. 權利要求1的太陽能電池，還包括直接在抗反射塗層的表面 上所形成的導電材料層。
9. 權利要求1的太陽能電池，還包括直接在抗反射塗層和介質 鈍化層之間所形成的導電材料層。
10. 權利要求9的太陽能電池，其中，導電材料層直接接觸介 質鈍化層的表面和抗反射塗層的表面
11. 一種太陽能電池組件，包括a)多個串聯連接的太陽能電池，所述多個太陽能電池中的至少 一個太陽能電池具有正面和背面，該太陽能電池的正面在正常工作 期間面向太陽，該太陽能電池包括 (i) 多個在太陽能電池的背面上所形成的金屬接觸，所述 金屬接觸中的每一個都耦合到太陽能電池中的相應P型摻雜的或n型摻雜的收集區；(ii) 直接在面向太陽能電池正面的矽晶片表面上所形成的 介質鈍化層；和(iii) 在介質鈍化層上方所形成的抗反射塗層；b) 以保護方式覆蓋多個太陽電池的封裝物；c) 在多個太陽電池的正面上方的透明罩；d) 在透明罩和太陽能電池正面之間的導電層，該導電層電耦合 到太陽能電池背面上的金屬接觸以防止太陽能電池極化。
12. 權利要求11的太陽能電池，其中透明罩包括玻璃。
13. 權利要求11的太陽能電池，其中，太陽能電池具有n型 正面擴散區並且太陽能電池處在比多個太陽能電池中的最低電位太 陽能電池較正的電位。
14. 一種太陽能系統，包括a) 多個太陽能電池，所述太陽能電池中的每一個都包括(i) 正面和背面，所述正面在正常工作期間面向太陽；(ii) 多個在背面上所形成的金屬接觸，所述金屬接觸中 的每一個都耦合到太陽能電池的相應p型摻雜的或n型摻雜的收集區；(m)在正常工作期間面向太陽的晶片表面上方所形成的 介質鈍化層；以及(iv)在介質鈍化層上方所形成的抗反射塗層；b) 包括多個太陽能電池的太陽能電池組件陣列，所述太陽能電c) 至太陽能電池組件陣列中的太陽能電池組件的構架的接地連接；d) 逆變器，其被配置用以將由太陽能電池組件陣列所產生的直 流轉換成要被提供到電網的交流，該逆變器具有耦合到太陽能電池 組件陣列的正端子的正端子和耦合到太陽能電池組件陣列的負端子的負端子；其中，太陽能電池組件陣列被偏置，使得防止電荷從太陽電池 的正面洩漏到太陽能電池組件的構架。
15. 權利要求14的太陽能電池能量系統，其中，逆變器被配置 以從太陽能電池組件陣列接收平衡電壓，並且還包括電阻，所述電阻把太陽能電池組件陣列的端子耦合到地以使來 自太陽能電池組件陣列的平衡電壓失衡，使得防止電荷從太陽能電 池的正面洩漏。
16. 權利要求15的太陽能電池能量系統，其中，電阻把太陽能 電池組件陣列的正端子耦合到地。
17. 權利要求14的太陽能電池能量系統，其中多個太陽能電池 中的每一個太陽能電池都具有n型正面擴散區，以及其中通過把太 陽能電池組件陣列的正端子連接到地電位來偏置太陽能電池組件陣 列。
18. 權利要求14的太陽能電池能量系統，其中多個太陽能電池 中的每一個太陽能電池都具有p型正面擴散區，以及其中通過把太 陽能電池組件陣列的負端子連接到地電位來偏置太陽能電池組件陣 列。
19. 權利要求17的太陽能電池能量系統，其中通過電阻把太陽 能電池組件陣列的正端子連接到地。
全文摘要
在一個實施例中，通過提供從太陽能電池(200B)的正面向晶片(203)的本體洩放電荷的導電通路來防止有害的太陽能電池極化或者使之最小。例如，導電通路可以包括介質鈍化層(202B)中圖案化的孔、導電抗反射塗層或在抗反射塗層的頂部或底部表面上所形成的導電材料層。也可以通過偏置太陽能電池組件在太陽能電池的正面上的區來防止有害的太陽能電池極化。
文檔編號H01L31/042GK101133500SQ200680006818
公開日2008年2月27日 申請日期2006年1月20日 優先權日2005年3月3日
發明者D·D·史密斯, D·H·羅斯, D·德瑟斯特, N·卡米納, R·M·斯萬森, V·德塞 申請人:太陽能公司