太陽能電池的製造方法以及所製得的太陽能電池的製作方法

2023-05-23 00:17:26 2

專利名稱：太陽能電池的製造方法以及所製得的太陽能電池的製作方法
太陽能電池的製造方法以及所製得的太陽能電池 應用領域和現有技術
本發明涉及具有BSF(背表面場)塗層的太陽能電池的製造方法，所 述太陽能電池有利地包括矽或矽基材，還涉及使用所述方法製得的太陽 能電池。
傳統太陽能電池的製造涉及下面概述的一系列工藝步驟。基材通常 是由單晶或多晶p型S i晶片提供的，該晶片通過蝕刻工藝作過表面紋理化 以提高吸收性能。就單晶矽來說，所述蝕刻工藝是使用氫氧化鈉或氫氧 化鉀溶液與異丙醇的混合物運4亍的。多晶矽是使用氫氟酸與硝'酸的溶液 進行蝕刻的。然後再執行進一步的蝕刻清洗程序，以便為隨後的擴散工 藝提供最佳的表面準備。在所述工藝中，通過擴散深約0.5jum的磷在矽 中產生了p-n結。p-n結分離由光產生的載流子。為產生所述p-n結，將晶 片在爐中在有磷源(通常為氣體混合物或水溶液)的情況下加熱到約800 °C-950°C。磷滲入矽表面。與正電荷導電的硼摻雜基體相反，所述磷摻 雜塗層是負電子導電的。在此過程中在表面上形成了磷玻璃，在後續步 驟中通過用HF蝕刻將該磷玻璃除去。接著向矽表面施加大約80nm厚的 塗層，通常包括SiN:H,以減少反射和加以鈍化。然後向正面(銀)和背面 (金的或銀)施加金屬觸點。為產生所謂的BSF(背表面場)，優選地鋁的 BSF,在所述方法中在下面的燒成步驟中將施加在晶片背表面上一部分 鋁熔合到矽中。
問題和解決方案
本發明的問題在於提供上述的方法和由所述方法製造的太陽能電 池，該電池能夠避免現有技術的缺點並特別是可以進一步提高太陽能電 池的效率。
此問題可以通過具有權利要求1所述特徵的方法和具有權利要求15 所述特徵的太陽能電池解決。本發明的有利的和優選的改進構成其它權 利要求的主題並在下文中加以詳細說明。通過明確引用，將權利要求書 的內容併入本說明書。此外，通過明確引用，還將本申請人於2007年3 月8日提交的優先權申請DE102007012277.4的內容併入本i兌明書。根據本發明，向太陽能電池基材、特別是包括矽的太陽能電池基材
的背面施加BSF塗層，施加的方式是首先向所述基材上施加鋁或TCO。 然後，將鋁或一部分鋁熔合到基材中，所產生的BSF塗層是透明的或者 不會產生陰影。這種製造方法以及由此製造的BSF的優點在於，還可以 製造兩面或所謂的雙面太陽能電池,其還可以從背面照射，所述BSF也不 會產生陰影。特別是，這樣既可以生成大面積的BSF,也可以生成小的 或局部的BSF。所述鋁或TCO也可以採用不同的施加工藝，這將在下文 中進行說明。最後，與其它高效太陽能電池相比，這樣一種方法是4交為 有利的且從而可以製造出有利的電池。通過在BSF中使用鋁來代替硼， 可以採用更加有利和容易控制的工藝，特別是鋁的熔合溫度比硼的要低 得多且尤其是不到900。C。由此，例如還可以使用多晶矽，其在使用硼 熔合時將會由於遠遠超過1 OO(TC的高溫而;^皮不利地改性。
在本發明的 一種改進中，可以以點或小區域的形式向基材或基材的 背面施加鋁或TCO。由此，可以產生幾個點形式或小區域形式的BSF。 優選地，這些點或小區域沿線設置，所述線特別是具有相同間距。它們 優選地以均勻網才各或4冊的方式施加，從而可以在BSF上實現均勻的電接 觸。隨後，在所述BSF或小區域上和特別是沿所述線，施加金屬觸點， 例如鎳或銀的或其組合構成的觸點。
在本發明的 一 種稍孩i不同的改進中，鋁向基材上的施加和由此B S F
的是所述線彼此平行並具有相同的間隔。
在本發明的又 一種改進中，鋁可以以區域或大面積的形式施加在基 材背面，並可以特別是覆蓋整個背面。在此，顯然原則上可以提供不同 的塗層厚度或塗層厚度梯度，但有利的是施加大致均勻厚度的塗層。如 同上述的成線狀施加的鋁的情形一樣，在此同樣產生線狀的鋁-BSF,在 後續步驟中可以施加金屬觸點並同樣可以施加特別是線狀金屬觸點。
有許多可能的方式向基材上施加鋁。在其中一種可能中，其可以通 過絲網印刷工藝或噴墨工藝施加。其還可以以液體或漿的形式施加，例 如作為含鋁的液體或含鋁的凝膠。根據另一種可能，鋁可以以與其它金 屬塗層大致相同的方式通過濺射、蒸發、CVD工藝或熔合來施加。
為將鋁熔合到基材或基體矽材料中，可以提供一個加熱過程。其有 利地與先前用於施加鋁中所用或所進行的加熱不同。由此可以更好地控制所述過程或為預定目的加以優化。
在將鋁熔合到基材或矽材料中之後，把部分剩餘的鋁除去。特別是， 只將沒有熔合到基材中或仍為純鋁的鋁除去並由此形成它自己的或可 區分的塗層。所述未熔合的鋁可以被完全除去，或例如為了隨後實現更
好的電接觸和施加電接觸，可以只;故部分除去或以線的形式保留。換句 話說，可以除去所有未熔合的鋁。有利的是，通過蝕刻除去鋁，所述蝕 刻本身是已知的。
在本發明的方法的一種改進中，在去除鋁之後可以有一個鈍化至少 基材背面的步驟。有利的是，至少向基材背面施加抗反射塗層。這在太 陽能電池背面也被光照射時尤其有利。
在上述去除或部分去除鋁之後，可以在製造太陽能電池時通過將磷 擴散到n型矽中而在基材上產生p-n結。
特別是為了隨後在基材背面建立電接觸，還可以在基材上施加呈預 制結構的金屬或鋁。所述結構特別是建造在上述防反射塗層上，所述建 造是機械地或例如通過雷射加工進行的。可以在產生的溝槽中引入鋁， 有利地是以上述線的形式，更特別是在下面的鋁-BSF上。然後不除去後 者的鋁。有利的是向其上施加呈線形式的、傳導性極好的背面電接觸， 特別是銀觸點。
從權利要求書、說明書和附圖中可以收集到這些和進一步的特徵， 各個特徵既可以單獨地也可以以再組合的形式在本發明的實施方案和 其它領域實施，並可以代表本發明要求保護的有利的、可獨立保護的構 造。將本申請分成各個部分及副標題不應限制在其下所作敘述的通用有 效性。
附圖簡述
下面參照附圖對本發明的實施方案進行描述，其中


圖1 ,根據本發明的方法的第 一種改進位造的具有大面積鋁背表面場 的太陽能電池的剖面圖，其中已經除去了純鋁。
圖2，圖l所示太陽能電池的具有線狀鋁背表面場的第二種改進，其 中同樣已經除去了純鋁。
圖3,與圖2所示太陽能電池類似的第三種改進，不過其中沒有除去 純鋁。實施方案詳細說明
圖l顯示了一個包含p型摻雜的矽基材13的太陽能電池11。在基材13 的正面15上施加有抗反射塗層17(例如SiN:H塗層)，並進行了圖中未顯示 的對下面基材13的鈍化。在正面15上施加了呈在抗反射塗層17內的溝槽 形式的觸點，其包括在下的鎳觸點19和施加在鎳觸點19上的銀觸點20 。 抗反射塗層17中與觸點19和20相對應的溝槽可以通過蝕刻或者通過才幾 械加工或雷射加工來製造。鎳觸點19可通過所謂的化學鍍施加，而銀觸 點20可通過LIP工藝施加。觸點19和20是線狀的且直接位於下面的基材 13珪塗層上。
在太陽能電池l 1的背面22上，從矽基材13的下面施加了大面積鋁背 表面場或鋁BSF24。如上所述，所述鋁可採用絲網印刷工藝或其它工藝 施加。在熔合或燒成到矽中之前，可以進行一個中間乾燥步驟。熔合可 以在爐中通過用光照射或通過加熱來進4亍。
對於圖1所示的太陽能電池11,優選地通過蝕刻步驟將表面施加的 或多或少未被熔合到矽中的純鋁被除去。其顯著優點在於留在鋁BSF 24 中的AlSi合金是透明的並由此可以製造雙面太陽能電池11,其即使在有 光入射的情況下也可以在背面22起作用。另一優點在於通過使用鋁，可 以避免硼的摻入或避免硼本身。由此，鋁比硼更容易處理，特別是通過 較低溫度來施加和熔入。另一優點在於上述將其與透明導電氧化物(TCO) 結合使用的可能，即一般說來所述TCO可以代替鋁。
在鋁BSF 24上施加了另 一抗反射塗層26。向所述塗層26中又引入了 觸點，有利地是以與正面15相同的方式，或先鎳觸點29然後銀觸點30的 方式引入。
圖2顯示了使用另 一種方法製造的另 一種太陽能電池l 11 。在矽基材 113的正面115上施加有抗反射塗層117,差不多與圖l所述相同。其淨皮網 格狀圖案分隔或向下開口到基材113,並先後施加鎳觸點119和銀觸點 120。鎳觸點可以例如通過化學鍍金屬來施加。
與圖l所示不同，在背面122上僅僅以點的形式，即以小區域或線而 非圖l所示的大面積的方式，施加鋁。不過，鋁的施加可以糹妄上面所述 進行。隨後和例如在熔入之後，大致與圖l所示相同，蝕刻掉多餘的鋁 或純鋁，留下小區域的鋁背表面場124。在鋁-BSF 124上的背面施加的抗 反射塗層126中，例如通過蝕刻或機械加工產生結構或將鋁-BSF 124開口。然後，如上所述，先施加鎳觸點129,然後在鎳觸點129上施加銀觸 點130。圖2所示太陽能電池111中的鋁-BSF 124是透明的。其也局限在比 圖l所示太陽能電池ll小得多的表面區域上。
最後，圖3顯示了同樣具有稍微不同構造的另 一種太陽能電池211 。 如上所述，在正面215上同樣有抗反射塗層217,下鎳觸點219和上銀觸 點220。不過，為形成線或點形式的鋁BSF 224,在背表面222上以與如 上所述相同方式施加了鋁並將其熔合到矽中。不過，與如上所述不同的 是，未除去純鋁而是使其構成圖1或2所示的下鎳觸點的替代物，即作為 鋁觸點232並在其上施加下銀觸點230。圖3的太陽能電池211與圖2的太 陽能電池lll的區別由此在於，為製造鋁BSF而熔入鋁之後，未除去剩餘 的純鋁而是使其構成所述下鎳觸點的替代物。從而，差不多與圖l所示 太陽能電池ll的情形相同，可以相對容易地製造太陽能電池211。
在施加附圖中所示的各個不同塗層之前，例如在施加用於鋁-BSF的 鋁之前，可以進行基材預處理。/人而可以例如將石圭晶片紋理化和/或蝕刻 以優化表面和除去切割損傷。還進行用於形成發射極的磷摻雜。還可以 有進一步的用於處理太陽能電池的方法步驟，例如韌化。
對於所述的本發明的太陽能電池，可以使用多晶矽材料。這在以前 是不可能的，因為在用硼進行熔合時必須採用更高的溫度，而這將對多 晶矽產生石皮壞。在熔合鋁時可以將溫度保持在遠^氐於900。C。由此，在 本發明的範圍內，還可以使用多晶矽作為基材。還可以在暴露的銀觸點 上釺焊作為電接頭。
權利要求
1.製造具有BSF塗層的太陽能電池(11，111，211)的方法，其中，通過向太陽能電池基材(13，113，213)、特別是矽基材施加鋁或TCO並然後將其熔合到所述基材(13，113，213)中而在所述基材(13，113，213)的背面(22，122，222)上施加BSF塗層(24，124，224)，其中所述BSF塗層(24，124，224)是透光的。
2. 權利要求l的方法，其中鋁或TCO以點的形式或小區域施加在 基材(113，213)上，其中有利的是局部產生幾個呈點的形式或小區域形式 的BSF(124,224),這些點或小區域沿直線設置，所述直線特別是具有相 同間距並隨後在其上施加線狀的金屬觸點(129,130,232，229)。
3. 權利要求1的方法，其中TCO或鋁以線的形式施加在基材 (U3,213)上。
4. 權利要求l的方法，其中鋁以展開的形式施加到基材(13)上以形 成展開的BSF(24),其中有利的是基材的一面的全部面積都被覆蓋。
5. 前述權利要求中任一項的方法，其中鋁或TCO通過絲網印刷工 藝施加到基材(13,113,223)上。
6. 權利要求l-4的方法，其中鋁或TCO以液體或漿的形式，優選 地以含鋁液體或含鋁凝"交的形式施加。
7. 權利要求l-4的方法，其中鋁或TCO通過濺射、蒸發、CVD工 藝或熔合施加。
8. 前述權利要求之一的方法，其中鋁熔合到基材(13,113,213)或基 體矽材料中是通過獨立於施加鋁的加熱進行的。
9. 前面權利要求之一的方法，其中在熔合到基材(13,113)中的步驟 之後將鋁除去，有利的是僅將來自鋁塗層中的鋁或純鋁除去，其中優選 地僅將未熔合到基材中的鋁除去。
10. 權利要求9的方法，其中將所有未熔合的鋁或未與矽材料熔合 的鋁除去。
11. 權利要求9或10的方法，其中通過蝕刻除去鋁。
12. 權利要求9-11之一的方法，其中在去除鋁之後進行鈍化，然後 在基材(13,113,213)的背面(22,122,222)施加抗反射塗層(26,126,226)。
13. 權利要求9-12之一的方法，其中在去除鋁之後通過將磷擴散到 基材(13,113,213)的n型矽中產生p-n結。
14. 前面權利要求之一的方法，其中鋁以預製結構，特別是穿透抗反射塗層(26,126,226)向下直到基材的結構，特別是通過絲網印刷工藝施加在基材(13,113，213)上，而不隨後去除鋁。
15. 太陽能電池(ll,111,211)，其由4妄照前面4又利要求之一的方法處理過的基材(13,113,213)製成。
全文摘要
在太陽能電池(11)的製造方法中，將平面鋁層施加在太陽能電池基底(13)的背面(22)上。通過溫度作用將所述鋁熔合到所述矽基材中並形成鋁BSF(24)。隨後將未熔合到矽中的剩餘鋁除去。所述鋁BSF(24)是透光的。
文檔編號H01L31/068GK101681952SQ200880007237
公開日2010年3月24日 申請日期2008年2月26日 優先權日2007年3月8日
發明者C·施密德, D·哈伯曼 申請人:吉布爾·施密德有限責任公司