包括電氣觸點的器件及其製造工藝的製作方法

2023-04-23 01:06:51 2

專利名稱：包括電氣觸點的器件及其製造工藝的製作方法
技術領域：
本發明涉及包括導電錶面和電流能夠通過的電氣觸點的器件。本發明也涉及生產這種器件的方法。該方法用於太陽能電池電氣觸點製造特別有利。
背景技術：
光伏太陽能電池具有極高的電流密度，在垂直於太陽輻照的方向上每單位面積的電流是在10到50Aa/cm2的範圍。這樣的器件在圖I中以橫截面解說明。生成的光電流通常通過導電前層I收集和運輸，導電前層I諸如是高度摻雜的矽區、薄透明金屬層、或透明導電氧化物如Sn02，ΙΤ0, ZnO, InO:H(氧化銦)或其組合物。最終電流被稱為指形件或網格觸點2的更導電的接觸線(contact line)收集。圖5示出設置在光伏太陽能電池前側的典型金屬網格圖案。母線3通常與高度導電金屬絲(string)接觸(焊接、熔接或用 導電膠接觸)，從而汲取電流，該電流在光學活性區之上(即，沒有被接觸網覆蓋)均勻產生，並被薄指形件或網格觸點2收集。這些網格觸點通常是用導電漿料如含銀漿料的絲網印刷沉積的。如果絲網印刷的觸點僅是通過絲網印刷或相關技術(如，模版印刷)使用單次印刷或雙次印刷實現的，則它們傾向於是寬觸點(70-120 μ m)，因而遮蔽太陽能電池並形成光損耗，通常4-11 %的太陽能電池表面被反射材料覆蓋(表示沒有光子可被收集的區域)。而且，絲網印刷漿料(通常是具有無機和有機組分的Ag片)的體積電阻率顯著高於一種相應散塊材料。在Ag情形中，在高溫(700-900°C )固化的漿料的電阻率比塊Ag的電阻率高2-3倍，且在低溫(150-300°C)固化的漿料情形中，高7-10倍。這個低導電率可導致光伏太陽能電池的接觸指中的強電損耗。為了補償低導電率，必須印刷厚指形件(通常幾十微米)。缺點是其仍然是不足的並還產生電損耗，此外，需要使用大量絲網印刷漿料，而這是昂貴的組分。如圖2所示，限制光學損耗、電氣損耗兩者和節省材料的一種可能性是通過絲網印刷或其他技術，將較薄的種子線4上沉積在導電前層I上，且隨後通過鍍覆工藝(化學鍍或電鍍)增強電氣接觸，通常使用Ag、Cu、Ni和其他層用於鍍覆觸點。鍍覆材料5的優點是較高的導電性，更接近使用的材料的體導電率。問題是在提出的構造中，種子線或網格觸點4、和底層I都是導電的。因此，通過鍍覆沉積的材料5也傾向於沉積在種子線4和底層I兩者上，或至少部分沉積在底層I上。然後，這會導致電池前表面上不希望的金屬覆蓋，導致光損耗。通過改變鍍覆溶液的成分實現指形觸點4和底層I之間的「選擇性」可能起作用，但這也難於保證任何生產中的魯棒工藝，因為原則上，所有導電層能夠給出或接受鍍覆工藝(而且使用電鍍)中需要的電子。本發明的一個目的是提供器件，如太陽能電池，其允許避免現有技術的缺點。更特別地，本發明的一個目的是提供包括導電錶面和電氣觸點的器件，所述電氣觸點具有減小的尺寸和增加的導電率。

發明內容
本發明涉及包括導電錶面和電氣觸點的器件，電流能夠通過這些電氣觸點。根據本發明，所述電氣觸點包括沉積在導電錶面上的導電種子，不連續覆蓋所述導電種子以便形成進入所述導電種子的開口的電氣絕緣層，以及彌補(recovering)所述不連續絕緣層並沉積在導電種子上的鍍覆層，導電種子可通過所述開口接觸並形成可從其開始沉積所述鍍覆層的點。而且，剩餘的導電錶面不包括任何電氣觸點，其由所述電氣絕緣層連續覆蓋。優選地，導電種子包含銀。在某些實施例中，電氣絕緣層可以是光學透明的。有利地，電氣絕緣層可包括一層或疊層，其由從下面組中選擇的材料製成，該組由MgF和其他光學透明的氟化合物、SiNx、Si02、Ti02、Al203、ZnS以及SiOxNy組成。也可使用基 於ZnO、SnO2或InO的未摻雜的透明導電氧化物。優選地，鍍覆層可由從Ag和Cu組成的組中選擇的材料製成。根據優選實施例，電氣觸點形成針對電流收集設計的圖案，如網格。有利地，本發明的器件是太陽能電池，更具體地，是矽異質結太陽能電池。本發明也涉及製造上面定義的器件的方法，並包括以下步驟-提供導電錶面，-在所述導電錶面在對應於電氣觸點的位置的地方沉積導電種子，-在整個導電錶面上沉積電氣絕緣層，以便在導電種子的區域中形成不連續電氣絕緣層，並在所述不連續絕緣層中提供可進入所述導電種子的開口，以及以便在剩餘的導電錶面上形成連續電氣絕緣層，-利用鍍覆層彌補不連續電氣絕緣層和導電種子，導電種子可通過所述開口接觸，所述鍍覆層從所述導電種子開始生長，所述導電種子可通過所述開口接觸，這樣的導電種子形成所述鍍覆層從其開始沉積的點。有利地，導電種子可通過沉積導電漿料形成，所述導電漿料具有適當的粗糙度和允許鍍覆層生長的孔隙率。優選，可通過從下面組中選擇的方法沉積漿料，該組方法由絲網印刷、模版印刷、氣溶膠、注射器和噴墨印刷組成，從而形成適於從器件收集電流的圖案，如網格。本發明也涉及使用上面定義的用於生產太陽能電池的方法，且更具體地，涉及矽異質結太陽能電池，其包括例如於其前側上形成金屬圖案的電氣觸點。


圖I和2是現有技術的太陽能電池的示意截面圖，圖3是本發明太陽能電池的示意截面圖，圖4a、4b、4c表示本發明方法的不同步驟，以及圖5和6分別是現有技術的太陽能電池和本發明太陽能電池的示意頂視圖。
具體實施例方式如圖3和4a到4c所示，本發明的器件，如太陽能電池10包括導電錶面12和電氣觸點14,電流能夠通過所述電氣觸點。根據本發明，每個電氣觸點14都包括
-沉積在導電錶面12上的導電種子16，-電氣絕緣層18，其不連續覆蓋所述導電種子16，以便形成可進入所述導電種子16的開口 20，以及-鍍覆層22，其彌補所述不連續絕緣層18並沉積在導電種子16上，導電種子16可通過所述開口 20接觸並形成所述鍍覆層22從其開始沉積的 點A。而且,不包括電氣觸點14的剩餘導電錶面12由所述電氣絕緣層18連續覆蓋。根據本發明，器件包括集成到每個電氣觸點中的不連續電氣絕緣層。這類器件是導電器件，因為包括電氣絕緣部件的電氣觸點也包括導電種子和連結所述電氣絕緣部件和所述導電種子，且因此連結導電錶面的鍍覆層，因為導電種子沉積在所述導電錶面上。根據本發明的方法，首先沉積導電種子16的精細接觸線，被稱為指形件或網格觸點。在這個例子中，接觸線形成網格。顯然，網格可以用適於從太陽能電池收集電流的任何適當圖案取代。指形件的橫向尺寸為10-50μπι。為了獲得導電種子16，使用導電漿料。該導電漿料通常含銀片或納米或含銀顆粒。這樣的漿料具有足夠粗糙度和孔隙率，如通常通過絲網印刷或噴墨列印或分配含微顆粒和納米顆粒的漿料獲得。種子層可以是薄的，僅幾個微米，並構成網格觸點的導電種子16。然後，電氣絕緣(相對底導電前層18絕緣，即具有至少高100倍的電阻率)且在太陽能電池的吸收範圍內光學透明的層(通常在所關心範圍內吸收1-5%以下)，如MgF、SiNx, SiO2, SiOxNy> TiO2, ZnS或Al2O3或這些材料的多疊層通過諸如濺射、蒸發、化學氣相沉積、等離子增強化學氣相沉積的任何技術沉積在器件的整個前側上。如圖4b所示，沉積是這樣的，導電種子16的一些部分沒有被完全覆蓋，即沉積的層18在導電種子或細線網格觸點16上是不連續的，以便形成開口 20，開口 20留出通嚮導電種子16的入口。然而，電池的其他「光學活性區」24由電氣絕緣層18覆蓋。在最後一步，進行鍍覆工藝。由於覆蓋「光學活性區」24的電氣絕緣層18，並且由於導電種子或網格觸點16中的保留開口 20沒有被絕緣層18覆蓋，所以鍍覆可僅在網格觸點上開始，有絕緣層的地方不發生鍍覆，這是由於鍍覆要求有電流流過，特別在電鍍的情形中。鍍覆工藝的選擇性是最優的，且網格觸點的電導率可通過鍍覆增強，如圖4c所示。網格觸點指形件可由幾微米或幾十微米的高導電材料增厚。在該工藝結束時，獲得器件，其包括電氣觸點14，與已知的金屬網格圖案相比，電氣觸點14具有減小的尺寸和增加的導電率。圖6示出電氣觸點14不和圖5所示的典型電氣觸點2 —樣寬。絕緣層18的選擇是重要的。絕緣層應足夠厚以便沉積在器件的光學活性區上時沒有針孔或不連續性，或至少足夠密實從而防止金屬沉積。如果必須以高度導電薄線金屬化的器件不需要捕獲光，則絕緣層18無需是光學透明的。本發明也可有利地用於太陽能電池的背側或利用晶片(如通過電池的金屬化包中的晶片)中的孔洞將前金屬化圖案帶到太陽能電池背部且兩個電氣觸點都在電池背側的太陽能電池。更一般地，本發明允許增強任何導電錶面(包括金屬的)上任何形狀的電氣觸點，只要存在粗糙種子層且很好地選擇用於沉積的粗糙種子層的應用技術。而且，通過選擇具有在I. 3和2. 4之間的適當折射率的沉積層，或這類材料多疊層，根據覆蓋模塊(通常為聚合物基密封劑)中電池的材料和導電前層以及底層的折射率，可以實現太陽能電池的額外抗反射效果，其可導致百分之幾的額外電流增益。
本發明在使用晶體晶片和摻雜層之間的薄(2-10nm)本徵非晶矽層，應用於所謂的矽異質結太陽能電池時特別有意義。這類電池在前側且有時在後側由透明導電氧化物覆蓋，如ITO、ZnO或Sn02、或H摻雜的氧化銦。由於電池是在約200°C製造的，其不能經受270-300 °C以上的高退火溫度。在該情形中，本發明的工藝應用特別好，因為不能施加「高溫」金屬化漿料。
權利要求
1.一種器件，其包括導電錶面(12)和電流能夠通過的電氣觸點(14)，其特徵在於所述電氣觸點(14)包括沉積在導電錶面(12)上的導電種子(16)、不連續覆蓋所述導電種子(16)以便形成開口(20)的電氣絕緣層(18)和彌補所述不連續絕緣層(18)並沉積在導電種子(16)上的鍍覆層(22)，所述開口(20)留出通向所述導電種子(16)的入口，所述導電種子(16)可通過所述開口(20)接觸並形成所述鍍覆層(22)的沉積從其開始的點，並且其特徵在於不包括任何電氣觸點(14)的剩餘的所述導電錶面(12)由所述電氣絕緣層(18)連續覆蓋。
2.根據權利要求I所述的器件，其特徵在於所述導電種子(16)包含銀。
3.根據權利要求I到2中任一項所述的器件，其特徵在於所述電氣絕緣層(18)是光學透明的。
4.根據權利要求I到3中任一項所述的器件，其特徵在於所述電氣絕緣層(18)包括由從下面組中選擇的材料製成的一層或疊層，該組由MgF和其他光學透明的氟化合物、SiNx,ZnS, TiO2' Si02、SiOxNy 以及 Al2O3 組成。
5.根據權利要求I到4中任一項所述的器件，其特徵在於所述鍍覆層(22)由從Ag和Cu組成的組中選擇的材料製成。
6.根據權利要求I到5中任一項所述的器件，其特徵在於所述電氣觸點(14)形成為電流收集設計的圖案。
7.根據權利要求I到6中任一項所述的器件，其特徵在於所述器件是太陽能電池。
8.根據權利要求7所述的器件，其特徵在於所述太陽能電池是矽異質結太陽能電池。
9.製造根據權利要求I到8中任一項所述的器件的方法，其特徵在於所述方法包括以下步驟 -提供導電錶面(12)， -在所述導電錶面(12)對應於電氣觸點(14)的位置的地方中沉積導電種子(16)， -在整個導電錶面(12)上沉積電氣絕緣層(18)，以便在導電種子(16)的區域中形成不連續電氣絕緣層，並在所述不連續絕緣層中提供開口(20)，以及以便在剩餘的導電錶面(12)上形成連續電氣絕緣層，所述開口(20)留出通向所述導電種子(16)的入口， -用鍍覆層(22)彌補不連續電氣絕緣層(18)和導電種子(16)，所述導電種子通過所述開口(20)可接觸，所述鍍覆層(22)從通過所述開口(20)可接觸的所述導電種子(16)開始生長。
10.根據權利要求9所述的方法，其特徵在於所述導電種子(16)是通過沉積導電漿料形成的，所述導電漿料具有適當的粗糙度和允許所述鍍覆層(22)生長的孔隙率。
11.根據權利要求10所述的方法，其特徵在於所述漿料是通過從下面組中選擇的方法沉積的，該組由絲網印刷、模版印刷、氣溶膠、注射和噴墨印刷組成，從而形成適於從所述器件收集電流的圖案。
12.根據權利要求9到11中任一項所述的方法，其特徵在於所述電氣絕緣層(18)包括由從下面組中選擇的材料製成的一層或疊層，該組由MgF和其他光學透明的氟化合物、SiNx、Si02、ZnS, TiO2' SiOxNy 以及 Al2O3 組成。
13.根據權利要求9到12中任一項所述的方法，其特徵在於所述電氣絕緣層(18)是光學透明的。
14.根據權利要求9到13中任一項所述的方法，其特徵在於所述鍍覆層(22)的材料是從Ag和Cu組成的組中選擇的。
15.權利要求9到14所述的方法用於製造太陽能電池的用途，具體是製造矽異質結太陽能電池的用途。
全文摘要
本發明涉及一種器件，其包括導電錶面(12)和電流能夠通過的電氣觸點(14)。所述電氣觸點(14)包括沉積在導電錶面(12)上的導電種子(16)，電氣絕緣層(18)，其不連續覆蓋所述導電種子(16)以便形成進入所述導電種子(16)的開口(20)，以及彌補所述不連續絕緣層(18)並沉積在導電種子(16)上的鍍覆層(22)，該導電種子可通過所述開口(20)接觸並形成所述鍍覆層從其開始沉積的點。不包括任何電氣觸點(14)的剩餘的所述導電錶面(12)由所述電氣絕緣層(18)連續覆蓋。
文檔編號H01L31/0224GK102668105SQ201080046306
公開日2012年9月12日 申請日期2010年10月11日 優先權日2009年10月13日
發明者C·巴立夫 申請人:洛桑聯邦理工學院(Epfl)