晶片太陽能電池及太陽能電池生產方法

2023-05-18 19:40:41 1

晶片太陽能電池及太陽能電池生產方法
【專利摘要】本發明涉及一種晶片太陽能電池，其包括有半導體層(1)、背側發射極層(2)、布置在背側發射極層(2)上的鈍化層(3)、在所述鈍化層中形成的開口(31)以及布置在鈍化層(3)上的金屬化層(4)，其中發射極層(2)、鈍化層(3)和/或金屬化層(4)大體上完全覆蓋太陽能電池的背側，並且其中與每一開口(31)毗鄰形成的摻雜區(5)延伸入發射極層(2)中和/或延伸入半導體層(1)中並通過來自金屬化層(4)和/或來自鈍化層(3)的金屬實現摻雜。此外，本發明還涉及生產此種太陽能電池的太陽能電池生產方法。
【專利說明】晶片太陽能電池及太陽能電池生產方法

【技術領域】
[0001]本發明涉及一種晶片太陽能電池以及一種太陽能電池生產方法。

【背景技術】
[0002]基於晶片的太陽能電池包括背側發射極，也就是說包括布置在背側上的發射極層，所述背側也就是太陽能電池背向光線的表面，構成了可替代其中發射極層布置在光入射側的傳統太陽能電池結構的一種重要技術。尤其是，能夠通過這種技術生產基於η型半導體晶片的高效太陽能電池。背側發射極層的一種可能的實現方式在於將合適的金屬漿料施加到半導體晶片的背側表面上並隨後對其進行燒制處理。作為以上步驟的結果，來自金屬漿料的金屬元素滲透入半導體中並在半導體表面上生成摻雜的發射極層。同時也生成了與發射極層接觸式連接的金屬化層。
[0003]為了提高太陽能電池的效率，在發射極層上設置鈍化層是有利的。然而，以上所述的方法並不適用於生產這樣一種結構。相反，傳統做法涉及通過選擇性擴散生成選擇性發射極結構，並隨後實施藉助銀鋁柵格實現的接觸式連接。這是不利的，但是，接觸式連接必須在發射極結構上對齊，這也帶來了額外的開銷並構成了額外的故障源。


【發明內容】

[0004]本發明的目的是提供一種高效並具有成本效益好的包括背側發射極的基於晶片的太陽能電池以及一種用於生產該種太陽能的電池的可靠方法。
[0005]根據本發明，此目的藉助於含有權利要求所述技術特徵的晶片太陽能電池以及太陽能電池生產方法得以實現。本發明的有益改進同樣在權利要求中得到描述。
[0006]本發明基於對以簡單的方式互相對齊摻雜區的考慮，其中所述摻雜區用於形成發射極層與鈍化層中的開口之間的接觸，而同樣地所述鈍化層也用於形成與發射極層的接觸。在此例中，本發明採用了一種自對齊的類型，藉助於開口在鈍化層中的位置預定義了摻雜區的位置。對此有兩種不同的生成方式變型:在第一種變型中，鈍化層中的開口以與摻雜區同時出現的方式形成，例如，如果開口是通過雷射生成的話，也通過雷射進行摻雜。在第二種變型中，開口在鈍化層中的摻雜進行之前形成，然後選擇性執行一個金屬化步驟，使得摻雜區在此例中同時出現，確切地講由於之前的鈍化層結構的緣故僅位於開口中。這兩個基本的變型可以純粹的形式構成，具有變型，或者以混合的形式構成，尤其是以下文所述的具體實施例構成。
[0007]此方法的結果就是，形成與每一開口相毗鄰的摻雜區，其延伸入發射極層中並且，如果合適，還延伸入半導體層中，此方法的結果還在於，藉助於來自金屬化層和/或鈍化層的金屬形成摻雜。這意味著，特別是，出現在金屬化層和/或鈍化層中的化合物或者合金中的金屬作為摻雜物存在於摻雜區中。
[0008]在此例中與每一開口毗鄰意味著一個或者多個摻雜區與各自的開口相鄰，也就是說，在太陽能電池背側的平面圖中，摻雜區存在於開口中或者與存在於環繞開口的最接近區域中。
[0009]此方法的一個優勢在於，儘管中間存在著鈍化層，發射極層或者金屬化層或者尤其是兩者均在整個區域上生成，並且在發射極層和金屬化層之間無需額外的對齊。發射極層、鈍化層和/或金屬化層大體上完全覆蓋了太陽能電池背側的事實意味著，這些層中的一層、兩層或者三層布置在太陽能電池背側的整個範圍上。僅在所述開口、邊緣區域和/或在其它生產決定的區域中提供挖空。
[0010]鈍化層中的開口可以是點狀或者線狀的。點狀的開口可具有從數個微米(ym)到數百個μ m的數量級的直徑。線狀開口可具有大約從10 μ m到數百個的線厚度。
[0011]在一個優選的實施例中，本發明提出了，開口延伸入或者穿過發射極層和/或穿過金屬化層。這意味著，開口能夠作為凹槽部分延伸入發射極層，或者它們能夠作為孔洞刺穿發射極層。如果開口在發射極層中形成孔洞，那麼它們此外還能夠部分延伸進入半導體層中。
[0012]在一個有益的改進中，本發明提出了，金屬化層填充了鈍化層中的開口。這意味著，金屬化層突出至開口中。這尤其會在開口在塗覆或者沉積金屬化層之前生成時出現，比如，如果在生成開口之後將金屬漿料塗覆到太陽能電池背側上，金屬漿料也會滲入至開口中。
[0013]根據一個有利的配置，本發明提出了，半導體層由η型半導體形成，尤其是由η型矽形成。在此例中，發射極層優選地作為P型發射極構成。相應地，摻雜區優選地為摻雜度更高的P型區，其通常被稱為P+型或者P++型區。
[0014]在一個有利的配置中，本發明提出了，金屬化層含有鋁。因此能夠得到通過含鋁漿料生成的金屬化層。在另一方面，金屬化層也能夠作為鋁層或者含鋁層通過沉積獲得，尤其是通過氣相沉積法。在涉及含鋁金屬化層的例子中，摻雜區的摻雜物出自來自金屬化層或者來自金屬漿料的鋁。相對於含銀漿料，含鋁漿料具有在以下所述的燒制步驟中不會腐蝕鈍化層或者僅很小程度地腐蝕鈍化層的優勢。此外，P型摻雜物能夠通過鋁獲得，其在η型半導體層的例子中尤其有益。
[0015]於此所描述的晶片太陽能電池包括位於其半導體層上的背側發射極層。這意味著在太陽能電池的使用期間發射極層在半導體層的背向光線的側面上形成，也就是說在太陽能電池的背側上形成。在此例中，發射極層能夠作為額外的層施加在半導體層的背側上。然而，對於作為半導體層中的摻雜層形成的發射極層而言，這是更為優選的。此太陽能電池的背側以及其上布置的各個層和結構在此例中得到原理上的描述。在太陽能電池的前側，任何合適的方式均能用於製備太陽能電池，舉例來說，其可具有前面場(FSF)，具有施加在前側和/或前側鈍化層上的防反射層、接觸條或接觸柵格。
[0016]本發明優選地提出了摻雜區具有比發射極層高的摻雜度。這意味著在特定溫度上，多數電荷載體在摻雜區中的密度高於其在發射極層中的密度。
[0017]為生成於此所述的晶片太陽能電池，本發明首先提供了具有半導體層的半導體晶片。在所述半導體層上或中生成發射極層，確切地講，發射極層位於半導體晶片的太陽能電池背側上，該太陽能電池背側背向完成的太陽能電池的光入射側。然後在所述發射極層上生成鈍化層，所述鈍化層提供了表面鈍化。出於此目的，鈍化層由合適的介電材料構成，比如由二氧化矽、氮化矽、氧氮化矽、氧化鋁、氧氮化鋁等等構成。
[0018]在所述方法的過程中，此外還在鈍化層上生成一金屬化層。在此例中，金屬化層能夠通過沉積方法生成，例如通過氣相沉積(PVD，物理氣相沉積)。有益地，無論如何，在鈍化層上生成金屬化層包括將金屬漿料施加到鈍化層上並對半導體晶片和施加的金屬漿料進行加熱以生成金屬化層。在此方法中，作為漿料金屬化而公知的，舉例來說，能夠通過絲網印刷法將金屬漿料施加到鈍化層上。
[0019]此外，開口在鈍化層中生成。在生成開口的同時或者在一個稍後的步驟中，摻雜區毗鄰每一開口生成，使得摻雜區延伸進入發射極層和/或半導體層並通過來自金屬化層和/或鈍化層的金屬實現摻雜。
[0020]在一個優選的配置中，本發明提出，在生成金屬化層之前在鈍化層中生成開口。在此例中，開口在鈍化層中形成，而不需要覆蓋鈍化層的金屬化層。如果開口藉助於能量的引入生成，比如藉助於雷射，那麼所述能量能夠同時將來自鈍化層的材料，尤其是來自鈍化層的金屬，驅入發射極層和/或半導體層中並以此生成摻雜區。在後續的步驟中，金屬化層能夠隨後得以生成，其也必然滲入開口中並優選地填滿它們。如果金屬化層藉助於熱處理生成，例如由塗覆的金屬漿料和後續進行的燒制步驟實現，那麼摻雜區就能夠在熱處理的基礎上生成，即通過來自金屬漿料並進入發射極層和/或進入半導體層的摻雜物實現。
[0021]根據一個優選的改進，本發明提出了，鈍化層中開口的生成在生成金屬化層之後進行，並在生成摻雜區的同時進行。如果開口藉助於能量的引入而生成，例如藉助於雷射，那麼所述能量能夠同時將來自鈍化層和/或金屬化層的材料驅入至發射極層和/半導體層中並以此生成摻雜區，尤其是將來自金屬化層的金屬驅入。
[0022]根據與其中金屬化層藉助於漿料金屬化實現的例子對應的生產方法的一個優選的配置，在鈍化層中開口的生成在將金屬漿料塗覆到鈍化層上後進行。在此例中，開口仍然在以下所述的燒制步驟之前生成，也就是說，仍然在金屬以金屬漿料的形式在太陽能電池的背側存在時進行。
[0023]優選地，當進行漿料金屬化時，加熱半導體晶片和塗覆的漿料以生成金屬化層的處理通過一個兩步式的方法進行，其中，在第一加熱步驟期間，塗覆的金屬漿料在150°C至500°C之間的溫度下乾燥，並且，在後續的第二加熱步驟期間，乾燥的金屬漿在700°C至1000°C之間的溫度下燒制。如果開口還沒有在鈍化層中形成，那麼儘管燒制步驟具有使因此產生的金屬化層與鈍化層良好粘附的效果，在金屬層和發射極層之間仍然沒有電氣接觸存在。隨後必須在後續的步驟中對此進彳丁矯正，冋時在其中生成開口。
[0024]鈍化層中的開口能夠通過任何適用於此目的的方法生成，尤其是通過其中將能量弓I入鈍化層中並引入周圍的結構和層中的方法來實現。在一個有利的改進中，鈍化層中的開口通過雷射照射生成。在此例中，雷射照射能夠同時具有使來自鈍化層和/或來自金屬化層的金屬滲入發射極層和/或半導體層以構成摻雜區的效果。換句話說，接著引入了雷射摻雜。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0025]下文基於示例性的實施例結合附圖對本發明進行了解釋:
[0026]圖1a到Ie根據一個實施例逐步地示出了晶片太陽能電池的生產過程；以及
[0027]圖2a到2e根據另一個實施例逐步地示出了晶片太陽能電池的生產過程。

【具體實施方式】
[0028]圖1示出了在根據一個特定實施例生產晶片太陽能電池期間的一系列中間產品，其中鈍化層中的開口在金屬化層生成之後生成。如圖2所示，在此僅考慮太陽能電池的背偵牝也就是說僅考慮太陽能電池作為完成的太陽能電池的背向光線一側的側面。因此，圖形中的鋸齒形線並不代表太陽能電池的前側或者太陽能電池的光線入射側，相反地，示意圖準確地示出，在此並不考慮太陽能電池的前側，並且太陽能電池的前側可以是任何合適的形式或者任何合適的層序列。
[0029]如圖1a所示，首先提供以半導體晶片形式存在的半導體層I。如圖1b所示，發射極層2藉助於合適的半導體材料的沉積或者藉助於半導體層I在其背側上的摻雜在半導體層I的背側上生成。如圖1c所示，鈍化層3沉積在發射極層2上，所述鈍化層提供了表面鈍化。最後，金屬化層4，如圖1d所示，在鈍化層上生成。
[0030]隨後為了生成金屬化層4和發射極層2之間的電氣連接，在鈍化層3中通過雷射燒蝕生成開口 31，所述開口在本實施例中還延伸穿過發射極層2，甚至作為凹槽部分地延伸入半導體層I中。考慮到雷射引入的能量，來自金屬化層4和/或來自鈍化層3的元素，尤其是這些層所含有的金屬，被驅入發射極層2並進入半導體層I中，其中它們生成與開口最接近的摻雜區5。因此，雷射不僅僅起到打開鈍化層3的作用，還用於通過雷射摻雜生成摻雜區5。
[0031]一種修改了的用於生成背側發射極層2和金屬化層4之間的電氣連接的方法結合圖2a到2e中所示的圖像序列得以示出。在此例中，根據圖2a、2b和2c的直到鈍化層3的沉積的方法步驟對應於圖la、lb和Ic的方法步驟。根據圖2d，然而，在生成金屬化層4之前，開口 31在鈍化層3中生成，優選地通過雷射燒蝕實現。
[0032]僅在後續的步驟中在鈍化層3上形成金屬化層4，這樣使得金屬化層4也能夠延伸進入開口 31中。在鈍化層4的生成過程中，尤其是在使用漿料金屬化時的燒制步驟的過程中，或者在生成金屬化層4之後，例如同樣通過雷射摻雜，摻雜區5在發射極層2中的開口 31下方生成。如圖2e所示，這裡摻雜區5同樣部分延伸入半導體層I中。然而，不像圖1e所示的例子那樣，開口 31並不延伸進入發射極層2，然而，其依賴於各個加工參數，比如雷射功率、照射時長等等。
[0033]附圖標記列表:
[0034]I半導體層，
[0035]2發射極層，
[0036]3鈍化層，
[0037]31鈍化層中的開口，
[0038]4金屬化層，
[0039]5摻雜區。
【權利要求】
1.晶片太陽能電池，包括有半導體層(I)、背側發射極層(2)、布置在背側發射極層(2)上的鈍化層(3)、在所述鈍化層中形成的開口(31)以及布置在鈍化層(3)上的金屬化層(4)，其中發射極層(2)、鈍化層(3)和/或金屬化層(4)大體上完全覆蓋太陽能電池的背偵牝並且其中與每一開口(31)毗鄰形成的摻雜區(5)延伸入發射極層(2)中和/或延伸入半導體層(I)中並通過來自金屬化層(4)和/或來自鈍化層(3)的金屬實現摻雜。
2.根據權利要求1所述的晶片太陽能電池，其特徵在於，開口(31)延伸入或穿過發射極層(2)和/或穿過金屬化層(4)。
3.根據權利要求1所述的晶片太陽能電池，其特徵在於，金屬化層(4)填充鈍化層(3)中的開口(31)。
4.根據前述權利要求任一項所述的晶片太陽能電池，其特徵在於，半導體層(I)由η型半導體形成。
5.根據前述權利要求任一項所述的晶片太陽能電池，其特徵在於，金屬化層(4)含有招。
6.根據前述權利要求任一項所述的晶片太陽能電池，其特徵在於，發射極層(2)作為摻雜層在半導體層(I)中形成。
7.根據權利要求6所述的晶片太陽能電池，其特徵在於，摻雜區(5)具有高於發射極層(2)的摻雜度。
8.晶片太陽能電池生產方法，包括以下方法步驟: 提供具有半導體層(I)的半導體晶片； 在半導體晶片的太陽能電池背側上生成發射極層(2)，所述太陽能電池背側背向完成的太陽能電池中的光線入射側； 在發射極層(2)上沉積鈍化層(3)； 在鈍化層(3)上生成金屬化層(4)； 在鈍化層⑶中生成開口(31);以及 毗鄰每一開口(31)生成摻雜區(5)，使得摻雜區(5)延伸入發射極層(2)中和/或延伸入半導體層⑴中，並使得摻雜區(5)通過來自金屬化層⑷和/或來自鈍化層⑶的金屬實現摻雜。
9.根據權利要求8所述的太陽能電池生產方法，其特徵在於，在生成金屬化層(4)之前生成鈍化層(3)中的開口(31)。
10.根據權利要求8所述的太陽能電池生產方法，其特徵在於，在生成金屬化層(4)之後並在生成摻雜區(5)的同時生成鈍化層(3)中的開口(31)。
11.根據權利要求8-10中任一項所述的太陽能電池生產方法，其特徵在於，在鈍化層(3)上生成金屬化層(4)包括將金屬漿料塗覆到鈍化層(3)上並對半導體晶片和塗覆的金屬漿料進行加熱以生成金屬化層(4)。
12.根據權利要求11所述的太陽能電池生產方法，其特徵在於，在將金屬漿料塗覆到鈍化層(3)之後生成鈍化層(3)中的開口(31)。
13.根據權利要求11或12所述的太陽能電池生產方法，其特徵在於，通過兩步式方法對半導體晶片和塗覆的金屬漿料進行加熱以生成金屬化層(4)，其中，在第一加熱步驟中，在150°C和500°C之間的溫度上對塗覆的金屬漿料進行乾燥，並且在隨後的第二加熱步驟中，在700°C和1000°C之間的溫度上對乾燥的金屬漿料進行燒制。
14.根據權利要求8-13中任一項所述的太陽能電池生產方法，其特徵在於，鈍化層(3)中的開口(31)通過雷射照射生成。
【文檔編號】H01L31/18GK104241430SQ201410268537
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年6月16日 優先權日:2013年6月17日
【發明者】S·博爾丁, J·切斯拉克, V·默滕斯, F·斯騰澤爾 申請人:韓華Qcells有限公司