基於晶片的太陽能電池板的生產方法

2023-11-07 04:16:27 3

專利名稱：基於晶片的太陽能電池板的生產方法
技術領域：
本發明涉及一種基於晶片的太陽能電池板的生產方法。
背景技術：
引言世界石油供應預期在接下來的數十年中將逐漸耗盡。這意味著我們用於上世紀的 主要能量源將必須在數十年內被代替，以覆蓋目前的能量消耗和即將來臨的全球能量需求 的增加。此外，出現的許多關注是化石能量的使用將地球的溫室效應增加到可能變得危險 的程度。因此，化石燃料的當前消耗應當優選地由可再生的且對於我們的氣候和環境來說 可持續的能量源/載體代替。一種這樣的能量源是太陽光，太陽光以比目前和任何可預見的人類能量消耗的增 加量大得多的能量輻射地球。然而，太陽能電池的電至今太昂貴而不能與核能、熱能等競 爭。如果要實現太陽能電池的電的巨大潛力，這需要改變。來自太陽能電池板的電的成本是能量轉換效率和太陽能電池板的生產成本的函 數。因此，對較廉價的太陽能電的尋找應當集中在通過成本有效的製造方法製造的高效率 太陽能電池。本發明涉及高效率的基於矽的太陽能電池板的成本有效的生產方法。現有技術用來製造適於背接觸光伏裝置的電觸點的高效率且節省成本的方法是通過以下 步驟製造電觸點在晶片的暴露於下面的摻雜區域的背側上的鈍化層中產生局部開口，在 晶片的覆蓋鈍化層和局部開口的整個背表面上沉積金屬層，並且隨後將金屬層劃分為接觸 晶片的摻雜區域的電絕緣的金屬區域。這種技術的例子是US 6337283, US 6337283公開了一種用來製造背表面點接觸 矽太陽能電池的方法。該方法包括在具有P-摻雜區域和η-摻雜區域的矽晶片的背表面 上形成兩個鈍化層；在P-摻雜區域和η-摻雜區域處在鈍化層中產生接觸開口 ；在鈍化層 上沉積第一金屬層使得第一金屬層與P-摻雜區域和η-摻雜區域接觸；圖案化第一金屬層 使得用於P-摻雜區域和η-摻雜區域的分離的觸點形成；在第一金屬層上沉積第一絕緣層； 在P-摻雜區域或η-摻雜區域的第一金屬觸點處在絕緣層中產生接觸開口 ；和最後在絕緣 層上沉積第二金屬層以形成與用於P-摻雜區域或η-摻雜區域的分離的觸點的電接觸。圖 1中示出太陽能電池，其中附圖標記10是晶片，12是前表面上的鈍化層，14是一種類型的摻 雜區域，16是另一種類型的摻雜區域，18和20是晶片的背側上的兩個鈍化層，2 是圖案化 之後的第一金屬層，26是圖案化之後的絕緣體層，並且觀是第二金屬層，該第二金屬層連 接與晶片10的一種類型摻雜區域14接觸的第一金屬觸點Ma。該製造方法單獨地應用於 每個電池。包括在晶片的整個表面上沉積金屬層的用來接觸矽晶片上的摻雜區域的方法將由於矽晶片和金屬層的熱膨脹係數的差異而在電池中引起機械應力。這種機械應力僅僅為 具有典型地140_180μπι的厚度的現在的晶片引起小的問題，這是由於這種厚晶片具有必 要的機械強度以避免顯著的翹曲/變形。然而，對於具有小於近似100 μ m的厚度的膜和晶 片，這種機械應力將產生電池的不可接受的翹曲/變形和/或破裂的問題。然而，對於沉積在玻璃基體上的光伏薄膜，存在已知的節省成本的生產方法，在該 生產方法中，用作電觸點的半導體膜和金屬層直接沉積在玻璃基體上，隨後劃分以形成電 池和電觸點。這種技術的一個例子在美國申請No. 2007/0227578中給出，其中鉬層首先沉 積在玻璃基體上，隨後沉積銅(銦、鎵)硒的半導體層。然後，使用雷射刻劃或化學蝕刻，將 該膜劃分成玻璃基體上的一組互連的太陽能電池。從US4292092已知類似技術的另一例 子。在Keevers等人的最近的論文[1]中，公開了一種光伏面板，該光伏面板包括沉積 在玻璃基體上的矽的多晶薄膜(也稱為玻璃上的晶體矽，或CSG技術)。該論文聲明，該制 造方法固有地是節省成本的，並且已經示出具有記錄效率10. 4%的太陽能電池板。製造過 程開始於通過用0. 5 μ m矽珠浸塗而織構玻璃基體的一個表面。然後，使用等離子體增強化 學汽相沉積(PECVD)將一層SiNx和一層ρ-摻雜非晶矽沉積到織構表面上。然後，使用固 相結晶，隨後快速熱處理和快速在線氫化，形成多晶矽的薄膜。然後，在通過滾塗塗覆樹脂 層之前，使用雷射刻劃將沉積的半導體層劃分成一組單獨的電池。然後，在通過濺射沉積鋁 層隨後通過刻劃以形成互連件而完成面板之前，通過噴墨印刷蝕刻劑形成樹脂層中的一組 接觸開口。US 6518596中示出被介電層和金屬層覆蓋的非晶矽膜的使用的其它例子。這個文 獻示出作為鈍化層的覆蓋有氮化矽膜的矽膜的使用，並且其中，通過在鈍化層中通過雷射 形成局部開口，隨後沉積金屬層以便製造觸點，並且最後使用雷射刻劃將金屬層劃分為分 離的觸點，實現接觸。CSG技術的限制是大約10%的相對低的光伏轉換效率。這是使用基於單晶矽的太 陽能電池可獲得的轉換效率的一半。

發明內容
發明目的本發明的主要目標是提供一種用於太陽能電池板的節省成本的基於晶片的製造 方法，該製造方法允許使用100 μ m或更小的薄晶片，並且該製造方法解決了電池的翹曲/ 變形和/或破裂的問題。通過如下面的本發明的描述中和/或所附專利權利要求中闡述的特徵，可實現本 發明的目標。發明描述本發明基於如下認識從節省成本方面看，有利的CSG技術可適合用於基於晶片 的太陽能電池生產，並且因此利用與CGS技術相關聯的工作負荷節省和通過使用單晶或多 晶晶片可獲得的高的轉換效率。就是說，通過使用由至少在它們的前側準備好的晶片製成 的半加工的太陽能電池，當或多或少預先製造的晶片連接到太陽能電池板/模塊的透明前 玻璃時，可以在類似於CSG技術的一個金屬加工步驟中組合電池金屬化和模塊互連。除了解決具有沉積的金屬層的薄晶片的翹曲/破裂的問題，通過在一個金屬加工中組合電池金 屬化和模塊/面板互連，這個特徵將也獲得用來生產太陽能電池和模塊的顯著的成本和工 作負荷節省，該模塊在晶片的背側上具有太陽能電池電觸點。因此，在一個方面，本發明涉及一種用來生產太陽能模塊/面板的方法，其中所述 方法包括使用許多半導體晶片，該半導體晶片被預加工到至少它們的前表面準備好被安裝 到太陽能電池板/模塊的前玻璃上的程度，但該半導體晶片也可包括一直到用來形成電觸 點的金屬化的、用於晶片的背側的一個或更多個加工步驟，但不包括該用來形成電觸點的 金屬化；將期望數量的預加工的晶片彼此相鄰且以它們的前側向下面向的方式放置且連 接到前玻璃的背側上；沉積至少一個金屬層或堆疊的金屬系統，其覆蓋包括預加工的晶片的背側的前玻 璃的背側；和將沉積的金屬層圖案化/劃分為至少一個單獨的區域，該至少一個單獨的區域形 成用於每一個太陽能電池的電觸點和相鄰太陽能電池之間的模塊互連件。在第二方面，本發明涉及太陽能電池板/模塊，該太陽能電池板/模塊包括透明前玻璃；許多半導體晶片，該許多半導體晶片各被加工以形成半成品的太陽能電池，並且 該許多半導體晶片彼此相鄰地連接到透明前玻璃的背側上；並且其中太陽能電池的電觸點和連接太陽能電池板/模塊的相鄰太陽能電池的互連 件由至少一個圖案化的金屬層形成，該至少一個圖案化的金屬層覆蓋包括連接的半成品太 陽能電池的背側的前玻璃的背側。如這裡使用的，術語「預加工成為背側金屬化做準備的半成品太陽能電池」意指半 導體晶片，其中前側已經被預加工成成品太陽能電池狀態，使得它們可以連接到前玻璃，並 且因此構成太陽能電池板/模塊的起作用的前側。這可包括(但不限於)以下加工步驟中 的一個或更多個表面織構/損壞蝕刻，摻雜元素的向內擴散，表面鈍化膜的沉積，防反射 塗層的沉積等。認為形成太陽能電池的前側所必要的該加工步驟的順序和選擇顯然取決於 被製造的太陽能電池的類型。典型地，晶片在連接到前玻璃之前的預加工包括高溫擴散過 程和面向前玻璃的表面的鈍化，這是由於這個表面在連接到前玻璃之後是不可接近的。對於晶片的背側，如這裡使用的術語「預加工成為背側金屬化做準備的半成品太 陽能電池」意指晶片的背側被加工成半成品狀態，該半成品狀態允許在晶片連接到前玻璃 之後完成包括金屬互連的所有電池的背側。就是說，用來形成互連的太陽能電池板/模塊 的僅有的剩餘加工步驟將是可以在模塊水平執行的加工步驟，當面板/模塊的所有電池連 接到前玻璃時在一個操作中為面板/模塊的所有電池執行該模塊水平。這可以是以下加工 步驟的一個或更多個摻雜元素的沉積和擴散、異質結接觸層的沉積和圖案化蝕刻、背側反 射塗層的沉積、背側表面鈍化層的沉積、用來形成到位於下面的晶片的摻雜區域的接觸開 口的鈍化層的局部蝕刻、織構化、晶片邊緣的平滑/平面化，和組合的金屬化和互連。因此，總的來說，術語「預加工成為背側金屬化做準備的半成品太陽能電池」意指 晶片的前表面被加工成成品太陽能電池狀態，使得晶片準備被連接到模塊/面板的前玻璃。對於晶片的背側，當晶片連接到前玻璃時不能使用的所有加工步驟需要被執行。典型 地，這可以是摻雜物的高溫向內擴散。然而，晶片的背側的預加工可包括達到當晶片連接到 前玻璃時可執行的金屬層的沉積(金屬化)的所有加工步驟，這可以是摻雜方法，例如，沉 積高度摻雜的非晶矽層、雷射摻雜或離子注入。本發明不限於任何具體類型的太陽能電池，使得用於形成為背側金屬化做準備的 半成品太陽能電池的加工步驟的任何可想到的組合被包括在創造性方法中。就是說，本發 明可適用鈍化膜、摻雜元素、單個晶片上的防反射塗層的任何已知的和可想到的組合，並且 晶片可以由包括但不限於Si、Ge、InP和GaAs的任何可想到的半導體材料製成。本發明適 用於用來預加工的生產方法的選擇；用來將晶片預加工成為背側金屬化做準備的半成品太 陽能電池的本領域技術人員已知的任何可想到的或已知的過程可以應用。類似地，本發明不限於用來形成觸點和互連件的沉積層的一個或一組指定圖案的 使用。可以使用構成觸點和互連件的任何可想到的和已知的圖案，只要當太陽能電池板/ 模塊的所有晶片連接到面板/模塊的透明前基體上時它們可以在一個操作上形成即可。可 能有利的是，平滑/平面化每個晶片的邊緣部分以避免尖銳的角部或懸起金屬互連件的危 險，因此避免了折斷和/或短路互連件的危險。(例如通過機械或雷射研磨)通過移除晶片 的前側邊緣的一部分，可獲得邊緣平滑或平面化。替代地，通過沿晶片沉積合適的材料，或 通過填充相鄰晶片之間的空間以形成每個晶片的邊緣部分的更圓化的形狀，可獲得平滑或 平面化。材料的填充可通過常規技術獲得，所述常規技術諸如旋塗沉積、滾塗、噴墨印刷、預 先製造的元件的安裝等。如這裡使用的，術語「前側」表示當太陽能電池板處於操作中時面向太陽的晶片的 側面。術語「背側」是晶片的前側的相對側，並且術語「背接觸的」意指所有連接器都放置 在晶片的背側上。當應用於前玻璃時，術語「前側」意指當太陽能電池板處於操作中時將面 向太陽的透明前玻璃的側面，並且術語「背側」意指接收晶片並且隨後接收沉積的金屬層的 相對側。在完成前玻璃的背側上的金屬接觸和互連過程之後，前玻璃繼續到標準模塊過程 中，在該標準模塊過程中，在真空中在高溫下在堆疊過程中，用EVA和保護性後板(例如， Tedlar或玻璃)密封/保護背側上的電池和互連免受環境影響。最後，堆疊的模塊夾層結 構可以通過金屬框架被機械地加強並且通過二極體接線盒被電連接/保護。如這裡使用的術語「前玻璃」意指可形成成品太陽能電池板/模塊的前板的任何 類型的透明材料。就是說，前玻璃應當具有必要的機械強度和熱強度以在太陽能電池板/ 模塊的生產(金屬層的沉積)和預期使用期間經受與承載太陽能電池和沉積的金屬層相關 聯的應變。此外，在與電池的光伏效應相關聯的光頻率的大多數或全部上，前玻璃應當高度 透明並且具有低的反射率。前玻璃可包括防反射塗層等。合適的材料包括但不限於任何成 份的鈉鈣玻璃、硼矽酸鹽玻璃、石英、透明聚合物固體等。如在這裡使用的術語「晶片」包括厚度從大約20 μ m且達到200 μ m-300 μ m的目 前最大晶片厚度的半導體材料的任何平面片材/盤等。因此，術語晶片也包括通常稱為厚 膜的半導體材料的片材/盤。然而，用於本發明的晶片可以有利地具有從大約150μπι或更 低的平面厚度，只要半導體晶片具有足夠的機械強度以承受到半成品太陽能電池的預加工 即可。合適的厚度是從20μπ 到80μπ 。本發明應當被理解為基於晶片的生產，該生產到達如下程度晶片被充分地預加工以允許連接到前玻璃和在模塊水平執行所有剩餘加工步 驟。就是說，本創造性方法應當被看作常規晶片生產方法和CSG技術的組合。有利地，晶片可以被賦予大體上矩形或正方形形狀並且以從大約0. Imm到2mm範 圍中的間隙尺寸並排放置在前玻璃上。本發明可以使用任何已知的或可想到的以晶片的形 式的光伏半導體材料。半導體材料的例子包括但不限於SiUnP.G^GaAs等。半導體材料 可以是單晶體或多晶體。有利地，晶片可以利用透明膠連接到前玻璃。可以應用任何已知的或可想到的膠。 例子包括但不限於基於環氧樹脂的、基於矽樹脂的或基於溶膠-凝膠的膠，該膠通過以下 技術中的一種以1 μ m到50 μ m的範圍中的厚度，優選地以從10 μ m變動到20 μ m的厚度沉 積在前玻璃上旋塗、噴塗、滾塗、熱熔分配或噴墨印刷。有利地，晶片可以被平面化，即晶片的背側的尖銳邊緣可以被平滑，以便減小引起 金屬橋的破裂的概率，該金屬橋由形成跨越相鄰晶片的電觸點的沉積的金屬層形成。背側 晶片邊緣的平滑/平面化可以通過但不限於以下加工步驟中的一個獲得例如通過雷射消 融移除晶片的背側邊緣的一部分；例如通過利用噴墨印刷或預製元件的安裝，或通過用聚 合物材料，優選地用具有高的光學反射率、具有對表面臺階的平滑效果，並且例如通過使用 旋塗、噴塗、滾塗或噴墨沉積而被沉積的聚合物材料而塗覆電池的後表面和電池之間的間 隙，沿該邊緣和/或在晶片之間的空間中沉積合適的材料以在相鄰晶片之間形成平滑連續 的表面。背邊緣的移除或相鄰晶片之間的間隙中的材料的填充應當有利地導致晶片側壁和 透明基體之間的角度小於70度，優選地在從30到60度的範圍中。在使用沉積的材料的情 況下，這可以通過利用噴墨印刷，或通過將晶片壓在透明基體上的膠上(調節壓力以實現 膠被擠壓到後續晶片之間的間隔中)而獲得。優選地，膠應當以大於50%，優選地大於70% 填充晶片和透明基體之間的豎直表面臺階，並且膠和晶片邊緣表面之間的接觸角度應當小 於70度，優選地在30度到50度的範圍中。術語「P-摻雜區域」意指晶片的表面區域，在該表面區域中，導致增加數量的正電 荷載體的摻雜材料在表面下一定距離內被添加到半導體基體中，該表面形成具有帶P-類 型摻雜的表面層的晶片的區域。術語「η-摻雜區域」意指晶片的表面區域，在該表面區域中， 導致增加數量的負電荷載體(移動電子)的摻雜材料在表面下一定距離內被添加到半導體 基體中，該表面形成具有帶η-類型摻雜的表面層的晶片的區域。摻雜層的厚度通常為大約 數十nm到Ιμπι的級，但這不應當看作本發明的限制。可以應用所有已知的和可想到的摻 雜區域的厚度。而且，可以應用任何類型的已知的和可想到的摻雜元素。通過摻雜元素的 向內擴散，或者替代地通過沉積已經摻雜成η-型或ρ-型的非晶矽的薄層(IOnrn的級)，可 以獲得晶片的摻雜。這些薄的摻雜層形成到矽的異質結觸點，該異質結觸點的電性質類似 於通過直接添加摻雜材料到半導體基體中而獲得的電性質。通過汽相沉積技術、金屬相到具有連接的半成品太陽能電池的前玻璃的整個背側 上的蒸發、濺射等，可以獲得形成背側金屬化的金屬層的沉積。用於汽相沉積的合適金屬包 括鎳、鈀、鈦、銀、金、鋁、銅、鎢、釩、鉻或這些金屬的任何組合。有利地，沉積的金屬層或金屬 層的堆疊系統的厚度應當具有在從0. 1 μ m到20 μ m，優選地在窄的電池(寬度從5mm變動 到50mm)的情況下從0. 1 μ m到2 μ m，並且優選地在使用具有從150mm或更大開始的寬度的 電池的情況下從5 μ m到20 μ m的範圍中的總厚度。用來在一個操作中將金屬層沉積在整個模塊上的其它可能技術是化學鍍或電鍍。用於鍍的合適金屬包括鎳、鈀、銀、金、銅、鉻、錫或 這些金屬的任何組合。本發明不限於金屬的這些選擇，可以使用任何如下的材料進行應用， 該材料提供與位於下面的半導體的良好電接觸，並且在太陽能電池板的期望壽命和形成接 觸之後的後續製造步驟期間，該材料抵抗UV光和與太陽能電池板的正常使用相關聯的任 何其它破壞力/物理條件。這可包括已知的導電塑料和/或其它聚合物配方，諸如碳聚合 物等。本發明可以應用用於金屬沉積和圖案化的任何過程，只要前玻璃可以耐受涉及的 溫度和化學環境。在模塊水平前玻璃上用於金屬沉積和圖案化的可能的加工步驟可以是 (但不限於)總厚度在0. 1 μ m到20 μ m的範圍中的金屬疊層的蒸發或濺射沉積，後面是用於金 屬溼蝕刻過程的掩蔽材料的沉積。金屬蝕刻掩模可以是聚合物材料(通過噴塗、旋塗或滾 塗而沉積的)或二氧化矽(通過化學汽相沉積或蒸發而沉積的)。蝕刻掩模圖案化可以通 過雷射消融、掩模的噴墨蝕刻或另外圖案化的聚合物層的噴墨沉積，在每一種情況下，後面 都跟著通過溼處理的金屬蝕刻；替代地，薄金屬種子層可以通過蒸發或濺射被沉積並且通過上面的相同方法被圖 案化，後面是鍍到1-20 μ m的厚度；替代地，薄金屬種子層可以通過蒸發或濺射被沉積並且通過直接雷射刻劃被圖案 化，後面是鍍到1-20 μ m的厚度；替代地，金屬層可以通過如下剝離過程被圖案化i)沉積聚合物膜(通過噴塗/ 旋塗/滾塗或如預先製造的膜)；ii)通過雷射消融進行圖案化；iii)通過濺射沉積或蒸發 而沉積金屬層；和iv)最後通過剝離聚合物膜(通過將聚合物材料溶解在化學溶劑中或通 過物理地撕開或剝去該膜)移除觸點之間的金屬。連接到聚合物膜的金屬層最終可以被回 收；金屬退火。退火過程可用於改善到位於下面的半導體的金屬接觸和金屬自身的傳 導性，但必須足夠短並且不太熱，以便避免損壞結構中的其它元件，所述其它元件包括用於 將電池連接到前玻璃的任何膠。選擇用於金屬層的蝕刻圖案使得在蝕刻之後用於每一個太陽能電池的兩個不同 的接觸區域和電池之間的互連件出現在金屬層上，一個終端用於P-型摻雜區域且一個終 端用於η-型摻雜區域。化學蝕刻劑應當能夠選擇性地蝕刻金屬相，以便避免破壞位於下面 的鈍化層和/或反射層或前玻璃。可以應用已知用於溶解金屬相的任何酸蝕刻劑或鹼蝕刻 劑，但位於下面的鈍化層和/或反射層或前玻璃不能用作蝕刻劑。本發明的一個選擇是，通過例如利用雷射刻劃、化學蝕刻、等離子體蝕刻或反應性 離子蝕刻而在晶片中形成以晶片厚度的大約70%到100%達到晶片中的許多溝槽，將每個 晶片分成許多單獨的區域或電池。窄的電池的典型寬度將在從5mm到50mm的範圍中。對 於窄的電池的情況，與較寬的電池替代物相比，金屬層厚度應當顯著減小。對於窄的電池的 情況，典型的金屬層厚度將根據實際電池寬度在0. 1 μ m到2 μ m的範圍中。對於這種薄金 屬層，優選地圖案化技術是通過直接雷射消融，或通過後面跟著化學蝕刻的使用噴墨的聚 合物掩模的沉積。利用雷射刻劃形成達到晶片厚度的從大約70%到100%的溝槽，可以形 成區域。


圖1示出根據現有技術的背接觸的太陽能電池的例子。圖2示出如何切割直拉錠以形成用來形成矩形晶片的供體基體的例子。圖3示出如何切割圓柱形直拉錠用於如沿拉動方向從錠的頂部看的偽正方形的 示意圖。圖4示出如何將半正方形直拉錠切割成供體基體的示意圖。圖5示出根據本發明的太陽能電池板的示例實施例的一部分的側視圖。圖6示出根據本發明的相鄰晶片之間的間隙的平面化方法的例子。圖7示出根據本發明的相鄰晶片之間的間隙的平面化方法的另一例子。
具體實施例方式現在將通過本發明的實施例的例子更詳細地描述本發明。這個例子不應當被解釋 為組合一個加工步驟中用於整個模塊的太陽能電池的接觸和互連的總體思想的限制。本發明的示例實施例使用從直拉生成的錠(如圖加和2b所示，該錠被切成厚的 供體基體)製成的矩形單晶供體基體切出的單晶矽晶片。每個供體晶片在切割之後被修剪 邊緣和平面化以形成均勻尺寸的且矩形形狀的厚的供體基體。這給出的優點是，可以同時 加工兩個或更多個供體基體以便形成具有類似尺寸並且甚至具有矩形形狀的單晶矽晶片。 因此，形成的晶片可以以規則的圖案彼此鄰近地放置在前玻璃上，在晶片之間具有一致的 窄間隙，該窄間隙允許通過沉積和圖案化金屬層而形成金屬互連。典型的供體基體厚度可 以在從Imm到IOOmm的範圍中。如從圖2a)可以看到的，由附圖標記1標記的單晶錠的中心部分沿其縱向被切割 以形成由附圖標記2標記的矩形供體基體。通過術語「矩形供體基體」，我們意指連續的半 導體(在這個情況中是單晶矽)零件，該連續的半導體零件的形狀如實際可實現的那樣接 近具有長度a、寬度b和高度c的矩形平行六面體。通過「均勻大小的」，我們意指對於所有 供體基體每個基體的長度a、寬度b和高度c如實際可實現的那樣接近相等。直拉生成的單 晶錠的典型尺寸是具有從150mm到300mm範圍中的直徑和從50cm到大於Im的長度的圓柱 體。如圖2b中所示，當使用大的直拉生成的錠並且從圓柱體的中間段切割縱向切片時，可 以切出許多矩形供體基體，該矩形供體基體在修剪之後具有從15cm到IOOcm範圍的長度， 從15cm到30cm範圍的寬度和從Imm到IOcm範圍的高度。替代地，取代沿縱向鋸割，通過 沿垂直於拉動方向的平面中的鋸割(見圖3和4)，厚的供體基體可由正方形的或偽正方形 的直拉錠成形，產生了面積尺寸從IOXlOcm2變動到30X30cm2且厚度從Imm變動到IOcm 的典型的供體基體。作為單晶晶片的替代，設想較便宜的太陽能電池板可以基於由典型地(但不必然 地)通過Bridgeman方法形成的多晶矽錠製成的晶片。這些可具有達到70X70X30cm3的 尺寸。從這些錠，可以獲得大體上正方形的多晶供體基體，其中邊具有達到65cm的長度和 典型地在從0. 1到5cm的範圍中的厚度。通過大體上正方形，我們意指如實際上可獲得的 那樣接近正方形。已知有至少兩種用來從矽供體基體獲得矽晶片的方法，其中形成的晶片具有與供體基體相同的晶序，並且其中晶片形成到供體基體中並且隨後從供體基體分離且被傳遞到 保持基體。兩種方法都可以使用，但其它方法也可以應用，只要它們允許在供體基體上形成 厚度從20 μ m變動到150 μ m的或多或少的半導體材料的平面晶片，隨後將形成的晶片從供 體基體分離。已知方法中的一種方法基於在供體基體的表面上形成多孔層，隨後在多孔層的頂 部上外延地生長矽晶片。外延生長過程將形成與供體具有相同晶序的在多孔層的頂部上的 均勻且連續的(即不多孔的)晶片。位於下面的多孔層在機械上弱於生長的晶片，使得可 以通過使用機械剪切應力、超聲、雷射加熱等從供體分離晶片。通過這種技術，對於每次晶 片剝離，供體基體減小數IOnm到數μ m，並且因此被重複使用許多次。用於這種技術的典型 供體基體厚度將在1到5mm的範圍中。US 7148119中描述了這種技術的例子。其它方法使用到供體基體中一定距離的氫離子(質子)的離子注入，因此形成埋 入的高應力層。這個受應力的層可以通過加熱供體基體使得質子形成弱化矽鍵的氫原子而 被進一步弱化，並且因此允許晶片在受控制的裂開過程中被剝離。US6890838中公開了這種 技術的例子。質子的滲透距離被控制並且在矽供體基體的情況下通過調節質子束的能量可 調節到大約180 μ m。因此可以使用這種技術來形成厚度在從20μπι到150 μ m範圍內的晶 片。用來形成錠和供體基體的矽材料有利地可以是預摻雜材料。對於這種技術，典型的供 體基體厚度將在IOmm到IOOmm的範圍中。在供體基體上形成半導體晶片之後，晶片可以被轉移到保持基體以便加工，或在 獨立的基礎上由在線處理單獨地加工成為背側金屬化做準備的半成品太陽能電池。將晶片 轉移到保持基體取決於實際晶片厚度。替代地，對為背側金屬化做準備的半成品太陽能電 池的加工的一些或全部可以在從供體基體的分離之前在晶片上完成。如提及的，這種加工 可以通過任何熟練技術人員可想到的或已知的過程，並且不存在正被使用的半導體晶片中 的鈍化膜、防反射塗層或摻雜區域的形成中的任何限制。因此不需要對到半成品狀態的加 工的詳細描述。而且，即使這裡描述的例子基於到供體基體上並且隨後從供體分離的晶片，本發 明也當然可以應用從直拉錠或多晶錠/塊鋸割出的常規晶片。根據這個實施例的太陽能電池可具有可任選的η-摻雜的前表面層。基體摻雜可 以是任一類型的。在半導體晶片的背側，形成有η+摻雜區域和P+摻雜區域的互相交叉的 圖案。晶片表面的兩側由選自以下的一個或更多個層鈍化一層氫化非晶矽，氫化非晶氮化 矽，或二氧化矽。鈍化層具有從Inm到200nm範圍內的厚度。前側上的表面鈍化層也用作 防反射塗層。非晶矽層可以與非晶碳化矽合金化，且/或可以在頂部覆蓋有一層非晶氮化 娃。具有摻雜區域和前鈍化膜的單晶矽晶片的形成被包括在用來形成為背側金屬化 做準備的半成品晶片的程序中。當晶片連接到保持基體時，可以執行所有這些加工步驟。具 有η-型向內擴散摻雜物的前層的形成可以通過使用η-摻雜的保持基體並加熱基體和晶片 而獲得。替代地，如果晶片具有充分的厚度/機械穩固性，所有這些加工步驟能夠以獨立形 式(不在中間連接到任何基體)執行。用來產生晶片的兩種替代技術將很可能在將半成品 電池轉移和連接到前玻璃之前用來產生半成品電池的優選加工中有些不同。下一步驟是轉移半成品晶片，並且將它們以規則圖案並排附接到前玻璃上，其中該半成品晶片的表面鈍化側面向下方，使得在太陽能電池之間形成有大約0. 1到2mm的窄 的且均勻的間隙。在連接到前玻璃上之後，半成品的晶片可以分成許多窄的太陽能電池。這 是由於增加太陽能模塊輸出電壓和減小的金屬層厚度的可能性的啟發。將晶片分成窄的電 池可以通過雷射刻劃來完成。替代地，通過雷射化學蝕刻、溼矽蝕刻、等離子體蝕刻或反應 性離子蝕刻來完成晶片裂分。此後，具有半加工電池的連接的晶片的整個前玻璃被轉移到PECVD室以便沉積合 適的鈍化層。除了表面鈍化層之外，可以沉積聚合物塗層以便使表面臺階平滑，並且提高電 池的背表面內部反射特性。聚合物塗層應當具有白的顏色以便具有良好的光學性能以提高 背表面內部反射。白的聚合物塗層可以通過噴墨沉積被沉積且圖案化。圖案化的白聚合物 可以充當蝕刻掩模以便在下面的表面鈍化層中蝕刻接觸孔，以允許半導體膜的摻雜區域和 要被沉積的金屬層之間的電接觸。此外，在金屬沉積之前的一後續過程中，間隙區域的表面臺階可以通過以下被平 滑和平面化i)去除矽晶片的邊緣，例如通過雷射研磨；ii)在晶片的側壁上沉積材料，例 如通過藉助噴嘴(噴墨)或預成型材料沉積材料；或iii)用合適的材料、聚合物、玻璃、環 氧樹脂等填充晶片之間的整個間隙。恰好在金屬沉積之前，暴露的半導體摻雜區域應當通過化學蝕刻或等離子體蝕刻 被清除碎片和表面氧化物。金屬層沉積可以通過鋁的濺射沉積而獲得。在金屬層的沉積之後，金屬層通過局 部選擇性蝕刻被劃分以形成金屬圖案，該金屬圖案形成每個電池上的電觸點和太陽能電池 板/模塊的相鄰電池之間的互連。通過圖案化的蝕刻掩模的噴墨沉積和隨後的金屬蝕刻， 獲得金屬圖案化。金屬和矽之間的電接觸通過接觸退火過程實現，該接觸退火過程必須是短的並且 不太熱以便避免損壞結構，所述結構包括用於將晶片連接到前玻璃的任何膠和前玻璃自 身。金屬到矽的接觸退火過程取決於實際金屬系統和矽接觸區域的電阻。典型的接觸 退火過程具有200°C -300°C的溫度範圍和從數分鐘到30分鐘的持續時間。此時，太陽能電池被加工到實用狀態，使得太陽能電池板/模塊可以通過將前玻 璃安裝到承載框架中被製備好。圖5中示出根據本發明的一個示例實施例的太陽能電池板的一部分的側視圖。該 圖上示出的面板可以如下形成製造在直拉生成的供體基體上的具有50到100範圍中的厚度的一組矽單晶晶片 被預加工使得每個晶片在前側上獲得η-摻雜101區域和ρ-摻雜102區域的相互交叉圖案 和一個或更多個沉積的介電錶面鈍化膜103。然後，晶片用它們的前側(具有沉積的鈍化層 並且可任選地也具有防反射膜的表面)並排地被放置在前玻璃上並且使用一層膠被連接。當預加工的晶片已經連接到前玻璃時，使用雷射消融將它們分成大約IOmm寬度 的數個窄的區域(電池)。雷射消融也用於移除晶片的後邊緣的一部分使得從側部觀察的 晶片變成如等腰梯形(具有全等角的梯形)的形狀。該角度近似為70°。圖5示出通過一層膠105連接到前玻璃104的晶片100的兩個這種窄的邊緣修剪 掉的區域。η-摻雜區域和P-摻雜區域的相互交叉圖案分別示為陰影區域101和102。雷射消融導致溝槽108。當晶片分成窄的區域時，包括連接的晶片的前玻璃的整個背側被轉移到PECVD室 並且被賦予與晶片的前側類似的表面鈍化層103a。然後，反射聚合物塗層107通過圖案化 噴墨沉積而布置到背側表面鈍化層103a上，該背側表面鈍化層103a位於n_摻雜區域101 和P-摻雜區域102上方且與η-摻雜區域101和ρ-摻雜區域102對齊。下一個步驟是局 部去除背側鈍化層103a。這通過使用化學蝕刻劑而實現，該化學蝕刻劑選擇性地對鈍化層 103a起作用，其中圖案化的聚合物塗層107充當蝕刻掩模。當形成接觸開口時，包括連接晶片的前玻璃的整個背側通過汽相沉積被賦予一層 鋁。鋁層大約為Iym厚。最後，通過在區域109處局部蝕刻沉積的鋁層使得晶片100的相 鄰的窄的區域變得彼此串聯連接，完成前玻璃的背側。圖6示出與圖5中類似的面板，但現在處於晶片100的邊緣修剪之後的階段。在 這種情況下，通過沉積填充相鄰晶片之間的間隙的材料110，實現邊緣修剪。圖7示出類似 的情況，但現在通過將晶片擠壓到膠層105中使得膠部分地滲透到晶片之間的區域108中， 實現邊緣修剪。在前玻璃的背側上完成金屬接觸和互連過程之後，前玻璃繼續到標準模塊過程 中，在該標準模塊過程中，在真空中在高溫下在堆疊過程中，用乙烯醋酸乙烯共聚物(EVA) 和保護性後板(例如，Tedlar或玻璃)密封/保護背側上的電池和互連免受環境影響。最 後，堆疊模塊夾層結構可以通過金屬框架被機械地加強，並且通過二極體接線盒被電連接/ 保護。
權利要求
1.用於生產太陽能電池板/模塊的方法， 其特徵在於，所述方法包括-採用許多半導體晶片，所述半導體晶片被預加工到至少它們的前表面準備好被安裝 到所述太陽能電池板/模塊的前玻璃上的程度，但所述半導體晶片也能包括一直到用於形 成電觸點的金屬化的、用於所述晶片的背側的一個或更多個加工步驟，但不包括用於形成 電觸點的金屬化；-將預期數量的預加工的晶片彼此相鄰地且以它們的前側向下面向的方式放置和附接 到所述前玻璃的背側上；-沉積至少一個金屬層，所述至少一個金屬層覆蓋包括所述預加工的晶片的背側的所 述前玻璃的背側；和-將沉積的金屬層圖案化/劃分為至少一個單獨的區域，所述至少一個單獨的區域形 成用於每一個太陽能電池的電觸點和相鄰太陽能電池之間的模塊互連件。
2.根據權利要求1的方法， 其特徵在於，-所述晶片的前表面的預加工包括以下加工步驟中的一個或更多個表面織構/損壞 蝕刻、摻雜元素的向內擴散、表面鈍化膜的沉積、和防反射塗層的沉積，並且-背表面的預加工包括以下加工步驟中的一個或更多個摻雜元素的沉積和擴散、異 質結接觸層的沉積和圖案化蝕刻、背側反射塗層的沉積、背側表面鈍化層的沉積、用於形成 到位於下面的晶片/膜片的摻雜區域的接觸開口的鈍化層的局部蝕刻、織構化、和晶片邊 緣的平滑/平面化。
3.根據權利要求1或2的方法，其特徵在於，所述金屬化包括沉積金屬層的堆疊系統，所述金屬層的堆疊系統被圖案 化/劃分為至少一個單獨的區域，所述至少一個單獨的區域形成用於每一個太陽能電池的 電觸點和相鄰太陽能電池之間的模塊互連件。
4.根據權利要求1或2的方法， 其特徵在於，-所述晶片通過使用膠附接到透明基體，所述膠的厚度在1 μ m到50 μ m的範圍中，優選 地厚度的範圍為從10 μ m到20 μ m,並且-所述膠通過以下技術中的一種被沉積旋塗、噴塗、滾塗、熱熔分配、或噴墨印刷。
5.根據權利要求1或2的方法，其特徵在於，晶片邊緣的平滑/平面化通過以下加工步驟中的一個獲得 -i)例如通過雷射消融，去除所述晶片的背側邊緣的一部分；- )例如利用噴墨印刷或預製元件的安裝，沿所述邊緣和/或在所述晶片之間的空間 中沉積合適的材料，以在相鄰晶片之間形成平滑的連續表面；或者-iii)用聚合物材料，優選地用具有高的光學反射率、具有對表面臺階的平滑效果並且 例如通過使用旋塗、噴塗、滾塗或噴墨沉積而被沉積的聚合物材料，塗覆所述電池的後表面 和所述電池之間的間隙。
6.根據權利要求5的方法， 其特徵在於，當使用步驟i)時，-所述晶片的背側邊緣的去除導致晶片側壁和透明基體之間的角度小於70度，優選地 在從30度到60度的範圍中。
7.根據權利要求5的方法， 其特徵在於，當採用步驟ii)時，-利用噴墨印刷或噴嘴來沉積相鄰晶片或電池之間的沉積材料，並且 -所述沉積材料向著矽背表面或所述晶片的側壁具有潤溼性質，並且以導致小於70 度、優選地在從30度到50度的範圍中的接觸角度的量被沉積。
8.根據權利要求4的方法， 其特徵在於，-通過將所述晶片壓在所述膠和透明基體上使得該膠被擠壓到後續晶片之間的間隔中 而在後續晶片之間的所述間隔中積聚足夠的膠，而獲得晶片邊緣之間的間隔的平滑/平面 化，其中-調節在所述晶片上施加的壓力，使得膠將以大於50%、優選地大於70%填充所述晶 片和所述透明基體之間的豎直表面臺階，並且-所述膠和晶片邊緣表面之間的接觸角度小於70度，優選地在30度到50度的範圍中。
9.根據前述權利要求中的任一項權利要求的方法，其特徵在於，通過以下方法，所述金屬層或金屬層的疊層被沉積到0. 1 μ m-20 μ m範圍 中的總厚度-蒸發或濺射沉積，或者 -電鍍或化學鍍。
10.根據權利要求9的方法，其特徵在於，通過以下方法來圖案化所述金屬層-i)在沉積金屬上沉積掩蔽材料，隨後雷射消融所述掩蔽材料，隨後利用蝕刻液體來去 除暴露的金屬，並且隨後利用合適的液體來去除所述掩蔽材料；- )使用噴墨工藝以希望的圖案直接沉積掩蔽材料，隨後化學蝕刻未掩蔽的區域；或者-iii)利用雷射刻劃直接形成希望的圖案。
11.根據權利要求10的方法，其特徵在於，當使用步驟i)或ii)時，掩模是通過旋塗、噴塗或滾塗而沉積的聚合物材 料，或者是通過化學汽相沉積或蒸發而沉積的二氧化矽。
12.根據權利要求11的方法，其特徵在於，隨後利用鹼溶液或酸溶液的組合以溼化學蝕刻工藝蝕刻所述金屬層，所 述溼化學蝕刻工藝對金屬是強烈選擇性的，以使對結構的其它部分的損害最小化。
13.根據權利要求11的方法，其特徵在於，在所述金屬層的沉積之前沉積聚合物膜或層，並且，通過剝離工藝來圖案 化所述金屬層，所述剝離工藝包括-通過噴塗/旋塗/滾塗或通過附接預製膜來沉積聚合物膜； -通過雷射消融來圖案化所述聚合物膜； -通過濺射沉積或蒸發來沉積所述金屬層；和-通過將所述聚合物材料溶解在化學溶劑中或者通過物理地撕開或剝去所述膜而剝離 所述聚合物膜，去除所述金屬以形成希望的圖案。
14.根據權利要求9到13中的任一項權利要求的方法，其特徵在於，對所述金屬層進行退火，以在所述金屬層和半導體之間獲得穩定且低電 阻的接觸。
15.根據前述權利要求中的任一項權利要求的方法， 其特徵在於，所述晶片是多晶矽或單晶矽。
16.根據權利要求15的方法， 其特徵在於，-通過形成溝槽，每個晶片被分成許多個窄的區域，所述溝槽進入所述晶片中達到所述 晶片的厚度的從大約70%到100%，並且-利用雷射切割或消融、化學蝕刻、等離子體蝕刻或反應性離子蝕刻形成所述溝槽。
17.根據權利要求16的方法， 其特徵在於，-所述窄的區域的寬度在從5mm到50mm的範圍中，並且 -形成所述電觸點的沉積金屬系統的厚度在從0. 1 μ m到2 μ m的範圍中。
18.根據權利要求15的方法，其特徵在於，所述晶片通過以下方法由供體基體製成 -在所述供體基體上形成多孔層，外延地生長具有在20 μ m-150 μ m的範圍中的厚度的矽層，然後利用機械剪切應力、超聲或雷射加熱來分離所述晶 片，或者-利用質子射線將氫離子注入到供體晶片中20 μ m-150 μ m的範圍中的距離，然後利用 機械剪切應力、超聲或雷射加熱來分離所述晶片。
19.根據權利要求18的方法，其特徵在於，當所述晶片附接到所述供體基體時，即在所述晶片與所述供體基體分離 之前，在所述晶片上執行權利要求2的預加工步驟中的一個或更多個步驟。
20.太陽能電池板/模塊，所述太陽能電池板/模塊包括 -透明前玻璃；-許多半導體晶片，所述許多半導體晶片每個被加工以形成半成品太陽能電池，並且所 述許多半導體晶片彼此相鄰地附接到所述透明前玻璃的背側上；並且-其中，太陽能電池的電觸點和連接所述太陽能電池板/模塊的相鄰太陽能電池的互 連件由至少一個圖案化的金屬層形成，所述至少一個圖案化的金屬層覆蓋包括附接的半成 品太陽能電池的背側的所述前玻璃的背側。
21.根據權利要求20的太陽能電池板/模塊，其特徵在於，所述晶片由Si、Ge、InP或GaAs中的任一種製成。
22.根據權利要求21的太陽能電池板/模塊，其特徵在於，所述晶片由150 μ m或更小、優選地從20 μ m到80 μ m的厚度的單晶矽制 成，並且所述晶片彼此相鄰地放置，其中相鄰晶片/膜片之間的間隙在從0. Imm到2mm的範圍上。
23.根據權利要求20的太陽能電池板/模塊，其特徵在於，至少一個沉積的金屬層由鎳、鈀、鈦、銀、金、鋁、銅、鎢、鉻、釩、錫或這些材 料的任何組合中的一種或更多種製成。
24.根據權利要求20的太陽能電池板/模塊，其特徵在於，至少一個沉積的層被導電塑料和/或諸如碳聚合物的其它聚合物配方代替。
25.根據權利要求20到M中的任一項權利要求的太陽能電池板/模塊，其特徵在於，附接到前基體的所述晶片之間的間隙通過用聚合物、玻璃或環氧樹脂填 充而被平面化。
全文摘要
本發明涉及一種用來生產太陽能電池的方法及其光伏面板。用來生產太陽能電池板的方法包括在後續加工之前，使用預先製造的許多半導體晶片和/或半導體膜片以將它們準備用於背側金屬化，該半導體晶片和/或半導體膜片彼此相鄰且以它們的前側向下面向的方式被放置且連接到前玻璃的背側上，所述後續加工包括沉積至少一個金屬層，該至少一個金屬層覆蓋包括連接的晶片/膜片的背側的整個前玻璃。然後，金屬層被圖案化/分成用於每個太陽能電池的電隔離的觸點和相鄰太陽能電池之間的互連件。
文檔編號H01L31/048GK102084501SQ200980121524
公開日2011年6月1日 申請日期2009年4月2日 優先權日2008年4月15日
發明者保爾·艾倫·巴舍瑞, 埃裡克·薩烏爾, 安德烈亞斯·本特森, 馬丁·內塞 申請人:可再生能源公司