专利名称：包括由导电图案悬置的区域的光伏电池及生产工艺的制作方法
技术领域：
本发明涉及光伏电池，包括基板，导电收集层，导电钝化膜，将收集层与基板分离。本发明还涉及生产光伏电池的方法。
背景技术：
光伏电池由具有非常具体特性的多个层形成，其中所采用的每层的目标是实现极 其精确的电或机械功能。这些层例如对串联电阻一段时间地或重复地提供入射辐射反射或机械强度上的操作增益。然而，每个层和/或每个工艺步骤都不是中立的，而是会在已经集成的元件或将来的元件上产生机械应力或技术限制。在传统的方式上，光伏电池包括提供有光伏结的基板。因此，光福射照射到光伏电池，并且转换成通过电接触收集的电流。接触设置在基板每一侧的主表面上，以能输出光伏电池产生的电流。为了提高光伏电池的性能和太阳能工业的生存能力，倾向于电池的薄化，并且利用日益扩大的收集表面。在此条件下，随着日益增多的电池制造，光伏电池也在进行着变革，并且所产生的机械应力使电池不再平坦。该平面性缺陷是最重要的缺点，因为它大大限制了大部分平坦的面板中电池集成的可能性，并且使生产自动化更加困难。Huster 的文章(“Aluminium-Back Surface Field:Bow InvestigationandEl imination，，，20th European Photovoltaic Solar Energy ConferenceandExhibition, Barcelona 6-lOJune 2005)描述了一种背表面由娃和招合金层覆盖的电池。该硅和铝层引导光伏电池的变形。为了消除或减少该电池的变形，作者在退火步骤后进行了电池在(-20° C;-50° C)范围的淬火。该理论方法从工业的观点没有呈现出可行性，因此必须找到该方法的替代方法，以获得具有平坦性与大批使用兼容的光伏电池。
发明内容
本发明的目标是生产平坦的或基本上平坦的光伏电池。该问题倾向于借助以下方面来解决根据所附权利要求的电池，特别是通过导电连接图案保持收集层的相对于钝化膜悬置的区域。本发明的进一步目标是提供易于实现且保证平坦光伏电池生产的方法。该问题倾向于借助以下方面来解决根据所附权利要求的方法，特别是包括下述步骤的方法提供基板，该基板提供有光伏结且以导电钝化膜、由牺牲材料制造的区域和导电收集层覆盖主表面，去除牺牲区域，以形成收集层中的悬置区域和连接图案。
通过本发明特定实施例的下述描述，其它的优点和特征将变得明显易懂，实施例仅为非限定性的示例目的，并且表示在附图中，在附图中图I和2以截面图的不意性方式表不光伏电池的不同实施例，图3至5以截面图的示意性方式表示生产光伏电池方法的不同步骤，图6和7以截面图的示意性方式表示相对于生产光伏电池方法的变化的其他步骤。
具体实施例方式如图I和2所示，光伏电池包括提供有光伏结的基板I。基板I本身包括相对的第一和第二主表面。第一主表面在光伏结的一侧，而第二主表面在该结的另一侧。从主表面之一(前表面)照射光伏电池的一部分光能通过光伏结转换成电荷载流子。基板I例如是由晶体半导体材料制造的基板1，更准确地说基板I由单晶或多晶硅制造。光伏结通过任何适当的技术制作在基板I中。例如，对于由硅或者由硅或锗基制造的P型基板I，在主表面之一上执行相反类型(这里为η型)掺杂。因此，在基板I中，具有P型掺杂部分和η型掺杂部分，它们能形成所需的光伏结。不同掺杂剂的分布可空间地变化，从而根据位置提高基板I的光伏效应或接触电阻。基板用作光伏电池前表面的主表面提供有导电接触(未示出)，其能输出电池中产生的电流。接触优选由呈现低电阻率的材料制造以便限制通路电阻，因此不影响电池的运行。为了示例的目的，接触由金属材料制造，更精确地，由银基材料制造。用作背表面的另一个主表面也提供有导电接触，其能输出电池产生的电流。设置在相对主表面上的导电接触表不光伏电池的两个输出端。为了不例的目的，背表面上的接触由金属材料制造，更精确地，由银和/或铝基材料制造。导电接触通过不同的导电层电连接到基板I。导电接触通过任何适当的技术制作，例如，通过丝网印刷制作。也可采用沉积导体然后对导体进行局部蚀刻。当接触通过丝网印刷形成时，对基板I进行热处理，以便消除与接触相关的溶剂。在优选方式中，接触通过丝网印刷形成，因为这能降低成本，并且使接触较容易地设置在基板I的表面上。为了利用背表面场效应的优点，基板I的背表面由导电性大于基板的导电钝化膜2覆盖。钝化膜2能减少基板I的背表面位置处电子和空穴之间的复合，这改善了光伏电池的效率。该钝化膜2可由基板I的掺杂层形成，或者由基板I的更强掺杂的层形成，即由半导体材料形成。为了示例的目的，如果基板I为P型，则前表面为η掺杂以形成光伏结，并且背表面为P+掺杂，即P型活性掺杂剂浓度大于基板I与钝化膜2直接接触的部分。对于P型基板，通过诸如硼或铝的掺杂杂质获得掺杂。钝化膜包括至少一个掺杂的半导体膜，优选由与形成基板的相同材料制造。光伏电池还包括由导电材料制造的收集层3。该收集层3比基板I和膜2呈现较低的电阻率。在优选的方式中，当朝着背表面的导电接触远离光伏结时，材料的电阻率逐渐减小。在电池的背表面的位置，由导电材料制造的收集层3更加容易地执行电流提取。导电收集层3有利地由金属材料制造，即由纯金属或金属合金制造。收集层3由钝化膜2与基板I分离。为了减小由收集层3作用在基板I上的应力，后者被悬置或至少部分地悬置，即收集层3通过一个或多个连接图案4固定到基板，并且它包括至少一个悬置区域。因此，至少存在一个区域在钝化膜2和收集层3之间没有应力传递。该特定区域例如为空区域(voidarea)或由流体填充的区域。 光伏电池包括在一侧由钝化膜2和在相对侧由收集层3界定的可变形腔体。根据实施例，腔体可由封闭的周边连接图案横向界定，和/或它可包括连接图案4。根据空区域和连接图案4的构造，不同的空区域可由连接图案的侧壁界定。因此，空区域由连接图案围绕。相反，在另一个实施例中，不同的空区域在横截面图中看可彼此相通，并且这表示由空区域分离的一个或多个不同的连接图案。于是，连接图案4保持收集层3相对于钝化膜2悬置的区域。因此，光伏电池是在其结构内包括空气或其他流体(优选空气)的腔体的电池。如果形成几个图案4，则其至少一个必须是导电的，以保证基板I和收集层3之间的电连接。连接图案4可由任何导电材料形成。在优选的方式中，连接图案由钝化膜2、收集层3、其他材料或由这些材料的组合形成。这能限制制造方法的复杂性和物理化学兼容性问题。收集层3与基板I通过由导电材料制造的连接图案4电接触。连接图案4具有未覆盖的侧壁。这些侧壁从钝化膜2延伸到收集层3。因此，该特定的体系结构能通过借助于连接图案4限制其与基板I的接触表面而限制收集层3的机械影响。然而，有效的接触表面必须保持以保证电流的流动且防止收集层3的分层。接触表面的范围及其在背表面上的分布取决于构成钝化膜2、收集层3和连接图案4材料的机械和电特性。连接图案4是从收集层3和钝化膜2突出的元件，从而防止这两个层之间的直接接触。连接图案4可源自于钝化膜2的突出区域的形成。它也可源自于收集层3的突出区域的形成。它还可由钝化膜2和收集层3之间设置的其他导电材料形成。还可设想结合几个前述实施例。因此，连接图案4可由掺杂的半导体材料、由金属材料或由诸如金属材料和半导体材料之间的合金的具有金属属性的材料形成。收集层3与钝化膜2分离的距离可包括几纳米和几百微米之间。在优选的方式中，该距离包括一微米和五十微米之间。如果集成几个连接图案4，对于图案的长度、宽度和高度，不同的图案可彼此之间存在尺寸差异。不同的图案也可存在化学成分的差异。为了示例的目的，特定的图案由半导体材料制造，而其他的由半导体材料与金属材料的合金制造。
如图I所示，连接图案4由与形成收集层3和形成钝化膜2的不同材料形成。如图2所示，连接图案4由与形成钝化膜2相同的材料形成。如果集成几个连接图案4’，则可想到一些本质上用于机械固定的目的，而其他的主要用于电流传输。为了示例的目的，收集层3由铝和/或银制造，并且钝化膜2由p+掺杂硅制造。在优选的方式中，如果收集层3包括具有诸如多孔和无孔区域的不同电阻率的区域、具有可变填充率的区域或由不同材料形成的区域，则连接图案4与具有最低电阻率的区域相关。连接图案4与钝化膜2具有共同表面且与收集层3具有相对的共同表面。这两个相对壁位于图案4的每一侧，并且优选在它们的范围上相等或基本上相等。·收集层3可由单一金属材料、由彼此相邻设置的不同金属材料或由金属材料合金形成。因此，如图I所示，收集层3可由诸如铝的第一金属材料制作的层形成。由诸如银的第二金属材料制作的导电图案5 (图I)形成在收集层上。也可有具有由第二金属材料制造的内含物(图2)(例如图案5)的由第一金属材料形成的层3。于是，获得由一个或多个连接图案4牢固固定到电池的其余部分的悬置收集层3特别有利于控制电池中的应力。光伏电池的获得通过与传统方法相比实施简单且用几个指定步骤的方法实现。光伏结由任何传统方法实现。相对于形成电池前表面的步骤没有修改，因此没有呈现。在优选的方式中，相对于前表面不同的工艺步骤在背表面的步骤前进行。然而，也可在背表面的步骤前或期间执行前表面的特定步骤，反之亦然。如图3所示，钝化膜2由任何适当的技术形成在基板I的背表面上。在优选的方式中，钝化膜2通过掺杂基板I而形成。该掺杂可通过离子注入或者通过在掺杂剂环境中的热处理实现。也可沉积掺杂的半导体材料。如图4所示，形成钝化膜2后，沉积将形成收集层3的收集材料6。收集材料6可由任何适当的技术形成。在优选实施例中，这些步骤的顺序可颠倒。钝化膜2通过沉积后退火掺杂剂层而获得，掺杂剂层例如由铝制造。掺杂剂层的退火同时形成铝收集层、铝和硅合金层以及由铝原子掺杂的硅制造的钝化层3。该连续的各层在进行退火时由硅和铝原子的扩散得到。收集材料6典型地为沉积在钝化膜上的金属材料或者金属材料的合金。然后对该收集材料6进行热处理，以便使其部分地与钝化膜2反应以形成连接膜7。因此，收集材料6的一部分厚度形成连接膜7，而该材料的其余部分形成收集层3。连接膜7然后被部分地蚀刻，以形成至少一个连接图案4和收集层3中的悬置区域。这导致连接图案4由金属材料和半导体材料之间的合金(连接膜7)形成。在该实施例中，连接膜7的部分蚀刻能形成承担电流传输的连接图案4。连接膜7的蚀刻由任何适当的技术实现，例如，通过湿法或气体方法、图案化收集层3或采用后者的结构特殊性。如果收集层3在降解剂的渗透上存在不均匀性，则连接图案4可易于采用行为差别来获得。如果收集层3相对均匀和/或精确地定位连接图案4，则收集层3由一个或多个保护图案5部分地覆盖。在优选的方式中，收集层3由对层7的降解剂和降解副产品可渗透的材料形成。该渗透性能使降解剂通过收集层3。因此，牺牲材料由降解剂消除而形成空区域和收集层3的悬置区域。由降解剂降解牺牲材料的位置通过保护图案控制。保护图案形成在收集层的表面，并且使特定的部分对降解剂不渗透。于是，这些保护图案的定位和范围能限定牺牲材料的连接图案4。收集层3优选由填充率小于70%的材料形成，并且在要求保护的区域中它被保护图案5部分地填充。如果保护图案5是导电的，则它们也可用作光伏电池的导电接触。如果对降解剂和蚀刻副产品的渗透性不是收集层的固有特性，则可仅使该层的一部分可渗透。在此条件下，可避免保护图案5。 在优选的方式中，收集层的渗透性通过采用多孔层或者包括多孔区域的层获得。然而，也可想象在收集层内形成孔、流通沟道以蚀刻牺牲材料。采用降解剂通过可渗透的收集层3和不可渗透的导电保护图案5能实现导电接触与连接图案4的自对准。因此，电流从电池输出采用的路径是最小的，并且制造方法是简单的。例如，如果收集材料6由铝制造或者包含由铝制造的区域，则牺牲材料由硅和铝合金制造，并且降解剂是盐酸基溶液或仅为盐酸溶液。保护图案以对蚀刻剂不反应或反应很小的材料形成，以防止在保护图案正下方的牺牲膜消除。连接图案的尺寸和形状取决于所用的蚀刻方式和保护图案的尺寸。保护材料例如为由任何适当技术(例如，通过丝网印刷)形成的氧化硅。保护材料的厚度有利地大于或等于10 μ m。在通过丝网印刷形成氧化硅的情况下，有利地执行退火，以便稳定氧化硅。为了示例的目的，对于稳定氧化硅，在100° C和200° C之间退火约5分钟是足够的。因此，连接图案4和保护图案5彼此面对地设置在收集层3的每一侧，并且呈现与收集层3相等的接触表面。保护图案5可由导电材料或电绝缘材料制造，例如，由银、氧化硅或氮化硅制造。在第二实施例中，保护图案或图案5在收集材料6前形成。因此，图案5与钝化膜2直接接触。收集材料可覆盖保护图案或留下后者的外形。于是存在收集材料6与钝化膜2直接接触的区域和由于保护图案2而不可能接触的区域。如果进行热处理，除了由保护图案5覆盖的位置外，收集材料6与钝化膜2反应。这样，除了由图案5覆盖的区域外，连接膜7将收集层3与钝化膜2分离，如图6和7所示。在第一示例的情况下，部分或全部蚀刻连接膜7能实现悬置结构。收集层3由用作连接图案的保护图案以及可由连接膜7的非蚀刻区域保持在钝化膜2之上(图3)。根据是否收集材料6覆盖连接图案(图6和7)，由连接图案的顶表面或由侧表面进行机械固定。在第二示例的情况下，连接膜7用作连接图案，并且由收集层覆盖的保护图案5至少部分地消除(图7)。于是，收集层3通过连接膜7的区域和可通过保护图案悬置(图I)。还可结合这两个方法以功能化背表面。例如，如果保护图案由绝缘材料形成，则它们仅用于机械固定的目的。该实施例在不需要控制蚀刻条件时特别有意义，因为实际上降解剂消除了单一材料，牺牲材料。在优选的方式中，附加的连接图案垂直于导电保护图案5形成在平行于基板I表面的平面中。在更优选的方式中，该附加区域连接两个与相邻接触相关的区域。该特别的设置方案能降低分层的风险，并且防止场力线(fieldlines)的位置的变化呈现在背表面上。因此，为了获得具有悬置部分的光伏电池，必需提供具有光伏结且由钝化膜2、由 牺牲材料制造的区域和收集层覆盖在一个主表面上的基板I。由牺牲材料制造的区域可为连接膜或者后者的一部分或保护图案。然后，牺牲区域必须蚀刻为形成在收集层3中的悬置区域以及钝化膜2和收集层3之间的连接图案4。
权利要求
1.一种光伏电池，包括 基板(I )，包括光伏结， 导电收集层(3)， 导电钝化膜(2 )，将该收集层(3 )与该基板(I)的背面分离， 其特征在于，导电连接图案(4)保持该收集层(3)相对于该钝化膜(2)悬置的区域。
2.根据权利要求I所述的电池，其特征在于，该钝化膜(2)由半导体材料制造。
3.根据权利要求I和2之一所述的电池，其特征在于，包括由半导体材料和金属材料的合金制造的连接图案(4)。
4.根据权利要求I和2之一所述的电池，其特征在于，该收集层(3)由半导体材料制造。
5.根据权利要求I至4中任何一项所述的电池，其特征在于，该收集层(3)由保护图案(5)部分地覆盖，并且该连接图案(4)和该保护图案(5)彼此面对地设置在该收集层(3)的每一侧。
6.根据权利要求5所述的电池，其特征在于，该收集层(3)由多孔材料形成且由该保护图案部分地填充。
7.根据权利要求I至6中任何一项所述的电池，其特征在于，包括 娃基板(I )， 钝化膜(2),由P掺杂娃制造， 铝收集层(3)， 保护图案(5)，由氧化硅制造， 连接图案(4)，由硅铝合金制造。
8.—种生产光伏电池的方法，其特征在于，包括下面的步骤 提供基板(1)，该基板(I)提供有光伏结，并且由导电钝化膜(2)、牺牲材料区域和导电收集层(3)覆盖在背表面上， 蚀刻该牺牲区域，以形成该收集层(3)中的悬置区域以及该钝化膜(2)和该收集层(3)之间的连接图案(4)。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，该牺牲区域由铝和硅合金制造，并且通过该收集层(3)的可渗透区域由盐酸溶液蚀刻。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，该收集层(3)和该保护图案(5)通过丝网印刷沉积。
全文摘要
光伏电池包括将导电收集层(3)和基板(1)分离的导电钝化膜(2)。导电连接图案(4)保持收集层(3)的相对于钝化膜(2)悬置的区域。收集层(3)的悬置通过使降解剂穿过收集层(3)的可渗透区域而获得。
文档编号H01L31/0224GK102884636SQ201180022696
公开日2013年1月16日 申请日期2011年4月29日 优先权日2010年5月6日
发明者R.卡鲍, B.格兰奇 申请人:原子能和代替能源委员会