具有局部背接触的太阳能电池的制造方法
【专利摘要】本发明涉及具有背接触和钝化发射极的太阳能电池（1）的制造方法，该太阳能电池包括至少两层的电介质叠层（10），该至少两层的电介质叠层（10）至少包括与p型硅层（3）接触的AlOx的第一电介质层（11）和沉积在第一电介质层（11）上的第二电介质层（13）。此外，该制造方法包括优选通过激光烧蚀在该电介质叠层（10）中形成至少一个局部开口（15）的形成步骤，至少部分保留前述第一电介质层。
【专利说明】具有局部背接触的太阳能电池的制造方法
[0001]本发明涉及具有局部背接触的太阳能电池的制造方法。
[0002]本发明的方法可应用于多种制造方案，例如，PERC (发射极和背面钝化电池)、PERL(钝化发射极和背面局部扩散)或IBC (交指型背接触)型太阳能电池。
[0003]对于所有的这些太阳能电池，晶片表面的背面上良好的钝化特性是强制性的，以便减少复合损耗。
[0004]在PERC技术中，例如，太阳能电池的背面包括由电介质层和金属层制作的反射涂层。电介质层提供前述的钝化。该电介质层被局部打开以允许体娃(bulk silicon)与随后沉积的金属层之间的接触。
[0005]在硅太阳能电池中，最广泛采用的电介质层是氢化氮化硅(SiNx:H)。该层显示固有的净正电荷，对P型基板的情况产生寄生的发射极层(也称为反型层)，其在产生金属接触之后是造成复合增加的原因。
[0006]因此，在P型硅PERC太阳能电池中，用于背侧的标准钝化叠层由氧化硅(Si02)和SiNx = H制造，以降低此效应。
[0007]近来，已经报告了采用氧化铝(AlOx)层用于钝化P型硅太阳能电池的背侧。这些AlOx层显示为具有固有负电荷，其防止在P型硅上产生寄生发射极且有助于场效应钝化。
[0008]另外，在电介质层中制造局部开口的通常方法是借助于激光烧蚀，其完全穿透钝化叠层。
[0009]然而，显示这样的情况:Si02和SiNx钝化层的激光烧蚀会熔化下层硅表面，诱发损害。可能产生各种类型的激光诱导损害，例如，开口周围的电介质层中的分层或裂缝、硅的熔化、开口周围电介质层的过热。这些损害诱使钝化性能的降低。
[0010]而且，显示这样的情况:A10x/SiNx钝化层中引起的损害可修改AlOx层中的电荷，因此诱使场效应钝化的减小且导致对太阳能电池性能有害的寄生发射极层的产生。
[0011]根据本领域的普通知识，Si02或AlOx的激光烧蚀必须完全完成以改善性能。这是由于这样的事实:假设S1x/SiNx叠层中发生部分烧蚀(partialablat1n),由于部分烧蚀诱使太阳能电池串联电阻的增加而使太阳能面板的性能降低。
[0012]体现这样的现有技术的文件是“Laserablat1n of S102/SINX and AL0X/SINXbackside passivat1n stacks for advanced cell architectures.，，In:26th EuropeanPhotovoltaic Solar Energy Conference and Exhibit1n - EU-PVSEC.2011.pp.2180-2183; (5-9September2011;Hamburg, Germany)。
[0013]该文章特别是§ 4中教导通过完全无损的激光烧蚀达到最佳条件。
[0014]完全激光烧蚀已经应用于Si02/SiNx和A10x/SiNx层。假设是A10x/SiNx层，结果显示预期的较低性能，由于AlOx相比于Si02的较好钝化特性。甚至观察到起泡效应。
[0015]本发明旨在至少部分地减轻上述的不足。
[0016]为此目的，本发明提出了具有局部背接触的太阳能电池的制造方法，该局部背接触包括至少两层的电介质叠层，所述至少两层的电介质叠层至少包括与P型硅层接触的AlOx的第一电介质层和沉积在第一电介质层上的第二电介质层，其特征在于该方法包括在电介质叠层中形成至少一个局部开口(partial opening)的步骤,在局部开口的位置至少部分保留前述第一电介质层。
[0017]由于该工艺，由激光束引起的损坏，例如局部加热和分层，仅发生在第二电介质层，第一电介质层至少部分地被保护，并且下层的体硅完全被保护。
[0018]另外，尽管通常认为激光烧蚀必须是完全的以不增加太阳能电池的串联电阻，但是观察到对于AlOx部分激光烧蚀的太阳能电池的性能相对于完全激光烧蚀的太阳能电池的性能甚至提高了。
[0019]另外，电介质层具有钝化特性。因此，在开口周围保持良好的钝化质量，与电介质层完全烧蚀的电池相比，其有助于改善短路电流(Jsc)、开路电压(Voc)，特别是输出。
[0020]根据单独或组合的其它特性:
[0021 ]-在电介质叠层中形成至少一个局部开口的步骤包括激光烧蚀步骤，
[0022]-烧蚀步骤采用脉冲激光(其脉冲持续时间小于几个纳秒)执行，
[0023]-第一电介质层显不允许场效应钝化的负电荷，
[0024]-第一电介质层在烧蚀后具有至少几个单层的厚度，
[0025]-第二电介质层由SiNx制成，
[0026]-烧蚀步骤采用激光执行，该激光在UV区域辐射，更具体地在355nm周围辐射。
[0027]其它优点和特性通过阅读下面附图描述将更加明晰，其中:
[0028]-图1示出制造PERC型太阳能电池的示意图。
[0029]-图2示出部分烧蚀电介质叠层之后背侧的详图。
[0030]-图3示出了制造PERL型太阳能电池的示意图。
[0031 ] 所有的附图中相同的参考标记指示相同的元件。
[0032]在图1中，示意图示出根据本发明具有钝化背表面和局部背接触的太阳能电池的制造方法的三个步骤(a)、(b)和(C)。
[0033]图1的示例由PERC型太阳能电池(发射极和背面钝化电池)构成。
[0034]当然，这三个步骤不表示全部的电池制造方法，而是仅表示涉及本发明的步骤。其它制造步骤为本领域的技术人员所知，并且不要求在本发明的框架下描述。
[0035]由图1 (a)可见，在该制造步骤中，光伏电池I包括基板或P型硅晶片层3、在前面7上的η掺杂娃层5。
[0036]在前面7上还沉积有抗反射层9 (ARC用于“抗反射涂层”)，例如，氮化硅SiNx。
[0037]在电池I的背面上沉积有至少两个电介质层11和13的叠层10。
[0038]在本示例中，第一电介质层11是氧化铝AlOx。
[0039]第二电介质层13例如为氮化硅SiNx，具体地，氢化氮化硅SINx: H。
[0040]第一电介质层11与基板3接触,并且第二电介质层13沉积在第一电介质层11上。
[0041]根据步骤(b),通过激光烧蚀(laser ablat1n)可在钝化叠层10中继续进行至少一个局部开口 15的形成步骤，至少部分保留前述第一电介质层11。该步骤因此可有资格作为钝化叠层10的部分激光烧蚀，是指SiNx层完全烧蚀而AlOx层不烧蚀或仅部分烧蚀。因此可获得根据图2的细节所示的构造。
[0042]对于该烧蚀工艺，允许如上所述部分烧蚀的最佳激光条件(即脉冲持续时间、波长、功率等)可以是实验确定的并且对于要烧蚀的电介质叠层是特定的。例如，可采用小于几个纳秒的单脉冲激光，也可采用皮秒或飞秒脉冲并且在UV范围内，具体在355nm波长。
[0043]在烧蚀之后，第一电介质层11优选具有厚到足以显示负电荷(至少Inm)且薄到足以允许Al金属通过AlOx的低温扩散以形成接触的层厚度，例如，在烧蚀之后至少几个单层的厚度，是指在烧蚀之后Inm至30nm之间的厚度。
[0044]因此，硅基板3不被激光烧蚀损坏。
[0045]典型地，前述局部开口通过激光烧蚀形成为具有适合用于良好的光学反射特性的任何图案以及具有最佳金属化接触区域。例如，可采用由分开600 μ m的约40 μ m的局部开口构成的图案。
[0046]由于该工艺，由激光束引起的损坏，例如局部加热和分层，仅发生在第二电介质层13的位置，第一电介质层11得到保护。
[0047]然后，在步骤(C)，进行在光伏电池的背面19上施加金属化层17的步骤。可采用任何的基于Al的金属化方法。例如，这可通过在太阳能电池I的背面19上溅射Al来执行。
[0048]最后，在步骤(d)，通过在温度T>740°C (例如在815°C)的炉中烧制而在保留至少一个局部开口 15的区域上执行背表面场(BSF)的形成。
[0049]由于根据本发明的方法，保持了金属接触周围的良好钝化质量，其促成短路电流(Jsc)值改善了 1.6%且开路电压(Voc)值改善了 1.1% (实验上与根据钝化层完全烧蚀的技术工艺状态制造的太阳能电池比较)。类似地，填充因子FF改善了 0.35%，并且效率自身改善了约3%。
[0050]图3示出了类似于图1的太阳能电池制造工艺，但是图3是对于PERL型太阳能电池。
[0051]在此情况下与PERC电池不同，在要制造的金属接触的区域中，P+掺杂区域21预先形成为局部BSF，例如，具有B扩散。除此之外，步骤(a)至(c)是类似的。
[0052]然后，在金属化步骤(C)之后，执行退火步骤以在背侧区域19上形成金属接触，例如，在400°C。还是在此情况下，也观察到电池性能上的提高。
【权利要求】
1.具有局部背接触的太阳能电池(I)的制造方法，该太阳能电池包括至少两层的电介质叠层(10)，该至少两层的电介质叠层(10)至少包括与P型硅层(3)接触的AlOx的第一电介质层(11)和沉积在第一电介质层(11)上的第二电介质层(13),其特征在于,该方法包括在该电介质叠层(10)中形成至少一个局部开口( 15)的步骤，在该局部开口的位置至少部分保留所述第一电介质层(11)。
2.根据权利要求1所述的制造方法，其中在该电介质叠层(10)中形成至少一个局部开口(15)的步骤包括激光烧蚀步骤。
3.根据权利要求2所述的制造方法，其中该烧蚀步骤采用脉冲持续时间小于几个纳秒的脉冲激光执行。
4.根据权利要求1至3中任何一项所述的制造方法，其中该第一电介质层(11)显示允许场效应钝化的负电荷。
5.根据权利要求1至4中任何一项所述的制造方法，其中该第一电介质层(11)在烧蚀后具有至少几个单层的厚度。
6.根据权利要求1至5中任何一项所述的制造方法，其中该AlOx的第一电介质层(11)在烧蚀后具有Inm至30nm之间的厚度。
7.根据权利要求1至6中任何一项所述的制造方法，其中该第二电介质层(13)由SiNx制成。
8.根据权利要求2至7中任何一项所述的制造方法，其中该烧蚀步骤采用在UV区域中辐射的、更具体地在355nm周围辐射的激光执行。
9.根据权利要求1至8中任何一项所述的制造方法，其中在该烧蚀步骤后进行在光伏电池的背面(19)上施加金属化层(17)的步骤。
10.根据权利要求9所述的制造方法，其中该施加金属化层(17)由基于Al的金属化方法执行。
11.根据权利要求1至9中任何一项所述的制造方法，其中在该施加金属化层(17)之后，通过在温度T>740°C的炉中烧制而在保留至少一个局部开口(15)的区域上执行背表面场(BSF)的形成。
12.根据权利要求1至9中任何一项所述的制造方法，其中在该施加金属化层(17)之后，进行退火步骤以在该背侧区域(19)上形成金属接触，例如在400°C。
【文档编号】H01L31/18GK104247033SQ201280049697
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2012年10月5日 优先权日:2011年10月7日
【发明者】P.嘉弗伦诺, J.达思, A.尤鲁纳德卡斯特罗 申请人:Imec公司, 道达尔销售服务公司, 勒芬天主教大学K.U.勒芬R&D