异质触点太阳能电池及其制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种异质触点太阳能电池，在其正面中设置有太阳光线的入射部，该异质触点太阳能电池具有由第一传导类型的晶体半导体材料组成的吸收体；设置在该异质触点太阳能电池正面的、比该吸收体高的、掺杂的、第一传导类型的非晶半导体层；在该第一传导类型的掺杂的非晶半导体层的正面设置的、导电的、透明的正面传导层；位于该异质触点太阳能电池正面上、具有彼此间隔开的多个触点结构的正面接触部；在该异质触点太阳能电池背面设置的、与该第一传导类型相反的第二传导类型的发射体；以及设置在该异质触点太阳能电池的背面上的背面接触部。本发明还涉及一种用于制造此类异质触点太阳能电池的方法。本发明目的在于，提供一种异质触点太阳能电池概念以及用于制造此类太阳能电池的技术，通过它们可以消除由发射体导致的、在该异质触点太阳能电池中的吸收损失并且进一步采用标准技术来制造异质触点太阳能电池。
【专利说明】异质触点太阳能电池及其制造方法
[0001]本发明涉及一种异质触点太阳能电池，在其正面中设置有太阳光线的入射部，该异质触点太阳能电池具有:由第一传导类型的晶体半导体材料组成的吸收体；设置在该异质触点太阳能电池正面、比该吸收体掺杂程度高的、第一传导类型的非晶半导体层；在该第一传导类型的掺杂的非晶半导体层的正面设置的、导电的、透明的正面传导层；位于该异质触点太阳能电池的正面上、具有彼此间隔开的多个触点结构的正面接触部；在该异质触点太阳能电池背面设置的、与该第一传导类型相反的第二传导类型的发射体；以及在该异质触点太阳能电池的背面上布置的背面接触部。本发明还涉及一种用于制造异质触点太阳能电池的方法，在其正面中设置有太阳光线的入射部，其中提供带有由第一传导类型的晶体半导体材料组成的吸收体；在该异质触点太阳能电池正面沉积比该吸收体掺杂程度高的、第一传导类型的非晶半导体层；在该第一传导类型的掺杂的非晶半导体层的正面沉积导电的、透明的正面传导层；在该异质触点太阳能电池的正面上生产具有彼此间隔开的多个触点结构的正面接触部；在该异质触点太阳能电池背面沉积与该第一传导类型相反的第二传导类型的发射体；并且在该异质触点太阳能电池的背面上生产背面接触部。
[0002]标准异质触点太阳能电池具有如下的结构:在朝向光的一侧布置有由晶态的η掺杂硅制成的中央吸收体、由非晶态的P掺杂硅制成的发射体，以及在指状的正面触点下方的透明的传导氧化物层(TC0-层)。通过设置在吸收体的朝向光的正面上的发射体来吸收射线，该射线无法再达到吸收体。在异质触点太阳能电池的背向光的背面，在吸收体上设置有非晶态的η+掺杂的娃层,用于形成反射少数载子的表面场(“背表面场”，BSF),在该表面场上存在全面的背面接触部。
[0003]为了在具有常规层结构几何形状的异质触点太阳能电池中减小由发射体所导致的在吸收体的朝向光的正面上的损失，在现有技术中已知不同的设置。该设置在于，将发射体布置于吸收体的背向光的侧面。在文件US 7，199，395 Β2中条带式地形成了在背面设置的发射体，并且用相反掺杂的非晶条带包裹，同时形成交叉指形结构。不同地掺杂的区域通过欧姆式触点结构来接触太阳能电池的背向光的背面。因为不仅发射体结构而且还有背表面场结构都布置在太阳能电池的背面，并且必须在那里进行接触，所以与此相关的技术成本非常高。此外，在此类太阳能电池中，在朝向光的太阳能电池正面上设置有额外的钝化层，该钝化层用于在形成所谓的FSF( “正表面场”)的情况下减小产生光的载子在太阳能电池正面上的重新结合。
[0004]在文件WO 2006/111138 Al中提出了另一个用于减小由布置在正面的发射体所导致的损失的设置。与迄今为止已知的异质触点太阳能电池相比，在该文件中描述的异质触点太阳能电池具有逆向的层结构几何形状并且由此具有逆向的异质触点。其中，非晶态的发射体布置在背向光的吸收体背面上。因为入射光的强度在吸收体的后被大幅度减少，所以发射体几乎不能再吸收光线，由此将吸收损失保持较低。在所提出的异质触点太阳能电池中，在吸收体的正面仅存在单一的介电、透明的抗反射层，其同时用作电作用的钝化层，并且在此通过悬键的饱和以及背散射少数载子的表面场(“正表面场”，FSF)的形成，借助于在钝化层中存在的电荷，在吸收体上避免了载子重新结合。所描述的异质触点太阳能电池因此在正面不需要高掺杂硅-FSF-层。
[0005]因此，在这种异质触点太阳能电池形式中，发射体并不像文件US 7，199,395 B2中那样设置为非晶态的条带状的发射体，而是设置为非晶态的、在整个芯片背面形成的发射体层，该发射体层可以简单地制造并且容易进行接触。作为另外的优点，在文件WO2006/111138 Al中提出，通过透明的抗反射层与发射体的分离，能够将它们的层厚度彼此独立地进行优化。于是在该吸收体的背向光的背面上该发射体可以形成得比在朝向光的正面上更厚，以便产生稳定的空间电荷区域并且由此改进在发射体与吸收体之间的接口处的电子性能。作为特别有利的用于形成抗反射层的材料，在文件WO 2006/111138 Al中提出氮化硅。
[0006]在已知的异质触点太阳能电池的背面上设置的另一欧姆式触点结构大面积地形成在该发射体上。其中，在文件WO 2006/111138 Al中明确解释，不再需要透明传导氧化物层(TCO)作为电极即可接触该发射体。其电流汇出的功能通过直接的全面金属化而实现。
[0007]在已知的异质触点太阳能电池中，在吸收体种产生的以及在晶态的吸收体与非晶态的发射体之间的异质触点处在空间电荷区域中分离的载子通过在太阳能电池正面设置的精细的触点栅格以及在太阳能电池背面设置的大面积的触点结构而汇出。
[0008]在文件EP I 696 492 Al中描述了一种用于将异质触点太阳能电池边缘绝缘的方法。其中，除其它的外，实施了具有背面发射体布置的电池构型。在所描述的实施方式中，在该发射体上设置有一透明背面电极，在其上进而设置有在该太阳能电池背面的、彼此间隔开的、由传导剂形成的收集电极。关于这种异质触点太阳能电池的工作方式在文件EP I696 492 Al中详细描述，η型吸收体和η型-a_S1:H层一起收集电子可能比p型发射体收集由入射光在吸收体中产生的电洞更有效。然而，这从物理的角度是不可忽略的，因为在η型掺杂一侧对电子的收集效率与在P型掺杂一侧对电洞的收集效率不同可能会导致构造组件的充电，这与中性规则相冲突。此外,在文件EP 1696 492 Al中强调，通过明显更好的电子收集，对异质触点太阳能电池的η型一侧的金属化可能变薄，由此可能使用更窄的总线和较少的指形件数量。于是可能通过更少的遮挡(Abschattung)来实现更高的电流。
[0009]上述具有背面布置的发射体的异质触点太阳能电池相对于标准异质触点太阳能电池具有以下优点:进入太阳能电池的光能能够以显著更高的效率转化为电能，因为在此没有出现由发射体导致的吸收损失。此外，例如可以将在文件WO 2006/111138Α1中描述的异质触点太阳能电池用相对简单的技术来替代。然而这种技术与用于生产异质触点太阳能电池的技术明显不同，使得现存的设备概念必须被改变、或者必须不再使用某个单独的处理模块并进而安装另一新模块。
[0010]因此本发明目的是，提供一异质触点太阳能电池概念以及用于制造此类太阳能电池的技术，通过它们可以消除由发射体导致的、在该异质触点太阳能电池中的吸收损失并且进一步采用标准技术来制造异质触点太阳能电池。
[0011]这个目的一方面是通过上述类型的异质触点太阳能电池来实现的，其中，背面接触部具有在该异质触点太阳能电池的背面的表面上延伸的背面接触层；并且该正面传导层具有在7X 10_4至50X 1-4Qcm的范围内，有利地是高于11 X 10_4 Ω cm，优选是高于14 X KT4Qcm的电阻率。
[0012]由此，为了制造本发明异质触点太阳能电池，可以采用与用于制造非逆向的标准异质触点太阳能电池相同的步骤顺序，虽然在本发明的异质触点太阳能电池中，发射体位于背面、在吸收体之后。通过位于太阳能电池背面的发射体，在本发明的异质触点太阳能电池中没有产生由发射体造成的吸收损失。此外，在本发明的异质触点太阳能电池中，发射体全面地设置，由此该发射体能够全面地接触该异质触点太阳能电池的背面并且由此能够实现相对简单的发射体制造和发射体接触技术。
[0013]在本发明异质触点太阳能电池的有利地变型中，在发射体与背面接触部之间设置导电的、透明的背面传导层，该背面传导层具有在7X10_4至50X 10_4Qcm的范围内，有利地是高于11Χ10_4Ωαιι，优选是高于14Χ10_4Ωοιι的电阻率。
[0014]于是，在本发明异质触点太阳能电池中，正面传导层、以及在适当时还有背面传导层是由具有相对较高的电阻率的常规TCO层形成的。因为在本发明异质触点太阳能电池中通过正面传导层收集多数载子，所以正面传导层(正面TCO层)的传导能力受到吸收体(基底)的传导能力的支援。通过吸收体的横向传导能力，可以使多数载子流通过电池的横截面被引导直到位于正面上的触点结构(接触指形件)，使得对正面传导层的导电能力不需要设定较高的要求。对应地，可以形成具有高透明度的正面传导层(正面TCO层)，而没有不利地影响太阳能电池的串联电阻。通过优化正面传导层的透明度，可以改进本发明异质触点太阳能电池的短路电流密度值JSC。因为TCO层的透明度与此类层的传导能力成反比，由于正面传导层的传导能力通过吸收体传导能力的支持而能够保持为较小，所以本发明异质触点太阳能电池的正面传导层在根据本发明提出的电阻范围内形成为具有高的光学透明度。
[0015]在本发明中，因此可以通过将发射体布置在太阳能电池背面，来将高欧姆的TCO层(正面传导层)设置在太阳能电池的正面上，而没有由于该太阳能电池提高的串联电阻而损害该太阳能电池的填充因子(FF)。此类的高欧姆TCO层在标准的异质触点太阳能电池中可能会导致较大的填充因子损失。因为在本发明太阳能电池的正面处的层序列的串联电阻是由正面传导层(正面的TCO层)的电阻和吸收体的电阻组成的，并且因为吸收体的传导能力例如可以通过使用低欧姆芯片或者所使用的电池的高注入水平而设定为非常高，所以总体上的结果是在本发明异质触点太阳能电池的正面处很小的串联电阻。
[0016]在本发明异质触点太阳能电池中，可以将吸收体良好的传导能力进一步用于以下效用:具有正面发射体的标准太阳能电池(不仅能够形成为具有扩散发射体还具有异质触点)总是具有如下的串联电阻部分，该串联电阻部分在具有扩散的正面发射体的标准太阳能电池的情况下受到发射体的传导能力的显著影响，而在异质触点太阳能电池的情况下受到正面TCO层的传导能力的显著影响。其中，在这种标准太阳能电池中，与由在太阳能电池正面的该层很小的传导能力(也就是说，在具有扩散发射体的标准太阳能电池中是发射体的传导能力，或者在具有正面发射体的标准异质触点太阳能电池中是TCO层的传导能力)产生的、对串联电阻的贡献相比，吸收体以及太阳能电池背面对串联电阻的贡献是很小的。在已知的标准太阳能电池中，必须考虑到这种串联电阻损失，因为它不能显著地降低。与此相反，在本发明的异质触点太阳能电池中，吸收体的传导能力支持正面传导层(正面的TCO层)的传导能力。取决于用于形成吸收体的基底的传导能力(它可以很容易地提高)，太阳能电池正面的传导能力对串联电阻的上述贡献可以大幅度地降低，该正面的传导能力在本发明异质触点太阳能电池中是由正面TCO层(正面传导层)的传导能力和吸收体的传导能力共同决定。由此，本发明的异质触点太阳能电池能够借助于简单的平面式技术来形成，其中尤其不需要在形成交叉指区域的情况下在太阳能电池背面实现任何结构化作用，如由文件 US 7, 199, 395 B2 或文件 DE 100 45 249 Al 已知的。
[0017]在本发明异质触点太阳能电池背面上，在适当时设置于那里的TCO层(背面传导层)原则上还可以形成为具有相对小的导电性，因为太阳能电池背面是全面地通过设置在那里的背面接触层(例如一金属层)进行电接触。对应地，在本发明所设置的电阻区域的内的背面传导层同样可以形成为具有提高的透明度，据此尤其减小了在太阳能电池背面的IR(红外)损失。
[0018]根据本发明异质触点太阳能电池的有利实施方式，正面传导层和背面传导层具有相同比光学和电学特性。由此能够由相同的材料、有利地是在使用相同工艺的情况下，来生产正面传导层和背面传导层。于是可以将相同的沉积设备用于制造正面传导层和背面传导层，该设备可以是相对简单地形成的，因为在异质触点太阳能电池的这个选项中并不需要分别地设定正面和背面传导层的光学和电学特性。
[0019]特别有利的是，正面传导层和背面传导层具有相同的掺杂程度并且由此具有相同的电阻率。这样有可能在同一沉积工艺中在使用相同的材料和相同的掺杂程度的情况下来制造正面传导层和背面传导层。由此保证了本发明异质触点太阳能电池的特别有效率的制造。此外，可以按同样的方式，有目的地共同设定该正面传导层和背面传导层的透明度和电学特性，并且由此优化这两个层的层特性。
[0020]在本发明异质触点太阳能电池的另一变型中，正面传导层和背面传导层还可以是不同地掺杂的。据此可以不同地设定该正面和背面传导层的光学和电学特性。
[0021]有利地是，该正面传导层和背面传导层具有在550nm到1200nm的波长范围内超过85%的透射率。在此类透明的正面和背面传导层中，可以实现本发明的异质触点太阳能电池的高效率，因为据此一方面可以优化短路电流密度，并且另一方面可以减小在太阳能电池背面上的红外光学损失。
[0022]在本发明的一种具体实施变型中，异质触点太阳能电池的背面传导层在红外光谱区域中具有比正面传导层更大的透射率。据此减小了在太阳能电池背面上的红外光学损失，同时能够将正面传导层提供为具有优化的光学和电学特性。
[0023]根据本发明异质触点太阳能电池的另一选项，正面传导层和背面传导层包括至少一个铟-锡氧化物层(Ι--层)。ITO层具有非常好的透明度，同时具有较高的导电性，并且因此是非常适合的，以便提供具有高效率的异质触点太阳能电池。
[0024]在本发明另一变型中，异质触点太阳能电池的正面传导层和背面传导层包括至少一个用铝掺杂的锌氧化物层(Ζη0:Α1层)。当该层的传导能力满足异质触点太阳能电池时，ZnOiAl是比ITO更廉价的，然而具有更小的透明度。因为，如上所述，在本发明异质触点太阳能电池中正面和背面传导层的传导能力绝对小于常规异质触点太阳能电池的TCO层，所以可以将ZnO层的掺杂程度设定得较小并由此实现较高的透明度。由此使用以铝掺杂的锌氧化物层用于形成正面和背面传导层可以是有益的。
[0025]当根据本发明异质触点太阳能电池的正面传导层和背面传导层包括至少一个铟氧化物层(10层)时，也是有益的。1层还可以形成为具有传导能力与透明度的良好比例。
[0026]在本发明异质触点太阳能电池的优选实施方式中，第一传导类型的、也就是吸收体和设置在吸收体正面上的掺杂的非晶态半导体层的传导类型，通过η掺杂来形成，并且第二传导类型、也就是发射体层的传导类型，通过P掺杂来形成。虽然理论上也可能将吸收体进行P型掺杂，并且将发射体进行η掺杂，但是上述的异质触点太阳能电池变体是特别有效的，因为硅制的η传导吸收体具有非常好的传输特性以及高载子寿命。在η传导吸收体中多数载子是电子，该多数载子因此可以有利地通过吸收体传导到正面接触部。
[0027]根据本发明异质触点太阳能电池的优选设计，在吸收体与在正面设置的掺杂的非晶态半导体层之间和/或在吸收体与发射体之间设置非晶态的、本征的(也就是未掺杂的)半导体层。本征的半导体层通常是非常薄的，也就是形成有少数几个奈米的层厚度。通过一个或多个额外地设置的、本征的半导体层，改进了在相应的层之间接口特征并且降低了效率损失，因为在该本征层中仅存在最小的缺陷，在该缺陷处所产生的载子可以发生重新彡口口 ?
[0028]例如，该非晶态的本征的半导体层是含氢的肖_晶态硅层。
[0029]有益的是，该非晶态的掺杂的半导体层和/或该发射体层是含氢的硅层或者S1x层，其中X < 2。其中该非晶态的掺杂的半导体层和发射体对应于彼此相反的掺杂。
[0030]特别有利的是，在本发明异质触点太阳能电池中，该发射体形成为非结构化的，也就是连续的层。由此可以特别容易地制造该发射体并且后续地进行接触。
[0031]本发明目的还是通过一种用于制造根据上述类型的异质触点太阳能电池的方法来实现的，其中，选择如下的材料来沉积该正面传导层，使得该层具有的电阻率在7X10_4至50 X Kr4 Ω cm的范围内，有利地是高于11 X 1(Γ4 Ω cm,优选是高于14 X 1(Γ4 Ω cm ；并且该背面接触部沉积为在异质触点太阳能电池的背面的表面上延伸的背面接触层。
[0032]此外，在本发明方法的优选实施方式中，在该发射体与该背面接触部之间设置有导电的、透明的背面传导层，选择如下材料用于沉积该背面传导层，使得这个层的电阻率在从7Χ1(Γ4到50XKT4Qcm范围内，有利地是高于11Χ1(Γ4Ωαιι，优选是高于14Xl(T4Qcm。
[0033]在此，非常特别有利的是，该正面传导层和背面传导层同时地在相同沉积室中生产。
[0034]因此在本发明方法中，使用制造异质触点太阳能电池的标准工艺，然而不同之处在于，借助本发明的方法，制造了一种逆向异质触点太阳能电池，其中该发射体布置在异质触点太阳能电池的背面上，也就是布置在背向光一侧。在此，与W02006/111138 Al中所描述的技术不同的是，在异质触点太阳能电池结构的正面以及背面上形成导电的透明的层，也就是典型的TCO层。描述为正面或背面传导层的TCO层具有相对高的电阻率。然而这在本发明中没有产生缺点，因为吸收体拥有较高的传导能力，使得在太阳能电池正面上的正面传导层的较小的传导能力由此能够得以补偿。在太阳能电池的背面上，背面传导层的相对较大的电阻率也不是关键的，因为这通过在该异质触点太阳能电池的背面的整个表面上延伸的背面接触层来补偿。
[0035]通过在本发明方法中将发射体布置在异质触点太阳能电池的背面、在吸收体的后，不存在由发射体造成的吸收损失并且能够提供具有高效率的太阳能电池。因为取消了太阳能电池正面的发射体，所以对位于该太阳能电池正面上(也就是说在吸收体上)的层不再有层电阻方面的高要求，如在具有非逆向结构的标准异质触点太阳能电池中所要求的。于是，对于该正面传导层，可以完全使用在相同透明度下具有较差传导能力、但例如具有较小材料成本的材料。因为此外在太阳能电池背面上可以形成有具有相对较小的导电性的背面传导层，所以这个层可以具有更高的透明度，尤其在红外范围内。由此能够减小在太阳能电池背面上的红外损失。
[0036]因此本发明方法可以在使用已经存在的、优化过的太阳能电池制造设备和太阳能电池制造工艺步骤的情况下实施，其中仍然制造如下的异质触点太阳能电池:由于其逆向结构，该电池相对于传统异质触点太阳能电池具有提高的效率。在此，该发射体可以按简单的方式，例如作为非结构化的层，设置在太阳能电池背面上并且在那里，同样按简单的方式，借助于在异质触点太阳能电池的背面的表面上延伸的背面接触层来进行接触。
[0037]在本发明方法的特别有利的实施例中，将由相同材料制成的靶用于沉积正面传导层并且用于沉积背面传导层。于是可以在设备中在单一的工艺中生产正面以及背面传导层。由此可以实现用于制造异质触点太阳能电池的特别低的生产成本。以此方式形成了具有同样或非常相似的光学和电学特性的正面和背面传导层；当电池概念还可以在该条件下实现最高的效率时，这是很大的优点。
[0038]在本发明方法另一变型中，还可能有益的是，用由不同材料制成和/或具有不同掺杂物浓度的靶来沉积正面传导层和背面传导层。在此情况下，正面传导层的特性以及背面传导层的特性可以针对性地设定，以便能够制造对特定应用优化的异质触点太阳能电池。
[0039]该靶能够例如选自铟-锡氧化物、选自用铝掺杂的锌氧化物和/或选自铟氧化物。然而，此外也存在多种另外的合适材料，以便制造正面传导层和背面传导层。然而，上述TCO材料的突出的处在于其有利的光学和电学特性，其中尤其是用铝掺杂的锌氧化物与相对较低的成本相关。
[0040]在本发明的方法的另一实施方式中，在沉积正面传导层和沉积背面传导层时在沉积室中使用的O2流、或者用于掺杂该层的O2浓度，是相同的。由此该TCO层(正面和背面传导层)的掺杂在所形成的异质触点太阳能电池的正面和背面是相同或非常相似的。由此可以在沉积正面和背面传导层时在单一的腔室中不使用气体分离而仅使用单一的氧气供应，由此能够将设备和工艺成本保持得较低。在此，正面传导层和背面传导层在相同的气体条件下沉积并且于是形成为具有相同或非常相似的电学和光学特性。后者在制造根据先前技术的异质触点太阳能电池时是更加不利的，因为人们希望在那里将太阳能电池正面处的TCO层形成为尽可能导电，并且因此在太阳能电池背面处还生产传导TCO层，由此进而在太阳能电池背面出现红外损失。因为在本发明方法中可以将TCO层在太阳能电池正面处、也就是透明的正面传导层处，制作为传导能力更低并且为此更透明，由于吸收体的传导能力支持该透明的正面传导层的传导能力，所以在本发明方法中，在太阳能电池背面处、也就是背面传导层处的TCO层可形成为更透明的，由此能够减小太阳能电池背面处的红外损失。
[0041]本发明的优选实施方式、其结构、功能以及优点将在下面借助附图来说明，附图中:
[0042]图1以穿过本发明异质触点太阳能电池的横截面示意性展示了一种可能构造；并且
[0043]图2示意性展示了用于制造本发明异质触点太阳能电池的一种可能工艺流程，对应于本发明的方法。
[0044]图1示意性展示了本发明的异质触点太阳能电池10的一种实施方式，为穿过其层布置的横截面。
[0045]异质触点太阳能电池10具有正面11，在该正面中设置有一太阳光线入射部13。异质触点太阳能电池10的与正面11对置的一侧是背面12。
[0046]异质触点太阳能电池10具有基底或吸收体I。在所示的实施例中，吸收体I是η掺杂的并且由晶态的硅组成。在另一未展示的本发明实施方式中，吸收体I还可以由另一半导体材料组成。有利地是，这种材料是单晶的，然而也可以是聚晶的、多晶的或微晶的。另外，在本发明的其它变体中，吸收体I可以是P掺杂的。在此，在选择相应使用的掺杂物(Dotanten)时可以存在不同的可能性。例如在图1所示的吸收体I中可以用磷进行η掺杂。
[0047]在图1所示的实施例中，在吸收体I的正面的表面上，设置有非晶态的本征的(也就是未掺杂的)半导体层2。半导体层2在所示的实施例中是非晶态的、本征的、富含氢的硅层，然而在本发明的其它实施方式中依据所使用的吸收材料也可以是由其它适合的非晶态的、本征的半导体材料形成。
[0048]在其它未展示的本发明实施方式中，还可以弃用该非晶态的本征的半导体层2。
[0049]在图1的实施例中，在非晶态的、本征的半导体层2上设置有η+掺杂非晶态半导体层3。也就是说，掺杂的非晶态的半导体层3具有比吸收体I高的掺杂程度。在图1中所示的实施例中，掺杂的非晶态的半导体层3由具有η型掺杂的(例如磷掺杂的)、富含氢的非晶态硅(a-S1:H)组成。在其它未展示的本发明实施方式中，依据对吸收体I材料的选择，还可以将其它适合的半导体材料和/或其它适合的掺杂物用于该掺杂的非晶态的半导体层3。
[0050]在该掺杂的、多晶的半导体层3上方，在异质触点太阳能电池10的正面11上设置有透明的正面传导层4。透明的正面传导层4是TCO(透明传导氧化物)层。在图1所示实施例中，透明正面传导层4由用铝掺杂的氧化锌组成，然而在其它未展示的本发明实施方式中也可以例如是由铟-锡氧化物层或还可以是铟氧化物层组成。
[0051]透明的正面传导层4具有在7X10_4到50X10_4Qcm范围内层电阻。正面传导层的层厚度对入射到异质触点太阳能电池10的光线λ /4η进行优化，其中η是正面传导层4的折射率。在所示的实施例中，透明的正面传导层4的层厚度是在70与120nm之间。
[0052]另外，在异质触点太阳能电池10的正面11上，在透明正面传导层4上，设置有具有多个彼此间隔开的触点结构5的正面接触部。触点结构5在专业领域中通常也被称为接触指形件。触点结构5例如可以由银形成。然而理论上也可以考虑其它的传导良好的材料，如金属，用于形成该触点结构5。
[0053]在吸收体I背侧表面上，在图1的异质触点太阳能电池10中，设置有薄的、本征的(也就是未掺杂的)、非晶态的半导体层6。该本征的非晶态的半导体层6具有与上述本征的非晶态层2相同或相似的特性，因此在这个位置上参考上面的相对于本征的非晶态半导体层2的实施方式，该实施方式也适用于本征的、非晶态的半导体层6。在其它未展示的本发明实施方式中，还可以取消该本征的非晶态的半导体层6。
[0054]在本征的非晶态半导体层6上设置有发射体7。发射体7在图1的例子中由P+掺杂的非晶态硅组成。在所示的实施例中，发射体7由具有P型掺杂的富含氢的非晶态硅(a-S1:H)组成。从入射到异质触点太阳能电池10的太阳光线13的角度看，发射体7位于吸收体I之后。于是实际上可以使发射体7不吸收任何进入到吸收体I中的光。对应地，还可能将发射体7形成为具有适当厚度，而如在标准异质触点太阳能电池情况下，仅在有限情况下可能将发射体形成在正面，以便将发射体的吸收损失保持得较低。此外，发射体7可以设置有相对高的掺杂程度，使得它具有有利的导电性。后者在标准异质触点太阳能电池中也是不可能的，因为提高的掺杂程度导致较差的透明度，这进而不利地影响太阳能电池正面，但是在本发明中对于发射体7而言是没有显著问题的，因为它位于异质触点太阳能电池10的背向光一侧、在吸收体I之后。发射体7在图1的例子中设置为在吸收体I上的连续的层。
[0055]在异质触点太阳能电池10中，在吸收体7的背表面上设置有背面传导层8。背面传导层8是TCO层，也就是说它是导电的、透明的氧化物层。在图1的实施例中，背面传导层8由用铝掺杂的锌氧化物组成。在其它未展示的实施方式中，本发明还可以采用铟-锡氧化物层(ΙΤ0层)、铟氧化物层或其它适合的TCO层来形成背面传导层8。
[0056]背面传导层8尤其在红外区域中具有高透明度。有利地是上述正面传导层4和背面传导层8的透射率是在550nm到1200nm的波长范围内超过85%。
[0057]背面传导层8设置为在发射体层7上的非结构化的层。它用作电极来收集在空间电荷区域中在吸收体I与发射体7之间产生并且分离的载子。该载子从背面传导层8进一步传导到设置在背面传导层8上、在异质触点太阳能电池10的背面12处的背面接触部。异质触点太阳能电池10的背面接触部在图1的实施例中由一在背面传导层8的整个表面上延伸的背面接触层9组成。背面接触层9例如可以由银形成。然而理论上还有其它的导电非常好的材料(例如不同的金属)适合用于形成背面接触层9。
[0058]在其它未展示的本发明实施方式中，还可以取消背面传导层8，并且因此将背面接触层9直接形成在发射体7上。在这种情况下，其中取消了在太阳能电池背面的、作为背面传导层8的上述TCO层，那么就需要全面的金属化，也就是说在太阳能电池背面处全面地沉积背面接触层9。然而，如上所述，当背面传导层8设置在发射体7与背面接触层9之间时，有可能将背面接触层9形成为全面的金属化物或还可以形成为具有指形件的结构，如在太阳能电池正面上的触点结构5。
[0059]图2示意性展示了用于实施本发明的制造异质触点太阳能电池10的方法的可能处理流程，例如像在图1中示意性示出的。
[0060]在图2的工艺流程中，首先在步骤201制备吸收体I。如上详述地，吸收体I是适合的半导体基底，其在图2的实施例中例如是η掺杂的硅基底。
[0061]在步骤202中，除其它之外，进行吸收体I的表面制备，由此将吸收体I表面制绒。制绒用于提高在所形成的异质触点太阳能电池10中的光吸收率，其方式为降低其反射。制绒之后在多个步骤中进行纯化。
[0062]通过后续的工艺步骤203，在吸收体I的正面上沉积本征非晶态层2，该层处于薄的、富含氢的、非晶态的、本征的硅层形式。
[0063]然后在步骤204中将掺杂的、非晶态的半导体层3沉积在本征的非晶态的层2上。掺杂的非晶态的半导体层3在所示实施例中是η+掺杂的。
[0064]在工艺步骤205中，在吸收体I的背面上沉积本征的、非晶态的半导体层6，该层为富含氢的、非晶态的、本征的硅层的形式。在工艺步骤206中，在本征的、非晶态的半导体层6上沉积由P+掺杂的、富含氢的、非晶态的硅组成的发射体7。
[0065]在其它同样适合的本发明方法的方法选项中，可以将上述用于沉积该本征的和掺杂的非晶态半导体层2、3、6和7的步骤顺序以其它顺序进行。因此可以例如首先在吸收体I的背面沉积该本征的非晶态半导体层6，并在其上沉积发射体7，而随后在吸收体I的正面上沉积该本征的非晶态半导体层2，并在其上沉积该η+掺杂的非晶态半导体层3。
[0066]于是在唯一的工艺步骤207中，在使用PVD (物理气相沉积)工艺的情况下沉积正面传导层4 (TC0正面)和背面传导层8 (TC0背面)。在这个示例性的实施方式中，两个层4和8在同一处理室中沉积，处理室中具有一定的02浓度，这对正面处以及背面处的TCO层的掺杂产生同样的影响，其结果是这两个层4和8具有相同或非常相似的光学和电学特性。
[0067]背面接触部的形成通过在工艺步骤208中，在使用PVD工艺或筛网印刷或其它金属沉积工艺(例如镀层等)的情况下，将背面接触层9沉积在背面传导层8上。正面接触部在步骤209中通过接触部结构的丝网印刷或其它金属沉积工艺(例如镀层等)进行。
[0068]如从上述步骤中可以看出的，该步骤在理论上也完全可以用于制造标准异质触点太阳能电池。因此，在理论上不需要将工艺步骤和所属的设备相对于标准异质触点太阳能电池工艺流程进行改变即可制造本发明的异质触点太阳能电池10。仅需要采取简单的工艺参数匹配。然而，通过上述技术产生了逆向的异质触点太阳能电池结构(背异质结)，其中不存在由发射体造成的异质触点太阳能电池的吸收损失，并且因此可制造的异质触点太阳能电池10的效率是非常高的。由于本发明技术流程和由其可生产的异质触点太阳能电池10的该优点，可以放弃使用不同的、虽然效率更高但更昂贵的材料，例如用于使成本最低。于是可以例如不用成本相对密集的ITO层来制造透明的正面传导层4或透明的背面传导层8，而是回归到廉价的材料，例如用铝掺杂的锌氧化物。
[0069]通过本发明采用的背异质结太阳能电池概念，在形成特别有利的电特性的同时，该发射体7在其层厚度和/或其掺杂程度方面可以被优化，例如最大的开路电压(V0C)。后者在标准异质触点太阳能电池中是不能实现的，因为在此在发射体的层厚度上总是必须在开路电压(VOC)与短路电流密度(JSC)之间找到折中方式。
[0070]本发明的太阳能电池制造技术还使得例如能够抛光异质触点太阳能电池10的背面12。在这种情况下，相对于背面钝化，背面抛光的优点比在常规异质触点太阳能电池中更大，这是因为发射体位于抛光后的背面上:作为更好的钝化的特征，在发射体上更小的表面积比在与发射体对置的表面场上的更小的表面积更有利。
【权利要求】
1.一种异质触点太阳能电池(10)，在该异质触点太阳能电池的正面(11)中设置有太阳光线(13)的入射部，所述异质触点太阳能电池具有由第一传导类型的晶体半导体材料制成的吸收体(I);设置在所述异质触点太阳能电池(10)正面、比所述吸收体(I)高地掺杂的第一传导类型的非晶半导体层(3);在所述第一传导类型的掺杂的非晶半导体层(3)的正面设置的透明的正面覆盖层；位于所述异质触点太阳能电池(10)的所述正面(11)上、具有彼此间隔开的多个触点结构(5)的正面接触部；在所述异质触点太阳能电池(10)背面设置的、与所述第一传导类型相反的第二传导类型的发射体(7);以及设置在所述异质触点太阳能电池(10)的背面上的背面接触部(12)，其中 所述正面覆盖层是导电、透明的正面传导层(4)，该正面传导层设置在所述正面的、掺杂的非晶态半导体层(3)与所述正面接触部之间， 其特征在于， 所述背面接触部具有在所述异质触点太阳能电池(10)的背面(12)的表面上延伸的背面接触层(9);并且 所述正面传导层⑷具有在7X 10_4至50X10_4Qcm的范围内的、有利地是高于11Χ1(Γ4Ωαιι，优选高于14XKT4Qcm的电阻率。
2.根据权利要求1所述的异质触点太阳能电池，其特征在于，在所述发射体(7)与所述背面接触部之间设置有导电的、透明的背面传导层(8)，该背面传导层具有在从7 X 10_4到50 X KT4Qcm范围内，有利地是高于11Χ1(Γ4Ωαιι，优选高于14X KT4Qcm的电阻率。
3.根据权利要求1或2所述的异质触点太阳能电池，其特征在于，所述正面传导层(4)和所述背面传导层(8)具有相同的特定光学和电学特征。
4.根据权利要求3所述的异质触点太阳能电池，其特征在于，所述正面传导层(4)和所述背面传导层(8)具有相同的掺杂并且因此具有相同的电阻率。
5.根据权利要求2至4中任一项所述的异质触点太阳能电池，其特征在于，所述正面传导层(4)和所述背面传导层(8)被不同地掺杂。
6.根据权利要求2至5中任一项所述的异质触点太阳能电池，其特征在于，所述正面传导层(4)和所述背面传导层(8)在550nm到1200nm的波长范围内具有超过85%的透射率。
7.根据权利要求2至6中任一项所述的异质触点太阳能电池，其特征在于，所述背面传导层(8)在红外光谱区域中具有大于所述正面传导层(4)的透射率。
8.根据前述权利要求中任一项所述的异质触点太阳能电池，其特征在于，所述正面传导层(4)和/或所述背面传导层(8)包括至少一个铟-锡氧化物层。
9.根据前述权利要求中任一项所述的异质触点太阳能电池，其特征在于，所述正面传导层(4)和/或所述背面传导层(8)包括至少一个掺杂有铝的锌氧化物层。
10.根据前述权利要求中任一项所述的异质触点太阳能电池，其特征在于，所述正面传导层(4)和/或所述背面传导层(8)包括至少一个铟氧化物层。
11.根据前述权利要求中任一项所述的异质触点太阳能电池，其特征在于，所述第一传导类型是通过η掺杂形成的，并且所述第二传导类型是通过P掺杂形成。
12.根据前述权利要求中任一项所述的异质触点太阳能电池，其特征在于，在所述吸收体(I)与所述设置在正面的、掺杂的非晶半导体层(3)之间和/或在所述吸收体(I)与所述发射体(7)之间设置有非晶态的本征的半导体层(2，6)。
13.根据权利要求12所述的异质触点太阳能电池，其特征在于，所述非晶态的本征的半导体层(2，6)是含氢的非晶态的硅层。
14.根据前述权利要求中任一项所述的异质触点太阳能电池，其特征在于，所述非晶态的、掺杂的半导体层(3)和/或所述发射体(7)是含氢硅层或者S1x层，其中X <2。
15.根据前述权利要求中任一项所述的异质触点太阳能电池，其特征在于，所述发射体(7)是非结构化的。
16.一种制造异质触点太阳能电池(10)的方法，在所述异质触点太阳能电池的正面(11)中设置有太阳光线入射部(13)，该方法包括: 提供由第一传导类型的晶态的半导体材料制成的吸收体(I); 在所述异质触点太阳能电池(10)的正面沉积比所述吸收体(I)高地掺杂的、非晶态的、第一传导类型的半导体层(3)； 在所述掺杂的、非晶态的、第一传导类型的半导体层(3)的正面沉积导电的、透明的正面传导层⑷； 在所述异质触点太阳能电池(10)的正面(11)形成具有多个彼此间隔开的触点结构(5)的正面接触部；以及 在所述异质触点太阳能电池(10)的背面沉积与所述第一传导类型不同的第二传导类型的发射体(7)，并且在所述异质触点太阳能电池(10)的背面(12)上形成背面接触部，其特征在于， 选择这样的材料用于沉积所述正面传导层(4):使得所述层的电阻率在从7X10_4到50 X Kr4 Ω cm的范围内，有利地是高于11 X 1(Γ4 Ω cm,优选高于14 X 1(Γ4 Ω cm ;并且 所述背面接触部作为在所述异质触点太阳能电池(10)的背面(12)的表面上延伸的背面接触层(9)而沉积。
17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，在所述发射体(7)与所述背面接触部之间构造有导电的、透明的背面传导层(8)，其中，选择这样的材料用于沉积所述背面传导层⑶:使得所述层的电阻率在从7X10_4到50X10_4Qcm范围内，有利地是高于IlX ICT4 Ω cm,优选高于 14X ICT4 Ω cm。
18.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，所述正面传导层(4)和所述背面传导层(8)同时在同一沉积室中形成。
19.根据权利要求17或18所述的方法，其特征在于，使用由相同材料制成的靶来沉积所述正面传导层(4)以及沉积所述背面传导层(8)。
20.根据权利要求17项所述的方法，其特征在于，使用由不同材料制成的靶和/或具有不同掺杂物浓度的靶来沉积所述正面传导层(4)和所述该背面传导层(8)。
21.根据权利要求19或20所述的方法，其特征在于，所述靶选自铟-锡氧化物、掺杂有铝的锌氧化物和/或铟氧化物。
22.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，在所述沉积室中沉积所述正面传导层(4)以及所述背面传导层(8)时，使用相同O2浓度来掺杂所述层。
23.根据权利要求16至22中任一项所述的方法，其特征在于，使用背面抛光的吸收体⑴。
【文档编号】H01L31/0747GK104380475SQ201380025565
【公开日】2015年2月25日 申请日期:2013年5月6日 优先权日:2012年5月16日
【发明者】G·奇塔雷拉, F·温施, M·埃德曼, M·魏因克, G·瓦赫利 申请人:德国罗特·劳股份有限公司