本发明涉及一种用于制造光伏电池的接触结构的方法以及一种光伏电池。
背景技术：
光伏电池的半导体材料以至少两种不同的掺杂材料进行掺杂，以便在半导体材料中实现p-n结。在该结处可分离电荷，以便在使用入射光情况下产生电位。电位可以通过印制导线从半导体材料截取。
DE102009034594A1描述一种用于制造结晶硅太阳能电池的方法，该结晶硅太阳能电池具有整面的合金化的背面金属化部。
技术实现要素：
在这种背景下，借助本发明提出根据独立权利要求的一种用于制造光伏电池的接触结构的方法以及一种光伏电池。有利的构造方案由相应的从属权利要求和以下说明中得出。
在对光伏电池的半导体材料进行掺杂时和在接触所掺杂的半导体材料时可以追求不同的规定目标。例如通过高掺杂可以在半导体材料和接触材料之间实现低过渡电阻。但是，通过高掺杂在半导体材料中也产生内部损耗，当掺杂降低时，该内部损耗可减小。与此相反，在低掺杂时在半导体材料和接触材料之间产生高过渡电阻。附加地，通过高掺杂改善掺杂的区域之内的导电能力。
为了将低内部损耗与低传输损耗进行组合，可以对光伏电池的印制导线周围的区域进行高掺杂，而对高掺杂的区域之间的间隙进行低掺杂或者不进行掺杂。
由此，可以实现大的光伏电池总效率。
提出一种用于制造光伏电池的接触结构的方法，该方法包括如下步骤：
提供用于光伏电池的晶片；
以一种掺杂材料对晶片的至少一个面的面份额进行掺杂，以便获得掺杂的区域，其中，经掺杂的区域构造为掺杂的条带，并且所述条带通过间隙分开；
接触经掺杂的区域，以便制成接触结构，其中，导体材料施加到所述条带上，使得所述条带在两侧伸出于所述导体材料。
光伏电池可以理解为太阳能电池。晶片可以理解为由半导体材料制成的薄片。半导体材料可以已经以外来原子进行预掺杂。半导体材料也可以以纯形式存在。所述掺杂可以是向半导体材料中引入不同于半导体材料的另一种类的原子或离子。条带可以是条。条带可在接触部位上是连续的。在接触时，可以将金属材料的窄条施加到掺杂的条带上。金属材料例如可以是银基的。导体材料可以压印到掺杂的条带上。
可以对晶片的至少一个面的20％至90％之间、特别是40％至60％之间的面份额进行掺杂。掺杂的面份额越大，内部损耗、例如光伏电池中的复合损耗就可能越大。为此，可以降低光伏电池之内的传输损耗。
在此，可以在掺杂步骤中对背面进行掺杂，以便在光伏电池的背面上产生接触结构。以有利的方式，接触结构可以在光伏电池的背面上使用。
掺杂的区域可以以至少一个主条带连同多个侧条带的形式构造。所述侧条带可呈指形地横向于所述主条带设置。主条带和侧条带连同设置于其上的印制导线可以称为指形栅格。侧条带可以具有预定的长度并且与主条带之外的其他掺杂的区域不具有另外的连接。
可以引入另外的掺杂材料，以便获得另外的掺杂的区域。所述另外的掺杂材料可以不同于所述掺杂材料。所述另外的掺杂的区域可以构造为另外的掺杂的条带。所述另外的条带可以通过所述间隙与所述条带分开。通过所述另外的掺杂材料可以在掺杂的区域和另外的掺杂的区域之间构成p-n结，以便分离电荷。通过并列设置在一个面上的不同掺杂的区域可以构成没有遮光结构的光伏电池的光入射面，由此，可以提高光伏电池的效率。
可以以一个掺杂剂浓度对所述条带进行掺杂，使得在经掺杂的区域中出现5Ω/平方(平方＝面积)至150Ω/平方之间、特别是20Ω/平方至60Ω/平方之间的电阻率、也称为薄层电阻或表面电阻或表面电阻率。通过调节电阻率可可以找到内部损耗和传输损耗之间的平衡。当电阻层平行于电阻层的延展穿过时，薄层电阻或表面电阻描述电阻层的电阻。因此，电阻层尽量垂直于电阻层的层厚度穿过。表面电阻的单位是Ω(欧姆)并且可以借助本领域技术人员熟知的四点法或四点测量或四峰值测量进行测量。备选地或附加地，表面电阻也可以借助本领域技术人员熟知的范德堡(VanderPauw)测量法进行测量。
可以以所述掺杂材料的低于所述条带的浓度对所述间隙进行掺杂。通过间隙中的掺杂材料的较低浓度可以最小化半导体材料中的传输损耗，而半导体材料中的内部损耗也可以保持在非常低的水平上。通过不同的掺杂，半导体材料在存在高电流密度的地方能良好地导电。在不存在高电流密度的地方实现低复合率。
可以以一个掺杂剂浓度对所述间隙进行掺杂，使得在所述间隙中出现80Ω/平方至500Ω/平方之间的电阻率或薄层电阻。通过调节电阻率可以找到内部损耗和传输损耗之间的平衡。
在第一阶段中可以在所述条带和所述间隙区域中引入所述掺杂材料，以便达到所述间隙的掺杂材料的浓度。在第二阶段中可以在条带的区域中引入所述掺杂材料，以便达到经掺杂的区域中的掺杂材料的浓度。通过两个彼此连续的阶段可以简单地且快速地进行掺杂。为此，不需要用于以不同的掺杂浓度进行掺杂的耗费设备。
可以在使用处理规则的情况下确定所述条带的宽度和备选地或附加地所述间隙的宽度。内部损耗和传输损耗可以根据条带宽度和/或间隙的宽度和/或掺杂浓度在处理规则中备份。通过处理规则可以求出损耗最小值并且相应地设计条带。
在掺杂步骤中可以使用离子注入工艺。离子注入特别有利地用于掺杂，因为因此可以非常有针对性地实施掺杂。
根据一个实施方式，经掺杂的区域可以构造有磷并且在具有n型衬底和掺硼发射极的光伏电池的背面上使用。因此，经掺杂的区域和所述间隙可以构造有磷并且相应在具有n型衬底和掺硼发射极的光伏电池的背面上使用。
此外，提出一种包括晶片的光伏电池，该晶片至少在一个面上具有接触结构，该接触结构包括掺杂的条带和施加的导体材料，其中，所述条带在两侧伸出于所述导体材料，并且所述条带通过间隙分开。
有利的也在于具有程序代码的计算机程序产品，该计算机程序产品可以储存在机器可读的载体上，例如半导体存储器、硬盘存储器或光学存储器上，并且当该程序产品在计算机或设备上实施时，所述计算机程序产品用于实施根据上述实施方式之一所述的方法。
附图说明
下面参考附图示例性地详细解释本发明。附图中：
图1示出根据本发明的一个实施例的光伏电池的图示；
图2示出根据本发明另一个实施例的光伏电池的图示；
图3示出在具有经局部掺杂的接触结构的太阳能电池区段之内的电位密度分布和电流密度分布；
图4示出在具有以面覆盖的方式掺杂的接触结构的太阳能电池区段之内的电位密度分布和电流密度分布；
图5示出多种太阳能电池类型的内部串联电阻和太阳能电池的接触结构的指部数量之间的关系的图示；
图6示出根据本发明的一个实施例的内部串联电阻和接触结构的掺杂的面份额之间的关系的图示；
图7示出根据本发明的一个实施例的复合率和接触结构的掺杂的面份额之间的关系的图示；
图8示出用于制造根据本发明的一个实施例的光伏电池的接触结构的方法的流程图。
具体实施方式
在本发明的有利实施例的以下说明中，为在各附图中示出的并且作用类似的元件使用相同的或类似的附图标记，其中，省略这些元件的重复说明。
图1示出根据本发明的一个实施例的光伏电池100的图示。该光伏电池100包括由半导体材料制成的晶片102。光伏电池100双面接触。为此，在该实施例中在晶片102的背面上设置接触结构104。该接触结构104包括掺杂的条带106和施加的导体材料108。导体材料108构造为印制导线。导体材料108是金属基材料。导体材料108特别是银或银基合金。条带106在两侧伸出于导体材料108。条带106通过间隙110分开。条带106覆盖晶片102的背面的按最小损耗和最大效率设计的面份额。在光伏电池100的正面上，晶片102被整面掺杂。在那里，由导体材料108制成的印制导线与接触结构104的印制导线相对置地定向。在正面上的印制导线之间光学地调质晶片102，以便最小化反射损耗。
在一个未示出的实施例中，光伏电池100在正面上同样具有根据在这里提出的方案的接触结构。在此，正面上的掺杂的条带以不同于背面上的条带106的另一种掺杂材料进行掺杂。不同掺杂的条带用作光伏电池100的衬底和发射极。
在一个未示出的实施例中，光伏电池100在背面上具有两种不同的接触结构。除了示出的接触结构104外，光伏电池100还具有另一个包括另外的条带和导体材料108的接触结构。所述另外的条带同样通过间隙110与条带106分开。所述另外的条带以不同于条带106的另一种掺杂材料进行掺杂。由此，光伏电池100的发射极和衬底并排设置在光伏电池100的背面上。光伏电池100的正面在该实施例中未被接触，这导致小的遮光损耗。
换言之，示出具有根据在这里提出的方案的包括经局部掺杂BSF106(BSF掺杂＝背面场掺杂)的太阳能电池100的横截面。
图2示出根据本发明另一个实施例的光伏电池100的图示。该光伏电池100基本上相应于图1中的光伏电池。附加于图1中示出的光伏电池，该光伏电池100在间隙110中具有以与在掺杂的条带106中相同的掺杂材料进行掺杂的低掺杂区200。该低掺杂区200造成光伏电池100的背面的提高的导电能力。
在一个实施例中，为了制造接触结构104，整个背面一次地以低掺杂量200进行掺杂。然后，对条带106进行再掺杂，以便实现高掺杂区，该高掺杂区对于条带106和导体材料之间的低过渡电阻是必需的。
在一个实施例中，为了制造接触结构104，条带106和低掺杂区200相互独立地加工到晶片102中。特别是通过离子注入能良好地控制和能在空间上良好地设置掺杂强度。
在图1和2中示出的方案提出一种具有经局部掺杂的背面的双面接触的光伏电池100。描述一种用于双面接触的光伏电池100的效率提高的结构104。
为了改善工业常用的光伏电池100的效率，可以通过引入介电钝化和局部接触的背面来改善电损耗和光学损耗。在此，局部接触的背面金属化部108通过使用丝网印刷的银H-栅格108来实行，如其已经在电池正面上使用的那样。
为了减小金属化部108和衬底106之间的过渡电阻，在此必需的是对至少在金属化部108的区域中的表面进行高掺杂(所谓的背面场106掺杂)。该掺杂可以在多个变型方案中实施。例如掺杂可以实施为PERT(钝化的发射极和背面完全扩散)或PERL(钝化的发射极和背面局部扩散)。
在PERT方案中，太阳能电池背面的整面(100％)被掺杂，而在PERL方案中仅金属化部108下方的区域(通常整个面的5－20％)被掺杂。
两个方案各具优缺点。在PERT方案中，BSF掺杂的导电能力改善横向传导能力并且因此减小欧姆损耗。另一方面，高掺杂导致加强的背面复合，使得电池的复合损耗增大。这在PERL方案中恰好相反。如在图3和4中示出的那样，未掺杂的背面的欧姆损耗总是高于在PERT中并且本身仅能通过增加指部数量不完全地补偿。
一个可能的解决方案在于，减少PERT方案的BSF掺杂，直至在复合和横向传导能力之间找到最佳的折衷。但这又受到下述限制，即，为了最小化金属化部108的过渡电阻必须存在一定的最低掺杂剂浓度。该浓度在金属化膏剂中明显高于对于达到效率最大值必需的掺杂剂量。
在这里提出的解决方案在于，引入具有不同高掺杂的区域106、110。在此，在金属化部108下方设置高掺杂剂浓度，该浓度能实现接触。中等程度的掺杂剂浓度可以设置在金属化部108的指部之间。
在这里提出的方案中，在指部下方设置高掺杂的区域106，该高掺杂的区域与PERL电池相反地明显伸出于金属化区域。已经在面覆盖份额为50％的情况下实现类似于PERT电池(100％覆盖)的传导能力。通过较小的覆盖可以明显降低电池背面的复合。
在另一个实施例中，高掺杂的区域106之间的区域110也轻微地进行掺杂。这例如可改善长期稳定性。
在电池100的布局中，面覆盖份额F为20％至90％之间。优选地，面覆盖份额F为40至60％之间。在与H-栅格组合时，指部数量n可以为40至150之间。(于是对于15.6cm的太阳能电池而言高掺杂的区域106的宽度根据ldop＝r15.6/n计算出)。指部的间距可以是可变的。结构104同样可以与整面金属化部组合。结构104也可以与背面发射极电池组合。在这种情况下，使用经局部掺杂的FSF。
从电的角度来看，电池100可以具有p型或n型衬底102。高掺杂的区域106例如可以以硼或磷/砷进行掺杂。在高掺杂的区域106中可以力求5至150Ω/平方、优选20至60Ω/平方的薄层电阻、即每单位面积的电阻。间隙110可以是未经掺杂的或者具有80至500Ω/平方的薄层电阻。
在处理时，掺杂的区域的成形可以以不同的方式进行。例如可以实施借助掩模的离子注入、整面掺杂和随后的局部回蚀、局部扩散掩模的施加和随后的掺杂或经局部掺杂剂源(例如掺杂玻璃)的施加。
示出对剩余区域110进行低掺杂的一个实施方式。在此，晶片102在指部108下方进行高掺杂。在指部之间，对晶片102进行低掺杂。掺杂的区域106和间隙110的宽度或间隔被优化。通常它们是等宽的。掺杂的区域106和间隙110构成栅格。
图3示出在具有经局部掺杂的接触结构302的太阳能电池区段300之内的电位密度分布和电流密度分布。在这里，接触结构302与在这里提出的方法相反地包括如这样的掺杂的区域，该区域仅具有所施加的印制导线108的宽度。在印制导线108之间，太阳能电池的晶片未被掺杂。电位密度和电流密度在接触结构302的区域中是极高的。电位密度和电流密度随着距接触结构302的距离增大而迅速地降低。从距接触结构302一定距离起，电位密度和电流密度下降到示出阈值以下。在接触结构302的区域中，电位密度和电流密度如此之高，以致晶片的半导体材料的电阻可能导致材料变热。
欧姆损耗主要出现在高电流密度的区域中(因为P＝j2*rho)。高电流密度区域主要出现在金属化部108的周围。该效应称为电流拥挤(currentcrowding)。
图4示出在具有以面覆盖的方式掺杂的接触结构402的太阳能电池区段400之内的电位密度分布和电流密度分布。在这里，接触结构402与在这里提出的方法相反地包括一个封闭的掺杂的面，在该面上设置印制导线108。该面连续地同样强地被掺杂。电位密度和电流密度在印制导线的区域中很高。相比于图3中的接触结构，电位密度和电流密度明显更缓慢地下降。在完全掺杂的面的区域中示出电位密度和电流密度。
在远离金属化部108(x>0.05)的区域中，仅出现小损耗。等电位线与BSF构成平角。因此，高掺杂在此并非是必须的。
在图3和4中示出在具有30欧姆BSF的PERC/PERL和PERT电池区段之内的电位密度分布和电流密度分布(箭头)。背面金属化部位于x＝0和x＝0.0035cm处。为简单起见，假设等电位的正面。
图5示出多种太阳能电池类型的内部串联电阻和太阳能电池的接触结构的指部数量之间的关系500的图示。该关系500在图表中示出，该图表在横坐标上示出指部数量并且在纵坐标上示出串联电阻。在所有太阳能电池类型中，串联电阻随着指部数量的增加而减小。在此，PERL型的太阳能电池具有串联电阻的大降幅。PERT型的太阳能电池具有较小降幅。然而，具有100欧姆背面场的PERT电池的串联电阻在指部为40个时就已经与RERL电池的串联电阻在指部为110个时一样小。在具有40欧姆背面场的RERT电池中电阻还要再小30％。
示出用于具有不同指部数量的PERL和PERT电池的内部串联电阻。仅示出横向线路电阻。不考虑金属结构中的欧姆损耗。(Rbase＝2.5欧姆*cm，160pm电池厚度)。
图6示出根据本发明的一个实施例的内部串联电阻和接触结构的掺杂的面份额之间的关系的图示。在此，在一个共同的图表中示出两种不同的实施例600、602。该图表在横坐标上示出0％面份额和100％面份额之间的面份额。在纵坐标上示出单位为欧姆的串联电阻。第一个实施例600是在高掺杂的带之间具有未掺杂的间隙的光伏电池。第一个实施例例如在图1中示出。在高掺杂的带的面份额为5％时，串联电阻、即最小可达的串联电阻大约是高掺杂的区域的面份额为100％时的六倍。在第一个实施例600中，串联电阻随着掺杂的面份额增大而迅速地下降并且渐进地接近最小值且不低于该最小值。在面份额为40％时，串联电阻已经仅比最小值高10％。第二个实施例602是具有弱掺杂的间隙的光伏电池，如其例如在图2中示出的那样。在这里，串联电阻也随着高掺杂的区域的面份额增大而下降。但在面份额为5％时，串联电阻仅比最小值大30％。在面份额为50％时，串联电阻已经达到最小值。
示出根据在这里提出的方案的太阳能电池的对于高掺杂的区域(40欧姆)的不同面覆盖占比的内部串联电阻。在一种情况下，中间区域未被掺杂(红)，在另一种情况下在中部区域中未被掺杂(蓝)。仅示出横向线路电阻。不考虑金属结构中的欧姆损耗。光伏电池具有等电位的正面。在照明运行(均匀发电)中的电阻略高。图示基于2.5Ohm*cm，160pm电池厚度，90个指部的Rbase。通过面份额加权估算Joe。J_80Ohm-90fA.J_40Ohm-150fA.J_none-20。
图7示出根据本发明的一个实施例的复合率和接触结构的掺杂的面份额之间的关系的图示。如在图6中那样，在一个共同的图表中示出两个不同的实施例600、602。该图表在横坐标上示出0％面份额至100％面份额之间的面份额。在纵坐标上示出复合率。在两个实施例600、602中的复合率随着逐面份额增大而线性地提高。在面份额为100％时，两个实施例600、602具有150的复合率。第一个实施例600在面份额为5％时具有25的复合率。第二个实施例602在面份额为5％时具有95的复合率。
通过结合图6和7中的信息，20％至90％之间的面份额可以对于两个实施例600、602经济地实行。在面份额为40％至60％之间时得到提高的经济性。
图8示出用于制造根据本发明的一个实施例的光伏电池的接触结构的方法800的流程图。方法800具有提供步骤802、掺杂804步骤和接触步骤806。在提供步骤802中，提供用于光伏电池的晶片。在掺杂804步骤中以一种掺杂材料对晶片的至少一个面的面份额进行掺杂，以便获得掺杂的区域。经掺杂的区域构造为掺杂的条带。所述条带通过间隙分开。在接触步骤806中接触经掺杂的区域，以便制成接触结构。在此，导体材料施加到所述条带上，使得所述条带在两侧伸出于所述导体材料。
在一个实施例中，在掺杂804步骤中对20％至90％之间的面份额进行掺杂。于是在此，对10％至80％的面份额未进行掺杂。特别是在掺杂804步骤中对40％至60％之间的面份额进行掺杂。于是在此，对40％至60％的面份额未进行掺杂。借助所述面份额可以实现对导电能力的优化和对复合的最小化。
在一个实施例中，在掺杂804步骤中，经掺杂的区域以至少一个主条带连同多个侧条带的形式构造。在此，所述侧条带呈指形地横向于所述主条带设置。多个主条带连同其侧条带可以分布地设置在光伏电池上。
在一个实施例中，所述侧条带相对于所述主条带相互错开地设置。
在一个实施例中，所述侧条带相对于所述主条带相互对称地设置。在此，主条带和侧条带构成H形图案，其中，主条带代表横线。多个侧条带也可以设置在一个主条带上。
在一个实施例中，在掺杂804步骤中引入另外的掺杂材料，以便获得另外的掺杂的区域。所述另外的掺杂材料不同于所述掺杂材料并且所述另外的掺杂的区域构造为另外的掺杂的条带。所述另外的条带通过间隙与所述条带分开。所述另外的掺杂的区域设置在与经掺杂的区域相同的面上。在这里，与该面相对置的面构造成未掺杂的或轻微掺杂的并且未接触的。
在一个实施例中，在掺杂804步骤中以一个掺杂剂浓度对所述条带进行掺杂，使得在经掺杂的区域中出现10Ω/m至150Ω/m之间的电阻率。特别是在掺杂804步骤中以一个掺杂剂浓度对所述条带进行掺杂，使得在经掺杂的区域中产出现20Ω/m至60Ω/m之间的电阻率。
在一个实施例中，在掺杂804步骤中以所述掺杂材料的低于所述条带的浓度对所述间隙进行掺杂。因此，对所述间隙进行弱掺杂。通过弱掺杂降低所述间隙中的电阻并且因此同样降低电损耗。
在一个实施例中，在掺杂804步骤中以一个掺杂剂浓度对所述间隙进行掺杂，使得在所述间隙中出现80Ω/m和500Ω/m之间的电阻率。
在一个实施例中，在掺杂804步骤中，在第一阶段中在所述条带和所述间隙区域中引入所述掺杂材料，以便达到所述间隙的掺杂材料的浓度。在第二阶段中在所述条带的区域中引入所述掺杂材料，以便达到经掺杂的区域中的掺杂材料的浓度。取代掺杂强度的变化进行一次掺杂。在较高掺杂的情况下进行二次注入。
在一个实施例中，在掺杂804步骤中在使用处理规则的情况下确定所述条带的宽度和/或所述间隙的宽度。
在一个实施例中，在掺杂804步骤中使用离子注入工艺。
借助在这里提出的方案，得到通过降低有效的背面复合对电池效率的改善。仅必需的是，控制掺杂水平。这使工艺相对于如应用于选择性发射极的“传统的”选择性掺杂变得简单。在这里提出的方法800可以与用于避免边缘分流(Randshunts)、如边缘掩模的方法组合。对金属化部的对准的要求大大放宽，因为金属化部不必再精确地对准高掺杂的区域。由此，得到相对于两级掺杂简化的离子注入机中的注入。不需要运动的掩模。
所描述和在附图中示出的实施例仅是示例性选择的。不同实施例可以完全或关于个别特征相互组合。一个实施例也可以通过另一个实施例的特征来补充。
此外，根据本发明的方法步骤可重复或以不同于所描述的顺序实施。
如果一个实施例包括第一特征与第二特征之间的“和/或”联结，则这可如此解读，即，该实施例根据一个实施方式不仅具有第一特征而且具有第二特征并且根据另一个实施方式或者仅具有第一特征或者仅具有第二特征。