光伏太阳能电池以及用于制造光伏太阳能电池的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分所述的光伏太阳能电池以及一种根 据权利要求6的前序部分所述的、用于制造光伏太阳能电池的方法。
【背景技术】
[0002] 光伏太阳能电池一般由半导体结构组成，所述半导体结构具有基极区域和发射极 区域，其中半导体结构一般基本上通过半导体基质，例如硅基质形成。光通常通过太阳能电 池的前侧入射至半导体结构中，从而在太阳能电池中吸收了入射光之后开始产生电子空穴 对。在基极和发射极区域之间形成了pn结，产生的载流子对在该pn结处分开。此外，太阳 能电池还包括金属发射极触点以及金属基极触点，所述触点分别导电地与发射极或与基极 连接。通过该金属触点可以把在pn结处分开的载流子引离并进而输入外部电路或模块电 路中的相邻的太阳能电池中。
[0003] 已知不同的太阳能电池结构，其中本发明涉及如下的太阳能电池结构：其中太阳 能电池的两个电触点布置在后侧上，其中太阳能电池的基极可通过在后侧布置的金属基极 接触结构而被电触点接通，太阳能电池的发射极通过在后侧布置的金属后侧接触结构而被 电触点接通。这与标准太阳能电池不同，在标准太阳能电池中一般金属发射极触点位于太 阳能电池的前侧且金属基极触点位于太阳能电池的后侧。
[0004] 本发明在此涉及一种后侧可触点接通的太阳能电池的特殊设计方案，所述太阳能 电池是金属穿孔卷绕式的太阳能电池（MWT-太阳能电池）。尽管由EP985233和"Anovel siliconsolarcellstructurewithbothexternalpolaritycontactsontheback surface"（vanKerschaveretal.,the2ndWorldConferenceonPhotovoltaicSolar EnergyConversion，Vienna，Austria，1998)已知的太阳能电池具有布置在太阳能电池的、 设计用于光入射的前侧上的金属前侧接触结构，所述前侧接触结构与发射极区域导电连 接。然而此外，太阳能电池具有多个在半导体基质中从前侧延伸至后侧的缺口，所述缺口被 金属导通结构穿过且在后侧与一个或多个金属后侧接触结构导电地接触，从而在后侧可通 过后侧接触结构、导通结构和前侧接触结构电触点接通所述发射极区域。
[0005] MWT结构的优点是：来自发射极的载流子在前侧通过前侧接触结构收集，因而不 会由于在半导体基质内部从前侧到后侧的可能的载流子运输而引起欧姆损耗。此外，与标 准太阳能电池相比，由于基极区域和发射极区域的后侧的可接触性在模块中得到MWT太阳 能电池的更简单的电路。
[0006] MWT结构的缺点是，与标准太阳能电池相比，必须产生额外结构，例如缺口和穿过 缺口的金属导通结构，因此与制造标准太阳能电池相比，复杂性更高且导致成本更高。此 外，如果后侧接触结构错误地向前挤进（所谓的"Spiking"或"Shunting"）半导体基质的 基极区域中，则尤其在加工不准确时，在缺口的壁部以及在后侧接触结构覆盖太阳能电池 的后侧的区域中存在形成额外的损失机构的危险，尤其会出现短路电流，因此明显减小了 太阳能电池的效率。
[0007] 因此，在EP0 985 233中建议了，引导发射极通过缺口以及在后侧至少越过由后 侧接触结构覆盖的区域，从而用于外部接触发射极的后侧接触结构不覆盖基极掺杂的半导 体基质的区域。
[0008] 然而这需要复杂的工艺过程以及多个昂贵的掩膜步骤。
[0009] 因此，由DE10 2010 026 960A1已知了，形成一种MWT结构，其在朝向光入射的 前侧以及在缺口的壁部中具有发射极区域、但在后侧上不具有发射极区域。
[0010] 在W02012/026812公开的MWT结构在结构构造方面进一步简化，其中在缺口的壁 部上不形成发射极且金属导通结构直接与半导体基质邻接，也就是说不通过缺口中的电绝 缘的中间层与缺口绝缘。因此，根据该公开内容的教导，形成了一种金属化结构，其具有沿 水平方向从金属化结构的中心开始朝着边缘减小的导电性。
[0011] 由于在制造光伏太阳能电池方面的价格压力日益增大，所以对价廉且同时可靠的 制造方法以及这种太阳能电池结构的需求日益提高。
【发明内容】
[0012] 因此本发明的目的在于，提供一种MWT太阳能电池和一种用于制造MWT太阳能电 池的方法，其突出之处在于：具有可靠、鲁棒并且价廉的构造。
[0013] 该目的通过根据权利要求1所述的光伏太阳能电池以及通过根据权利要求6所述 的、用于制造光伏太阳能电池的方法实现。在权利要求2至5中给出了根据本发明的光伏 太阳能电池的有利的设计方案。在权利要求7至15中给出了根据本发明的方法的有利的 设计方案。在此把所有权利要求的字句通过参考详细地引入说明书中。根据本发明的光伏 太阳能电池优选通过根据本发明的方法或所述方法的优选实施方案来制造。根据本发明的 方法优选用于制造根据本发明的太阳能电池或者太阳能电池的优选实施方案。
[0014] 本发明的基本思想在于：此前对于MWT结构的优化的出发点令人惊讶地基于错误 的损耗机质权重，致使根据此前已知的教导，形成高效且可靠的MWT太阳能电池所必须的 是：缺口的壁部上的发射极和/或缺口的壁部上的电绝缘层和/或至少一个具有朝着缺口 的壁部减小的导电性的导通结构。
[0015] 然而，令人惊讶的是，看起来最简化的、在前述的W02012/026812的图4中示出并 且在相应的说明中公开的MWT结构却具有此前未被充分评价的缺点：尽管这种太阳能电 池在常规运行中（也就是说在优化的测试条件下）显示出良好的效率且尤其是仅具有很 小的分流（Shunt)，也就是说在全局分析中具有较高的相应的并联电阻。然而在反向负荷 (Rtickw这rtsbelastung)(例如像其在真正的条件和模块中太阳能电池的一部分的部 分屏蔽时会出现的那样）下，这种太阳能电池相对于其它mwt结构具有低得多的击穿电压， 也就是说，在电压低得多时便出现所谓的反向击穿。由于借助于这种击穿出现的局部明显 的热产生，这表现为一种很大的危险，即在部分屏蔽时，这种太阳能电池结构容易导致模块 损坏直至产生燃烧。因此对实体的模块设计来说，在这种太阳能电池中设置了额外的旁路 二极管，所述旁路二极管又提高了成本且丧失了由于减小的太阳能电池结构而得到的成本 优势。
[0016] 此外还可能出现的是，在部分屏蔽下对前述性能来说特别是大面积地金属化后侧 接触结构是决定性的；然而导通结构与缺口的壁部相邻接的相对略微较小的表面对降低在 反向负荷下的击穿电压来说未表现为明显危险。
[0017] 通过实施这种令人惊异的认识能够发展出一种新型的MWT太阳能电池结构以及 用于其制造的方法，所述方法一方面相对于在DE10 2010 026 960A1中公开的结构实现了 进一步的成本节约且还避免了尤其根据W02012/026812的图4的太阳能电池结构的缺点。
[0018] 根据本发明的光伏太阳能电池具有用于光入射的前侧，以及包括基极掺杂类型的 半导体基质、至少一个在前侧上形成的发射极掺杂类型的发射极区域，所述发射极掺杂类 型与基极掺杂类型相反。在此，掺杂类型是n型掺杂和与此相反的p型掺杂。
[0019] 此外，太阳能电池包括：至少一个在前侧上设计用于电流收集的金属的前侧接触 结构，该前侧接触结构与发射极区域导电连接；至少一个金属的基极接触结构，其布置在太 阳能电池的后侧上且在基极掺杂类型的区域中与半导体基质导电连接；至少一个在半导体 基质中从前侧延伸至后侧的缺口以及至少一个导通结构，其中导通结构在缺口中从半导体 基质的前侧通到后侧且与前侧接触结构导电连接，以及至少一个金属的后侧接触结构，其 布置在后侧上且与导通结构导电连接。
[0020] 在半导体基质的后侧上间接地或优选直接地布置有电绝缘的绝缘层，所述绝缘层 至少在包围缺口的区域中覆盖后侧，优选完全地覆盖后侧。所述后侧接触结构间接地或优 选直接地布置在绝缘层上，从而后侧接触结构通过绝缘层相对于位于绝缘层下的半导体基 质电绝缘。
[0021] 因此，在基本结构方面，根据本发明的太阳能电池对应于经过证明的且例如在 DE10 2010 026 960A1 中描述的MWT结构。
[0022] 重要的是，在根据本发明的太阳能电池中在半导体基质中在缺口的壁部上，导通 结构直接与基极掺杂类型的基极区域邻接。
[0023] 因此，根据本发明的太阳能电池结构来源于令人惊讶的认识，即一方面在太阳能 电池的后侧上鉴于太阳能电池的可靠性，尤其在部分屏蔽时后侧接触结构和半导体基质的 基极区域之间的可靠电绝缘是重要的；另一方面提供了成本优势，在后侧上不形成发射极； 以及