太阳能电池的制造方法及其制得的太阳能电池的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种太阳能电池的制造方法，该制造方法包括如下步骤:
提供太阳能电池半成品装置，该太阳能电池半成品装置包括半导体主体，并且该太阳能电池半成品装置具有第一面和相对的第二面，其中，第一面用于捕获入射光，第二面用于装配到载体，该半导体主体包括第一接触区域；以及提供位于所述第一接触区域上的导电结构。
[0002]本发明还涉及一种太阳能电池，该太阳能电池包括太阳能电池装置，该太阳能电池装置包括半导体主体，并且该太阳能电池装置具有第一面和相对的第二面，其中，第一面用于捕获入射光，第二面用于装配到载体，该半导体主体包括第一接触区域，在该第一接触区域之上存在导电结构。
[0003]本发明进一步涉及用于上述导电结构的制造设备。
【背景技术】
[0004]太阳能电池为大面积半导体器件，其将辐射(即太阳光)转换为电能。最常见的硅太阳能电池在太阳能电池的两面都有掺杂区域。对于P型电池，其通过在电池的前面掺杂磷，并在电池的背面掺杂铝实现。对于η型电池，其通过在电池的前面掺杂硼，并在电池的背面掺杂磷实现。
[0005]太阳能电池的另一重要类型是背接触太阳能电池组，这意味着太阳能电池的两个相对的掺杂区域的欧姆接触件与第二面、即太阳能电池的背面相接触。这类太阳能电池减少了标准太阳能电池上的前金属接触栅造成的遮光损失。相应地，在半导体衬底(下文中也称为衬底)的前面或第一面(术语面和表面在下文中可以交换使用)上设有发射极。此外，为了优化入射光的收集，半导体衬底的第一面可以有纹路，并设有抗反射涂层。
[0006]通常，为了在衬底的第一面上限定所述导体，同样在第二面上限定所述导体，用丝网印刷，例如，刷银浆，形成对太阳能电池的掺杂区域的接触。这里印制金属浆、银或铝为基础的浆，之后通过烧结“烧制”步骤将其转变成金属。丝网印刷满足以下太阳能电池制造的要求。首先，丝网印刷不需要提供单独的掩膜步骤。第二，至少一些丝网印刷浆能去除存在于衬底之上的任何材料，比如抗反射涂层。于是简化了加工流程。第三个原因是它适用于有纹路并因此不平的衬底上。最后的原因是丝网印刷浆的银形成与硅衬底可接受的接触，并且不扩散到硅衬底中。
[0007]然而，丝网印刷具有一些主要的缺点。第一，由丝网印刷过程形成的导体的薄的指尖可能是不连续的，这是由于在高温退火过程中，使用金属浆形成的指尖不总是聚集成连续的互连线。第二，聚集过程中形成的指尖存在孔，这导致更大的电阻损耗，从而导致更多的材料使用。第三，由于通常应用在太阳能电池中的相对薄的衬底厚度，比如200微米以及以下，在衬底表面丝网印刷金属浆的行为可以造成物理损害，并且所需的退火可能该太阳能电池带来高的内应力。这会造成形成的金属化特征的破坏，薄的太阳能电池衬底的翘曲，和/或从太阳能电池衬底的表面金属化特征的分层。由于在高烧结温度下一些特定材料的分解，高温工艺也限制了可以用于形成太阳能电池的材料的类型。第四，也是最重要的，允许随后烧制的丝网印刷材料通常是银，银在太阳能电池应用中是非常昂贵的。
[0008]电化学沉积，其中的无电沉积和/或电镀是最有名的例子，看作是很好的替代方案，并且已经被常规地提出用于背面处的导体的沉积。由于沉积的材料开始在导电表面生长，随后扩展到任何周围开放空间，其使用的一个要求是某种形式的图案。已经提出各种各样的方法在电化学沉积之前来创建图案，例如，光敏抗蚀剂(即光阻剂)的使用和阻挡层的印刷。在电化学沉积处理之后，需要去除抗蚀剂和阻挡层。这存在一个缺点可能会留下残留物。尤其在用于捕获任何入射辐射的衬底的第一面上使用的时候，这些残留物是不希望有的，因为残留物将减少最终的太阳能电池的效率。
[0009]例如，W085/02939讨论了电镀的使用。为了限制电镀材料的扩散(也称为背景电镀)，本申请提出了具有局部开口的单独的掩膜板的使用。存在穿过掩膜板的线路，以便提供电镀所需的化学物质，特别是电解质溶液。本申请利用昂贵的光致抗蚀剂，该光致抗蚀剂在电镀步骤之后再次去除，这导致高成本。
[0010]此外，US2011/0021023A1提供一种用于通常存在于衬底的第一面上的抗反射涂层的图案化的改性工艺。该改进工艺包括表面活性剂的使用，以致通过喷墨打印沉积的掩膜层可以以稳定的方式形成在抗反射涂层上。在抗反射涂层图案化后，再去除掩膜层。本申请提到可以用任何合适的沉积技术进行随后的沉积工艺，包括电镀。然而，与任何导体相比，抗反射涂层相对较薄。因此，当随后沉积任何金属时，如何将导体限定在合适的形状并且适当限定在所需的方向，是不清楚的。特别地，当电镀任何无掩模的导体时，该导体将延展以得到半球形状。这样的形状会比期望的覆盖更多表面积，这导致用于透过辐射的面积的损失，从而导致效率损失。除此之外，限定沿表面横向延伸的导体是不可能的。而且，将其应用在背面上时，这样的形状可能导致相邻的端子之间的短路。
【发明内容】
[0011]因此，本发明的一个目的是提供一种使用电化学沉积制造太阳能电池的改进工艺，其由于有限数量的工艺步骤，具有成本效率，并且显著地防止制造人为构件，例如，残留物和/或背景电镀。本发明的另一个目的是提供一种具有电化学沉积的导体的太阳能电池，该电化学沉积的导体没有制造人为构件，例如，残留物和/或伪影电镀。
[0012]本发明的进一步目的是提供用于所述方法中的制造设备。
[0013]根据本发明的第一方面，提供了一种太阳能电池的制造方法，所述太阳能电池包括太阳能电池装置和光学透明结构，通过所述光学透明结构，接触结构延伸至所述太阳能电池装置的半导体主体中的第一接触区域。所述方法包括步骤:
提供太阳能电池半成品装置，所述太阳能电池半成品装置包括半导体主体，且所述太阳能电池半成品装置具有第一面和相对的第二面，所述第一面用于捕获入射光，所述第二面用于装配到载体，在至少一个所述第一面和所述第二面上，所述太阳能电池装置设有钝化层；
将电绝缘的可固化聚合物材料的所述光学透明结构应用在所述太阳能电池装置的至少一个面上的所述钝化层上，并且，使所述聚合物材料固化，使所述结构图案化，以形成到所述第一接触区域的孔，且使所述结构作为对所述太阳能电池装置的保护；以及通过电化学沉积，在所述孔中，提供导电材料的接触结构。
[0014]根据本发明的第二方面，提供了一种太阳能电池，所述太阳能电池包括太阳能电池装置，所述太阳能电池装置设置有带有第一接触区域的半导体主体和位于所述半导体主体上的钝化层，所述太阳能电池设置有第一面和相对的第二面，所述第一面用于捕获入射光，所述第二面用于装配到载体，其中，所述太阳能电池还包括与所述第一接触区域连接的接触结构，在至少一个所述太阳能电池装置的第一面和第二面上，钝化层上有图案化的绝缘的、可固化的聚合物材料的光学透明结构，所述接触结构通过所述钝化层延伸穿过图案化的所述光学透明结构，进行电化学沉积。
[0015]根据本发明，一种光学透明结构应用在所述衬底的第一面和/或第二面上的所述钝化层上。这种结构限定了用于随后的导体的电化学沉积的空间。这允许有选择地进行电镀基的沉积。所述光学透明是所得到的太阳能电池的一个组成部分。
[0016]根据本发明，发明人已经注意到所述第一面的电化学沉积尤其会导致所述电池的性能退化。结果表面，这种电池性能退化是由于背景电镀造成，该背景电镀即在不需要或不希望有导电材料的区域生长或沉积该导电材料。背景电镀的主要原因在于下面的层，尤其是钝化层比如氮化硅，难免有缺陷，即含有微观水平上的孔、空隙、间隙等等。
[0017]根据本发明，由于具有光学透明结构，可防止背景电镀。而且，也不形成残留物，因为不用去除透明结构。
[0018]在本发明中，术语光学透明结构指的是任何层或主体，所述层或主体用于直接或间接传递辐射，尤其是来自太阳的辐射。所述光学透明结构包括聚合物材料，而不是无机材料，例如，氮化硅。一个相关的附加性能是所述结构并不由于入射辐射而化学退化，尤其超过太阳能电池的可预见的长使用寿命。这个要求不仅和所述太阳能电池的所述第一面相关，也和所述太阳能电池的所述第二面相关，在所述第二面，辐射在穿过和/或沿着半导体主体的传递和/或反射之后结束。因此，光敏抗蚀剂或紫外线抗蚀剂不适于作为光学透明结构的材料。因此，可固化的聚合物材料优选为紫外线不敏感性的，即，它不包含任何能够(反复)经紫外线照射引起化学反应的紫外线敏感化合物或组分(即引发剂)。例如，这种化学反应是交联反应，该交联反应可以减少和下面的层的粘附。然而，也不能排除分解反应。
[0019]更具体地，所使用的聚合物材料在热处理下可以固化和/或自固化。所述热处理可以单独进行，或者作为沉积工艺的一部分。
[0020]多种聚合物都合适作为光学透明结构的聚合物材料，包括加成聚合物和所谓的缩合型聚合物。相应地，聚合物具有能形成交联三维网状的官能团，例如，聚硅氧烷、聚酯、聚酰亚胺、聚丙烯醇酯、聚甲基丙烯酸酯，如聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)。
[0021]根据本发明的不同实施例，本发明的光学透明结构可以有各种各样的厚度。该厚度可以在I纳米和30微米之间变化，可以是非常薄的纳米级厚度，也可以是较厚的微米级厚度，或是这两者的结合。所述光学透明结构可以设置为单层，也可以设置为多层。多层可使用不同材料，以及使用用于连续的层的不同应用技术。第一层适合用在旋涂、卷绕镀膜等涂层工艺中。对于进一步的层的沉积，可以选择使用成型工艺。此外，为了限定特定的通道，可使用印刷工艺，比如丝网印刷或喷墨印刷。
[0022]所述光学透明结构可延伸至所述衬底的第二面。在一个具体实施例中，其形成封装体。这利于所述太阳能电池的稳定性。此外，这种封装在电镀中使用时能完全对抗化学物质和防止任何不需要的背景电镀。可选地，所述光学透明结构可以仅存在于所述第二面。
[0023]所述光学透明结构还可包括一种或多种用于增强光传输的功能添加剂。例如，银或金颗粒和/或罕见的稀土材料，如镧。这种功能添加剂的掺入可作用位于所述半导体衬底的前面的构造的替换或补充。它们的预见功能是光散射。优选地，这些颗粒为纳米颗粒或纳米结构的材料，例如，使用纳米压印刻蚀技术沉积，并且这些颗粒具有纳米级尺寸。参考 K