具有电镀的金属格栅的光伏器件的制作方法
【技术领域】
[0001]本公开内容一般地涉及太阳能电池。更特别地，本公开内容涉及包含通过电镀技术制成的金属格栅的太阳能电池。
【背景技术】
[0002]由化石燃料的使用造成的负面环境影响以及化石燃料不断上升的成本已经导致迫切需要更清洁的、更廉价的可替代能源。在不同形式的可替代能源当中，太阳能因其清洁性和广泛的可用性而受到青睐。
[0003]太阳能电池利用光伏效应将光转换成电。现有若干基本的太阳能电池结构，包括单p-n结太阳能电池、p-1-n/n-1-p太阳能电池和多结太阳能电池。典型的单p_n结结构包含P型掺杂层和η型掺杂层。具有单p-n结的太阳能电池可以是同质结太阳能电池或异质结太阳能电池。如果P型掺杂层和η型掺杂层两者都由相似的材料(具有相等带隙的材料)制成，则该太阳能电池称为同质结太阳能电池。与此相比，异质结太阳能电池包含至少两个不同带隙的材料层。p-1-n/n-1-p结构包含P型掺杂层、η型掺杂层以及夹于ρ层与η层之间的本征(未掺杂的)半导体层(i层)。多结结构包含一个在另一个顶部地彼此堆叠的具有不同带隙的多个单结结构。
[0004]在太阳能电池内，光在p-n结附近被吸收，生成载流子。载流子扩散到p-n结内并且由内建电场分离，从而在器件和外部电路间产生电流。确定太阳电池的质量的重要度量是它的能量转换效率，该能量转换效率被定义为所转换的功率(从所吸收的光到电能)与在太阳能电池连接至电路时所收集的功率之比。
[0005]图1给出了说明基于晶体硅(C-Si)基板的示例性同质结太阳能电池(现有技术)的示意图。太阳能电池100包含正面银电极格栅102、抗反射层104、发射极层106、基板108和铝(Al)背面电极110。在图1中的箭头指示入射的太阳光。
[0006]在常规的基于C-Si的太阳能电池内，电流由正面银格栅102收集。要形成银格栅102，常规的方法涉及将银浆料(该银浆料通常包含Ag粒子、有机粘结剂和玻璃料)印刷到晶片上并且然后在700?800°C的温度下焙烧银浆料。银浆料的高温焙烧确保了在Ag与Si之间的良好接触，并且降低了银线的电阻率。焙烧后的银浆料的电阻率典型为5X10_6?8 X 10^6ohm-cm,该电阻率比块体银的电阻率高得多。
[0007]除了高串联电阻之外，通过丝网印刷银浆料而获得的电极格栅还具有其他缺点，包括较高的材料成本、较宽的线宽，以及有限的线高。随着银价升高，银电极的材料成本已经超过了用于制造太阳能电池的处理成本的一半。以现有技术水平的印刷技术，银线典型地具有100?120微米的线宽，并且难以进一步缩小线宽。尽管喷墨印刷能够产生更窄的线，但是喷墨印刷存在其他问题，例如，低生产率。银线的高度同样受到印刷方法限制。一次印刷能够产生具有小于25微米的高度的银线。尽管多次印刷能够产生具有增大高度的线，但是它同样会增大线宽，这是高效率的太阳能电池所不希望的。类似地，Ag或Cu在印制银线上的电镀能够以增大的线宽为代价来增大线高。另外，这样的银线的电阻仍然过高以致无法满足高效率的太阳能电池的要求。
[0008]另一种解决方案是将Ni/Cu/Sn金属叠层直接电镀于Si发射极上。这种方法能够产生具有较低电阻的金属格栅(镀铜的电阻率典型为2X10_6?3X10_6ohm-cm)。但是，Ni对Si的粘附力小于理想值，并且来自金属叠层的应力可能会导致整个金属线的剥离。
【发明内容】
[0009]本发明的一种实施例提供一种太阳能电池。该太阳能电池包含光伏结构以及位于光伏结构上方的正面金属格栅。正面金属格栅还包含一个或多个电镀的金属层。正面金属格栅还包含一个或多个指状线(finger lines)，并且各个指状线的每个端部经由附加的金属线耦接至相邻指状线的对应端部，从而确保各个指状线没有开口端。
[0010]在该实施例的一个变型中，附加的金属线位于太阳能电池的边缘附近并且具有比各个指状线的宽度大的宽度。
[0011]在该实施例的一个变型中，使在附加的金属线与各自的指状线之间的相交部成圆角或倒角。
[0012]在该实施例的一个变型中，金属格栅还包含位于电镀的金属层与光伏结构之间的金属粘附层。金属粘附层还包含下列项中的一项或多项:Cu、Al、Co、W、Cr、Mo、N1、T1、Ta、氮化钛(TiNx)、钛钨(TiWx)、硅化钛(TiSix)、氮化硅钛(TiSiN)、氮化钽(TaNx)、氮化硅钽(TaSiNx)、镍钒(NiV)、氮化钨(WNx)，以及它们的组合。
[0013]在另一个变型中，光伏结构包含透明导电氧化物(TCO)层，并且金属粘附层与TCO
层直接接触。
[0014]在该实施例的一个变型中，电镀的金属层包含下列项中的一项或多项:Cu层、Ag层和Sn层。
[0015]在该实施例的一个变型中，金属格栅还包含位于电镀的金属层和光伏结构之间的金属籽晶层。
[0016]在另一个变型中，金属籽晶层使用包括蒸发沉积和溅射沉积之一的物理气相沉积(PVD)技术来形成。
[0017]在该实施例的一个变型中，各个指状线的预定边缘部分具有比各自指状线的中心部分的宽度大的宽度。
[0018]在该实施例的一个变型中，光伏结构包含基体层以及位于基体层上方的发射极层。发射极层包含下列项中的至少一项:位于基体层内的扩散有掺杂剂的区域、位于基体层上方的扩散有掺杂剂的多晶硅层，以及位于基体层上方的掺杂的非晶硅(a-Si)层。
[0019]在另一个变型中，掺杂剂包含下列项之一:磷和硼。
【附图说明】
[0020]图1给出了说明示例性太阳能电池(现有技术)的示意图。
[0021]图2给出了说明位于太阳能电池的前表面上的示例性的电镀金属格栅(现有技术)的示意图。
[0022]图3A给出了说明根据本发明的一种实施例的位于太阳能电池的表面上的示例性的电镀金属格栅的不意图。
[0023]图3B给出了说明根据本发明的一种实施例的位于太阳能电池的表面上的示例性的电镀金属格栅的不意图。
[0024]图3C给出了说明根据本发明的一种实施例的位于太阳能电池的表面上的示例性的电镀金属格栅的不意图。
[0025]图3D给出了说明根据本发明的一种实施例的位于太阳能电池的表面上的示例性的电镀金属格栅的不意图。
[0026]图4给出了说明根据本发明的一种实施例的位于太阳能电池的表面上的示例性的电镀金属格栅的不意图。
[0027]图5给出了说明根据本发明的一种实施例的用于制造太阳能电池的示例性过程的示意图。
[0028]在附图中，相同的附图标记指代相同的附图元件。
【具体实施方式】
[0029]下面的描述被给出以使本领域技术人员能够构造并使用实施例，并且在特定的应用及其要求的背景下被提供。所公开的实施例的各种改型对本领域技术人员而言将是明显的，并且本文所限定的一般原理在不脱离本公开内容的精神和范围的情况下可以应用于其他实施例和应用。因而，本发明并不限制于所示出的实施例，但应当符合与本文所公开的原理和特征一致的最宽广范围。
[0030]摄述
[0031]本发明的实施例提供用于在包含电镀的金属格栅的太阳能电池内避免金属剥离的解决方案。该太阳能电池包含晶体硅(C-Si)基板、发射极层、钝化层、金属粘附层，以及正面和背面电极金属格栅。金属粘附层使用物理气相沉积(PVD)技术(例如，溅射或蒸发)来形成。正面金属格栅通过选择性地在金属粘附层上电镀出金属叠层来形成，该叠层能够是单层或多层结构。要减轻能够导致金属线剥离的应力，格栅图形被特别地设计以确保没有开口端或间断点存在。背面电极金属格栅能够使用被用来形成正面电极金属格栅的同一方法来形成。另外，还可以通过金属格栅的丝网印刷、电镀或气溶胶喷射印刷来形成背面电极。
[0032]电镀的金属格栅
[0033]用作太阳能电池电极的电镀的金属格栅已经展示出了比印刷的铝格栅低的电阻。但是，在电镀的金属线与下垫的(underlying)透明导电氧化物(TCO)层或半导体层之间的粘附力可能是个问题。即使引入了粘附层，随着电镀的金属线的厚度增加(以确保较低的电阻)，金属线剥离仍然会在应力过高时发生。金属线的剥离能够是累积于电镀金属与下垫结构(该下垫结构能够是TCO层或半导体结构)之间的界面处的应力的结果。在金属与硅基板之间的热膨胀系数差异以及太阳能电池所处的环境的热循环通常会导致这样的应力。如果应力大小超过由粘附层提