太阳能电池敷金属和互连方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及光伏装置的制备，且具体地，本发明提供了一种在这些装置上形成接 触的改进方法。
【背景技术】
[0002] 在硅太阳能电池的拥有成本降低中的一个关键要求是通过低成本制备高效率的 电池特征。标准的工业太阳能电池制造传统上使用均勾（同质，homogeneous)重掺杂的顶 面发射极层，以在太阳能电池内分离电荷载流子，将载流子横向传输给前电池金属接触，并 且将低电阻欧姆接触提供给这些金属接触。相反，具有选择性发射极的太阳能电池使用在 金属接触之下的选择性重掺杂的区域，而周围的顶面层比较轻掺杂。这允许在轻掺杂的表 面区域内具有低复合，提高了电池对短波长光的响应，进而提高电池的短路电流和开路电 压。同时，在电池接触下的重掺杂的区域减少了在金属-硅界面上的复合，进一步提高开路 电压，同时在硅与金属之间提供低电阻欧姆接触。
[0003] 而且，太阳能电池的成本受到敷金属工艺的选择的严重影响。传统的丝网印刷 太阳能电池主导商业制造，然而，它们需要大量厚膜银膏来形成前接触（前触点，front contact)，这单独占据了将硅晶圆转换成太阳能电池的成本的大约三分之一。传统的丝网 印刷太阳能电池拥有均匀的发射极和大金属接触区域，导致在金属-硅界面上的高度复 合、低短波长响应、高接触电阻以及高屏蔽损耗。在以完全敷金属的背面使用时，这些电池 的电压从而限制为大约640mV并且其效率限制为大约18%。而且，丝网印刷在太阳能电池 上施加压力，需要更厚的硅衬底，并且从而需要更高的成本。
[0004] 使用选择性发射极的最新丝网印刷电池通过在丝网印刷接触之下导入重掺杂以 及在别处导入更轻的掺杂而克服了这些问题中的一些。然而，这些电池依然被限制性能的 改进和/或制造成本的设计折中方案所限制。
[0005] 使用含铅焊料的丝网印刷太阳能电池的标准互连也是个问题，这是因为在中心母 线内被收集之前，电荷载流子需要沿着导电金属指流动较长距离，然后，中心母线连接至在 模块内的下一个电池。这需要大幅金属覆盖面积，造成屏蔽损耗和成本增大，同时母线本身 也屏蔽电池的表面的大约2%。为了解决这个问题，提出了使用多个均匀间隔薄母线的互连 方案。这些多个薄母线直接连接至在太阳能电池上的指（finger)，不需要在电池本身上具 有任何母线敷金属，并且允许缩短电流流动距离。即使太阳能电池接触指比以前略微更进 一步间隔开，这也可以使得实现更低的电阻损耗，并且还可以产生更低的屏蔽损耗。然而， 迄今为止，使用这些互连方案的模块概念仅仅集中使用丝网印刷太阳能电池。丝网印刷敷 金属（metallisation，金属化）具有有限的范围来减少金属使用或相关的成本，并且未充 分利用由多个母线互连方案提供的优点。这是因为如果不破坏金属电线，丝网印刷就难以 印刷比10微米薄得多的金属层。这也是其他敷金属方法（例如，金属油墨的喷墨印刷）以 及甚至一些电镀技术具有的情况，其中，通过使金属电线更窄或更薄来节省成本的尝试造 成产生很多破坏。敷金属（敷金属，metallization)的破坏通常造成电池的功率输出降低。
【发明内容】
[0006] 根据第一方面，提供了一种用于在太阳能电池上形成接触结构的方法，所述太阳 能电池具有在第一掺杂剂极性的第一半导体区域和与所述第一掺杂剂极性相反的第二掺 杂剂极性的第二半导体区域之间形成的p-n结，所述方法包括：
[0007] 在所述太阳能电池的暴露的半导体表面上的多个点之上来电镀金属垫，金属垫包 含具有小于150°C的熔化温度的低熔化温度金属，据此，所述第一接触点提供与所述第一半 导体区域的电连接。
[0008] 在电镀金属垫之后，通过熔剂（例如，异丙醇和ADIPIC酸的混合物），可以去除在 金属内的自然氧化物。随后，在比熔化温度更高的温度（优选地，高20°C到50°C)来回流 金属垫。
[0009] 根据第二方面，提供了一种用于在太阳能电池上形成接触结构的方法，所述太阳 能电池具有在第一掺杂剂极性的第一半导体区域和与所述第一掺杂剂极性相反的第二掺 杂剂极性的第二半导体区域之间形成的P-n结，所述方法包括：
[0010] 在所述太阳能电池的表面上形成多个第一接触点，据此，所述第一接触点提供与 所述第一半导体区域的电连接，并且是暴露的硅表面或者在其上形成金属垫的硅表面；并 且
[0011] 将多个第一导电电线定位在所述太阳能电池之上，据此，每个第一导电电线与至 少一个（以及优选地多个）第一接触点进行电连接。
[0012] 根据第三方面，一种太阳能电池组件包括太阳能电池，所述太阳能电池具有在第 一掺杂剂极性的第一半导体区域和与所述第一掺杂剂极性相反的第二掺杂剂极性的第二 半导体区域之间形成的P-n结，多个第一接触点提供与所述第一半导体区域的电连接，所 述第一接触点是暴露的硅表面或者在其上形成金属垫的硅表面，并且多个第一导电电线跨 所述太阳能电池铺设，据此，每个第一导电电线与至少一个（以及优选地多个）第一接触点 进行电连接。
[0013] 根据第四方面，提供了一种用于在太阳能电池上形成接触结构的方法，所述太阳 能电池具有在第一掺杂剂极性的第一半导体区域和与所述第一掺杂剂极性相反的第二掺 杂剂极性的第二半导体区域之间形成的p-n结，所述方法包括：
[0014] 在所述太阳能电池的多个点之上来电镀金属垫，以形成多个第一接触点，金属垫 包括具有小于150°C的熔化温度的低熔化温度金属，其中，所述第一接触点提供与所述第一 半导体区域的电连接；并且
[0015] 将多个第一导电电线设置在太阳能电池之上，以经由至少一个（以及优选地多 个）第一接触点与第一半导体区域进行电连接。
[0016] 在电镀金属垫之后，通过熔剂（例如，异丙醇和ADIPIC酸的混合物），可以去除在 金属内的自然氧化物。随后，通过比熔化温度更高的温度（优选地，高20°C到50°C)，回流 金属垫。回流步骤可以用于将金属垫粘合至与金属垫接触的第一导电电线。
[0017] 根据第五方面，一种太阳能电池组件，包括太阳能电池，所述太阳能电池具有在第 一掺杂剂极性的第一半导体区域和与所述第一掺杂剂极性相反的第二掺杂剂极性的第二 半导体区域之间形成的p-n结，多个第一接触点提供与所述第一半导体区域的电连接，其 中，所述第一接触点包括金属垫，金属垫包含具有小于150°C的熔化温度的低熔化温度金 属、位于所述太阳能电池的多个点之上，以提供与所述第一半导体区域的电连接，并且多个 第一导电电线跨所述太阳能电池铺设，以与至少一个（以及优选地多个）第一接触点进行 电连接。
[0018] 还可以与所述第一接触点在太阳能电池的相同的表面上形成多个第二接触点，其 中，所述第二接触点提供与所述第二半导体区域的电连接并且是暴露的硅表面或者在其上 形成具有小于5微米的厚度的金属垫的娃表面。
[0019] 所述第一接触点可以形成在一个或多个间隔平行线性阵列中，并且所述第二接触 点可以形成在与第一接触点的间隔线性阵列平行的一个或多个间隔线性阵列中，并且所述 第二接触点的间隔线性阵列与第一接触点的间隔线性阵列交替。
[0020] 多个第二导电电线可被定位在所述太阳能电池之上，据此，每个第二导电电线定 位成在所述第二接触点的间隔线性阵列之一中的第二接触点上穿过，以与第二接触点的相 应间隔线性阵列的一个或多个第二接触点进行电连接。
[0021] 所述多个第一导电电线可被定位在与所述多个第二导电电线平行的位置中，据 此，每个第一导电电线定位成在第一接触点的间隔线性阵列之一中的第一接触点上穿过， 以与第一接触点的相应间隔线性阵列的一个或多个第一接触点进行电连接。
[0022] 所述太阳能电池可被定位为类似太阳能电池阵列中的一个太阳能电池，一个太阳 能电池的第一接触点的间隔线性阵列均与和所述一个太阳能电池相邻的太阳能电池的第 二接触点的相应间隔线性阵列对准，并且所述一个太阳能电池的第一和/或第二导电电线 跨太阳能电池的阵列延伸，据此，所述一个太阳能电池的第一电线包括相邻的太阳能电池 的第二导电电线，并且所述一个太阳能电池的第二电线包括相邻的太阳能电池的第一导电 电线。
[0023] 根据第六方面，提供了一种互连太阳能电池的阵列的方法，包括：
[0024] 在所述阵列中的每个太阳能电池上形成接触结构，每个太阳能电池具有在第一掺 杂剂极性的第一半导体区域和与所述第一掺杂剂极性相反的第二掺杂剂极性的第二半导 体区域之间形成的P_n结，包括：
[0025] i)在每个太阳能电池的表面上的一个或多个间隔平行线性阵列中形成多个第一 接触点，其中，所述接触点提供与所述第一半导体区域的电接触并且是暴露的硅表面或者 在其上形成具有小于5微米的厚度的金属垫的硅表面；
[0026] ii)与所述第一接触点在每个太阳能电池的相同表面上、在与第一接触点的间隔 线性阵列平行的一个或多个间隔线性阵列中形成多个第二接触点，其中，所述第二接触点 提供与所述第二半导体区域的电接触并且是暴露的硅表面或者在其上形成具有小于5微 米的厚度的金属垫的硅表面，
[0027] 将所述太阳能电池定位在太阳能电池的线性阵列中，所述阵列的一个太阳能电池 的第一接触点的间隔线性阵列均和与所述一个太阳能电池相邻的太阳能电池的第二接触 点的相应间隔线性阵列对准；
[0028] 将多个第一导电电线定位成在所述太阳能电池的阵列之上延伸，据此，每个第一 导电电线定位成在所述一个太阳能电池的第一接触点的间隔线性阵列之一中的第一接触 点上穿过，以与所述一个太阳能电池以及所述阵列中的相对于所述一个太阳能电池每隔一 个的太阳能电池的至少一个第一接触点进行电连接；
[0029] 将多个第二导电电线定位成所述太阳能电池的阵列之上延伸，其中，每个第二导 电电线定位成在所述一个太阳能电池的第二接触点的间隔线性阵列之一中的第二接触点 穿过，以与所述一个太阳能电池以及阵列中的相对于所述一个太阳能电池的每隔一个的太 阳能电池的第二接触点的相应间隔线性阵列的一个或多个第二接触点进行电连接；并且
[0030] 所述一个太阳能电池的所述第一导电电线包括与所述一个太阳能电池相邻的太 阳能电池以及所述阵列内的相对于所述相邻的太阳能电池的每隔一个的太阳能电池的第 二导电电线，并且所述一个太阳能电池的所述第二导电电线包括所述相邻的太阳能电池以 及所述阵列内的相对于所述相邻的太阳能电池的每隔一个的太阳能电池的第一导电电线。
[0031] 根据第七方面，一种太阳能电池的互连的线性阵列，包括：
[0032] 接触结构，定位于所述阵列内的每个太阳能电池上，每个太阳能电池具有在第一 掺杂剂极性的第一半导体区域和与所述第一掺杂剂极性相反的第二掺杂剂极性的第二半 导体区域之间形成的P_n结，包括：
[0033] i)多个第一接触点，位于每个太阳能电池的表面上的一个或多个间隔平行线性阵 列中，其中，所述接触点与所述第一半导体区域进行电接触并且是暴露的硅表面或者在其 上定位具有小于5微米的厚度的金属垫的硅表面；
[0034] ii)多个第二接触点，在每个太阳能电池的与所述第一接触点相同的表面上、与第 一接触点的间隔线性阵列平行的一个或多个间隔线性阵列中，其中，所述第二接触点与所 述第二半导体区域进行电接触并且是暴露的硅表面或者在其上定位具有小于5微米的厚 度的金属垫的娃表面，
[0035] 所述太阳能电池的线性阵列设置为所述阵列的一个太阳能电池的第一接触点的 间隔线性阵列均和与所述一个太阳能电池相邻的太阳能电池的第二接触点的相应间隔线 性阵列对准；
[0036] 多个第一导电电线设置在所述太阳能电池的阵列之上，其中，每个第一导电电线 在所述一个太阳能电池的第一接触点的间隔线性阵列之一中的第一接触点上穿过，以与所 述一个太阳能电池以及所述阵列内的相对于所述一个太阳能电池每隔一个的太阳能电池 的至少一个第一接触点进行电连接；
[0037] 多个第二导电电线设置在所述太阳能电池的阵列之上，其中，每个第二导电电线 在所述一个太阳能电池的第二接触点的间隔线性阵列之一中的第二接触点上穿过，以与所 述一个太阳能电池以及所述阵列内的相对于所述一个太阳能电池的每隔一个的太阳能电 池的第二接触点的相应间隔线性阵列的一个或多个第二接触点进行电连接；并且
[0038] 所述一个太阳能电池的所述第一导电电线包括与所述一个太阳能电池相邻的太 阳能电池以及在所述阵列内相对于所述相邻的太阳能电池每隔一个的太阳能电池的第二 导电电线，并且所述一个太阳能电池的所述第二导电电线包括所述相邻的太阳能电池以及 在所述阵列内的相对于所述相邻的太阳能电池每隔一个的太阳能电池的第一导电电线。
[0039] 在第一和/或第二接触点包括金属垫时，金属垫可以具有小于5微米的厚度。替 代地，金属垫可以具有小于2,1或0. 5微米的厚度。如果存在的话，那么金属垫的厚度优选 地大于0.1微米。
[0040] 通过形成从所述太阳能电池的表面延伸到所述第一半导体区域的多个重掺杂区 域，形成所述多个第一和/或第二接触点，所述重掺杂区域比所述第一半导体区域更重地 掺杂有所述第一掺杂剂极性的掺杂剂。重掺杂区域可以形成有1到50欧姆/平方并且优 选地20欧姆/平方的片电阻。
[0041] 第一和/或第二接触点还可以包括在所述电线与所述第一半导体区域之间将要 进行连接的点处直接形成在所述第一半导体区域的暴露表面上的所述金属垫。
[0042] 第一和/或第二接触点可以包括形状为圆形、椭圆形、方形、矩形或多边形的区 域，并且可以在太阳能电池的表面的平面内具有在8-12微米的范围内的尺寸。第一和/或 第二接触点还可以包括细长的平行边区域，其具有在8-12(大约10)微米的范围内的宽度。 第一和/或第二导电电线优选地定位使得导电电线在第一和/或第二接触点中的每个上穿 过。
[0043] 在使用重掺杂区域时，所述重掺杂区域可以包括细长的平行通道，并且所述细长 的平行通道可以在太阳能电池的表面的平面内具有8-12(假设10)微米的宽度。所述第 一和/或第二导电电线优选地定位成与所述细长的平行通道相交，并且优选地设置成与所 述细长的平行通道大致垂直地相交。可以在所述第一半导体区域之上形成介电层，在所述 介电层中形成开口，以露出要形成所述重掺杂区域的区域，并且可以将所述第一和/或第 二导电电线放在所述介电层之上，以穿过所述介电层内的开口形成与所述重掺杂区域的连 接。可以在所述重掺杂区域之上形成金属垫，以与所述重掺杂区域电连接，但是通过所述介 电层与所述第一半导体区域的剩余部分隔离，并且可以将所述电线放在所述太阳能电池的 表面之上，以通过所述金属垫和重掺杂区域与所述第一半导体区域进行接触。可以通过电 镀，来在所述重掺杂区域上施加所述金属。
[0044] 可以通过在所述太阳能电池的表面上或附近提供掺杂剂源，并且在与所述重掺杂 区域的位置对应的图案中激光加热所述掺杂剂源和所述第一半导体区域，以使所述掺杂剂 源的掺杂剂将所述重掺杂区域掺杂为所需要的浓度，同时破坏所述介电层，在所述介电层 内形成开口以露出所产生的重掺杂区域的表面，从而形成所述重掺杂区域。可以在所述第 一半导体区域之上形成介电层，在所述介电层中形成开口，以露出所述第一半导体区域的 表面，可以将所述第一和/或第二导电电线放在所述介电层之上