制造太阳能电池电极的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及太阳能电池电极，并且具体地涉及在N型基板上形成的太阳能电池电 极。
【背景技术】
[0002] -般来讲，为了增大太阳能电池的发电特性，在决定太阳能电池效率的因素中转 换效率EFF(%)的特性是特别重要的因素。为了实现这个目标，已经提议了多种用于制造 具有高纵横比的电极的太阳能电池制造技术。例如，已在US-2010-0294353 A1中提议了一 种用于形成具有高纵横比的太阳能电池电极的方法，该方法通过丝网印刷包含碳纤维的导 电膏而获得优异的转换效率EFF(% )。
【发明内容】
[0003] 在一个方面，本发明涉及制造太阳能电池电极的方法，所述方法包括以下步骤：制 备N型太阳能电池基板，其中所述N型太阳能电池基板包括η-掺杂的半导体基板、在所述 半导体基板的一个侧面上形成的Ρ-型发射极、和在所述Ρ-型发射极上形成的钝化层；通 过印刷掩模将导电膏孔版印刷到钝化层上，所述导电膏包含：（i) 60重量％至95重量％的 导电粉末，（ii)〇. 4重量％至3. 0重量％的铝粉，1重量％至10重量％的玻璃料， (iv) 3重量％至30重量％的有机介质，（v) 0. 4重量％至1. 7重量％的酰胺化合物，其中重 量％是基于所述导电膏的总重量计；以及焙烧所施涂的导电膏以形成与所述P-型发射极 电接触的太阳能电池电极。
[0004] 在另一方面，本发明涉及通过所述方法制造的太阳能电池电极。
[0005] N型太阳能电池的电极的纵横比（高度/宽度）和电阻可通过本发明得到改善。 因此，根据本发明有效地提供了具有优异光电转换效率（效率（％))的太阳能电池。
【附图说明】
[0006] 图1示出N型太阳能电池的ρ-型电极的制造过程。
[0007] 图2是示出可用于本发明的金属掩模的示意图。
【具体实施方式】
[0008] 下文示出太阳能电池电极的制造过程的实施例。然而，本发明不限于以下实施例。 应当理解，虽然已通过优选实施例和任选特征对本发明进行了具体描述，但本领域的技术 人员可借助于本文所公开的本发明的改变、改善和变型，并且应当理解此类改变、改善和变 型被认为处于本发明的范围内。此外，待审的美国专利申请（ex. 13/906381，提交于2013年 5月31日）、专利公布（ex. US-2010-0294353)、专利申请、授权专利、以及在本说明书中提及 的其它文档以引用方式并入本文如同各个独立的公布以引用方式并入本文一样。
[0009] 制诰D-铟电极的方法
[0010] 制备包括η-掺杂的半导体基板（η-基底层）10和P-型发射极20的N型太阳能 电池基板。
[0011] 可将η基底层定义为包含被称为供体掺杂物的杂质的半导体层，其中所述供体掺 杂物引起半导体元件中的价电子过量。在η基底层中，从导带中的供体掺杂物中产生游离 的电子。
[0012] 如上所述通过向本征半导体中增加杂质，电导率不仅可通过杂质原子数改变而且 可通过杂质原子的类型改变，并且所述变化可以为千倍或百万倍。
[0013] η-基底层10可通过掺杂硅晶片与供体杂质诸如磷来形成。
[0014] 可将Ρ型发射极20定义为包含被称为受体掺杂物的杂质的半导体层，其中所述受 体掺杂物引起半导体元件中的价电子不足。在Ρ型发射极中，所述受体掺杂物从半导体元 件中吸收游离的电子并因此在价带中产生带正电的空穴。
[0015] Ρ型发射极20可例如通过将受体掺杂物热扩散到Ν型半导体基板中而形成（图 1(a))。受体掺杂物源可为硼化合物如三溴化硼（BBr3)。ρ型发射极的厚度可以为例如Ν型 半导体基板厚度的〇. 1 %至10%。
[0016] 随后n+-层30可在P-型发射极20的另一侧面处形成（图1(b))，但是它不是必需 的。n+-层30包含供体杂质，该供体杂质具有比η基底层10中的浓度更高的浓度。例如， 就使用三氯氧磷（P0C13)作为掺杂物源的硅半导体而言，η+-层30可通过磷的热扩散形成。 通过形成η+-层30,可减少电子和空穴在η基底层10和η+-层30的边界处的重组。
[0017] 可在ρ型发射极20上形成第一钝化层40a (图1 (c))。所述第一钝化层40a可以 为10至200:0▲厚。可将氮化硅（SiNx)、非晶硅（a-Si)、碳化硅（SiCx)、氧化钛（TiO x)、氧 化铝（A10x)、氧化硅（SiOx)、氧化铟锡（ΙΤ0)、或它们的混合物用作钝化层40的材料。第一 钝化层40a可通过例如这些材料的等离子体增强化学气相沉积（PECVD)形成。
[0018] 当形成n+_层30时，N型半导体基板包含介于η基底层10和下一步中形成的钝化 层40之间的η+-层。
[0019] 第二钝化层40b在η+_层30上形成（图1 (d))。第二钝化层40b的材料和形成 方法可与用于第一钝化层40a的那些相同。然而，就其形成材料、厚度、或其形成方法而言， n+_层30上的第二钝化层40b可不同于第一钝化层40a。
[0020] 在太阳能电池的运行中，当N型太阳能电池受到太阳光照射时，钝化层40a和 /或40b减少表面处的载体重组，并且还减少光反射损失，使得还将其称为减反射涂层 ("ARC"）。在一个实施例中，η基底层10和ρ型发射极20的两个侧面均可以为运行中的 光接收面（双面电池）。在另一个实施例中，第一钝化层40a在太阳光接收面（前侧面）上 形成，并且第二钝化层40b在背面上形成。在另一个实施例中，第二钝化层40b在太阳光接 收面上形成，并且第一钝化层40a在背面上形成。
[0021] 用于形成ρ-型电极的导电膏60通过孔版印刷施涂到在ρ-型发射极20上形成的 第一钝化层40a上（图1(e))并且随后干燥。孔版印刷随后进行详述。还将用于形成η型 电极的导电膏70施涂到η+-层30上的第二钝化层40b上。当施涂导电膏70时，在一个实 施例中使用丝网印刷、孔版印刷或喷嘴印刷。
[0022] 在一个实施例中，第二钝化层40b上的导电膏70在组成上可不同于第一钝化层 40a上的导电膏60。可根椐例如n+层的掺杂特征、第二钝化层40b的材料或厚度来调节导 电膏70的组成。
[0023] 在另一个实施例中，施涂在p型发射极20上的导电膏60和施涂在n+_层30上的 导电膏70在组成上可以相同。在一个实施例中，导电膏60和70均通过孔版印刷来施涂。 在另一个实施例中，导电膏60通过孔版印刷施涂，而导电膏70通过另一种印刷方法诸如丝 网印刷施涂。在一个实施例中，导电膏60和70在50-200°C下干燥10秒至10分钟。
[0024] 然后进行导电膏的焙烧。在焙烧过程中导电膏60和70烧透钝化层40a和40b， 使得P型电极61和η型电极71分别具有与p型发射极20和n+-层30的良好电连接（图 1(f))。当这些电极和半导体之间的连接改善时，太阳能电池的电性能也将改善。
[0025] 可将红外加热炉用于焙烧过程。可考虑焙烧温度和焙烧时间来控制焙烧条件。在 一个实施例中，焙烧峰值温度可为700°C至800°C。从加热炉的入口到出口的焙烧时间可以 为30秒至5分钟，在另一个实施例中可以为40秒至3分钟。
[0026] 在另一个实施例中，焙烧曲线为在高于400°C下10至60秒，并且在高于600°C下2 至10秒。焙烧温度在半导体基板的上表面处测量。在焙烧温度和时间在指定范围内的情 况下，在焙烧期间半导体基板发生较少的损伤。
[0027] 孔版印刷方法在下文中详述。
[0028] 导电膏通过孔版印刷，通过印刷掩模施涂到钝化层上。用于形成p-型电极的导电 膏包含导电粉末、铝粉、玻璃料、有机介质和酰胺化合物。
[0029] (i)导电粉末
[0030] 导电粉末为能够传送电流的任何粉末。在一个实施例中，导电粉末包括选自银 (Ag)、铜（Cu)、镍（Ni)以及它们的混合物的金属。在一个实施例中，导电粉末是选自下列的 金属粉末：银粉、铜粉、镍粉、包含银、铜或镍以及它们的混合物的合金粉。使用此类具有相 对高电导率的导电粉末，可使太阳能电池的电阻功率损失最小化。在一个实施例中，导电粉 末可为银粉。银粉烧结并且在空气中焙烧后不形成氧化物，并且提供高导电体积材料。
[0031] 基于导电膏的总重量计，在一个实施例中导电粉末为60重量％至95重量％，在另 一个实施例中为70重量％至92重量％，并且在另一个实施例中为80重量％至90重量％。 在导电膏中具有这种量的导电粉末可保持太阳能电池应用的足够的电导率。
[0032] 在一个实施例中，导电粉末的形状可以为片状或球形。
[0033] 粒径在一个实施例中为0. 1至10 μ m，在另一个实施例中为0. 5至7 μ m，并且在另 一个实施例中为1至4 μπι。具有这种粒径的导电粉末可以充分分散在有机基料和溶剂中， 并且通过孔板印刷流畅地施用。在一个实施例中，导电粉末可以为具有不同粒径的导电粉 末中的两种或更多种的混合物。
[0034] 粒径通过采用激光衍射散射法测量粒径分布而获得，并可被定义为D50。 Microtrac型Χ-100是可商购获得的装置的示例。
[0035] 在一个实施例中，导电粉末可以为99 %的高纯度或更高纯度。然而，取决于电极图 案的电要求，也可使用更低纯度的银。
[0036] (ii)铝粉
[0037] 铝（A1)粉是至少包含铝的金属粉末。在一个实施例中铝粉的纯度为98%，并且 在另一个实施例中为99%或更高。基于导电膏的总重量计，在一个实施例中铝粉的含量为 0. 4至3重量％，在另一个实施例中为0. 5至2重量％，并且在另一个实施例中为0. 6至1. 6 重量％。在导电膏中通过以这种量添加铝粉能够降低接触电阻并且改善太阳能电池的电