防止有害的太阳能电池极化的制作方法

专利名称：防止有害的太阳能电池极化的制作方法
技术领域：
本发明一般涉及太阳能电池，更具体地但不排他地涉及太阳能 电池结构、组件、制造和现场安装。2. 背景技术的描述太阳能电池是众所周知的用于将太阳辐射转换成电能的设备。 所述太阳能电池可以利用半导体处理工艺在半导体晶片上制造。一 般来说，太阳能电池可以通过在硅衬底上形成p型区和n型区来制 造。每一相邻的p型区和n型区都形成p-n结。照射在太阳能电池 上的太阳辐射生成迁移到p型和n型区的电子和空穴。由此产生跨 p-n结的电压差。在背面接触太阳能电池中，p型和n型区耦合到在 太阳能电池背面上的金属接触，以便允许外部电路或设备耦合到太 阳能电池和由太阳能电池供电。背面接触太阳能电池也在美国专利 No. 5,053,083和No.4,927,770中予以公开，两者全文在此通过引用被 纳入。若干太阳能电池可以连接在一起以形成太阳能电池阵列。太阳 能电池阵列可以封装成太阳能电池组件。该组件包括允许太阳能电 池阵列经受环境条件和用于现场的保护层。如果没采取预防措施， 太阳能电池在现场可能被高度极化，造成减小的输出功率。在这里 公开了用于防止有害的太阳能电池极化的技术。发明内容在一个实施例中，通过提供从太阳能电池的正面到晶片的本体 (bulk)泄放电荷的导电通路来防止有害的太阳能电池极化或者使之 最小。例如，导电通路可以包括介质钝化层中的图案化的孔、导电层。也可以通过偏置太阳能电池组件在太阳能电池的正面上的区来
防止有害的太阳能电池极化。基于阅读本公开的整体，对具有本领域普通技术的人员来说， 本发明的这些和其他特征将是显而易见的，本公开的整体包括附图 和权利要求书。


图1表示可利用本发明实施例的实例太阳能电池组件的分解图。图2示意地表示图1的太阳能电池组件的截面。图3A和3B表示发明人认为造成太阳能电池极化的机制的模型。图4A、 4B、 5A、 5B、 5C、 5D和6示意地表示出按照本发明的实施例的太阳能电池的截面。图7A示意地表示按照本发明的实施例的太阳能电池组件。 图7B和7C示意地表示按照本发明的实施例的太阳能系统。 在不同的附图中相同参考标号的使用表明相同或相似的部件。除非另加注解，否则附图不必按比例绘制。
具体实施方式
在本公开中，为提供对本发明实施例的彻底了解，提供了许多 具体细节，诸如装置、部件和方法。然而，本领域普通技术人员会 认识到，本发明在没有一个或多个这些具体细节的情况下也能得以 实施。在其他情形下，为避免使本发明的各方面晦涩，未示出或者 描述众所周知的细节。现在参照图1，示出了可利用本发明实施例的实例太阳能电池组 件100的分解图。这样的太阳能电池组件也在共同转让的于2003年 8月1日所提交的美国申请No. 10/633,188中被公开。然而要注意到，本发明的实施例对其他太阳能电池组件也是适用的。在图1的例子中，该太阳能电池组件100包括透明罩104、封装 物103(即103-1、 103-2)、包含互连的太阳能电池200的太阳能电 池阵列110以及背板102。由于该太阳能电池组件100典型地在固定 应用中得以使用，例如在屋顶上或者为发电站所使用，所以它是所 谓的"陆上太阳能电池组件"。因此，该太阳能电池组件100装有面 向太阳的透明罩104。在一个实施例中，透明罩104包括玻璃。太阳能电池200的正面通过透明罩104朝向太阳。封装物103横向连接并 结合太阳能电池200、罩104以及背板102以形成保护封装。在一个 实施例中，封装物103包含乙烯-醋酸乙烯共聚物(poly-ethyl-vinyl acetate, "EVA")。太阳能电池200的背面面向附到封装物103-1上的背板102。在 一个实施例中，背板102包含出自Madico公司的Tedlar/聚酯 (Polyester ) / EVA ( "TPE，，)。在TPE中，Tedlar是保护免遭 环境影响的最外层，聚酯提供额外的电绝缘，EVA是促进对封装物 103-1的附着力的非横向连接薄层。用作背板703的TPE的替代物包 括例如Tedlar/聚酯/Tedlar ( TPT )。图2示意地表示出太阳能电池组件100的截面。为理解容易， 图2已用范例材料注释。然而要注意到，在无损本发明的优点的情 况下也可以采用其他材料。为了本公开的目的，太阳能电池的正面 包含在晶片203的正面上(即从钝化层202向罩104)的材料、部件 以及特征，而太阳能电池的背面包含在晶片203的背面上(即从掺 杂区204向背板102)的材料、部件以及特征。太阳能电池200的正 面上的材料被配置用以在正常工作期间面向太阳。太阳能电池200 的正面上的材料就本性或厚度而言是透明的，以便允许太阳辐射射 过。在图2的例子中，晶片203包括带有n型正面扩散区207的n 型硅晶片。正面扩散区207已示意地用虚线分开以表明它处于晶片 203的珪之中。介质钝化层(dielectric passivation layer ) 202在图2 的例子中包含二氧化硅，该介质钝化层202在晶片203的正面上形 成。抗反射涂层(anti-reflective coating, "ARC" ) 201在介质钝化 层202的顶部形成。在一个实施例中，抗反射涂层201包含通过等离 子体增强型化学气相沉积(PECVD)所形成的厚度约为400埃的氮 化硅。在一个实施例中，钝化层202包含所形成的厚度约为200埃的 二氧化硅。钝化层202可以通过高温氧化直接在晶片203的顶部表面 上生长。在图2的例子中，用作太阳能电池200的电荷收集结的p型掺 杂("P+")和n型掺杂("N+")区204在晶片203中形成。在 无损本发明的优点的情况下，p型和n型掺杂区204也可以在晶片 203外部形成，例如在晶片203背面上所形成的层之中。金属接触206 在太阳能电池200的背面上形成，其中每个金属接触206都耦合到相 应的p型或n型掺杂的收集区。氧化物层205被图案化(pattern) 以允许金属接触206连接到掺杂区204。典型地，金属接触206连接 到太阳能电池阵列110中的其他太阳能电池200的金属接触。金属接 触206允许外部电路或设备从太阳能电池组件100接收电流。太阳能 电池200是背面接触太阳能电池，因为所有到其收集区的电连接都 在其背面形成。如在图2中所示，太阳能电池200通过背板102、封装物103以 及罩104保护。构架(frame) 211包围太阳能电池200和其保护层。 在某些状况下，基本上可以降低太阳能电池组件100的输出功率产 生能力。由于太阳能电池组件100可以例如通过在有利的电流流通 方向上用高电压偏置太阳能电池组件100而恢复回到其原始状况， 所以输出功率的所述减少是可逆的。发明人认为，这种输出功率减 少是由于在电荷如箭头212所示从太阳能电池200的正面向构架211 泄漏时，太阳能电池200被极化。在一个例子中，正电荷载流子从 太阳能电池200的正面泄漏，由此让抗反射涂层201的表面带负电。 在抗反射涂层201的表面上的负电荷吸引带正电的光生空穴 (positively charged light generated hole )， 所述带正电的光生空穴 中的一些同n型硅晶片203中的电子重组合，而不是在掺杂收集区 处寻皮收集。因为太阳能电池200具有n型正面扩散区，所以当在场中(in the field)介质钝化层202具有电场极性，使得电子被排斥、而空穴被吸 引到在介质钝化层202和正面扩散区207之间的界面时、也就是说当 介质钝化层202的电位比正面扩散区207小时，有害的极化可能发 生。在场工作中，在以相对地的正电压操作太阳能电池200时，这 将会发生。在太阳能电池具有p型正面扩散区的其他实施例中，当 太阳能电池在场中相对地变成负偏置的(即成为更负的)时，有害 的极化可能发生。如众所周知的，可以掺杂p型硅晶片以具有n型 正面扩散区。同样地，可以掺杂n型硅晶片以具有p型正面扩散区。 虽然实例太阳能电池200具有n型硅晶片中的n型正面扩散区，但 本发明的教导可适于其他类型的太阳能电池衬底。
图3A示意地表示出发明人认为是造成太阳能电池极化原因的 机制的模型。在图3A的模型中，电流通过玻璃(例如罩104)的正 面流向太阳能电池或者从太阳能电池流出，并且通过旁路泄漏到太 阳能电池的背面。电阻Rg,代表从氮化物ARC(例如抗反射涂层201) 到玻璃正面的泄漏电阻，Rsh是从氮化物ARC到太阳能电池的背面 的旁路泄漏。实际上，将会有跨太阳能电池出现的分布式电压，所 述分布式电压在边缘以低值开始并且朝着中间增大。在任何情况 下，氮化物ARC至硅晶片电压不应该超过氧化物击穿电压。在图3A 和3B中，电容"C"代表包括用作电介质的氧化物钝化层(例如介 质钝化层202 )、用作第一电容器板的氮化物ARC以及用作第二电容器板的硅晶片的电容器。图3B示意地表示出图3A结构的集总元件近似等效电路。为该 分析的目的，给电压加参考符号到太阳能电池的背面。假定起始栅 极电压是零的对该电路的瞬时解由方程式EQ. 1表示封装物上的电压，所述EVA封装物如同金属氧化物半导体(MOS) 晶体管的栅极。MOS晶体管的栅极氧化物是氧化物介质钝化层。如 所述，电容"C"代表由氮化物ARC、氧化物钝化层和硅晶片所组 成的电容器。一旦对太阳能电池加电，栅极(即正面EVA封装物)将斜面上 升并且达到电压VT,这引起在由方程式EQ. 2所表示的降解 (degradation)时间td后的某一降解量其中并且&是并联等效电阻。Vg代表正面EVA外，发射区的形状可以是棱柱形的，或者至少部分地为球形。发射层可以是采用CVD或其它已知的方法施加的薄层。如果侧壁2包括金属、最好是不锈钢或由其制成，由于发射区有较 大的尺寸，简单地通过使壁的内表面变粗糙就足以提供适当的发射表 面，这种变粗糙或者是通过机械手段，或者最好是通过刻蚀获得，刻蚀 例如通过等离子体刻蚀，或者特别是通过化学刻蚀来实现。即使不采用 掩模或其它的构造工具， 一个简单的刻蚀过程就会产生出粗糙的带有尖 锐的边缘和顶端的表面，在这些部位电场将达到局部的极大值，电场强 度被升到足够高，简单地通过产生壁材料的颗粒(by bringing out the grain of the wall material)就可以产生足够强的电子发射。当然，也可以使壁设有被发射区覆盖的表面部分，这些发射区具有 另外的形状，特别是有大致弯曲的形状，即，非平面的发射区，例如中 凹的球形，或者甚至为波紋状或中凸形状。除了所希望的电性能要求的 小尺度(或比例)的表面粗糙度以外，在较大的尺寸(或比例)上，表 面可以基本上是平滑的，或者，表面可以是分片(或分段)平滑的，或 者甚至是分片平面的，带有这些片交会的边缘。整体构形最好是非平面 的，为的是与整体平面构形的发射表面相比发射表面的面积(或区域) 可以更大些。发射区可以覆盖例如0.5平方厘米和80平方厘米之间，特 别是1平方厘米和50平方厘米之间。门9可以是一种由金属细丝制成的细丝筛网，或者也是由金属例如 镍，钼或不锈钢制成的格栅，这些金属应该是能经受溅射的金属。另一 种可能的情况是提供由等间隔分布的隔离器构成的相对稠密的阵列，这 些隔离器使得发射表面的高度升高 一定距离，该距离与发射表面与门之 间所希望的距离相对应，并且在这种情况下，用薄的金属薄膜的小片 (patches)覆盖面向离开支承壁的那些表面，这些小片合在一起形成 .门。在这种情况下，将发射区分隔成一个间断的发射表面和一个形状互 补的门表面，电场强度在各边界处最强。特别是在后面这种情况下，也 可以通过CVD或者类似的方法施加上这些隔离器，并且也可以通过已 知的半导体制造方法将这些小片通过隔离器彼此电连接起来，并进一步 连接到可控的电压源14上。除了绝缘的隔离器以外，也可以采用其它的隔离器，比如厚度为几 微米的多孔隔离层，例如带有微孔的陶资薄膜。门就可以取覆盖隔离层
<formula>formula see original document page 11</formula>能重安排上列方程以表明在由方程式EQ. 8给出在光亮中的恢 复时间时满足EQ. 7:<formula>formula see original document page 11</formula>换言之，如果太阳能电池组件100在阳光下在无偏置的情况下在比该太阳能电池组件在存在所施加的偏压情况下在黑暗中降解所 花费的时间短的时间内恢复，则该组件在阳光下在存在所施加的偏 压情况下将是稳定的。在一些实施例中，通过增加正面抗反射涂层/钝化层栈中的垂直 电导率来防止有害的太阳能电池极化或使之最小。在这些实施例中，电荷从太阳能电池的正面泄放到晶片的本体。现在参照图4A和 4B描述这些实施例。图4A示意地表示出按照本发明的实施例的太阳能电池200A的 截面。太阳能电池200A是在图2中所示的太阳能电池200的特定实 施例。除了使用很薄的氧化物(即二氧化硅)层202A作为钝化层202 和使用抗反射涂层201A作为抗反射涂层201外，太阳能电池200A 与太阳能电池200相同。在图4A的例子中，抗反射涂层201A可以 包含具有约400埃厚的碳化硅，并且晶片203包括N型硅晶片。薄 氧化物层202A优选地足够薄以将电荷泄放到晶片的本体，以便防止 电荷累积以及使得在它出现相对高的电压时发生氧化物击穿。薄氧 化物层202A可以直接在晶片203上形成。在一个实施例中，利用臭 氧氧化物工艺来形成厚度约为10埃到20埃的薄氧化物层202A，所述臭氧氧化物工艺包括在包含悬浮在去离子水中的臭氧的槽中浸渍 晶片203。图4B示意地表示出按照本发明的实施例的太阳能电池200B的 截面。太阳能电池200B是在图2中所示的太阳能电池200的特定实 施例。除了使用图案化的介质钝化层202B作为钝化层202外，太阳 能电池200B与太阳能电池200相同。在图4B的例子中，钝化层202B 包含二氧化硅，抗反射涂层201包含氮化硅，以及晶片203包括N 型硅晶片。如在图4B中所示，钝化层202B已被图案化以具有允许 氮化硅抗反射涂层201接触硅晶片203的孔。这允许抗反射涂层201 上的电荷通过氧化物钝化层202B中图案化的孔而泄放到晶片203的 本体。钝化层202B中的每个孔可以利用传统的光刻工艺来形成并且 与可用光刻设备所允许的那样小。图案化的孔互相分离例如约0.1 mm到约0.2 mm。通过防止在抗反射涂层201中的电荷累积，穿孔 的钝化层202B有利地防止太阳能电池极化。在一些实施例中，为防止太阳能电池极化，增加在太阳能电池 的正面上和朝向其边缘的横向电导。因为钝化层具有穿过所述钝化 层的自然缺陷(自然形成的孔)，所以对于导电抗反射涂层而言可 能的是通过这些缺陷将积聚的电荷泄放到晶片的本体。然而， 一些 太阳能电池抗反射涂层可能不具有足以使这发生的导电性。因此， 在一些实施例中，横向形成导电层，以接触抗反射涂层来允许电荷 通过该导电层和钝化层中的自然缺陷而从抗反射涂层泄放到晶片的 本体。在其他实施例中，抗反射涂层本身是充分导电的。现在参照 图5A-5D描述这些实施例。图5A示意地表示出按照本发明的实施例的太阳能电池200C的 截面。太阳能电池200C是在图2中所示的太阳能电池200的特定实 施例。除了在抗反射涂层201的顶部表面上形成透明的导电涂层501 外，太阳能电池200C与太阳能电池200相同。在图5A的例子中， 钝化层202包含二氧化硅，抗反射涂层201包含氮化硅，以及晶片 203包括N型硅晶片。在一个实施例中，透明的导电涂层501包括导 电有机涂层，例如PEDOT/PSS ( Baytron-P)涂层。可以在抗反射涂 层201的顶部直接喷涂或丝网印刷透明的导电涂层501。透明的导电 涂层501可以形成例如约为IOO埃的厚度。仅仅在封装前，作为太阳 能电池制造工艺中的最后步骤可以把透明的导电涂层501施加在太 阳能电池200上。因为氮化硅抗反射涂层201不是充分导电的，所以氮化硅中的 电荷只能迁移短的距离，该距离不足以到达钝化层202中的自然缺 陷(defect)。透明的导电涂层501允许抗反射涂层201中的电荷迁 移足以到达钝化层202中的自然缺陷的距离并且泄放到晶片203的 本体。
图5B示意地表示出按照本发明的实施例的太阳能电池200D的 截面。太阳能电池200D是在图2中所示的太阳能电池200的特定实 施例。除了导电抗反射涂层(ARC) 201B用作抗反射涂层201外， 太阳能电池200D与太阳能电池200相同。在图5B的例子中， <純化 层202包含二氧化硅，晶片203包括N型硅晶片。导电ARC 201B通过防止电荷在其之中积聚而有利地使太阳能电池极化最小。导电 ARC 201B中的电荷可以通过钝化层202中的自然缺陷而泄放到晶片的本体。在一个实施例中，导电ARC 201B包括自然导电(即在不添加 杂质的情况下导电)的抗反射涂层，例如二氧化钛(Ti02)。在其他实施例中，导电ARC 201B包含通过添加杂质而成为导 电的非导电抗反射材料。如此做的一种方式是，在抗反射材料在钝 化层202上形成期间从金属气体源添加金属杂质。例如，导电ARC 201B可以包含用氟掺杂的氧化锡(SnO: F)、用硼掺杂的氧化锌 (ZnO: B)或者用磷或硼掺杂的碳化硅(SiC: P )或(SiC : B)。 作为特定的例子，通过在淀积期间在添加磷化氢气体(PH3)或乙硼 烷气体(B2H6)情况下碳化硅(SiC)的等离子体增强型化学气相沉 积(PECVD)可以形成厚度约为400埃的导电ARC 201B。图5C示意地表示出按照本发明的实施例的太阳能电池200E的 截面。太阳能电池200E是在图2中所示的太阳能电池200的特定实 施例。除了在抗反射涂层201的顶部上形成透明的导电层502外，太 阳能电池200E与太阳能电池200相同。在图5C的例子中，钝化层 202包含二氧化硅，抗反射涂层201包含氮化硅，以及硅晶片203包 括N型晶片。像太阳能电池200C的导电涂层501 (图5A) —样， 透明的导电层502允许抗反射涂层201中的电荷迁移足以到达钝化 层202中的自然缺陷的距离和泄放到晶片203的本体。可以直接在抗反射涂层201上蒸发、溅射或沉积透明的导电层 502。透明的导电层502可以包含透明的导电氧化物，例如所形成的 厚度约为200埃的用氟掺杂的氧化锡(SnO: F)、用硼掺杂的氧化 锌(ZnO: B)或者用磷或硼掺杂的碳化硅(SiC: P )或(SiC : B)。图5D示意地表示出按照本发明的实施例的太阳能电池200F的 截面。太阳能电池200F是在图2中所示的太阳能电池200的特定实 施例。除了在钝化层202和抗反射涂层201之间形成相对薄(例如约 200埃)的导电层503外，太阳能电池200F与太阳能电池200相同。 在图5D的例子中，钝化层202包含二氧化硅，抗反射涂层201包含 氮化硅，以及硅晶片203包括N型晶片。薄的导电层503允许电荷 从抗反射涂层201泄放到薄的导电层503并且通过钝化层202中的自 然缺陷泄放到晶片203的本体。在一个实施例中，导电层503包含直 接在钝化层202的顶部表面上所形成的厚度约为200埃的多晶硅。抗 反射涂层201可以在导电层503的表面上直接形成。导电层503可以 在形成抗反射涂层201的情况下通过PECVD和就地(即在一次装载 中在相同的腔或聚集装置(cluster tool)中)形成。导电层503也可 以包含所形成的厚度约为200埃的用氟掺杂的氧化锡(SnO: F)、 用硼掺杂的氧化锌(ZnO: B)或者用磷或硼掺杂的碳化硅(SiC: P) 或(SiC : B)。在图4和5的实施例中，为了防止有害的太阳能电池极化，增 加从太阳能电池正面到晶片本体的电导率。这等效于降低图3B的模 型中的旁路电阻Rsh。在其他实施例中，为了防止电荷泄漏，通过透 明罩增加从太阳能电池正面到组件的其余部分的电阻。这等效于增 加图3B的模型中的电阻Rgl。通过堵塞电荷泄漏通路可以增加从太 阳能电池正面到太阳能电池组件的其余部分的电阻，如现在参照图6 所描述的。图6示意地表示出按照本发明的实施例的太阳能电池200G的截 面。太阳能电池200G是在图2中所示的太阳能电池200的特定实施 例。除了透明的电绝缘体层691在抗反射涂层201上方形成之外，太 阳能电池200G与太阳能电池200相同。在图6的例子中，钝化层 202包含二氧化硅，抗反射涂层201包含氮化硅，以及硅晶片203包 括N型晶片。电绝缘体层691在抗反射涂层201上方形成，以通过 防止电荷从太阳能电池200G的正面向罩104泄漏出来(见图2)来 防止太阳能电池极化。在一个实施例中，电绝缘体层691包含通过 常压化学气相沉积(atmospheric pressure chemical vapor depositioin, APCVD)所形成的约O.l到1.0 jim厚度的二氧化硅(Si02)。通过偏置太阳能电池组件在太阳能电池的正面上的区，也可以
防止有害的太阳能电池极化，如现在参照图7A所讨论的。图7A示意地表示出按照本发明的实施例的太阳能电池组件 100A。太阳能电池组件100A是在图2中所示的太阳能电池组件100 的特定实施例。在图7A中示出了若干太阳能电池200连同其互连 200。互连200把一个太阳能电池200串行连接到另一个。除了添加 导电通路来停止在电池正面的组件部分的电位以防有害的泄漏电流 (即，对于n型电池组件在30V之上、之处或之内)夕卜，太阳能电 池组件100A与太阳能电池组件100基本上相同。在一个实施例中， 通过在透明罩104(例如玻璃)的背部表面上放置透明导电层684并 且把该导电层684连接到太阳能电池200的背部表面来形成导电通 路。在图7A的例子中，通过电连接683把导电层684连接到互连 682，所述互连682连接到太阳能电池200的背面。在图7A的例子 中，优选实施例是，导电层684连接到互连200,所述互连对于具有 n型正面扩散区的电池连接到阵列中的最高(即最正)或接近最高电 位的太阳能电池200以及对于具有p型正面扩散区的电池连接到阵 列中的最低(即最负)或接近最负电位的太阳能电池200。导电层 684与太阳能电池组件100A的构架绝缘，以防止高电压处在组件外 部上的不安全状况。导电层684可以包含用氟掺杂的氧化锡(SnO: F)、氧化铟锡(ITO)、氧化锌(ZnO)或者其他透明氧化物或透 明有机导体。在优选实施例中，该导电层具有大约5e4欧姆/平方的 板电阻。如前述，背板102在封装物103的底部表面上形成。在可替 代的实施例中，把封装物103做成导电的，以在太阳能电池200之上 形成近等电位场；在组件边缘处的封装物保持电绝缘，以防止高电 压处在组件外部上的不安全状况。在系统等级方法中，考虑整个太阳能系统以防止电荷从太阳能 电池的正面泄露。例如，可以偏置太阳能电池组件阵列，使得电荷 载流子从太阳能电池正面的泄漏被防止。现在参照图7B和7C描述 针对太阳能电池极化问题的实例系统等级方法。图7B示意地说明按照本发明的实施例的太阳能系统790。在图 7B的例子中，太阳能电池组件阵列630具有若干包括互连的太阳能 电池200的太阳能电池组件。太阳能电池组件阵列630的正输出端子 被标注为节点616,而其负输出端子被标注为节点617。在图7B的
例子中，太阳能电池200是串联连接的，使得所述太阳能电池的正 端子朝向节点616，而所述太阳能电池的负端子朝向节点617。可以 存在与图7B中所示的所述串联并联的其他串联连接的太阳能电池 200。在图7B的例子中，太阳能电池组件阵列630与逆变器600耦合。 逆变器把直流(DC)变换成交流(AC)。在太阳能系统790中，逆 变器600从太阳能电池组件阵列630接收直流，并且将交流输出给电 网。如在图7B中所示，DC到DC转换器601把来自太阳能电池组 件阵列630的直流转换成另一直流。DC到DC转换器601的直流输 出通过DC到AC转换器602转换成交流。DC到AC转换器602的 交流输出通过隔离电路603被提供给电网。可替代地，隔离电路603 可以串联在DC到DC转换器601和DC到AC转换器602之间。在太阳能系统790中，太阳能电池阵列组件630的正端子接地。 与太阳能系统790类似的系统可以跟其他国家一起在北美和日本使 用。代表太阳能电池组件阵列630中的所有太阳能电池组件的构架 的构架614也接地，如标号611所示。把太阳能电池组件阵列630 的正端子和构架614接地使太阳能电池200和构架614之间的电位减 少，使从太阳能电池200的正面的泄漏最少。太阳能电池组件阵列 630的正端子可以在逆变器600之内或之外连接到地。在图7B的例子中，每个太阳能电池200都具有n型正面扩散 区。在这种情况下，有害的太阳能电池极化发生，原因在于太阳能 电池200相对地变为正偏置的。为了防止有害的极化，太阳能电池 组件阵列630的最高或接近最高电位(在这种情况下是节点616)相 应地被连接到地。在太阳能电池具有p型正面扩散区的其他实施例 中，太阳能电池相对地变为负偏置的时，有害的极化可能发生。在 该情况下，阵列中最低或接近最低电位太阳能电池(例如太阳能电 池组件阵列的负输出端子)可以被连接到地以防止有害的太阳能电 池极化。图7C示意地说明按照本发明的实施例的太阳能系统795。在图 7C的例子中，太阳能电池组件阵列630具有若干包括多个互连的太 阳能电池200的太阳能电池组件。太阳能电池组件阵列630的正输 出端子被标注为节点616,而其负输出端子被标注为节点617。在图
7C的例子中，太阳能电池200是串联连接的，使得所述太阳能电池 的正端子朝向节点616，而所述太阳能电池的负端子朝向节点617。 可以存在与图7C中所示的所述串联并联的其他串联连接的太阳能电 池200。在图7C的例子中，太阳能电池组件阵列630与逆变器650耦 合。逆变器650从太阳能电池组件阵列630接收直流，并且将交流输 出给电网。如在图7C中所示，DC到DC转换器651把来自太阳能 电池组件阵列630的直流转换成另一直流。DC到DC转换器651的 直流输出端由隔离电路653耦合到DC到AC转换器652。 DC到AC 转换器652的交流输出被提供给电网。可替代地，隔离电路653可位 于DC到AC转换器652的输出端处以将AC输出提供给电网。与太 阳能系统795类似的系统可以在IEC规范所涵盖的国家中被开发， 例如大多欧洲国家、英国及其他。在图7C的例子中，太阳能电池阵列组件630的输出被平衡到+/-1/2 (即正/负二分之一)太阳能电池组件阵列630的总电压值。也就 是说，在节点616处的电压理想地是太阳能电池组件阵列630的总电 压的+1/2，而在节点617处的电压理想地是太阳能电池组件阵列630 的总电压的-1/2。电阻器672和673是高值电阻器(或变阻器)，所 述高值电阻器平衡太阳能电池组件阵列630在接地点附近的输出。 实际上，太阳能电池组件阵列630的输出只是近似地被平衡，因为 平衡电阻器672和673具有高电阻(例如各约为10 MQ )。在典型的安装中，太阳能电池组件阵列630可能是浮动的，因 为没有电阻器671，并且逆变器650具有在太阳能电池组件阵列630 的输出端和至电网的AC输出端之间的DC-DC隔离。然而，发明人 已经发现，这样的安装将引起太阳能电池200的有害极化。在一个 实施例中，太阳能电池组件阵列630的正端子通过电阻器671连接到 地。在无损于本发明的优点的情况下，电阻器671可以是固定的、 可变的或电控的电阻。电阻器671偏置太阳能电池组件阵列630更接 近于其输出的正侧，以防止正电荷从太阳能电池200的正面泄漏。 换言之，电阻器671使太阳能电池组件阵列630向正"失衡，，，以 防止太阳能电池极化。同样地，如果太阳能电池极化是由从太阳能 电池200的正面的电子(而不是正电荷)泄漏引起的，则节点617(而不是节点616)可以通过电阻器671连接到地，以朝向其负输出 端来偏置太阳能电池组件阵列630。电阻器671可以具有约《平衡电 阻器(即电阻器672或673)的值的1/10th的电阻。要注意的是，逆 变器650也可以如此配置，使得所述逆变器根据泄漏电荷载流子(即 电子或空穴)的极性而使太阳能电池组件阵列630的平衡输出向正 或负失衡。例如，电阻器672的值可以相对电阻器673予以增加，以 便在不使用电阻器671的情况下使太阳能电池组件阵列630的输出 失衡。电阻器671也可以包括电子控制的电阻。例如，电阻器671的如，:样的电子电路可以^;传感器，其中在太阳能电池组件阵列 电阻减小到地电平时，例如在下雨时，该传感器检测何时需要较低 电阻。在图7C的例子中，每个太阳能电池200都具有n型正面扩散 区。在这种情况下，有害的太阳能电池极化发生，因为太阳能电池 200相对地变为正偏置的。为了防止有害的极化，太阳能电池组件阵 列630的最高或接近最高电位(在这种情况下是节点616)通过电阻 (例如电阻器671 )相应地连接到地。在太阳能电池具有p型正面扩 散区的其他实施例中，在太阳能电池相对地变为负偏置的时，有害 的极化可能发生。在该情况下，阵列中最低或接近最低电位太阳能 电池(例如太阳能电池组件阵列的负输出端子)可以通过电阻连接 到地以防止有害的太阳能电池极化。已公开了用于防止有害的太阳能电池极化的技术。虽然已提供了 本发明的特定实施例，但应理解的是，这些实施例是用于说明目的 而不是限制性的。对于阅读本公开的本领域普通技术的人员来说， 许多附加的实施例将是显而易见的。
权利要求
1.具有正面和背面的太阳能电池，所述太阳能电池的正面在正常工作期间面向太阳，所述太阳能电池包括在太阳能电池的背面上所形成的多个金属接触，所述金属接触中的每一个都耦合到太阳能电池的相应p型掺杂的或n型掺杂的收集区；直接在面向太阳能电池正面的硅晶片表面上所形成的介质钝化层；在介质钝化层上方所形成的抗反射涂层；以及导电通路，其被配置用以通过从太阳能电池正面到硅晶片的本体泄放电荷来防止有害的太阳能电池极化。
2. 权利要求1的太阳能电池，其中，导电通路包括介质钝化 层，并且介质钝化层包含具有约10到20埃厚度的二氧化硅。
3. 权利要求1的太阳能电池，其中，导电通路包括穿过介质 钝化层的图案化的孔。
4. 权利要求1的太阳能电池，其中，导电通路包括直接在正 常工作期间面向太阳的抗反射涂层的表面上所形成的导电涂层。
5. 权利要求l的太阳能电池，其中，抗反射涂层被配置成导 电的，以通过介质钝化层中的自然缺陷将电荷泄放到晶片的本体。
6. 权利要求5的太阳能电池，其中抗反射涂层包含用金属杂质 掺杂的抗反射材料。
7. 权利要求5的太阳能电池，其中抗反射涂层是自然导电的。
8. 权利要求1的太阳能电池，还包括直接在抗反射涂层的表面 上所形成的导电材料层。
9. 权利要求1的太阳能电池，还包括直接在抗反射涂层和介质 钝化层之间所形成的导电材料层。
10. 权利要求9的太阳能电池，其中，导电材料层直接接触介 质钝化层的表面和抗反射涂层的表面
11. 一种太阳能电池组件，包括a)多个串联连接的太阳能电池，所述多个太阳能电池中的至少 一个太阳能电池具有正面和背面，该太阳能电池的正面在正常工作 期间面向太阳，该太阳能电池包括 (i) 多个在太阳能电池的背面上所形成的金属接触，所述 金属接触中的每一个都耦合到太阳能电池中的相应P型掺杂的或n型掺杂的收集区；(ii) 直接在面向太阳能电池正面的硅晶片表面上所形成的 介质钝化层；和(iii) 在介质钝化层上方所形成的抗反射涂层；b) 以保护方式覆盖多个太阳电池的封装物；c) 在多个太阳电池的正面上方的透明罩；d) 在透明罩和太阳能电池正面之间的导电层，该导电层电耦合 到太阳能电池背面上的金属接触以防止太阳能电池极化。
12. 权利要求11的太阳能电池，其中透明罩包括玻璃。
13. 权利要求11的太阳能电池，其中，太阳能电池具有n型 正面扩散区并且太阳能电池处在比多个太阳能电池中的最低电位太 阳能电池较正的电位。
14. 一种太阳能系统，包括a) 多个太阳能电池，所述太阳能电池中的每一个都包括(i) 正面和背面，所述正面在正常工作期间面向太阳；(ii) 多个在背面上所形成的金属接触，所述金属接触中 的每一个都耦合到太阳能电池的相应p型掺杂的或n型掺杂的收集区；(m)在正常工作期间面向太阳的晶片表面上方所形成的 介质钝化层；以及(iv)在介质钝化层上方所形成的抗反射涂层；b) 包括多个太阳能电池的太阳能电池组件阵列，所述太阳能电c) 至太阳能电池组件阵列中的太阳能电池组件的构架的接地连接；d) 逆变器，其被配置用以将由太阳能电池组件阵列所产生的直 流转换成要被提供到电网的交流，该逆变器具有耦合到太阳能电池 组件阵列的正端子的正端子和耦合到太阳能电池组件阵列的负端子的负端子；其中，太阳能电池组件阵列被偏置，使得防止电荷从太阳电池 的正面泄漏到太阳能电池组件的构架。
15. 权利要求14的太阳能电池能量系统，其中，逆变器被配置 以从太阳能电池组件阵列接收平衡电压，并且还包括电阻，所述电阻把太阳能电池组件阵列的端子耦合到地以使来 自太阳能电池组件阵列的平衡电压失衡，使得防止电荷从太阳能电 池的正面泄漏。
16. 权利要求15的太阳能电池能量系统，其中，电阻把太阳能 电池组件阵列的正端子耦合到地。
17. 权利要求14的太阳能电池能量系统，其中多个太阳能电池 中的每一个太阳能电池都具有n型正面扩散区，以及其中通过把太 阳能电池组件阵列的正端子连接到地电位来偏置太阳能电池组件阵 列。
18. 权利要求14的太阳能电池能量系统，其中多个太阳能电池 中的每一个太阳能电池都具有p型正面扩散区，以及其中通过把太 阳能电池组件阵列的负端子连接到地电位来偏置太阳能电池组件阵 列。
19. 权利要求17的太阳能电池能量系统，其中通过电阻把太阳 能电池组件阵列的正端子连接到地。
全文摘要
在一个实施例中，通过提供从太阳能电池(200B)的正面向晶片(203)的本体泄放电荷的导电通路来防止有害的太阳能电池极化或者使之最小。例如，导电通路可以包括介质钝化层(202B)中图案化的孔、导电抗反射涂层或在抗反射涂层的顶部或底部表面上所形成的导电材料层。也可以通过偏置太阳能电池组件在太阳能电池的正面上的区来防止有害的太阳能电池极化。
文档编号H01L31/042GK101133500SQ200680006818
公开日2008年2月27日 申请日期2006年1月20日 优先权日2005年3月3日
发明者D·D·史密斯, D·H·罗斯, D·德瑟斯特, N·卡米纳, R·M·斯万森, V·德塞 申请人:太阳能公司