专利名称：包括电气触点的器件及其制造工艺的制作方法
技术领域：
本发明涉及包括导电表面和电流能够通过的电气触点的器件。本发明也涉及生产这种器件的方法。该方法用于太阳能电池电气触点制造特别有利。
背景技术：
光伏太阳能电池具有极高的电流密度，在垂直于太阳辐照的方向上每单位面积的电流是在10到50Aa/cm2的范围。这样的器件在图I中以横截面解说明。生成的光电流通常通过导电前层I收集和运输，导电前层I诸如是高度掺杂的硅区、薄透明金属层、或透明导电氧化物如Sn02，ΙΤ0, ZnO, InO:H(氧化铟)或其组合物。最终电流被称为指形件或网格触点2的更导电的接触线(contact line)收集。图5示出设置在光伏太阳能电池前侧的典型金属网格图案。母线3通常与高度导电金属丝(string)接触(焊接、熔接或用 导电胶接触)，从而汲取电流，该电流在光学活性区之上(即，没有被接触网覆盖)均匀产生，并被薄指形件或网格触点2收集。这些网格触点通常是用导电浆料如含银浆料的丝网印刷沉积的。如果丝网印刷的触点仅是通过丝网印刷或相关技术(如，模版印刷)使用单次印刷或双次印刷实现的，则它们倾向于是宽触点(70-120 μ m)，因而遮蔽太阳能电池并形成光损耗，通常4-11 %的太阳能电池表面被反射材料覆盖(表示没有光子可被收集的区域)。而且，丝网印刷浆料(通常是具有无机和有机组分的Ag片)的体积电阻率显著高于一种相应散块材料。在Ag情形中，在高温(700-900°C )固化的浆料的电阻率比块Ag的电阻率高2-3倍，且在低温(150-300°C)固化的浆料情形中，高7-10倍。这个低导电率可导致光伏太阳能电池的接触指中的强电损耗。为了补偿低导电率，必须印刷厚指形件(通常几十微米)。缺点是其仍然是不足的并还产生电损耗，此外，需要使用大量丝网印刷浆料，而这是昂贵的组分。如图2所示，限制光学损耗、电气损耗两者和节省材料的一种可能性是通过丝网印刷或其他技术，将较薄的种子线4上沉积在导电前层I上，且随后通过镀覆工艺(化学镀或电镀)增强电气接触，通常使用Ag、Cu、Ni和其他层用于镀覆触点。镀覆材料5的优点是较高的导电性，更接近使用的材料的体导电率。问题是在提出的构造中，种子线或网格触点4、和底层I都是导电的。因此，通过镀覆沉积的材料5也倾向于沉积在种子线4和底层I两者上，或至少部分沉积在底层I上。然后，这会导致电池前表面上不希望的金属覆盖，导致光损耗。通过改变镀覆溶液的成分实现指形触点4和底层I之间的“选择性”可能起作用，但这也难于保证任何生产中的鲁棒工艺，因为原则上，所有导电层能够给出或接受镀覆工艺(而且使用电镀)中需要的电子。本发明的一个目的是提供器件，如太阳能电池，其允许避免现有技术的缺点。更特别地，本发明的一个目的是提供包括导电表面和电气触点的器件，所述电气触点具有减小的尺寸和增加的导电率。
发明内容
本发明涉及包括导电表面和电气触点的器件，电流能够通过这些电气触点。根据本发明，所述电气触点包括沉积在导电表面上的导电种子，不连续覆盖所述导电种子以便形成进入所述导电种子的开口的电气绝缘层，以及弥补(recovering)所述不连续绝缘层并沉积在导电种子上的镀覆层，导电种子可通过所述开口接触并形成可从其开始沉积所述镀覆层的点。而且，剩余的导电表面不包括任何电气触点，其由所述电气绝缘层连续覆盖。优选地，导电种子包含银。在某些实施例中，电气绝缘层可以是光学透明的。有利地，电气绝缘层可包括一层或叠层，其由从下面组中选择的材料制成，该组由MgF和其他光学透明的氟化合物、SiNx、Si02、Ti02、Al203、ZnS以及SiOxNy组成。也可使用基 于ZnO、SnO2或InO的未掺杂的透明导电氧化物。优选地，镀覆层可由从Ag和Cu组成的组中选择的材料制成。根据优选实施例，电气触点形成针对电流收集设计的图案，如网格。有利地，本发明的器件是太阳能电池，更具体地，是硅异质结太阳能电池。本发明也涉及制造上面定义的器件的方法，并包括以下步骤-提供导电表面，-在所述导电表面在对应于电气触点的位置的地方沉积导电种子，-在整个导电表面上沉积电气绝缘层，以便在导电种子的区域中形成不连续电气绝缘层，并在所述不连续绝缘层中提供可进入所述导电种子的开口，以及以便在剩余的导电表面上形成连续电气绝缘层，-利用镀覆层弥补不连续电气绝缘层和导电种子，导电种子可通过所述开口接触，所述镀覆层从所述导电种子开始生长，所述导电种子可通过所述开口接触，这样的导电种子形成所述镀覆层从其开始沉积的点。有利地，导电种子可通过沉积导电浆料形成，所述导电浆料具有适当的粗糙度和允许镀覆层生长的孔隙率。优选，可通过从下面组中选择的方法沉积浆料，该组方法由丝网印刷、模版印刷、气溶胶、注射器和喷墨印刷组成，从而形成适于从器件收集电流的图案，如网格。本发明也涉及使用上面定义的用于生产太阳能电池的方法，且更具体地，涉及硅异质结太阳能电池，其包括例如于其前侧上形成金属图案的电气触点。
图I和2是现有技术的太阳能电池的示意截面图，图3是本发明太阳能电池的示意截面图，图4a、4b、4c表示本发明方法的不同步骤，以及图5和6分别是现有技术的太阳能电池和本发明太阳能电池的示意顶视图。
具体实施例方式如图3和4a到4c所示，本发明的器件，如太阳能电池10包括导电表面12和电气触点14,电流能够通过所述电气触点。根据本发明，每个电气触点14都包括
-沉积在导电表面12上的导电种子16，-电气绝缘层18，其不连续覆盖所述导电种子16，以便形成可进入所述导电种子16的开口 20，以及-镀覆层22，其弥补所述不连续绝缘层18并沉积在导电种子16上，导电种子16可通过所述开口 20接触并形成所述镀覆层22从其开始沉积的 点A。而且,不包括电气触点14的剩余导电表面12由所述电气绝缘层18连续覆盖。根据本发明，器件包括集成到每个电气触点中的不连续电气绝缘层。这类器件是导电器件，因为包括电气绝缘部件的电气触点也包括导电种子和链接所述电气绝缘部件和所述导电种子，且因此链接导电表面的镀覆层，因为导电种子沉积在所述导电表面上。根据本发明的方法，首先沉积导电种子16的精细接触线，被称为指形件或网格触点。在这个例子中，接触线形成网格。显然，网格可以用适于从太阳能电池收集电流的任何适当图案取代。指形件的横向尺寸为10-50μπι。为了获得导电种子16，使用导电浆料。该导电浆料通常含银片或纳米或含银颗粒。这样的浆料具有足够粗糙度和孔隙率，如通常通过丝网印刷或喷墨打印或分配含微颗粒和纳米颗粒的浆料获得。种子层可以是薄的，仅几个微米，并构成网格触点的导电种子16。然后，电气绝缘(相对底导电前层18绝缘，即具有至少高100倍的电阻率)且在太阳能电池的吸收范围内光学透明的层(通常在所关心范围内吸收1-5%以下)，如MgF、SiNx, SiO2, SiOxNy> TiO2, ZnS或Al2O3或这些材料的多叠层通过诸如溅射、蒸发、化学气相沉积、等离子增强化学气相沉积的任何技术沉积在器件的整个前侧上。如图4b所示，沉积是这样的，导电种子16的一些部分没有被完全覆盖，即沉积的层18在导电种子或细线网格触点16上是不连续的，以便形成开口 20，开口 20留出通向导电种子16的入口。然而，电池的其他“光学活性区”24由电气绝缘层18覆盖。在最后一步，进行镀覆工艺。由于覆盖“光学活性区”24的电气绝缘层18，并且由于导电种子或网格触点16中的保留开口 20没有被绝缘层18覆盖，所以镀覆可仅在网格触点上开始，有绝缘层的地方不发生镀覆，这是由于镀覆要求有电流流过，特别在电镀的情形中。镀覆工艺的选择性是最优的，且网格触点的电导率可通过镀覆增强，如图4c所示。网格触点指形件可由几微米或几十微米的高导电材料增厚。在该工艺结束时，获得器件，其包括电气触点14，与已知的金属网格图案相比，电气触点14具有减小的尺寸和增加的导电率。图6示出电气触点14不和图5所示的典型电气触点2 —样宽。绝缘层18的选择是重要的。绝缘层应足够厚以便沉积在器件的光学活性区上时没有针孔或不连续性，或至少足够密实从而防止金属沉积。如果必须以高度导电薄线金属化的器件不需要捕获光，则绝缘层18无需是光学透明的。本发明也可有利地用于太阳能电池的背侧或利用晶片(如通过电池的金属化包中的晶片)中的孔洞将前金属化图案带到太阳能电池背部且两个电气触点都在电池背侧的太阳能电池。更一般地，本发明允许增强任何导电表面(包括金属的)上任何形状的电气触点，只要存在粗糙种子层且很好地选择用于沉积的粗糙种子层的应用技术。而且，通过选择具有在I. 3和2. 4之间的适当折射率的沉积层，或这类材料多叠层，根据覆盖模块(通常为聚合物基密封剂)中电池的材料和导电前层以及底层的折射率，可以实现太阳能电池的额外抗反射效果，其可导致百分之几的额外电流增益。
本发明在使用晶体晶片和掺杂层之间的薄(2-10nm)本征非晶硅层，应用于所谓的硅异质结太阳能电池时特别有意义。这类电池在前侧且有时在后侧由透明导电氧化物覆盖，如ITO、ZnO或Sn02、或H掺杂的氧化铟。由于电池是在约200°C制造的，其不能经受270-300 °C以上的高退火温度。在该情形中，本发明的工艺应用特别好，因为不能施加“高温”金属化浆料。
权利要求
1.一种器件，其包括导电表面(12)和电流能够通过的电气触点(14)，其特征在于所述电气触点(14)包括沉积在导电表面(12)上的导电种子(16)、不连续覆盖所述导电种子(16)以便形成开口(20)的电气绝缘层(18)和弥补所述不连续绝缘层(18)并沉积在导电种子(16)上的镀覆层(22)，所述开口(20)留出通向所述导电种子(16)的入口，所述导电种子(16)可通过所述开口(20)接触并形成所述镀覆层(22)的沉积从其开始的点，并且其特征在于不包括任何电气触点(14)的剩余的所述导电表面(12)由所述电气绝缘层(18)连续覆盖。
2.根据权利要求I所述的器件，其特征在于所述导电种子(16)包含银。
3.根据权利要求I到2中任一项所述的器件，其特征在于所述电气绝缘层(18)是光学透明的。
4.根据权利要求I到3中任一项所述的器件，其特征在于所述电气绝缘层(18)包括由从下面组中选择的材料制成的一层或叠层，该组由MgF和其他光学透明的氟化合物、SiNx,ZnS, TiO2' Si02、SiOxNy 以及 Al2O3 组成。
5.根据权利要求I到4中任一项所述的器件，其特征在于所述镀覆层(22)由从Ag和Cu组成的组中选择的材料制成。
6.根据权利要求I到5中任一项所述的器件，其特征在于所述电气触点(14)形成为电流收集设计的图案。
7.根据权利要求I到6中任一项所述的器件，其特征在于所述器件是太阳能电池。
8.根据权利要求7所述的器件，其特征在于所述太阳能电池是硅异质结太阳能电池。
9.制造根据权利要求I到8中任一项所述的器件的方法，其特征在于所述方法包括以下步骤 -提供导电表面(12)， -在所述导电表面(12)对应于电气触点(14)的位置的地方中沉积导电种子(16)， -在整个导电表面(12)上沉积电气绝缘层(18)，以便在导电种子(16)的区域中形成不连续电气绝缘层，并在所述不连续绝缘层中提供开口(20)，以及以便在剩余的导电表面(12)上形成连续电气绝缘层，所述开口(20)留出通向所述导电种子(16)的入口， -用镀覆层(22)弥补不连续电气绝缘层(18)和导电种子(16)，所述导电种子通过所述开口(20)可接触，所述镀覆层(22)从通过所述开口(20)可接触的所述导电种子(16)开始生长。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于所述导电种子(16)是通过沉积导电浆料形成的，所述导电浆料具有适当的粗糙度和允许所述镀覆层(22)生长的孔隙率。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于所述浆料是通过从下面组中选择的方法沉积的，该组由丝网印刷、模版印刷、气溶胶、注射和喷墨印刷组成，从而形成适于从所述器件收集电流的图案。
12.根据权利要求9到11中任一项所述的方法，其特征在于所述电气绝缘层(18)包括由从下面组中选择的材料制成的一层或叠层，该组由MgF和其他光学透明的氟化合物、SiNx、Si02、ZnS, TiO2' SiOxNy 以及 Al2O3 组成。
13.根据权利要求9到12中任一项所述的方法，其特征在于所述电气绝缘层(18)是光学透明的。
14.根据权利要求9到13中任一项所述的方法，其特征在于所述镀覆层(22)的材料是从Ag和Cu组成的组中选择的。
15.权利要求9到14所述的方法用于制造太阳能电池的用途，具体是制造硅异质结太阳能电池的用途。
全文摘要
本发明涉及一种器件，其包括导电表面(12)和电流能够通过的电气触点(14)。所述电气触点(14)包括沉积在导电表面(12)上的导电种子(16)，电气绝缘层(18)，其不连续覆盖所述导电种子(16)以便形成进入所述导电种子(16)的开口(20)，以及弥补所述不连续绝缘层(18)并沉积在导电种子(16)上的镀覆层(22)，该导电种子可通过所述开口(20)接触并形成所述镀覆层从其开始沉积的点。不包括任何电气触点(14)的剩余的所述导电表面(12)由所述电气绝缘层(18)连续覆盖。
文档编号H01L31/0224GK102668105SQ201080046306
公开日2012年9月12日 申请日期2010年10月11日 优先权日2009年10月13日
发明者C·巴立夫 申请人:洛桑联邦理工学院(Epfl)