专利名称：太阳能电池及太阳能电池制造方法
技术领域：
本发明涉及一种太阳能电池及一种太阳能电池制造方法。
背景技术：
在将来的太阳能电池中，期待着将介质钝化层设在其半导体衬底的背面表面上， 以便使半导体表面的载荷子组合最小化，从而提高太阳能电池的效能。已知有许多材料可用作钝化层。从电池的角度来看，氧化铝作为钝化层材料的潜力尤其大，这是因为在半导体和氧化铝的交界处形成负电荷，而所述电荷由于在P型材料上发生场效应而带来所谓的场效应钝化。钝化之后，为了和太阳能电池产生接触，须在介质钝化的钝化层上形成一金属层。 目前在工业生产中最常见的现有太阳能电池的接触连接类型是采用在半导体衬底上涂覆金属膏、继而对其进行热处理的方法，从而得到金属层。所述热处理的步骤通常称为烧制步
马聚ο在此情形下，为了保证完工的太阳电池组件中的太阳能电池具有长期稳定的性能，务必保证金属膏与下层钝化层结合紧密。另一方面，形成粘接的反应又不可太强，以免破坏钝化。通常，可通过适当选择金属膏中玻璃粉的比例来设置金属层的粘接属性和烧制步骤中的反应速率。不过，反应速率和反应深度同样实质性地取决于钝化层材料的类型和组成。在此情形下，金属膏不够强力(即丝毫没有粘接作用)与太过强力(即破坏钝化) 的两种情形之间的工艺许容范围是很窄的。而钝化层必须非常薄(层厚大体在100纳米左右)的事实使得情况更加不利。此外，介质的不均勻状况，例如针孔、杂质(气泡)、开裂 (裂缝)等类似情况，以及非晶区与结晶区之间的过渡，都会影响反应次序。因此，在选择钝化层材料和金属膏材料二者的适当组合时，总需要在钝化层钝化属性与金属层粘接效果之间作一定的取舍。此外，举例而言，还没有发现适当的不破坏氧化铝钝化层的金属膏材料。最后，由于高质量的钝化层通常也非常昂贵，故而增加钝化层的层厚从经济角度而言并不可取。
发明内容
本发明的一个目的在于提供一种太阳能电池和太阳能电池制造方法，其既能获得钝化层与金属层之间的紧密粘接，又能获得钝化层的良好钝化效果。根据本发明，所述目的的实现是采用了一种具有权利要求1所述特征的太阳能电池和一种具有权利要求15所述特征的太阳能电池制造方法。各从属权利要求中列示了本发明的更多有利发展特征。本发明是基于如下理念将钝化层的效果与其上所设的金属化层的粘接效果彼此分开，从而避免受到前述取舍的限制。为达此目的，将覆盖层涂覆到背面钝化层的背面上， 该覆盖层既保护了背面钝化层亦优化了金属化层与半导体衬底之间的粘接或触接。本发明的发明者已发现，在烧制步骤中，某层材料相对金属膏的稳定性取决于直接关联折射率的材料属性。因此，折射率较低的层相对于金属膏更稳定，而折射率较高的层与其上的金属层之间形成更紧密的粘结或连接，从而使金属层能更牢地粘接在半导体衬底上。因此，覆盖层的保护性层切片(该层切片朝向背面钝化层)可被形成为使其具有低折射率从而保护背面钝化层。同时，覆盖层的触接层切片(朝向金属化层)折射率较高，因此能提供金属化层的紧密粘着。为制作此类太阳能电池，在将背面钝化层涂覆(优选采用沉积法)到半导体衬底上之后，再涂覆覆盖层，后者包括折射率较低的保护性层切片和折射率相对较高的触接层切片。之后，涂覆金属化层，优选采用涂覆金属膏(例如含铝金属膏)而后进行烧制步骤。 或者，金属化层的制作可采用沉积法，例如采用汽相的物理沉积(物理汽相沉积PVD)，或采用其他适当方法。优选采用激光感应接触(所谓的激光烧制接触LFC)把金属化层接触连接于半导体衬底，例如以网格形式分布于半导体衬底。如此完成后的太阳能电池，由于设置有位于背面钝化层与金属化层之间的覆盖层，因此具有朝向背面钝化层的保护性层切片和朝向金属化层的触接层切片。根据所采用的制造方法，可以在半导体衬底的整个背面表面上或其部分区域上获得触接层切片。但在特定实施例中，覆盖层的所述触接层切片可以以部分或(相对于其厚度)全部改变(转变) 其构成的方式而被合并在金属层中，或者与金属化层结合。不过无论在哪种情形下，在完工的太阳能电池中，覆盖层至少在表面区域中还会有触接层切片，即(举例而言)在金属化层没有覆盖住覆盖层的区域、或触接层切片厚度足以使其与金属化层间的反应不能穿透其触接层切片厚度的区域。举例而言，此情况可能涉及半导体衬底背面表面的边缘区域(例如采取围绕背面表面的框的形式)、及/或半导体衬底背面表面中的岛型区域。在一个优选实施例中，本发明提出，覆盖层由两个或更多的部分层形成，其中保护性层切片和触接层切片各为所述部分层之一。在此情形下，首先涂覆保护性层作为覆盖层的保护性层切片，并在其上设置触接层作为覆盖层的触接层切片。也可在这两个切片之间形成其他中间层。覆盖层由部分层形成的实施例不同于下述实施例的渐变折射率曲线，因其覆盖层具有更呈阶梯形的折射率曲线。在一个有利展开实例中，本发明提出，覆盖层具有一条从保护性层切片至触接层切片上升的渐变折射率曲线。该折射率曲线可以呈线形或非线形上升。为达此目的，可以在沉积覆盖层时以渐变方式或小步阶梯方式改变沉积条件及/或起始材料，从而获得相应的覆盖层折射率坡度。根据本发明的一个有利构成，保护性层切片和触接层切片各具有在太阳能电池的工作范围的光谱范围内约介于1. 5到4. 5之间的折射率。优选保护性层切片折射率为约 1. 9，而触接层切片折射率为约2. 05。在渐变折射率曲线的情形下，优选后者介于背面钝化层附近的1. 9与金属化层附近的2. 05之间。本说明书中提及的折射率的值适用于太阳能电池的工作范围，优选于电磁光谱的光学及/或红外范围内测量，尤其是在约630纳米波长处。在特定实施例中，以下情况是有利的保护性层切片折射率约介于1. 7到2. 4、或 1. 8到2. 1、或1. 85到1. 95之间，而触接层切片的折射率约介于1. 5到4. 5、或1. 8到2. 8、 或3. 5到4. 5之间。对于保护性层切片和触接层切片来说，其实际折射率的选择可以彼此独立，只要触接层切片具有一个高于保护性层切片的折射率。优选情况下，本发明提出，保护性层切片和触接层切片由材料复合物形成，保护性层切片和触接层切片的折射率的区别取决于所述材料复合物中各种材料的理想配比成分。 要达此目的，可以通过在太阳能电池制造过程中，随着覆盖层的沉积操作改变起始材料的数量比例。举例而言，在沉积覆盖层期间，可以在使用等离子体增强汽相沉积法(PECVD—— 等离子体增强化学汽相沉积)时，采用阶梯方式(复数个部分层的情况)或渐变方式(渐变折射率曲线的情况)，从而改变起始材料的气流。在一有利的实施例中，本发明提出，保护性层切片和触接层切片的折射率的区别取决于两个切片中不同的氢气含量。换言之，覆盖层两个层切片中的氢气含量相异。在此情形下，保护性层切片和触接层切片优选由相同材料、甚至优选由相同的理想配比成分形成。 或者，也可以采用通过设定两个切片中的理想配比成分和氢气含量而达到期待的折射率或期待的折射率曲线。在一有利的构设中，本发明提出，覆盖层由非晶或微晶硅、由氮化硅及/或由氮氧化硅形成。在采用这些材料的情形下，为了改变折射率，可以在相应的材料复合物中，改变氮化硅中硅和氮的比例及/或氮氧化硅中氮化硅和氧的比例。换言之，可以改变SiNx及/ 或SiN(I-X)OX中的χ。不过，除了氧，还可以在氮化硅中加入其它合适的材料(例如碳)用以控制折射率。如果金属化层的形成是通过涂覆金属膏和随后的烧制步骤，那么通常会使用含有玻璃粉的金属膏。在烧制步骤中，所述玻璃粉与金属膏下方的层反应，产生所谓的共晶层 (例如，若使用Al膏则是Al-Si共晶)。所述共晶层通常既充当钝化层，又充当将金属化层粘接到太阳能电池的粘接层。尤其是当覆盖层的触接层切片包含硅时，背面金属化层可使用不含玻璃粉的金属膏。在后续的烧制步骤中，金属膏便与触接层切片的硅反应，从而此处也形成共晶层。在此工艺中，硅部分或全部转变。因此，根据一优选构成，覆盖层的保护性层切片包含氮化硅，覆盖层的触接层切片包含非晶或微晶硅。在一优选展开实例中，本发明提出，背面钝化层由氧化铝形成。通过采用原子层沉积(ALD) ,PECVD或PVD的方法，优选使用此类型的氧化铝(例如，理想配比值的A1203)。 由氧化铝组成的背面钝化层优选层厚小于100纳米，优选层厚为约30纳米，尤其优选10纳米。本发明的有利特征提出，背面钝化层直接形成于半导体衬底上，覆盖层直接形成于背面钝化层上，且/或金属化层直接形成于覆盖层上。直接设置意味着所述层之间没有设置其他中间层。尽管如此，也可以根据例如工艺的需要，在涂覆背面钝化层之前或涂覆过程中，在半导体衬底上生成薄的氧化层，作为半导体衬底与背面钝化层之间的中间层。根据本发明的一个优选构成，覆盖层几乎覆盖半导体衬底的整个背面表面。也就是说在实际情况中，根据工艺的需要，半导体衬底可能有部分区域尤其是边缘区域未被覆盖层盖住。优选情况下，覆盖层覆盖住半导体衬底背面表面的至少90%、优选至少95%或 99%。相应地，根据本段落关于覆盖层的实施例的特征同样适用于保护性层切片和触接层切片，尽管如此，如上所述，特定实施例中的触接层切片仅呈现于表面区域。所述表面区域可包括例如半导体衬底背面表面的至少约0. 5^^3%或10%。
那些触接层切片不再呈现、或仅部分呈现其原始层厚的表面区域是例如在烧制期间金属化层“吃掉”触接层的区域。而在没有印金属膏的电池边缘上，烧制步骤之后仍然呈现完整的覆盖层。如果非常靠近电池边缘地印刷金属膏，那么这部分面积将很小。优选两面都提供接触连接的太阳能电池。这意味着，太阳能电池在入射光一面 (正面)和远光的背面上都有金属化层。在正面上，优选采用条形接触电极或采用接触网格实现金属化。在一有利展开实例中，本发明提出，背面钝化层与覆盖层一起形成反射层系统，所述反射层系统针对太阳能电池的工作范围的光谱范围。换言之，背面钝化层与覆盖层的光学属性彼此协调以使其可反射穿过半导体衬底的光线。如以上涉及折射率值时所述，本发明所提及的太阳能电池的光谱工作范围优选在可见及/或红外范围内。以下参照一副图式基于示例性实施例解释本发明。此例中，图示的是两面接触连接的太阳能电池，包括背面钝化层和设于其上的覆盖层。
图1所示为包括半导体衬底1的太阳能电池。
具体实施例方式发射极层13以掺杂法沿着在太阳能电池工作期间朝向入射光的正面表面12形成于半导体衬底1。举例而言，如果半导体衬底ι最初包括η型半导体，则可用掺杂法形成P 型发射极13。发射极层13通过其上所设的正面电极5发生接触连接。背面钝化层2设于半导体衬底1的背面表面11上。其用于钝化背面表面11。覆盖层3设于背面钝化层2上，所述覆盖层能同时保护背面钝化层2且增强其上所设金属化层4的粘接程度。为达此目的，覆盖层3具有一个朝向背面钝化层2的保护性层切片31和一个朝向金属化层4的触接层切片32。保护性层切片31折射率较低，例如约1.9。比较而言，触接层切片32的折射率较高，例如约2. 05或3. 5。在图示的本实施例中，保护性层切片31和触接层切片32各形成覆盖层3的一个独立部分层，还可相应地在二者之间设置其他中间层(未图示)，所述中间层的折射率值介于两个层切片31、32的折射率之间。或者，保护性层切片31和触接层切片32可以是具有渐变折射率曲线的覆盖层3的切片。在此情形下，所述渐变折射率曲线可从保护性层切片 31至触接层切片32呈线性或其他适当形状上升。符号说明1 半导体衬底11 背面表面12 正面表面13 发射极层2 背面钝化层3 覆盖层31 保护性层切片
32 触接层切片4 金属化层5 正面电极
权利要求
1.一种太阳能电池，其包括半导体衬底(1)、设于所述半导体衬底(1)的远光背面表面 (11)上的背面钝化层O)、设于所述背面钝化层( 上的覆盖层(3)、以及设于所述覆盖层 (3)上的金属化层G)，其特征在于，所述覆盖层( 具有朝向所述背面钝化层O)的保护层部件(31)和至少存在于表面区域中的朝向所述金属化层(4)的触接层部件(32)，其中所述触接层部件(3 具有高于所述保护层部件(31)的折射率。
2.根据权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，所述覆盖层(3)由两层或更多层部分层(31、3幻形成，其中所述保护层部件(31)和所述触接层部件(3 各为所述部分层 (31,32)之一。
3.根据权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，所述覆盖层(3)具有从所述保护层部件(31)至所述触接层部件(3 呈上升的缓变折射率分布。
4.根据前述权利要求中任一项所述的太阳能电池，其特征在于，所述保护层部件(31) 和所述触接层部件(32)各具有在所述太阳能电池的工作范围的光谱范围内约介于1. 5到 4. 5之间的折射率。
5.根据权利要求4所述的太阳能电池，其特征在于，所述保护层部件(31)具有约介于 1. 7到2. 4、或1. 8到2. 1、或1. 85到1. 95之间的折射率，而所述触接层部件(32)具有约介于1. 5到4. 5、或1. 8到2. 8、或3. 5到4. 5之间的折射率。
6.根据前述权利要求中任一项所述的太阳能电池，其特征在于，所述保护层部件(31) 和所述触接层部件(3 由材料复合物形成，且所述保护层部件(31)和所述触接层部件 (32)的折射率的区别取决于所述材料复合物中各种材料的不同的理想配比成分。
7.根据前述权利要求中任一项所述的太阳能电池，其特征在于，所述保护层部件(31) 和所述触接层部件(3 的折射率的区别取决于两个部件(31、32)中不同的氢含量。
8.根据前述权利要求中任一项所述的太阳能电池，其特征在于，所述覆盖层(3)由非晶硅或微晶硅、由氮化硅及/或由氮氧化硅形成。
9.根据前述权利要求中任一项所述的太阳能电池，其特征在于，所述覆盖层(3)的所述保护层部件(31)包含氮化硅，且/或所述覆盖层(3)的所述触接层部件(3 包含非晶硅或微晶硅。
10.根据前述权利要求中任一项所述的太阳能电池，其特征在于，所述背面钝化层O) 由氧化铝、非晶硅、非晶氮化硅或非晶氧化硅形成。
11.根据前述权利要求中任一项所述的太阳能电池，其特征在于，所述背面钝化层O) 直接形成在所述半导体衬底(1)上，所述覆盖层C3)直接形成在所述背面钝化层( 上，且 /或所述金属化层(4)直接形成在所述覆盖层C3)上。
12.根据前述权利要求中任一项所述的太阳能电池，其特征在于，所述覆盖层C3)几乎盖住所述半导体衬底(1)的整个背面表面(11)。
13.根据前述权利要求中任一项所述的太阳能电池，其特征在于两面接触连接。
14.根据前述权利要求中任一项所述的太阳能电池，其特征在于，所述背面钝化层O) 和所述覆盖层(3) —起形成反射层系统，所述反射层系统用于所述太阳能电池的工作范围的光谱范围。
15.太阳能电池制造方法，包括以下步骤提供半导体衬底(1)；将背面钝化层( 涂覆到所述半导体衬底(1)的远光背面表面(11)上； 将覆盖层( 涂覆到所述背面钝化层( 上；及将金属化层(4)涂覆到所述覆盖层(3)上，其中，涂覆所述覆盖层C3)时，使保护层部件(31)朝向所述背面钝化层O)，且使触接层部件(3 朝向所述金属化层G)，并使所述触接层部件(3 具有高于所述保护层部件 (31)的折射率。
全文摘要
本发明涉及一种太阳能电池，其包括半导体衬底(1)、设于所述半导体衬底(1)的远光背面表面(11)上的背面钝化层(2)、设于所述背面钝化层(2)上的覆盖层(3)、以及设于所述覆盖层(3)上的金属化层(4)，其特征在于，所述覆盖层(3)具有朝向所述背面钝化层(2)的保护层部件(31)和朝向所述金属化层(4)的触接层部件(32)，其中所述触接层部件(32)具有高于所述保护层部件(31)的折射率。此外，本发明涉及相关的太阳能电池制造方法。
文档编号H01L31/18GK102456752SQ20111034480
公开日2012年5月16日 申请日期2011年11月3日 优先权日2010年11月4日
发明者安德烈·斯捷科利尼科夫, 安德里亚斯·莫尔, 罗伯特·塞甘, 马克西米兰·舍夫, 马蒂亚斯·霍夫曼 申请人:Q-电池公司