专利名称：具有改进的分路电阻的背接触光电电池的制作方法
具有改进的分路电阻的背接触光电电池本发明涉及光电电池，该光电电池包括具有太阳面和连接面的半导体材料的板状基片，其中，基片的相邻于太阳面的第一容量已用第一极性掺杂，基片的基本上剩余的第二容量已用与第一极性相反的第二极性掺杂，并且其中第一容量和第二容量通过PN结分隔。这样的光电电池通常是已知的。上面已知种类的光电电池进一步已知包括基片中的若干通孔，所述通孔在基片的两个面之间延伸，并且导电插塞已安置在所述通孔中，位于基片连接面的第二连接接触件与基片的第二容量电连接，位于基片太阳面的接触轨与基片的第一容量并且与通孔中的导电插塞电连接。连接面也可以被指示为“阴面”。这些光电电池以“金属穿孔卷绕电池”著称。它们具有以下优点:连接仅须在单个面处进行，简化了这些电池的装配以形成太阳面板。在欧洲专利申请EP-A-2068369和EP-A-1985233中描述了这样的电池。光电电池、尤其是参考上面的种类的那些光电电池具有所谓的分路电阻，所述分路电阻表示两个连接之间的寄生导电路径。这个分路电阻主要存在于基片的太阳面和连接面之间的电连接中及其周围。事实上，基片的太阳面上生成的电势被运载通过通孔中的导电插塞以到达基片的连接面，其中这个电势可用于连接。如EP-A-1985233中描述的那样，在现有技术中通过以下来实现针对这个分路电阻的保护:在通孔中以及包围通孔的两个面上形成第一极性的低欧姆同质且连续的掺杂。EP-A-2068369公开了孔径的连接面和壁上的较厚钝化层，典型地厚于200nm。因为第一极性的同质且连续的掺杂的过程对于基片的太阳面上的性质而言是最优的，尤其是对太阳面金属栅的良好电连接，所以掺杂水平将会非常高，并且相应的片电阻将会非常低。这种第一极性的较低欧姆掺杂造成在基片的阴面上仅有有限的横向电阻，因此对横向泄漏电流仅有有限的阻挡。这导致具有一定值的分路电阻，显著降低了光电电池的效率。通孔的壁上的钝化层常常通过共同的过程连同这样的钝化层一起施加。其后果是，这个钝化层的性质在基片的面上与在通孔的壁上相同。因为用于获得钝化层的过程对于基片的面上的性质而言是最优的，亦即避免电荷载流子的复合，所以用于获得良好电绝缘的钝化层的性质是次优的。这导致具有一定值的分路电阻，显著降低了光电电池的效率。特别地，在其中电池位于较少阳光条件下的情形中，其中泄漏或分路电流相对于量减少的阳光所生成的相对低的电流而言较大，泄漏电流对效率的影响显著。这在阳光充足的环境下是较少见的情况，在阳光充足的环境下，生成的电流较大，使得泄漏电流具有相对较小的影响。为了避免这些缺点，US-A-3903427提供了 一种光电电池，该光电电池包括:具有太阳面和连接面的半导体材料的板状基片，其中，基片的相邻于太阳面的第一容量用第一极性掺杂，基片的基本上剩余的第二容量用与第一极性相反的第二极性掺杂，并且其中第一容量和第二容量通过基本上平行于基片的主平面延伸的PN结分隔；基片中的若干通孔，其在基片的两个面之间延伸，并且单块插塞已安置在所述通孔的每一个中，所述插塞的至少一部分是导电的，所述一部分适用于在太阳面和连接面之间提供导电连接；接触轨，其位于基片的太阳面，并且与基片的第一容量且与插塞的导电部分电连接；第一接触件，其位于基片的连接面，并且与插塞的导电部分电连接；以及第二接触件，其位于基片的连接面，并且与基片的第二容量电连接。这个绝缘夹套显著增加了固有分路电阻的值，同时增加的分路电阻进一步提供了一种可能性，以降低基片的阴面上的掺杂层的厚度而对太阳能电池的效率没有负面影响，乃至完全去除所述掺杂层。要注意的是，分路电阻主要存在于电池的相邻于接触面的部分中。然而，这样的绝缘夹套的制备需要分开的处理步骤，增加了处理时间、所需设备和成本。本发明的目的是要提供这样的太阳能电池，其可以以较低的成本来生产。达到这个目的在于，插塞的电导率从其中心向与基片的接触面显著降低。这个特征允许在单个处理步骤中制备这样的具有绝缘夹套的导电插塞，导致更简单并从而更便宜的处理。本发明进一步涉及一种用于生产光电电池的方法，该方法包括以下步骤:提供具有太阳面和连接面的半导体材料的板状基片，其中，所述基片的相邻于所述太阳面的第一容量已用第一极性掺杂，所述基片的基本上剩余的第二容量已用与所述第一极性相反的第二极性掺杂，并且其中所述第一容量和所述第二容量通过PN结分隔，所述PN结基本上平行于所述基片的主平面延伸；在所述基片中的两个面之间提供通孔；在所述孔径中的每一个中提供插塞，所述插塞适用于在所述太阳面和所述连接面之间提供导电连接；在所述孔径的位置处的连接面上施加第一接触件以与所述插塞相连接；在避开所述孔径的位置的连接面上施加第二接触件以与所述第二容量相连接；以及在阳侧施加接触轨，将所述插塞与所述第一容量相连接，其中，所述插塞被施加到所述通孔中作为以可固化为固体的塑性体的形式包含导电粒子和非导电粒子的糊剂，所述糊剂被固化为固体插塞，所述固体插塞的电导率从其中心向与所述基片的接触面显著降低。优选地,插塞每个包括电绝缘夹套,其包围插塞的导电部分的至少一段。这个实施例在插塞的导电核心和绝缘夹套之间提供了边界，尽管这两个部分之间的边界可以采取不同的形状。目的是要提供一种边界，该边界尽可能地离散以集中全部导电粒子以便获得低电阻，并且集中夹套中的全部绝缘粒子以具有尽可能高的电阻，以使泄漏电流尽可能低。然而，在固化期间发生的过程可能导致边界具有一定的厚度，并且在插塞的导电核心和绝缘夹套之间具有连续的梯度。进一步可能的是，边界形成插塞的基本部分乃至插塞的整体。在后者的情况下，电导率的梯度可能在插塞的全部横截面上变化。可能基本上恒定，尽管假定梯度在中间边界区域中较高，并且假定梯度在插塞的边缘和中心处较小。结构优选的实施例提供了以下特征:电绝缘夹套在基片的全部厚度之上延伸。已看来好像贡献于分路电阻的路径的基本部分导致孔径在连接面处的直接包围，所以这个实施例的特征在增加分路电阻方面做出了进一步的贡献。然而，并没有排除电绝缘夹套在基片的一段厚度之上延伸。因为孔径通常(尽管并不一定)通过机械加工来提供，所以优选的是，孔径是圆柱形的，导致基本上圆柱形的插塞。优选地，电绝缘夹套在接触面处的电阻率大于基片在接触面处的材料的电阻率。事实上通常具有第一极性的第一容量被施加在连接面上，然后通常具有高电阻。已看来好像贡献于分路电阻的路径的基本部分导致孔径在连接面处的直接包围，所以这个实施例的特征在增加分路电阻方面做出了进一步的贡献。优选地，通过加热并随后冷却糊剂来形成插塞的材料，因为这导致更加简单的方法。通过优选地由银粒子或来自银化合物的粒子形成的导电粒子的存在，获得了插塞的导电部分的导电性。通过使用具有变化尺寸的粒子，获得了渐进导电的效果。通过“Ferro” 公司，IOOOLakeside Avenue, Cleveland, Ohio, US 可获得这样的糊剂。为了简化过程，特别是相对于温度，优选的是，位于基片太阳面的接触轨、第一连接接触件和通孔中的插塞包含至少一种相同的金属。假定至少部分地获得导电性的渐进变化，因为存在于糊剂中的电绝缘粒子在固化过程期间集中，并且在糊剂施加于其中的孔径的与基片的接触面附近形成绝缘层。事实上，本发明需要与基片的接触面附近的绝缘层的存在。进一步，导电粒子集中在插塞的中心。因此优选的是，插塞包括有机介质中的导电粒子和电绝缘粒子的混合物。还有另一个实施例提供了以下特征:插塞焊接到基片的太阳面上的接触轨的材料或者与其熔合，导致实施例的进一步简化。作为结果的插塞必须提供与基片的太阳面上的接触轨的适当连接，以允许将太阳面处生成的电流传导到基片的接触面。这与如当前实施例中那样要求将绝缘粒子集中到孔径的壁相反，导电粒子也必须存在于与太阳能电池的主平面平行的边界面处。因此，进一步的实施例提供了以下特征:插塞的材料与基片的太阳面上的接触轨的材料相熔合。这个实施例还提供了一种方法，其中，在通孔中已施加糊剂之后，施加形成基片的太阳面上的接触轨的导电糊剂，并且加热如此形成的基片，以使糊剂熔合在通孔和太阳面之间的边界处，并且在固化之后形成固体导电连接。所以序列是重要的，因为必须确保用于形成导电插塞的糊剂填充全部孔径以便没有自由空间，导致留下空腔。当最初在孔径中施加糊剂时，糊剂可以在全部孔径中突出。然而，如果首先施加用于形成太阳面上的导电轨的糊剂，则可能在两个数量的糊剂之间圈闭气泡，这可能发展成空腔。为了将导电插塞的中心的良好导电性质与插塞在其周围边界处的绝缘性质相结合，优选的是，通孔中的插塞的材料包括有机介质中的银、银化合物和玻璃粒子的混合物。如现有技术中本身已知的那样，当基片和孔径之间的边界面被钝化层覆盖时是有利的。这个特征提供了针对电荷载流子复合的有效措施，但也提供了针对泄漏电流的某种电阻，这是本发明旨在避免的。尽管如此，当提供针对泄漏电流的额外屏障时，可以在这种现有技术结构中富有成效地施加本发明的特征。这个实施例还提供了以下特征:在将糊剂施加于通孔中之前，由钝化层覆盖那些孔径的壁。为了进一步简化处理，优选的是，钝化层也在基片的太阳面之上延伸，并且接触轨延伸通过与第一容量相接触的钝化层，因为这允许在单个处理步骤中施加单个钝化层。这导致这样一种方法，其中，在将钝化层施加于基片的太阳面上期间形成孔径的壁上的钝化层。为了避免在基片的太阳面处复合，如在先权利要求中所述的那样，优选地用钝化层对面进行覆盖。基片的阳侧生成的电流然而也必须传送到通孔中的插塞，为此利用了导电轨。这些轨以通孔中的每一个为中心在基片的太阳面的一小部分之上延伸，因为太阳辐射必须到达基片。原则上可以最初施加导电轨并且随后施加钝化层。请注意，钝化层不仅用来避免复合，而且还在基片的太阳面上起作用以减少太阳光的反射。从处理种类的观点来看，在施加导电轨之前施加钝化层是有吸引力的。因此优选的是，钝化层也在基片的太阳面之上延伸，并且接触轨延伸通过与第一容量相接触的钝化层。优选地，第一容量相邻于包围通孔的区域中的基片的连接面，在包围孔径和第一接触件的连接面中存在凹槽，所述凹槽的深度至少与第一容量的局部深度一样大，并且第二接触件与凹槽外部的第二容量相连接。这个实施例适用于如下情形，其中，通过增加接近于接触面的第二极性的掺杂来避免电荷载流子的复合。在P型基片的情况下，这通常通过施加铝层来实现，所述铝层与硅形成共晶合金，并且固化到几微米厚度的且具有大约0.01%的铝的轻掺杂的硅层。在熔化和再结晶过程期间，通常补偿第一极性的掺杂。剩余的铝层必须连接到第二接触件，以允许电流排放到这些接触件。然后，第一容量相邻于包围通孔的区域中的基片的连接面，而在包围孔径和第一接触件的连接面中存在凹槽，所述凹槽的深度至少与第一容量的局部深度一样大，并且第二接触件与凹槽外部的第二容量相连接。基片的连接面处的额外掺杂增加了导电性，使得如此形成的层成为用于施加接触件的良好基础。在N型基片的情况下，可以使用相同的处理序列，其中铝在这种情况下形成第二极性的区域。作为替代，可以利用基片的接触面处的磷光体掺杂层的施加的扩散。用于避免电荷载流子在接触面处的复合的代替方法是施加适当的钝化层。在此优选的是，钝化层被施加在连接面上，并且也在通孔的壁之上延伸。进一步，如EP-A-11763086中描述的那样，例如经由局部开放点接触，必须在第二接触件和第二容量之间进行接触。相应的方法提供的是，在将钝化层施加于基片的连接面上期间，至少部分地形成孔径的壁上的钝化层。随后将会借助于附图来阐述本发明，其中，
图1是现有技术光电电池的概略截面图；图2是根据本发明的第一实施例的图1的视图；图3是根据第二实施例的图1和2的视图；以及图4是根据第三实施例的图1、2和3的视图。图1公开了现有技术的光电电池1，其包括具有太阳面3和连接面4的板状基片
2。相邻于基片的太阳面3，已形成了具有第一极性的掺杂的第一容量5。基片2的剩余第二容量6已用相反的极性掺杂。将基片的第一容量与第二容量分隔的区域7是PN结。在太阳面3上提供了钝化层8，用来降低阳光的反射并且避免电荷载流子的复合。钝化层8也可以存在于基片2的连接面4上。这样的结构是光电电池的一般结构。在基片2中，提供了优选地布置成规则网格的若干通孔10。要注意的是，在现有技术的例子中，钝化层8在孔径10的壁11之上延伸，尽管这不需要如此。在这些壁11上，钝化层充当部分地减少泄漏电流的绝缘层。进一步，钝化层在基片的连接面4的至少一部分之上延伸。在孔径10中，提供了导电插塞12。这个导电插塞12与若干导电轨13连接，所述导电轨13以孔径10中的每一个为中心并且连接到基片2的第一容量5。在此，导电轨13延伸通过钝化层8，以允许与第一容量5相接触。要注意的是，轨13仅在太阳面3的表面区域的一小段之上延伸。在连接面4上，插塞12可以在比孔径10略微更大的区域之上延伸以形成第一接触件14，以便允许在连接面4处与插塞12进行接触。进一步，在基片2的连接面4处施加了第二接触件15。这些第二接触件15可以延伸通过钝化层8 (如果存在于接触面处的话)。上面描述的太阳能电池I是所谓的“金属穿孔卷绕类型”的太阳能电池，并且太阳光在电池I中生成的电流由第一接触件14和第二接触件15拾取。第一极性的电荷载流子经由轨13和导电插塞12被传导到第一接触件14，而相反极性的电荷载流子则被传导到第二接触件15，允许在基片2的相同连接面4处访问两个极性的接触件。这种类型的太阳能电池遭受分路电阻，或者确切的说是极性之间的泄漏电流。图2示出了如图1中描绘的现有技术电池那样的结构的太阳能电池。然而在图2中，在通孔10的壁11和导电插塞12之间，提供了绝缘层20。这个绝缘层20在基片2的全部厚度之上延伸，以在插塞12和基片的周围第二容量6之间提供足够的绝缘，所述第二容量6通常具有与插塞12不同的极性。如图2中描绘的那样，绝缘层20也在包围插塞12的接触面4上的小区域之上延伸，以避免形成第二接触件14的插塞12的加宽部分与基片的第二容量6相接触。上面描述的结构要求在分开的过程中施加绝缘层20。图3中描绘的本发明的实施例通过以下事实偏离了图2中描绘的实施例:导电插塞12在其夹套面处包括电绝缘层，所述夹套面相邻于通孔的壁。这个实施例避免了施加分开的绝缘层的分开过程，如根据这个实施例那样，在形成插塞自身期间形成绝缘层。然而要强调的是，插塞中的绝缘层在大多数情况下可以是并且将会是通过电阻率从插塞的中心朝向其夹套的渐进增加而形成。这个实施例利用了如下过程，其中，在插塞的形成期间，将插塞的电阻率从一般同质修改为上面说明的那种分布，尽管并不排除其它过程。作为结果的插塞这样一来就具有如下优点:它可以在施加和固化的单个过程中制造，然而同时获得所需的电阻率或导电性的分布。要注意的是，由于导电性的渐进分布，流过插塞的电流将会主要在插塞的中心附近流动，而插塞的其它部分将会对电流的传导有贡献。因此插塞中的电流密度同样将会是渐进的。优选地通过以下过程来制造插塞，其中包括导电粒子的糊剂被施加在孔径中，并且其中在糊剂的固化期间，对导电粒子施加力，以使其集中在作为结果的插塞的中心。然而并不排除糊剂也包括绝缘粒子，所述绝缘粒子经受力，所述力促使它们朝向插塞的末端。这些力可以具有附着或粘合性质，或者可以通过电或磁手段生成。进一步，并不排除孔径的壁在促使导电粒子和可能的绝缘粒子到达它们的所需位置的力中扮演角色。然而这些过程必须确保适用于与基片的太阳面上的轨相接触的插塞的面以及基片的连接面处的接触件的面提供在插塞和所需接触件之间进行良好电接触的可能性。确保太阳面处良好接触的可能性是施加形成插塞的糊剂、形成轨的糊剂并且随后同时熔合两种糊剂。在接触面处可以设想类似的过程。最后，图4公开了这样一种实施例，其中在没有孔径的壁的钝化的情况下施加插塞。在此如本发明所旨在的那样避免分路的电阻仅由插塞的电阻提供。不存在与在先实施例的进一步偏离。
权利要求
1.一种光电电池，包括: 具有太阳面和连接面的半导体材料的板状基片，其中，所述基片的相邻于所述太阳面的第一容量用第一极性掺杂，所述基片的基本上剩余的第二容量用与所述第一极性相反的第二极性掺杂，并且其中所述第一容量和所述第二容量通过基本上平行于所述基片的主平面延伸的PN结分隔； 所述基片中的若干通孔，其在所述基片的两个面之间延伸，并且单块插塞已安置在所述通孔的每一个中，所述插塞的至少一部分是导电的，所述一部分适用于在所述太阳面和所述连接面之间提供导电连接； 接触轨，其位于所述基片的太阳面，并且与所述基片的第一容量且与所述插塞的导电部分电连接； 第一接触件，其位于所述基片的连接面，并且与所述插塞的导电部分电连接；以及 第二接触件，其位于所述基片的连接面，并且与所述基片的第二容量电连接， 其特征在于，所述插塞的电导率从其中心向与所述基片的接触面显著降低。
2.根据权利要求1所述的光电电池，其特征在于，所述插塞每个包括电绝缘夹套，所述电绝缘夹套包围所述插塞的导电部分的至少一段。
3.根据权利要求2所述的光电电池，其特征在于，所述电绝缘夹套在所述基片的全部厚度之上延伸。
4.根据权利要求2所述的光电电池，其特征在于，所述电绝缘夹套在所述基片的一段厚度之上延伸。
5.根据权利要求1、2、 3或4所述的光电电池，其特征在于，所述插塞具有基本上圆形的横截面。
6.根据在先权利要求中任何一项所述的光电电池，其特征在于，所述电绝缘夹套在其与所述基片的接触面处的电阻率大于所述基片在与所述绝缘夹套的接触面处的材料的电阻率。
7.根据在先权利要求中任何一项所述的光电电池，其特征在于，通过加热并随后冷却糊剂来形成所述插塞。
8.根据权利要求6所述的光电电池，其特征在于，所述插塞焊接到所述基片的太阳面上的接触轨的材料或者与其熔合。
9.根据在先权利要求中任何一项所述的光电电池，其特征在于，位于所述基片的太阳面的接触轨、所述第一连接接触件和所述通孔中的插塞包含至少一种相同的金属。
10.根据在先权利要求中任何一项所述的光电电池，其特征在于，所述插塞包括有机介质中的导电粒子和电绝缘粒子的混合物。
11.根据在先权利要求中任何一项所述的光电电池，其特征在于，所述基片和所述孔径之间的边界面被钝化层覆盖。
12.根据权利要求11所述的光电电池，其特征在于，所述钝化层也在所述基片的太阳面之上延伸，并且所述接触轨延伸通过与所述第一容量相接触的钝化层。
13.根据在先权利要求中任何一项所述的光电电池，其特征在于，所述第一容量相邻于包围所述通孔的区域中的所述基片的连接面，在包围所述孔径和第一接触件的连接面中存在凹槽，所述凹槽的深度至少与所述第一容量的局部深度一样大，并且所述第二接触件与所述凹槽外部的第二容量相连接。
14.一种用于生产光电电池的方法，包括以下步骤: 提供具有太阳面和连接面的半导体材料的板状基片，其中，所述基片的相邻于所述太阳面的第一容量已用第一极性掺杂，所述基片的基本上剩余的第二容量已用与所述第一极性相反的第二极性掺杂，并且其中所述第一容量和所述第二容量通过PN结分隔，所述PN结基本上平行于所述基片的主平面延伸； 在所述基片中提供所述基片的两个面之间的通孔； 在所述孔径中的每一个中提供插塞，所述插塞适用于在所述太阳面和所述连接面之间提供导电连接； 在所述孔径的位置处的连接面上施加第一接触件以与所述插塞进行连接； 在避开所述孔径的位置的连接面上施加第二接触件以与所述第二容量进行连接；以及 在所述太阳面上施加接触轨，将所述插塞与所述第一容量相连接， 其特征在于，所述插塞被施加到所述通孔中作为以可固化为固体的塑性体的形式包含导电粒子和电绝缘粒子的糊剂，所述糊剂被固化为固体插塞，所述固体插塞的电导率从其中心向与所述基片的接触面显著降低。
15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，为了固化所述糊剂，所述光电电池经受加热和随后的冷却。
16.根据权利要求14或15所述的方法，其特征在于，在所述糊剂的加热和冷却期间，所述导电粒子聚集在所述插塞的中心，并且非导电粒子聚集在所述插塞的夹套中。
17.根据权利要求15或16所述的方法，其特征在于，在所述通孔中已施加所述糊剂之后，施加形成所述基片的太阳面上的接触轨的导电糊剂，并且加热如此形成的基片，以使形成所述插塞的糊剂和形成所述接触轨的糊剂熔合，并且在固化之后形成固体导电连接。
18.根据权利要求14-17中任何一项所述的方法，其特征在于，在将所述糊剂施加于所述通孔中之前，由钝化层覆盖那些孔径的壁。
19.根据权利要 求18所述的方法，其特征在于，在将钝化层施加于所述基片的太阳面上期间形成所述孔径的壁上的钝化层。
20.根据权利要求18或19所述的方法，其特征在于，在将钝化层施加于所述基片的连接面上期间，至少部分地形成所述孔径的壁上的钝化层。
全文摘要
本发明涉及光电电池，该光电电池包括具有太阳面和连接面的半导体材料的板状基片，基片的相邻于太阳面的第一容量用第一极性掺杂，第二容量用第二极性掺杂，并且这些容量通过PN结分隔；基片中的若干通孔，其在两个面之间延伸，并且插塞已安置在所述通孔中，所述插塞的一部分是导电的；基片的太阳面处的接触轨，其与第一容量和插塞的导电部分连接；基片的连接面处的第一接触件，其与插塞的导电部分连接；以及位于基片的连接面处的第二接触件，其与第二容量连接，其中，插塞的电导率从其中心向与基片的接触面降低。
文档编号H01L31/0224GK103155158SQ201180045759
公开日2013年6月12日 申请日期2011年8月23日 优先权日2010年8月24日
发明者缅诺·尼古拉斯·万登东克尔, 彼得·安德里亚斯·玛利亚·韦嫩 申请人:荷兰能源建设基金中心