具有背面介电覆层的太阳能电池及其制造方法与流程

本发明涉及一种太阳能电池和一种用于生产太阳能电池的方法。

背景技术：
在根据现有技术生产的太阳能电池中，经常在太阳能电池的背面（即工作时背对入射光的一面）提供介电覆层，作为对光的长波分量的光学镜。最先进的生产方法甚至在用于制作太阳能电池的太阳能电池基底上的发射极扩散之前就施加了介电覆层，且该介电覆层随后被用作阻止发射极掺杂物扩散进入太阳能电池基底的背面的扩散阻挡层。另外，该介电覆层可在正面（即工作时太阳能电池基底对着入射光的一面）的纹理蚀刻之前被施加，并被用作阻止对太阳能电池基底的背面的蚀刻的蚀刻阻挡层。在德国专利申请第102010025983.7号中描述了这样的有利的生产方法。介电覆层通常是利用化学汽相淀积（CVD）方法施加的，尤其是借助等离子体加强化学汽相淀积（PECVD）方法。在此情况下，太阳能电池基底被设置在被称为船的保持装置上，而船被放置在一个涂覆设备中以把覆层加到太阳能电池基底上。太阳能电池基底经常以大体纵向的方式被排列在船上，即基底的背面所在平面大体上沿着纵轴延伸。这种船因而被称为纵向船。为了尽可能全面地把介电覆层淀积到太阳能电池基底的整个背面上，纵向船带有保持圈，其被称为保持销，太阳能电池基底被邻接在这些保持销上，且它们的正面对着一个大体纵向延伸的板。这些保持圈通常用陶瓷或石墨杆制成。现在知道的是，在制成的太阳能电池位于保持圈周围的区域中可能有局部短路，这影响了电池的效率。已经发现，这是由于保持圈的掩盖效应，该效应会使得保持圈周围区域中的介电覆层比其他部分的介电覆层更薄。如果有随后的发射极扩散，其结果是保持圈周围区域中的掺杂物可能局部地通过该更薄的介电覆层进入到太阳能电池基底的背面。这与设置在太阳能电池基底的背面上的触头一起，会造成所述局部短路。如果在发射极扩散之前所述介电覆层被用作蚀刻阻挡层（例如在上述纹理蚀刻中），这种危险会加大。这是由于，在这种性质的蚀刻步骤中，介电覆层会受到攻击并被所用的蚀刻介质进一步变薄。通过把太阳能电池基底设置在水平船而非纵向船上，可以避免上述问题，因为那样太阳能电池基底将平躺在板上且这意味着不再需要保持圈。然而，实际结果却是，与在纵向船上的太阳能电池基底相比，水平船上只有一半多的太 阳能电池基底能够得到涂覆。因而水平船的使用伴随着生产成本的显著加大。避免上述问题的另一方式，是把太阳能电池基底置于带有间接等离子体的涂覆设备中。然而，实际结果是，在这样的涂覆设备中施加的介电覆层不如在直接等离子体的涂覆设备中产生的介电覆层厚。由于不够厚，用间接等离子体生产的介电层不那么适合作为扩散或蚀刻阻挡层。这妨碍了它们在上述现代太阳能电池生产方法中的用途。上述问题也可通过在太阳能电池基底的背面施加宽度较小和高度较低的触头，而得到避免。但如实际结果已经表明的，触头的宽度和高度必须减小得很多，才能可靠地防止阴影区的接触。而且，接触面积的显著减小还导致了由于电阻的加大而引起的效率损失。

技术实现要素：
在此背景下，本发明的一个目的是提供一种太阳能电池，该太阳能电池的背面带有介电覆层，且该太阳能电池具有改善的效率并能够被经济地制造。根据本发明的一个方面，上述目的得到了实现。根据本发明的其他方面，提供了各种有利的改进。本发明的另一目的，是提供一种方法，借助它能够经济地制造一种太阳能电池，在该太阳能电池的背面带有一种介电覆层，且该太阳能电池具有改善的效率。根据本发明的一个方面，上述的目的得到了实现。根据本发明的其他方面，提供了各种有利的改进。根据本发明的太阳能电池具有设置在该太阳能电池的背面的介电覆层。它可以是例如一个氧化物-氮化物覆层。该介电覆层至少部分地被至少一个平面触头所覆盖。该至少一个平面触头的一个边界线具有至少一个凹处。以此方式，在被所述至少一个凹处与所述至少一个平面触头分开的区域中，能够设置太阳能电池基底那些在介电覆层淀积期间被保持圈所掩盖的区域。因而，这些区域中的局部短路能够得到防止。另外，所述至少一个凹处只会使平面触头的总面积有略微的减小，从而可以实现太阳能电池的效率的改进。在本发明的场合，太阳能电池的背面，指的是当太阳能电池处于工作状态时太阳能电池背向入射光的大面积的一面。大面积的面是太阳能电池的背面和正面，它们与太阳能电池的小面积的边相区别。触头在此指的是一种金属覆层，通过它太阳能电池能够得到电连接。有利地，所述介电覆层在太阳能电池的背面上被所述至少一个凹处与所述平面触头分开的一个区域的至少一部分中具有一个厚度，该厚度小于其最大厚度的50％，优选地是小于其最大厚度的30％，且特别优选地是小于其最大厚度的10％。这使得能够通过有效防止局部短路而有效地改善效率。在另一变形实施例中，太阳能电池背面上被所述至少一个凹处与所述平面触头分开的一个区域至少部分地不带有所述介电覆层。因而，在被所述至少一 个凹处与所述平面触头分开的背面区域的至少一部分中完全没有介电覆层。这种变形已经被证明是有效的，特别是在与介电覆层在太阳能电池正面的纹理蚀刻期间的蚀刻阻挡层用途有关的方面上。由于在纵向船中，一般提供两至三个保持圈，所以所述边界线优选地具有两个且特别优选地具有三个凹处。这些凹处被以这样的方式设置，即，它们把这些区域与平面触头的在介电覆层淀积期间被保持圈掩盖的区域分开。有利地，所述边界线具有几个凹处，且这些凹处相对于在所述平面触头的一个平面中延伸的一条直线镜面对称地设置。在纵向船中，以部分镜象的方式设置所述保持圈可以是有利的，例如，如果保持圈通过纵向船的一个大体纵向的板并在该板的两侧被用作保持圈。由于凹处的所述镜象对称设置，在介电覆层淀积期间被所述保持圈所掩盖的区域可被设置在太阳能电池的凹处中，其中这些凹处中的一个被设置在纵向船的所述板的一侧且这些凹处中的另一个被设置在所述板的另一侧。因而，设置了总共优选地是四个且特别优选地是六个的凹处。实际中，采用现有技术的一种印刷工艺施加的一种平面触头是有效的，特别是采用屏网印刷施加的一种触头。例如，所述平面触头可通过屏网印刷基于铝的糊，而得到形成。优选地，该太阳能电池被设计为一种硅太阳能电池。它可以是单晶硅或多晶硅太阳能电池。在根据本发明的该方法中，通过使太阳能电池基底与保持圈邻接，而使太阳能电池被设置在一种保持装置上。然后，该保持装置被置于一个涂覆设备上，且诸如一种氧化物-氮化物覆层的介电覆层被淀积到该太阳能电池基底的背面。然后，一个平面触头被加到该介电覆层的至少部分上。在把平面触头加到介电覆层的至少部分上的该过程中，在介电覆层淀积期间被保持圈所掩盖的那些区域没有被施加平面触头。因此，在介电覆层淀积期间被掩盖的区域中没有被加上平面触头。在此，被掩盖的区域指的是这样的区域，即：这些区域中介电覆层的淀积被保持圈或其他掩盖物以这样的方式所阻止，即使得淀积的介电覆层的厚度被减小或者根本就没有出现介电覆层。利用根据本发明的该方法，被掩盖的区域中局部短路的形成被经济地阻止，且制成的太阳能电池的效率因此而得到改善。根据本发明的太阳能电池可利用根据本发明的该方法生产。有利地，纵向船被用作保持装置。在此情况下，纵向船指的是太阳能电池基底被基本上纵向地设置在其中的一种保持装置，即，太阳能电池基底的背面（或更准确地说是该背面所限定的平面）基本上沿着纵轴延伸。或者换言之，太阳能电池基底的背表面所形成的平面的法向矢量基本上沿着水平轴延伸；其中“基本上”的意思是包括了相对于水平轴的一个可达10°的角偏离范围。在纵向船中所能够设置的太阳能电池基底比在其他保持装置中多，这对于生产太 阳能电池所需的成本是有利的。优选地，施加了一个平面触头，且该平面触头的边界线有至少一个凹处。另外，该平面触头以这样的方式被设计和设置，即，至少一个凹处使在介电覆层淀积期间被保持圈所掩盖的那些区域中的至少一部分不被所述平面触头所覆盖。这使得能够在仅略微减小接触面积的情况下防止局部短路，从而对太阳能电池的效率具有有利的影响。优选地地，这些区域完全不被平面触头覆盖。原理上，可以并排施加若干这种平面触头，而这些平面触头都能够使在介电覆层淀积期间被保持圈掩盖的所有区域都不被平面触头覆盖。但特别优选地的是，施加一种平面触头，该平面触头的边界线对于介电覆层淀积期间被保持圈掩盖的每一个区都有一个凹处。这些凹处的每一个都以这样的方式设计和设置，即它使得在介电覆层淀积期间被相关的保持圈所掩盖的区不受所述平面触头的覆盖。有利地，这些区完全不被所述平面触头覆盖。已经被证明有效的是，利用现有技术的印刷工艺把平面触头印刷到介电覆层或其一部分上。特别地，屏网印刷工艺可被用于此目的，该工艺可方便且成本低廉地适用于平面触头的边界线的不同形状和形式。优选地，利用直接等离子体，介电覆层借助等离子体加强的化学化学汽相淀积（PECVD）被加到太阳能电池基底的背面。如在开始时提到的，以此方式能够生产比间接等离子体更厚的介电覆层，这对介电覆层作为扩散和/或蚀刻阻挡层的使用都有有利的效果。在介电覆层淀积之后，可进行一个发射极扩散，以在太阳能电池基底的正面形成一个发射极，且该介电覆层可在发射极扩散期间被用作对掺杂物进入太阳能电池基底的背面的扩散的扩散阻挡层。这使得可以进行经济的气相单侧发射极扩散。有利地，太阳能电池基底在淀积了介电覆层之后在一个纹理蚀刻介质中被蚀刻，以在太阳能电池基底的正面上形成纹理。在该蚀刻期间，介电覆层被用作阻止对太阳能电池基底的背面的蚀刻的蚀刻阻挡层。优选地，一种硅基底被用作太阳能电池基底。在采用多条相交的接触线或接触条构成的触头网络而不是平面触头的情况下，可以实现本发明的效果，只要在介电覆层淀积期间被保持圈所掩盖的那些区域的周围，把接触线或接触条以这样的方式缩短，即使得在介电覆层淀积期间被保持圈掩盖的区域中没有接触线或接触条。因此，在这些区域中没有接触线或接触条。从而能够防止局部短路。以这样的方式形成的太阳能电池因而在这些区域中具有更短的接触线或条。优选地，接触线或条以这样的方式被缩短，即它们离被掩盖的区域的距离至少1mm。还可以用另一方式实现本发明的效果，即给开始时所描述的传统平面触头设计更小的高度和宽度，但该平面触头也被设置得更接近在介电覆层淀积期间不被保持圈掩盖的区域的边缘。以此方式，与高度和宽度的减小有关的触头面积的损失得到了减小，且其所导致的效率损失被减小。然而，对太阳能电池基 底在生产过程中的取向的要求更高。以此方式生产的太阳能电池因而具有相对其背面上的太阳能电池边缘不对称的平面触头，它与太阳能电池的两条边缘非常接近，而与其他两条边缘距离更远。附图说明以下结合附图详细描述本发明。在附图中，相同标号表示具有相同作用的部件。在附图中：图1是根据现有技术的太阳能电池背面的部分立体图。图2是根据本发明的第一实施例的太阳能电池的部分立体图。图3是根据本发明的第二实施例的太阳能电池的后视示意图。图4是根据本发明的第三实施例的太阳能电池的后视示意图。图5是根据本发明的一个实施例的方法的示意图。图6是介电覆层淀积期间被掩盖的太阳能电池基底背面区域的微观图。图7是根据现有技术的一种太阳能电池的温度记录图。具体实施方式图1显示了根据现有技术的一种太阳能电池1的背面的示意立体图。在太阳能电池1的背面上，设置有一个介电覆层4，例如一个氧化物-氮化物覆层。它也部分地覆盖了太阳能电池11的边缘。在太阳能电池1的背面上，还设置有一个平面触头2，该平面触头部分地覆盖了介电覆层4。平面触头2因而还覆盖了在介电覆层4的淀积期间被保持圈掩盖的区域6a、6b。在图1中这些面积用白色部分表示。掩盖的区域6a、6b从太阳能电池1的边缘延伸向太阳能电池1的背面且没有被覆盖，或者只被比太阳能电池的背面被介电覆层4覆盖的其他区域薄很多的介电层所覆盖。由于发射极掺杂物在介电覆层4施加之后进行的发射极扩散过程中被扩散到太阳能电池1的被掩盖区域6a、6b中，在被掩盖区域6a、6b中由于被掩盖区域6a、6b与平面触头2的接触而发生局部短路8。在图6和7中显示了这种局部短路对太阳能电池造成的严重问题。图6显示了在介电覆层淀积期间被掩盖的太阳能电池基底的背面的微观图。在该图的右边，太阳能电池基底的背面未被介电覆层部分所覆盖的一个区域92呈现为黑色。没有介电覆层的该区域92的左侧与介电覆层90相邻，介电覆层90在该微观图中呈现为苍白。在该苍白区域左边出现的褪色是由于介电覆层90随着其与保持圈距离的加大而变厚，直到不再有掩盖效果且达到了一个最大厚度。图6因而显示了，保持圈能够通过掩盖而实现局部减小的介电覆层淀积。有时它们甚至能够局部地完全阻止介电层的淀积。从图7可见，所产生的短路达到了一个相当的程度。该图显示了一个太阳能电池的温度记录图。短路在此呈现为暗斑。箭头94a、94b、94c所表示的局部短路，由于它们的位置，显然是由于在介电覆层淀积期间被掩盖的区域所引起的。如图7所示，这些局部短路是大规模的短路，其对太阳能电池的效率有 不利影响。图2显示了根据本发明的第一实施例的太阳能电池的部分示意立体图。它被设计为硅太阳能电池11，在其背面设置有一个介电覆层4，例如一个PECVD-氧化物-氮化物覆层。它部分地被一个平面触头12所覆盖。平面触头12具有一个边界线14，该边界线14在图2的立体图中沿着平面触头的边缘并具有凹处16a、16b。掩盖的区域6a、6b被凹处16a、16b与平面触头12分开，从而不发生局部短路。在一个变形实施例中，在掩盖的区域6a、6b中可以有介电覆层，该介电覆层的厚度小于介电覆层4的最大厚度的50％，优选地是小于其30％且特别优选地是小于其10％。在另一变形实施例中，掩盖的区域6a、6b可完全没有任何介电覆层。图3显示了根据本发明的一个第二实施例的太阳能电池的后视示意图。它也是一个硅太阳能电池21，其背面设置有一个介电覆层4。它部分地被一个平面触头22所覆盖；平面触头22的边界线24有三个凹处26a、26b、26c。在介电覆层4淀积期间被掩盖的区域6a、6b、6c被凹处26a、26b、26c与平面触头22分隔开。象图2的情况一样，在该掩盖的区域中可以有厚度减小的介电覆层，也可以完全没有介电覆层。如图3所示，凹处26a、26b、26c可以有不同的形状。这使得它们能够适应相应制造过程的不同要求。图4显示了根据本发明的一个第三实施例的太阳能电池的后视示意图。这也是一个硅太阳能电池31。它与图3的硅太阳能电池21的不同首先在于，它具有一个平面触头32，其边界线34具有六个凹处26a、26b、26c、26d、26e、26f，而不是三个凹处。这些凹处26a、26b、26c、26d、26e、26f相对一条镜线36镜象对称地设置，如图4中的虚线所示，该镜线36在与平面触头32同样的平面中延伸。以此方式，如以上所详细描述的，平面触头32也能够被用于其中掩盖的区域被横向转位设置的太阳能电池基底和/或太阳能电池。如图4所示，并不严格要求凹处26a、26b、26c、26d、26e、26f相对镜平面36镜象对称地设置。所以，例如凹处26f具有与同它镜象对称设置的凹处26c不同的设计。原则上的镜象对称设置就是足够的。图4的硅太阳能电池34与图3的太阳能电池的不同，还在于在平面触头34上设置有焊接触头34。这些可例如通过基于银的屏网印刷触头而形成，并被用于与太阳能电池模块中的太阳能电池的连接。如从图4可见，焊接触头可被设计为连续的焊接触头28a或者不连续的焊接触头28b，而使不连续的焊接触头28b的各个焊接触头组件在原理上能够具有不同的几何形式。这些应该与各种场合的要求相适应。在图2至4的实施例中，平面触头用屏网印刷施加。介电覆层4是PECVD氧化物-氮化物覆层。原理上，也可以采用其他的涂覆和印刷工艺。图5的示意图显示了根据本发明的方法的一个实施例。在此情况下，首先，太阳能电池基底通过被邻接在保持圈上，而被设置在一个纵向船70上。然后， 该纵向船被设置72在一个PECVD涂覆设备上，且利用直接等离子体在太阳能电池基底的背面上淀积72一个介电覆层。优选地，一个氧化物-氮化物覆层被淀积，作为介电覆层。之后是太阳能电池基底的正面上的纹理蚀刻74。该介电覆层被用作所使用的纹理蚀刻介质的蚀刻阻挡层，从而使太阳能电池基底的背面不被施加纹理。在此之后是发射极扩散76，其中所述介电覆层在太阳能电池基底的背面被用作为发射极掺杂物向太阳能电池基底的背面中的扩散的扩散阻挡层。然后，利用屏网印刷工艺，在太阳能电池基底的背面上印刷78具有带有凹处的边界线的平面触头。这些凹处以这样的方式配置和设置，即在介电覆层的淀积72期间被保持圈掩盖的所有区域都被保持不受平面触头的覆盖。在此之后，用一种现有技术方法，一个正面触头被加到80太阳能电池基底的正面上。在图5的实施例中，这是借助正面触头的屏网印刷而实现的。在此之后，该平面触头和正面触头被共烧制82，且以此方式形成了与太阳能电池基底的正面和/或背面的欧姆触头。这些触头在此情况下能够通过任何抗反射覆层而进行烧制。附加的工艺步骤能够方便地被整合到图5所示的处理过程中，例如，形成一个选择性发射极结构所需的那些步骤。相反地，图5所示的实施例中的处理步骤也可被方便地整合到其他制造工艺中，例如整合到德国专利申请第102010025983.7号所描述的太阳能电池制造方法中。在该情况下，图5的实施例中所示的各个处理步骤不一定必须是直接相继的。标号列表1太阳能电池2平面触头4介电覆层6a掩盖的区域6b掩盖的区域6c掩盖的区域8电短路11硅太阳能电池12平面触头14边界线16a凹处16b凹处21硅太阳能电池22平面触头24边界线26a凹处26b凹处26c凹处26d凹处26e凹处26f凹处28a焊接触头28b焊接触头31硅太阳能电池32平面触头34边界线36镜线70把太阳能电池基底设置在纵向船上72把纵向船设置在涂覆设备中并淀积介电覆层74纹理蚀刻76发射极扩散78在背面上屏网印刷平面触头80施加正面触头82共烧制90介电覆层92没有介电覆层的被掩盖区域94a短路94b短路94c短路