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。
背景技术：
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。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I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I的太阳能电池组件的截面。
图3A和图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、图4B、图5A、图5B、图5C、图和图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。
具体实施例方式在本公开中，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I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I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102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的硅之中。介质钝化层(dielectricpassivation layer) 202在图2的例子中包含二氧化娃,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(p attern)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被收集。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Rgl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. I表示
权利要求
1.一种太阳能电池能量系统，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)在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； (iii)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，所述太阳能电池组件阵列具有处在正电压的正端子和处在负电压的负端子； 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能电池的正面泄漏到太阳能电池组件的构架。
2.权利要求I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。
3.权利要求2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。
4.权利要求I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。
5.权利要求I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。
6.权利要求4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H01L31/048GK102683442SQ20121011249
公开日2012年9月19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