光伏装置及用于制造光伏装置的方法与流程

1.本发明涉及光伏装置的领域。更特别地，本发明涉及具有背接触部的光伏装置，该背接触部为交叉背接触(interdigitated back contact，ibc)类型，其中，收集材料被图案化。特别地，本发明涉及在装置的背部包括隧道结的装置。本发明还涉及用于制造这种光伏装置的方法。
2.本发明的特别有利的应用是用于制造旨在产生电能的高效光伏电池，但是更通常地，本发明还应用于将入射辐射转换成电信号的任何类似的装置，例如光电探测器和电离辐射探测器。


背景技术：

3.交叉背接触硅异质结(interdigitated back-contact silicon heterojunction，ibc-shj)太阳能电池虽然具有高的效率，但是由于交叉背接触硅异质结太阳能电池的高度复杂的工艺而存在困难。实际上，ibc-shj装置的实现需要将后部a-si:h层和tco/金属堆叠层以非常高的精度图案化成交叉梳状结构。从现有技术中获知的大部分技术依赖于使用复杂的且昂贵的工艺。例如在以下论文中描述了这些示例：
[0004]-高效的交叉背接触硅异质结太阳能电池(efficient interdigitated back-contacted silicon heterojunction solar cells)，n.mingirulli等，固体物理学快速研究快报(phys.status solidi-rapid res.lett.)，第5卷，nr.4，第159-161页，2011年4月；
[0005]-背接触图案对硅ibc异质结太阳能电池的稳定性和性能的作用(the role of back contact patterning on stability and performance of si ibc heterojunction solar cells)，u.k.das等，第40届ieee光伏专家会议论文集(proceedings of the 40the ieee photovoltaic specialist conference)，2014年，第1卷；
[0006]
特别地在大批量生产机器中，制造ibc太阳能电池(例如隧道结ibc光伏装置)的已知工艺的突出困难中的一个困难是关于使用通常已知的标准对准技术来在pecvd步骤期间使沉积掩模和晶片对准。在交叉背接触硅异质结太阳能电池的领域中，已知的对准技术仅依赖于需要绝对的掩模到晶片的定位。这种对准技术要求非常高的精度，即优于5μm的精度，特别地，在真空环境下，这导致严重限制了掩模对准自动化。当前的对准技术造成了缓慢的过程以实现高精度并且需要昂贵的光学对准工具，这严重地限制了产品生产量。当对不同的工艺步骤定位多个掩模时，所需的优于5μm的高精度也是产品收得率损失的来源。
[0007]
作为现有工艺中的这种限制的示例，以下公开文献描述了用于局部沉积结构的双非晶微晶结构：andrea tomasi等，“使用选择性区域晶体生长的背接触硅异质结太阳能电池的简单加工(simple processing of back-contacted silicon hetero-juntion solar cells using selective area crystalline growth)”，自然能源(nature energy)，第2卷，nr.5，2017年4月24日，xp055726601。该公开文献描述了当在非晶层的顶部上生长微晶层、纳米晶层或原晶层时的自然生长特性。这种层具有混合相，至多有一个非晶成核区域，非晶成核区域仅用作成核过程的开始。不能直接地控制纳米晶层、微晶层或原晶层的这种
生长，并且结构化的(被遮掩的)硅接触部和非结构化的硅接触部之间的对比度是不够的，需要该对比度以保证随后的导电电极的可靠对准，导电电极由图案化的透明导电氧化物和丝网印刷的银指部制成。因此，在tomasi等的公开文献中，当掩模被布置到晶片上时，即例如使用晶片边缘使掩模的对准必须是绝对的，因此这限制了产品生产量和收得率。换言之，如果没有对第一掺杂纳米晶层下方的第一掺杂非晶层的厚度进行明确控制，保证结构化的硅接触区域和非结构化的硅接触区域之间的充分对比度将是困难的(如果不是不可能的话)，这需要导电接触结构与硅接触结构的间接对准，即借助于与晶片边缘的对准。
[0008]
在以下文献中描述了另一种ibc太阳能电池：d.lachenal等，“基于串联电阻模型的隧道结ibc太阳能电池的优化(optimization of tunnel-junction ibc solar cells based on a series resistance model)”，太阳能材料与太阳能电池(solar energy materials and solar cells)，第200卷，2019年7月9日，xp085797565。lancheal等的文献中的描述对如何实现可靠的、可重复的并且自动的对准步骤保持沉默。开发结果已经表明，单凭纳米晶层的沉积，对导电接触结构进行对准所需要的这种结构的检测根本不可靠，也不可能用于在工业水平上实现ibc电池。


技术实现要素：

[0009]
本发明提出改进公知的标准对准技术，以在制造光伏电池的pecvd步骤期间对沉积掩模和晶片进行对准。因此，本发明提供了对准标记，该对准标记避免了仅依赖于需要绝对的掩模到晶片定位的当前对准技术。在此描述的本发明是关于如何提供新颖的且改进的基准标记，该基准标记使得即使基准标记由与基部衬底相同的材料制成并且同时非常薄，基准也能够在用于后续处理的pecvd步骤中在反射和/或透射下可见。
[0010]
在第一方面，本发明涉及一种硅结构装置，该硅结构装置被用作中间产品，以制造交叉背接触(ibc)光伏装置和模块。硅结构装置包括：
[0011]-硅基衬底，硅基衬底为p型掺杂或n型掺杂并且具有第一面，第一面限定了水平x-y平面以及与所述水平x-y平面正交的竖直方向z；
[0012]-本征非晶硅层a-si:h(i)，本征非晶硅层a-si:h(i)位于所述第一面上；
[0013]-第一图案化硅层，第一图案化硅层位于所述本征非晶硅层a-si:h(i)上，并且包括不同且分隔开的非晶层岛部(2a-2g)的第一阵列，使得在非晶层岛部之间布置有未被涂覆的本征非晶硅(a-si:h(i))层部分，未被涂覆的本征非晶硅(a-si:h(i))层部分限定了间隙的阵列，所述第一图案化硅层的掺杂与硅基衬底的掺杂相同。
[0014]
第二图案化纳米晶硅层，第二图案化纳米晶硅层与所述第一图案化硅层接触，并且包括第二层部分的第二阵列，所述第二层部分中的每一个第二层部分与所述第一层部分中的一个第一层部分接触，并且形成硅结构的阵列。
[0015]
第二层部分的第二阵列的掺杂类型与所述第一图案化硅层的掺杂类型相同。
[0016]
硅结构中的至少一个硅结构构成基准标记，被限定到远离所述衬底的一侧的基准标记的光学反射率r1在预定波长范围内与所述本征非晶硅(a-si:h(i))层部分的反射率r0不同。所述基准标记的光学透射率t1也可以与所述本征非晶硅(a-si:h(i))层部分的透射率t0不同，所述光学透射率(t1)。
[0017]
在制造根据本发明的光伏装置和模块中使用本发明的硅结构装置的优点是，仅在
本征层和掺杂的纳米晶层之间专门附加沉积一定的且具有专用厚度的纯非晶硅层就保证了足够的光学对比度，从而使得能够可靠地检测局部硅结构。这解决了长期存在的制造问题。在现有技术中，光伏装置仅依赖于纳米晶层的沉积，结构的对于导电接触结构的对准所需的光学检测将非常难以实现，并且将不可能用于工业制造过程。实际上，纳米晶层、微晶层或原晶层的生长不能被直接地控制，结构化的(遮掩的)硅接触部和非结构化的硅接触部之间的对比度完全不够，并且不能用于生产环境。
[0018]
在实施例中，针对至少一个波长，(r1-r0)/r0的绝对值介于0.001至0.5之间，优选地介于0.005至0.1之间，更优选地介于0.09至0.2之间，r0和r1被限定为针对介于300nm至1000nm之间的波长。
[0019]
在实施例中，硅结构装置包括至少两个基准。
[0020]
在实施例中，所述基准中的至少一个基准在至少一个横截面平面(xy，yz，xz)中的形状和/或尺寸与硅结构的形状和/或尺寸不同，硅结构在本发明的光伏装置中提供了电荷收集结构。
[0021]
在实施例中，硅结构装置包括至少2个基准标记，至少2个基准标记在平行于所述水平x-y平面的至少一个平面中具有不同形状的横截面。
[0022]
本发明还通过包括硅结构装置的光伏装置来实现。光伏装置包括附加硅层，附加硅层被布置在所述第二图案化纳米晶硅层上，并且覆盖所述硅结构和所述间隙。附加硅层的掺杂类型与第一图案化硅层的掺杂类型不同，并且附加硅层在硅结构上限定了台部。所述至少一个基准上的台部的反射率r3与所述间隙的反射率r2不同，使得并且其中所述至少一个基准能够由光学构件通过所述附加硅层光学检测到。
[0023]
在光伏装置的实施例中，透明导电的第二层存在于所述附加硅层上，并且覆盖所述台部和所述第三层间隙，使得至少一个涂覆的基准的反射率r5与至少一个涂覆的基准的周围环境的反射率r4不同，并且使得所述至少一个涂覆的基准能够由光学构件通过所述附加硅层和所述第二整个区域层光学检测到。
[0024]
本发明还通过包括至少一个所描述的光伏装置的光伏模块来实现。光伏模块包括导电元件，优选地包括导电层或导电线。
[0025]
本发明还通过一种用于制造所描述的硅结构装置的方法来实现，该方法包括以下步骤(a-c)：
[0026]
a.提供硅基衬底，硅基衬底具有n型掺杂或p型掺杂，并且包括位于所述硅基衬底的第一面上的本征非晶a-si:h(i)层；
[0027]
b.在所述本征层的预定区域上实现n型或p型非晶硅层的第一沉积，以形成图案化非晶硅层，该图案化非晶硅层包括多个不同且分隔开的非晶层岛部，非晶层岛部被间隙分隔开；
[0028]
c.在所述非晶层岛部中的每一个非晶层岛部上实现纳米晶层的第二沉积，以在所述非晶层岛部中的每一个非晶层岛部的顶部上产生纳米晶层部分，以形成光伏结构的阵列，该纳米晶层的掺杂类型与所述非晶层的掺杂类型相同，同时选择所述第一非晶层部分的厚度(t)，使得形成至少一个基准，被限定到远离所述衬底的一侧的至少一个基准的光学反射率(r1)与所述本征非晶硅(a-si:h(i))层部分的反射率(r0)不同。
[0029]
本发明还通过一种用于实现光伏装置的方法来实现。在用于实现光伏装置的方法
的实施例中，在步骤c之后，执行步骤d，步骤d包括在硅结构和所述本征非晶硅(a-si:h(i))层部分的顶部沉积整个区域半导体层，整个区域半导体层的掺杂类型与所述第二纳米晶层的掺杂类型不同，使得所述至少一个基准能够由光学构件通过所述整个区域半导体层检测到。在已经执行了步骤之后，形成了能够使由被吸收的光子产生的电荷分离的光伏装置。
[0030]
在实施例中，在所述步骤d之后，实施步骤e，步骤e包括在所述半导体层的顶部沉积第二层，使得所述至少一个基准能够由光学构件通过所述整个区域半导体层和第二整个区域层检测到。
[0031]
在实施例中，所述第二层的厚度t2被选择成使得从所述至少一个基准离开的反射光通过相长干涉在至少一个波长范围内透射穿过所述第二层，至少一个波长范围被限定在uv、可见或红外光谱中。
[0032]
在实施例中，所述至少一个基准的实现通过使用掩模来完成，该掩模包括至少一个锥形形状的孔，所述锥形形状被限定在与所述水平x-y平面正交的至少一个平面中，使得至少一个基准的高度(h)大于所述电荷收集结构的高度。
[0033]
在实施例中，所述非晶层岛部的沉积和纳米晶层岛部的沉积通过同一机械掩模来完成。
[0034]
本发明还通过使用所描述的硅结构装置以实现光伏装置来实现。
[0035]
本发明还通过使用至少一个所描述的光伏装置以实现光伏模块来实现。
附图说明
[0036]
现在将参照附图来描述本发明，在附图中：
[0037]
图1是本发明的包括基准的硅结构装置的一部分的示意性横截面视图，每个基准由a-si:h(n)层的一部分和nc-si:h(n)层的一部分制成。该图还示出了硅结构的阵列，硅结构的阵列是根据本发明的模块和光伏装置的电荷收集结构的基部；
[0038]
图2是光伏装置的一部分的制造步骤的示意性横截面视图，示出了用于实现可光学检测的基准的机械遮蔽掩模，光学可检测的基准通过掩模将a-si:h(n)层的一部分和nc-si:h(n)层的一部分叠加来实现；
[0039]
图3是光伏装置的一部分的制造步骤的实施例的示意性横截面视图，示出了用于实现可光学检测的基准的机械遮蔽掩模，可光学检测的基准通过掩模将a-si:h(n)层的一部分和nc-si:h(n)层的一部分叠加来实现，掩模层包括两个锥形形状的孔；
[0040]
图4是本发明的包括两个基准的光伏装置的一部分的顶视图，每个基准由a-si:h(n)层的一部分和nc-si:h(n)层的一部分制成。该图还示出了电荷收集结构的阵列；
[0041]
图5是光伏装置的一部分的顶视图，该光伏装置包括两个基准和电荷收集结构的阵列，两个基准和电荷收集结构的阵列完全被第一区域层(优选地，第一整个区域层)覆盖，第一区域层的掺杂与光伏装置的衬底的掺杂相反；
[0042]
图6示出了包括第二区域层的光伏装置的一部分的顶视图，第二区域层可能是整个区域层，例如由zno：al制成，并且完全覆盖图5的第一整个区域层。图6示出了本发明的基准标记能够通过所述第二整个区域层光学检测到，并且用于对在图8中示出的导电透明层进行图案化；
[0043]
图7示出了图5的光伏装置的横截面视图，并且示出了基准的反射率和基准的间隙
的反射率的差异。图7示出了在对区域导电透明层(可以为整个区域层)进行沉积之前的光伏装置的实现状态。图5中的对准基准用于实现如在接下来的图8中示出的图案化的导电透明层；
[0044]
图8示出了在最终金属化步骤之前，本发明的装置的背接触部的典型实现。图8示出了在通过使用本发明的对准基准对整个区域的导电透明层进行图案化步骤之后的导电透明层。
[0045]
图9示出了本发明的装置的背接触部的另一种实现方式。
[0046]
图10示出了来自本发明的基准的反射率以及穿过该基准的透射率，该基准涂覆有层，该层的掺杂与基准的掺杂相反；
[0047]
图11示出了来自本发明的基准的反射率以及穿过该基准的透射率，该基准涂覆有透明导电层；
[0048]
图12示出了在本发明的包括非晶a-si:h(n)层的基准标记的顶部上的光伏装置的反射率与在该基准旁边的没有a-si:h(n)层的区域的反射率的差异。图10的反射率曲线示出了在本发明的基准中使用a-si:h(n)层的益处，以在典型的可见光谱的情况下增强对比度。
[0049]
图13示出了包括非晶a-si:h(n)层的基准与不包括非晶a-si:h(n)层的基准之间的透射率差异。
具体实施方式
[0050]
将根据特定实施例并且参照一些附图对本发明进行描述，但是本发明不限于这些特定实施例或附图。所描述的附图仅为示意性的并且为非限制性的。在附图中，一些元件的尺寸可能被放大并且出于说明目的而未按照比例绘制。尺寸和相对尺寸不对应于本发明的实际应用的真实换算。
[0051]
应当注意，说明书和权利要求中的术语“包括”不应被解释为仅限于在包括之后所列的装置，即术语“包括”不排除其他元件。
[0052]
在本说明书中所提到的“实施例”表示关于该实施例描述的特征、结构或特性被包括在本发明的至少一个实施例中。因此，在本说明书中的不同位置出现的词“在实施例中”或者“在变型中”不一定全部表示同一实施例，可能表示多个实施例。此外，特征、结构或者特性在一个或多个实施例中可以以任何合适的方式组合，这对于本公开的技术人员而言是明显的。类似地，本发明的各种特征有时在单个实施例、附图或描述中被组合在一起，以使本公开更易于阅读，并且改善对各种发明方面中的一个或多个发明方面的理解。此外，虽然下文描述的一些实施例包括一些特征，但是不包括被包括在其他实施例中的其他特征，但是不同实施例的特征的组合被表示为在本发明的范围内，并且来自不同实施例。例如，所描述的实施例中的任何实施例可以以任何组合来使用。还应当理解，本发明可以被实施而不需要所提出的众多特定细节中的一些细节。在其他示例中，为了不干扰对说明书和/或附图的理解，并未详细地示出所有结构。
[0053]
在此，水平平面被限定为平行于衬底3的面的x-y平面。词“水平横截面”是指x-y平面中的横截面。在此，词“竖直”是指垂直于衬底，并且限定了z-轴线。竖直横截面是在包括竖直轴线z的x-z平面或y-z平面中的横截面。径向方向是指限定在水平横截面中的方向。横
向方向被限定在水平平面中的x方向和/或y方向上。宽度被限定为结构的穿过水平平面中的虚拟线的宽度，所述宽度也被限定为直径。在此，厚度被限定为竖直z方向上的厚度。
[0054]
在此，术语“基准”是指对准标记，也被限定为基准标记10、10’。
[0055]
在此使用的术语“整个区域层”被限定为沉积在例如整个衬底3的整个表面上的层。
[0056]
在此，术语“硅结构装置”和“硅结构”是指在其表面上包括硅结构的装置，以用于制造光伏装置。单独使用时，硅结构装置和硅结构不被用作将光转化为电荷的装置，而是作为中间产品。
[0057]
本发明提供了ibc太阳能电池，例如能够以低成本工艺特别地在大批量生产机器中生产的隧道结型ibc光伏装置。本发明的方法和装置改进了仅依赖于需要绝对的掩模到晶片定位的当前对准技术。这种对准技术要求非常高的精度，即优于5μm的精度，这导致严重限制了掩模对准自动化。此外，考虑到全球环境，在高生产量pecvd机(》每小时6000个晶片)中，优于5μm的掩模对准仍然是复杂的问题。特别地，沉积温度(150℃至250℃)导致材料膨胀(掩模、晶片保持器)，并且真空环境阻碍了低成本对准技术(例如标准相机)的使用。这些限制造成了缓慢的过程并且需要昂贵的光学对准工具，这严重地限制了产品生产量。所需的优于5μm的高精度也是产品收得率损失的来源。因此，需要找到使得能够优选地在室温下、标准气氛下(即，不在真空下)和在高速下进行对准的替代解决方案，以降低这种太阳能电池的全球制造成本。
[0058]
在此描述的本发明是关于如何制造或更好地沉积基准10，以使得即使基准标记10由与基部衬底相同的材料制成并且同时非常薄，基准也能够在用于后续处理的pecvd步骤中可见。
[0059]
提出的解决方案通过用以下方式来延迟硅n和p结之间的对准过程和最终的金属化步骤，解决了昂贵的掩模和晶片自动化的问题。
[0060]
该解决方案不是在pecvd步骤中使用标准的晶片边缘对准方法将精确的掩模到晶片的定位优于5μm，而是通过使用集成到所需掩模中的基准开口将对准约束放宽到300μm至500μm。这样，掩模定位被放宽，并且可以以被动的方式完成而不需要相机，这极大地降低了自动化成本。接下来，用标准丝网印刷机完成金属化步骤，金属化步骤需要与先前沉积的硅n和p结对准。这些机器大部分配备有在可见光波长范围内工作的相机，一旦这些机器能够识别至少一对基准或在晶片上具有特定形状的基准，这些机器就能够在5μm的精度内以高生产量容易地对准。具有新颖性和创造性的方面在于基准材料成分是在pecvd步骤期间完成的，使得例如丝网印刷机能够识别一个或多个基准10并且能够在先前沉积的硅n和p结上使金属化丝网对准。
[0061]
在背接触太阳能电池应用中，有效的隧道结通常由通过掩模沉积的n型掺杂纳米晶硅层以及同时形成隧道结本身(n极)和发射极层(p极)的p型掺杂纳米晶硅层制成。为了有效地制造，第二p型掺杂层是在没有掩模的情况下沉积的，因此覆盖了局部的且结构化的n型层以及这些结构之间的间隙。p型层和n型层都在30nm至80nm的厚度层内以纳米级嵌入了高比例的硅晶体。这些n层和p层在光学上非常接近于同样是晶体硅主体晶片3的光学折射率(n，k)。本征非晶硅层a-si:h(i)5通常用作异质结基太阳能电池中的有效钝化层，由于本征非晶硅层的厚度通常小于10nm，因此增加本征非晶硅层不足以保证大部分纳米晶体结
构与晶体衬底的有效光学分离。因此如果这样，就不能用普通的丝网印刷机相机来检测p极和n极的图案之间的任何光学差异，因为p极层和n极层由相同的晶体硅成分制成。本发明在于通过提供新型的基准标记10来解决该技术问题。
[0062]
在本发明中提出的具有新颖性和创造性的步骤是开发了基准的材料成分，使得基准的光学指数与涂覆有本征a-si:h(i)非晶硅层的主体硅晶片相比显著不同，而不会使隧道结本身的电性能劣化。通过实施本发明的解决方案，太阳能电池效率可以达到其最佳性能，并且可以在室温下和大气压力下与标准丝网印刷机对准，从而使得能够以低成本制造这种ibc太阳能电池。
[0063]
实际上，通过在n掺杂纳米晶层之前通过掩模沉积n掺杂非晶硅层2，提供了对准标记，该对准标记对于主要在可见光波长范围内工作的印刷机相机变得可见。因为硅晶片与基准的光学性质n(λ)、k(λ)不同，这种非晶层2的使用增强了硅晶片3与基准10之间的对比度。在物理上，本发明的局部的基准的光学折射率由依次为纳米晶(p)层、纳米晶(n)层、非晶硅(n)层、非晶硅(i)层、衬底层3的堆叠而成，而基准的周围区域由纳米晶(p)/非晶硅(i)/衬底3材料制成。还通过对结构化的非晶硅层2的厚度进行调节来实现基准10的反射率的变化。
[0064]
n掺杂的非晶硅层2较薄(在5nm至15nm范围内)，穿过该层的电输送不会劣化，隧道结的电性能被保持。本发明的解决方案的具有新颖性和创造性的步骤在于，与硅主体晶片相比，沉积的硅层的反射率通过遮蔽掩模被局部地改变，而不增加隧道结的电阻。
[0065]
更确切地，本发明提出了一种硅结构装置1，该硅结构装置为中间产品，以实现交叉背接触(ibc)装置。硅结构装置1包括：
[0066]-硅基衬底3，硅基衬底为p型掺杂或n型掺杂并且具有第一面3a，第一面限定了水平x-y平面以及与所述水平x-y平面正交的竖直方向z；
[0067]-本征a-si:h(i)非晶硅层5，本征a-si:h(i)非晶硅层位于所述第一面3a上；
[0068]-第一图案化硅层2，第一图案化硅层位于所述本征a-si:h(i)非晶硅层5上，并且包括不同且分隔开的非晶层岛部2a-2g的第一阵列。这些非晶层岛部2a-2g被间隙2a
’‑
2g’的阵列2’分隔开。在这些间隙中，存在本征非晶硅(即a-si:h(i))层部分5a-5f，这些间隙是第一图案化硅层2的孔，本征非晶硅层部分也被限定为间隙部分5a-5f，是非晶硅层5的不存在非晶层部分的部分。所述第一图案化硅层2的掺杂与硅基衬底3的掺杂相同，
[0069]-第二图案化纳米晶硅层4，第二图案化纳米晶硅层与所述第一图案化硅层2接触，并且包括第二层部分4a-4g的第二阵列，所述第二层部分4a-4g中的每一个第二层部分与所述第一层部分2a-2g中的一个第一层部分接触，并且形成硅结构12a-12g的阵列40，如在图1中示出的。硅结构中的大部分硅结构12b-12f是本发明的模块和光伏装置的电荷收集结构的基部，其余的结构12a、12g是对准标记或用作对准标记的电荷收集结构。存在用作对准标记或为对准标记的至少一个硅结构12a。如另外说明的，用作对准标记的结构可以在形状、成分上不同，或者具有与作为用于所述电荷收集结构12b-12f的基部的硅结构不同的涂层。如另外说明的，对准标记可以具有点的形状，或者可以呈现使得能够在x-y平面中限定方向的形式，例如l形形式或其他形式。
[0070]
应当理解，第二层部分4a-4g的横向尺寸可以不与所述非晶层岛部2a-2g的横向尺寸相同。
[0071]
第二层部分4a-4g的所述第二阵列的掺杂类型与所述第一图案化硅层2的掺杂类型相同。在实施例中，第二层部分4a-4g的掺杂水平可以与所述第一图案化硅层2的掺杂水平不同。
[0072]
所述硅结构12a、12g中的至少一个硅结构构成基准标记10，被限定到远离所述衬底3的一侧的基准标记的光学反射率r1至少在特定波长范围内与所述本征非晶硅(即a-si:h(i))层部分5a-5f的反射率r0不同，如在图1中以及在图9中所示的实施例中由相应的符号ro和r1示出。
[0073]
在实施例中，基准标记10的光学反射率r1可以大于或小于本征非晶层5的间隙部分5a-5f的反射率r0。
[0074]
在实施例中，(r1-r0)/r0的绝对值可以介于0.001至0.5之间，优选地，介于0.005至0.1之间，更优选地介于0.09至0.2之间，反射率r0和r1被限定为针对介于300nm至1000nm之间的波长范围。实际上，r1和r0的值之间的百分之几的差异足以对在本发明的装置1中的基准标记10、10’的存在进行光学检测。如在图1中示出的，如果没有非晶层部分2a、2g以及纳米晶层部分4a、4g的组成，构成基准标记10的硅结构12a、12g与其他部分的对准是不可能的。这种其他部分可以是：
[0075]-电接触结构
[0076]-掩蔽结构/掩蔽层，以保护沉积层免受局部回蚀刻或避免在另外的处理步骤期间的局部短路(即通过线或带相互连接)。
[0077]
实际上，折射率可以被调整，使得基准标记10的反射率可以被调整以相对于周围的本征非晶层部分5a-5f提供大的对比度。
[0078]
通常，第一层部分2a-2g的直径介于500μm至1mm之间，第一层部分的厚度介于5nm至30nm之间。第二层部分4a-4g的厚度介于15nm至80nm之间。
[0079]
应当理解，本发明不限于如上所述的r1和r0的示例性值范围。
[0080]
在本发明的装置中，所有光伏结构都是导电的。由于所使用的过程，基准标记10是导电的。在实施例中，电绝缘层可以被布置在本征非晶层5与基准10之间，即被布置在本征非晶层5与非晶基准部分2a、2g之间。
[0081]
在特定实施例中，考虑到对基准与基准周围的层(例如本征非晶层部分5a-5f)之间的光学对比度进行增强，基准可以包含在其他光伏结构12b-12f中不存在的材料。例如，离子注入可以在所述基准10中实施，而不在其他光伏结构12b-12f中实施。此外，在变型中，基准10的晶体和/或结构性基体成分可以与其他光伏结构12b-12f至少部分地不同。
[0082]
在未示出的变型中，附加对比层可以仅被沉积在基准10的位置处，而不沉积在其他光伏结构12b-12f上。在变型中，所述光学对比层可以通过至少部分地在基准10的体积内部进行激光处理，或者通过将光学对比层的远离所述衬底3的一侧的上表面进行处理来实现。在变型中，例如，热处理和/或激光处理可以改变基准的表面粗糙度，以产生与其它光伏结构12b、12f的反射特性不同的光学反射特性。
[0083]
在实施例中，本发明的硅结构装置1(并且也是光伏装置)包括至少两个且可能不同的基准10、10’。例如，硅结构装置1 1可以包括以三角形形式布置的3个基准标记，或者可以包括根据如下阵列布置的大量的基准标记，例如圆形、正方形或矩形布局形式：该阵列呈现为依赖于电荷收集结构的布局的形式。
[0084]
在实施例中，所述基准10、10’中的至少一个基准在至少一个横截面平面(即xy平面、yz平面、xz平面)中的形状和/或尺寸与所述电荷收集结构12b-12f的形状和/或尺寸不同。
[0085]
在实施例中，光伏装置1包括至少2个基准10、10’，至少2个基准在平行于所述水平x-y平面的至少一个平面中具有不同形状的横截面。
[0086]
在图3中示出的实施例中：至少一个基准10、10’具有被限定在与所述水平x-y平面正交的至少一个平面中的锥形形状。
[0087]
在实施例中，所述基准10中的至少一个基准由形成图案的多个点构成。
[0088]
本发明还通过包括本发明的硅结构装置1的光伏装置和光伏模块来实现。
[0089]
在图7中示出的实施例中，第三层50覆盖硅结构装置1、结构12a-12f以及本征非晶层5的间隙部分5a-5f，优选地，第三层为至少部分透明的硅层50。该附加硅层50的掺杂类型与非晶层部分2a、2g和纳米晶层部分4a、4g的掺杂类型不同。通过沉积所述至少部分透明的硅层50，在间隙5a-5f中产生了与由结构12a-12f产生的接触部的类型相反的接触部，并且由此产生了实现光伏装置所需的电荷分离接触部。如在图7中示出，所述第三层50是覆盖层，并且第三层的沉积提供了由第三层间隙间隔开的多个第三层部分50a-50e。所述第三层部分50a-50e实际上具有被布置在x-y平面中的梁部(也被限定为指部)的形式。第三层涂层50的位于基准标记结构12a、12g的顶部上的部分50a、50e形成涂覆的基准标记50a、50g，涂覆的基准标记的反射率r3与所述第三层间隙的反射率r2不同，如在图7中示出。如上所述，由于基准标记10的光学反射率r1与本征非晶层5的间隙部分5a-5f的反射率r0之间的差异，基准标记10能够由光学构件通过所述附加硅层50容易地光学检测到，
[0090]
基准标记仍然可以通过被沉积在所述第三层50上的另一层(也被限定为第二层60)而被检测到。所述另一层60通常是透明导电层，例如tco层，如下文所述。此外，在沉积所述附加硅层50a-50e之后，反射率r3和r2可能存在差异，使得基准标记通过所述导电透明层60可以甚至更容易地检测到。
[0091]
通常，不同的层2、4、5、50、60的优选厚度为：
[0092]-本征非晶硅层a-si:h(i)层5的优选厚度为：2nm至10nm，优选地为3nm。
[0093]-第一图案化硅层2的优选厚度为：5nm至15nm，优选地为11nm。
[0094]-第二图案化纳米晶硅层4的优选厚度为：15nm至50nm，优选地为25nm。
[0095]-第三层50的优选厚度为：10nm至40nm，优选地为20nm。
[0096]-透明导电的第二层60的优选厚度为：30nm至300nm，优选地为50nm。
[0097]
在实施例中，(r3-r2)/r2的绝对值可以介于0.001至0.5之间，优选地介于0.005至0.1之间，更优选地介于0.09至0.2之间。实际上，r3和r2的值之间的百分之几的差异使得能够对在本发明的装置1中的基准标记10、10’的存在进行光学检测。本发明不限于如上所述的r3和r2的示例性值范围。
[0098]
在实施例中，被布置在所述附加硅层50上的第二附加层60是透明导电层，该透明导电层可以是整个区域层，至少部分地由例如zno：al或ito(indium tin oxide，氧化铟锡)制成。图6示出：通过以在方法部分中进一步详细描述的方式使用基准，本发明的基准10可通过第二附加层60并且在第二附加层的图案化之前光学检测到。
[0099]
图8示出了在通过使用本发明的对准基准10对整个区域的导电透明层(图5)进行
图案化步骤之后的导电透明层。图8示出了本发明的装置的背接触部的典型实现。如在图8和图11中示出，结构的第一部分60b、60d、60f、60h、60j被构造成获取负电荷，而其他部分60a、60c、60e、60g、60i被构造成在光从衬底3的一侧入射时获取正电荷。
[0100]
显然，由于电学原因，层60的部分(图9)不能连接具有相反极性的电荷收集结构。
[0101]
本发明还提供了一种完整的太阳能电池，优选地，该太阳能电池包括沉积在透明导电氧化物层上的金属层。这可以通过例如丝网印刷银来实现。
[0102]
与第三层50类似，第二附加层60与所述光伏结构和第三层50结构一起形成，第二附加层可以具有梁部或台部60a-60j的形式。第三层涂层50的位于第二附加层60的顶部上的部分60a、60e形成至少一个涂覆的基准标记60a、60g，至少一个涂覆的基准标记的反射率r5与至少一个涂覆的基准标记的周围区域的反射率r4不同，如在图8中示出。如上所述，由于涂覆的基准标记10的光学反射率r3与第三层50的间隙部分的反射率r2之间的差异，基准标记10仍然能够由光学构件通过所述第二附加层60光学检测到。
[0103]
在实施例中，(r5-r4)/r4的绝对值可以介于0.001至0.5之间，优选地介于0.005至0.1之间，更优选地介于0.09至0.2之间。实际上，r5和r4的值之间的百分之几的差异使得能够对在本发明的装置1中的基准标记10、10’的存在进行光学检测。本发明不限于如上所述的r5和r4的示例性值范围。
[0104]
在实施例中，反射率值r1、r3、r5中的至少两个可以相同。在其他实施例中，间隙反射率值r0、r2、r4中的至少两个可以相同。
[0105]
图4至图6示出了整个晶片的水平横截面的顶视图：
[0106]-在图4中，该晶片包括第一图案化硅层2，所述第二图案化纳米晶硅层4被沉积在第一图案化硅层上；
[0107]-在图5中，该晶片包括所述第三半导体层5，所述第三半导体层位于覆盖有所述第二图案化纳米晶硅层4的整个区域的顶部上；
[0108]-在图6中，该晶片包括透明导电层60，该透明导电层位于所述第三层50的顶部上。
[0109]
从图5和图6可以看出，基准标记10(即，在所述层2a和4g的顶部上的所述层4a和4g)通过第三层50可见，并且还通过所述透明导电层60可见，第三层是整个半导体层，所述透明导电层位于所述第三层50的顶部上。
[0110]
在实施例中，在沉积所述第三层50并且因此沉积所述透明导电层60之前，所述基准10的顶部的形状可以改变。
[0111]
在图9中所示的实施例中，本发明的至少一个基准标记10可以保持未涂覆有所述第三层50和/或所述透明导电层60。在图9的变型中，第三涂覆层50不覆盖基准标记，并且不与两个基准标记10接触，并且在基准标记10和第三层50之间存在间隔g。间隔g的宽度可以介于500μm至1mm之间。在使用特定的底部-顶部等离子体沉积方法而不是常规的顶部-底部等离子体沉积方法来沉积第三涂覆层50或透明导电层60的情况下，该构型可能是有用的。在该特定情况下，太阳能电池被向下定位在面向等离子体沉积装置的敞开的托盘上，并且晶片边缘和基准10在等离子体沉积期间被托盘遮蔽。
[0112]
如在图12和图13中示出，基准标记10的光学透射率t1可以大于或小于本征非晶层5的间隙部分5a-5f的光学透射率t0。
[0113]
在实施例中，(t1-t0)/t0的绝对值可以介于0.001至0.5之间，优选地介于0.005至
0.1之间，更优选地介于0.09至0.2之间，光学透射率t0和t1被限定为针对介于300nm至1000nm之间的波长范围。实际上，t1和t0的值之间的百分之几的差异足以对在本发明的装置1中的基准标记10、10’的存在进行光学检测。光学透射率的差异可以用于例如使用红外相机通过衬底来检测基准的构型，该衬底可以是至少部分光学透明的衬底。本发明不限于由si制成的衬底。
[0114]
如在图10和图11中示出，与未涂覆的基准的透明度特性相似，涂覆的基准的透明度也可以相对于基准的间隙的透明度不同，即t3与t2不同，t5与t4不同。
[0115]
本发明还通过包括如上所述的硅结构的光伏电池实现，硅结构用于在制造光伏电池期间提供基准。
[0116]
本发明还涉及由至少一个本发明的光伏电池制成的光伏模块。光伏模块包括至少一个光伏电池和其他元件，例如壳体，和/或保护层和/或其他光伏电池。
[0117]
本发明还通过一种用于制造硅结构装置1的方法来实现，硅结构装置用作制造本发明的光伏装置和模块中的元件。该方法包括步骤a-c：
[0118]
a.提供硅基衬底3，该硅基衬底具有n型掺杂或p型掺杂，并且包括位于所述硅基衬底3的第一面3a上的本征非晶a-si:h(i)层5；
[0119]
b.通过掩模在所述本征层5上实现n型或p型非晶硅层2的第一沉积，以形成图案化非晶硅层2，该图案化非晶硅层包括多个不同且分隔开的非晶层岛部2a-2g，非晶层岛部被间隙2a
’‑2’
g分隔开；
[0120]
c.优选地通过使用同一掩模在所述非晶层岛部2a-2g中的每一个非晶层岛部上实现纳米晶层4的第二沉积，以在所述非晶层岛部2a-2g中的每一个非晶层岛部的顶部上产生纳米晶层部分4a-4g，以形成硅结构12a-12f的阵列，该纳米晶层的掺杂类型与所述非晶层2的掺杂类型相同。所述非晶层岛部2a-2g是通过选择所述第一非晶层部分2a-2g的厚度来实现的，使得形成至少一个基准10，被限定到远离所述衬底3的一侧的至少一个基准的光学反射率r1与所述间隙2a
’‑
2g’的反射率r0不同。
[0121]
在实施例中，另外的步骤d可以包括以下沉积：半导体层50被布置在所述硅结构12a-12f和所述间隙5a-5f的顶部，使得所述至少一个基准10、10’能够由光学构件通过所述半导体层50检测到，该半导体层的掺杂类型与所述第二纳米晶层4的掺杂类型不同，优选地，所述半导体层50为整个区域层50。一旦步骤d被执行，那么该装置是可以将光转换成分离电荷的光伏装置1。
[0122]
在实施例中，在实现整个半导体层50的所述步骤d之后，实施步骤e，步骤e包括在所述整个第一区域层50的顶部沉积第二区域层60，使得所述至少一个基准10、10’可以由光学构件通过所述第一整个区域层50和所述第二整个区域层60检测到。所述第二区域层60可以是整个区域层。所述整个第一区域层50的优选厚度在15nm至40nm的范围内。在有利的实施例中，所述第二区域层60是至少透明导电的层，例如zno：al，或者ito(氧化铟锡)层。
[0123]
在实施例中，第二整个区域层60的厚度t2被选择成使得从所述至少一个基准10、10’离开的反射光通过相长干涉在至少一个波长范围内透射穿过所述第二整个区域层60，至少一个波长范围被限定在uv、可见或红外光谱中。所述整个第一区域层60的优选厚度在30nm至300nm的范围内。
[0124]
在实施例中，所述至少一个基准10、10’的光学特性在制造过程期间用光学设备来
确定。
[0125]
这种光学设备可以包括具有图像处理能力的相机、或者干涉仪，干涉仪可以包括激光器。有利地，可以使用单色相机，单色相机使用发射光的波长为635nm的led。
[0126]
在图3中示出的实施例中，所述至少一个基准10、10’是通过使用掩模100’来实现的，该掩模包括至少一个锥形形状的孔，所述锥形形状被限定在与所述水平平面正交的至少一个平面中，从而给出至少一个基准10、10’，至少一个基准的高度h大于所述电荷收集结构12b-12f的高度，高度被限定在所述z方向上。
[0127]
为了提供整个光伏装置，执行附加步骤f，该附加步骤包括在zno层上沉积金属层。这可以通过例如丝网印刷银来完成。
[0128]
在另一方面，本发明涉及使用在此描述的硅结构装置1来实现光伏装置(例如太阳能电池)。
[0129]
在另外的方面，本发明涉及使用所描述的硅结构装置1或所述光伏装置来实现由所述光伏装置中的至少一个光伏装置制成的光伏模块。
[0130]
通常，应当理解，本发明的过程和装置可以应用于依赖于非硅装置的光伏电池，例如基于其它半导体的装置，例如基于锗(ge)的光伏电池。
[0131]
实验结果
[0132]
图10示出了在本发明的包括非晶a-si:h(n)层的基准标记的顶部上的光伏装置的反射率与在该基准旁边的没有a-si:h(n)层的区域的反射率的差异。图10示出了本发明的基准10的典型的所需对比度，以使得能够对基准进行光学检测。图10的反射率曲线示出了在本发明的基准10中使用a-si:h(n)层的益处，以在典型的可见光谱的情况下增强对比度。
[0133]
图11示出了包括非晶a-si:h(n)层的基准10与不包括非晶a-si:h(n)层的基准之间的透射率差异。