光伏设备和用于制造光伏设备的方法与流程

本发明涉及光伏设备领域。更具体地，本发明涉及一种由晶体硅制成的光伏设备，该光伏设备具有叉指背接触(interdigitated back contact，ibc)类型的背接触，在该背接触中，收集材料被图形化，从而设备在设备的背侧包括两种类型的接触。本发明还涉及一种用于生产这种光伏设备的低成本方法。本发明的特别有利的应用是用于低成本生产用于产生电能的高效光伏电池，但更一般地，本发明也适用于将入射辐射转换为电信号的任何类似的设备，诸如光电探测器和电离辐射探测器。

背景技术：

1、叉指背接触硅太阳能电池(ibc)虽然效率很高，但由于叉指背接触硅太阳能电池的高度复杂的加工过程而存在困难。实际上，ibc设备的实现需要以非常高的精度将半导体p型和n型接触以及相应的导电接触结构局部化或图形化为叉指状的交替结构。现有技术中已知的大多数技术都依赖于使用复杂且昂贵的工艺。已知实现交替的p型和n型结构的各种方法。这些方法可以基于局部化扩散方法、机械掩膜工艺或甚至是对非局部化沉积进行部分回蚀刻的光刻工艺。

2、最近，在基于异质结接触的晶体硅ibc电池中已经证明了最高的效率。

3、例如在以下出版物中描述了示例：

4、-《interdigitated back contact silicon heterojunction solar cells》，j.c.stang，thesis tu berlin 2018；

5、-《efficient interdigitated back-contacted silicon heterojunctionsolar cells》，n.mingirulli等人，phys.status solidi-rapid res.lett.，vol.5，nr.4，pp.159-161，apr.2011；

6、-《the role of back contact patterning on stability and performance ofsi ibc heterojunction solar cells》，u.k.das等人，第40届ieee光伏专家会议论文集，2014，vol.1；

7、文献us6274402b1描述了需要两个图形化步骤的设备的典型示例，并且该文献基于n指状部和p指状部之间的绝缘层。us6274402b1中所描述的设备的制造工艺复杂且昂贵。

8、过去已经进行了多次尝试来降低ibc-hjt设备的成本。例如，在文献ep1519422b1中，已经提出了仅图形化第一硅层，该第一硅层是n掺杂层或p掺杂层，即电子或空穴收集结构。在这些设备中，第二类型的第二硅层沉积在图形化的电荷收集结构的顶部上。由此产生的设备被称为“隧道结ibc-hjt设备”。与其中两种类型的电荷收集器必须被图形化的技术相比，这种工艺流程使得工艺更简单，因为相对于第一硅层的掺杂类型具有相反掺杂类型的第二硅层形成自对准的收集结构。尽管这种设备的制造工艺比其中两种电荷载流子收集类型都被结构化的制造工艺(例如在us6274402b1种所描述的设备的情况下)简单，但实现接触结构的结构化和对准工艺仍然复杂并且实现起来昂贵。

9、用于实现ibc型或ibc-hjt设备的接触结构的已知工艺例如基于电镀工艺，需要多个工艺步骤，如us9362426所示。这种工艺冗长且昂贵，并且在目前的知识水平下不会更简单和更便宜。

10、文献us 2015/0280029描述了一种背接触、背结太阳能电池，其中，结由p和n界面形成。结是高度复合的区域，必须通过在p区域和n区域之间形成沟槽来去除。沟槽必须在背侧处的硅(si)层中实现，并且需要实现沟槽的钝化以保持高效率。必须对有源半导体执行随后的金属化步骤，并且金属层随后必须被图形化并被隔离在p区域和n区域之间。优选地使用化学蚀刻来将金属层图形化和将si层图形化。si沟槽形成、掩膜、蚀刻、接触开口、金属隔离以形成ibc电池的顺序是乏味且复杂的过程。

11、另一文献us 2019/237608a1描述了实现ibc太阳能电池的工艺。us2019/237608a1中所描述的工艺很复杂，有4到6个不同的蚀刻步骤。每个蚀刻步骤意味着图形化抗蚀剂层的沉积、非保护层的蚀刻工艺以及例如通过剥离来去除抗蚀剂。因此，由于更高的操作成本和产量的降低，多个步骤显著增加了太阳能电池成本，并且不能够使得提供廉价和有效的ibc设备。

12、因此，需要一种更简化的工艺来实现导电接触结构，该导电接触结构应该更便宜，同时确保高可靠性和可能的提高的效率。

技术实现思路

1、本发明涉及一种光伏设备，该光伏设备使得能够减轻现有技术的缺点。特别地，本发明使得能够通过使用导电层以及使用导电化合物或膏状物触点来显著简化ibc太阳能电池的背端部工艺流程，其中，图形化叉指导电接触结构通过仅一个包括至少两种不同类型的孔的树脂掩膜层的沉积、接触垫的局部化沉积和一种蚀刻工艺来实现。特别地，永久保留在太阳能电池上的树脂层的多重功能使得能够极大简化背端部工艺流程。

2、在第一方面，本发明通过一种用于制造叉指背接触(interdigitated backcontact，ibc)光伏设备的方法来实现，该叉指背接触光伏设备包括衬底，该衬底限定平面(x-y)以及平行于平面(x-y)的纵向方向(a-a)和横向方向(b-b)，横向方向与纵向方向(a-a)正交，该方法包括以下步骤(a至e)：

3、步骤a：提供作为n型或p型掺杂并且具有前侧和背侧的第一型或第二型掺杂的衬底，并且在背侧上实现半导体结构，该半导体结构包括第一型掺杂的单独掺杂部分和第二型的掺杂半导体结构，以提供交替电荷类型的半导体触点。第二型是不同于第一型的另一种类型；

4、步骤b：在掺杂半导体结构的顶部上实现导电层；

5、步骤c：在导电层上实现具有背表面的图形化隔离抗蚀剂层，使得所形成的抗蚀剂层包括抗蚀剂部件和抗蚀剂孔；

6、步骤d：将多个导电垫施加到抗蚀剂层上，并且使得导电垫填充抗蚀剂孔，从而使导电垫与导电层电接触。此外，通过填充抗蚀剂孔，导电垫在接下来的蚀刻步骤中保护下面的导电层免受化学侵蚀；

7、步骤e：在由隔离抗蚀剂层中的孔限定的区域中蚀刻导电层，以将第一型电荷收集结构f1与第二型电荷收集结构f2电气性隔断。通过将导电层和多个导电垫电气性隔断，形成第一型电荷收集结构f1和第二型电荷收集结构f2。

8、通过步骤d实现的导电垫还可以从抗蚀剂孔中突出，并且通过在表面的上方突出和/或沿抗蚀剂的x和/或y方向从孔中突出而便于与带或导线接触，所述带或导线用于将相同极性的单独接触垫相互连接并且位于一个太阳能电池的一个极性的触点和第二个太阳能电池的相反极性的接触垫之间。这些导电垫还用作保护垫，以避免孔下面的导电层例如在进一步加工实现蚀刻工艺期间受到化学或物理侵蚀。

9、本发明提出的用于建立单独的导电接触结构的工艺使得能够仅使用4个主要工艺步骤，即沉积导电层或堆叠层、沉积隔离抗蚀剂层、沉积接触垫和蚀刻步骤，以隔断不同类型的触点并提供太阳能电池。即使没有详细提及，也包括附加步骤，如树脂层的干燥和/或固化，以及化学蚀刻工艺中使用的冲洗和干燥步骤。

10、此外，本发明的方法基于隔离抗蚀剂层的低成本沉积。隔离抗蚀剂层的沉积可以例如通过丝网印刷或喷墨印刷来完成。

11、在实施例中，隔离抗蚀剂层可以例如是树脂、漆、可印刷的热塑性聚合物等。隔离抗蚀剂层可以是不透明的，或在至少某个预定的波长范围内至少部分地透明或至少部分地反射。

12、此外，隔离抗蚀剂层保证导线或导电带的电气性隔断，导线或导电带用于将第一电池上的一个极性的垫和/或一个电池的一个极性的接触垫与第二电池的接触垫相互连接，该第二电池的接触垫对于并联连接具有相同的极性，或对于串联连接具有相反的极性。

13、此外，隔离抗蚀剂层通过防止导线或带与下面的导电层之间的电气接触来保证用于将一个极性的垫与相反极性的垫相互连接的导线或导电带的电气性隔断。

14、在实施例中，导电层包括至少一个透明导电氧化物层或至少一个金属层或它们的组合。

15、在实施例中，导电层的透明导电氧化物(tco)层由以下材料中的一种的导电氧化物制成：锌(zn)、锡(sn)、铟(in)、钨(w)或它们的组合。为了获得更高的导电性，这些金属氧化物可以掺杂如铝、硼、镓、氟的掺杂剂。

16、在实施例中，至少一个金属层的材料选自：铜(cu)、银(ag)、铝(al)、镍(ni)、锌(zn)、锡(sn)、铬(cr)、铍(be)、金(au)或它们的合金。

17、导电层或堆叠层可以通过蒸发、溅射或其他已知的使用等离子体辅助沉积方法(如电子束、离子镀、(pe)-cvd沉积或它们的组合)的化学或物理工艺来沉积。

18、在实施例中，导电垫的材料包括导电化合物或膏状物。

19、导电垫优选地由导电化合物制成，导电化合物包括以下材料中的至少一种：锡(sn)、银(ag)、铟(in)、铋(bi)、铜(cu)、铝(al)、镍(ni)。导电化合物可以例如是焊膏、低温或高温烧结膏、导电聚合物(例如填充有金属颗粒的环氧树脂或硅基)等。可以例如通过丝网印刷或喷墨印刷或使得能够局部地沉积导电化合物的其他方法来沉积导电垫。

20、在实施例中，方法可选地包括步骤f，该步骤包括通过填充至少沟槽在光伏设备的背侧上实现隔离层。

21、在实施例中，方法可选地包括步骤g，该步骤包括实现由隔离抗蚀剂层中的孔限定的多个附加开口。附加开口的横向尺寸可以小于10μ0(例如2μ例)，并且附加开口具有沿开口的长度限定的纵向尺寸，该纵向尺寸可以与衬底的宽度一样大。开口可以具有任何形式，如圆形、椭圆形、正方形、六边形或星形孔、长沟槽或甚至不同形式的组合。

22、在隔离抗蚀剂和导电层中提供孔使得能够提供可以是双面太阳能电池的太阳能电池。例如，当使用例如在太阳能电池模块中封装之后布置的诸如白色后箔的高效背反射器时，这种孔还可以改善太阳能电池的电流的增加。通过使用小开口，孔中的蚀刻速率可以较慢，这使得能够在孔中仅蚀刻金属，而不蚀刻或不完全蚀刻tco层。保持整个tco层完整使得能够在一侧上提供有效的电载流子收集，同时提供足够的开口以确保太阳能电池的双面性和/或背反射。

23、在实施例中，方法包括步骤h，该步骤包括通过相应的导电带和/或导线连接导电垫。

24、这些导体用于将光伏设备上相同极性的导电垫或触点相互连接。这些导体还可以用于将第一设备的具有第一极性的导电触点与第二电池的具有第二极性的导电触点相互连接，以进行串联相互连接。这些导体还可以用于将第一设备的具有第一极性的接触垫与第二电池的具有第一极性的导电触点相互连接，以进行并联相互连接。

25、在第二方面，本发明通过叉指背接触(ibc)光伏设备来实现，所述叉指背接触(ibc)光伏设备具有第一型电荷收集结构和第二型电荷收集结构。光伏设备包括衬底，该衬底包括限定前表面和与前表面相对的背表面的半导体结构，半导体结构在衬底的背侧上包括第一型掺杂半导体结构和第二型掺杂半导体结构，该第一型掺杂半导体结构包括多个n掺杂或p掺杂部分，该第二型掺杂半导体结构是不同于第一型掺杂结构的另一种掺杂类型的结构。

26、光伏设备还包括布置在半导体结构上的堆叠层。堆叠层包括：

27、-导电层，该导电层布置在半导体结构上；

28、-图形化隔离抗蚀剂层，该图形化隔离抗蚀剂层布置在导电层上，该图形化隔离抗蚀剂层包括接触孔和隔离孔，导电垫设置在抗蚀剂层上并且设置在接触孔中，其中，接触垫电气接触导电层并且能够从接触孔中伸出。

29、在光伏设备中，沟槽设置在导电层中以将第一型电荷收集结构f1与第二型电荷收集结构f2隔断。通过在隔离层中实现的孔的隔离来限定沟槽。沟槽具有从图形化隔离抗蚀剂层的背表面延伸到第一型或第二型掺杂半导体结构的深度。

30、在实施例中，导电层包括至少一个透明导电氧化物(tco)层或至少一个金属层或它们的组合。

31、在实施例中，沟槽包括堆叠层的不同层的连续的开口。

32、在实施例中，至少一个透明导电氧化物(tco)层中的开口的横向宽度小于导电层中的层的横向宽度中的任一个。

33、在实施例中，至少一个透明导电氧化物(tco)层中的开口的横向宽度大于导电层中的层的横向宽度中的至少一个。

34、在实施例中，导电层在至少一个透明导电氧化物(tco)层上包括金属层、第二金属层、附加金属层中的至少一个。

35、在实施例中，附加金属层与至少一个透明导电氧化物(tco)层接触。

36、在实施例中，至少一个透明导电氧化物层中的开口的横向宽度小于导电层中的层的开口的横向宽度中的至少一个。

37、在实施例中，附加金属层中的孔的横向宽度小于至少一个金属层中的孔的横向宽度。

38、在实施例中，利用ibc光伏设备实现本发明，其中，半导体结构提供与晶体硅衬底的异质结接触。

39、在实施例中，本发明是一种隧道结异质结型ibc光伏设备，其中，第一型掺杂半导体结构局部地沉积在电池的背侧，第二型掺杂半导体结构通过至少部分地覆盖第一型掺杂半导体结构而沉积在设备的背侧。利用该工艺，在第一型和第二型掺杂半导体结构的接触区域中建立隧道结。

40、在实施例中，附加保护层至少在将第一型电荷收集结构f1与第二型电荷收集结构f2隔断的沟槽的区域中沉积在树脂层的顶部上。在本发明的有利实施方式中，保护层沉积在光伏设备的整个背侧上，该保护层的厚度使得能够经由保护层实现接触垫的电贯穿接触。保护层可以是例如sin层。

41、在实施例中，叉指背接触ibc光伏设备1包括多个开口，多个开口从抗蚀剂层背表面延伸到导电层中的至少预定深度d2，开口沿方向x、y具有介于2μm和晶片衬底的总体尺寸之间的横向尺寸，并且可以具有任何形式，如圆形、椭圆形、正方形、六边形或星形孔、长沟槽或甚至不同形式的组合。

42、在实施例中，至少两个叉指背接触(ibc)光伏电池通过导体相互连接。第一电池的第一类型的导电垫连接到第二电池的第一类型的导电垫以进行并联相互连接，或第一电池的第一类型的导电垫连接到第二电池的第二类型的导电垫以进行串联相互连接。