制造太阳能电池的方法
【专利说明】制造太阳能电池的方法
[0001 ] 本申请是基于申请日为2011年7月20日、申请号为201180032530.9(国际申请号为PCT/US2011/044737)、发明创造名称为“制造太阳能电池的方法”的中国专利申请的分案申请。
[0002]本文所述的发明根据美国能源部授予的合同号DE-FC36-07G017043在政府的支持下而制得。政府在本发明中可具有某些权利。
技术领域
[0003]本发明的实施例属于可再生能源领域，具体地讲，涉及制造太阳能电池的方法。
【背景技术】
[0004]光伏电池，通常被称为太阳能电池，是直接将太阳辐射转化成电能的熟知的装置。一般来讲，使用半导体加工技术将太阳能电池制造在半导体晶片上或基板上以形成邻近基板表面的p-n结。射到基板表面上的太阳辐射在大部分基板上形成电子空穴对，这些电子空穴对迀移到基板P掺杂和η掺杂区域，从而在所述掺杂区域之间产生电压差。所述掺杂区域连接到在太阳能电池上的金属触点以将电流从电池导向至与其耦合的外部电路。
[0005]效率是太阳能电池的重要特征，因其直接与太阳能电池发电能力有关。同样，制备太阳能电池的效率直接与此类太阳能电池的成本效益有关。因此，提高太阳能电池效率的技术或提高制备太阳能电池效率的技术是普遍所需的。本发明的实施例涉及通过提供制造太阳能电池结构的新工艺而提尚太阳能电池的制造效率。
【附图说明】
[0006]图1根据本发明的实施例示出了代表太阳能电池制造方法中的操作的流程图。
[0007]图2Α根据本发明的实施例示出了对应于图1的流程图的操作102和图3的流程图的操作302的制造太阳能电池的一个阶段的剖视图。
[0008]图2Β根据本发明的实施例示出了对应于图1的流程图的操作104和图3的流程图的操作304的制造太阳能电池的一个阶段的剖视图。
[0009]图2C根据本发明的实施例示出了制造太阳能电池的一个阶段的剖视图。
[0010]图2D根据本发明的实施例示出了制造太阳能电池的一个阶段的剖视图。
[0011]图2Ε根据本发明的实施例示出了对应于图1的流程图的操作106的制造太阳能电池的一个阶段的剖视图。
[0012]图2F根据本发明的实施例示出了制造太阳能电池的一个阶段的剖视图。
[0013]图3根据本发明的实施例示出了代表太阳能电池制造方法中的操作的流程图。
[0014]图4根据本发明的实施例示出了太阳能电池的基板的剖视图，该基板具有形成于其上的加固的多孔层。
【具体实施方式】
[0015]在本文中描述了制造太阳能电池的方法。在以下的描述中，示出了许多具体细节(例如，具体工序流程操作)以提供对本发明实施例的透彻理解。对本领域的技术人员将显而易见的是在没有这些具体细节的情况下可实施本发明的实施例。在其他例子中，没有详细地描述诸如金属触点形成技术的熟知的制造技术以避免不必要地使本发明的实施例难以理解。此外，应当理解在图中示出的多种实施例是示例性的实例并且未必按比例绘制。
[0016]本文公开了制造太阳能电池的方法。在一个实施例中，制造太阳能电池的方法包括在基板的表面上形成多孔层。该多孔层包括多个颗粒和多个空隙。将溶液分配到多孔层的一个或多个区域以提供图案化的复合层。然后加热所述基板。在实施例中，所述多孔层是溶剂吸收层。在一个实施例中，制造太阳能电池的方法包括在基板表面上形成多孔层。该多孔层包括多个颗粒和多个空隙。将溶液分配到多孔层的一个或多个区域以提供图案化的复合层。该溶液包含用于基板的电荷载流子杂质原子的掺杂物源。在实施例中，该多孔层是溶剂吸收层。
[0017]本文还公开了太阳能电池。在一个实施例中，太阳能电池包括基板。该太阳能电池还包括设置在基板表面上的多孔层，所述多孔层包括多个颗粒和多个空隙。在实施例中，该多孔层是溶剂吸收层。
[0018]多孔表面混合物在纸张制备中用来提高印刷分辨率。然而，当混合物用于此类应用中时，提高分辨率是混合物的主要功能，并且整个多孔层在印刷之后位置保持不变。根据本发明的实施例，在多孔混合物和掺杂材料之间形成新的相互作用使得后续的蚀刻处理通过移除多孔表面材料而形成印刷有图案的、掺杂的和拓扑改善的涂层。
[0019]根据本发明的实施例，希望在基板上或设置于在制造太阳能电池中所用的基板上的层上产生小的精确图案，例如以便提供掺杂物源。然而，如果使用喷墨方法，一旦液体掺杂物流体着落在晶片或基板表面上，则该液体掺杂物流体趋于流动并且在该表面上铺展开。希望减少铺展以提供分辨率。在实施例中，将厚度一致的层沉积到该表面上是很重要的，即，既不能太厚而使得发生破裂，也不能太薄而使得整个掺杂物层在后处理(例如，蚀亥|J)中被移除。在一些实施例中，晶片或基板的表面具有纹理化表面，并且重要的是将相对一致的掺杂物膜厚度沉积在该纹理化的表面上。
[0020]根据本发明的实施例，通过形成新的复合材料而改善溶剂型喷墨材料的印刷质量。在一个实施例中，在喷射前将颗粒物质沉积到基板或晶片表面上。在一个实施例中，然后形成复合材料以具有溶剂材料和颗粒物质，该复合材料具有不同于任一单独材料的特性。在一个实施例中，单独的颗粒物质的特性相对于颗粒物质加上溶剂系统的特性具有差异，以允许在后处理(例如，蚀刻)中有不同的效果。在一个实施例中，在与颗粒物质结合之后，保留了溶剂材料(诸如，掺杂物)的特定特性，其中所述特定特性起初存在于溶剂材料中，但是现在存在于组合材料中。在实施例中，通过将溶剂材料喷射到已经沉积在晶片或基板表面上的颗粒物质的开放式结构中而实现改善印刷质量。该方法形成了新的、局部的复合材料，其允许随后对喷射区域与未喷射区域进行差异化化学蚀刻或移除。通常，在实施例中，提供了直接将图案化的掺杂物层沉积到半导体晶片或更具体地讲太阳能电池上的新方法。
[0021]根据本发明的实施例，减少了对形成具有流体特性同时满足某些标准的溶剂型喷墨材料的需求。例如，在一个实施例中，提供了掺杂载流子。在一个实施例中，在喷墨印刷之后提供了精细侧向印刷分辨率。在一个实施例中，印刷层厚度具有涂覆在非平表面结构上的能力，通常涂覆在硅晶片的非拋光或纹理化表面。在一个实施例中，在单个方法中提供了所有上述三个属性。根据本发明的实施例，本文所述的方法中的一者或多者的优点在于复合材料的最终特性，即，在颗粒物质的开放式结构和喷射溶剂材料之间的相互作用。
[0022]在一个实施例中，一些优点包括以下一种或多种:(a)在后处理条件下(例如，差异蚀刻)复合材料以不同于非复合材料的方式反应，(b)复合材料具有不同于非复合材料的局部特性，(c)复合材料具有一些溶剂材料的特性(诸如，用作掺杂物源)，以及(d)复合材料具有一些颗粒物质的特性(诸如，厚度和地形覆盖)。通常，在实施例中，复合材料的最终特性使得后续蚀刻处理可形成高效和准确地用于太阳能电池制造的印刷的、掺杂的和拓扑改善的涂层。
[0023]根据本发明的实施例，将颗粒物质(包括在悬浮液中或具有表面涂层的颗粒物质)沉积在表面上。该表面通常属于随后通过喷墨而印刷的硅太阳能电池。多孔材料为二氧化硅化合物或与太阳能电池相容的其他材料(包括满足金属杂质要求的材料)。
[0024]在实施例中，颗粒物质具有如下一种或多种沉积后特性:(a)沉积后成为开放式结构以使得流体可被引入填满空隙，(b)粘附到晶片表面，(c)粘附到在颗粒物质中的其他颗粒使得颗粒层局部地或完全地与自身凝聚，(d)足够厚以覆盖所关注的任何拓扑特征(诸如，先前工序的硅峰)，或(e)对蚀刻溶液的化学反应性。在实施例中，选择颗粒物质中的颗粒尺寸以具有一个或多个下述属性，(a)优化喷射材料的能力以在喷射的同时从基体渗透至晶片表面或(b)优化后续化学蚀刻或类似方法的能力以溶解和移除未接纳喷射材料的颗粒物质。在实施例中，尺寸范围在约0.01微米和约4微米之间的固态颗粒物质预期能提供一些上述所需特性。然而，在另一个实施例中，多孔颗粒物质功能类似。
[0025]根据本发明的实施例，在将颗粒物质沉积到整个或局部表面上之后，该表面用溶剂型材料印刷了喷墨图案。该溶剂型材料在印刷图案中而非在图案之外渗透并融合所述颗粒物质。在印刷和任选地烧制之后，化学蚀刻或相似地处理该表面以在颗粒物质未被溶剂材料融合的那些区域移除所述颗粒物质。颗粒层的另外的实施例包括(但不限于)(a)沉积连续层(例如，溶胶凝胶)，其在进一步固化时变成多孔层，或(b)改变基础层的表面使其在沉积时成为多孔的。在实施例中，高粘度方法是无效的，因为当在工艺流程中诸如加热处理时，该印刷材料可能渗出，降低了分辨率。
[0026]可通过在基板上形成多孔层、将溶液分配到多孔