晶片太陽能電池及太陽能電池生產(chǎn)方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種晶片太陽能電池，其包括有半導(dǎo)體層(1)、背側(cè)發(fā)射極層(2)、布置在背側(cè)發(fā)射極層(2)上的鈍化層(3)、在所述鈍化層中形成的開口(31)以及布置在鈍化層(3)上的金屬化層(4)，其中發(fā)射極層(2)、鈍化層(3)和/或金屬化層(4)大體上完全覆蓋太陽能電池的背側(cè)，并且其中與每一開口(31)毗鄰形成的摻雜區(qū)(5)延伸入發(fā)射極層(2)中和/或延伸入半導(dǎo)體層(1)中并通過來自金屬化層(4)和/或來自鈍化層(3)的金屬實現(xiàn)摻雜。此外，本發(fā)明還涉及生產(chǎn)此種太陽能電池的太陽能電池生產(chǎn)方法。
【專利說明】晶片太陽能電池及太陽能電池生產(chǎn)方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種晶片太陽能電池以及一種太陽能電池生產(chǎn)方法。

【背景技術(shù)】
[0002]基于晶片的太陽能電池包括背側(cè)發(fā)射極，也就是說包括布置在背側(cè)上的發(fā)射極層，所述背側(cè)也就是太陽能電池背向光線的表面，構(gòu)成了可替代其中發(fā)射極層布置在光入射側(cè)的傳統(tǒng)太陽能電池結(jié)構(gòu)的一種重要技術(shù)。尤其是，能夠通過這種技術(shù)生產(chǎn)基于η型半導(dǎo)體晶片的高效太陽能電池。背側(cè)發(fā)射極層的一種可能的實現(xiàn)方式在于將合適的金屬漿料施加到半導(dǎo)體晶片的背側(cè)表面上并隨后對其進(jìn)行燒制處理。作為以上步驟的結(jié)果，來自金屬漿料的金屬元素滲透入半導(dǎo)體中并在半導(dǎo)體表面上生成摻雜的發(fā)射極層。同時也生成了與發(fā)射極層接觸式連接的金屬化層。
[0003]為了提高太陽能電池的效率，在發(fā)射極層上設(shè)置鈍化層是有利的。然而，以上所述的方法并不適用于生產(chǎn)這樣一種結(jié)構(gòu)。相反，傳統(tǒng)做法涉及通過選擇性擴(kuò)散生成選擇性發(fā)射極結(jié)構(gòu)，并隨后實施借助銀鋁柵格實現(xiàn)的接觸式連接。這是不利的，但是，接觸式連接必須在發(fā)射極結(jié)構(gòu)上對齊，這也帶來了額外的開銷并構(gòu)成了額外的故障源。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種高效并具有成本效益好的包括背側(cè)發(fā)射極的基于晶片的太陽能電池以及一種用于生產(chǎn)該種太陽能的電池的可靠方法。
[0005]根據(jù)本發(fā)明，此目的借助于含有權(quán)利要求所述技術(shù)特征的晶片太陽能電池以及太陽能電池生產(chǎn)方法得以實現(xiàn)。本發(fā)明的有益改進(jìn)同樣在權(quán)利要求中得到描述。
[0006]本發(fā)明基于對以簡單的方式互相對齊摻雜區(qū)的考慮，其中所述摻雜區(qū)用于形成發(fā)射極層與鈍化層中的開口之間的接觸，而同樣地所述鈍化層也用于形成與發(fā)射極層的接觸。在此例中，本發(fā)明采用了一種自對齊的類型，借助于開口在鈍化層中的位置預(yù)定義了摻雜區(qū)的位置。對此有兩種不同的生成方式變型:在第一種變型中，鈍化層中的開口以與摻雜區(qū)同時出現(xiàn)的方式形成，例如，如果開口是通過激光生成的話，也通過激光進(jìn)行摻雜。在第二種變型中，開口在鈍化層中的摻雜進(jìn)行之前形成，然后選擇性執(zhí)行一個金屬化步驟，使得摻雜區(qū)在此例中同時出現(xiàn)，確切地講由于之前的鈍化層結(jié)構(gòu)的緣故僅位于開口中。這兩個基本的變型可以純粹的形式構(gòu)成，具有變型，或者以混合的形式構(gòu)成，尤其是以下文所述的具體實施例構(gòu)成。
[0007]此方法的結(jié)果就是，形成與每一開口相毗鄰的摻雜區(qū)，其延伸入發(fā)射極層中并且，如果合適，還延伸入半導(dǎo)體層中，此方法的結(jié)果還在于，借助于來自金屬化層和/或鈍化層的金屬形成摻雜。這意味著，特別是，出現(xiàn)在金屬化層和/或鈍化層中的化合物或者合金中的金屬作為摻雜物存在于摻雜區(qū)中。
[0008]在此例中與每一開口毗鄰意味著一個或者多個摻雜區(qū)與各自的開口相鄰，也就是說，在太陽能電池背側(cè)的平面圖中，摻雜區(qū)存在于開口中或者與存在于環(huán)繞開口的最接近區(qū)域中。
[0009]此方法的一個優(yōu)勢在于，盡管中間存在著鈍化層，發(fā)射極層或者金屬化層或者尤其是兩者均在整個區(qū)域上生成，并且在發(fā)射極層和金屬化層之間無需額外的對齊。發(fā)射極層、鈍化層和/或金屬化層大體上完全覆蓋了太陽能電池背側(cè)的事實意味著，這些層中的一層、兩層或者三層布置在太陽能電池背側(cè)的整個范圍上。僅在所述開口、邊緣區(qū)域和/或在其它生產(chǎn)決定的區(qū)域中提供挖空。
[0010]鈍化層中的開口可以是點狀或者線狀的。點狀的開口可具有從數(shù)個微米(ym)到數(shù)百個μ m的數(shù)量級的直徑。線狀開口可具有大約從10 μ m到數(shù)百個的線厚度。
[0011]在一個優(yōu)選的實施例中，本發(fā)明提出了，開口延伸入或者穿過發(fā)射極層和/或穿過金屬化層。這意味著，開口能夠作為凹槽部分延伸入發(fā)射極層，或者它們能夠作為孔洞刺穿發(fā)射極層。如果開口在發(fā)射極層中形成孔洞，那么它們此外還能夠部分延伸進(jìn)入半導(dǎo)體層中。
[0012]在一個有益的改進(jìn)中，本發(fā)明提出了，金屬化層填充了鈍化層中的開口。這意味著，金屬化層突出至開口中。這尤其會在開口在涂覆或者沉積金屬化層之前生成時出現(xiàn)，比如，如果在生成開口之后將金屬漿料涂覆到太陽能電池背側(cè)上，金屬漿料也會滲入至開口中。
[0013]根據(jù)一個有利的配置，本發(fā)明提出了，半導(dǎo)體層由η型半導(dǎo)體形成，尤其是由η型硅形成。在此例中，發(fā)射極層優(yōu)選地作為P型發(fā)射極構(gòu)成。相應(yīng)地，摻雜區(qū)優(yōu)選地為摻雜度更高的P型區(qū)，其通常被稱為P+型或者P++型區(qū)。
[0014]在一個有利的配置中，本發(fā)明提出了，金屬化層含有鋁。因此能夠得到通過含鋁漿料生成的金屬化層。在另一方面，金屬化層也能夠作為鋁層或者含鋁層通過沉積獲得，尤其是通過氣相沉積法。在涉及含鋁金屬化層的例子中，摻雜區(qū)的摻雜物出自來自金屬化層或者來自金屬漿料的鋁。相對于含銀漿料，含鋁漿料具有在以下所述的燒制步驟中不會腐蝕鈍化層或者僅很小程度地腐蝕鈍化層的優(yōu)勢。此外，P型摻雜物能夠通過鋁獲得，其在η型半導(dǎo)體層的例子中尤其有益。
[0015]于此所描述的晶片太陽能電池包括位于其半導(dǎo)體層上的背側(cè)發(fā)射極層。這意味著在太陽能電池的使用期間發(fā)射極層在半導(dǎo)體層的背向光線的側(cè)面上形成，也就是說在太陽能電池的背側(cè)上形成。在此例中，發(fā)射極層能夠作為額外的層施加在半導(dǎo)體層的背側(cè)上。然而，對于作為半導(dǎo)體層中的摻雜層形成的發(fā)射極層而言，這是更為優(yōu)選的。此太陽能電池的背側(cè)以及其上布置的各個層和結(jié)構(gòu)在此例中得到原理上的描述。在太陽能電池的前側(cè)，任何合適的方式均能用于制備太陽能電池，舉例來說，其可具有前面場(FSF)，具有施加在前側(cè)和/或前側(cè)鈍化層上的防反射層、接觸條或接觸柵格。
[0016]本發(fā)明優(yōu)選地提出了摻雜區(qū)具有比發(fā)射極層高的摻雜度。這意味著在特定溫度上，多數(shù)電荷載體在摻雜區(qū)中的密度高于其在發(fā)射極層中的密度。
[0017]為生成于此所述的晶片太陽能電池，本發(fā)明首先提供了具有半導(dǎo)體層的半導(dǎo)體晶片。在所述半導(dǎo)體層上或中生成發(fā)射極層，確切地講，發(fā)射極層位于半導(dǎo)體晶片的太陽能電池背側(cè)上，該太陽能電池背側(cè)背向完成的太陽能電池的光入射側(cè)。然后在所述發(fā)射極層上生成鈍化層，所述鈍化層提供了表面鈍化。出于此目的，鈍化層由合適的介電材料構(gòu)成，比如由二氧化硅、氮化硅、氧氮化硅、氧化鋁、氧氮化鋁等等構(gòu)成。
[0018]在所述方法的過程中，此外還在鈍化層上生成一金屬化層。在此例中，金屬化層能夠通過沉積方法生成，例如通過氣相沉積(PVD，物理氣相沉積)。有益地，無論如何，在鈍化層上生成金屬化層包括將金屬漿料施加到鈍化層上并對半導(dǎo)體晶片和施加的金屬漿料進(jìn)行加熱以生成金屬化層。在此方法中，作為漿料金屬化而公知的，舉例來說，能夠通過絲網(wǎng)印刷法將金屬漿料施加到鈍化層上。
[0019]此外，開口在鈍化層中生成。在生成開口的同時或者在一個稍后的步驟中，摻雜區(qū)毗鄰每一開口生成，使得摻雜區(qū)延伸進(jìn)入發(fā)射極層和/或半導(dǎo)體層并通過來自金屬化層和/或鈍化層的金屬實現(xiàn)摻雜。
[0020]在一個優(yōu)選的配置中，本發(fā)明提出，在生成金屬化層之前在鈍化層中生成開口。在此例中，開口在鈍化層中形成，而不需要覆蓋鈍化層的金屬化層。如果開口借助于能量的引入生成，比如借助于激光，那么所述能量能夠同時將來自鈍化層的材料，尤其是來自鈍化層的金屬，驅(qū)入發(fā)射極層和/或半導(dǎo)體層中并以此生成摻雜區(qū)。在后續(xù)的步驟中，金屬化層能夠隨后得以生成，其也必然滲入開口中并優(yōu)選地填滿它們。如果金屬化層借助于熱處理生成，例如由涂覆的金屬漿料和后續(xù)進(jìn)行的燒制步驟實現(xiàn)，那么摻雜區(qū)就能夠在熱處理的基礎(chǔ)上生成，即通過來自金屬漿料并進(jìn)入發(fā)射極層和/或進(jìn)入半導(dǎo)體層的摻雜物實現(xiàn)。
[0021]根據(jù)一個優(yōu)選的改進(jìn)，本發(fā)明提出了，鈍化層中開口的生成在生成金屬化層之后進(jìn)行，并在生成摻雜區(qū)的同時進(jìn)行。如果開口借助于能量的引入而生成，例如借助于激光，那么所述能量能夠同時將來自鈍化層和/或金屬化層的材料驅(qū)入至發(fā)射極層和/半導(dǎo)體層中并以此生成摻雜區(qū)，尤其是將來自金屬化層的金屬驅(qū)入。
[0022]根據(jù)與其中金屬化層借助于漿料金屬化實現(xiàn)的例子對應(yīng)的生產(chǎn)方法的一個優(yōu)選的配置，在鈍化層中開口的生成在將金屬漿料涂覆到鈍化層上后進(jìn)行。在此例中，開口仍然在以下所述的燒制步驟之前生成，也就是說，仍然在金屬以金屬漿料的形式在太陽能電池的背側(cè)存在時進(jìn)行。
[0023]優(yōu)選地，當(dāng)進(jìn)行漿料金屬化時，加熱半導(dǎo)體晶片和涂覆的漿料以生成金屬化層的處理通過一個兩步式的方法進(jìn)行，其中，在第一加熱步驟期間，涂覆的金屬漿料在150°C至500°C之間的溫度下干燥，并且，在后續(xù)的第二加熱步驟期間，干燥的金屬漿在700°C至1000°C之間的溫度下燒制。如果開口還沒有在鈍化層中形成，那么盡管燒制步驟具有使因此產(chǎn)生的金屬化層與鈍化層良好粘附的效果，在金屬層和發(fā)射極層之間仍然沒有電氣接觸存在。隨后必須在后續(xù)的步驟中對此進(jìn)彳丁矯正，冋時在其中生成開口。
[0024]鈍化層中的開口能夠通過任何適用于此目的的方法生成，尤其是通過其中將能量弓I入鈍化層中并引入周圍的結(jié)構(gòu)和層中的方法來實現(xiàn)。在一個有利的改進(jìn)中，鈍化層中的開口通過激光照射生成。在此例中，激光照射能夠同時具有使來自鈍化層和/或來自金屬化層的金屬滲入發(fā)射極層和/或半導(dǎo)體層以構(gòu)成摻雜區(qū)的效果。換句話說，接著引入了激光摻雜。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0025]下文基于示例性的實施例結(jié)合附圖對本發(fā)明進(jìn)行了解釋:
[0026]圖1a到Ie根據(jù)一個實施例逐步地示出了晶片太陽能電池的生產(chǎn)過程；以及
[0027]圖2a到2e根據(jù)另一個實施例逐步地示出了晶片太陽能電池的生產(chǎn)過程。

【具體實施方式】
[0028]圖1示出了在根據(jù)一個特定實施例生產(chǎn)晶片太陽能電池期間的一系列中間產(chǎn)品，其中鈍化層中的開口在金屬化層生成之后生成。如圖2所示，在此僅考慮太陽能電池的背偵牝也就是說僅考慮太陽能電池作為完成的太陽能電池的背向光線一側(cè)的側(cè)面。因此，圖形中的鋸齒形線并不代表太陽能電池的前側(cè)或者太陽能電池的光線入射側(cè)，相反地，示意圖準(zhǔn)確地示出，在此并不考慮太陽能電池的前側(cè)，并且太陽能電池的前側(cè)可以是任何合適的形式或者任何合適的層序列。
[0029]如圖1a所示，首先提供以半導(dǎo)體晶片形式存在的半導(dǎo)體層I。如圖1b所示，發(fā)射極層2借助于合適的半導(dǎo)體材料的沉積或者借助于半導(dǎo)體層I在其背側(cè)上的摻雜在半導(dǎo)體層I的背側(cè)上生成。如圖1c所示，鈍化層3沉積在發(fā)射極層2上，所述鈍化層提供了表面鈍化。最后，金屬化層4，如圖1d所示，在鈍化層上生成。
[0030]隨后為了生成金屬化層4和發(fā)射極層2之間的電氣連接，在鈍化層3中通過激光燒蝕生成開口 31，所述開口在本實施例中還延伸穿過發(fā)射極層2，甚至作為凹槽部分地延伸入半導(dǎo)體層I中?？紤]到激光引入的能量，來自金屬化層4和/或來自鈍化層3的元素，尤其是這些層所含有的金屬，被驅(qū)入發(fā)射極層2并進(jìn)入半導(dǎo)體層I中，其中它們生成與開口最接近的摻雜區(qū)5。因此，激光不僅僅起到打開鈍化層3的作用，還用于通過激光摻雜生成摻雜區(qū)5。
[0031]一種修改了的用于生成背側(cè)發(fā)射極層2和金屬化層4之間的電氣連接的方法結(jié)合圖2a到2e中所示的圖像序列得以示出。在此例中，根據(jù)圖2a、2b和2c的直到鈍化層3的沉積的方法步驟對應(yīng)于圖la、lb和Ic的方法步驟。根據(jù)圖2d，然而，在生成金屬化層4之前，開口 31在鈍化層3中生成，優(yōu)選地通過激光燒蝕實現(xiàn)。
[0032]僅在后續(xù)的步驟中在鈍化層3上形成金屬化層4，這樣使得金屬化層4也能夠延伸進(jìn)入開口 31中。在鈍化層4的生成過程中，尤其是在使用漿料金屬化時的燒制步驟的過程中，或者在生成金屬化層4之后，例如同樣通過激光摻雜，摻雜區(qū)5在發(fā)射極層2中的開口 31下方生成。如圖2e所示，這里摻雜區(qū)5同樣部分延伸入半導(dǎo)體層I中。然而，不像圖1e所示的例子那樣，開口 31并不延伸進(jìn)入發(fā)射極層2，然而，其依賴于各個加工參數(shù)，比如激光功率、照射時長等等。
[0033]附圖標(biāo)記列表:
[0034]I半導(dǎo)體層，
[0035]2發(fā)射極層，
[0036]3鈍化層，
[0037]31鈍化層中的開口，
[0038]4金屬化層，
[0039]5摻雜區(qū)。
【權(quán)利要求】
1.晶片太陽能電池，包括有半導(dǎo)體層(I)、背側(cè)發(fā)射極層(2)、布置在背側(cè)發(fā)射極層(2)上的鈍化層(3)、在所述鈍化層中形成的開口(31)以及布置在鈍化層(3)上的金屬化層(4)，其中發(fā)射極層(2)、鈍化層(3)和/或金屬化層(4)大體上完全覆蓋太陽能電池的背偵牝并且其中與每一開口(31)毗鄰形成的摻雜區(qū)(5)延伸入發(fā)射極層(2)中和/或延伸入半導(dǎo)體層(I)中并通過來自金屬化層(4)和/或來自鈍化層(3)的金屬實現(xiàn)摻雜。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的晶片太陽能電池，其特征在于，開口(31)延伸入或穿過發(fā)射極層(2)和/或穿過金屬化層(4)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的晶片太陽能電池，其特征在于，金屬化層(4)填充鈍化層(3)中的開口(31)。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求任一項所述的晶片太陽能電池，其特征在于，半導(dǎo)體層(I)由η型半導(dǎo)體形成。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求任一項所述的晶片太陽能電池，其特征在于，金屬化層(4)含有招。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求任一項所述的晶片太陽能電池，其特征在于，發(fā)射極層(2)作為摻雜層在半導(dǎo)體層(I)中形成。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的晶片太陽能電池，其特征在于，摻雜區(qū)(5)具有高于發(fā)射極層(2)的摻雜度。
8.晶片太陽能電池生產(chǎn)方法，包括以下方法步驟: 提供具有半導(dǎo)體層(I)的半導(dǎo)體晶片； 在半導(dǎo)體晶片的太陽能電池背側(cè)上生成發(fā)射極層(2)，所述太陽能電池背側(cè)背向完成的太陽能電池中的光線入射側(cè)； 在發(fā)射極層(2)上沉積鈍化層(3)； 在鈍化層(3)上生成金屬化層(4)； 在鈍化層⑶中生成開口(31);以及 毗鄰每一開口(31)生成摻雜區(qū)(5)，使得摻雜區(qū)(5)延伸入發(fā)射極層(2)中和/或延伸入半導(dǎo)體層⑴中，并使得摻雜區(qū)(5)通過來自金屬化層⑷和/或來自鈍化層⑶的金屬實現(xiàn)摻雜。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的太陽能電池生產(chǎn)方法，其特征在于，在生成金屬化層(4)之前生成鈍化層(3)中的開口(31)。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的太陽能電池生產(chǎn)方法，其特征在于，在生成金屬化層(4)之后并在生成摻雜區(qū)(5)的同時生成鈍化層(3)中的開口(31)。
11.根據(jù)權(quán)利要求8-10中任一項所述的太陽能電池生產(chǎn)方法，其特征在于，在鈍化層(3)上生成金屬化層(4)包括將金屬漿料涂覆到鈍化層(3)上并對半導(dǎo)體晶片和涂覆的金屬漿料進(jìn)行加熱以生成金屬化層(4)。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的太陽能電池生產(chǎn)方法，其特征在于，在將金屬漿料涂覆到鈍化層(3)之后生成鈍化層(3)中的開口(31)。
13.根據(jù)權(quán)利要求11或12所述的太陽能電池生產(chǎn)方法，其特征在于，通過兩步式方法對半導(dǎo)體晶片和涂覆的金屬漿料進(jìn)行加熱以生成金屬化層(4)，其中，在第一加熱步驟中，在150°C和500°C之間的溫度上對涂覆的金屬漿料進(jìn)行干燥，并且在隨后的第二加熱步驟中，在700°C和1000°C之間的溫度上對干燥的金屬漿料進(jìn)行燒制。
14.根據(jù)權(quán)利要求8-13中任一項所述的太陽能電池生產(chǎn)方法，其特征在于，鈍化層(3)中的開口(31)通過激光照射生成。
【文檔編號】H01L31/18GK104241430SQ201410268537
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年6月16日 優(yōu)先權(quán)日:2013年6月17日
【發(fā)明者】S·博爾丁, J·切斯拉克, V·默滕斯, F·斯騰澤爾 申請人:韓華Qcells有限公司