專利名稱：一種單晶太陽能電池的制造方法
一種單晶太陽能電池的制造方法本發(fā)明涉及一種具有鈍化背面和背面接觸結構的單晶太陽能電池的制造方法以 及一種按照該方法制造的電池。眾所周知，可以給在正面的η-型發(fā)射極層背面具有鈍化增透層的硅太陽能電池， 在背面設置用于反射和能帶彎曲(背面場Back Surface Field-BSF)的基極區(qū)的整面金屬 化結構。這種背面金屬化結構通常由大面積印刷的鋁基的厚層漿料構成，厚層漿料在高于 800°的燒結時通過形成低熔點AlSi-共晶體和再結晶而結合到半導體表面上，并且在此 由于之前進行的用于P+-摻雜的磷擴散而過度補償現(xiàn)有的η-摻雜。由于為了電池的模塊整合在背面也需要可焊接的接觸部，因此需要事先印刷銀基 漿料，其中所述印刷通常在背面復制正面現(xiàn)有匯流條(Busbar)的數(shù)量和位置。附

圖1所示 為現(xiàn)有技術的這種電池的原理圖。在最終印刷鋁漿料在側面填滿匯流條余下的面之前，將 背面匯流條印刷在正面匯流條下方的條狀區(qū)域之中，其中鋁和銀沿著每一根銀條的邊緣略 微搭接。此外還建議了用一種介質鈍化層(多數(shù)是氧化鈍化層)替代厚層金屬化結構，通 過小的、通常按照矩陣位置規(guī)則排列的點接觸部將大面積背面金屬化結構電連接到半導體 表面(局部背面場 Local Back Surface Field-Local BSF)。這里所形成的背面接觸結構有多種多樣的應用。關于上述現(xiàn)有技術，可參閱以下 文獻A. W. Blakers 等人，Appl. Phys. Lett.，55 (1989)，第 1363 1365 頁；G. Agostinelli等人，2005年在西班牙巴塞羅那第20屆歐洲光伏太陽能研討會上 發(fā)表的文章，第647頁；以及P. Choulat等人2007年在意大利米蘭第22屆歐洲光伏太陽能研討會上發(fā)表的文應用最廣泛的局部BSF接觸部是所謂的“激光燒結接觸部(Laser Fired Contacts) ” (LFC接觸部)，在其中通過激光照射使得之前施加的金屬層(通常是鋁薄膜) 穿透氧化層與半導體表面熔融在一起。激光驅動的接觸方法的一個主要缺點在于，必須按照順序并且從而以每秒盡可能 多的數(shù)量和盡可能高的光強度制造許多必需的局部接觸部。在這里產生鋁被高能點狀地熔 融穿透氧化層的情況下，經常會發(fā)生局部接觸部下方的硅表面的損壞，這尤其表現(xiàn)為表面 復合速度增大，從而降低了鈍化作用。鑒于以上所述的缺點，因此本發(fā)明的任務在于說明一種用于制造具有鈍化的背面 以及背面接觸結構的單晶太陽能電池的改進方法，它說明了一種用于制造具有太陽能電池 背面的局部接觸部的不同功能的層復合體的節(jié)約且省時的方法。通過按照權利要求1所述的方法序列的教導可解決本發(fā)明的這一任務。因此本發(fā)明所述的方法涉及將金屬層的局部接觸部穿透電池背面的整面的鈍化 層制造到半導體表面上的工藝步驟序列，其中按照本發(fā)明所述的方式，將薄層生成與通過絲網印刷或模版印刷的厚層生成相結合。通過本發(fā)明所述的方法序列，在此形成所謂的 PERC結構(鈍化發(fā)射極與背面電池(Passivated Emitter and Rear Cell))，與現(xiàn)有技術 相比優(yōu)點非常明顯。這些優(yōu)點表現(xiàn)為可以用一種相應地最適合的材料并且以相應地最適當?shù)墓に嚰?術制成鈍化層，其中該鈍化層同時也是電絕緣體。同樣也可以用一種與其它組件相互作用 極小的工藝技術將該鈍化層局部地打開。還可以利用一種節(jié)約的工藝技術尤其是薄層工藝 技術，又給鈍化層覆蓋一層最適合的金屬化結構尤其是鋁，同時也可以用大的絕緣面覆蓋 半導體表面上的局部接觸面。將在局部接觸面中用再結晶AlSi制成局部BSF接觸面、與燒結厚層漿料尤其是事 先通過印刷施加到局部接觸部和外接觸面上的銀漿料相結合。在此，采用熔化AlSi共晶體 的方式，以便通過其與導電漿料尤其是銀漿料進行反應(該反應導致形成Ag-Al體系的金 屬間相)，來保證在鈍化層上的薄層金屬化結構與半導體中的局部受限的BSF層之間形成 持久的低歐姆連接。最為重要的方法步驟可總結如下。至少在電池背面上將鈍化介質層整面地施加到通常經過預先處理的電池材料上。 接著在背面局部去除匯流條和穿通接觸部(Durchkontakierungsstellen)區(qū)域的鈍化層。然后均勻涂覆電池背面，并且用于形成一層薄的非結構化金屬層，該金屬層在去 除了鈍化層的區(qū)域中接觸襯底材料的表面也就是半導體表面。接著由一種導電漿料在匯流條和穿通接觸部區(qū)域生成一層厚層。然后在高于規(guī)定共晶溫度的溫度下燒結厚層，并且在薄金屬層與襯底材料表面以 及與厚層漿料的導電顆粒之間形成共晶低歐姆連接。上述鈍化層可以由氧化硅、氧化鋁或類似材料構成。優(yōu)選通過濺射或蒸鍍鋁材料的方式生成薄層。也可以通過厚層絲網印刷或模版印刷方法形成在正面所需的印制導線和匯流條。可以在共同的熱處理過程中燒結這兩層厚層，即正面的厚層和背面的厚層。為了實現(xiàn)厚層，選擇如下漿料該漿料優(yōu)選能在高于Al-Si共晶溫度577°C但低于 鋁的熔化溫度660°C的溫度范圍內、優(yōu)選在580°C至620°C之間進行燒結。以下將借助實施例并且參照附圖對本發(fā)明進行更詳細的解釋。這里附圖IA示出三匯流條標準電池的俯視圖；附圖IB示出附圖IA所示標準電池(現(xiàn)有技術)的橫斷面，以及附圖2A E示出用于解釋本發(fā)明的、所述用于制造具有背面接觸結構(具有局部 接觸部的鈍化背面PERC)的新型太陽能電池的方法序列剖面示意圖。附圖IA和IB示出三匯流條標準電池的俯視圖以及橫斷面示意圖，該三匯流條標 準電池由P-型硅晶片1制成，所述P-型硅晶片1在正面4上具有匯流條，以及具有背面匯 流條3，以及具有填充匯流條側旁余下的表面2的鋁漿料印刷結構，其中鋁和銀沿著每個銀 條的邊緣略微搭接(參見附圖IB所示的橫斷面)。按照附圖2A E所示序列的方法，在第一工藝步驟中通過例如熱氧化法、LPCVD、 PECVD、濺射或類似方法將一種介質鈍化層8例如硅氧化物沉積在背面上。正面具有正面結構5以及增透層7。原材料1是具有η++-發(fā)射極6的ρ-型硅晶片。如果在生成鈍化層的第一步驟中進行熱氧化，則還要設法蝕刻掉正面的氧化物。在附圖2Β所示的工藝步驟中通過例如激光燒蝕、印刷蝕刻漿料或通過等離子體 蝕刻法，在背面局部去除在匯流條的區(qū)域中和在所有局部穿通接觸部或穿通接觸點9處的 鈍化層8。按照附圖2C的示圖，通過蒸鍍或濺射法給背面均勻涂覆一種導電材料，尤其是含 有鋁的薄層10。在按照附圖2D所示的工藝步驟中，例如利用一種導電漿料尤其是銀漿料11在正 面絲網印刷印制導線和匯流條。按照如附圖2Ε的示圖，同樣采用絲網印刷法而且使用銀漿料材料在電池背面涂 上穿通接觸部12和匯流條13。在按照附圖2Ε所示的最后一道工藝步驟中燒結所有絲網印刷漿料，也就是在 580°C至620°C之間的溫度范圍內對在正面上構造的印制導線和在背面上的穿通接觸點12 和匯流條13進行燒結。由于燒結溫度高于577°C的共晶溫度，因此會在硅和鋁層之間的接 觸面中形成低熔點AlSi共晶體14。同時也會使得銀漿料的銀顆粒與液態(tài)鋁-硅共晶體熔 合在一起，因為在燒結時也會超過566°C的鋁-銀共晶溫度。應注意用其方法特征來描述的本發(fā)明也被擴展到所謂的MWT-電池(Metal Wrap Through(金屬貫穿孔))，在這種電池中發(fā)射極指(Emitterfinger)設置在正面上，發(fā)射極 匯流條位于背面，且這里發(fā)射極指與發(fā)射極匯流條通過金屬化孔或激光或類似方法打出的 孔而形成電連接。
權利要求
1.一種用于制造具有鈍化的背面和背面接觸結構的單晶太陽能電池的方法，包括以下 步驟-在電池背面整面地施加鈍化介質層；-局部地去除在匯流條和局部接觸部區(qū)域中的鈍化層；-均勻地涂覆電池背面以形成非結構化的薄金屬層，該薄金屬層在去除了鈍化層的區(qū) 域中接觸襯底材料表面；-由導電漿料在匯流條和局部接觸部區(qū)域中生成厚層，以及-在高于規(guī)定的共晶溫度的溫度下燒結所述厚層，并且在薄金屬層與襯底材料表面以 及與厚層漿料的導電顆粒之間形成共晶的低歐姆連接。
2.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，所述鈍化層由氧化硅、氧化鋁、氮化硅、碳 化硅、氧化硅-氮化硅層序列、非晶硅和氮化硅或者在其特性方面相似的材料構成。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的方法，其特征在于，通過濺射或蒸鍍尤其是含鋁材料來形 成薄層。
4.根據(jù)上述權利要求中任一項所述的方法，其特征在于，通過厚層絲網印刷或模版印 刷法在正面生成印制導線和匯流條。
5.根據(jù)上述權利要求中任一項所述的方法，其特征在于，通過絲網印刷或模版印刷法 在所述背面生成在匯流條和局部接觸部區(qū)域中的厚層。
6.根據(jù)權利要求4和5所述的方法，其特征在于，在共同的熱處理步驟中燒結所述厚層。
7.根據(jù)權利要求6所述的方法，其特征在于，在高于580°C但低于660°C的溫度范圍內、 優(yōu)選在580°C和620°C之間進行燒結。
8.根據(jù)上述權利要求中任一項所述的方法，其特征在于，所述導電漿料含有銀。
9.根據(jù)上述權利要求中任一項所述的方法，其特征在于，在高于鋁-硅共晶溫度 577°C、但低于鋁熔化溫度660°C的溫度下燒結厚層。
10.根據(jù)上述權利要求中任一項或多項所述方法制造的太陽能電池。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于制造具有鈍化的背面且具有背面接觸結構的單晶太陽能電池的方法，包括以下步驟在電池背面上整面地施加一層鈍化介質層；局部去除匯流條和局部接觸點區(qū)域內的鈍化層；均勻涂覆電池背面以形成非結構化的薄金屬層，該薄金屬層在去除了鈍化層的區(qū)域內接觸襯底材料表面；由導電漿料在匯流條和局部接觸點區(qū)域內形成厚層；在高于規(guī)定的共晶溫度的溫度下燒結厚層，從而在薄金屬層與襯底材料表面以及與厚層漿料的導電顆粒之間形成共晶低歐姆連接。
文檔編號H01L31/0224GK102067322SQ200980116340
公開日2011年5月18日 申請日期2009年5月5日 優(yōu)先權日2008年5月7日
發(fā)明者H-J·克羅科辛斯基, K·邁爾 申請人:羅伯特.博世有限公司