太阳能电池降低的接触电阻及延长的寿命

摘要

本发明涉及一种具有在正常操作期间面向太阳的正面和与所述正面相背对的背面的太阳能电池，所述太阳能电池可包括具有掺杂区的硅基板和设置在所述掺杂区上的多晶硅层。所述太阳能电池可包括在第一金属层与掺杂区之间且穿过或至少部分地穿过所述多晶硅层而形成的导电填充物，其中所述导电填充物电耦接所述第一金属层和所述掺杂区。在实施例中，第二金属层形成在所述第一金属层上，其中所述第一金属层和所述导电填充物电耦接所述掺杂区和所述第二金属层。在一些实施例中，所述太阳能电池可以是前接触式太阳能电池或背接触式太阳能电池。

权利要求

1.一种太阳能电池，具有在正常操作期间面向太阳的正面和与所述正面相背对的背面，所述太阳能电池包括：多晶硅层，其设置在掺杂区上；

第一金属层，其至少部分地设置在所述多晶硅层上，其中所述第一金属层与所述掺杂区对齐；

第一介质层，其形成在所述多晶硅层上方，其中至少一个接触开口穿过所述第一介质层而形成；以及导电填充物，其包含在所述至少一个接触开口下面且至少部分地穿过所述多晶硅层而形成的第一合金和多晶硅，其中所述导电填充物电耦接所述第一金属层和所述掺杂区。

2.根据权利要求1所述的太阳能电池，其中所述多晶硅层是非掺杂多晶硅层。

3.根据权利要求1所述的太阳能电池，其中所述第一介质层包含氮化硅。

4.根据权利要求1所述的太阳能电池，其中所述掺杂区包含选自由N型掺杂硅和P型掺杂硅构成的组的材料。

5.根据权利要求1所述的太阳能电池，其中所述掺杂区包含选自由磷和硼构成的组的掺杂剂。

6.根据权利要求1所述的太阳能电池，其中所述导电填充物包含选自由铝粒子、硅粒子和铝-硅合金粒子构成的组的材料。

7.根据权利要求1所述的太阳能电池，其中所述导电填充物具有0.2至1微米范围内的厚度。

8.根据权利要求1所述的太阳能电池，其中所述导电填充物具有小于10-4Ω-cm2的接触电阻率。

9.根据权利要求1所述的太阳能电池，其中所述第一金属层包含铝。

10.根据权利要求1所述的太阳能电池，还包括设置在所述第一金属层上的第二金属层，其中所述第一金属层和所述导电填充物电耦接所述第二金属层和所述掺杂区。

11.根据权利要求10所述的太阳能电池，其中所述第二金属层包含选自由铜、锡、铝、银、金、铬、铁、镍、锌、钌、钯和铂构成的组的金属。

12.一种太阳能电池，具有在正常操作期间面向太阳的正面和与所述正面相背对的背面，所述太阳能电池包括：硅基板，其在所述太阳能电池的所述背面上具有掺杂区；

非掺杂多晶硅层，其设置在所述掺杂区上，其中所述非掺杂多晶硅具有第一厚度；

铝粒子，其至少部分地设置在所述非掺杂多晶硅层上，其中所述铝粒子在所述掺杂区上对齐；

至少一个接触开口，其穿过第一介质层而形成；

导电填充物，其包含在所述至少一个接触开口下面且穿过所述非掺杂多晶硅层而形成的铝-硅合金，其中所述导电填充物具有与所述第一厚度相等的厚度、低于10-4Ω-cm2的接触电阻率并且电耦接所述铝粒子和所述掺杂区；以及第二金属层，其设置在所述铝粒子上，其中所述铝粒子和所述导电填充物电耦接所述第二金属层和所述掺杂区。

13.根据权利要求12所述的太阳能电池，其中所述第一厚度在0.2至1微米的范围内。

14.根据权利要求12所述的太阳能电池，其中所述第二金属层包含选自由铜、锡、铝、银、金、铬、铁、镍、锌、钌、钯和铂构成的组的金属。

15.一种用于形成太阳能电池的接触区的方法，所述太阳能电池具有在正常操作期间面向太阳的正面和与所述正面相背对的背面，所述方法包括：在所述太阳能电池的硅基板上形成多晶硅层，其中所述多晶硅层形成在所述硅基板的至少一个掺杂区上；

在所述多晶硅层上形成第一介质层；

形成穿过所述多晶硅层上的所述第一介质层的至少一个接触开口；

在所述接触开口上形成第一金属糊剂，其中所述第一金属糊剂与所述掺杂区电耦接；

以及

加热所述第一金属糊剂以形成第一金属层，其中所述加热允许包含第一合金的导电填充物形成在所述接触开口内并穿过所述多晶硅层，所述导电填充物电耦接所述第一金属层和所述掺杂区。

16.根据权利要求15所述的方法，其中所述第一金属糊剂是铝糊剂。

17.根据权利要求15所述的方法，其中加热所述第一金属糊剂包括在550℃的温度下退火。

18.根据权利要求15所述的方法，其中加热允许所述第一金属糊剂消耗设置在所述第一金属糊剂下面的所述多晶硅层。

19.根据权利要求15所述的方法，其中所述多晶硅层是非掺杂多晶硅层。

说明书

太阳能电池降低的接触电阻及延长的寿命

[0001] 相关专利申请的交叉引用

[0002] 本申请要求于2013年3月15日提交的名称为“STRUCTURES AND METHODS FOR IMPROVING ELECTRICAL PROPERTIES OF SOLAR CELLS”(用于改善太阳能电池电特性的结构和方法)的美国临时申请No.61/799,112的权益，其全部内容据此以引用方式并入。

背景技术

[0003] 光伏(PV)电池(常被称为太阳能电池)是熟知的用于将太阳辐射转换为电能的装置。一般来讲，照射在太阳能电池基板表面上并进入基板内的太阳辐射在基板主体中形成电子和空穴对。电子和空穴对迁移至基板中的p掺杂区和n掺杂区，从而在掺杂区之间形成电压差。将掺杂区连接到太阳能电池上的导电区，以将电流从电池引导至外部电路。当将PV电池组合在诸如PV模块的阵列中时，从所有的PV电池收集的电能可以按串联和并联布置加以组合，以提供具有某一电压和电流的电源。

[0004] 用于太阳能电池的触点形成和金属电镀的改进技术可减少制造操作并提高整体输出产率，从而缩短整体太阳能电池制造时间并提高可用产品产率。

附图说明

[0005] 当结合以下附图考虑时，通过参见具体实施方式和权利要求书可以更完全地理解所述主题，其中在所有附图中，类似的附图标记是指类似的元件。

[0006] 图1根据一些实施例示出示例太阳能电池的剖视图。

[0007] 图2根据一些实施例示出图1的示例太阳能电池的单个接触区的剖视图。

[0008] 图3至图5根据一些实施例示出在太阳能电池上形成接触区时的各种操作的剖视图。

[0009] 图6根据一些实施例示出另一个示例太阳能电池的剖视图。

[0010] 图7根据一些实施例示出又一个示例太阳能电池的剖视图。

[0011] 图8根据一些实施例示出图7的示例太阳能电池的单个接触区的剖视图。

[0012] 图9根据一些实施例示出各种示例太阳能电池的剖视图。

[0013] 图10至图11根据一些实施例示出用于形成太阳能电池的接触区的各种示例方法的流程示意图。

具体实施方式

[0014] 以下具体实施方式在本质上只是说明性的，而并非意图限制本申请的主题的实施例或此类实施例的用途。如本文所用，词语“示例性”意指“作为例子、实例或举例说明”。本文作为示例而描述的任何实施方式并不一定要被理解为优于或胜过其他实施方式。此外，并不意图受前述技术领域、背景技术、发明内容或以下具体实施方式中提出的任何明示或暗示的理论的约束。

[0015] 本说明书包括对“一个实施例”或“实施例”的提及。短语“在一个实施例中”或“在实施例中”的出现不一定是指同一实施例。特定的特征、结构或特性可以任何与本公开一致的合适方式加以组合。

[0016] 术语。以下段落提供存在于本公开(包括所附权利要求书)中的术语的定义和/或背景：

[0017] “包含”。该术语是开放式的。如在所附权利要求书中所用，该术语并不排除另外的结构或步骤。

[0018] “被配置为”。各种单元或组件可被描述或主张成“被配置为”执行一项或多项任务。在这样的背景下，“被配置为”用于通过指示该单元/组件包括在操作期间执行一项或多项那些任务的结构而暗示结构。因此，即使当指定的单元/组件目前不在操作(例如，未开启/激活)时，也可将该单元/组件说成是被配置为执行任务。详述某一单元/电路/组件“被配置为”执行一项或多项任务明确地意在对该单元/组件而言不援用35U.S.C.§112第六段。

[0019] 如本文所用的“第一”、“第二”等这些术语用作其之后的名词的标记，而并不暗示任何类型的顺序(例如，空间、时间和逻辑等)。例如，提及“第一”电介质并不一定暗示该电介质是某一序列中的第一种电介质；相反，术语“第一”用于区分该电介质与另一电介质(例如“第二”电介质)。

[0020] “基于”。如本文所用，该术语用于描述影响确定结果的一个或多个因素。该术语并不排除可影响确定结果的另外因素。也就是说，确定结果可以仅基于那些因素或至少部分地基于那些因素。考虑短语“基于B确定A”。尽管B可以是影响A的确定结果的因素，但这样的短语并不排除A的确定结果还基于C。在其他实例中，A可以仅基于B来确定。

[0021] “耦接”–以下描述是指“耦接”在一起的元件或节点或特征。如本文所用，除非另外明确指明，否则“耦接”意指一个元件/节点/特征直接或间接连接至另一个元件/节点/特征(或直接或间接与其连通)，并且不一定是机械耦接。

[0022] 此外，以下描述中还仅为了参考的目的使用了某些术语，因此这些术语并非意图进行限制。例如，诸如“上部”、“下部”、“上面”或“下面”等术语是指附图中提供参考的方向。诸如“正面”、“背面”、“后面”、“侧面”、“外侧”和“内侧”等术语描述在一致但任意的参照系内组件的某些部分的取向和/或位置，通过参考描述所讨论部件的文字和相关的附图可以清楚地了解这些取向和/或位置。这样的术语可以包括上面具体提及的词语、它们的衍生词语以及类似意义的词语。

[0023] “层”。如本文所用，层可以是连续区，或可以是具有孔和/或间隙和/或未覆盖太阳能电池的整个长度和/或宽度的区。

[0024] 在以下描述中，给出了许多具体细节，诸如具体的操作，以便提供对本公开的实施例的透彻理解。对本领域的技术人员将显而易见的是可在没有这些具体细节的情况下实施本公开的实施例。在其他实例中，没有详细地描述熟知的技术，以避免不必要地使本公开的实施例难以理解。

[0025] 本说明书首先描述可包括所公开的接触区的示例太阳能电池，随后描述用于形成所公开的接触区的示例方法。在全文中提供对接触区的各种实施例的更详细的阐释。

[0026] 现在转到图1，示出了具有在正常操作期间面向太阳的正面102和与正面102相背对的背面104的太阳能电池100。太阳能电池100可包括具有第一掺杂区112和第二掺杂区114的硅基板110。可对硅基板进行清洁、抛光、使之平面化和/或变薄或以其他方式处理。在实施例中，硅基板110是多晶硅或多结晶硅。

[0027] 在实施例中，第一掺杂区112和第二掺杂区114可通过热过程而生长。在实施例中，第一掺杂区112和第二掺杂区114可通过常规掺杂方法在硅基板中沉积掺杂剂而形成。第一掺杂区112和第二掺杂区114可各自包含掺杂材料，但不限定于P型掺杂剂(诸如硼)和N型掺杂剂(诸如磷)。尽管第一掺杂区112和第二掺杂区114均被描述为通过热过程而生长，但是与这里描述或叙述的任何其他形成、沉积或生长过程操作一样，每个层或每种物质都是用任何合适的方法形成的。例如，凡是述及形成的地方，均可使用化学气相沉积(CVD)方法、低压CVD(LPCVD)、常压CVD(APCVD)、等离子体增强CVD(PECVD)、热生长、溅射以及任何其他所需的技术。第一掺杂区112和第二掺杂区114可通过沉积技术、溅射或印刷方法(诸如喷墨印刷或丝网印刷)在硅基板110上形成。

[0028] 在实施例中，可在第一掺杂区112和第二掺杂区114上沉积氧化物层，其充当这两个区的保护阻挡层。第一介质层122可形成在第一掺杂区112和第二掺杂区114上。在实施例中，第一掺杂区112和第二掺杂区114可包含氮化硅。

[0029] 太阳能电池100可包括用于吸收额外的光的纹理化表面120和形成在纹理化表面120上的第二介质层124。在一些实施例中，第一介质层122和第二介质层124均可包括抗反射涂层。纹理化表面120可以是具有规则或不规则形状的表面的纹理化表面，以用于散射入射光、减少从太阳能电池100的表面反射回的光量。在实施例中，第一介质层122和第二介质层124均可包括在正面102上的抗反射涂层(ARC)或在背面104上的背面抗反射涂层(BARC)。

[0030] 第一金属层可通过接触区而形成在第一掺杂区112和第二掺杂区114上。在实施例中，第一金属层可通过沉积包含金属粒子130的第一金属糊剂并且随后加热该第一金属糊剂而形成。在一些实施例中，金属粒子130是铝粒子。在加热期间，金属粒子130可与第一掺杂区112和第二掺杂区114的硅反应，从而在掺杂区上形成受损区140。铝与硅之间的反应即铝-硅反应可导致形成凹坑142。这些凹坑142可能对太阳能电池100的电荷载子的寿命有害，从而降低整体太阳能电池性能。

[0031] 在一些实施例中，可使用标准电镀方法在第一金属层上形成第二金属层150。在一些实施例中，太阳能电池100可包括诸如但不限于背接触式太阳能电池、前接触式太阳能电池、单晶硅太阳能电池、多晶硅太阳能电池和/或非晶硅太阳能电池的太阳能电池。

[0032] 参见图2，这里显示了图1的太阳能电池的单个接触区。在第一金属层包含金属粒子130或铝粒子的情况下，由于铝粒子的孔隙度，接触电阻可能较高。在铝粒子与这里示为但不限于第一掺杂区112的硅基板110之间的接触位置138较低，因此接触电阻较高。另一个可观察到的问题是，在这里示为但不限于第一掺杂区112的硅基板110上的反应或受损区140内的凹坑142。凹坑142可在硅内导致破损或故障，从而增加块状硅内电荷复合的机会并因而缩短太阳能电池100的寿命。当前减小接触阻抗的方法可包括在较高的温度下加热上述第一金属糊剂。高温加热的缺点在于铝将溶解来自第一掺杂区112和第二掺杂区114的硅，从而导致太阳能电池100的寿命缩短。

[0033] 图3至图6示出用于在太阳能电池上形成接触区的方法的剖视图。一种或多种方法面向克服上述限制。在下面讨论细节和实施例。

[0034] 现在转到图3，这里显示了用于形成太阳能电池的接触区的方法中的步骤。该方法可包括提供具有在正常操作期间面向太阳的正面202和与正面202相背对的背面204的太阳能电池200。太阳能电池200可包括硅基板210。太阳能电池200也可包括第一掺杂区212和第二掺杂区214。太阳能电池200也可包括形成在第一掺杂区212和第二掺杂区214上的多晶硅层206。在实施例中，多晶硅层206是非掺杂多晶硅层。在实施例中，多晶硅层206是掺杂多晶硅层。第一介质层222可形成在多晶硅层206上方。在实施例中，第一介质层222可以是BARC层。类似于上面所提及的，第一介质层212和第二介质层214可包含氮化硅。接触开口226也可通过包括湿法蚀刻和烧蚀技术的多种光刻方法形成在第一掺杂区212和第二掺杂区214上。太阳能电池200还可包括在硅基板210上的纹理化表面220，其中第二介质层224可形成在纹理化表面220上。在实施例中，第二介质层224可以是ARC层。

[0035] 图4根据一些实施例示出用于形成太阳能电池的接触区的方法中的另一个步骤。该方法可包括在接触开口226上形成第一金属糊剂或包含金属粒子230和粘性基质232的金属糊剂。在实施例中，第一金属糊剂可以是铝糊剂或一些其他导电糊剂。

[0036] 参见图5，这里显示了用于形成太阳能电池的接触区的方法中的又一个步骤。该方法可包括加热260第一金属糊剂，其中加热除去粘性基质232。在图5中，显示了在加热260期间的粘性基质。在实施例中，加热260第一金属糊剂或铝糊剂包括在550℃的温度下退火。在实施例中，加热260允许第一金属糊剂消耗设置在第一金属糊剂下面的多晶硅层206，从而形成导电填充物240。在图5中，显示了在加热260期间的导电填充物240。在实施例中，导电填充物240包含铝粒子、硅粒子和/或铝-硅合金的粒子等等。在实施例中，导电填充物可以是第一合金(例如铝-硅合金)。在一些实施例中，加热260允许第一金属糊剂或铝-硅合金粒子可调节地消耗设置在第一金属糊剂下面的多晶硅层206。在实施例中，如下图6中所示，导电填充物240可具有在0.2至1微米范围内的厚度。在一些实施例中，导电填充物240可具有但不限于小于10-4Ω-cm2的接触电阻率。第二金属层250可用金属化和/或电镀方法形成在第一金属层上。

[0037] 图6示出用于形成太阳能电池的接触区的方法中的再一个步骤。在实施例中，太阳能电池可包括包含金属粒子230的第一金属层和在第一金属层与第一掺杂区212和第二掺杂区214之间形成的导电填充物240。在实施例中，第一金属层230可以是铝。在实施例中，第二金属层250可以形成在第一金属层上，其中第一金属层和导电填充物240在第一掺杂区212和第二掺杂区214与第二金属层250之间提供电连接。在实施例中，第二金属层250可以是铜、锡、铝、银、金、铬、铁、镍、锌、钌、钯和/或铂等。第二金属层250可用金属化和/或电镀方法形成在第二金属层250上。

[0038] 参见图7，显示了另一个太阳能电池的剖视图。在实施例中，第三金属层252可形成在图6的太阳能电池200上。在实施例中，第三金属层252可以是铜、锡、铝、银、金、铬、铁、镍、锌、钌、钯和/或铂等。

[0039] 转到图8，这里显示了图7的太阳能电池的单个接触区。与以下面积形成对比：在图2的太阳能电池的第一接触位置138与在图8中所示的第一接触位置244之间，与这里描绘为但不限于第一掺杂区212的硅基板210电连接的总面积，与图8中所示的硅基板210电连接的总面积增大。不同于图2，图8显示了穿过或至少部分地穿过多晶硅层206并在金属粒子230与第一掺杂区212之间形成的导电填充物240，其中金属粒子230在第二接触位置238与导电填充物240接触。再次对比图2，第一金属层的金属粒子130与硅基板211之间的接触电阻因处于电连接中的总面积增大而减小。在实施例中，在硅基板210内的凹坑也可减少。因此，图
3至图8中所示的接触区可实现增大的总接触面积、减小的接触电阻和减少的硅基板210凹坑。

[0040] 图9根据一些实施例示出具有在正常操作期间面向太阳的正面402和与正面402相背对的背面404的又一个太阳能电池400。太阳能电池400可以包括具有第一掺杂区412和第二掺杂区414的硅基板410。在实施例中，第一掺杂区412和第二掺杂区414可通过热过程而生长。第一掺杂区412和第二掺杂区414可各自包含掺杂材料，但不限定于P型掺杂剂(诸如硼)和N型掺杂剂(诸如磷)。第一介质层422可形成在第二掺杂区414上。第二介质层424可形成在第一掺杂区412上。太阳能电池400可包括用于吸收额外的光的纹理化表面420和在纹理化表面420上形成的第二介质层424。在实施例中，太阳能电池可包括包含金属粒子430的第一金属层和在第一金属层与第一掺杂区412和第二掺杂区414之间形成的导电填充物440。在实施例中，导电填充物440可至少部分地穿过多晶硅层406而形成。在实施例中，第二金属层450可以形成在第一金属层上，其中第一金属层和导电填充物440在第一掺杂区412和第二掺杂区414与第二金属层450之间提供电连接。

[0041] 在一些实施例中，太阳能电池400包括在第二金属层450上形成的第三金属层452，其中导电填充物440、第一金属层和第二金属层450在第一掺杂区412和第二掺杂区414与第三金属层452之间提供电连接。在实施例中，第二金属层450和/或第三金属层452可以是铜、锡、铝、银、金、铬、铁、镍、锌、钌、钯和/或铂等。第二金属层450和/或第三金属层452可使用电镀方法形成。

[0042] 参见图10，示出了流程图，该流程图示出用于在太阳能电池上形成接触区的方法。

[0043] 在501，方法可包括提供具有在正常操作期间面向太阳的正面、与正面相背对的背面以及硅基板的太阳能电池。

[0044] 在502，可在太阳能电池的硅基板上形成多晶硅层，其中在硅基板的至少一个掺杂区上形成多晶硅层。

[0045] 在503，可在多晶硅层上形成第一介质层。

[0046] 在504，可以形成穿过多晶硅层上的第一介质层的至少一个接触开口。

[0047] 在505，可在接触开口上形成第一金属层。

[0048] 在506，可加热第一金属糊剂以形成第一金属层，其中加热允许包含第一合金的导电填充物形成在接触开口内且穿过或至少部分地穿过多晶硅层，导电填充物电耦接第一金属层和掺杂区。

[0049] 图11示出流程图，该流程图示出用于在太阳能电池上形成接触区的另一种方法。

[0050] 在511，方法可包括提供具有在正常操作期间面向太阳的正面、与正面相背对的背面以及硅基板的太阳能电池。

[0051] 在512，可在太阳能电池的硅基板上沉积具有第一厚度的非掺杂多晶硅层，其中非掺杂多晶硅层可形成在太阳能电池背面上的硅基板的至少一个掺杂区上。

[0052] 在513，可在多晶硅层上沉积第一介质层。

[0053] 在514，可以形成穿过非掺杂多晶硅层上的第一介质层的至少一个接触开口。

[0054] 在515，可在接触开口上沉积铝糊剂，其中铝糊剂与掺杂区电耦接。

[0055] 在516，可固化铝浆料以形成铝层。

[0056] 在517，可在550℃的温度下将铝层和硅基板退火，以使得铝层可以消耗设置在铝层下面的多晶硅层，从而形成导电填充物。在实施例中，导电填充层物可包括铝-硅合金。在实施例中，导电填充物可具有与第一厚度相等的厚度且电耦接铝层和掺杂区。

[0057] 在518，可在第一金属层上形成第二金属层，其中导电填充物和铝层电耦接掺杂区和第二金属层。

[0058] 尽管上面已经描述了具体实施例，但即使相对于特定的特征仅描述了单个实施例，这些实施例也并非旨在限制本公开的范围。在本公开中所提供的特征的例子除非另有说明否则旨在为说明性的而非限制性的。以上描述旨在涵盖将对本领域的技术人员显而易见的具有本公开的有益效果的那些替代形式、修改形式和等效形式。

[0059] 本公开的范围包括本文所公开的任何特征或特征组合(明示或暗示)，或其任何概括，不管它是否减轻本文所解决的任何或全部问题。因此，可以在本申请(或对其要求优先权的申请)的审查过程期间对任何此类特征组合提出新的权利要求。具体地讲，参考所附权利要求书，来自从属权利要求的特征可与独立权利要求的那些特征相结合，以及来自相应的独立权利要求的特征可以按任何适当的方式组合，而并非只是以所附权利要求中所枚举的特定的组合。