具有局部背接觸的太陽能電池的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及具有背接觸和鈍化發(fā)射極的太陽能電池（1）的制造方法，該太陽能電池包括至少兩層的電介質(zhì)疊層（10），該至少兩層的電介質(zhì)疊層（10）至少包括與p型硅層（3）接觸的AlOx的第一電介質(zhì)層（11）和沉積在第一電介質(zhì)層（11）上的第二電介質(zhì)層（13）。此外，該制造方法包括優(yōu)選通過激光燒蝕在該電介質(zhì)疊層（10）中形成至少一個局部開口（15）的形成步驟，至少部分保留前述第一電介質(zhì)層。
【專利說明】具有局部背接觸的太陽能電池的制造方法
[0001]本發(fā)明涉及具有局部背接觸的太陽能電池的制造方法。
[0002]本發(fā)明的方法可應(yīng)用于多種制造方案，例如，PERC (發(fā)射極和背面鈍化電池)、PERL(鈍化發(fā)射極和背面局部擴(kuò)散)或IBC (交指型背接觸)型太陽能電池。
[0003]對于所有的這些太陽能電池，晶片表面的背面上良好的鈍化特性是強(qiáng)制性的，以便減少復(fù)合損耗。
[0004]在PERC技術(shù)中，例如，太陽能電池的背面包括由電介質(zhì)層和金屬層制作的反射涂層。電介質(zhì)層提供前述的鈍化。該電介質(zhì)層被局部打開以允許體娃(bulk silicon)與隨后沉積的金屬層之間的接觸。
[0005]在硅太陽能電池中，最廣泛采用的電介質(zhì)層是氫化氮化硅(SiNx:H)。該層顯示固有的凈正電荷，對P型基板的情況產(chǎn)生寄生的發(fā)射極層(也稱為反型層)，其在產(chǎn)生金屬接觸之后是造成復(fù)合增加的原因。
[0006]因此，在P型硅PERC太陽能電池中，用于背側(cè)的標(biāo)準(zhǔn)鈍化疊層由氧化硅(Si02)和SiNx = H制造，以降低此效應(yīng)。
[0007]近來，已經(jīng)報(bào)告了采用氧化鋁(AlOx)層用于鈍化P型硅太陽能電池的背側(cè)。這些AlOx層顯示為具有固有負(fù)電荷，其防止在P型硅上產(chǎn)生寄生發(fā)射極且有助于場效應(yīng)鈍化。
[0008]另外，在電介質(zhì)層中制造局部開口的通常方法是借助于激光燒蝕，其完全穿透鈍化疊層。
[0009]然而，顯示這樣的情況:Si02和SiNx鈍化層的激光燒蝕會熔化下層硅表面，誘發(fā)損害?？赡墚a(chǎn)生各種類型的激光誘導(dǎo)損害，例如，開口周圍的電介質(zhì)層中的分層或裂縫、硅的熔化、開口周圍電介質(zhì)層的過熱。這些損害誘使鈍化性能的降低。
[0010]而且，顯示這樣的情況:A10x/SiNx鈍化層中引起的損害可修改AlOx層中的電荷，因此誘使場效應(yīng)鈍化的減小且導(dǎo)致對太陽能電池性能有害的寄生發(fā)射極層的產(chǎn)生。
[0011]根據(jù)本領(lǐng)域的普通知識，Si02或AlOx的激光燒蝕必須完全完成以改善性能。這是由于這樣的事實(shí):假設(shè)S1x/SiNx疊層中發(fā)生部分燒蝕(partialablat1n),由于部分燒蝕誘使太陽能電池串聯(lián)電阻的增加而使太陽能面板的性能降低。
[0012]體現(xiàn)這樣的現(xiàn)有技術(shù)的文件是“Laserablat1n of S102/SINX and AL0X/SINXbackside passivat1n stacks for advanced cell architectures.，，In:26th EuropeanPhotovoltaic Solar Energy Conference and Exhibit1n - EU-PVSEC.2011.pp.2180-2183; (5-9September2011;Hamburg, Germany)。
[0013]該文章特別是§ 4中教導(dǎo)通過完全無損的激光燒蝕達(dá)到最佳條件。
[0014]完全激光燒蝕已經(jīng)應(yīng)用于Si02/SiNx和A10x/SiNx層。假設(shè)是A10x/SiNx層，結(jié)果顯示預(yù)期的較低性能，由于AlOx相比于Si02的較好鈍化特性。甚至觀察到起泡效應(yīng)。
[0015]本發(fā)明旨在至少部分地減輕上述的不足。
[0016]為此目的，本發(fā)明提出了具有局部背接觸的太陽能電池的制造方法，該局部背接觸包括至少兩層的電介質(zhì)疊層，所述至少兩層的電介質(zhì)疊層至少包括與P型硅層接觸的AlOx的第一電介質(zhì)層和沉積在第一電介質(zhì)層上的第二電介質(zhì)層，其特征在于該方法包括在電介質(zhì)疊層中形成至少一個局部開口(partial opening)的步驟,在局部開口的位置至少部分保留前述第一電介質(zhì)層。
[0017]由于該工藝，由激光束引起的損壞，例如局部加熱和分層，僅發(fā)生在第二電介質(zhì)層，第一電介質(zhì)層至少部分地被保護(hù)，并且下層的體硅完全被保護(hù)。
[0018]另外，盡管通常認(rèn)為激光燒蝕必須是完全的以不增加太陽能電池的串聯(lián)電阻，但是觀察到對于AlOx部分激光燒蝕的太陽能電池的性能相對于完全激光燒蝕的太陽能電池的性能甚至提高了。
[0019]另外，電介質(zhì)層具有鈍化特性。因此，在開口周圍保持良好的鈍化質(zhì)量，與電介質(zhì)層完全燒蝕的電池相比，其有助于改善短路電流(Jsc)、開路電壓(Voc)，特別是輸出。
[0020]根據(jù)單獨(dú)或組合的其它特性:
[0021 ]-在電介質(zhì)疊層中形成至少一個局部開口的步驟包括激光燒蝕步驟，
[0022]-燒蝕步驟采用脈沖激光(其脈沖持續(xù)時間小于幾個納秒)執(zhí)行，
[0023]-第一電介質(zhì)層顯不允許場效應(yīng)鈍化的負(fù)電荷，
[0024]-第一電介質(zhì)層在燒蝕后具有至少幾個單層的厚度，
[0025]-第二電介質(zhì)層由SiNx制成，
[0026]-燒蝕步驟采用激光執(zhí)行，該激光在UV區(qū)域輻射，更具體地在355nm周圍輻射。
[0027]其它優(yōu)點(diǎn)和特性通過閱讀下面附圖描述將更加明晰，其中:
[0028]-圖1示出制造PERC型太陽能電池的示意圖。
[0029]-圖2示出部分燒蝕電介質(zhì)疊層之后背側(cè)的詳圖。
[0030]-圖3示出了制造PERL型太陽能電池的示意圖。
[0031 ] 所有的附圖中相同的參考標(biāo)記指示相同的元件。
[0032]在圖1中，示意圖示出根據(jù)本發(fā)明具有鈍化背表面和局部背接觸的太陽能電池的制造方法的三個步驟(a)、(b)和(C)。
[0033]圖1的示例由PERC型太陽能電池(發(fā)射極和背面鈍化電池)構(gòu)成。
[0034]當(dāng)然，這三個步驟不表示全部的電池制造方法，而是僅表示涉及本發(fā)明的步驟。其它制造步驟為本領(lǐng)域的技術(shù)人員所知，并且不要求在本發(fā)明的框架下描述。
[0035]由圖1 (a)可見，在該制造步驟中，光伏電池I包括基板或P型硅晶片層3、在前面7上的η摻雜娃層5。
[0036]在前面7上還沉積有抗反射層9 (ARC用于“抗反射涂層”)，例如，氮化硅SiNx。
[0037]在電池I的背面上沉積有至少兩個電介質(zhì)層11和13的疊層10。
[0038]在本示例中，第一電介質(zhì)層11是氧化鋁AlOx。
[0039]第二電介質(zhì)層13例如為氮化硅SiNx，具體地，氫化氮化硅SINx: H。
[0040]第一電介質(zhì)層11與基板3接觸,并且第二電介質(zhì)層13沉積在第一電介質(zhì)層11上。
[0041]根據(jù)步驟(b),通過激光燒蝕(laser ablat1n)可在鈍化疊層10中繼續(xù)進(jìn)行至少一個局部開口 15的形成步驟，至少部分保留前述第一電介質(zhì)層11。該步驟因此可有資格作為鈍化疊層10的部分激光燒蝕，是指SiNx層完全燒蝕而AlOx層不燒蝕或僅部分燒蝕。因此可獲得根據(jù)圖2的細(xì)節(jié)所示的構(gòu)造。
[0042]對于該燒蝕工藝，允許如上所述部分燒蝕的最佳激光條件(即脈沖持續(xù)時間、波長、功率等)可以是實(shí)驗(yàn)確定的并且對于要燒蝕的電介質(zhì)疊層是特定的。例如，可采用小于幾個納秒的單脈沖激光，也可采用皮秒或飛秒脈沖并且在UV范圍內(nèi)，具體在355nm波長。
[0043]在燒蝕之后，第一電介質(zhì)層11優(yōu)選具有厚到足以顯示負(fù)電荷(至少Inm)且薄到足以允許Al金屬通過AlOx的低溫?cái)U(kuò)散以形成接觸的層厚度，例如，在燒蝕之后至少幾個單層的厚度，是指在燒蝕之后Inm至30nm之間的厚度。
[0044]因此，硅基板3不被激光燒蝕損壞。
[0045]典型地，前述局部開口通過激光燒蝕形成為具有適合用于良好的光學(xué)反射特性的任何圖案以及具有最佳金屬化接觸區(qū)域。例如，可采用由分開600 μ m的約40 μ m的局部開口構(gòu)成的圖案。
[0046]由于該工藝，由激光束引起的損壞，例如局部加熱和分層，僅發(fā)生在第二電介質(zhì)層13的位置，第一電介質(zhì)層11得到保護(hù)。
[0047]然后，在步驟(C)，進(jìn)行在光伏電池的背面19上施加金屬化層17的步驟。可采用任何的基于Al的金屬化方法。例如，這可通過在太陽能電池I的背面19上濺射Al來執(zhí)行。
[0048]最后，在步驟(d)，通過在溫度T>740°C (例如在815°C)的爐中燒制而在保留至少一個局部開口 15的區(qū)域上執(zhí)行背表面場(BSF)的形成。
[0049]由于根據(jù)本發(fā)明的方法，保持了金屬接觸周圍的良好鈍化質(zhì)量，其促成短路電流(Jsc)值改善了 1.6%且開路電壓(Voc)值改善了 1.1% (實(shí)驗(yàn)上與根據(jù)鈍化層完全燒蝕的技術(shù)工藝狀態(tài)制造的太陽能電池比較)。類似地，填充因子FF改善了 0.35%，并且效率自身改善了約3%。
[0050]圖3示出了類似于圖1的太陽能電池制造工藝，但是圖3是對于PERL型太陽能電池。
[0051]在此情況下與PERC電池不同，在要制造的金屬接觸的區(qū)域中，P+摻雜區(qū)域21預(yù)先形成為局部BSF，例如，具有B擴(kuò)散。除此之外，步驟(a)至(c)是類似的。
[0052]然后，在金屬化步驟(C)之后，執(zhí)行退火步驟以在背側(cè)區(qū)域19上形成金屬接觸，例如，在400°C。還是在此情況下，也觀察到電池性能上的提高。
【權(quán)利要求】
1.具有局部背接觸的太陽能電池(I)的制造方法，該太陽能電池包括至少兩層的電介質(zhì)疊層(10)，該至少兩層的電介質(zhì)疊層(10)至少包括與P型硅層(3)接觸的AlOx的第一電介質(zhì)層(11)和沉積在第一電介質(zhì)層(11)上的第二電介質(zhì)層(13),其特征在于,該方法包括在該電介質(zhì)疊層(10)中形成至少一個局部開口( 15)的步驟，在該局部開口的位置至少部分保留所述第一電介質(zhì)層(11)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造方法，其中在該電介質(zhì)疊層(10)中形成至少一個局部開口(15)的步驟包括激光燒蝕步驟。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制造方法，其中該燒蝕步驟采用脈沖持續(xù)時間小于幾個納秒的脈沖激光執(zhí)行。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任何一項(xiàng)所述的制造方法，其中該第一電介質(zhì)層(11)顯示允許場效應(yīng)鈍化的負(fù)電荷。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任何一項(xiàng)所述的制造方法，其中該第一電介質(zhì)層(11)在燒蝕后具有至少幾個單層的厚度。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任何一項(xiàng)所述的制造方法，其中該AlOx的第一電介質(zhì)層(11)在燒蝕后具有Inm至30nm之間的厚度。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任何一項(xiàng)所述的制造方法，其中該第二電介質(zhì)層(13)由SiNx制成。
8.根據(jù)權(quán)利要求2至7中任何一項(xiàng)所述的制造方法，其中該燒蝕步驟采用在UV區(qū)域中輻射的、更具體地在355nm周圍輻射的激光執(zhí)行。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至8中任何一項(xiàng)所述的制造方法，其中在該燒蝕步驟后進(jìn)行在光伏電池的背面(19)上施加金屬化層(17)的步驟。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的制造方法，其中該施加金屬化層(17)由基于Al的金屬化方法執(zhí)行。
11.根據(jù)權(quán)利要求1至9中任何一項(xiàng)所述的制造方法，其中在該施加金屬化層(17)之后，通過在溫度T>740°C的爐中燒制而在保留至少一個局部開口(15)的區(qū)域上執(zhí)行背表面場(BSF)的形成。
12.根據(jù)權(quán)利要求1至9中任何一項(xiàng)所述的制造方法，其中在該施加金屬化層(17)之后，進(jìn)行退火步驟以在該背側(cè)區(qū)域(19)上形成金屬接觸，例如在400°C。
【文檔編號】H01L31/18GK104247033SQ201280049697
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2012年10月5日 優(yōu)先權(quán)日:2011年10月7日
【發(fā)明者】P.嘉弗倫諾, J.達(dá)思, A.尤魯納德卡斯特羅 申請人:Imec公司, 道達(dá)爾銷售服務(wù)公司, 勒芬天主教大學(xué)K.U.勒芬R&D