用于生產(chǎn)具有穩(wěn)定效率的光伏元件的方法和設(shè)備的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種通過穩(wěn)定化處理步驟使效率穩(wěn)定的生產(chǎn)光伏元件的方法。具體來說，本發(fā)明涉及一種用于基于摻硼的含氧硅基板生產(chǎn)太陽能電池的方法。本發(fā)明還涉及一種用于在光伏元件的生產(chǎn)中處理硅基板的設(shè)備，其中該設(shè)備用于執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的方法的穩(wěn)定化處理步驟。
【背景技術(shù)】
[0002]作為光伏元件的太陽能電池用于將光轉(zhuǎn)換為電流。已經(jīng)例如在發(fā)射極區(qū)和基極區(qū)之間的pn結(jié)在空間上分離的光生載流子對必須由此利用太陽能電池的電觸點提供給外部電路。必須在太陽能電池的發(fā)射極和基極二者設(shè)置用于此目的的電觸點結(jié)構(gòu)。
[0003]當(dāng)今主要基于作為半導(dǎo)體基板材料的硅來制造太陽能電池。因此經(jīng)常以單晶或多晶晶片的形式提供硅基板。已經(jīng)多次觀察到，在基于硅晶片生產(chǎn)太陽能電池的情況下，可能出現(xiàn)太陽能電池的效率隨著時間而降低退化效應(yīng)。已經(jīng)觀察到超過1% abs的顯著效率損失。
[0004]DE102006012920A1公開一種用于生產(chǎn)具有穩(wěn)定效率的光伏元件的方法。其中公開的發(fā)明至少部分屬于與本申請相同的發(fā)明人。在那時就認(rèn)識到，通過在光伏元件上執(zhí)行穩(wěn)定化處理步驟，可以使光伏元件的效率穩(wěn)定，也就是說，可以防止退化，在該穩(wěn)定化處理步驟中，將光伏元件在升高的溫度范圍內(nèi)保持足夠長的時間段，并且同時例如通過照射或者通過施加電壓，在硅基板中產(chǎn)生額外的少數(shù)載流子。
[0005]然而，迄今為止人們假定，為了能夠?qū)崿F(xiàn)效率的足夠穩(wěn)定化，硅基板必須經(jīng)歷穩(wěn)定化處理步驟的加工時間應(yīng)當(dāng)較長。特別是自動化工業(yè)生產(chǎn)線的情況下，這可能導(dǎo)致延時，并且因此導(dǎo)致生產(chǎn)瓶頸的形成。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]因此可能需要一種用于生產(chǎn)具有穩(wěn)定效率的光伏元件的改進方法。具體來說，可能需要在短的加工時間內(nèi)使效率穩(wěn)定的方法。此外，可能需要一種用于在光伏元件的生產(chǎn)中處理硅基板的設(shè)備，該設(shè)備尤其允許執(zhí)行上述方法的穩(wěn)定化處理步驟。
[0007]根據(jù)獨立權(quán)利要求的方法和設(shè)備可以滿足這種要求。在從屬權(quán)利要求和以下說明中描述了本發(fā)明的實施例。
[0008]根據(jù)本發(fā)明的第一方面，公開一種用于以提高的效率生產(chǎn)光伏元件的方法，該方法包括以下步驟:準(zhǔn)備硅基板。在所述硅基板的表面形成發(fā)射極層。在所述硅基板上進一步形成電觸點。所述方法的特征在于另外執(zhí)行穩(wěn)定化處理步驟。該步驟包括在所述硅基板中有目的地引入氫。在所述氫已經(jīng)被引入到所述硅基板中時，使所述硅基板處于至少90°C，優(yōu)選至少230°C的溫度，在所述硅基板中產(chǎn)生額外的少數(shù)載流子。
[0009]根據(jù)本發(fā)明的第二方面，公開一種用于在光伏元件的生產(chǎn)中處理硅基板的設(shè)備，其中所述設(shè)備配置為執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的方法的穩(wěn)定化處理步驟。
[0010]所述設(shè)備可以例如是具有可以調(diào)節(jié)到不同溫度的多個區(qū)的連續(xù)爐的形式，并且可以具有可以用來在所述硅基板中產(chǎn)生少數(shù)載流子的照射裝置。所述多個區(qū)的溫度被控制并且包括所述照射裝置的所述設(shè)備被配置為使得穿過所述連續(xù)爐的硅基板首先在高溫區(qū)中在高于650°C的溫度被短時間加熱，然后在冷卻區(qū)中以在高于550°C時至少ΙΟΚ/s的冷卻速度冷卻到低于450°C的溫度，然后在溫度保持區(qū)中以230°C和450°C之間的溫度可選地保持至少10秒，同時或者隨后，在至少90°C的溫度，優(yōu)選在高于230°C的溫度以大于0.3kW/m2的照射強度照射所述硅基板。
[0011]在不限制本發(fā)明的保護范圍的情況下，根據(jù)本發(fā)明的方法或者根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的實施例所涉及的思想可被認(rèn)為部分基于下面描述的概念和發(fā)現(xiàn):
[0012]利用適當(dāng)?shù)姆€(wěn)定化處理步驟來保護或穩(wěn)定光伏元件的生產(chǎn)中使用的硅基板以對抗會在光伏元件工作期間出現(xiàn)的退化，這有時也被稱為再生，其可能性在相當(dāng)長的時間以來已經(jīng)為人所知。在DE102006012920A1中詳細描述了穩(wěn)定化處理步驟可以如何來執(zhí)行的細節(jié)以及推測的隱藏在其后的作用機理。
[0013]現(xiàn)在已經(jīng)認(rèn)識到，利用附加的加工步驟或者適當(dāng)選擇的參數(shù)，可以顯著提高穩(wěn)定化處理步驟期間的再生速度，并且為了實現(xiàn)最終生產(chǎn)出的光伏元件的足夠的效率穩(wěn)定化而執(zhí)行穩(wěn)定化處理步驟的時間段可以因此盡可能短。
[0014]具體來說，已經(jīng)觀察到再生速度似乎顯著依賴于實際再生操作期間，即，在升高的基板溫度下硅基板中產(chǎn)生額外的少數(shù)載流子期間，硅基板中存在的氫的量。此外，氫如何在硅基板中分布以及硅基板內(nèi)氫的結(jié)合狀態(tài)似乎也是重要的。
[0015]因此，首先提出將氫有目的地引入到硅基板中。如下文更詳細地描述的，這可以用各種方式來實施。然后發(fā)現(xiàn)至少短時間例如至少5秒或者至少10秒地將硅基板保持在230°C至450°C的溫度范圍內(nèi)是有利的。似乎硅基板保持的溫度越高，所選擇的保持時間可以越短。據(jù)推測，以這種方式將硅基板保持在升高的溫度對先前引入的氫的結(jié)合狀態(tài)具有有利的影響。然后可以通過在硅基板保持在至少90°C，優(yōu)選至少高于230°C，但優(yōu)選低于450°C的升高溫度期間，在硅基板中產(chǎn)生額外的少數(shù)載流子來執(zhí)行實際的再生操作。如上所述，在硅基板保持在230°C至450°C的溫度范圍內(nèi)期間，在硅基板中可選地產(chǎn)生額外的少數(shù)載流子。
[0016]已經(jīng)觀察到，通過有目的地引入氫并且隨后在升高的溫度再生，可以顯著加速再生操作。不像之前認(rèn)為的那樣至少需要幾分鐘，據(jù)推測，可以在幾秒內(nèi)執(zhí)行再生，并且可以在例如連續(xù)爐這樣的單個設(shè)備內(nèi)適當(dāng)?shù)貓?zhí)行整個穩(wěn)定化處理步驟。
[0017]在工業(yè)上常使用的在連續(xù)爐中燒制絲網(wǎng)印刷觸點的生產(chǎn)工序中，可以修改連續(xù)爐，使得也可以同時執(zhí)行該穩(wěn)定化處理步驟。利用這種適當(dāng)修改的連續(xù)爐，可以由此同時執(zhí)行通過燒制絲網(wǎng)印刷金屬糊料進行觸點形成和硅基板的再生，并且由此實現(xiàn)最終生產(chǎn)的太陽能電池的效率穩(wěn)定化。
[0018]根據(jù)一個實施例，在高于650°C的溫度引入氫，隨后以在高于550°C時至少lOK/s，優(yōu)選至少20K/s，更優(yōu)選至少30K/s并且進一步優(yōu)選至少60K/s的冷卻速度的斜坡冷卻到450°C。換句話說，可以首先將硅基板加熱到高于650°C，以使氫進入，然后快速冷卻到低于450°C，其中至少冷卻到550°C是以至少lOK/s的冷卻速度特別快速地進行的。
[0019]在顯著高于450°C，特別是高于550°C的高溫，氫能夠非?？斓兀簿褪钦f，在幾秒內(nèi)或幾分之一秒內(nèi)擴散到硅基板中，并且優(yōu)選地盡可能均勻地分布在其中。例如，在足夠高的溫度，從含氫層施加到硅基板的氫能夠快速地擴散到下面的硅基板中。
[0020]然而，已經(jīng)認(rèn)識到存在如下危險:如果高溫持續(xù)太長時間，并且氫源隨著時間而耗盡，則氫也可能再次擴散到硅基板之外，也就是說，可能發(fā)生氫的滲出。特別是在硅基板的表面，即，例如最終的太陽能電池中發(fā)射極層所處之處，可能存在氫的耗盡，并且太陽能電池因此對缺陷引起的退化效應(yīng)特別敏感。由于氫明顯表現(xiàn)為支持隨后進行的再生，因此要盡可能避免氫滲出。
[0021]因此提出，在足夠高的溫度引入氫之后，非常快地降低溫度，S卩，以高冷卻速度將硅基板冷卻到低于450°C，使氫能夠擴散到硅基板之外的時間段盡可能短。如果氫源接近耗盡，即，可能不再提供氫，例如，太長的高溫階段之后，或者如果例如因為溫度太低而氫源不再能夠釋放氫，那么尤其需要這種快速冷卻。
[0022]隨后硅基板可以在低于450°C的溫度保持足夠長的時間段，在這種相對低的溫度氫幾乎不可能滲出，但是在硅基板內(nèi)氫很可能呈現(xiàn)再生所需的結(jié)合狀態(tài)。
[0023]根據(jù)一個實施例，在再生期間，通過利用波長小于1180nm的光，以大于0.3kff/m2,優(yōu)選大于lkW/m2，更優(yōu)選大于3kW/m2的照射強度進行照射，可以產(chǎn)生額外的少數(shù)載流子。
[0024]已經(jīng)觀察到，再生進行得越快，也就是說，再生速度越大，額外的少數(shù)載流子的密度越高。特別是通過照射可以在硅基板內(nèi)產(chǎn)生額外的少數(shù)載流子。高照射強度可以相應(yīng)地支持快速再生。
[0025]根據(jù)一個實施例，在230°C和450°C之間，優(yōu)選在230°C和400°C之間，更優(yōu)選在230°C和350°C之間，進一步優(yōu)選在230°C和300°C之間的硅溫度，可以產(chǎn)生額外的少數(shù)載流子。
[0026]雖然迄今認(rèn)為，盡管溫度升到高于50°C，特別是升到高于90°C時再生速度開始增加，但是據(jù)推測由于競爭效應(yīng)，在溫度超過大約180°C時，再生速度又似乎下降，然而現(xiàn)在認(rèn)識到，可以通過先引入氫，隨后可選地將硅基板在適當(dāng)溫度保持適當(dāng)長的時間段，來預(yù)先處理硅基板，這樣即使在高于230°C的較高溫度，也可以進行再生操作。溫度越高，再生似乎進行得越快。作為先引入氫和溫度預(yù)處理的結(jié)果是，由于該預(yù)處理，抵消、競爭效應(yīng)似乎變?nèi)?，或者與以加速的方式進行的效應(yīng)相比，顯著變慢，并且引起再生。因此只有在例如顯著高于300°C的實質(zhì)上較高的溫度，競爭效應(yīng)才大大地抵消再生效應(yīng)。因此，總的來說，由于以此進行的預(yù)處理和實際再生操作期間實質(zhì)上較高的溫度，可以顯著加速硅基板的再生。
[0027]根據(jù)一個實施例，所提出的方法可以包括在所述硅基板的表面沉積含氫層，其中所述層可在向所述硅基板中引入氫期間作為氫源。
[0028]這種含氫層的沉積在技術(shù)上執(zhí)行起來很簡單。例如，該含氫層可以是氫化氮化硅層的形式，即，已經(jīng)添加了氫的氮化硅層。例如可以利用工業(yè)上已經(jīng)證明的方法，如PECVD(等離子體增強化學(xué)氣相沉積)沉積這種層。氫能夠在升高的溫度從含氫層擴散到硅基板中。
[0029]根據(jù)一個實施例，可以用至少一個附加擴散阻擋層覆蓋所述含氫層，該附加擴散阻擋層比含氫層本身更不易被氫滲透。該附加層因此可以在高溫下向硅基板中引入氫期間例如作為外部作用的擴散屏障，因此，氫能夠從含氫層擴散到硅基板中，而幾乎不能擴散到周圍大氣中。例如可以由大密度的電介質(zhì)形成該擴散阻擋層。
[0030]根據(jù)一個實施例，然后可以使該覆蓋有含氫層的硅基板穿過連續(xù)爐中溫度被適當(dāng)控制的區(qū)。
[0031]在這種工業(yè)上實施起來特別容易的形式的方法中，可以例如在硅基板的表面上形成發(fā)射極層之后，在硅基板的表面上沉積諸如氫化氮化硅層的