制造太阳能电池的方法以及太阳能电池技术

本发明专利技术描述了制造太阳能电池的方法以及由其制造的太阳能电池。所述方法能够提高太阳能电池的效率。制造太阳能电池的方法可包括向衬底之上的区域递送掺杂剂油墨组合物。所述掺杂剂油墨组合物包含可交联的基质前体、被结合的掺杂剂物质和溶剂。所述方法还包括烘焙所述掺杂剂油墨组合物以除去所述掺杂剂油墨组合物中的所述溶剂的很大一部分，固化所述经烘焙的掺杂剂油墨组合物以交联所述掺杂剂油墨组合物中的所述可交联的基质前体的很大一部分，以及将掺杂剂从所述经固化的掺杂剂油墨组合物驱向所述衬底。

【技术实现步骤摘要】
本申请是申请日为2012年9月26日，专利技术名称为“掺杂剂油墨组合物以及由其制造太阳能电池的方法”的中国专利申请No.2012800480309的分案申请。本文描述的专利技术得到美国政府的支持，在美国能源部授予的编号为DE-FC36-07GO17043的合同下完成。美国政府可拥有本专利技术的某些权利。
本专利技术的实施例属于可再生能源领域，具体地讲，涉及制造太阳能电池的方法以及由其制造的太阳能电池。
技术介绍
光伏电池(常被称为太阳能电池)是熟知的用于将太阳辐射直接转化成电能的器件。一般来讲，使用半导体加工技术在衬底的表面附近形成p-n结而在半导体晶片或衬底上制造太阳能电池。冲击在衬底表面上并进入衬底内的太阳辐射在衬底主体中形成电子和空穴对。电子和空穴对迁移至衬底中的p掺杂区域和n掺杂区域，从而在掺杂区域之间产生电压差。将掺杂区域连接到太阳能电池上的导电区域，以将电流从电池引导至与其连接的外部电路。效率是太阳能电池的重要指标，因其直接与太阳能电池发电能力有关。同样，制备太阳能电池的效率直接与此类太阳能电池的成本效益有关。因此，提高太阳能电池效率的技术或提高制造太阳能电池效率的技术是普遍所需的。本专利技术的实施例涉及通过提供制造太阳能电池结构的新工艺而提高太阳能电池的制造效率。附图说明图1A是根据本专利技术实施例的掺杂剂油墨组合物的示意图。图1B是根据本专利技术另一个实施例的掺杂剂油墨组合物的示意图。图2A包括根据本专利技术实施例的掺杂剂油墨组合物的膦部分和有机膦部分的化学表示。图2B包括根据本专利技术实施例的掺杂剂油墨组合物的硼烷部分和有机硼烷部分的化学表示。图3是根据本专利技术的实施例的表示太阳能电池制造方法中的操作的流程图。图4A示出了根据本专利技术实施例的太阳能电池制造中与图3流程图的操作302相对应的阶段的剖视图。图4B示出了根据本专利技术实施例的太阳能电池制造中与图3流程图的操作304相对应的阶段的剖视图。图4C示出了根据本专利技术实施例的太阳能电池制造中与图3流程图的操作306相对应的阶段的剖视图。图4D示出了根据本专利技术实施例的太阳能电池制造中与图3流程图的操作308相对应的阶段的剖视图。图5A和图5B示出了根据本专利技术另一个实施例的太阳能电池制造中的不同阶段的剖视图。图6A和图6B示出了根据本专利技术另一个实施例的太阳能电池制造中的不同阶段的剖视图。具体实施方式本文描述了掺杂剂油墨组合物以及制造太阳能电池的方法。在下面的描述中，给出了许多具体细节，例如具体的工艺流程操作，以形成对本专利技术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在没有这些具体细节的情况下可实施本专利技术的实施例。在其他例子中，没有详细地描述例如金属触点形成技术的熟知的制造技术，以避免不必要地使本专利技术的实施例难以理解。此外，应当理解在图中示出的多种实施例是示例性的展示并且未必按比例绘制。本文公开了掺杂剂油墨组合物。在一个实施例中，掺杂剂油墨组合物包含可交联的基质前体、被结合的掺杂剂物质和溶剂。在另一个实施例中，掺杂剂油墨组合物包含可交联的基质前体、多个粒子、结合于粒子之一的掺杂剂物质和溶剂。本文还公开了制造太阳能电池的方法。在一个实施例中，所述方法包括将掺杂剂油墨组合物递送到衬底之上的区域，烘焙掺杂剂油墨组合物以除去掺杂剂油墨组合物中的溶剂的很大一部分，固化经烘焙的掺杂剂油墨组合物以交联掺杂剂油墨组合物中的可交联的基质前体的很大一部分，以及将掺杂剂从经固化的掺杂剂油墨组合物驱向衬底。掺杂剂油墨使得能够在太阳能电池制造中(或许更一般地在半导体结构制造中)使用液相沉积方法作为选择性掺杂衬底的途径。此类液相沉积方法相比于典型的气相掺杂剂沉积技术具有更低的成本，气相掺杂剂沉积技术除了有毒气体递送和排放系统外通常还涉及昂贵的沉积炉和真空室。尽管掺杂剂油墨对于降低成本可能是理想的，但是它们通常会在宽温度范围(即使低至50℃至高达约1000℃的扩散温度或更高)内对其中所含的掺杂剂或掺杂剂前体脱气。掺杂剂或掺杂剂前体脱气可导致难以实现对所得扩散曲线的精确控制，并且可能导致(例如)以反向掺杂或自动掺杂的形式对衬底某些区域的非有意掺杂。对于太阳能电池制造工艺中合适的掺杂剂油墨的有效实施而言，通常需要严格的温度控制。对工艺的这种控制已通过艰难的精密加工和重大的配方调整而实现。此外，可能必须在热操作期间增加气体流量或抽真空。上述措施通常伴随着增加的工具要求和成本。解决或减轻从掺杂剂油墨中脱气的另外方法包括将掺杂剂油墨用诸如氧化物材料、氮化物材料或非晶硅之类的另一种材料覆盖。然而，覆盖方法需要在工艺流程中增加至少另一项操作并且通常还涉及增加的设备和材料成本。另外，覆盖层可能需要在后续加工中移除，从而再次提高所涉及的成本。当在接纳衬底的不同区域中需要两种类型的掺杂剂(例如，n型和p型)时，对于掺杂剂油墨而言需要另外考虑的是效率。根据本专利技术的一个或多个实施例，与掺杂剂或掺杂剂前体从掺杂剂油墨脱气相关的问题得到了解决。在一个这样的实施例中，提供了一种设计掺杂剂油墨配方的方法，该方法通过将掺杂剂或掺杂剂前体整合成油墨基质中的束缚态来减少掺杂剂脱气。例如，在具体实施例中，掺杂剂油墨包含硅氧烷载体基质，例如经常包含在普通旋涂玻璃(SOG)材料中。掺杂剂油墨具有硅氧烷单体，该单体在高温下或通过紫外(UV)光发生交联反应而形成氧化硅基质。掺杂剂油墨中还包含被结合的掺杂剂或掺杂剂前体，其可以按若干不同的方式如此包含，如下文更详细地描述。在第一个这样的实施例中，被结合的掺杂剂或掺杂剂前体在硅氧烷合成过程中化学键合到硅氧烷主链。这种方法可提高包含掺杂剂的载体分子的分子量，从而降低蒸气压并因而减少掺杂剂脱气。另外，随着温度的升高以促进硅氧烷交联反应，掺杂剂-硅氧烷分子可变成被束缚在基质内。一旦交联反应发生后，掺杂剂就可以保持结合于基质上，直至温度达到足够高而从硅氧烷主链上断开掺杂剂原子的化学键。在一个实施例中，通过对硅氧烷的末端基团改性而改变硅氧烷交联反应动力学以偏向于更高的或更低的温度。所得的硅氧烷基质变稠密而形成氧化硅基质，后者可提供比油墨的硅氧烷溶液更高的结合掺杂剂原子的能力。因此，通过定制硅氧烷的反应性，可以建立二阶段掺杂剂保持机制。也就是说，可能由于掺杂剂原子与硅氧烷主链的化学结合而在较低温度下保持掺杂剂，并且可能由于掺杂剂原子在所得氧化硅基质内的结合而在较高温度下保持掺杂剂。在第二个这样的实施例中，将被结合的掺杂剂或掺杂剂前体合并到在悬浮液中与硅氧烷单体共混的粒子例如纳米粒子中。此类粒子可包括基于氧化硅的纳米粒子或硅纳米粒子。通过将掺杂剂原子结合在固体内，掺杂剂原子的扩散系数与保持在溶液(例如，基本上自由形态的对应物)中的掺杂剂相比可得以降低。这种效果在较低温度下可能尤为明显，例如，在烘焙过程、有机物烧除过程或温度斜坡最初开始向扩散温度升高的过程中。硅氧烷基质可在高温下变稠密而形成氧化硅基质，后者可提供比油墨的硅氧烷溶液更高的结合掺杂剂原子的能力。在硅氧烷单体液相内的纳米粒子悬浮液的情况下，可以提供二阶段掺杂剂保持机制。也就是说，可能由于掺杂剂原子在固相纳米粒子内的结合而在较低温度下保持掺杂剂，并且可能通过留在氧化硅基质内的纳米粒子形成的附加结合而在较高温度下保持掺杂剂。本专利技术的实施例可在多种本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制造太阳能电池的方法，所述方法包括：将掺杂剂油墨组合物递送到衬底之上的区域，所述掺杂剂油墨组合物包含可交联的基质前体、被结合的掺杂剂物质和溶剂；烘焙所述掺杂剂油墨组合物以除去所述掺杂剂油墨组合物中的所述溶剂的很大一部分；固化经烘焙的掺杂剂油墨组合物以使所述掺杂剂油墨组合物中的所述可交联的基质前体的很大一部分交联；以及将掺杂剂从经固化的掺杂剂油墨组合物驱向所述衬底。

【技术特征摘要】
2011.09.30 US 13/250,2151.一种制造太阳能电池的方法，所述方法包括：将掺杂剂油墨组合物递送到衬底之上的区域，所述掺杂剂油墨组合物包含可交联的基质前体、被结合的掺杂剂物质和溶剂；烘焙所述掺杂剂油墨组合物以除去所述掺杂剂油墨组合物中的所述溶剂的很大一部分；固化经烘焙的掺杂剂油墨组合物以使所述掺杂剂油墨组合物中的所述可交联的基质前体的很大一部分交联；以及将掺杂剂从经固化的掺杂剂油墨组合物驱向所述衬底。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述掺杂剂油墨组合物还包含多个粒子，并且其中所述被结合的掺杂剂物质结合于所述粒子之一。3.根据权利要求1所述的方法，其中递送所述掺杂剂油墨组合物的操作包括使用流体沉积技术，所述流体沉积技术选自由油墨喷射、丝网印刷、刮刀涂布、移液管转移、旋涂和蚀刻、凹版印刷和槽模涂布构成的组。4.根据权利要求1所述的方法，其中烘焙所述掺杂剂油墨组合物的操作包括加热到约在100℃–400℃范围内的温度，固化所述经烘焙的掺杂剂油墨组合物的操作包括加热到约在350℃–900℃范围内的温度，以及从所述经固化的掺杂剂油墨组合物驱动掺杂剂的操作包括加热到约在850℃–1050℃范围内的温度。5.根据权利要求1所述的方法，其中所述烘焙和所述固化是在同一工序操作中进行的。6.根据权利要求1所述的方法，其中所述掺杂剂油墨组合物为用于获得第一导电型的第一掺杂剂油墨...

【专利技术属性】
技术研发人员：保罗·卢斯科托福，坎恩·伍，斯蒂夫·莫里萨，
申请(专利权)人：太阳能公司，
类型：发明
国别省市：美国;US