背接触太阳能光伏模块用半导体晶片的电池和模块加工制造技术

本发明专利技术涉及高效硅基背接触背结太阳能板的成本有效的制造方法和在每一电池的背侧具有多个交替的矩形发射极区和基极区的太阳能板，其各自具有在相应发射极区和基极区上方并且平行于所述相应发射极区和基极区的矩形金属指形导电体，在晶片和指形导体中间的第一绝缘层，和在所述指形导体和电池互连中间的第二绝缘层。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】背接触太阳能光伏模块用半导体晶片的电池和模块加工专利
本专利技术涉及高效硅基背接触背结太阳能板的成本有效的制造方法以及通过所述方法制造的太阳能板。专利技术背景关于对化石能源的使用正将地球温室效应往可变得危险的程度推进，受到越来越多的关注。因此，目前对化石燃料的消耗应优选地由对我们的气候和环境可再生且可持续的能源/载体代替。一种这样的能源是太阳光，其以比目前和任何可预见到的人类能耗增加大得多的能量照耀着地球。然而，太阳能电池的电力到现在为止太昂贵，以致与核电、热电、水电等相比没有竞争力。如果要实现太阳能电池的电力的巨大潜能，那么需要改变这种情况。来自太阳能板的电力的成本随太阳能板的能量转换效率和制造成本而变。因此，对较便宜太阳能电力的探索应集中于通过成本有效的制造方法制造的高效太阳能电池。硅基太阳能板的目前支配性加工途径可以粗略地描述如下：制造呈高纯度硅的结晶块形式的太阳能级原料，将所述块锯成一组薄晶片，将每一晶片电池加工成太阳能电池，并然后安装所述太阳能电池以形成太阳能板，将所述太阳能板进一步安装和集成为太阳能系统。然而，目前支配性加工途径因由以下两个因素造成的硅原料的极低利用程度而受阻：当前的锯切工艺需要150-200μm的最小晶片厚度，而晶片中最重要的光伏活性层仅为约20-30μm，并且通过锯切形成晶片导致约一半的太阳能级硅进料作为锯槽(kerf)而损失。因此非常期望发现一种用于硅基太阳能电池板的如下工艺途径，其不需锯切晶片并且可形成具有根据光伏要求的厚度的晶片。此外，为了生产太阳能模块，通常以串联电路连接电池，以使模块的正极电输出连接到首个电池的阳极区并且模块的负极电输出串联连接到末个电池的阴极区。对于具有n型基极区的电池，n型基极区为阴极并且p型发射极区形成阳极。对于具有p型基极区的电池，p型基极区为阳极并且n型发射极区形成阴极。连接其间的电池以使首个电池的发射极区连接到第二个电池的基极区、第二个电池的发射极区连接到第三个电池的基极区，等等，直到所有电池都连接成串为止。互连方法描述了可如何实现电池的串联电连接。使用这种互连方法还可实现可选的电路拓扑，诸如连接成并联电路或连接成串并联电路组合的电池，但其通常不是优选的，因为会产生较高总电流，而这需要较大的导体横截面。电池金属化是将一个或多个图案化金属层设置于每一太阳能电池上，以使电流可从太阳能电池的发射极和基极半导体区流至发射极和基极金属化区中。将发射极和基极金属化区图案化以使发射极金属和基极金属彼此不直接电连接。通常，优选减小金属-半导体接触面积以减少在触点处的载流子复合，而较大的指形导体(fingerconductor)面积对于较低的电阻损失来说是优选的。现有技术从US6337283已知一种制造基于太阳能级原料的背接触背结太阳能电池(BC-BJ电池)的方法，所述太阳能级原料呈高纯度硅的结晶块形式，所述结晶块被锯成晶片并然后加工成BC-BJ电池。所述文献公开了一种如下制造在同一侧具有p型掺杂区和n型掺杂区的背面点触式硅太阳能电池的方法：在p型掺杂区和n型掺杂区具有开口窗的电池的表面上形成钝化层，以使第一金属层与p型掺杂区和n型掺杂区接触的方式在钝化层上沉积和图案化第一金属层，在第一金属层上沉积第一聚酰亚胺绝缘层、以使绝缘层在p型掺杂区和n型掺杂区中的至少一者处具有开口窗的方式蚀刻和图案化第一聚酰亚胺绝缘层，在第一聚酰亚胺绝缘层上沉积第二聚酰亚胺绝缘层，以使绝缘层在p型掺杂区和n型掺杂区中的至少一者处具有开口窗的方式蚀刻和图案化第二聚酰亚胺绝缘层，通过在预定的第二温度下加热预定的第二时间而固化第一聚酰亚胺绝缘层，以及以使第二金属层与p型掺杂区和n型掺杂区中的至少一者接触的方式在第二聚酰亚胺绝缘层上沉积第二金属层。因此，将焊接于金属化基底上的电池表面得到充分平整并且甚至确保了足够的传导性，以及较小的空隙和较小的焊接疲劳。从WO2008/039078已知了一种类似方法，所述专利公开了一种制造背接触太阳能电池的方法，其中所述方法包括应用硅基底、晶片或薄膜，在其背侧以交错图案掺杂有交替的P型和N型传导并且任选地在晶片前侧掺杂有P型或N型层，特征在于所述方法还包括：-在基底两侧都沉积一个以上表面钝化层，-在基底背侧的表面钝化层中产生孔，-沉积金属层，所述金属层覆盖整个背侧并且填充表面钝化层中的孔，以及-在沉积的金属层中产生孔以获得与基底背侧上掺杂区的电绝缘接触。当应用从料块锯下的晶片时，太阳能级原料的低利用程度的问题已经通过从沉积在基底上的硅膜制造太阳能电池而解决。Keevers等人在[1]中公开了这种技术的实例，其中将包含硅多晶薄膜的光伏面板沉积在玻璃基底上。将这种技术称为玻璃上的晶体硅或CSG技术。该制造工艺以通过用0.5μm二氧化硅珠粒浸渍涂布而对玻璃基底的一个表面进行织构化(texturing)开始。然后通过使用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)将SiNx层和p掺杂无定形硅层沉积到织构化表面上。然后通过使用固相结晶，接着使用快速热处理和快速在线氢化而形成多晶硅薄膜。然后通过使用激光划片(laserscribing)将所沉积的半导体层分成一组单独的电池，随后通过辊涂来施加树脂层。然后通过喷墨印刷蚀刻剂而在树脂层中形成一组接触孔(contactopening)，随后通过溅射沉积Al层，接着划片以形成互连而将面板完工。这种技术的缺陷在于与晶片基单晶太阳能电池相比，太阳能电池的光伏效率低。WO2009/128721公开了通过组合常规晶片基方法和CSG方法解决低光伏效率问题的解决方案。这个文献公开了一种制造太阳能板的方法，所述方法包括采用大量预制的半导体晶片和/或半导体片材以备用于背侧金属化，将其彼此相邻放置和贴附，并且使其前侧向下面对着前玻璃的背侧，随后进行后续加工，其包括沉积至少一个覆盖整个前玻璃的金属层，其包括所贴附的晶片/片材的背侧。然后将金属层图案化并且分成用于每一太阳能电池的电绝缘触点并且分成在相邻太阳能电池之间的互连。该专利技术利用CSG技术对晶片基太阳能电池制造的适用性，并因此利用与CGS技术和可通过使用单晶或多晶晶片获得的高转换效率相关的工作负荷减轻。从WO2011/031707已知一种制造光伏(PV)电池面板的方法，其中多个硅供体晶片中之每一者都具有在其上表面上形成的分隔层，例如多孔阳极蚀刻硅。在每一供体晶片上，然后部分完工PV电池，其包括电池间(inter-cell)互连的至少部分，此后将多个供体晶片层压到后侧基底或前侧。然后在剥落过程中将所有供体晶片都与部分完工的PV电池分离，接着同时完工PV电池上的其余PV电池结构。最后，第二次层压到前侧玻璃或后侧面板便将PV电池面板完工。分离的供体晶片可再用于形成其它PV电池。使用外延沉积以形成PV电池的层，能够改进掺杂剂分布和更锐利的结轮廓以得到改进的PV电池效率。从US2011/0303280已知一种制造交错(interdigitated)背接触光伏电池的方法，所述方法包括在基底后表面上设置第一掺杂剂类型的第一掺杂层，并设置覆盖其的介电掩蔽层。通过介电掩蔽层和第一掺杂层形成槽，所述槽在基本上与后表面正交的方向中延伸到基底中并且在槽侧在第一掺杂层的下面横向延伸。在基本上与后表面正交的方本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制造背接触背结硅太阳能电池模块的方法，其中所述方法依次包括以下工艺步骤：A)如下形成多个半成品太阳能电池：依次实施所选数量的如下晶片工艺步骤，其至少包括步骤ii)，然后进入以下步骤B)：i)采用具有层状分层掺杂结构的晶体硅晶片，所述层状分层掺杂结构至少含有背侧发射极层和在所述发射极层下方的基极层，和其中所述晶片在背侧具有多个交替的矩形发射极区和基极区，和ii)形成织纹和将至少一个表面钝化膜沉积于所述晶片的前侧，iii)通过沉积覆盖所述晶片的整个背侧的连续无定形硅层而形成背侧表面钝化层，和iv)在所述背侧表面钝化层上形成第一绝缘层，其中线性孔限定电接触进接区域，所述线性孔是平行的和位于所述多个交替的矩形发射极区和基极区中的每个的几乎正上方，v)形成矩形金属指形导电体，其与所述多个交替的矩形发射极区和基极区中的每个平行并且在其几乎正上方，vi)在所述指形导体上形成第二绝缘层，在其中与下面的指形导体电接触的位置设计有一组进接孔，和vii)在与处于所述进接孔下方的所述指形导体电接触的所述第二绝缘层中的每个进接孔中形成通路接触，B)将所述多个半成品太阳能电池层压到模块前基底上，使其前侧以矩形的类似镶嵌的图案面对所述模块前基底，和然后对所述层压的多个半成品太阳能电池依次实施步骤A)的最终的其余晶片工艺步骤，直到实施包括步骤vii)的所有晶片工艺步骤为止，和然后C)通过在所述第二图案化绝缘层上形成一组带接触以将所述模块的所述半成品太阳能电池互连而完成所述工艺以形成所述半成品太阳能电池的功能性太阳能电池，和D)将背侧覆盖基底层压到包含所述多个太阳能电池的所述模块前基底的背侧。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.03.19 US 61/612,769;2012.03.19 US 61/612,746;1.一种制造背接触背结硅太阳能电池模块的方法，其中所述方法依次包括以下工艺步骤：A)如下形成多个半成品太阳能电池：依次实施所选数量的如下晶片工艺步骤，其至少包括步骤ii)，然后进入以下步骤B)：i)采用具有层状分层掺杂结构的晶体硅晶片，所述层状分层掺杂结构至少含有背侧发射极层和在所述发射极层下方的基极层，和其中所述晶片在背侧具有多个交替的矩形发射极区和基极区，和ii)形成织纹和将至少一个表面钝化膜沉积于所述晶片的前侧，iii)通过沉积覆盖所述晶片的整个背侧的连续无定形硅层而形成背侧表面钝化层，和iv)在所述背侧表面钝化层上形成第一绝缘层，其中线性孔限定电接触进接区域，所述线性孔是平行的和位于所述多个交替的矩形发射极区和基极区中的每个的几乎正上方，v)形成矩形金属指形导电体，其与所述多个交替的矩形发射极区和基极区中的每个平行并且在其几乎正上方，vi)在所述指形导体上形成第二绝缘层，在其中与下面的指形导体电接触的位置设计有一组进接孔，和vii)在与处于所述进接孔下方的所述指形导体电接触的所述第二绝缘层中的每个进接孔中形成通路接触，B)将所述多个半成品太阳能电池层压到模块前基底上，使其前侧以矩形的类似镶嵌的图案面对所述模块前基底，和然后对所述层压的多个半成品太阳能电池依次实施步骤A)的最终的其余晶片工艺步骤，直到实施包括步骤vii)的所有晶片工艺步骤为止，和然后C)通过在第二图案化绝缘层上形成一组带接触以将所述模块的所述半成品太阳能电池互连而完成所述工艺以形成所述半成品太阳能电池的功能性太阳能电池，和D)将背侧覆盖基底层压到包含所述多个太阳能电池的所述模块前基底的背侧，其中，所述矩形的类似镶嵌的图案是指预期数目，即多个即M个方形、准方形、矩形或准矩形半导体晶片以界定k行和l列太阳能电池的规则图案排列。2.根据权利要求1所述的方法，其中通过如下方式将所述半成品太阳能电池层压到所述模块前基底上：将所述太阳能模块的所有半成品太阳能电池都以预期的矩形的类似镶嵌的图案沉积到层压板上，使其背面向下面对着所述层压板，然后面对所述半成品太阳能电池挤压具有小于1mm厚的乙烯-乙酸乙烯酯(EVA)层的模块前玻璃，并将组件加热至约175℃直到所述EVA固化为止。3.根据权利要求2所述的方法，其中通过将所述模块装载到无定形硅沉积室中以通过化学气相沉积(CVD)沉积1-50nm厚的α-Si层而形成所述连续无定形硅层。4.根据权利要求3所述的方法，其中通过化学气相沉积将连续SiNx层沉积到所述连续无定形硅层上。5.一种根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中如下制造所述绝缘层：丝网印刷聚酰亚胺组合物以形成图案化层，所述图案化层的厚度为1-10μm，其线性接触区域的宽度在范围50-200μm内，平行和排列在所述多个交替的矩形发射极区和基极区的每一P型和N型区的中心上方，然后在180-200℃下固化。6.一种根据权利要求1至4中的任一项所述的方法，其中通过在O2/N2O中等离子体灰化和在形成所述第一绝缘层之后进行氟化氢蚀刻而清洁所述接触进接区域。7.根据权利要求1至4中的任一项所述的方法，其中如下沉积连续金属相：...

【专利技术属性】
技术研发人员：理查德·汉密尔顿·休厄尔，安德烈亚斯·本特森，
申请(专利权)人：瑞科斯太阳能源私人有限公司，
类型：发明
国别省市：新加坡;SG