光伏装置及用于制造光伏装置的方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及基于硅结构装置(1)的交叉背接触(IBC)光伏装置和模块，该硅结构装置包括：硅基衬底(3)、位于衬底(3)上的本征非晶硅层a

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】光伏装置及用于制造光伏装置的方法


[0001]本专利技术涉及光伏装置的领域。更特别地，本专利技术涉及具有背接触部的光伏装置，该背接触部为交叉背接触(interdigitated back contact，IBC)类型，其中，收集材料被图案化。特别地，本专利技术涉及在装置的背部包括隧道结的装置。本专利技术还涉及用于制造这种光伏装置的方法。
[0002]本专利技术的特别有利的应用是用于制造旨在产生电能的高效光伏电池，但是更通常地，本专利技术还应用于将入射辐射转换成电信号的任何类似的装置，例如光电探测器和电离辐射探测器。

技术介绍

[0003]交叉背接触硅异质结(Interdigitated back
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contact silicon heterojunction，IBC
‑
SHJ)太阳能电池虽然具有高的效率，但是由于交叉背接触硅异质结太阳能电池的高度复杂的工艺而存在困难。实际上，IBC
‑
SHJ装置的实现需要将后部a
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Si:H层和TCO/金属堆叠层以非常高的精度图案化成交叉梳状结构。从现有技术中获知的大部分技术依赖于使用复杂的且昂贵的工艺。例如在以下论文中描述了这些示例：
[0004]‑
高效的交叉背接触硅异质结太阳能电池(Efficient interdigitated back
‑
contacted silicon heterojunction solar cells)，N.Mingirulli等，固体物理学快速研究快报(Phys.Status solidi
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Rapid Res.Lett.)，第5卷，nr.4，第159
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161页，2011年4月；
[0005]‑
背接触图案对硅IBC异质结太阳能电池的稳定性和性能的作用(The role of back contact patterning on stability and performance of Si IBC heterojunction solar cells)，U.K.DAS等，第40届IEEE光伏专家会议论文集(Proceedings of the 40the IEEE Photovoltaic Specialist Conference)，2014年，第1卷；
[0006]特别地在大批量生产机器中，制造IBC太阳能电池(例如隧道结IBC光伏装置)的已知工艺的突出困难中的一个困难是关于使用通常已知的标准对准技术来在PECVD步骤期间使沉积掩模和晶片对准。在交叉背接触硅异质结太阳能电池的领域中，已知的对准技术仅依赖于需要绝对的掩模到晶片的定位。这种对准技术要求非常高的精度，即优于5μm的精度，特别地，在真空环境下，这导致严重限制了掩模对准自动化。当前的对准技术造成了缓慢的过程以实现高精度并且需要昂贵的光学对准工具，这严重地限制了产品生产量。当对不同的工艺步骤定位多个掩模时，所需的优于5μm的高精度也是产品收得率损失的来源。
[0007]作为现有工艺中的这种限制的示例，以下公开文献描述了用于局部沉积结构的双非晶微晶结构：Andrea Tomasi等，“使用选择性区域晶体生长的背接触硅异质结太阳能电池的简单加工(Simple processing of back
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contacted silicon hetero
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juntion solar cells using selective area crystalline growth)”，自然能源(Nature Energy)，第2卷，nr.5，2017年4月24日，XP055726601。该公开文献描述了当在非晶层的顶部上生长微晶层、纳米晶层或原晶层时的自然生长特性。这种层具有混合相，至多有一个非晶成核区域，非晶成核区域仅用作成核过程的开始。不能直接地控制纳米晶层、微晶层或原晶层的这种
生长，并且结构化的(被遮掩的)硅接触部和非结构化的硅接触部之间的对比度是不够的，需要该对比度以保证随后的导电电极的可靠对准，导电电极由图案化的透明导电氧化物和丝网印刷的银指部制成。因此，在Tomasi等的公开文献中，当掩模被布置到晶片上时，即例如使用晶片边缘使掩模的对准必须是绝对的，因此这限制了产品生产量和收得率。换言之，如果没有对第一掺杂纳米晶层下方的第一掺杂非晶层的厚度进行明确控制，保证结构化的硅接触区域和非结构化的硅接触区域之间的充分对比度将是困难的(如果不是不可能的话)，这需要导电接触结构与硅接触结构的间接对准，即借助于与晶片边缘的对准。
[0008]在以下文献中描述了另一种IBC太阳能电池：D.Lachenal等，“基于串联电阻模型的隧道结IBC太阳能电池的优化(Optimization of tunnel
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junction IBC solar cells based on a series resistance model)”，太阳能材料与太阳能电池(Solar Energy Materials and Solar Cells)，第200卷，2019年7月9日，XP085797565。Lancheal等的文献中的描述对如何实现可靠的、可重复的并且自动的对准步骤保持沉默。开发结果已经表明，单凭纳米晶层的沉积，对导电接触结构进行对准所需要的这种结构的检测根本不可靠，也不可能用于在工业水平上实现IBC电池。

技术实现思路

[0009]本专利技术提出改进公知的标准对准技术，以在制造光伏电池的PECVD步骤期间对沉积掩模和晶片进行对准。因此，本专利技术提供了对准标记，该对准标记避免了仅依赖于需要绝对的掩模到晶片定位的当前对准技术。在此描述的本专利技术是关于如何提供新颖的且改进的基准标记，该基准标记使得即使基准标记由与基部衬底相同的材料制成并且同时非常薄，基准也能够在用于后续处理的PECVD步骤中在反射和/或透射下可见。
[0010]在第一方面，本专利技术涉及一种硅结构装置，该硅结构装置被用作中间产品，以制造交叉背接触(IBC)光伏装置和模块。硅结构装置包括：
[0011]‑
硅基衬底，硅基衬底为p型掺杂或n型掺杂并且具有第一面，第一面限定了水平X
‑
Y平面以及与所述水平X
‑
Y平面正交的竖直方向Z；
[0012]‑
本征非晶硅层a
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Si:H(i)，本征非晶硅层a
‑
Si:H(i)位于所述第一面上；
[0013]‑
第一图案化硅层，第一图案化硅层位于所述本征非晶硅层a
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Si:H(i)上，并且包括不同且分隔开的非晶层岛部(2a
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2g)的第一阵列，使得在非晶层岛部之间布置有未被涂覆的本征非晶硅(a
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Si:H(i))层部分，未被涂覆的本征非晶硅(a
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Si:H(i))层部分限定了间隙的阵列，所述第一图案化硅层的掺杂与硅基衬底的掺本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种硅结构装置(1)，所述硅结构装置被设计成用于交叉背接触(IBC)光伏装置的制造过程，所述硅结构装置包括：
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硅基衬底(3)，所述硅基衬底为p型掺杂或n型掺杂并且具有第一面(3a)，所述第一面限定了水平X
‑
Y平面以及与所述水平X
‑
Y平面正交的竖直方向Z；
‑
本征非晶硅层a
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Si:H(i)(5)，所述本征非晶硅层a
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Si:H(i)位于所述第一面(3a)上；
‑
第一图案化硅层(2)，所述第一图案化硅层位于所述本征非晶硅层a
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Si:H(i)(5)上，并且包括不同且分隔开的非晶层岛部(2a
‑
2g)的第一阵列，使得在所述非晶层岛部(2a
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2g)之间布置有未被涂覆的本征非晶硅(a
‑
Si:H(i))层部分(5a
‑
5f)，所述未被涂覆的本征非晶硅(a
‑
Si:H(i))层部分限定了间隙(2a
’‑
2g
’
)的阵列(2
’
)，所述第一图案化硅层(2)的掺杂与所述硅基衬底(3)的掺杂相同，
‑
第二图案化纳米晶硅层(4)，所述第二图案化纳米晶硅层与所述第一图案化硅层(2)接触，并且包括第二层部分(4a
‑
4g)的第二阵列，所述第二层部分(4a
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4g)中的每一个第二层部分与所述第一层部分(2a
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2g)中的一个第一层部分接触，并且形成硅结构(12a
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12g)的阵列(40)，其中，第二层部分(4a
‑
4g)的所述第二阵列的掺杂类型与所述第一图案化硅层(2)的掺杂类型相同，并且其中，所述硅结构(12a，12g)中的至少一个硅结构构成基准标记(10)，被限定到远离所述衬底(3)的一侧的所述基准标记的光学反射率(R1)在预定波长范围内与所述本征非晶硅(a
‑
Si:H(i))层部分(5a
‑
5f)的反射率(R0)不同。2.根据权利要求1所述的硅结构装置(1)，其中，针对至少一个波长，(R1
‑
R0)/R0的绝对值介于0.001至0.5之间，优选地介于0.005至0.1之间，更优选地介于0.09至0.2之间，所述光学反射率R0、R1被限定为针对介于300nm至1000nm之间的波长。3.根据权利要求1或权利要求2所述的硅结构装置(1)，所述硅结构装置包括至少两个基准(10，10
’
)。4.根据权利要求1至3中任一项所述的硅结构装置(1)，其中，所述基准(10，10
’
)中的至少一个基准在至少一个横截面平面(XY，YZ，XZ)中的形状和/或尺寸与所述硅结构(12b
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12f)的形状和/或尺寸不同。5.根据权利要求3或权利要求4所述的硅结构装置(1)，所述硅结构装置包括至少2个基准标记(10，10
’
)，所述至少2个基准标记在平行于所述水平X
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Y平面的至少一个平面中具有不同形状的横截面。6.一种光伏装置，所述光伏装置包括根据权利要求1至5中任一项所述的硅结构装置(1)，其中，附加硅层(50)存在于所述第二图案化纳米晶硅层(4)上，所述附加硅层(50)形成了覆盖所述硅结构(12a
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12f)和所述间隙(5a
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5f)的台部(50a
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50e)，所述附加硅层(50)的掺杂类型与所述第一图案化硅层(2)的掺杂类型不同，所述至少一个基准(10)上的所述台部(50a)的反射率R3与所述间隙(5a
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f)的反射率R2不同，使得所述至少一个基准(10)能够由光学构件通过所述附加硅层(50)光学检测到。7.根据权利要求6所述的光伏装置，其中，透明导电的第二层(6...

【专利技术属性】
技术研发人员：D，
申请(专利权)人：迈尔博尔格德国有限公司，
类型：发明
国别省市：