[发明专利]深沟槽背接触光伏太阳能电池

说明书

本发明涉及光伏太阳能电池。特别地，本发明涉及利用深沟槽背接触(DGRC)技术开发的背接触式聚光光伏太阳能电池。

将太阳能转换成有用的形式，例如用于发电或储热，正变得越来越重要，这归因于其他可利用的能源的变化和燃烧化石燃料对环境的影响。尽管人们早就可以将太阳能转化为有用的形式，但转化的效率和高昂的成本限制了利用太阳能的总体效能。

太阳能电池将光直接转化为电。典型的太阳能电池利用掺杂的半导体来产生n型和p型区域。光线的吸收促使电池内的电子迁移到更高的能态。半导体器件的正反两面同时设置了电极，将太阳能电池与外部电路连接起来。高能态电子从太阳能电池向外部电路的迁移使电子在外部电路中消耗了能量后返回到太阳能电池。

半导体最普遍的形式是与基质材料形成P型以及在正面上形成的浅n型层的单晶硅或多晶硅。与光接触的电极一般是网格状，以便允许最多的光线进入到太阳能电池，并且与光接触的电极通常由银组成。背面一般是连续的金属层，通常是铝层。

照在太阳能电池上的光线的密度称为“日射量”，1个日射量相当于1kw/m²的标准照度。工作在大于1个日射量照度下的太阳能电池被称为聚光电池。聚光太阳能电池利用光学元件汇聚或引导太阳光，从而在小小的太阳能电池上提供高密度光束。聚光太阳能电池的优点是具有比1个日射量的太阳能电池更高的效率潜力和成本效益。但是，由于电流密度随着聚光度而增加，串联电阻上的损耗也增大，同时也由于太阳能电池工作温度的增加，从而使聚光的效率优势被减弱。聚光光电池中高的串联电阻会导致功率损失。

有一种被称为激光刻槽埋栅(LGBC)电池的聚光太阳能电池一般包括由激光在表面上刻蚀出的沟槽组成的前网格。在所述沟槽内通过无电镀镍和铜形成电极。在沟槽内形成电极的好处在于，电池可以承受在较高的聚光度下产生的较大的电流密度并维持可接受的遮光损失(shading loss)。背面包括在硅半导体上的连续的铝合金膜。和正面一样，背面的铝膜上也镀上镍层和铜层以形成基底电极。LGBC电池通过激光刻槽和槽扩散形成了本地发射极的特殊构造，显著地低降低了串联电阻。

LGBC电池比大多数普通的太阳能电池具有明显的优势。LGBC太阳能电池结构在标准测试条件下的太阳能电池效率为18％，该条件是在用卓克拉尔斯基法生长的厚220微米的单晶晶片上，采用典型的1.5毫米的沟槽间距测量。如果沟槽间距减少到220-500微米，LGBC电池可使用比普通阳光的密度密高达100倍的汇聚阳光。标准工艺下恰当设计的有效面积为1-4cm²的太阳能电池在100倍聚光下可获得高达19％的效率。由于该太阳能电池的成本基本上与1个日射量的太阳能电池相同，因此节约了大量的成本。然而，在如此高的聚光度下，电池表面呈现的大量沟槽和沟槽的金属化遮挡了电池表面并反射表面的阳光，从而降低了太阳能电池的效率。典型的100倍聚光度太阳能电池被遮挡的有效面积为10％-14％。

如果太阳能电池可以构造为触点在背面而不增加电池的串联电阻，那么就可以在聚光条件下成比例地提高电池的效率。

已有采用丝网印刷或光刻蚀法技术制作了大量的背接触太阳能电池，但这些技术都存在问题。丝网印刷电池由于串联电阻损耗大而不适用于汇聚的光线。光刻蚀技术成本高昂，对于太阳能电池的大批量制备而言成本过高。

本发明的主要目的在于提供一种采用深沟槽背接触(DGRC)技术的光伏太阳能电池，其所有的触点都位于背面，并且不会增加电池的串联电阻，从而成比例提高聚光条件下电池效率。

根据本发明，提供了一种用半导体晶圆制作光伏聚光太阳能电池的方法，所述晶圆包括正面和背面，所述方法包括以下步骤：

(a)掺杂所述晶圆的背面以提供在所述晶圆背面的第一掺杂区域；

(b)在所述背面和所述正面沉积钝化层；

(c)在所述背面形成穿过所述背面钝化层的深沟槽；

(d)掺杂所述背面以提供在所述深沟槽内的第二掺杂区域，所述第二掺杂区域的掺杂与所述第一掺杂区域的掺杂相反；

(e)形成穿过所述背面钝化层并到达所述第一掺杂区域的开口；和

(f)在所述背面形成电触点以提供对所述第一和第二掺杂区域的电连接。

所述第一和第二掺杂区域的电触点需要电绝缘，这可以通过刻划所述背面以隔离相反极性的半导体触点来实现。

所述电触点可以用非电镀的方法在步骤(f)中形成。这是制造太阳能电池所采用的标准方法，其可以包括以下一个或多个有序的步骤：

(i)非电镀镍沉积；和/或；