[发明专利]使用薄平面半导体的高效光伏背触点太阳能电池结构和制造方法

说明书

相关申请

本申请要求2009年12月9日提交的61/285140临时专利申请的权益，其通过引用并入本文中。

技术领域

本发明总体涉及光伏和太阳能电池技术领域，更具体地涉及背结背触点薄膜太阳能电池和制造方法。

背景技术

目前，晶体硅在光伏(PV)产业的市场份额最大，占整个PV市场的80%以上。尽管制造更薄的晶体硅太阳能电池长期以来被认为是降低PV成本最有效的策略之一(因为太阳能电池中使用的晶体硅晶片的相对较高的材料成本占了PV模块总成本的一部分)，但是由于衬底尺寸较大较薄，这使得使用较薄的晶体过程中存在很多机械破损问题。其它问题包括在薄结构中存在光捕获不充分，这是由于硅是一种间接能隙半导体材料。另外，在PV工厂中，在制造量较高的情况下以一种有效节约成本的方式来取得高机械产量的要求和降低晶片破损率之间的平衡是很困难的。

对于无支撑的独立式晶体硅太阳能电池而言，比当前的厚度范围140μm-250μm再稍微降低一点也会在制造过程中严重危害到机械产量。尤其是薄膜硅的机械性脆性会造成制造和处理困难。因此，处理非常薄的太阳能电池结构的方案可采用在整个电池工艺中电池完全由主载体支撑的电池工艺，或者是采用新颖的自支撑、独立、利用结构创新的衬底的电池工艺。

尽管过去在太阳能工业里很多人尝试使用诸如玻璃的载体，用于薄衬底，但是这些载体有很严重的缺陷，如最高处理温度太低（如果是玻璃），这会潜在地危害到太阳能电池的效率。也有人尝试制成小面积薄太阳能电池，这样就不会有严重的破损问题了。然而，商业可行性却需要大的电池面积。

在太阳能电池发展和制造方面，以较低制造成本获得较高的电池和组件效率一直以来是很关键的。由于电池正面无金属遮挡，无发射极，由此带来高蓝光响应，并且由于背部潜在的较低的金属抗性，因此背结/背触点电池结构具有高效性。本领域的技术人员知道背触点电池要求很高的少数载流子扩散长度与衬底厚度比(同时任何太阳能电池结构包括正面触点电池要有好的标准，这对背触点电池尤其重要)。该比值应典型地大于五。

由于在不危害到机械产量的情况下很难降低电池的厚度，因此目前的背结背触点太阳能电池的重点在于使用寿命非常长的材料。虽然这会产生较大的扩散长度，但是使用寿命长的材料也会增加衬底成本。然而，使用较薄的电池，其扩散长度不一定要要求如此高，这就使得材料质量要求容易满足，因此电池的成本也会降低。除这种成本降低之外，使用较少的硅成本会明显降低。因此，在非常薄的晶体硅衬底上的背结/背触点电池具有大的成本和性能优势。

发明内容

根据本发明，提供了用于制造超薄晶体硅、大面积(适合于商业应用）的、背结/背触点太阳能电池的方法及其创新结构。

在一个实施例中，背结背触点太阳能电池包括衬底，该衬底具有带有钝化层的光捕获正面表面、掺杂的基极区域，和极性与掺杂的基极区域相反的掺杂的背面发射极区域。发射极上的背面钝化层和图案化的反射层形成光捕获背面反射镜。在太阳能电池的背面设置有交叉指状金属化图案，并且一永久性加强物为电池提供支撑。

由于此处提供的描述，本发明以及其它新颖特征会很明显。本简要内容的意图不是对权利要求的主题进行综合描述，而是对本发明的功能性进行简短的概述。在查阅以下图表和详细描述时，此处提供的其它系统、方法、特征和优点对于本领域的技术人员来说将变得明显。本简要内容的意图是将所有包含在本描述内的这些额外的系统、方法、特征和优点包括在伴随的权利要求的范围内。

附图说明

现参考结合以下附图进行描述，以便对本发明及其优点有一个更全面的理解，附图中相似的标号表示相似的特征，其中：

图1示出用于确定使太阳能电池效率最大化的最佳薄膜硅衬底(TFSS)厚度的模拟结果；

图2是背结背触点薄膜太阳能电池的剖面图；

图3示出背结背触点薄膜太阳能电池制造工艺的工艺流程图；

图4A至4k是根据图3的制造工艺制造太阳能电池时在关键制造工艺步骤后太阳能电池的剖视图；

图5是突出显示太阳能电池的背触点交叉指状发射极和基极金属电极和汇流条的示意图；

图6A至6D是示出关键制造步骤后背触点太阳能电池背面的示意图；

图7A至7D是与图6A至6D实施例相应的太阳能电池的剖面图；

图8A至8C是示出形成朗伯反射镜的太阳能电池的剖面图；

图9A和9B是示出根据本发明的两个汇流条设计的示意图；