[发明专利]光伏器件

说明书

技术领域

本发明涉及光伏器件及其制造方法。

背景技术

光伏器件是将入射光子的能量转换为电动势（e.m.f）的器件。典型的光伏器件包括太阳能电池，这些电池被配置为将来自太阳的电磁辐射中的能量转换为电能。每个光子的能量由公式E=hν给出，其中能量E等于普朗克常数h和与光子相关联的电磁辐射的频率ν的乘积。

能量大于物质的电子束缚能的光子可以与该物质相互作用并且使该物质中的电子自由。尽管每个光子与每个原子相互作用的概率是概率性的，但是可以建立具有足够厚度的结构以使得光子与该结构以高概率相互作用。当光子将电子从原子碰撞出来时，光子的能量被转化成电子、原子和/或包括该原子的晶格的动能和静电能量。电子不需要有足够的能量从电离的原子逃逸。在具有带结构的材料的情况下，电子可以仅仅进行向不同的带的跃迁以便吸收来自光子的能量。

电离的原子的正电荷可以保持局域化在该电离的原子上、或者可以在包含该原子的晶格中共享。当该正电荷被整个晶格共享而由此变成非局域化的电荷时，该电荷被描述为包含该原子的晶格的价带中的空穴。类似地，电子可以是非局域化的并且被晶格中的所有原子共享。这种情况发生在半导体材料中，并且被称为电子-空穴对的光生成。电子-空穴对的形成以及光生成的效率取决于受辐射材料的能带结构和光子的能量。在受辐射材料是半导体材料的情况下，当光子的能量超过带隙能量（即，导带和价带的能量差）时发生光生成。

带电粒子（即，电子和空穴）在受辐射材料中行进的方向是足够随机的（称为载流子“扩散”）。因此，在没有电场的情况下，电子-空穴对的光生成仅仅导致受辐射材料的发热。然而，电场可以破坏带电粒子行进的空间方向从而利用通过光生成而形成的电子和空穴。

提供电场的一个示例性方法是在受辐射材料周围形成p-n或p-i-n结。由于与n-掺杂材料相比p-掺杂材料中电子的势能更高（对应于空穴的势能更低），因此在p-n结附近产生的电子和空穴将分别向n-掺杂区域和p-掺杂区域漂移。因此，电子-空穴对被系统地收集以在p-掺杂区域提供正电荷并且在n-掺杂区域提供负电荷。p-n或p-i-n结形成这种类型的光伏电池的核心，其提供的电动势可以为连接到p-掺杂区域处的正节点以及n-掺杂区域处的负节点的装置供电。

当前制造的大多数太阳能电池基于硅晶片，其中丝网印刷的金属糊膏（metal paste）作为电接触。丝网印刷由于其加工简单且生产能力高而有吸引力；然而高接触电阻、高的糊膏成本、宽导电线导致的遮挡、高温处理和机械成品率损失是甚至在三十多年的研究和开发之后仍然未被克服的缺点。

对于实验室中的先进的实验性高效率太阳能电池，可以使用基于真空的金属化工艺，其不可避免地成本高且生产量低。

最近，已经报道了具有镀铜格子（grid）的金属化。然而，所镀的铜可容易地扩散到硅太阳能电池中并且损坏太阳能电池性能。为了防止这种有害效应，已经采用了诸如镍硅化物和/或镍的扩散阻挡物（barrier）。镍硅化物可以提供与硅的良好接触电阻并且同时在一定程度上防止铜扩散。镍层可以用于改善粘附或扩散特性。然而，即使在存在这些扩散阻挡物的情况下，太阳能电池性能仍可能在特定的升高的温度下或在特定长度的操作时间之后劣化。

此外，通常利用电镀实现铜金属化。电镀的Ni层必须被聚结（coalescent）以形成连续的Ni硅化物层。因此通过电镀形成的Ni层通常是厚的层。此外，镀敷的Ni层的厚度可能有差异（variation）。因此，当镀敷的Ni层在硅化处理期间被完全转化成Ni硅化物时，形成相当厚的Ni硅化物或者具有相当大厚度差异的Ni硅化物层。当通过控制硅化工艺（例如，温度）使得镀敷的Ni仅部分地被转化成Ni硅化物时，当太阳能电池衬底的特性有差异时Ni硅化物的厚度可具有大的差异，导致在某些不同位置没有硅化物和厚Ni硅化物。这种厚的Ni硅化物可比太阳能电池中的p-n结更厚，并且因此厚Ni硅化物的形成可能损坏电池。

因此，需要在金属和半导体衬底之间具有良好接触电阻以及进一步提高的太阳能电池寿命的铜金属化太阳能电池结构。

此外，需要制造具有均匀金属硅化物层的铜金属化太阳能电池的方法。对于具有特性差异大的半导体衬底的太阳能电池，尤其需要这种方法。

发明内容