[发明专利]具有表面钝化的背面的双面接触的半导体晶圆太阳能电池

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种具有表面钝化的背面的、双面接触的半导体晶圆太阳能电池。另外，本发明还涉及了包括这种类型的半导体晶圆太阳能电池的太阳能模块。

背景技术

这种具有表面钝化的背面的、双面接触的半导体晶圆太阳能电池具有由半导体材料构成的半导体晶圆，该半导体晶圆具有用于光线入射的具有正面电极结构的正面和具有借助介电的钝化层进行表面钝化的背表面的背面。在钝化层上布置有包含被烧结的金属颗粒的背面金属电极结构。该背面金属电极结构通过多个局部的接触区域与半导体晶圆的半导体材料电接触。此时，接触区域被构造成钝化层的开口并且整体上电接触面占据5％以下，优选地2％以下的背表面。

这种半导体晶圆太阳能电池也称为(钝化发射极和背表面电池)PERC电池。公知有多种不同的用于形成这种太阳能电池的局部地受限制的电接触区域的方法。其中尤其出众的是LFC(激光烧结技术)，在该技术中首先分离出一个完全平面的钝化层，随后将借助丝网印制在其上设置背面金属电极结构。在电极结构点火之后将借助激光将电接触区域包围在这个层堆叠中。也就是说，激光射线局部地融化了材料，从而使得背面金属电极结构穿过钝化层与晶圆的半导体结构实现电接触。另一种可能性在于在完全平面地分离出钝化层之后借助激光烧蚀局部地在限定的位置上再次蚀刻该钝化层。

也可以通过湿化学工艺来实现在限定位置上敞开的钝化层。为此要具体地借助喷射方法为该完全平面的钝化层设置具有限定的开口的掩模。然后穿过开口湿化学地清除该钝化层，并且最终去除该牺牲的掩模层。

当由这种类型的半导体晶圆太阳能电池构成太阳能模块时，在太阳能电池和背面的聚合物背面封装膜之间，在太阳能模块的背面上通常设有嵌入材料。在层压工艺过程中太阳能电池、封装膜和嵌入材料经受升高的压力和温度。此时，通常会出现嵌入材料的融化和硬化，从而使得嵌入材料与半导体晶圆太阳能电池的背面共同构成稳定的连接。

半导体晶圆太阳能电池的借助丝网印制由含金属的膏体制成的背面金属电极结构基于其由烧结的金属颗粒构成的结构而通常具有一定的多孔性。

这种背面金属电极结构存在以下问题：在太阳能模块制造过程中经历了层压工艺之后背面的层压连接与太阳能电池的半导体材料的粘附在长时间下不够稳定。

可以确定借助丝网印制由金属膏或借助喷射方法由含金属颗粒的墨水支撑的背面电极结构的机械稳定性不足够实现半导体晶圆太阳能电池与背面的太阳能模块嵌入材料的长时间稳定连接。可以观察到背面电极的烧结金属结构的断裂，也就是说，嵌入材料在金属结构的表面上的粘附优于金属结构的内部的机械稳定性。由于热机械负载在太阳能模块的通常二十年的保修期内这显现出无法容忍的风险。

发明内容

本发明的目的由此在于提供一种具有表面钝化的背面的双面接触的半导体晶圆太阳能电池，它适于与嵌入材料和背面封装材料构成充分长时间稳定的连接。

通过根据权利要求1的半导体晶圆太阳能电池实现该目的。

在从属权利要求中展示出了具有优点的构造方式。

根据本发明，背面金属电极结构被设计成覆盖小于95％但大于6％、10％、20％或50％，优选地小于75％但大于6％、10％、20％或50％，尤其优选地小于50％但大于6％、10％或20％或小于25％但大于6％或10％的背表面。

由此，背面金属电极结构并不完全覆盖背表面，以上这种可能性可以通过在层压工艺过程中令嵌入材料到达背表面的未被覆盖的区域上来实现。可以确定嵌入材料在自由放置的钝化层或自由放置的半导体晶圆上的粘附是长时间充分稳定的。根据本发明的太阳能电池的结构由此能够在背面封装材料和太阳能电池背表面之间形成防脱落的太阳能模块连接。

半导体晶圆可以是p型的或n型的衬底。半导材料优选地是硅。在与背面材料电极结构接触的局部解除区域中可以将硅牺牲。

钝化层包括至少一个层。它可以具有例如氮化硅和/或氮氧化硅。