[发明专利]形成硅光电池的多层电极结构的方法

说明书

技术领域

本说明书描述的是形成硅光电池——即硅太阳能电池——的多层 电极结构的方法。这些方法提供了具有低接触电阻、小接触面积的硅 太阳能电池，这样，就可在用玻璃料形成的电极结构上提供改进的接 触电阻率。与使用铅基玻璃料相比，这些方法也可减少环境困扰，这 是一个显著的进步，因为太阳能是所谓的“清洁”能源。

背景技术

太阳能电池是将阳光直接转化成电的典型光电装置。太阳能电池 通常包含硅半导体，其以产生自由电子的方式吸收光辐射，例如阳光， 继而自由电子在内建场中流动产生直流(下文中称为“DC”)电。由 几个光电(PV)电池产生的DC电可以被收集到与该电池关联的栅极 上。继而，来自多个PV电池的电流通过串联和并联结合为更高的电 流和电压。继而，可以在电线上——经常是数十甚至数百条电线—— 发送如此收集的DC电。使用众所周知的转换器，DC电也可以转化为 AC电。

为了形成能够聚集并输送所产生的电的金属接触，将太阳能电池 材料金属化。对于硅太阳能电池，金属化通常包括：在电池的正面形 成栅格状金属接触——例如包括较细的触头(finger)和较大的母线， 以及在电池的背面形成全区金属接触。常规地，通过丝网印刷来金属 化硅太阳能电池。丝网印刷已经被使用了数十年，它是一种稳固、简 单、迅速、有成本效益的金属化方法，并可以容易地自动化以用于大 规模太阳能电池生产。在金属化太阳能电池的一种常规的丝网印刷途 径中，橡胶滚轴将糊料压过遮盖在晶片上的、具有图案的网眼。用于 太阳能电池金属化的典型的糊料由银粒子、铅基玻璃料和有机载体的 混合物组成。当晶片被烧制(退火)时，有机载体分解，铅基玻璃料 使表面钝化层软化继而溶解，依据糊料形成的银图案形成大量随机点， 创造使银抵达硅基板的通路。表面钝化层——其也可以充当抗反射涂 层——是介电层，例如氮化硅层，它是电池的必要部分，覆盖了除电 接触区之外的其它电池部分。银糊料的上部压入一个或多个负载来自 电池的电流的膜中。这些膜在晶片的正面上形成栅格线，在晶片的背 面上形成基极接触。糊料的银也是一个表面，连接相邻电池的接头可 以被焊在其上。

虽然铅基玻璃料结合丝网印刷使用具有优点，但其也具有几个缺 点。首先，接触电阻率——或比接触电阻——非常大，例如，半导体 发射极层(曝光表面)与银栅格线之间的比接触电阻在大约10^-3Ω·cm²的数量级上。该硅半导体发射极层与银栅格线之间的比接触电阻，高 于半导体集成电路装置内可以达到的比接触电阻几个数量级，后者在 大约10^-7Ω·cm²的数量级上。大的接触电阻率是由于非导电玻璃料占据 表面的相当一部分使得硅半导体发射极层与银电极栅格线之间的有效 接触面积低而造成的。由于比接触电阻大，太阳能电池内的发射极必 须被重度掺杂，发射极层与银栅格线之间必须使用大接触面积，否则 糊料的银就不能形成与硅的良好电接触。重度掺杂消耗了电池顶部的 少数载流子的寿命，并限制了电池的蓝色响应，而大接触面积产生较 高的表面再结合率(surface recombination rate)。结果是，降低了太 阳能电池的总效率。

玻璃料途径的另一个问题是狭窄的处理限度。狭窄的处理限度之 所以可能成为问题，是因为烧制栅格线的热循环必须烧穿氮化硅以在 硅与银之间提供电接触，而又不应使银分流或破坏接合。狭窄的处理 限度将处理时间严格限制在大约30秒的数量级，并将温度带严格限制 在峰值烧制温度上下约10℃。

此外，溶解部分钝化层所需的铅基玻璃料的使用也可引起环境问 题。

理想地，硅太阳能电池的金属化技术应该形成这样的栅格线电极， 它具有低比接触电阻从而具有低接触面积，并具有高电导率、良好可 焊性和长期的稳定性。由于单层电极非常难以满足所有这些要求，几 种形成多层电极结构的方法已经被提出用于硅太阳能电池。