[发明专利]在非织构化硅片的正面上形成电极的方法

说明书

发明领域

本发明涉及在非织构化硅片的正面上形成电极的方法。

发明背景

具有p型基板的常规的太阳能电池结构具有通常位于电池正面或照明面上的负极和位于背面上的正极。众所周知，落在半导体主体的p-n结上的适当波长的辐射充当外部能源以在该主体上产生电子-空穴对。存在于p-n结处的电势差导致空穴和电子朝相反方向跨过该结，从而产生能够向外部电路传送电力的电流。大多数太阳能电池采用已被金属化的硅片的形式，即具有可导电的金属接触。

当前使用的大多数发电太阳能电池为硅太阳能电池。具体地讲，电极通过使用例如丝网印刷的方法由金属浆料制成。

p型硅太阳能电池的生产通常以硅片形式的p型硅基板开始，然后通过磷(P)等的热扩散在基板上形成反向导电性n型扩散层。三氯氧化磷(POCl₃)通常被用作气体磷扩散源，其它液体源为磷酸等等。在没有任何具体修改的情况下，扩散层在硅基板的整个表面上形成。在p型掺杂剂的浓度等于n型掺杂剂的浓度处形成p-n结；具有靠近照明面的p-n结的常规电池具有介于0.05和0.5μm之间的结深。

在形成该扩散层之后，通过用酸例如氢氟酸进行蚀刻而将过量的表面玻璃从表面的其余部分除去。

接下来，在n型扩散层上通过例如等离子体CVD(化学气相沉积)的方法而形成厚度介于0.05和0.1μm之间的例如TiO_x、SiO_x、TiO_x/SiO_x、或具体地讲SiN_x或Si₃N₄的ARC层(抗反射涂层)。

具有p型基板的常规的太阳能电池结构具有位于电池正面上的负栅电极和位于背面上的正极。通常通过在电池正面的ARC层上丝网印刷并干燥正面银浆(形成正面电极的银浆)来施加栅电极。通常以所谓的H图案对正面栅电极进行丝网印刷，所述图案包括(i)薄的平行指状线(收集器线)和(ii)与指状线垂直相交的两条母线。此外，将背面银或银/铝浆和铝浆丝网印刷(或某种其它施用方法)在基板的背面上，并继而进行干燥。通常首先将背面银或银/铝浆丝网印刷到硅片的背面上，从而形成两条平行母线或形成矩形(极耳)以用于焊接互连线(预焊接的铜带)。然后将铝浆印刷到裸露区域中，与背面银或银/铝略微重叠。在一些情况下，在印刷了铝浆之后，印刷银或银/铝浆。然后通常在带式炉中进行焙烧并持续1-5分钟的时段，从而使硅片达到700-900℃范围内的峰值温度。正面栅负极和背面正极能够按顺序焙烧或同时焙烧。

通常将铝浆丝网印刷在硅片的背面上并将其干燥。将硅片在高于铝熔点的温度下焙烧以形成铝硅熔体，随后在冷却阶段期间形成掺入有铝的外延生长的硅层。该层通常称为背表面场(BSF)层。铝浆通过焙烧从干燥状态转化为铝背面正极。同时，将背面银或银/铝浆焙烧成银或银/铝背面正极。在焙烧期间，背面铝与背面银或银/铝之间的边界呈现合金状态，并且实现电连接。铝电极占背面电极的大多数区域，这部分归因于需要形成p+层。在背面的部分(常常作为2-6mm宽的母线)上形成银或银/铝背面电极，以作为用于通过预焊接的铜带等来互连太阳能电池的电极。此外，在焙烧过程中，作为正面栅电极印刷的正面银浆烧结并渗透穿过ARC层，从而能够与n型层电连接。这种过程通常称为“烧透”。

一些硅太阳能电池生产商采用非织构化硅片。后者可通过由熔融硅直接形成晶片来制备。例如，可通过直接由硅熔融物拉制成期望厚度的硅膜来制成，具体地讲，通过拉伸钨丝以受控速度通过熔融硅的坩埚以生成单张长薄片或拉伸通过八角形口模以生成随后被分成晶片的硅中空管。以这些方式制成的硅片具有非常光滑的前表面和后表面。

在本说明书和权利要求书中使用术语“非织构化硅片”。它是指平均表面粗糙度R_a在0.01-0.15μm范围内的硅片。常规的硅片(通过从硅锭上切割而得到的分段锯切硅片)通常已采用使用NaOH或KOH以及润湿剂的碱处理法或使用HNO₃和HF的组合的酸处理法而已被织构化，它们的特征在于具有通常在0.5-1.7μm范围内的较高平均表面粗糙度R_a。鉴于此，非织构化硅片和常规的硅片的不同之处在于平均表面粗糙度R_a，而非在于晶片尺寸和晶片厚度；硅片的厚度通常在150-220μm的范围内，并且尺寸通常在100-250cm²的范围内。