[实用新型]使用薄半导体晶片的太阳能电池

说明书

本申请是申请号为201520279208.1、发明名称为“具有比其它区域相对厚的局部控制区域的薄半导体晶片”、申请日为2015年4月30的申请的分案申请。

相关申请的交叉引用

本申请要求2014年4月30日提交的、标题为“用于自动制造无缝晶片的方法与装置”的美国临时申请第61/986,388的优先权，并且还要求2014年6月13日提交的、标题为“用于自动制造无缝晶片的技术、方法与装置”的美国临时申请第62/011,866的优先权。上述申请都通过引用的方式完全包含于此。

技术领域

本申请涉及太阳能电池，更确切地说涉及使用薄半导体晶片的太阳能电池。

背景技术

通常地，用于太阳能电池的硅晶片是156mmx156mm并且180到200微米厚。因为用于制造这些晶片的高度精炼的硅是非常昂贵的，使用较薄的晶片将是有利的，以便降低材料成本。此外，通过适当的电池构造，相对较薄的硅晶片比较厚的硅电池具有更高的效率。利用较薄晶片显示较高效率的电池构造是导致低的表面再结合与良好的光捕获的电池构造。PERC电池结构是当前最广泛采用的此电池结构。(PERC表示被动发射器后接触。)用于此较高效率的原因被认为是，由于距离在较薄本体中比在较厚本体中更短，因此将较低体积再结合到收集pn交叉点。从较薄厚度产生的电池效率增加的数量取决于电池构造或结构，并且还取决于晶片的电子质量。通常来说，较大的增加与较低的晶片电子质量相关。因此，对于降低的晶片成本与增加的电池效率来说，使用较薄的晶片存在强大的动机。较薄晶片的其它优点在于每单位体积的小部分载体注入等级较高，因为相同数量的光子被吸收在用于较高的注入等级的较少材料中，并且在较高注射等级处多晶硅材料具有较高体积小部分载体寿命。

用于太阳能光电(PV)的硅晶片通常通过生长或铸造铸锭并且然后通过将铸锭分裂(通常通过线锯)成晶片。线锯可以被用于制造薄于标准180-200微米厚的晶片。然而，已经发现此较薄晶片在电池制造、电互连以及封装到模块中的过程中断裂。出于这些原因，在尝试较薄晶片以后(120微米那么薄)，此工业返回到先前的180-200微米标准。对于包括利用多晶硅材料的PERC的通常电池结构来说，使晶片薄于80微米未提供任何进一步可观的效率增益。

较薄晶片的增加的断裂具有几个起源。在电池制造过程中，晶片通常通过从晶片的边缘的缺陷的传播而断裂。边缘缺陷包括破裂与薄点。此外，在操作过程中，在边缘处形成新的破裂与缺陷，因为它们是在制造过程中与装置的其它件接触的位置。在电池制造与模块制造过程中从边缘开始的破裂是个问题。通常来说，已经发现通过当前使用的机械装置与方法，薄于150微米的PV晶片通过待实施的不可接受的频率而被损坏。

此外，母线与其它电连接件必须附接到电池的顶部电极与底部电极以使它们相互连接。实际上这些线的大体横截面能够承载由太阳能电池产生的大电流。例如，在3母线电池中的一般铜母线可以是1.6mm宽与0.15mm厚。这些线通过焊接或者利用传导性粘结剂附接到电池上的喷镀。附接自身在线与喷镀之间形成应力，尤其在焊接的情形中。线与硅电池的热膨胀的系数是不同的(线的热膨胀的系数高于硅的热膨胀的系数)并且由此温度的改变导致在线与电池之间的更大应力。此附接与热膨胀应力可能造成线和/或喷镀与电池的层离，尤其在电池的边缘附近。此外，母线必须从电池的顶部表面向下弯曲，以在下方包绕到相邻电池的后表面。此弯曲线增加了在电池的边缘附近的喷镀处的层离应力。此外，如果不适当地弯曲，线就可能实际上接触电池的边缘，由此致使或传播边缘破裂。

根据制造的另一个方法，大体上利用在2012年10月23日公开的Sachs等人的标题为METHODS FOR EFFICIENTLY MAKING THIN SEMICONDUCTOR BODIES FROM MOLTEN MATERIAL FOR SOLAR CELLS AND THE LIKE(用于由熔化材料有效地制造用于太阳能电池等的薄的半导体本体的方法)的美国专利第8,293,009中公开的技术由半导体熔化形成半导体晶片，其通过引用的方式完全地包含于此。在此专利中公开的技术在这里大体上称为直接(DW)晶片形成技术。根据此技术，薄半导体本体，诸如晶片，由半导体材料的熔化形成，而不是由坯料缝合或者在绳之间生长或者其它一些方法形成。