[发明专利]电镀卷式柔性太阳能电池基板的方法与设备

说明书

发明的背景 

发明领域

本发明大致是关于制造光电电池，且更特别是关于通过电化学沉积工艺在基板上形成层的技术。 

相关技术描述 

太阳能电池为可直接将阳光转换为电能的光电装置。最常见的太阳能电池材料为硅，其为单晶或多晶晶片的形式。不过，使用硅使太阳能电池产生电力的成本高于通过传统方法产生电力的成本。因此，长久以来希望能降低太阳能电池的制造成本。 

图1A及图1B示出制造在晶片110上的一标准硅太阳能电池100。晶片110包括p-型底部区101、n-型发射区102以及介于其间的p-n结区103。n-型区或n-型半导体是通过以特定类型元素(如，磷(P)、砷(As)或锑(Sb))掺杂半导体而制成，用以提高负电荷载子(即，电子)的数量。类似的，p-型区或p-型半导体是通过添加三价原子到晶格中而制成的，使得一般硅晶格中的四个共价键的其中之一会缺少一个电子。因此，所述掺杂原子可从其周围原子的共价键中接收一个电子来完成它的第4个键。由于此掺杂原子会接收一个电子，导致周围原子会损失其键内的半数电子并因而形成所谓的“空穴(hole)”。 

当光线落在太阳能电池上时，入射光子能量会在所述p-n结区103的两侧形成电子-空穴对。电子扩散通过所述p-n结区到一较低的能级，空穴则会朝相反方向扩散，因而在发射层上创造出负电荷并在底部累积出相对应的正电荷。当在发射层与底部间制造出一电子电路且将p-n结合区暴露在特定波长的光线下时，即会产生电流。照光时，由半导体所产生的电流会流过前侧120(也即，光接收侧)上的多个接点，以及太阳能电池100的背侧121。顶部接点结构一般设计成彼此相距一段距离的多个薄金属条或指状物104，可提供电流到一大型汇流条105上。背部接点106一般并不限于只形成在多个薄条上，因其无 法阻止入射光照射在太阳能电池100上。太阳能电池100一般会覆盖有一薄层的介电材料，例如Si₃N₄，作为抗反射涂层(anti-reflection coating，ARC)111，以使太阳能电池100顶面的反射光降至最低。 

与基板接触的指状物104是适于与掺杂区(如，n-型发射区102)形成欧姆连接(接点)。欧姆接点是半导体组件上被制备成可让组件的电流-电压曲线为线性且对称的区域，也即，在该半导体组件的掺硅区与金属接点间并没有高电阻干扰的区域。低电阻、稳定接点是太阳能电池性能及其中所制作的电路是否可靠的关键因素。因此，当在光接收表面及背侧上形成指状物104之后，一般会实施适当温度及时间的退火处理，以在接点/半导体接口间产生必需的低电阻金属硅化物。背侧接点完成太阳能电池所需的电子电路，以产生电流，即通过与基板的p-型底部形成欧姆接点来产生电流。 

将太阳能电池光接收表面上可承载电流的金属线(即，指状物104)宽度加宽，可降低电阻损耗，但因为光接收表面的有效表面积减少，也因而提高了阴影损耗。因此，欲使太阳能电池效率达到最大，就需要将这些彼此互为冲突的设计限制加以平衡。图1C示出了一传统上针脚模块(pin-up module，PUM)电池的顶接触结构135实例的平面图，其中所述指状物宽度和几何形状已被最佳化以使电池效能可被最大化。在这种设计中，一PUM电池的顶接触结构135被设计成栅状电极138，其是由多个各种宽度的指状区段135A所组成。以可被该指状区段135A所携带的电流量的函数作为选择特定指状区段135A宽度的依据。此外，指状区段135A被设计成可视必要情况而分支出去，以维持指状物间的间隔为指状物宽度的函数。如此可通过指状区段135A而使电阻损耗以及阴影被减至最小。 

传统上，可承载电流的金属线或导体是以丝网印工艺来制造，其是将一含银泥在基板表面上沉积成欲求图案，然后加以退火。但是，这种制造方法有几项缺点。第一，当以丝网印技术来制造导体上的薄指状物时，这些薄指状物间彼此可能出现不连续，因为以金属泥所形成的指状物并非永远会在退火期间聚集形成一连续的互连线。第二，在聚集期间所形成指状物的多孔性会导致更高的电阻损失。第三，金属(例如，银)从接点扩散进入P-型底部区或基板背侧表面可能会导致电分流现象。基板背侧出现电分流通常是因为背侧接点界定不佳所造成，例如起伏和/或金属残余物。第四，由于一般太阳能电池应用中 所使用的基板厚度相对薄，例如200微米或更小，丝网印金属泥到基板表面时往往会对基板表面造成实际的物理性伤害。最后，对制造太阳能电池组件来说，银-系泥状物是一种相当贵的材料。