[发明专利]背面具有细长交叉指状发射极区域和基极区域的背接触式太阳能电池及其生产方法

说明书

技术领域

本发明涉及背面具有细长交叉指状发射极区域和基极区域的背接触式太阳能电池(rear-contact solar cell)并且还涉及用于生产这种背接触式太阳能电池的方法。

背景技术

传统的太阳能电池具有排列在太阳能电池的朝向光的表面上的电极即正面电极，和排列在太阳能电池的背向光的表面上的背面电极。在这些传统太阳能电池中，吸收光的半导体衬底的最大体积部分正是与背面电极接触的半导体类型(例如p型)。传统上将该体积部分称为基极并且因此传统上将背面电极称为基极电极。相反半导体类型(例如n型)的薄层位于该半导体衬底的正面表面上的该区域中。传统上将该层称为发射极并且将与其接触的电极称为发射极电极。

在这种类型的传统太阳能电池中，作为电流收集的关键的pn结因此正好位于太阳能电池的正面表面下。pn结的该位置有利于有效收集电流，特别是在使用劣等至中等质量的半导体材料时，因为电荷载流子对的最高生成率存在于太阳能电池的朝向光的一侧上，因此大多数光产生的(少数)电荷载流子只须覆盖到pn结的短距离。

然而，设置在太阳能电池正面上的发射极电极由于正面与其相关的局部遮蔽导致效率的损失。为了增加太阳能电池效率，本质上在太阳能电池的背面设置基极电极和发射极电极二者是有利的。为此，必须在太阳能电池的背面形成对应的发射极区域。在使用期间发射极区域和基极区域二者位于背向光的一侧并且发射极电极和基极电极二者形成在背面上的太阳能电池被称为背接触式太阳能电池。

电流收集pn结至少部分排列在太阳能电池背面上的这种背接触式太阳能电池，必须解决在太阳能电池背面发射极区域和基极区域二者彼此相邻排列的问题。因此，可以不再沿着太阳能电池整个表面形成pn结；相反，与体基极区域一起形成pn结的背面发射极区域现在可以只形成在太阳能电池的背面表面的一部分上。背面基极区域必须提供在它们之间以接触基极。

图7中以截面示出传统背接触式太阳能电池的例子。半导体衬底101在其体内形成例如p型半导体的基极区域。在背面表面103上形成发射极区域105。发射极区域105覆盖背面表面103的大部分。在细长指状发射极区域105之间留下窄的直线形区域，半导体衬底101的基极区域107在该区域到达背面表面103。背面表面103被可具有低折射率的介电钝化层109覆盖，使得它可以例如用作太阳能电池的背面反射器，并且介电钝化层109可以例如由二氧化硅形成。钝化层109具有局部开口111，发射极电极113可以穿过该开口接触发射极区域105。此外，介电层109具有开口115，基极电极117可以穿过该开口接触基极区域107，基极区域107局部到达背面表面。发射极电极113和基极电极117通过窄间隙119彼此分开并且因此电绝缘。

图8是图7中所示的传统背接触式太阳能电池的背面的平面图。可以看到细长的指状发射极电极和基极电极113、117如何以梳状方式指交叉排列。在此情况下发射极电极113具有比基极电极117大很多的宽度。在它们的横向端部，发射极电极113连接到用于电流收集的发射极母线121，发射极母线121在太阳能电池的边缘作为发射极金属涂层的展宽而形成。相应地，在该电池背面的相对边缘，基极电极117引到基极母线123。

在所描述的传统背接触式太阳能电池中，有以下优化问题：为了有效收集光在基极衬底101中产生的电荷载流子，尽可能宽阔的发射极区域105，也就是尽可能宽阔的pn结是有利的，以使所产生的少子电荷载流子到pn结具有短的距离，并且可以在它们再结合之前被收集。然而，在该传统太阳能电池设计中，宽阔的发射极对基极衬底101内的多数电荷载流子意味着长距离。这可能导致电阻损失，特别是在表现为低电导率的轻掺杂的基极衬底的情况下。因此必须在优化电流收集和减小串联电阻之间折中以进行电池优化。

在其中结合指状电极113、117的太阳能电池的母线121、123的情况下，这些问题被强化。在此情况下，该母线承载多个电极指到电流拾取点“焊垫”的电流总和。由于在此情况下电流强度高，所以必须如图8中所示配置母线，使其比电极指宽。尤其在发射极母线121的情况下，串联电阻问题因此显著增加并且可能由此减小整个太阳能电池的效率。在母线123的区域中也可能出现减小的电流收集能力，在该传统电池设计中该区域没有发射极；这也可能对整个太阳能电池的效率产生负面影响。另外，在用作焊垫的母线加宽区域下，所提到的发射极母线和基极母线的损失以加强的形式出现。