[发明专利]光诱导的无电镀敷

说明书

技术领域

本发明一般地涉及在光伏电池(包括硅太阳能电池)上无电镀敷金属接点的方法。

背景技术

太阳能电池为光伏电池或模块，其将日光直接转化成电力。光伏(PV)电池由半导体材料制成，最常见的为硅。在光(紫外线、可见光与红外线)照射电池时，一定部分的光被吸收至半导体材料内，使得被吸收的光的能量转移至半导体并产生电流。通过将金属接点置于PV电池的顶部和底部，电流可被牵引至外部使用。电流与电池的电压一起界定太阳能电池可产生的瓦数。

半导体光伏电池包含大面积的p-n结，此处光的吸收引起产生电子-空穴对。电子与空穴迁移至该结的相对侧，使得在n型掺杂侧积聚过量负电荷而在p型掺杂侧积聚过量正电荷。为了收集电流以产生电力，必须制造pn结两侧与外部电路连接的电接点。接点一般由与装置呈欧姆接触的金属图案组成。理想的接点图案应具有高导电性以最小化电阻损失、对基板的电接触良好以有效地收集电流、及高黏附性以确保机械稳定性。设计金属图案以提供用于收集在电池表面上任何位置产生的电流的低电阻路径，同时最小化金属拦截的入射辐射量，从而最小化由其造成电流产生的损失。

硅(特别是其结晶形式)为用于制造太阳能电池的常见材料。大部分太阳能电池是由掺杂了硼和磷以制造p-型/n-型结的结晶硅制成。多晶硅可用于太阳能电池的制造以减低制造成本，虽然所得电池未必如单晶硅电池般有效率。力图降低制造成本，也可使用无结晶结构的非晶硅。用于制造太阳能电池的其他材料包括砷化镓、二硒化铜铟与碲化镉。

硅太阳能电池的典型排列如下：

(a)背接点；

(b)P-型Si；

(c)N-型Si；

(d)抗反射涂层；

(e)接点网栅；及

(f)防护玻璃。

因为硅极具反射性，通常将抗反射涂层涂布在电池顶部以降低反射损失。然后通常将防护玻璃面板应用于抗反射层上以在恶劣天气中保护电池。

常规太阳能电池可使用结晶硅晶圆制造。Si(+4)晶圆初始为具硼(+3)掺杂剂的p型。为了更好地捕捉光，可用氢氧化物或硝酸/氢氟酸将晶圆纹路化，使光倾斜地反射至硅中。在真空设备中，利用气相沉积通过扩散形成p-n结，而且再在真空设备中施加表面钝化层以赋予氮化硅膜。

在硅太阳能电池制造的标准方法中，在硅晶圆前侧覆以抗反射钝化层，其通常包含氮化硅。此氮化硅层具有两个作用，其一是使电池吸收光(非反射)的百分比达到最大、其二则是将表面钝化以防止电子在表面上再结合从而提高电池效率。

必须形成太阳能电池接点，从而在背表面上制成全区域金属接点并且在前表面上形成由精细“金手指”和较大的“汇流条”组成的栅格状金属接点。在形成了太阳能电池导体后，用扁线或金属丝将多个太阳能电池串联(和/或并联)互连，并组装成模块或“太阳能电池板”。完成的太阳能电池板产品一般在正面有一片退火玻璃且在背面有聚合物封装以在环境中对其进行保护。

硅为太阳能电池板制造中最常使用的材料。图1所示为典型硅太阳能电池的具有前侧金属汇流条12和金属线14的前侧10、及具有背侧金属汇流条22的背侧20。图2所示为典型硅太阳能电池的剖视图，其具有抗反射涂层32、n型掺杂硅层34和p型掺杂硅层36。举例而非限制性地，硅可为单晶或多晶硅。前侧10上的金属线14收集光感应电流。前侧汇流条12收集来自多条金属线14或“金手指”的电流。电池的背侧20通常具有一组类似前侧的汇流条22；然而，背侧20不必让光透过。前侧汇流条12与背侧汇流条22可串联地连接电池使其模块化。

设计前侧金属图案时必须考虑竞争因素。装置的前侧必须透光，所以为了使遮光损失最小，金属轨迹应覆盖尽可能最小的面积。另一方面，由于前侧的薄膜电阻可能相当高(约50～100Ω/平方)，有效率的电流收集需要尽可能最大的表面积覆盖，若覆盖率太低则导致电阻损失。

可以使用多种方法形成金属图案，包括网版印刷导电浆、喷墨、及在籽层(seed layer)上电镀。一种常用方法为网版印刷含玻璃料的银浆，继而进行在约800℃的燃烧步骤，期间所述浆烧穿抗反射涂层(若有)。虽然此方法提供具有合理良好的电接触、导电性与黏附性的导电图案，但是通过在导电图案上沉积额外金属可进一步改善其性能。

在另一种用以形成前侧导电图案的方法中，从可溶性金属离子的溶液中将金属沉积在抗反射涂层中形成的线与汇流条的图案上。可以使用多种方法形成所述图案，如影印后蚀刻、机械雕绘、或激光成像。此方法在第WO 2005/083799号国际公开中有描述。