[发明专利]使用三维半导体吸收器的高效光伏背触点太阳能电池的结构和制造方法

说明书

相关申请

本申请要求2009年12月9日提交的临时专利申请61/285140的权益，其通过引用并入本文中。

技术领域

本发明大体涉及光伏和太阳能电池技术领域，更具体地涉及背结背触点薄太阳能电池及其制造方法。

背景技术

目前，晶体硅在光伏(PV)产业的市场份额最大，占整个PV市场的80%以上。尽管制造更薄的晶体硅太阳能电池长期以来被认为是降低PV成本最有效的策略之一(因为太阳能电池中使用的晶体硅晶片的相对较高的材料成本占了PV模块总成本的一部分)，但是由于衬底尺寸较大较薄，这使得使用较薄的晶体的过程中存在很多机械破损问题。其他问题包括在薄结构中存在光捕获不充分，这是由于硅是一种间接能隙半导体材料。另外，在PV工厂中，在制造量较高的情况下很难以一种有效节约成本的方式取得高机械产量和降低的晶片破损率之间的平衡。

对于无支撑的独立式晶体硅太阳能电池而言，比当前的厚度范围140μm-250μm再稍微降低一点也会在制造过程中严重危害到机械产量。薄膜硅尤其具有机械脆性，会造成制造和处理困难。因此，任何处理非常薄的太阳能电池结构的方案可采用在整个电池工艺中电池完全由主载体支撑的电池工艺，或者是采用新颖的自支撑、独立、具有结构创新的衬底的电池工艺。

尽管过去太阳能电池行业很多人尝试使用诸如玻璃的载体来支撑薄衬底，然而这些载具有很严重的缺陷，包括最高处理温度很低(在玻璃情况下)，这会潜在地影响太阳能电池的效率。还有人尝试制造小面积薄的电池，这样就不会有严重的破损问题了；然而，商业可行性要求大的电池面积。

以较低制造成本获得较高的电池和模组效率对于太阳能电池发展和制造而言很关键。背结/背触点电池体系结构非常高效，主要是由于电池正面无金属遮挡，前面无发射极，无由此导致的高蓝光响应，并且还因为背面可能较低的金属电阻。本领域的技术人员知道背触点电池要求少数载流子扩散长度与衬底厚度的比值要非常高(同时任何太阳能电池都要有好的标准，包括正面触点电池，这对背触点电池尤其重要)该比值典型地应大于五。

由于在不影响机械产量的情况下很难降低电池的厚度，因此目前的背结背触点太阳能电池的重点在于使用寿命很长的材料。虽然这会产生较大的扩散长度，但是使用寿命长的材料也会增加衬底的成本。然而，使用较薄的电池，其扩散长度不一定要要求如此高，这就使得材料质量的要求很容易满足，因此电池的成本也会降低。除这种成本降低之外，使用较少的硅成本会明显降低。因此，在非常薄的晶体硅衬底上的背结/背触点电池具有大的成本和性能优势。

发明内容

根据本发明，提供了用于制造超薄晶体硅、大面积(适合于商业应用）的、背结背触点太阳能电池的方法及其创新结构。

本发明提供了背结背触点三维太阳能电池及其制造方法。背结背触点三维太阳能电池包括三维衬底。该衬底包括具有钝化层的光俘获正面表面，掺杂的基极区域，和极性与掺杂的基极区域相反的掺杂的背面发射极区域。背面钝化层置于掺杂的背面发射极区域上。背面发射极触点和背面基极触点，其连接至金属互连件且选择性地在三维太阳能电池背面的三维特征上形成。

由于此处提供的描述，本发明以及其它新颖特征会很明显。本简要内容不是要对权利要求的主题进行综合描述，而是对本发明的功能性进行简短的概述。在查阅以下图表和详细描述时，此处提供的其它系统、方法、特征和优点对于本领域的技术人员来说将变得明显。本简要内容的意图是将所有包含在本描述内的这些其它的系统、方法、特征和优点包括在伴随的权利要求的范围内。

附图说明

现参考以下结合附图的描述，以便对本发明及其优点有一个更全面的理解，附图中相似的标号表示相似的特征，其中：

图1A和1B是可重复使用的模板的侧视图和俯视图；

图2A和2B是硅衬底的照片；

图3是示出制造背结背触点薄太阳能电池的工艺流程；

图4A-4C是制造可重复使用的模板的剖面图；

图5A至5D是制造衬底的剖面图

图6A至6H是经过图3流程中的关键制造工艺步骤后太阳能电池的剖面图；

图7是制造示例性太阳能电池的工艺流程；

图8A至8H是经过图7中制造工艺流程的关键处理步骤后太阳能电池的剖视图；

图9是制造另一种示例性太阳能电池的工艺流程；

图10是图9中电池的最终结构的剖面图；

图11是制造另一种示例性太阳能电池的工艺流程；