[发明专利]集成旁路二极管的太阳电池及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种集成旁路二极管的太阳电池及其制备方法，属半导体器件与工艺技术领域。

背景技术

目前市场上大部分太阳电池为硅太阳电池，作为第一代太阳电池，其成本低，制作简单，得到了快速发展和广泛应用，然而硅太阳电池存在一些难以克服的缺点，例如高纯硅的制备过程中会导致严重的环境污染问题、硅电池的效率达到了理论瓶颈难以继续提升，整体效率偏低、硅电池不适用于聚光使得成本下降空间较小。而近些年来，作为第三代光伏发电技术的多结化合物太阳电池开始倍受关注，其光电转化效率无论理论还是实际都是太阳能电池中最高的，并且通过优化子电池的数量和能带结构可以不断优化，使其拥有广阔的效率提升前景，另外由于三五族材料良好的耐热能力，使得多结化合物太阳电池十分适合于高倍聚光条件，通过聚光可大大降低多结化合物太阳电池模组成本。

采用全背电池的太阳电池芯片，由于其正负电极都在芯片背面，使得组件焊接变得简单，可大大降低封装成本，降低封装损耗，提高模组的整体效率。目前全背电极的硅太阳电池技术已经十分成熟，可以利用成熟的贯穿硅过孔（Through-Silicon-Via）工艺技术或者全背电极硅太阳电池芯片制备工艺，广泛应用于工业化生产。而多结化合物太阳电池由于其本身的结构特点，还没有可行性较高的全背电极方案。较常见的Ge/GaAs/GaInP三结太阳电池由于锗衬底机械强度较弱，绝缘层难以制备，很难通过形成贯穿衬底的过孔的方式来形成全背电极的锗基多结化合物太阳电池。

另一方面，在太阳能电池的实际应用中，彼此独立的太阳能电池往往需要串联连接在一起形成阵列，从而达到特定的输出功率来满足应用需求。组件中每一个单独的电池均将承受正向偏压，但这其中就涉及到一个无法避免的问题：当所述电池中的任何一个因损坏或光照遮蔽，被遮蔽的电池将被迫承受阵列中其它电池产生的反向偏压和电流，最终可能会永久性损坏该电池甚至导致组件的失效。因此，以单个或多个电池为单位并联旁路二极管已成为各种类型太阳能电池组件阵列中不可缺少的组成部分。为了提高芯片集成度、优化封装效率，人们设计了很多种方式在太阳能电池芯片制备过程中集成旁路二极管，但这些方案有些需要牺牲芯片面积，有些不适用于全背电极的多结太阳能电池，而有些芯片工艺较为复杂。

发明内容

本发明的目的是在于提供一种集成旁路二极管的太阳电池及其制备方法，该结构与工艺能够节省芯片面积，简化工艺步骤，使封装更为方便，非常适用于全背电极的高效多结太阳电池，利于规模化和小型化。

为了达到上述技术方案，本发明是按以下技术方案实现的：

本发明公开了一种集成旁路二极管的太阳电池，其特征在于：包括P型衬底，至少具有一个贯穿所述衬底的第一过孔；N型扩散层，形成于所述第一过孔的侧壁并向所述P型衬底的背面延伸；金属结构，填充所述第一过孔，其中直接接触所述N型扩散层的部分与所述N型扩散层构成肖特基旁路二极管，另一部分作为导电连接部；光电转换部，形成于所述P型衬底之上，具有贯穿所述光电转换部的第二过孔，其与所述第一过孔对应，所述第二过孔内填充有导电材料并通过一绝缘层与所述光电转换部实现隔离；正面电极，形成于所述光电转换部的正面上，并通过所述第一过孔和第二过孔引至所述衬底的背面。

优选地，所述衬底为P型衬底，衬底材料为能形成N型掺杂区的半导体材料。

优选地，所述金属结构为多层结构，包括侧壁直接接触、与N型扩散层形成肖特基接触的金属层，以及形成于肖特基接触层金属表面的高电导率的金属层。

优选地，所述光电转换部为单结或多结的太阳电池结构，每一结子电池的结构均为上面为N型材料、下面为P型材料。

优选地，所述形成于肖特基接触层金属表面的金属层为高电导率金属。

优选地，所述绝缘层使得过孔内金属与外延层隔离开。

优选地，所述衬底的背面设置有图形化的正电极、与所述正面电极连接的负电极以及旁路二极管的N型电极。

优选地，所述正面电极通过第二过孔中的导电材料与所述第一过孔中的导电连接部连接，从而引至所述衬底的背面。

优选地，所述第二过孔位置与所述第一过孔的位置一致，其尺寸等于或略大于衬底上的第一过孔的尺寸。

本发明还公开了上述集成旁路二极管的太阳电池的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

(1)     提供一P型衬底；

(2)     在所述衬底上形成至少一个贯穿的第一过孔；

(3)     在所述第一过孔的侧壁形成N型扩散层，并向所述衬底背面延伸；