[发明专利]激光加工的背触异质结太阳能电池

说明书

相关申请

本申请要求于2015年3月13日提交的美国临时专利申请号62/132,881的权益，所述美国临时专利申请通过引用结合在此。

技术领域

本发明涉及叉指型背触(IBC)式太阳能电池。更具体地，涉及用于制造具有异质结或隧道结发射极的IBC太阳能电池的系统和方法。

背景技术

所期望的被称为叉指型背触(IBC)电池的太阳能电池几何结构包括半导体晶圆以及与具有p型和n型掺杂的区域重合的交替线(叉指型条)。这种电池几何结构具有通过将这两个触点都放在未被照亮的晶圆的后侧上来完全消除遮光损失的优点。进一步地，触点更易于与后表面上的两个触点互连。

另一种期望的太阳能电池架构涉及使用硅异质结或隧道结触点。这种架构的众所周知的示例为HIT(带有本征薄层的异质结)电池结构。在具有这种结构的常规前发射极形式中，硅晶圆通过薄本征氢化非晶硅(a-Si:H)层在两侧上接触，所述薄本征氢化非晶硅层充当表面钝化层和电荷载流子传输层。在电池的前部，应用了被掺杂为与基极衬底相反掺杂极性的半导体层，从而形成异质结发射极。在电池的后部，应用了被掺杂为与基极衬底相同掺杂极性的半导体层，从而形成基极触点。然后，可以使这些层与透明或金属导电层接触以便从太阳能电池中提取电流。在隧道结电池中，使用薄的高带隙材料来替代本征a-Si:H层。在异质结电池的情况下，经由本征a-Si:H层中的带传导机构发生电荷载流子运输，而在隧道结电池的情况下，经由量子力学隧穿发生电荷载流子运输。尽管有这种差异，但是这些电池借助类似的机构运行，并且重要的是，因为其不需要掺杂剂扩散而可以以低温工艺制造。

因为常规异质结或隧道结太阳能电池仍需要前侧触点，所以其无法实现出色的效率。首先，在前侧存在触点由于提取所生成电流的必要金属栅格对入射光的阻挡或遮蔽而降低了效率。此外，前电触点的存在要求应当针对电气性质、光吸收性质和钝化性质而同时优化电池的前部，这经常产生影响电池性能的折衷。

目前，具有最高效率的硅太阳能电池是基于将叉指型全背触结构与硅异质结触点相结合的太阳能电池。松下(Panasonic)最近报告了利用这种设备结构获得了创纪录的25.6％的转换效率(Masuko等人，40^th IEEE Photovoltaic Specialists Conference(第40届IEEE光伏专家会议)，2014年6月8日至13日，科罗拉多州丹佛市)。在同一会议上，夏普(Sharp)报告了利用相似的设备结构获得了25.1％的效率(Nakamura等人，40^th IEEE Photovoltaic Specialists Conference(第40届IEEE光伏专家会议)，2014年6月8日至13日，科罗拉多州丹佛市)，并且日能(SunPower)利用使用常规扩散工艺制作的叉指型背触(IBC)硅太阳能电池获得了25.0％的效率(Smith等人，40^th IEEE Photovoltaic Specialists Conference(第40届IEEE光伏专家会议)，2014年6月8日至13日，科罗拉多州丹佛市)。虽然未详细讨论对这些高效率IBC太阳能电池的加工，但是制造成本有可能相对较高，因为在每种情况下可以应用的已知加工技术看起来都有点复杂，需要各种掩模和真空加工步骤。

虽然清楚的是，背触异质结发射极太阳能电池可以产生最高的效率，但是需要用于采用消除与多个工艺和对准步骤相关联的成本的方式来生产这些电池的改进方法。此外，需要生产具有低接触电阻的异质结或隧道结发射极背触电池。

发明内容

在一个实施例中，形成了一种异质结发射极背触太阳能电池，所述太阳能电池具有包括异质结的发射极以及包括激光加工触点的基极触点。在一些实施例中，激光加工触点可以是激光烧结的或激光掺杂的。在一些实施例中，可以利用激光转印掺杂来形成激光加工触点。在一些实施例中，可以利用气体浸没激光掺杂(GILD)来形成激光加工触点。

在又另一个实施例中，用于接触发射极的金属沉积步骤与用于激光加工触点的金属沉积步骤相结合。在另一个实施例中，通过激光工艺(如采用期望图案对金属进行激光转印或激光烧蚀以移除金属的不期望区域)来对用于接触发射极和激光加工触点区域的金属进行图案化。在另一个实施例中，发射极占据电池的后表面区域的60％或更多。