制造具有背面鈍化層的光伏電池的方法
【專利說明】制造具有背面鐘化層的光伏電池的方法
[0001] 相關申請的交叉參考
[0002] 本申請要求于2013年05月08日提交的美國臨時申請第61/820, 852號的權益。 在先申請的公開被認為是本申請公開的部分（且通過引用納入本文）。
技術領域
[0003] 本發明設及制造太陽能電池。
【背景技術】
[0004] 具有背面純化層的娃光伏（例如，太陽能）電池參見例如 US2009/0301557，US2013/0056060,和US2013/0061918,包含局部背面表面電場（LBSF)電 池，純化的發射器后接觸牌RC)電池，和純化的發射器后局部擴散牌RL)電池。背面純 化可通過減少載流子損失（例如，表面復合）導致增加的光轉化效率，但同時需要打開透 過介電純化層的導電路徑，從而可在娃基材和背面電極之間形成電接觸。用于打開運種導 電路徑（即"通孔"或"穿孔"）的方法包含使用激光例如參見US2013/0056060,或使用化 學蝕刻例如參見US2013/0061918。激光開孔會給基材晶體帶來結構損壞，而化學蝕刻會殘 留雜質，潛在地降低太陽能電池的可靠性。 陽005] 概述
[0006] 在一方面中，提供一種用于制備光伏電池的方法。所述方法包括提供具有背面純 化層的半導體基材（例如，娃基材），和將包含玻璃料顆粒的自組裝乳液涂覆到該背面純 化層上。該背面純化層可選自下組：侶氧化物層，娃氧化物層，娃氮化物層，及其組合。 允許乳液自組裝成限定單元（cell)的跡線（traces)網絡。在網絡上形成電極，來構建前 體電池。在一些實施方式中，電極對于可見光是不透明的。然后燒制前體電池，使網絡燒 穿純化層，并在半導體基材和電極之間形成電接觸。
[0007] 使用自組裝成跡線網絡和單元的涂層提供改善的打開通過純化層例如背面純化 層的導電路徑（即"燒穿"或"燒透"）的方法。該涂層包含納米顆粒（例如玻璃料），其能 在燒制過程中穿透純化層。涂層還可包含金屬納米顆粒，W進一步增強背面電極和娃基材 之間的電接觸。合適的金屬納米顆粒的示例包括銀納米顆粒，侶納米顆粒，銀-侶納米顆 粒，及其組合。有利地是，在通孔打開過程之后，無需洗涂或除去涂層，因為殘留的組分對 可靠性沒有不利的影響。
[0008] 在一些實施方式中，每一跡線的平均寬度小于10微米或小于5微米。網絡可提 供小于10%或小于5%的在基材上的區域覆蓋率。
[0009] 在第二方面中，描述了一種光伏電池，其包含：（a)具有正面和背面的半導體基 材；化）在基材的正面上的電極；（C)在基材的背面上的層，該層包含由互連的跡線隔開的 純化區域，其中單個跡線的平均寬度小于10微米，且該互連的跡線提供小于10%的在基材 的背面上的區域覆蓋率；和（d)第二電極，其與覆蓋于該層之上并與該半導體基材電接觸。 在一些實施方式中，互連的跡線提供小于5%的在基材的背面上的區域覆蓋率。在一些實 施方式中，單個跡線的平均寬度小于5微米。還在其它實施方式中，單個跡線的平均寬度 小于5微米且互連的跡線提供小于5%的在基材的背面上的區域覆蓋率。
[0010] 術語"背面"或"背"和"正面"或"前"指相對于光源（通常是太陽）的取向。"正 面"是面向光源的那一側，而"背面"是與正面相反并朝向遠離光源的那一側。
[0011] 如本文所使用，術語"納米顆粒"指細顆粒，其小到足W分散在液體中并使得能涂 覆該細顆粒并形成均勻的涂層。該定義包括平均粒度小于約3微米的顆粒。例如，在一些實 施方式中，平均粒徑小于1微米，而在一些實施方式中，測得顆粒在至少一個維度小于0. 1 微米。顆粒可為球、桿、絲、管、薄片等的形式。 陽01引術語"對光透明"通常指的是在波長約370-770皿范圍內的光的透射率為 30-95%。
[0013] 在附圖和W下描述中詳細說明了本發明的一種或多種實施方式。通過附圖和詳述 W及權利要求書，不難了解本發明的其它特征、目的和優點。
【附圖說明】
[0014] 圖1是燒制過程之前背面純化的光伏電池的橫截面視圖。
[0015] 圖2是燒制過程之后背面純化的光伏電池的橫截面視圖。
[0016] 不同附圖中的相同附圖標記表示相同的元件。
[0017] 具體描述
[0018] 將單獨地包含玻璃料顆粒或包含玻璃料顆粒與金屬納米顆粒組合的液體乳液用 來形成透明導電層，其在施涂到純化的半導體基材的背面之后進行自組裝來形成限定單元 的一系列的互連的跡線（例如，線路）。可用的半導體基材包含錯，娃-錯外延層，或娃， 其中娃用于大多數的太陽能電池。可在背面純化的光伏電池的中使用多種娃基材，包括多 晶娃、多種晶體的娃和單晶娃。運些基材由使用供體雜質（即n-型半導體層）或受體雜質 (即P-型半導體層）滲雜的薄的娃晶片形成，W提供具有所需的電學性能的層。通常，太 陽能電池由P-型基材形成，使用n-型雜質例如憐來相反地滲雜正面，W形成淺的p-n結。 或者，如果使用n-型基材，可用受體雜質例如棚滲雜正面W形成淺的p-n結。通過下述過 程來將光轉化為電：吸收光子，然后形成可移動的電荷載流子，然后在p-n結處通過內部電 勢推動該可移動的電荷載流子，并可收集作為由太陽能電池形成的電流。
[0019] 可使用介電層或多層涂覆娃基材，該多層在正面上具有純化和減反射作用，而背 面上的純化作用更重要。運些介電層可由熱生長、瓣射、蒸氣沉積或原子層沉積的材料形 成，例如金屬化合物和娃化合物例如侶氧化物，二氧化娃，或娃氮化物。
[0020] 純化的娃基材的前表面和背表面都用金屬或高度導電的材料涂覆，其用作電極W 在娃和外部的電氣電路之間形成接觸。運些電極可通過用金屬漿料（例如油墨）印刷，瓣 射涂覆，電鍛或通過蒸氣沉積技術來形成。正面電極（例如基材為P-型時，則為負電極） 必須是大體透明的，并可為具有母線（busbars)的薄柵格的形式，W最小化光遮擋。對于所 有背面接觸的太陽能電池結構，背面電極可完全覆蓋基材的背面或可W相互交錯的指狀形 式設置。
[0021] 施涂到基材的該乳液包括連續液相和分散液相，所述分散液相與連續液相不混 溶，并在所述連續液相內形成分散的結構域。在一些實施方式中，連續相比分散相蒸發得更 快。一個合適的乳液的例子是油包水乳液，其中，水是分散的液相，油提供連續相。該乳液 也可是水包油乳液的形式，所述油提供分散的液相，水提供連續相。
[0022] 連續相可包括有機溶劑。合適的有機溶劑可包括石油酸、己燒、庚燒、甲苯、苯、二 氯乙燒、=氯乙締、氯仿、二氯甲燒、硝基甲燒、二漠甲燒、環戊酬、環己酬或它們的任意混合 物。優選地，該連續相中所用的一種或多種溶劑的特征在于，比分散相例如水相中所用的 溶劑的揮發性更高。
[0023] 適用于分散液相的材料可W包括水和/或可與水混溶的溶劑，例如甲醇、乙醇、乙 二醇、丙二醇、甘油、二甲基甲酯胺、二甲基乙酷胺、乙臘、二甲基亞諷、N-甲基化咯燒酬。
[0024] 乳液還可含有至少一種乳化劑、粘合劑或者它們的任意混合物。合適的乳化劑可 包含非離子和離子化合物，例如市售的表面活性劑SPAN&-20 (密蘇里州圣路易斯市的西 格瑪奧德里奇公司（Sigma-Al化ich))，SPAN*'-40，SPAiN'?-60，SPAN?'-80 (密蘇里州圣 路易斯市的西格瑪奧德里奇公司（Sigma-Al化ich))，單油酸甘油醋，十二烷基硫酸鋼。合 適的粘合劑的示例包含改性的纖維素，例如分子量為約100, 000-約200, 000的乙基纖維 素，和改性的脈，例如市售的B徘@-410,BYK?-411，和技挪?-聰0樹脂，其由BYK化學有限 公司生產度YK-化emieGmbH)(德國威塞爾）。
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