制造太陽能電池電極的方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及太陽能電池電極，并且具體地涉及在N型基板上形成的太陽能電池電 極。
【背景技術】
[0002] -般來講，為了增大太陽能電池的發電特性，在決定太陽能電池效率的因素中轉 換效率EFF(%)的特性是特別重要的因素。為了實現這個目標，已經提議了多種用于制造 具有高縱橫比的電極的太陽能電池制造技術。例如，已在US-2010-0294353 A1中提議了一 種用于形成具有高縱橫比的太陽能電池電極的方法，該方法通過絲網印刷包含碳纖維的導 電膏而獲得優異的轉換效率EFF(% )。
【發明內容】
[0003] 在一個方面，本發明涉及制造太陽能電池電極的方法，所述方法包括以下步驟：制 備N型太陽能電池基板，其中所述N型太陽能電池基板包括η-摻雜的半導體基板、在所述 半導體基板的一個側面上形成的Ρ-型發射極、和在所述Ρ-型發射極上形成的鈍化層；通 過印刷掩模將導電膏孔版印刷到鈍化層上，所述導電膏包含：（i) 60重量％至95重量％的 導電粉末，（ii)〇. 4重量％至3. 0重量％的鋁粉，1重量％至10重量％的玻璃料， (iv) 3重量％至30重量％的有機介質，（v) 0. 4重量％至1. 7重量％的酰胺化合物，其中重 量％是基于所述導電膏的總重量計；以及焙燒所施涂的導電膏以形成與所述P-型發射極 電接觸的太陽能電池電極。
[0004] 在另一方面，本發明涉及通過所述方法制造的太陽能電池電極。
[0005] N型太陽能電池的電極的縱橫比（高度/寬度）和電阻可通過本發明得到改善。 因此，根據本發明有效地提供了具有優異光電轉換效率（效率（％))的太陽能電池。
【附圖說明】
[0006] 圖1示出N型太陽能電池的ρ-型電極的制造過程。
[0007] 圖2是示出可用于本發明的金屬掩模的示意圖。
【具體實施方式】
[0008] 下文示出太陽能電池電極的制造過程的實施例。然而，本發明不限于以下實施例。 應當理解，雖然已通過優選實施例和任選特征對本發明進行了具體描述，但本領域的技術 人員可借助于本文所公開的本發明的改變、改善和變型，并且應當理解此類改變、改善和變 型被認為處于本發明的范圍內。此外，待審的美國專利申請（ex. 13/906381，提交于2013年 5月31日）、專利公布（ex. US-2010-0294353)、專利申請、授權專利、以及在本說明書中提及 的其它文檔以引用方式并入本文如同各個獨立的公布以引用方式并入本文一樣。
[0009] 制誥D-銦電極的方法
[0010] 制備包括η-摻雜的半導體基板（η-基底層）10和P-型發射極20的N型太陽能 電池基板。
[0011] 可將η基底層定義為包含被稱為供體摻雜物的雜質的半導體層，其中所述供體摻 雜物引起半導體元件中的價電子過量。在η基底層中，從導帶中的供體摻雜物中產生游離 的電子。
[0012] 如上所述通過向本征半導體中增加雜質，電導率不僅可通過雜質原子數改變而且 可通過雜質原子的類型改變，并且所述變化可以為千倍或百萬倍。
[0013] η-基底層10可通過摻雜硅晶片與供體雜質諸如磷來形成。
[0014] 可將Ρ型發射極20定義為包含被稱為受體摻雜物的雜質的半導體層，其中所述受 體摻雜物引起半導體元件中的價電子不足。在Ρ型發射極中，所述受體摻雜物從半導體元 件中吸收游離的電子并因此在價帶中產生帶正電的空穴。
[0015] Ρ型發射極20可例如通過將受體摻雜物熱擴散到Ν型半導體基板中而形成（圖 1(a))。受體摻雜物源可為硼化合物如三溴化硼（BBr3)。ρ型發射極的厚度可以為例如Ν型 半導體基板厚度的〇. 1 %至10%。
[0016] 隨后n+-層30可在P-型發射極20的另一側面處形成（圖1(b))，但是它不是必需 的。n+-層30包含供體雜質，該供體雜質具有比η基底層10中的濃度更高的濃度。例如， 就使用三氯氧磷（P0C13)作為摻雜物源的硅半導體而言，η+-層30可通過磷的熱擴散形成。 通過形成η+-層30,可減少電子和空穴在η基底層10和η+-層30的邊界處的重組。
[0017] 可在ρ型發射極20上形成第一鈍化層40a (圖1 (c))。所述第一鈍化層40a可以 為10至200:0▲厚。可將氮化硅（SiNx)、非晶硅（a-Si)、碳化硅（SiCx)、氧化鈦（TiO x)、氧 化鋁（A10x)、氧化硅（SiOx)、氧化銦錫（ΙΤ0)、或它們的混合物用作鈍化層40的材料。第一 鈍化層40a可通過例如這些材料的等離子體增強化學氣相沉積（PECVD)形成。
[0018] 當形成n+_層30時，N型半導體基板包含介于η基底層10和下一步中形成的鈍化 層40之間的η+-層。
[0019] 第二鈍化層40b在η+_層30上形成（圖1 (d))。第二鈍化層40b的材料和形成 方法可與用于第一鈍化層40a的那些相同。然而，就其形成材料、厚度、或其形成方法而言， n+_層30上的第二鈍化層40b可不同于第一鈍化層40a。
[0020] 在太陽能電池的運行中，當N型太陽能電池受到太陽光照射時，鈍化層40a和 /或40b減少表面處的載體重組，并且還減少光反射損失，使得還將其稱為減反射涂層 ("ARC"）。在一個實施例中，η基底層10和ρ型發射極20的兩個側面均可以為運行中的 光接收面（雙面電池）。在另一個實施例中，第一鈍化層40a在太陽光接收面（前側面）上 形成，并且第二鈍化層40b在背面上形成。在另一個實施例中，第二鈍化層40b在太陽光接 收面上形成，并且第一鈍化層40a在背面上形成。
[0021] 用于形成ρ-型電極的導電膏60通過孔版印刷施涂到在ρ-型發射極20上形成的 第一鈍化層40a上（圖1(e))并且隨后干燥。孔版印刷隨后進行詳述。還將用于形成η型 電極的導電膏70施涂到η+-層30上的第二鈍化層40b上。當施涂導電膏70時，在一個實 施例中使用絲網印刷、孔版印刷或噴嘴印刷。
[0022] 在一個實施例中，第二鈍化層40b上的導電膏70在組成上可不同于第一鈍化層 40a上的導電膏60。可根椐例如n+層的摻雜特征、第二鈍化層40b的材料或厚度來調節導 電膏70的組成。
[0023] 在另一個實施例中，施涂在p型發射極20上的導電膏60和施涂在n+_層30上的 導電膏70在組成上可以相同。在一個實施例中，導電膏60和70均通過孔版印刷來施涂。 在另一個實施例中，導電膏60通過孔版印刷施涂，而導電膏70通過另一種印刷方法諸如絲 網印刷施涂。在一個實施例中，導電膏60和70在50-200°C下干燥10秒至10分鐘。
[0024] 然后進行導電膏的焙燒。在焙燒過程中導電膏60和70燒透鈍化層40a和40b， 使得P型電極61和η型電極71分別具有與p型發射極20和n+-層30的良好電連接（圖 1(f))。當這些電極和半導體之間的連接改善時，太陽能電池的電性能也將改善。
[0025] 可將紅外加熱爐用于焙燒過程。可考慮焙燒溫度和焙燒時間來控制焙燒條件。在 一個實施例中，焙燒峰值溫度可為700°C至800°C。從加熱爐的入口到出口的焙燒時間可以 為30秒至5分鐘，在另一個實施例中可以為40秒至3分鐘。
[0026] 在另一個實施例中，焙燒曲線為在高于400°C下10至60秒，并且在高于600°C下2 至10秒。焙燒溫度在半導體基板的上表面處測量。在焙燒溫度和時間在指定范圍內的情 況下，在焙燒期間半導體基板發生較少的損傷。
[0027] 孔版印刷方法在下文中詳述。
[0028] 導電膏通過孔版印刷，通過印刷掩模施涂到鈍化層上。用于形成p-型電極的導電 膏包含導電粉末、鋁粉、玻璃料、有機介質和酰胺化合物。
[0029] (i)導電粉末
[0030] 導電粉末為能夠傳送電流的任何粉末。在一個實施例中，導電粉末包括選自銀 (Ag)、銅（Cu)、鎳（Ni)以及它們的混合物的金屬。在一個實施例中，導電粉末是選自下列的 金屬粉末：銀粉、銅粉、鎳粉、包含銀、銅或鎳以及它們的混合物的合金粉。使用此類具有相 對高電導率的導電粉末，可使太陽能電池的電阻功率損失最小化。在一個實施例中，導電粉 末可為銀粉。銀粉燒結并且在空氣中焙燒后不形成氧化物，并且提供高導電體積材料。
[0031] 基于導電膏的總重量計，在一個實施例中導電粉末為60重量％至95重量％，在另 一個實施例中為70重量％至92重量％，并且在另一個實施例中為80重量％至90重量％。 在導電膏中具有這種量的導電粉末可保持太陽能電池應用的足夠的電導率。
[0032] 在一個實施例中，導電粉末的形狀可以為片狀或球形。
[0033] 粒徑在一個實施例中為0. 1至10 μ m，在另一個實施例中為0. 5至7 μ m，并且在另 一個實施例中為1至4 μπι。具有這種粒徑的導電粉末可以充分分散在有機基料和溶劑中， 并且通過孔板印刷流暢地施用。在一個實施例中，導電粉末可以為具有不同粒徑的導電粉 末中的兩種或更多種的混合物。
[0034] 粒徑通過采用激光衍射散射法測量粒徑分布而獲得，并可被定義為D50。 Microtrac型Χ-100是可商購獲得的裝置的示例。
[0035] 在一個實施例中，導電粉末可以為99 %的高純度或更高純度。然而，取決于電極圖 案的電要求，也可使用更低純度的銀。
[0036] (ii)鋁粉
[0037] 鋁（A1)粉是至少包含鋁的金屬粉末。在一個實施例中鋁粉的純度為98%，并且 在另一個實施例中為99%或更高。基于導電膏的總重量計，在一個實施例中鋁粉的含量為 0. 4至3重量％，在另一個實施例中為0. 5至2重量％，并且在另一個實施例中為0. 6至1. 6 重量％。在導電膏中通過以這種量添加鋁粉能夠降低接觸電阻并且改善太陽能電池的電