具有局部背接触的太阳能电池的制造方法

摘要

本发明涉及具有背接触和钝化发射极的太阳能电池（1）的制造方法，该太阳能电池包括至少两层的电介质叠层（10），该至少两层的电介质叠层（10）至少包括与p型硅层（3）接触的AlOx的第一电介质层（11）和沉积在第一电介质层（11）上的第二电介质层（13）。此外，该制造方法包括优选通过激光烧蚀在该电介质叠层（10）中形成至少一个局部开口（15）的形成步骤，至少部分保留前述第一电介质层。

说明书

本发明涉及具有局部背接触的太阳能电池的制造方法。

本发明的方法可应用于多种制造方案，例如，PERC（发射极和背面钝 化电池）、PERL（钝化发射极和背面局部扩散）或IBC（交指型背接触）型 太阳能电池。

对于所有的这些太阳能电池，晶片表面的背面上良好的钝化特性是强制 性的，以便减少复合损耗。

在PERC技术中，例如，太阳能电池的背面包括由电介质层和金属层制 作的反射涂层。电介质层提供前述的钝化。该电介质层被局部打开以允许体 硅（bulk silicon）与随后沉积的金属层之间的接触。

在硅太阳能电池中，最广泛采用的电介质层是氢化氮化硅（SiNx:H）。 该层显示固有的净正电荷，对p型基板的情况产生寄生的发射极层（也称为 反型层），其在产生金属接触之后是造成复合增加的原因。

因此，在p型硅PERC太阳能电池中，用于背侧的标准钝化叠层由氧化 硅（SiO2）和SiNx:H制造，以降低此效应。

近来，已经报告了采用氧化铝（AlOx）层用于钝化p型硅太阳能电池的 背侧。这些AlOx层显示为具有固有负电荷，其防止在p型硅上产生寄生发 射极且有助于场效应钝化。

另外，在电介质层中制造局部开口的通常方法是借助于激光烧蚀，其完 全穿透钝化叠层。

然而，显示这样的情况：SiO2和SiNx钝化层的激光烧蚀会熔化下层硅 表面，诱发损害。可能产生各种类型的激光诱导损害，例如，开口周围的电 介质层中的分层或裂缝、硅的熔化、开口周围电介质层的过热。这些损害诱 使钝化性能的降低。

而且，显示这样的情况：AlOx/SiNx钝化层中引起的损害可修改AlOx 层中的电荷，因此诱使场效应钝化的减小且导致对太阳能电池性能有害的寄 生发射极层的产生。

根据本领域的普通知识，SiO2或AlOx的激光烧蚀必须完全完成以改善 性能。这是由于这样的事实：假设SiOx/SiNx叠层中发生部分烧蚀（partial ablation），由于部分烧蚀诱使太阳能电池串联电阻的增加而使太阳能面板的 性能降低。

体现这样的现有技术的文件是“Laser ablation of SIO2/SINX and  ALOX/SINX backside passivation stacks for advanced cell architectures.”In: 26^th European Photovoltaic Solar Energy Conference and Exhibition– EU-PVSEC.2011.pp.2180-2183;(5-9September2011;Hamburg,Germany)。

该文章特别是§4中教导通过完全无损的激光烧蚀达到最佳条件。

完全激光烧蚀已经应用于SiO2/SiNx和AlOx/SiNx层。假设是AlOx/SiNx 层，结果显示预期的较低性能，由于AlOx相比于SiO2的较好钝化特性。甚 至观察到起泡效应。

本发明旨在至少部分地减轻上述的不足。

为此目的，本发明提出了具有局部背接触的太阳能电池的制造方法，该 局部背接触包括至少两层的电介质叠层，所述至少两层的电介质叠层至少包 括与p型硅层接触的AlOx的第一电介质层和沉积在第一电介质层上的第二 电介质层，其特征在于该方法包括在电介质叠层中形成至少一个局部开口 （partial opening）的步骤，在局部开口的位置至少部分保留前述第一电介质 层。

由于该工艺，由激光束引起的损坏，例如局部加热和分层，仅发生在第 二电介质层，第一电介质层至少部分地被保护，并且下层的体硅完全被保护。

另外，尽管通常认为激光烧蚀必须是完全的以不增加太阳能电池的串联 电阻，但是观察到对于AlOx部分激光烧蚀的太阳能电池的性能相对于完全 激光烧蚀的太阳能电池的性能甚至提高了。

另外，电介质层具有钝化特性。因此，在开口周围保持良好的钝化质量， 与电介质层完全烧蚀的电池相比，其有助于改善短路电流（Jsc）、开路电压 （Voc），特别是输出。

根据单独或组合的其它特性：

-在电介质叠层中形成至少一个局部开口的步骤包括激光烧蚀步骤，

-烧蚀步骤采用脉冲激光（其脉冲持续时间小于几个纳秒）执行，

-第一电介质层显示允许场效应钝化的负电荷，

-第一电介质层在烧蚀后具有至少几个单层的厚度，

-第二电介质层由SiNx制成，

-烧蚀步骤采用激光执行，该激光在UV区域辐射，更具体地在355nm 周围辐射。

其它优点和特性通过阅读下面附图描述将更加明晰，其中：

-图1示出制造PERC型太阳能电池的示意图。

-图2示出部分烧蚀电介质叠层之后背侧的详图。

-图3示出了制造PERL型太阳能电池的示意图。

所有的附图中相同的参考标记指示相同的元件。

在图1中，示意图示出根据本发明具有钝化背表面和局部背接触的太阳 能电池的制造方法的三个步骤（a）、（b）和（c）。

图1的示例由PERC型太阳能电池（发射极和背面钝化电池）构成。

当然，这三个步骤不表示全部的电池制造方法，而是仅表示涉及本发明 的步骤。其它制造步骤为本领域的技术人员所知，并且不要求在本发明的框 架下描述。

由图1（a）可见，在该制造步骤中，光伏电池1包括基板或p型硅晶片 层3、在前面7上的n掺杂硅层5。

在前面7上还沉积有抗反射层9（ARC用于“抗反射涂层”），例如， 氮化硅SiNx。

在电池1的背面上沉积有至少两个电介质层11和13的叠层10。

在本示例中，第一电介质层11是氧化铝AlOx。

第二电介质层13例如为氮化硅SiNx，具体地，氢化氮化硅SINx:H。

第一电介质层11与基板3接触，并且第二电介质层13沉积在第一电介 质层11上。

根据步骤（b），通过激光烧蚀（laser ablation）可在钝化叠层10中继续 进行至少一个局部开口15的形成步骤，至少部分保留前述第一电介质层11。 该步骤因此可有资格作为钝化叠层10的部分激光烧蚀，是指SiNx层完全烧 蚀而AlOx层不烧蚀或仅部分烧蚀。因此可获得根据图2的细节所示的构造。

对于该烧蚀工艺，允许如上所述部分烧蚀的最佳激光条件（即脉冲持续 时间、波长、功率等）可以是实验确定的并且对于要烧蚀的电介质叠层是特 定的。例如，可采用小于几个纳秒的单脉冲激光，也可采用皮秒或飞秒脉冲 并且在UV范围内，具体在355nm波长。

在烧蚀之后，第一电介质层11优选具有厚到足以显示负电荷（至少1nm） 且薄到足以允许Al金属通过AlOx的低温扩散以形成接触的层厚度，例如， 在烧蚀之后至少几个单层的厚度，是指在烧蚀之后1nm至30nm之间的厚度。

因此，硅基板3不被激光烧蚀损坏。

典型地，前述局部开口通过激光烧蚀形成为具有适合用于良好的光学反 射特性的任何图案以及具有最佳金属化接触区域。例如，可采用由分开600 μm的约40μm的局部开口构成的图案。

由于该工艺，由激光束引起的损坏，例如局部加热和分层，仅发生在第 二电介质层13的位置，第一电介质层11得到保护。

然后，在步骤（c），进行在光伏电池的背面19上施加金属化层17的步 骤。可采用任何的基于Al的金属化方法。例如，这可通过在太阳能电池1 的背面19上溅射Al来执行。

最后，在步骤（d），通过在温度T>740℃（例如在815℃）的炉中烧制 而在保留至少一个局部开口15的区域上执行背表面场（BSF）的形成。

由于根据本发明的方法，保持了金属接触周围的良好钝化质量，其促成 短路电流（Jsc）值改善了1.6%且开路电压（Voc）值改善了1.1%（实验上 与根据钝化层完全烧蚀的技术工艺状态制造的太阳能电池比较）。类似地， 填充因子FF改善了0.35%，并且效率自身改善了约3%。

图3示出了类似于图1的太阳能电池制造工艺，但是图3是对于PERL 型太阳能电池。

在此情况下与PERC电池不同，在要制造的金属接触的区域中，p+掺杂 区域21预先形成为局部BSF，例如，具有B扩散。除此之外，步骤（a）至 （c）是类似的。

然后，在金属化步骤（c）之后，执行退火步骤以在背侧区域19上形成 金属接触，例如，在400℃。还是在此情况下，也观察到电池性能上的提高。