制造具有背面钝化层的光伏电池的方法
【专利说明】制造具有背面钟化层的光伏电池的方法
[0001] 相关申请的交叉参考
[0002] 本申请要求于2013年05月08日提交的美国临时申请第61/820, 852号的权益。 在先申请的公开被认为是本申请公开的部分（且通过引用纳入本文）。
技术领域
[0003] 本发明设及制造太阳能电池。
【背景技术】
[0004] 具有背面纯化层的娃光伏（例如，太阳能）电池参见例如 US2009/0301557，US2013/0056060,和US2013/0061918,包含局部背面表面电场（LBSF)电 池，纯化的发射器后接触牌RC)电池，和纯化的发射器后局部扩散牌RL)电池。背面纯 化可通过减少载流子损失（例如，表面复合）导致增加的光转化效率，但同时需要打开透 过介电纯化层的导电路径，从而可在娃基材和背面电极之间形成电接触。用于打开运种导 电路径（即"通孔"或"穿孔"）的方法包含使用激光例如参见US2013/0056060,或使用化 学蚀刻例如参见US2013/0061918。激光开孔会给基材晶体带来结构损坏，而化学蚀刻会残 留杂质，潜在地降低太阳能电池的可靠性。 阳005] 概述
[0006] 在一方面中，提供一种用于制备光伏电池的方法。所述方法包括提供具有背面纯 化层的半导体基材（例如，娃基材），和将包含玻璃料颗粒的自组装乳液涂覆到该背面纯 化层上。该背面纯化层可选自下组：侣氧化物层，娃氧化物层，娃氮化物层，及其组合。 允许乳液自组装成限定单元（cell)的迹线（traces)网络。在网络上形成电极，来构建前 体电池。在一些实施方式中，电极对于可见光是不透明的。然后烧制前体电池，使网络烧 穿纯化层，并在半导体基材和电极之间形成电接触。
[0007] 使用自组装成迹线网络和单元的涂层提供改善的打开通过纯化层例如背面纯化 层的导电路径（即"烧穿"或"烧透"）的方法。该涂层包含纳米颗粒（例如玻璃料），其能 在烧制过程中穿透纯化层。涂层还可包含金属纳米颗粒，W进一步增强背面电极和娃基材 之间的电接触。合适的金属纳米颗粒的示例包括银纳米颗粒，侣纳米颗粒，银-侣纳米颗 粒，及其组合。有利地是，在通孔打开过程之后，无需洗涂或除去涂层，因为残留的组分对 可靠性没有不利的影响。
[0008] 在一些实施方式中，每一迹线的平均宽度小于10微米或小于5微米。网络可提 供小于10%或小于5%的在基材上的区域覆盖率。
[0009] 在第二方面中，描述了一种光伏电池，其包含：（a)具有正面和背面的半导体基 材；化）在基材的正面上的电极；（C)在基材的背面上的层，该层包含由互连的迹线隔开的 纯化区域，其中单个迹线的平均宽度小于10微米，且该互连的迹线提供小于10%的在基材 的背面上的区域覆盖率；和（d)第二电极，其与覆盖于该层之上并与该半导体基材电接触。 在一些实施方式中，互连的迹线提供小于5%的在基材的背面上的区域覆盖率。在一些实 施方式中，单个迹线的平均宽度小于5微米。还在其它实施方式中，单个迹线的平均宽度 小于5微米且互连的迹线提供小于5%的在基材的背面上的区域覆盖率。
[0010] 术语"背面"或"背"和"正面"或"前"指相对于光源（通常是太阳）的取向。"正 面"是面向光源的那一侧，而"背面"是与正面相反并朝向远离光源的那一侧。
[0011] 如本文所使用，术语"纳米颗粒"指细颗粒，其小到足W分散在液体中并使得能涂 覆该细颗粒并形成均匀的涂层。该定义包括平均粒度小于约3微米的颗粒。例如，在一些实 施方式中，平均粒径小于1微米，而在一些实施方式中，测得颗粒在至少一个维度小于0. 1 微米。颗粒可为球、杆、丝、管、薄片等的形式。 阳01引术语"对光透明"通常指的是在波长约370-770皿范围内的光的透射率为 30-95%。
[0013] 在附图和W下描述中详细说明了本发明的一种或多种实施方式。通过附图和详述 W及权利要求书，不难了解本发明的其它特征、目的和优点。
【附图说明】
[0014] 图1是烧制过程之前背面纯化的光伏电池的横截面视图。
[0015] 图2是烧制过程之后背面纯化的光伏电池的横截面视图。
[0016] 不同附图中的相同附图标记表示相同的元件。
[0017] 具体描述
[0018] 将单独地包含玻璃料颗粒或包含玻璃料颗粒与金属纳米颗粒组合的液体乳液用 来形成透明导电层，其在施涂到纯化的半导体基材的背面之后进行自组装来形成限定单元 的一系列的互连的迹线（例如，线路）。可用的半导体基材包含错，娃-错外延层，或娃， 其中娃用于大多数的太阳能电池。可在背面纯化的光伏电池的中使用多种娃基材，包括多 晶娃、多种晶体的娃和单晶娃。运些基材由使用供体杂质（即n-型半导体层）或受体杂质 (即P-型半导体层）渗杂的薄的娃晶片形成，W提供具有所需的电学性能的层。通常，太 阳能电池由P-型基材形成，使用n-型杂质例如憐来相反地渗杂正面，W形成浅的p-n结。 或者，如果使用n-型基材，可用受体杂质例如棚渗杂正面W形成浅的p-n结。通过下述过 程来将光转化为电：吸收光子，然后形成可移动的电荷载流子，然后在p-n结处通过内部电 势推动该可移动的电荷载流子，并可收集作为由太阳能电池形成的电流。
[0019] 可使用介电层或多层涂覆娃基材，该多层在正面上具有纯化和减反射作用，而背 面上的纯化作用更重要。运些介电层可由热生长、瓣射、蒸气沉积或原子层沉积的材料形 成，例如金属化合物和娃化合物例如侣氧化物，二氧化娃，或娃氮化物。
[0020] 纯化的娃基材的前表面和背表面都用金属或高度导电的材料涂覆，其用作电极W 在娃和外部的电气电路之间形成接触。运些电极可通过用金属浆料（例如油墨）印刷，瓣 射涂覆，电锻或通过蒸气沉积技术来形成。正面电极（例如基材为P-型时，则为负电极） 必须是大体透明的，并可为具有母线（busbars)的薄栅格的形式，W最小化光遮挡。对于所 有背面接触的太阳能电池结构，背面电极可完全覆盖基材的背面或可W相互交错的指状形 式设置。
[0021] 施涂到基材的该乳液包括连续液相和分散液相，所述分散液相与连续液相不混 溶，并在所述连续液相内形成分散的结构域。在一些实施方式中，连续相比分散相蒸发得更 快。一个合适的乳液的例子是油包水乳液，其中，水是分散的液相，油提供连续相。该乳液 也可是水包油乳液的形式，所述油提供分散的液相，水提供连续相。
[0022] 连续相可包括有机溶剂。合适的有机溶剂可包括石油酸、己烧、庚烧、甲苯、苯、二 氯乙烧、=氯乙締、氯仿、二氯甲烧、硝基甲烧、二漠甲烧、环戊酬、环己酬或它们的任意混合 物。优选地，该连续相中所用的一种或多种溶剂的特征在于，比分散相例如水相中所用的 溶剂的挥发性更高。
[0023] 适用于分散液相的材料可W包括水和/或可与水混溶的溶剂，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、乙腊、二甲基亚讽、N-甲基化咯烧酬。
[0024] 乳液还可含有至少一种乳化剂、粘合剂或者它们的任意混合物。合适的乳化剂可 包含非离子和离子化合物，例如市售的表面活性剂SPAN&-20 (密苏里州圣路易斯市的西 格玛奥德里奇公司（Sigma-Al化ich))，SPAN*'-40，SPAiN'?-60，SPAN?'-80 (密苏里州圣 路易斯市的西格玛奥德里奇公司（Sigma-Al化ich))，单油酸甘油醋，十二烷基硫酸钢。合 适的粘合剂的示例包含改性的纤维素，例如分子量为约100, 000-约200, 000的乙基纤维 素，和改性的脈，例如市售的B徘@-410,BYK?-411，和技挪?-聪0树脂，其由BYK化学有限 公司生产度YK-化emieGmbH)(德国威塞尔）。
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