用于光伏电池的聚硅氮烷涂层的制作方法
【专利说明】用于光伏电池的聚硅氮烷涂层
[0001] 相关申请
[0002] 本申请要求2013年7月5日提交且名称为"Polysil azane Coating for Photovo 1 tai c Ce 11 s"的美国临时专利申请号61 /843，284的优先权，美国临时专利申请由 此以引用的方式并入来达成所有目的。
【背景技术】
[0003] 太阳能电池为将光子转化成电能的器件。由电池产生的电能通过耦接至半导体材 料的电接触收集，且通过与模块中的其它光伏电池互连来发送。"太阳能电池"的"标准电 池"模型具有半导体材料，该材料用于吸收输入的太阳能且将其转化为电能，放置于抗反射 涂层(ARC)下方且在金属背板上方。典型地用烧穿糊剂与半导体表面产生电接触，烧穿糊剂 为金属糊剂，其在加热时使得糊剂扩散通过ARC层并且接触电池的表面。糊剂一般图案化为 一组指状物和母线，其接着将与条带一起焊接至其它电池以产生模块。另一类型的太阳能 电池具有夹在透明导电氧化物层(TC0)之间的半导体材料，该透明导电氧化物层接着用最 后一层导电糊剂涂布，导电糊剂也以指状物/母线模式配置。
[0004] 抗反射涂层(ARC)通常用于太阳能模块以降低从太阳能电池表面反射的日光的 量，由此增加入射在半导体上的光的量并且增加电池转化效率。氮化硅为硅太阳能电池中 常用的ARC材料，并且可通过在膜中并入氧而从其标准折射率2.0加以调节。多个ARC层可通 过工程改造氮化硅或氮氧化硅层的折射率而改进效率增益。
【发明内容】
[0005] 描述了制造光伏电池的方法，和由该方法制造的器件。该方法包括提供半导体基 底和使导电制品电耦接至半导体基底的顶面。在半导体基底和导电制品上方形成抗反射涂 层。抗反射涂层具有多个子层。子层中的每一个均包含聚硅氮烷且具有不同于其它子层的 折射率。由半导体基底、导电制品和抗反射涂层形成光伏电池。
【附图说明】
[0006] 本文所述的本发明的各方面和实施方案可单独或彼此组合使用。该方面和实施方 案现将参考附图加以描述。
[0007] 图1A至图1B为聚硅氮烷组合物的表示。
[0008] 图2为常规太阳能电池的透视图。
[0009] 图3为常规背接触太阳能电池的剖视图。
[0010]图4A至图4C示出一些实施方案中具有抗反射聚硅氮烷涂层的太阳能电池的剖视 图。
[0011] 图5提供图4的聚硅氮烷涂层的详细剖视图。
[0012] 图6为另一实施方案中具有抗反射聚硅氮烷涂层的太阳能电池的剖视图。
[0013] 图7为另一实施方案中具有抗反射聚硅氮烷涂层的太阳能电池的剖视图。
[0014]图8示出一种用于制造具有多层抗反射聚硅氮烷涂层的光伏电池的示例性方法的 流程图。
[0015]图9A至图9B说明示例性电气导管的俯视图，且图9C示出图9B的导管的剖视图。
【具体实施方式】
[0016] 聚硅氮烷为一类在聚合物骨架中含有硅-氮键的聚合物。另外，除硅和氮以外，聚 硅氮烷可进一步在聚合物骨架中含有氧原子。代表性结构示出于图1A和图1B中，其中R1-R5 可相同或不同，为包括氢、取代或未取代的烷基(如甲基、乙基、丙基、烯丙基或乙烯基)或取 代或未取代的芳基(如苯基或取代的苯基)的侧链且η表示聚合物中重复单元的数目且为整 数，如约10至约1000。基于聚硅氮烷的薄膜用于不同行业，如食品包装和汽车涂层，且在低 成本下提供多种特性。本文描述用于太阳能电池的聚硅氮烷多层抗反射涂层，其还可提供 防腐蚀。聚硅氮烷膜的组成、形成条件和合成后热处理可使用本领域中已知的任何方法调 节以便制造具有所需材料和化学特性如折射率、光学透明度和耐腐蚀性的聚硅氮烷。
[0017] 图2为常规太阳能电池100的简图，太阳能电池包括抗反射涂(ARC)层110、发射体 120、基板130、前接触140和后接触层150。发射体120和基板130是掺杂为p+或η-区的半导体 材料，且可合起来称为太阳能电池的活性区。前接触140典型地烧穿抗反射涂层110以便与 活性区产生电接触。入射光通过ARC层110进入太阳能电池100,这使得在发射体120和基板 130的接头处产生光电流。所产生的电流通过连接至前接触140和后接触150的电路加以收 集。母线145可连接前接触140,前接触在此处示为指状物元件。母线145收集来自前接触140 的电流。母线145也可通过将金属条带焊接至母线145,接着将条带串联至相邻电池且将其 焊接至电池，而用于提供其它太阳能电池之间的互连。前接触140和母线145的组合件也可 称为金属化层。在其它类型的太阳能电池中，透明导电氧化物(TC0)层可代替电介质类型的 ARC层使用，来收集电流。在TC0类型的电池中，以例如前接触140和母线145的形式金属化将 制成TC0层，而无需烧穿，以收集来自TC0太阳能电池的电流。
[0018] 图3说明另一类型的太阳能电池160的简图，其中在与光进入处相对的背面上产生 电接触。太阳能电池160还称作交叉指形背接触电池，包括ARC层110、由半导体基底制成的 基板区130和具有彼此相对的极性(例如p型和η型）的掺杂区120和125。掺杂区120和125在 电池160中与ARC层110相对的背面上。非导电层170提供掺杂区120与125之间的分离，且还 完成电池160的背表面的钝化作用。电接触140和150彼此呈交叉指形且分别通过钝化层170 中的空穴175与掺杂区120和125产生电连接。电接触140和150可存在问题，如当在电池上形 成接触时制造产率损失、当使用银用于接触时的高材料成本，或当使用铜用于接触而不在 铜接触与半导体之间添加复杂且昂贵的屏障层时电池的降级。
[0019] 图4A至图4C示出一些实施方案中标准太阳能电池200的剖视图，其中电池包含聚 硅氮烷涂层210,聚硅氮烷涂层可例如用作ARC层。太阳能电池200还包括半导体基底220、在 基底220的顶面225上方的第一层230、电气导管240以及在一些实施方案中在各电气导管制 品240与第一层230之间的第二层250。半导体基底220可为例如晶体硅。第一层230可为例如 氮化硅(Si 3N4)、透明导电氧化物(例如氧化铟锡)或非晶硅，视所用的太阳能电池的类型而 定。作为第一层230的氮化硅用作钝化层，且还可提供抗反射特性。电气导管240为收集来自 半导体基底220的电流的导电制品，且可包含例如金属，如银或铜。在一些实施方案中，导管 240可电镀或沉积于电池200上。在其它实施方案中，导管240可为附接于太阳能电池200的 预制制品。例如，导管240可为在芯棒中制造的独立式电成型制品，如Babayan等人在2013年 3月 13 日提交的名称为 "Free-Standing Metallic Article for Semiconductors" 的美国 专利申请号13/798，123中所述，该美国专利申请由本申请的受让人拥有且由此以引用的方 式并入来达成所有目的。
[0020] 在一些实施方案中，存在第二层250以辅助将导管240电耦接至基底220。例如，在 图4A