具包覆穿孔連接之光伏電池

专利摘要:
具包覆穿孔連接之已知的光伏電池係在其背表面上具有兩極性的輸出終端，其一者經由包覆穿孔連接被耦合至前表面。藉由在背表面上生成一射極層來製造本發明的太陽能電池。電極材料被施加於背表面上相互分離的第一及第二區域中。第一區域中的電極材料係接觸於射極。第二區域係覆蓋一孔的一周遭部，其提供背表面上的連接。第二區域中的電極材料係位居射極上及第二區域周圍，射極被一溝道所中斷。在前表面上，電極材料的另一區域被施加於孔上方。視需要，背表面上之第二區域中的電極材料被施加於一支撐表面上，其實質地與側向流過第一區域底下的射極層之電流呈電性隔離。
公开号:TW201308638A
申请号:TW101123736
申请日:2012-07-02
公开日:2013-02-16
发明作者:Yu Wu；Lambert Johan Geerligs；Roosmalen Johannes Adrianus Maria Van；Yuji Komatsu；Nicolas Guillevin
申请人:Stichting Energie；
IPC主号:H01L31-00

专利说明:
具包覆穿孔連接之光伏電池 發明領域
本發明係概括有關一光伏電池(譬如太陽能電池)及一用於製造如是光伏電池之方法。 發明背景
已知的光伏電池係包含一半導體體部，其中光係激勵自由電荷載體，其造成位於電池的輸出終端之間且予以穿過的一輸出電壓及電流。半導體體部係為一薄平坦片，具有大直徑及其前與背表面之間遠為較小的厚度。分佈在實質整體前及背表面上方之電極係提供對於終端之低電阻連接。在許多光伏電池中，終端亦連同供其連接的電極一起設置於前及背表面上。然而，亦已知將終端兩者設置於相同表面上，典型地設置於背表面上、亦即使用期間背離太陽(或其他光源)之表面上。藉由從一表面運行到另一表面之一充填有導體材料的孔(亦稱為導孔)形式之一金屬包覆穿孔連接(MWT)，使得位於相同表面上的終端成為可行。
使用MWT連接之問題係在於：其會造成短路而導致通過終端的輸出電流損失或甚至損害。由於MWT連接首先提議用於光伏電池，此問題已導致許多種避免短路的提議方案。雖然長久以來需要一種在光伏電池中對於MWT的短路問題之解決方案，這些解決方案就額外加工及所需要的精確度來說仍相當複雜。
一用於製造具有MWT連接的光伏電池之製程係從福洛潤克萊盟特(Florian Clement)等人在費城2009年第34屆IEEE PV專家會議公開之標題為“超過17%效率的絲網印刷cs-Si MWT太陽能電池之先導線加工”的文件223-227頁得知。在此製程中，開始係為一具有通過基材的導孔之半導體基材。藉由摻雜表面實現一接面。在背表面上，生成一背表面場層(BSF)以提供對於體塊的接觸及鈍化。P接點亦印刷在背表面上，其用來實現電池之終端的一者。導體膏係以運行於導孔上方的一電極格柵圖案之形式被印刷在電池的前表面上。為了提供從另一終端至前部之一連接，導體膏的一區域首先在導孔區位與周圍被印刷於背表面上及導孔內。導體膏在一燒製步驟中被加熱，其中因此形成電極。電池的輸出電壓可在P接點與經燒製的導體膏之間，從背表面被耦合外出。
就像以MWT技術製造光伏電池的所有製程，此製程需要額外措施來防止導孔所涉及的短路問題。此電池中可能具有的短路問題係可能涉及由於射極層中的局部錯誤及電池特徵構造的對準所導致之電流以及導孔壁中意外的電流路徑。
克萊盟特(Clement)等人的製程係藉由將一射極層設置於導孔中、且局部地設置於併入有導孔及前接點的區位之一區域中的後部上、連帶譬如藉由雷射切割在前與背表面中切割溝道，來解決這些問題。一溝道係設置於接近電池邊緣之前表面上，以防止來自邊緣周圍的前表面之電流。尚且，溝道在局部射極區域中被切割於背表面上，而包圍住接觸於導孔之背部上的導體膏區域。當導體膏的區域精確地對準且溝道妥當地定位以使(前接觸)導體膏的區域與BSF分離時，如此係防止短路。射極層可靠施加於孔壁上之要求，係限制了對於施加射極的可取得製程之選擇。由於製程限制，需要複雜的措施將此技術施加至n-型半導體體部。
美國2007/0023082及EP1950810係描述一類似的電池，其中n-型基材的前表面上之一階化p-型射極層係受到經由一導孔被電性連接至背表面上的一第一電極之一傳導塗覆物所覆蓋。在背表面上，一階化n-型層係作為接觸於一第二電極之一背表面場，且一具有一本徵至p-型階化的層係設置於一併入有導孔之區域中。一溝道係使階化n-型層相對於具有本徵至p-型階化的層、且因此相對於接觸於第一及第二電極的背表面部份呈現分離。在另一實施例中，階化n-型層可從併入有導孔的區域被選擇性移除、或選擇性沉積於該區域外，且對於導孔的接觸電極係在一簡單本徵非晶矽層上設置於背表面上。
在這些實施例中，導孔係含有一電性連接至射極之導體，且因為導孔壁未被鈍化或隔離，射極接點因此係直接接觸於基極材料，亦即一種增高分路或逆電流問題的風險之組態。美國2007/0023082亦提及首先移除與第一電極接觸之背表面整體部份上方的階化n-型層之可能性。如此係降低洩漏，但使製造製程更為複雜。 發明概要
本發明的目的之一係在於提供一具有傳導包覆穿孔連接之光伏電池，其中可以較簡單方式來降低短路電流。
根據一形態，提供一用於製造一光伏電池之方法，其中該方法包含：提供具有一前表面及一背表面之一第一傳導類型的一半導體體部，其中至少一孔係從前表面至背表面通過半導體體部，生成一第二傳導類型的一層，其係在半導體體部中或上至少與背表面相鄰；將電極材料施加於背表面上相互分離的第一及第二區域中，第一區域中的電極材料係電性接觸第二區域外之第二傳導類型的層，電極材料的第二區域係覆蓋背表面上的孔，第二區域中的電極材料被施加在第二傳導類型的層上；在第二區域周圍生成第二傳導類型的層之一至少部份中斷；將電極材料施加在前表面上的另一區域中，該另一區域的電極材料係覆蓋前表面上的孔而電性接觸於背表面上的第二區域中之電極材料。
製造一導體包覆穿孔電池，其中射極係設置於背表面上，亦即供設置有兩接觸電極之電池的表面上。相較於一具有一前側射極之電池而言，這降低了若導孔的內側壁或射極接點底下的後表面未完全覆蓋有一射極層、不具有絕緣、或導孔中的金屬接點被過度燒製而產生經過基材的短路之風險。
電極材料係被施加在作為一支撐層之第二傳導類型的層上之第二區域中，支撐表面係在與第一區域的一邊緣呈現對應之位置處與側向流經第二傳導類型的層之電流呈現實質電性隔離。側向電流係為平行於該表面之電流，譬如第二傳導類型的層內之電流，遠到其在第二區域的方向之抵達範圍。利用此方式係降低背表面上的短路電流。
藉由支撐表面周圍之側向方向的層之至少部份中斷來實現對於第二傳導類型的層之側向電流的實質電性隔離，在該案例中，支撐表面係可為第二傳導類型的層之表面。替代性地，可藉由至少部份地在整體第二區域所覆蓋的所有區位移除第二傳導類型的層、或藉由在該處不沉積或只部份地沉積第二傳導類型的層，來實現實質電性隔離。在此案例中，半導體體部可提供支撐表面。在另一實施例中，可藉由一設置於第二區域中的隔離層且其頂部提供支撐表面，來實現實質隔離。可藉由切割一溝道、或不在第二區域周圍以一輪廓沉積該層，來實現層的中斷。
電極材料的施用被施加在其周圍有一中斷之第二傳導類型的層上之第二區域中係可簡化製程，原因在於不需使得第二區域不含第二傳導類型的層，其可能需要額外的製程步驟或精確的圖案化。當第二傳導類型的層譬如是一異質接面的部份時，其使得不含第二傳導類型的層之第二區域會顯著地令製程複雜化。當然，電極材料施加在第二傳導類型的層上之第二區域中之要求係並未排除第二區域中的電極材料亦可出現於其中譬如由於製造損害等而局部地無第二傳導類型的層之區位。
較佳地，第二傳導類型的層(形成一射極)係延伸於實質整體背表面上方。可在第二傳導類型的層形成之前或之後產生孔。
在一實施例中，與半導體體部具有相同傳導類型之一增大傳導率的層係可生成於前表面。此層可作為一前表面場，其改良了在孔處與導體材料區域之電性接觸。在另一實施例中，此層可沿著孔壁延伸。因為射極位於背部，這並未導致短路問題。這簡化了製程並提供電池的降低輸出阻抗。
在一實施例中，可使用相同的金屬材料來形成射極背表面電極結構及導孔中的接點而無顯著短路，縱使採用一步驟來形成導孔接點、後射極格柵及對於前表面的連接亦然。
利用導孔可使得產生一前表面場變得多餘(如同大致已知，前表面場係為與基材具有相同傳導類型但具有該傳導類型的增高摻雜之一區域，以增強鈍化及/或對於電極材料的接觸)。在一實施例中，省略前表面場。這改良了光學透射。
在一實施例中，電極材料的第一及第二區域係藉由印刷一包含電極材料的膏而被施加在背表面上。這提供一簡單的製造方式及低製造成本。膏可後續被燒製(加熱)以降低電阻。在一實施例中，亦印刷前表面上之電極材料的進一步區域。前與背表面膏皆可一起被燒製而無短路之危險。可使用其他用於沉積電極材料之技術，諸如噴墨印刷、濺鍍等。亦可使用毯覆(連續)電極材料。
根據另一形態，提供一光伏電池，其包含：具有一前表面及一背表面之第一傳導類型的一半導體體部，其中至少一孔係從前表面至背表面通過半導體體部，第二傳導類型的一層，其係在半導體體部中或上至少與背表面相鄰；背表面上相互分離的第一及第二區域中之電極材料，第一區域中的電極材料係電性接觸該第二區域外之第二傳導類型的層，第二區域係覆蓋背表面上的孔，第二區域中的電極材料位居第二傳導類型的層上，第二區域周圍之第二傳導類型的層係被至少部份地中斷；前表面上的另一區域中之電極材料，該另一區域係覆蓋前表面上的孔而電性接觸於背表面上的第二區域之電極材料。 圖式簡單說明
將利用下列圖式從示範性實施例的描述得知這些及其他目的與優點。
第1圖顯示通過一光伏電池的部份之厚度的剖視圖；第2圖顯示一用於製造光伏電池之製程的流程圖；第3至8圖顯示製造期間之剖視圖；第9圖顯示一用於製造光伏電池之製程的流程圖；第10至11圖顯示製造期間之剖視圖；第12圖顯示一替代性實施例的流程圖；第13圖顯示一具有隔離器層之電池；第14圖顯示一具有一延伸超過一溝道之接點的電池。 示範性實施例詳細描述
第1圖示意性顯示從一前表面10至一背表面12通過一光伏電池的部份之厚度的剖視圖。如同將瞭解，電池中的前與背表面係在兩維度穩穩延伸超過圖示部份，各表面具有一長度及寬度或更概括具有遠大於厚度的一直徑。因此，電池的邊緣未顯示於圖中。
光伏電池係包含第一傳導類型的一半導體體部14，其中導孔15(只顯示一者)從前表面10至背表面12通過體部。一射極層140在背表面12設置於半導體體部14中或上，在射極層140中，半導體體部14係摻雜有與半導體體部14中的第一傳導類型相反之第二傳導類型的一摻雜。在一範例中，第一及第二傳導類型可分別為n-型及p-型。
在前表面上及選用性至少部份在導孔15的壁中，一前表面場層142係設置於半導體體部14上或中。傳導材料(譬如金屬)的一第一圖案144係在射極層140的一部份上方設置於背表面12上。尚且，傳導材料的一島146係在導孔15上方設置於背表面12上(只顯示一島，但應瞭解不只一個島可設置於背表面12上、譬如不同導孔上)。傳導材料的一第二圖案148係在前表面場142上方及導孔15上方設置於前表面10上。導孔15含有用於電性連接島146及第二圖案148之導體材料149。光伏電池的一第一終端(未圖示)耦合至傳導材料的第一圖案144，且一第二終端(未圖示)連接至島146。終端(未圖示)可位居第一圖案144及島146頂上，或者其可位居他處，一互連件(未圖示)分別設置於終端與第一圖案144及島146之間。
一經過射極層140的溝道18係在島146及傳導材料的第一圖案144之間設置於背表面12中，位於島146周圍的一關閉輪廓中。若有不只一個島位於背表面12上，可提供複數個如是溝道，各者位於一各別不同島146周圍的一關閉輪廓中。已省略電池的進一步細節。譬如，可提供一紋路、透明塗覆物、互連電極及額外的層。
在操作中，在連接至第一圖案144及島146的終端(未圖示)之間從電池供應電池的輸出電壓，且電池的輸出電流係流經這些終端。
第2圖顯示一用於製造光伏電池之製程的流程圖。利用第一步驟21象徵性代表用於導致第一傳導類型的半導體材料之一基材之一數量的準備步驟。在第二步驟22中，譬如藉由雷射鑽製、機械鑽製或蝕刻以產生通過基材之一孔(亦稱為導孔)或更概括多個孔(導孔)。這導致一具有一孔32之基材30，如同第3圖的光伏電池的剖視圖部份地顯示(孔32的直徑及長度未依照實際尺寸且可在不同位置經過基材30產生不只一個孔(未圖示))。基材30可具有位於50至300微米的範圍之厚度，其可為圓形或矩形或任何其他形狀且其可具有譬如至少100微米的最小直徑(譬如長度或寬度)。孔32可譬如具有300微米的直徑。當然，可使用一較窄或較寬的孔。雖然顯示一個孔，應瞭解在一實施例中，可提供複數個孔。可譬如使用每平方公分0.01至1孔的範圍之孔密度，其未必均勻地分佈。
在第三步驟23中，與第一傳導類型相反的第二傳導類型之一摻雜層係生成在背表面12上。較佳地，該層延伸於整體背表面上方。第4圖顯示具有一孔及摻雜層40之基材30的部份(厚度未依照實際比例)。在範例中，顯示一實施例的結果，其中摻雜層40初始生成於兩表面上。替代性地，其可僅生成於背表面上。如同所有圖式的案例中，只顯示電池的部份，電池的邊緣位居圖外。摻雜層40可亦在前與背表面之間延伸於邊緣上方，或進入導孔內。摻雜可與背表面上的側向位置呈獨立無關。替代性地，摻雜層40(其作為射極層)可生成有身為背表面上位置的函數之摻雜的變異(所謂的選擇性射極)，以增強電池效率。用於生成具有側向摻雜變異之如是射極層的方法係大致為已知。該層可包含可被一金屬化圖案所互連之局部摻雜的許多緊密分佈區域(所謂的局部射極)。
可使用一數量的製程之任一者來生成層，包括對於基材30的一表面層添加摻雜之製程以及在基材30上添加摻雜層之製程(譬如生成一異質接面之製程)。在摻雜層被添加在基材30上之一實施例中，第三步驟23可包含沉積一經摻雜、氫增富的非晶矽層。可譬如利用一PECVD製程來沉積經摻雜a-Si：H層(基材與摻雜層之間含有或不含本徵a-Si：H的一層)。與第二傳導類型對應地選擇摻雜類型(譬如P或B摻雜)。在一摻雜被添加至基材30的一表面層之實施例中，第三步驟23可包含使摻雜擴散或植入基材30內。一經摻雜的矽酸鹽玻璃可沉積在表面上，接著是一加熱步驟以容許摻雜從玻璃擴散。可譬如使用在一烤爐中加熱或雷射加熱。在另一範例中，可使用離子植入將摻雜植入基材30的表面層中。可使用一導致前與背表面上皆有一摻雜層之製程，譬如一包含浸入一液體中、或曝露於一氣體大氣之製程。
可接著在一稍後階段藉由生成一介電層或一透明傳導氧化物(TCO)層來生成摻雜層40。可譬如在添加摻雜的所有步驟之後添加如是的層。當摻雜層40是添加在基材30上的一異質層時，可譬如在一稍後階段施加一TCO層，TCO層可包含ITO。當摻雜被添加至基材30的一表面層時，可添加一譬如氮化矽之介電層。如是的一層可提供基材表面的隔離及鈍化。
在第四步驟24中，第一傳導類型的一摻雜物層係生成於基材30的前表面，以形成一前表面場(FSF)。可使用一對於基材30的一表面層添加摻雜之製程，或一將摻雜層添加在基材30上之製程。可使用對於第三步驟23所描述製程的任一類型，其利用一提供第一傳導類型的摻雜物。較佳地，前表面場層係延伸於整體前表面上方、或前表面的至少90%上方。可譬如藉由沉積一經摻雜、氫增富的非晶矽層來添加一層。可譬如利用一PECVD製程來沉積經摻雜的a-Si：H層(基材與摻雜層之間含有或不含本徵a-Si：H的一層)。前表面場層可在孔32壁的至少部份上方、或孔32的整體壁上方延伸至孔32內。前表面場可生成有與前表面上的側向位置呈獨立無關之摻雜。替代性地，前表面場可生成有身為前表面上位置的函數之摻雜的側向變異(所謂選擇性前表面場)，以增強電池效率。亦有可能以局部摻雜的區域形式來生成前表面場(一局部前表面場)。該等區域可被一後續施加的金屬化圖案所互連。
在一異質接面前表面場的案例中，有利地，TCO可被局部地施加且被後續金屬化互連，其避免了金屬化區域之間位於前部之TCO中的光吸收。一摻雜層可只使用於前金屬格柵底下而非前表面上的他處(具有一些邊際值以供對準)，而增強光學透射。
利用一背表面射極係可以將如是的位置依附性變異施加在前表面上，縱使未使用導孔將前表面連接至背側接點亦然。可使用一只施加於前表面上的選定區域中之TCO。選用性地，FSF的摻雜可以位置的函數產生變異，在施加有TCO的區域底下使用較高的摻雜濃度。如此係增高效率。
第5圖顯示具有前表面場層50之基材30(厚度未依照實際比例)。選用性地，若初始摻雜層40亦已生成於前表面上，可在前表面場層50生成之前譬如藉由單側蝕刻選擇性自前表面(且同時自孔32的至少部份)移除初始摻雜層40。第四步驟24之後，在一稍後階段係為施加一透明傳導氧化物層(TCO)、進一步的鈍化塗覆物、介電塗覆物等及/或其他濕化學作用步驟。為清楚起見，圖中省略所產生的層。
在第五步驟25中，導體材料施加在背表面上。導體材料可譬如藉由印刷、濺鍍或氣相沉積被施加。
第6圖顯示施加導體材料的結果。導體材料係以一含有相互分離的第一及第二區域60、62之二維圖案被印刷、濺鍍或氣相沉積。較佳地，第一區域60延伸於背表面的至少90%上方(若第一區域60不是連續傳導膜，而是譬如傳導線的一格柵，同樣較佳地，第一區域60係從身為背表面面積的至少90%之第二傳導類型的層之一區域收集電流)。一第二區域62係被印刷在孔32上方且其可延伸於比只有孔的該區域更寬之一區域上方。第二區域62可具有譬如位於2至3公厘範圍之寬度。可使用一包含傳導材料的膏。第一及第二區域60、62的厚度可譬如位於0.5至60微米的一範圍。施加的效應在於：傳導材料亦將出現於孔32中或孔32壁上。
在第六步驟26中，導體膏譬如藉由印刷、濺鍍或氣相沉積被施加於前表面上。第7圖顯示結果。導體至少被施加作為一導體線70，其延伸於孔32上方而與已印刷在其他表面上之孔32中的膏接觸，導體線70是一接觸格柵的部份、或被電性耦合至一接觸格柵。
在第七步驟27中，印刷膏被加熱。若一介電塗覆物已生成於背表面上(譬如在基材30的一表面層摻雜之後)，較佳地，使用一燒過(fire through)步驟，其中來自經施加導體圖案的導體材料係穿透介電塗覆物。可在譬如高於600或甚至800度C的溫度進行燒過。當(譬如在與基材30形成一異質接面之一經添加的摻雜層上)已生成一TCO時，較低溫度的一固化步驟可能足夠。位於150至200度C的範圍之溫度可能足夠，其可供形成歐姆接觸。
在第八步驟28中，在孔32上的第二區域62周圍以一關閉輪廓生成一溝道。溝道係觸及至第一傳導類型的半導體基材30，經過第二傳導類型的摻雜層40及其頂上的任何其他傳導層，諸如一TCO層。溝道可譬如由雷射切割或濕化學蝕刻形成。一額外溝道可沿著背表面的周邊形成，以防止沿著電池邊緣的傳導。第8圖顯示第七步驟27及第八步驟28的結果(如同其他圖中的案例，應瞭解：只顯示電池的部份，電池的邊緣位居圖外)。在剖視圖中，可在第二區域62之相互相對的側上看見溝道80。雖然第八步驟28顯示位於第七步驟27之後，應瞭解其可更早執行，譬如在導體材料施加或加熱之前。這由於不需要生成經過一金屬層之妥當隔離的溝道，而簡化製程。當然，若在導體材料施加之前產生溝道，應小心避免施加從溝道一側延伸至另一側之導體材料。
在第八步驟28之後，可進行各種不同其他步驟以完成電池。這些步驟象徵性顯示成第九步驟29。第九步驟29中可使用習見的步驟。雖然已描述在製程的一特定階段進行製造孔的第二步驟22之一實施例，應瞭解：孔可在另一階段生成，譬如第三步驟23或第四步驟24之後。亦可以與例示順序不同的一順序進行其他步驟。
雖然已顯示一包括藉由第四步驟24施加一前表面場之實施例，應瞭解：在另一實施例中可省略此步驟。利用一前表面場可降低電池電阻並改良鈍化，但即使沒有前表面場，仍獲得一可操作的電池。
雖然在一實施例中，與半導體體部的傳導類型相反之摻雜可被施加在前與背表面兩者上，且與半導體體部相同傳導類型的增高摻雜可被選擇性施加在前部(及可能孔32)中而其克服相反類型摻雜，將瞭解：替代性地，相反傳導類型摻雜可被選擇性施加至背部，或者其可從前部被選擇性移除。類似地，與半導體基材相同傳導類型的增高摻雜係可以未完全補償背表面上的相反傳導類型摻雜之濃度被施加至前與背部兩者。在另一實施例中，與半導體基材相同傳導類型的增高摻雜係可從背部被選擇性移除。
第9圖顯示製程的一替代性實施例之流程圖。在此製程中，在第三步驟23之後(譬如但未必然緊接在第四步驟24之後)進行一蝕刻步驟95。第10圖顯示蝕刻步驟95之後的剖視圖，其中摻雜層40的部份已從背表面12被移除。在此實施例中，可省略第八步驟28。更一般來說，可在第二區域62施加於孔上方之前的第三步驟23後的任一處進行蝕刻步驟95。蝕刻步驟95係局部地移除第二傳導類型的摻雜層，其中將印刷有第二區域62、加上此第二區域62周圍的一邊際值，其滿足與溝道相同之用以隔離的角色。第11圖顯示印刷導體材料的區域後之剖視圖。可藉由施加一罩幕至背表面而留下一其中將印刷有第二區域62之曝露區、並使電池曝露於曝露區中的一蝕刻劑，來實現蝕刻。若不使用蝕刻步驟95，將以其他方式譬如藉由雷射燒蝕來局部地移除材料。替代性地，可譬如藉由擴散/植入/雷射摻雜/沉積期間的遮罩以局部地防止摻雜層40形成於背表面12中或上，其中將印刷有第二區域62。
在先前實施例中，與第三步驟23中的第一傳導類型相反之第二傳導類型的摻雜層40之生成較佳係涉及將此層40施加於整體背表面上方。在替代性實施例中，可譬如在生成第二傳導類型的摻雜層40之前藉由在第三步驟23中施加一可犧牲罩幕以一圖案化方式生成摻雜層40，以防止摻雜層生成於含有孔32之背表面的一區域中。在此案例中，可省略蝕刻步驟95，以供生成與第10圖類似但無凹部的剖視圖。隨後，可採用第9圖的製程之剩餘部份。
在製程的一替代性實施例中，第二區域62係印刷在背表面上的一圖案化隔離層上。一溝道係以一輪廓切割於孔周圍，或者一不具有第二傳導類型的摻雜層40之區域係設置於該輪廓內(譬如藉由一蝕刻步驟或摻雜層40的圖案化生成)。圖案化隔離層係延伸於孔上方且在背表面上超過輪廓。
第12圖顯示製程的此替代性實施例之流程圖。第三步驟23之後(未必緊接在第三步驟23之後)，進行第一額外步驟121，其中以該輪廓在孔32周圍生成一溝道。替代性地，摻雜層40在輪廓內從整體區域被移除，或者摻雜層40以一圖案化方式施加，其避免施加於輪廓內的區域中。隨後，可進行一隔離層生成步驟122，其中一隔離層至少在孔32上方的一區域中生成於背表面上且延伸超過輪廓。可在第五步驟25之前、譬如緊接在第一額外步驟121之後作出此作用。可譬如藉由印刷施加一聚醯亞胺或氧化矽隔離層，或者可沉積一諸如氧化矽或氮化矽等介電材料。在一實施例中，以一圖案化方式施加隔離層，選擇性位於含有整體輪廓之背表面上的一區域中，沿著其切割溝道或者其內不存在有摻雜層40。在一實施例中，施加有隔離層之區域並不包括輪廓內的整體區域。一含有孔32的區位之內區域及一位於孔32周圍的周邊係可保持未被隔離層所覆蓋。其優點在於：印刷期間阻塞住孔的危險係降低，且印刷期間污染的危險係降低。第13圖顯示具有位於溝道132上方的隔離層130之電池。在此實施例中，製程如同第9圖脈絡所描述般前進，差異在於施加有導體材料的第二區域62可延伸超過輪廓，只要其保持位於施加有隔離層的區域內即可。將隔離層130在一從溝道132延伸至第二區域62邊緣的環中設置於背表面上即已足夠，但其可進一步在背表面上朝向孔32往內延伸。第14圖顯示具有如是一第二區域62的一範例之電池，其延伸超過溝道132、但未超過設有隔離層130的區域。
可注意到在此實施例中，使用一圖案化隔離層130，其不存在於第一區域60中，故第一區域60中的導體材料未與相反傳導類型的層40電性分離。在一替代性實施例中，可使用一亦延伸至第一區域60之隔離層。可譬如使用一不具有圖案化的隔離層，諸如氮化矽。在此案例中，可進行一燒過步驟以將第一區域60中的導體材料連接至背表面。相互不同的導體材料可施加在第一及第二區域60、62中(譬如，一燒過導體膏及一非燒過導體膏)，以避免燒製導致在溝道132所界定輪廓外之經過第二區域62中的隔離層之一連接。
在部分案例中，可能不需要使用一經過射極層之溝道，或提供未出現射極層之孔36周圍的一區域，或者溝道或區域可僅觸及通過射極層的部份。當使用一低傳導率射極層時，由於高側向電阻及從第二區域中的大部份區位至第一區域之距離，可以忽略經由射極層從孔周圍第二區域中的導體材料至第一區域中的導體材料之短路電流。譬如當使用一異質接面時，可能是此情形，其中射極層係為一非晶半導體層、諸如小於一百奈米厚度(譬如10至30奈米厚)的一非晶矽層。並且，(非晶)射極層可包含一本徵次層(實質不具有淨摻雜類型)，在該案例中不需要提供經過本徵次層之溝道或完全無射極區域。
當一低傳導率射極層使用在背表面上時，可能欲在射極層上添加一更高度傳導層。在此案例中，較佳地，更高度傳導層並不存在(選擇性未被沉積或被選擇性移除)，或至少較少出現於孔周圍的第二區域中之導體材料底下，或第二區域中此較高度傳導層的部份係藉由一溝道從第一區域中的此較高度傳導層的一剩餘部分被切除。
一太陽能電池的射極及基極接點較佳係被實質電性隔離，故太陽能電池不應承受有內部分路，包括處於功率產生條件的分路，及反向偏壓條件底下的漏電流。太陽能電池在最大功率點之典型可接受分路值對於239cm2的電池係為約10歐姆(Ohm)，其代表約2000歐姆．平方公分(Ohm．cm2)，但在商業上仍可接受具有低達約200歐姆．平方公分分路的電池。太陽能電池中對於反向電流的典型最大可容許位準在10V反向偏壓對於239cm2電池而言係為約1A，但太陽能電池中對於反向電流之典型所欲平均位準在10V反向偏壓對於239cm2電池而言則不超過0.1A或甚至更低。太陽能電池中對於反向電流的可接受位準係依據模組製造技術而定，且趨勢在於降低這些位準。
在這些實施例各者中，電極材料在一支撐表面上被施加於第二區域中，至少一旦光伏電池製造完成時，其係在與第一區域的一邊緣呈現對應之位置與側向流經第二傳導類型的層之電流呈現實質電性隔離。
在示範性實施例中，支撐表面可能是半導體體部及第二區域中的電極材料之間第二傳導類型的層。在這些示範性實施例的一者中，第二傳導類型的層可身為沉積在半導體體部上之第二傳導類型的非晶半導體材料的一層。因為對於第二區域中的大部份點至第一區域之側向距離，這提供了側向方向的小傳導率而可提供充分隔離。在這些示範性實施例的另一者中，該方法包含在第二區域周圍以一輪廓局部地在背表面上至少部份經由第二傳導類型的層從背表面移除材料(較佳地沿著圍繞第二區域的整體輪廓，但如果輪廓的一部份沒有此層則其亦可接受)。在另一示範性實施例中，該方法包含防止第二傳導類型的層局部地在第二區域周圍以一輪廓生成於背表面上。當第二傳導類型的層在輪廓中被整體地移除或防止時、亦即當提供第二區域周圍經過第二傳導類型的層之一溝道時，這係對於與第一區域中的電極材料相鄰之來自第二傳導類型的層之側向電流呈現電性隔離。但縱使一如是溝道留下第二傳導類型的層之一小比例部分的厚度，仍可提供充分的電性隔離。
在替代性示範性實施例中，支撐層係為與第二區域相鄰之第二傳導類型的層或半導體體部。在如是示範性實施例中，該方法可包含在第二區域周圍的一輪廓內到處至少部份地移除第二傳導類型的層。替代性地，該方法可包含至少部份地防止第二傳導類型的層到處生成於第二區域周圍的一輪廓內。當第二傳導類型的層在輪廓內被整體地移除或防止時，這係對於與第一區域中的電極材料相鄰之來自第二傳導類型的層之側向電流呈現電性隔離。但縱使該層只被部份地移除或防止，仍可提供充分的電性隔離。
在替代性示範性實施例中，在第二區域中支撐導體材料之支撐層係為一額外的隔離層。在此案例中，該方法包含至少在鋪覆於第二傳導類型的層的一部份上之第二區域的一部份中生成額外的隔離層，其未中斷地連接於位居第一區域60及半導體基材之間之第二傳導類型的層之另一部份，第二區域中的電極材料施加在額外隔離層上。在又另一示範性實施例中，該方法係包含在生成額外隔離層之前，在孔周圍以一輪廓局部地在背表面上至少部份地經過第二傳導類型的層從背表面移除材料。如此係防止通往孔壁之電流。
10‧‧‧前表面
12‧‧‧背表面
14‧‧‧半導體體部
15‧‧‧導孔
18,80,132‧‧‧溝道
21‧‧‧第一步驟
22‧‧‧第二步驟
23‧‧‧第三步驟
24‧‧‧第四步驟
25‧‧‧第五步驟
26‧‧‧第六步驟
27‧‧‧第七步驟
28‧‧‧第八步驟
29‧‧‧第九步驟
30‧‧‧基材
32‧‧‧孔
40‧‧‧摻雜層
50,142‧‧‧前表面場層
60‧‧‧第一區域
62‧‧‧第二區域
70‧‧‧導體線
95‧‧‧蝕刻步驟
121‧‧‧第一額外步驟
122‧‧‧隔離層生成步驟
130‧‧‧圖案化隔離層
140‧‧‧射極層
144‧‧‧第一圖案
146‧‧‧島
148‧‧‧第二圖案
149‧‧‧導體材料
第1圖顯示通過一光伏電池的部份之厚度的剖視圖；第2圖顯示一用於製造光伏電池之製程的流程圖；第3至8圖顯示製造期間之剖視圖；第9圖顯示一用於製造光伏電池之製程的流程圖；第10至11圖顯示製造期間之剖視圖；第12圖顯示一替代性實施例的流程圖；第13圖顯示一具有隔離器層之電池；第14圖顯示一具有一延伸超過一溝道之接點的電池。
10‧‧‧前表面
12‧‧‧背表面
14‧‧‧半導體體部
15‧‧‧導孔
18‧‧‧溝道
140‧‧‧射極層
142‧‧‧前表面場層
144‧‧‧第一圖案
146‧‧‧島
148‧‧‧第二圖案
149‧‧‧導體材料

权利要求:
Claims (13)
[1] 一種用於製造光伏電池之方法，該方法包含：提供具有一前表面及一背表面之一第一傳導類型的一半導體體部，其中至少一孔係從該前表面至該背表面通過該半導體體部，生成一第二傳導類型的一層，其係在該半導體體部中或上至少與該背表面相鄰；將電極材料施加於該背表面上相互分離的第一及第二區域中，該第一區域中的該電極材料係電性接觸該第二區域外之該第二傳導類型的層，該電極材料的第二區域係覆蓋該背表面上的孔，該第二區域中的電極材料被施加在該第二傳導類型的層上；在該第二區域周圍生成該第二傳導類型的層之一至少部份中斷；將該電極材料施加在該前表面上的另一區域中，該另一區域的電極材料係覆蓋該前表面上的孔而電性接觸於該背表面上的該第二區域中之該電極材料。
[2] 如申請專利範圍第1項之方法，其中藉由切割一溝道來實現該至少部份中斷。
[3] 如申請專利範圍第2項之方法，其中該溝道係在該第二區域周圍以一關閉輪廓生成。
[4] 如申請專利範圍第1-3項中任一項之方法，其中藉由印刷一包含該電極材料的膏而使施加於電極材料的該等第一及第二區域中的該電極材料被施加於該背表面上。
[5] 如申請專利範圍第3項之方法，其中該在該背表面上將該電極材料施加於電極材料的該等第一及第二區域中之後接著係為一燒製步驟，其中該等第一及第二區域中的該電極材料係被燒製一第一時間。
[6] 如申請專利範圍第5項之方法，其中藉由印刷包含該電極材料的膏來施加該另一區域中的電極材料，其中該另一區域中的該電極材料係在該燒製步驟中被燒製一第一時間。
[7] 如申請專利範圍第1-6項中任一項之方法，其係包含在該另一區域中施加該電極材料之前，在該前表面生成與該半導體體部具有相同傳導類型之增大傳導率的一層。
[8] 如申請專利範圍第1-7項中任一項之方法，其中該另一區域係被施加以直接接觸於該半導體體部，而並無該半導體體部與該另一區域的電極材料之間相對於該半導體體部的一下屬部份具有該第一傳導類型的增高摻雜之一層。
[9] 一種光伏電池，其包含：具有一前表面及一背表面之一第一傳導類型的一半導體體部，其中至少一孔係從該前表面至該背表面通過該半導體體部，一第二傳導類型的一層，其在該半導體體部中或上至少與該背表面相鄰；該背表面上相互分離的第一及第二區域中之電極材料，該第一區域中的該電極材料係電性接觸該第二區域外之該第二傳導類型的層，該第二區域係覆蓋該背表面上的孔，該第二區域中的該電極材料位於該第二傳導類型的層上，該第二區域周圍之該第二傳導類型的層係被至少部份地中斷；該前表面上的另一區域中之電極材料，該另一區域係覆蓋該前表面上的該孔而電性接觸於該背表面上的該第二區域之該電極材料。
[10] 如申請專利範圍第9項之光伏電池，其中該第二區域周圍之該第二傳導類型的層係被一溝道至少部份地中斷。
[11] 如申請專利範圍第10項之光伏電池，其中該溝道係運行於該第二區域周圍的一關閉輪廓中。
[12] 如申請專利範圍第9至11項中任一項之光伏電池，其中該電極材料存在於一支撐表面上之該第二區域中，至少一旦該光伏電池的製造完成，其在與該第一區域的一邊緣呈現對應之位置對於側向流經該第二傳導類型的層之電流呈現實質電性隔離。
[13] 如申請專利範圍第9至12項中任一項之光伏電池，其包含至少延伸於該半導體體部中或上的該前表面上方具有該第一傳導類型的增高摻雜之一層。

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