[發明專利]鋁-硼太陽能電池接觸層

有效

• 申請號: 200680053918.6
• 申請日: 2006-12-03
• 公開（公告）號: CN101401189A
• 公開（公告）日: 2009-04-01
• 發明（設計）人: 賈拉爾·薩拉米;斯里尼瓦桑·斯里德哈蘭;史蒂夫·S.·基姆;阿齊茲·S.·謝克
• 申請（專利權）人: 費羅公司
• 主分類號: H01L21/00
• 分類號: H01L21/00
• 代理公司: 北京銀龍知識產權代理有限公司
• 代理人: 鐘 晶

技術領域

本發明涉及一種由導電性鋁顆粒、含硼源、無機添加劑和分散在有機體系中的玻璃料制成的鋁-硼導體配方。該配方主要用絲網印刷，并且適合用于光伏器件的制造。這些配方還可以通過其他手段例如噴涂、熱熔印刷、噴墨印刷、壓印以及利用合適的有機物改性的帶層壓技術。

背景技術

太陽能電池通常由半導體材料例如硅(Si)制成，它將太陽能轉化成有用的電能。太陽能電池接觸層通常由薄的硅片制成，其中所必須的PN結通過將來源于合適磷源的磷(P)分散到P型Si晶片中來形成。在太陽光入射的硅片側面上通常涂覆有抗反射涂層(ARC)，以減少太陽光的反射損失。這種ARC增加了太陽能電池的效率。被稱為前接觸層(front?contact)的二維電極格柵圖形連接到硅的N側，而主要為鋁(Al)構成的涂層連接到硅的P側(后接觸層(back?contact))。進一步地，被稱為銀背面接觸層(rear?contact)的接觸層由銀或者銀-鋁膏制造，被印刷且燒成在硅的N側上，以使在太陽能電池組中的每個電池電連接的調節片能夠焊接。這些接觸層都是從PN結到外部負載的電出口。

用于太陽能電池的傳統膏包含鉛玻璃料。在太陽能電池膏的玻璃組分中，PbO的存具有如下有利的效果：(a)降低膏組合物的燒成溫度；(b)有利于與硅基底的相互作用，并且在燒成時，有助于與硅形成低電阻的接觸層。出于這些和其它原因，PbO是許多傳統太陽能電池膏組合物中的非常重要的組分。然而，出于對環境的考慮，在膏組合物中PbO(以及CdO)的使用是盡可能避免。因此，光伏產業中需要無鉛無鎘的膏組合物，其在太陽能電池的接觸層膏中使用無鉛和無鎘玻璃提供所希望的性能。

目前，典型的太陽能電池硅片的厚度是200～300微米，并且發展趨勢是向更薄的硅片方向發展。因為硅片的成本為電池制造成本的約60％，所以該產業正尋求甚至更薄的硅片，厚度達到150微米。當硅片厚度降低時，由于燒結應力導致電池彎曲的趨勢增加，所述燒結應力是由于Al熱膨脹系數TCE(232×10^-7/^℃@20～300^℃)和Si熱膨脹系數TCE(26×10^-7/^℃@20～300^℃)(TCE)之間的巨大差異而產生的。

目前已知的減少硅片彎曲的方法包括減少在絲網印刷過程中的鋁含量，其導致不完全形成背表面場(BSF)層，并且為了達到相同的效果而需要更高的燒成溫度。化學(酸)蝕刻已經被用于去除在燒成鋁膏之后所形成的Al-Si合金，這只是在制造工藝中導致額外成本的另一個步驟。

另一種方法是采用添加劑以減少Al層和硅片之間的熱膨脹失配。然而，缺點是背面鈍化質量的降低以及伴隨的太陽能電池性能的降低。通過將硅片的一部分背面用鋁覆蓋，這種部分覆蓋被應用于背表面場以抵消導致電池性能降低的彎曲。

最后，另一種減少或消除彎曲的傳統方法是將制成的太陽能電池在燒成之后于幾秒鐘之內從室溫降到-50℃。利用Al-Si膏基體的塑性變形，極大地消除彎曲，但這也意味著額外的工藝步驟，并且存在由于熱應力而破損的高風險。

因此，光伏產業中需要一種太陽能電池接觸層中的低彎曲、高性能的鋁背表面場，一種制備接觸層的方法以及形成所述BSF的鋁膏。

發明內容

本發明提供了一種鋁-硼膏，其用于涂覆到具有p+和n+層的硅太陽能電池上，從而形成背表面場(BSF)和發射體。通過燒成所述膏而形成的硼摻雜的鋁接觸層消除了超薄硅片的彎曲或者使超薄硅片的彎曲最小化，從而改善了由此制備的太陽能電池的可靠性和電性能(當測試低串聯電阻(R_s)和高并聯電阻(R_sh)、高效率(η)、高填充系數(FF)時)以及減少了破損。

總體來說，本發明包括一種包含接觸層的太陽能電池。所述接觸層由混合物制成，該混合物在燒成之前包含至少一種鋁源、至少一種硼源以及約0.1～約10wt％的玻璃組分。鋁的含量為所述混合物的約50wt％～約85wt％，硼的含量為所述混合物的約0.05wt％～約20wt％。

本發明的另一實施方式是包含硅片、鋁和硼的太陽能電池，其中，在硅片中約0～約5微米深度處(Al+B)的組合濃度為大約每立方厘米(cm³)10¹⁸～10²⁰個原子。