太阳能电池接触结构制造技术

本发明专利技术涉及太阳能电池接触结构。在各种实施方式中，太阳能电池可以包括：由硅制成的太阳能电池晶片衬底，该硅的主要成分是具有与一个晶片边缘平行的{111}晶面的单晶结构；电介质层，设置在太阳能电池晶片衬底的后侧上；多个接触开口，其延伸穿过电介质层到达太阳能电池晶片衬底；多个金属触点，其形成在多个接触开口中；和金属层，其设置在电介质层上方；其中金属层通过多个金属触点电气连接至太阳能电池晶片衬底；其中多个接触开口的至少一个接触开口不平行于{111}晶面延伸。

【技术实现步骤摘要】
太阳能电池接触结构
各种实施方式总体上涉及太阳能电池的接触操作。
技术介绍
如图1A所示，局部接触开口(LCO)线102形成在普通的太阳能电池的太阳能电池衬底的背面上。普通的太阳能电池是PERC(钝化发射极和背面接触)电池设计、激光烧结接触(LFC)电池设计或具有背侧接触网格的双面电池设计。LCO线是直接形成在太阳能电池衬底上的激光切割沟槽，该衬底常常由硅或夹层构成，该夹层通常由氧化铝、氮化硅、氮氧化硅或另一种钝化材料构成。沟槽用金属填充，该金属通常是铝。可以通过丝网印刷含金属的糊剂来实现沟槽的金属化。具有糊剂的太阳能电池经过烧结，在沟槽中形成金属。烧结的铝流到沟槽端部，从而形成铝珠。这些珠会形成在每条激光线上。迄今为止，没有公知的解决方案来防止形成这些珠。这些珠的凸块和点负荷会导致太阳能电池的断裂率增大。这会引起太阳能电池破损和开裂，并且因此缩短太阳能模块的使用寿命。可替代地，使用以下实例的任意一种可以实现LCO沟槽的金属化：电镀、气相沉积技术(例如，PVD、CVD)和原子层沉积(ALD)。在常规的太阳能电池中，LCO线102形成为与太阳能电池衬底的至少一个边缘平行。此外，常规的太阳能电池硅衬底形成为使得{110}晶向与太阳能电池衬底的平表面平行。因此，太阳能电池硅衬底从能量角度优选的{111}晶向112与LCO线102不平行。与太阳能电池结构的晶向平行(例如与准单晶PERC电池的{110}晶向平行)的LCO线的周期性取向以及还有银焊盘结构、网格结构、太阳能电池的激光触点的周期性取向会支持太阳能电池结构中裂纹(例如，沿太阳能电池结构的{111}方向112)的扩展。通常，接触结构平行于晶体太阳能电池衬底的裂纹扩展方向连续或不连续地延伸。这些周期性重复的连续结构的局部机械张力在太阳能电池衬底的晶向的方向上会累加到较大的线性张力性。这些线性张力线就像太阳能电池结构的穿孔一样起作用，并且会降低与LCO线或焊盘平行的太阳能电池的稳定性。因此，裂纹会在不离开这个从能量角度优选的方向，例如，太阳能电池衬底的从能量角度优选的{111}方向112的情况下沿着张力线几乎不受阻碍地扩展。换言之，太阳能电池上周期性重复的接触结构，例如，汇流条、焊盘、网格指状物、LCO线，会导致单触点结构的张力场叠加并且会因此形成张力线。这些张力线的延伸在太阳能电池衬底中具有优选的方向，原因在于这是各向异性的。在一些太阳能电池设计中，张力线的方向可以与硅衬底的晶体方向上的{111}主裂纹扩展方向平行。另外，在加工和测试常规的太阳能电池模块时，由于太阳能电池衬底厚度的减小、太阳能电池衬底的晶向和新型太阳能电池设计构思，例如，在{110}准单晶PERC电池中的设计构思，可以观察到断裂率和裂纹形成几率增大。太阳能电池在加工时，例如，在焊接；将太阳能电池连接器应用于温度膨胀系数与太阳能电池衬底的温度膨胀系数不同的太阳能电池；运输和搬运焊接的太阳能电池、线丝、层合物和模块，借助于压力和温度应力层压太阳能电池或太阳能电池模块期间通常暴露于各种应力因素，例如温度应力。在工作期间，会给太阳能电池或太阳能电池模块上施加另外的应力因素，例如，变化的环境温度，由例如风和雪等天气因素强加的机械应力。在加工期间通过补偿手段可以部分减小这些应力因素，例如，改变加工条件，例如，层压工序，调整焊接头的位置，使用双层乙烯-醋酸乙烯酯(EVA)封装。然而，由于太阳能电池的设计，在太阳能电池和太阳能电池模块的加工和操作期间无法完全消除应力因素。减少断裂率可能还不够，并且减少断裂率的上述解决方案费用高昂且费时。此外，如果多个LCO线受损，那么上述效果会很关键。例如，在{110}准单晶太阳能电池和{110}准单晶PERC电池中，这会增大太阳能电池的开裂几率。在这种情况下，主裂纹扩展方向会平行于周期性重复的接触结构的方面或平行于线型接触结构的延伸方向。在常规的太阳能电池中，LCO线102与通常为铝的整个后侧金属化层114成对。焊盘116可以与太阳能电池衬底电气连接上，以通过这些用烧结的焊膏印刷的焊盘来提供到太阳能电池的电气连接接入。可替代地，可以用非烧结糊剂印刷焊盘116。这些焊盘会留在电介质层上。金属填充的沟槽102提供太阳能电池衬底(电池基座)与太阳能电池的焊盘116之间的接触。焊盘116是由LCO102上的后侧金属化层114形成的，或者形成在该金属化层114上或形成在其内。另外，常规的太阳能电池可以包括太阳能电池衬底上的太阳能电池汇流条，以增大太阳能电池衬底中的电流分布。常规的LCO线102垂直于太阳能电池汇流条和焊盘116(如图1B所示)。可替代地，例如可以通过使用以下沉积方法中的任意一种来形成焊盘：电镀、气相沉积(例如，CVD、PVD)和原子层沉积(ALD)。例如，在PERC技术中，这种设计的一个缺点是功率下降，因为焊盘116在LCO线102中断或者失去与焊盘116的连接时失效。电池电流必须流过硅基材料到下一个LCO线102，从而导致较高的串联电阻和电池功率损耗。另外，串联电阻会由于太阳能电池加工中的温度循环而增大。此外，整个后侧区域金属化层114在太阳能电池的烧结过程和冷却之后会导致拱形的太阳能电池。这种拱形可能是缘于多个层之间的内应力，例如，由银制成的焊盘116与由铝制成的金属化层114之间的内应力。应力可能是由太阳能电池衬底的显著不同的热膨胀系数(CTE(Al):23.1ppm/K、CTE(Ag):18.9ppm/K、CTE(Si):2.6pp/K)引起的。整个后侧金属化层114形成的应力会增大上述LCO线102受损的几率。另外，应力会促进在太阳能电池衬底内，例如，在由例如硅之类的脆性材料形成的太阳能电池衬底中，形成裂纹。
技术实现思路
在各种实施方式中，太阳能电池可以包括：由具有晶向的硅制成的太阳能电池晶片衬底；电介质层，其设置在太阳能电池晶片衬底上方；多个接触开口，其延伸穿过电介质层到达太阳能电池晶片衬底；多个金属触点，其形成在多个接触开口中；和金属层，其设置在电介质层上方；其中金属层通过多个金属触点电气连接至太阳能电池晶片衬底；其中多个接触开口中的至少一个接触开口相对于所述晶向成角度地延伸。附图说明在附图中，相似的标记字符在不同视图中一般指代相同的部件。附图未必按比例绘制，相反，重点一般放在说明本专利技术的原理上。在以下说明书中，参照附图描述了本专利技术的各种实施方式，其中：图1A和图1B示意性地示出了普通接触结构的不同视角；图2A和图2B示出了根据各种实施方式的接触结构；图3A和图3B示出了根据各种实施方式的接触结构；并且图4A至图4F示出了根据各种实施方式的接触结构。具体实施方式以下详细描述涉及以举例方式示出具体细节的附图和可以实施本专利技术的实施方式。本文中使用的词语“示例性”的意思是“作为实例、举例或举例说明”。本文中被描述为“示例性”的任何实施方式或设计不一定被阐释为优选于或优于其他的实施方式或设计。用于表示形成在一侧或表面“上方”的沉积材料的词语“上方”在本文中的意思可以是沉积材料可以“直接”形成在意指的侧边或表面上，例如，与其直接接触。用于表示形成在一侧或表面“上方”的沉积材料的词语“上方”在本文中的意思可以是沉积材料可以“间接”形成在意指的侧边或表本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种太阳能电池，其包括：由硅制成的太阳能电池晶片衬底，所述硅的主要成分是具有与一个晶片边缘平行的{111}晶面的单晶结构；电介质层，其设置在所述太阳能电池晶片衬底的后侧上方；多个接触开口，其延伸穿过所述电介质层到达所述太阳能电池晶片衬底；多个金属触点，其形成在所述多个接触开口中；和金属层，其设置在所述电介质层上方；其中所述金属层通过所述多个金属触点电气连接至所述太阳能电池晶片衬底；其中所述多个接触开口中的至少一个接触开口与{111}晶面不平行地延伸。

【技术特征摘要】
2013.10.15 US 14/053,6401.一种太阳能电池，其包括：由硅制成的太阳能电池晶片衬底，所述硅的主要成分是具有与一个晶片边缘平行的{111}晶面的单晶结构；电介质层，其设置在所述太阳能电池晶片衬底的后侧上方；多个接触开口，其延伸穿过所述电介质层到达所述太阳能电池晶片衬底；多个金属触点，其形成在所述多个接触开口中；和金属层，其设置在所述电介质层上方；其中所述金属层通过所述多个金属触点电气连接至所述太阳能电池晶片衬底；其中所述多个接触开口中的至少一个接触开口与{111}晶面不平行地延伸；其中所述多个接触开口中的至少一个接触开口形成连续的或间断的接触线。2.根据权利要求1所述的太阳能电池，其中所述多个接触开口中的至少两个接触开口彼此相对成角度地延伸并相对于所述太阳能电池晶片衬底的边缘成角度地延伸。3.根据权利要求1所述的太阳能电池，其中所述接触线相对于所述{111}晶面成约45°的角度延伸。4.根据权利要求1所述的太阳能电池，其中所述接触线包括至少一个具有选自由以下线形组成的组中的线形的线部分：波浪线形；圆形线形；和多边形线形。5.根据权利要求1所述的太阳能电池，其中所述金属层延伸超过大部分所述接触开口。6.根据权利要求1所述的太阳能电池，其中大部分所述接触开口在所述太阳能电池晶片衬底的边缘之前停止。7.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：哈拉尔德·哈恩，乔希·亚斯科夫，克丽丝·斯坦贝尔曼，托马斯·克兰克，罗曼·斯彻普，
申请(专利权)人：太阳世界工业美国有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US