背面具有细长交叉指状发射极区域和基极区域的背接触式太阳能电池及其生产方法技术

本发明专利技术涉及背接触式太阳能电池及其产生方法，其中细长发射极区域（５）和细长基极区域（７）在太阳能电池背面的表面上以精细交叉方式限定在半导体衬底（１）中。细长发射极区域（５）和与其成直角延伸的细长发射极电极（１１）接触，并且细长基极区域（７）和与其成直角延伸的细长基极电极（１３）接触，发射极区域和基极区域（５，７）的结构宽度基本小于发射极电极和基极电极的结构宽度。发射极区域和基极区域（５，７）的精细交叉排列导致半导体衬底内优良的电流收集性能和低串联电阻。由于金属电极的较低复杂结构，所以能够以简单且可靠的方式生产该金属电极结构。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】, nested emitter and base regions on ...的制作方法
本专利技术涉及背面具有细长交叉指状发射极区域和基极区域的背接触式太阳能电 池(rear-contact solar cell)并且还涉及用于生产这种背接触式太阳能电池的方法。
技术介绍
传统的太阳能电池具有排列在太阳能电池的朝向光的表面上的电极即正面电极， 和排列在太阳能电池的背向光的表面上的背面电极。在这些传统太阳能电池中，吸收光的 半导体衬底的最大体积部分正是与背面电极接触的半导体类型(例如P型)。传统上将该 体积部分称为基极并且因此传统上将背面电极称为基极电极。相反半导体类型(例如η型) 的薄层位于该半导体衬底的正面表面上的该区域中。传统上将该层称为发射极并且将与其 接触的电极称为发射极电极。在这种类型的传统太阳能电池中，作为电流收集的关键的ρη结因此正好位于太 阳能电池的正面表面下。ρη结的该位置有利于有效收集电流，特别是在使用劣等至中等 质量的半导体材料时，因为电荷载流子对的最高生成率存在于太阳能电池的朝向光的一侧 上，因此大多数光产生的(少数)电荷载流子只须覆盖到ρη结的短距离。然而，设置在太阳能电池正面上的发射极电极由于正面与其相关的局部遮蔽导致 效率的损失。为了增加太阳能电池效率，本质上在太阳能电池的背面设置基极电极和发射 极电极二者是有利的。为此，必须在太阳能电池的背面形成对应的发射极区域。在使用期 间发射极区域和基极区域二者位于背向光的一侧并且发射极电极和基极电极二者形成在 背面上的太阳能电池被称为背接触式太阳能电池。电流收集ρη结至少部分排列在太阳能电池背面上的这种背接触式太阳能电池， 必须解决在太阳能电池背面发射极区域和基极区域二者彼此相邻排列的问题。因此，可以 不再沿着太阳能电池整个表面形成ρη结；相反，与体基极区域一起形成ρη结的背面发射极 区域现在可以只形成在太阳能电池的背面表面的一部分上。背面基极区域必须提供在它们 之间以接触基极。图7中以截面示出传统背接触式太阳能电池的例子。半导体衬底101在其体内形 成例如P型半导体的基极区域。在背面表面103上形成发射极区域105。发射极区域105 覆盖背面表面103的大部分。在细长指状发射极区域105之间留下窄的直线形区域，半导体 衬底101的基极区域107在该区域到达背面表面103。背面表面103被可具有低折射率的 介电钝化层109覆盖，使得它可以例如用作太阳能电池的背面反射器，并且介电钝化层109 可以例如由二氧化硅形成。钝化层109具有局部开口 111，发射极电极113可以穿过该开口 接触发射极区域105。此外，介电层109具有开口 115，基极电极117可以穿过该开口接触 基极区域107，基极区域107局部到达背面表面。发射极电极113和基极电极117通过窄间 隙119彼此分开并且因此电绝缘。图8是图7中所示的传统背接触式太阳能电池的背面的平面图。可以看到细长的指状发射极电极和基极电极113、117如何以梳状方式指交叉排列。在此情况下发射极电极 113具有比基极电极117大很多的宽度。在它们的横向端部，发射极电极113连接到用于电 流收集的发射极母线121，发射极母线121在太阳能电池的边缘作为发射极金属涂层的展 宽而形成。相应地，在该电池背面的相对边缘，基极电极117引到基极母线123。在所描述的传统背接触式太阳能电池中，有以下优化问题为了有效收集光在基 极衬底101中产生的电荷载流子，尽可能宽阔的发射极区域105，也就是尽可能宽阔的pn结 是有利的，以使所产生的少子电荷载流子到pn结具有短的距离，并且可以在它们再结合之 前被收集。然而，在该传统太阳能电池设计中，宽阔的发射极对基极衬底101内的多数电荷 载流子意味着长距离。这可能导致电阻损失，特别是在表现为低电导率的轻掺杂的基极衬 底的情况下。因此必须在优化电流收集和减小串联电阻之间折中以进行电池优化。在其中结合指状电极113、117的太阳能电池的母线121、123的情况下，这些问题 被强化。在此情况下，该母线承载多个电极指到电流拾取点“焊垫”的电流总和。由于在此 情况下电流强度高，所以必须如图8中所示配置母线，使其比电极指宽。尤其在发射极母线 121的情况下，串联电阻问题因此显著增加并且可能由此减小整个太阳能电池的效率。在 母线123的区域中也可能出现减小的电流收集能力，在该传统电池设计中该区域没有发射 极；这也可能对整个太阳能电池的效率产生负面影响。另外，在用作焊垫的母线加宽区域 下，所提到的发射极母线和基极母线的损失以加强的形式出现。背接触式太阳能电池的优化中要考虑的另一方面是以下事实为了最小化生产成 本，通常以同一方法步骤例如通过金属的气相沉积涂敷发射极电极113和基极电极117。这 两种类型的电极因此具有基本相同的厚度。然而，在图7和图8中所示的背接触式太阳能 电池中，基极电极117比发射极电极113窄很多。然而，由于电极113、117 二者必须释放相 同的电流，所以发射极电极比涂敷足够用于通过基极电极从基极有效耗散电流的电极金属 层厚度时所需的厚得多。换句话说，当在同一处理步骤沉积基极和发射极电极时，在较宽阔 的发射极电极上沉积了不必要的大量金属。然而，用于电极的金属涂层的应用以及相关的 材料成本是太阳能电池的总成本中的相当大的部分。因此，希望以大致相同的宽度形成发射极电极和基极电极的金属电极，并且在此 情况下优选地使这两种类型的电极尽可能宽，使得可以在低金属层厚度实现尽可能低的金 属电极中的电阻。为了满足上述对背接触式太阳能电池的部分矛盾的要求，开发了例如图9中示意 性示出的背接触式太阳能电池。这些背接触式太阳能电池的基极区域和发射极区域205、 207以及基极和发射极电极213、217具有非常精细的结构。在此情况下结构宽度典型地在 5μπι 禾口 100 μ m 之间。所示出的太阳能电池类型只具有形成电流收集用的pn结的窄发射极区域205。窄 基极区域207每一个位于它们之间。这样，可以确保多数电荷载流子只须覆盖半导体衬底 201内部到基极区域207并且然后到基极电极217的短距离。同时，相邻发射极区域205之 间的短距离确保少数电荷载流子只须行进到达电流收集用的pn结的短距离，这可以确保 良好的电流收集效率。然而，已经发现，尤其对于宽阔的背接触式太阳能电池的成本效率高的大规模生 产，正确生产具有5至100 μ m宽度的这种精细结构的发射极区域和基极区域以及发射极电5极和基极电极是一个很大的技术挑战。在实验室规模，为此目的常常使用例如光刻法等高 精度方法。必须以非常高的可靠性执行这些加工方法，因为尤其是在发射极电极和基极电 极的相邻指之间的电极分离中，即使个别的错误也可能对太阳能电池造成相当大的损伤。 因此已经证明这种精细构造的背接触式太阳能电池非常不适合于廉价太阳能电池的主要 工业大规模制造。图9的这种精细构造的背接触式太阳能电池的另一问题可能在于如下事实由于 小的结构宽度，在相邻的发射极电极和基极电极213、217之间必须提供的用于电绝缘的间 隙219可能占据太阳能电池的背面表面面积的相当大部分。因此，必须将电极指的厚度选 择为相应地高，以提供本文档来自技高网...

【技术保护点】
背接触式太阳能电池，具有：半导体衬底（１）；所述半导体衬底（１）的背面表面（３）上的细长基极区域（７），所述基极区域（７）具有基极半导体类型；所述半导体衬底（１）的背面表面（３）上的细长发射极区域（５），所述发射极区域（５）具有与所述基极半导体类型相反的发射极半导体类型；横过所述细长发射极区域（５）的用于电接触所述发射极区域（５）的细长发射极电极（１１）；横过所述细长基极区域（７）的用于电接触所述基极区域（７）的细长基极电极（１３）；其中所述细长发射极区域（５）具有比所述细长发射极电极（１１）小的结构宽度，并且其中所述细长基极区域（７）具有比所述细长基极电极（１３）小的结构宽度。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：尼尔斯彼得哈德尔，
申请(专利权)人：太阳能研究所股份有限公司，
类型：发明
国别省市：DE[德国]