專(zhuān)利名稱(chēng)：防止有害的太陽(yáng)能電池極化的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及太陽(yáng)能電池，更具體地但不排他地涉及太陽(yáng)能電池結(jié)構(gòu)、組件、制造和現(xiàn)場(chǎng)安裝。
背景技術(shù)：
太陽(yáng)能電池是眾所周知的用于將太陽(yáng)輻射轉(zhuǎn)換成電能的設(shè)備。所述太陽(yáng)能電池可以利用半導(dǎo)體處理工藝在半導(dǎo)體晶片上制造。一般來(lái)說(shuō)，太陽(yáng)能電池可以通過(guò)在硅襯底上形成P型區(qū)和n型區(qū)來(lái)制造。每一相鄰的p型區(qū)和n型區(qū)都形成p-n結(jié)。照射在太陽(yáng)能電池上的太陽(yáng)輻射生成遷移到P型和n型區(qū)的電子和空穴。由此產(chǎn)生跨p-n結(jié)的電壓差。在背面接觸太陽(yáng)能電池中，P型和n型區(qū)耦合到在太陽(yáng)能電池背面上的金屬接觸，以便允許外部電路或設(shè)備耦合到太陽(yáng)能電池和由太陽(yáng)能電池供電。背面接觸太陽(yáng)能電池也在美國(guó)專(zhuān)利No. 5，053, 083和No. 4，927，770中予以公開(kāi)，兩者全文在此通過(guò)引用被納入。若干太陽(yáng)能電池可以連接在一起以形成太陽(yáng)能電池陣列。太陽(yáng)能電池陣列可以封裝成太陽(yáng)能電池組件。該組件包括允許太陽(yáng)能電池陣列經(jīng)受環(huán)境條件和用于現(xiàn)場(chǎng)的保護(hù)層。如果沒(méi)采取預(yù)防措施，太陽(yáng)能電池在現(xiàn)場(chǎng)可能被高度極化，造成減小的輸出功率。在這里公開(kāi)了用于防止有害的太陽(yáng)能電池極化的技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
在一個(gè)實(shí)施例中，通過(guò)提供從太陽(yáng)能電池的正面到晶片的本體(bulk)泄放電荷的導(dǎo)電通路來(lái)防止有害的太陽(yáng)能電池極化或者使之最小。例如，導(dǎo)電通路可以包括介質(zhì)鈍化層中的圖案化的孔、導(dǎo)電抗反射涂層或在抗反射涂層的頂部或底部表面上所形成的導(dǎo)電材料層。也可以通過(guò)偏置太陽(yáng)能電池組件在太陽(yáng)能電池的正面上的區(qū)來(lái)防止有害的太陽(yáng)能電池極化。基于閱讀本公開(kāi)的整體，對(duì)具有本領(lǐng)域普通技術(shù)的人員來(lái)說(shuō)，本發(fā)明的這些和其他特征將是顯而易見(jiàn)的，本公開(kāi)的整體包括附圖和權(quán)利要求書(shū)。


圖I表示可利用本發(fā)明實(shí)施例的實(shí)例太陽(yáng)能電池組件的分解圖。圖2示意地表示圖I的太陽(yáng)能電池組件的截面。
圖3A和圖3B表示發(fā)明人認(rèn)為造成太陽(yáng)能電池極化的機(jī)制的模型。圖4A、圖4B、圖5A、圖5B、圖5C、圖和圖6示意地表示出按照本發(fā)明的實(shí)施例的太陽(yáng)能電池的截面。圖7A示意地表示按照本發(fā)明的實(shí)施例的太陽(yáng)能電池組件。圖7B和7C示意地表示按照本發(fā)明的實(shí)施例的太陽(yáng)能系統(tǒng)。在不同的附圖中相同參考標(biāo)號(hào)的使用表明相同或相似的部件。除非另加注解，否則附圖不必按比例繪制。
具體實(shí)施例方式在本公開(kāi)中，為提供對(duì)本發(fā)明實(shí)施例的徹底了解，提供了許多具體細(xì)節(jié)，諸如裝置、部件和方法。然而，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員會(huì)認(rèn)識(shí)到，本發(fā)明在沒(méi)有一個(gè)或多個(gè)這些具體 細(xì)節(jié)的情況下也能得以實(shí)施。在其他情形下，為避免使本發(fā)明的各方面晦澀，未示出或者描述眾所周知的細(xì)節(jié)?，F(xiàn)在參照?qǐng)D1，示出了可利用本發(fā)明實(shí)施例的實(shí)例太陽(yáng)能電池組件100的分解圖。這樣的太陽(yáng)能電池組件也在共同轉(zhuǎn)讓的于2003年8月I日所提交的美國(guó)申請(qǐng)No. 10/633，188中被公開(kāi)。然而要注意到，本發(fā)明的實(shí)施例對(duì)其他太陽(yáng)能電池組件也是適用的。在圖I的例子中，該太陽(yáng)能電池組件100包括透明罩104、封裝物103 (即103-1、103-2)、包含互連的太陽(yáng)能電池200的太陽(yáng)能電池陣列110以及背板102。由于該太陽(yáng)能電池組件100典型地在固定應(yīng)用中得以使用，例如在屋頂上或者為發(fā)電站所使用，所以它是所謂的“陸上太陽(yáng)能電池組件”。因此，該太陽(yáng)能電池組件100裝有面向太陽(yáng)的透明罩104。在一個(gè)實(shí)施例中，透明罩104包括玻璃。太陽(yáng)能電池200的正面通過(guò)透明罩104朝向太陽(yáng)。封裝物103橫向連接并結(jié)合太陽(yáng)能電池200、罩104以及背板102以形成保護(hù)封裝。在一個(gè)實(shí)施例中，封裝物103包含乙烯-醋酸乙烯共聚物(poly-ethyl-vinyl acetate, “EVA”)。太陽(yáng)能電池200的背面面向附到封裝物103-1上的背板102。在一個(gè)實(shí)施例中，背板 102 包含出自 Madico 公司的 Tedlar/聚酯(Polyester)/EVA (“TPE”)。在 TPE 中，Tedlar是保護(hù)免遭環(huán)境影響的最外層，聚酯提供額外的電絕緣，EVA是促進(jìn)對(duì)封裝物103-1的附著力的非橫向連接薄層。用作背板102的TPE的替代物包括例如Tedlar/聚酯/Tedlar (TPT)。圖2示意地表示出太陽(yáng)能電池組件100的截面。為理解容易，圖2已用范例材料注釋。然而要注意到，在無(wú)損本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)的情況下也可以采用其他材料。為了本公開(kāi)的目的，太陽(yáng)能電池的正面包含在晶片203的正面上(即從鈍化層202向罩104)的材料、部件以及特征，而太陽(yáng)能電池的背面包含在晶片203的背面上(即從摻雜區(qū)204向背板102)的材料、部件以及特征。太陽(yáng)能電池200的正面上的材料被配置用以在正常工作期間面向太陽(yáng)。太陽(yáng)能電池200的正面上的材料就本性或厚度而言是透明的，以便允許太陽(yáng)輻射射過(guò)。在圖2的例子中，晶片203包括帶有n型正面擴(kuò)散區(qū)207的n型硅晶片。正面擴(kuò)散區(qū)207已示意地用虛線分開(kāi)以表明它處于晶片203的硅之中。介質(zhì)鈍化層(dielectricpassivation layer) 202在圖2的例子中包含二氧化娃,該介質(zhì)鈍化層202在晶片203的正面上形成?？狗瓷渫繉?anti-reflective coating, “ARC”)201在介質(zhì)鈍化層202的頂部形成。在一個(gè)實(shí)施例中，抗反射涂層201包含通過(guò)等離子體增強(qiáng)型化學(xué)氣相沉積(PECVD)所形成的厚度約為400埃的氮化硅。在一個(gè)實(shí)施例中，鈍化層202包含所形成的厚度約為200埃的二氧化硅。鈍化層202可以通過(guò)高溫氧化直接在晶片203的頂部表面上生長(zhǎng)。在圖2的例子中，用作太陽(yáng)能電池200的電荷收集結(jié)的p型摻雜(“P+”)和n型摻雜(“N+”)區(qū)204在晶片203中形成。在無(wú)損本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)的情況下，p型和n型摻雜區(qū)204也可以在晶片203外部形成，例如在晶片203背面上所形成的層之中。金屬接觸206在太陽(yáng)能電池200的背面上形成，其中每個(gè)金屬接觸206都耦合到相應(yīng)的p型或n型摻雜的收集區(qū)。氧化物層205被圖案化(p attern)以允許金屬接觸206連接到摻雜區(qū)204。典型地，金屬接觸206連接到太陽(yáng)能電池陣列110中的其他太陽(yáng)能電池200的金屬接觸。金屬接觸206允許外部電路或設(shè)備從太陽(yáng)能電池組件100接收電流。太陽(yáng)能電池200是背面接觸太陽(yáng)能電池，因?yàn)樗械狡涫占瘏^(qū)的電連接都在其背面形成。如在圖2中所示，太陽(yáng)能電池200通過(guò)背板102、封裝物103以及罩104保護(hù)。構(gòu)架(frame) 211包圍太陽(yáng)能電池200和其保護(hù)層。在某些狀況下，基本上可以降低太陽(yáng)能電池組件100的輸出功率產(chǎn)生能力。由于太陽(yáng)能電池組件100可以例如通過(guò)在有利的電流流通方向上用高電壓偏置太陽(yáng)能電池組件100而恢復(fù)回到其原始狀況，所以輸出功率的所述減少是可逆的。發(fā)明人認(rèn)為，這種輸出功率減少是由于在電荷如箭頭212所示從太陽(yáng)能電池200的正面向構(gòu)架211泄漏時(shí)，太陽(yáng)能電池200被極化。在一個(gè)例子中，正電荷載流子從太陽(yáng)能電池200的正面泄漏，由此讓抗反射涂層201的表面帶負(fù)電。在抗反射涂層201的表面上的負(fù)電荷吸引帶正電的光生空穴(positively charged light generated hole),所述帶正電的光生空穴中的一些同n型硅晶片203中的電子重組合，而不是在摻雜收集區(qū)處被收集。因?yàn)樘?yáng)能電池200具有n型正面擴(kuò)散區(qū)，所以當(dāng)在場(chǎng)中(in the field)介質(zhì)鈍化層202具有電場(chǎng)極性，使得電子被排斥、而空穴被吸引到在介質(zhì)鈍化層202和正面擴(kuò)散區(qū)207之間的界面時(shí)、也就是說(shuō)當(dāng)介質(zhì)鈍化層202的電位比正面擴(kuò)散區(qū)207小時(shí)，有害的極化可能發(fā)生。在場(chǎng)工作中，在以相對(duì)地的正電壓操作太陽(yáng)能電池200時(shí)，這將會(huì)發(fā)生。在太陽(yáng)能電池具有P型正面擴(kuò)散區(qū)的其他實(shí)施例中，當(dāng)太陽(yáng)能電池在場(chǎng)中相對(duì)地變成負(fù)偏置的(即成為更負(fù)的)時(shí)，有害的極化可能發(fā)生。如眾所周知的，可以摻雜P型硅晶片以具有n型正面擴(kuò)散區(qū)。同樣地，可以摻雜n型硅晶片以具有p型正面擴(kuò)散區(qū)。雖然實(shí)例太陽(yáng)能電池200具有n型硅晶片中的n型正面擴(kuò)散區(qū)，但本發(fā)明的教導(dǎo)可適于其他類(lèi)型的太陽(yáng)能電池襯底。圖3A示意地表示出發(fā)明人認(rèn)為是造成太陽(yáng)能電池極化原因的機(jī)制的模型。在圖3A的模型中，電流通過(guò)玻璃(例如罩104)的正面流向太陽(yáng)能電池或者從太陽(yáng)能電池流出，并且通過(guò)旁路泄漏到太陽(yáng)能電池的背面。電阻Rgl代表從氮化物ARC (例如抗反射涂層201)到玻璃正面的泄漏電阻，Rsh是從氮化物ARC到太陽(yáng)能電池的背面的旁路泄漏。實(shí)際上，將會(huì)有跨太陽(yáng)能電池出現(xiàn)的分布式電壓，所述分布式電壓在邊緣以低值開(kāi)始并且朝著中間增大。在任何情況下，氮化物ARC至硅晶片電壓不應(yīng)該超過(guò)氧化物擊穿電壓。在圖3A和3B中，電容“C”代表包括用作電介質(zhì)的氧化物鈍化層(例如介質(zhì)鈍化層202)、用作第一電容器板的氮化物ARC以及用作第二電容器板的硅晶片的電容器。圖3B示意地表示出圖3A結(jié)構(gòu)的集總元件近似等效電路。為該分析的目的,給電壓加參考符號(hào)到太陽(yáng)能電池的背面。假定起始柵極電壓是零的對(duì)該電路的瞬時(shí)解由方程式EQ. I表示
權(quán)利要求
1.一種太陽(yáng)能電池能量系統(tǒng)，包括 a)多個(gè)太陽(yáng)能電池，所述太陽(yáng)能電池中的每一個(gè)都包括 (i)正面和背面，所述正面在正常工作期間面向太陽(yáng)； (ii)在背面上所形成的多個(gè)金屬接觸，所述金屬接觸中的每一個(gè)都耦合到太陽(yáng)能電池的相應(yīng)P型摻雜的或n型摻雜的收集區(qū)； (iii)在正常工作期間面向太陽(yáng)的晶片表面上方所形成的介質(zhì)鈍化層；以及 (iv)在介質(zhì)鈍化層上方所形成的抗反射涂層； b)包括多個(gè)太陽(yáng)能電池的太陽(yáng)能電池組件陣列，所述太陽(yáng)能電池組件陣列具有處在正電壓的正端子和處在負(fù)電壓的負(fù)端子； c)至太陽(yáng)能電池組件陣列中的太陽(yáng)能電池組件的構(gòu)架的接地連接； d)逆變器，其被配置用以將由太陽(yáng)能電池組件陣列所產(chǎn)生的直流轉(zhuǎn)換成要被提供到電網(wǎng)的交流，該逆變器具有耦合到太陽(yáng)能電池組件陣列的正端子的正端子和耦合到太陽(yáng)能電池組件陣列的負(fù)端子的負(fù)端子； 其中，太陽(yáng)能電池組件陣列被偏置，使得防止電荷從太陽(yáng)能電池的正面泄漏到太陽(yáng)能電池組件的構(gòu)架。
2.權(quán)利要求I的太陽(yáng)能電池能量系統(tǒng)，其中，逆變器被配置以從太陽(yáng)能電池組件陣列接收平衡電壓，并且還包括 電阻，所述電阻把太陽(yáng)能電池組件陣列的端子耦合到地以使來(lái)自太陽(yáng)能電池組件陣列的平衡電壓失衡，使得防止電荷從太陽(yáng)能電池的正面泄漏。
3.權(quán)利要求2的太陽(yáng)能電池能量系統(tǒng)，其中，電阻把太陽(yáng)能電池組件陣列的正端子耦合到地。
4.權(quán)利要求I的太陽(yáng)能電池能量系統(tǒng)，其中多個(gè)太陽(yáng)能電池中的每一個(gè)太陽(yáng)能電池都具有n型正面擴(kuò)散區(qū)，以及其中通過(guò)把太陽(yáng)能電池組件陣列的正端子連接到地電位來(lái)偏置太陽(yáng)能電池組件陣列。
5.權(quán)利要求I的太陽(yáng)能電池能量系統(tǒng)，其中多個(gè)太陽(yáng)能電池中的每一個(gè)太陽(yáng)能電池都具有P型正面擴(kuò)散區(qū)，以及其中通過(guò)把太陽(yáng)能電池組件陣列的負(fù)端子連接到地電位來(lái)偏置太陽(yáng)能電池組件陣列。
6.權(quán)利要求4的太陽(yáng)能電池能量系統(tǒng)，其中通過(guò)電阻把太陽(yáng)能電池組件陣列的正端子連接到地。
全文摘要
在一個(gè)實(shí)施例中，通過(guò)提供從太陽(yáng)能電池(200B)的正面向晶片(203)的本體泄放電荷的導(dǎo)電通路來(lái)防止有害的太陽(yáng)能電池極化或者使之最小。例如，導(dǎo)電通路可以包括介質(zhì)鈍化層(202B)中圖案化的孔、導(dǎo)電抗反射涂層或在抗反射涂層的頂部或底部表面上所形成的導(dǎo)電材料層。也可以通過(guò)偏置太陽(yáng)能電池組件在太陽(yáng)能電池的正面上的區(qū)來(lái)防止有害的太陽(yáng)能電池極化。
文檔編號(hào)H01L31/048GK102683442SQ20121011249
公開(kāi)日2012年9月19日 申請(qǐng)日期2006年1月20日 優(yōu)先權(quán)日2005年3月3日
發(fā)明者D·D·史密斯, D·H·羅斯, D·德瑟斯特, N·卡米納, R·M·斯萬(wàn)森, V·德塞 申請(qǐng)人:太陽(yáng)能公司