集成旁路二極管的太陽電池及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種集成旁路二極管的太陽電池及其制備方法，其特征在于：所述襯底的摻雜類型為P型，襯底上形成有光電轉(zhuǎn)換部。所述襯底形成有至少一個(gè)貫穿襯底的過孔，在過孔側(cè)壁及襯底背面的過孔周圍形成N型擴(kuò)散層，在過孔中填充金屬，從而在過孔側(cè)壁形成肖特基旁路二極管。光電轉(zhuǎn)換部上的正面電極通過過孔中的填充金屬連接至襯底背面。本發(fā)明在制備全背電極芯片的過程中集成了旁路二極管，芯片制備封裝簡(jiǎn)單，有利于太陽電池的規(guī)?；瘧?yīng)用。
【專利說明】集成旁路二極管的太陽電池及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種集成旁路二極管的太陽電池及其制備方法，屬半導(dǎo)體器件與工藝【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]目前市場(chǎng)上大部分太陽電池為硅太陽電池，作為第一代太陽電池，其成本低，制作簡(jiǎn)單，得到了快速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，然而硅太陽電池存在一些難以克服的缺點(diǎn)，例如高純硅的制備過程中會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的環(huán)境污染問題、硅電池的效率達(dá)到了理論瓶頸難以繼續(xù)提升，整體效率偏低、硅電池不適用于聚光使得成本下降空間較小。而近些年來，作為第三代光伏發(fā)電技術(shù)的多結(jié)化合物太陽電池開始倍受關(guān)注，其光電轉(zhuǎn)化效率無論理論還是實(shí)際都是太陽能電池中最高的，并且通過優(yōu)化子電池的數(shù)量和能帶結(jié)構(gòu)可以不斷優(yōu)化，使其擁有廣闊的效率提升前景，另外由于三五族材料良好的耐熱能力，使得多結(jié)化合物太陽電池十分適合于高倍聚光條件，通過聚光可大大降低多結(jié)化合物太陽電池模組成本。
[0003]采用全背電池的太陽電池芯片，由于其正負(fù)電極都在芯片背面，使得組件焊接變得簡(jiǎn)單，可大大降低封裝成本，降低封裝損耗，提高模組的整體效率。目前全背電極的硅太陽電池技術(shù)已經(jīng)十分成熟，可以利用成熟的貫穿娃過孔(Through-Silicon-Via)工藝技術(shù)或者全背電極硅太陽電池芯片制備工藝，廣泛應(yīng)用于工業(yè)化生產(chǎn)。而多結(jié)化合物太陽電池由于其本身的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，還沒有可行性較高的全背電極方案。較常見的Ge/GaAs/GalnP三結(jié)太陽電池由于鍺襯底機(jī)械強(qiáng)度較弱，絕緣層難以制備，很難通過形成貫穿襯底的過孔的方式來形成全背電極的鍺基多結(jié)化合物太陽電池。
[0004]另一方面，在太陽能電池的實(shí)際應(yīng)用中，彼此獨(dú)立的太陽能電池往往需要串聯(lián)連接在一起形成陣列，從而達(dá)到特定的輸出功率來滿足應(yīng)用需求。組件中每一個(gè)單獨(dú)的電池均將承受正向偏壓，但這其中就涉及到一個(gè)無法避免的問題:當(dāng)所述電池中的任何一個(gè)因損壞或光照遮蔽，被遮蔽的電池將被迫承受陣列中其它電池產(chǎn)生的反向偏壓和電流，最終可能會(huì)永久性損壞該電池甚至導(dǎo)致組件的失效。因此，以單個(gè)或多個(gè)電池為單位并聯(lián)旁路二極管已成為各種類型太陽能電池組件陣列中不可缺少的組成部分。為了提高芯片集成度、優(yōu)化封裝效率，人們?cè)O(shè)計(jì)了很多種方式在太陽能電池芯片制備過程中集成旁路二極管，但這些方案有些需要犧牲芯片面積，有些不適用于全背電極的多結(jié)太陽能電池，而有些芯片工藝較為復(fù)雜。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是在于提供一種集成旁路二極管的太陽電池及其制備方法，該結(jié)構(gòu)與工藝能夠節(jié)省芯片面積，簡(jiǎn)化工藝步驟，使封裝更為方便，非常適用于全背電極的高效多結(jié)太陽電池，利于規(guī)模化和小型化。
[0006]為了達(dá)到上述技術(shù)方案，本發(fā)明是按以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
本發(fā)明公開了一種集成旁路二極管的太陽電池，其特征在于:包括P型襯底，至少具有一個(gè)貫穿所述襯底的第一過孔#型擴(kuò)散層，形成于所述第一過孔的側(cè)壁并向所述P型襯底的背面延伸；金屬結(jié)構(gòu)，填充所述第一過孔，其中直接接觸所述N型擴(kuò)散層的部分與所述N型擴(kuò)散層構(gòu)成肖特基旁路二極管，另一部分作為導(dǎo)電連接部；光電轉(zhuǎn)換部，形成于所述P型襯底之上，具有貫穿所述光電轉(zhuǎn)換部的第二過孔，其與所述第一過孔對(duì)應(yīng)，所述第二過孔內(nèi)填充有導(dǎo)電材料并通過一絕緣層與所述光電轉(zhuǎn)換部實(shí)現(xiàn)隔離；正面電極，形成于所述光電轉(zhuǎn)換部的正面上，并通過所述第一過孔和第二過孔引至所述襯底的背面。
[0007]優(yōu)選地，所述襯底為P型襯底,襯底材料為能形成N型摻雜區(qū)的半導(dǎo)體材料。
[0008]優(yōu)選地，所述金屬結(jié)構(gòu)為多層結(jié)構(gòu)，包括側(cè)壁直接接觸、與N型擴(kuò)散層形成肖特基接觸的金屬層，以及形成于肖特基接觸層金屬表面的高電導(dǎo)率的金屬層。
[0009]優(yōu)選地，所述光電轉(zhuǎn)換部為單結(jié)或多結(jié)的太陽電池結(jié)構(gòu)，每一結(jié)子電池的結(jié)構(gòu)均為上面為N型材料、下面為P型材料。
[0010]優(yōu)選地，所述形成于肖特基接觸層金屬表面的金屬層為高電導(dǎo)率金屬。
[0011]優(yōu)選地，所述絕緣層使得過孔內(nèi)金屬與外延層隔離開。
[0012]優(yōu)選地，所述襯底的背面設(shè)置有圖形化的正電極、與所述正面電極連接的負(fù)電極以及旁路二極管的N型電極。
[0013]優(yōu)選地，所述正面電極通過第二過孔中的導(dǎo)電材料與所述第一過孔中的導(dǎo)電連接部連接，從而引至所述襯底的背面。
[0014]優(yōu)選地，所述第二過孔位置與所述第一過孔的位置一致，其尺寸等于或略大于襯底上的第一過孔的尺寸。
[0015]本發(fā)明還公開了上述集成旁路二極管的太陽電池的制備方法，其特征在于:包括以下步驟:
(1)提供一P型襯底；
(2)在所述襯底上形成至少一個(gè)貫穿的第一過孔；
(3)在所述第一過孔的側(cè)壁形成N型擴(kuò)散層，并向所述襯底背面延伸；
(4)在所述第一過孔中填充金屬，其中直接接觸所述N型擴(kuò)散層的部分與所述N型擴(kuò)散層構(gòu)成肖特基旁路二極管，另一部分作為導(dǎo)電連接部；
(5)在所述襯底上形成光電轉(zhuǎn)換部；
(6)在所述光電轉(zhuǎn)換部上形成第二過孔并填充導(dǎo)電材料，其位置與所述P型襯底上的第一過孔相對(duì)應(yīng)，導(dǎo)電材料通過一絕緣層與所述光電轉(zhuǎn)換部實(shí)現(xiàn)隔離；
(7)在所述光電轉(zhuǎn)換部上形成正面電極，其通過所述第一過孔和第二過孔引至所述襯底的背面。
[0016]優(yōu)選地，還包括步驟(8 )在所述襯底背面形成肖特基旁路二極管的N型電極、電池的正電極以及與所述正面電極連接的電池負(fù)電極。
[0017]優(yōu)選地，所述步驟(4)中在第一過孔中填充第一層金屬材料，并高溫處理使其與N型擴(kuò)散層形成肖特基接觸。
[0018]優(yōu)選地，所述步驟(4)形成的金屬結(jié)構(gòu)為多層結(jié)構(gòu)，包括與側(cè)壁直接接觸、與N型擴(kuò)散層形成肖特基接觸的金屬層，以及形成于肖特基接觸層金屬表面的高電導(dǎo)率的金屬層。
[0019]優(yōu)選地，所述正面電極通過第二過孔中的導(dǎo)電材料與所述第一過孔中的導(dǎo)電連接部連接，從而引至所述襯底的背面。
[0020]優(yōu)選地，所述第二過孔位置與所述第一過孔位置一致，其尺寸等于或略大于所述襯底上第一過孔內(nèi)的導(dǎo)電連接部的尺寸。
[0021]本發(fā)明的創(chuàng)新點(diǎn)及技術(shù)效果包括以下:
采用襯底和光電轉(zhuǎn)換部上的過孔結(jié)構(gòu)將太陽電池的正面電極引到襯底背面，從而實(shí)現(xiàn)全背電極的單結(jié)或多結(jié)太陽電池結(jié)構(gòu)芯片，通過選擇較易制備過孔和過孔側(cè)壁絕緣層的襯底材料，避免了多結(jié)化合物太陽電池的過孔以及過孔側(cè)壁絕緣層制備難的問題，在P型襯底的過孔側(cè)壁形成N型擴(kuò)散層，并利用過孔中金屬與其形成肖特基接觸，從而利用過孔集成了肖特基結(jié)的旁路二極管，可節(jié)省芯片面積，簡(jiǎn)化工藝步驟，使封裝更為方便，非常適用于全背電極的高效多結(jié)太陽電池，有利于規(guī)模化和小型化的高效多結(jié)太陽電池芯片封裝。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]圖1為本發(fā)明一種集成旁路二極管的全背電極太陽電池結(jié)構(gòu)側(cè)面剖面示意圖，圖中:
001:正面電極；002:絕緣層；003:多結(jié)太陽電池結(jié)構(gòu)外延層；004:Si襯底；005:高電導(dǎo)率金屬；006:肖特基接觸層金屬；007:N型擴(kuò)散層；008:絕緣保護(hù)層；009:電池的負(fù)電極；010:旁路二極管的N型電極；011:電池的正電極。
【具體實(shí)施方式】
[0023]下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述，但不應(yīng)以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。實(shí)施例
[0024]下面實(shí)施例公開了一種集成旁路二極管的太陽電池，如圖1所示，包括:P型單晶Si襯底004，其至少具有一個(gè)貫穿所述襯底的第一過孔；N型擴(kuò)散層007，形成于所述第一過孔的側(cè)壁并向所述P型襯底的背面延伸；多層金屬結(jié)構(gòu)，填充所述第一過孔，其中肖特基接觸層金屬006直接與所述N型擴(kuò)散層007接觸，并構(gòu)成肖特基旁路二極管，高電導(dǎo)率金屬005，形成于肖特基接觸層金屬006表面，與其形成歐姆接觸；多結(jié)太陽電池結(jié)構(gòu)外延層003，形成于所述P型單晶Si襯底004之上，具有貫穿所述多結(jié)太陽電池結(jié)構(gòu)外延層003的第二過孔，其與所述第一過孔對(duì)應(yīng)，所述第二過孔內(nèi)填充有導(dǎo)電材料并通過SiNx絕緣層002與所述多結(jié)太陽電池結(jié)構(gòu)外延層003實(shí)現(xiàn)隔離；形成于所述多結(jié)太陽電池結(jié)構(gòu)外延層003的第二過孔側(cè)壁；正面電極001，形成于所述多結(jié)太陽電池結(jié)構(gòu)外延層003的正面上，并通過所述第一過孔和第二過孔引至所述襯底的背面；SiO2絕緣保護(hù)層008，形成于在所述襯底的背面，并露出電極窗口 ；肖特基旁路二極管的N型電極010、電池的正電極011以及與所述正面電極連接的負(fù)電極009，形成于所述襯底背面的電極窗口。
[0025]以下通過實(shí)施例對(duì)本發(fā)明所述的一種集成旁路二極管的太陽電池的制備方法進(jìn)行具體說明:
如圖1所示，一種集成旁路二極管的太陽電池，可選擇如下步驟獲得:
(I)本實(shí)例采用的襯底為P型單晶Si襯底004，采用激光蝕刻的方法形成至少一個(gè)貫穿襯底的第一過孔，在Si襯底004正面與背面采用熱氧化等方式形成SiO2等擴(kuò)散阻擋層，然后采用熱擴(kuò)散的方法在第一過孔側(cè)壁以及襯底背面的過孔周圍形成N型擴(kuò)散層007，采用蒸發(fā)、電鍍或者絲網(wǎng)印刷等方式在過孔中填充Cu或Ag等高電導(dǎo)率金屬005，經(jīng)高溫退火，直接接觸N型擴(kuò)散層007接觸的高電導(dǎo)率金屬005表面形成肖特基接觸層金屬006，高電導(dǎo)率金屬005的上下端作為導(dǎo)電連接部，去除擴(kuò)散阻擋層。
[0026](2)用MBE方式在Si襯底004上生長(zhǎng)Ge緩沖層，用MOCVD方式在Ge緩沖層上依次生長(zhǎng)Ge底電池、InGaAs中電池、GaInP頂電池以及高摻雜InGaAs歐姆接觸層，從而形成多結(jié)太陽電池結(jié)構(gòu)外延層003。
[0027](3)從該外延片正面對(duì)多結(jié)太陽電池結(jié)構(gòu)外延層003進(jìn)行光刻，并通過Cl2/Ar混合氣體氛圍下的反應(yīng)離子刻蝕制備出外延層第二過孔，其位置與所述P型襯底上的第一過孔相對(duì)應(yīng)，第二過孔直徑稍大于Si襯底上的第一過孔直徑。
[0028](4)采用PECVD方式在外延層第二過孔側(cè)壁上形成一層SiNx絕緣層002，并通過光刻和腐蝕的方法去除第二過孔底部的SiNx絕緣層，露出Si襯底過孔中的貫穿高電導(dǎo)率金屬但不露出娃材料。
[0029](5)從該外延片正面進(jìn)行光刻，蒸鍍金屬導(dǎo)電材料并剝離形成圖形化正面電極001，金屬導(dǎo)電材料通過SiNx絕緣層002與所述光電轉(zhuǎn)換部實(shí)現(xiàn)隔離，金屬導(dǎo)電材料厚度應(yīng)大于外延層厚度，使得正面電極001通過外延層第二過孔與Si襯底第一過孔引至所述襯底的背面，使得金屬電極001與貫穿高電導(dǎo)率金屬005相連，腐蝕掉未被正面電極覆蓋的高摻雜InGaAs歐姆接觸層。
[0030](6)用電子束蒸發(fā)的方法在太陽電池正面形成減反膜，在襯底背面進(jìn)行光刻，腐蝕掉貫穿金屬上和背電極區(qū)域的SiO2絕緣保護(hù)層008，蒸鍍并剝離形成肖特基旁路二極管的N型電極010、電池的正電極011以及與所述正面電極連接的電池的負(fù)電極009，其中電池的負(fù)電極兼做旁路二極管的P型電極，最后對(duì)芯片進(jìn)行快速熱退火使得金屬與半導(dǎo)體相熔合形成歐姆接觸。
【權(quán)利要求】
1.集成旁路二極管的太陽能電池，包括: [0001]P型襯底，至少具有一個(gè)貫穿所述襯底的第一過孔； N型擴(kuò)散層，形成于所述第一過孔的側(cè)壁并向所述P型襯底的背面延伸； 金屬結(jié)構(gòu)，填充所述第一過孔，其中直接接觸所述N型擴(kuò)散層的部分與所述N型擴(kuò)散層構(gòu)成肖特基旁路二極管，另一部分作為導(dǎo)電連接部； 光電轉(zhuǎn)換部，形成于所述P型襯底之上，具有貫穿所述光電轉(zhuǎn)換部的第二過孔，其與所述第一過孔對(duì)應(yīng)，所述第二過孔內(nèi)填充有導(dǎo)電材料并通過一絕緣層與所述光電轉(zhuǎn)換部實(shí)現(xiàn)隔離； 正面電極，形成于所述光電轉(zhuǎn)換部的正面上，并通過所述第一過孔和第二過孔引至所述襯底的背面。
2.如權(quán)利要求1所述的集成旁路二極管的太陽電池，其特征在于:所述P型襯底的材料為能形成N型摻雜區(qū)的半導(dǎo)體材料。
3.如權(quán)利要求1所述的一種集成旁路二極管的太陽電池，其特征在于:所述金屬結(jié)構(gòu)為多層結(jié)構(gòu)，包括側(cè)壁直接接觸、與N型擴(kuò)散層形成肖特基接觸的金屬層，以及形成于肖特基接觸層金屬表面的高電導(dǎo)率的金屬層。
4.如權(quán)利要求1所述的集成旁路二極管的太陽電池，其特征在于:所述光電轉(zhuǎn)換部為單結(jié)或多結(jié)的太陽電池結(jié)構(gòu)，每一結(jié)子電池的結(jié)構(gòu)均為上面為N型材料、下面為P型材料。
5.如權(quán)利要求1所述的集成旁路二極管的太陽電池，其特征在于:所述正面電極通過第二過孔中的導(dǎo)電材料與所述第一過孔中的導(dǎo)電連接部連接，從而引至所述襯底的背面。
6.如權(quán)利要求1所述的 集成旁路二極管的太陽電池，其特征在于:所述襯底的背面設(shè)置有圖形化的正電極、與所述正面電極連接的負(fù)電極以及旁路二極管的N型電極。
7.如權(quán)利要求1所述的集成旁路二極管的太陽電池，其特征在于:所述第二過孔位置與所述第一過孔的位置一致，其尺寸等于或略大于襯底上的第一過孔的尺寸。
8.集成旁路二極管的太陽電池的制備方法，包括以下步驟: 提供一 P型襯底； 在所述襯底上形成至少一個(gè)貫穿的第一過孔； 在所述第一過孔的側(cè)壁形成N型擴(kuò)散層，并向所述襯底背面延伸； 在所述第一過孔中填充金屬，其中直接接觸所述N型擴(kuò)散層的部分與所述N型擴(kuò)散層構(gòu)成肖特基旁路二極管，另一部分作為導(dǎo)電連接部； 在所述襯底上形成光電轉(zhuǎn)換部； 在所述光電轉(zhuǎn)換部上形成第二過孔并填充導(dǎo)電材料，其位置與所述P型襯底上的第一過孔相對(duì)應(yīng)，導(dǎo)電材料通過一絕緣層與所述光電轉(zhuǎn)換部實(shí)現(xiàn)隔離； 在所述光電轉(zhuǎn)換部上形成正面電極，其通過所述第一過孔和第二過孔引至所述襯底的背面。
9.如權(quán)利要求8所述的集成旁路二極管的太陽電池的制備方法，其特征在于:還包括步驟(8)在所述襯底背面形成肖特基旁路二極管的N型電極、電池正電極以及與所述正面電極連接的電池負(fù)電極。
10.如權(quán)利要求8所述的集成旁路二極管的太陽電池的制備方法，其特征在于:所述步驟(4)中在第一過孔中填充第一層金屬材料，并高溫處理使其與N型擴(kuò)散層形成肖特基接觸。
11.如權(quán)利要求8所述的集成旁路二極管的太陽電池的制備方法，其特征在于:所述步驟(4)形成的金屬結(jié)構(gòu)為多層結(jié)構(gòu)，包括與側(cè)壁直接接觸、與N型擴(kuò)散層形成肖特基接觸的金屬層，以及形成于肖特基接觸層金屬表面的高電導(dǎo)率的金屬層。
12.如權(quán)利要求11所述的集成旁路二極管的太陽電池的制備方法，其特征在于:所述正面電極通過第二過孔中的導(dǎo)電材料與所述第一過孔中的導(dǎo)電連接部連接，從而引至所述襯底的背面。
13.如權(quán)利要求11所述的集成旁路二極管的太陽電池的制備方法，其特征在于:所述第二過孔位置與所述第一過孔位置一致，其尺寸等于或略大于所述襯底上第一過孔內(nèi)的導(dǎo)電連接 部的尺寸。
【文檔編號(hào)】H01L27/142GK103441155SQ201310399140
【公開日】2013年12月11日 申請(qǐng)日期:2013年9月5日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月5日
【發(fā)明者】劉冠洲, 林桂江, 畢京鋒, 熊偉平, 安暉, 吳志敏, 宋明輝 申請(qǐng)人:天津三安光電有限公司