本公開的實施例屬于可再生能源領(lǐng)域，具體地講，涉及具有通過金屬化結(jié)構(gòu)耦接的多個子電池的太陽能電池，以及形成具有通過金屬化結(jié)構(gòu)耦接的多個子電池的太陽能電池的分割方法。

背景技術(shù)：

光伏電池(常被稱為太陽能電池)是熟知的用于將太陽輻射直接轉(zhuǎn)換為電能的裝置。一般來講，使用半導體加工技術(shù)在基板的表面附近形成p-n結(jié)而在半導體晶片或基板上制造太陽能電池。照射在基板表面上并進入基板內(nèi)的太陽輻射在基板塊體中形成電子空穴對。電子空穴對遷移至基板中的p摻雜區(qū)和n摻雜區(qū)，從而使摻雜區(qū)之間生成電壓差。將摻雜區(qū)連接至太陽能電池上的導電區(qū)，以將電流從電池引導至與其耦接的外部電路。

效率是太陽能電池的重要特性，因其直接與太陽能電池發(fā)電能力有關(guān)。同樣，制備太陽能電池的效率直接與此類太陽能電池的成本效益有關(guān)。因此，提高太陽能電池效率的技術(shù)或提高制造太陽能電池效率的技術(shù)是普遍所需的。本公開的一些實施例允許通過提供制造太陽能電池結(jié)構(gòu)的新工藝而提高太陽能電池的制造效率。本公開的一些實施例允許通過提供新型太陽能電池結(jié)構(gòu)來提高太陽能電池效率。

附圖說明

圖1A示出了根據(jù)本公開實施方案的太陽能電池在分割以形成物理上分離的子電池之前的剖視圖。

圖1B示出了根據(jù)本公開實施方案的太陽能電池在分割以形成物理上分離的子電池之后的剖視圖。

圖2示出了根據(jù)本公開的實施方案使用金屬作為電池分割的后擋板的一對已分割子電池的一部分的剖視圖。

圖3示出了根據(jù)本公開的實施方案使用聚合物或其他非金屬作為電池分割的后擋板的一對已分割子電池的一部分的剖視圖。

圖4A示出了根據(jù)本公開的實施方案已被切割成四個并聯(lián)子電池的太陽能電池從金屬化側(cè)觀察的平面圖。

圖4B示出了根據(jù)本公開的另一個實施方案已被切割成四個并聯(lián)子電池的另一個太陽能電池從金屬化側(cè)觀察的平面圖。

圖5A示出了根據(jù)本公開的實施方案已被切割成并聯(lián)布置的兩個子電池的太陽能電池從金屬化側(cè)觀察的平面圖。

圖5B示出了根據(jù)本公開的實施方案已被切割成串聯(lián)布置的兩個子電池的太陽能電池從金屬化側(cè)觀察的平面圖。

圖5C示出了根據(jù)本公開的實施方案已被切割成串聯(lián)布置的六個子電池的太陽能電池從金屬化側(cè)觀察的平面圖。

圖5D示出了根據(jù)本公開的實施方案已被切割成串聯(lián)布置的十個子電池的太陽能電池從金屬化側(cè)觀察的平面圖。

圖6示出了根據(jù)本公開的一個或多個實施方案的電池分割考慮因素和方法的代表性示例。

圖7示出了根據(jù)本公開的實施方案采用激光刻繪將太陽能電池分割形成子電池的三種可能的途徑。

圖8為根據(jù)本公開的實施方案的流程圖，該流程圖表示使用分割形成子電池的制造太陽能電池的方法中的操作。

圖9為根據(jù)本公開的另一個實施方案的流程圖，該流程圖表示使用分割形成子電池的制造太陽能電池的另一種方法中的操作。

具體實施方式

以下具體實施方式本質(zhì)上只是例證性的，并非意圖限制所述主題的實施例或此類實施例的應用和用途。如本文所用，詞語“示例性”意指“用作示例、實例或舉例說明”。本文描述為示例性的任何實施未必理解為相比其他實施優(yōu)選的或有利的。此外，并不意圖受前述技術(shù)領(lǐng)域、背景技術(shù)、

技術(shù)實現(xiàn)要素：
或以下具體實施方式中提出的任何明示或暗示的理論的約束。

本說明書包括對“一個實施方案”或“實施方案”的提及。短語“在一個實施方案中”或“在實施方案中”的出現(xiàn)不一定是指同一實施方案。特定的特征、結(jié)構(gòu)或特性可以任何與本公開一致的合適方式加以組合。

術(shù)語。以下段落提供存在于本公開(包括所附權(quán)利要求書)中的術(shù)語的定義和/或語境：

“包括”。該術(shù)語是開放式的。如在所附權(quán)利要求書中所用，該術(shù)語并不排除另外的結(jié)構(gòu)或步驟。

“被配置為”。各種單元或部件可被描述或主張成“被配置為”執(zhí)行一項或多項任務。在這樣的語境下，“被配置為”用于通過指示該單元/部件包括在操作期間執(zhí)行一項或多項那些任務的結(jié)構(gòu)而暗示結(jié)構(gòu)。因此，即使當指定的單元/部件目前不在操作(例如，未開啟/激活)時，也可將該單元/部件說成是被配置為執(zhí)行任務。詳述某一單元/電路/部件“被配置為”執(zhí)行一項或多項任務明確地意在對該單元/部件而言不援用35U.S.C.§112第六段。

如本文所用的“第一”、“第二”等這些術(shù)語用作其之后的名詞的標記，而并不暗示任何類型的順序(例如，空間、時間和邏輯等)。例如，提及“第一”太陽能電池并不一定暗示該太陽能電池為某一序列中的第一個太陽能電池；相反，術(shù)語“第一”用于區(qū)分該太陽能電池與另一個太陽能電池(例如，“第二”太陽能電池)。

“耦接”–以下描述是指元件或節(jié)點或結(jié)構(gòu)特征被“耦接”在一起。如本文所用，除非另外明確指明，否則“耦接”意指一個元件/節(jié)點/結(jié)構(gòu)特征直接或間接連接至另一個元件/節(jié)點/結(jié)構(gòu)特征(或直接或間接與其連通)，并且不一定是機械耦接。

此外，以下描述中還僅為了參考的目的使用了某些術(shù)語，因此這些術(shù)語并非意圖進行限制。例如，諸如“上部”、“下部”、“上方”或“下方”之類的術(shù)語是指所參考的附圖中的方向。諸如“正面”、“背面”、“后面”、“側(cè)面”、“外側(cè)”和“內(nèi)側(cè)”之類的術(shù)語描述部件的某些部分在一致但任意的參照系內(nèi)的取向和/或位置，通過參考描述所討論的部件的文字和相關(guān)的附圖可以清楚地了解所述取向和/或位置。這樣的術(shù)語可以包括上面具體提及的詞語、它們的衍生詞語以及類似意義的詞語。

本文描述了具有通過金屬化結(jié)構(gòu)耦接的多個子電池的太陽能電池，以及形成具有通過金屬化結(jié)構(gòu)耦接的多個子電池的太陽能電池的分割方法。在下面的描述中，給出了許多具體細節(jié)，諸如具體的工藝流程操作，以便提供對本公開的實施例的透徹理解。對本領(lǐng)域的技術(shù)人員將顯而易見的是可在沒有這些具體細節(jié)的情況下實踐本公開的實施例。在其他情況中，沒有詳細地描述熟知的制造技術(shù)，諸如太陽能電池發(fā)射極區(qū)域制造技術(shù)，以避免不必要地使本公開的實施方案難以理解。此外，應當理解在圖中示出的多種實施方案是示例性的展示并且未必按比例繪制。

本文公開了具有通過金屬化結(jié)構(gòu)耦接的多個子電池的太陽能電池。在一實施方案中，太陽能電池包括多個子電池，每個子電池具有已分割的物理上分離的半導體基板部分。已分割的物理上分離的半導體基板部分的相鄰者之間具有溝槽。太陽能電池還包括單片金屬化結(jié)構(gòu)。單片金屬化結(jié)構(gòu)的一部分耦接多個子電池中的子電池。已分割的物理上分離的半導體基板部分的相鄰者之間的溝槽暴露單片金屬化結(jié)構(gòu)的一部分。

本文還公開了形成具有通過金屬化結(jié)構(gòu)耦接的多個子電池的太陽能電池的分割方法。在一實施方案中，制造太陽能電池的方法涉及在半導體基板的第一表面上形成金屬化結(jié)構(gòu)。該方法還涉及從半導體基板的第二相背對表面刻繪該半導體基板?？汤L被金屬化結(jié)構(gòu)的部分停止，并從第二表面暴露所述部分。

在另一個實施方案中，太陽能電池具有帶第一表面的半導體基板，制造這種太陽能電池的方法涉及：直接在半導體基板的第一表面上形成位于太陽能電池的至少兩個子太陽能電池之間的互連件，從而在這兩個子電池之間提供電池間電連接，然后將半導體基板向上切割至第一表面，以在物理上隔離所述至少兩個子太陽能電池。

更一般地說，各實施方案涉及使用金屬化作為柄部，以便能夠在不增加模塊互連件或不需要處理更小的電池的情況下實現(xiàn)太陽能電池晶片的切割或分割。在示例性實施方案中，將單個太陽能電池(例如，125cm、156cm、210cm)細分成更小的電池，以實現(xiàn)模塊電流和電壓的靈活性以及金屬化的靈活性。例如，單個硅P/N二極管具有0.6V至0.74V的開路電壓(Voc)。太陽能電池的最大功率電壓(Vmp)可為大約0.63V。因此，單個二極管電池將具有0.63V的電壓。如果在單個全區(qū)域晶片上生成10個子二極管，并且將它們串聯(lián)連接，則整個電池的電壓將是6.3V(對于標準電池而言，大概是1/10的電流，或約0.5A)。具有這種電壓范圍的電池的應用可以是USB充電規(guī)范1.2。如果要將具有該電壓的96個電池串聯(lián)布置在模塊中，則所述模塊的操作電壓將為大約604.8V DC。具有這種電壓范圍的模塊可應用于簡化逆變器內(nèi)部的電力電子設(shè)備，所述逆變器使電壓從低直流電壓轉(zhuǎn)換為高交流電壓(大約240Vrms)。

能夠控制電壓，反之就能控制電流，由于功率損耗與金屬的電阻損耗相關(guān)，這種控制能力最終決定了成品裝置所需的金屬厚度。例如，對于5英寸晶片上的叉指型背接觸(IBC)電池，標稱觸指長度為125mm長，并且需要大約30微米的鍍銅(Cu)來防止電網(wǎng)損耗。在6英寸晶片上，觸指長度會延長至156毫米，并且由于電阻損耗與長度的平方成正比，這可需要大約48微米的金屬厚度。這種可能(例如，通過帶來更多的直接材料成本以及降低工具的吞吐量)為金屬化增加了大量的成本。因此，采用多二極管解決方案能夠控制觸指長度和電池參數(shù)，從而可使太陽能電池金屬化處理具有更大的靈活性。具體地講，對于較大電池上的應用而言，增大電池尺寸也會產(chǎn)生更多電流。此外，現(xiàn)場操作中裝置的溫度取決于電流，并且通常應盡量使該溫度最低化，以避免加速老化作用，并在電池進入反向偏置時避免更高溫度的風險。此外，一般來講，較低的電流將改善模塊的整體可靠性。

在一實施方案中，使用金屬化方案來使子電池在母電池內(nèi)保持在一起，并且為子電池提供機械完整性，使得在構(gòu)建所述模塊時不一定帶來額外的處理復雜性，而且電池保持物理上分離。一些實施方案還涉及在子電池互連件之內(nèi)使用內(nèi)置應變消除裝置。所述實施方案可允許擴展至更大的晶片，且不會帶來制造中的處理復雜性或金屬化問題，也不會增加現(xiàn)場可靠性問題。

為了提供語境，當使用其上形成有單個二極管的較大晶片制造太陽能電池時，會生成較大的電流。這種增大的電流通常需要更厚的金屬來避免Rs損耗，而Rs損耗可使所制造的太陽能電池更加昂貴且復雜。業(yè)內(nèi)現(xiàn)有解決方案涉及將電池切割成較小的單個二極管，例如2個、4個、16個二極管等，使得電流因更小的面積以及沿接觸指更短的電流輸送長度而減小。然而，實施這種方法時經(jīng)常會出現(xiàn)兩個問題。第一，會產(chǎn)生個體部件，因為需要對每個子電池進行處理和互連。因此，需要數(shù)量更多的電池間互連件，并且需要在電池內(nèi)處理不同尺寸的較小晶片。第二，在模板(例如，底板)上有時會產(chǎn)生子部件，這些子部件會將子電池連結(jié)在一起。與此類方法相關(guān)的一個問題是底板的成本，以及通過底板接合的復雜性。此外，為使系統(tǒng)的性能達到最佳，每個子電池的電流應相匹配，由于多條對稱軸以及電池上的“無效”空間(例如，來自電鍍或測試焊盤或者互連焊盤的“無效”空間)，這使得偽正方形單晶晶片變得復雜。這帶來了一些幾何約束。此外，在需要利用金屬將子電池組件物理地保持在一起而不分流到相鄰子電池的情況下，這給例如串聯(lián)的1/4電池設(shè)計帶來了一些挑戰(zhàn)，這種設(shè)計需要新型發(fā)射極和金屬構(gòu)造，以便將電池保持在一起而無需對單個部件進行處理。

為了解決上述問題，本文所述的一個或多個實施方案涉及將單片金屬化結(jié)構(gòu)有效地實現(xiàn)為底板，以在分割前將子電池連結(jié)在一起。這種方法能夠?qū)崿F(xiàn)對應母電池上的電池間連接，而不需要處理單獨的子電池或額外的金屬互連件。此外，這種方法允許互連件的內(nèi)置金屬化，并由此去除或大幅減少傳統(tǒng)互連焊盤中的任何無效空間。應當理解的是，使用金屬或金屬化結(jié)構(gòu)來將電池連結(jié)在一起可能會涉及新的挑戰(zhàn)和風險。例如，由于每個子電池通常都應具有相同的面積，因此它們通常都應具有相同的電流和電壓性質(zhì)。在具體實施方案中，對于偽正方形構(gòu)造而言，可能需要以允許簡單互連的方式來制造發(fā)射極和金屬設(shè)計。根據(jù)本文所述的實施方案，下文更詳細地描述了使用半電池、四分電池、10電池或6電池設(shè)計的若干示例性布局。另外，可在不使用不同于背面金屬化結(jié)構(gòu)的底板的情況下實施本文所述的一個或多個實施方案。一些實施方案涉及背接觸太陽能電池，并且一些實施方案允許制造具有可控電壓和電流的切割的多二極管電池、具有可變電壓和電流的模塊以及制造相對大的電池。

根據(jù)本文所述的另外的實施方案，描述了用于應對子電池間金屬失效風險的方法，例如，通過提供消除電池間應變的方法來應對這種風險。在一個示例性實施方案中，為電池間互連件內(nèi)置應變消除裝置的設(shè)計與上文所述的分割方法一起實施。

在另外的實施方案中，描述了用于應對由經(jīng)切割的電池引起功率損耗的風險的方法。在一個示例性實施方案中，實施了用于減少邊際損耗的方法。在一個此類實施方案中，在對太陽能電池的光接收表面進行紋理化之前執(zhí)行預刻槽。然后是裂片工藝和可能的隔離后鈍化工藝。在一個此類實施方案中，發(fā)射極被設(shè)計成使得劃線主要或完全落在N摻雜區(qū)中，未鈍化的N摻雜區(qū)的復合速率低于未鈍化的P摻雜區(qū)，因此導致功率損耗顯著更小。在另一個實施方案中，由于未鈍化結(jié)的復合顯著更高，從而導致更大的功率損耗，因此發(fā)射極和劃線被設(shè)計成使得劃線與P-N結(jié)幾乎沒有或者沒有交叉點。此外，在一實施方案中，某些激光參數(shù)可能會導致側(cè)壁的損壞、熔融以及后側(cè)絕緣介電堆疊的破壞，基于這樣的理解，選擇可使這種損壞、熔融和破壞最小化的激光參數(shù)。通常情況下，這會促使人們選擇脈沖長度較短(例如小于大約10納秒)的激光，并且促成中途停止破壞后側(cè)電介質(zhì)(例如，機械分離后的刻槽)的處理。

在另外的實施方案中，描述了用于應對基板或晶片(例如，硅)隔離工藝中金屬損傷風險的方法。在一個示例性實施方案中，通過使用緩沖材料作為燒蝕擋板，消除或至少減輕了損傷，使得金屬不被直接刻繪。

額外風險可能涉及(例如)由于未完全隔離Si或讓隔離的Si區(qū)域在循環(huán)期間彼此接觸而產(chǎn)生穿過基部的分流。一個或多個實施方案通過引入封裝劑來填充各個硅部分之間的溝槽，以便減輕分流和硅磨耗的風險，從而解決此類問題。在一個此類實施方案中，使用耐金屬的鈍化材料作為初級或次級抗反射涂層(ARC)，以使邊緣鈍化和絕緣。

如下文結(jié)合附圖更詳細所述，本文所述的具體實施方案可基于以下理解而實施：可以使用厚度大于約20微米的金屬或金屬化結(jié)構(gòu)來防止本來因使用金屬將電池保持在一起而與太陽能電池中的硅(Si)破裂相關(guān)的功率損耗。本文所述的實施方案提供了接合到具有子電池的全區(qū)域晶片的金屬結(jié)構(gòu)(例如，電鍍金屬、金屬箔、金屬帶等)。所述金屬被圖案化，使得子電池互連件在與子電池金屬化相同的操作中形成。此外，子電池布置在全電池內(nèi)，使得Si可被隔離，從而得到通過所得金屬化結(jié)構(gòu)連接的整數(shù)個子二極管。對于一些實施方案而言，這種布置方式可能需要采用并聯(lián)二極管構(gòu)造(例如，2個、4個等)，其例子在下文會更詳細地描述。在使用具有足夠厚度的金屬化結(jié)構(gòu)進行連接后，可將二極管進行隔離。在一個此類實施方案中，在電鍍或形成期間將金屬圖案化，從而在電池之間包括應變消除特征，例如具有圓角溝槽。隔離之后，可使邊緣鈍化和/或絕緣，從而既限制邊緣處復合引起的功率損耗，又對分流提供絕緣。

作為本文所涉及的概念的示例性表示，圖1A和圖1B分別示出了根據(jù)本公開的實施方案的太陽能電池在分割以形成物理上分離的子電池之前和之后的剖視圖。

參見圖1A，太陽能電池100包括基板102，該基板具有設(shè)置在其上的金屬化結(jié)構(gòu)104。太陽能電池100在基板102中或上方包括交替的N型區(qū)域和P型區(qū)域。在一個實施方案中，金屬化結(jié)構(gòu)104是單片金屬化結(jié)構(gòu)，如下文更詳細所述。參見圖1B，太陽能電池100已被分割或切割，從而提供具有在物理上彼此分離的子電池108和110的太陽能電池106。在一個實施方案中，太陽能電池100是采用激光燒蝕來分割的，這在下文會更詳細地描述。在一個實施方案中，分割時形成的所得溝槽112填充有封裝材料114，如圖1B所示。在一個實施方案中，同樣如圖1B所示，金屬化結(jié)構(gòu)104的一部分116橋接兩個子電池108和110。在具體實施方案中，子電池108和110提供串聯(lián)或并聯(lián)的二極管結(jié)構(gòu)，其例子在下文有詳細描述。

再次參見圖1A和圖1B，在切割期間(例如，在基板102材料的激光燒蝕期間)，金屬化結(jié)構(gòu)104的部分116被同時用作機械支撐件和后擋板。在第一具體示例中，圖2示出了根據(jù)本公開的實施方案使用金屬作為電池分割的后擋板的一對已分割子電池的一部分的剖視圖。參見圖2，分割基板102時形成子電池108和110，所述子電池之間具有溝槽112。金屬化結(jié)構(gòu)104的部分116直接形成在基板102的背表面上，因此，金屬或金屬區(qū)域在分割期間被用作后擋板。

在第二具體示例中，圖3示出了根據(jù)本公開的實施方案使用緩沖材料作為電池分割的后擋板的一對已分割子電池的一部分的剖視圖。參見圖3，分割基板102時形成子電池108和110，所述子電池之間具有溝槽112。然而，金屬化結(jié)構(gòu)104的部分116形成在聚合物區(qū)域120上，而聚合物區(qū)域直接形成在基板102的背表面上，因此，聚合物或其他金屬或非金屬區(qū)域在分割期間被用作后擋板。在圖2和圖3的任一種情況下，應當理解，在實施方案中，金屬化結(jié)構(gòu)104可被視作單片金屬化結(jié)構(gòu)，如下文更詳細所述。此外，在實施方案中，在任一種情況下，子電池互連件是在與子電池金屬相同的操作中制造的。或者，可在外部應用子電池互連件，但需要額外的處理操作。

再次參見圖1A、圖1B和圖2，更一般地說，在實施方案中，太陽能電池包括多個子電池。子電池中的每一個都具有已分割的物理上分離的半導體基板部分。已分割的物理上分離的半導體基板部分的相鄰者之間具有溝槽。太陽能電池還包括金屬化結(jié)構(gòu)。金屬化結(jié)構(gòu)的一部分與多個子電池中的一些子電池耦接。此外，已分割的物理上分離的半導體基板部分的相鄰者之間的溝槽暴露金屬化結(jié)構(gòu)的一部分。

在一實施方案中，金屬化結(jié)構(gòu)由箔(例如，導電箔，諸如具有或不具有額外晶種層的鋁箔)制得，或通過電鍍工藝制造。在一個此類實施方案中，在使用相對較厚(例如，大于約25微米)的背墊金屬的情況下，可接受部分激光燒蝕進入金屬中。然而，如果使用薄的(例如，小于約25微米的)金屬化結(jié)構(gòu)，則可能需要在未對金屬化結(jié)構(gòu)造成任何刻繪的情況下停止燒蝕，以便維持金屬經(jīng)受住可靠性測試所需的電氣完整性和物理完整性。金屬化結(jié)構(gòu)可通過電鍍、印刷、使用接合工序(例如，就箔而言)來制造，或者可通過沉積、光刻和蝕刻方法來制造。

在一實施方案中，在實施緩沖擋板的情況下(如結(jié)合圖3所述)，該緩沖擋板為聚合物，諸如聚酰亞胺。所述聚合物可全局沉積然后圖案化，或者可僅在有需要的區(qū)域沉積，例如通過印刷來沉積。在其他實施方案中，這種緩沖擋板由介電材料構(gòu)成，諸如但不限于二氧化硅(SiO₂)、氮化硅(SiN)或氧氮化硅(SiON)。在一個此類實施方案中，介電材料使用沉積技術(shù)形成，諸如但不限于低壓化學氣相沉積(LPCVD)、等離子體增強化學氣相沉積(PECVD)、高密度等離子體化學氣相沉積(HDPCVD)或物理氣相沉積(PVD)。

應當認識到，本文所述的一個或多個實施方案涉及對所有子電池實施單個級別的“單片”金屬化。因而，所得的電池金屬化可與互連件金屬化相同，并且以相同工藝同時制造。在一個此類實施方案中，單片金屬化結(jié)構(gòu)的使用使得電池隔離的實施在所有二極管被金屬化后即完成。這區(qū)別于金屬化為多步驟過程的常規(guī)方法。在更具體的實施方案中，結(jié)合緩沖或保護層(例如，結(jié)合圖3所述)來實施單片金屬化方法，使單片金屬化結(jié)構(gòu)形成于緩沖或保護層上方。此類實施方案可允許燒蝕擋板處于緩沖或保護層上而不暴露金屬本身，如下文更詳細所述。

如結(jié)合圖1B所述，已切割的太陽能電池還包括封裝材料(例如乙烯-乙烯醇(EVA)、聚烯烴)，所述封裝材料設(shè)置在已分割的物理上分離的半導體基板部分的相鄰者之間的溝槽中。在一個此類實施方案中，封裝劑在相鄰子電池部分之間提供分流電阻和耐磨性。在一個實施方案中，封裝材料具有大于約1000V/cm的介電擊穿強度，使得所述材料在相鄰子電池之間充分地提供分流保護。在一個實施方案中，在應用時，封裝劑具有足夠低的黏度或足夠高的熔流性，以確保封裝材料流入分割產(chǎn)生的細溝槽中。在一個實施方案中，封裝劑對溝槽的填充能夠通過形成Si/金屬/聚合物復合材料而改進系統(tǒng)的機械強度。

根據(jù)本公開的實施方案，已切割太陽能電池的每個子電池具有大致相同的電壓特性和大致相同的電流特性。在實施方案中，多個子電池是多個并聯(lián)二極管、串聯(lián)二極管或它們的組合。在實施方案中，太陽能電池(以及從而子電池部分)是背接觸太陽能電池，并且金屬化結(jié)構(gòu)設(shè)置在已分割的物理上分離的半導體基板部分中每一者的與光接收表面相背對的背表面上。在一個此類實施方案中，子電池中每一者的背表面具有大致相同的表面積。在具體實施方案中，子電池中每一者的光接收表面是紋理化表面，如下文更詳細所述。

根據(jù)本公開的實施方案，已分割的物理上分離的半導體基板部分中的每一者是諸如由N型單晶基板制得的塊體單晶硅基板部分。在一個此類實施方案中，每個硅部分包括形成于基板本身中的一個或多個N+區(qū)域(例如，磷或砷摻雜區(qū)域)和一個或多個P+區(qū)域(例如，硼摻雜區(qū)域)。在其他實施方案中，每個硅部分包括形成于硅基板上方的一個或多個多晶硅N+區(qū)域和一個或多個多晶硅P+區(qū)域。

應當認識到，可在本文所述的實施方案的精神和范圍內(nèi)設(shè)想已分割的太陽能電池內(nèi)子電池數(shù)量和電耦接的多種布置。在第一實施例中，圖4A示出了根據(jù)本公開的實施方案已被切割成四個子電池的太陽能電池400A從金屬化側(cè)觀察的平面圖。參見圖4A，太陽能電池400A被分割以提供四個子電池402A、404A、406A和408A。金屬化線410A用來在子電池的每一者匯合處將四分電池設(shè)計保持在一起。在一個實施方案中，應變消除特征420A被包括在金屬化線410A中，如圖4A所示。另外，示出了通往第一鄰近電池位置412A和第二鄰近電池位置414A的金屬化耦接。

再次參見圖4A，二極管示意圖450A示出了并聯(lián)四分電池設(shè)計的電氣配置。在實施方案中，各個子電池的電流是單個二極管全電池電流的1/4，并且具有與單個二極管電池相同的電壓，而組合的4個二極管全電池現(xiàn)具有與單個全尺寸單個二極管電池相同的電流和相同的電壓。在具有最低隔離后復合水平的擴散區(qū)上執(zhí)行刻繪切割。金屬線長度是標準電池的1/2，其中有1/4的電池橋接長度，這使得能夠減小相同尺寸電池的金屬厚度，或允許擴展至更大的晶片而不需要增加金屬厚度。

在第二實施例中，圖4B示出根據(jù)本公開的另一個實施方案已被切割成四個子電池的另一個太陽能電池400B從金屬化側(cè)觀察的平面圖。參見圖4B，太陽能電池400B被分割以提供四個子電池402B、404B、406B和408B。金屬化線410B用來在子電池的每一者匯合處將四分電池設(shè)計保持在一起。在一個實施方案中，應變消除特征420B被包括在金屬化線410B中，如圖4B所示。另外，示出了通往第一鄰近電池位置412B和第二鄰近電池位置414B的金屬化耦接。

再次參見圖4B，二極管示意圖450B示出了并聯(lián)四分電池設(shè)計的電氣配置。在實施方案中，子電池是1/4電流、相同電壓的子電池，而組合的全電池具有相同的電流和相同的電壓。在具有最低隔離后復合水平的擴散區(qū)上執(zhí)行刻繪切割。金屬線長度是標準電池的1/4。

在第三實施例中，圖5A示出了根據(jù)本公開的實施方案已被切割成并聯(lián)布置的兩個子電池的太陽能電池500A從金屬化側(cè)觀察的平面圖。參見圖5A，太陽能電池500A被分割以提供兩個子電池502A和504A。金屬化線510A用來在子電池的每一者匯合處將兩分電池設(shè)計保持在一起。在一個實施方案中，應變消除特征520A被包括在金屬化線510A中，如圖5A所示。另外，示出了通往第一鄰近電池位置512A和第二鄰近電池位置514A的金屬化耦接。

再次參見圖5A，二極管示意圖550A示出了并聯(lián)兩分電池設(shè)計的電氣配置。在實施方案中，子電池是1/2電流、相同電壓的子電池，而組合的全電池具有相同的電流和相同的電壓。在具有最低隔離后復合水平的擴散區(qū)上執(zhí)行刻繪切割。金屬線長度是標準電池的1/2，以提供將兩個半電池保持在一起的單個金屬接合部。

在第四實施例中，圖5B示出根據(jù)本公開的實施方案已被切割成串聯(lián)布置的兩個子電池的太陽能電池500B從金屬化側(cè)觀察的平面圖。參見圖5B，太陽能電池500B被分割以提供兩個子電池502B和504B。金屬化線510B用來在子電池的每一者匯合處將兩分電池設(shè)計保持在一起。在一個實施方案中，應變消除特征520B被包括在金屬化線510B中，如圖5B所示。另外，示出了通往第一鄰近電池位置512B和第二鄰近電池位置514B的金屬化耦接。

再次參見圖5B，二極管示意圖550B示出了串聯(lián)兩分電池設(shè)計的電氣配置。在實施方案中，子電池的電流是單個二極管全電池電流的1/2，電壓相同，而組合的全電池電流是相同尺寸的單個二極管電池電流的1/2，但電壓是其兩倍。沿發(fā)射極結(jié)執(zhí)行刻繪切割。金屬線長度是標準電池的1/2，以提供將兩個半電池保持在一起的單個金屬接合部。

再次參見圖4A、圖4B、圖5A和圖5B，應當認識到，可將各自被分割成子電池的多個太陽能電池包括在光伏(PV)模塊中。在一個此類實施方案中，對于每個太陽能電池，PV模塊層壓體的封裝材料設(shè)置在已分割的物理上分離的半導體基板部分的相鄰者之間的溝槽中。也就是說，在一個實施方案中，在刻繪半導體基板之后，太陽能電池被嵌入在光伏(PV)模塊層壓體中。PV模塊層壓體的封裝材料填充已分割的物理上分離的半導體基板部分的相鄰者之間的溝槽。此外，PV模塊內(nèi)電池間的互連可能涉及串聯(lián)互連、并聯(lián)互連或它們的組合。

應當認識到，使用本文所述的方法也可實現(xiàn)子電池的其他布置，諸如但不限于3×3、4×4等類型的布置。另外，原始電池內(nèi)子電池的串聯(lián)和并聯(lián)配置的組合也是可理解的。所述方法可同時有益于背接觸電池和前接觸電池。作為示例性的額外布置，圖5C示出了根據(jù)本公開的實施方案已被切割成串聯(lián)布置的六個子電池的太陽能電池500C從金屬化側(cè)觀察的平面圖。圖5D示出了根據(jù)本公開的實施方案已被切割成串聯(lián)布置的十個子電池的太陽能電池500D從金屬化側(cè)觀察的平面圖。參見圖5D，用該電池內(nèi)串聯(lián)連接布置的10個子二極管制成了全尺寸電池。組合電池的電壓是相同尺寸的單個二極管電池電壓的10倍，即，約6.3Vmp。組合電池中的電流是原始電池電流的約1/10(例如，約0.5A)。在實施方案中，可針對消費充電應用直接使用電池500D給USB充電，或者如果內(nèi)置在96個電池模塊中，則能夠產(chǎn)生約600V的模塊電壓。該類型的電池設(shè)計使得電流減小10倍，這可降低電阻加熱引起的峰值溫度，從而改進可靠性和安全性。此外，對于需要逆變器的AC電力應用，升降電壓以匹配逆變器輸出將顯著節(jié)約逆變器部件成本，換句話說可省去為了從標準面板電壓(例如，約50V)升高到滿足典型住宅或商用電力需求(約240Vrms AC)所需的升壓電力電子設(shè)備。

在另一方面中，本發(fā)明考慮了有利的太陽能電池分割方法。例如，可實施分割以利用基于標準硅基板的電池的開裂耐受性質(zhì)作為設(shè)計特征。在一個此類實施方案中，標準尺寸的電池鍍有x個子二極管，并且有意引入了裂紋。僅在金屬化結(jié)構(gòu)保持完整的情況下穿過硅(Si)對電池進行切割。金屬橋最終將已切割的硅保持在一起。在一些實施方案中，向所得布置中并入了集成的應變消除裝置。

作為電池分割的考慮因素和方法的代表性例子，圖6示出了根據(jù)本公開的一個或多個實施方案的太陽能電池的(a)正面(光接收側(cè))。在(b)中提供了示意圖，示出了已刻繪的硅基板和橋接金屬的剖視圖。在(c)中，已刻繪基板的背面被圖示為對應于二極管1和二極管2的子電池，其中電鍍金屬602將這兩個子電池保持在一起。在(d)中，示出了應變消除特征的放大視圖。

圖7示出了根據(jù)本公開的實施方案采用激光刻繪將太陽能電池分割形成子電池的三種可能的途徑。參見圖7，太陽能電池700包括硅基板702和硅基板背面上的金屬化結(jié)構(gòu)704。

參見圖7的途徑(a)，示出了刻繪加斷裂的方法，其中(i)基板被部分地刻繪(例如，約70％的深度)，然后(ii)沿裂痕裂開直至終止于金屬化結(jié)構(gòu)。參見圖7的途徑(B)，示出了僅刻繪的方法，其中硅的激光燒蝕停止于金屬化結(jié)構(gòu)的金屬上，或部分地進入金屬化結(jié)構(gòu)的金屬中。參見圖7的途徑(a)，示出了刻繪加損傷緩沖斷裂的方法，其中硅的激光燒蝕被執(zhí)行為穿過硅的整個深度然后停止于損傷緩沖層上，或部分地進入損傷緩沖層中，該損傷緩沖層不同于金屬化結(jié)構(gòu)的金屬。在這些情況的任何一種中，激光參數(shù)的一個選擇包括皮秒激光燒蝕，其具有較清潔的工藝、較低的復合和較窄的刻繪寬度。另一個選擇包括納秒或時間更長的激光，其具有更寬的刻繪線和更高的吞吐量，但復合增加并且更可能產(chǎn)生碎片。

現(xiàn)參照圖8的流程圖800，在實施方案中，制造太陽能電池的方法涉及在半導體基板的第一表面上形成金屬化結(jié)構(gòu)，如流程圖800的操作802所示。該方法然后涉及從半導體基板的相背對的第二表面刻繪半導體基板，如流程圖800的操作804所示。在一個此類實施方案中，所述刻繪被金屬化結(jié)構(gòu)的部分停止并從第二表面暴露金屬化結(jié)構(gòu)的部分。

在實施方案中，所述刻繪被金屬化結(jié)構(gòu)的互連金屬停止。然而，在其他實施方案中，使用損傷緩沖層來保護金屬化結(jié)構(gòu)的金屬。在一個此類實施方案中，如上所述，損傷緩沖層是聚合物材料。在另一個實施方案中，損傷緩沖層是與金屬化結(jié)構(gòu)的金屬不同的金屬。在另一個實施方案中，損傷緩沖層是便于電鍍穿透的網(wǎng)狀材料。在最后一個示例中，由于Si的開裂/分裂可使金屬開裂或損壞，從而降低金屬的可靠性，因此在金屬化之前有若干選擇，諸如印刷或貼裝損傷緩沖層來充當開裂/激光擋板。

在實施方案中，在半導體基板的第一表面上形成金屬化結(jié)構(gòu)涉及對形成于半導體基板的第一表面上的金屬箔進行圖案化。然而，在其他實施方案中，金屬化結(jié)構(gòu)通過印刷金屬、電鍍金屬或金屬疊堆或通過金屬沉積和蝕刻工藝來形成。在任何情況下，在實施方案中，金屬化結(jié)構(gòu)被形成為具有足夠的機械性能以將兩個子電池橋接在一起并且經(jīng)受住制造和測試工序中執(zhí)行的所有可靠性測試。

在實施方案中，刻繪涉及使用激光進行刻繪。然而，應當認識到，可實施機械刻繪工藝代替激光刻繪工藝或者與之結(jié)合實施。例如，在具體實施方案中，執(zhí)行了部分激光刻繪，然后進行控制深度的裂斷或鋸切。

在實施方案中，該電池制造方法還涉及在刻繪半導體基板之前，對半導體基板的第二表面(光接收表面)進行紋理化。在一個此類實施方案中，照此順序執(zhí)行操作可減輕切割損傷。在一個此類實施方案中，首先對晶片執(zhí)行部分刻槽，然后在硅蝕刻工藝(例如，紋理化)期間去除任何損傷。然而，在其他實施方案中，可以進行刻繪，然后實施后續(xù)的濕法蝕刻。在任何情況下，在一個實施方案中，太陽能電池的光接收表面的紋理化可涉及使用基于氫氧化物的蝕刻工藝進行紋理化。應當認識到，紋理化表面可為具有規(guī)則或不規(guī)則形狀的表面，其用于散射入射光、減少從太陽能電池的光接收表面反射離開的光量。另外的實施方案可包括在光接收表面上形成鈍化或抗反射涂層。

現(xiàn)在參照圖9的流程圖900，在實施方案中，制造包括具有第一表面的半導體基板的太陽能電池的方法涉及：直接在半導體基板的第一表面上形成太陽能電池的至少兩個子太陽能電池之間的互連件，以在這兩個子電池之間提供電池間電連接，如流程圖900的操作902所示。該方法然后涉及切割半導體基板直到切割至第一表面，從而在物理上分離所述至少兩個子太陽能電池，如流程圖900的操作904所示。

在實施方案中，形成太陽能電池的至少兩個子太陽能電池之間的互連件還涉及，在太陽能電池的半導體基板的第一表面上形成金屬化結(jié)構(gòu)。在實施方案中，切割半導體基板還涉及從半導體基板的相背對的第二表面刻繪半導體基板。在一個此類實施方案中，所述刻繪在從第二表面暴露金屬化結(jié)構(gòu)的部分時停止。

在實施方案中，刻繪半導體基板還涉及在至少兩個子太陽能電池之間形成溝槽，使得金屬化結(jié)構(gòu)將所述至少兩個子太陽能電池的部分電耦接。在該實施方案中，該方法還涉及在溝槽中形成封裝材料。

在實施方案中，切割半導體基板還涉及在所述至少兩個子太陽能電池的每一者中形成至少一個二極管。所述至少兩個子太陽能電池中的每一者被形成為具有大致相同的電壓特性和大致相同的電流特性。在一個此類實施方案中，在所述至少兩個子太陽能電池的每一者中形成至少一個二極管還涉及：在所述至少兩個子太陽能電池中每一者的至少一個二極管中形成P型摻雜區(qū)域和N型摻雜區(qū)域，形成通往P型摻雜區(qū)域的第一金屬觸點，以及形成通往N型摻雜區(qū)域的第二金屬觸點。

在實施方案中，通過在半導體基板的第一表面的部分上電鍍一層或多層金屬膜來形成金屬化結(jié)構(gòu)，從而實質(zhì)上同時形成金屬化結(jié)構(gòu)。在一個此類實施方案中，形成金屬化結(jié)構(gòu)的工藝操作與在半導體基板的第一表面的部分上電鍍一層或多層金屬膜所用的工藝操作相同。然而，在其他實施方案中，形成金屬化結(jié)構(gòu)涉及對形成于半導體基板的第一表面上的金屬箔進行圖案化。在實施方案中，該方法還涉及，在刻繪半導體基板之前，對半導體基板的第二表面進行紋理化。

總之，雖然上文具體描述了某些材料，但對于仍然在本發(fā)明實施例的精神和范圍內(nèi)的其他此類實施方案而言，一些材料可易于被其他材料取代。例如，在實施方案中，可使用不同材料的基板，諸如III-V族材料的基板，來代替硅基板。在另一個實施方案中，使用多晶硅基板。此外，應當理解，在具體描述N+型和P+型區(qū)域的情況下，設(shè)想的其他實施方案包括切換的導電類型，分別為例如P+型和N+型區(qū)域。

本文所述實施方案的一個或多個益處或優(yōu)點可包括能夠使用較大的晶片(例如，156cm)，而不必在太陽能電池制造過程中采用額外的金屬?？蓪嵤┻@些實施方案來實現(xiàn)可擴展的電壓和電流設(shè)計，包括高電壓設(shè)計，諸如先前針對5V USB應用或120/240Vrms逆變器應用所描述的那些。一個或多個實施方案涉及使用標準電池制造工藝，而不改變已就位的常規(guī)電池制造工廠模塊?？赡懿恍枰M行特殊處理或使用額外的子電池互連。由金屬網(wǎng)格電阻引起的功率損耗的降低可與金屬網(wǎng)格觸指長度的平方成正比。最后，基于更低的電流和可能更可靠的電池制造過程，可以實現(xiàn)效率優(yōu)勢。

由此，本文已公開了具有通過金屬化結(jié)構(gòu)耦接的多個子電池的太陽能電池，以及形成具有通過金屬化結(jié)構(gòu)耦接的多個子電池的太陽能電池的分割方法。

盡管上面已經(jīng)描述了具體實施方案，但即使相對于特定的特征僅描述了單個實施方案，這些實施方案也并非旨在限制本公開的范圍。在本公開中所提供的特征的例子除非另有說明否則旨在為說明性的而非限制性的。以上描述旨在涵蓋將對本領(lǐng)域的技術(shù)人員顯而易見的具有本公開的有益效果的那些替代形式、修改形式和等效形式。

本公開的范圍包括本文所公開的任何特征或特征組合(明示或暗示)，或其任何概括，不管其是否減輕本文所解決的任何或全部問題。因此，可以在本申請(或?qū)ζ湟髢?yōu)先權(quán)的申請)的審查過程期間對任何此類特征組合提出新的權(quán)利要求。具體地講，參考所附權(quán)利要求書，來自從屬權(quán)利要求的特征可與獨立權(quán)利要求的那些特征相結(jié)合，來自相應的獨立權(quán)利要求的特征可以按任何適當?shù)姆绞浇M合，而并非只是所附權(quán)利要求中枚舉的特定組合。

在實施方案中，太陽能電池包括多個子電池，所述子電池中的每一者包括已分割的物理上分離的半導體基板部分，其中已分割的物理上分離的半導體基板部分的相鄰者之間具有溝槽。太陽能電池包括單片金屬化結(jié)構(gòu)，其中單片金屬化結(jié)構(gòu)的一部分耦接多個子電池中的子電池，并且其中已分割的物理上分離的半導體基板部分的相鄰者之間的溝槽暴露單片金屬化結(jié)構(gòu)的一部分。

在一個實施方案中，太陽能電池還包括設(shè)置在已分割的物理上分離的半導體基板部分的相鄰者之間的溝槽中的封裝材料。

在一個實施方案中，子電池中的每一者具有大致相同的電壓特性和大致相同的電流特性。

在一個實施方案中，所述多個子電池是多個并聯(lián)二極管、串聯(lián)二極管或它們的組合。

在一個實施方案中，太陽能電池是背接觸太陽能電池，并且單片金屬化結(jié)構(gòu)設(shè)置在已分割的物理上分離的半導體基板部分中每一者的與光接收表面相背對的背表面上。

在一個實施方案中，由子電池中的每一者產(chǎn)生的電流大致相同。

在一個實施方案中，子電池中每一者的光接收表面是紋理化表面。

在一個實施方案中，已分割的物理上分離的半導體基板部分中的每一者是塊體單晶硅基板部分。

在一個實施方案中，光伏模塊包括多個太陽能電池。

在一個實施方案中，對于每個太陽能電池，光伏(PV)模塊具有PV模塊層壓體的封裝材料，所述封裝材料設(shè)置在已分割的物理上分離的半導體基板部分的相鄰者之間的溝槽中。

在實施方案中，一種制造太陽能電池的方法包括在半導體基板的第一表面上形成金屬化結(jié)構(gòu)。該方法還包括從半導體基板的相背對的第二表面刻繪半導體基板，所述刻繪被金屬化結(jié)構(gòu)的部分停止并從第二表面暴露金屬化結(jié)構(gòu)的部分。

在一個實施方案中，在半導體基板的第一表面上形成金屬化結(jié)構(gòu)包括對形成于半導體基板的第一表面上的金屬箔進行圖案化。

在一個實施方案中，在半導體基板的第一表面上形成金屬化結(jié)構(gòu)包括在半導體基板的第一表面的部分上電鍍一層或多層金屬膜。

在一個實施方案中，所述刻繪包括使用激光進行刻繪。

在一個實施方案中，該方法還包括，在刻繪半導體基板之前，對半導體基板的第二表面進行紋理化。

在一個實施方案中，所述刻繪包括形成多個子電池，所述子電池中的每一者包括已分割的物理上分離的半導體基板部分，所述已分割的物理上分離的半導體基板部分的相鄰者之間具有溝槽，其中，所述金屬化結(jié)構(gòu)耦接所述多個子電池中的子電池。

在一個實施方案中，該方法還包括在已分割的物理上分離的半導體基板部分的相鄰者之間的溝槽中形成封裝材料。

在一個實施方案中，形成多個子電池包括形成子電池中的每一者，以使它們具有大致相同的電壓特性和大致相同的電流特性。

在一個實施方案中，形成多個子電池包括形成多個并聯(lián)二極管、串聯(lián)二極管或它們的組合。

在一個實施方案中，該方法還包括，在刻繪半導體基板之后，在光伏(PV)模塊層壓體中嵌入太陽能電池，其中PV模塊層壓體的封裝材料填充已分割的物理上分離的半導體基板部分的相鄰者之間的溝槽。

在實施方案中，一種制造包括具有第一表面的半導體基板的太陽能電池的方法涉及：直接在半導體基板的第一表面上形成太陽能電池的至少兩個子太陽能電池之間的互連件，以在這兩個子電池之間提供電池間電連接，再切割半導體基板直到切割至第一表面，從而在物理上隔離所述至少兩個子太陽能電池。

在一個實施方案中，形成太陽能電池的至少兩個子太陽能電池之間的互連件還包括，在太陽能電池的半導體基板的第一表面上形成金屬化結(jié)構(gòu)。

在一個實施方案中，切割半導體基板還包括從半導體基板的相背對的第二表面刻繪半導體基板。

在一個實施方案中，刻繪半導體基板還包括在從第二表面暴露金屬化結(jié)構(gòu)的部分時停止刻繪。

在一個實施方案中，在從第二表面暴露金屬化結(jié)構(gòu)的部分時停止刻繪包括停止于緩沖損傷層上，所述緩沖損傷層選自聚合物層、金屬層和金屬網(wǎng)構(gòu)成的組。

在一個實施方案中，刻繪半導體基板還包括：在所述至少兩個子太陽能電池之間形成溝槽以使得金屬化結(jié)構(gòu)電耦接所述至少兩個子太陽能電池的部分，以及在溝槽中形成封裝材料。

在一個實施方案中，切割半導體基板還包括：在所述至少兩個子太陽能電池的每一者中形成至少一個二極管，以及形成所述至少兩個子太陽能電池中的每一者以使它們具有大致相同的電壓特性和大致相同的電流特性。

在一個此類實施方案中，在所述至少兩個子太陽能電池的每一者中形成至少一個二極管還包括：在所述至少兩個子太陽能電池中每一者的至少一個二極管中形成P型摻雜區(qū)域和N型摻雜區(qū)域，形成通往P型摻雜區(qū)域的第一金屬觸點，以及形成通往N型摻雜區(qū)域的第二金屬觸點。

在一個實施方案中，形成金屬化結(jié)構(gòu)還包括，與形成金屬化結(jié)構(gòu)實質(zhì)上同時地，在半導體基板的第一表面的部分上電鍍一層或多層金屬膜。

在一個實施方案中，形成金屬化結(jié)構(gòu)還包括對形成于半導體基板的第一表面上的金屬箔進行圖案化。

在一個實施方案中，該方法還包括，在刻繪半導體基板之前，對半導體基板的第二表面進行紋理化。