用于生產具有穩(wěn)定效率的光伏元件的方法和設備的制造方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種通過穩(wěn)定化處理步驟使效率穩(wěn)定的生產光伏元件的方法。具體來說，本發(fā)明涉及一種用于基于摻硼的含氧硅基板生產太陽能電池的方法。本發(fā)明還涉及一種用于在光伏元件的生產中處理硅基板的設備，其中該設備用于執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的方法的穩(wěn)定化處理步驟。
【背景技術】
[0002]作為光伏元件的太陽能電池用于將光轉換為電流。已經例如在發(fā)射極區(qū)和基極區(qū)之間的pn結在空間上分離的光生載流子對必須由此利用太陽能電池的電觸點提供給外部電路。必須在太陽能電池的發(fā)射極和基極二者設置用于此目的的電觸點結構。
[0003]當今主要基于作為半導體基板材料的硅來制造太陽能電池。因此經常以單晶或多晶晶片的形式提供硅基板。已經多次觀察到，在基于硅晶片生產太陽能電池的情況下，可能出現(xiàn)太陽能電池的效率隨著時間而降低退化效應。已經觀察到超過1% abs的顯著效率損失。
[0004]DE102006012920A1公開一種用于生產具有穩(wěn)定效率的光伏元件的方法。其中公開的發(fā)明至少部分屬于與本申請相同的發(fā)明人。在那時就認識到，通過在光伏元件上執(zhí)行穩(wěn)定化處理步驟，可以使光伏元件的效率穩(wěn)定，也就是說，可以防止退化，在該穩(wěn)定化處理步驟中，將光伏元件在升高的溫度范圍內保持足夠長的時間段，并且同時例如通過照射或者通過施加電壓，在硅基板中產生額外的少數(shù)載流子。
[0005]然而，迄今為止人們假定，為了能夠實現(xiàn)效率的足夠穩(wěn)定化，硅基板必須經歷穩(wěn)定化處理步驟的加工時間應當較長。特別是自動化工業(yè)生產線的情況下，這可能導致延時，并且因此導致生產瓶頸的形成。

【發(fā)明內容】

[0006]因此可能需要一種用于生產具有穩(wěn)定效率的光伏元件的改進方法。具體來說，可能需要在短的加工時間內使效率穩(wěn)定的方法。此外，可能需要一種用于在光伏元件的生產中處理硅基板的設備，該設備尤其允許執(zhí)行上述方法的穩(wěn)定化處理步驟。
[0007]根據(jù)獨立權利要求的方法和設備可以滿足這種要求。在從屬權利要求和以下說明中描述了本發(fā)明的實施例。
[0008]根據(jù)本發(fā)明的第一方面，公開一種用于以提高的效率生產光伏元件的方法，該方法包括以下步驟:準備硅基板。在所述硅基板的表面形成發(fā)射極層。在所述硅基板上進一步形成電觸點。所述方法的特征在于另外執(zhí)行穩(wěn)定化處理步驟。該步驟包括在所述硅基板中有目的地引入氫。在所述氫已經被引入到所述硅基板中時，使所述硅基板處于至少90°C，優(yōu)選至少230°C的溫度，在所述硅基板中產生額外的少數(shù)載流子。
[0009]根據(jù)本發(fā)明的第二方面，公開一種用于在光伏元件的生產中處理硅基板的設備，其中所述設備配置為執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的方法的穩(wěn)定化處理步驟。
[0010]所述設備可以例如是具有可以調節(jié)到不同溫度的多個區(qū)的連續(xù)爐的形式，并且可以具有可以用來在所述硅基板中產生少數(shù)載流子的照射裝置。所述多個區(qū)的溫度被控制并且包括所述照射裝置的所述設備被配置為使得穿過所述連續(xù)爐的硅基板首先在高溫區(qū)中在高于650°C的溫度被短時間加熱，然后在冷卻區(qū)中以在高于550°C時至少ΙΟΚ/s的冷卻速度冷卻到低于450°C的溫度，然后在溫度保持區(qū)中以230°C和450°C之間的溫度可選地保持至少10秒，同時或者隨后，在至少90°C的溫度，優(yōu)選在高于230°C的溫度以大于0.3kW/m2的照射強度照射所述硅基板。
[0011]在不限制本發(fā)明的保護范圍的情況下，根據(jù)本發(fā)明的方法或者根據(jù)本發(fā)明的設備的實施例所涉及的思想可被認為部分基于下面描述的概念和發(fā)現(xiàn):
[0012]利用適當?shù)姆€(wěn)定化處理步驟來保護或穩(wěn)定光伏元件的生產中使用的硅基板以對抗會在光伏元件工作期間出現(xiàn)的退化，這有時也被稱為再生，其可能性在相當長的時間以來已經為人所知。在DE102006012920A1中詳細描述了穩(wěn)定化處理步驟可以如何來執(zhí)行的細節(jié)以及推測的隱藏在其后的作用機理。
[0013]現(xiàn)在已經認識到，利用附加的加工步驟或者適當選擇的參數(shù)，可以顯著提高穩(wěn)定化處理步驟期間的再生速度，并且為了實現(xiàn)最終生產出的光伏元件的足夠的效率穩(wěn)定化而執(zhí)行穩(wěn)定化處理步驟的時間段可以因此盡可能短。
[0014]具體來說，已經觀察到再生速度似乎顯著依賴于實際再生操作期間，即，在升高的基板溫度下硅基板中產生額外的少數(shù)載流子期間，硅基板中存在的氫的量。此外，氫如何在硅基板中分布以及硅基板內氫的結合狀態(tài)似乎也是重要的。
[0015]因此，首先提出將氫有目的地引入到硅基板中。如下文更詳細地描述的，這可以用各種方式來實施。然后發(fā)現(xiàn)至少短時間例如至少5秒或者至少10秒地將硅基板保持在230°C至450°C的溫度范圍內是有利的。似乎硅基板保持的溫度越高，所選擇的保持時間可以越短。據(jù)推測，以這種方式將硅基板保持在升高的溫度對先前引入的氫的結合狀態(tài)具有有利的影響。然后可以通過在硅基板保持在至少90°C，優(yōu)選至少高于230°C，但優(yōu)選低于450°C的升高溫度期間，在硅基板中產生額外的少數(shù)載流子來執(zhí)行實際的再生操作。如上所述，在硅基板保持在230°C至450°C的溫度范圍內期間，在硅基板中可選地產生額外的少數(shù)載流子。
[0016]已經觀察到，通過有目的地引入氫并且隨后在升高的溫度再生，可以顯著加速再生操作。不像之前認為的那樣至少需要幾分鐘，據(jù)推測，可以在幾秒內執(zhí)行再生，并且可以在例如連續(xù)爐這樣的單個設備內適當?shù)貓?zhí)行整個穩(wěn)定化處理步驟。
[0017]在工業(yè)上常使用的在連續(xù)爐中燒制絲網(wǎng)印刷觸點的生產工序中，可以修改連續(xù)爐，使得也可以同時執(zhí)行該穩(wěn)定化處理步驟。利用這種適當修改的連續(xù)爐，可以由此同時執(zhí)行通過燒制絲網(wǎng)印刷金屬糊料進行觸點形成和硅基板的再生，并且由此實現(xiàn)最終生產的太陽能電池的效率穩(wěn)定化。
[0018]根據(jù)一個實施例，在高于650°C的溫度引入氫，隨后以在高于550°C時至少lOK/s，優(yōu)選至少20K/s，更優(yōu)選至少30K/s并且進一步優(yōu)選至少60K/s的冷卻速度的斜坡冷卻到450°C。換句話說，可以首先將硅基板加熱到高于650°C，以使氫進入，然后快速冷卻到低于450°C，其中至少冷卻到550°C是以至少lOK/s的冷卻速度特別快速地進行的。
[0019]在顯著高于450°C，特別是高于550°C的高溫，氫能夠非?？斓兀簿褪钦f，在幾秒內或幾分之一秒內擴散到硅基板中，并且優(yōu)選地盡可能均勻地分布在其中。例如，在足夠高的溫度，從含氫層施加到硅基板的氫能夠快速地擴散到下面的硅基板中。
[0020]然而，已經認識到存在如下危險:如果高溫持續(xù)太長時間，并且氫源隨著時間而耗盡，則氫也可能再次擴散到硅基板之外，也就是說，可能發(fā)生氫的滲出。特別是在硅基板的表面，即，例如最終的太陽能電池中發(fā)射極層所處之處，可能存在氫的耗盡，并且太陽能電池因此對缺陷引起的退化效應特別敏感。由于氫明顯表現(xiàn)為支持隨后進行的再生，因此要盡可能避免氫滲出。
[0021]因此提出，在足夠高的溫度引入氫之后，非?？斓亟档蜏囟?，S卩，以高冷卻速度將硅基板冷卻到低于450°C，使氫能夠擴散到硅基板之外的時間段盡可能短。如果氫源接近耗盡，即，可能不再提供氫，例如，太長的高溫階段之后，或者如果例如因為溫度太低而氫源不再能夠釋放氫，那么尤其需要這種快速冷卻。
[0022]隨后硅基板可以在低于450°C的溫度保持足夠長的時間段，在這種相對低的溫度氫幾乎不可能滲出，但是在硅基板內氫很可能呈現(xiàn)再生所需的結合狀態(tài)。
[0023]根據(jù)一個實施例，在再生期間，通過利用波長小于1180nm的光，以大于0.3kff/m2,優(yōu)選大于lkW/m2，更優(yōu)選大于3kW/m2的照射強度進行照射，可以產生額外的少數(shù)載流子。
[0024]已經觀察到，再生進行得越快，也就是說，再生速度越大，額外的少數(shù)載流子的密度越高。特別是通過照射可以在硅基板內產生額外的少數(shù)載流子。高照射強度可以相應地支持快速再生。
[0025]根據(jù)一個實施例，在230°C和450°C之間，優(yōu)選在230°C和400°C之間，更優(yōu)選在230°C和350°C之間，進一步優(yōu)選在230°C和300°C之間的硅溫度，可以產生額外的少數(shù)載流子。
[0026]雖然迄今認為，盡管溫度升到高于50°C，特別是升到高于90°C時再生速度開始增加，但是據(jù)推測由于競爭效應，在溫度超過大約180°C時，再生速度又似乎下降，然而現(xiàn)在認識到，可以通過先引入氫，隨后可選地將硅基板在適當溫度保持適當長的時間段，來預先處理硅基板，這樣即使在高于230°C的較高溫度，也可以進行再生操作。溫度越高，再生似乎進行得越快。作為先引入氫和溫度預處理的結果是，由于該預處理，抵消、競爭效應似乎變弱，或者與以加速的方式進行的效應相比，顯著變慢，并且引起再生。因此只有在例如顯著高于300°C的實質上較高的溫度，競爭效應才大大地抵消再生效應。因此，總的來說，由于以此進行的預處理和實際再生操作期間實質上較高的溫度，可以顯著加速硅基板的再生。
[0027]根據(jù)一個實施例，所提出的方法可以包括在所述硅基板的表面沉積含氫層，其中所述層可在向所述硅基板中引入氫期間作為氫源。
[0028]這種含氫層的沉積在技術上執(zhí)行起來很簡單。例如，該含氫層可以是氫化氮化硅層的形式，即，已經添加了氫的氮化硅層。例如可以利用工業(yè)上已經證明的方法，如PECVD(等離子體增強化學氣相沉積)沉積這種層。氫能夠在升高的溫度從含氫層擴散到硅基板中。
[0029]根據(jù)一個實施例，可以用至少一個附加擴散阻擋層覆蓋所述含氫層，該附加擴散阻擋層比含氫層本身更不易被氫滲透。該附加層因此可以在高溫下向硅基板中引入氫期間例如作為外部作用的擴散屏障，因此，氫能夠從含氫層擴散到硅基板中，而幾乎不能擴散到周圍大氣中。例如可以由大密度的電介質形成該擴散阻擋層。
[0030]根據(jù)一個實施例，然后可以使該覆蓋有含氫層的硅基板穿過連續(xù)爐中溫度被適當控制的區(qū)。
[0031]在這種工業(yè)上實施起來特別容易的形式的方法中，可以例如在硅基板的表面上形成發(fā)射極層之后，在硅基板的表面上沉積諸如氫化氮化硅層的