NL1034513C2

NL1034513C2 - Werkwijze voor het vervaardigen van een photovoltaïsche cel en een photovoltaïsche cel verkregen met een dergelijke werkwijze.

Info

Publication number: NL1034513C2
Application number: NL1034513A
Authority: NL
Inventors: Martin Dinant Bijker
Original assignee: Otb Groep B V
Priority date: 2007-10-12
Filing date: 2007-10-12
Publication date: 2009-04-15
Also published as: EP2208233A1; US20100236618A1; KR20100089846A; TW200931679A; WO2009048332A1; CN101960609A

Description

Titel: Werkwijze voor het vervaardigen van een photovoltaïsche cel en een photovoltaïsche cel verkregen met een dergelijke werkwijze

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het vervaardigen van een photovoltaïsche cel, zoals een zonnecel.

Der ge lijke werkwijzen zijn bekend uit de praktijk. Bij een eerste bekende werkwijze wordt een laag aluminium op een silicium substraat 5 aangebracht. Een dergelijke laag is van belang voor de optisch reflecterende en elektrisch geleidende eigenschappen van het substraat. In een deel van het substraat aanliggend aan de opgebrachte laag aluminium wordt een legering gevormd tussen het aluminium en het silicium. Deze Al-Si legering heeft een negatieve lading ten opzichte van het p-type silicium. Op deze 10 wijze wordt een n-p overgang aan een achterzijde van het substraat, een zogenaamd “Back Surface Field”, gecreëerd, welke ervoor zorgt dat elektronen die naar de achterzijde van het substraat diffunderen worden omgebogen. Dit is gunstig voor de efficiency van de photovoltaïsche cel. Bij het vormen van de legering tussen het aluminium en het silicium van het 15 substraat kan maximaal ongeveer 3 gewichts % aluminium in het silicium oplossen. Om een hogere n-lading in het Back Surface Field te verkrijgen wordt volgens een andere bekende werkwijze in plaats van een laag aluminium ook wel een laag van een Al-Ag legering opgebracht, waardoor het Back Surface Field wordt gevormd door een Al-Ag-Si legering. Een 20 nadeel van een dergelijke werkwijze is echter dat een Al-Ag legering relatief duur is ten opzichte van enkel een aluminium laag. Verder wordt slechts een deel van de Al-Ag legering gebruikt tijdens het vormen van de legering met het silicium, dus ook maar een deel van het zilver uit de legering. Hierdoor blijft het zilver in de Ag-Al legering aan de van het substraat 25 afgekeerde zijde ongebruikt, hetgeen uit kostenoverwegingen ongewenst is.

1 0345 1 3 2

De uitvinding heeft derhalve als doel een werkwijze voor het vervaardigen van een photovoltaïsche cel te verschaffen zonder de bovengenoemde nadelen. Meer in het bijzonder heeft de uitvinding als doel een werkwijze voor het vervaardigen van een photovoltaïsche cel te 5 verschaffen die een verbeterd Back Surface Field heeft en tegelijkertijd relatief goedkoop te vervaardigen is.

Om dit doel te bereiken wordt de werkwijze volgens het in de aanhef genoemde type gekenmerkt doordat de werkwijze de volgende 10 stappen omvat: • het verschaffen van een silicium substraat; • het aan een achterste zijde aanbrengen van een eerste laag van een metaal met een relatief hoge optische reflectiefactor, bij voorkeur een laag zilver; 15 · het op de eerste laag aanbrengen van een volgende laag van een metaal met een relatief hoge elektrische geleidingscoëffïciënt, bij voorkeur een laag aluminium of een Al legering; • het vervolgens verhitten (e.; fïren) van het substraat teneinde een legering van de metalen en het silicium te verkrijgen, waarbij de 20 gevormde legering maximaal een hoeveelheid metaal, bij voorkeur aluminium en zilver, in silicium omvat in hoeveelheden tot het eutectisch punt van de legering, welke legering in hoofdzaak een n-type Si-Al-Ag legering is waardoor een beter Back Surface Field wordt verkregen.

25

Door een photovoltaïsche cel met de werkwijze volgens de uitvinding te vervaardigen wordt een maximaal percentage, tot maximaal ongeveer 10 mol % metaal in het silicium gediffundeerd. Immers bij het bereiken van het eutectisch punt van de legering is een maximale 30 hoeveelheid Al-Ag legering in het siliciumrooster opgelost, en kan er niet 3 meer metaal in silicium worden opgelost. Het aluminium diffundeert tot ongeveer 3 micrometer in het daar tegenoverliggende silicium en het tussen het aluminium en het silicium aangebrachte zilver diffundeert met het aluminium mee. Derhalve wordt een legering van aluminium, zilver en 5 silicium gevormd met een relatief grote n-lading, waardoor een efficiënt Back Surface Field wordt gecreëerd. Doordat het zilver zich tussen het aluminium en het silicium bevindt wordt het zilver efficiënt gebruikt tijdens het vormen van de legering met het silicium en blijft er geen ongebruikt zilver in de bulk achter. Dit is gunstig voor de kosten van het vervaardigen 10 van de photovoltaïsche cel met de werkwijze volgens de uitvinding. Een bijkomend voordeel is dat het zilver in hoofdzaak een volvlakscoating betreft waardoor een maximaal percentage gewichts % zilver in de legering terecht komt, waardoor een maximale n-lading wordt bereikt, resulterend in een Back Surface Field dat naar de achterzijde van de photovoltaïsche cel 15 diffunderende elektronen maximaal terugbuigt. De volvlakscoating van zilver verschaft tevens een hogere mate van reflectie voor invallend licht op de photovoltaïsche cel. Door deze eigenschappen wordt de efficiency van de photovoltaïsche cel vergroot.

20 In een verdere uitwerking van de uitvinding wordt de eerste metaallaag in een dunne laag opgebracht, waarbij de laag in hoofdzaak tussen 10 nanometer - 1 micrometer dik is. Door slechts een dunne laag op te brengen wordt de hoeveelheid zilver beperkt tot de werkelijk benodigde hoeveelheid die tevens een maximaal resultaat zoals hierboven beschreven 25 bereikt, waarbij tegelijkertijd de kosten voor vervaardiging worden beperkt.

Het is gunstig indien volgens een nadere uitwerking van de uitvinding de eerste metaallaag wordt opgebracht met behulp van een depositieproces, bij voorkeur sputteren. Het opbrengen door sputteren wordt 4 gekenmerkt door een hoge opbrengsnelheid. Dit draagt bij aan een relatief snelle doorlooptijd van het vervaardigingsproces van de photovoltaïsche cel.

Volgens een verdere uitvoeringsvorm van de uitvinding wordt de 5 volgende metaallaag opgebracht in een dikte van in hoofdzaak tussen 10 micrometer - 25 micrometer. Bij voorkeur wordt deze volgende metaallaag volgens een nadere uitwerking van de uitvinding aangebracht met behulp van een printproces, bij voorkeur screenprinten. Het voordeel van screenprinten van de volgende metaallaag, de aluminiumlaag, is dat de laag 10 vooraf kan worden gepatroneerd. Hierdoor kan er bij het aanbrengen van de aluminiumlaag rekening worden gehouden met bijvoorbeeld de busbars op het substraat.

De uitvinding heeft verder betrekking op een photovoltaïsche cel verkregen met behulp van een hierboven beschreven werkwijze. Een 15 dergelijke photovoltaïsche cel biedt gelijke effecten en voordelen als die zijn genoemd bij de beschrijving van de werkwijze.

Nadere uitwerkingen van de uitvinding zijn beschreven in de volgconclusies en zullen hierna, onder verwijzing naar de tekeningen, 20 verder worden verduidelijkt, waarbij:

Figuur 1 een schematische doorsnede van een substraat voorzien van een zilver en aluminium laag toont voor de firestap van de werkwijze volgens de uitvinding; en

Figuur 2 een schematische doorsnede van een substraat voorzien 25 van een zilver en aluminium laag toont na de firestap van de werkwijze volgens de uitvinding.

Gelijke onderdelen worden in de verschillende figuren met gelijke referentienummers aangeduid.

30 5

In figuur 1 is een schematische doorsnede getoond van een substraat 2 voorzien van twee metaallagen 3, 4. Om een photovoltaïsche cel 1 te vervaardigen volgens de werkwijze van de uitvinding wordt een substraat 2 verschaft. Aan een achterste zijde 2b van het substraat 2 wordt 5 een eerste metaallaag met een hoge optische reflectiefactor opgebracht, in dit uitvoeringsvoorbeeld een zilverlaag 3. Deze zilverlaag 3 wordt met behulp van sputteren opgebracht, hetgeen voorziet in het opbrengen van de zilverlaag 3 met een hoge snelheid.

Op de zilverlaag 3 wordt vervolgens een volgende metaallaag 4 met 10 een hoge elektrische geleidingscoëfficiënt opgebracht. In dit uitvoeringsvoorbeeld is deze metaallaag een laag aluminium 4. Deze laag aluminium 4 heeft bij voorkeur een dikte tussen 10 micrometer en 25 micrometer. Een dergelijke dikte van de laag aluminium bewerkstelligt dat de zonnecel ongeveer 5 Ampère aan energie kan verwerken.

15 Om vervolgens een zonnecel te verkrijgen die is voorzien van een efficiënt Back Surface Field dus met een relatief hoge n-lading wordt het substraat met de zilverlaag en de daarop bevindende aluminiumlaag verhit volgens de werkwijze volgens de uitvinding. De aluminium laag 4 en de zilverlaag 3 vormen daardoor een legering met de achterste zijde 2b van het 20 silicium substraat 2. Het vormen van de legering vindt plaats door het geheel te verhitten volgens een standaard algemeen bekend firing profiel. Door het verhitten diffunderen zowel de aluminiumatomen (zie pijl A in figuur 1) als ook de zilveratomen (zie pijl B in figuur 1) tot ongeveer 3 micrometer in het silicium. Doordat een grote stroom aluminiumatomen 25 naar het silicium diffundeert, zullen de zilveratomen in hoofdzaak met de aluminiumatomen mee het silicium in diffunderen waardoor een legering van aluminium met zilver en silicium ontstaat aan een naar de metaallagen 3, 4 gekeerde zijde 2b van het substraat 2. Door gebruik te maken van de werkwijze volgens de uitvinding bevat de Al-Ag-Si legering een maximale 30 hoeveelheid aluminium en zilver in het silicium behorende bij het eutectisch 6 punt van de legering. Bij het bereiken van het eutectisch punt stopt het legeringsproces automatisch. Er kunnen immers niet meer metaalatomen in het siliciumrooster worden opgenomen.

De samenstelling van de zonnecel 1 na de firestap wordt 5 schematisch weergegeven in figuur 2. De gevormde Al-Ag-Si legering 5 is een n-type legering en heeft een relatief hoge n-lading door de aanwezigheid van zilveratomen in de legering. Door deze n-lading in dit achterste deel 2b van het substraat 2 wordt een zonnecel 1 verkregen met een efficiënt Back Surface Field 5. In gebruik worden de naar de achterzijde 2b van de 10 zonnecel 1 diffunderende elektronen omgebogen door de naar het silicium gerichte zijde 5a van het Back Surface Field 5 zodat deze elektronen weer terug het silicium in gaan. Hierdoor wordt het rendement van de zonnecel 1 verhoogd. Verder zorgt de zilveren volvlakscoating op de achterzijde 2b van het substraat 2 voor een goede optische reflectie van daarop vallend licht en 15 daarop vallende warmte dat via de voorste zijde 2a het siliciumsubstraat de zonnecel 1 binnenvalt. Het invallende licht wordt daardoor efficiënter benut, hetgeen ook gunstig is voor de werking van de zonnecel 1. De aluminiumlaag 4 geheel aan de achterzijde van de zonnecel 1 zorgt voor een goede afvoer van het opgewekt elektrisch vermogen.

20

Het moge duidelijk zijn dat de uitvinding niet is beperkt tot het beschreven uitvoeringsvoorbeeld maar dat diverse wijzigingen binnen het raam van de uitvinding, zoals gedefinieerd door de conclusies mogelijk zijn. In plaats van een zilverlaag als tussenlaag kan er ook een laag van een 25 ander metaal worden aangebracht. Voorwaarden zijn dat dit metaal kan worden gesputterd, in ieder geval met een hoge opbrengsnelheid kan worden opgebracht, goede reflecterende eigenschappen bezit, kan legeren met aluminium en met silicium en in gelegeerde toestand een n-type legering oplevert. Ook kan in een ander uitvoeringsvoorbeeld de eerste 30 metaallaag met een andere depositietechniek worden opgebracht. Verder is 7 het voor de vakman duidelijk dat voor de tweede metaallaag ook andere metalen met soortgelijke eigenschappen als aluminium kunnen worden gebruikt en kan ook een ander proces worden gebruikt voor het opbrengen van de tweede metaallaag.

1034513

Claims

1. Werkwijze voor het vervaardigen van een photovoltaïsche cel, zoals een zonnecel, welke werkwijze omvat: • het verschaffen van een silicium substraat; • het aan een achterste zijde aanbrengen van een eerste laag van 5 een metaal met een relatief hoge optische reflectiefactor, bij voorkeur een laag zilver; • het op de eerste laag aanbrengen van een volgende laag van een metaal met een relatief hoge elektrische geleidingscoëfficiënt, bij voorkeur een laag aluminium of een Al legering; 10. het vervolgens verhitten (e.; firen) van het substraat teneinde een legering van de metalen en het silicium te verkrijgen, waarbij de gevormde legering maximaal een hoeveelheid metaal, bij voorkeur aluminium en zilver, in silicium omvat in hoeveelheden tot het eutectisch punt van de legering, welke legering in hoofdzaak een 15 n-type Si-Al-Ag legering is waardoor een beter Back Surface Field wordt verkregen.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, waarbij de eerste metaallaag in een dunne laag wordt opgebracht, waarbij de laag in hoofdzaak tussen 10 20 nanometer - 1 micrometer dik is.

3. Werkwijze volgens conclusie 1 of 2, waarbij de eerste metaallaag wordt opgebracht met behulp van een depositieproces, bij voorkeur sputteren. 25 1034513

4. Werkwijze volgens één der voorgaande conclusies, waarbij de volgende metaallaag wordt op gebracht in een dikte van in hoofdzaak tussen 10 micrometer — 25 micrometer.

5. Werkwijze volgens één der voorgaande conclusies, waarbij de volgende metaallaag wordt aangebracht met behulp van een printproces, bij voorkeur screenprinten.

6. Photovoltaïsche cel verkregen met behulp van een werkwijze volgens 10 één der voorgaande conclusies. 1034513