专利名称：使用基于低等级原料材料的晶体硅的太阳能电池及制造方法
技术领域：
本发明总体上涉及光伏器件，并更具体地涉及用于制造源自基于低等级原料材 料的晶体硅的改进太阳能电池的系统和方法。
背景技术：
光伏太阳能电池将来自太阳的辐射能直接转化成电能。光伏电池能够排列成阵 列，该阵列将多个电池排列以提供更大的电力输出。这使得太阳能电力成为为小型住宅 (small home)和商店(businesses)供电的可行选择。光伏太阳能电池的制造涉及使用邻近通常称为“前侧(frantside)”的一个表面 的、具有浅p-n结的薄板或晶片形式的半导体衬底。太阳能电池衬底可以是具有ρ-型传 导性和位于距其前侧约0.3 0.5 μ m的p-n结的多晶硅，并具有覆盖前侧约SOnm厚(根 据所实施的结构化作用(texturization)和所使用涂层的折射率)的氮化硅涂层。工作时，撞击在太阳能电池上的太阳能辐射产生的电子和空穴迁移至ρ-掺杂和 η-掺杂区域，由此在掺杂区域之间产生电压差(voltage differential)。太阳能电池的前侧 (在那里连接至外部电路)可以在金属性表面和掺杂区域之间包括若干层材料。这些材料 可以被图案化，经过蚀刻而形成内部器件。太阳能电池晶片通过在半导体衬底的前后表面(即，ρ-和η-结)上都提供金 属化作用而转化成最终的太阳能电池，以容许回收在其暴露于太阳辐射时来自电池的电 流。这些接触(contacts，触点)典型地由铝、银、镍或其它金属或金属合金制成。通常 优选的安排是为硅太阳能电池提供由铝制成的背接触和由银制成的前接触。为了改善电池的转化效率，涂覆抗反射涂层(ARC)并粘合至前侧中未被前侧接 触所覆盖的那些区域。背接触可覆盖太阳能电池晶片的整个后表面，但更常见的是，将 背接触形成为终止于接近太阳能电池的边缘，但却达不到太阳能电池的边缘。在现今太阳能电池制造业中正在发展的最令人振奋的一个领域涉及利用升级冶 金级(UMG)硅的更丰富和经济的用途用于太阳能电池本体硅区域。采用UMG硅以实现 高效工作的太阳能电池，使得产生太阳能的成本能够开始在能量市场上与石油和其它形 式的能量展开充分竞争。在使用UMG或硅原料中，对于相似的质量，对工艺可能产生 额外的限制。例如，在形成太阳能电池时，一般实施烧制工艺会涉及将太阳能电池器件温度 升高到约800°C或更高。这种工艺力图实现三个独特效果。首先，该工艺力图定位与 太阳能电池的η-掺杂发射极层接触的前侧接触。第二，该工艺力图从ARC将氢扩散到 ρ-掺杂本体硅内而产生缺陷钝化(defect passivation)。而最后，该工艺力图对具有ρ-掺 杂本体硅的太阳能电池器件的铝背面退火而建立排斥朝向p-n结的电子并称为BSF(背面 电场)的更重度的ρ-掺杂区域。尽管期望实现所有三个结果，但是一般这些结果在非常窄的工艺窗口中部分产生。S卩，这三个热-响应性工艺要求不同的温度范围和加热持续时间。同样地，采用单 个工艺实现期望结果一般是不切实际的或不理想的。具体而言，形成前侧接触需要一个短持续期(例如，IOs)的高温过程(例如，约 800°c)o如果温度过程并未正确调节，则将会导致高串联电阻和/或低并联电阻。这种 情况的出现是因为几个物理原因。这些原因包括金属渗透到本体硅中、在η-掺杂区域较 差地形成Ag微晶和/或Ag微晶与Ag指粒(fingers)共生较差。这些不期望的现象被称 为过烧或烧制不足现象。相反，具有P-掺杂本体硅的铝背面层退火已经能够在较低温度下实现。Al-Si 二元体系的共熔温度是所需的最低温度。然而，根据Al/Si合金的液/固曲线，更高的温 度提供的Al掺杂会增加，而因此获得更有效的背面电场(BSF)。如果温度太高(例如， > 850°C), BSF质量一般会降低，主要是因为不均质性问题，而晶片翘曲可能会变得严 重。尽管可能有Al粉浆容许更高的烧制温度，但即使采用这些改进，在这个温度下的持 续时间也只能是在几秒钟的范围内。因为温度和持续时间限制的冲突，采用单一烧制工艺形成太阳能电池一般会产 生性能欠佳的器件。同时，采用两个烧制工艺也会导致无效(ineffe)的太阳能电池。已知的太阳能电池形成工艺的另一限制涉及以采用UMG硅的太阳能电池的烧 制工艺的使用。然而，为了使用UMG硅，要求新型缺陷设计工艺(或称“缺陷工程方 法”)。有效的缺陷设计常常需要使用热活化工艺，如吸杂和退火工艺，这些工艺促进杂 质和缺陷影响的局限化(局部化，localization)或者在其他情况下最小化。将这些吸杂和 退火工艺谨慎控制在约800°C的温度下进行。一旦这些工艺已完成，则高度期望采用这种 缺陷设计的硅的太阳能电池在延长的时间段内不再加热超过这些温度。之所以如此，是 因为如果这样可能会逆转或不良影响缺陷设计的结果。因此，需要一种工艺在基于低等级原料材料的晶体硅上形成太阳能电池而避免 在发射极层形成之后的高温工艺步骤。这种工艺将会消除或基本降低所述对于已知太阳 能电池制造工艺存在的温度_持续时间的失调问题。另外，万一对于材料改进实施另外的缺陷设计如氢化作用，则提供特制的 (tailored)时间-温度预算。在这种情况下，高温仅仅容许存在非常短的时间(例如，最 多几秒钟)。温度越高，该温度的持续期将会越短。同样地，可以考虑有益的权衡时间 和温度步骤。例如，不同的背面钝化(介电层)可帮助降低氢化和背面金属化的最佳温度。此外，需要在低于可能影响先前成功的UMG硅缺陷设计工艺温度的温度下形成 更重度P-掺杂的铝-硅太阳能电池层的改进太阳能电池金属化工艺。还需要用于提供本体硅缺陷的氢钝化和在低于可能危及缺陷设计逆转温度的温 度下形成背面电场，以及提供前侧太阳能电池金属化的太阳能电池形成工艺。
发明内容
本文中公开了在基于低等级原料材料的晶体硅上形成太阳能电池的技术。这些 技术在电池的加工过程中使用了特别的热预算。这导致更有效和更经济的生产太阳能电 池器件，尤其是在使用缺陷设计的UMG硅晶片时。
根据所公开的主题的一方面，公开了用于形成低接触电阻太阳能电池的方法或 工艺和所得到的太阳能电池。太阳能电池可以在包括UMG或其它低等级原料硅、以及 更高等级的硅的本体硅(bulksilicone)衬底上实现，对于更高等级的硅而言本文中公开的 低电阻性质可能是有益的。太阳能电池包括在本体硅衬底上形成发射极层，如磷基发射极形成工艺，和除 去由发射极层形成步骤产生的绝大部分的任何磷玻璃(phosphorus glass)。该工艺进一步 在发射极层上形成抗反射涂层和在本体硅衬底背面上形成多个背接触以获得通过本文中 描述的工艺最终产生太阳能电池的光伏器件。随后采用足够低而避免早期通过一个或多 个缺陷设计工艺实现的结果逆转的时间-温度预算来烧制光伏器件而形成背面电场。然 后，该工艺包括分离光伏器件的边缘以降低光伏器件的边缘分流(edge shunts)和进一步 在抗反射涂层中形成多个开口以至少部分暴露发射极层的η-掺杂部分。该工艺包括用低接触电阻金属层如选择性无电镀镍(electrolessselectivenickel)对 抗反射层的开口区域进行涂层。该工艺进一步对具有η-掺杂部分的选择性无电镀镍层退 火以形成镍-硅化物层并在镍-硅化物层上电镀多个接触，由此形成光伏器件的低电阻接 触路径。根据一方面，所公开的方法包括可在通常低于700°C的工艺温度下实施的烧制步 骤，由此保留低等级晶体硅的先前缺陷设计工艺的效果。本发明公开内容的另一方面，可替换地，包括至少对于氢化作用的> 800°C范 围的短温度退火。这个步骤可以由前侧金属化(电镀)去耦而提供导致较少铺展(less spreading)的更可靠前接触的额外优点。根据又一方面，抗反射涂层可以基于介电材料，如氮化硅、碳-氮化物或 碳-氧-氮化物形成。本发明公开内容的另一方面包括电镀多种金属，如铜或类似用途的金属，作为 金属硅化物如镍硅化物层上的接触。所公开的主题的这些和其它的优点和方面，以及其他的新特征，由本文中提供 的描述而显而易见。该概述的目的并非是所要求主题的全面描述，而是提供关于该主题 的某些功能性的简短综述。本文中提供的其它系统、方法、特征和优点，在研究以下附 图和详细描述后，对于本领域中的技术人员而言将会显而易见。所有这些其他的系统、 方法、特征和优点都应当包括在本说明书中，都旨在涵盖在所附权利要求的范围内。
现在将参照附图详细描述本发明，提供的附图作为本发明的示例性实施例，以 使本领域的技术人员能够实施本发明。应当注意，附图和实施例并不是要将本发明的范 围限制为单个实施方式，通过交换某些或所有所描述的或例示的组件，其它实施方式也 是可能的，进一步地，其中图1示出了本发明公开的主题的工艺流程，包括光伏器件低电阻金属化的形 成；和图2至12示出了描绘根据图1的工艺流程利用本发明公开内容的教导的光伏器 件以及最终的太阳能电池的截面的概念图。
具体实施例方式在本说明书中，显示单个组件的实施方式不应该认为是限制性的；相反，除非 在本文中明确另外指出，本发明旨在涵盖包括多个相同组件的其它实施方式，而反之亦 然。而且，除非同样明确指出，申请人并不旨在将说明书和权利要求中的任何术语归属 于不常见或特殊含义。另外，本发明涵盖了通过示例方式在本文中涉及的已知组件的当 前和未来可知的等同替换。本发明公开的方法和系统提供了在太阳能电池形成中用于形成低电阻金属化的 方法。尽管本发明公开内容在使用UMG硅形成的太阳能电池中具有特定的应用，但是 应该理解到，本发明的公开内容可进一步适用于任何形式的硅，包括浮区熔化硅(float zonesilicone)、切克劳斯基法生长硅(Czochralski silicon)、磁性切克劳斯基法生长硅 (magnetic Czochralski silicon)、铸娃(cast silicon)以及板或带娃。优选地，在工作电池条件下的少数载流子扩散长度将会超出电池厚度。然而， 还可以存在其它具有更小扩散长度的材料(例如，RGS，以及高度掺杂的UMG材料)， 对于本发明公开内容的目的其表现出有利的性质。实际上，可能仅仅存在较小百分数的 多晶硅材料，其表现为在整个电池区域中超过电池厚度的均勻分布的扩散长度。因此， 应该在材料选择中对此进行考虑。图1示出了本发明公开主题的工艺流程10，其导致形成源自低等级晶体硅的太 阳能电池。由步骤12开始，实施结构化步骤而在导致太阳能电池层形成的硅衬底表面上 产生基本结构(texture)。这之后，在步骤14中，例如，用POCL3或其它磷基发射极(发 射体，emmiter)形成具有薄层电阻的发射极层，从而产生在一个实施方式中为约100 Ω / sq的薄层电阻，一般认为这对于表面钝化是足够的。然而，应该注意，其它扩散技术如 喷涂扩散(spray-ση diffosion)也可用于实现这点上的基本类似的结果。在发射极层形成 之后，由高温发射极扩散步骤形成的任何PSG(磷-硅酸盐玻璃)随后在步骤16除去。 该工艺随后在步骤18实施抗反射(AR)涂层。步骤20描述了在硅衬底背面上丝网印刷 至少部分由铝(Al)构成的层，由此可以形成背面电场，以及光伏器件的接触。步骤20描述了采用本发明公开内容的时间_温度预算烧制光伏器件而形成并优 化背面电场的本发明公开内容的新方面。随后是边缘分离步骤22和在步骤24中形成以 顶侧氮化硅层形式的开口。这些开口是以下η-掺杂发射极层的连接路径。步骤26描述 了在氮化硅层上形成选择性无电镀镍(Ni)层并进入现已形成的开口中的步骤。随后是快 速热退火(RTA)步骤28以在甚至低于约420°C的温度下形成至发射极层的镍-硅化物改 进的连接路径。然而，应注意，甚至在这种温度下，工艺时间应该保持尽可能短而防止 衬底内发生脱氢。所公开的工艺进一步包括电镀铜或具有类似性质的另一种金属而完成 光伏器件的前侧金属化路径。已经介绍了采用低电阻金属化形成改进太阳能电池的工艺流程10，图2 12示 出了形成期望的太阳能电池的概念性截面(conceptual cross-sections),本文中顺次采用参 考标号40a 40j指代，以指代“光伏器件”的中间结果，并在图12中最终指代为太阳 能电池40k。参照图2，硅衬底42示出了前侧44上结构化步骤12的结果。顶表面和底表面都提供表面结构化，从而捕获更多的入射光。然而，在一些实施方式中，底面结构化可 能是不期望的。如果底面结构化不是所期望的，则底面通过使用合适的结构化技术而能 够保持平坦。这些技术可以包括，例如，使用抗蚀刻粉浆，其通过丝网印刷工艺沉积在 背面上。这种表面结构化就如同锯齿形图案的形式所示，其可以通过锯切或可选地如通 过激光蚀刻而机械地引入。尽管在优选实施方式中示出了结构化和掺杂的表面，但是在 一般情况下其应用是可选的。图3描绘了形成发射极层的POCL3发射极扩散步骤14的结果，其中发射极层46 和PSG玻璃48都形成于光伏器件40b上。发射极能够通过扩散工艺在管式炉中于800 900°C下采用如？00^而获得发射极。相比于由传统工艺产生的典型40Q/sq，这能够导 致约100 Ω/Sq的薄层电阻。本发明公开的工艺形成的发射极具有薄层电阻ΙΟΟΩ/sq。因 为薄层电阻越高，发射极层中存在的磷就越少。这结合低电阻金属化路径导致在发射极 中产生更少的复合中心(recombination centers)。在800°C下，扩散非常浅的发射极可能是合乎需要的，而同时在900°C下，该工 艺可以包括形成散布低薄层电阻的发射极。在一些实施方式中，820 860°C的工艺温度 范围可以实现所有或至少大多数工艺目标。发射极层46可以通过将磷源施加于晶片上并进行热扩散而形成。该源能够通过 商业技术如丝网印刷、喷涂、旋涂或POCL3施用。磷扩散能够在管式炉中按照间歇式工 艺(分批工艺)，在带式炉中按照连续式工艺或通过快速热处理(RTP)而实施。带式炉 能够通过红外(IR)灯或电阻加热(马弗炉)进行加热。图4示出了 PSG玻璃48去除的 结果，仅仅在光伏器件40c上留下发射极层46。在POCL3发射极扩散期间，形成磷硅酸 盐玻璃。PSG层被除去而采用湿法或干法化学蚀刻继续实施该工艺。图5示出了光伏器件40d上ARC 50的形成。ARC 50主要可透过太阳辐射而经 常由氮化硅制成，或能够使用通过等离子体增强的化学气相沉积(PECVD)施加的硅或钛 的氧化物或通过常压化学气相沉积(APCVD)施加的二氧化钛。氢离子注入用于改进少数 载流子扩散长度，也可以在ARC沉积之前引入。然而，如果该工艺采用SiN或SiCN， 则氢注入可能并不需要。图6示出了在硅衬底42背面上丝网印刷Al层52的结果以及光伏器件40e的接 触，由丝网印刷Al层可形成背面电场层54。一般而言，ρ-型材料的Al层52相比于ρ-型 本体层相对较薄，对于厚度约200 μ m的本体层其厚度为约2 20 μ m。沉积铝的优选方 法是以铝粉浆通过丝网印刷铝进行沉积，丝网印刷本身是本领域中已知的工艺。然而， 除了丝网印刷之外沉积铝的方法在本发明的范围内，例如电子束蒸发或溅射，尽管这些 方法通过光刻法可能需要成本更高的图案化而因此不太合乎需要。本文中的铝或铝材料 定义为纯铝或Al-Si合金。注意，在一个优选的实施方式中，铝的选择同时用于至少三个目的。铝用作 P-型掺杂剂源而在后侧上补偿η-掺杂剂，而同时也用作电子的背面反射器。铝还用作 ρ-型区域中的电接触。图7示出了甚至在低于约700°C的最高温度下烧制光伏器件40f而形成和优化背 面电场的结果。这就产生了背面电场区域54，这是比本体硅区域42更重度ρ-掺杂的区 域。
用于优化背面电场的烧制在低于700°C的最高温度下实施。烧制在该步骤中发 生。一般而言，因为制造合理的背面电场层要求低于700°C，因而不需要进行高温工 艺。快速热处理单元、带式炉、管式炉或其它方式都可以提供加热。环境气氛可以是惰 性的，如氩气或氮气，或可以是化学活性的，如具有氧或氢。环境气体混合物也是可能 的。在高温下的时间可以是30秒至几分钟。工艺温度随后可以在Si-Al合金、通过液相外延的Si重组中降低，直至达到共熔 温度(577°C)。结果，再生的Si现在为掺杂Al的ρ-型。所需的ρ-型随着Al浓度超 过起始Si中的给体浓度而形成，而共熔合金(约88.7_%的Al和11.3_%的Si)保留在 表面上而起到ρ-型硅的带式接触的作用。合金结的深度能够通过使用Al-Si混合物代替纯铝作为沉积的丝网印刷材料而进 行控制。这是因为，随着Si浓度向着共熔组合物而增加，印刷金属能够溶解的Si的量变 小，因此结深度变得更小。如果需要，根据铝-硅相图，通过增加沉积铝的厚度和通过 增加形成合金的温度，能够增加结深度。图8示出了光伏器件40g中采用边缘分离步骤22形成的边缘分离56和58。然 而，ARC 50和发射极层46可以涂覆整个晶片，包括边缘，以及经常包括背面，在前面 和背面之间产生不可接受的复合(recombination)路径。这个路径能够通过边缘分离而消 除，由此通过η-型发射极层46连续地完全刻划出一道凹槽。为了最大化光伏器件40g 的有源区域，而因此最大化效能，则这道凹槽优选应该是尽可能窄且尽可能靠近边缘。 其它技术也可以使用。例如，一个工艺可以包括除去前侧和铝背面电场之间的η-掺杂区 域。这可以通过部分除去η-掺杂区域(在边界上干刻)或完全除去背面的η-掺杂区域 (采用湿的或干的化学品)而进行。图9示出了光伏器件40h中穿过ARC 50形成n_掺杂发射极层46的连接路径的 开口 60。这些开口可以通过图案化技术如激光消融、光刻、丝网印刷、喷墨和其它类 似的有效技术形成。这种图案化技术应该对发射极非常具有选择性。图10描述了选择性无电镀(electroless)金属沉积如在光伏器件40i的开口 60上 形成的镍(Ni)层62。无电镀金属层如Ni随后在金属化形成工艺中形成。因为镍对硅的 高选择性，这在工业中是众所周知的并被重视的一种工艺。在图11中，快速热退火(RTA)步骤28随后例如在低于和甚至在低于约400°C的 温度下形成从光伏器件40j的前侧至发射极层46的镍硅化物连接路径64。NiSi层形成的 快速热退火(RTA)工艺进一步将接触电阻提高(或改善)至接近0.1 Ω-cm2。最后，图12描述了完成太阳能电池40k的金属化路径的低电阻电镀金属如铜接 触。然后，所公开的工艺实施铜的电镀。因此，本发明公开内容的技术优点是一种消除或显著提高对于已知太阳能电池 制造工艺存在的温度_工艺窗口的用于形成太阳能电池金属化的工艺。而且，本发明公开内容提供一种改进的太阳能电池金属化制造工艺，这种方法 在低于可能不良影响先前成功的UMG硅缺陷设计工艺的温度下形成更重度ρ-掺杂的 铝-硅太阳能电池层。还有，所公开的主题提供了一种太阳能电池金属化形成工艺，其包括氢钝化本 体硅缺陷和在低于可能危及缺陷设计逆转的温度下形成背面电场，而同时提供前侧太阳能电池金属化的形成。总之，由此，本发明公开的新方面是对基于低等级原料材料的晶体硅提供一种 太阳能电池工艺。发射极层采用磷基发射极形成工艺形成。抗反射涂层形成于发射极层 上并且背接触形成于本体硅衬底的背面上。器件随后在足够低而避免任何先前缺陷设计 工艺逆转的温度下烧制而形成背面电场。该工艺另外在抗反射涂层上形成开口而至少部 分暴露所述发射极层的η-掺杂部分。随后该工艺在抗反射涂层上形成选择性无电镀镍 层，并通过这些开口连接衬底的η-掺杂部分。该工艺随后对具有η-掺杂部分的选择性无 电镀镍层退火以形成镍-硅层，并进一步在镍-硅层上电镀接触，而完成从接触至η-掺 杂层的电传导路径。因此，本文中描述的工艺和系统的特征和功能构成了低电阻太阳能电池金属化 和金属化形成方法。退一步讲，根据本发明公开内容的教导形成的光伏或太阳能电池可 以排列成具有沿着安装系统装配的各种面板的阵列。一个主要的优点是这种阵列包括能 够组合不同数量的电池而提供更大电力输出的能力。这使得太阳能电力成为小型住宅和 商店供电的可行之选。由于具有采用UMG硅的成本优点，正如本文中的描述，太阳能技术的效能提 高，购买和安装利用来自太阳辐射的能量的面板成为可能。从利用本文中公开的教导的 太阳能电池阵列供电所涉及的成本，可以提供显著大量的电力，降低未来发电成本和消 费者的能耗开支。尽管结合本发明公开内容教导的各个实施方式已经示出而在本文中进行了详细 描述，但是本技术领域的那些技术人员可以易于设计出许多其它仍然结合这些教导的变 化的实施方式。因此，提供优选实施方式的前述描述，以使本领域的任何技术人员能够 制造或利用权利要求的主题。这些实施方式的各种修改对于本领域的技术人员将是显而 易见的，而本文定义的一般原理可以适用于其它实施方式而无需利用创造力。因此，权 利要求的主题并不限于本文中所示的实施方式，而是应该符合本文公开的原理和新特征 的最宽的范围。
权利要求
1.一种用于形成包括低电阻金属化层的太阳能电池的方法，所述太阳能电池包括升 级冶金级硅，所述方法包括以下步骤形成包括升级冶金级硅的本体硅衬底，所述升级冶金级硅已接受至少一种缺陷设计 工艺；采用磷基发射极形成工艺在所述本体硅衬底上形成发射极层； 除去大部分由所述发射极层形成步骤产生的任何磷玻璃； 在所述发射极层上形成抗反射涂层；在所述本体硅衬底的背面上形成背接触区域以产生光伏器件； 在避免所述至少一种缺陷设计工艺逆转的足够低的温度下烧制所述光伏器件而形成 背面电场；分离所述光伏器件的边缘而降低所述光伏器件的边缘分流；在所述抗反射涂层中形成至少一个开口而至少部分暴露所述发射极层的η-掺杂部分；用低接触电阻金属层对所述至少一个开口涂层；以及在所述低接触电阻金属层上电镀多个金属接触，由此形成将所述光伏电池器件转换 成含升级冶金级硅的太阳能电池的低电阻接触路径。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述低接触电阻金属层进一步包括选择性无电 镀镍层，并进一步包括对所述选择性无电镀镍层退火而形成镍_硅化物层的步骤。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述退火步骤进一步包括在通常低于400°C的 工艺温度下进行的快速热退火(RTA)步骤。
4.根据权利要求1所述的方法，进一步包括按照至少大致符合金属化掩模图案的图案 在所述抗反射涂层中形成所述至少一个开口的步骤。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述烧制步骤在通常低于700°C的工艺温度下 进行。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述抗反射涂层步骤包括在所述发射极层上形 成氮化硅(SiN)层。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述抗反射涂层步骤包括在所述发射极层上形 成碳氮化硅(SiCN)层。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述电镀步骤进一步包括在所述镍-硅层上电 镀多个铜接触的步骤。
9.根据权利要求1所述的方法，进一步包括在所述发射极层形成步骤的准备中结构化 所述本体硅衬底的步骤。
10.一种采用升级冶金级硅的低接触电阻太阳能电池，所述太阳能电池包括 包括升级冶金级硅的本体硅衬底，所述升级冶金级硅已接受至少一种缺陷设计工艺；采用磷基发射极形成工艺在所述本体硅衬底上形成的发射极层； 所述发射极层上的抗反射涂层； 形成于所述本体硅衬底背面上的背接触区域；在避免所述至少一种缺陷设计工艺逆转的足够低的温度下烧制所述背接触区域而形成的背面电场；在所述抗反射涂层中用于至少部分暴露所述发射极层的至少一个开口；对连接所述至少部分暴露的发射极层的所述抗反射涂层进行涂覆的低接触电阻金属层；包括η-掺杂部分的所述低接触电阻金属层；以及电镀于所述低接触电阻金属层上而从所述低接触电阻太阳能电池传导电流的多个接触。
11.根据权利要求10所述的低接触电阻太阳能电池，其中，所述金属化在通常低于 700°C的工艺温度下形成。
12.根据权利要求10所述的低接触电阻太阳能电池，其中，所述金属化采用在通常低 于400°C的工艺温度下进行的快速热退火(RTA)步骤形成。
13.根据权利要求10所述的低接触电阻太阳能电池，其中，所述抗反射涂层步骤包括 所述发射极层上的氮化硅(SiN)。
14.根据权利要求10所述的低接触电阻太阳能电池，其中，所述抗反射涂层包括所述 发射极层上的碳氮化硅(SiCN)。
15.根据权利要求10所述的低接触电阻太阳能电池，进一步包括所述镍-硅层上的多 个铜接触。
16.—种包括多个至少部分采用升级冶金级硅的低接触电阻太阳能电池的太阳能电池 阵列，所述太阳能电池包括包括升级冶金级硅的本体硅衬底，所述升级冶金级硅已接受至少一种缺陷设计工艺；在所述本体硅衬底上采用磷基发射极形成工艺形成的发射极层； 在所述发射极层上的抗反射涂层； 在所述本体硅衬底的背面上形成的背接触区域；在避免所述至少一种缺陷设计工艺逆转的足够低的温度下烧制所述背接触区域而形 成的背面电场；在所述抗反射涂层中至少部分暴露所述发射极层的至少一个开口；对连接所述至少部分暴露的发射极层的所述抗反射层进行涂覆的低接触电阻金属层；包括η-掺杂部分的所述低接触电阻金属层；以及多个电镀于所述低接触电阻金属层上而从所述低接触电阻太阳能电池传导电流的多 个接触。
17.根据权利要求16所述的太阳能电池阵列，其中，所述太阳能电池进一步包括背面 电场，所述背面电场通过在避免所述至少一种缺陷设计工艺逆转的通常低于700°C的温度 下烧制所述背接触区域而形成。
18.根据权利要求16所述的太阳能电池阵列，其中，所述低接触电阻金属层进一步包 括选择性无电镀镍层，并进一步包括通过使所述选择性无电镀镍层退火而形成的镍-硅 化物层。
19.根据权利要求17所述的太阳能电池阵列，其中，所述镍-硅化物层采用在通常低于400°C的工艺温度下进行的快速热退火(RTA)步骤形成。
20.根据权利要求16所述的太阳能电池阵列，其中，所述抗反射涂层包括所述发射极 层上的氮化硅(SiN)。
21.根据权利要求16所述的太阳能电池阵列，其中，所述抗反射涂层包括碳氮化硅 (SiCN)发射极层。
22.根据权利要求16所述的太阳能电池阵列，进一步包括在所述镍-硅层上的多个铜 接触。
23.根据权利要求16所述的太阳能电池阵列，进一步包括在所述发射极层形成步骤的 准备中形成的所述本体硅衬底的结构化前侧。
全文摘要
本发明披露了由升级的冶金级硅形成太阳能电池器件，其已接受至少一种缺陷设计工艺，并包括低接触电阻电路径。抗反射涂层形成于发射极层上而背接触形成于本体硅衬底的背面上。该光伏器件可以在可避免先前缺陷设计工艺逆转的足够低的温度下烧制形成背面电场。该工艺进一步在抗反射涂层中形成开口并在该涂层中的开口上形成低接触电阻金属层，如镍层。该工艺可以对低接触电阻金属层退火而形成n-掺杂部分并完成n-掺杂层的电传导路径。这种低温金属化(例如，＜700℃)支持使用UMG硅用于太阳能器件形成而不存在逆转早期缺陷设计工艺的风险。
文档编号H01L31/00GK102017163SQ200980116052
公开日2011年4月13日 申请日期2009年3月9日 优先权日2008年3月10日
发明者卡梅尔·奥纳德杰拉, 弗里茨·基尔施特, 让·帕特里斯·拉科托尼爱纳, 迪尔克·齐克克尔曼, 阿兰·布洛斯, 阿布德尔拉蒂夫·策尔加, 马丁·卡斯, 马蒂亚斯·霍伊尔 申请人:卡里太阳能公司