背接触太阳能电池的自对准接触件的制作方法

本申请要求2014年2月26日提交的美国临时专利申请61/954,116的权益，所述美国临时专利申请以全文引用的方式并入本文。
技术领域：
本公开大体上涉及光伏(PV)太阳能电池的领域，且更特定来说涉及太阳能电池的自对准接触件。
背景技术：
：随着在越来越广泛的规模上采用光伏太阳能电池技术作为能量产生解决方案，需要与太阳能电池效率、金属化、材料消耗和制作相关的制作和效率改进。制造成本和转换效率因素驱动着太阳能电池吸收体厚度越来越薄且面积越来越大，因此增加了机械脆性、效率且使这些基于薄吸收体的太阳能电池的处理和处置复杂化-脆性效应尤其相对于晶体硅吸收体来说增加。大体上，太阳能电池接触结构包含基极和发射极扩散区域上的导电金属化-例如分别通过相对重的磷和硼区域连接基极和发射极接触区域中的硅的铝金属化。附图说明从下文结合附图陈述的详细描述，所公开主题的特征、性质和优点可变得更加显而易见，在附图中相同参考标号指示相同特征且其中：图1A到1D是具有自对准接触结构的太阳能电池的横截面图；图2A到2E是在具有自对准接触件的对接结叉指状背接触太阳能电池的制作期间在各个步骤处的太阳能电池的横截面图；图3A到3G是在具有自对准接触件的非对接结叉指状背接触太阳能电池的制作期间在各个步骤处的太阳能电池的横截面图；图4A到4E是在具有自对准接触件的非对接结叉指状背接触太阳能电池的制作期间在各个步骤处的太阳能电池的横截面图；以及图5是具有与图1A一致的自对准接触结构且具有多层级金属化的太阳能电池的横截面图。具体实施方式因此，需要用于背接触太阳能电池的制作方法。根据所公开的主题，提供用于背接触太阳能电池的制作的方法。这些创新基本上减少或消除与先前开发的背接触太阳能电池制作方法相关联的缺点和问题。本专利涉及太阳能电池。除了本文描述的之外，至少部分地具有共同发明权且提供太阳能电池结构和制作细节的相关专利申请包含：2014年2月2日提交的美国专利申请14/179,526；2013年11月5日提交的美国专利申请14/072,759(在2014年11月6日公布为美国公开案20140326295)；2013年4月24日提交的美国专利13/869,928(在2013年9月5日公布为美国公开案20130228221)；2014年9月22日提交的美国专利申请14/493,341；以及2014年9月22日提交的美国专利申请14/493,335，以上全部申请以全文引用的方式并入本文。根据所公开主题的一个方面，提供用于背接触背结太阳能电池的自对准接触件。所述太阳能电池包括半导体层，所述半导体层具有光接收前侧和与所述前侧相对的背侧且附接到电绝缘背板。具有自对准于基极和发射极区的基极和发射极电极的第一金属层定位于所述半导体层背侧上。提供电池互连且通过通孔插塞连接到所述第一金属层的图案化第二金属层定位于所述背板上。所公开主题的这些和其它优点以及额外的新颖特征将从本文提供的描述中显而易见。此概述的目的不是详尽地描述主题，而是提供主题的一些功能性的简短概括。本领域的技术人员在检阅附图和详细说明后将变为明了本文提供的其它系统、方法、特征和优点。希望此说明内包含的所有此类额外的系统、方法、特征和优点处于权利要求书的范围内。所公开主题提供用于制作用于背接触背结太阳能电池的自对准接触件的结构和方法。具体来说，所公开主题和对应图式提供了用于使用用于背接触背结(例如，叉指状背接触IBC)太阳能电池的自对准接触件形成薄硅太阳能电池的低损坏、高效率且低成本工艺流程。所描述的新颖自对准接触结构可以实现较高的太阳能电池转换效率。另外，描述了用于形成具有自对准接触件的太阳能电池结构的具有最少或减少的工艺步骤的太阳能电池制作方法。术语“自对准”描述了电池结构，使得在基极和发射极金属接触件下方的重掺杂的n+和p+区域相对于接触开口是自对准的-例如在图1A到1D中所示。图1A是具有自对准接触结构的选择性发射极太阳能电池的横截面图，所述自对准接触结构具有掺杂剂扩散区，恰在金属到硅吸收体接触下方具有较高掺杂水平(例如，大于1E18cm-3)。通过在硅中具有重掺杂区(n和p型)以用于改善的金属/硅接触电阻和在金属/硅接触处的较低表面重组速率，以及通过使太阳能电池中的重掺杂区域(例如，大于1E18cm-2的掺杂)最少且因此减少总体饱和电流密度，自对准接触结构可以提供较高的太阳能电池效率。替代地，本文公开的自对准接触结构也可以通过使用穿过金属与硅之间的势垒层的异质/隧穿接触件来形成-例如图1B中所示。图1B是具有使用穿过金属与硅之间的势垒层的异质/隧穿接触件形成的自对准接触结构的太阳能电池的横截面图。自对准结构的优点在于重掺杂区域被限于仅在需要它们之处的接触件下方。如果接触开口需要对准于具有非自对准接触结构的重掺杂，那么重扩散需要比所述接触开口宽得多，以适应对准容限。与非自对准接触结构相比，所提供的自对准接触结构由于两个不同原因而可以具有更高效率。第一，重掺杂当在钝化条件下使用时可为有害的，换句话说，重掺杂较多且在一些情况中仅当在例如金属等不良钝化条件下使用时为有用的。因此，自对准结构在高质量钝化条件下消除了重掺杂的区域。第二，对于非自对准结构，需要制作两个开口：第一个用于掺杂，且第二个用于接触开口。如果使用容易在硅中产生损坏的方法(例如，在一些情况中激光处理)制作这些开口，那么自对准结构移除了外部嵌套开口，并且最小化且在一些情况中消除来自此步骤的激光损坏。此外，除了效率优点之外，自对准结构需要的工艺步骤也可以较少，且因此减少电池成本。以下表1示出了用于使用掺杂剂膏步骤形成具有自对准接触件和场发射极的选择性发射极太阳能电池(例如图1A中所示)的前端工艺流程。1锯切损坏移除2APCVD硼掺杂Al2O3+未掺杂SiO23激光烧蚀(nsUV和/或psUV)4掺杂剂膏(磷膏印刷-干燥+硼膏印刷干燥)5扩散退火6湿式蚀刻(例如，稀释HF、SCl或稀释基于KOH等)表1.具有带掺杂剂膏的自对准接触件和场发射极的选择性发射极太阳能电池。表1示出了其中使用自对准接触用于制作高效率背接触背结太阳能电池的工艺流程。如所示，步骤1是用以从晶片(例如，CZ晶片)移除损坏的锯切损坏移除步骤；然而，所提供的流程同等地适用于在模板上时处理的以外延方式形成的硅衬底，在此情况下，步骤1锯切损坏移除被如本文详细描述的多孔硅和外延硅沉积步骤代替。因此，在外延实施方案中，所描述的前端处理在模板附接的外延衬底的暴露表面上发生，在此之后可以在后端处理中从模板释放(例如，机械或湿式蚀刻释放)外延衬底。重要的是，所提供的示例性工艺流程是为了描述性目的而在制作高效率背接触背结太阳能电池的上下文中描述，且本领域的技术人员可以在总体工艺流程内组合、添加或移除、更改或移动所公开的各种处理步骤。换句话说，来自本文提供的表中描述的每一工艺流程的元素可以一起组合或者与其它已知的太阳能电池制造方法组合。举例来说，参考表1：步骤3中所示的激光接触开口可以分为两个步骤(例如表2中所示)以单独地形成仅用于基极和发射极接触件的自对准接触件；步骤4中所示的掺杂剂膏印刷步骤可具有在已经印刷的掺杂剂膏的顶部上的未掺杂膏的额外第三次印刷(例如图8中所示)。此外，表1的步骤6中所示且移除经退火掺杂剂膏的湿式蚀刻步骤可以被干式HF蒸气蚀刻工艺代替，或者可以针对全干式前端工艺完全跳过(即，去除)移除步骤6。此外，表1的步骤6中所示的激光接触开口步骤可以被用于无激光前端工艺的蚀刻膏工艺代替，其包括蚀刻膏沉积、干燥和冲洗。以下表2示出了用于使用掺杂剂膏且使用单独的接触开口步骤形成具有自对准接触件的选择性发射极太阳能电池的前端工艺流程。1锯切损坏移除2APCVD硼掺杂Al2O3+未掺杂SiO23激光烧蚀(nsUV和/或psUV)4掺杂剂膏(磷膏印刷+干燥)5激光烧蚀(nsUV和/或psUV)6掺杂剂膏(硼膏印刷+干燥)7扩散退火8湿式蚀刻基于HF/SKIP/HF蒸气表2.具有带掺杂剂膏的自对准接触件和单独接触开口步骤的选择性发射极太阳能电池。以下表3示出了用于形成具有带掺杂剂膏的自对准接触件的选择性发射极太阳能电池以及应用扩散势垒的前端工艺流程。1锯切损坏移除2APCVD硼掺杂Al2O3+未掺杂SiO23激光烧蚀(nsUV和/或psUV)4掺杂剂膏(磷膏印刷+干燥+硼膏印刷干燥)5APCVDUSG沉积：6扩散退火7湿式蚀刻基于HF/SKIP/HF蒸气表3.具有带掺杂剂膏的自对准接触件和扩散势垒的应用的选择性发射极太阳能电池。替代地，表3的步骤5中示出为APCVDUSG沉积的扩散势垒沉积也可以是未掺杂膏印刷。表2和3的工艺流程实施方案可用以在扩散退火期间从掺杂剂膏减少自动掺杂。以下表4示出了用于形成具有带扩散势垒掺杂剂膏印刷的自对准接触件的非对接结太阳能电池(例如图1C中所示)的前端工艺流程。图1C是具有自对准接触结构的非对接结太阳能电池的横截面图，所述自对准接触结构具有掺杂剂扩散区，恰在金属到硅吸收体接触下方具有较高掺杂水平(例如，大于1E18cm-3)。1锯切损坏移除2未掺杂膏印刷+干燥3APCVD硼掺杂Al2O3+未掺杂SiO24激光烧蚀(nsUV和/或psUV)5掺杂剂膏(磷膏印刷-干燥+硼膏印刷干燥)6扩散退火7湿式蚀刻基于HF/SKIP/HF蒸气表4.具有带掺杂剂膏印刷的自对准接触件和带扩散势垒膏印刷的非对接结的非对接结太阳能电池。替代地参考表4的非对接结太阳能电池流程，表4的步骤2、3和4可以被APCVD硼掺杂氧化硅(BSG1)沉积接着是皮秒(ps)CO2激光的两个步骤代替-称为带掺杂剂膏印刷的自对准接触件以及通过APCVD带硼掺杂氧化硅的非对接结的替代实施方案。以下表5示出了用于具有自对准接触件且使用磷掺杂剂膏的非选择性发射极太阳能电池的制作工艺流程。1锯切损坏移除2APCVD硼掺杂Al2O3+未掺杂SiO23激光烧蚀(nsUV和/或psUV)4掺杂剂膏(磷膏印刷+干燥)5扩散退火6湿式蚀刻基于HF/SKIP/HF蒸气7激光烧蚀(psUV)表5.具有带掺杂剂膏的自对准接触件的非选择性发射极太阳能电池。替代地，以下表6示出了用于具有自对准接触件且使用三氯氧化磷POCl3(POCl)的非选择性发射极太阳能电池的制作工艺流程。1锯切损坏移除2APCVD硼掺杂Al2O3+未掺杂SiO23激光烧蚀(nsUV和/或psUV)4扩散退火5POCl扩散6湿式蚀刻基于HF/SKIP/HF蒸气7激光烧蚀(psUV)表6.具有带基于POCl的扩散的自对准接触件的非选择性发射极太阳能电池。以下表7示出了用于使用掺杂剂膏的具有自对准钝化基极接触件的非选择性发射极太阳能电池的制作工艺流程。1锯切损坏移除2APCVD硼掺杂Al2O3+未掺杂SiO23激光烧蚀(nsUV和/或psUV)4掺杂剂膏(磷膏印刷+干燥)5扩散退火6湿式蚀刻基于HF/SKIP/HF蒸气7ALD沉积(Al2O3，TiO2，Al2O3+TiO2)8激光烧蚀(psUV)表7.具有带掺杂剂膏的自对准钝化基极接触件的非选择性发射极太阳能电池。以下表8示出了用于具有自对准基极隧穿/异质结接触件(例如图1B中所示)的太阳能电池的制作工艺流程。1锯切损坏移除2APCVD硼掺杂Al2O3+未掺杂SiO23激光烧蚀(nsUV和/或psUV)4扩散退火5湿式蚀刻基于HF/SKIP/HF蒸气6ALD沉积(Al2O3，TiO2，Al2O3+TiO2)7激光烧蚀(psUV)表8.具有自对准隧穿/异质结接触件的太阳能电池。以下表9示出了用于具有自对准接触件而在基极接触下方无重扩散区的太阳能电池的制作工艺流程。表9.具有自对准钝化基极接触件的太阳能电池。替代地，本文描述的自对准接触结构和方法可以应用于以下表10示出了用于形成具有带场基极的自对准接触件的太阳能电池(例如图1D中所示)的前端工艺流程。图1D是具有场基极和自对准接触结构的太阳能电池的横截面图，所述自对准接触结构具有掺杂剂扩散区，恰在金属到硅吸收体接触下方具有较高掺杂水平(例如，大于1E18cm-3)。替代地，例如，表10中的移除经退火掺杂剂膏的HF蒸气步骤6可以被湿式蚀刻步骤代替。表10.具有场基极和带掺杂剂膏的自对准接触件的太阳能电池。替代地，以下表11示出了用于形成具有带蚀刻膏和掺杂剂膏印刷的场基极自对准接触件的太阳能电池(例如图1D中所示)的前端工艺流程。1锯切损坏移除2APCVD未掺杂Al2O3+未掺杂SiO23蚀刻膏(印刷，固化，冲洗)4掺杂剂膏(磷膏印刷-干燥+硼膏印刷干燥)5扩散退火6HF蒸气表11.具有场基极和带蚀刻膏和掺杂剂膏印刷的自对准接触件的太阳能电池。图2A到2E是示出在具有带掺杂剂膏的自对准接触件的对接结叉指状背接触太阳能电池的制作期间在各个步骤处的太阳能电池的横截面图的工艺流程表示。图2A示出了在硅衬底/晶片上沉积(例如，通过APCVD)的氧化铝(Al2O3)层。氧化铝层也可以具有未掺杂硅酸盐玻璃层。接着，如图2B中所示，纳秒(ns或ps)激光打开基极和发射极接触件。此步骤也可以包含湿式蚀刻以移除任何氧化物残余(例如，铝硅氧化物残余)。接着，如图2C中所示，掺杂剂膏是发射极和基极区中的膏印刷，之后进行扩散退火以驱入/扩散掺杂剂且形成基极和发射极区。接着如图2D中所示，剥落(例如，通过湿式蚀刻)掺杂剂膏。接着如图2E中所示，在基极和发射极区上印刷金属且进行退火，从而导致最小的分路风险。图3A到3G是示出在具有带掺杂剂膏的自对准接触件的非对接结叉指状背接触太阳能电池的制作期间在各个步骤处的太阳能电池的横截面图的工艺流程表示。图3A示出了在硅衬底/晶片上沉积(例如，通过APCVD)的氧化铝(Al2O3)层。氧化铝层也可以具有未掺杂硅酸盐玻璃层。接着，如图3B中所示，纳秒(ns)激光打开基极接触件。此步骤也可以包含湿式蚀刻以移除任何氧化物残余(例如，铝硅氧化物残余)。接着，如图3C中所示，沉积(例如，通过APCVD)未掺杂硅酸盐玻璃层。接着如图3D中所示，皮秒(ps)激光烧蚀基极和发射极接触开口。接着，如图3E中所示，掺杂剂膏是发射极和基极区中的膏印刷，之后进行扩散退火以驱入/扩散掺杂剂且形成基极和发射极区。接着如图3F中所示，剥落(例如，通过湿式蚀刻)掺杂剂膏。接着如图3G中所示，在基极和发射极区上印刷金属且进行退火，从而导致最小的分路风险。图4A到4E是示出在首先使用未掺杂膏制作具有带掺杂剂膏的自对准接触件的非对接结叉指状背接触太阳能电池期间在各个步骤处的太阳能电池的横截面图的工艺流程表示。图4A示出了仅在硅衬底/晶片的所需基极区上印刷的未掺杂氧化硅(SiO2)膏。接着，如图4B中所示，沉积(例如，通过APCVD)掺杂层(例如，掺杂氧化铝层Al2O3或掺杂硼硅酸盐玻璃层BSG1)和未掺杂硅酸盐玻璃(USG)层。未掺杂硅酸盐玻璃层可具有比未掺杂层厚三到四倍的厚度。接着如图4C中所示，皮秒(ps)激光烧蚀基极和发射极接触开口。接着，如图4D中所示，掺杂剂膏是发射极和基极区中的膏印刷，之后进行扩散退火以驱入/扩散掺杂剂且形成基极和发射极区。接着，剥落(例如，通过湿式蚀刻)掺杂剂膏。接着如图4E中所示，在基极和发射极区上印刷金属且进行退火，从而导致最小的分路风险。虽然在CZ晶片的一般情形中描述制造自对准背接触背结太阳能电池的方法，但这些方法也同等地适用于外延生长的背接触背结太阳能电池的情形。另外，所述方法适用于厚晶体硅(例如，具有在近似100um到200um的范围内的吸收体厚度)以及薄晶体硅背接触背结太阳能电池(例如，具有在近似5um到100um的范围内的吸收体厚度)。大体上且特定适用于以下表中表示的工艺流程，使用各种场电介质移除技术(例如使用激光或者湿式蚀刻或蚀刻膏)顺序地(以任一次序)或同时地打开发射极或基极接触件。且随后，在打开的接触件中沉积掺杂剂源，在高温下将掺杂剂驱动到硅中，且选择性移除/蚀刻掺杂剂源，同时保持场电介质不受蚀刻剂危害。这使得被驱动到硅中的掺杂剂仅留在接触件被打开之处下方的区域中，从而留下自对准结构。所描述的制造方法可以进一步通过接触件下方掺杂剂的源来分类。这些可以来自掺杂剂膏(例如，用于n型的磷和用于p型的硼)或者其中合并有掺杂剂的沉积膜，例如APCVD沉积的硼或磷掺杂SiO2膜。最后，混合源，其中N+和p+掺杂剂源来自用于一种类型的掺杂剂的APCVD以及用于另一类型的掺杂剂的掺杂剂膏。通过蚀刻掉/移除掺杂剂源的技术界定进一步子分类，其适用于晶片和基于外延的吸收体以及掺杂剂源分类(掺杂剂膏、APCVC膜和混合掺杂剂源)。作为一个实施例，对于例如掺杂SiO2等基于氧化物的掺杂剂源，可使用借助HF的湿式工艺，或者可部署使用HF气相蚀刻的干式工艺。如果场区域也是SiO2，那么获得湿式HF选择性，因为重掺杂SiOx膜可以比未掺杂膜蚀刻快得多。替代地，场区域堆叠可以含有Al2O3(例如，也使用APCVD沉积)。此膜一旦在例如大于900℃的高温下经处理，便可以具有对HF溶液的高选择性。替代地，HF蒸气也极为选择性地蚀刻掺杂剂源。大体上，如果同时打开接触件，那么两个掺杂剂源可为丝网印刷掺杂剂膏。如果循序地打开接触件，那么可以利用用于两个接触件的沉积膜或者混合源。表12示出了前端自对准接触制作流程，其产生分离结且是使用掺杂剂膏(例如，丝网印刷掺杂剂膏)来实现。在分离结中，发射极掺杂不对接基极接触掺杂，且通过基极的背景体掺杂而分离。步骤2示出了跟随有顶盖的发射极的沉积。并且虽然发射极源示出为是APCVD沉积的硼掺杂Al2O3，但其也可以是硼掺杂SiO2层或使用不同方式沉积的另一掺杂剂源层。第一激光烧蚀(步骤3)是打开发射极与基极掺杂之间的分离，使得在退火后，结之间存在分离。所述流程建议使用激光nsUV和psUV。也可以使用皮秒绿色激光、飞秒激光或者蚀刻膏或光刻技术来产生此基极窗。如果使用皮秒激光，那么之后可以是硅的小型湿式蚀刻以移除硅中的激光损坏。表12的步骤5也是使用皮秒绿色激光或飞秒激光来完成。步骤5是用于基极接触件的基极窗口内的接触开口以及用于发射极的接触开口。两个接触件是在同一个步骤中打开，因此印刷掺杂剂源的方法应当是这些接触件的顶部上的选择性印刷，例如掺杂剂膏的丝网印刷(与薄掺杂剂源膜的毯覆式沉积相比)。在步骤7中进行退火以将掺杂剂驱入两个接触件中之后，对掺杂剂源进行湿式蚀刻或使用HF蒸气选择性蚀刻。在一个单独实施方案中，如果掺杂剂的源是导电的，如同基于硅的掺杂剂源，那么可以跳过蚀刻步骤(步骤#8)。表12.使用掺杂剂膏产生分离结的自对准接触制作流程。在另一实施方案中，如果在干燥或掺杂剂驱动期间存在共同扩散的风险，那么可以循序地打开接触件。在此情形中，首先打开基极或发射极接触件，并且印刷和干燥对应的膏。接着，打开另一接触件，并且印刷和干燥对应的膏。最后，同时驱动两种膏。此替代方案可以避免在干燥和燃烧期间接触件中的交叉污染。在较极端情况中，如果交叉污染的问题是在掺杂剂驱动期间，那么可以对一种类型的掺杂剂执行接触件打开、掺杂剂膏印刷、干燥/燃烧以及退火。此序列之后是针对第二类型的接触件重复的相同步骤。这导致两种不同的退火，在此情况下应当优化热预算。在表12中的工艺流程的对接结实施方案中，可以跳过步骤3和4，且可以针对基极和发射极直接打开接触件。最后，在另一变化中，可以通过对掺杂剂源蚀刻剂化学性质具有抵抗性的薄膜来对场区域进行封端。在掺杂剂源是基于SiOx且蚀刻化学品是基于HF的情况下，顶盖层可以是基于APCVD的Al2O3(未掺杂或掺杂)或氧化钛(TiO2)或非晶硅(a-Si)。表13示出了仅使用用作掺杂剂源的APCVD沉积膜的前端分离结自对准太阳能电池工艺流程。此流程遵循与表12相同的步骤(具有上述所有变化)直到步骤4。在步骤5，首先打开仅一个类型的接触件。在此情况下，所述接触件为发射极接触件(用于n型背接触电池)。这之后是APCVDBSG膜，其为用于发射极接触件掺杂的掺杂剂源(步骤6)。接着，打开基极接触件，且使用APCVD沉积PSG。在一个变化中，发射极和基极接触件打开的顺序可以颠倒。表13中描述的分离结流程的对接型式跳过/移除了步骤3和4以产生对接结。表13.使用APCVD掺杂电介质膜产生分离结的自对准接触制作流程。以下表14示出了使用混合方法的前端分离结自对准工艺流程。在此方法中，一个掺杂剂源是沉积APCVD膜，而另一类型的掺杂剂源是印刷掺杂剂膏。表14.使用混合APCVD掺杂电介质膜和基于磷的掺杂剂膏产生分离结的自对准接触制作流程。表14的流程与表13共享前四个步骤(及其变化)。在表14的步骤5中，打开发射极接触件。在步骤6中沉积BSG，且步骤7用激光打开基极接触件(应注意，虽然所述流程建议使用ps激光，但不排除具有不同波长的纳秒或飞秒激光，只要它们满足接触件打开要求即可)。随后，在步骤8中印刷、干燥剂基于磷的掺杂剂膏。步骤9是退火步骤，用以从BSG和从磷膏驱动掺杂剂以产生接触件下方的掺杂区域，而步骤10基于湿式或HF蒸气技术而移除掺杂剂源。表14中描述的分离结流程的对接型式跳过/移除了步骤3和4以产生对接结。在表14的流程的变化中，BSG2(步骤6)和磷掺杂剂膏(步骤8)的顺序颠倒。首先打开基极接触件，之后是磷膏。这之后继而是发射极接触件和BSG2沉积，且剩余流程是类似的。在另一变化中，混合掺杂剂源是基于APCVDPSG和掺杂剂膏硼，使得以APCVD沉积掺杂SiO2制作基极接触件，同时使用基于硼的掺杂剂膏制作发射极接触件。此变化具有进一步变化，其中接触件打开及其伴随的掺杂剂源的顺序具有两种可能性。以下表15是示出了表14的混合方法的变化的前端工艺流程，其中掺杂剂膏和掺杂电介质膜均用作用于基极和发射极接触件下方掺杂的掺杂剂源。表15.使用混合APCVD掺杂电介质膜和基于磷的掺杂剂膏产生分离结的自对准接触制作流程，其中通过扩散退火进行分离接触件打开，消除了掺杂剂共同扩散风险在表15与表14相比的一个变化中，通过APCVD-PSG和扩散退火来分离发射极和基极接触件。这是为了减少在扩散退火期间掺杂剂共同扩散的风险。共同扩散是当来自掺杂剂膏(磷或硼)的基极或发射极接触扩散区域(磷或硼)的掺杂剂源通过气相移动到其它极性(基极或发射极)中时的过程。此过程可以例如通过以下方式而避免：在PSG的顶部上放置固体相掺杂剂源(APCVD-PSG)且在下一个接触发射极接触件打开步骤之前增加退火，如表15中所示。在一些情况下，膏是磷，且首先打开基极(对于n型背接触电池)，且在一种变化中，膏是硼膏，且首先打开发射极。表15工艺流程的变化通过跳过步骤3和4而形成对接结，如以下表16中所示。贯穿本公开，接合表15描述的变化同等适用于对接结流程。表16.使用混合APCVD掺杂电介质膜和基于磷的掺杂剂膏产生对接结的自对准接触制作流程，其中通过扩散退火进行分离接触件打开，消除了掺杂剂共同扩散风险。在表15和16的变化中，可通过消除APCVD-PSG或消除扩散退火来避免共同扩散风险。应注意，至此所描述的所有自对准工艺流程及其变化对于外延生长的薄膜太阳能电池同等有效。针对外延薄膜太阳能电池在表17中示出对应于表12中概括的方法(具有掺杂剂膏的分离结)的代表性工艺流程。外延流程可以使用HF蒸气方法来保持流程大部分干燥，同时外延吸收体仍然在模板上。关于具有混合掺杂剂源或所有APCVD掺杂剂源(针对CZ晶片示出)的对接结和分离结的所有其它实施方案通过基于表16的修改流程而对于外延太阳能电池是同等有效的。本申请提供围绕外延形成的其它方面的更详细流程。自对准属性及其制造方法可以与基于外延和CZ晶片的工艺流程的任何先前论述的变化进行组合。表17.使用基于外延形成的衬底的掺杂剂膏产生分离结的自对准接触制作流程。在太阳能电池背侧基极和发射极区的完成之后，本文描述的太阳能电池结构可以利用多层金属化结构，例如两层级金属化结构，包括电池上基极和发射极金属化第一层级金属(M1)，以及从第一层级金属收集功率(电压和电流)(因此完成太阳能电池金属化)且还可形成电池到电池互连的第二层级金属(M2)。第二层级金属(M2)可以包括基极和发射极电流收集指形物的叉指状图案，且任选地包括太阳能电池基极和发射极汇流条(例如，分别从基极和发射极汇流条延伸的M2基极和发射极指形物)。第一层级金属(M1)可以包括叉指状背接触金属化结构，其中相对精细间距叉指状指形物(比第二层级金属间距精细得多的间距)正交/垂直或(在一些情况中)平行于M2的叉指状指形物而布置。形成于M1与M2之间且附接到太阳能电池的相对薄电绝缘背板提供太阳能电池结构支撑、M1电绝缘，且允许太阳能电池制作(尤其是M2制作和太阳能电池前侧处理)处理改进。背板片可以是与太阳能电池半导体衬底材料(例如，用于硅太阳能电池的晶体硅)接近地CTE匹配的连续柔性材料，其在剩余太阳能电池制造工艺步骤的完成之前层压或以另外方式附接到例如背接触/背结太阳能电池。在多层级金属化设计中，例如包括第一层级电池上金属M1(例如，包括铝或另一合适金属的精细间距叉指状金属化结构)和第二层级金属M2(例如，包括铝、铜或合适导电金属的粗间距叉指状金属化结构)的两层级金属设计，M1可以包括叉指状基极和发射极线(例如，基极-发射极指形物间距小于2mm且在一些情况中小于1mm)且M2(在一些情况中，叉指状指形物基本上正交/垂直于M1指形物且基极-发射极间距与M1相比粗得多)用作M1基极和发射极线之间的电连接器(即，无汇流条的M1图案，同时任选的电池汇流条可放置于M2图案上)。所公开多层级金属设计中的金属层通过电介质或电绝缘层而分离，例如基于树脂/纤维的预浸材料或者合适的基于塑料或聚合物的材料，从而形成用于放置在连续背板上的太阳能电池阵列中的多个太阳能电池中的每一者的连续背板。重要的是，所述背板应当优选地相对接近地CTE(热膨胀系数)匹配于半导体吸收体(例如，晶体硅)的CTE，以便最小化在热处理期间的CTE失配应力或翘曲效应，例如，经特殊配制的芳纶纤维树脂预浸材料可以提供与硅的接近CTE匹配，同时提供灵活性、电绝缘、热和化学稳定性以及其它所需的处理和可靠性特性，例如有效的无裂缝层压。M1/M2互连结构包含穿过定位于M1与M2之间的绝缘层(例如，诸如预浸背板等绝缘电介质层)的导电材料填充的通孔，所述绝缘层在图案化M2层的形成之后层压或附接到太阳能电池的背侧。具体来说，所提供的太阳能电池可以利用两层级金属化方案，其包括：优选无汇流条(但可使用任选的汇流条)的第一层级接触金属化(M1)，其使用相对薄的图案化金属(例如，通过铝膏的丝网印刷或铝墨水的喷墨印刷或者从铝目标的等离子溅镀之后进行激光烧蚀或湿式蚀刻图案化而形成的薄铝)，其在背板层压之前直接形成于太阳能电池背侧上；以及第二层级薄图案化金属M2(例如，包括近似3到5微米厚的Al或者大约一到几微米的铜，其在任一情况下可任选地用例如锡等可焊接涂层来封端)，其在背板层压之后形成。图案化M2层也可以通过使用高导电性金属箔(包括铜或铝)的电镀或层压和图案化而形成。M1和M2层通过背板而分离，且在指定区处通过导电通孔插塞(导电通孔插塞可以在M2形成期间形成)互连。M1具有精细间距图案，且M2优选地正交(或基本上垂直)于M1且具有粗间距图案(因此，与M1相比较少的基极和发射极指形物)。图案化M2完成电池层级电金属化，且也可以为层压到连续背板的多个太阳能电池提供电池到电池电互连，因此在一些情况中消除了对单独的电池到电池搭接/汇流/焊接的需要。此外，当阵列/模块电互连设计需要时，M2可以形成阵列/模块层级汇流或互连。在一些情况中，电压和电流缩放(例如，较高电压和较低电流太阳能电池)可以放松且减少M2导电性要求和约束。举例来说，考虑其它因素，与较厚的M2金属化(例如，大约50到80微米厚的电镀铜)相比，利用较薄的M2金属(例如，通过PVD的大约2到5微米厚的蒸发铝或者通过等离子溅镀或蒸发形成的大约1到几微米的铜)。重要的是，还可以基于M1层和M2层上的叉指状指形物的数目、尺寸和形状来调整M1和M2金属化层的厚度。与M2的叉指状指形物相比，M1以较精细的叉指状指形物图案化可以是有利的。然而，所提供的电池结构和制作实施方案适用于利用背板和M2金属化层的各种双层级金属化方案。在背板层压之前，例如使用丝网印刷或喷墨印刷或等离子溅镀(PVD)或蒸发铝(或者铝硅合金或Al/NiV/Sn堆叠)材料层的薄层，直接在电池背侧上形成太阳能电池基极和发射极接触金属化图案。此第一金属化层(下文称为M1)界定太阳能电池接触金属化图案，例如精细间距叉指状背接触(IBC)导体指形物，其界定IBC电池的基极和发射极区。M1层提取太阳能电池电流和电压(因此，太阳能电池功率)且通过形成于背板中的导电通孔插塞将太阳能电池电功率传送到在M1之后形成的高导电性抬眼能电池金属化的第二层级/层(本文称为M2)。导电通孔插塞可以在图案化M2层的形成期间同时形成，例如在背板层中的通孔的激光钻制之后。附接到太阳能电池的背侧且放置于图案化M1和M2层之间的背板材料可以是聚合材料的薄(例如，在近似25微米与1mm之间且在一些情况中在近似25微米与250微米之间)片，所述聚合材料具有接近地匹配于半导体吸收体层的充分低热膨胀系数(CTE)，以便避免对太阳能电池阵列造成过量的热引发应力和翘曲。而且，背板材料应当满足后端电池制作工艺的工艺整合要求，尤其是在电池前侧的湿式纹理化期间的化学抵抗性以及在前侧钝化和抗反射涂层(ARC)层的PECVD沉积期间的热稳定性。而且，电绝缘背板材料应当还满足模块级层压工艺和长期可靠性要求。虽然各种合适的聚合材料(例如塑料、氟聚合物、预浸物等)和合适的非聚合材料(例如玻璃、陶瓷等)可以用作背板材料，但背板材料选择取决于许多考虑，包含(但不限于)材料成本、工艺整合的容易性、可靠性、柔韧性、质量密度等。背板材料的一种有利材料选择是预浸物，且更特定来说是基于芳纶纤维树脂的预浸物。在一些情况中，非机织芳纶纤维是尤其有利的。大体上，预浸物是以树脂预先浸渍的加强材料，且容易用来产生复合部分(预浸物可用以比湿式层叠系统更快且更容易产生复合物)。通过使用被设计成确保一致性的设备将加强纤维或织物与特殊配制的预催化树脂进行组合来制造预浸物。便宜的预浸物材料在印刷电路板中是常用的。可以使用真空层压器将背板(例如，预浸物片)附接到太阳能电池背侧。在施加热和压力的组合后，薄背板(例如，预浸物片)永久地层压或附接到部分处理的(或甚至完全处理的)太阳能电池的背侧。在部分处理的太阳能电池的情况下，后续的层压后制作工艺步骤可包含：(i)太阳能电池的向日侧(前侧)上的纹理化和钝化过程的完成，(ii)太阳能电池的背侧(可包括太阳能电池背板的部分)上的高导电性金属化(M2)的完成。包括发射极和基极记性的高导电性金属化M2层(例如包括铝、铜或银，其中铝和/或铜由于低得多的材料成本而与银相比是优选的)形成于附接到太阳能电池的背侧的层压背板上。在背板的形成(M1层上或中以及周围)，在背板上形成较高导电性M2层。(例如通过激光钻制、蚀刻或者部分激光钻制之后蚀刻的组合)在背板中钻制通孔(在一些情况中每太阳能电池多达数百或数千个通孔)，且所述通孔可以具有在近似50直到500微米的范围中(尤其在大约100到300微米的直径范围中)的直径(在一些情况中成锥形)。这些通孔着陆于M1的预先指定的着陆垫区上，用于通过形成于这些通孔中的导电插塞在图案化M2和M1层之间进行电连接。在一些情况中，可以用导电金属化覆盖或至少部分地填充所述通孔，且可在单独的步骤中沉积M2，且在其它情况中在相同的M2沉积或形成步骤中，M2沉积至少部分地覆盖或部分地填充所述通孔。随后或者与通孔填充和导电插塞形成相结合，形成图案化高导电性金属化层M2(例如通过等离子溅镀、电镀、蒸发或其组合，使用包括例如铝、Al/NIV、Al/NiV/Sn或者铜或涂覆焊料的铜的M2材料)。对于在M1上具有精细间距叉指状背接触(IBC)指形物(例如，数百个指形物)的IBC太阳能电池，图案化M2层可以被设计成正交于M1，换句话说，基本上垂直于M1指形物的矩形或锥形M2指形物。由于此正交变形，图案化叉指状M2层可以具有比M1层少得多且宽得多的IBC指形物(例如，相对于M1指形物少大约10到50倍)。因此，M2层可以用比M1层粗得多的具有较宽IBC指形物的图案形成。任选的太阳能电池汇流条可以定位于M2层上而不是M1层上(换句话说，无汇流条的M1)，以消除与电池上汇流条相关联的电遮蔽损失。由于基极和发射极互连以及汇流条都可定位于太阳能电池背侧背板上的M2层上，因此提供从太阳能电池的背侧对背板上的太阳能电池的基极和发射极端子两者的电接入。图5是具有与图1A一致的自对准接触结构且具有多层级金属化的太阳能电池的横截面图。具体来说，图5示出了通过背板通孔的第一层级金属M1到第二层级金属M2发射极连接，其中第二层级金属M2的叉指状指形物正交于M1的叉指状指形物而图案化。提供示例性实施方案的先前描述以使得所属领域的任何技术人员能够制作或使用所要求的主题。所属领域的技术人员将容易明了对这些实施方案的各种修改，且在不脱离创新能力的使用的情况下可将本文界定的一般原理应用于其它实施方案。因此，所要求的主题不希望限于本文示出的实施方案，而是应被赋予与本文公开的原理和新颖特征一致的最广范围。希望此说明内包含的所有此类额外的系统、方法、特征和优点处于权利要求书的范围内。当前第1页1 2 3