使用激光烧蚀的太阳能电池的接触形成的制作方法

本申请是基于申请日为2010年10月1日、申请号为201080054693.2(国际申请号为pct/us2010/051178)、发明创造名称为“使用激光烧蚀的太阳能电池的接触形成”的中国专利申请的分案申请。

相关申请的交叉引用

本申请要求2009年12月1日提交的美国临时申请no.61/265,652的优先权，该美国临时申请的整体内容通过引用的方式并入本文。

本文中所描述的发明在美国能源部授予的合同号为de-fc36-07go17043的政府支持下形成。该政府可以具有该发明中的某些权利。

本发明的实施例涉及可再生能源领域，特别地，涉及使用激光的单步无损太阳能电池的接触开口的形成。

背景技术：

半导体以及太阳能产业中对电活性区的金属接触形成通常涉及电介质材料(例如，氧化物或氮化物材料)的移除，这些电介质材料的存在可能导致某些活性区电隔离或者钝化。通常实施的方法可能需要若干处理操作，例如掩膜层的沉积、电介质层的选择蚀刻以及掩膜的移除，或者可能需要激光发射以及随后的蚀刻或退火。

附图说明

图1示出了根据本发明实施例的表示制造背接触式太阳能电池的方法中的操作的流程图。

图2a示出了根据本发明实施例的背接触式太阳能电池的制造中与图1的流程图的操作对应的阶段的截面视图。

图2b示出了根据本发明实施例的背接触式太阳能电池的制造中与图1的流程图的操作对应的阶段的截面视图。

图2b’示出了根据本发明实施例的背接触式太阳能电池的制造中与图1的流程图的操作对应的可选择的阶段的截面视图。

图2c示出了根据本发明实施例的背接触式太阳能电池的制造中与图1的流程图的操作对应的阶段的截面视图。

图2d示出了根据本发明实施例的背接触式太阳能电池的制造中与图1的流程图的操作对应的阶段的截面视图。

图3a示出了根据本发明实施例的背接触式太阳能电池的截面视图。

图3b示出了根据本发明另一个实施例的背接触式太阳能电池的截面视图。

图4示出了根据本发明实施例的表示制造背接触式太阳能电池的方法中的操作的流程图。

具体实施方式

本文中描述了使用激光的太阳能电池的接触开口的形成。在以下的描述中，列举了诸如特定处理流程操作之类的许多特定细节，以提供对本发明的实施例的充分理解。对于本领域技术人员而言显而易见的是，可以在没有这些特定细节的情况下实施本发明的实施例。另一方面，为了避免不必要地模糊本发明的实施例，没有详细描述诸如光刻技术之类的公知的制造技术。此外，应该理解的是，附图中所示的各种实施例都是说明性的表示，不是必须按比例绘制。

本文中公开了制造背接触式太阳能电池的方法。在一个实施例中，一种方法包括在单晶衬底上方形成聚晶(poly-crystalline)材料层。在聚晶材料层上方形成电介质材料堆叠。通过激光烧蚀在电介质材料堆叠中形成多个接触孔，每个接触孔暴露聚晶材料层的一部分。在多个接触孔中形成导电接触。在一个实施例中，一种方法包括在单晶衬底上方形成聚晶材料层。在聚晶材料层上方形成电介质材料堆叠。在聚晶材料层中形成重铸聚乙烯标记(recastpolysignature)。在电介质材料堆叠中形成多个导电接触，其直接耦接到聚晶材料层的一部分，导电接触中的一个与重铸聚乙烯标记对齐。应该理解的是，本发明的实施例不必限于背面接触的形成，其还可以用来形成正面接触代替背面接触，或者既形成背面接触又形成正面接触。

本文中还公开了背接触式太阳能电池。在一个实施例中，背接触式太阳能电池包括布置在单晶衬底上方的聚晶材料层。聚晶材料层上方布置电介质材料堆叠。电介质材料堆叠中布置多个导电接触，其直接耦接到聚晶材料层的一部分。聚晶材料层中布置重铸聚乙烯标记，其与多个导电接触中的一个对齐。

根据本发明的实施例，通过减少所使用的耗材、减少资本支出以及减少复杂度，简化了接触的形成，并且减少了相关的制造成本。在一个实施例中，用于太阳能电池的接触形成包括通过直接射击激光的方式在电介质层中形成接触。然而，这种方式对基于单晶衬底的太阳能电池可能是有害的。但是，在一个实施例中，在基于单晶衬底的太阳能电池上方包括聚晶层。在该实施例中，聚晶层代替单晶层来接收并容纳任何损坏或熔化。此外，在一个实施例中，通过使用聚晶层来接收直接射击的接触形成处理，减少甚至基本上消除了单晶衬底中复合位点的形成。

在接触的制造中使用激光处理的传统方法通常可能由于激光引发的损坏而导致标准掩膜和蚀刻技术的效率损失，激光引发的损坏可能增加接触电阻、可能增加发射极/金属结处的复合以及可能增加被称为热影响区(haz)的区域的复合。在一个实施例中，这种传统的方法导致了高发射极复合，突出了在保持足够的接触覆盖的同时需要通过接触复合来使效率损失最小化的传统上困窘的问题。

根据本发明的实施例，使用具有超短脉冲长度(例如，在飞秒范围内)和短波长光(uv)的极为先进的激光来使得这种激光引发的损坏最小化或被基本消除。但是，在这种激光商业不可获得或者具有种种工业问题(例如，光学涂层退化)而高度不稳定的情况下，即使使用这种激光配置，标准的电池结构也可能呈现电老化。就这点而论，在另一个实施例中，为了避免任何固有的电损耗，在不产生额外的发射极复合位点的情况下将商业可获得的并且测试可靠的激光应用于半导体。在一个实施例中，太阳能电池中的复合对激光引发的典型的光和热损坏是不敏感的，这是因为任何损坏都保持在聚晶材料层中而不是在下面的单晶衬底上。在一个实施例中，太阳能电池表面的接触电阻在通过激光形成接触后保持较低。

在一个实施例中，以容纳将任何激光损坏限制在聚晶材料层或者限制在电介质或钝化层的商业可获得的激光的方式，来调整与聚晶材料层结合的电介质或钝化层的形成。例如，在一个实施例中，使用皮秒激光，并且将硅中的热穿透深度限制为亚微米级。在特定实施例中，在激光引发的接触形成处理期间，通过使用小于约1064纳米的激光波长来将硅中的光穿透深度限制为亚微米级。在一个实施例中，通过附加吸收层(诸如具有成分sixny的氮化硅层)来将总的热和光损坏限制在聚晶材料层内，从而在不需要后激光蚀刻处理或选择性发射极形成的情况下在太阳能电池中实现高效率。在一个实施例中，生长例如小于约15纳米的薄热氧化物层，以帮助减轻热损坏并提升烧蚀质量，从而优化激光吸收处理。在另一个实施例中，使用适当调整了的聚乙烯/氧化物/氮化物堆叠来容纳较长脉冲长度(例如，纳秒)或较高波长的激光(例如，1064纳米)。

图1示出了根据本发明实施例的表示制造背接触式太阳能电池的方法中的操作的流程图100。图2a至图2d示出了根据本发明实施例的背接触式太阳能电池的制造中与流程图100的操作对应的各阶段的截面视图。

参照流程图100的操作102以及相应的图2a，制造背接触式太阳能电池的方法包括在单晶衬底200上方形成聚晶材料层202。根据本发明的实施例，在单晶衬底200上方形成聚晶材料层202包括在单晶硅衬底上方形成聚晶硅层。在一个实施例中，聚晶材料层202被形成为约200纳米的厚度。在一个实施例中，在单晶硅衬底上方形成聚晶硅层包括直接在直接形成于单晶硅衬底200上的介质电介质膜201上形成聚晶硅层，以及在聚晶硅层中分别形成n型掺杂区202a和p型掺杂区202b，如图2a所示。在一个实施例中，电介质膜201为诸如二氧化硅(sio2)、磷硅酸盐玻璃(psg)或硼硅酸盐玻璃(bsg)之类的厚度约在5至15纳米范围内的材料，但是其不限于此。在特定实施例中，电介质膜201由二氧化硅构成，并且其厚度约在1至2纳米范围内。在特殊实施例中，电介质膜201是隧道氧化物阻挡层膜。在替换实施例中，代替形成聚晶材料层202，而形成非聚晶(non-poly-crystalline)吸收材料层，诸如但不限于非晶层、聚合物层或多晶(multi-crystalline)层。在另一替换实施例中，不是使用单晶衬底200，而是替代地使用多晶衬底。在一个实施例中，例如，在背接触式设计的一个实施例的情况下，在p扩散区与n扩散区之间存在沟槽或间隙。

参照流程图100的操作104以及相应的图2b，制造背接触式太阳能电池的方法还包括在聚晶材料层202上方形成电介质材料堆叠204。根据本发明的实施例，在聚晶材料层202上方形成电介质材料堆叠204包括直接在聚晶材料层202上形成二氧化硅层203a，以及直接在二氧化硅层203a上形成氮化硅层203b。在一个实施例中，形成二氧化硅层203a包括将其形成为厚度足够低，从而在激光烧蚀处理期间不会反射回激光能量。但是，在另一个实施例中，形成二氧化硅层203a包括将其形成为厚度足够高，从而在激光烧蚀处理期间用作烧蚀停止层。在一个实施例中，形成二氧化硅层203a包括将该层形成为厚度约在1至50纳米范围内。在特定实施例中，形成二氧化硅层203a包括将该层形成为厚度约在5至15纳米范围内。但是，在另一个实施例中，在电介质堆叠中不存在层203a而仅包括氮化硅层203b，如图2b’所示。

参照流程图100的操作106以及相应的图2c，制造背接触式太阳能电池的方法还包括通过激光烧蚀206在电介质材料堆叠204中形成多个接触孔208，每个接触孔208暴露聚晶材料层202的一部分。根据本发明的一个实施例，形成多个接触孔208是在不使用图案化掩膜的情况下执行的。在一个实施例中，形成多个接触孔208包括使用波长约等于或小于1064纳米的激光来进行烧蚀。

参照流程图100的操作108以及相应的图2d，制造背接触式太阳能电池的方法还包括在多个接触孔208中形成导电接触210。

通过应用诸如上述处理之类的激光引发的接触形成处理，在所得到的太阳能电池中可以包括特定的标记或特征。例如，图3a示出了根据本发明的实施例的背接触式太阳能电池的截面视图。

参照图3a，背接触式太阳能电池300包括布置在单晶衬底300上方的聚晶材料层302a+302b。聚晶材料层302a+302b上方布置电介质材料堆叠304。电介质材料堆叠304中布置多个导电接触310，其直接耦接到聚晶材料层302a+302b的一部分。聚晶材料层302a+302b中布置重铸聚乙烯标记320，其与多个导电接触310中的一个对齐。

根据本发明的实施例，聚晶材料层302a+302b是聚晶硅层，而单晶衬底300是单晶硅衬底。在一个实施例中，聚晶硅层直接布置在电介质膜301上，而电介质膜301直接布置在单晶硅衬底300上，如图3a所示。在特定实施例中，聚晶硅层包括n型掺杂区302a和p型掺杂区302b，同样如图3a中所示。在一个实施例中，电介质材料堆叠304包括直接布置在聚晶材料层302a+302b上的二氧化硅层303a，以及直接布置在二氧化硅层303a上的氮化硅层303b，如图3a中所示。在一个实施例中，二氧化硅层303a的厚度约在5至15纳米范围内。在一个实施例中，多个导电接触310中的每一个都为圆形。在一个替换实施例中，代替形成聚晶材料层302a+302b，而形成非聚晶吸收材料层，诸如但不限于非晶层、聚合物层或多晶层。在另一替换实施例中，不是使用单晶衬底300，而是替代地使用多晶衬底。在一个实施例中，例如，在背接触式设计的一个实施例的情况下，在p扩散区与n扩散区之间存在沟槽或间隙。在另一个实施例中，如图3b中所示，使用厚度约在5至15纳米范围内的单个电介质材料层303b，而不包括层303a。

通过激光烧蚀处理来形成背接触式太阳能电池中的接触孔时，可以形成具有重铸聚乙烯标记的背接触式太阳能电池。图4示出了根据本发明实施例的表示制造背接触式太阳能电池的方法中的操作的流程图400。

参照流程图400的操作402，制造背接触式太阳能电池的方法包括在单晶衬底上方形成聚晶材料层。根据本发明的实施例，在单晶衬底上方形成聚晶材料层包括在单晶硅衬底上方形成聚晶硅层。在一个实施例中，在单晶硅衬底上方形成聚晶硅层包括直接在直接形成于单晶硅衬底上的电介质膜上形成聚晶硅层，以及在聚晶硅层中形成n型和p型掺杂区。在一个替换实施例中，代替形成聚晶材料层，而形成非聚晶吸收材料层，诸如但不限于非晶层、聚合物层或多晶层。在另一替换实施例中，不是使用单晶衬底，而是替代地使用多晶衬底。在一个实施例中，例如，在背接触式设计的一个实施例的情况下，在p扩散区与n扩散区之间存在沟槽或间隙。

参照流程图400的操作404，制造背接触式太阳能电池的方法还包括在聚晶材料层上方形成电介质材料堆叠。根据本发明的一个实施例，在聚晶材料层上方形成电介质材料堆叠包括直接在聚晶材料层上形成二氧化硅层，以及直接在二氧化硅层上形成氮化硅层。在一个实施例中，形成二氧化硅层包括将该层形成为厚度约在1至50纳米范围内。在特定实施例中，形成二氧化硅层包括将该层形成为厚度约在5至15纳米范围内。

参照流程图400的操作406，制造背接触式太阳能电池的方法还包括在聚晶材料层中形成重铸聚乙烯标记。根据本发明的一个实施例，多个导电接触中的每一个都为圆形。

参照流程图400的操作408，制造背接触式太阳能电池的方法还包括在电介质材料堆叠中形成多个导电接触，其直接耦接到聚晶材料层的一部分，导电接触中的一个与重铸聚乙烯标记对齐。根据本发明的一个实施例，形成重铸聚乙烯标记包括使用波长约等于或小于1064纳米的激光来进行烧蚀。

应当理解的是，当提及聚晶硅层时，术语“聚晶层”的使用旨在还涵盖可以被描述为非晶硅或α-硅的材料。还应该理解的是，代替在聚晶层中形成n型和p型掺杂区，或者除了在聚晶层中形成n型和p型掺杂区之外，可以直接在单晶衬底中形成n型和p型掺杂区。还应该理解的是，可以使用各种激光脉冲周期来进行烧蚀。但是，在一个实施例中，使用皮秒至纳秒范围内的激光脉冲长度来执行激光烧蚀。

已经公开了使用激光的太阳能电池接触的形成。根据本发明的一个实施例，制造背接触式太阳能电池的方法包括在单晶衬底上方形成聚晶材料层。在聚晶材料层上方形成电介质材料堆叠。通过激光烧蚀在电介质材料堆叠中形成多个接触孔，每个接触孔暴露聚晶材料层的一部分。在多个接触孔中形成导电接触。在一个实施例中，形成多个接触孔是在不使用图案化掩膜的情况下执行的。在一个实施例中，形成多个接触孔包括使用波长约等于或小于1064纳米的激光来进行烧蚀。在一个实施例中，在单晶衬底上方形成聚晶材料层包括在单晶硅衬底上方形成聚晶硅层。