太阳能电池的金属化的制作方法
【专利摘要】本发明描述了太阳能电池金属化的方法以及所得太阳能电池。在例子中，制造太阳能电池的方法涉及在设置于衬底中或衬底上方的半导体区域上形成阻挡层。所述半导体区域包括单晶硅或多晶硅。所述方法还涉及在所述阻挡层上形成导电糊剂层。所述方法还涉及由所述导电糊剂层形成导电层。所述方法还涉及形成所述太阳能电池的所述半导体区域的接触结构，所述接触结构至少包括所述导电层。
【专利说明】
太阳能电池的金属化
技术领域
[0001 ]本公开的实施例属于可再生能源领域，具体地讲，包括太阳能电池的金属化的方法以及所得太阳能电池。
【背景技术】
[0002]光伏电池(常被称为太阳能电池)是熟知的用于将太阳辐射直接转换为电能的装置。一般来讲，使用半导体加工技术在衬底的表面附近形成p-n结而在半导体晶片或基板上制造太阳能电池。照射在衬底表面上并进入衬底内的太阳辐射在衬底块体中形成电子和空穴对。电子和空穴对迀移至衬底中的P掺杂区域和η掺杂区域，从而使掺杂区域之间生成电压差。将掺杂区连接至太阳能电池上的导电区，以将电流从电池引导至与其耦接的外部电路。
[0003]效率是太阳能电池的重要特性，因其直接与太阳能电池发电能力有关。同样，制备太阳能电池的效率直接与此类太阳能电池的成本效益有关。因此，提高太阳能电池效率的技术或提高制造太阳能电池效率的技术是普遍所需的。本公开的一些实施例允许通过提供制造太阳能电池结构的新工艺而提高太阳能电池的制造效率。本公开的一些实施例允许通过提供新型太阳能电池结构来提高太阳能电池效率。
【附图说明】
[0004]图1A示出根据本公开实施例的太阳能电池的一部分的剖视图，该太阳能电池具有在形成于衬底上方的发射极区域上形成的接触结构。
[0005]图1B示出根据本公开实施例的太阳能电池的一部分的剖视图，该太阳能电池具有在形成于衬底中的发射极区域上形成的接触结构。
[0006]图2Α至图2C示出根据本公开实施例的制造具有接触结构的太阳能电池的方法中的各种处理操作的剖视图。
[0007]图3为根据本公开实施例的示出制造太阳能电池的方法中的操作的流程图。
[0008]图4Α至图4D示出根据本公开实施例的制造具有接触结构的太阳能电池的另一种方法中的各种处理操作的剖视图。
[0009]图5Α至图5Ε示出根据本公开实施例的制造具有接触结构的太阳能电池的另一种方法中的各种处理操作的剖视图。
[0010]图6Α示出根据本公开实施例的制造具有接触结构的太阳能电池的另一种方法中的各种处理操作的剖视图。
[0011]图6Β示出根据本公开实施例的制造具有接触结构的太阳能电池的另一种方法中的各种处理操作的剖视图。
[0012]图7Α至图7D示出根据本公开实施例的制造具有接触结构的太阳能电池的另一种方法中的各种处理操作的剖视图。
【具体实施方式】
[0013]以下【具体实施方式】本质上只是例证性的，并非意图限制所述主题的实施例或此类实施例的应用和用途。如本文所用，词语“示例性”意指“用作例子、实例或举例说明”。本文描述为示例性的任何实施未必理解为相比其他实施优选的或有利的。此外，并不意图受前述技术领域、【背景技术】、
【发明内容】
或以下【具体实施方式】中提出的任何明示或暗示的理论的约束。
[0014]本说明书包括对“一个实施例”或“实施例”的提及。短语“在一个实施例中”或“在实施例中”的出现不一定是指同一实施例。特定的特征、结构或特性可以任何与本公开一致的合适方式加以组合。
[0015]术语。以下段落提供存在于本公开(包括所附权利要求书)中的术语的定义和/或语境:
[0016]“包含”。该术语是开放式的。如在所附权利要求书中所用，该术语并不排除另外的结构或步骤。
[0017]“被配置为”。各种单元或组件可被描述或主张成“被配置为”执行一项或多项任务。在这样的语境下，“被配置为”用于通过指示该单元/组件包括在操作期间执行一项或多项那些任务的结构而暗示结构。因此，即使当指定的单元/组件目前不在操作(例如，未开启/激活)时，也可将该单元/组件说成是被配置为执行任务。详述某一单元/电路/组件“被配置为”执行一项或多项任务明确地意在对该单元/组件而言不援用35U.S.C.§112第六段。
[0018]如本文所用的“第一”、“第二”等这些术语用作其之后的名词的标记，而并不暗示任何类型的顺序(例如，空间、时间和逻辑等)。例如，提及“第一”太阳能电池并不一定暗示该太阳能电池为某一序列中的第一个太阳能电池;相反，术语“第一”用于区分该太阳能电池与另一个太阳能电池(例如，“第二”太阳能电池)。
[0019]“耦接以下描述是指“耦接”在一起的元件或节点或结构特征。如本文所用，除非另外明确指明，否则“耦接”意指一个元件/节点/结构特征直接或间接连接至另一个元件/节点/结构特征(或直接或间接与其连通)，并且不一定是机械耦接。
[0020]此外，以下描述中还仅为了参考的目的使用了某些术语，因此这些术语并非意图进行限制。例如，诸如“上部”、“下部”、“上方”或“下方”之类的术语是指附图中提供参考的方向。诸如“正面”、“背面”、“后面”、“侧面”、“外侧”和“内侧”之类的术语描述在一致但任意的参照系内组件的某些部分的取向和/或位置，通过参考描述所讨论组件的文字和相关的附图可以清楚地了解所述取向和/或位置。这样的术语可以包括上面具体提及的词语、它们的衍生词语以及类似意义的词语。
[0021 ]本文描述太阳能电池金属化的方法以及所得太阳能电池。在下面的描述中，给出了许多具体细节，诸如具体的工艺流程操作，以便提供对本公开的实施例的透彻理解。对本领域的技术人员将显而易见的是可在没有这些具体细节的情况下实施本公开的实施例。在其他情况中，没有详细地描述熟知的制造技术，诸如平版印刷和图案化技术，以避免不必要地使本公开的实施例难以理解。此外，应当理解在图中示出的多种实施例是示例性的展示并且未必按比例绘制。
[0022]本文公开了制造太阳能电池的方法。在实施例中，制造太阳能电池的方法涉及在设置于衬底中或衬底上方的半导体区域上形成阻挡层。半导体区域包括单晶硅或多晶硅。该方法还涉及在阻挡层上形成导电糊剂层。该方法还涉及由导电糊剂层形成导电层。该方法还涉及形成太阳能电池的半导体区域的接触结构，该接触结构至少包括导电层。
[0023]本文还公开了太阳能电池。在实施例中，太阳能电池包括衬底。发射极区域的多晶硅层设置在衬底上方。接触结构设置在发射极区域的多晶硅层上并且包括导电层，该导电层与设置在发射极区域的多晶硅层上的阻挡层接触。导电层包括其中分散有含铝颗粒的基质粘结剂。
[0024]在另一个实施例中，太阳能电池包括单晶硅衬底。扩散区域设置在单晶硅衬底中。接触结构设置在扩散区域上，并且包括与设置在扩散区域上的阻挡层接触的导电层。导电层包括其中分散有含铝颗粒的基质粘结剂。
[0025]在第一示例性电池中，在触点(诸如背面触点)的制造期间使用阻挡层以用于太阳能电池，所述太阳能电池具有形成在太阳能电池的衬底上方的发射极区域。例如，图1A示出根据本公开实施例的太阳能电池的一部分的剖视图，该太阳能电池具有在形成于衬底上方的发射极区域上形成的接触结构。
[0026]参见图1A，太阳能电池100A的一部分包括图案化介电层224，该图案化介电层设置在多个η型掺杂多晶硅区域220、多个P型掺杂多晶硅区域222上以及在衬底200被沟槽216暴露的部分上。接触结构228设置在位于介电层224中的多个接触开口中，并耦接至多个η型掺杂多晶硅区域220和多个P型掺杂多晶硅区域222。制造图案化介电层、多个η型掺杂多晶硅区域220、多个P型掺杂多晶硅区域222、衬底200以及沟槽216的材料和方法可如下文结合图2Α至图2C所述。此外，在一个实施例中，多个η型掺杂多晶硅区域220和多个P型掺杂多晶硅区域222提供太阳能电池100Α的发射极区域。因此，在实施例中，接触结构228设置在发射极区域上。在实施例中，接触结构228是背接触太阳能电池的背面触点，并且位于太阳能电池的与太阳能电池100Α的光接收表面相对(图1A中提供为201的方向)的表面上。此外，在一个实施例中，发射极区域在薄介电层或隧道介电层202上形成，在下文结合图2Α更详细地描述。
[0027]再次参见图1Α，接触结构228中的每个包括与设置在太阳能电池100Α的发射极区域上的阻挡层250接触的导电层130(在本文中也称为晶种层)。在实施例中，导电层130包括其中分散有含铝颗粒的基质粘结剂。
[0028]根据本公开的第一方面，并且如下文结合图4Α至图4D以及图5Α至图5Ε更详细地描述，在实施例中，阻挡层250为含金属层。在一个这样的实施例中，含金属层包括金属，诸如但不限于镍(Ni)、钛(Ti)或钨(W)。
[0029]根据本公开的第二方面，并且如下文结合图6Α和图6Β更详细地描述，在实施例中，阻挡层250为隧穿介电层。在一个这样的实施例中，隧穿介电层为薄氧化硅层。
[0030]根据本公开的第二方面，并且如下文结合图7Α至图7D更详细地描述，在实施例中，阻挡层250为金属硅化物层。在一个这样的实施例中，金属硅化物层为硅化镍(Ni)层。
[0031]参照上文所述方面中的全部三个方面，在实施例中，含铝颗粒为铝/硅(Al/Si)颗粒。然而，在另一个实施例中，含铝颗粒为仅铝颗粒。在实施例中，接触结构228还包括设置在导电层130上的镍(Ni)或锌(Zn)层132，或者两者。铜(Cu)层134设置在镍或锌层132上。然而，在另一个实施例中，导电层130上未设置有另外的导电层。
[0032]在第二示例性电池中，在触点(诸如背面触点)的制造期间使用阻挡层以用于太阳能电池，所述太阳能电池具有形成在太阳能电池的衬底中的发射极区域。例如，图1B示出根据本公开实施例的太阳能电池的一部分的剖视图，该太阳能电池具有在形成于衬底中的发射极区域上形成的接触结构。
[0033]参见图1B，太阳能电池100B的一部分包括图案化介电层124，该图案化介电层设置在多个η型掺杂扩散区域120、多个P型掺杂扩散区域122上以及在衬底100(诸如块体结晶硅衬底)的部分上。接触结构128设置在位于介电层124中的多个接触开口中，并耦接至多个η型掺杂扩散区域120和多个P型掺杂扩散区域122。在实施例中，通过分别将硅衬底的区域用η型掺杂物和P型掺杂物掺杂而形成扩散区域120和122。此外，在一个实施例中，多个η型掺杂扩散区域120和多个P型掺杂扩散区域122可提供太阳能电池100Β的发射极区域。因此，在实施例中，接触结构128设置在发射极区域上。在实施例中，接触结构128是背接触太阳能电池的背面触点，并且位于太阳能电池的与光接收表面相对(诸如与纹理化光接收表面101相对)的表面上，如图1B所示。在实施例中，再次参见图1B，接触结构128中的每个包括与设置在太阳能电池100Β的发射极区域(S卩，扩散区域)上的阻挡层150接触的导电层130。在实施例中，导电层130包括其中分散有含铝颗粒的基质粘结剂。此外，图1B的接触结构128、导电层130和阻挡层150可与上文结合图1A所述的接触结构228、导电层130和阻挡层250类似或相同。
[0034]虽然上文结合图1A和图1B具体描述了某些材料，但是在其他此类实施例中，可用其他材料来容易地取代其中的一些材料，这些实施例仍然在本公开实施例的精神和范围内。例如，在实施例中，可使用不同材料的衬底，诸如IIι-ν族材料的衬底，用来代替硅衬底。在另一个实施例中，除Al颗粒或Al/Si颗粒之外或者代替Al颗粒或Al/Si颗粒，也可将银(Ag)颗粒等用于导电层中。在另一个实施例中，代替上述镍层或除上述镍层之外，可使用镀覆的或类沉积的钴(Co)或钨(W)。
[0035]此外，形成的触点无需直接形成在块体衬底上，如图1B所述。例如，在一个实施例中，接触结构(诸如上文所述那些接触结构)在形成于块体衬底上方(例如，在块体衬底背面上)的半导体区域上形成，如针对图1A所述。作为制造工艺例子，图2A至图2C示出根据本公开实施例的制造具有接触结构的太阳能电池的方法中的各种处理操作的剖视图。图3为根据本公开实施例的示出对应于结合图2B和图2C所述的示例性操作的制造太阳能电池的方法中的操作的流程图300。
[0036]参见图2A，形成背接触太阳能电池的触点的方法包括在衬底200上形成薄介电层202。
[0037]在实施例中，薄介电层202由二氧化硅构成并具有大约在5至50埃范围内的厚度。在一个实施例中，薄介电层202用作隧穿氧化物层。在实施例中，衬底200为块体单晶硅衬底，诸如η型掺杂单晶硅衬底。然而，在可供选择的实施例中，衬底200包括设置在整个太阳能电池衬底上的多晶硅层。
[0038]再次参见图2Α，沟槽216形成在η型掺杂多晶硅区域220与P型掺杂多晶硅区域222之间。沟槽216的部分可纹理化，以便具有如同样描绘于图2Α中那样的纹理特征218。介电层224形成在多个η型掺杂多晶硅区域220、多个P型掺杂多晶硅区域222、以及衬底200被沟槽216暴露的部分上方。在一个实施例中，介电层224的下表面与多个η型掺杂多晶硅区域220、多个P型掺杂多晶硅区域222、以及衬底200的暴露部分共形形成，而介电层224的上表面为基本上平坦的，如图2A所示。在具体实施例中，介电层224为防反射涂层(ARC)。
[0039]参见图2B，多个接触开口 226形成在介电层224中。多个接触开口 226使得多个η型掺杂多晶硅区域220和多个P型掺杂多晶硅区域222暴露。在一个实施例中，多个接触开口226通过激光烧蚀形成。在一个实施例中，η型掺杂多晶硅区域220的接触开口 226具有与P型掺杂多晶硅区域222的接触开口基本上相同的高度，如图2Β所示。
[0040]再次参见图2Β，并且参见流程图300的对应操作302，阻挡层298在多个η型掺杂多晶硅区域220和多个P型掺杂多晶硅区域222中的每一者的暴露部分上形成。
[0041]根据本公开的第一方面，并且如下文结合图4Α至图4D以及图5Α至图5Ε更详细地描述，在实施例中，阻挡层298为含金属层。在一个这样的实施例中，含金属层包括金属，诸如但不限于镍(Ni)、钛(Ti)或钨(W)。在另一个实施例中，阻挡层298为绝缘层。在一个这样的实施例中，绝缘层包括氧化硅层。在具体的这样的实施例中，绝缘层还包括氧化硅层上的部分凹陷氮化娃层。
[0042]根据本公开的第二方面，并且如下文结合图6Α和图6Β更详细地描述，在实施例中，阻挡层298为隧穿介电层。在一个这样的实施例中，术语“隧穿介电层”是指非常薄(例如，小于约1nm)的介电层，通过该介电层可实现电传导。传导可由于量子隧穿和/或通过介电层中的薄点直接物理连接的较小区域的存在而造成。在一个实施例中，隧穿介电层为薄氧化硅层或包括薄氧化硅层。在实施例中，硅层进一步在隧穿介电层上形成。
[0043]根据本公开的第三方面，并且如下文结合图7Α至图7D更详细地描述，在实施例中，阻挡层298包括金属硅化物层。在一个这样的实施例中，通过消耗从多个η型掺杂多晶硅区域220到多个P型掺杂多晶硅区域222的硅的一部分而形成金属硅化物层。在一个实施例中，通过首先形成硅化镍层来形成金属硅化物层，所述硅化镍层通过镀覆镍(Ni)层、活化镍层以及使镍层退火以与多个η型掺杂多晶硅区域220和多个P型掺杂多晶硅区域222反应而形成。在具体的这样的实施例中，在使镍层退火之后，移除任何未反应的镍。
[0044]参见图2C，形成背接触太阳能电池的触点的方法还包括在多个接触开口226中形成接触结构228，并使所述接触结构228耦接至多个η型掺杂多晶硅区域220和多个P型掺杂多晶硅区域222。因此，在实施例中，接触结构228形成在块体N型硅衬底200的表面上或其上方，该表面与块体N型硅衬底200的光接收表面201相对。在具体实施例中，接触结构形成在衬底200表面上方的区域(222/220)上，如图2C所示。
[0045]更具体地讲，参见流程图300的操作304，在图2Β的阻挡层298上形成导电糊剂层(未示出)。在实施例中，由包含铝(Al)和/或铝/硅(Al/Si)颗粒、液体粘结剂和玻璃料材料的混合物形成导电糊剂层。在实施例中，通过丝网印刷形成导电糊剂层。再次参见图2C并且现在参见流程图300的对应操作306，例如通过激光退火或热退火由导电糊剂层形成导电层299。再次参见图2C并且现在参见流程图300的对应操作308，接触结构228形成为至少包括导电层299。另外，在实施例中，结合图2B所述的阻挡层298保留下来并且最终设置在接触结构228以及多个η型掺杂多晶硅区域220和多个P型掺杂多晶硅区域222(未示出)之间。然而，在其他实施例中，阻挡层298在制造接触结构228之前或期间被移除，如图2C所示。下面提供了上述操作的示例性实施例。
[0046]根据本公开的第一方面，并且如下文结合图4Α至图4D以及图5Α至图5Ε更详细地描述，在实施例中，图2B的阻挡层298为含金属层，并且导电层299形成为与含金属层接触。在另一个实施例中，图2B的阻挡层298为绝缘层，并且导电层299形成为穿过绝缘层并且与太阳能电池的半导体区域(例如，区域220或区域222)接触。
[0047]根据本公开的第二方面，并且如下文结合图6A和图6B更详细地描述，在实施例中，图2B的阻挡层298为在其上形成有硅层的隧穿介电层，并且通过消耗具有导电糊剂层的硅层的至少一部分形成导电层299。在实施例中，导电层299形成为与隧穿介电层接触。
[0048]根据本公开的第三方面，并且如下文结合图7A至图7D更详细地描述，在实施例中，图2B的阻挡层298为金属硅化物层，并且导电层299形成为与金属硅化物层接触。在一个这样的实施例中，导电糊剂层为用于形成导电层299的铝(Al)糊剂层，所述导电层在硅化镍层上形成。
[0049]参照上述方面中的所有三个方面，在实施例中，由导电糊剂层形成导电层299涉及在高于大约500摄氏度的温度下将导电糊剂层烧制至少大约10分钟的持续时间。此外，应当理解，导电层299可独立使用以形成接触结构;在此类情况下，导电层299在本文中仍可称为晶种层。作为另外一种选择，接触结构228的完成进一步涉及将镍(Ni)层镀覆到导电层299上，以及将铜(Cu)层电镀到镍层上，例如以形成结构，诸如结合图1A和图1B所述的那些结构。在又一个可供选择的实施例中，形成接触结构228进一步涉及将铜(Cu)层直接电镀到导电层299上。一般来讲，如通篇的实施例中所用，形成的糊剂层(例如，通过印刷形成的沉积糊剂)还可包含易于递送的溶剂。
[0050]如上简述，并且在下文结合图4A至图4D和以及图5A至图5E更详细地描述，在本公开的第一方面，阻挡层用于针对太阳能电池触点形成实现印刷金属的高温烧制。一个或多个实施例通过以下方式解决了印刷金属的粘附力和接触电阻问题:在糊剂层与单晶硅区域或多晶硅区域之间设置连续阻挡层，以防止或延迟多晶硅扩散到糊剂中(例如，以防止硅消耗)。此外，在一些情况下，提供了连续金属半导体或硅化物半导体界面以改善接触电阻。
[0051]为了提供另外的语境，印刷晶种处理通常涉及使用铝-硅糊剂，所述糊剂在低于大约560摄氏度下烧制以便防止多晶硅(例如，从发射极区域)扩散到糊剂中。烧制时间可限于大约30分钟以便防止寿命减少。关于烧制温度和时间的这样的上限可限制可能的颗粒烧结程度，这继而限制粘附力程度。糊剂与硅的接触电阻也可通过点接触的相对小区域而进行限制，所述点接触可在糊剂中的大部分球形颗粒与接触开口中的平面暴露多晶硅之间形成。
[0052]在第一例子中，图4A至图4D示出根据本公开实施例的制造具有接触结构的太阳能电池的另一种方法中的各种处理操作的剖视图。
[0053]参见图4A，硅衬底或区域402具有在其上形成的绝缘层404。在实施例中，绝缘层为具有大约100埃的厚度的氧化硅层。在一个这样的实施例中，另外的绝缘层406设置在氧化硅层上，诸如氮化硅层。
[0054]参见图4B，另外的绝缘层406凹陷以在硅衬底或区域402的上方形成沟槽408。在一个这样的实施例中，另外的绝缘层406仅部分地凹陷，如图所示。然而，在另一个实施例中，沟槽408形成为使绝缘层404暴露。
[0055]参见图4C，金属糊剂410形成于沟槽408中并且至少通过绝缘层404与硅衬底或区域402分开。在实施例中，金属糊剂410被印刷并且包括Al或Al/Si颗粒，如上所述。
[0056]参见图4D，烧制(例如，热退火或激光退火)金属糊剂410以形成导电层412。导电层412穿透绝缘层404以直接接触硅衬底或区域402。根据本公开的实施例，导电层412用于制造太阳能电池的导电接触结构。
[0057]在第二例子中，图5A至图5E示出根据本公开实施例的制造具有接触结构的太阳能电池的另一种方法中的各种处理操作的剖视图。
[0058]参见图5A，硅衬底或区域502具有在其上面形成的绝缘层504。在实施例中，绝缘层为具有大约100埃的厚度的氧化硅层。在一个这样的实施例中，另外的绝缘层506设置在氧化硅层上，诸如氮化硅层。
[0059]参见图5B，另外的绝缘层506和绝缘层504均凹陷以提供形成于其中的沟槽508，从而使硅衬底或区域502的顶部表面暴露。
[0060]参见图5C，金属层509形成于沟槽508中。在实施例中，金属层509选择性地形成在硅衬底或区域502的顶部表面上。在一个实施例中，金属层509包括通过选择性化学气相沉积(CVD)工艺沉积的钨金属。钨可根据在数托压力下的反应2WF6+3S1->2W+3SiF4选择性地沉积在硅上。与W到S12和/或氮化硅(SiNx)上的沉积相比，该反应更有利。反应具有自限性，使所暴露硅上的钨沉积限制在大约250埃。在一个实施例中，将SiH4混合到工艺气体中并且在保持良好可选择性的同时使较厚钨层生长。在具体的这样的实施例中，SiHVWF6工艺化学的工艺窗口涉及大约在280-350摄氏度范围内的衬底温度、大约100毫托的总压力、小于大约0.6的SiH^WF6流量比率、以及大约100sccm的H2载气流速。在另一个实施例中，金属层509包括经由选择性CVD工艺沉积的硅化钛。可使用TiCl4和SiH4作为前体气体来执行二硅化钛在硅上的选择性沉积以实现对硅的低电阻接触。
[0061 ] 参见图5D，金属糊剂510形成于沟槽408中以及金属层509上。在实施例中，金属糊剂510被印刷并且包括Al或Al/Si颗粒，如上所述。
[0062]参见图5E，烧制(例如，热退火或激光退火)金属糊剂510以形成导电层512。在图示实施例中，由于中间金属层509保留下来，因此导电层512不直接接触硅衬底或区域502。在实施例中，在颗粒的熔点之上烧制糊剂以实现良好的颗粒与颗粒以及颗粒与SiNx的粘附力。在使用硅化钨或硅化钛阻挡层的情况下，形成物理屏障以防止多晶硅扩散到铝糊剂基质中。根据本公开的实施例，导电层512和金属层509共同用于制造太阳能电池的导电接触结构。
[0063]同样如上文简述，并且在下文结合图6A和图6B更详细地描述，在本公开的第二方面，基于可印刷金属糊剂针对触点形成实施隧道介电阻挡层。在示例性实施例中，隧穿介电层用作阻挡层以在烧制基于铝的金属糊剂时最终防止或减少硅点蚀。一般来讲，介电层(诸如氧化物)防止电介质下方的点蚀，但就其本质来说，由于其电绝缘特性而不被用作金属化屏障。在实施例中，通过使用薄介电层，电荷载流子可隧穿通过电介质，使得电流可通过并且电路可闭合。然而，即使在此类小的厚度下，介电层可保持扩散屏障特性，该扩散屏障特性防止/减少硅点蚀。
[0064]为了提供另外的语境，使用可印刷糊剂内的铝颗粒为在标准的正面接触硅太阳能电池中沉积金属太阳能电池触点的通用方法。当烧制(即，退火)至高达大约550摄氏度的温度以便烧结铝颗粒并且在铝糊剂和硅衬底之间形成触点时，铝可与硅反应以形成铝和硅的共晶合金，其中硅作为扩散物质。这样的硅消耗通常称为点蚀或尖峰。在标准电池中，这种效果不足以有害到显著程度，但在高效率电池中，点蚀可导致电池性能显著降低。解决上述问题的一种方法为使铝颗粒与硅成合金以便降低点蚀效果。然而，即使在大于共晶的硅浓度下，由于在对系统进行加热时沉淀物的形成以及铝内硅浓度的瞬态行为，仍可观察到点蚀。避免点蚀的另一种解决方案包括抑制烧制或退火温度以免激活大量点蚀反应。然而，即使在低于577摄氏度的Al/Si共晶形成温度的温度下，仍可出现尖峰。另外，在此类较低温度下，可能难以在铝颗粒与硅衬底或区域之间形成电接触，并且仍实现糊剂与衬底或区域的必需粘附力。对点蚀反应的另一种影响可包括粒度，其对颗粒内的硅浓度梯度以及对颗粒与衬底反应以形成触点均具有影响。通过将这些方法组合，可管理点蚀反应，但组合仍可能具有限制处理窗口和/或电池性能的缺点。虽然这些方法可降低点蚀的效果，但这些选项中没有一者完全防止点蚀。本发明所公开的结构和技术可在那些缺点方面有所改善。
[0065]在第一例子中，图6A示出根据本公开实施例的制造具有接触结构的太阳能电池的另一种方法中的各种处理操作的剖视图。
[0066]参见图6A的部分(Ia)，在具有形成于单晶硅衬底602中的发射极区域的太阳能电池的制造中，在单晶硅衬底602上形成隧道介电层604。随后在隧道介电层604上形成金属糊剂层608。参见图6A的部分(Ib)，在另一个实施例中，在隧道介电层604上形成多晶硅层606，并且在多晶硅层606上形成金属糊剂层608。
[0067]参见图6A的部分(II)，对于任一种情况(Ia)或(Ib)，烧制(例如，通过热退火或激光退火)金属糊剂层608以在隧道介电层604上形成导电层612。应当理解，对于部分(Ib)的情况，部分(II)的导电层612将在其中包含来自多晶娃层606的娃。根据本公开的实施例，导电层612用于形成背接触太阳能电池的导电接触结构。
[0068]在第二例子中，图6B示出根据本公开实施例的制造具有接触结构的太阳能电池的另一种方法中的各种处理操作的剖视图。
[0069]参见图6B的部分(Ia)，使用设置在第一隧道介电层653上的第一多晶硅层655形成/将形成发射极区域，所述第一隧道介电层653设置在硅衬底652上。随后在第一多晶硅层655上形成第二隧道介电层654。随后在第二隧道介电层654上形成金属糊剂层658。参见图6B的部分(Ib)，在另一个实施例中，在第二隧道介电层654上形成第二多晶硅层656，并且在第二多晶硅层656上形成金属糊剂层658。
[0070]参见图6B的部分(II)，对于任一种情况(Ia)或(Ib)，烧制(例如，通过热退火或激光退火)金属糊剂层658以在第二隧道介电层654上形成导电层662。应当理解，对于部分(Ib)的情况，部分(II)的导电层662将在其中包含来自第二多晶娃层656的娃。根据本公开的实施例，导电层662用于形成背接触太阳能电池的导电接触结构。
[0071]因此，再次参见图6A和图6B，在实施例中，使用薄介电层来防止下面的硅区域或硅层的点蚀，然而允许电流通过薄介电层。电流通过介电层的能力允许电流传输到电池之外。通过采用这样的点蚀屏障，烧制温度可增大以优化电性能和粘附力的糊剂烧结，而无需考虑点蚀。由于点蚀机构被阻挡，因此铝不需要成合金，这降低了糊剂的复杂性和成本。此外，由于颗粒可熔化，因此很少考虑到不考虑粒度以及到衬底表面的点接触数。熔化效果还增大粘附力，这可不再需要糊剂内的专用粘结剂或玻璃料来提升较低温度系统中的粘附力。
[0072]在实施例中，再次参见图6A和图6B的部分(Ib)，在牺牲多晶硅用于制造包括隧道介电层的接触结构的情况下，牺牲多晶硅用于防止隧道介电层在加工期间损坏和/或用于改善隧道介电层上的金属糊剂的润湿性。例如，如果隧道介电层为薄氧化硅层，则无定形硅层的上覆多晶硅可防止薄氧化物层的进一步不受控制的氧化，这可以其他方式危害薄氧化物界面或不受控制地增大薄氧化物厚度。在实施例中，隧道介电层604或654通过化学气相沉积(CVD)方法沉积，诸如但不限于等离子体增强CVD(PECVD)、低压CVD(LPCVD)或大气压CVD(APCVD)。原子层沉积(ALD)为薄介电膜沉积中严格控制的另一种选择。隧道介电层也可使用化学氧化或热氧化生长为薄氧化物膜。在另外的实施例中，薄氧化硅层经受氮化。除使用氧化硅作为隧道介电层之外，还可使用氧氮化硅或氧化铝。
[0073]同样如上文简述，并且在下文结合图7A至图7D更详细地描述，在本公开的第三方面，通过重新组织/改变金属化顺序的制造工艺流程来执行背接触太阳能电池的金属化以利用一种或多种技术现象。例如，在实施例中，金属化通过以下方式执行:形成硅化镍(Ni)层，作为导电接触结构的金属叠堆与对应的硅衬底或区域之间的界面，以减少接触电阻和器件串联电阻。在另一个实施例中，电池制造的相关关键风险从糊剂开发/配制切换至链覆开发和基于硅化物的触点形成。在另一个实施例中，与在低于共晶点的温度下形成的Al-Si触点相比较，通过形成并且最终保持镍硅化物来实现改善的效率。在另一个实施例中，可以低成本使用标准的仅Al糊剂，代替使用较高成本的基于Al-Si颗粒的糊剂。
[0074]在例子中，图7A至图7D示出根据本公开实施例的制造具有接触结构的太阳能电池的另一种方法中的各种处理操作的剖视图。
[0075]参见图7A，绝缘层704形成在娃衬底或区域702上方。接触开口706形成于绝缘层704中，从而使硅衬底或区域702的顶部表面暴露。在实施例中，绝缘层704包括氮化硅层、氧化硅层或者两者。在实施例中，接触开口706通过激光烧蚀或通过平版印刷和蚀刻工艺形成。
[0076]参见图7B，金属层708形成于硅衬底或区域702的暴露顶部表面上的接触开口706中。在实施例中，金属层708为通过无电镀形成的薄镍层(如，介于大约0.1至2微米之间)。在一个这样的实施例中，使用活化操作，其涉及持续数秒的大约4 %氢氟酸(HF)暴露。
[0077]再次参见图7B，执行退火操作以在金属层708和来自硅衬底或区域702中的硅反应时形成金属硅化物材料710。在实施例中，退火在适于形成硅化物的大气环境中执行，诸如形成气体退火气氛，氮气或空气。在这一阶段，随后可例如通过湿法蚀刻移除未反应的任何镍(即，在硅化物形成中未使用的镍)。应当理解，可执行不止一种金属沉积工艺以最终提供合适的金属硅化物层。在另一个实施例中，镍层形成在或保留在金属硅化物层上。
[0078]参见图7C，金属糊剂712形成在绝缘层704上并且与形成于接触开口706中的金属硅化物材料710接触。在实施例中，金属糊剂410被印刷并且包括Al或Al/Si颗粒，如上所述。在实施例中，单列金属糊剂接触多个接触开口 706的金属硅化物材料710。在实施例中，金属糊剂712的金属为纯铝并且糊剂包含适用于将铝颗粒粘合至绝缘层704以及粘合至金属硅化物710的特定粘结剂。在一个这样的实施例中，使用粘结剂，诸如但不限于Zn0x、Bi0x、SnOx、或者无机聚合物诸如苯基(甲基)倍半硅氧烷。在实施例中，随后利用特定温度分布使糊剂干燥并且烧制(例如，热退火或激光退火)以形成导电层713。干燥和烧制还可燃烧有机物、溶剂并且达到进一步镀覆工艺的可接受片材电阻。可通过糊剂的组成以及对镍层和/或硅化镍层的影响来确定温度。应当理解，在另一个实施例中，用以形成金属硅化物的退火以及糊剂烧制可在沉积金属糊剂时在单一操作中执行。
[0079]参见图7D，导电接触结构714由导电层713针对太阳能电池制造，并且包括金属硅化物材料710 (如保留在开口 706中)。在实施例中，通过执行无电镀锌沉积来形成导电接触结构714(即，以形成锌酸盐)以在铜镀覆操作之前活化铝糊剂。随后执行铜镀覆，然后是锡镀覆操作和/或有机保焊剂(OSP)沉积工艺以用于进一步焊接。
[0080]因此，已公开了太阳能电池金属化的方法以及所得太阳能电池。
[0081]尽管上面已经描述了具体实施例，但即使相对于特定的特征仅描述了单个实施例，这些实施例也并非旨在限制本公开的范围。在本公开中所提供的特征的例子除非另有说明否则旨在为说明性的而非限制性的。以上描述旨在涵盖将对本领域的技术人员显而易见的具有本公开的有益效果的那些替代形式、修改形式和等效形式。
[0082]本公开的范围包括本文所公开的任何特征或特征组合(明示或暗示)，或其任何概括，不管它是否减轻本文所解决的任何或全部问题。因此，可以在本申请(或对其要求优先权的申请)的审查过程期间对任何此类特征组合提出新的权利要求。具体地讲，参考所附权利要求书，来自从属权利要求的特征可与独立权利要求的那些特征相结合，以及来自相应的独立权利要求的特征可以按任何适当的方式组合，而并非只是以所附权利要求中所枚举的特定的组合。
[0083]在实施例中，制造太阳能电池的方法涉及在设置于衬底中或衬底上方的半导体区域上形成阻挡层，该半导体区域包含单晶硅或多晶硅。该方法还涉及在阻挡层上形成导电糊剂层。该方法还涉及由导电糊剂层形成导电层。该方法还涉及形成太阳能电池的半导体区域的接触结构，该接触结构至少包括导电层。
[0084]在一个实施例中，形成阻挡层涉及形成绝缘层。
[0085]在一个实施例中，形成绝缘层涉及形成氧化硅层。
[0086]在一个实施例中，形成绝缘层进一步涉及在氧化硅层上形成氮化硅层并且使氮化硅层部分地凹陷。
[0087]在一个实施例中，由导电糊剂层形成导电层涉及将导电层形成为穿过绝缘层并且与太阳能电池的半导体区域接触。
[0088]在一个实施例中，形成阻挡层涉及形成含金属层。
[0089]在一个实施例中，形成含金属层涉及形成包括金属的层，所述金属诸如但不限于镍(Ni)、钛(Ti)或钨(W)。
[0090]在一个实施例中，由导电糊剂层形成导电层涉及将导电层形成为与含金属层接触。
[0091 ]在一个实施例中，形成阻挡层涉及形成隧穿介电层。
[0092]在一个实施例中，形成隧穿介电层涉及形成薄氧化硅层。
[0093]在一个实施例中，形成阻挡层进一步涉及在隧穿介电层上形成硅层。
[0094]在一个实施例中，形成导电层涉及利用导电糊剂层消耗硅层的至少一部分。
[0095]在一个实施例中，由导电糊剂层形成导电层涉及将导电层形成为与隧穿介电层接触。
[0096]在一个实施例中，形成阻挡层涉及形成金属硅化物层，该金属硅化物层包括来自半导体区域的硅。
[0097]在一个实施例中，形成金属硅化物层涉及通过镀覆镍(Ni)层、活化镍层以及使镍层退火以与半导体区域反应来形成硅化镍层。
[0098]在一个实施例中，该方法进一步涉及在使镍层退火以与半导体区域反应之后，在形成导电糊剂层之前移除任何未反应的镍。
[0099]在一个实施例中，形成导电糊剂层涉及在硅化镍层上形成铝(Al)糊剂层。
[0100]在一个实施例中，由导电糊剂层形成导电层涉及在高于大约500摄氏度的温度下将导电糊剂层烧制至少大约10分钟的持续时间。
[0101]在一个实施例中，形成导电糊剂层涉及形成混合物，该混合物包含铝/硅(Al/Si)颗粒、液体粘结剂和玻璃料材料。
[0102]在一个实施例中，形成导电糊剂层涉及对导电糊剂层进行丝网印刷。
[0103]在一个实施例中，形成接触结构进一步涉及将第一金属层镀覆到导电层上，并将第二金属层镀覆到第一金属层上。
[0104]在实施例中，太阳能电池包括衬底。发射极区域的多晶硅层设置在衬底上方。接触结构设置在发射极区域的多晶硅层上并且包括导电层，该导电层与设置在发射极区域的多晶硅层上的阻挡层接触。导电层包括其中分散有含铝颗粒的基质粘结剂。
[0105]在一个实施例中，阻挡层为含金属层。
[0106]在一个实施例中，含金属层包括金属，诸如但不限于镍(Ni)、钛(Ti)和钨(W)。
[0107]在一个实施例中，阻挡层为隧穿介电层。
[0108]在一个实施例中，隧穿介电层包括薄氧化硅层。
[0109]在一个实施例中，阻挡层为金属硅化物层。
[0110]在一个实施例中，金属硅化物层为硅化镍(Ni)层。
[0111]在一个实施例中，含铝颗粒为铝/硅(Al/Si)颗粒。
[0112]在一个实施例中，含铝颗粒为仅铝颗粒。
[0113]在一个实施例中，接触结构还包括设置在导电层上的镍(Ni)层或锌(Zn)层或者两者，以及设置在镍层或锌层上的铜(Cu)层。
[0114]在一个实施例中，太阳能电池为背接触太阳能电池。
[0115]在实施例中，太阳能电池包括单晶硅衬底。扩散区域设置在单晶硅衬底中。接触结构设置在扩散区域上，并且包括与设置在扩散区域上的阻挡层接触的导电层。导电层包括其中分散有含铝颗粒的基质粘结剂。
[0116]在一个实施例中，阻挡层为含金属层。
[0117]在一个实施例中，含金属层包括金属，诸如但不限于镍(Ni)、钛(Ti)或钨(W)。
[0118]在一个实施例中，阻挡层为隧穿介电层。
[0119]在一个实施例中，隧穿介电层包括薄氧化硅层。
[0120]在一个实施例中，阻挡层为金属硅化物层。
[0121]在一个实施例中，金属硅化物层为硅化镍(Ni)层。
[0122]在一个实施例中，含铝颗粒为铝/硅(Al/Si)颗粒。
[0123]在一个实施例中，含铝颗粒为仅铝颗粒。
[0124]在一个实施例中，接触结构还包括设置在导电层上的镍(Ni)层或锌(Zn)层或者两者，以及设置在镍层或锌层上的铜(Cu)层。
[0125]在一个实施例中，太阳能电池为背接触太阳能电池。
【主权项】
1.一种制造太阳能电池的方法，所述方法包括: 在设置于衬底中或衬底上方的半导体区域上形成阻挡层，所述半导体区域包含单晶硅或多晶娃； 在所述阻挡层上形成导电糊剂层； 由所述导电糊剂层形成导电层；以及 形成所述太阳能电池的所述半导体区域的接触结构，所述接触结构至少包括所述导电层。2.根据权利要求1所述的方法，其中形成所述阻挡层包括形成绝缘层。3.根据权利要求2所述的方法，其中形成所述绝缘层包括形成氧化硅层。4.根据权利要求3所述的方法，其中形成所述绝缘层还包括在所述氧化硅层上形成氮化硅层并且使所述氮化硅层部分地凹陷。5.根据权利要求1所述的方法，其中形成所述阻挡层包括形成含金属层。6.根据权利要求1所述的方法，其中形成所述阻挡层包括形成隧穿介电层。7.根据权利要求6所述的方法，其中形成所述阻挡层还包括在所述隧穿介电层上形成娃层。8.根据权利要求1所述的方法，其中形成所述阻挡层包括形成金属硅化物层，所述金属硅化物层包含来自所述半导体区域的硅。9.根据权利要求8所述的方法，其中形成所述金属硅化物层包括通过镀覆镍(Ni)层、活化所述镍层以及使所述镍层退火以与所述半导体区域反应来形成硅化镍层。10.根据权利要求9所述的方法，还包括在使所述镍层退火以与所述半导体区域反应之后，在形成所述导电糊剂层之前移除任何未反应的镍。11.一种太阳能电池，所述太阳能电池包括: 衬底； 多晶硅层，所述多晶硅层设置在所述衬底上方的发射极区域；以及接触结构，所述接触结构设置在所述发射极区域的所述多晶硅层上并且包括与设置在所述发射极区域的所述多晶硅层上的阻挡层接触的导电层，所述导电层包括其中分散有含招颗粒的基质粘结剂。12.根据权利要求11所述的太阳能电池，其中所述阻挡层为含金属层。13.根据权利要求11所述的太阳能电池，其中所述阻挡层为隧穿介电层。14.根据权利要求11所述的太阳能电池，其中所述阻挡层为金属硅化物层。15.根据权利要求14所述的太阳能电池，其中所述金属硅化物层为硅化镍(Ni)层。16.根据权利要求11所述的太阳能电池，所述接触结构还包括: 设置在所述导电层上的镍(Ni)层或锌(Zn)层，或两者；以及 设置在所述镍层或所述锌层上的铜(Cu)层。17.—种太阳能电池，所述太阳能电池包括: 单晶娃衬底； 扩散区域，所述扩散区域设置在所述单晶硅衬底中；以及 接触结构，所述接触结构设置在所述扩散区域上并且包括与设置在所述扩散区域上的阻挡层接触的导电层，所述导电层包括其中分散有含铝颗粒的基质粘结剂。18.根据权利要求17所述的太阳能电池，其中所述阻挡层为含金属层。19.根据权利要求17所述的太阳能电池，其中所述阻挡层为隧穿介电层。20.根据权利要求17所述的太阳能电池，其中所述阻挡层为金属硅化物层。
【文档编号】H01L31/18GK105830226SQ201480068756
【公开日】2016年8月3日
【申请日】2014年12月18日
【发明人】理查德·汉密尔顿·休厄尔, 戴维·阿龙·伦道夫·巴尔克豪泽, 邬俊波, 迈克尔·卡德兹诺维克, 保罗·卢斯科托福, 约瑟夫·本克, 米歇尔·阿尔塞纳·奥利维尔·恩加姆·托科
【申请人】太阳能公司, 道达尔销售服务公司