專利名稱：使用金屬漿料金屬化的正面觸點太陽能電池制造技術(shù)
方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及光伏電池的制造。
背景技術(shù)：
太陽能電池是將陽光直接轉(zhuǎn)換成電能的光伏裝置。最常見的太陽能電池材料是硅，硅處于單晶或者多晶硅襯底的形式，有時稱為晶片。因為形成硅基太陽能電池以產(chǎn)生電力的攤余成本(amortized cost)高于使用傳統(tǒng)方法產(chǎn)生電力的成本,所以已經(jīng)努力降低形成太陽能電池的成本。諸如晶體硅太陽能電池的常規(guī)硅太陽能電池使用用于前表面電流收集和用于后表面接觸區(qū)域的金屬基觸點結(jié)構(gòu)。金屬觸點結(jié)構(gòu)連同村底形成歐姆接觸。金屬觸點結(jié)構(gòu)和襯底之間的接觸電阻率總是期望較低以維持太陽能電池裝置的良好的電氣性能。還期望在 金屬觸點和襯底的界面處低的電荷復合損失，以維持太陽能電池高的轉(zhuǎn)換效率。因而，需要ー種形成金屬觸點結(jié)構(gòu)的改進方法，該金屬觸點結(jié)構(gòu)形成在襯底的表面上以形成具有期望電氣性能的太陽能電池。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的實施例想到使用新穎方法形成太陽能電池裝置的金屬觸點結(jié)構(gòu)來形成高效太陽能電池。在一個實施例中，太陽能電池裝置包括襯底，其包括摻雜半導體材料；形成在襯底上的表面，表面具有第二摻雜半導體層，第二摻雜半導體層具有與第一摻雜半導體材料相反的導電類型；電介質(zhì)層，其設(shè)置在襯底的表面上；金屬觸點結(jié)構(gòu)，其形成在電介質(zhì)層中并具有第一預定橫截面面積；以及金屬線，其形成在金屬觸點結(jié)構(gòu)上并具有第二預定橫截面面積，其中，第二預定橫截面面積大于第一預定橫截面面積。在另ー實施例中，一種用于制造用于太陽能電池裝置的金屬觸點結(jié)構(gòu)的方法，包括提供上面設(shè)置有電介質(zhì)層的襯底；在電介質(zhì)層上選擇性地設(shè)置觸點金屬漿料；對設(shè)置在電介質(zhì)層上的觸點金屬漿料進行燒制，以蝕穿電介質(zhì)層，在電介質(zhì)層中形成觸點開ロ ；在觸點開口中形成金屬觸點結(jié)構(gòu)，觸點開ロ在燒制處理過程中形成于由觸點金屬漿料蝕穿的電介質(zhì)層中；并且在形成在電介質(zhì)層中的觸點結(jié)構(gòu)上選擇性地設(shè)置金屬線。在又一實施例中，一種用于制造用于太陽能電池裝置的金屬觸點結(jié)構(gòu)的方法，包括提供上面設(shè)置有電介質(zhì)層的襯底；在電介質(zhì)層中執(zhí)行觸點開ロ處理，以在電介質(zhì)層中選擇性地形成多個觸點開ロ ；在形成在電介質(zhì)層中的觸點開口中設(shè)置金屬觸點，其中，金屬觸點包括連接到下部的頂部，其中，金屬觸點的頂部具有比形成在觸點開口內(nèi)的金屬觸點的下部的第二預定尺寸大的第一預定尺寸。


以本發(fā)明的上述特征能被詳細理解的方式，通過參照實施例可以更具體地描述以上簡要概括的本發(fā)明，一些實施例在附圖中圖示
圖I圖示可以與本發(fā)明的實施例結(jié)合使用以形成多層期望圖案的系統(tǒng)的示意等距視圖。圖2圖示根據(jù)本發(fā)明一個實施例的圖3A中的系統(tǒng)的示意頂部平面視圖。圖3圖示根據(jù)本發(fā)明的一個實施例使太陽能電池金屬化的方法的流程圖。圖4A-4D圖示在根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的序列的不同階段太陽能電池的示意橫截面視圖。圖5圖示根據(jù)本發(fā)明的另ー實施例使太陽能電池金屬化的方法的流程圖；以及圖6A-6C圖示在根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的序列的不同階段太陽能電池的示意橫截面視圖。
為了清楚，已經(jīng)盡可能使用相同的參考標號來指示附圖當中相同的元件?？梢韵氲?，一個實施例的特征可以結(jié)合在其他實施例中，而不需要另外詳述。
具體實施例方式本發(fā)明的實施例是關(guān)于使用形成太陽能電池裝置的金屬觸點結(jié)構(gòu)的方法來形成高效太陽能電池。通過維持形成到硅襯底上的金屬觸點之間的最小接觸面積以實現(xiàn)低的接觸電阻率和低的復合損失來獲得高效太陽能電池。在一個實施例中，該方法包括沉積用來限定太陽能電池裝置的活性區(qū)域和/或觸點結(jié)構(gòu)的電介質(zhì)材料?？梢允褂酶鞣N技術(shù)來形成太陽能電池的活性區(qū)域和/或觸點結(jié)構(gòu)。可以從本發(fā)明受益的太陽能電池襯底(例如，圖
1-2、4和6中的襯底150)包括包含有機材料、單晶硅、多晶硅、鍺(Ge)、神化鎵(GaAs)、碲化鎘(CdTe)、硫化鎘(CdS)、銅銦鎵硒(CIGS)、銅銦硒(CuInSe2)、磷化鎵銦(GaInP2)的襯底，以及用來將陽光轉(zhuǎn)換成電カ的諸如GalnP/GaAs/Ge或者ZnSe/GaAs/Ge襯底的異質(zhì)結(jié)電池。圖I是示意等距視圖，并且圖2是示意頂部平面視圖，圖I和2示出可以與本發(fā)明的實施例結(jié)合使用以在太陽能電池襯底150的表面上以期望的圖案形成金屬觸點的絲網(wǎng)印刷系統(tǒng)或者系統(tǒng)100的一個實施例。在一個實施例中，系統(tǒng)100包括引入輸送器111、旋轉(zhuǎn)致動器組件130、絲網(wǎng)印刷室102和送出輸送器112。引入輸送器111可以構(gòu)造成從諸如輸入輸送器113的輸入裝置接收襯底150 (即，圖IB中的路徑“A”)，并將襯底150轉(zhuǎn)移到耦接至旋轉(zhuǎn)致動器組件130的多個印刷巢131中的一者。送出輸送器112可以構(gòu)造成從耦接至旋轉(zhuǎn)致動器組件130的另ー印刷巢131接收經(jīng)處理的襯底150，并將襯底150轉(zhuǎn)移到諸如輸出輸送器114襯底移除裝置(即，圖I中的路徑“E”)。輸入輸送器113和輸出輸送器114可以是作為較大生產(chǎn)線的一部分的自動化襯底處理裝置。例如，輸入輸送器113和輸出輸送器114可以是Softline 工具的一部分，系統(tǒng)100可以是Softline 工具的模塊?？梢酝ㄟ^旋轉(zhuǎn)致動器(未示出)和系統(tǒng)控制器101使旋轉(zhuǎn)致動器組件130繞“F”軸線旋轉(zhuǎn)并成角度地定位。旋轉(zhuǎn)致動器組件130的旋轉(zhuǎn)選擇性地將印刷巢131定位在系統(tǒng)100內(nèi)(例如，圖2圖示的路徑“D1”和“D2”)。旋轉(zhuǎn)致動器組件130還可以具有一個或者多個支撐部件，以便于控制用來在系統(tǒng)100中執(zhí)行襯底處理序列的印刷巢131或者其他自動化裝置。在一個實施例中，旋轉(zhuǎn)致動器組件130包括各自適于在絲網(wǎng)印刷室102內(nèi)執(zhí)行絲網(wǎng)印刷處理期間支撐襯底150的四個印刷巢131或者襯底支撐件。圖2示意性地圖示旋轉(zhuǎn)致動器組件130的位置，其中ー個印刷巢131處于位置“I”以從引入輸送器111接收襯底150，另一印刷巢131處于絲網(wǎng)印刷室102內(nèi)的位置“2”、以使得另一襯底150能在表面上接收絲網(wǎng)印刷的圖案，另一印刷巢131位置“3”以將經(jīng)處理的襯底150轉(zhuǎn)移到送出輸送器112，并且空的印刷巢131處于作為位置“I”和位置“3”之間的中間階段的位置“4”。返回到圖1，在一個實施例中，系統(tǒng)100包括適于檢查位于位置“I”中的印刷巢131上的襯底150。檢查組件160可以包括一個或者多個相機121，該相機121定位成對位于位置“I”中的印刷巢131上的輸入或者經(jīng)處理的襯底150進行檢查。在此構(gòu)造中，檢測組件160包括至少一個相機121 (例如，CXD相機)和能夠檢查并向系統(tǒng)控制器101通報檢查結(jié)果的其他電子部件，該系統(tǒng)控制器101用來分析印刷巢131上的襯底150的取向和位置。絲網(wǎng)印刷室102適合于在絲網(wǎng)印刷過程中在定位在位置“2”中的印刷巢131上的襯底150的表面上以期望的圖案沉積材料。在一個實施例中，絲網(wǎng)印刷室102包括多個致 動器，例如，與系統(tǒng)控制器101通信并用來調(diào)整設(shè)置在絲網(wǎng)印刷室102內(nèi)的絲網(wǎng)印刷掩膜102B(圖2)相對于正在印刷的襯底150的位置和/或角度取向的致動器102A(例如，步進電動機或者伺服電動機)。在一個實施例中，絲網(wǎng)印刷掩膜102B是金屬片或者板，該金屬片或者板具有從中穿過而形成的多個特征102C(圖2)(例如，孔、槽或者其他開口)以在襯底150的表面上限定絲網(wǎng)印刷材料(即，墨水或者漿料)的圖案和布置。一般地，通過使用致動器102A和由系統(tǒng)控制器101從檢查組件160接收到的信息、而將絲網(wǎng)印刷掩膜102B定位在襯底表面上期望的位置處，要沉積在襯底150的表面上的絲網(wǎng)印刷圖案以自動方式與襯底150對準。在一個實施例中，絲網(wǎng)印刷室102適合于在具有約125mm和156mm之間的寬度和約70_和156mm之間的長度的太陽能電池襯底上沉積包含金屬或者包含電介質(zhì)的材料。在一個實施例中，絲網(wǎng)印刷室102適合于在襯底的表面上沉積包含金屬的衆(zhòng)料以在襯底的表面上形成金屬觸點結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)控制器101促進整個系統(tǒng)100的控制和自動化，并可以包括中央處理單元(CPU)(未示出)、存儲器(未示出)和支撐電路(或者I/O)(未示出)。CPU可以是用在工業(yè)環(huán)境中控制各種室處理和硬件(例如，輸送器、光學檢查組件、電動機、流體輸送硬件等)并監(jiān)視系統(tǒng)和室處理(例如，襯底位置、處理時間、檢測器信號等)的任何形式計算機處理器中的一者。存儲器連接到CPU，并可以是本地或遠程的易于獲得的存儲器中的一種或多種，諸如隨機存取存儲器(RAM)、只讀存儲器(ROM)、軟盤、硬盤和任何其他形式數(shù)字存儲器。軟件指令和數(shù)據(jù)可以編碼并存儲在用于指示CPU的存儲器內(nèi)。支撐電路還連接到CPU而以常規(guī)方式支撐處理器。支撐電路可以包括緩存、電源、時鐘電路、輸入/輸出電路、子系統(tǒng)等?？捎上到y(tǒng)控制器101讀取的程序(或者計算機指令)判定可在襯底上執(zhí)行哪個任務(wù)。程序是可由系統(tǒng)控制器101讀取的軟件，該軟件包括產(chǎn)生和存儲至少襯底位置信息、各種受控制部件的移動順序、襯底光學檢查系統(tǒng)信息和其組合的代碼。圖3圖示用來在太陽能電池上形成前觸點結(jié)構(gòu)的處理序列300。在圖3中得到的序列對應(yīng)于本說明書中描述的圖4A-4D中所示的階段。圖4A-4D圖示在用來在太陽能電池400的表面402上形成觸點結(jié)構(gòu)的處理序列中的不同階段期間、太陽能電池襯底150的示意橫截面視圖。處理序列300通過將襯底(例如襯底150)提供到絲網(wǎng)印刷室(例如在圖1-2中描述的絲網(wǎng)印刷室102)而開始于步驟302。如圖4A所示，襯底150可以具有形成在襯底150上的電介質(zhì)層404。襯底150可以是單晶或者多晶硅襯底、含硅襯底、含摻雜硅襯底或者其他適合的襯底。在一個實施例中，襯底150是在晶體硅襯底中具有p型摻雜劑或者n型摻雜劑的含摻雜硅襯底。在此處描述的實施例中，襯底150是具有n型摻雜劑的表面420的P型硅。n型和p型區(qū)域之間的界面形成通過吸收陽光而收集光生載流子的電場。表面上的n型摻雜劑通常是磷，不過可以使用其他n型摻雜劑。還可以使用相反的極性(即，具有摻雜有P型摻雜劑的薄表面區(qū)域的n型襯底)。設(shè)置在襯底150上的電介質(zhì)層404可以是形成在襯底150上的氧化硅層(例如二氧化硅層)、氮化硅層、氮氧化硅(SiON)層、包括一個以上電介質(zhì)層的復合層、及其組合。電介質(zhì)層404可以使用常規(guī)熱氧化處理、快速熱氧化處理、大氣壓力或者低壓CVD處理、等離子體增強CVD處理、PVD處理而形成，或者電介質(zhì)層404可以使用噴涂、旋涂、滾涂、絲網(wǎng)印刷或者其他類似類型的沉積處理來涂覆。在一個實施例中，電介質(zhì)層404是厚度在約50人和約3000人之間的氮化硅層。在另一實施例中，電介質(zhì)層404是厚度小于約2000人的氮化娃層。在一個實施例中，電介質(zhì)層404是形成在含摻雜娃襯底150的表面420上的具有約100人和約1000人之間的厚度的氮化硅層。在另一實施例中，電介質(zhì)層404是厚度在約30人和約3000人之間的氧化鋁層。與n型表面相反，鋁對于P型的鈍化特別有用。應(yīng)該注意，描述形成氮化硅/氧化硅型電介質(zhì)層不是要限制本說明書中所述的本發(fā)明的范圍，這是因為電介質(zhì)層404還可以使用其他常規(guī)沉積處理(例如，PECVD沉積)形成和/或由其他電介質(zhì)材料制成。在另一實施例中，電介質(zhì)層404包括多層膜堆疊，例如，氧化硅/氮化硅層堆疊(例如，氧化硅層(例如，約20人至約3000人厚度的層)和氮化硅層(例如，約100人至約1000人厚度的層))、非晶硅/氧化硅層堆疊(例如，非晶硅層(例如，約30至100人厚度)和氧化硅層(例如，約100至3000人厚度))、或者非晶硅/氮化硅堆疊(例如，非晶硅層(例如，約30至100人厚度)和氮化硅層(例如，約100至約1000人厚度))。在一個示例中，使用CVD處理將50人的非晶硅層沉積在硅襯底上，并且然后使用CVD或者PVD處理沉積750人的氮化硅層。在另一示例中，使用快速熱氧化處理在硅襯底上形成50人的氧化硅層，然后使用CVD或者PVD處理將750人的氮化硅沉積在氧化硅層上。在另一示例中，電介質(zhì)層404包括氧化鋁和氮化硅的多層膜堆疊?？梢赃m合于形成此處描述的非晶硅層、氮化硅或者氧化硅的沉積室和/或處理的示例在2008年7月23日提交的共同轉(zhuǎn)讓和共同待審的美國專利申請序列號12/178，289和2008年8月29日提交的共同轉(zhuǎn)讓的美國專利申請序列號12/202，213中進一步描述，這兩個專利的全部內(nèi)容通過引用而結(jié)合于本說明書中。在一個實施例中，在可從California 的 Santa Clara 的 Applied MaterialsInc.獲得的 Vantage RadiancePlus RTP> Vantage RadOx RTP,或者 AppliedProducer DARC 、或其他類似腔室中執(zhí)行氧化硅或者氮化硅形成處理。還可以想到，還可以利用來自其他制造商的沉積設(shè)備。在步驟304，如圖4B所述，通過使用噴墨印刷、橡膠壓印、絲網(wǎng)印刷、篩網(wǎng)印刷或者其他類似處理在絲網(wǎng)印刷室102中將觸點金屬漿料406選擇性地沉積在電介質(zhì)層404上以 形成金屬觸點，來形成和限定期望圖案，在該期望圖案中形成對下面襯底表面(例如，硅)的電觸點。在一個實施例中，通過絲網(wǎng)印刷處理將觸點金屬漿料406設(shè)置在電介質(zhì)層404上以形成金屬觸點(如圖4C所述，408)，在該絲網(wǎng)印刷處理中，觸點金屬漿料406穿過具有掩膜的不銹鋼絲網(wǎng)而被印刷在電介質(zhì)層404中，該掩膜具有特征陣列，特征的尺寸范圍從約IOiim到約1000 iim，并且特征布置在圍繞中心2mm范圍內(nèi)。在一個示例中，絲網(wǎng)印刷處理可以在從Baccini S. p. A(其為 California 的 Santa Clara 的 Applied Materials Inc.的分公司)購買的SoftLine 中執(zhí)行。還可以想到，還可以利用來自其他制造商的沉積設(shè)備。由于觸點金屬漿料406提供金屬源以在后續(xù)燒制處理(以下參照圖4C進一步描述)期間在襯底150上形成金屬觸點408，所以為了使電壓最小化，期望觸點金屬漿料406與電介質(zhì)層404連接的接觸面積盡可能小以使觸點處的復合損失最小化。最小的尺寸由使觸點電阻損失最小的需要和印刷技術(shù)來確定。在一個實施例中，設(shè)置在電介質(zhì)層404上的觸點金屬漿料406構(gòu)造成具有小于約50 ii m的寬度412 (例如，或者直徑)。在一個示例中，觸點金屬漿料406可以構(gòu)造成在圓形孔、槽、矩形孔、六邊形孔或者其他期望形狀中，以在電介質(zhì)層404上產(chǎn)生具有類似形狀的金屬觸點408。在一個實施例中，觸點金屬漿料406包括中間設(shè)置有金屬顆粒的聚合樹脂。聚合 物和顆?；旌衔锿ǔ７Q作“顆?！被蛘摺澳?。聚合樹脂用作幫助將金屬漿料406印刷到電介質(zhì)層404上的載體。添加其他有機化學品以調(diào)節(jié)漿料的粘度、表面濕度或者其他性能。在隨后燒制處理過程中，從電介質(zhì)層404或者從襯底150移除聚合樹脂和其他有機物。在觸點金屬漿料406中還可以包括玻璃熔塊。在觸點金屬漿料406中的玻璃熔塊中包含的化學品能溶解設(shè)置在襯底150上的電介質(zhì)層404，以使得金屬設(shè)置(例如，燒穿)在電介質(zhì)層404內(nèi)以在襯底150的表面420上形成接觸區(qū)域/接觸孔414，以及促進金屬顆粒的結(jié)合。玻璃熔塊因而能使觸點金屬漿料406將電介質(zhì)層404圖案化，在電介質(zhì)層404中留下金屬顆粒以將金屬觸點408印刷到電介質(zhì)層404中。在一個實施例中，在觸點金屬漿料406中包括的金屬顆?？梢詮你y、銀合金、銅(Cu)、錫(Sn)、鈷(Co)、錸(Rh)、鎳(Ni)、鋅(Zn)、鉛(Pb)和/或鋁(Al)或者其他適合的金屬顆粒中選擇，以提供用于在電介質(zhì)層404中形成金屬觸點408的適合金屬源。觸點金屬漿料406可以包括形成在中間設(shè)置有玻璃熔塊的聚合樹脂中的銀(Ag)顆粒，以在電介質(zhì)層404中形成銀金屬觸點408 (在圖4C中)。在另一實施例中，觸點金屬漿料406可以包括中間設(shè)置有金屬顆粒的蝕刻劑材料，例如含有氟化氨(NH4F)的材料。按配方形成含有氟化氨(NH4F)材料，以通過隨后的燒制處理蝕刻電介質(zhì)層404,并在燒制處理時被蒸發(fā)。在一個不例中，觸點金屬衆(zhòng)料406可以包含200g/l的氟化氨(NH4F)、50g/l的2000MW聚乙二醇(PEG)和50g/l的乙醇、且I升體積中的剩余物是DI水。金屬顆?？梢栽O(shè)置在觸點金屬漿料中。在另一示例中，一升的觸點金屬漿料可以包含90毫升的6 IBOE蝕刻溶液、5克的500麗聚乙二醇(PEG)和5克的乙醇、且該體積中的剩余物是DI水，且其中分配或者設(shè)置有期望量的金屬顆粒。一般選擇觸點金屬漿料中的附加成分，以促進電介質(zhì)層404的有效“濕化”、并同時使可以影響電介質(zhì)層404中形成的特征/觸點金屬圖案的延展量最小化。在聚氧化乙烯(即，聚乙二醇)基材料和其他相關(guān)材料作為觸點金屬漿料中的表面活性劑而很好地發(fā)揮作用時，它們還在250攝氏度以上的溫度下分解以形成揮發(fā)性副產(chǎn)物，由此在下個步驟中不需要后清洗步驟以在加熱襯底之后清潔襯底表面。在一個實施例中，觸點金屬漿料406包括具有中間設(shè)置有金屬銀的蝕刻劑材料、氟化氨(NH4F)。氟化氨(NH4F)包括與氟化氨形成均勻混合物的溶劑、pH調(diào)節(jié)劑(例如，BOE、HF)和表面活性劑/濕化劑。在一個示例中，溶劑是配置在水溶液中的二甲胺、二乙胺、三乙胺或者乙醇胺。在一個示例中，表面活性劑/濕化劑可以是聚乙二醇(PEG)、聚丙二醇、聚乙二醇-聚丙二醇-嵌段共聚物或者甘油。據(jù)信，使用堿性化學品的一個益處是將不產(chǎn)生揮發(fā)性HF蒸氣，直到隨后的加熱處理開始將氨(NH3)趕出去，因而降低了對執(zhí)行加熱處理之前的昂貴和復雜的通風和處理方案的需要。在步驟306，如圖4C所示，金屬線410形成在金屬觸點408上以平衡需要形成在太陽能電池裝置400中的金屬結(jié)構(gòu)的整個區(qū)域覆蓋，以維持形成在太陽能電池400中的期望的導電性。通過使用如上所述的噴墨印刷、橡膠壓印、篩網(wǎng)印刷、絲網(wǎng)印刷或者其他類似處理而使金屬線410形成在金屬觸點408上。在此沉積處理中，選擇用來形成金屬線410的金屬漿料以允許(例如，要形成為金屬線410的)金屬漿料粘附在金屬觸點408上，而不損壞和/或者改變下面的金屬觸點408和電介質(zhì)層404的膜特性，所謂的“非燒穿”處理。在一個實施例中，通過絲網(wǎng)印刷處理將金屬漿料設(shè)置在金屬觸點408上以形成金屬線410，在該絲網(wǎng)印刷處理中，金屬漿料印刷在金屬觸點408上，而不蝕刻穿、改變、燒穿下面的金 屬觸點408和電介質(zhì)層404。在一個示例中，絲網(wǎng)印刷處理可以在從Baccini S.p.A(其為California 的 Santa Clara 的 Applied Materials Inc.的分公司)購買的 SoftLine 中執(zhí)行。還可以想到，還可以利用來自其他制造商的沉積設(shè)備。在一個實施例中，被選擇設(shè)置在金屬觸點408上的金屬漿料是構(gòu)造成在襯底150上形成包含期望金屬元素的金屬線410的包含金屬的金屬漿料?？梢杂脕硇纬山饘贊{料的金屬元素的適合示例包括銅(Cu)、銀(Ag)、錫(Sn)、鈷(Co)、錸(Rh)、鎳(Ni)、鋅(Zn)、鉛(Pb)和/或鋁(Al)。在此處描述的一個實施例中，銀(Ag)或銅(Cu)用作形成金屬漿料的金屬源材料。在金屬漿料被設(shè)置、印刷或者涂敷在金屬觸點408上之后，執(zhí)行“非燒穿”燒制處理以輔助熔化金屬漿料，由此留下銀金屬粘附在金屬觸點408上，而不損壞電介質(zhì)層404。在一個實施例中，在約600攝氏度和約900攝氏度之間的范圍內(nèi)的溫度下執(zhí)行“非燒穿”燒制處理達約8秒和約12秒之間的時間段。附加地，“非燒穿”燒制處理還可以輔助形成電介質(zhì)層404和金屬觸點408之間良好的電接觸。在另一實施例中，金屬線410還可以通過CVD處理、PVD處理、濺射處理、電鍍處理或者任何適合處理來形成。然后進行蝕刻處理或者材料去除處理(例如激光燒蝕、圖案化、干法/濕法蝕刻或者其他類似技術(shù))以在金屬線410上形成期望的圖案或者金屬柵格。在一個實施例中，金屬線410可以具有約50 ii m和約1000 ii m之間的寬度424，以補償由于形成在電介質(zhì)層404中的金屬觸點408的寬度412而降低的區(qū)域覆蓋。在另一實施例中，金屬線410可以構(gòu)造成具有比形成在電介質(zhì)層404中的金屬觸點408的橫截面面積大約10百分比和約200百分比之間(例如在約100百分比和約200百分比之間)的橫截面面積。注意，此處描述的術(shù)語“橫截面面積”一般是指與襯底150的表面420平行的平面。在另一實施例中，金屬線410的寬度424可以構(gòu)造成比形成在下方的金屬觸點408的寬度要寬在約10百分比和約200百分比之間(例如約100百分比和約200百分比之間)。在一個實施例中，金屬線410的寬度424比金屬觸點408的寬度412寬約10 y m和約200 y m之間。在步驟308，如圖4D所示，在襯底150上執(zhí)行熱處理(例如燒制和/或燒結(jié)處理)，以使用“燒穿”金屬化處理在電介質(zhì)層404中形成金屬觸點408。電介質(zhì)層404在燒制處理(例如，“燒穿”金屬化處理)過程中被觸點金屬漿料406蝕穿以在電介質(zhì)層404中形成特征/接觸孔414，同時在燒制處理過程中允許金屬觸點408設(shè)置在特征/接觸孔414中并與襯底150接觸。燒制處理輔助在一個步驟中將金屬觸點408粘附或者燒結(jié)在電介質(zhì)層404中，而不需要附加的蝕刻或者金屬沉積處理。燒制和/或燒結(jié)處理還可以輔助從電介質(zhì)層404蒸發(fā)觸點金屬漿料406中的聚合物或者蝕刻材料，而為要設(shè)置在電介質(zhì)層404中的金屬觸點408留下清潔的表面。燒制/燒結(jié)處理用來增加觸點金屬漿料406的密度，并同時去除設(shè)置在觸點金屬漿料406中的蝕刻劑或者聚合物。燒制處理形成金屬觸點408和襯底150的表面420之間的歐姆接觸。在一個實施例中，峰值燒制溫度可以被控制在約600攝氏度和約900攝氏度之間(例如約800攝氏度)持續(xù)短時間段(例如約8秒和約12秒之間(例如，約10秒))。在另一實施例中，可以通過直接替代(drop-in replacement)處理、雙印刷處理或者其他適合的處理來形成金屬觸點408，以將銀金屬置于接觸孔/特征414中以根據(jù)需要形成期望的金屬觸點408。 如上所述，由于形成在電介質(zhì)層404中的金屬觸點408可以在襯底150的表面420處形成歐姆接觸，因而，用于中間設(shè)置金屬觸點408的特征/接觸孔414的尺寸被控制成盡可能小地形成，以降低接觸電阻率。然而，金屬觸點408的小尺寸會影響要根據(jù)需要形成在太陽能電池裝置400中的金屬觸點408的導電性和/或者區(qū)域覆蓋(還有橫截面面積)，由此不利地降低形成在襯底150上的太陽能電池裝置400的整體電氣性能或者轉(zhuǎn)換效率。注意，執(zhí)行步驟306和308的順序可以切換、循環(huán)、重復或者是任何順序，直到在襯底上形成期望的厚度、輪廓、結(jié)構(gòu)。圖5圖示根據(jù)本發(fā)明另一實施例用來在太陽能電池上形成正面觸點結(jié)構(gòu)的處理序列500。圖5中的序列對應(yīng)于在此處描述的圖6A-6C中所示的階段。圖6A-6C圖示在用來在太陽能電池裝置600的表面402上形成金屬觸點結(jié)構(gòu)的處理序列500中的不同階段期間的太陽能電池150的示意橫截面視圖。如圖6A所示，處理序列500通過提供襯底(例如上面設(shè)置有電介質(zhì)層404的襯底150)而開始于步驟502。襯底還設(shè)置有摻雜成與襯底的摻雜導電類型相反的導電類型的薄層。類似于參照圖4A-4D所示的太陽能電池400，襯底150可以具有形成在襯底150上的電介質(zhì)層404。襯底150可以是單晶或者多晶娃襯底、含娃襯底、含摻雜娃襯底或者其他適合的襯底。在一個實施例中，襯底150是在晶體硅襯底中具有p型摻雜劑或者n型摻雜劑的含摻雜硅襯底。在此處描述的實施例中，襯底150是中間摻雜有硼摻雜劑的p型摻雜晶體硅襯底。電介質(zhì)層404可以類似于以上參照圖4A-4D所示的電介質(zhì)層404。在步驟504，如圖6B所示，在襯底150上執(zhí)行觸點開口處理，以在電介質(zhì)層404中形成接觸孔602。代替在參照圖4B-4C描述的處理序列300中的步驟304處描述的“燒穿”處理，此處描述的處理序列500使用兩個分開的步驟(例如步驟504和506)，以分別在第一步驟504形成觸點開口、隨后在步驟506進行金屬填充處理。通過進行這兩個分開的處理，可以獲得低的制造成本，這是因為可以以任何適合的常規(guī)材料去除處理(包括干法/濕法蝕刻處理、激光燒蝕處理、絲網(wǎng)印刷處理或者任何適合處理)形成在電介質(zhì)層404中形成的接觸孔602。因而，特定的“燒穿”觸點金屬漿料(比較貴的復合材料)不必用來在一個步驟中同時形成接觸孔并在電介質(zhì)層中填充金屬觸點。在一個實施例中，通過蝕刻處理在電介質(zhì)層404中形成接觸孔602?？梢酝ㄟ^常規(guī)蝕刻處理來執(zhí)行蝕刻處理，該常規(guī)蝕刻處理在蝕刻處理過程中利用掩膜層來在電介質(zhì)層404中形成具有期望圖案、特征、尺寸、形狀或者構(gòu)造的接觸孔602。在一個實施例中，用來形成接觸孔602的蝕刻處理是利用含鹵素的氣體(諸如SF6)作為活性蝕刻劑來蝕刻電介質(zhì)層404的干法等離子體蝕刻處理。在另一實施例中，通過蝕刻材料來形成接觸孔602，該蝕刻材料被選擇性地涂敷在電介質(zhì)層404上以在電介質(zhì)層404中形成接觸孔602。蝕刻劑材料可以包括蝕刻溶液，通過使用常規(guī)的噴墨印刷、橡膠壓印、絲網(wǎng)印刷或者其他類似的處理而選擇性地將蝕刻溶液涂敷在電介質(zhì)層404上以形成并限定接觸孔602。此處使用的蝕刻溶液可以與上述用來在步驟304蝕刻電介質(zhì)層404的溶液類似或者相同。在一個實施例中，通過在絲網(wǎng)印刷工具(諸如在圖1-2中描述的工具)中執(zhí)行的絲網(wǎng)印刷處理將蝕刻材料設(shè)置在電介質(zhì)層404上。蝕 刻材料穿過具有掩膜的聚酯絲網(wǎng)而被印刷在電介質(zhì)層404中，該掩膜具有特征陣列，該特征的尺寸范圍從約10 ii m到約1000 u m,并且特征布置在圍繞中心2mm的范圍內(nèi)。在一個示例中，絲網(wǎng)印刷處理可以在從Baccini S. p. A (其為California的Santa Clara的AppliedMaterials Inc.的分公司)購買的SoftLine 中執(zhí)行。還可以想到，還可以利用來自其他制造商的沉積設(shè)備。如上所述，期望在電介質(zhì)層404中形成的接觸孔602的尺寸較小，以維持最小的接觸電阻率。因而，在電介質(zhì)層404中形成的接觸孔602被控制成具有小于約50 ii m的平均直徑或?qū)挾?04。在一個示例中，特征/接觸孔602是圓形孔、槽、矩形孔、六角形孔或者其他期望形狀。在步驟506，如圖6C所示，在電介質(zhì)層404中形成接觸孔602之后，觸點金屬漿料選擇性地設(shè)置在電介質(zhì)層404中、并填充形成在電介質(zhì)層404中的接觸孔602。設(shè)置在接觸孔602中的觸點金屬漿料形成與下面的襯底150相連的金屬觸點606。如圖6C所示，可以通過使用噴墨印刷、橡膠壓印、篩網(wǎng)印刷、絲網(wǎng)印刷或者其他類似處理而將觸點金屬漿料設(shè)置在電介質(zhì)層404中以形成和限定期望圖案，在該期望圖案中形成對下面的襯底表面(例如，硅)的電觸點。在一個實施例中，通過絲網(wǎng)印刷處理將觸點金屬漿料設(shè)置在電介質(zhì)層404上以形成金屬觸點606，在該絲網(wǎng)印刷處理中，觸點金屬漿料穿過具有掩膜的聚酯或者不銹鋼絲網(wǎng)而被印刷在電介質(zhì)層404中，該掩膜特征陣列，該特征具有尺寸范圍從約IOym到約1000 u m的平均直徑或者寬度，并且特征布置在圍繞中心小于2mm的范圍內(nèi)。在一個示例中，絲網(wǎng)印刷處理可以在從Baccini S. p. A (其為California的Santa Clara的AppliedMaterials Inc.的分公司)購買的SoftLine 中執(zhí)行。還可以想到，還可以利用來自其他制造商的沉積設(shè)備。在一個實施例中，觸點金屬漿料包括聚合物樹脂，以用作幫助實現(xiàn)將金屬觸點606印刷到電介質(zhì)層404中的載體。在后續(xù)熱處理過程中從接觸區(qū)域/接觸孔414去除聚合物樹脂(例如乙基纖維素)和各種化學品和其他有機物。燒制處理形成金屬觸點408和襯底150的表面420之間的歐姆接觸。在一個實施例中，觸點金屬漿料可以包括設(shè)置在其中的金屬顆粒，以提供用于填充形成在電介質(zhì)層404中的接觸孔602中的金屬觸點606的適合金屬源。在一個實施例中，在接觸金屬漿料中包括的金屬顆?？梢詮你y、銀合金、銅(Cu)、錫(Sn)、鈷(Co)、錸(Rh)、鎳(Ni)、鋅(Zn)、鉛(Pb)和/或者鋁(Al)或者其他適合的金屬顆粒中選擇，以提供用于在電介質(zhì)層404中形成金屬觸點606的適合金屬源。觸點金屬漿料可以包括形成在其中的銀(Ag)顆粒，以在電介質(zhì)層404中形成銀金屬觸點606。如上所述，由于形成在電介質(zhì)層404中的金屬觸點606可以在襯底150的表面420處形成歐姆接觸，因而，接觸孔602的寬度603較小以降低觸點復合損失。然而，形成在接觸孔602中的金屬觸點606的小尺寸會影響根據(jù)需要形成在太陽能電池600中的金屬觸點606的導電性和/或區(qū)域覆蓋(還有橫截面面積)，由此不利地降低形成在襯底150上的太陽能電池裝置600的整體電氣性能。因而，形成在接觸孔602中的金屬觸點606構(gòu)造成具有頂部610，該頂部610具有比形成在填充在接觸孔602中的金屬觸點606的下部612中的寬度604更大(例如，更寬)的寬度608 (例如，或者頂部610的橫截面面積大于金屬觸點606的橫截面面積)。金屬觸點606的頂部610的更寬的寬度608可 以輔助平衡需要形成在太陽能電池裝置600中的金屬結(jié)構(gòu)的整體區(qū)域覆蓋，以維持形成在太陽能電池裝置600中的期望導電性。在一個實施例中，金屬觸點606的頂部610可以具有約50 iim和約IOOOiim之間的平均直徑或者寬度608，以補償由于形成在電介質(zhì)層404中的金屬觸點606的下部612的寬度608而降低的區(qū)域覆蓋。在另一實施例中，金屬觸點606的頂部610的寬度608可以構(gòu)造成比形成在下面的金屬觸點606的下部612的寬度604寬約10百分比和約200百分比之間。在一個實施例中，金屬觸點606的頂部610的寬度608比金屬觸點606的下部612的寬度604寬約IOiim和約IOOiim之間。在另一實施例中，頂部610可以構(gòu)造成具有比形成在電介質(zhì)層404中的下部612的橫截面面積大約10百分比和約200百分比之間(例如在約100百分比和約200百分比之間)的橫截面面積。注意，術(shù)語“寬度”是形成在襯底上的結(jié)構(gòu)(孔、過孔、溝槽、開口、導線等)的平均直徑，并用來確定該結(jié)構(gòu)的橫截面面積。注意，此處使用的術(shù)語“橫截面面積”是指沿著與襯底150的表面420平行的平面所取的截面面積。在步驟508，在金屬觸點606填充在電介質(zhì)層404中的接觸孔602中之后，可以執(zhí)行熱退火處理(例如，燒制處理)以輔助增加金屬源的密度、熔化金屬源、并將金屬源從觸點金屬漿料粘附到襯底150。在此步驟中執(zhí)行的熱退火處理是所謂的“非燒穿”處理，以使得設(shè)置在電介質(zhì)層404中的金屬觸點606被熱處理以熔化并粘附在襯底表面420上，而不損壞或者蝕穿電介質(zhì)層404。熱退火處理或者燒制處理還可以輔助從電介質(zhì)層404蒸發(fā)觸點金屬漿料中的聚合物或者有機材料，留下將設(shè)置在電介質(zhì)層404中的金屬觸點606的清潔表面。在一個實施例中，熱退火/燒制溫度可以被控制在約600攝氏度和約900攝氏度之間(例如約800攝氏度)持續(xù)短時間段(例如在約8秒和約12秒之間(例如約10秒))。盡管前述涉及本發(fā)明的實施例，但是可以在不脫離其基本范圍的情況下得出本發(fā)明的其他和進一步的實施例，并且本發(fā)明的范圍由權(quán)利要求書確定。
權(quán)利要求
1.一種太陽能電池裝置，其包括 襯底，其包括摻雜半導體材料； 形成在所述襯底上的表面，所述表面具有第二摻雜半導體層，所述第二摻雜半導體層具有與第一摻雜半導體材料相反的導電類型； 電介質(zhì)層，其設(shè)置在所述襯底的表面上； 金屬觸點結(jié)構(gòu)，其形成在所述電介質(zhì)層中并具有第一預定橫截面面積；以及 金屬線，其形成在所述金屬觸點結(jié)構(gòu)上并具有第二預定橫截面面積，其中，所述第二預定橫截面面積大于所述第一預定橫截面面積。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的太陽能電池裝置，其中，所述金屬線的所述第二預定橫截面面積構(gòu)造成比所述金屬觸點構(gòu)造的所述第一預定橫截面面積大約10百分比和約200百分比之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的太陽能電池裝置，其中，所述金屬觸點結(jié)構(gòu)和所述金屬線由銀、銀合金、銅(Cu)、錫(Sn)、鈷(Co)、錸(Rh)、鎳(Ni)、鋅(Zn)、鉛(Pb)或者鋁(Al)中的至少ー者制造。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的太陽能電池裝置，其中，所述金屬觸點結(jié)構(gòu)由Ag制造，并且所述金屬線由Ag或者Cu制造。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的太陽能電池裝置，其中，所述電介質(zhì)層由從氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、氧化鋁或上述各項組合中的至少ー者選擇的電介質(zhì)材料制造。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的太陽能電池裝置，其中，所述襯底是P型含摻雜硅材料。
7.一種用于制造用于太陽能電池裝置的金屬觸點結(jié)構(gòu)的方法，其包括如下步驟 提供上面設(shè)置有電介質(zhì)層的襯底； 在所述電介質(zhì)層上選擇性地設(shè)置觸點金屬漿料； 對設(shè)置在所述電介質(zhì)層上的所述觸點金屬漿料進行燒制，以蝕穿所述電介質(zhì)層，在所述電介質(zhì)層中形成觸點開ロ； 在所述觸點開口中形成金屬觸點結(jié)構(gòu)，所述觸點開ロ在燒制處理過程中形成于由所述觸點金屬漿料蝕穿的所述電介質(zhì)層中；并且 在形成在所述電介質(zhì)層中的所述觸點結(jié)構(gòu)上選擇性地設(shè)置金屬線。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中，所述觸點金屬漿料具有第一預定橫截面面積，所述第一預定橫截面面積用來在所述電介質(zhì)層中形成具有所述第一預定橫截面面積的所述金屬觸點結(jié)構(gòu)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中，形成在所述金屬觸點結(jié)構(gòu)上的所述金屬線具有第二預定橫截面面積，其中，所述第二預定橫截面面積構(gòu)造成大于所述第一預定橫截面面積。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中，形成在所述金屬觸點結(jié)構(gòu)上的所述金屬線具有第二預定橫截面面積，并且所述金屬線的所述第二預定橫截面面積構(gòu)造成比所述金屬觸點結(jié)構(gòu)的所述第一預定橫截面面積大約10百分比和約200百分比之間。
11.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中，所述觸點金屬漿料包括至少金屬元素和設(shè)置在所述觸點金屬漿料中的玻璃熔塊。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中，設(shè)置在所述觸點金屬漿料中的所述玻璃熔塊在燒制處理過程中蝕穿所述電介質(zhì)層。
13.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中，所述觸點金屬漿料包括從銀、銀合金、銅(Cu)、錫(Sn)、鈷(Co)、錸(Rh)、鎳(Ni)、鋅(Zn)、鉛(Pb)或者鋁(Al)中的至少ー者選擇的金屬元素。
14.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中，所述金屬線和金屬觸點結(jié)構(gòu)由Ag制造。
15.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中，燒制所述觸點結(jié)構(gòu)還包括 對所述襯底熱退火到約600攝氏度和約900攝氏度之間的溫度。
16.一種用于制造用于太陽能電池裝置的金屬觸點結(jié)構(gòu)的方法，其包括如下步驟 提供上面設(shè)置有電介質(zhì)層的襯底； 在所述電介質(zhì)層中執(zhí)行觸點開ロ處理，以在所述電介質(zhì)層中選擇性地形成多個觸點開Π ； 在形成在所述電介質(zhì)層中的所述觸點開口中設(shè)置金屬觸點，其中，所述金屬觸點包括連接到下部的頂部，其中，所述金屬觸點的所述頂部具有比形成在所述觸點開口內(nèi)的所述金屬觸點的所述下部的第二預定橫截面面積大的第一預定橫截面面積。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中，所述第一預定橫截面面積構(gòu)造成比所述第二預定橫截面面積大約10百分比和約200百分比之間。
18.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中，所述執(zhí)行觸點開ロ處理還包括 在所述電介質(zhì)層中執(zhí)行蝕刻處理，以形成所述多個觸點開ロ。
19.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中，所述金屬觸點從銀、銀合金、銅(Cu)、錫(Sn)、鈷(Co)、錸(Rh)、鎳(Ni)、鋅(Zn)、鉛(Pb)或者鋁(Al)中的至少ー者選擇。
20.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，還包括 在所述襯底上執(zhí)行燒制處理。
全文摘要
本發(fā)明涉及使用金屬漿料金屬化的正面觸點太陽能電池制造。本發(fā)明的實施例想到使用新穎方法形成太陽能電池裝置的金屬觸點結(jié)構(gòu)來形成高效太陽能電池。在一個實施例中，太陽能電池裝置包括襯底，其包括摻雜半導體材料；形成在襯底上的表面，表面具有第二摻雜半導體層，第二摻雜半導體層具有與第一摻雜半導體材料相反的導電類型；電介質(zhì)層，其設(shè)置在襯底的表面上；金屬觸點結(jié)構(gòu)，其形成在電介質(zhì)層中并具有第一預定橫截面面積；以及金屬線，其形成在金屬觸點結(jié)構(gòu)上并具有第二預定橫截面面積，其中，第二預定橫截面面積大于第一預定橫截面面積。
文檔編號H01L31/0224GK102683438SQ20121005910
公開日2012年9月19日 申請日期2012年3月5日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月4日
發(fā)明者查爾斯·F·蓋伊, 詹姆斯·M·吉 申請人:應(yīng)用材料公司