專利名稱：使用激光燒蝕的太陽能電池的接觸形成的制作方法
技術領域：
本發明的實施例涉及可再生能源領域，特別地，涉及使用激光的單步無損太陽能電池的接觸開口的形成。
背景技術：
半導體以及太陽能產業中對電活性區的金屬接觸形成通常涉及電介質材料(例如，氧化物或氮化物材料)的移除，這些電介質材料的存在可能導致某些活性區電隔離或者鈍化。通常實施的方法可能需要若干處理操作，例如掩膜層的沉積、電介質層的選擇蝕刻以及掩膜的移除，或者可能需要激光發射以及隨后的蝕刻或退火。
圖I示出了根據本發明實施例的表示制造背接觸式太陽能電池的方法中的操作的流程圖。圖2A示出了根據本發明實施例的背接觸式太陽能電池的制造中與圖I的流程圖的操作對應的階段的截面視圖。圖2B示出了根據本發明實施例的背接觸式太陽能電池的制造中與圖I的流程圖的操作對應的階段的截面視圖。圖2B’示出了根據本發明實施例的背接觸式太陽能電池的制造中與圖I的流程圖的操作對應的可選擇的階段的截面視圖。圖2C示出了根據本發明實施例的背接觸式太陽能電池的制造中與圖I的流程圖的操作對應的階段的截面視圖。圖2D示出了根據本發明實施例的背接觸式太陽能電池的制造中與圖I的流程圖的操作對應的階段的截面視圖。圖3A示出了根據本發明實施例的背接觸式太陽能電池的截面視圖。圖3B示出了根據本發明另一個實施例的背接觸式太陽能電池的截面視圖。圖4示出了根據本發明實施例的表示制造背接觸式太陽能電池的方法中的操作的流程圖。
具體實施例方式本文中描述了使用激光的太陽能電池的接觸開口的形成。在以下的描述中，列舉了諸如特定處理流程操作之類的許多特定細節，以提供對本發明的實施例的充分理解。對于本領域技術人員而言顯而易見的是，可以在沒有這些特定細節的情況下實施本發明的實施例。另一方面，為了避免不必要地模糊本發明的實施例，沒有詳細描述諸如光刻技術之類的公知的制造技術。此外，應該理解的是，附圖中所示的各種實施例都是說明性的表示，不是必須按比例繪制 。本文中公開了制造背接觸式太陽能電池的方法。在一個實施例中，一種方法包括在單晶襯底上方形成聚晶(poly-crystalline)材料層。在聚晶材料層上方形成電介質材料堆疊。通過激光燒蝕在電介質材料堆疊中形成多個接觸孔，每個接觸孔暴露聚晶材料層的一部分。在多個接觸孔中形成導電接觸。在一個實施例中，一種方法包括在單晶襯底上方形成聚晶材料層。在聚晶材料層上方形成電介質材料堆疊。在聚晶材料層中形成重鑄聚乙烯標記(recast poly signature)。在電介質材料堆疊中形成多個導電接觸,其直接f禹接到聚晶材料層的一部分，導電接觸中的一個與重鑄聚乙烯標記對齊。應該理解的是，本發明的實施例不必限于背面接觸的形成，其還可以用來形成正面接觸代替背面接觸，或者既形成背面接觸又形成正面接觸。本文中還公開了背接觸式太陽能電池。在一個實施例中，背接觸式太陽能電池包括布置在單晶襯底上方的聚晶材料層。聚晶材料層上方布置電介質材料堆疊。電介質材料堆疊中布置多個導電接觸，其直接耦接到聚晶材料層的一部分。聚晶材料層中布置重鑄聚乙烯標記，其與多個導電接觸中的一個對齊。根據本發明的實施例，通過減少所使用的耗材、減少資本支出以及減少復雜度，簡化了接觸的形成，并且減少了相關的制造成本。在一個實施例中，用于太陽能電池的接觸形成包括通過直接射擊激光的方式在電介質層中形成接觸。然而，這種方式對基于單晶襯底的太陽能電池可能是有害的。但是，在一個實施例中，在基于單晶襯底的太陽能電池上方包括聚晶層。在該實施例中，聚晶層代替單晶層來接收并容納任何損壞或熔化。此外，在一個實施例中，通過使用聚晶層來接收直接射擊的接觸形成處理，減少甚至基本上消除了單晶襯底中復合位點的形成。在接觸的制造中使用激光處理的傳統方法通常可能由于激光引發的損壞而導致標準掩膜和蝕刻技術的效率損失，激光引發的損壞可能增加接觸電阻、可能增加發射極/金屬結處的復合以及可能增加被稱為熱影響區(HAZ)的區域的復合。在一個實施例中，這種傳統的方法導致了高發射極復合，突出了在保持足夠的接觸覆蓋的同時需要通過接觸復合來使效率損失最小化的傳統上困窘的問題。根據本發明的實施例，使用具有超短脈沖長度(例如，在飛秒范圍內)和短波長光(UV)的極為先進的激光來使得這種激光引發的損壞最小化或被基本消除。但是，在這種激光商業不可獲得或者具有種種工業問題(例如，光學涂層退化)而高度不穩定的情況下，即使使用這種激光配置，標準的電池結構也可能呈現電老化。就這點而論，在另一個實施例中，為了避免任何固有的電損耗，在不產生額外的發射極復合位點的情況下將商業可獲得的并且測試可靠的激光應用于半導體。在一個實施例中，太陽能電池中的復合對激光引發的典型的光和熱損壞是不敏感的，這是因為任何損壞都保持在聚晶材料層中而不是在下面的單晶襯底上。在一個實施例中，太陽能電池表面的接觸電阻在通過激光形成接觸后保持較低。
在一個實施例中，以容納將任何激光損壞限制在聚晶材料層或者限制在電介質或鈍化層的商業可獲得的激光的方式，來調整與聚晶材料層結合的電介質或鈍化層的形成。例如，在一個實施例中，使用皮秒激光，并且將硅中的熱穿透深度限制為亞微米級。在特定實施例中，在激光引發的接觸形成處理期間，通過使用小于約1064納米的激光波長來將硅中的光穿透深度限制為亞微米級。在一個實施例中，通過附加吸收層(諸如具有成分SixNy的氮化硅層)來將總的熱和光損壞限制在聚晶材料層內，從而在不需要后激光蝕刻處理或選擇性發射極形成的情況下在太陽能電池中實現高效率。在一個實施例中，生長例如小于約15納米的薄熱氧化物層，以幫助減輕熱損壞并提升燒蝕質量，從而優化激光吸收處理。在另一個實施例中，使用適當調整了的聚乙烯/氧化物/氮化物堆疊來容納較長脈沖長度(例如，納秒)或較高波長的激光(例如，1064納米)。
圖I示出了根據本發明實施例的表示制造背接觸式太陽能電池的方法中的操作的流程圖100。圖2A至圖2D示出了根據本發明實施例的背接觸式太陽能電池的制造中與流程圖100的操作對應的各階段的截面視圖。參照流程圖100的操作102以及相應的圖2A，制造背接觸式太陽能電池的方法包括在單晶襯底200上方形成聚晶材料層202。根據本發明的實施例，在單晶襯底200上方形成聚晶材料層202包括在單晶硅襯底上方形成聚晶硅層。在一個實施例中，聚晶材料層202被形成為約200納米的厚度。在一個實施例中，在單晶硅襯底上方形成聚晶硅層包括直接在直接形成于單晶硅襯底200上的介質電介質膜201上形成聚晶硅層，以及在聚晶硅層中分別形成N型摻雜區202A和P型摻雜區202B，如圖2A所示。在一個實施例中，電介質膜201為諸如二氧化硅(Si02)、磷硅酸鹽玻璃(PSG)或硼硅酸鹽玻璃(BSG)之類的厚度約在5至15納米范圍內的材料，但是其不限于此。在特定實施例中，電介質膜201由二氧化硅構成，并且其厚度約在I至2納米范圍內。在特殊實施例中，電介質膜201是隧道氧化物阻擋層膜。在替換實施例中，代替形成聚晶材料層202,而形成非聚晶(non-poly-crystalline)吸收材料層，諸如但不限于非晶層、聚合物層或多晶(multi-crystalline)層。在另一替換實施例中，不是使用單晶襯底200，而是替代地使用多晶襯底。在一個實施例中，例如，在背接觸式設計的一個實施例的情況下，在P擴散區與N擴散區之間存在溝槽或間隙。參照流程圖100的操作104以及相應的圖2B，制造背接觸式太陽能電池的方法還包括在聚晶材料層202上方形成電介質材料堆疊204。根據本發明的實施例，在聚晶材料層202上方形成電介質材料堆疊204包括直接在聚晶材料層202上形成二氧化硅層203A，以及直接在二氧化硅層203A上形成氮化硅層203B。在一個實施例中，形成二氧化硅層203A包括將其形成為厚度足夠低，從而在激光燒蝕處理期間不會反射回激光能量。但是，在另一個實施例中，形成二氧化硅層203A包括將其形成為厚度足夠高，從而在激光燒蝕處理期間用作燒蝕停止層。在一個實施例中，形成二氧化硅層203A包括將該層形成為厚度約在I至50納米范圍內。在特定實施例中，形成二氧化硅層203A包括將該層形成為厚度約在5至15納米范圍內。但是，在另一個實施例中，在電介質堆疊中不存在層203A而僅包括氮化硅層203B，如圖2B，所示。參照流程圖100的操作106以及相應的圖2C，制造背接觸式太陽能電池的方法還包括通過激光燒蝕206在電介質材料堆疊204中形成多個接觸孔208，每個接觸孔208暴露聚晶材料層202的一部分。根據本發明的一個實施例，形成多個接觸孔208是在不使用圖案化掩膜的情況下執行的。在一個實施例中，形成多個接觸孔208包括使用波長約等于或小于1064納米的激光來進行燒蝕。參照流程圖100的操作108以及相應的圖2D，制造背接觸式太陽能電池的方法還包括在多個接觸孔208中形成導電接觸210。通過應用諸如上述處理之類的激光引發的接觸形成處理，在所得到的太陽能電池中可以包括特定的標記或特征。例如，圖3A示出了根據本發明的實施例的背接觸式太陽能電池的截面視圖。參照圖3A，背接觸式太陽能電池300包括布置在單晶襯底300上方的聚晶材料 層302A+302B。聚晶材料層302A+302B上方布置電介質材料堆疊304。電介質材料堆疊304中布置多個導電接觸310，其直接耦接到聚晶材料層302A+302B的一部分。聚晶材料層302A+302B中布置重鑄聚乙烯標記320，其與多個導電接觸310中的一個對齊。根據本發明的實施例，聚晶材料層302A+302B是聚晶硅層，而單晶襯底300是單晶硅襯底。在一個實施例中，聚晶硅層直接布置在電介質膜301上，而電介質膜301直接布置在單晶硅襯底300上，如圖3A所示。在特定實施例中，聚晶硅層包括N型摻雜區302A和P型摻雜區302B，同樣如圖3A中所示。在一個實施例中，電介質材料堆疊304包括直接布置在聚晶材料層302A+302B上的二氧化硅層303A，以及直接布置在二氧化硅層303A上的氮化硅層303B，如圖3A中所示。在一個實施例中，二氧化硅層303A的厚度約在5至15納米范圍內。在一個實施例中，多個導電接觸310中的每一個都為圓形。在一個替換實施例中，代替形成聚晶材料層302A+302B，而形成非聚晶吸收材料層，諸如但不限于非晶層、聚合物層或多晶層。在另一替換實施例中，不是使用單晶襯底300，而是替代地使用多晶襯底。在一個實施例中，例如，在背接觸式設計的一個實施例的情況下，在P擴散區與N擴散區之間存在溝槽或間隙。在另一個實施例中，如圖3B中所示，使用厚度約在5至15納米范圍內的單個電介質材料層303B，而不包括層303A。通過激光燒蝕處理來形成背接觸式太陽能電池中的接觸孔時，可以形成具有重鑄聚乙烯標記的背接觸式太陽能電池。圖4示出了根據本發明實施例的表示制造背接觸式太陽能電池的方法中的操作的流程圖400。參照流程圖400的操作402，制造背接觸式太陽能電池的方法包括在單晶襯底上方形成聚晶材料層。根據本發明的實施例，在單晶襯底上方形成聚晶材料層包括在單晶硅襯底上方形成聚晶硅層。在一個實施例中，在單晶硅襯底上方形成聚晶硅層包括直接在直接形成于單晶硅襯底上的電介質膜上形成聚晶硅層，以及在聚晶硅層中形成N型和P型摻雜區。在一個替換實施例中，代替形成聚晶材料層，而形成非聚晶吸收材料層，諸如但不限于非晶層、聚合物層或多晶層。在另一替換實施例中，不是使用單晶襯底，而是替代地使用多晶襯底。在一個實施例中，例如，在背接觸式設計的一個實施例的情況下，在P擴散區與N擴散區之間存在溝槽或間隙。參照流程圖400的操作404，制造背接觸式太陽能電池的方法還包括在聚晶材料層上方形成電介質材料堆疊。根據本發明的一個實施例，在聚晶材料層上方形成電介質材料堆疊包括直接在聚晶材料層上形成二氧化硅層，以及直接在二氧化硅層上形成氮化硅層。在一個實施例中，形成二氧化硅層包括將該層形成為厚度約在I至50納米范圍內。在特定實施例中，形成二氧化硅層包括將該層形成為厚度約在5至15納米范圍內。
參照流程圖400的操作406，制造背接觸式太陽能電池的方法還包括在聚晶材料層中形成重鑄聚乙烯標記。根據本發明的一個實施例，多個導電接觸中的每一個都為圓形。參照流程圖400的操作408，制造背接觸式太陽能電池的方法還包括在電介質材料堆疊中形成多個導電接觸，其直接耦接到聚晶材料層的一部分，導電接觸中的一個與重鑄聚乙烯標記對齊。根據本發明的一個實施例，形成重鑄聚乙烯標記包括使用波長約等于或小于1064納米的激光來進行燒蝕。應當理解的是，當提及聚晶硅層時，術語“聚晶層”的使用旨在還涵蓋可以被描述為非晶硅或α-硅的材料。還應該理解的是，代替在聚晶層中形成N型和P型摻雜區，或者除了在聚晶層中形成N型和P型摻雜區之外，可以直接在單晶襯底中形成N型和P型摻雜區。還應該理解的是，可以使用各種激光脈沖周期來進行燒蝕。但是，在一個實施例中，使用皮秒至納秒范圍內的激光脈沖長度來執行激光燒蝕。已經公開了使用激光的太陽能電池接觸的形成。根據本發明的一個實施例，制造 背接觸式太陽能電池的方法包括在單晶襯底上方形成聚晶材料層。在聚晶材料層上方形成電介質材料堆疊。通過激光燒蝕在電介質材料堆疊中形成多個接觸孔，每個接觸孔暴露聚晶材料層的一部分。在多個接觸孔中形成導電接觸。在一個實施例中，形成多個接觸孔是在不使用圖案化掩膜的情況下執行的。在一個實施例中，形成多個接觸孔包括使用波長約等于或小于1064納米的激光來進行燒蝕。在一個實施例中，在單晶襯底上方形成聚晶材料層包括在單晶硅襯底上方形成聚晶硅層。
權利要求
1.一種制造背接觸式太陽能電池的方法，該方法包括 在單晶襯底上方形成聚晶材料層； 在聚晶材料層上方形成電介質材料堆疊； 通過激光燒蝕，在電介質材料堆疊中形成多個接觸孔，每個接觸孔暴露聚晶材料層的一部分；以及 在多個接觸孔中形成導電接觸。
2.根據權利要求I所述的方法，其中在單晶襯底上方形成聚晶材料層包括在單晶硅襯底上方形成聚晶硅層。
3.根據權利要求2所述的方法，其中在單晶硅襯底上方形成聚晶硅層包括直接在直接形成于單晶硅襯底上的電介質膜上形成聚晶硅層，以及在聚晶硅層中形成N型摻雜區和P型摻雜區。
4.根據權利要求I所述的方法，其中在單晶襯底上方形成聚晶材料層包括在單晶襯底中的N型摻雜區和P型摻雜區上方形成聚晶材料層。
5.根據權利要求I所述的方法，其中在聚晶材料層上方形成電介質材料堆疊包括直接在聚晶材料層上形成二氧化硅層，以及直接在二氧化硅層上形成氮化硅層。
6.根據權利要求5所述的方法，其中形成二氧化硅層包括將該層形成為厚度約在I至50納米范圍內。
7.根據權利要求I所述的方法，其中在聚晶材料層上方形成電介質材料堆疊包括僅形成氮化娃層。
8.根據權利要求I所述的方法，其中形成多個接觸孔是在不使用圖案化掩膜的情況下執行的。
9.根據權利要求I所述的方法，其中形成多個接觸孔包括使用波長約等于或小于1064納米的激光來進行燒蝕。
10.根據權利要求I所述的方法，其中聚晶材料層包括非晶硅。
11.一種背接觸式太陽能電池，包括 布置在單晶襯底上方的聚晶材料層； 布置在聚晶材料層上方的電介質材料堆疊； 布置在電介質材料堆疊中的并且直接耦接到聚晶材料層的一部分的多個導電接觸；以及 布置在聚晶材料層中的并且與多個導電接觸中的一個對齊的重鑄聚乙烯標記。
12.根據權利要求11所述的背接觸式太陽能電池，其中聚晶材料層是聚晶硅層，并且單晶襯底是單晶娃襯底。
13.根據權利要求12所述的背接觸式太陽能電池，其中直接在直接布置于單晶硅襯底上的電介質膜上布置聚晶硅層，并且聚晶硅層包括N型摻雜區和P型摻雜區。
14.根據權利要求12所述的背接觸式太陽能電池，其中單晶硅襯底包括N型摻雜區和P型摻雜區。
15.根據權利要求11所述的背接觸式太陽能電池，其中電介質材料堆疊包括直接布置在聚晶材料層上的二氧化硅層以及直接布置在二氧化硅層上的氮化硅層。
16.根據權利要求15所述的背接觸式太陽能電池，其中二氧化硅層的厚度約在I至50納米范圍內。
17.根據權利要求11所述的背接觸式太陽能電池，其中電介質材料堆疊僅包括氮化硅層。
18.根據權利要求11所述的背接觸式太陽能電池，其中多個導電接觸中的每一個均為圓形。
19.一種制造背接觸式太陽能電池的方法，該方法包括 在單晶襯底上方形成聚晶材料層； 在聚晶材料層上方形成電介質材料堆疊； 在聚晶材料層中形成重鑄聚乙烯標記；以及 在電介質材料堆疊中形成多個導電接觸，導電接觸直接耦接到聚晶材料層的一部分，導電接觸中的一個與重鑄聚乙烯標記對齊。
20.根據權利要求19所述的方法，其中在單晶襯底上方形成聚晶材料層包括在單晶硅襯底上方形成聚晶硅層。
21.根據權利要求20所述的方法，其中在單晶硅襯底上方形成聚晶硅層包括直接在直接形成于單晶硅襯底上的電介質膜上形成聚晶硅層，以及在聚晶硅層中形成N型摻雜區和P型摻雜區。
22.根據權利要求20所述的方法，其中在單晶硅襯底上方形成聚晶硅層包括在布置在單晶襯底中的N型摻雜區和P型摻雜區上方形成非晶硅層。
23.根據權利要求19所述的方法，其中在聚晶材料層上方形成電介質材料堆疊包括直接在聚晶材料層上形成二氧化硅層，以及直接在二氧化硅層上形成氮化硅層。
24.根據權利要求23所述的方法，其中形成二氧化硅層包括將該層形成為厚度約在I至50納米范圍內。
25.根據權利要求19所述的方法，其中在聚晶材料層上方形成電介質材料堆疊包括僅形成氮化硅層。
26.根據權利要求19所述的方法，其中多個導電接觸中的每一個均為圓形。
27.根據權利要求19所述的方法，其中形成重鑄聚乙烯標記包括使用波長約等于或小于1064納米的激光來進行燒蝕。
全文摘要
描述了使用激光的太陽能電池的接觸的形成。制造背接觸式太陽能電池的方法包括在單晶襯底上方形成聚晶材料層。所述方法還包括在聚晶材料層上方形成電介質材料堆疊。所述方法還包括通過激光燒蝕在電介質材料堆疊中形成多個接觸孔，以及在多個接觸孔中形成導電接觸，其中每個接觸孔暴露聚晶材料層的一部分。
文檔編號H01L31/042GK102640300SQ201080054693
公開日2012年8月15日 申請日期2010年10月1日 優先權日2009年12月1日
發明者加布里埃爾·哈利, 大衛·史密斯, 彼得·卡曾斯 申請人:太陽能公司