CN101336465B - 小面积丝网印刷金属接点结构及方法 - Google Patents

Abstract

一种太阳能电池，包括相反地掺杂的半导体材料的相邻区域，所述区域形成了基本上平行于太阳能电池的前后表面的pn结。半导体材料的表面具有多个凹陷，其中形成凹陷的内壁表面区域的半导体材料区域被掺杂成该结的半导体区域中的一个的极性，它们处于电连通。凹陷的壁表面区域与另一个相反地掺杂的区域隔离，并且形成了用于接点结构的接点，所述接点结构接触形成凹陷的表面。在表面之上形成介电层，该介电层在每一个凹陷的至少一部分中较薄或不存在，以使得在烧结之后，形成在介电层之上并延伸到凹陷内的丝网印刷金属接点结构与凹陷中的半导体材料接触。

Description

小面积丝网印刷金属接点结构及方法

技术领域

本发明涉及光电池领域，尤其提供一种新的用于商业制造的太阳能电池的接点结构。

背景技术

高性能太阳能电池一般要求小面积接点以最小化高再结合速率金属/硅界面对于装置暗饱和电流的影响。大多数实验室的太阳能电池使用光刻技术或激光划片以有助于小面积金属接点形成到硅上，其通常覆盖小于1％的太阳能电池表面。这最小化了装置的暗饱和电流，继而最大化了电池的开路电压(Voc)。通过小心注意使发生在前后表面处、尤其在金属/硅界面处的再结合最小化，对于硅太阳能电池曾获得的最高的Voc值在720mV附近。

比较起来，主要的商业太阳能电池，即图1中示意性表示的丝网印刷(screen-printed)太阳能电池，具有相对大的金属/硅界面面积，对前表面大约为10％，并且背面金属接点经常接近100％。这种电池示意性地表示在图1中并包括：硅衬底11，其主体是轻掺杂p型；薄的顶层12，轻掺杂为n型以与p型区11形成结；前接点指14，在其下面一般有重掺杂n型区13；以及在背面上连续的背面接点15与p型区11相连接。与高效的实验室电池相比，这种电池获得了相对低的效率和电压。为了改进这种电池的性能，需要关注改进前后表面的钝化，尤其要研究将两个金属接点的金属/硅界面面积减小至低得多的值的途径。

包括在本说明书中的文件、法令、材料、装置、物品等的任何讨论仅仅出于为本发明提供上下文的目的。不能被视为承认任何或所有这些事物形成了现有技术基础的一部分或者是在本申请的每一个根据权利要求的优先权日之前已经存在的在本发明相关技术领域中的公知常识。

贯穿本申请，词语“包括”或其变形，将被理解成意味着包含所声明的要素、整数或步骤或者要素、整体或步骤的组合，但不排除任何其它要素、整体或步骤或者要素、整体或步骤的组合。

发明内容

根据一个方面，提供一种太阳能电池，包括：

i)相反地掺杂的半导体材料的相邻区域，形成了基本上平行于太阳能电池的前后表面的pn结；

ii)具有多个凹陷的半导体材料的表面，其中形成凹陷的内壁表面区域的半导体材料被掺杂成该结的一个半导体区域的极性，所述形成凹陷的内壁表面区域的半导体材料区域与所述一个半导体区域电连通，且所述壁表面区域与该结的另一个相反地掺杂的区域隔离；

iii)形成在电池的半导体材料的表面之上的介电层，介电层在每一个凹陷的至少一部分中较薄或不存在；以及

iv)丝网印刷金属接点结构，形成在介电层之上并延伸到凹陷内，从而金属结构与凹陷中的半导体材料接触。

根据另一个方面，提供一种用于在太阳能电池上制造接点结构的方法，该太阳能电池包括相反地掺杂的半导体材料的相邻区域，所述相邻区域形成了基本上平行于太阳能电池的前后表面的pn结，该方法包括：

i)在半导体材料的表面中形成一系列凹陷，其中形成凹陷的内壁表面区域的半导体材料被掺杂成该结的一个半导体区域的极性，所述形成凹陷的内壁表面区域的半导体材料区域与所述一个半导体区域电连通，且所述壁表面区域与该结的另一个相反地掺杂的区域隔离；

ii)在电池的半导体材料的表面之上形成介电层，由此凹陷中的介电层比表面上的层更薄或不存在；

iii)形成丝网印刷接点结构，其延伸到凹陷内；以及

iv)烧制(firing)该结构以使丝网印刷接点结构烧结，由此接点结构接触凹陷中的太阳能电池表面。

根据形成介电层的方法，介电层要么延伸到凹陷(例如，如果凹陷通过先前存在的介电层而形成或如果介电层在其形成过程中另外排列)，要么可以部分地延伸到凹陷内或以比凹陷以外的表面上的介电层更薄的层延伸到凹陷内。

当介电层以比凹陷以外的表面上的介电层更薄的层延伸到凹陷内时，烧制步骤将使得接点结构的金属穿透凹陷中的较薄介电层而接触在下面的半导体材料，同时通过凹陷以外的较厚的介电层防止接触半导体材料。

优选地，凹陷的表面区域比周围表面的半导体材料掺杂得更重。在顶面或光接收表面的情况下，凹陷优选地是一系列平行的细长槽。还可以在将要被金属接点结构覆盖的区域中的槽区域之间设置附加的阱(well)。

在光接收表面上，金属接点结构优选地是一组垂直于槽延伸的指(finger)，且互连的指间隔开平行于槽延伸以形成栅格(grid)。不采用槽(即，仅有阱)的情况下，将会采用更紧密的栅格结构。

在背(非光接收)面上，凹陷优选地为一系列阱，尽管也可以采用槽或其他形状。为简单起见金属接点结构优选的是连续不间断的丝网印刷金属层，但如果需要的话也可以是栅格或指结构。

凹陷的表面区域优选地掺杂为比周围表面的剩余部分更高的掺杂水平。

在优选的方法中，表面凹陷通过形成表面氧化物层和激光划片穿透氧化物层以同时形成掺杂掩膜来形成。随后，对于凹陷中的表面区域的掺杂，优选地除去氧化物并代之以最终的介电层，最终的介电层通过以下方法施加：优选地在凹陷之间的表面上形成介电材料，而凹陷中的表面上的介电层不存在或至少显著地薄于凹陷之间的表面上的介电层。不过也有可能使用氧化物层(或者任何类似的用作掩蔽层的层)作为最终的介电层。

优选地，凹陷的宽度在15-50μm的范围内。深度不重要，可以是例如在10-100μm的范围内，不过任何深度(大于以上范围)应该也可以工作，假定如果凹陷较深，用来丝网印刷接点的金属胶足够粘以至于不会坍塌到凹陷的底部导致凹陷的顶部处不连续。当然，粘性不是问题，如果凹陷相对浅(例如宽度比深度的比例在1∶1至1∶2的范围内、或者甚至更低来说)。在一个实施例中凹陷包括25-35μm(优选30μm)宽和40-50μm(优选45μm)深的槽和阱。

通常，当槽用作凹陷时，槽以0.2至3.0mm范围内的节距定位，其中可选择的阱在接点指的方向上以50-1500μm范围内的节距分隔，它们位于所述接点指之下。接点指通常以1至10mm范围内的节距分隔，同时接点指在一些实施例中可以优选地具有1-3mm的范围内的节距，它们更一般地优选具有在3-4mm范围内的节距。

在电池具有n型光接收表面区域和p型背面区域的情况下，光接收表面区域将典型地被掺杂以提供50-1000欧姆每平方的范围内的电导率，同时凹陷中的表面区域将典型地被掺杂以提供1-50欧姆每平方的范围内的电导率，其中凹陷表面区域掺杂浓度大于10¹⁷原子/cm³，优选地大于10¹⁹原子/cm³，不过凹陷中的表面区域也可以被掺杂为与电池材料的表面区域的剩余部分相似的水平。光接收表面上的表面区域典型地是0.01至0.4μm范围内的深度，而凹陷中的掺杂表面区域将典型地在其最深点具有0.4至1.0μm范围内的深度。在最简单的情况下背面区域掺杂将有效地与电池主体(bulk)相同，该电池主体通常被掺杂在10¹⁵至10¹⁷原子/cm³的等级，同时各凹陷中的表面区域将要么听任其与主体相同，如果足够高的话，要么在凹陷中单独掺杂以提供表面层区，该区的电导率在1至50欧姆每平方的范围内，表面区域掺杂浓度大于10¹⁷原子/cm³且优选地大于10¹⁹原子/cm³。在各背面凹陷中的表面区域被单独掺杂的情况下，凹陷中的掺杂表面区域将通常在其最深点具有0.4至1.0μm的范围内的深度。背面也可以在接点之间具有n+区，在这种情况下该表面区域将通常被掺杂以提供50至1000欧姆每平方的范围内的电导率。可选地p型区可以在接点之间的整个背面上延伸，在这种情况下该表面区域也将通常被掺杂以提供50至1000欧姆每平方的范围内的导电率。

为了通过减少加工步骤的数量、由此降低成本来简化商业工序中凹陷的壁(阱或槽)的掺杂，有可能有意地将掺杂剂加入表面介电层以使得当使用激光来钻出用于接点的表面凹陷时，来自介电层的一些掺杂剂自动结合到凹陷的表面区域中，从而避免了单独扩散步骤的必要性。不过，在最高性能的装置中，凹陷的表面区域不以这种方式掺杂，因为电池的电性能不是特别好。

根据另一个方面，提供一种用于在太阳能电池的形成过程中将试剂施加到结构的表面的方法，所述太阳能电池包括形成了pn结的半导体材料的相邻区域，所述pn结基本上平行于太阳能电池的前后表面，该方法包括：

i)将该结构放置在喷墨打印机构的载体上，在那里试剂源被连接到打印机构的打印头；和

ii)相对于该结构扫描打印头，以使得打印头经过将要施加试剂的区域，并在将要施加试剂的区域位于该打印头之下时，操作该打印头以施加试剂。

优选地打印机构是X-Y工作台，其驱动被处理的该结构在固定的打印头下在两个方向上运动。优选地打印结构还包括激光器，所述激光器可用来在该结构被打印上试剂的同时执行加热或划片步骤。

附图说明

现在将通过举例方式参考附图说明接点方案的实施例，其中：

图1示意性地表示形成有丝网印刷接点的现有技术的电池结构；

图2表示具有被掺杂的表面区域和形成在该表面上的氧化物层的衬底，预备用于形成根据本设计的接点；

图3表示在已经形成前表面槽且槽的表面区域被重掺杂之后的图2所示的衬底；

图4表示在已经形成背面槽且槽的表面区域被重掺杂之后的图3所示的衬底；

图5表示表面氧化物被除去且氮化物层被施加到每一个表面上的图4所示的衬底；

图6表示在已经施加了前背面金属之后的图5所示的衬底；

图7表示图6所示衬底的顶视图，表示槽、阱和金属指的相对位置；

图8表示类似于图7的顶视图，其中已掺杂的槽已经被已掺杂的阱代替；

图9表示具有喷墨打印头和用于可选处理工序的激光划片工具的X-Y工作台；

图10是具有本发明接点结构的电池的顶面照片，表示顶面槽与垂直的金属接点指；

图11是表示具有图6所示的结构的接点的样品的频谱响应的图；

图12是对应于图6所示的衬底的第一可选实施例的示意性描述；

图13是对应于图6所示的衬底的第二可选实施例的示意性描述。

具体实施方式

参考附图，在本接点结构实施例中，为了四个目的而跨越太阳能电池的顶面使用介电层。首先，它用来使随后打印的丝网印刷金属与晶片的顶面隔离。第二，它用来钝化硅晶片的顶表面。第三，它用作适于硅晶片的抗反射涂层(尽管如果金属接点方案用在太阳能电池的背面上的话，本方面不那么重要)。第四，它用来在顶面以下的区域中提供减小厚度(在一些情况下甚至为零厚度)的层，比如在沉积介电层之前已经在硅表面上制成了阱或槽的地方。这些减小厚度区域的用途在于丝网印刷金属能够被驱动穿过这些区域中的较薄介电层以便接触下面的硅，同时保持与介电层较厚处的顶面硅的隔离。这提供了获得针对丝网印刷金属的小面积接点(即，小的金属/硅界面面积)的机理，其中接点面积能够独立于被丝网印刷胶覆盖的区域来选择。例如，对于丝网印刷太阳能电池的背面，在该背面处金属覆盖通常接近100％，通过使用介电层的较厚的背面区域来使中大于99％的丝网印刷金属与硅隔离，能够在硅表面中每1mm钻20微米直径的阱以助于在烧制远小于背面面积1％的丝网印刷金属之后获得有效的金属/硅界面面积。

一系列不同沉积方案可用来实现所需的阱或槽中的介电层相对于前后表面区域的厚度差。用于介电层的蒸镀(evaporation)技术自然提供了在陡峭的倾斜区域上比如阱或槽的壁上的很小的材料厚度。通过等离子体增强化学蒸汽沉积(PEVCD)的沉积方案也提供了槽和阱内的较薄的沉积层，因为等离子体中产生的离子种类有限地进入这些区域而在这些区域中相对较大的表面积需要被涂覆。介电材料也可以在阱和/或槽被蚀刻之前形成，在这种情况下在阱或槽形成之后将不会有介电质留在阱和/或槽中。可选地，可以使用一种沉积技术，其仅将介电质放置在需要它的地方，比如通过使用喷墨打印技术将介电质形成试剂仅放在那些需要厚介电层的位置。该后一种技术也可以伴有局部化加热比如通过激光，以加速试剂的反应。

在构建金属接点到半导体材料上，比如在太阳能电池中时，一个重要问题是金属与半导体之间的接触电阻。该接触电阻经常粗略地反比于接点面积，从而需要更加仔细地关注小面积接点中的接触电阻。通常，有益的是在沉积介电层之前以n或p型掺杂剂重掺杂槽或阱的壁，以在这些区域中提供更好的欧姆接触。此外，为了进一步控制接触电阻，位于丝网印刷金属之下的这些阱和槽的数量和密度能够被专门地控制，以便实现金属/硅界面所需要的任何接触电阻。这些阱和槽的表面区域中的重掺杂将经常需要晶片的前和/或后表面的掩盖(masking)，以避免由于尤其是在太阳能电池的光接收表面上具有大量被重掺杂的硅而导致的对电池性能上的有害影响。在本接点方案的一些实施例中，甚至可以有益地使用两个或多个介电层。例如，随着少量的磷分散在顶面以后，二氧化硅层可生长在晶片的前表面上。然后比如通过使用激光，穿过该氧化物层形成想要的阱和/或槽，随后，通过将表面二氧化硅层用作掩膜来避免掺杂剂进一步扩散，重扩散限制在这些区域。假设已经用作掩膜的该二氧化硅(或其他介电层)未被破坏且因此仍然能够使丝网印刷金属与轻扩散表面区域隔离，那么附加的介电层沉积可能是不必要的。不过，如果剩下的掩膜层不适于作为AR涂层或者不适于使丝网印刷金属与电池的轻扩散表面区域隔离，或使硅表面钝化，那么掩膜层可以被除去，然后如上所述地沉积另一个介电层(比如通过蒸镀，PECVD或溅射形成氮化硅层)，以助于形成阱或槽区域中的接点。可选地，在一些情况下可能认为有益的是保留多个介电层，由此第一层提供良好的硅表面钝化，第二层首先用作AR涂层，其次提供阱/槽表面区域和顶表面区域之间的厚度差，以有助于局部化金属与硅之间的接触，第三提供丝网印刷金属与轻扩散电池表面区域之间的隔离。

该接点方案可特别有效地与半导体指的概念相结合地使用，该概念由Wenham，Mai和Ho在“High Efficiency Solar Cells”，会议记录，第八届中国光电池会议，深圳，2004年11月中描述。在接点方案的该例中，重掺杂槽(和/或阱)27、28形成在太阳能电池表面(前或后表面)中，如图3示意性地表示，其具有如下所述的典型的尺寸和表面电阻率的值。在该接点方案的实施例中，然后沉积介电层29，30(比如氮化硅)，在阱和/或槽以内形成相对于阱和/或槽之间的表面减小了厚度的层31，32，如图5所示。然后如图6和7所示(表示前面)，在顶面上垂直于半导体指(经掺杂的槽)27沉积丝网印刷线35，通过介电层29保持与轻扩散顶面区域的隔离，同时能够和槽区域27接触，在该槽区域处介电层31具有减小的厚度。为了帮助接点形成，在形成槽的时候，可同时在将要沉积金属指35的路线中形成附加的阱37(参考图7)或槽，从而将金属/硅界面面积增大到更理想的值。不过包括后者的话将使得阱37的位置与丝网印刷金属指的预定位置之间的后续对准成为必要。对于阱37或槽27的壁的表面区域理想的掺杂浓度和剂量是产生1-50欧姆每平方范围内的表面电阻率的值，不过在凹陷(即阱或槽)中表面区域也可以掺杂到类似于电池表面区域的剩余部分的水平，假设形成阱37或槽27的壁的半导体区域足够深的话。比较而言，邻近阱或槽的晶片表面区域的表面电阻率优选地在50-1000欧姆每平方的范围内，尽管在晶片表面没有发生扩散的地方该接点方案也能够很好地起作用。光接收表面的表面区域的深度通常在0.01至0.4μm的范围内，而在凹陷中的掺杂表面区域将通常在其最深点具有0.4至1.0μm的范围内的深度。

该接点方案的另一实施例是用于形成太阳能电池的背面金属接点36，其中遮蔽(shading)不重要。在这种情况下，可行的是以丝网印刷金属36(参见图6)覆盖太阳能电池的整个后表面，但将金属/硅界面面积限制到阱和/或槽28在该表面上所有意定位的那些地方。在最简单的情况中，后表面区域是电池主体的延伸且掺杂将实际上与电池主体相同，所述电池主体通常掺杂在10¹⁵至10¹⁷原子/cm³的等级，同时各凹陷中的表面区域将被留下与主体相同(如果足够高的话)，或者单独掺杂以提供这样的表面区域，其电导率在1至50欧姆每平方的范围内，表面区域浓度大于10¹⁷原子/cm³，并且优选地大于10¹⁹原子/cm³。在各背面凹陷中的表面区域单独掺杂的情况下，凹陷中掺杂的表面区域将通常在其最深点具有0.4至1.0μm的范围内的深度。同样地，在阱/槽已经形成和/或被扩散之后，沉积介电层30，随后仅在阱或槽28以内的减小了厚度的区域中形成接点。如果对准不考虑为一个问题，那么可以通过使丝网印刷接点在前表面上形成为类似栅格的结构而减少金属消耗，其中阱/槽被限制在将要沉积金属的地方。可选地，如果阱/槽大致均匀地间隔开但遍布整个表面，那么可以避免对准问题，以使得金属栅格的定位不再重要。不过这将增大装置的暗饱和电流，因为重掺杂硅的量增大了。

参考图8，表示了可选实施例的顶视图，其中掺杂的阱51代替了掺杂的槽27，且阱51通过接点指52连接。垂直的指35也如图7的布置被设置，以使指52互连，且还可以设置阱37以进一步增强与下面的半导体区域的连接。图8的布置可用在前表面上或通过以图6的阱28代替阱51在后表面上使用类似结构。在后表面的情况下指35和52形成的接点栅格可以由如上所述的不间断的金属层代替。

伴随使用被丝网印刷金属完全覆盖的阱或槽而仍然存在的一个挑战是空气被俘获在阱或槽中。这可能在电池进行后续加热或设置在真空中时会导致问题，其中，在金属化时，所俘获的空气会施加很大的力。由此导致的潜在问题可以通过这样来最小化：使阱保持非常浅从而最少的空气被俘获，或者使用细长的阱或槽以使得丝网印刷金属仅覆盖阱或槽区域的一部分，以便允许空气在后续的工序期间逃逸。

为获得所需的介电质厚度变化以通过减小的厚度提供选择接点，一个可选方案是使用可选的介电层沉积方案，其可独立于被涂覆和被接触的表面的几何形状而在不同的区域产生不同的介电质厚度。这种方案的一个例子是使用能够作为液体被施加的介电质，以使得它能够被喷墨打印到要避免金属与太阳能电池表面之间的接触的区域。随着这种介电材料通过喷墨打印而沉积，通常将需要材料的一些加热以便赋予介电层理想的特性。能够以这种方式施加的介电材料包括二氧化硅、二氧化钛、各种聚合物等，或者甚至可以使用多层不同的介电质。如果使用丝网印刷金属接点，那么这种喷墨打印材料的厚度需要足够厚以使得在所有的热处理完成时，覆盖在上面的金属还没有穿透到太阳能电池表面。这尤其重要，如果这些区域中的掺杂硅的极性与介电层减薄或没有介电质的区域中的掺杂硅极性相反，这些区域是金属有意要接触硅的区域。后者的一个例子可以是正的背面金属接点，其中硅的后表面区域轻微扩散有n型掺杂剂比如磷。在这种情况下，在要避免n型硅与金属之间的接触的任何地方，旋涂在二氧化硅上的介电层比如液体是喷墨打印的以便保护n型硅(应该注意的是可以通过以介电质比如二氧化硅涂覆整个n型表面、然后在要除去介电层的任何地方喷墨打印针对该介电层的合适的蚀刻剂(比如稀HF)来产生等效的结构)。未涂覆的区域然后任选地被蚀刻以除去n型硅，或者在硅将要后续地被金属接触的任何地方直接扩散硼以将硅转化成p型极性。在后一种情况下，背面的n型表面由于喷墨打印的介电质的存在而被掩盖，因而不受到硼的扩散的影响。在该结构中最关键的是实现n型硅与p型金属接点之间的良好的电绝缘，这意味着必须没有任何(或仅有极少量)的后表面丝网印刷金属穿透到达背面的n型硅表面。

当如上所述地(基于介电质的喷墨打印的使用)实施该接点方案时，特别有效的工具是图9中所示的x-y工作台41，其具有移动载体45(其保持衬底42，在该衬底上形成太阳能电池)，结合有喷墨打印头43和激光划片头44。这使得与介电材料的喷墨打印一起，衬底42能够在固定激光器44和固定的打印头43之下在“X”和“Y”方向上被驱动，使得需要的任何地方都能由激光器44与来施加热。这有助于介电质的局部加热(同时简化了对准的问题)、从介电层激光掺杂(对于喷墨打印的介电层包含适当极性的掺杂剂的情况)、如果需要的话介电质的局部烧蚀(ablation)，以及在没有被介电质涂覆的区域中硅的热处理或烧蚀。在该工具中，激光器44可以具有一定的波长范围并可以是Q开关型或连续型，取决于想要的结果。通过尝试生产所述的结构和执行所述的工序，所述的工具避免了通常面临的对准问题。尽管以上已经说明了的内容适用于丝网印刷金属接点，也可以使用可选的金属沉积技术(比如溅射和蒸镀)以及可能使用一系列的接触金属(比如铝和银)。

该接点方案的实施例

参考图2至7和图10，以下加工序列示意了使用这种接点方案的例子：

1.衬底11受到锯齿式损坏去除刻蚀(30％NaOH在70摄氏度下持续10分钟)

2.通过以2％NaOH在90摄氏度持续20分钟在顶表面上获得表面结构或特征(未示出)。

3.用磷执行前后表面扩散至100-200欧姆每平方(POCL3源在810度持续12分钟)以产生前和后面的n型层12和38。

4.然后在蒸汽中在950摄氏度持续30分钟氧化晶片表面以产生前后表面氧化物层21，22，参见图2。

5.然后前表面被激光划片23，23’，划过前表面氧化物21，使用Q开关型NdYAG激光器，以产生20-50微米深的槽27，用于重掺杂半导体指25，且在丝网印刷金属化的预定位置之下的区域中，阱37被激光钻孔(参考图7)。

6.顶表面的槽/阱用12％NaOH在52摄氏度持续20分钟刻蚀。

7.然后使用POCL3源在980度持续60分钟以将扩散施加到阱/槽27，37的前表面区域，以产生在槽/阱中的重掺杂区(n⁺⁺)25、25’，以提供图3的结构，随后在氧气中在同样的温度下持续30分钟，以便充分地保护表面不受到与后表面加工相关的后续化学处理的影响。为了简化商业工序中凹陷(阱或槽)的壁的掺杂，该步骤可以通过有意地将掺杂剂加入表面介电层而省略，所述介电层在步骤4中被添加，以使得当在步骤5中使用激光器钻出用于接点的表面凹陷时，来自介电层的一些掺杂剂自动地结合到凹陷的表面区域中，因此避免了单独扩散步骤的必要。不过，在最高性能的装置中，凹陷的表面不是以这种方式掺杂，因为电池的电性能不是很好。

8.后表面被激光器钻孔24，透过后表面氧化物层22以形成后表面阱28。

9.后表面阱28然后用12％NaOH在52摄氏度持续20分钟刻蚀，同时保留前面的槽扩散氧化物/二氧化硅以保护前面的槽。

10.然后在后面的阱28的区域中实施硼扩散，通常使用三溴化硼在980摄氏度持续90分钟，以在后表面阱28的表面区域26中产生比在后表面的表面磷扩散38高得多的掺杂浓度(p⁺⁺)，以提供图4的结构。为了简化商业工序中的凹陷(阱或槽)的壁的掺杂，该步骤可以通过这样的方式来省略：有意地在步骤4中加入的表面介电层中加入掺杂剂，以使得当在步骤8中使用激光器来钻出用于接点的表面凹陷时，来自介电层的一些掺杂剂自动结合到凹陷的表面区域中，以此避免单独扩散步骤的必要性。不过，在最高性能的装置中凹陷的表面区域不是以这种方式掺杂的，因为电池的电性能不是很好。

11.通过边缘的等离子体刻蚀来执行边缘结隔离(edge junctionisolation)。

12.使用5％HF从前后表面除去扩散氧化物和表面掩膜氧化物21，22。

13.执行氮化硅的PECVD沉积以在前后表面上产生介电层29、30，从而产生图5所示的结构。

14.然后丝网印刷背面金属36成为银的栅格或实线图案(solidpattern)(尽管丝网印刷金属胶也可以包含少量的铝)。当胶施加到表面上时，可能在阱28中的金属胶之下俘获气泡33。如果阱足够浅或者如果阱的面积不完全被胶覆盖以使得空气能够逃逸，那么这些气泡不会成为问题。

15.在250摄氏度持续3分钟干燥背面金属26。

16.然后将前面金属35丝网印刷成为垂直于前表面槽27(参见图7和10)延伸的一组银胶指。当胶施加到表面上时，可能在槽27(以及阱37)中的金属胶之下俘获气泡34。如果阱足够浅或者如果阱的面积不完全被胶覆盖以使得空气能够逃逸，那么这些气泡不会成为问题。

17.然后在250度持续3分钟干燥前面金属35。

18.然后联合烧制(通常在700度下，取决于胶的选择)前面和背面金属35、36以提供图6所示的结构。

19.然后测试电池。

注意到在氮化硅沉积步骤，氮化物层29、30可延伸到基本上完全涂覆槽27或阱28、37的内壁(至少在将要被丝网印刷金属35、36接触的区域中)，利用薄的介电(即氮化物)层(参见例如图5和图6中的槽27’和介电层29’)，使后续的丝网印刷金属35、36与下面的重掺杂硅层25、26隔离。不过，在烧制步骤中，金属接点35、36被驱使穿过任何这种薄的介电层，同时在介电层较厚的区域中保持与下面的半导体隔离。

利用以上工序产生的电池已经显示了通过比如在接点处的低的电阻损耗而获得的高填充因数(fill factor)、以及由于低的金属遮蔽(shading)损失、低反射表面和对于短波光的极佳的响应而获得的高Jsc。典型的频谱响应曲线，如图11中所示，表示当与传统的丝网印刷太阳能电池相比时，由这种方法制造的装置的明显优点，其中对于在350nm附近的短波光具有近均一内部量子效率(near unity internal quantum efficiency)。

参考图12和13，这些表示以上讨论的那些实施例的两个替代实施例。在图12的例子中，在图6实施例中的n型区38被类似于某些现有技术的丝网印刷电池的p⁺型区域39代替。

在图13中表示了类似于图12的结构，不过在该例中介电层29、30没有延伸到槽或阱27、28中来形成如图6和12所示的较薄的介电部分32、33。该结构可通过使用最后的介电层作为掺杂掩膜(即穿过最后的介电层形成槽和阱)或通过在槽和阱掺杂步骤之后施加最后的介电层(但这样做的话使用了如下方法：该方法使得该层能够精确地设置比如通过如上所讨论的喷墨打印)来形成。该方案也可以应用到这样的结构：在该结构中如图6中所示除了阱28以外，后表面被轻掺杂成n型。

注意尽管以上的例子中描述了形成在p型晶片上的电池，对于n型晶片，所有极性可以反转。

本领域技术人员将会理解的是，可以对特定实施例中所示的本发明进行各种各样的变更和/或修改而不会脱离广义上的本发明的主旨或范围。这些实施例因此在各个方面都被视为示例性的而非限制性的。

Claims (21)

1.一种太阳能电池，具有形成平行于太阳能电池的前后表面的pn结的相反地掺杂的半导体材料的相邻区域，以及接触一种掺杂剂类型的半导体材料的接点结构，该接点结构包括：

i)形成在半导体材料的表面中的多个凹陷，其中形成凹陷的内壁表面区域的半导体材料区域被掺杂成所述结的一个半导体区域的极性，所述形成凹陷的内壁表面区域的半导体材料区域与所述一个半导体区域电连通，所述内壁表面区域与所述结的另一个相反地掺杂的区域隔离；

ii)形成在电池的半导体材料的表面上并延伸进入到凹陷中的介电层，所述介电层在每一个凹陷的一部分中不存在，或者在每一个凹陷的一部分中的介电层比在凹陷以外的半导体材料的表面上的介电层薄；以及

iii)丝网印刷金属接点结构，形成在介电层上并延伸到凹陷中，从而金属接点结构与形成凹陷的内壁表面区域的半导体材料区域形成接触。

2.根据权利要求1的太阳能电池，其中所述介电层作为比凹陷以外的表面上的介电层部分更薄的层延伸到凹陷内，且接点结构穿过凹陷中的较薄的介电层延伸以接触下面的半导体材料。

3.根据权利要求1或2的太阳能电池，其中在太阳能电池的一个表面中的凹陷的内壁表面区域比形成了各表面区域的剩余部分的具有相似掺杂剂极性的半导体材料更深。

4.根据权利要求1的太阳能电池，其中凹陷包括多个平行的细长槽。

5.根据权利要求4的太阳能电池，其中凹陷还包括在将要被金属接点结构覆盖的区域中位于槽之间的阱。

6.根据权利要求4或5的太阳能电池，其中金属接点结构包括垂直于所述槽延伸的一组指，且互连的指以一定的间隔平行于所述槽延伸以形成栅格。

7.根据权利要求1的太阳能电池，其中凹陷包括多个平行的阱列。

8.根据权利要求7的太阳能电池，其中凹陷还包括在将要被金属接点结构覆盖的区域中位于平行的阱列之间的阱。

9.根据权利要求7或8的太阳能电池，其中金属接点结构包括在每个阱列上延伸的一组指和按一定的间隔垂直于所述阱列延伸的互连的指，以形成栅格。

10.一种用于在太阳能电池上制造接点结构的方法，该太阳能电池包括形成了平行于太阳能电池的前后表面的pn结的相反地掺杂的半导体材料的相邻区域，该方法包括：

i)在半导体材料的表面中形成多个凹陷，其中形成凹陷的内壁表面区域的半导体材料区域被掺杂成所述结的一个半导体区域的极性，所述形成凹陷的内壁表面区域的半导体材料区域与所述一个半导体区域电连通，且所述内壁表面区域与所述结的另一个相反地掺杂的区域隔离；

ii)在所述半导体材料的表面上形成介电层，由此介电层延伸到凹陷中，且在每一个凹陷的一部分中的介电层比在凹陷以外的半导体材料的表面上的介电层薄，或者介电层在每个凹陷的一部分中不存在；

iii)形成丝网印刷金属接点结构，其延伸到凹陷内；以及

iv)烧制该结构以使丝网印刷金属接点结构烧结，由此金属接点结构接触形成凹陷的内壁表面区域的半导体材料区域。

11.根据权利要求10的方法，其中介电层的形成使得其作为比凹陷以外的半导体材料的表面上的介电层部分更薄的层延伸到凹陷内。

12.根据权利要求10或11的方法，其中在太阳能电池的一个表面中的凹陷的内壁表面区域比形成各表面区域的剩余部分的具有相似掺杂剂极性的半导体材料更深。

13.根据权利要求10的方法，其中凹陷形成为一系列平行的细长槽。

14.根据权利要求13的方法，其中凹陷还形成为在将要被金属接点结构覆盖的区域中位于槽之间的阱。

15.根据权利要求13或14的方法，其中形成垂直于槽延伸的一组指，且形成互连的指，所述互连的指以一定的间隔平行于所述槽延伸以形成栅格形式的金属接点结构。

16.根据权利要求10的方法，其中凹陷形成为一系列的平行的阱列。

17.根据权利要求16的方法，其中阱还在将要被金属接点结构覆盖的区域中形成在平行的阱列之间。

18.根据权利要求16或17的方法，其中形成在每一个阱列上延伸的一组指，且形成互连的指，所述互连的指以一定的间隔垂直于所述阱列延伸以形成栅格形式的金属接点结构。

19.根据权利要求10的方法，其中通过形成表面氧化物层和在需要形成凹陷的位置穿过氧化物层进行激光划片来形成表面凹陷。

20.根据权利要求19的方法，其中表面氧化物层中的开口用作掺杂掩膜，且凹陷中的表面区域通过穿过表面氧化物层中的开口施加掺杂剂而被掺杂。

21.根据权利要求20的方法，其中在掺杂凹陷的表面区域之后，除去表面氧化物层，代之以最后的介电层，所述最后的介电层在每一个凹陷的一部分中比凹陷周围的表面上要薄或不存在，并且所述最后的介电层在凹陷周围的表面上是连续的以使得凹陷周围的半导体表面与后续形成的接点结构隔离。

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