CN101529601A - 半导体元件金属化方法及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种采用铝金属使半导体元件金属化的方法。特别是在产品的加工成本占主要地位时，例如基于硅的太阳能电池，采用本发明可以实现成本优势。本发明还涉及该方法的应用，例如制造太阳能电池。
Description
本发明涉及采用铝金属使半导体元件金属化的方法。特别是在产品的加工成本占主要地位时，例如基于硅的太阳能电池，采用本发明可以实现成本优势。本发明还涉及该方法的应用，例如制造太阳能电池。
当今，在极大程度下生产晶状太阳能电池的情况下，后端接触点通过掺杂包含网格印刷涂料的铝金属到硅材料中来实现。藉此，简单地加热该涂料到它的熔点以上，并且随后形成一延伸的铝金属层，其确保后端金属化的横向传导性。此外，铝金属和硅混合并形成一低共熔混合物，其改进了太阳能电池后端的电特性。
该过程实际上提供了良好的电传导性，但电学和光学特性仅是中等的。此外，例如由于随后过程不全具有温度稳定性的，那么，当掺杂进涂料时，所需的热负荷表示关于太阳能电池的进一步优化可能性的限制。
如果首先使用绝缘介质层钝化后端，则能够实现光学和电学特性的重要改进，该绝缘介质由如氧化硅、氮化硅或非晶硅制成。随后使用铝金属层使后端金属化。正如标准的一样，采用真空方法涂覆该层，如采用蒸发镀膜或溅射。
在这些方法中，重要的是，由于上述的真空出现了一些问题，在这方面真空应被理解为压力小于1毫巴(mbar)。利用真空(如抽空加工室)的产品将扩展加工次数并导致高成本。另外，将在真空中释放出的特殊物质不能在真空中进行涂覆。第三点，在真空中特别是在规定位置沉积沉积层是不可能的，即会增加物质消耗且引起加工室的污染，其将轮流引起对涂覆的元件的质量的损害。
当使用一绝缘介质层，随后铝金属层能够通过多种方法与硅连接，尤其是通过一LFC方法。
本发明的目的是使得在低加工温度下采用铝金属涂覆一半导体表面的经济快速的方法成为可能。该目的通过具有专利权利要求1的特征的方法来实现。根据本发明的方法的应用在专利权利要求18中被指出。由此，各自的从属权利要求表示有利的改进。
根据本发明，提供了一种采用铝金属使半导体元件的至少一个表面至少部分金属化的方法，其中
a)使一铝金属薄片与该表面至少部分地直接接触，以及
b)随后，通过能量作用来实现该铝金属到半导体元件的该表面的至少部分连接。
通过适当的方法的帮助来实现该铝金属薄片(步骤a)的贴敷，其本质为采用该金属薄片部分地直接接触基片。由于可实现在基片上仅用有一金属薄片的穿孔的方法而无需附属装置，该直接接触是重要的。因此，该直接接触是由摩擦而产生的和/或适当的形式的。
从而，在一优选的实施例中，通过挤压、鼓风和/或抽吸到该表面上来实现该铝金属薄片(步骤a)的贴敷。
在一可选的有利的实施例中，通过沉积在该表面和该铝金属薄片之间的液态薄膜来实现该铝金属薄片(步骤a)的贴敷。因此，根据本发明，该液态薄膜的贴敷是否发生在金属薄片已经被贴敷在被涂覆的该基片的表面上的情况下，或者是否预先实现基片和/或金属薄片的湿润，并且该金属薄片在湿润后被贴敷到基片上是不相关的。因此，一水膜和/或溶剂膜可被作该液态薄膜。
该方法进一步地优选实施例提供了通过沉积在该表面和该铝金属薄片之间的牺牲层来实现该铝金属薄片(步骤a)的贴敷。因此，从包括非晶硅、绝缘介质层、金属层、有机物质形成的层和/或这些物质形成的金属薄片的组中优选该牺牲层。因此，被使用的牺牲层在方法步骤b中整个溶解在铝金属薄片中。在非晶硅的例子中，在大概400℃及以上的温度下可实现在铝金属中的完全溶解。与液态薄膜类似的牺牲层可以位于铝金属薄片或元件的表面。
根据本发明的方法，在半导体表面贴敷任意层厚的铝金属薄片理论上都是可能的，但是优选厚度为1μm～20μm。
此外，如果铝金属薄片在其尺寸上与将被金属化的半导体元件的表面的尺寸相一致，是有优势的。
然而，此外作为一个选择，铝金属薄片具有比将被金属化的半导体元件的表面更大的尺寸同样也是可能的。
如果该铝金属薄片具有附加的金属结构同样是有利的。例如，代替同类的铝金属薄片，采用包含用于将分离的半导体元件彼此连接在一起的附加金属带状物的金属薄片。那么为了能够连接到其他半导体元件，这些带状物同时被附加到该金属薄片，并且能够突出形成半导体元件定界的边缘。至此作为一个选择，本领域技术人员公知的，用于分离的元件的电连接也能够在加工前被放置在该铝金属薄片的下面，那么，其装置能够被附加在基片上，在方法步骤b中，同时既在基片上又在金属薄片上。
根据特征b)提供的该铝金属薄片的连接至少在该铝金属薄片与该表面直接接触的区域内实现。
通过激光的作用，优选地实现该铝金属薄片到该表面的有效的连接(方法步骤b)，该有效包括部分的和全部的表面。因此，适当的附着性连接可能以一简单的方式完成。从而，引导激光辐射至上述金属薄片，且暂时地极大程度地加热后者，以致或者采用基片或者采用位于中间的牺牲层来引起局部熔化。从而激光辐射被引导到上述金属薄片并极大地暂时加热后者以致导致基片上或位于中间的牺牲层的局部熔融。激光同样可以在规定的结构之上传播，例如在金属薄片上的布图上：金属带状物和点状结构据此被制成。因此，激光不受任何特定的限制，但是激光发射一波长的辐射且确保具有至少使金属薄片部分熔融的光强是至关重要的。由此，尤其红外激光可被使用。然而，根据本发明的能量作用不唯一地限制在激光加工，而是任何具有期望的效果的其他适当的实施例同样适用。例如，铝金属薄片的照射也能够由足够强烈的非相干红外辐射来实现。
如果一太阳能电池被用作半导体元件，该方法是普遍适用的。因此，如果将该金属化作为后端接触点形成在太阳能电池上，是优选的。
下面根据实例对本发明进行详细说明，而不希望将本发明限制在复制的具体实施例上。
为了这个目的，在适当的方法的帮助下，采用该铝金属薄片与基片直接接触。由于可实现在基片上仅用有一金属薄片的穿孔的方法而无需附属装置，该直接的接触是重要的。用来直接接触的适当的方法如机压成型、鼓风和/或抽吸。此外，因为在该基片和该金属薄片之间采用了几滴液体，可以使该金属薄片附加在基片上，并且这些几乎可以全部消除。第三种可能是使用附加的牺牲层，该牺牲层在铝金属薄片的贴敷之后的附加加工步骤中被溶解。为了这个目的，使用在温度在400℃以上完全溶解在铝金属中的非晶硅。
在先前的实现测试中，通过真空抽吸将铝金属薄片附加在样品上。为了这个目的，该金属薄片包围着边缘放置在样品上，并且样品和金属薄片都在加工台上被真空装置安全地抽吸。该工艺导致位于中间的空气全部被排除，并且金属薄片位于该样品的整个表面。
作为最后一步，铝金属薄片在激光辐射的帮助下以这样的一种方式连接到基片，该方式可产生易吸附连接。引导激光辐射至上述金属薄片，且暂时地极大程度地加热后者，以致或者采用基片或者采用位于中间的牺牲层来引起局部熔化。激光可以在金属薄片的多种布图上传播：金属薄片被加工在整个表面之上或者仅部分表面之上。据此，带状物和点状结构都能够被制造。
有几种相对基片适合放置金属薄片的可能性。一方面，金属薄片能够放置在与基片相应大小的基片的精确位置上。因此，整个表面以及部分表面将被金属化。另一种可能是放置金属薄片在超出基片边缘的重要的比基片表面更大的表面区域。这里也是金属薄片的全部附加装置或部分附加装置到基片都可能。在最后的激光步骤中，那么金属薄片能够通过修改激光参数被削减至基片大小或任意形状。一方面，能够实现通过激光剪切使金属薄片的易吸附端在基片的边缘，另一方面，突出基片边缘的金属薄片能够被切掉。那么这些金属薄片指示物能够被处理掉。
根据本发明，参考下面的实例和图1的说明，事实的更多细节是清楚的，而不被限制在根据本发明在实例中提到的具体实施例上。
实例
具有20×20mm2大小而没有区熔单晶的前端结构的上述描述的太阳能电池通过电流-电压测试组件来测量，以测量亮度特性线。太阳能电池的结构包括250μm厚的硅晶片，其在前端采用具有一发射层(用于太阳能电池的p-n结的产生)、一增透涂层和一前端金属化的结构。由于这些用适当的材料和工艺控制使能的高效率，这种类型的结构也称为高效结构。在这些结构中，为了除去任何破裂影响且因此能够更加清楚地区分在试验中使用的多种变量，可能的泄露通道尽可能地被抑制。根据本发明，在后端应用一绝缘介质涂层，在其上应用商业可利用的铝金属薄片(例如来自超级市场的厚度大约为14μm)。因此，该铝金属薄片通过抽吸装置的帮助被固定于后端且通过在点上的激光辐射附着。确定如下表格中的用来描述太阳能电池质量的参数。
| Voc[mV] | Jsc[mA/cm2] | FF | η[％] |
| 661.7 | 33.68 | 0.784 | 17.5 |
在图1中，示出本发明该金属化的太阳能电池的一反射曲线，其由一反射测试组件确定。因此样品被照亮且采用乌而伯利特球形光度计(Ulbrichtglobe)的帮助，反射率作为一波长的函数被测量。与参考太阳能电池(例如没有根据本发明的方法制造的太阳能电池)相比较，在波长大于1000nm范围内，后端的实际上等同的良好反射能够被看到。然而，由于这里硅的吸收长度比太阳能电池的厚度小，这些波长范围几乎不适用于电子的释放。对于与当前产品相关的波长范围，(即小于1000nm)，不能在参考太阳能电池和本发明涂层的太阳能电池之间探测到反射角度的不同。因此，通过一重要的、简单的方法控制，提供了一种涂覆有类等效反射角的后端。
Claims (19)
1、一种采用铝金属使半导体元件的至少一个表面至少部分金属化的方法，其中
a)使一铝金属薄片与该表面至少部分地直接接触，以及
b)随后，通过能量作用来实现该铝金属到半导体元件的该表面的至少部分连接。
2、根据权利要求1所述的方法，其中通过对该铝金属薄片进行挤压、鼓风和/或抽吸到该表面上来实现该铝金属薄片(步骤a)的贴敷。
3、根据权利要求1所述的方法，其中通过沉积在该表面和该铝金属薄片之间的液态薄膜来实现该铝金属薄片(步骤a)的贴敷。
4、根据权利要求3所述的方法，其中一水膜和/或溶剂膜被用作该液态薄膜。
5、根据权利要求1所述的方法，其中通过沉积在该表面和该铝金属薄片之间的牺牲层来实现该铝金属薄片(步骤a)的贴敷。
6、根据权利要求5所述的方法，其中非晶硅、绝缘介质层、金属层、有机物质形成的层和/或这些物质形成的金属薄片被用作该牺牲层。
7、根据权利要求1-6任一所述的方法，其中该铝金属薄片具有1μm～20μm的厚度。
8、根据权利要求1-7任一所述的方法，其中该铝金属薄片在其尺寸上与将被金属化的半导体元件的表面的尺寸相一致。
9、根据权利要求1-7任一所述的方法，其中该铝金属薄片具有比将被金属化的半导体元件的表面更大的尺寸。
10、根据权利要求1-9任一所述的方法，其中该铝金属薄片具有附加的金属结构。
11、根据权利要求10所述的方法，其中以在铝金属薄片中的金属带状物的形式形成该附加结构。
12、根据权利要求10或11所述的方法，其中该金属结构如此形成以使其能够被用于连接另外的半导体元件。
13、根据权利要求1-12任一所述的方法，其中通过激光的作用，实现该铝金属薄片到该表面的至少部分连接(方法步骤b)。
14、根据权利要求13所述的方法，其中该激光在指定的结构之上传播。
15、根据权利要求14或15所述的方法，其中利用该激光制成带状物和/或点状结构。
16、根据权利要求1-15任一所述的方法，其中一太阳能电池被用作半导体元件。
17、根据权利要求16所述的方法，其中对该太阳能电池金属化，用作后端接触点。
18、一种根据权利要求1-17任一所述方法的应用，用于金属化太阳能电池。
19、根据权利要求18所述的应用，用作在该太阳能电池上的后端接触点。
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