CN102341917A - 改进的金属粘附 - Google Patents
改进的金属粘附 Download PDFInfo
- Publication number
- CN102341917A CN102341917A CN2010800103281A CN201080010328A CN102341917A CN 102341917 A CN102341917 A CN 102341917A CN 2010800103281 A CN2010800103281 A CN 2010800103281A CN 201080010328 A CN201080010328 A CN 201080010328A CN 102341917 A CN102341917 A CN 102341917A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- laser
- silicon
- hole
- semi
- conducting material
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 56
- 239000002184 metal Substances 0.000 title claims abstract description 56
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims abstract description 34
- 238000001465 metallisation Methods 0.000 claims abstract description 14
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 10
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 78
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 78
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 76
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 37
- 230000004927 fusion Effects 0.000 claims description 11
- 238000007747 plating Methods 0.000 claims description 10
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 9
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims description 6
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims description 5
- 238000004093 laser heating Methods 0.000 claims description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 3
- 230000002708 enhancing effect Effects 0.000 claims description 2
- 238000007788 roughening Methods 0.000 claims description 2
- 230000003746 surface roughness Effects 0.000 claims description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims 2
- 238000010257 thawing Methods 0.000 claims 2
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 5
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 5
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 5
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 5
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 4
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000007850 degeneration Effects 0.000 description 3
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 3
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 3
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 3
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000004411 aluminium Substances 0.000 description 2
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 2
- -1 hydrogen silicon nitride Chemical class 0.000 description 2
- 238000013532 laser treatment Methods 0.000 description 2
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 2
- 238000007493 shaping process Methods 0.000 description 2
- 239000002210 silicon-based material Substances 0.000 description 2
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 2
- 241000251468 Actinopterygii Species 0.000 description 1
- 229910000838 Al alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 235000017060 Arachis glabrata Nutrition 0.000 description 1
- 244000105624 Arachis hypogaea Species 0.000 description 1
- 235000010777 Arachis hypogaea Nutrition 0.000 description 1
- 235000018262 Arachis monticola Nutrition 0.000 description 1
- 240000004859 Gamochaeta purpurea Species 0.000 description 1
- 229910000676 Si alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000003486 chemical etching Methods 0.000 description 1
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 1
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 description 1
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 239000002019 doping agent Substances 0.000 description 1
- 239000000428 dust Substances 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000009713 electroplating Methods 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 230000000977 initiatory effect Effects 0.000 description 1
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 1
- 238000004943 liquid phase epitaxy Methods 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 238000002161 passivation Methods 0.000 description 1
- 235000020232 peanut Nutrition 0.000 description 1
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 1
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 1
- 238000001020 plasma etching Methods 0.000 description 1
- 238000000623 plasma-assisted chemical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 150000003376 silicon Chemical class 0.000 description 1
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 238000011282 treatment Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/02—Details
- H01L31/0224—Electrodes
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
- H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
- H01L21/26—Bombardment with radiation
- H01L21/263—Bombardment with radiation with high-energy radiation
- H01L21/268—Bombardment with radiation with high-energy radiation using electromagnetic radiation, e.g. laser radiation
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/02—Details
- H01L31/0224—Electrodes
- H01L31/022408—Electrodes for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier
- H01L31/022425—Electrodes for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier for solar cells
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/04—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/18—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- High Energy & Nuclear Physics (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Toxicology (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Photovoltaic Devices (AREA)
- Electrodes Of Semiconductors (AREA)
Abstract
太阳能电池具有形成为电连接形成光伏结点的半导体材料的表面的金属触点。所述太阳能电池包括重掺杂材料的一个或多个表面区域，并且所述触点包括形成在重掺杂区域上以与其接触的触点金属化部。表面键固定特征部位于半导体材料内，所述金属化部延伸到该半导体材料内以辅助金属化部附着到所述半导体材料。
Description
技术领域
本发明总体涉及光伏领域，尤其地，公开了形成触点的改进方法。
背景技术
对光伏设备的镀层金属触点的常见批评是，其对硅材料的粘附性很差。当热循环发生时(由于硅与金属之间的热膨胀失配)以及当使用高性能电池内常见的小的金属/硅接口的区域(面积)时(由于改进的电性能)，这个问题加剧了。因此经常在电性能与耐用度之间进行取舍。激光掺杂太阳能电池面临相同的挑战[S.R.Wenham，M.A.Green“A Self-aligningMethod for Forming a Selective Emitter and Metallization in a Solar Cell”，国际专利号PCT/AU/1999/00522，1999年7月]，当激光掺杂区域平坦且光滑时，实现最好的电性能，这种平坦且光滑也对应于电镀后的最低后续金属/硅接口区域(面积)，并且因此其粘附性最差。
最常用Q开关532nm NdYAG激光来执行激光掺杂工艺。在存在掺杂源时，激光束扫过通常为氮化硅(ARC)涂覆的硅片的表面，使得足够的能量传递给硅，以熔化硅并允许掺杂物扩散到熔化的硅内。该工艺同时破坏或移除氮化硅层，因此暴露再结晶掺杂硅表面，使得可实现后续金属电镀，通常是镍/铜/银或者镍/铜/锡。甚至在使用有织纹的或粗糙的硅表面时，如果激光熔化/掺杂工艺进行了足够的时间以允许适当地扩散/混合掺杂物，那么激光熔化/掺杂工艺导致形成了如图8(b)和9所示的相对平滑的表面。如图10所示，这些表面的后续金属粘附性因此是个挑战。
发明内容
提供了太阳能电池，其具有形成为电接触形成光伏结点的半导体材料的表面的金属触点，所述太阳能电池包括重掺杂材料的一个或多个表面区域，并且所述触点包括：触点金属化部，所述触点金属化部形成在所述重掺杂区域上以与所述重掺杂区域接触；以及表面键固定(keying，键控)特征部，位于所述半导体材料内，所述金属化部延伸到所述半导体材料内以辅助所述金属化部附着至所述半导体材料。
所述触点和表面键固定特征部优选设置在半导体材料的前表面或者光接收表面上。
太阳能电池可以包括至少一个孔，所述孔具有底切区域从而导致了悬垂部，所述金属化部在所述悬垂部下方延伸。所述孔可以基本垂直于所述半导体材料的前表面，而且底切区域形成凸缘，所述凸缘围绕位于所述半导体材料的前表面的所述孔的开口的周边的一部分。所述孔也可以相对于所述半导体材料的表面的垂直线成一角度地延伸，使得所述孔底切所述表面。相邻孔或者交替孔可以沿相对于所述垂直线的不同方向延伸以进一步增强键固定功能。
还提供了一种制造太阳能电池的方法，该太阳能电池具有形成为电接触形成光伏结点的半导体材料的表面的金属触点，所述触点通过下述形成：
a)在所述半导体材料的表面上或者所述表面的临近处提供掺杂源；
b)用激光以第一激光强度加热所述半导体表面区域，以破坏和移除任何表面介电层并将掺杂物从所述掺杂源扩散到被加热区域，以提供重掺杂材料的待形成触点的区域；
c)在待形成触电的区域内，通过激光断续地加热所述半导体材料表面上的点，以破坏和移除任何表面介电层并在被加热点处将表面键固定特征部形成到所述半导体材料的表面内；以及
d)在所述重掺杂区域上镀上触点金属化部，以与所述重掺杂区域接触，所述镀层操作(plating)延伸至断续的表面键固定特征部内，以辅助金属化部附着至所述半导体材料。
在该方法中，所述触点和表面键固定特征部优选设置在所述半导体材料的前表面或者光接收表面上。
在一方法中，通过比用于激光熔化/掺杂的平均激光脉冲更高的能量激光脉冲来形成该键固定特征部，以有意融化一些硅，由此使得硅表面变粗糙。
在另一方法中，连续波激光操作用于激光熔化/掺杂，且周期性Q开关激光脉冲或者脉冲群用于在特定的位置形成孔或者凹槽或者表面粗超，以在这些位置将该金属“钉(pin)”入硅内。
在又一方法中，在激光掺杂的同时，使用较高能量水平在正在掺杂的熔化硅内形成更多的紊流，以在凝固时增加表面粗糙度(但没必要融化硅)。
尤其地，上述键固定方法可用在每根激光掺杂线的端部，每根金属指针在该端部终止，由此增加这些点处的粘附力，在这些点处，金属最容易与激光掺杂硅分离。然而，这些键固定方法优选地在端部之外沿着每根激光掺杂线周期性被使用，以提供具有良好金属粘附力的隔离位置，而不明显增大整个金属/硅接口面积。
在一个有利的方法中，较高能量水平脉冲的重复率和功率被调整，以在孔的周边形成硅的悬垂区域或凸缘，使得这些悬垂下方的后续电镀的金属变成将金属键入或“锁定”到成型(sculpted)硅表面中的倒钩。
在又一改进中，在进行硅激光掺杂的同时形成隔离的孔或凹槽之后，使用较低能量激光加热步骤来熔化硅的周围区域，以产生硅的悬垂区域或凸缘，使得这些悬垂下面的后续电镀的金属变成将金属键入或“锁定”到成型的硅表面中的倒钩。
附图说明
通过参照附图的实例，现在描述本发明的实施例，其中：
图1示出了现有技术的太阳能电池，本发明的金属化键固定方法可应用到该太阳能电池上；
图2示意性示出了沿着显示周期孔的出现的激光掺杂线的长度截取的横截面，根据一个提出的方法形成这些孔以在这些位置固定金属触点；
图3示意性示出了典型结构，在利用金属进行图2中的结构的电镀之后形成该典型结构；
图4示意性示出了悬垂或凸缘，当用于进行激光熔化和掺杂的激光脉冲的频率足够高以在相邻脉冲之间造成大量的重叠时，在每个孔的后缘并且一定程度上在孔的侧部上形成该悬垂或凸缘；
图5示意性示出了高于大约80％的脉冲重叠的结果，在该脉冲重叠中，使得该孔变得可以基本上被完全覆盖；
图6示意性示出了沿着显示短凹槽的出现的激光掺杂线的长度的横截面，该短凹槽由一连续的较高能源脉冲群而形成；
图7示意性示出了硅内的孔，这些孔相对于表面成角度地形成，使得一些或者所有的孔不再垂直于表面；
图8在图8(a)中示出了在金属化之前的触点凹槽的图片，该图片显示了明显增加的表面面积，这是由于所使用的每个脉冲具有额外能量，并且其造成了硅的一些熔化，而在图8b中，另一个触点凹槽的图片显示了在激光掺杂后具有最好电性能的相对平滑的表面，同时不使用额外的能量；
图9显示了触点凹槽的另一图片，该图片类似于图8b中的图片，其中是在激光掺杂后具有最好电性能的相对平滑的表面；
图10显示了金属化之后的触点的图片。
具体实施方式
通过实例，并且参照图1，用于硅太阳能电池形成的适当制造工序如下：
1.p型晶片11的前(或者光接收)表面的各向同性纹理12；
2.n型掺杂物13的前表面扩散；
3.边缘结点隔离/psg移除；
4.通过PECVD在前表面上进行电弧沉积；
a.专门用于表面钝化14的100埃富氢氮化硅；
c.折射率2.0-2.1的600埃氮化硅16；
d.含掺杂物层17；
5.用于后触点18的具有铝的丝印后(非光接收)表面；
6.通过形成铝/硅合金和液相外延，火烧后表面以烧结后触点18并形成背表面场19；
7.对局部区域中的硅进行激光掺杂以形成重掺杂(n+)区域22，用于形成自对准前表面金属触点；
8.在激光掺杂(n+)区域22上镀一层镍23，用于前表面触点；
9.烧结镍23；
10.在镍23上镀几层铜24和锡25(或银)；
上述处理工序产生具有选择性发生器的图1的高性能太阳能电池结构，该发生器在金属触点的下面直接提供硅的重掺杂。
所提出的触点形成方法不同于上述系列之处在于，增加了周期性的较高能量脉冲或系列脉冲，其由激光发出，以有意地在这些特定位置处使一些硅粗糙和/或熔化。当一次使用仅仅一个(或者很小数目的)非常短的(通常小于0.1微秒)高能量脉冲时，得到好的结果，使得在通过高能量脉冲实现的形成过程中，激光束往往仅移动1微米或者更少(通常以10m/s速度前进)。这允许后面的较低能量脉冲增加由高能量脉冲形成的孔的壁的激光掺杂，因此最小化了电性能的任何退化，如果不是这样，则在这种孔的使用过程中可能发生这样的退化。此外，这种孔通常可分开相对于孔径来说的很远的距离(至少三倍并且优先地为至少平均十倍)，从而当与如果不使用高能量脉冲的情况相比，激光掺杂硅的整个表面积总体上增加不超过20％。与不使用表面键固定的情况相比，其阻止了电性能的明显退化。图8(b)和9显示了激光掺杂之后具有最好电性能的相对平滑的表面，同时使用导致一些硅熔化的每脉冲的额外能量，造成了图8(a)中的结构具有明显增大的表面面积。
重要的是，镀层之后，孔提供了锚定点，大大地增加了金属对硅的整体粘附力。尤其是，这种孔有益地用在金属线的端部或者端部附近，这些端部通常是最弱的点，金属开始在这些点剥落。由几个连续的较高能量脉冲形成的较高密度的孔(或甚至更细长的孔)有益地用于这些区域以将金属“钉”在硅上。
通过增加用于这种脉冲的激光功率或者可替换地通过保持激光功率恒定和稍微增加在这种较高能量脉冲形成之前的延时，可生成较高能量脉冲，使得在发起脉冲之前，更多能量存储在激光晶体或激光二极管内。两种方法都造成在后续激光脉冲内具有增加的能量。虽然已经制成孔深高达80微米、深度接近零的好装置，但是这种脉冲的能量优选设置成，形成通常为5-10微米深的孔。
通过使用几个连续的较高能量脉冲，有可能进一步增强金属对硅的粘附强度，以产生例如20-100微米长的短凹槽。用于激光掺杂的较低能量脉冲可用在这种凹槽端部的附近，以通过重新固化的硅提供部分覆盖，从而通过允许后续镀层埋在凹槽一端或两端处的硅的下面而产生“鱼钩”型效应，因此大幅增加金属粘附强度。
传统的Q开关激光器不提供产生受控的较高能量脉冲的能力，该脉冲周期性地散布在更多的用于激光掺杂脉冲的较低能量脉冲之间。然而，用于控制Q开关的专用电子设备可简单地合并到大多数机器上，以提供这种能力。在激光处理/扫描的过程中，通过允许用于Q开关的可编程频率变化，可以即兴的方式改进一些机器，这种激光处理/扫描可粗略地用于控制脉冲的能量并因此可用于实施这种金属化方法的一种形式。
本金属化方法的变型包括，使用独立的激光头或者平衡类型(eventype)激光器来独立地形成孔，这些孔随后被激光穿过，该激光进行用于激光掺杂工艺的硅熔化。另一个变型是把两个激光束重叠，按照激光熔化和硅掺杂的规定，一个激光束具有较高能量脉冲，以低很多的频率操作以产生周期孔，而另一个具有较低能量脉冲，以高得多的频率操作。
另一个变型是在连续波操作上使用激光，而不需要任何Q开关来进行激光熔化和硅掺杂，但是具有交换到Q开关操作的能力以允许生成一个或多个较高能量脉冲，该脉冲熔化一些硅以在预期位置产生一个或多个孔。在这种类型的操作中，激光的光腔内没有被引入“损耗”，使得激光束连续并能够连续地熔化和掺杂该硅。每次当需要硅内的孔时，激光的光腔内就被引入损耗，以阻止受激发射，并因此允许能量在激光晶体或激光二极管内通常储存0.1到100微秒，从而在损耗被消除时，所储存的能量被驱散作为能够熔化硅的高能量激光脉冲。这种操作模式的另一变化在于，激光能量简单地变化，足以在进行掺杂工艺的过程中在预期位置处，在熔化的硅内形成紊流，而没必要熔化任何或者大量的硅。在这种情况下，当熔化的硅凝固在由较高水平的紊流形成的几何体内时，可再次获得较粗糙的表面拓扑。在这种情况下，可控制该激光能量以产生用于硅的表面拓扑，这主要用于提高金属粘附力。
图2显示了沿着激光掺杂线的长度的横截面，该掺杂线显示了周期孔31的出现，周期孔31是根据所提出的一个方法而形成的，以将金属触点锚固在这些位置。图3显示了利用金属33来对图2中的结构镀层之后生成的典型结构。当金属在孔31完全镀层之前关闭时，有时能够得到空隙34，空隙形成在孔31内的镀层金属区域33内。当用于进行激光熔化和掺杂的激光脉冲的频率足够高以造成相邻脉冲之间具有大量重叠时，如图4所示，在每个孔的后缘上以及一定程度上在孔31的侧部上产生悬垂或者凸缘32。一旦重叠量达到大约80％以上，该孔变得可以被一些也在前缘上形成的悬垂几乎完全覆盖(甚至完全覆盖)，如图5所示，但是当发生这种情形时，由于在埋入的孔内很难获得好金属镀层，所以很多有益之处消失了。
图6显示了沿着激光掺杂线的长度的横截面，该掺杂线显示了短凹槽的出现，短凹槽由一连续的较高能量脉冲群所形成，并展示了适度悬垂以更充分地将金属触点锚定在这些位置。
所提出的金属化方法的基本原理是，在特定重要位置(比如在金属线的端部)增加金属/硅接口面积，以通过减少金属开始剥离或脱离硅表面的趋势来增加整个金属粘附强度。在所提出的方法的更有利的形式中，用这种方法构造/处理硅，使得镀层金属(与硅的形状一致)的最终几何形状将硅键入或锁定在硅材料内，比如，通过形成与硅内凹槽的底切部分接合的下倒钩或者凸起。每当硅被成型成使得通过改变金属形状(以能够与硅分离)来使得后续金属镀层触点或者硅必须变形时，认为可以应用该“将金属锁定在硅内”的原理。图2显示了这种实例，其中，硅内的凸缘或者悬垂用于将金属“锁定”在凸缘下面的位置，使得在铜或者硅凸缘不变形和不改变形状时，金属不能与硅分离。另一个实例在于，硅内的孔以相对于顶部表面成一角度地形成，使得一些或者所有的孔不再垂直于如图7所示的顶部表面，图7中，相邻的孔形成为特意地不彼此平行，以将后续镀层金属“锁定”在硅内。
当在以上所示的实例中丝印后触点时，在该实例中形成用于前触点的镀层触点的方法可同样地在重掺杂表面的步骤中使用适当掺杂物用于形成后触点。
本领域的技术人员应理解的是，可用一系列的方法实现硅表面的这种成型。已经给出使用激光熔化硅的实例，但是化学刻蚀、机械磨损、等离子刻蚀或者各种其他技术(比如这些技术的组合)可潜在地用于构造硅表面以产生在特定重要位置将金属锁定在硅内的这些区域。
Claims (17)
1.一种太阳能电池，具有形成为电接触形成光伏结点的半导体材料的表面的金属触点，所述太阳能电池包括重掺杂材料的一个或多个表面区域，并且所述触点包括：触点金属化部，所述触点金属化部形成在所述重掺杂区域上以与所述重掺杂区域接触；以及表面键固定特征部，位于所述半导体材料内，所述金属化部延伸到所述半导体材料内以辅助所述金属化部附着至所述半导体材料。
2.根据权利要求1所述的太阳能电池，其中，所述表面键固定特征部设置在半导体材料的前表面或者光接收表面上。
3.根据权利要求1或2所述的太阳能电池，其中，所述表面键固定特征部包括至少一个孔，所述孔具有底切区域从而导致了悬垂部，所述金属化部在所述悬垂部下方延伸。
4.根据权利要求3所述的太阳能电池，其中，所述至少一个孔基本垂直于所述半导体材料的前表面，而且底切区域形成凸缘，所述凸缘围绕位于所述半导体材料的前表面的所述孔的开口的周边的一部分。
5.根据权利要求3所述的太阳能电池，其中，所述至少一个孔相对于所述半导体材料的前表面的垂直线成一角度地延伸，使得所述孔底切所述表面。
6.根据权利要求5所述的太阳能电池，其中，相邻孔或者交替孔沿相对于所述垂直线的不同方向延伸以进一步增强键固定功能。
7.一种制造太阳能电池的方法，所述太阳能电池具有形成为电接触形成光伏结点的半导体材料的表面的金属触点，所述触点通过下述形成：
a)在所述半导体材料的将由所述金属触点电接触的表面上或者所述表面的临近处提供掺杂源；
b)用激光以第一激光强度加热所述半导体表面区域，以破坏和移除任何表面介电层并将掺杂物从所述掺杂源扩散到被加热区域，以提供重掺杂材料的待形成触点的区域；
c)在待形成触电的区域内，通过激光断续地加热所述半导体材料表面上的点，以破坏和移除任何表面介电层并在被加热点处将表面键固定特征部形成到所述半导体材料的表面内；以及
d)在所述重掺杂区域上镀覆触点金属化部，以与所述重掺杂区域接触，所述镀覆延伸至断续的表面键固定特征部内，以辅助所述金属化部附着至所述半导体材料。
8.根据权利要求6所述的方法，其中，所述表面键固定特征部设置在半导体材料的前表面或者光接收表面上。
9.根据权利要求7或8所述的方法，其中，通过激光脉冲形成所述键固定特征部，所述激光脉冲的能量高于用于激光熔化/掺杂的激光脉冲的平均能量，由此融化了一些硅并且使得硅表面由此变粗糙。
10.根据权利要求7或8所述的方法，其中，使用连续波激光操作来执行第一激光强度的激光加热，并且使用周期脉冲或Q开关激光脉冲群进行断续加热，以在特定位置产生孔或凹槽或表面粗糙，以在这些位置处将金属键入硅内。
11.根据权利要求7或8所述的方法，其中，所述激光掺杂过程中的加热以一定的激光能量水平来进行，所述激光能量水平足以在正被掺杂的熔融的硅内形成紊流，从而在硅凝固时形成增大的表面粗糙度。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述激光掺杂过程中的激光能量水平足以造成所述硅的融化。
13.根据权利要求11所述的方法，其中，所述激光掺杂过程中的激光能量水平不足以造成所述硅的融化。
14.根据权利要求7或8所述的方法，其中，用于间断地加热所述半导体材料的前表面上的点的激光的较高能量水平的脉冲的重复率和功率被调整以形成孔，所述孔在所述孔的周边处具有硅的悬垂区域或凸缘，使得在下方形成所述悬垂部的后续镀覆的金属变成将所述金属键入所述硅表面的倒钩。
15.根据权利要求7或8所述的方法，其中，在执行所述硅的激光掺杂的同时形成隔离的孔或凹槽，并且随后，使用利用较低能量输出的激光的激光加热步骤来熔化围绕所述孔的硅区域，以产生硅的悬垂区域或凸缘，从而在下方形成悬垂部的后续镀覆的金属变成将所述金属键入所述硅表面的倒钩。
16.根据权利要求7至15中任一项所述的方法，其中，在激光掺杂线的端点处提供键固定，金属指针终止在所述端点处，由此相对于非键固定点处的粘附力而增加了上述端点处的粘附力。
17.根据权利要求7至16中任一项所述的方法，其中，沿着激光掺杂线周期性地提供键固定，以提供相对于非键固定点处的粘附力而改进的金属粘附力的隔离位置。
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| AU2009900923 | 2009-03-03 | ||
| AU2009900923A AU2009900923A0 (en) | 2009-03-03 | Improved metal adhesion | |
| PCT/AU2010/000215 WO2010099564A1 (en) | 2009-03-03 | 2010-02-24 | Improved metal adhesion |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN102341917A true CN102341917A (zh) | 2012-02-01 |
| CN102341917B CN102341917B (zh) | 2015-09-30 |
Family
ID=42709137
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201080010328.1A Expired - Fee Related CN102341917B (zh) | 2009-03-03 | 2010-02-24 | 改进的金属粘附 |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US9613814B2 (zh) |
| EP (1) | EP2404327B1 (zh) |
| KR (1) | KR101703205B1 (zh) |
| CN (1) | CN102341917B (zh) |
| AU (1) | AU2010220806B2 (zh) |
| WO (1) | WO2010099564A1 (zh) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20130000715A1 (en) * | 2011-03-28 | 2013-01-03 | Solexel, Inc. | Active backplane for thin silicon solar cells |
| KR20120064364A (ko) * | 2010-12-09 | 2012-06-19 | 삼성전자주식회사 | 태양 전지의 제조 방법 |
| DE102011102270A1 (de) * | 2011-05-23 | 2012-11-29 | Universität Stuttgart | Verfahren und Vorrichtung zur Ablation von Schichten von Halbleitersubstraten, sowie zur Nachbehandlung |
| DE102017217713B4 (de) | 2017-10-05 | 2022-12-01 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Verfahren zur Herstellung elektrischer Kontakte auf einer Solarzelle und Solarzelle |
| CN112763486B (zh) * | 2020-11-30 | 2022-05-10 | 成都飞机工业（集团）有限责任公司 | 一种基于线激光扫描的复材壁板阵列孔检测方法 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5081049A (en) * | 1988-07-18 | 1992-01-14 | Unisearch Limited | Sculpted solar cell surfaces |
| EP0567764A1 (de) * | 1992-04-28 | 1993-11-03 | SIEMENS SOLAR GmbH | Halbleiterkörper mit gut haftender Metallisierung |
| US5882435A (en) * | 1993-09-30 | 1999-03-16 | Siemens Solar Gmbh | Process for the metal coating of solar cells made of crystalline silicon |
| US6162658A (en) * | 1996-10-14 | 2000-12-19 | Unisearch Limited | Metallization of buried contact solar cells |
| US6429037B1 (en) * | 1998-06-29 | 2002-08-06 | Unisearch Limited | Self aligning method for forming a selective emitter and metallization in a solar cell |
| CN101336465A (zh) * | 2005-11-24 | 2008-12-31 | 新南创新私人有限公司 | 小面积丝网印刷金属接点结构及方法 |
Family Cites Families (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4352948A (en) * | 1979-09-07 | 1982-10-05 | Massachusetts Institute Of Technology | High-intensity solid-state solar-cell device |
| DE3919693A1 (de) | 1988-06-17 | 1989-12-21 | Unisearch Ltd | Solarzelle mit ueberhaengender dielektrischer schicht und verfahren zu ihrer herstellung |
| US20020068385A1 (en) * | 2000-12-01 | 2002-06-06 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. | Method for forming anchored bond pads in semiconductor devices and devices formed |
| DE102004013833B4 (de) * | 2003-03-17 | 2010-12-02 | Kyocera Corp. | Verfahren zur Herstellung eines Solarzellenmoduls |
| EP1730788A1 (en) * | 2004-02-24 | 2006-12-13 | BP Corporation North America Inc. | Process for manufacturing photovoltaic cells |
| EP1958242A4 (en) * | 2005-11-24 | 2010-02-24 | Newsouth Innovations Pty Ltd | PREPARATION OF SOLAR CELLS WITH HIGH EFFICIENCY |
| EP1955363A4 (en) * | 2005-11-24 | 2010-01-06 | Newsouth Innovations Pty Ltd | SCREEN PRINTING METAL CONTACT STRUCTURE WITH SMALL SURFACE CONTENT AND METHOD |
-
2010
- 2010-02-24 AU AU2010220806A patent/AU2010220806B2/en not_active Ceased
- 2010-02-24 CN CN201080010328.1A patent/CN102341917B/zh not_active Expired - Fee Related
- 2010-02-24 US US13/254,631 patent/US9613814B2/en not_active Expired - Fee Related
- 2010-02-24 WO PCT/AU2010/000215 patent/WO2010099564A1/en active Application Filing
- 2010-02-24 EP EP10748222.6A patent/EP2404327B1/en active Active
- 2010-02-24 KR KR1020117023164A patent/KR101703205B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5081049A (en) * | 1988-07-18 | 1992-01-14 | Unisearch Limited | Sculpted solar cell surfaces |
| EP0567764A1 (de) * | 1992-04-28 | 1993-11-03 | SIEMENS SOLAR GmbH | Halbleiterkörper mit gut haftender Metallisierung |
| US5882435A (en) * | 1993-09-30 | 1999-03-16 | Siemens Solar Gmbh | Process for the metal coating of solar cells made of crystalline silicon |
| US6162658A (en) * | 1996-10-14 | 2000-12-19 | Unisearch Limited | Metallization of buried contact solar cells |
| US6429037B1 (en) * | 1998-06-29 | 2002-08-06 | Unisearch Limited | Self aligning method for forming a selective emitter and metallization in a solar cell |
| CN101336465A (zh) * | 2005-11-24 | 2008-12-31 | 新南创新私人有限公司 | 小面积丝网印刷金属接点结构及方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR20120002987A (ko) | 2012-01-09 |
| EP2404327A4 (en) | 2014-12-03 |
| US9613814B2 (en) | 2017-04-04 |
| EP2404327B1 (en) | 2019-07-17 |
| EP2404327A1 (en) | 2012-01-11 |
| AU2010220806B2 (en) | 2015-06-25 |
| US20120132270A1 (en) | 2012-05-31 |
| KR101703205B1 (ko) | 2017-02-06 |
| CN102341917B (zh) | 2015-09-30 |
| AU2010220806A1 (en) | 2011-09-22 |
| WO2010099564A1 (en) | 2010-09-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN102341917A (zh) | 改进的金属粘附 | |
| US8790955B2 (en) | Methods of providing liquid material to selected regions of semiconductor material with textured surfaces | |
| US5591565A (en) | Solar cell with combined metallization and process for producing the same | |
| JP5643294B2 (ja) | 太陽電池内の機能膜の局所的レーザ転化による局所的金属接触子 | |
| KR101384853B1 (ko) | 광기전 태양 전지의 레이저 가공 방법 | |
| KR101289787B1 (ko) | 고효율 박형 결정질 실리콘 태양전지 제조를 위한 레이저 가공방법 | |
| WO2002065573A8 (fr) | Cellule d'electrolyse solide et procede de production de cette derniere | |
| CN106258012B (zh) | 用于光伏器件中的薄膜通孔段的方法 | |
| CN112534589A (zh) | 使用激光束对半导体结构进行局部图案化和金属化 | |
| JP4552770B2 (ja) | 半導体基板への貫通配線の形成方法 | |
| CN100367487C (zh) | 制造具低电阻的含金属层之方法 | |
| CN105338759A (zh) | 一种pcb板的制备方法及pcb板 | |
| JP2017207487A (ja) | 凹んでいる又は隆起した外側要素を備える計時器を製造する方法 | |
| AU663263B2 (en) | Structure for use in producing semiconductor devices with buried contacts and method for its preparation | |
| CN201508853U (zh) | 半导体承载结构 | |
| Mai et al. | The development of the advanced semiconductor finger solar cell | |
| JPS6373643A (ja) | 半導体装置の製造方法 | |
| CN1806476B (zh) | 电子部件的制造方法和电子部件 | |
| WO2001021294A3 (en) | Pattern dependent surface profile evolution of electrochemically deposited metal | |
| CN111430296A (zh) | 一种通孔的激光加工方法 | |
| KR20180053924A (ko) | 태양전지 및 이의 제조방법 | |
| TW202102450A (zh) | 玻璃基板之穿孔製作方法 | |
| TW375808B (en) | Process for fabricating copper metal interconnection | |
| KR20060054858A (ko) | 전주에 의한 표면요철 형성 박막의 제조방법과 그에 의한요철박막 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20150930 Termination date: 20210224 |
|
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |