CN102683480A - 光伏器件的金属触头形成和窗口蚀刻停止 - Google Patents
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Abstract
本发明的实施方案通常涉及光伏器件，且更具体地，涉及布置在光伏器件上的金属触头以及用于形成这样的金属触头的制造工艺。在一个方面，用于在光伏器件上的触头图案化的方法包括提供包括前接触层和在所述前接触层下面的窗口层的半导体结构，其中所述窗口层还充当蚀刻停止层。至少一个金属层沉积在所述前接触层上，且抗蚀剂涂敷在所述至少一个金属层的部分上。所述至少一个金属层和所述前接触层被蚀穿以实现期望的金属化。
Description
发明背景
发明领域
本发明的实施方案通常涉及光伏器件例如太阳能电池，以及用于制造这样的光伏器件的方法。
相关技术的描述
在引入太阳能电池中的问题是生产电池的当前高成本。这个增加的成本的一个原因是金属触头形成的方式。在太阳能电池上形成触头的当前生产方法可包括在太阳能电池的吸收层上形成窗口层以及在窗口层上形成接触层。前金属触头期望在接触层上形成，但蚀刻这样的金属触头需要也可潜在地蚀刻到下面的窗口层中的化学蚀刻剂，该窗口层具有需要相对精确地被控制的厚度。因此，不同的方法一般用于形成金属触头。
例如，可使用提离工艺，其中金属层通过使用图案化工艺来蚀刻到前金属触头中，图案化工艺将不在下面的层中蚀刻。在该工艺中，抗蚀剂或牺牲层沉积在接触层上，抗蚀剂层被图案化到期望金属触头图案的反面，金属沉积在抗蚀剂部分之间的接触层的被暴露部分上，且抗蚀剂层被洗掉。接着，执行单独的湿化学蚀刻步骤，以除去在金属层触头之间的区域中的接触层的被暴露部分，其中可在将不侵袭窗口层的接触层上使用化学蚀刻剂。
然而，提离工艺的问题是，这些工艺往往昂贵且比其它工艺缓慢，因此不适合于大的和高产量的生产工艺。此外，当使用提离工艺时，将金属触头制造得与对一些类型的光伏器件所期望的一样厚可能不是可能的。
因此，需要用于在光伏器件中形成金属触头的增加效率和生产兼容的方法。
发明概述
本发明的实施方案涉及布置在光伏器件上的金属触头，且涉及用于形成这样的金属触头的制造工艺。
在一个实施方案中，用于在光伏器件上的触头图案化的方法包括提供包括前接触层和在前接触层下面的窗口层的半导体结构，其中窗口层还充当蚀刻停止层。至少一个金属层沉积在前接触层上，且抗蚀剂涂敷在所述至少一个金属层的部分上。所述至少一个金属层和前接触层被蚀穿以实现期望的金属化。
在另一实施方案中，用于图案化光伏器件上的一个或多个金属触头的方法包括提供半导体结构，半导体结构包括前接触层和在前接触层下面的窗口层，其中窗口层还充当蚀刻停止层。至少一个金属层使用溅射或蒸发工艺沉积在前接触层上，且抗蚀剂涂敷在金属层的部分上。金属层的未被抗蚀剂覆盖的一个或多个区域被电镀以形成一个或多个金属触头。抗蚀剂被除去，且金属层和前接触层都在金属层的未被所述一个或多个金属触头覆盖的区域中被蚀刻。
在另一实施方案中，光伏器件包括：至少一个半导体层；窗口层，其沉积在所述至少一个半导体层上，其中窗口层包括在蚀刻过程期间抵抗蚀刻剂的蚀刻停止材料；前接触层，其沉积在窗口层上并被蚀刻在金属化图案中；以及至少一个金属触头，其沉积在前接触层上。在金属化图案中蚀刻的金属触头至少5μm厚。
附图简述
图1是根据本文所述的一个实施方案的半导体结构的横截面视图；
图2示出沉积有金属层的图1的半导体结构的横截面视图；
图3示出涂覆并图案化了抗蚀剂的图2的半导体结构的横截面视图；
图4示出蚀刻有金属层和接触层的图3的半导体结构的横截面视图；
图5示出除去了抗蚀剂的图4的半导体结构的横截面视图；
图6是说明根据本文公开的一些实施方案的用于形成金属触头的方法的流程图；
图7示出涂覆了抗蚀剂的根据本文描述的另一实施方案的半导体结构的横截面视图；
图8示出图7的半导体结构的横截面视图，其中电镀应用于该结构；
图9示出在除去了抗蚀剂之后的图8的半导体结构的横截面视图；
图10示出在蚀刻了金属层和接触层之后的图9的半导体结构的横截面视图；
图11是说明根据本文公开的其它实施方案的用于形成金属触头的方法的流程图。
详细描述
本发明的实施方案通常涉及光伏器件和工艺，且更具体地涉及光伏电池、在光伏电池上形成的金属触头、以及用于形成这样的光伏电池和金属触头的制造工艺。下面的描述被提出以使本领域的普通技术人员能够制造并使用本发明，并在专利申请及其要求的背景下被提供。对优选实施方案的各种修改以及本文所述的一般原理和特征对本领域技术人员将是容易明显的。因此，本发明并没有被规定为限于所示的实施方案，而应符合与本文所述的原理和特征一致的最宽范围。
本文所述的金属触头形成的实施方案提供了金属层和接触层的蚀刻，同时在半导体结构中使用蚀刻停止层，其防止进一步蚀刻到器件中。这允许在一个步骤中以一个蚀刻化学性质图案化前金属层并蚀刻接触层，其中蚀刻在需要的地方被停止。这样的创新可允许与常规太阳能制造工艺比较在形成光伏器件时更大的效率和灵活性。
在半导体器件实施方案的描述中提到了掺杂浓度。在本文中，“掺杂浓度”指材料中的活性掺杂剂的浓度，即，多数载流子浓度。
图1示出光伏器件10的一部分的横截面视图，光伏器件10在所述实施方案中包括基于砷化镓(GaA)的半导体结构12。结构12可使用各种层和材料形成。例如，在一些实施方案中，基于砷化镓的结构12可包括包含沉积在p型膜堆栈上的n掺杂砷化镓材料的n型膜堆栈，p型膜堆栈包含p掺杂砷化镓材料。n型膜堆栈和p型膜堆栈的每个独立地包含多层变化成分的材料。n型膜堆栈可面对正面，而p型膜堆栈在结构的背面上。在其它实施方案中，p型膜堆栈可面对正面，而n型膜堆栈面对背面。
在一个例子中，包含变化的成分的多层外延材料沉积在光伏器件10内。不同层的外延材料可生长或另外通过沉积工艺例如化学气相沉积(CVD)工艺、金属有机CVD(MOCVD)或分子束外延(MBE)工艺形成。这些层可由III-V族材料制成，并且是外延地生长的层的薄膜。在一些实施方案中，形成器件10的工艺包括在处理系统内将晶片加热到大约550℃或更大(或其它范围)的沉积温度，使晶片暴露于包含化学前驱体例如用于砷化镓沉积工艺的镓前驱体气体和胂的沉积气体，以及将包含砷化镓的层沉积在晶片上。
在图1所示的例子中，可形成包括外延提离(ELO)工艺或其它工艺的使用的半导体结构12。一旦分离，图1所示的结构12就可进一步被处理，以形成各种光伏器件，包括光伏电池和模块。其它实施方案可使用其它工艺来形成图1所示的结构12。
在一些实施方案中，半导体结构12可包括相邻的层，例如任选的半导体前接触层20、磷化物前窗口层22、多个器件层23、金属背接触和反射层28、粘合层30和衬背32。例如，在一个实施方案中，n型膜堆栈可包括n型接触层20、磷化物前窗口层22和相邻于前窗口22而形成的n型吸收层24。p型膜堆栈可包括p型发射层26以及相邻于p型发射层26而形成的金属接触和反射层28。在其它实施方案中，n型和p型堆栈可以是分别p型和n型的。
光学接触层20可包含III-V族材料，例如砷化镓，取决于最终光伏单元的期望组成。在一些实施方案中，接触层20可以是重掺杂的，例如n掺杂的，并在一些实施方案中可掺杂有掺杂物例如硅(Si)、硒(Se)或碲(Te)。例如，掺杂浓度可以在大于大约1×1018cm-3例如大于1×1019cm-3的范围内，例如从大于大约1×1018cm-3到大约1×1019cm-3。一些实施方案提供具有砷化镓的掺杂浓度为5×1018或更大的接触层。接触层20可在大约10nm或更大例如大约50nm的厚度处形成。在一些实施方案中，接触层20可在使结构12与生长晶片分离的ELO工艺之前形成，或在这样的ELO工艺之后的稍后阶段形成。
也称为钝化层的磷化物前窗口22可相邻于接触层22而形成。在一些实施方案中，窗口22由磷化铝铟镓(AlGaInP)、其合金、其衍生物或其组合制成。例如，一个实施方案可使用以Al0.3Ga0.22In0.48P的摩尔比的AlGaInP。一些实施方案可通常使用AlxGayIn1-x-yP的摩尔比。在其它实施方案中，可使用不同的磷化物材料，例如磷化铝铟(AlInP)、其合金、其衍生物或其组合。例如，一个实施方案可使用以Al0.52In0.48P的摩尔比的AlInP。这些材料可提供高的带隙钝化。
在本文描述的实施方案中，前窗口22在制造结构的工艺中用作蚀刻停止层，且在成品器件10的操作期间用作窗口层。这在下面更详细地被描述。
在一些实施方案中，前窗口层22的材料可被掺杂。例如，在窗口22是n掺杂的一些实施方案中，掺杂浓度可以在大于大约1×1018cm-3例如大于3×1018cm-3的范围内，例如从大于大约1×1018cm-3到大约1×1019cm-3。在其它实施方案中，前窗口层22的材料可以是非掺杂的。前窗口22可被沉积为具有在从大约5nm到大约75nm的范围内的厚度。例如，在使用Al0.3Ga0.22In0.48P的实施方案中，可沉积大约20-35nm的厚度，而在使用Al0.52In0.48P的实施方案中，可沉积大约15-30nm的厚度。可根据前窗口22的掺杂、摩尔比和所期望的钝化使用其它厚度。前窗口22可以是透明的，以允许入射光的光子穿过基于砷化镓的结构12的正面上的前窗口22到达其它下面的层。
在一些实施方案中，前窗口层22可包含多个窗口层。例如，第一最外窗口层(例如，最接近于结构12的正面的窗口层)可包含如上所述的磷化物材料，而第二窗口层可相邻于器件层23而沉积。在一些实施方案中，第二窗口层可包含与第一窗口层中的磷化物不同的成分的磷化物。例如，第一窗口层可包含Al0.52In0.48P，而下面的第二窗口层可包含Al0.3Ga0.22In0.48P。在一些实施方案中，第二窗口层的较低铝含量是有用的，因为对在形成结构12的前面ELO工艺中的蚀刻更有抵抗力。
在一些实施方案中，第二窗口层可包含任何适当的材料，例如铝镓砷，并可以是掺杂的或非掺杂的。一些实施方案可提供三个或更多窗口层，和/或可提供具有连续地从一种材料分级到另一种的材料的窗口层。此外，最外窗口层可在抗反射涂层被涂敷(未示出)之前被粗糙化或纹理化。
器件层23可相邻于前窗口22而形成。例如，器件层23可包括吸收层24和发射层26。一些实施方案可提供相邻于(或较接近于)前窗口22的吸收层24以及在(或较远离)前窗口22下面的发射层26，而其它实施方案可提供相邻于(或较接近于)前窗口22的发射层。
在一些实施方案中，吸收层24可包含III-V族化合物半导体，例如砷化镓。一些实施方案可提供单晶的吸收层24。吸收层24可例如具有一种类型的掺杂，例如n掺杂。在一些实施方案中，吸收层24的厚度可以在从大约300nm到大约3,500nm的范围内，例如800nm或更小。吸收层可以在一些实施方案中是n型的，而在其它实施方案中是p型的。
在一些实施方案中也称为背窗口的发射层26可相邻于吸收层24而形成。如果吸收层是n掺杂的，发射层26可例如是p掺杂的，反之亦然。发射层26可包含用于形成形成与吸收层24的p-n结的III-V族化合物半导体。发射层26可以是单晶的和/或可以是重掺杂的。发射层26的厚度可以在从大约100nm到大约500nm的范围内。
额外的层(未示出)可包括在器件层23中，例如在吸收层24和发射层26之间，或相邻于层24和26的任一个。例如，中间层可设置在层24和26之间。此外，半导体背接触层27可设置在器件层23的底部并相邻于层28。例如，这样的半导体背接触层可由非金属III-V组化合物半导体例如砷化镓制成。例如，在一个例子中，半导体背接触层27可通常是单晶的和p掺杂的，而对于一些实施方案，背接触层27的掺杂浓度可以大于1×1018cm-3。在一个例子中，层27的接触部分可具有在从大约10nm到大约100nm的范围内的厚度。任选地，金属背接触和反射层28可相邻于器件层23而形成。在一些实施方案中，金属背接触材料包括反射器特征。
在一些实施方案中，粘合层30可相邻于金属背接触和反射层28而形成。粘合层30提供对结构12的背接触或反射层28的相邻材料的良好粘附，并提供结构12的上层到放置成相邻于粘合层30的衬背32的粘附。
在其它实施方案中，可在上面讨论的层中使用相反类型的掺杂，和/或可使用可提供所述p-n结的材料。此外，在其它实施方案中，这些层可按与上面描述的顺序不同的顺序沉积或形成。
图2示出在一个或多个金属层沉积在图1的结构12上之后的光伏结构12。金属层包含接触材料，其为导电材料，例如金属或金属合金。优选地，包含在金属层内的接触材料在金属沉积工艺本身期间或在成品光伏电池的制造期间利用的随后的工艺步骤的任一个期间不扩散到半导体接触层20之外(例如，之下)。通常，金属层包含多层相同或不同的接触材料。
金属接触材料可具有与接触层20的欧姆接触，以允许器件10中的电流在正向和反向偏压中随着电压线性地按比例调节。在一些实施方案中，金属层可具有3×10-3Ω-cm2或更小的特定接触电阻。在一些实施方案中，半导体接触层20是高度掺杂的，例如在大约5×1018到大约1×1019cm-3的掺杂浓度。在其它实施方案中，可在接触层20中提供较低的掺杂物浓度，且退火可用于提供在金属层和接触层20之间的欧姆接触。
在图2的例子中，金属层包括包含镍(Ni)的粘合金属层40和包含铜(Cu)的导电金属层42。在一些实施方案中，镍层40是使用诸如溅射或蒸发的技术沉积在接触层20上的敷层。铜层42于是为再次使用诸如溅射或蒸发的技术沉积在镍层40上的敷层。在一个例子中，镍层具有3到10nm的厚度，而铜层具有70到100nm的厚度。在其它实施方案中可使用其它厚度。导电金属层的厚度可基于正被制造的电池的尺寸而变化。例如，导电金属层可形成到大约5μm或更大的厚度(而没有如下所述的电镀)。在一些实施方案中，可使用铜和镍的合金。在导电金属层42包含具有小于期望粘附力的材料的实施方案中，粘合金属层可首先被沉积，以允许导电金属层粘附到接触层20。
Ni-Cu金属层40-42在一些实施方案中是有利的，因为它是廉价的，并提供与接触层20中的n+砷化镓的欧姆(隧穿)触头(如果接触层20中的掺杂水平足够高的话)。此外，镍和铜层比很多其它类型的金属相对更容易使用湿蚀刻剂来蚀刻。例如，金属层40-42可用作太阳能电池或其它光伏器件10的前栅格接触。
对金属层可以可选地或额外地使用其它金属。例如，对于导电金属层42可使用高导电金属例如银(Ag)或铝(Al)来代替铜。其它适当的导电接触材料可包括金(Au)、铂(Pt)、其衍生物、其合金或其组合。其它金属可代替镍用于粘合层40，例如钛(Ti)、铬(Cr)、其衍生物、其合金或其组合。其它实施方案可包括三个或更多金属层。在一些实施方案中，其它制造方法可用于沉积金属层40和/或42。
在n掺杂GaAs接触层20的掺杂浓度足够高例如是5×1018cm-3或更大的实施方案中，结构12于是不必被退火以形成在金属层和半导体接触层20之间的欧姆接触；欧姆接触将在没有退火的情况下出现。在其它实施方案中，退火可在结构12上预先形成以形成在金属层和接触层之间的欧姆接触，例如使用钯(Pd)和锗(Ge)(或Pd和Ge的合金)作为层40和/或42。在这样的情况下，退火可在一些实施方案中在金属触头中产生混合材料。这样的材料可具有与组成材料不同的蚀刻特性，以便可能需要对因而形成的层的适当蚀刻剂(和蚀刻停止窗口22的相应停止材料)。
与在以前使用的提离工艺中需要的金属层的有限厚度比较，金属层40和42在使用本文描述的蚀刻过程时可被制造得厚得多。例如，在金属图案化提离工艺中，金属层厚度被蚀刻剂(或牺牲层)厚度限制。蚀刻剂一般为大约2-4μm厚，这将金属层限制到大约3μm厚。相反，使用所述实施方案的蚀刻过程，可能产生厚达5μm或更大的金属触头(且电镀可用于产生甚至更厚的金属触头，如下所述)。较厚的金属层在很多实施方案中是合乎需要的，因为有更小的电阻，电流比在更薄的层中流动得更好。这减小了太阳能电池所产生的电流中的损失。此外，金属接触层越厚，触头就可被制造得越窄，而不改变金属化的总电阻，这在很多应用中是合乎需要的。例如，在太阳能电池应用中，较薄的触头覆盖太阳能电池的较小的表面积，因此引起来自入射光的较小的阴影以及电池的较高电流和性能。
在其它实施方案中，可将金属层40和42制得薄，且可使用另一处理步骤在稍后的时间将金属层制得更薄。例如，可使用电镀，例如电镀顶部金属层42以产生更厚的金属触头。下面关于图7到10更详细地描述了该实施方案。所述实施方案的蚀刻过程在这样的实施方案中帮助提供蚀刻选择性以例如帮助定义薄特征，以及本文所述的其它优点。在一些可选的实施方案中，可在光伏结构12的背面上执行如本文所述的金属接触层蚀刻。
图3示出在抗蚀剂44涂敷到顶表面并被图案化之后的光伏结构12。结构12在一层或多层中涂有抗蚀剂层，例如光致抗蚀剂或干抗蚀剂(例如，抗蚀剂层可包括一层或多层)。例如，在一些实施方案中，抗蚀剂可以是旋涂的S1818或其它光致抗蚀剂，或层状干膜抗蚀剂。如果必要，抗蚀剂44可以被软烘焙，以从抗蚀剂驱走溶剂，提高抗蚀剂到下面的层的粘附，使从涂覆抗蚀剂产生的应力退火，等等。
在结构被涂有抗蚀剂之后，抗蚀剂层在几何上被图案化成期望的金属化图案。例如，在一些实施方案中，可使用光刻术例如通过暴露于辐射如UV辐射经由抗蚀剂掩模来图案化抗蚀剂，抗蚀剂掩模限定抗蚀剂表面的将暴露于辐射并将被覆盖的区域。暴露的抗蚀剂接着使用显影剂例如
被显影或溶解在期望抗蚀剂图案中。如果必要，例如如果使用非化学放大的抗蚀剂，则可以烘焙抗蚀剂，以使剩余的光致抗蚀剂凝固。
在抗蚀剂上使用的图案实现光伏器件12的期望金属接触图案。抗蚀剂留在金属层40-42上需要金属化的地方，即，在金属触头被期望的位置上。
图4示出在金属层和接触层的化学蚀刻发生之后的光伏结构12。抗蚀剂44之间的区域被蚀刻。在一些实施方案中，湿化学蚀刻剂用于除去金属层40和42以及接触层20的区域。例如，在金属层40和42是分别镍和铜的上述实施方案中，可使用蚀刻剂，其为硫酸(H2SO4)、过氧化氢(H2O2)和水(H2O)混合物。例如，在一个实施方案中，蚀刻剂可以是按体积计大约1∶8∶100的比的H2SO4∶H2O2∶H2O，且蚀刻可以在大约一到二(1-2)分钟的持续时间内。该蚀刻剂(或类似的蚀刻剂，包括H2SO4)侵袭和砷化镓层和铝镓砷层，但将被磷化物例如磷化停止蚀刻层22停止，因此下部器件层的任何相当大的进一步蚀刻被防止。这样的蚀刻剂通常不用于蚀刻铜层，但在本文所述的实施方案中对蚀刻金属层并允许磷化窗口层22的蚀刻停止能力是有用的。因此，足够强的化学蚀刻剂可用于在另外的层的最小蚀刻的情况下蚀刻金属层和接触层。用于蚀穿金属层40和42以及接触层20的蚀刻过程不需要如在以前方法中的提离工艺，从而允许更有效的工艺。
图5示出在除去了抗蚀剂44之后的光伏结构12。例如，可以在异丙醇的冲洗和使用氮(N2)干燥之后使用丙酮来除去抗蚀剂。在一些实施方案中，可使用氢氧化钠或使用氢氧化钾或另一碱基来除去抗蚀剂44。在除去抗蚀剂之后，可接着如正常一样构造光伏器件12的其余部分。
本文所述的实施方案提供了将用作太阳能电池的蚀刻停止层和钝化/窗口层的一层半导体材料。这允许使用湿化学蚀刻过程并在非常少的蚀刻出现在接触层下面的窗口层中的情况下蚀刻前金属层和下面的接触层，并可在使用提离工艺来图案化金属触头时在执行单独的金属图案化步骤的单个步骤中被执行，与以前的多步骤处理不同。如本文所述的，金属触头的蚀刻允许金属触头的高度精确的尺寸形成，且具有比提离工艺所允许的更大的厚度(和更小的宽度)。
图6是说明如根据本文公开的实施方案所述的用于蚀刻金属触头的方法100。该方法在102开始，且在步骤104中，提供了光伏结构12，其包括一直到顶部半导体接触层的半导体层，如上面参考图1所述的。在步骤106中，一个或多个金属层(例如，层40和42)沉积在接触层上，如上面参考图2所述的。在步骤108中，结构12被涂有抗蚀剂层，且抗蚀剂层被图案化以为金属层提供期望的蚀刻图案，如上面参考图3所述的。
在步骤110中，执行蚀刻过程以在单个步骤中蚀穿金属层并蚀穿接触层，如上面参考图4所述的。蚀刻剂被蚀刻停止层22停止，蚀刻停止层22在一些实施方案中包括磷化物材料。在步骤112中，除去剩余的蚀刻剂，且在步骤114中，器件构造工艺的其余步骤如正常一样继续以在光伏器件中制造半导体结构12。例如，随后的隔离蚀刻步骤可能需要限定电池区域，且其它层例如抗反射涂层可沉积在金属接触层和暴露的窗口层部分上。该过程在116结束。
图7-10示出包括半导体结构150的光伏器件10的另一实施方案，其中结构150包括在金属触头上的额外金属镀层以增加触头的高度。图7示出类似于上面关于图2所述的结构12的结构150，其中导电金属层42沉积在粘合金属层40上，粘合金属层40沉积在包括任选的半导体接触层20、磷化物前窗口层22、器件层23、任选的半导体接触层27、金属背接触和反射层28、粘合层30和衬背32的层上。可以使用与上面对图2中的结构12描述的类似的工艺来制造结构50。
结构150包括抗蚀剂152，其沉积在导电金属层42上。抗蚀剂52可以是首先沉积在一层中并任选地被软烘焙的光致抗蚀剂或干抗蚀剂，类似于上面关于图3所述的抗蚀剂44。在一些实施方案中，抗蚀剂152可沉积在多层不同的抗蚀剂材料中。抗蚀剂152接着基于期望的金属接触几何结构在几何上被图案化。然而，与图3的实施方案不同，抗蚀剂152被图案化为期望金属接触几何结构的反面，使得抗蚀剂留在金属层42上没有金属触头的位置上。例如，在一些实施方案中，可使用光刻术通过抗蚀剂掩模来图案化抗蚀剂，其中暴露的抗蚀剂接着使用显影剂被显影或溶解在期望的抗蚀剂图案中。如果必要，可烘焙抗蚀剂152以使剩余的抗蚀剂凝固。
图8示出在电镀应用于具有如图7所示的抗蚀剂152的结构之后的结构150。金属触头154使用电镀工艺沉积在金属层32的被暴露区域上。例如，结构(或其一部分)可浸没在溶液中，且电流被施加来使金属离子偏置以从阳极(未示出)移动到阴极，阴极是导电金属层42的被暴露部分，因而涂覆那些被暴露部分并进一步在电镀的部分上构造以提供较大的厚度(电镀的触头154也可由于电镀而具有在抗蚀剂152的水平之上的较大厚度，但这与触头宽度尺寸比较通常不是明显的)。触头154可具有比金属层42大得多的厚度；例如，在一些实施方案中，金属触头154可沉积到大约5μm或更大的厚度，例如大约10到12μm。
电镀的金属触头154可包含导电层42包含的相同的导电金属。例如，在导电层42包含铜的实施方案中，电镀的触头154也可包含铜。可选地，触头154可包含与层42和/或40不同的导电金属。在一些实施方案中，多层不同的导电金属可被电镀在层42上。触头154的期望特征类似于如上所述的导电金属42的特征。
使用电镀工艺允许半导体结构150的金属触头比仅使用金属层沉积和蚀刻的上述实施方案中的厚得多。较厚的金属触头允许触头被制得更窄而不增加电阻，这在太阳能电池应用中对增加效率和性能是有利的。
图9示出在使用各种抗蚀剂去除技术的任一种除去了抗蚀剂152之后的结构150。例如，可以在异丙醇的冲洗和使用氮(N2)干燥之后使用丙酮来除去抗蚀剂152。在一些实施方案中，可使用氢氧化钠或使用氢氧化钾或另一碱基来除去抗蚀剂44。
图10示出在金属层和接触层的化学蚀刻发生之后的结构150。在抗蚀剂触头154之间的区域被向下蚀刻到磷化物窗口层22。该蚀刻类似于上面关于图4和结构12描述的蚀刻。例如，在一些实施方案中，湿化学蚀刻剂可用于除去金属层40和42以及接触层20的区域。例如，在例如，在金属层40和42是分别镍和铜的上述实施方案中，可使用蚀刻剂，其为硫酸(H2SO4)、过氧化氢(H2O2)和水(H2O)混合物。例如，在一个实施方案中，蚀刻剂可以是按容积以大约1∶8∶100的比的H2SO4∶H2O2∶H2O，且蚀刻可以在大约一到二(1-2)分钟的持续时间内，或可使用其它化学制品、化学比和蚀刻时间。在一些实施方案中，蚀刻剂可在小的程度上蚀刻电镀的金属触头154，其通常对器件的操作不是重要的。在其它实施方案中，抗蚀剂或保护金属例如金或锡(Sn)可涂敷到电镀的金属触头154，使得蚀刻剂将不侵袭触头154。
因而产生的金属触头包括金属层40和42以及电镀的金属触头154的部分。这提供比使用现有技术可能的厚得多例如10-12μm厚的金属触头。
图11是说明如本文公开的金属触头图案化的另一实施方案的方法200的流程图。该方法在202开始，且在步骤204中，提供了结构12，其包括一直到顶部半导体接触层的半导体层，如上面参考图1和7所述的。在步骤206中，一个或多个金属层(例如，层40和42)沉积在接触层上，如上面参考图2所述的。在步骤208中，结构12被涂有抗蚀剂152，且抗蚀剂被图案化用于电镀金属触头，如上面参考图7所述的。
在步骤210中，在抗蚀剂152外部的顶部金属层42的被暴露区域被电镀以提供较大厚度的金属触头，如上面关于图8所述的。在步骤212中，如上面参考图9所述的除去抗蚀剂152。在步骤214中，执行蚀刻过程以在单个步骤中蚀穿金属层40和42并蚀穿接触层20，如上面参考图10所述的。在步骤216中，器件构造工艺的其余步骤如正常一样继续以在光伏器件中制造半导体结构12。例如，随后的隔离蚀刻步骤可能需要限定电池区域，且其它层例如抗反射涂层可沉积在金属接触层和暴露的窗口层部分上。该过程在218结束。
虽然根据所示实施方案描述了本发明，本领域的普通技术人员将容易认识到，可能有对实施方案的变更，且那些变更将在本发明的精神和范围内。因此，本领域的普通技术人员可进行很多修改，而不偏离所附权利要求的精神和范围。
Claims (15)
1.一种用于在光伏器件上的接触图案化的方法，所述方法包括：
提供半导体结构，所述半导体结构包括前接触层和在所述前接触层下面的窗口层，其中所述窗口层还充当蚀刻停止层；
将至少一个金属层沉积在所述前接触层上；
将抗蚀剂涂敷在所述至少一个金属层的部分上；以及
蚀穿所述至少一个金属层和所述前接触层以实现期望的金属化。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述至少一个金属层包括镍和铜。
3.如权利要求1所述的方法，其中所述至少一个金属层包括沉积在所述前接触层上的镍层和沉积在所述镍层上的铜层。
4.如权利要求1所述的方法，其中所述窗口层包括磷化物。
5.如权利要求4所述的方法，其中所述磷化物包括AlGaInP和AlInP的至少一个。
6.如权利要求1所述的方法，其中沉积包括将接触金属化沉积在所述前接触层上的敷层。
7.如权利要求1所述的方法，其中提供抗蚀剂包括通过将抗蚀剂留在期望金属化的位置上来光刻地图案化所述至少一个金属层。
8.如权利要求1所述的方法，其中所述前接触层是重掺杂的砷化镓(GaAs)接触层。
9.如权利要求1所述的方法，其中所述蚀穿所述至少一个金属层和所述前接触层包括使用湿蚀刻剂。
10.如权利要求9所述的方法，其中所述湿蚀刻剂包括硫酸(H2SO4)。
11.如权利要求1所述的方法，还包括：
电镀尚未覆盖有所述抗蚀剂的所述至少一个金属层的至少一个区域，以形成一个或多个金属触头；以及
在所述蚀刻之前除去所述抗蚀剂，
其中蚀穿所述至少一个金属层和所述前接触层在尚未覆盖有所述一个或多个金属触头的所述至少一个金属层的区域中执行。
12.如权利要求11所述的方法，其中所述金属触头包括铜。
13.如权利要求12所述的方法，其中所述一个或多个金属触头至少5μm厚。
14.一种光伏器件，包括：
至少一个半导体层；
窗口层，其沉积在所述至少一个半导体层上，其中所述窗口层包括在蚀刻过程期间抵抗蚀刻剂的蚀刻停止材料；
前接触层，其沉积在所述窗口层上并蚀刻在金属化图案中；以及
至少一个金属触头，其沉积在所述前接触层上，其中所述至少一个金属触头蚀刻在所述金属化图案中且至少5μm厚。
15.如权利要求14所述的光伏器件，其中所述至少一个金属层包括镍和铜，且其中在所述窗口层中的所述蚀刻停止材料包括磷化物。
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