CN102947942A - 制造光伏太阳能电池的金属接触结构的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种制造光伏太阳能电池的金属接触结构的方法，包括下述方法步骤：将非导电性绝缘层涂敷于半导体衬底表面上；将金属接触层涂敷于所述绝缘层上；并在半导体衬底和恰好穿过所述绝缘层的接触层之间产生多个局部的导电性连接。所述金属接触层用两种包含金属颗粒的浆料形成：将包含金属颗粒的第一浆料涂敷至多个局部区域；并将包含金属颗粒的第二浆料以平面方式涂敷，以至少覆盖被所述第一浆料覆盖的区域以及至少部分位于其间的区域。作为全面加热半导体衬底的结果，所述第一浆料渗入所述绝缘层，并直接与半导体衬底形成导电性接触；然而所述第二浆料不渗入绝缘层，并仅通过所述第一浆料间接地与所述半导体衬底导电性连接。
Description
技术领域
本发明涉及根据权利要求1的前序部分所述的、用于制造光伏太阳能电池的金属接触结构的方法。
背景技术
光伏太阳能电池描述了一种平面式的半导体元件，在该半导体元件中，借助入射的电磁辐射，实现生成电子空穴对，并且在至少一个PN结上进行电荷载体的分离，由此在太阳能电池的至少两个电接触之间产生电势差，并且通过与这些电接触相连接的外部电路能够获取太阳能电池的电功率。
由此，电荷载体通过金属接触结构被聚集，以便能够通过这些接触结构在一个或多个接触点上的接触而将电荷载体输入外部电路中。
在所述金属接触结构的构造方面存在相互竞争的要求：一方面，半导体衬底中的电荷载体至最近的、具有金属接触结构的接触点的平均路径长度应该较小，以使得因半导体内部的线路电阻所引起的欧姆损耗保持为较小。另一方面，在金属接触结构和半导体衬底之间的接触表面应该较小，因为与半导体衬底电钝化的表面相比，在该接触表面上存在较高的复合率。
特别是在太阳能电池中，借助于被设置在背侧上的金属接触层，通常进行基极的电接触，被设置在背侧上的金属接触层导电性地与半导体衬底相连接，在所述太阳能电池中构成发射极，并且由此也在所述太阳能电池的前侧上或在前侧的范围中构成用于分离所生成的电荷载体对的PN结，构成所述太阳能电池的前侧是为了光线的进入。由此，为了实现较高的效率，有效的背侧钝化、也就是说，对于少数电荷载体而言实现较低的表面复合速率(特别是在半导体衬底背侧表面的区域中)以及构成与低接触电阻的电接触就很重要。
因此，太阳能电池的结构是已知的，在该结构中，半导体衬底的背侧基本整面地覆盖有被构成为氮化硅层、硅氧化层或氧化铝层的或者层系统的钝化层或者绝缘层，由此实现较低的表面复合速率。仅在点接触上开启点状或小面积线状的钝化层，并且存在一个到金属化接触层的导电性连接，此金属接触层被设置在钝化层上。其中，分散式接触的总面积要明显小于太阳能电池背侧的面积。这种太阳能电池结构例如是PERL-结构(被钝化的发射极，背面局部被去除)，如在J.Benick，B.Hoex，G Dingemans，A.Richter，M.Hermle，and S.W.Glunz″High-efficiency n-type silicon solar cells with front side boron emitter，ClinProceedings of the 24th European Photovoltaic Solar Energy Conference (Ham-25burg，Germany)，2009和在Zhao et al.，Proc.of the 21st IEEE PVSC，333(1990)中所述。这种结构为达到高的效率提供了背侧的接触，在制造中需要额外的光刻步骤，由此要在工业上实现太阳能电池的这种结构，并不实际或者至少成本是非常高的。
发明内容
因此，本发明的根本目的在于提供一种用于制造光伏太阳能电池的金属接触结构的方法，该方法能够以低成本在工业上得以实现，并且通过将大面积被钝化的区域与局部的接触区域组合成金属的接触结构，同时能够实现较高的效率。
上述目的通过根据权利要求1所述的方法得以实现。依照本发明的方法的优选实施例详见权利要求2至18。
依照本发明的用于制造光伏太阳能电池的金属接触结构的方法包括如下方法步骤：
在方法步骤A中，将非导电性的绝缘层涂敷到半导体衬底的表面上，需要时，涂敷到覆盖该表面的一个或多个中间层上。
在方法步骤B中，将金属接触层涂敷到绝缘层上，可选地涂敷到覆盖所述绝缘层的一个或多个中间层上。此外，在半导体衬底和接触层之间产生一个或多个穿过所述绝缘层的局部的导电性连接，并且可选地产生进一步一个或多个穿过位于接触层和半导体衬底间的中间层的导电性连接。
因此，方法步骤A和方法步骤B的结果是，半导体衬底表面继续穿过绝缘层，一方面相对于金属接触层电绝缘，并且另一方面鉴于复合活性被钝化，同时仅在多个局部区域上存在有在半导体衬底和接触层之间穿过绝缘层的导电性连接。
实质上，在方法步骤B中设置金属接触层，方法步骤B包括如下方法步骤：
在方法步骤B1中，将包含金属颗粒的第一浆料涂敷在多个局部区域上。即那些在其上需要与半导体衬底产生导电性连接的局部区域。
在方法步骤B2中，涂敷包含金属颗粒的第二浆料，使其平整地至少覆盖由第一浆料所覆盖的区域，以及至少部分地覆盖在其之间的区域。借助第二浆料而构成的层因此会覆盖第一浆料在方法步骤B1中所涂敷的区域以及至少部分地覆盖在其之间的区域。
在方法步骤B3中，在温度步骤中对半导体衬底进行整体加热。
按如下方式配置第一浆料和第二浆料以及方法步骤B1之后的温度步骤，即第一浆料渗入绝缘层并且直接与半导体衬底形成导电性接触，而第二浆料不渗入绝缘层。由第二浆料所构成的金属层因此仅间接地通过第一浆料或由第一浆料形成的金属结构与半导体衬底导电性地连接。
因此，通过依照本发明的方法，首次能够以一种简单的、在工业上可低成本实现的方式来实现电接触，特别是太阳能电池背侧的电接触，所述背侧，一方面包括被大面积钝化的区域，并且另一方面包括局部的接触区域。通过使用两种不同的浆料，这两种浆料中仅第一浆料在涂布浆料步骤之后的温度步骤中渗入绝缘层，能够通过低成本的方法实现之前所述的在半导体衬底表面上具有多个局部的接触区域以及大面积被钝化的区域的有利接触结构。
特别是能够借助公知的、在工业上可实现的方法，例如丝网印刷或者喷墨印刷法来进行涂布浆料，这些方法已经用于实现内联法中较高的传输率，进而由此实现低成本的制造过程。
能够使用不同的方法来涂布浆料，如：丝网印刷法、镂空版印刷法(Schablonendruckverfahren)、滴涂法(Dispensen)、喷墨打印法、激光转印法、移印法、凹印法和其它印刷方法和沉积方法。优选紧接着涂浆料过程进行干燥步骤，以使浆料固化。
此外，借助依照本发明的方法来生成金属接触结构，可彻底放弃成本高昂的光刻技术。仅第一浆料必须有针对性地被涂敷在被指定为局部接触的区域中。然而，例如借助上述已知的方法，特别是在丝网印刷法，镂空版印刷法，或者喷墨印刷方法或者滴涂法中，如今已经完全可行。绝缘层和第二浆料能够大面积地并且特别是整面地被涂敷，因此这里不需要任何掩模步骤。
因此迄今在成本高昂的复杂过程中所实现的，用以制造高效太阳能电池的接触结构，通过依照发明的方法，在低成本的工业制造方法中是可实现的。
在方法步骤B3中，优选在快速烧结炉中进行整体加热，作为烧制步骤，在该步骤中，在连续流程中通过烧结炉的热区推进晶片。在此，温度达到1000摄氏度时是有利的，其中优选使用最高温度小于900摄氏度的温度范围。优选非常短暂地实施上述烧制过程，由此晶片仅在烧制炉中停留几分钟，并且仅用几秒钟被加热至所述温度，因此这一过程明显区别于纯粹的干燥过程。
优选按如下方式将包含金属颗粒的第二浆料平整地涂敷在覆盖有第一浆料的区域之间，即第二浆料这样与第一浆料所覆盖的区域相连，即在方法步骤B3之后，一个导电性的连接存在于由第一浆料所产生的结构之间，穿过由第二浆料所产生的结构。在此优选至少两个相邻的、由第一浆料所产生的结构通过由第二浆料所产生的结构被导电性地连接。进一步优选，每个由第一浆料所产生的结构，借助由第二浆料所产生的结构，导电性地与至少另外一个由第一浆料所产生的结构相连。
优选按如下方式平整地涂敷包含金属颗粒的第二浆料，即中间区域的至少30％的面积，优选至少50％的面积被第二浆料覆盖，其中中间区域位于覆盖有第一浆料的区域之间。
优选在方法步骤B2中按如下方式涂敷第二浆料，使其完全覆盖由第一浆料所覆盖的区域以及在其之间的区域。因此，特别是确保了较小的横向线路电阻。同样属于本发明的范畴的是，在其之间的区域仅部分地、例如线状地被第二浆料所覆盖。因此通过第二浆料或者由其所产生的金属结构确保了导电性的连接，其中由于部分覆盖，相对于整面地覆盖其间的区域而言，节省了浆料。同样属于本发明的范畴的是，使用所述接触结构用于构成背接触太阳能电池，如金属电极绕通(MWT)太阳能电池，发射极电极绕通(EWT)太阳能电池或者背结(back junction)太阳能电池。
为了使太阳能电池与外部电流或者模块互连中的其它太阳能电池互相连接，通常借助焊接法将太阳能电池的金属接触结构与金属的电池连接器焊接在一起。然而，金属接触结构通常由于其构成而不适于焊接或仅在满足某些条件的情况下适于焊接，因此通常将所谓的“焊盘”，也就是说，局部金属接触结构，另外涂敷到太阳能电池上，其一方面构成与太阳能电池的金属接触结构导电性的连接，并且另一方面具有良好的可焊接特性。
在依照本发明的方法的一个优选的实施方式中，方法步骤B由此额外地包括一个方法步骤Ba，其中，在方法步骤Ba中，将包含金属颗粒的第三浆料涂敷于至少一个局部的分区上，所述第三浆料按如下方式设置，即所述第三浆料在热作用之后形成可焊接的金属结构。通过这种方式，以低成本且特别是在内联法中可实现的方法额外地构成了焊盘。
另外尤其优选将第三浆料先于第二浆料设置在衬底上，使得第二浆料能够局部地与第三浆料重叠，由此在接下来的烧制步骤中构成了这两种浆料之间非常好的电连接与机械连接。
在一个特别简单的实施方案中，第三浆料与第一浆料完全相同，并且被布置在一个步骤中，例如通过丝网印刷的过程。然后按如下方式设置第二浆料，即之前所生成的焊盘不被覆盖或仅局部地被覆盖，并且由此例如通过焊接或者粘合供之后的太阳能电池的接触使用。
优选按如下方式涂敷第三浆料，与由第二浆料所产生的金属结构和由第一浆料所产生的导电结构中的至少一种导电性地连接。
优选按如下方式设置第三浆料以及方法步骤B1之后的温度步骤，即第三浆料不渗入绝缘层。在所述依照本发明的方法的优选的实施方式中，进一步在方法步骤B1中，将第一浆料至少涂敷到第一组和第二组的局部区域上，其中，在方法步骤B2中涂敷第二浆料，使第二浆料覆盖由第一浆料所覆盖的第一组区域以及在其之间的区域，并且在方法步骤Ba中涂敷第三浆料，使第三浆料覆盖由第一浆料所覆盖的第二组区域以及在其之间的区域。
因此，在这一优选实施方式中，仅通过第一浆料或由其所产生的金属结构来实现渗入绝缘层。由第三浆料所产生的金属结构一方面通过覆盖有第一浆料的第二组局部区域而直接与半导体衬底导电性地相连，并且此外与第二浆料或者由第二浆料所产生的金属结构导电性地相连。
在作为替选方案的优选的实施方式中，按如下方式构成第三浆料，即使其在方法步骤B1之后的温度步骤中渗入绝缘层。因此在所述实施方式中，直接实现由第三浆料所产生的金属接触结构和半导体衬底之间的电接触，其中，在所述实施方式中，由第三浆料所产生的金属结构也与由第二浆料所产生的金属结构导电性地相连。其中，特别优选的是，第一浆料和第二浆料完全相同，并且优选在同一个工艺步骤中、最好是同时被涂敷到半导体衬底上。
优选第二浆料和第三浆料以彼此导电性地相连的方式进行涂敷。其中，属于本发明范畴的是，第二浆料和第三浆料在被涂敷时并不重叠，而是直接彼此邻接。因此得出一个优势，即，一方面基于太阳能电池接触侧上的焊盘，通过较小的高度差构成被限定的区域，并且另一方面，通过彼此相连确保了在第二浆料与第三浆料或者由其形成的金属结构之间的导电性连接保持有较小的欧姆线损。
为了确保在第一浆料和第三浆料或者由其所产生的结构之间稳定的导电性连接，优选使第二浆料和第三浆料以重叠的方式涂敷，优选按如下方式，即第三浆料重叠第二浆料。优选这两种浆料这样重叠地被涂敷，即它们重叠的长度在0.1mm至2mm的范围中。
在依照本发明的方法的另一个优选的实施方式中，第三浆料被涂敷在第二浆料上。因此无疑在接触侧上出现了高度差，由此印刷法的精确性能够具有更高的容许误差，因为被压印有第二浆料和第三浆料的区域不再彼此邻接。
在另一个优选的实施方式中，按如下方式构成第二浆料，即使其不渗入绝缘层，并且在热作用之后或者通过进一步的后续处理形成可焊接的金属结构，或者可通过其它方式中形成电性互连的金属结构，或者在其上方形成这种结构。因此省去了单独生成焊盘。因此在这个优选的实施方式中，整个被平整涂敷的第二浆料或者由其所产生的金属结构适合于可焊接的连接或者替代性的接通技术。第二浆料或者由其所产生的金属结构尤其适于借助导电胶的电接触，如″Fastand easy single step module assembly for back-contacted C-Si solar cells withconductive adhesives″，2003，Bultman，Osaka中所述。
为了实施依照本发明的方法，可使用对于专业人员而言已由丝网印刷法或者喷墨印刷法或者其它用以制造金属接触结构的方法中所公知的、包含金属颗粒的浆料。特别是，对于专业人员而言已知的是，对于给定的绝缘层而言，哪些浆料在预定的温度步骤中实现渗入绝缘层，哪些浆料则不实现。
优选绝缘层被构成为介电层，尤其优选被构造为氮化硅层、氧化硅层、氧化铝层、碳化硅层、二氧化钛层或者所述材料的混合物。同样属于本发明的范畴的是，将绝缘层构成为由多个层组成的层系统。优选所述绝缘层或者用作为绝缘层的层系统所具有的厚度在5nm至500nm之间的范围内，特别是在20nm至250nm之间，进一步优选为在50nm至250nm之间。特别是由氧化铝层和氮化硅层所组成的、总厚度优选为100nm的层系统，或者是由氧化硅层和氮化硅层所组成的、总厚度优选为200nm的层系统，在申请人的测试中被证明为是有利的、特别是鉴于绝缘作用。
优选第一浆料和第二浆料具有如下规格：即第一浆料优选包含在高温步骤中渗入绝缘层的材料。第一浆料尤其优选包含玻璃料，优选达到10％的铅玻璃和/或硼酸铋玻璃，或者纯粹的铅氧化物或铋氧化物。在另一个优选的实施方式中，第一浆料包含一种或多种氧化物，优选由下述基团组成：二氧化锗(GeO2)，五氧化二磷(P2O5)，氧化钠(Na2O)，氧化钾(K2O)，氧化钙(CaO)，三氧化二铝(Al2O3)，氧化镁(MgO)，二氧化钛(TiO2)，氧化锌(ZnO)和氧化硼(B2O3)。
为了促进构成更好的局部背表面区域，优选使用被添加有磷或者其它符合基极掺杂型的元素的第一浆料。如果基极掺杂是P型掺杂，在第一浆料中包含相应的允许P型掺杂的掺杂剂。特别可能包含铝、硼和/或镓。
第二浆料优选不包含或极少量地(优选小于2％)包含上述侵蚀钝化层的物质。第二浆料尤其优选不包含玻璃料或者仅包含比例小于1％的玻璃料。尤其优选使用铝浆料或铜浆料作为第二浆料。铝浆料的特征在于含有高比例的含铝金属颗粒(优选大于50％)。
第三浆料优选具有如下规格：
第三浆料优选所具有的银含量至少为70％，以确保良好的可焊接性。使用被添加有其它可焊接金属的第三浆料，优选锡、金、铜、铁或镍或者其组合，同样属于本发明的范畴。第三浆料中的可焊接金属的总含量优选至少为70％。
如果渗入绝缘层应由第三浆料来完成，则优选使用额外具有添加材料(如对于第一浆料所提到的添加材料)的第三浆料。由此，尤其优选使用额外具有局部高掺杂添加物的第三浆料，所述局部高掺杂添加物匹配基极掺杂型，在N掺杂的情况下优选磷或者其它元素，在P掺杂的情况下优选铝或硼或其它元素。
在另一个优选的实施方式中，在方法步骤B1之后和方法步骤B2之前干燥第一浆料。所述干燥步骤优选包括如下步骤：加热到一定的温度，在所述温度下，所使用的浆料载体材料至少部分地蒸发，优选全部蒸发。在干燥过程中优选加热到一定的温度，所述温度在150摄氏度至300摄氏度之间的温度范围内。
在涂敷第二浆料之前单独干燥第一浆料具有如下优势，即第一浆料被干燥，并且由此在涂敷第二层浆料时第一浆料保持其形状。除此之外，浆料的成分不进行混合，这就避免了连续灼烧作用(die durchfeuernde Wirkung)被削弱。
在依照本发明的方法的一个进一步优选的实施方式中，在方法步骤B1和方法步骤B2之间不进行高温步骤，也就是说，特别是温度不再被加热至高于500摄氏度。
将第一浆料和第二浆料并且也特别优选将第三浆料在同一个温度步骤(temperaturschritt)中处理，由此在方法步骤B3中的这个共同的温度步骤中，实现将全部被涂敷的浆料转化为金属接触结构。因此实现了一种特别简单且低成本的处理过程。
优选至少一种浆料，优选渗入绝缘层的浆料被添加有硅或者硅化合物(优选添加硅)。属于本发明的范畴的是，添加物的含量在0.1％至12％之间，特别是在4％至8％之间。然而优选添加物含量在0.1％至99％之间，进一步优选在8％至80％之间，特别是优选由12％至60％。
添加硅或者硅化合物具有如下优势，即，浆料中所含的金属和硅半导体衬底之间形成的、此外对于电导率具有决定性的合金化过程基本进行了减小损伤，并且因此降低接触点附近的复合。
同样属于本发明的范畴的是，使浆料中的铝硅合金混合。其中，优选使用这样一种浆料，即所述浆料中的铝硅合金至少具有1％的含量，优选至少10％，进一步优选至少25％。其中尤其有利的是，所述浆料所具有的硅的比例在5％至90％的范围内，优选在12％至80％的范围内。使用一种硅的比例在大约12％的低共熔混合物是特别有利的。
混合铝硅合金具有这样的优势，即浆料的熔化温度降低，并且合金化过程更均匀地进行。
在另一个优选的实施方式中，第二浆料和第三浆料的至少一种包含银，优选银的含量至少为70％，特别是在80％至100％的范围中。因此确保了金属结构的可焊接性，此金属结构借助于第二浆料和第三浆料的至少一种而产生。
在另一个优选的实施方式中，第一浆料和第三浆料的至少一种包含待制造的太阳能电池基极掺杂型的掺杂剂。因此在一定区域中实现局部高掺杂，在此区域中，第一浆料或者由其所产生的金属结构处于直接与半导体衬底电接触的状态。通过这样一种基于第一浆料的掺杂剂的局部高掺杂，一方面降低了接触电阻，另一方面分别在金属/半导体表面的接触面上降低了复合速率，并且因此实现了太阳能电池的效率进一步的提高。
此外优选使用含铝浆料作为第一浆料，优选铝含量为70％至100％。因此能够在高温步骤期间将背侧的P型发射极应用在具有N型掺杂的半导体衬底上。在P型半导体上能够形成局部的高掺杂并且由此能够形成P型背表面区域，所述P型背表面区域降低了复合率。
在另一个优选的实施方式中，能够使用添加有硅的铝浆料作为用于电池设计的第一浆料，在此电池设计中，在背侧上至少部分地需要P型发射极。此发射极在高温步骤中产生在被含铝浆料覆盖的后侧位置上。由此，不仅能够整面地进行铝浆料的涂敷，也能够结构化地进行铝浆料的涂敷。
因此，在一个优选的实施方式中，第一浆料和第三浆料的至少一种，至少包含发射极掺杂型的掺杂剂，也就是说，具有与待制造的太阳能电池的基极掺杂型相反的掺杂型。因此，局部发射极被构成在背侧上。
优选在方法步骤B3中，实现在至少5秒的持续时间内将半导体结构整体加热到至少700摄氏度的温度。优选在上述持续时间期间达到至少730摄氏度的温度峰值。
在工业上可以以特别低的成本实现的，依照发明的方法的一个实施方案，由如下方式产生，即借助喷墨印刷法或者气溶胶印刷法来涂敷至少一种浆料、优选所有的浆料。借助喷墨印刷法来涂敷包含金属颗粒的浆料是已公知的，例如Spray and inkjet printing of hybrid nanoparticle-metal-organic inks for Ag and Cumetallizations″，Curtis，2002，Mat.Res.Soc.Symp.Proc.中所述。
依照本发明的方法优选用于制造主要由硅半导体衬底形成的太阳能电池。依照本发明的方法尤其优选用于在太阳能电池的朝向入射光的背侧上构造接触结构。
基极掺杂和由第一浆料所实现的掺杂具有相同的掺杂型(举例来说P型)，在这种情况下，优选通过由第一浆料或由其产生的结构使太阳能电池侧面覆盖率小于50％，尤其优选小于12％，并且优选小于7％。优选第一接触结构的分区的至少一个尺寸小于500um的这种情况，优选小于200um，进一步小于100um，特别是小于50um。所述分区优选被构成为点状或线状，其中，所述结构的至少一个尺寸小于500um，优选小于200um，进一步小于100um，特别是小于50um。优选按如下方式涂敷第一浆料，即在金属化层和半导体之间形成已知的点状、线状和/或梳状的接触面。
当基极掺杂与由第一浆料所能够实现的掺杂相反时，通过第一浆料或由其所产生的结构覆盖大于7％的太阳能电池的侧面，优选大于12％并且进一步优选大于50％。同样优选第一接触结构的分区的至少一个尺寸大于50um的这种情况，优选大于100um，进一步优选大于200um，特别是大于500um。所述分区优选被构造为点状或线状，其中，所述结构的至少一个尺寸大于50um，优选大于100um，进一步大于200um，特别是大于500um。
优选使用硅晶片作为半导体衬底，特别是具有基极掺杂的硅晶片，其与在0.1欧姆厘米到10欧姆厘米范围中的基极电阻相匹配，优选基极电阻在1欧姆厘米至5欧姆厘米的范围内。此外优选使用厚度小于250um、优选小于170um、优选小于100um的半导体衬底。
附图说明
在下文中基于附图和附图说明阐述其它优选的实施方式和有利的特征。其中：
图1为太阳能电池的局部截面图，借助于依照发明的方法的第一实施例，生成此太阳能电池背侧的金属接触结构，并且此金属接触结构具有焊盘，所述焊盘不渗入绝缘层；
图2为太阳能电池的局部截面图，借助依照本发明的方法的第二种实施例，制造所述太阳能电池背侧的金属化接触结构，在所述金属接触结构中，焊盘不渗入绝缘层；以及
图3为太阳能电池的局部截面图，借助依照本发明的方法的第三实施例，在此太阳能电池中，形成背侧的金属接触结构，在所述第三实施例中，将整个平面式地在背侧上生成的金属层构成为焊盘。
具体实施方式
在图1至图3中分别示出了每一个由被构造为硅晶片的半导体衬底1所制成的太阳能电池的局部截面图。所述太阳能电池向左右方延伸。特别是所述太阳能电池具有大量的局部电接触区域，其中，为便于图1至图3中更好的示出，仅示出了其中一些区域。此外如果不描述在上述太阳能电池前侧上的结构和掺杂，则这里在图1和图3中，常规的太阳能电池结构，特别是常规的发射极的设置，和发射极所接触的金属的发射极接触结构，以及钝化层，入射光所优化的纹理和防反射涂层，是可以考虑的。
在图1至图3中，以同样的标注标示同样的元件。
半导体衬底1是基极掺杂约为2.7欧姆厘米的P掺杂硅晶片。
图1中所示的金属接触结构已经借助依照本发明的方法的第一实施例被生成，包括下列方法步骤：
在方法步骤A中，涂敷具有250nm厚度的氧化硅层2，并且在进一步的处理步骤中通过蚀刻使其厚度降至100nm。对于氧化，使用下列参数：在水蒸气环境中(分压力约90％-100％)在900摄氏度的温度条件下进行热氧化15分钟。
接着在方法步骤B1中，首先涂敷多个包含金属颗粒的第一浆料的局部区域，其中在图1中示范性地标出两个区域3a和3b。
其中，局部区域3a属于第一组局部区域，而局部区域3b属于第二组局部区域。第一浆料被涂敷在绝缘层上的局部区域3a、3b上。接着在方法步骤B2中，第二浆料按如下方式被涂敷在区域4a和4b中，即第二浆料覆盖第一组，此第一组为被覆盖有第一浆料3a的第一组区域，以及覆盖在其之间的区域。
此外，在方法步骤Ba中，将第三包含金属颗粒的浆料涂敷在区域5中，由此使第二浆料和第三浆料彼此邻接并且具有电连接。为了更好的电连接和机械连接，所述浆料也能够相互重叠。
在方法步骤B3中的同一个温度步骤中，进行温度步骤中的整体加热。以如下参数在连续式炉中实施所述温度步骤：10秒内加热至500摄氏度，在该温度下持续10秒。进一步在5秒内加热至800摄氏度，在15秒至25秒内冷却至室温。
在所述温度步骤中，一方面，实现由第一浆料、第二浆料和第三浆料所组成的金属结构的构成，其中仅第一浆料被构成为渗入绝缘层2。这通过如下方式来实现，即第一浆料包含含量在1％至5％之间的铅玻璃料，第二浆料和第三浆料与之相反，不包含铅玻璃料。同样可使用含量不足以实现渗入或者铅玻璃料的类型不合适的第二浆料和第三浆料。
因此，在执行方法步骤B3之后，如图1中所示，结果在第一浆料或者由其所产生的金属结构(在局部区域3a、3b中)之间形成直接的导电性连接，与之相反，第二浆料和第三浆料或者由其所产生的金属结构仅间接地通过第一浆料或者由其所产生的金属结构与半导体衬底导电性地相连。在本实施例中，也因此将第一浆料的局部结构设置在设置有第三浆料的区域的下方。
第三浆料所具有银的含量大约为90％，由此提供了良好的可焊接性，第三浆料或者由其所产生的金属结构因此作用为焊盘。
在依照本发明的方法的第二种实施例中，按如下方式构成第三浆料，即其在方法步骤B3中所执行的温度步骤中同样渗入绝缘层2。由此在本实施例中，不需要用第一浆料压印涂敷有第三浆料的区域5中的局部区域。其余的方法步骤与图1所示的方法步骤完全一样。
如图2中所示，因此所述实施例得出如下结果，即借助第三浆料在区域5中被构成的焊盘整面地且直接地与半导体衬底1导电性相连，与之相反，第二浆料或者由其所产生的金属结构仅间接地通过第一浆料或者由其所产生的金属结构与半导体衬底导电性地相连。
因此在所述实施例中，相对于依照图1的实施例，省去了某些要在其中压印第一浆料的区域，由此节省了浆料并且实现了在焊盘和半导体衬底之间更好的导电性接触。
不同于第一实施例，第三浆料具有如下参数：其包含玻璃料(铋玻璃料/铅玻璃料)，以便能够实现绝缘层的连续灼烧。此外第三浆料包含基极掺杂型的掺杂剂，以实现更好的接触和更小的复合率。
在依照本发明的方法的第三实施例中，仅使用第一浆料和第二浆料。第二浆料整面地被涂敷于绝缘层上或者之前被涂敷的第一浆料上。过程参数与第一实施例中所述的参数相同。
结果如图3所示：第二浆料6或者由其所产生的金属结构整面地覆盖待制造的太阳能电池的背侧，其中，仅在被压印有第一浆料的局部区域中存在与半导体衬底1的导电性接触。
因此在所述实施例中，仅有两种浆料必须被压印，由此实现了制造过程的进一步简化。
为了实现良好的可焊接性，第二浆料所具有的银含量至少为90％。
所有上述关于浆料成分的百分比涉及的是质量百分比。
Claims (18)
1.一种用于制造光伏太阳能电池的金属接触结构的方法，包括下列方法步骤：
A将非导电性绝缘层(2)涂敷于半导体衬底的表面上，可选地将所述非导电性绝缘层(2)涂敷于覆盖所述表面的一个或多个中间层上；
B将金属接触层涂敷于所述绝缘层(2)上，可选地将所述金属接触层涂敷于覆盖所述绝缘层(2)的一个或多个中间层上；以及
在半导体衬底(1)和接触层之间生成一个或多个穿过所述绝缘层(2)的，并且可选地进一步穿过中间层的局部的导电性连接；
其特征在于，
在方法步骤B中，所述金属接触层的形成包含下述方法步骤：
B1将包含金属颗粒的第一浆料涂敷在多个局部区域上；
B2涂敷包含金属颗粒的第二浆料，使所述第二浆料平整地至少覆盖由第一浆料所覆盖的区域，以及至少部分地覆盖所述由第一浆料所覆盖的区域之间的区域；以及
B3在温度步骤中整体加热所述半导体衬底以及至少第一浆料和第二浆料，其中按如下方式来设置第一浆料和第二浆料(4a，4b)以及方法步骤B1之后的所述温度步骤或多个温度步骤，即所述第一浆料(3a，3b)渗入所述绝缘层(2)，并且直接与所述半导体衬底(1)形成导电性接触；而所述第二浆料(4a，4b)不渗入所述绝缘层(2)，并且仅通过所述第一浆料(3a，3b)间接地与所述半导体衬底(1)导电性连接。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
方法步骤B进一步包括方法步骤Ba，其中，在方法步骤Ba中，将包含金属颗粒的第三浆料涂敷于至少一个局部的分区上，按如下方式设置所述第三浆料，即所述第三浆料在热作用之后形成能焊接的金属结构。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，
按如下方式设置所述第三浆料以及方法步骤B1之后的温度步骤，即所述第三浆料不渗入所述绝缘层(2)，在方法步骤B1中，将所述第一浆料(3a，3b)至少涂敷于第一组和第二组的局部区域上；在方法步骤B2中，涂敷所述第二浆料(4a，4b)，使所述第二浆料覆盖由第一浆料所覆盖的第一组区域以及所述第一组区域之间的区域；并且在方法步骤Ba中，涂敷所述第三浆料(5)，使所述第三浆料覆盖由所述第一浆料所覆盖的第二组区域以及所述第二组区域之间的区域。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，
按如下方式设置所述第三浆料(5)以及方法步骤B1之后的温度步骤，即所述第三浆料(5)在方法步骤B1之后的温度步骤中不渗入所述绝缘层(2)。
5.根据权利要求2至4中任一项所述的方法，其特征在于，
重叠地涂敷所述第一浆料和所述第三浆料(5)。
6.根据权利要求2至5中任一项所述的方法，其特征在于，
第一浆料与第三浆料相同，并且在同一个方法步骤中涂敷。
7.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，
将所述第三浆料(5)涂敷到所述第二浆料(4a，4b)上。
8.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，
所述第一浆料(3a，3b)包含一种或多种物质，所述物质渗入所述绝缘层，优选玻璃料，且所述第二浆料(4a，4b)不包含渗入绝缘层的物质，优选所述第二浆料不包含玻璃料。
9.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，
所述绝缘层(2)被配置为介电层，优选氮化硅层、氧化硅层、氧化铝层、碳化硅层、二氧化钛层或者包含上述材料的混合物的层。
10.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，
在方法步骤B1之后并且在方法步骤B2之前干燥所述第一浆料(3a，3b)，优选通过加热到至少150摄氏度。
11.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，
在方法步骤B1和方法步骤B2之间不进行任何高温步骤。
12.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，
向至少一种浆料添加硅，硅的含量在0.1％至99％的范围中是有利的，优选在8％至80％的范围中，进一步优选在12％至60％的范围中。
13.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，
所述第二浆料(4a，4b)和所述第三浆料(5)包含银，银的含量在70％至100％的范围中是有利的，优选在80％至100％的范围中。
14.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，
所述第一浆料和所述第三浆料(3a，3b)包含掺杂剂，掺杂剂的含量在0.1％至3％的范围中是有利的，优选在0.5％至2％的范围中。
15.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，
在方法步骤B3中实现在至少3秒的时间内加热到至少750摄氏度。
16.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，
借助下述方法中的一种方法，涂敷至少一种浆料，优选所有的浆料，即：丝网印刷法、镂空版印刷法、激光转印法、喷墨印刷法或滴涂法。
17.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，
所述第一浆料具有基极掺杂型的掺杂剂，并且按如下方式来涂敷所述第一浆料，即通过所述第一浆料或者由所述第一浆料产生的结构，使所述太阳能电池侧面的覆盖率小于50％，特别是小于12％时是有利的，并且优选小于7％。
18.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，
所述第一浆料具有发射极掺杂型的掺杂剂，并且按如下方式涂敷所述第一浆料，即通过所述第一浆料或者由所述第一浆料产生的结构，使所述太阳能电池侧面的所述覆盖率大于7％，优选大于12％，并且特别是大于50％。
Applications Claiming Priority (5)
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Publications (2)
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