CN103026505A - 太阳能电池及其制造方法 - Google Patents

太阳能电池及其制造方法 Download PDF

Info

Publication number
CN103026505A
CN103026505A CN2011800178672A CN201180017867A CN103026505A CN 103026505 A CN103026505 A CN 103026505A CN 2011800178672 A CN2011800178672 A CN 2011800178672A CN 201180017867 A CN201180017867 A CN 201180017867A CN 103026505 A CN103026505 A CN 103026505A
Authority
CN
China
Prior art keywords
autodoping
metal paste
semiconductor wafer
charge carrier
passage
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.)
Pending
Application number
CN2011800178672A
Other languages
English (en)
Inventor
丹尼尔·L·迈耶
维诺德·钱德拉塞卡朗
亚当姆·M·佩恩
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Suniva Inc
Original Assignee
Suniva Inc
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Suniva Inc filed Critical Suniva Inc
Publication of CN103026505A publication Critical patent/CN103026505A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

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
    • H01L31/04—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
    • H01L31/0248—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 characterised by their semiconductor bodies
    • H01L31/0256—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 characterised by their semiconductor bodies characterised by the material
    • H01L31/0264—Inorganic materials
    • H01L31/028—Inorganic materials including, apart from doping material or other impurities, only elements of Group IV of the Periodic Table
    • H01L31/0288—Inorganic materials including, apart from doping material or other impurities, only elements of Group IV of the Periodic Table characterised by the doping material
    • 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
    • H01L31/06—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 characterised by potential barriers
    • 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
    • H01L31/06—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 characterised by potential barriers
    • H01L31/068—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 characterised by potential barriers the potential barriers being only of the PN homojunction type, e.g. bulk silicon PN homojunction solar cells or thin film polycrystalline silicon PN homojunction 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
    • H01L31/18—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
    • Y02E10/547—Monocrystalline silicon PV cells

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Photovoltaic Devices (AREA)

Abstract

本发明公开了一种太阳能电池及其制造方法。太阳能电池的制造方法包括：使用激光消融至少一个介质层的区域以贯穿半导体晶片上形成的至少一个介质层形成一个通道，使得半导体晶片的至少部分表面通过通道裸露。太阳能电池的制造方法还包括：对通道施加自掺杂金属浆料。太阳能电池的制造方法还包括：加热半导体晶片和自掺杂金属浆料，使得自掺杂金属浆料中的至少一些掺杂剂进入半导体晶片通过通道裸露的部分表面，形成选择发射区和位于选择发射区上并与选择发射区自对准的触点。

Description

太阳能电池及其制造方法
技术领域
本发明的实施方式涉及太阳能电池，更具体地说，本发明的实施方式涉及太阳能电池及在制造过程中使用激光的太阳能电池的制造方法。
背景技术
多年以来，人们致力于利用太阳能来发电。在一个晴天，太阳为地球表面的几乎任何地方提供的能量约为1000瓦特/平方米。长期以来，人们试图利用适当的太阳能半导体装置收集太阳能。收集到的太阳能通过产生适当的电压来发电和使电流强度最大化，电流强度通过电子流表示。但是，迄今为止，许多光伏电池或太阳能电池的总体效率低下。
因为太阳能电池的制造和使用缺乏效率，所以太阳能电池工业的成功受阻。例如，目前用于太阳能电池及其制造方法的半导体材料的制造成本高昂。一种现有太阳能电池的制造方法包括，通过处理低质太阳能电池的已知技术(包括晶片的蚀刻和后续硅晶片的处理)将低质硅晶片制成太阳能电池，使晶片可用作太阳能电池。另一种现有太阳能电池的制造方法包括，在适当的基板上形成薄的硅晶层和/或非晶硅层，随后通过处理技术最终制成太阳能电池/太阳电池板。但是，上述方法中的各种处理效率不高，导致太阳能电池工业发展不理想。
有鉴于此，确有必要提供一种太阳能电池及其制造方法，以解决现有太阳能电池工业中存在的缺陷和/或不足。
发明内容
因此，本发明提供了一种太阳能电池及其制造方法。本发明的实施方式提供了制造太阳能电池的一些优点，可以减少太阳能电池的生产时间、降低太阳能电池的生产成本。本发明的一些实施方式提供了一种太阳能电池的制造方法，其使用激光消融形成贯穿覆盖在半导体晶片的前面上的介质层的通道，使半导体晶片的至少部分表面裸露。根据本发明太阳能电池制造方法的一些实施方式，自掺杂金属浆料随后被施加于通道，半导体晶片和施加的自掺杂金属浆料被加热，以在单一步骤中在半导体晶片的前面形成选择发射区和位于选择发射区上并与选择发射区自对准的触点。在本发明的一些实施方式中，自掺杂金属浆料包括无玻璃金属浆料。因为前面介质层的区域的消融有助于自掺杂金属浆料与半导体晶片裸露部分的直接接触，所以无需使用玻璃粉侵蚀介质层，减少玻璃粉对掺杂剂的消耗。
本发明的一个实施方式提供了一种太阳能电池的制造方法，其包括：提供一个基板。本实施方式的基板包括一个半导体晶片，半导体晶片包括一个前面和一个后面，半导体晶片的前面上形成至少一个介质层。本实施方式的半导体晶片最初与第一类电荷载体掺杂并包括一个P-N接面，P-N接面通过用第二类电荷载体掺杂半导体晶片的前面形成，第二类电荷载体与第一类电荷载体相反。本实施方式的太阳能电池的制造方法还包括，使用激光消融至少一个介质层的区域形成一个贯穿至少一个介质层的通道，半导体晶片的部分前面通过通道裸露。本实施方式的太阳能电池的制造方法还包括，在部分基板上施加自掺杂金属浆料，使得施加的自掺杂金属浆料施加于通道。本实施方式的自掺杂浆料包括含有第二类电荷载体的掺杂剂。本实施方式的太阳能电池的制造方法还包括，加热基板和自掺杂金属浆料，使至少一些来自自掺杂金属浆料的掺杂剂进入通过通道裸露的半导体晶片的前面，形成一个选择发射区和位于选择发射区上并与选择发射区自对准的触点。
本发明的另一个实施方式提供了一种太阳能电池，本实施方式的太阳能电池至少部分通过包括提供一个基板的方法形成。本实施方式提供的基板包括一个半导体晶片，半导体晶片包括一个前面和一个后面，且包括至少一个形成于半导体晶片的前面上的介质层。本实施方式的半导体晶片最初与第一类电荷载体掺杂，且包括一个通过用第二类电荷载体掺杂半导体晶片的前面形成的P-N接面，第二类电荷载体与第一类电荷载体相反。本实施方式的方法还包括：通过激光消融至少一个介质层的区域形成贯穿至少一个介质层的通道，使得半导体晶片的部分前面通过通道裸露。本实施方式的方法还包括，对部分基板施加自掺杂金属浆料，使得施加的自掺杂金属浆料施加于通道，本实施方式的自掺杂金属浆料包括含有第二类电荷载体的掺杂剂。本实施方式的方法还包括，加热基板和自掺杂金属浆料，使得至少一些来自自掺杂金属浆料的掺杂剂进入通过通道裸露的半导体晶片的前面，形成一个选择发射区和位于选择发射区上并与选择发射区自对准的触点。
本发明的再一个实施方式提供了一种太阳能电池，本实施方式的太阳能电池包括一个半导体晶片，半导体晶片包括一个前面和一个后面。本实施方式的半导体晶片最初与第一类电荷载体掺杂，且包括一个通过用第二类电荷载体掺杂半导体晶片的前面形成的P-N接面，第二类电荷载体与第一类电荷载体相反。本实施方式的太阳能电池还包括一个位于半导体晶片的前面上的一个介质层。本实施方式的太阳能电池还包括若干个贯穿介质层的不连续通道。本实施方式的太阳能电池还包括一个大致位于若干个不连续的通道上的金属触点网格。本实施方式的半导体晶片的前面包括若干个不连续的选择发射区，本实施方式的每个选择发射区大致位于一个通道下，且第二类电荷载体的掺杂浓度高于相邻半导体晶片的前面区域的第二类电荷载体的掺杂浓度。本实施方式的金属触点网格通过选择发射区若干个不连续的通道与P-N接面电接触。
以上的发明内容仅仅概括了本发明的一些实施方式，提供了本发明的一个基本理解。因此，可以理解的是，以上描述的实施方式仅仅是示例性的，并不对本发明的范围构成限制。应当理解的是，本发明的范围还包括许多其他实施方式，以下将进一步描述前面概括的实施方式之外的其他一些实施方式。
附图说明
已经大概描述了本发明的实施方式，以下将结合附图详细描述本发明的实施方式，附图并非严格按尺寸绘制，其中：
图1为根据本发明的实施方式制造的太阳能电池的剖视图。
图2为本发明太阳能电池的制造方法的一个实施方式的流程图。
图3为根据本发明的一个实施方式形成的通道的沿深度掺杂分布图。
图4A至4D为使用一系列激光能量水平消融氮化硅介质层形成的一系列通道。
图5为根据本发明的一个实施方式形成的贯穿氮化硅介质层的大致圆形的通道。
图6为根据本发明的一个实施方式形成的贯穿氮化硅介质层的大致线性的通道。
图7为根据本发明的一个实施方式，烧结前面触点并形成与前面触点自对准的选择发射区的温度曲线。
图8为根据本发明的一个实施方式，烧结前面触点并形成与前面触点自对准的选择发射区的另一个温度曲线。
图9A至9E为本发明太阳能电池的制造方法的一个实施方式中，不同阶段的半导体晶片的一系列剖视图。
图10a为根据本发明的一个实施方式制造的太阳能电池的剖视图。
图10b为根据本发明的一个实施方式制造的太阳能电池的俯视图(top-downview)。
具体实施方式
以下将结合附图详细描述本发明的一些实施方式，其中，附图仅仅示出了本发明的部分实施方式，并非所有实施方式。事实上，本发明还可以体现为其他不同形式的实施方式，并不局限于说明书中给出的实施方式，说明书中给出的实施方式仅仅是为了使揭示满足法律要求。在附图中，相同的附图标记表示相同的元件。
太阳能电池是将光能转化为电能的装置，太阳能电池也经常被称为光伏电池(PV电池)。太阳能电池是由各种半导体材料制成，其中一种常见的半导体材料为结晶硅。
太阳能电池包含三个主要元件：(1)基板；(2)半导体接面；和(3)导电触点。半导体，例如硅，可以与电荷载体掺杂，电荷载体可以是N-型或P-型。当N-型硅和P-型硅接合时，太阳能电池中N-型硅和P-型硅接触的区域为半导体接面，或P-N接面。半导体可吸收光，来自光的能量可转移至硅层原子的价电子上，使得价电子逃逸其束缚状态而留下一个电洞。光生电子和电洞由与P-N接面相关的电场分离。导电触点允许电流自太阳能电池流向外电路。
图1示出了太阳能电池的一个实施方式的基本元件，图1所示的太阳能电池可以在半导体晶片上制造，例如在硅晶片上制造。太阳能电池5包括一个P-型硅基体10、一个N-型硅发射器20、一个底部导电触点40，以及一个顶部导电触点50。P-型硅基体10和N-型硅发射器20接触形成接面，N-型硅20连接于顶部导电触点50，P-型硅10连接于底部导电触点40。顶部导电触点50和底部导电触点40连接负载75，并为其供电。
顶部导电触点50(“前触点”)含有银，使得电流可以流入太阳能电池5。但是，顶部导电触点50并不覆盖太阳能电池5的整个表面，因为所需厚度的银不透光。因此，顶部导电触点50具有网格状线，使得光可以进入太阳能电池5。电子自顶部导电触点50流出，经过负载75，然后通过底部导电触点40与电洞结合。
底部导电触点40(“后触点”或“背触点”)通常包含铝-硅共晶，底部导电触点40通常覆盖P-型硅10的整个底部，以时导电率最大化。铝和硅在高于铝-硅共晶温度577摄氏度的温度下合金化，例如，可以在约750摄氏度下合金化。合金反应可以在基体的底部形成高度掺杂的P-型区并在那里产生强电场，强电场有助于阻止光生电子与电洞在背触点再结合，以在P-N接面更有效地收集光生电子。
图1所示的太阳能电池可获益于本发明的揭示，如此，本发明的实施方式提供了一种改进的太阳能电池的制造方法。图2所示为本发明太阳能电池的制造方法的一个实施方式的流程图，操作200包括在半导体晶片形成P-N接面。为了示例性说明，并不是为了限定，本说明书中将仅以硅晶片为例进行说明。但是，可以理解的是，根据本发明的其他实施方式，其他的半导体晶片材料，如锗、硅-锗，也可以替代硅。硅晶片可以包括结晶硅，其可以通过直拉法形成。
在形成过程中，硅晶片可以最初与含有第一类电荷载体(如P-型电荷载体或N-型电荷载体)的掺杂剂掺杂。为了形成P-型硅晶片，硅晶片可以与P-型掺杂剂，如铝、镓、硼、铟形成和/或掺杂。类似地，为了形成N-型硅晶片，硅晶片可以与N-型掺杂剂，如砷、锑、磷形成和/或掺杂。为了示例性说明，而不是为了限定，图2所示的方法将仅以P-型硅晶片为例进行说明。但是，可以理解的是，图2所示的方法也可以用于N-型硅晶片。
在操作200中，P-N接面可以通过用N-型掺杂剂掺杂硅晶片的前面形成。可以理解的是，在硅晶片包括N-型硅晶片的实施方式中，P-N接面可以通过用P-型掺杂剂(含有与硅晶片最初掺杂使用的第一类电荷载体相反的第二类电荷载体的掺杂剂)掺杂硅晶片的前面形成。硅晶片的前面可以通过离子注入、热扩散、外延生长和/或其他用于掺杂半导体晶片的技术进行掺杂。
在操作210，至少在硅晶片的前面形成一个或多个介质层。例如，一个或多个介质层可以包括氮化硅层、二氧化硅层、氧化铝层、氧化钛层、碳化硅层、氢化非晶硅层、合金化氢化非晶硅层(如与锗、碳合金化)、氮氧化硅层，或其组合层。例如，在一个通过离子注入形成P-N接面的实施方式中，一个或多个介质层可以包括一个第一层和一个位于第一层顶部的第二层，第一层包括设置于硅晶片的前面上的二氧化硅，第二层包括氮化硅，其可以充当抗反射涂层。在另一个通过热扩散形成P-N接面的实施方式中，至少一个介质层可以仅包括氮化硅层。一个或多个介质层可以使用任何适于形成介质层的方法形成，例如，介质层可以通过旋涂工艺形成，在旋涂工艺中，液态介质沉积在晶片上，晶片随后旋转分配液体。在另一个实施方式中，介质层可以通过物理气相沉积方法(如溅镀)形成，通过化学气相沉积方法(如原子层沉积)形成，通过等离子增强化学气相沉积(PECVD)方法形成，或通过其他一些适当的方法形成。
形成一个或多个介质层之后，操作220包括形成贯穿一个或多个介质层的一个或多个通道。通道可以包括通过开孔或其他方式形成的至少沿着部分介质层延伸的孔或开口，通道的截面可以为任意形状，如圆形、椭圆形、正方形或其他不规则形状。在本发明的一个实施方式中，使用激光消融至少一个介质层的区域形成通道，使得硅晶片的部分前面(如N-型掺杂面)通过通道裸露，形成的通道可以包括盲通道。
在启动激光形成通道之前，硅晶片被放在一个激光外壳的容器中(如托盘中)，使得激光可以聚焦在硅晶片的区域上，硅晶片可以通过装载机、连锁等放置在激光外壳的容器中。在本发明的一个实施方式中，激光包括4级、高功率、紫外线激光。可以使用的激光包括COHERENT AVIA激光、NEWPORT HIPPO激光或Lumera Super-RAPID激光。激光可以包括一个护罩，护罩在启动激光之前扣合在硅晶片上。护罩可以设置为，惰性气体(如氮气、氩气)可以在激光启动时吹过硅晶片，以抑制因一个或多个介质层部分消融而在裸露的硅上形成氧化层。
一个或多个硅晶片或激光随后被对准，以便在启动激光时可以在理想的位置形成通道。硅晶片可以通过边对齐来对准，此时，硅晶片的边需被识别，随后硅晶片根据被识别的边位置来对准。在本发明的另一个实施方式中，硅晶片可以通过中央对齐来对准。中央对齐时，采用光学检测装置(如相机)来识别硅晶片的中央，随后硅晶片的中央与预定位置对准。或者，激光聚焦与理想位置对齐，如通过激光发射器的机械移动将激光聚焦于理想位置。在本发明的另一个实施方式中，激光还可以包括具有光学元件的振镜扫描头，其可以调整以便于将激光聚焦于理想位置上。
硅晶片和/或激光对准后，激光聚焦于形成通道的理想位置，激光启动使得至少一个介质层的区域消融，露出下层硅晶片的部分前面。根据本发明的一个实施方式，通道包括一个贯穿至少一个介质层的孔。图3示出了使用266纳米纳秒激光贯穿氮化硅介质层形成的通道的沿深度掺杂分布图，通道的深度约为100纳米，不足以刺穿硅晶片的P-N接面。沿深度掺杂分布图还示出了，冷却后，通过氮化硅介质层消融裸露的通道中央的硅表面升至比通道周围的氮化硅表面高。
可以理解的是，根据想要的通道尺寸和形状、待消融的介质层的类型和厚度，激光的设置可以调整，可以调整的设置之一为激光能量水平(激光脉冲单位面积的能量)。图4A至4D示出了使用一系列能量水平的激光消融氮化硅介质形成的一系列通道，通道系列按照从图4A使用具有最高能量水平的激光脉冲形成的通道至图4D使用最低激光能量水平的激光脉冲形成的通道排列。如图4所示，能量水平可能影响氮化物(黑)自硅(白)消融。高能量水平可能导致下层硅的融化，如移除氮化硅后的白色区域中的环所示。不希望出现下层硅的融化，因为其可能导致在融化的硅表面生成氧化层。因此，使用的能量水平的上限取决于硅表面的融化超过可忍受水平时对应的能量水平。在本发明的一个实施方式中，待消融的介质层包括氮化硅层，使用的激光能量水平大于1焦耳/平方厘米。但是，可以理解的是，1焦耳/平方厘米仅仅是为了示例说明。在本发明的其他实施方式中，待消融的介质层包括氮化硅层，可使用的激光能量水平的范围为0.12焦耳/平方厘米至5.0焦耳/平方厘米。
另一个可以调整的设置为使用的激光脉冲分布的类型，在本发明的一个实施方式中，使用了顶帽分布，其可以防止理想通道位置以外的介质层的部分消融，顶帽分布还有助于防止在因介质层消融而裸露的硅上生成氧化层。但是，可以理解的是，也可以使用顶帽分布之外的其他激光脉冲分布，如高斯分布。用于消融所使用的激光脉冲的持续时间也可以调整，在本发明的一个实施方式中，使用的激光脉冲的持续时间约为1皮秒至30纳秒。
在本发明的一些实施方式中，通道的尺寸受到一些因素制约。例如，通道尺寸的下限可能受到随后施加于通道的自掺杂金属浆料中的颗粒尺寸的影响，如下面的操作230所描述。此时，通道的尺寸应当设置为足够允许自掺杂金属浆料中的颗粒通过通道并与下层硅晶片接触。此外，如果通道的尺寸过小，通过烧结自掺杂金属浆料(如下面描述的操作250)形成的触点的电阻可能过高，不能有效传输根据图2所示的方法制造的太阳能电池产生的电流。通道尺寸的上限可能受到通过在通道上施加和烧结自掺杂金属浆料形成的金属网格状线的影响，过大的网格状线会遮住高百分比的太阳能电池表面，并对太阳能电池的效率造成不良影响。
在本发明的一些实施方式中，使用单激光脉冲形成大致圆形的通道，大致圆形的通道的直径约20至100微米。在本发明的一个实施方式中，大致圆形的通道的直径约为75微米。图5示出了根据本发明的一个实施方式，在氮化硅介质层(黑色背景)形成大致圆形的通道(白环)。但是，可以理解的是，本发明的实施方式并不局限于大致圆形的通道。例如，在本发明的一个替代实施方式中，形成的通道大致为线形，图6示出了根据本发明的一个实施方式使用重叠激光脉冲形成的大致线形的通道。
根据图2所示的方法形成的太阳能电池可能需要形成多个通道，因此，在形成每个通道之间，激光焦点需要调整，以使激光聚焦于下一个理想的通道位置。如前所述，晶片和/或激光可以机械移动，但是，晶片和/或激光的机械移动不利于太阳能电池的商业化生产，因为机械移动需要占用额外的时间。因此，在本发明的一个实施方式中，通过调整扫描头来重新聚焦激光，其比硅晶片和/或激光的机械移动更迅速，可以增加产量。扫描头可以包括振镜扫描头、多边形扫描头(如多边形扫描系统)。使用扫描头聚焦激光有时也称为光栅激光。此外，可以平行使用多个激光，以同时形成多个通道，增加产量。
完成操作220后，可以对硅晶片的前面进行湿式蚀刻清洗步骤(未在图2中示出)。但是，根据操作220中使用的激光类型和/或下面描述的操作230中使用的自掺杂金属浆料的类型，可能不需要进行湿式蚀刻清洗。因此，在本发明的一些实施方式中，在操作220之后不进行湿式蚀刻清洗步骤。
操作230包括对部分前面施加自掺杂金属浆料，使得自掺杂金属浆料施加于操作220中形成的通道，自掺杂金属浆料可以以任意适于在硅晶片上形成前面触点的方式施加。在本发明的一个实施方式中，自掺杂金属浆料以网格状线的形式施加于通道上，形成贯穿介质层的触点，且根据本发明的实施方式制造的太阳能电池产生的电流被网格状线传输。
自掺杂金属浆料可以包括银浆料，但是，可以理解的是，说明书中给出的银浆料仅仅是示例性的，其可以被用于形成前面触点的其他导电浆料替代。自掺杂金属浆料还包括掺杂剂，自掺杂金属浆料中的掺杂剂的电荷载体的类型最好与操作200中用于掺杂硅晶片的前面以形成P-N接面的电荷载体的类型相同。如果形成的通道短接P-N接面，对通过通道裸露的硅晶片的部分前面施加自掺杂金属浆料可以再掺杂裸露的晶片表面。施加自掺杂金属浆料还可以进一步在通道位置形成选择发射区，选择发射区的掺杂剂浓度高于邻近通道位置的硅的前面的掺杂剂浓度。在本发明的一个实施方式中，如结合操作200进行示例性描述的方式中，P-型硅晶片的前面掺杂N-型掺杂剂形成P-N接面，自掺杂金属浆料包括N-型掺杂剂。与金属浆料混合形成N-型自掺杂金属浆料的N-型掺杂剂包括：磷、砷、锑或其组合。根据本发明的一个实施方式，可以使用的N-型自掺杂银浆料包括杜邦公司生产的PV167和PV168银浆料。但是，可以理解的是，根据本发明的其他实施方式，也可以施加含有P-型掺杂剂的自掺杂金属浆料，以最初与N-型掺杂剂掺杂的硅晶片作为起始基板。与金属浆料混合形成P-型自掺杂金属浆料的P-型掺杂剂包括铟、铝、镓、硼或其任意组合。自掺杂金属浆料可以根据美国专利US 6,737,340、US 6,703,295、US 6,664,631、US 6,632,730、US 6,262,359和US 6,180,869的揭示制备，各个美国专利的全部内容通过引用结合于本说明书。
在本发明的一个实施方式中，采用了无玻璃自掺杂金属浆料。因为通道贯穿至少一个介质层开设，所以无需玻璃粉侵蚀至少一个介质层。使用无玻璃自掺杂金属浆料(如杜邦公司生产的PV167型无玻璃自掺杂银浆料)的优点在于：玻璃粉会充当消气剂，消耗与浆料混合的掺杂剂。因此，无玻璃自掺杂金属浆料的使用可以避免掺杂剂的消耗，并通过施加浆料为通过通道裸露的硅表面区域提供更好的掺杂。但是，可以理解的是，本发明的实施方式并不局限于使用无玻璃自掺杂金属浆料。除了无玻璃自掺杂金属浆料，作为无玻璃自掺杂金属浆料的替代，也可以使用烧结自掺杂金属浆料或部分烧结自掺杂金属浆料。当使用无玻璃自掺杂金属浆料时，在施加自掺杂金属浆料之前，需要执行清洗步骤(如湿式蚀刻清洗步骤)。
可以通过任意适当的方法施加自掺杂金属浆料，在本发明的一个实施方式中，通过设置适当的丝网印刷机对硅晶片的部分前面丝网印刷自掺杂金属浆料。根据本发明的实施方式，可以用于施加自掺杂金属浆料的丝网印刷机为ASYS公司的STS X5型丝网印刷机。
在丝网印刷自掺杂金属浆料之前，硅晶片置于托盘或丝网印刷机的其他容器中，使得自掺杂金属浆料可以被印刷在硅晶片的至少部分前面上。晶片和/或印刷机屏幕随后对准，使得自掺杂金属浆料被印刷至硅晶片的理想部位形成触点。例如，晶片和/或印刷机屏幕的对准至少部分通过边对齐实现，此时，硅晶片的边被识别，随后晶片根据已识别的边位置对准。在本发明的另一个实施方式中，通过至少部分使用中央对齐实现硅晶片的对准，此时，可以使用光学检测装置(如相机)识别硅晶片的中央，随后晶片的中央与预定位置对准。在本发明的又一个实施方式中，晶片可以包括基准标记，其可以通过光学检测装置(如相机)被识别，识别的基准标记可被用于对准晶片。
印刷自掺杂金属浆料的印刷设置可以根据一些因素调整，如晶片的厚度、使用的自掺杂金属浆料的类型、使用的屏幕的类型、使用的丝网印刷机的型号和/或可能影响自掺杂金属浆料印刷的其他因素。至少在本发明的一些实施方式中，使用的印刷机刮刀的肖氏硬度约为60至80。丝网印刷机使用的一个屏幕的网目数约290，丝网的直径约0.8毫米，乳剂厚度约1毫米，丝网张力约为20至25牛顿。此外，印刷速度约为100至200毫米/秒，印刷机的刮刀施加的印刷压力约为50至80牛顿，离网设置约为1.0至2.0毫米。离网设置可以调整，以优化自掺杂金属浆料的印刷。可以选择离网设置，使得在印刷过程中在施加刮刀之前屏幕不与硅晶片接触，但仍足以便于在晶片上印刷理想的自掺杂金属浆料的细线。但是，可以理解的是，提供的这些打印设置和结构仅仅是为了示例性说明，并不构成限制。因此，根据实际条件和应用的具体要求，在本发明的范围内也可以使用不同的打印设置和结构。
施加自掺杂金属浆料后，在操作240，自掺杂金属浆料被烘干。可以理解的是，自掺杂金属浆料的烘干可以以任意方式进行，如将晶片放置足够长的时间，以在对晶片进行加工之前允许自掺杂金属浆料干燥。但是，为了减少采用本发明的实施方式制造太阳能电池所需的时间，可以使用热源主动烘干自掺杂金属浆料。在本发明的一个实施方式中，晶片被置于带式炉中以便于自掺杂金属浆料的烘干。可以在任意温度下将晶片在带式炉中放置任意时间，以充分烘干自掺杂金属浆料。在本发明的一个实施方式中，根据带式炉的传送带的行进速度，晶片被放置在具有标准空气气氛、温度范围为200至250摄氏度的带式炉中，放置的时间为30秒至1分钟。可以理解的是，带式炉的设置和条件仅仅是为了示例性说明，并不构成限制。根据本发明的其他实施方式，也可以使用其他设置来烘干施加的自掺杂金属浆料。此外，在本发明的一些实施方式中，自掺杂金属浆料的烘干可以与下面描述的操作250同时进行。
操作250包括：加热硅晶片和施加的自掺杂金属浆料，形成前面触点和选择发射区，选择发射区位于前面触点下面并与前面触点自对准。此时，硅晶片和施加的自掺杂金属浆料被加热至一定温度，使得至少一些来自自掺杂金属浆料的掺杂剂进入通过通道裸露的半导体晶片的部分前面，形成选择发射区和位于选择发射区上并与选择发射区自对准的触点。触点可以与位于通道位置的P-N接面电接触，使得根据本发明的实施方式制造的太阳能电池产生的电流可通过触点被输出。操作250中进行的加热工序也可以称为烧结，可以在烧结炉(如迪斯派奇工业公司的CDF-7210型烧结炉)中进行。
晶片和施加的自掺杂金属浆料可以在烧结炉的惰性气氛气体中烧结，如在氮气或氩气气氛下烧结，以抑制氧化物的形成。晶片和自掺杂金属浆料最好加热至一个最高温度，最高温度超过半导体材料和自掺杂金属浆料中的导电材料的共晶温度。在使用硅晶片和自掺杂银浆料的实施方式中，晶片加热至一个最高温度，最高温度超过硅和银的共晶温度(835摄氏度)。此处的最高温度可以不包括一个固定的最高温度，而是包括一个描述位于或高于共晶温度的可变温度。因此，晶片在最高温度下加热的时间可以定义晶片在位于或高于共晶温度下加热的时间，而不是在固定温度下加热的时间。在整个加热期间，晶片和施加的自掺杂金属浆料的烧结温度可以不超过共晶温度。烧结温度可以根据温度曲线控制，在温度曲线中，温度可以上升至最高温度，在最高温度保温一段时间，随后在冷却过程中温度下降。在自掺杂银浆料施加于硅晶片的实施方式中，晶片的烧结总时间约为1至5分钟，包括在最高温度下保温约10至30秒。在自掺杂银浆料施加于硅晶片的实施方式中，最高温度可以包括约835至980摄氏度温度区间的任意温度。图7示出了用于烧结前面触点并形成与前面触点自对准的选择发射区的温度曲线的一个实施方式的示意图，图7示出了在实验室条件下用于烧结硅晶片和自掺杂银浆料的温度曲线。图8示出了用于烧结前面银触点并在硅晶片形成与前面触点自对准的选择发射区的温度曲线的一个实施方式的示意图，图8示出的温度曲线有利于根据本发明的实施方式商业化生产太阳能电池。
因此，完成操作250后，在通过通道裸露的半导体晶片的区域形成选择发射区，并在单一步骤中形成与下层选择发射区自对准的前面触点。选择发射区的掺杂浓度高于邻近选择发射区的半导体晶片的前面区域的掺杂浓度，以为P-N接面提供理想的低电阻，并允许触点区域以外的低掺杂浓度以提供更好的电池效率。此外，如果在任意通道位置的P-N接面短接，如因贯穿晶片的P-N接面的孔消融过深而短接，烧结时自自掺杂金属浆料进入晶片的掺杂剂可以改善P-N接面。
可以理解的是，虽然图2所示的操作240和操作250被描述成两个分开的操作，但是，在本发明的一些实施方式中，施加的自掺杂金属浆料可以在单一操作中烘干和烧结，如在烧结炉中烘干和烧结。此时，烧结炉加热至最高温度的升温期间也可以对自掺杂金属浆料进行部分烘干。此外，尽管未在图2中示出，后面触点也可以形成和烧结。后面触点可以在操作250之前形成，以使得前面触点和后面触点在操作250中被烧结。或者，后面触点也可以在一个独立的烧结操作中烧结。
图9A至9E示出了本发明太阳能电池的制造方法的一个实施方式中，各个阶段的半导体晶片的一系列剖视图。图9A示出了最初与第一类电荷载体掺杂的半导体晶片的P-N接面，此时，在半导体晶片900上形成层910，层910位于与第一类电荷载体相反的第二类电荷载体掺杂的半导体晶片的前面上，层900与层910之间的接面包括P-N接面。
图9B示出了位于层910上的半导体晶片的前面上形成的介质层920。此外，介质层930也可以形成于半导体晶片的后面上。可以理解的是，介质层920和/或介质层930可以包括若干个介质层。
如图9C所示，通过消融介质层920的区域形成通道940。图9D示出了将自掺杂浆料950施加于通道。最后，图9E示出了半导体晶片和施加的自掺杂金属浆料烧结后的烧结触点960，如在操作250中所描述，半导体晶片和施加的自掺杂金属浆料950的烧结形成了触点960和位于触点960下并与触点960自对准的高度掺杂的选择发射区970。
图10a示出了根据本发明的实施方式制造的太阳能电池的剖视图，图10a所示的太阳能电池包括半导体晶片基板1000和位于其上的介质层1004。金属触点网格状线1006位于部分介质层1004上，可以使用自掺杂金属浆料形成。如图所示，在选择发射区1002，金属网格状线1006与半导体晶片基板1000的P-N接面电接触。选择发射区1002不连续，并大致位于介质层1004中形成的通道下，不连续的选择发射区1002可以通过在介质层1004中形成的通道上施加用于形成金属触点网格状线1006的自掺杂金属浆料形成。
图10b示出了根据本发明的实施方式制造的太阳能电池的俯视示意图(top-down view)，图10b可以包括一个图10a所示的太阳能电池的俯视图。图10b所示的太阳能电池包括在太阳能电池的前面(如顶面)上的介质层1004。金属触点网格状线1006位于介质层1004的部分表面上。金属触点网格状线1006可以通过若干个不连续的通道与位于半导体晶片基板下的P-N接面电接触。尽管从根据本发明的实施方式制造的太阳能电池的前面(顶面)看不到这些通道，但是，图10b示出了若干个不连续的通道1008，以显示大致位于金属触点网格状线1006下的不连续的通道的位置，这些不连续的通道1008可以通过使用上面描述的激光消融实现。
本发明的一个方面涉及一种方法，其包括：
提供一个包括一个半导体晶片的基板，半导体晶片包括一个前面和一个后面且包括至少一个形成于半导体晶片的前面上的介质层，其中，半导体晶片最初与第一类电荷载体掺杂且包括通过使用第二类电荷载体掺杂半导体晶片的前面形成的P-N接面，第二类电荷载体与第一类电荷载体相反；
激光消融至少一个介质层的区域形成一个贯穿至少一个介质层的通道，使得半导体晶片的部分前面通过通道裸露；
对部分基板施加自掺杂金属浆料，使得施加的自掺杂金属浆料施加于通道，其中，自掺杂金属浆料包括含有第二类电荷载体的掺杂剂；以及
加热基板和自掺杂金属浆料，使得至少一些来自自掺杂金属浆料的掺杂剂进入通过通道裸露的半导体晶片的部分前面，形成一个选择发射区和一个位于选择发射区上的触点，通道位置触点与P-N接面电接触，其中，选择发射区的第二类电荷载体的掺杂浓度高于邻近选择发射区的半导体晶片的前面区域的第二类电荷载体的掺杂浓度。
根据本发明方法的一个实施方式，自掺杂金属浆料包括无玻璃自掺杂金属浆料。
根据本发明方法的一个实施方式，半导体晶片包括最初与P-型掺杂剂掺杂的硅晶片，其中，P-N接面通过用N-型掺杂剂掺杂半导体的前面形成，且自掺杂金属浆料包括N-型掺杂剂。
根据本发明方法的一个实施方式，自掺杂金属浆料包括自掺杂银浆料，自掺杂银浆料包含磷、锑、砷掺杂剂中的一种或多种。
根据本发明方法的一个实施方式，激光消融至少一个介质层的区域包括，使用具有顶帽分布或高斯分布的单脉冲激光消融至少一个介质层的区域。
根据本发明方法的一个实施方式，单脉冲的持续时间约为1皮秒至30纳秒，能量水平约为0.12至5焦耳/平方厘米。
根据本发明方法的一个实施方式，形成通道包括形成直径约20至100微米的通道。
根据本发明方法的一个实施方式，进一步包括对准基板、激光中的一个或多个，使得通道可以形成于理想的位置。
根据本发明方法的一个实施方式，施加自掺杂金属浆料包括在部分基板上丝网印刷自掺杂金属浆料。
根据本发明方法的一个实施方式，进一步包括对准基板、丝网印刷机的屏幕中的一个或多个，使得丝网印刷时自掺杂金属浆料施加于通道。
根据本发明方法的一个实施方式，丝网印刷自掺杂金属浆料包括，使用丝网印刷机丝网印刷自掺杂金属浆料，丝网印刷机包括肖氏硬度约为60至80的刮刀和屏幕，屏幕的网目数约为290，网线的直径约为0.8毫米，乳剂厚度为1毫米，丝网张力约为20至25牛顿。
根据本发明方法的一个实施方式，丝网印刷自掺杂金属浆料包括，使用印刷速度约为100至200毫米/秒，印刷压力约为50至80牛顿，离网设置约为1.0至2.0毫米丝网印刷自掺杂金属浆料。
根据本发明方法的一个实施方式，加热基板和自掺杂金属浆料包括，加热基板和自掺杂金属浆料至最高温度，最高温度等于或高于半导体晶片和自掺杂金属浆料中的金属的共晶温度。
根据本发明方法的一个实施方式，半导体晶片包括硅晶片，自掺杂金属浆料包括自掺杂银浆料，其中，加热基板和自掺杂金属浆料包括将基板和自掺杂金属浆料加热至等于或高于835摄氏度的最高温度。
根据本发明方法的一个实施方式，加热基板和自掺杂金属浆料包括，加热基板和自掺杂金属浆料的总时间约为1至5分钟，总时间包括约10至30秒位于约835至980摄氏度的最高温度的时间。
根据本发明方法的一个实施方式，至少一个介质层包括氮化硅层、二氧化硅层、碳化硅层、氮氧化硅层、氢化非晶硅层、氢化非晶硅与锗或碳的合金层、氧化钛层、氧化铝层中的一个或多个，或其组合层。
根据本发明方法的一个实施方式，通过使用离子注入、热扩散中的一种或多种掺杂半导体晶片的前面形成P-N接面。
本发明的一个方面涉及一种太阳能电池，太阳能电池至少部分通过以下方法制造：
提供一个包括一个半导体晶片的基板，半导体晶片包括一个前面、一个后面和形成于半导体晶片的前面上的至少一个介质层，其中，半导体晶片最初与第一类电荷载体掺杂且包括一个P-N接面，P-N接面通过用第二类电荷载体掺杂半导体晶片的前面形成，第二类电荷载体与第一类电荷载体相反；
激光消融至少一个介质层的区域形成贯穿至少一个介质层的通道，使得半导体晶片的部分前面通过通道裸露；
对部分基板施加自掺杂金属浆料，使得施加的自掺杂金属浆料施加于通道，其中，自掺杂金属浆料包括含有第二类电荷载体的掺杂剂；以及
加热基板和自掺杂金属浆料，使得至少一些来自自掺杂金属浆料的掺杂剂进入通过通道裸露的半导体晶片的部分前面，形成选择发射区和位于选择发射区上的触点，通道位置触点与P-N接面电接触，其中，选择发射区的第二类电荷载体的掺杂浓度高于邻近选择发射区的半导体晶片的前面区域的第二类电荷载体的掺杂浓度。
根据本发明太阳能电池的一个实施方式，自掺杂金属浆料包括无玻璃自掺杂金属浆料。
根据本发明太阳能电池的一个实施方式，半导体晶片包括一个最初掺杂P-型掺杂剂的硅晶片，其中，P-N接面通过用N-型掺杂剂掺杂半导体的前面形成，自掺杂金属浆料包括N-型掺杂剂。
本发明的一个方面涉及一种太阳能电池，其包括：
包括前面和后面的半导体晶片，其中，半导体晶片最初与第一类电荷载体掺杂且包括P-N接面，P-N接面通过用第二类电荷载体掺杂半导体晶片的前面形成，第二类电荷载体与第一类电荷载体相反；
位于半导体晶片的前面上的介质层；
贯穿介质层的若干个不连续的通道；以及
大致位于若干个不连续的通道上的金属触点网格；
其中，半导体晶片的前面包括若干个不连续的选择发射区，每个选择发射区大致位于一个通道下，且每个选择发射区的第二类电荷载体的掺杂浓度高于邻近半导体晶片的前面区域的第二类电荷载体的掺杂浓度；
其中，金属触点网格通过若干个不连续的选择发射区通道与P-N接面电接触。
根据本发明太阳能电池的一个实施方式，金属网格仅通过若干个不连续的通道与P-N接面电接触，或位于介质层上。
根据前面的描述和相关附图的揭示和教导，本领域的技术人员可以变更说明书中给出的实施方式或给出其他实施方式。因此，可以理解的是，本发明的实施方式并不局限于说明书中揭示的具体实施方式，对具体实施方式的变更和其他实施方式也应当落入权利要求的保护范围。此外，尽管前面的描述和相关的附图结合了一些元件和/或功能示例性地描述了一些实施方式，可以理解的是，在不偏离本发明的权利要求范围的情形下，元件和/或功能的不同组合也可以作为本发明的替代实施方式。例如，与上面明确描述的实施方式不同的步骤、元件和/或材料的组合也应被视为落入权利要求的保护范围。因此，说明书和附图仅仅是示例性的，并非限制性的。尽管说明书中使用了具体的术语，但是，这些术语仅仅用于一般性描述，并不构成任何限制。

Claims (22)

1.一种方法，包括:
提供一个包括一个半导体晶片的基板，半导体晶片包括一个前面、一个后面和至少一个形成于半导体晶片的前面上的介质层，其中，半导体晶片最初与第一类电荷载体掺杂且包括一个P-N接面，P-N接面通过用第二类电荷载体掺杂半导体晶片的前面形成，第二类电荷载体与第一类电荷载体相反；
激光消融至少一个介质层的区域形成一个贯穿至少一个介质层的通道，使得半导体晶片的部分前面通过通道裸露；
对部分基板施加自掺杂金属浆料，使得施加的自掺杂金属浆料施加于通道，其中，自掺杂金属浆料包括含有第二类电荷载体的掺杂剂；以及
加热基板和自掺杂金属浆料，使得至少一些来自自掺杂金属浆料的掺杂剂进入通过通道裸露的半导体晶片的部分前面，形成一个选择发射区和一个位于选择发射区上的触点，通道位置触点与P-N接面电接触，其中，选择发射区的第二类电荷载体的掺杂浓度高于邻近选择发射区的半导体晶片的前面区域的第二类电荷载体的掺杂浓度。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述自掺杂金属浆料包括无玻璃自掺杂金属浆料。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述半导体晶片包括最初与P-型掺杂剂掺杂的硅晶片，其中，P-N接面通过用N-型掺杂剂掺杂半导体的前面形成，自掺杂金属浆料包括N-型掺杂剂。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：所述自掺杂金属浆料包括自掺杂银浆料，其含有磷、锑、砷掺杂剂中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：使用激光消融至少一个介质层的区域包括，使用具有顶帽分布或高斯分布的单脉冲激光消融至少一个介质层的区域。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：所述单脉冲的持续时间约1皮秒至30纳秒，能量水平约为0.12焦耳/平方厘米至5焦耳/平方厘米。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：形成所述通道包括形成直径约20至100微米的通道。
8.根据权利要求1所述的方法，进一步包括对准基板、激光中的一个或多个，使得通道可以在理想的位置形成。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述施加自掺杂金属浆料包括，在部分基板上丝网印刷自掺杂金属浆料。
10.根据权利要求9所述的方法，进一步包括对准基板、丝网印刷机的屏幕中的一个或多个，使得丝网印刷时自掺杂金属浆料可施加于通道。
11.根据权利要求9所述的方法，其特征在于：所述丝网印刷自掺杂金属浆料包括，使用丝网印刷机丝网印刷自掺杂金属浆料，丝网印刷机包括：
肖氏硬度约为60至80的刮刀；以及
屏幕，屏幕的网目数约为290，网线的直径约为0.8毫米，乳剂厚度为1毫米，丝网张力约为20至25牛顿。
12.根据权利要求9所述的方法，其特征在于：所述丝网印刷自掺杂金属浆料包括，采用印刷速度约为100至200毫米/秒，印刷压力约为50至80牛顿，离网设置约为1.0至2.0毫米丝网印刷自掺杂金属浆料。
13.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述加热基板和自掺杂金属浆料包括，加热基板和自掺杂金属浆料至最高温度，最高温度等于或高于半导体晶片和自掺杂金属浆料中的金属的共晶温度。
14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于：所述半导体晶片包括硅晶片，自掺杂金属浆料包括自掺杂银浆料，其中，加热基板和自掺杂金属浆料包括将基板和自掺杂金属浆料加热至等于或高于835摄氏度的最高温度。
15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于：所述加热基板和自掺杂金属浆料包括，加热基板和自掺杂金属浆料的总时间约为1至5分钟，总时间中包括约10至30秒位于约835至980摄氏度的最高温度的时间。
16.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述至少一个介质层包括氮化硅层、二氧化硅层、碳化硅层、氮氧化硅层、氢化非晶硅层、氢化非晶硅与锗或碳的合金层、氧化钛层、氧化铝层中的一个或多个，或其组合层。
17.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：通过使用离子注入、热扩散中的一种或多种掺杂半导体晶片的前面形成所述P-N接面。
18.一种太阳能电池，至少部分通过以下方法制造：
提供一个包括一个半导体晶片的基板，半导体晶片包括一个前面、一个后面和形成于半导体晶片的前面上的至少一个介质层，其中，半导体晶片最初与第一类电荷载体掺杂且包括一个P-N接面，P-N接面通过用第二类电荷载体掺杂半导体晶片的前面形成，第二类电荷载体与第一类电荷载体相反；
使用激光消融至少一个介质层的区域，形成贯穿至少一个介质层的通道，使得半导体晶片的部分前面通过通道裸露；
对部分基板施加自掺杂金属浆料，使得施加的自掺杂金属浆料施加于通道，其中，自掺杂金属浆料包括含有第二类电荷载体的掺杂剂；以及
加热基板和自掺杂金属浆料，使得至少一些来自自掺杂金属浆料的掺杂剂进入通过通道裸露的半导体晶片的部分前面，形成选择发射区和位于选择发射区上的触点，通道位置触点与P-N接面电接触，
其中，选择发射区的第二类电荷载体的掺杂浓度高于邻近选择发射区的半导体晶片的前面区域的第二类电荷载体的掺杂浓度。
19.根据权利要求18所述的太阳能电池，其特征在于：所述自掺杂金属浆料包括无玻璃自掺杂金属浆料。
20.根据权利要求18所述的太阳能电池，其特征在于：所述半导体晶片包括最初用P-型掺杂剂掺杂的硅晶片，其中，P-N接面通过用N-型掺杂剂掺杂半导体的前面形成，自掺杂金属浆料包括N-型掺杂剂。
21.一种太阳能电池，包括：
包括前面和后面的半导体晶片，其中，半导体晶片最初用第一类电荷载体掺杂且包括P-N接面，P-N接面通过用第二类电荷载体掺杂半导体晶片的前面形成，第二类电荷载体与第一类电荷载体相反；
位于半导体晶片的前面上的介质层；
贯穿介质层的若干个不连续的通道；以及
大致位于若干个不连续的通道上的金属触点网格；
其中，半导体晶片的前面包括若干个不连续的选择发射区，每个选择发射区大致位于一个通道下，且每个选择发射区的第二类电荷载体的掺杂浓度高于邻近半导体晶片的前面的第二类电荷载体的掺杂浓度；且
其中，金属触点网格通过若干个不连续的选择发射区通道与P-N接面电接触。
22.根据权利要求21所述的太阳能电池，其特征在于：所述金属网格仅通过若干个不连续的通道与P-N接面电接触或位于介质层上。
CN2011800178672A 2010-02-08 2011-01-13 太阳能电池及其制造方法 Pending CN103026505A (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US12/701,908 2010-02-08
US12/701,908 US8241945B2 (en) 2010-02-08 2010-02-08 Solar cells and methods of fabrication thereof
PCT/US2011/021146 WO2011097056A2 (en) 2010-02-08 2011-01-13 Solar cells and methods of fabrication thereof

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN103026505A true CN103026505A (zh) 2013-04-03

Family

ID=44080824

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN2011800178672A Pending CN103026505A (zh) 2010-02-08 2011-01-13 太阳能电池及其制造方法

Country Status (6)

Country Link
US (1) US8241945B2 (zh)
EP (1) EP2534694A2 (zh)
KR (1) KR101457427B1 (zh)
CN (1) CN103026505A (zh)
TW (1) TWI446551B (zh)
WO (1) WO2011097056A2 (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109065641A (zh) * 2013-12-09 2018-12-21 太阳能公司 使用自对准注入和封盖制造太阳能电池发射极区
CN117644279A (zh) * 2024-01-30 2024-03-05 隆基绿能科技股份有限公司 激光制备太阳能电池电极的方法和太阳能电池

Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8586403B2 (en) * 2011-02-15 2013-11-19 Sunpower Corporation Process and structures for fabrication of solar cells with laser ablation steps to form contact holes
DE102011056039A1 (de) * 2011-12-05 2013-06-06 Centrotherm Photovoltaics Ag Solarzelle mit einer mehrstufigen Dotierung sowie Verfahren zu deren Herstellung
US8841157B2 (en) * 2012-01-04 2014-09-23 Esi-Pyrophotonics Lasers Inc Method and structure for using discontinuous laser scribe lines
KR101921738B1 (ko) 2012-06-26 2018-11-23 엘지전자 주식회사 태양 전지
US9379258B2 (en) 2012-11-05 2016-06-28 Solexel, Inc. Fabrication methods for monolithically isled back contact back junction solar cells
TWI506808B (zh) * 2013-05-08 2015-11-01 Gintech Energy Corp 製造太陽能電池的方法及太陽能電池
TWI581442B (zh) * 2013-05-13 2017-05-01 昱晶能源科技股份有限公司 太陽能電池之製造方法
US20150053256A1 (en) * 2013-08-26 2015-02-26 E I Du Pont De Nemours And Company Solar cells and methods of making thereof
JP6030587B2 (ja) * 2014-01-31 2016-11-24 信越化学工業株式会社 太陽電池セルの製造方法
KR20170003526A (ko) * 2014-02-26 2017-01-09 솔렉셀, 인크. 배면 접촉 태양전지용의 자체 정렬된 접촉부
KR20170097440A (ko) * 2016-02-18 2017-08-28 전영권 태양전지 및 그 제조방법

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09191118A (ja) * 1996-01-11 1997-07-22 Shin Etsu Chem Co Ltd 太陽電池の製造方法
US20030003693A1 (en) * 1999-11-23 2003-01-02 Meier Daniel L. Method and apparatus for self-doping contacts to a semiconductor
CN1992355A (zh) * 2005-12-29 2007-07-04 三星Sdi株式会社 太阳能电池及其制造方法
US20090025786A1 (en) * 2007-05-07 2009-01-29 Georgia Tech Research Corporation Solar cell having high quality back contact with screen-printed local back surface field

Family Cites Families (48)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4608452A (en) * 1984-11-07 1986-08-26 The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration Lithium counterdoped silicon solar cell
JPH08330611A (ja) * 1995-03-30 1996-12-13 Sharp Corp シリコン太陽電池セルとその製造方法
US6180869B1 (en) 1997-05-06 2001-01-30 Ebara Solar, Inc. Method and apparatus for self-doping negative and positive electrodes for silicon solar cells and other devices
US6936849B1 (en) 1997-07-29 2005-08-30 Micron Technology, Inc. Silicon carbide gate transistor
US6794255B1 (en) 1997-07-29 2004-09-21 Micron Technology, Inc. Carburized silicon gate insulators for integrated circuits
US5886368A (en) 1997-07-29 1999-03-23 Micron Technology, Inc. Transistor with silicon oxycarbide gate and methods of fabrication and use
US5926740A (en) 1997-10-27 1999-07-20 Micron Technology, Inc. Graded anti-reflective coating for IC lithography
US7196929B1 (en) 1997-07-29 2007-03-27 Micron Technology Inc Method for operating a memory device having an amorphous silicon carbide gate insulator
US7154153B1 (en) 1997-07-29 2006-12-26 Micron Technology, Inc. Memory device
US6965123B1 (en) 1997-07-29 2005-11-15 Micron Technology, Inc. Transistor with variable electron affinity gate and methods of fabrication and use
US6031263A (en) 1997-07-29 2000-02-29 Micron Technology, Inc. DEAPROM and transistor with gallium nitride or gallium aluminum nitride gate
US6746893B1 (en) 1997-07-29 2004-06-08 Micron Technology, Inc. Transistor with variable electron affinity gate and methods of fabrication and use
US6121126A (en) 1998-02-25 2000-09-19 Micron Technologies, Inc. Methods and structures for metal interconnections in integrated circuits
US6143655A (en) 1998-02-25 2000-11-07 Micron Technology, Inc. Methods and structures for silver interconnections in integrated circuits
US6492694B2 (en) 1998-02-27 2002-12-10 Micron Technology, Inc. Highly conductive composite polysilicon gate for CMOS integrated circuits
US6262359B1 (en) 1999-03-17 2001-07-17 Ebara Solar, Inc. Aluminum alloy back junction solar cell and a process for fabrication thereof
US8987736B2 (en) 2000-07-10 2015-03-24 Amit Goyal [100] or [110] aligned, semiconductor-based, large-area, flexible, electronic devices
US7906229B2 (en) 2007-03-08 2011-03-15 Amit Goyal Semiconductor-based, large-area, flexible, electronic devices
US6787919B2 (en) * 2001-12-27 2004-09-07 Intel Corporation Flip-chip opto-electronic circuit
US20070216300A1 (en) 2002-04-04 2007-09-20 International Display Systems, Inc. Organic opto-electronic device with environmentally protective barrier
US6949389B2 (en) 2002-05-02 2005-09-27 Osram Opto Semiconductors Gmbh Encapsulation for organic light emitting diodes devices
JP2004193350A (ja) * 2002-12-11 2004-07-08 Sharp Corp 太陽電池セルおよびその製造方法
US6683277B1 (en) 2002-12-20 2004-01-27 Osram Opto Semiconductors Laser ablation nozzle assembly
US20050189015A1 (en) * 2003-10-30 2005-09-01 Ajeet Rohatgi Silicon solar cells and methods of fabrication
US20060060238A1 (en) * 2004-02-05 2006-03-23 Advent Solar, Inc. Process and fabrication methods for emitter wrap through back contact solar cells
US7335555B2 (en) * 2004-02-05 2008-02-26 Advent Solar, Inc. Buried-contact solar cells with self-doping contacts
US7663057B2 (en) 2004-02-19 2010-02-16 Nanosolar, Inc. Solution-based fabrication of photovoltaic cell
US20050247340A1 (en) 2004-04-19 2005-11-10 Zeira Eitan C All printed solar cell array
US20080223428A1 (en) 2004-04-19 2008-09-18 Zeira Eitan C All printed solar cell array
US7151342B2 (en) 2004-05-07 2006-12-19 E. I. Du Pont De Nemours And Company Processes for removing organic layers and organic electronic devices formed by the processes
US20050252544A1 (en) 2004-05-11 2005-11-17 Ajeet Rohatgi Silicon solar cells and methods of fabrication
US7276724B2 (en) 2005-01-20 2007-10-02 Nanosolar, Inc. Series interconnected optoelectronic device module assembly
US7732229B2 (en) 2004-09-18 2010-06-08 Nanosolar, Inc. Formation of solar cells with conductive barrier layers and foil substrates
US7838868B2 (en) 2005-01-20 2010-11-23 Nanosolar, Inc. Optoelectronic architecture having compound conducting substrate
EP1670079B1 (en) 2004-12-08 2010-12-01 Samsung Mobile Display Co., Ltd. Method of forming a conductive pattern of a thin film transistor
US20070186971A1 (en) 2005-01-20 2007-08-16 Nanosolar, Inc. High-efficiency solar cell with insulated vias
US7583834B2 (en) 2005-03-04 2009-09-01 Eastman Kodak Company Laser etched fiducials in roll-roll display
US20060231130A1 (en) 2005-04-19 2006-10-19 Sharps Paul R Solar cell with feedthrough via
US20070125419A1 (en) 2005-12-01 2007-06-07 Gui John Y Dye sensitized solar cells having blocking layers and methods of manufacturing the same
US7450295B2 (en) 2006-03-02 2008-11-11 Qualcomm Mems Technologies, Inc. Methods for producing MEMS with protective coatings using multi-component sacrificial layers
FI20060288A0 (fi) 2006-03-27 2006-03-27 Abr Innova Oy Pinnoitusmenetelmä
KR20090034988A (ko) 2006-07-18 2009-04-08 더 유니버시티 오브 써던 캘리포니아 나노튜브를 갖는 유기 광전자 소자 전극
US8035027B2 (en) * 2006-10-09 2011-10-11 Solexel, Inc. Solar module structures and assembly methods for pyramidal three-dimensional thin-film solar cells
CN1945952A (zh) 2006-10-23 2007-04-11 深圳市拓日电子科技有限公司 整体式双结非晶硅太阳能电池幕墙及其制造方法和应用
DE102007019047B4 (de) * 2007-04-23 2015-06-18 Abb Ag Kommunikationsanordnung
US7982126B2 (en) 2007-05-21 2011-07-19 Macfarlane Alexander T Photovoltaic module with improved heat transfer and recovery potential
US20100275982A1 (en) * 2007-09-04 2010-11-04 Malcolm Abbott Group iv nanoparticle junctions and devices therefrom
TWI368999B (en) * 2008-07-15 2012-07-21 Mosel Vitelic Inc Method for manufacturing solar cell

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09191118A (ja) * 1996-01-11 1997-07-22 Shin Etsu Chem Co Ltd 太陽電池の製造方法
US20030003693A1 (en) * 1999-11-23 2003-01-02 Meier Daniel L. Method and apparatus for self-doping contacts to a semiconductor
CN1992355A (zh) * 2005-12-29 2007-07-04 三星Sdi株式会社 太阳能电池及其制造方法
US20090025786A1 (en) * 2007-05-07 2009-01-29 Georgia Tech Research Corporation Solar cell having high quality back contact with screen-printed local back surface field
US20090325327A1 (en) * 2007-05-07 2009-12-31 Georgia Tech Research Corporation Method for cleaning a solar cell surface opening made with a solar etch paste

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
FELIX BOOK ET AL: ""two diffusion step selective emitter: comparison of mask opening by laser or etching paste"", 《23RD EUROPEAN PHOTOVOLTAIC SOLAR ENERGY CONFERENCE》 *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109065641A (zh) * 2013-12-09 2018-12-21 太阳能公司 使用自对准注入和封盖制造太阳能电池发射极区
CN109065641B (zh) * 2013-12-09 2022-05-10 太阳能公司 使用自对准注入和封盖制造太阳能电池发射极区
CN117644279A (zh) * 2024-01-30 2024-03-05 隆基绿能科技股份有限公司 激光制备太阳能电池电极的方法和太阳能电池

Also Published As

Publication number Publication date
KR101457427B1 (ko) 2014-11-04
TWI446551B (zh) 2014-07-21
KR20120120412A (ko) 2012-11-01
WO2011097056A2 (en) 2011-08-11
US8241945B2 (en) 2012-08-14
WO2011097056A3 (en) 2012-05-03
EP2534694A2 (en) 2012-12-19
US20110132448A1 (en) 2011-06-09
TW201236164A (en) 2012-09-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN103026505A (zh) 太阳能电池及其制造方法
JP6046661B2 (ja) 太陽電池、その製造方法及び太陽電池の不純物部形成方法
AU2012355764B2 (en) Laser contact processes, laser system, and solar cell structures for fabricating solar cells with silicon nanoparticles
US9455362B2 (en) Laser irradiation aluminum doping for monocrystalline silicon substrates
CN103201855A (zh) 具有选择前面场的后面结太阳能电池
US20020096206A1 (en) Photovoltaic apparatus and mass-producing apparatus for mass-producing spherical semiconductor particles
JP2011512041A (ja) 太陽電池、太陽電池のエミッタ層形成方法及び太陽電池の製造方法
WO2014179368A1 (en) Damage free laser patterning of transparent layers for forming doped regions on a solar cell substrate
CN104247035A (zh) 形成具有选择性发射极的太阳能电池的方法
US20130164883A1 (en) Laser annealing applications in high-efficiency solar cells
EP4376104A1 (en) Method for manufacturing a solar cell and solar cell thereof
US9214585B2 (en) Annealing for damage free laser processing for high efficiency solar cells
KR101370126B1 (ko) 탑햇 형태의 레이저 어닐링을 이용한 태양전지의 선택적에미터 형성방법 및 이를 이용한 태양전지의 제조방법
CN101540349A (zh) 一种晶体硅太阳电池铝背场二次烧结工艺
CN102844876A (zh) 形成选择性触点的方法
WO2012162276A2 (en) Spatially selective laser annealing applications in high-efficiency solar cells
US20130233379A1 (en) Patterned aluminum back contacts for rear passivation
JP2014110330A (ja) 太陽電池モジュール
Fath et al. Industrial manufacturing of semitransparent crystalline silicon POWER solar cells
KR100753630B1 (ko) 태양전지 및 이의 제작 방법
CN111554755A (zh) 一种太阳能电池电极金属化的方法
JP5377101B2 (ja) 太陽電池素子、太陽電池モジュールおよび太陽光発電装置
CN105679653B (zh) 硫硅半导体合金叠层太阳能电池的制作方法
KR101597825B1 (ko) 태양전지, 태양전지의 제조방법 및 열확산용 열처리 장치
JP2007208049A (ja) 光電変換装置、その製造方法および光発電装置

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20130403