CN103077978A - 太阳能电池结构、光生伏打模块及对应的工艺 - Google Patents

太阳能电池结构、光生伏打模块及对应的工艺 Download PDF

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Abstract

光生伏打模块可包含太阳能电池，所述太阳能电池沿所述电池的后侧具有相反极性的掺杂域。所述掺杂域可位于穿过介电钝化层的开口内。在一些实施例中，所述太阳能电池由薄硅箔形成。掺杂域可通过沿半导电片的后表面印刷墨水来形成。掺杂剂墨水可包含具有所要掺杂剂的纳米粒子。光生伏打模块可形成有多个具有不同大小的结构的太阳能电池以改进模块性能。所述大小可基于半导体的所估计性质来动态地确定，以使得所述模块中的所述电池的电流输出彼此更相似。所述模块相对于具有不产生匹配电流的相似的相等大小电池的模块来说可产生较高的功率。本发明描述适当的动态处理方法，其包括根据电池设计中的动态调整来提供处理调整的处理步骤。

Description

太阳能电池结构、光生伏打模块及对应的工艺
本申请是申请号为200880005281.2、申请日为2008年2月15日，发明名称为“太阳能电池结构、光生伏打模块及对应的工艺”的发明专利的分案申请。
对相关申请案的交叉参考
本申请案主张2007年2月16日申请的授予海斯默尔(Hieslmair)的第60/902,006号美国临时专利申请案的权益，所述申请案以引用的方式并入本文中。
技术领域
本发明涉及光生伏打电池、光生伏打模块及形成这些装置的工艺。在一些实施例中，本发明涉及后点接触的光生伏打电池及对应模块，其可包含硅/锗半导电材料的薄膜。另外，本发明涉及形成后点连接的有效处理步骤。在其它实施例中，本发明涉及光生伏打装置的形成，其中处理参数是基于半导体性质测量来动态选择。
背景技术
多种技术可用于形成光生伏打电池，例如太阳能电池。大多数商业光生伏打电池是基于硅的。随着非可再生能源的价格持续上涨，人们日益关注替代能源。替代能源的日益商业化依赖于每能量单位较低的成本所获得的渐增的成本有效性，这可通过能源的改进效率及/或通过材料及处理的成本降低来实现。
光生伏打电池通过吸收光以形成电子-电洞对来操作。半导体材料可便利地用以吸收光，并产生电荷分离。电子及电洞以电压差分收获以直接或在用适当能量储存装置储存之后在外部电路中执行有用功。
发明内容
在第一方面中，本发明涉及一种太阳能电池，其包含透明前片、具有前表面及相对后表面的半导体层、从半导体层的后表面延伸的多个p掺杂岛及n掺杂岛及至少两个电互连件。半导体层固定在一位置中，其前表面朝透明前片定向。通常，一电互连件提供多个p掺杂岛之间的电连接，且另一电互连件提供多个n掺杂岛之间的电连接。
在另一方面中，本发明涉及一种用于形成掺杂半导体结构的方法，所述方法包含将多个沉积物印刷到半导体片的表面上，其中一些沉积物包含p掺杂剂且其它沉积物包含n掺杂剂。通常，将介电覆盖物沿所述表面附着于半导体片，其中选定开口通过介电覆盖物而暴露下伏半导体表面。印刷可通过所述开口执行。
在另一方面中，本发明涉及一种用于形成掺杂半导体结构的方法，所述方法包含将包含掺杂剂的第一层照射到半导体片的表面上，其中使介电覆盖物沿所述表面附着于半导体片，其中选定开口通过所述介电覆盖物而暴露下伏半导体表面。照射可在对应于选定窗口的位置处执行以在所照射位置处形成掺杂触点。
在额外方面中，本发明涉及一种用于沿掺杂半导体结构选择性沉积掺杂剂的方法。所述方法包含将包含p掺杂氧化硅粒子的第一墨水及包含n掺杂氧化硅粒子的第二墨水喷墨印刷到硅衬底上。一般来说，每一墨水的氧化硅粒子具有不超过约100nm的平均初级粒子大小，且每一墨水具有约1.0到约50重量百分比氧化硅粒子的浓度。
此外，本发明涉及一种光生伏打模块，其包含透明前片及太阳能电池，所述太阳能电池包含：沿透明前片固定的半导体层，前表面面向透明前片；粘接于半导体层的后表面的后介电层；位于穿过后介电层的开口内的掺杂域；电连接多个p掺杂域的第一电互连件及电连接多个n掺杂域的第二电互连件，其中所述电互连件延伸到所述开口中。
在另一方面中，本发明涉及一种包含透明衬底及多个附着于透明衬底的串联连接的太阳能电池的光生伏打模块。在一些实施例中，至少两个电池的面积彼此不同，且所述电池的面积差异使得个别电池的电流输出相对于具有相等面积且具有与所述模块的特定电池相同的相应光转换效率的电池来说更良好匹配。
此外，本发明涉及一种太阳能电池，其包含具有经配置以接收光的前表面及与前表面相对的后表面的半导体片、沿后表面定位的p掺杂剂区及n掺杂剂区，及分别提供p掺杂剂区之间及n掺杂剂区之间的电接触的两个电互连件。在一些实施例中，p掺杂剂区及n掺杂剂区并不沿后表面对称地定位。
在其它方面中，本发明涉及一种用于将半导体片再分以用作光生伏打模块内的个别光生伏打电池的方法。所述方法可包含基于沿半导体片的测量，将半导体片切割成不相等面积的子段。测量可与在所测量位置处一定面积的半导体材料所产生的预期电流相关。
另外，本发明涉及一种用于制造太阳能电池的方法，其包含基于对半导体层的性能测量以不对称图案沉积与半导体层相关联的掺杂剂。
附图说明
图1是移除了一部分衬里层以暴露模块内的一些太阳能电池的光生伏打模块的示意性侧面透视图。
图2是图1的光生伏打模块的沿图1的线2-2截取的截面侧视图。
图3是移除了衬里层以暴露模块内的太阳能电池的光生伏打模块的仰视图。
图4是个别太阳能电池的底部透视图。
图5是图5的太阳能电池的沿图4的线5-5截取的截面图。
图6是移除了集电器以通过穿过钝化层钻取的孔洞暴露掺杂剂域的半导体衬底的仰视图。
图7是太阳能电池的替代实施例的仰视图。
图8是应用之前移除了集电器以暴露穿过钝化层的孔洞内的掺杂剂域的图7的太阳能电池的仰视图。
图9是指示模块准备的主要工艺步骤的流程图。
图10A是指示了动态电池选择的半导体片的仰视图。
图10B是在切割电池且钻洞以用于放置掺杂剂之后，图10A的片的仰视图。
图11是展示实时电池选择之后经切割电池的半导体片的仰视图。
图12是指示用于太阳能电池处理的步骤的流程图，但图中所示的顺序未必是处理顺序。
图13是穿过硅层上的氮化硅层钻取的实际孔洞的显微照片。
图14是展示在激光钻孔以穿过钝化层形成孔洞之后的片段截面侧视图。
具体实施方式
有效地以后表面触点形成有效光生伏打结构以在电池的区域上有效地收获电子-电洞对。在一些实施例中，使用穿过介电层中的开口或孔洞的沉积来形成掺杂触点。本文中所述的工艺可提供形成具有后连接的太阳能电池的有效方法，其中电池在光生伏打模块内电连接。经改进的工艺适于薄半导体箔处理，但所述方法也可适于较厚的半导体层处理。一些处理改进尤其适于同时对多个电池进行模块级处理。本文中的掺杂方法尤其适于形成掺杂剂结构，所述掺杂剂结构形成用于从半导体衬底收获光电流的光生伏打触点的一部分。
本文中所述的用于形成光生伏打模块的动态处理方法可提供更有效的太阳能电池及对应的光生伏打模块，对模块内相对固定量的材料来说，所述光生伏打模块产生更高的功率。确切地说，光生伏打模块可由更大的半导体材料片形成，所述片可经测量以制订片上的预期性能特征。半导体材料的预期性能性质的测量提供动态处理半导体的基础。
本文中所述的掺杂方法适于掺杂剂放置的实时选择。通过检查半导体材料及实时掺杂剂沉积，个别电池大小及位置可被选择以产生相似电流以使得模块的总功率产生可得以改进。这些功率改进方法及对应处理步骤通常可用于使用一定范围的半导体材料的任何类型的太阳能电池。
光生伏打模块通常包含透明前片，其在模块的使用期间暴露于太阳光。光生伏打模块内的太阳能电池(亦即，光生伏打电池)可邻近于透明前片放置，以使得穿过透明前片而透射的光可由太阳能电池中的半导体材料吸收。透明前片可提供支撑、物理保护以及针对环境污染物的保护及类似功能。光生伏打电池通常串联连接以增加模块的可用电压。光生伏打模块可包含并联连接的光生伏打电池组以及串联连接的电池组。光生伏打电池的活性材料通常为半导体。吸收光之后，可从导带收获光电流以通过与外部电路的连接执行有用功。对光生伏打电池来说，改进的性能可能与给定光通量下能量转换效率提高及/或电池制造成本降低相关。
与半导体材料介接的掺杂接触区有助于收获光电流。确切地说，电子及电洞可分别在n+掺杂区及p+掺杂区内分隔(segregate)。掺杂接触区与导电体介接以形成集电器，以收获通过吸收光形成的光电流以在触点的两极之间产生电位。在单个电池内，具有相同极性的掺杂接触区连接到共同集电器，以使得与不同极性的掺杂触点相关联的两个集电器形成光生伏打电池的反电极。
虽然串联连接的太阳能电池的电压具相加性，但电池串联的电流视个别太阳能电池的性能而定。确切地说，穿过串联电池的电流基本上是所述串联中最弱电流传递太阳能电池的电流容量，因为最弱太阳能电池在共同照明水平下不能支持较高的电流。可从较高性能电池获得的功率因试图推动电流通过较低性能电池而损失。来自串联连接太阳能电池的功率是所述单元的电流与电压的乘积。特定电池的电流可随载流子寿命而变，载流子寿命与在吸收光后从经填充导带收获电流的效率相关。通常，电池的效率也与电池的设计相关，例如，与将电池分成p+掺杂区及n+掺杂区及掺杂区的放置相关。
在一些实施例中，个别电池的大小可基于形成为光生伏打电池的半导体材料的测量性质来确定。因此，模块的电池集合可经选择以相对于切割成相等大小的电池来说具有显著较小的电流容量差异。此电池面积选择在个别电池在较大片上分开或从较大片切割以使得所述片的区域可有效且适当分开时尤其便利。确切地说，可评估半导体片以估计在沿半导体的表面的选定位置处的少数载流子寿命，这是性能的主要决定因素。此外，如果需要，则也可基于关于半导体性质的测量来选择掺杂剂放置以及个别掺杂触点的大小及/或掺杂剂含量。喷墨工艺将使掺杂接触区的处理具有极大灵活性。具体地说，对特定半导体片来说，掺杂工艺可以直接方式动态调整。一般来说，半导体性质的测量可在形成p掺杂触点及/或n掺杂触点之前或之后执行，但如果测量是在掺杂剂沉积之前执行，则也可动态地执行掺杂剂触点放置。这些估计可提供将半导体材料的总面积分成甚至更均匀的具有不相等大小的产生电流的电池的基础。电池的大小可基于动态而非静态工艺中的实时测量来选择。经切割的电池随后可装配到单个光生伏打模块、多个模块或模块的一部分中。
掺杂剂接触区在电池内的放置会影响电池的性能。确切地说，p+掺杂区相对于n+掺杂区的间隔及掺杂区的大小可能影响电池性能。类似的，分配给以不同方式掺杂的接触区(亦即p+掺杂区及n+掺杂区)的面积会影响电池性能。因此，可选择n+掺杂区及p+掺杂区的数目及/或放置及/或大小以改进个别电池的电流产生效率。选择个别电池内的掺杂接触区的数目及/或放置及/或大小的能力是基于实时地基于对所要掺杂剂位置的动态评估而选择性沉积掺杂剂的能力。使用实时评估，个别电池可动态地而非静态地设计以作为对总太阳能电池大小的动态选择的替代或补充。处理方法通常也可至少相对于可用范围影响掺杂区的放置及大小。
通常，本文中所述的动态处理方法可应用于基于例如单晶硅、多晶硅、非晶硅、硒化镉、碲化镉、CIS合金及其类似物的任何类型的半导体材料的光生伏打结构。CIS合金是指通常包括Cu、In、Ga、Se及S的硫族化物合金。半导体片通常可经掺杂以提高电荷迁移率，但半导体层中的总掺杂剂含量小于适当对应掺杂触点的掺杂剂含量。在下文中，更详细地论述受特别关注的基于多晶硅的实施例，但基于本文中的揭示内容，适当部分可经推广而用于其它半导体系统。
在受特别关注的实施例中，光生伏打模块包含用于半导体片的硅、锗或硅-锗合金材料。出于论述的简单性，除非在上下文中另外指示，否则本文中提及硅是暗指硅、锗、硅-锗合金及其掺合物。在权利要求书中，硅/锗是指硅、锗、硅-锗合金及其掺合物。半导体片通常可经掺杂以提高电荷迁移率，但半导体层中的总掺杂剂含量小于适当对应掺杂触点的掺杂剂含量。在下文中，更详细地论述基于多晶硅的实施例，但基于本文中的揭示内容，适当部分可经推广而用于其它半导体系统。此外，薄硅箔可适于本文中的处理方法，其中所述箔具有约5微米到约100微米的厚度。这些薄箔的形成由于革命性工艺方法而成为可能。
例如多晶硅等结晶硅的薄箔的形成进一步描述于海斯默尔(Hieslmair)等人在2007年3月13日申请的标题为“硅或锗薄片及由薄片形成的光生伏打装置”(″Thin Silicon orGermanium Sheets and Photovoltaics Formed From Thin Sheets″)的共同待决的第11/717,605号美国专利申请案及海斯默尔(Hieslmair)等人在2008年1月25日申请的标题为“到释放层上用于合成无机箔的沉积”(″Deposition onto a Release Layer forSynthesizing Inorganic Foils″)的第61/062,398号美国临时专利申请案中，所述两个专利申请案均以引用的方式并入本文中。薄硅箔可使用称为光反应性沉积的光驱动沉积工艺来形成。光反应性沉积进一步描述于毕(Bi)等人的标题为“通过反应性沉积进行的涂层形成”(″Coating Formation By Reactive Deposition″)的共同待决的第09/715,935号美国专利申请案、毕(Bi)等人的标题为“通过反应性沉积进行的涂层形成”(″CoatingFormation By Reactive Deposition″)的第2003/0228415A号公开案及切鲁沃鲁(Chiruvolu)等人的标题为“通过反应性沉积进行的密集涂层形成”(″Dense Coating Formation ByReactive Deposition″)的第2006/0134347A号公开案中，所述专利以引用的方式并入本文中。
借助于使用牺牲释放层形成的薄半导体层，可对暴露表面进行清洁、纹理化及/或以其它方式准备，且随后可将所述薄层从下伏衬底直接分离到透明前片上。在一些实施例中，随后将半导体层切割成电池，同时将半导体片固定在透明前片上。随后，使经切割的光生伏打电池的前表面定位于其在透明前片上的最终位置而根本无需转移电池。由于电池的半导体结构处于透明前片上的适当位置中，可在电池的背侧上执行额外处理直到电池完成且整合到模块中。
金属或其它导电材料连接到掺杂半导体区成为电池内的集电器。邻近电池的集电器可与电连接接合以将电池串联连接。串联中的末端电池可连接到外部电路以便为选定应用供电或对例如可再充电电池等储电装置进行充电。光生伏打模块可安装在适合框架上。
一般来说，光生伏打电池包含具有经设计用于接收光的前表面的光导半导体结构。前表面可具有抗反射涂层及/或纹理或其类似物。前表面通常经设计用于在光生伏打模块内邻近透明层(例如氧化硅玻璃层)放置。电池的后表面背向透明前片，且通常提供与电池的至少一些电连接。模块通常可具有后密封件，其可连同前透明材料及/或框架一起起作用以保护光生伏打模块中的太阳能电池以避免湿气及其它环境污染物。适当电连接从经密封模块中延伸。
已针对光生伏打电池设计出多种触点结构。举例来说，掺杂区可放置在电池的前表面上。通常，任何在前方放置的掺杂区均需要与集电器电接触，所述集电器延伸以将触点与邻近电池的相反极连接以实现串联连接或与外部电路的连接。一些电池在前表面上具有一种类型的掺杂区而在后表面上具有第二类型的掺杂区。在本文中受特别关注的实施例中，每一电池沿电池的后方或背部具有两种极性的掺杂区。在前表面支撑于透明前片上的同时，在后表面上放置两种极性的掺杂区提供便利的处理。对后方连接的太阳能电池来说，前表面可不含有可能会干扰用光照射半导体材料的通路的结构。
半导体掺杂区可形成为沿半导体材料的掺杂域，其中掺杂域可延伸到半导体材料中及/或从半导体材料的表面延伸。P+掺杂区通常包含缺乏电子的掺杂剂，例如B、Al、Ga、In或其组合。N+掺杂区通常包含富含电子的掺杂剂，例如P、As、Sb或其组合。p+掺杂区形成电池阳极(发射极)，而n+掺杂区形成电池阴极(集电极)。在一些实施例中，电池的后侧具有多个p+掺杂区及多个n+掺杂区。
导电组件将模块中的一个电池的发射极(阳极)与另一个电池的集电极(阴极)连接以形成一组串联连接的电池。当电池处于使用中时，串联的末端电池的集电器连接到外部电路。
在一些实施例中，半导电材料的前侧及/或后侧可包含电绝缘的钝化层。形成钝化层的适合材料包括(例如)化学计量及非化学计量氧化硅、氮化硅及氮氧化硅，其中添加或未添加氢。具体地说，钝化层可包含(例如)SiNxOy(x≤4/3且y≤2)、氧化硅(SiO2)、氮化硅(Si3N4)、富硅氧化物(SiOx，x＜2)或富硅氮化物(SiNx，x＜4/3)。所述钝化层保护半导体材料以避免环境降解，减少电洞及电子的表面重组且为前表面提供抗反射性质。如下所述，描述通过钝化层传递掺杂剂材料的工艺。
对本文中所述的动态模块及电池处理来说，实时测量可用于估计在沿半导体材料的不同物理位置处的性能特征，例如载流子寿命。可(例如)使用非破坏性光学技术进行测量，所述光学技术可提供对相对较大片中的半导体材料的快速评估。光学测量可在选定分辨率下进行，且其它外推法及内插法可补充直接测量。测量随后可用以选择电池大小及/或掺杂剂放置以通过电流性能的改进匹配而改进所得电池及模块的效率。然而，为利用所述测量，切割半导体及/或沿半导体放置掺杂剂的对应有效技术可以基于测量的实时可调整程序实施。
在一些实施例中，从较大的半导体材料片切割多个太阳能电池。通常，可使用任何合理的切割方法。举例来说，机械切割、流体喷射切割或基于辐射的切割可用于切割较大片。在一些实施例中，基于辐射的切割(例如用激光)可有效地用以进行锋利分割以形成个别电池。半导体片在切割工艺期间可支撑于衬底上。对半导体为薄箔的实施例来说，可能尤其需要支撑半导体片以使得经切割片段不太可能在处置中遭受损坏。
经切割区段可能或可能不相对于在光生伏打模块内的放置而重新定位。换来说之，在一些实施例中，原始半导体片可经选择以提供用于光生伏打模块或其选定部分的半导体结构，且随后通过切割工艺将半导体片再分成个别电池。举例来说，半导体片或多个半导体片可固定到模块的透明前片以供切割，以使得经切割的电池结构被适当定位以供进一步处理成完整模块，而不改变半导体材料在透明前片上的位置。在替代实施例中，从单个片切割的经切割半导体片段可单独装配到多个模块中，例如一部分区段装配到第一模块中且另一部分区段装配到第二模块中。在其它实施例中，经切割区段可与从一个或一个以上其它半导体片切割的区段一起装配到单个模块中，或经切割区段可与从其它半导体片切割的区段组合以用于装配到多个模块中。
一般来说，掺杂剂可以任何合理工艺施加于半导体材料以形成掺杂触点。举例来说，包含掺杂剂元素的液体成分可经沉积以并入半导体中。或者，已描述用于从掺杂氧化硅粒子获得掺杂剂以转移到硅衬底的方法。在其它实施例中，掺杂硅粒子可用于形成与半导体片相关联的掺杂硅域。这些方法在下文中在用于掺杂薄硅/锗箔的印刷方法的上下文中进一步论述。
对于针对光生伏打装置沉积掺杂剂来说，分辨率就具有微米规模分辨率的意义来说通常是中等的，但在当前集成电路组件的甚至更小的规模上并不是中等的。因此，喷墨印刷、其它印刷方法或其类似方法可便于在沿电池的选择位置(例如沿电池的后方或背侧)沉积液体掺杂剂成分，从而提供掺杂剂原子以便随后形成相应的n+掺杂域及p+掺杂域。虽然常规喷墨头可适于此用途，但用于特定应用的经重新设计的印刷头可类似地用以在选定位置从储集处传递所要体积的液体。除印刷方法外，可沉积包含掺杂剂的掺杂剂层，且激光或其它辐射束可用于将掺杂剂固定在选定位置处以在所述位置处形成掺杂触点。墨水可用于形成层。
一般来说，适于传递呈墨水形式的掺杂剂原子的任何成分均可并入墨水中。掺杂剂墨水被广泛视为能够提供所要掺杂剂元素的液体成分。确切地说，以相对较高浓度分散的纳米级粒子可用于掺杂剂墨水中。掺杂剂墨水可包含具有选定成分的粒子以传递所要浓度的所要掺杂剂。举例来说，高度掺杂的氧化硅粒子及/或硅粒子可提供掺杂剂，而不会引入任何相对于基于硅的半导体片的显著量的污染物。在其它实施例中，掺杂剂墨水可包含非粒子掺杂剂成分。
喷墨工艺使掺杂接触区的处理具有极大灵活性。具体地说，对特定半导体片来说，掺杂工艺可以直接方式动态调整。因此，基于对特定半导体片的测量，可选择掺杂区的位置。如上所述，个别电池的大小可基于半导体片的表面上的半导体性质来选择。如果电池大小是基于半导体测量来选择，则基于电池的选定大小，掺杂剂域可被对应选择以适配在特定电池大小及形状内。此外，即使电池大小不是被动态选择，亦即，如果电池是形成为具有相同大小，则掺杂剂放置可基于半导体测量来选择。类似地，如果需要，则也可基于关于半导体性质的测量来选择掺杂剂放置以及个别掺杂触点的大小及/或掺杂剂含量。使用本文中所述的沉积方法，掺杂剂墨水或其它掺杂剂调配物可在选定位置实时印刷或沉积以实现快速且有效的处理。
一般来说，墨水可包含适合液体以形成粒子的分散液。使金属氧化物及非金属氧化物粒子分散的适合液体通常可包含水、乙醇、其它有机溶剂及其混合物。下文描述使硅粒子分散的其它液体。分散液可具有低浓度到约50重量百分比或更大的浓度。良好分散的粒子可具有合理的小次级粒子大小，其指示粒子在分散液中不高度聚结。
在适当实施例中，用于形成墨水的掺杂粒子可通过任何合理的工艺(例如火焰热解、基于溶液的方法或其类似方法)来合成。然而，可(例如)使用激光热解来制造具有所要性质的高度掺杂粒子，激光热解是一种用于合成具有一定范围的可选择掺杂剂的高度均匀的次微米级粒子的便利且通用的方法。确切地说，通过适当选择反应物流的成分及处理条件，可形成并入有所要金属/非金属成分化学计量(任选地具有选定掺杂剂)的次微米级粒子。虽然原则上一定范围的掺杂粒子是适合的，但具有不超过约500nm的平均初级粒子直径的掺杂次微米级粒子或纳米粒子由于其能够形成良好分散液而是合乎需要的。在一些实施例中，掺杂粒子包含Si、Ge、SiO2、GeO2、其组合、其合金或其混合物。可用相关联成分对掺杂粒子进行表面改质以使粒子分散液稳定。一般来说，处理方法的任何合理组合均可适于掺杂剂的相对于半导体衬底上的选定掺杂剂位置的放置。
最终电池结构可包括除透明前片、半导体片、集电器及掺杂剂区以外的其它层。这些额外层可包括(例如)粘接层、介电层、抗反射层、保护层及其类似物。下文中进一步描述用于掺杂剂及触点结构的一般放置的一般方法。然而，对关于硅箔半导体的特定实施例提供更详细的描述，其中掺杂剂沿后表面沉积且所有触点对应地沿电池的后表面放置。
在一些实施例中，为了形成后触点太阳能电池，可通过在引入与半导体层相关联的掺杂触点之前将钝化介电层沉积到半导体后表面上来实现有效处理。随后，可移除部分钝化层以暴露半导体表面以允许与掺杂剂接触。可(例如)使用激光或其类似方法来穿过钝化层放置开口/孔洞，但例如机械钻孔或蚀刻等其它方法可为替代或额外方法。可控制激光钻孔或其它方法以暴露半导体表面，而不显著损坏半导体表面。可选择孔洞大小、孔洞数目及/或孔洞放置以产生所要程度的掺杂及电池性能。
一般来说，特定电池上存在具有相反极性的多个掺杂剂位置。如果动态选择个别电池的大小，则特定电池的大小可直接影响掺杂触点的数目及放置。又，掺杂区的对应放置可基于对特定电池上半导体性质的测量，以便平衡与n+掺杂触点及p+掺杂触点相关联的性能，从而相对于掺杂触点的纯几何放置来说，可实现电池的改进电流输出。只要合理方法可用于形成集电器，便可选择掺杂剂位置以产生高电流收获效率。因此，掺杂触点放置也应考虑到基于针对集电器放置选定的工艺而适当放置集电器。关于处理步骤的协调，孔洞穿过钝化层的放置可基于掺杂域沿半导体表面放置的选定图案。
在一些实施例中，图案化分层结构可用于形成所要集电器配置。平版印刷(lithography)、光刻(photolithography)或其类似技术的使用可适于形成分层集电器结构。然而，与有效且快速的处理方法以及掺杂剂位置的动态选择一致的印刷方法也可用以形成集电器。一般来说，合理的大量掺杂剂域的使用可能合乎需要，因为这样p掺杂区及n掺杂区就可相对于邻近掺杂区具有较短距离。如果邻近掺杂区彼此接近，则可发生光电流的更有效收获。
在沿半导体表面的选定位置处沉积掺杂剂墨水后，可进一步处理掺杂剂以形成掺杂触点。对掺杂剂成分及掺杂氧化硅粒子来说，掺杂剂通常在沉积位置处驱入半导体材料层中，例如通过在烘箱中加热结构以使掺杂剂移动，掺杂剂随后迁移到半导体材料中。掺杂剂原子的扩散视时间及扩散条件而定。一般来说，基于烘箱的方法相对减缓且趋向于驱使掺杂剂进入半导体材料中的相对较深处以获得掺杂剂在半导体内的所要含量。
替代地或另外，可使用强光源将掺杂剂驱入半导体中。举例来说，可将激光束脉冲到表面上以沿表面熔融极薄层，从而形成浅掺杂区，但在一些实施例中可使用深掺杂区。确切地说，激光可在相对较大的区域上提供强脉冲以将掺杂剂处理到表面中。通常，适合激光可发射具有在红外到紫外范围内的波长的光。可重复对激光的脉冲以实现驱入表面中的所要含量的掺杂剂。如果使用氧化硅粒子来提供掺杂剂原子，则在将掺杂剂驱入半导体中之后，可通过适当蚀刻工艺从表面移除来自掺杂剂墨水的粒子的残余物。在一些实施例中，此操作可在不移除钝化层的情况下进行。
对使用硅粒子来将掺杂剂原子传递到掺杂区的实施例来说，可使硅粒子在所述位置熔化以直接形成掺杂区。一些掺杂剂可能或可能不在此熔化工艺期间扩散到下伏硅片中。因此，所得掺杂接触区可呈位于半导体片上及/或半导体片的表面内的薄岛形式。在任一情况下均可发生光电流的有效收获，因为半导体片上的薄掺杂触点可与半导体片内的触点相似地发挥作用。
一旦通过适当掺杂形成p+掺杂区及n+掺杂区，便将具有相同极性的掺杂区连接到相应的集电器。在适当实施例中，可使用穿过钝化层的孔洞来形成与掺杂域的电连接。多种方法可用于沉积集电器材料。举例来说，集电器可使用银墨来形成，银墨例如用喷墨或丝网印刷沉积在适当位置处。适合商业银墨包括(例如)道
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牌高导电银墨及来自美泰克公司(Metech，Elverson，PA)的导电银墨2512。替代地或另外，物理气相沉积或其类似技术可用于沉积集电器材料。沉积集电器材料之后，适当时，可将结构加热以使集电器材料交联、熔化及/或退火。在一些实施例中，可沉积集电器的种子层且使用电化学沉积来完成集电器形成。
集电器通常应经连接以将邻近电池串联连接。为实现此目标，集电器材料可以延伸以通过电阻桥或其类似物连接电池的配置沉积，且/或可使用额外布线或其类似物来连接邻近电池的集电器。粘接剂及/或衬里材料可放置在电池后表面上以保护后表面且有助于处置。具体地说，例如聚合物片的衬里结构可放置在模块的整个背部及/或侧面上。电池模块可在放置衬里材料或其类似物之前或之后放置到适当框架中。阳极及阴极的电导线应在完成模块后可与外部电路连接，但导线可被覆盖或以其它方式保护以供运输及/或储存。
本文中所述的后半导体掺杂区结构非常适于改进的处理方法且适于放置在可用于形成电池结构的薄半导体衬底上。通常，薄半导体层在处理期间支撑于衬底上。使用后侧掺杂区的处理方法减少了转移薄半导体材料的需要，从而减少处理步骤且减少损坏薄半导体结构的机率。
实时动态处理太阳能电池及对应模块的能力提供对给定量的材料来说改进模块性能以便改进(亦即降低)功率产生的单位平均成本的能力。对应地，可改进模块的均匀性，因为在电池处理中可能考虑半导体片内的变化，以使得模块更接近于平均半导体片的规格来发挥作用。因此，可减少工艺变化的一个方面。一般来说，适当掺杂方法提供掺杂剂放置的便利实时计划，其允许基于半导体测量来调整电池大小以改进其它模块性能及(可能)个别电池的性能。在一些实施例中，便利处理方法包含在工艺中电池与透明前片相对较早关联及沿电池的后方发生的额外处理。
模块及电池结构
光生伏打模块通常具有透明前片及保护性衬里层，太阳能电池在透明前片与保护性衬里层之间。多个太阳能电池通常在光生伏打模块内串联连接。光生伏打电池的半导体结构可为薄硅箔，但本文中的处理方法可应用于其它半导体材料及格式。每一电池通常具有多个掺杂域以形成用于电池的两个极性的集电器的触点。通常，太阳能电池可为后表面或背表面触点太阳能电池，但在其它实施例中可采用其它触点结构。从本文中所述的结构可预期高电池性能。
光生伏打模块的示意图展示于图1中。光生伏打模块100可包含透明前片102、保护性衬里层104、保护性密封件106、多个光生伏打电池108及端子110、112。截面图展示于图2中。透明前片102可为对适当太阳光波长透明且对例如湿气等环境攻击提供合理障壁的氧化硅玻璃或其它适合材料的片。模块组件的适合材料在以下部分中更详细论述。衬里层104可为以适当成本提供对模块的保护及合理处置的任何适合材料。衬里层104不需要是透明的且在一些实施例中可具反射性以将穿过半导体层而透射的光通过半导体层反射回去，其中一部分反射光可被吸收。保护性密封件106可形成前保护性片102与保护性衬里层104之间的密封。在一些实施例中，可使用例如可热密封聚合物膜等单个材料将衬里层104及密封件106形成为单一结构。
太阳能电池108经放置以使其前表面抵靠着透明前片102，以使得日光可到达光生伏打电池的半导体材料。太阳能电池可使用集电器120、导电线或其类似物串联电连接。串联中的末端电池可分别连接于端子110、112，所述端子提供模块与外部电路的连接。在一些实施例中，一些太阳能电池可并联连接以增加电流，而电压补偿性降低，且/或如果每一电池串联产生适当量的电压，则串联连接的光生伏打电池组可连接到与大模块相关联的单独端子。此外，每一光生伏打电池的平均大小可经调整以实现所要的模块性质。举例来说，具有较少、较大串联连接的电池的模块的形成在较低电压下相对于较大量的较小电池来说在相同模块占据面积上产生相对较大量的电流。通过将个别串联连接电池的个别电压相加而确定来自电池串联的电压。
特定预期应用通常影响模块大小的选择。举例来说，可能的应用范围为从小型个别外部灯到用于住宅的太阳电池板到用于商业规模发电设施的太阳电池板。合理模块大小可(例如)在四平方厘米(cm2)或四平方厘米以下到若干平方米或更大的范围内。一旦选定了模块的总大小，即可选择平均个别电池大小以平衡电流对电压以及处理考虑因素及材料考虑因素。本文中的处理方法可适于任何这些具有适当对应设备设计的选定实施例。在一些实施例中，模块包含至少10个电池，在其它实施例中包含至少20个电池且在额外实施例中包含约24个电池到约200个电池。所属领域的技术人员将认识到，涵盖上文明确范围内的额外电池数范围且其属于本发明。
光生伏打模块130的实施例的仰视图展示于图3中，衬里层已移除。在所述实施例中，将具有不同面积的光生伏打电池132安装在透明前片134上。在一些实施例中，模块中的整个电池集合是从单个大半导体片切割，或所述模块的电池组是从单个半导体片切割。动态电池切割及掺杂工艺可允许有效地选择具有与电流产生更好地匹配的面积的电池。如图3中所示，多个电池切割成具有大致相同的电池宽度，同时选择电池长度以将电池的电流产生调整到选定值。
参考图4及图5，展示个别光生伏打电池的实施例。在一些实施例中，光生伏打电池150可包含半导体层152、前表面钝化层154、后表面钝化层156、负触点或集电极160，及正触点或发射极162。如图5中的横截面图中所示，集电极160通常与n+掺杂区164电接触。如图5中所示，发射极162通常与p+掺杂区166电接触。掺杂区164、166可定位于钝化层156中的孔洞168下方，且孔洞168可填充有集电器材料以与掺杂区164、166电接触。
图6中展示集电器材料已移除的太阳能电池的仰视图。一般来说，掺杂区及穿过钝化层的对应孔洞或开口可具有任何合理的形状，其分离电池的不同极。举例来说，穿过钝化层的孔洞/开口可具有大致圆柱形状、凹槽形状或其它所要形状。可便利地使用本文中所述的工艺形成大概圆柱状的孔洞。举例来说，可通过激光钻孔来形成孔洞。类似地，可通过在脉冲之间适当移动激光束来形成呈凹槽状的开口。如果移除较大量的钝化材料，则掺杂区的对应大小增加。因此，如果移除较多钝化材料，则接触电阻可降低，但电洞及电子的表面重组可增加以使得这些效应之间的平衡可影响电池设计。
一般来说，孔洞可具有在约5微米到约100微米的范围内且在其它实施例中在约10微米到约30微米的范围内的平均直径，其为对不同孔洞以及非圆形形状的平均值。孔洞的间隔可为约50微米到约500微米且在其它实施例中为约80微米到约240微米。所属领域的技术人员将认识到，涵盖上文明确范围内的额外孔洞大小及间隔范围且其属于本发明。
在穿过层156的孔洞168内可见n+掺杂区164及p+掺杂区166的交替行。为使图式简化，仅有两行用参考数字164、166标记，但明确这些触点如何与图4中的集电器条带一起排列以使n+掺杂区与负集电极160电接触，且p+掺杂区与正集电极162电接触。类似地，图中仅标记两个实例孔洞，但每一掺杂区均与孔洞相关联。虽然孔洞在图4中以矩形栅格展示，但孔洞放置可基于表面上的半导体性质测量来执行以便动态地确定特定结构的孔洞放置，而放置受形成适当集电器的能力的约束。
图7及图8中展示太阳能电池的一替代实施例。如图8中所示，在此实施例中，光生伏打电池178具有n+掺杂区180及p+掺杂区182，其以棋盘方式排列。如图7中所示，负触点184及正触点186对应地对准于成角度的条带中。随后，负触点184与n+掺杂区180电接触，且正触点186与p+掺杂区182电接触。虽然图6及图8描绘几何排列的触点，但如下文进一步所述，触点放置的动态选择可涉及触点的较低程度的对称放置。
在图7中的结构中，两极的集电器材料以共同含量沉积于所述结构上。对后触点光生伏打电池来说，已描述具有使相反极性电极分离的绝缘层的双层集电器结构。见斯万森(Swanson)的标题为“制造后表面点触点太阳能电池的方法”(″Method of FabricatingBack Surface Point Contact Solar Cells″)的第4,927,770号美国专利及沃林顿(Verlinden)等人的标题为“制造硅太阳能电池的方法”(″Method of Fabricating a Silicon Solar Cell″)的第6,423,568号美国专利，所述两个专利均以引用的方式并入本文中。虽然双层集电器结构可并入本文中所述的结构中，但双层结构将增加处理步骤。
不管金属指状物的配置如何，金属指状物及相关联的金属表面均可经设计以覆盖尽可能大的面积，而不使相反极触碰，因为金属还充当后光反射器。因此，指状物宽度可大致为指状物间距(亦即指状物中心之间的间隔)的至少约40％，且在其它实施例中为指状物间距的至少约50％且在额外实施例中为指状物间距的约60％到约85％。所属领域的技术人员将认识到，涵盖这些明确范围内的额外指状物间距范围且其属于本发明。
上文的论述集中于具有后触点的薄膜半导体太阳能电池。然而，本文中的例如动态电池处理程序等一些处理程序可应用于其它电池配置。举例来说，具有前触点及后触点的组合的薄膜太阳电池进一步描述于平石(Hiraishi)等人的标题为“制造薄膜光生伏打模块的方法”(″Method of Fabricating ThinFilm Photovoltaic Module″)的第6,455,347号美国专利中，所述专利以引用的方式并入本文中。具有前触点及后触点的另一代表性光生伏打模块结构描述于木户口(Kidoguchi)等人的标题为“制造集成薄膜太阳能电池的方法”(″Method of Fabricating Integrated Thin Film Solar Cells″)的第5,956,572号美国专利中。本文中所述的一些动态工艺可基于本文中的教示而适于处理具有前触点及后触点两者的电池。对这些实施例来说，电池的动态切割可在将半导体片转移到透明前片之前执行，以便可在将电池固定到透明前表面之前相对于前表面触点的放置而处理半导体层的前表面。在将电池固定到透明衬底之后，可对后表面执行其余处理。
光生伏打组合件的材料
下文中描述并入光生伏打模块中的适合材料的实例。透明前片可(例如)为氧化硅玻璃、其它无机玻璃材料、透明聚合材料、其复合物或其类似物。透明前片可在一个或两个表面上具有抗反射涂层或其它光学涂层。适合的聚合衬里层包括(例如)来自杜邦公司(DuPont)的
Figure BDA00002733964500141
“S”型聚氟乙烯膜。关于反射材料，衬里层的聚合物片可涂有薄金属膜，例如金属化
Figure BDA00002733964500142
聚酯膜。使透明前片及衬里层接合的保护性密封件可由粘接剂、天然或合成橡胶或其它聚合物或其类似物形成。
一般来说，如果材料可形成为可适当切割成选定电池大小的片，则适用于太阳能电池的任何合理半导体材料均可如本文中所述来处理。然而，多晶硅提供所要水平的性能，同时具有可用于形成可切割成个别太阳能电池的大面积半导体片的合理成本材料。确切地说，适合半导电材料包括(例如)多晶硅薄箔。
硅或其它无机半导体的薄箔可形成于牺牲释放层上。在一些实施例中，释放层具有机械上较弱，以使得释放层可破裂而对释放层上的硅层无损坏。通过光反应性沉积(LRDTM)形成薄硅片进一步描述于海斯默尔(Hieslmair)等人在2007年3月13日申请的标题为“硅或锗薄片及由薄片形成的光生伏打装置”(″Thin Silicon or GermaniumSheets and Photovoltaics Formed From Thin Sheets″)的第2007/0212510A号公开美国专利申请案中，所述申请案以引用的方式并入本文中。类似地，可使用化学气相沉积(CVD)方法在大气压或亚大气压下将释放层上的硅薄膜形成到多孔释放层上。到多孔释放层上的CVD工艺进一步描述于海斯默尔(Hieslmair)等人在2008年1月25日申请的标题为“到释放层上用于合成无机箔的沉积”(″Deposition Onto a Release Layer forSynthesizing Inorganic Foils″)的第61/062,398号美国临时专利申请案中，所述申请案以引用的方式并入本文中。如海斯默尔(Hielsmair)等人在2008年1月25日申请的标题为“薄硅膜的区域熔融再结晶”(″Zone Melt Recrystallization for Thin Silicon Films″)的共同待决的第61/062,420号美国临时专利申请案中进一步所述，硅箔的性质可通过经设计供释放层上的薄箔使用的有效区域熔融再结晶工艺来改进，所述申请案以引用的方式并入本文中。
薄硅片的使用降低了材料用量，同时保证良好的电池性能。薄硅片通常具有不超过约250微米的厚度。在一些实施例中，薄硅箔可具有不超过约100微米的厚度，在其它实施例中约5微米到约100微米，在其它实施例中约10微米到约80微米且在其它实施例中约30微米到约60微米，及这些范围内的任何子范围。所属领域的技术人员将认识到，涵盖所述明确范围内的额外箔厚度范围且其属于本发明。借助于使用牺牲释放层形成的薄半导体箔，可对顶表面进行清洁、纹理化、涂布及/或以其它方式准备，且随后可将薄箔从下伏衬底直接分离到透明衬底上。在一些实施例中，一个或一个以上额外层(例如钝化层)可沉积在硅层之上及/或硅层之下。
硅箔可转移到透明前片，例如，使用粘接剂成分粘接硅箔或使用静电相互作用来转移。适合的粘接剂包括(例如)硅酮粘接剂或EVA粘接剂。其它合理的粘接剂可用于光生伏打模块组合件中的其它用途，例如粘接衬里材料、附着于框架、形成结构内的密封件及其类似用途。例如橡胶等其它聚合物也可用于形成密封件。用于将薄无机箔转移到接收表面的工艺及设备进一步描述于莫索(Mosso)等人在2008年1月25日申请的标题为“大面积无机箔的层转移”(″Layer Transfer for Large Area Inorganic Foils″)的共同待决的第61/062,399号美国临时专利申请案中，所述申请案以引用的方式并入本文中。
在一些实施例中，半导体层的前侧及后侧可包含电绝缘的钝化层。形成钝化层的适合材料包括(例如)化学计量及非化学计量氧化硅、氮化硅及氮氧化硅、碳化硅、碳氮化硅、其组合及其混合物，其中添加或未添加氢。在一些实施例中，钝化层可包含(例如)SiNxOy(x≤4/3且y≤2)，氧化硅(SiO2)，氮化硅(Si3N4)，富硅氧化物(SiOx，x＜2)或富硅氮化物(SiNx，x＜4/3)。钝化层可保护半导体材料以避免环境降解，减少电洞及电子的表面重组，提供结构设计特征及/或辅助一些处理步骤，且为前表面提供抗反射性质。在一些实施例中，前钝化层可包含SiNxOy或其它透明介电材料。钝化层通常也具有化学惰性以使得电池对任何环境污染物更具抗性。
钝化层可以形成薄结晶硅层的相似反应性沉积工艺形成，但钝化层可由例如CVD或PVD技术等其它技术使用(例如)商业沉积设备或借助光反应性沉积来形成。光反应性沉积(LRDTM)进一步描述于毕(Bi)等人的标题为“通过反应性沉积进行的涂层形成”(″Coating Formation By Reactive Deposition″)的共同待决的第09/715,935号美国专利申请案、毕(Bi)等人的标题为“通过反应性沉积进行的涂层形成”(″CoatingFormation By Reactive Deposition″)的共同待决的第10/414,443号美国专利申请案及切鲁沃鲁(Chiruvolu)等人的标题为“通过反应性沉积进行的密集涂层形成”(″DenseCoating Formation By Reactive Deposition″)的共同待决的第11/017,214号美国专利申请案中，所述申请案以引用的方式并入本文中。钝化层可用等离子CVD或其类似技术来沉积。钝化层通常可具有通常从约10纳米(nm)到200nm且在其它实施例中从30nm到180nm且在其它实施例中从50nm到150nm的厚度。所属领域的技术人员将认识到，涵盖上文明确范围内的额外厚度范围且其属于本发明。
前钝化层及/或后钝化层通常可具有纹理以将光散射到半导体层中(例如)以增加有效光路径及对应的光吸收。在一些实施例中，纹理化材料可包含具有从约50nm到约100微米的平均峰值间距离的粗糙表面。纹理可在用以形成钝化层的沉积工艺期间引入及/或纹理可在沉积步骤之后添加。
如上所述，将半导体材料处理成太阳能电池涉及传递掺杂剂材料以形成掺杂触点。一般来说，可使用能够将所要掺杂剂原子传递到所暴露硅的任何合理墨水。举例来说，可沉积含有磷或硼的液体。确切地说，适合墨水可包含(例如)磷酸三辛酯、乙二醇及/或丙二醇中的磷酸或乙二醇及/或丙二醇中的硼酸。在一些实施例中，可沉积装填有无机粒子的墨水以提供掺杂剂。举例来说，无机粒子可包含掺杂氧化硅或掺杂硅。掺杂氧化硅玻璃一直用以使用光刻工艺来传递用于光生伏打电池的掺杂剂。具有掺杂粒子的墨水的使用可提供掺杂剂在所要位置处的印刷，例如使用喷墨印刷。
在受特别关注的实施例中，掺杂粒子具有不超过约250nm、在其它实施例中不超过约100nm、在其它实施例中不超过约50nm且在额外实施例中不超过约25nm的平均初级粒子大小。所属领域的技术人员将认识到，涵盖上文明确范围内的额外粒子大小范围且其属于本发明。一般来说，掺杂粒子通常可由基于反应流的方法或基于溶液的方法来形成。具有各种成分的次微米级无机粒子可通过热解(尤其是基于光的热解或激光热解)单独或与额外处理一起来产生。在基于光的热解/激光热解中，来自强电磁辐射源的光驱动反应以形成粒子。为了方便起见，本申请案可互换地提及基于光的热解及激光热解，因为可使用适合的强电磁辐射源替代激光。激光热解适用于形成在成分、结晶度及大小上高度均匀的粒子。此外，可(例如)使用激光热解有效地形成无机粒子，所述激光热解产生具有引起高分散性且易于并入所要结构中的所要表面性质的粒子，但可使用其它粒子源。
确切地说，已开发激光热解方法以用于合成次微米级多金属/非金属氧化物复合物粒子及其它复合金属/非金属粒子成分以及其掺杂成分。将金属/非金属元素引入反应物流中。通过适当选择反应物流的成分及处理条件，可形成并入有所要金属/非金属成分化学计量的任选地带有选定掺杂剂的次微米级粒子。用激光热解合成掺杂粒子进一步描述于霍恩(Horne)等人的标题为“光学材料及光学装置”(″Optical Materials and OpticalDevices″)的第6,849,334号美国专利中，所述专利以引用的方式并入本文中。
一般来说，墨水可包含适合液体以形成粒子的分散液。使金属氧化物及非金属氧化物粒子分散的适合液体通常可包含水、醇、其它有机溶剂及其混合物。分散液可具有低浓度到约50重量百分比或在一些实施例中到约20重量百分比或更大的浓度。良好分散的粒子可具有合理的小次级粒子大小，其指示粒子在分散液中不高度聚结。粒子可受到表面改质以使粒子分散液稳定且/或分散液中可包括其它表面活性剂。
通过激光热解形成的粒子通常具有待以中等浓度来分散的适当表面化学性质。粒子分散液的稳定性可通过对粒子的表面改质在较高粒子浓度下改进。一般来说，粒子的表面性质影响粒子的分散。粒子的表面性质通常视合成方法以及合成后处理而定。一些表面活性剂(例如许多表面活性剂)通过与粒子表面的非键结相互作用起作用。在一些实施例中，通过使用与粒子表面化学键结的表面改质剂来获得所要的性质。适合的表面改质剂包括(例如)烷氧基硅烷，其通过O-Si键与金属氧化物及非金属氧化物粒子化学键结。确切地说，三烷氧基硅烷与粒子表面形成稳定键。硅烷的侧基影响表面改质粒子的所得性质。
当处理干燥合成原样粉末时，已发现在表面改质之前形成粒子的良好分散会有助于表面改质工艺且产生具有较高程度的表面改质的粒子。粒子的表面改质可增加适合液体的范围，且尤其提供粒子在较小极性溶剂中的良好分散。一些形式的混合、超声波处理或其类似技术可用于改进粒子的分散。在一些实施例中，平均次级粒子大小可为不超过平均初级粒子大小的四倍、在其它实施例中不超过平均初级粒子大小的约3倍且在额外实施例中不超过平均初级粒子大小的约2倍的因数。此外，体积平均粒子大小可不超过约1微米，在其它实施例中不超过约250nm，在额外实施例中不超过约100nm，在其它实施例中不超过约75nm且在一些实施例中为约5nm到约50nm。
对印刷应用来说，可能需要形成胶状分散液。因此，在一些实施例中，分散液可为含有少量使分散液的pH值升高的氨或其它成分的水性分散液。为了由无机粒子分散液形成墨水，如果需要，则可包括其它添加剂，例如粘度改质剂、表面活性剂或其类似物。对一些实施例来说，粘度可为0.1mPa·s到约100mPa·s，且在其它实施例中约0.5mPa.s到约25mPa.s。对一些实施例来说，分散液/墨水可具有约2.0到约6.0N/m2且在其它实施例中约2.2到约5.0N/m2且在额外实施例中约2.5到约4.5N/m2的表面张力。所属领域的技术人员将认识到，涵盖上文明确范围内的额外粘度及表面张力范围且其属于本发明。
用于执行半导体掺杂的包含氧化硅粒子的适合墨水的形成描述于海斯默尔(Hieslmair)等人在2008年1月2日申请的标题为“用于沉积半导体衬底的硅/锗氧化物粒子墨水、喷墨印刷及工艺”(″Silicon/Germanium Oxide Particle Inks，Inkjet Printing andProcesses for Doping Semiconductor Substrates″)的共同待决的第12/006,459号美国专利申请案中，所述申请案以引用的方式并入本文中。用于形成掺杂半导体域的包含硅粒子的适合墨水的形成进一步描述于海斯默尔(Hieslmair)等人在2008年1月2日申请的标题为“用于半导体应用的硅/锗粒子墨水、掺杂粒子、印刷及工艺”(″Silicon/GermaniumParticle Inks，Doped Particles，Printing and Processes for Semiconductor Applications″)的共同待决的第12/006,453号美国专利申请案中，所述申请案以引用的方式并入本文中。这些专利申请案中所述的这些材料可应用于本文中所述的工艺中。
电池处理及模块处理
在此所述的处理步骤适用于且有效用于处理光生伏打模块，其任选地带有模块内动态设计的太阳能电池。在一些实施例中，太阳能电池经设计以便由呈半导体片形式的薄硅箔制造。然而，至少一些处理程序通常适用于且有利于制造具有任何厚度的硅片的光生伏打电池以及由其它半导体材料形成的电池。一些处理步骤或一系列处理步骤明确针对于从电池收获电流的后侧触点的有效产生。掺杂剂可穿过钝化层中的孔洞来放置，其可与集电器材料的小心放置组合以用于以减少数目的处理步骤来形成后触点电池，同时实现保证以减少量的材料实现改进性能的所要结构。
一些实施例的动态处理是根据在半导体表面上的位置分布下的预期性能的测量而构成。随后，基于选定算法，使用性能测量动态地设计其它处理。此动态处理可包括(例如)选择用于将半导体片切割成个别太阳能电池的位置及/或选择掺杂触点沿电池的放置。一旦设计完成，即执行额外处理步骤以相对于由半导体材料形成的不具有动态处理优势的模块来说，以改进性能完成光生伏打模块。
在一些实施例中，下文论述中的一些处理步骤明确针对于从电池收获电流的后侧触点的形成，但可执行用于如上所述的其它电池触点配置的动态处理。一般来说，如图9中所示，处理步骤可包含(例如)半导体片准备190、半导体测量192、动态电池设计194、电池结构处理196及模块完成198。在本文中所述的总处理方法的一些实施例中，所述工艺通常涉及一个或一个以上半导体(例如硅)大片的使用，所述大片在工艺期间基于片上的各点处的半导体性质的测量而分成个别电池。一般来说，工艺可提供材料的适当处置以及有效处理，同时废物减少且处理步骤数目减少，而无损于模块性能的质量。对不执行动态处理的实施例来说，可省略关于半导体测量192及动态电池设计194的步骤。
半导体片准备190是针对初始半导体片的形成以便为执行其它处理以由所述半导体片形成太阳能电池作准备。初始半导体片结构可通常通过任何适合方法来形成。举例来说，半导体片可从硅锭切割。然而，在其它实施例中，半导体片至少部分地用反应性沉积工艺来形成。上文描述用于形成半导体片的适当反应性沉积工艺。通过反应性沉积工艺，可形成极薄的硅箔以供模块中使用。即使硅箔较薄，其仍可用避免对所述硅箔造成损坏的适当转移技术来处置。
与电池结构处理196有关的一些步骤可在半导体片准备190之前执行。举例来说，钝化层可在形成半导体片之前沉积，半导体片沉积到钝化层上。所述钝化层中的一者或其两者可作为反应性沉积工艺的一部分形成。通常将钝化层纹理化。
类似地，一些电池结构处理步骤196可能或可能不在对半导体片执行测量192之前执行。举例来说，半导体的表面可经暴露以用于执行测量，以使得钝化层可能不在进行测量之前放置于两个表面上。对这些实施例来说，一个钝化层可在执行半导体测量之前放置，且/或半导体层可在执行半导体测量之前与透明层相关联。透明衬底可在后续处理步骤期间为半导体片提供机械支撑。然而，在替代实施例中，半导体测量可在形成顶部钝化层及底部钝化层之后执行。所述钝化层中的一者或其两者可作为反应性沉积工艺的一部分形成。
在一些实施例中，在反应性沉积工艺中，具有半导体层的结构的所述一个或一个以上层连续形成到释放层上。释放层可具有提供所述结构从原始衬底破裂或释放的成分及/或机械性质。视对硅箔的其它处置而定，硅箔的后表面或前表面可抵靠释放层形成。在替代实施例中，硅直接沉积到透明前片上，以使得电池的前表面形成到透明前片上而无需释放层或对应转移。在任一定向中，所述结构可受到进一步处理(例如热处理)，同时与原始衬底相关联。虽然原则上电池的掺杂区可通过反应性沉积工艺形成，但本文中描述用于形成掺杂剂触点的有效且便利的方法，其提供与掺杂触点的电连接。
在涉及释放层的反应性沉积工艺中，释放层可沉积到可再使用的衬底上。释放层可为可通过反应性沉积工艺沉积的多孔微粒陶瓷成分，且适合的成分包括(例如)与适于钝化层的成分相似的成分。因为衬底可再使用，所以可使用高质量衬底而不会过度增加成本。在实施例的一实例中，薄氮化硅或氮氧化硅后钝化层可沉积在释放层上。随后，结晶硅层可沉积在后钝化层上。在一些实施例中，薄前钝化层可沉积在结晶硅层上。如果沉积后钝化层，则半导体的测量可在将所述结构与释放层分离之前执行。如果沉积前钝化层，则半导体层的测量可在与释放层分离且任选地移除释放层的残余物之后，在半导体的经暴露后表面上执行。
形成硅箔及钝化层的反应性沉积进一步描述于上文材料部分中。在一些实施例中，可随后加热通过反应性沉积形成的结构以使钝化层固结及/或使结晶硅层退火及/或以其它方式修改层的性质。上文也提及用于执行薄硅箔的区域熔融再结晶的改进方法。
为估计太阳能电池中的性能而进行的半导体测量192可基于载流子寿命评估。确切地说，半导体材料的光电流产生可作为半导体的载流子寿命的函数来估计。通常在掺杂及/或切割个别电池之前执行评估以估计片上的不同位置处的性能。确切地说，测量可在沿半导体片的选定点栅格上执行。载流子寿命的额外值可相对于所测量点使用已确立的线性或非线性拟合惯例来内插及或外推。因此，为了方便起见，测量可基于具有一定间隔的矩形栅格，所述间隔可至少部分地基于测量技术的分辨率。对沿测量栅格(边缘可能为格栅区域的片段)的每一栅格位置来说，沿栅格的区段的面积可设定在(例如)约0.0001mm2到约400mm2的分辨率，其中这些栅格区分别对应于约10微米到约20mm的分辨率。所属领域的技术人员将认识到，涵盖这些明确范围内的额外分辨率范围且其属于本发明。
测量设备及/或半导体片可在平台或其它传送器系统上相对于彼此平移以执行测量。在一些实施例中，可移动光学组件以扫描半导体表面。这些测量可用于确定电池配置及对应电池触点放置。
确切地说，光学技术可用于评估半导体的载流子密度及/或载流子寿命。在一些实施例中，载流子密度可用于估计载流子寿命，载流子寿命与作为光电导体的材料的电流产生相关。沿半导体表面图(map)的少数载流子扩散长度的光学测量(可用于评估载流子寿命)描述于石(Shi)等人的标题为“用于确定样品的一个或一个以上性质的方法及系统”(″Methods and Systems for Determining one or More Properties of a Specimen″)的第2007/0126458A号公开美国专利申请案中，所述申请案以引用的方式并入本文中。此外，载流子密度可由形成钝化层之前或之后在半导体材料上映射的红外寿命来估计。红外寿命可(例如)用在光谱的红外部分中操作的用以测量样本的红外传输的电荷耦合相机来测量。可快速获得材料的高分辨率扫描。伊森博格(Isenberg)等人的文章描述了使用红外激光及商业CCD相机以获得半导体材料的表面上的下至30微米的分辨率。引用伊森博格的文章的是《应用物理学报》(Journal of Applied Physics，93(7)：4268-4275(2003年4月1日))，标题为“用于对少数载流子密度及寿命的横向分辨的测量的成像方法：测量原理及首次应用”(″Imaging method for laterally resolved measurement ofminority carrier densities and lifetimes：Measurement principle and first applications″)，其以引用的方式并入本文中。戈德施米特(Goldschmidt)等人的文章论述了基于对载流子寿命的测量来计算短路电流及开路电压。戈德施米特的文章是在第20届欧洲光生伏打太阳能会议及展览(the 20th European Photovoltaic Solar Energy Conference and Exhibition，2005年6月6-10日，西班牙，巴塞罗那)上提出，标题为“由载流子密度图像预测多晶硅太阳能电池参数”(″Predicting Multi-Crystalline Silicon Solar Cell Parameters FromCarrier Density Images″)，其以引用的方式并入本文中。用于硅材料的电荷-电流性能的无触点估计的替代方法描述于特鲁克(Trupke)等人，《应用物理通讯》(Applied PhysicsLetters 87：093503(2005))中，标题为“太阳-光致发光：对硅晶片的电流-电压特征的无触点确定”(″Suns-photoluminescence：Contactless determination of current-voltagecharacteristics of silicon wafers″)，其以引用的方式并入本文中。特鲁克的文章中的工艺可推广用于半导体表面上的空间分辨率。
半导体测量可用于执行动态电池设计194，参见图9的工艺步骤。一般来说，基于半导体表面上的测量，可使用一系列算法来布局所得电池。一般来说，使初始材料性质与最终电池功率特征相关的能力允许人们调整电池大小、触点间隔/间距，及甚至将电池“串行”(stringing)(使电池子集串联及/或并联连接)以增加整个模块的功率产生且补偿具有不良性能的区域。
给定硅箔的载流子寿命图，可选择电池大小以使得电池在预期峰值功率点处的输出电流良好匹配。较低载流子寿命及/或载流子密度测量与所述区域在峰值功率点处每单位面积的较低预期电流相关。因此，与较高载流子寿命区域比较，较低载流子寿命区域应制成较大电池。初始材料载流子寿命与适当电池面积之间为实现电流匹配的比例可凭经验确定且无需一定是线性的。确切地说，对特定太阳能电池设计来说，可进行来自所测量域的光电流的测量，以确定具有对应光电流的材料载流子寿命与电压之间的函数关系。这些函数关系随后可用以执行动态电池设计。
因为光生伏打模块通常以串联及/或并联形式安装在某一地点，所以常常需要模块具有某种额定电流(串联)或额定电压(并联)。给定硅箔或其它半导体材料的载流子寿命映射以及电池制造过程及所得电池性质的经验知识，可设计方案以将箔分成电池，以便在较高功率下实现目标电流或目标电压。为实现目标电流，划分电池以使得每一电池产生大致为目标值的电流。随后，模块的串联连接电池产生大致等于目标值的总电流。为了达到目标电压，可使用电池的粗略电压值来选择电池总数以达到目标值。随后，将片适当分成电池，其串联相加达到目标值。通常通过损失某一程度的功率性能来同时设定目标电流及电压是可能的。一般来说，通过动态处理，模块中任何两个电池之间的电流变化可减少到不超过所述电池的平均电流的8％，且在其它实施例中，不超过在等效照明下在组合电池的最大功率点处的电流的约5％变化。类似地，个别电池具有更均匀电流产生的模块的功率因模块的对应电流增加而大致更高。所属领域的技术人员将认识到，涵盖上文明确范围内的额外电流及功率改进范围且其属于本发明。
人们已关注于将反相器整合到模块中。如果所述反相器变得商业上可行，则不要求目标电压或电流。在所述情况下，可完全选择电池大小、触点间距及电池串行以实现增加的功率产生。经整合的反相器可将模块功率输出调节成标准的120V 60Hz输出(美国)，其可直接馈送到电力线，或馈送到选定的其它标准电力输出。
作为代表性实例，考虑将半导体衬底分成一个或一个以上条带。如图10A中所示，展示衬底220，其中线224指示片最后分成两个条带226、228。线224的位置可基于来自每一条带的估计总电流。作为基于图10A中所示的实施例的假设实例，如果预期来自顶部条带中的所有测量的电流估计值相加比来自底部条带中的所有测量的总和的电流估计值高，则顶部条带的面积可制成适当小于底部条带的面积以作补偿。
随后，每一条带可再分以使得划分后来自每一电池的电流大致相等。此划分是基于针对片及对应每一条带选定的电池总数。在一些实施例中，每一测量点周围区域的估计电流可假定为在此点周围大致恒定。或者，可使用线性或非线性算法来外推或内插每一测量点处的估计电流。可考虑条带大小。随后，从总估计电流除以条带中的电池总数中获得来自条带中的每一电池的估计电流。随后，可确定每一电池的面积以产生目标电流。图10A中展示代表性划分成10个电池232。
图10B中展示切割成10个电池232之后的片，衬底234支撑经切割的电池。图10B也展示掺杂域236的定位，其中掺杂域位置经动态选择以使得位置不在矩形栅格上。在替代方案中，掺杂触点可放置在矩形栅格上。在图10B中所示的实施例中，选择每一垂直但未必笔直的行以接收相同掺杂剂，以使得触点可沿行而形成。
一旦确定电池大小，即可确定掺杂工艺的掺杂域的数目及放置。掺杂域放置的选择可基于保持电池内掺杂域数目恒定且基于电池的实际大小将掺杂域放置于特定电池中以根据选定图案大致均匀地间隔掺杂域。或者，掺杂域之间的间隔可以一固定值为目标，且随后通过根据电池中的可用空间、基于掺杂域的目标间隔及大小配合最多掺杂域来相应地放置掺杂域。
将半导体片切割成个别电池之后的另一实施例展示于图11中。在此实施例中，将片切割成五个大致相等大小的行240、242、244、246、248。随后，基于半导体性质的测量将每一行切割成具有适当大小的电池。如上所述，电池数目通常可基于目标模块性能来选择，例如基于目标电压来选择。一般来说，光生伏打模块可包含(例如)2到2000个太阳能电池，且在其它实施例中10到500个太阳能电池，以及这些明确范围内的任何范围。通常，布局可首先基于如上文实例中划分成行，或划分可为改进电流匹配的任何数目的数学算法，例如以相等面积电池开始且改变面积以补偿电流差异的迭代过程，此校正过程持续直到电流经估计在指定公差内是相等的。
进一步处理半导体片以通过形成收获光电流的掺杂触点及放置引导所收获光电流的集电器而形成太阳能电池。在受特别关注的实施例中，个别太阳能电池是从较大半导体片切割。太阳能电池可经定位以接收穿过透明前片的光。本文中的论述集中于后触点太阳能电池的形成，但基于本文中的教示至少一些处理步骤可推广用于其它掺杂触点放置。电池结构处理196(图9)可包含(例如)图12中的一个或一个以上步骤，但当对处理考虑来说不必要时，所述步骤不必以所呈现的顺序来执行，且通常对于特定商业设计可包括额外处理步骤。此外，电池结构处理196的一些步骤可在图9的半导体测量192及/或动态电池设计194有关的步骤之前进行或同时与所述步骤并行进行。
一般来说，参考图12，电池结构处理196可包含(例如)沉积一个或一个以上额外层260，将半导体转移到透明前片262，切割电池264，使所述结构准备进行掺杂剂沉积266，沉积掺杂剂成分268，使掺杂剂固化270，沉积电池集电器272且使集电器固化274，但可使用额外步骤，且一些步骤可组合或任选。额外层的沉积可涉及沿半导体片的顶表面及/或底表面形成(例如)钝化层。在替代实施例中，一个或一个以上钝化层可在用于形成半导体层的工艺期间形成。上文描述用于形成钝化层的成分、参数及方法。也可沉积可为临时的或为完成的太阳能电池的层的额外保护层、粘接层及处理层。
用于半导体层的相应侧面的钝化层可在工艺中的适当时间沉积。通常将钝化层纹理化。纹理化可用等离子蚀刻或其它适合方法来进行，且/或纹理可在沉积期间并入层中。适当时可沉积额外层以形成所要结构，例如分层集电器。类似地，蚀刻工艺及平版印刷及光刻方法可用于将层图案化。
关于将半导体片转移到透明前片262，此工艺在很大程度上视半导体的性质而定。一般来说，对较厚半导体结构来说，可直接执行此工艺。对薄硅箔来说，可直接从包含多孔微粒释放层的结构执行此工艺，或可预先执行转移步骤以使得向透明前片的转移可从临时接收表面发生。用于处置及转移薄无机箔的工艺及设备进一步描述于莫索(Mosso)等人在2008年1月25日申请的标题为“大面积无机箔的层转移”(″LayerTransfer for Large Area Inorganic Foils″)的共同待决的第61/062,399号美国临时专利申请案中，所述申请案以引用的方式并入本文中。具有任何钝化层及其类似物的半导电结构可用透明粘接剂或其类似物层压到透明前片。
对适当实施例来说，使用半导体片上的半导体性质的测量，电池可基于上文所论述的动态电池设计而布局在片上。电池在电池结构处理过程中的适当点从半导体片切割264。通常，片是在半导体测量(如果执行)之后且在形成完整模块的最终处理步骤之前的某一点切割成电池。另外，太阳能电池可在定位于透明前片上之前或之后从半导体片切割。在放置于透明前片上之后切割免去任何单独对准步骤，但除非执行额外移除及置换步骤，否则此处理顺序通常或多或少地确定电池的特定配置。在电池的半导体结构处于透明衬底上的适当位置中的情况下，可在电池的背侧上执行额外处理直到电池完成且整合到模块中。
太阳能电池可基于选定划分从半导体片切割，所述划分任选地可在动态电池设计期间映射。如果不执行动态电池设计，则片通常经划分以形成大致相等大小的电池。因为光生伏打模块通常以串联及/或并联形式安装于某一地点，所以常常需要模块具有某种额定电流(串联)或额定电压(并联)。为了实现目标电流，划分电池以使得每一电池产生大致为目标值的电流。随后，模块的串联连接电池产生大致等于目标值的总电流。为了实现目标电压，可使用电池的粗略电压值来选择电池总数以达到目标值。随后，将片适当分成电池，其串联相加达到目标值。通常通过损失某一程度的功率性能，同时设定电流及电压目标是可能的。
虽然电池可在不使用测量的情况下以规则图案来划分，但通过将电池动态切割成更密切匹配来自个别电池的电流的大小可获得优点。电池可使用合理机械方法来切割，例如用具有硬刃刀片的锯、流体喷射切割设备或其它机械方法来切割。然而，可用的激光切割技术提供尤其关于电池放置的实时确定的特定便利性。适合激光切割系统可从牛津激光有限公司(Oxford Lasers，Inc.，Shirley，MA，USA)及IPG光电技术公司(IPGPhotonics Corp.，Oxford，MA，USA)以及其它商业来源购买。一般来说，可使用使材料扁平(oblate)的任何合理激光频率，例如在1070nm下操作的镱激光。如果半导体片是在粘接于透明衬底的同时被切割，则选定切割方法可轻微切割到透明衬底中而不损害电池性能，只要透明衬底维持其机械完整性即可。一般来说，电池的激光切割可在与形成掺杂触点有关的步骤之前、之后或之间执行。
掺杂剂沉积的准备266(如果执行)通常涉及相对于钝化层或可沿半导体表面放置的其它层以及掺杂剂提供到达半导体表面的通路。在一些实施例中，钝化层可经图案化以提供可接受掺杂剂的经暴露区。光刻技术、可涉及各种蚀刻方法的其它平版印刷技术可用于结构的图案化。原则上，如果可放置掺杂剂而无显著迁移，则钝化层或其它覆盖层的图案化可在掺杂工艺之后执行，但掺杂的此处理顺序首先提供对其它处理步骤的约束，且涉及相当精确的相对定位以适当暴露所得掺杂剂。在一些实施例中，所要的方法包含穿过钝化层钻孔。掺杂剂可印刷到孔洞中，所述孔洞变成掺杂触点的位置。提及孔洞并非意图暗指圆柱状结构，且孔洞可具有选定形状及大小。上文论述适当的孔洞大小范围。
可在每一电池内确定供掺杂的适当位置。在上文图4-8的背景中，论述用于定位掺杂触点的图案。举例来说，供掺杂剂放置的孔洞可放置在矩形栅格或其它适当的几何排列上。在一些实施例中，可在每一电池内动态地确定供掺杂剂沉积的适当位置。掺杂剂放置的动态选择可基于半导体片上的半导体性质的测量。
可激光钻取或机械钻取穿过钝化层的孔洞。举例来说，激光钻孔可使用绿色到UV激光，其可以10毫微米(ns)到100ns的短脉冲来使用，但可使用其它激光频率及启动序列。估计每脉冲约2到约30J/cm2的激光通量适于单脉冲以用来开孔。所属领域的技术人员将认识到，涵盖上文明确激光参数范围内的额外范围且其属于本发明。实验已展示，对具有约60nm的厚度的富硅氮化硅薄膜来说，在355nm波长下来自三倍波长YAG激光的单个25ns脉冲以4.3J/cm2的通量形成适合开口。所得孔洞的显微照片展示于图13中。预期较短波长及较短脉冲时间对下伏硅引起的损害较少，但从商业角度(例如成本)看可能存在一定范围的取舍。
预期激光钻孔会产生一些碎片。浅蚀刻可移除碎片以及硅中的受损层。可用硝酸/氢氟酸混合物、氢氧化四甲基铵(TMAH)或氢氧化钾(KOH)蚀刻成分执行适合的化学蚀刻。蚀刻之后所得结构的示意性截面图展示于图14中，其中孔洞290延伸穿过钝化层292且部分地延伸进入半导体294。一般来说，在激光切除、化学蚀刻及/或其它移除步骤之后，约1％到约50％、在其它实施例中约5％到约30％且在额外实施例中约10％到约25％的介电钝化层经移除以暴露孔洞下方的干净、有效未受损的硅，其余部分由钝化层覆盖。所属领域的技术人员将认识到，涵盖上文明确范围内的额外钝化层移除范围且其属于本发明。
掺杂剂成分随后可通过孔洞施加以接触暴露的硅。在一些实施例中，掺杂剂在携带掺杂剂的墨水中传递，所述墨水可(例如)使用喷墨印刷机或其类似物来分配。目前易于获得200到800dpi的大面积上的喷墨分辨率，其足以用单滴图案化100到200跨距线以覆盖激光切划的孔洞。此外，喷墨分辨率持续改进。通常使用两种墨水，一种墨水提供n型掺杂剂，例如磷及/或砷，且第二种墨水提供p型掺杂剂，例如硼、铝及/或镓。上文描述适合墨水，其可包含呈液体形式或溶解于液体中的掺杂剂成分，或包含掺杂剂粒子，例如掺杂氧化硅粒子或掺杂硅粒子。
在沉积掺杂剂之后，适当时可使掺杂剂固化270(图12)以提供掺杂触点与半导体材料之间的所要电相互作用。举例来说，在沉积掺杂剂墨水之后，可使用任选的干燥步骤移除溶剂及/或其它有机物。在一些实施例中，可留下具有小于1微米的厚度的薄膜以进行其它掺杂剂固化处理。掺杂剂固化的性质视掺杂剂成分的性质而定。对包含液体的掺杂剂及氧化硅粒子墨水来说，将掺杂剂驱入硅层中以形成掺杂触点，而对硅粒子墨水来说，可使硅在适当位置熔化以形成掺杂触点。
对适当实施例来说，在驱入步骤期间，将所沉积的掺杂剂元素驱入硅中以在硅中形成掺杂触点。可用在烘箱中加热来执行驱入以使固态扩散加速。掺杂剂的热驱入通常产生掺杂剂在硅中的高斯分布(Gaussian profile)，以便通常获得相对较深的掺杂剂结构以获得所要总掺杂含量。通常，掺杂剂含量可为每立方厘米(cc)约5.0×1018到约5×1019个原子。
然而，在一些实施例中，(例如)用UV激光例如准分子激光(excimer laser)来执行激光驱入，但广泛范围的激光频率可适于基于激光的掺杂剂驱入。确切地说，10到1000ns的准分子激光脉冲可使硅在超过1400℃的温度下熔融到20到80nm的深度。作为一特定实例，20ns脉冲的约0.75J/cm2的准分子激光通量或200ns脉冲的1.8J/cm2的准分子激光通量是用于熔融区的适合参数，但适当时可使用其它激光、激光频率及其它功率参数。上覆层中的掺杂剂快速扩散到熔融硅中，但通常极少扩散超过熔融硅。因此，可实现大致逐步的掺杂剂分布，掺杂剂浓度可能达到大于溶解度的水平。另外，硅层及下层的块体在环境室温下或接近环境室温下保留，且较低温度工艺可为有利的，因为消耗较少能量。
在一些实施例中，使用基于激光的驱入，可以相对较浅的分布形成重度掺杂的触点，厚度为约10nm到约500nm且在其它实施例中约20nm到约100nm。在具有浅分布的一些实施例中，掺杂剂分布具有半导体中在半导体表面的约500nm内且在其它实施例中在半导体表面的约100nm内的至少约95原子百分比的掺杂剂。所属领域的技术人员将认识到，涵盖上文明确范围内的额外掺杂触点深度范围且其属于本发明。掺杂剂分布可使用次级离子质谱分析(SIMS)评估元素成分连同从表面溅镀或其它蚀刻以取样不同深度来测量。
类似地，可使硅半导电片的表面上的掺杂硅沉积物熔融以形成与半导电片相关联的掺杂触点。硅粒子可在烘箱或其类似物中熔融，或通过将所述结构放置于基于光的加热系统例如基于激光的扫描设备中来熔融。同样，例如激光等具有广泛频率范围的光源可适于将硅粒子固化成掺杂触点。
一些掺杂剂墨水在驱入之后可能留下很少(如果留下)残余物。通常在掺杂剂驱入之后从表面清除使用掺杂氧化硅(SiO2)的掺杂剂墨水。可用HF蚀刻移除残余SiO2及一些杂质。
在额外或替代实施例中，掺杂剂沉积268及掺杂剂固化270可随不同掺杂剂成分而以多个交替步骤执行。确切地说，第一掺杂剂成分可形成为层。随后，使用照射束(例如激光束)执行驱入步骤。辐射束可聚焦以使掺杂剂在所要位置固化，例如在对应于穿过钝化层的孔洞的位置。掺杂剂可包含掺杂剂液体及/或掺杂粒子，例如硅粒子或氧化硅粒子。如上所述来执行固化。
在第一掺杂剂在选定位置处固化之后，(例如)用有机溶剂或蚀刻成分洗去层的残余部分，其中至少显著部分的固化掺杂剂保留。随后，涂覆不同掺杂剂的第二层。使用照射来使第二掺杂剂在第二组位置处固化。随后，移除第二掺杂剂层的残余物。以此方式，n掺杂剂及p掺杂剂可以任一顺序依次沉积。旋涂、喷涂或其它便利的涂布方法可用于(例如)用如本文中所述的掺杂剂墨水来形成层。
参考图12，将集电器材料沉积272以形成与掺杂触点的电连接，以使得所收获的光电流可引导到电池外部。形成集电器以电连接掺杂触点从而形成电池的两极，所述极适于与模块端子或另一电池连接。在电池内，掺杂触点在电池配置内电连接，通常以特定极性(亦即掺杂剂触点类型)并联连接。可(例如)使用喷墨直接沉积金属化材料或沉积供后续电镀的导电种子图案来执行集电器材料的沉积。在一些实施例中，金属化材料的直接沉积可包含用喷墨机来沉积具有聚合物-银粒子复合物的墨水。对基于电镀的实施例来说，种子层可包含任何导电材料，例如Cu、Ag或Ni的层。种子层的使用及后续电镀进一步描述于(例如)霍瑞(Horii)的标题为“用于使用电镀方法形成半导体存储器装置的电容器的方法”(″Method for Forming Capacitor of Semiconductor Memory DeviceUsing Electroplating Method″)的第6,630,387号美国专利中，所述专利以引用的方式并入本文中。
用于固化集电器材料274(图12)的适当方法视集电器材料的性质而定。在一些实施例中，可加热集电器材料以使金属或其它材料退火以形成良好接合。聚合物金属粒子复合物可在有效使聚合物交联的适度加热后固化成高度导电的材料。一些聚合物复合物可用辐射来固化。
在一些实施例中，如果使用桥跨越从切割电池形成的间隙，则可延伸喷墨金属化以将多个太阳能电池串联连接。桥应由电性绝缘填充剂形成。适合填充剂包括(例如)顺应性柔性聚合物，其不会将应变引入模块结构中。适合聚合物可使用直接工艺，例如挤压、模制或其类似工艺来沉积。桥的形成及桥上的喷墨金属化使得无需将电池焊接在一起。或者，电池可与铜线或其类似物焊接在一起，或可使用其它形成电连接的方法。
参考图9，一旦电池完成，即可执行其它处理步骤以完成模块形成198。在完成模块的最终处理步骤期间，太阳能电池的电极可串联连接，且可按需要形成其它电连接件。此外，串联末端处的适当电池电极连接到模块端子。具体地说，一旦完成电池之间的电连接，即可形成外部模块连接，且可密封模块的后平面。可涂覆衬里层以密封电池的后方。因为后方密封材料不需要是透明的，所以如上文所论述，可使用一定范围的材料及工艺。如果使用热密封膜，则将所述膜放置于适当位置，且将模块加热到适中的温度以形成密封件而不影响其它组件。随后，按需要可将模块安装到框架中。
上文的实施例希望是说明性的且不是限制性的。额外实施例在权利要求书内。另外，尽管已参照特定实施例描述了本发明，但所属领域的技术人员将认识到，在不脱离本发明的精神及范畴的情况下，可在形式及细节上进行改变。对上文文档的任何引用方式的并入加以限制，以便不并入与本文中的明确揭示内容相反的标的物。

Claims (17)

1.一种太阳能电池，其包含半导体层，所述半导体层具有：前表面、从所述前表面延伸并进入所述半导体层的第一掺杂域、后表面、在至少一部分所述后表面之上的反射涂层、沿着至少一部分所述后表面的第二掺杂域、第一电互连件以及第二电互连件；
其中从所述前表面延伸的所述第一掺杂域的部分包含掺杂的硅、掺杂的锗或合金或其组合；以及其中所述第一电互连件与所述第一掺杂域接触且所述第二电互连件与所述第二掺杂域接触。
2.如权利要求1所述的太阳能电池，其进一步包含与所述前表面接触的介电层，且其中所述第一掺杂域延伸进所述介电层的窗口。
3.如权利要求1所述的太阳能电池，其中所述第一掺杂域包含n型掺杂剂。
4.如权利要求3所述的太阳能电池，其中所述第一掺杂域包含选自由如下组成的群组的掺杂剂：P、As、Sb及其组合。
5.如权利要求1所述的太阳能电池，其中在延伸进入所述半导体层的第一掺杂域部分中的至少约95原子百分比的掺杂剂在所述前表面的约100nm内。
6.如权利要求1所述的太阳能电池，其中所述第一掺杂域包含选自由如下组成的群组的p型掺杂剂：B、Al、Ga、In及其组合。
7.如权利要求1所述的太阳能电池，其中所述第一掺杂域具有浓度为约5.0x1018至约5x1019的原子每立方厘米的掺杂剂。
8.如权利要求1所述的太阳能电池，其中所述半导体层的厚度为约5微米至约100微米。
9.如权利要求2所述的太阳能电池，其中与所述前表面接触的所述介电层包含氧化硅、氮化硅、氮氧化硅或其组合。
10.如权利要求1所述的太阳能电池，其进一步包括与所述前表面和多个掺杂域接触的介电层，所述多个掺杂域延伸进入所述介电层的窗口。
11.如权利要求10所述的太阳能电池，其中穿过所述介电层的开口的平均直径为约5微米至约100微米。
12.如权利要求10所述的太阳能电池，其中穿过所述介电层的开口的间隔为约5微米至约100微米。
13.如权利要求1所述的太阳能电池，其中所述第一掺杂域包含n型掺杂剂，且其中所述半导体层包含掺杂有p型掺杂剂的经掺杂半导体层。
14.如权利要求1所述的太阳能电池，其中所述第二掺杂域包含p型掺杂剂且所述第一掺杂域包含n型掺杂剂。
15.如权利要求1所述的太阳能电池，其进一步包括与所述后表面接触的第二介电层，且其中所述第二掺杂域延伸进所述第二介电层的窗口。
16.如权利要求15所述的太阳能电池，其中穿过所述介电层的开口的平均直径为约5微米至约100微米。
17.如权利要求1所述的太阳能电池，其中所述第一掺杂域或所述第二掺杂域具有浓度为约5.0x1018至约5x1019的原子每立方厘米的掺杂剂。
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