CN103843147B - 高通量激光烧蚀方法和用于在太阳能电池中形成接触孔的结构 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了通过激光烧蚀而形成的太阳能电池（300）的接触孔，以适应多种太阳能电池设计。通过引入具有例如比上覆的金属接触更窄的宽度的线性基极扩散区，从而改进了太阳能电池烧蚀过程的通量。通过具有到达基极扩散区的接触孔也可改进太阳能电池烧蚀过程的通量，所述到达基极扩散区的接触孔垂直于到达发射极扩散区的接触孔。为了允许连续激光扫描，可将激光阻挡层设置于层间介质上，以防止在某些区域上形成接触孔，所述某些区域为例如其中一种极性的金属接触可向相对极性的扩散区进行电分流的区域。在混合设计中，太阳能电池可具有线性和散布式基极扩散区这两者。可使用电光调制器以允许在散布的基极扩散设计中进行连续激光扫描。

Description

高通量激光烧蚀方法和用于在太阳能电池中形成接触孔的 结构
相关专利申请的引用
本专利申请要求2011年8月23日提交的美国临时专利申请No.61/526,530的权益，所述申请以全文引用的方式并入本文。
技术领域
本文所述主题的实施例整体涉及太阳能电池。更具体地讲，所述主题的实施例涉及太阳能电池制造方法和结构。
背景技术
太阳能电池是熟知的用于将太阳辐射转换成电能的装置。它们可以在半导体晶片上利用半导体加工技术制成。太阳能电池包括P型和N型扩散区。冲击在太阳能电池上的太阳辐射产生迁移至扩散区的电子和空穴，从而在扩散区之间形成电压差。在背面接触背面结(BCBJ)太阳能电池中，P型和N型扩散区以及连接到它们上的金属接触位于太阳能电池的背面。金属接触允许将外部电路连接到太阳能电池上并由太阳能电池提供电力。
在高效太阳能电池中，电池参数例如分流电阻、串联电阻和本体寿命是最终制造器件上要维持的重要参数。太阳能电池加工步骤，具体地讲BCBJ太阳能电池上的激光烧蚀步骤，可影响这些参数的每一者。由于串联电阻或寿命而引起的后激光损耗可能以步骤成本为代价进行弥补，例如通过增加热处理或蚀刻步骤。如文中所述，当电池构造具有处于另一种极性的扩散层上的一种极性的金属时，可能普遍的是增加了对高效BCBJ太阳能电池分流的复杂性。
为了与市场上提供的其他能量源进行竞争，太阳能电池不仅须高效，而且须以相对较低成本和较高产量制造。本发明的实施例涉及降低太阳能电池制造成本并提高太阳能电池可靠性的新型太阳能电池制造方法和结构。
发明内容
在一个实施例中，提供了一种制造太阳能电池的方法，该方法包括形成多个线性基极扩散区的条，所述多个线性基极扩散区的条被构造为收集太阳能电池中的多数电荷载流子。在所述多个线性基极扩散区上和线性发射极扩散区上形成层间介质。使用激光以形成通过所述层间介质的多个接触孔，从而暴露出所述多个线性基极扩散区的条中的一个线性基极扩散区的条。在所述一个线性基极扩散区的条上形成金属接触，所述金属接触通过所述多个接触孔中的接触孔而电连接至所述的一个线性基极扩散区的条。
在另一实施例中，提供了一种太阳能电池，所述太阳能电池包括多个线性基极扩散区的条、在所述多个线性基极扩散区的条上的层间介质、通过所述层间介质的多个激光钻孔的接触孔，所述多个激光钻孔的接触孔暴露出所述多个线性基极扩散区的条中的一个线性基极扩散区的条，所述多个激光钻孔的接触孔的每一个具有至多40微米的直径，以及通过所述多个激光钻孔的接触孔中的激光钻孔的接触孔而电连接至所述的一个线性基极扩散区的条的金属接触。
一种用于制造太阳能电池的方法，该方法包括形成线性基极扩散区，所述线性基极扩散区被构造为收集太阳能电池中的多数电荷载流子。在所述线性基极扩散区上形成层间介质。使用激光以形成通过所述层间介质的多个激光钻孔的接触孔，从而暴露所述线性基极扩散区。在所述一个线性基极扩散区的条上形成金属接触，所述金属接触通过所述多个激光钻孔的接触孔中的激光钻孔的接触孔而电连接至所述的一个线性基极扩散区。
本领域的普通技术人员在阅读包括附图和权利要求书的本公开全文之后，本发明的这些和其他特征对于他们而言将是显而易见的。
附图说明
当结合以下附图考虑时，通过参见具体实施方式和权利要求书可以更完全地理解本文所公开的主题，其中在所有附图中，类似的附图标记是指类似的元件。附图未按比例绘制。
图1示意性地示出了示例性BCBJ太阳能电池，其具有形成于相反极性扩散区上的金属接触。
图2示出了图1的太阳能电池的俯视图。
图3示出了在图2的截面A-A处截取的图1的太阳能电池的剖视图。
图4-图6示出了根据本发明实施例制造的太阳能电池的剖视图。
图7示出了图1的太阳能电池的另一个俯视图。
图8示出了在图7的截面B-B处截取的图1的太阳能电池的剖视图。
图9示出了根据本发明实施例的具有深扩散区的太阳能电池的剖视图。
图10-图13示出了根据本发明另一个实施例制造的太阳能电池的剖视图。
图14示出了根据本发明另一个实施例的具有激光形成的接触孔的太阳能电池的剖视图。
图15示出了根据本发明一个实施例的具有额外介质层的图3的剖视图。
图16示出了根据本发明一个实施例的具有减小的基极扩散区的高效太阳能电池的一部分的俯视图。
图17和图18示出了图16的太阳能电池的剖视图。
图19示出了根据本发明一个实施例的太阳能电池激光烧蚀系统。
图20示出了根据本发明一个实施例来操作图19的太阳能电池激光烧蚀系统的方法的流程图。
图21示出了根据本发明一个实施例的具有垂直扫描的接触孔的太阳能电池。
图22示出了根据本发明一个实施例的具有减小的基极扩散区和激光阻挡层的高效太阳能电池的一部分的俯视图。
图23和图24示出了图22的太阳能电池的剖视面。
图25示出了根据本发明一个实施例的具有激光烧蚀的接触孔和线性基极扩散区的太阳能电池的一部分的俯视图。
图26和图27示出了图25的太阳能电池的剖视图。
图28为示出实验性效率比较的汇总结果图，其对具有湿蚀刻的接触孔、具有散布的基极扩散区和激光烧蚀的接触孔的太阳能电池的效率与具有线性基极扩散区和激光烧蚀的接触孔的太阳能电池的效率进行了比较。
图29示出了根据本发明一个实施例的具有线性和散布的基极扩散区的太阳能电池的俯视图。
具体实施方式
在本发明中，提供了许多具体的细节，例如设备、方法和结构的例子，以提供对本发明实施例的全面理解。然而，本领域的普通技术人员将会认识到，本发明可以在没有所述具体细节中的一者或多者的情况下实施。在其他情况下，未示出或描述熟知的细节，以避免混淆本发明的方面。
在一些高效太阳能电池设计中，一种极性的扩散区的金属接触可在相反极性扩散区上延伸(如，N型扩散区的金属接触形成于P型扩散区上)。在该太阳能电池设计中，关键在于使金属接触与扩散区电绝缘的层间介质没有缺陷。否则，一种极性的金属接触可能通过层间介质中的缺陷与相反极性的扩散区构成电短路。
图1示意性地示出了示例性背面接触背面结(BCBJ)太阳能电池300，其具有形成于相反极性扩散区上的金属接触。在图1的例子中，P型(标为352)和N型(标为351)扩散区形成于基板401(如，单晶或多晶硅)中。在其他实施例中，P型和N型扩散区形成于401基板背面表面上的另一层(如多晶硅)中。为了清晰说明，图1中未示出层间介质。
太阳能电池300包括金属接触301和303。金属接触301为N极性金属接触，因为它们电连接到对应的N型扩散区。类似地，金属接触303(图1中仅示出一个)为电连接到对应P型扩散区的P极性金属接触。金属接触301和303可交叉。一个金属接触301在图1中示出为透明线迹，以便更清楚地显示下面的N型扩散区。如图1所示，N极性金属接触301越过P型扩散区的各部分。这就有可能使得N极性金属接触301通过居间的层间介质(未在图1中示出；参见图3和8的305)与P型扩散区构成电短路。
图2示出了太阳能电池300的一部分的俯视图。太阳能电池300包括穿过层间介质形成的接触孔302，所述层间介质将N极性金属接触301与下面的扩散区隔开。N极性金属接触301通过对应的接触孔302接触下面的N型扩散区。
图3示出了在图2的截面A-A处截取的太阳能电池300的剖视图。如图3所示，太阳能电池300包括层间介质305，其使N极性金属接触301与下面的扩散区电绝缘。接触孔302穿过层间介质305形成，以允许N极性金属接触301电连接到对应的N型扩散区。接触孔302通常通过常规的掩蔽和湿蚀刻来形成。发明人发现蚀刻方法中使用的一些蚀刻剂可使层间介质305中的现有瑕疵(如，针孔、凹点和其他缺陷)变得更糟，使得瑕疵变成全方位的缺陷。例如，一些蚀刻剂可扩大现有针孔。又如，一些蚀刻剂可导致穿过层间介质305构成电短路306。
使用激光而非常规湿蚀刻方法来形成接触孔302有利地避免了使层间介质305中可能存在的瑕疵变得更糟。通过避免在接触孔形成过程中使层间介质305暴露于有害蚀刻剂，激光烧蚀步骤保留了层间介质305的完整性。
图4示出了根据本发明实施例制造的太阳能电池300的剖视图。太阳能电池300具有正面153和背面152。正面153朝向太阳，在正常工作时收集太阳辐射。背面152与正面153相背对。
在图4的例子中，基板101包括N型单晶硅片。P型和N型扩散区形成于太阳能电池基板101中，但也可以形成于太阳能电池基板101上形成的另一层(如，多晶硅)中。用随机棱锥纹理化基板101的正面表面，以增大太阳辐射收集效率。钝化区107使基板101的正面表面钝化，以使复合最小化。在一个实施例中，钝化区107为通过从正面153扩散N型掺杂剂形成的N型钝化区。N型掺杂剂可包含磷。在一个实施例中，通过在投入磷的熔炉中加热基板101，来形成钝化区107。磷扩散到基板101的正面中，从而形成钝化区107。太阳能电池的背面152上的二氧化硅层108是形成钝化区107的副产品。更具体地讲，使N型掺杂剂扩散到基板101中并形成钝化区107的加热步骤还导致基板101的背面表面上的氧化层108的生长。
抗反射涂层109形成于正面153上，并且抗反射涂层110形成于背面152上。在一个实施例中，抗反射涂层109和110包含氮化硅。在正面153上，抗反射涂层109形成于基板101的正面表面上的钝化区107上。在背面152上，抗反射涂层110形成于氧化层108上。
在图5中，对太阳能电池300进行激光烧蚀步骤以形成到达P型和N型扩散区的接触孔。激光烧蚀步骤可涉及发射一条或多条激光束以从背面152移除材料，从而暴露P型和N型扩散区以进行金属化。在图5的例子中，激光烧蚀步骤移除抗反射涂层110和氧化层108的一部分以形成到达P型和N型扩散区的接触孔。激光烧蚀步骤可通过如下方式进行：将激光束发射通过激光扫描器，激光扫描器在背面152上扫描激光束以形成接触孔。可采用市售激光源和扫描器进行激光烧蚀。采用激光的示例性太阳能电池烧蚀系统在提交于2010年7月1日的共同拥有的美国专利申请No.12/829,275中有所公开。还可采用利用激光的其他烧蚀系统。
使用激光形成到达P型和N型扩散区的接触孔有利地消除了掩蔽和固化步骤，而这些步骤在使用传统蚀刻方法形成接触孔的其他方法中可能是必要的。此外，激光烧蚀防止抗反射涂层110和氧化层108及可能存在的任何层间介质暴露于蚀刻剂，蚀刻剂可使现有缺陷或瑕疵变得更糟。
在图6中，金属接触112和113形成于接触孔中以与对应的扩散区进行电连接。在图6的例子中，金属接触112形成于接触孔中以与P型扩散区进行电连接。相似地，金属接触113形成于接触孔中以与N型扩散区进行电连接。金属接触112和113可交叉，并且可包含铜或金属化所用的其他单层或多层导电材料。金属接触112和113可通过例如电镀形成。金属接触112和113允许将电路连接到太阳能电池上并由太阳能电池提供电力。到达P型扩散区的金属接触112可越过N型扩散区。相似地，到达N型扩散区的金属接触113可越过P型扩散区。因为金属接触形成于由激光烧蚀而成的接触孔中，金属接触与相反极性扩散区构成电短路的机会大大减少。
本发明发现的潜在的激光相关问题现将结合图7和8进行描述。图7示出了图1的太阳能电池300的一部分的另一俯视图。太阳能电池300包括穿过层间介质形成的接触孔307，所述层间介质将P极性金属接触303与下面的扩散区隔开。
图8示出了在图7的截面B-B处截取的太阳能电池300的剖视图。接触孔307(即，307-1、307-2、…)穿过层间介质305形成，以允许P极性金属接触303电连接到下面的P型扩散区。
在图8的例子中，接触孔307通过激光烧蚀而形成。如果激光未正确控制，激光束可穿透扩散区，从而因随后形成的金属接触与基板构成电短路而不利地影响太阳能电池的运行。在图8的例子中，激光烧蚀步骤形成一路穿过层间介质305、一路穿过P型扩散区并进入基板401中的接触孔307-1。解决该激光穿透问题的一种方式是把扩散区制造得更深，如现将结合图9解释的。
图9示出了根据本发明实施例的具有深扩散区的太阳能电池400的剖视图。在图9的例子中，P型扩散区(标为402)形成于太阳能电池基板411中，该基板包括单晶硅片。在其他实施例中，P型扩散区形成于基板411的背面表面上所形成的另一层(如，多晶硅)中。在图9的例子中，接触孔405(即，405-1、405-2、…)通过激光烧蚀穿过层间介质403而形成。P极性金属接触404通过接触孔405电连接到P型扩散区。应该指出的是，本发明中的所有附图(包括图9)未按比例绘制。
在图9的例子中，P型扩散区形成得相对较深。例如，P型扩散区可具有比0.5μm更深的深度407。P型扩散区的深度由激光烧蚀步骤的方法裕度决定。优选地，使所需激光烧蚀深度最小化以用于该方法，然后在横截面上进行测量。然后通过控制掺杂剂形成方法(如，熔炉温度和时间、起始掺杂剂浓度等)，来将扩散区的掺杂剂深度设置为比所需的激光烧蚀深度更深。深扩散区有利地允许具有更宽方法裕度的激光烧蚀步骤。在具有P型扩散区的太阳能电池的背面上形成的深N型扩散区还可具有与P型扩散区相同的深度。
在图9的例子中，接触孔405-1以相对较深的深度形成于P型扩散区中。深接触孔405-1可归因于通常与方法控制相关的问题、激光烧蚀方法裕度或其他问题。然而，与图8不同的是，由于P型扩散区的深度，接触孔405-1不会一路穿通P型扩散区。金属接触404形成于接触孔405(即，405-1、405-2、…)中。金属接触404可安全越过相反极性的扩散区(即，N型扩散区)，因为金属接触404形成于激光烧蚀而成的接触孔中。
发明人还发现一些太阳能电池设计中存在的不同膜厚度可使激光烧蚀复杂化。此类太阳能电池设计的例子示于图10中。
图10示出了具有要穿过其形成接触孔的不均匀膜423的太阳能电池420的剖视图。在图10的例子中，膜423包括层间介质。膜423可为形成于太阳能电池基板421上的单层介质或多层介质叠堆(如，氧化物和/或氮化物；氧化物和/或聚酰亚胺)。太阳能电池基板421可包括单晶硅片。P型和N型扩散区可形成于太阳能电池基板421中，或形成于太阳能电池基板421上形成的另一层(如，多晶硅)中。
在图10的例子中，P型扩散区上的膜423的部分比N型扩散区上的膜423的部分更厚。在其他情况下，N型扩散区上的膜423的部分比P型扩散区上的膜423的部分更厚。膜厚度上的此类差异可归因于形成P型和N型扩散区的方法，例如扩散区上形成掺杂剂源的顺序。在图10的例子中，与形成通过膜423到达P型扩散区的接触孔相比，形成通过膜423到达N型扩散区的接触孔需要更少的激光能量。因此，使用相同的激光能量来形成到达P型和N型扩散区的接触孔可导致穿透更薄的膜423之下的扩散区或其他问题。另一方面，使用不同激光能量来形成到达P型和N型扩散区的接触孔可需要多个激光烧蚀步骤并可导致处理延迟，这不仅仅因为有额外的步骤，而且要对不同能量重新配置激光。
对于图10的太阳能电池设计，P型扩散区上的介质叠堆的厚度可在500-10000埃范围内，并且P型扩散区的扩散深度可在200-2000nm范围内。对于高效太阳能电池，即效率大于20％的太阳能电池，如果不存在激光损伤，则少数载流子寿命和饱和电流密度(Jo)将大于1msec和小于120fA/cm2。为了避免烧蚀一直透过基极中的结，增加饱和电流密度Jo并降低少数载流子寿命，同时又完全去除被烧蚀的膜，则必须使用适当的激光条件。使用短于540nm的波长并同时将吸收深度保持为最小值防止了少数载流子寿命。使用脉冲长度短于20ps的激光将会使热烧蚀深度保持在低于2000nm。然后调整激光能量，使得达到烧蚀阈值(如，1-20μJ)。完整的氧化物移除进而在成品太阳能电池中产生小于1Ω-cm2的串联电阻。然而，由于在高效太阳能电池上的这些膜叠堆厚度条件，在不减小少数载流子寿命或不增加Jo的情况下，单一激光脉冲仍然不能清除整个介质叠堆。即，保持少数载流子寿命大于1msec且Jo小于120fA/cm2将产生大于1ohm-cm2的串联电阻，使串联电阻小于1ohm-cm2将产生低于1msec的少数载流子寿命。该问题可通过使用2种或更多种激光脉冲来解决，其中脉冲-脉冲间隔相隔小于500ns，并且后续脉冲的幅度介于第一脉冲的幅度的10％与100％之间。这允许更多材料的去除，而不另外减小少数载流子寿命或增加Jo。示例性的多脉冲激光烧蚀方法在提交于2010年6月7日并且全文以引用方式并入本文的共同拥有的美国专利申请No.12/795,526中有所描述。也可使用其他多脉冲激光烧蚀方法。
由于P型和N型扩散区上的介质叠堆厚度可不同并因此需要不同激光能量来获得适当的寿命/串联电阻平衡，激光烧蚀工具变得相对较复杂，需要改变用于所制造太阳能电池的不同区域的功率。这就要求在激光与光束传输系统之间进行精确空间协调，以使激光功率与位置同步，避免由于激光失准产生分流(即，电短路)。失准可通过减慢光束传输系统而避免。然而，这样做会导致工具通量下降，从而增加达到某通量所需的工具成本。作为解决方案，可调整介质叠堆，使得在一个区域上的理想激光参数例如能量和脉冲数不会导致另一区域中的烧蚀。例如，可使P型扩散区上的介质叠堆厚度为5000-10000埃，并可使N型扩散区上的介质叠堆厚度小于2500埃。这就允许具有两个脉冲的3μJ激光能量烧蚀N型扩散区上的介质叠堆，而不烧蚀P型扩散区上的介质叠堆。
在激光失准可造成如上所述分流问题(如，在图3中，电短路306)的任何情况中，发明人已发现额外介质层可以图案化的方式沉积，从而阻止激光进行烧蚀。图15示出了图3的剖视图，不同的是添加了在P型扩散区上的层间介质层305的部分上图案化的额外介质层355。图15所示的其他元件已结合图3进行讨论。
在图15的例子中，额外介质层355可包含可作为牺牲品烧蚀的材料，例如着色油墨。额外介质层355可足够厚(如，大于500埃)以防止吸收所用的激光波长。额外介质层355还可包含不透射激光波长但足够厚(如，大于500埃)的材料(如，聚酰亚胺)以防止下方的烧蚀材料蚀穿。额外介质层355还可包含半透明材料，前提条件是牺牲层和从下方射出的材料的直接烧蚀的组合不会导致在额外介质层355中形成针孔。应该指出的是，额外介质层355还可具有防止介质击穿的性质，如随后将在下面讨论的。
根据本发明的实施例，通过移除膜423及此前在P型和N型扩散区上形成的任何其他材料，来制备用于激光烧蚀的图10的太阳能电池420。在介质叠堆彼此相差超过200埃的情况中，该方法特别有利。该方法还在图11中示出，其中P型和N型扩散区上的所有材料已被移除以暴露P型和N型扩散区的背面表面。例如，可使用常规湿蚀刻方法来移除图10的膜423。将膜423及P型和N型扩散区上的任何其他材料移除以控制随后形成于P型和N型扩散区上的膜的厚度。因此，在图12的例子中，大体均匀膜424形成于P型和N型扩散区。本质上，膜424替换不均匀膜423。膜424可包括以大体均匀厚度沉积的层间介质(如，沉积或热生长的氧化物，接着是氮化硅)。膜424可通过化学气相沉积法、其他实现均匀膜沉积的沉积或生长方法来沉积。在图13中，用均匀膜424替换非均匀膜423，随后是激光烧蚀步骤以穿过膜424形成接触孔，从而暴露P型和N型扩散区的部分。接触孔允许金属接触电连接到对应的扩散区。到达P型扩散区的金属接触可越过N型扩散区。相似地，到达N型扩散区的金属接触可越过P型扩散区。因为金属接触形成于由激光烧蚀而成的接触孔中，金属接触与相反极性扩散区构成电短路的机会大大减少。
穿过图10的膜423的接触孔还可通过激光烧蚀步骤中使用的激光的适当控制来形成。介质膜的典型烧蚀通过间接烧蚀的方法进行，其中激光能量被吸收到基板中，并且膜经由烧蚀基板的向外力射出。这种类型的膜烧蚀被称为间接烧蚀。例如，当所关注的膜不强烈地与激光波长进行交互时，烧蚀深度和基板中的损伤主要由脉冲长度、波长和激光脉冲数引起，所有这些均需要减小，以便获得最小基板烧蚀深度。如果膜或所关注膜叠堆中的一个膜强烈地与激光波长进行交互，则激光方法参数将需要相应地进行调整，例如通过增加脉冲数或通过转换激光波长使得发生直接烧蚀。某些类型的膜可使用多个脉冲通过直接烧蚀移除，而不在硅中烧蚀。使用多个激光脉冲的示例性激光烧蚀方法在提交于2010年6月7日并且全文以引用方式并入本文的共同拥有的美国专利申请No.12/795,526中有所描述。在不减损本发明优点的情况下，还可使用其他多脉冲激光烧蚀方法。
用以改良介质层(如，P型或N型掺杂二氧化硅)或介质叠堆的光学性质使之适合激光烧蚀参数的方法可包括调整介质的折射率和吸收系数，方法是通过组分控制或通过将吸收化合物添加到介质层中以调整介质层而得到直接或间接烧蚀。作为特定的例子，对于530nm或更长的激光波长而言，小于2.0的折射率会导致发生间接烧蚀并防止残余材料留在基板上。
如图10所应用的，可执行第一激光烧蚀步骤以穿过P型扩散区上的膜423的部分来形成接触孔。第一激光烧蚀步骤可根据第一激光配置，其具有针对P型扩散区上的膜423的部分的特性具体调整的参数。可执行第二激光烧蚀步骤以穿过N型扩散区上的膜423的部分来形成接触孔。第二激光烧蚀步骤可根据第二激光配置，其具有针对N型扩散区上的膜423的部分的特性具体调整的参数。第一配置不同于第二配置。例如，第一配置可涉及激光发射多个激光脉冲，以钻穿P型扩散区上的膜423的部分。又如，第二配置可涉及激光发射单个激光脉冲，以钻穿N型扩散区上的膜423的部分。
所得结构示意性地示于图14中，其中通过具有根据第一配置的激光发射的激光烧蚀形成穿过膜423并暴露P型扩散区的接触孔435-1和435-2，并且通过具有根据第二配置的激光发射的激光烧蚀形成穿过膜423并暴露N型扩散区的接触孔435-3。金属接触可形成于接触孔435(即，435-1、435-2、435-3)中。金属接触可安全形成于相反极性的扩散区上(如，P型扩散区上的N极性金属接触)，因为金属接触位于激光烧蚀而成的接触孔中。
在另一个实施例中，当可能存在层间介质中的缺陷，例如结合图3所述的缺陷时，可按一定方式调整沉积在背面上的抗反射涂层(如，图4-6的抗反射涂层110)，以改善背面叠堆的介质完整性。例如，背面抗反射涂层的厚度和/或电阻率可增加大约50-100埃。又如，抗反射涂层可包括两层，例如非晶硅层，其均匀沉积在氮化硅层顶部或底部。优选地，为了节省制造成本，在相同工具中按照相同方法步骤原位(即，相同荷载)形成非晶硅层和氮化硅层。使用如本文所述的两层抗反射涂层有利地不仅增加了抗反射涂层的厚度，而且增大了其介电常数，从而促进了激光烧蚀。
在反向偏压中，例如可在层间介质膜上施加超过6伏特。如果电压施加于局部，则具有约400埃范围内的厚度的典型等离子体增强化学气相沉积(PECVD)氮化物膜在该电压下会击穿。用于此类施加的介质膜的目标击穿场可大于1×107V/cm。可通过将50-100埃的非晶硅层添加到氮化硅层上(这可减小施加于叠堆内的有效场)得到目标击穿场。
现在参见图16，示出了高效BCBJ太阳能电池600的一部分的俯视图，其具有减小的基极扩散区，如根据本发明一个实施例的图1中的太阳能电池100所示的。具有减小的基极扩散区的高效BCBJ太阳能电池的另一例子描述于共同受让的美国专利No.8,008,575中，所述专利以全文引用的方式并入本文。基极扩散区为收集太阳能电池中的多数电荷载流子的扩散区，而发射极扩散区收集少数电荷载流子。在图16的例子中，太阳能电池600具有N型基板。因此，在太阳能电池600中，基极扩散区500为N型，且发射极扩散区501为P型。每个N型扩散区500由连续P型扩散区501围绕。
太阳能电池600包括多个N极性金属接触503和P极性金属接触507。N极性金属接触503可与P极性金属接触507相互交叉。太阳能电池接触孔透过材料(例如层间介质)暴露出下方的扩散区。在图16的例子中，接触孔506暴露N型扩散区500，以允许N极性金属接触503电连接至N型扩散区500。类似地，接触孔502暴露P型扩散区501，以允许P极性金属接触507电连接至P型扩散区501。
接触孔506和502通过激光烧蚀而穿过层间介质形成。在一个实施例中，接触孔506和502和本文描述的其他激光钻孔的接触孔具有30微米加减10微米的直径。即，在一个实施例中，通过激光烧蚀而形成的接触孔具有至多40微米、优选30微米的直径。在图16和本公开的其他图中，仅标注接触孔中的一些以避免附图不必要的凌乱。
图17和18显示了分别在图16的截面17和18处截取的太阳能电池600的横截面。如图17和18所示，层间介质504在金属接触与下方的扩散区之间提供电绝缘。在一个实施例中，层间介质504为介电材料的叠堆，并包括在扩散区的表面上形成的硼硅酸盐玻璃(BSG)层、在BSG层上形成的磷硅酸盐玻璃(PSG)层、和在PSG层上形成的氮化硅层。金属接触503和507在氮化硅层上形成。层间介质504起到重要的作用，因为在太阳能电池600中，N极性金属接触503直接在下方的P型扩散区501上形成(例如，参见图17)。层间介质504中的缺陷可在N极性金属接触503与下方的P型扩散区501之间导致电分流。
可使用激光烧蚀系统形成激光钻孔的接触孔506和502，所述激光烧蚀系统利用电流计扫描器来扫描太阳能电池上的激光脉冲。电流计扫描器利用移动反射镜用于扫描。将反射镜的移动和激光源的击发定时，使得激光脉冲被引导至接触孔的位置。在图16的例子中，接触孔506仅直接在N型扩散区500上形成。否则，N极性金属接触503可电短路至P型扩散区501。常规电流计扫描需要反射镜的动量改变以确保准确定位。电流计扫描器需要一些闲置并因此浪费的时间以在N型扩散区500之间移动反射镜。电流计反射镜的动量改变减慢了激光烧蚀过程，从而不利地影响通量。
图19示意性地示出了根据本发明一个实施例的太阳能电池激光烧蚀系统610。在图19的例子中，系统610包括激光源520、电光调制器(EOM)521、和激光扫描器523。为了清晰，省略了对于理解本发明不必要的其他部件。
激光源520可为商购获得的激光源，如可得自SPI激光公司(SPI Lasers)和Lumera激光股份有限公司(Lumera Laser GmbH)的那些。电光调制器521可包括用于调制或选通激光束的常规电光调制器。电光调制器521可与激光源520分开，或者与激光源520一体化。激光扫描器523可包括电流计激光扫描器，如可从德国扫描实验室公司(ScanLabs)商购获得的那些。
在操作中，激光源520在太阳能电池600的背面击发由激光扫描器523扫描的激光脉冲，以形成接触孔502和506。为了使电流计反射镜的动量改变达到最小，激光扫描器523沿着由N极性金属接触503和P极性金属接触507限定的直线在相同方向上连续均匀地扫描激光脉冲。除非存在矢量改变(如从一条线的底部移动至另一条线的顶部)，否则扫描器523不花费额外的时间进行复位。对两个接触孔502和506进行连续均匀扫描。
沿着相同矢量的连续均匀扫描不造成接触孔502的显著问题，因为不存在P极性金属接触507向N型扩散区500分流的风险。即，对于接触孔502，不存在一种极性的金属接触电连接至相对极性的扩散区的风险。然而，接触孔506并非如此，因为N极性金属接触503直接在下方的P型扩散区501上经过。为了防止N极性金属接触503向P型扩散区501的非故意的分流，电光调制器521被构造为阻挡来自激光源520的激光在N型扩散区500之间跳跃。这有利地防止了在N型扩散区500之间的区域中形成到达P型扩散区501的接触孔506。
图20示出了根据本发明一个实施例的操作太阳能电池激光烧蚀系统610的方法的流程图。在图20的例子中，使用激光扫描器523沿着矢量线扫描来自激光源520的激光脉冲(步骤525)。矢量线限定N型扩散区500的接触孔506的位置和P型扩散区501的接触孔502的位置。对于特定的矢量线，由激光扫描器523在相同方向上连续均匀地进行扫描，使得电流计反射镜沿着相同的矢量线保持相同的动量，但当激光脉冲沿着相同的矢量线跳跃相对较短的距离时(如在N型扩散区500之间)，则阻挡激光脉冲(步骤526)。通过连续均匀扫描，激光扫描器523以相同节距和方向设置电流计反射镜，以沿着相同的矢量线形成接触孔506，但电光调制器521阻挡激光脉冲，否则该激光脉冲将在N型扩散区500之间形成到达P型扩散区501的接触孔506。启动激光扫描器523以针对矢量改变来改变方向(步骤527)。矢量改变的一个例子为当激光扫描器523从一个矢量线的底部上的接触孔506扫描至下一相邻的矢量线的顶部上的接触孔502时。
当形成具有减小的基极扩散区的太阳能电池的接触孔时使激光扫描器523的电流计反射镜的动量改变达到最小的另一方式为改变太阳能电池的构造，使得沿着与接触孔至发射极扩散区的矢量线垂直的矢量线进行接触孔至基极扩散区的扫描，如在图21的太阳能电池630中那样。
图21示出了根据本发明一个实施例的太阳能电池630。太阳能电池630与太阳能电池600相同，不同的是矩形的减小的N型基极扩散区530和接触孔531。每个N型扩散区530由连续P型发射极扩散区501围绕。如在太阳能电池610中那样，层间介质在金属接触与下方的扩散区之间提供电绝缘。P极性金属接触507经由接触孔502电连接至下方的P型扩散区501，所述接触孔502经激光钻孔通过层间介质。类似地，N极性金属接触503经由接触孔531电连接至下方的N型扩散区530，所述接触孔531经激光钻孔通过层间介质。接触孔502可使用激光烧蚀过程来形成，其中沿着矢量线在一个方向上连续均匀扫描。
在一个实施例中，接触孔531是使用激光烧蚀过程形成的，其中沿着与接触孔502的矢量线垂直的矢量线在一个方向上连续均匀扫描。即，接触孔531和502是沿着彼此垂直的线形成的。对于N型扩散区530，所得接触孔531在不直接在P型扩散区501上的N极性金属接触503的部分上的下方。即，暴露P型扩散区501的任何接触孔531不在N极性金属接触503之下。这有利地防止了N极性金属接触503向P型扩散区501的非故意的分流，并同时允许沿着相对直的线连续均匀地扫描，以形成到达太阳能电池的减小的基极扩散区的接触孔。N型扩散区530可形成为具有比N极性金属接触503的宽度更长的长度(即沿着接触孔531的矢量线的尺寸)。即，减小的基极扩散区可延伸经过对应的金属接触的相对边缘。
图22示出了根据本发明一个实施例的具有减小的基极扩散区的高效BCBJ太阳能电池640的一部分的俯视图。太阳能电池640与图16的太阳能电池600相同，不同的是在层间介质504与N极性金属接触503之间添加了激光阻挡层543。太阳能电池640的部件在其他方面与参照图16-18所述相同。
激光阻挡层543可包括耐激光脉冲的电介质，以防止激光脉冲穿透到层间介质504。在一个实施例中，激光阻挡层543包括聚酰亚胺。激光阻挡层543有利地允许太阳能电池烧蚀系统连续扫描并击发激光脉冲至太阳能电池(即不存在阻挡激光脉冲的电光调制器)，同时防止在接触孔使一种极性的金属接触向相对极性的扩散区分流的区域中的接触孔形成。
在图22的例子中，激光阻挡层543包括多个开口541。开口541是通过激光烧蚀或湿刻蚀来形成的。在一个实施例中，作为掩蔽步骤的一部分，形成开口541。例如，激光阻挡层543可印刷(例如通过丝网印刷)为包括开口541作为印刷图案的一部分。每个开口541直接位于如下区域上：在所述区域处，通过激光烧蚀形成接触孔506以暴露下方的N型扩散区500。不落在开口541上的激光脉冲被激光阻挡层543阻挡。在图22的例子中，激光脉冲被阻挡的区域标记为542。
图23和24示出了分别在图22的截面23和24处截取的太阳能电池640的横截面。如图23所示，激光阻挡层543位于层间介质504上。这允许激光阻挡层543阻挡到达未被开口541暴露的层间介质504的区域的激光脉冲。通过开口541的激光脉冲形成通过层间介质504的接触孔506。在图23的例子中，为了说明的目的，将由激光阻挡层543阻挡的激光脉冲标记为542。太阳能电池640的部件在其他方面如参照太阳能电池600之前所述。
图25示出了根据本发明一个实施例的太阳能电池650的一部分的俯视图。太阳能电池650包括线性基极和发射极扩散区。在图25的例子中，太阳能电池650具有与线性P型发射极扩散区501的条交替形成的线性N型基极扩散区551的条。
太阳能电池650与太阳能电池600相同，不同的是基极扩散区(即N型扩散区551)为线性的(linear)而非散布的(dotted)。在一个实施例中，线性基极扩散区为矩形条，对应的接触孔沿着所述条的长度排列成直线。在图25的例子中，线性N型扩散区551的条允许沿着相同的矢量线连续均匀激光击发以形成接触孔552，从而暴露下方的N型扩散区551，而无形成进入P型扩散区501的接触孔552的风险。这防止N极性金属接触503非故意地向下方的P型扩散区501分流，同时仍然允许高通量激光烧蚀过程。P型扩散区501为线性发射极扩散区的条，如在太阳能电池600中那样。
图26和27示出了分别在图25的截面26和27处截取的太阳能电池640的横截面。如同在太阳能电池600中那样，接触孔502允许P极性金属接触507电连接至下方的P型扩散区501。接触孔552允许N极性金属接触503电连接至下方的N型扩散区551。层间介质504在金属接触503和503与下方的扩散区之间提供电绝缘。接触孔552和502是通过激光烧蚀而穿过层间介质504形成的。如同在本文描述的其他太阳能电池中那样，P型扩散区501和N型扩散区551可在N型基板505中或在形成于N型基板505上的另一个层(例如多晶硅)中来形成。
尽管太阳能电池640不具有散布的基极扩散区，但太阳能电池640具有高效率，因为线性基极扩散区的条可比常规设计中的制备得更窄。在图25的例子中，N型扩散区551的条具有比N极性金属接触503的宽度553更窄的宽度554。例如，N型扩散区可具有约260μm的宽度554，而上覆的N极性金属接触503可具有渐缩的宽度553，所述宽度553在一端为约280μm，在另一端为约350μm。尽管这使得N极性金属接触503的一些部分直接悬挂于P型扩散区501上(即一种极性的金属接触直接在相对极性的扩散区上)，但N极性金属接触503向P型扩散区501分流的风险是最小的，因为形成接触孔552和502的激光烧蚀过程保持了层间介质504的完整性。在一个实施例中，N极性金属接触可延伸经过N型线性基极扩散区的条的边缘，并直接在P型发射极扩散区延伸多达20μm至90μm。
图28为示出实验性效率比较的汇总结果图，其中对以下太阳能电池的效率进行了比较：具有湿蚀刻的接触孔的太阳能电池(数据点571)、具有散布的基极扩散区和激光烧蚀的接触孔的太阳能电池(数据点572)、和具有线性基极扩散区和激光烧蚀的接触孔的太阳能电池(数据点573)。实验结果是，具有标准湿蚀刻的接触孔的太阳能电池的效率为22.13％(标准偏差为0.073)，具有散布的基极扩散区和激光烧蚀的接触孔的太阳能电池的效率为22.15％(标准偏差为0.098)，具有线性基极扩散区和激光烧蚀的接触孔的太阳能电池的效率为22.17％(标准偏差为0.085)。具有激光烧蚀的接触孔的太阳能电池的效率非常类似。然而，相比于具有散布的基极扩散区的太阳能电池的20秒激光烧蚀过程时间，具有线性基极扩散区的太阳能电池具有仅3.2秒激光烧蚀过程时间。具有线性基极扩散区的太阳能电池的更快的激光烧蚀过程时间反映了沿着线性基极扩散区连续激光扫描所提供的优点。
在一个实施例中，混合太阳能电池设计包括线性基极和发射极扩散区，以及散布的基极扩散区两者。混合设计允许高通量激光烧蚀过程在至少基极扩散区上形成接触孔。在太阳能电池的其他区域上的减小的基极扩散区使电荷载流子收集达到最大。
图29示出了根据本发明一个实施例的太阳能电池660的俯视图。太阳能电池660具有混合设计，其中基极扩散区560具有线性设计，而基极扩散区562为散布式。在其中太阳能电池660具有N型基板的一个实施例中，线性基极扩散区560和散布的基极扩散区562包括N型扩散区，而线性发射极扩散区561为P型扩散区。到达基极和发射极扩散区的接触孔由如前所述的激光烧蚀来形成。
本发明公开了用于制造太阳能电池的改善的方法和结构。虽然已提供了本发明的具体实施例，但是应当理解，这些实施例是用于举例说明的目的，而不用于限制。通过阅读本发明，许多另外的实施例对于本领域的普通技术人员而言将是显而易见的。

Claims (17)

1.一种制造太阳能电池的方法，所述方法包括：
形成多个线性基极扩散区的条或散布的基极扩散区的条中的至少一者，所述多个线性基极扩散区的条或散布的基极扩散区的条中的至少一者被构造为收集所述太阳能电池中的多数电荷载流子；
在所述多个线性基极扩散区的条或散布的基极扩散区的条中的至少一者上和多个发射极扩散区上形成层间介质层；
使用激光以形成通过所述层间介质层的多个接触孔，从而暴露出在所述多个线性基极扩散区的条或散布的基极扩散区的条中的至少一者中的一个线性基极扩散区的条或点中的至少一者；并且
在所述的一个线性基极扩散区的条或点中的至少一者上形成金属接触，所述金属接触通过所述多个接触孔中的接触孔电连接至所述的一个线性基极扩散区的条或点中的至少一者，
其中，在所述层间介质层上形成激光阻挡层，形成通过所述激光阻挡层中的单个开口和使用激光连续扫描形成所述层间介质层的多个接触孔，并且其中所述金属接触通过所述层间介质层和所述激光阻挡层中的单个开口电连接至所述的一个线性基极扩散区的条或点中的至少一者。
2.根据权利要求1所述的方法，其还包括在所述多个发射极扩散区中的一个发射极扩散区上形成另一金属接触，所述另一金属接触电连接至所述发射极扩散区。
3.根据权利要求2所述的方法，其中形成所述层间介质层还包括：
将所述层间介质层形成为介电层的叠堆。
4.根据权利要求3所述的方法，其中形成所述层间介质层还包括：
形成所述层间介质层，使得所述层间介质层包括氮化硅。
5.根据权利要求1所述的方法，其中形成所述激光阻挡层还包括：
形成所述激光阻挡层，使得所述激光阻挡层包括聚酰亚胺。
6.根据权利要求1所述的方法，其还包括：
通过湿蚀刻而在所述激光阻挡层中形成所述单个开口。
7.根据权利要求1所述的方法，其中形成所述金属接触还包括：
形成所述金属接触，使得所述金属接触具有比所述的一个线性基极扩散区的条的宽度更宽的宽度。
8.根据权利要求1所述的方法，其中形成所述金属接触还包括：
形成所述金属接触，使得所述金属接触延伸经过所述的一个线性基极扩散区的条的边缘，并直接在发射极扩散区上延伸。
9.一种根据权利要求1所述的方法制造的太阳能电池。
10.一种太阳能电池，其包括：
多个线性基极扩散区的条或散布的基极扩散区的条中的至少一者；
在所述多个线性基极扩散区的条或散布的基极扩散区的条中的至少一者上的层间介质层；
通过所述层间介质层的多个激光钻孔的接触孔，所述多个激光钻孔的接触孔暴露出在所述多个线性基极扩散区的条或散布的基极扩散区的条中的至少一者中的一个线性基极扩散区的条或点中的至少一者，所述多个激光钻孔的接触孔中的每一个具有至多40微米的直径；以及
金属接触，所述金属接触通过所述多个激光钻孔的接触孔中的激光钻孔的接触孔电连接至所述的一个线性基极扩散区的条或点中的至少一者，
其中，所述太阳能电池还包括在所述层间介质层与所述金属接触之间的激光阻挡层，形成通过所述激光阻挡层中的单个开口和使用激光连续扫描形成所述层间介质层的多个接触孔，所述金属接触通过所述层间介质层和所述激光阻挡层中的单个开口电连接至所述的一个线性基极扩散区的条或点中的至少一者。
11.根据权利要求10所述的太阳能电池，其还包括：
多个线性发射极扩散区的条；
电连接至所述多个线性发射极扩散区的条中的一个线性发射极扩散区的条的另一金属接触，所述另一金属接触通过所述层间介质层电连接至所述的一个线性发射极扩散区的条。
12.根据权利要求11所述的太阳能电池，其中所述金属接触与所述另一金属接触相互交叉。
13.根据权利要求11所述的太阳能电池，其中所述多个线性发射极扩散区的条、所述多个线性基极扩散区的条或散布的基极扩散区的条中的至少一者、所述金属接触、和所述另一金属接触均在所述太阳能电池的背面上，所述背面与在常规操作过程中面向太阳的所述太阳能电池的正面相对。
14.一种用于制造太阳能电池的方法，所述方法包括：
形成线性基极扩散区，所述线性基极扩散区被构造为收集所述太阳能电池中的多数电荷载流子；
在所述线性基极扩散区上形成层间介质层；
使用激光以形成通过所述层间介质层的多个激光钻孔的接触孔，以暴露所述线性基极扩散区；并且
在所述的一个线性基极扩散区的条上形成金属接触，所述金属接触通过所述多个激光钻孔的接触孔中的激光钻孔的接触孔而电连接至所述线性基极扩散区，
其中，所述方法还包括在所述层间介质层上形成激光阻挡层，形成通过所述激光阻挡层中的单个开口和使用激光连续扫描形成所述层间介质层的多个接触孔，并且其中所述金属接触通过所述层间介质层中的激光钻孔的接触孔和所述激光阻挡层中的单个开口电连接至所述线性基极扩散区。
15.根据权利要求14所述的方法，其还包括在发射极扩散区上形成另一金属接触，所述另一金属接触电连接至所述发射极扩散区。
16.根据权利要求14所述的方法，其中所述层间介质层包括介质叠堆。
17.一种根据权利要求14所述的方法制造的太阳能电池。
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