CN103907207A - 形成半导体基板的p型掺杂铝表面区域的方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于形成半导体基板的至少一个p型掺杂铝表面区域的方法，所述方法包括以下步骤：(1)提供半导体基板，(2)在所述半导体基板的至少一个表面区域上施加并干燥铝浆，(3)焙烧所述干燥过的铝浆，以及(4)用水除去所述焙烧过的铝浆，其中在步骤(2)中使用的所述铝浆包含粒状铝、有机载体和基于总铝浆组合物计3至20重量％的玻璃料。

Description

形成半导体基板的p型掺杂铝表面区域的方法
技术领域
本发明涉及形成半导体基板的p型掺杂铝表面区域的方法并且涉及通过所述方法制备的半导体基板。
背景技术
在说明书及权利要求书中，使用了术语“p型掺杂铝”。它是指p型掺杂有铝作为p型掺杂物。
通过将p型掺杂物如硼热扩散到硅基板中的硅的p型掺杂是熟知的。热扩散通常利用p型掺杂物例如气态BBr3的扩散源进行。p型掺杂物可热扩散穿过整个硅基板，从而形成p型掺杂的硅基板(p型硅基板)。然而，热扩散方法以以下方式进行也是可能的：仅允许p型掺杂物渗透到硅基板的表面区域，从而仅形成p型掺杂的薄层，该层具有例如至多200nm的低渗透深度。所述热扩散方法可通过遮蔽硅基板表面的某些部分获得支持，即，那些表面区域将不接收p型掺杂物。
太阳能电池是半导体的具体例子。
常规太阳能电池结构由具有正面n型表面(正面n型区域、正面n型发射器)的p型基板、沉积于电池正面(光照面、光照表面)的负极和在背面上的正极构成。通常，具有正面n型表面的p型基板是具有正面n型硅表面的p型硅。
常规太阳能电池的生产通常开始于p型晶片(通常p型硅晶片)形式的p型基板。p型晶片可具有例如在100至250cm2的范围内的面积和例如180至300μm的厚度。在p型晶片上，通过热扩散磷(P)等形成n型扩散层，即，n型发射器。通常将三氯氧磷(POCl3)用作气态磷扩散源，其它液体源为磷酸等。在不存在任何具体变型的情况下，n-型扩散层在p型基板的整个表面上形成。在p型掺杂物的浓度等于n型掺杂物的浓度的位点形成p-n结；具有靠近光照面的p-n结的常规电池具有介于0.05和0.5μm之间的结深度。
在形成了该扩散层之后，通过用某种酸诸如氢氟酸进行蚀刻而将多余的表面玻璃从表面的其余部分除去。
接下来，通过诸如例如等离子CVD(化学气相沉积)的方法在n型扩散层上形成例如TiOx、SiOx、TiOx/SiOx、SiNx、Si3N4的ARC层(抗反射涂层)或具体地讲SiNx/SiOx的介电堆栈，其厚度为例如50至100nm。
通常通过在晶片正面上的ARC层上丝网印刷并干燥正面导电金属浆料(正面电极形成导电金属浆料)，通常为银浆来施加正面阴极。通常以所谓的H图案对正面阴极进行丝网印刷，所述图案包括(i)细平行指状线(收集器线)和(ii)以直角与指状线相交的两条母线。此外，通常为银浆或银/铝浆的背面导电金属浆料和背面铝浆在晶片背面上被丝网印刷(或一些其它施加方法)并连续干燥。通常，首先将背面导电金属浆料丝网印刷到晶片的背面上，形成两条平行母线或形成矩形(插片)，以准备用于焊接互连线(预焊接的铜带)。然后将背面铝浆印刷到裸露区域，与背面导电金属略微重叠。然后通常在带式炉中进行焙烧，持续1至5分钟的时间，使晶片达到在700至900℃的范围内的峰值温度。正面阴极和背面阳极能依次焙烧或共同焙烧。
一般将铝浆丝网印刷在晶片背面并对其进行干燥。在高于铝熔点的温度下焙烧晶片；在硅晶片的典型情况下，形成铝-硅熔体并且随后在冷却期间形成外延生长硅层，其掺杂有铝。该层一般被称为BSF(背表面场)层。铝浆通过焙烧从干燥状态转化为铝背面阳极。同时焙烧背面导电金属浆料，使之变为导电金属背面阳极。在焙烧期间，背面铝与背面导电金属之间的边界呈现合金状态，并且实现电连接。铝阳极占背面阳极的大多数区域，这部分归因于需要形成p+层。在背面的部分(常常作为2-6mm宽的母线)上形成导电金属背面阳极以作为用于通过预焊接的铜带等来使太阳能电池相互连接的电极。此外，在焙烧过程中，作为正面阴极而印刷的正面导电金属浆料会烧结并渗透(烧透)穿过ARC层，从而能够与n型层进行电接触。
晶片和铝背面阳极一起形成双金属条，其趋于表现出翘曲(弯曲)，这是一种非期望的现象，如果翘曲超过容许上限的话是尤其非期望的。
MWT(金属穿孔卷绕)太阳能电池表示一种特殊类型的前述常规太阳能电池。它们具有另一种电池设计并且它们也是技术人员所熟知的(参见例如网站“http://www.sollandsolar.com/IManager/Content/4680/qfl7/mt1537/mi30994/mu1254913665/mv2341”和说明资料“Preliminary Datasheet Sunweb”，其能从该网站下载，以及F.Clement等人的“Industrially feasible multi-crystallinemetal wrap through(MWT)silicon solar cells exceeding16％efficiency”，Solar Energy Materials&Solar Cells93(2009)，第1051-1055页)。MWT太阳能电池是背面触点电池，允许它们比标准太阳能电池进行较少的正面遮蔽。
MWT太阳能电池的p型晶片具有在电池的正面和背面之间形成通路的小空穴。MWT太阳能电池具有延伸到整个正面和空穴内侧的n型发射器。n型发射器覆盖有用作ARC层的电介质钝化层。n型发射器不仅延伸到整个正面，而且还延伸到空穴的内侧，而电介质钝化层不会这样，并且略过空穴内侧。空穴内侧，即，未覆盖有电介质钝化层的n型扩散层，具有敷金属。空穴的敷金属充当发射器触点并且形成MWT太阳能电池的阴极背面触点。此外，MWT太阳能电池的正面具有细的导电性金属收集器线形式的正面敷金属，所述收集器线以MWT太阳能电池的典型图案布置，例如网格状或网状图案或细平行指状线。术语“用于MWT太阳能电池的典型图案”表示收集器线的端子与空穴的敷金属重叠并且因此与之电连接。由导电金属浆料施加收集器线并且它们焙烧穿过正面电介质钝化层，从而接触电池的正面n型表面。
正如常规太阳能电池的背面一样，MWT太阳能电池的背面也具有铝阳极形式的背面敷金属。该铝阳极与导电金属收集器背面触点电接触，从而铝阳极以及导电金属收集器背面触点在任何情况下均与空穴的敷金属电绝缘。从MWT太阳能电池的阴极背面触点和阳极导电金属收集器背面触点收集光电流。
MWT太阳能电池的制备非常类似于前述常规太阳能电池的制备并且它起始于p型晶片，通常p型硅晶片。通常通过激光钻孔来施加在晶片的正面和背面之间形成通路的小空穴。如此制备的空穴均匀分布在晶片上，并且它们的数量在例如每个晶片10至100个的范围内。随后在基板的整个正面(包括空穴的内侧)形成n型扩散层(n型发射器)。
在形成n型扩散层之后，通过进行蚀刻(具体地，在某种强酸中，例如氢氟酸)而将多余的表面玻璃从发射器表面除去。
通常，随后在正面n型扩散层上形成例如TiOx、SiOx、TiOx/SiOx、SiNx、Si3N4的电介质ARC层或具体地讲SiNx/SiOx的介电堆栈，然而会略过空穴的内侧，并且任选地也略过空穴正面边缘周围的窄边。电介质的沉积可例如使用诸如等离子CVD(化学气相沉积)或溅射的方法来进行。
正如前述的常规太阳能电池结构，MWT太阳能电池通常在它们的正面上具有阴极并且在它们的背面上具有阳极。正面阴极呈细的导电性收集器线的形式，所述收集器线按MWT太阳能电池的典型图案布置。通常通过在电池正面的ARC层上丝网印刷、干燥和焙烧正面导电金属浆料(通常银浆)来施加细的导电性收集器线，从而使收集器线的端子与空穴的敷金属重叠以与之产生电连接。通常在带式炉中实施焙烧1-5分钟的时间，并且晶片达到了在700-900℃范围内的峰值温度。
如已经提到的一样，MWT太阳能电池的晶片空穴具有敷金属。为此，通过以导电金属层(开放的空穴)形式或导电金属塞(填充有导电金属的空穴)形式向空穴施加导电金属浆料(通常银浆)而使空穴自身金属化。敷金属可仅覆盖空穴的内侧或者也覆盖空穴边缘周围的窄边，从而窄边可存在于空穴的正面边缘上、空穴的背面边缘上、或同时存在于它们两者之上。可由一种单一的导电金属浆料来施加敷金属。也可由两种不同的导电金属浆料来施加敷金属，即可将一种导电金属浆料施加到空穴的正面，并且将另一种施加到其背面。在施加了一种或两种导电金属浆料之后，对浆料进行干燥和焙烧以形成n型发射器触点以及分别形成MWT太阳能电池的阴极背面触点。通常在带式炉中实施焙烧1至5分钟的时间，并且晶片达到了在700至900℃范围内的峰值温度。经焙烧的空穴的敷金属与细的正面导电性收集器线的端子电连接。
此外，在p型晶片的背面，通常通过丝网印刷来施加背面导电金属浆料(通常银或银/铝浆和铝浆)，并依次干燥，从而避免与空穴的敷金属发生任何接触。换句话讲，施加背面金属浆料，从而确保它们在焙烧之前以及之后与空穴的敷金属保持电绝缘。将背面导电金属浆料施加到背面上作为阳极背面收集器触点，其可呈汇流条、插片或均匀分布的触点形式。随后将背面铝浆(用于BSF形成)施加于裸露区域，与导电金属背面收集器触点略微重叠。在一些情况下，在施加背面铝浆之后施加背面导电金属浆料。通常在带式炉中实施焙烧1至5分钟的时间，并且晶片达到了在700至900℃范围内的峰值温度。正面阴极、空穴的敷金属和背面阳极可依次焙烧或共同焙烧。
发明内容
已发现，半导体基板的p型掺杂铝表面区域可通过在半导体基板表面上施加并焙烧铝浆并且随后通过水处理除去焙烧过的铝组合物进行制备，前提条件是铝浆包含基于总铝浆组合物计3至20重量％(重量-％)的玻璃料。
在说明书和权利要求书中使用术语“半导体基板”。它是指半导体薄晶片，具体地指太阳能电池晶片。为了避免误解，它不包括厚基板类例如结晶硅锭。
本发明涉及用于形成半导体基板的至少一个p型掺杂铝表面区域的方法。因此，它也涉及用于制备半导体基板自身的方法，所述基板具有至少一个p型掺杂铝表面区域。因此，在它的一般实施例中，本发明的方法包括以下步骤：
(1)提供半导体基板，
(2)在所述半导体基板的至少一个表面区域上施加并干燥铝浆，
(3)焙烧所述干燥过的铝浆，以及
(4)用水除去所述焙烧过的铝浆，
其中在步骤(2)中使用的铝浆包含粒状铝、有机载体和基于总铝浆组合物计3至20重量％的玻璃料。
具体实施方式
在说明书及权利要求书中，使用了术语“半导体基板的p型掺杂铝表面区域”。它不限于半导体基板的表面区域，其中铝p型掺杂物可能仅存在于表面上；相反地，它意指半导体基板的表面区域，其中铝p型掺杂物已经在相应区域渗透到表面，渗透深度仅为某个在例如500至4000nm，具体地3000至4000nm的范围内的渗透深度；换句话讲，铝p型掺杂物在相应区域形成p型掺杂铝表面薄层。在任何情况下，铝p型掺杂物尚未渗透穿过整个半导体基板。
在说明书及权利要求书中，使用了术语“半导体基板的至少一个表面区域”。它是指整个表面区域或仅仅它的一部分，例如仅有半导体基板的两个或更多个侧面中的一个侧面，或者甚至仅有其一个侧面的一部分。一个侧面的一部分的例子是仅覆盖一个侧面的一部分的图案。
在本发明的方法的步骤(1)中提供了半导体基板。半导体基板是本征或p型半导体。例如，半导体基板可选自无定形锗半导体基板、非晶硅半导体基板、无掺杂结晶锗半导体基板、p型掺杂结晶锗半导体基板、无掺杂结晶锗-硅合金半导体基板和p型掺杂结晶锗-硅合金半导体基板。半导体基板具体地可选自无掺杂结晶硅半导体基板和p型掺杂结晶硅半导体基板。
在说明书及权利要求书中使用的术语“结晶”是指单晶或多晶。
就p型半导体基板而言，通过本发明的方法获得的附加的铝掺杂提高p型半导体基板的一个或多个相应表面区域的p型特征，或者换句话讲，提高在p型半导体基板的一个或多个相应表面区域的p型掺杂物浓度。
在本发明的方法的步骤(2)中施加的铝浆是铝厚膜导电组合物，其包含粒状铝、有机载体和玻璃料，其中在铝浆中的玻璃料比例基于总铝浆组合物计为3至20重量％。
粒状铝可为铝或者在一个实施例中可为具有一种或多种其它金属的铝合金。就铝合金而言，铝含量为例如99.7重量％至小于100重量％。粒状铝可包括各种形状的铝颗粒，例如铝薄片、球形铝粉、结节形(不规则形)铝粉或它们的任何组合。在一个实施例中，粒状铝为铝粉形式。铝粉表现出例如4-10μm的平均粒度。粒状铝可按如下比例存在于铝浆中：基于总铝浆组合物计所述比例为50-80重量％，或者在一个实施例中为70-75重量％。
在说明书及权利要求书中使用术语“平均粒度”。其应指借助激光散射测定的平均粒度(平均粒径，d50)。激光散射测量可使用粒度分析仪，例如Microtrac S3500仪来进行。
本说明书和权利要求书中关于平均粒度所作的所有陈述均涉及如存在于铝浆组合物中的相关材料的平均粒度。
铝浆包含有机载体。可将多种惰性的粘稠材料用作有机载体。有机载体可为如下的载体：其中粒状组分(粒状铝、玻璃料)为可分散的，并具有足够的稳定度。有机载体的特性(具体地讲流变特性)可使得它们向铝浆组合物提供良好的应用特性，包括：不溶性固体的稳定分散性、对于施加的适当的粘度和触变性、半导体基板和浆料固体的适当可润湿性、良好的干燥速率和良好的焙烧特性。用于铝浆中的有机载体可为非水惰性液体。有机载体可为有机溶剂或有机溶剂混合物；在一个实施例中，有机载体可为一种或多种有机溶剂中一种或多种有机聚合物的溶液。在一个实施例中，用于该目的的聚合物可为乙基纤维素。可单独使用或以组合方式使用的聚合物的其它例子包括乙基羟乙基纤维素、木松香、酚醛树脂和低级醇的聚(甲基)丙烯酸酯。合适的有机溶剂的例子包括酯醇和萜烯诸如α-或β-萜品醇或它们与其它溶剂诸如煤油、邻苯二甲酸二丁酯、二甘醇丁基醚、二甘醇丁醚乙酸酯、己二醇和高沸点醇的混合物。此外，在有机载体中还可包含挥发性有机溶剂，以用于促进在将铝浆施加到半导体基板上后的快速硬化。可配制这些溶剂和其它溶剂的各种组合以达到所期望的粘度和挥发性要求。
铝浆中的有机溶剂含量基于总铝浆组合物计可在5至25重量％，或者在一个实施例中10至20重量％的范围内。
一种或多种有机聚合物可按如下比例存在于有机载体中：基于总铝浆组合物计所述比例在0至20重量％，或在一个实施例中在5至10重量％的范围内。
铝浆包含基于总铝浆组合物计3至20重量％、或者在一个实施例中3至10重量％的玻璃料作为无机粘合剂。如果铝浆中的玻璃料含量为小于3重量％，工艺步骤(4)不能成功地进行；即，在这种情况下焙烧过的铝浆不能或不完全用水除去。具有超过20重量％上限的玻璃料含量的铝浆组合物不具有其它需要的特性；即，包含超过20重量％玻璃料的铝浆一般来讲不用于本发明的方法。
玻璃料具有在例如350至600℃的范围内的软化点温度和例如0.5至4μm的平均粒度。
在说明书及权利要求书中，使用了术语“软化点温度”。其是指在10K/min的加热速率下通过差热分析(DTA)测得的玻璃化转变温度。
3至20重量％的玻璃料可包含一种玻璃料或两种或更多种不同玻璃料的组合。对于玻璃料组合物无特殊限制。在一个实施例中，玻璃料是硅铝酸盐玻璃。在另一个实施例中，玻璃料是硼硅酸盐玻璃，其可包含或可不包含碱金属氧化物和/或碱土金属氧化物。玻璃料可含有PbO或者它可为不含铅的。玻璃料的例子还包括氧化物的组合，诸如：B2O3、SiO2、Al2O3、CdO、CaO、BaO、ZnO、Na2O、Li2O、PbO和ZrO2，它们可独立地使用或以组合方式使用以形成玻璃粘合剂。
玻璃料的制备是熟知的；玻璃组分，具体地组分的氧化物形式，可被例如熔融在一起。当然，批料成分可为任何化合物，所述化合物在通常的玻璃料生产条件下将产生所期望的氧化物。例如，氧化硼可得自硼酸，氧化钡可由碳酸钡制得，等等。本领域熟知的一点是可加热至在例如1050至1250℃的范围内的峰值温度一段时间，使得熔体完全变为液体并且是均匀的，通常持续0.5至1.5小时。将熔融组合物倾注到水中以形成玻璃料。
可将玻璃在球磨机中用水或惰性的低粘度低沸点的有机液体进行研磨，以减小玻璃料的粒度并且获得尺寸基本上均匀的玻璃料。然后可将其沉淀在水或所述有机液体中以分离出细料，并且可除去包含细料的上清液。也可使用其它分类方法。
铝浆可包含耐火无机化合物和/或金属-有机化合物。“耐火无机化合物”是指抵抗焙烧期间经历的热条件的无机化合物。例如，它们的熔点高于焙烧期间经历的温度。例子包括无机氧化物，例如无定形二氧化硅。金属有机化合物的例子包括锡有机化合物和锌有机化合物，诸如新癸酸锌和2-乙基己酸亚锡(II)。
铝浆可包含一种或多种有机添加剂，例如表面活性剂、增稠剂、流变改性剂和稳定剂。一种或多种有机添加剂可为有机载体的一部分。然而，也有可能在制备铝浆时单独加入一种或多种有机添加剂。一种或多种有机添加剂可按如下的总比例存在于铝浆中：基于总铝浆组合物计所述总比例为例如0-10重量％。
铝浆中的有机载体含量可取决于施加浆料的方法和所用的有机载体的种类，并且其可以变化。在一个实施例中，基于总铝浆组合物计其可为20至45重量％，或者在一个实施例中，其可在22至35重量％的范围内。该数目20-45重量％包含一种或多种有机溶剂、一种或多种可能的有机聚合物和一种或多种可能的有机添加剂。
铝浆为一种粘稠的组合物，其可通过将粒状铝和具有有机载体的玻璃料机械混合来制备。在一个实施例中，可使用粉末混合制造方法，其为一种相当于传统辊磨的分散技术；也可使用辊磨或其它混合技术。
铝浆可原样使用或者可例如通过加入一种或多种附加的有机溶剂进行稀释。因此，可降低铝浆的所有其它成分的重量百分比。
在本发明的方法的步骤(2)中，将铝浆施加到半导体基板的至少一个表面区域上。铝浆可被施加至例如15至60μm的干膜厚度。铝浆的施加方法可为印刷，例如硅氧烷移印；或在一个实施例中为丝网印刷，或者它可为笔绘。施加方法的多样性允许施加铝浆以覆盖整个表面或仅覆盖它的一个或多个部分。例如以图案形式施加铝浆是可能的，其中所述图案可包括精细结构如细线和点。如果期望以图案形式施加铝浆，则不需要采用遮蔽方法如常规的p型掺杂。当通过使用Brookfield HBT粘度计和#14锭子的效用杯以10rpm的锭子速度且在25℃下测量时，铝浆的施加粘度可为例如20至200Pa·s。
施加铝浆后使其干燥例如1至100分钟的时间，从而使半导体基板达到在100-300℃的范围内的峰值温度。干燥可利用例如带式、旋转式或静止式干燥机，具体地讲IR(红外线)带式干燥机来进行。
干燥过的铝浆在本发明的方法的步骤(3)中焙烧。焙烧可持续例如1至5分钟的时间，使半导体基板达到在700至900℃的范围内的峰值温度。
焙烧可利用例如单区段或多区段带式炉尤其是多区段IR带式炉来进行。焙烧在存在氧的情况下尤其是在存在空气的情况下发生。
在焙烧期间，可除去包含非挥发性有机材料的有机物质和在干燥步骤期间没有蒸发的有机部分，即烧尽和/或碳化，具体地讲烧尽它们。在焙烧期间除去的有机物质包括一种或多种有机溶剂、一种或多种可能的有机聚合物、一种或多种可能的有机添加剂、以及可能的金属有机化合物的有机部分。焙烧期间还进行了另一工序，即烧结玻璃料。在焙烧期间温度高于铝的熔点；在硅半导体基板的典型情况下，形成铝-硅熔体并且随后在冷却期间形成p型掺杂铝的外延生长硅层，即硅半导体基板的p型掺杂铝表面区域。
通常在进行工艺步骤(3)和(4)之间无明显延迟，具体地当本发明的方法作为工业方法进行时无明显延迟。例如，在工艺步骤(3)结束后，工艺步骤(4)通常将紧接着、或者例如在半导体基板已经冷却后24小时内进行。然而，在进行工艺步骤(3)和(4)之间的时间长度是不重要的，并且对本发明的方法的性能实现与否无影响。
在本发明的方法的步骤(4)中，用水，或者换句话讲通过水处理除去焙烧过的铝浆。水温可为例如20至100℃，或者在一个实施例中为25至80℃。水处理可持续例如10至120秒。水温越高，步骤(4)所需的时间越短。令人惊讶地是工艺步骤(4)可简单地用水进行，并且不需要使用任何其它辅助化学制品例如酸或碱；这意味着相当多的优点，不仅来自环境方面，而且还来自安全方面的考虑。令人惊讶地是，虽然使用其它水处理方法例如冲洗、喷洒或者甚至喷水-喷洒也是可以的，但把在其表面上具有焙烧过的铝浆的半导体基板浸入水中就足够了。也可组合使用多种水处理方法。虽然不需要，但通过机械磨蚀例如刷涂或涂搽以辅助水处理是可以的。
在结束步骤(4)后，获得具有至少一个p型掺杂铝表面区域的半导体基板。因此，本发明也涉及具有通过本发明的方法形成的至少一个p型掺杂铝表面区域的半导体基板。
虽然不希望受任何理论的约束，但推测存在于铝浆中的3至20重量％的玻璃料导致在焙烧期间存在于铝颗粒表面上的全部或至少相当部分的氧化铝被玻璃消耗，并且剩下的铝颗粒易于被水冲洗下来。还推测焙烧过的铝组合物与水反应，导致脆弱，使得它从半导体基板具有的p型掺杂铝表面区域中被除去。
在上文公开中本发明已经通过其一般实施例进行了描述。在下文中公开了本发明的一个具体实施例。
在本发明的方法的具体实施例中，在步骤(1)中提供的半导体基板是p型太阳能电池晶片，其具有p型区域、正面n型区域和p-n结，并且在其上铝浆在步骤(2)中被施加的半导体基板的至少一个表面区域是p型太阳能电池晶片的背面。因此，该方法因而是用于形成形式为在p型太阳能电池晶片背面上的BSF层的p型掺杂铝表面区域的方法。因此，在它的具体实施例中，本发明涉及用于在p型太阳能电池晶片的背面上形成p型掺杂铝BSF层的方法。因此，它也涉及用于制备具有p型掺杂铝BSF层的p型太阳能电池晶片自身的方法。
因此，在它的具体实施例中，本发明的方法包括以下步骤：
(1’)提供p型太阳能电池晶片，其具有p型区域、正面n型区域和p-n结，
(2’)在所述p型太阳能电池晶片的背面上施加并干燥铝浆，
(3’)焙烧所述施加的并干燥过的铝浆，以及
(4’)用水除去所述焙烧过的铝浆，
其中在步骤(2’)中使用的铝浆包含粒状铝、有机载体和基于总铝浆组合物计3至20重量％的玻璃料。
在步骤(1’)中提供的p型太阳能电池晶片可例如选自p型结晶锗太阳能电池晶片和p型结晶锗-硅合金太阳能电池晶片。p型太阳能电池晶片具体地可选自p型结晶硅太阳能电池晶片。
具有p型区域、正面n型区域和p-n结的p型太阳能电池晶片的制备是本领域的技术人员已知的。参照上文部分“背景技术”，其中描述了此类常规和MWT型太阳能电池晶片的制备。
p型太阳能电池晶片可已具有正面和/或背面导电金属敷金属，如上文部分“背景技术”所述。然而，在本发明的方法的具体实施例的特殊变型中，p型太阳能电池晶片无背面敷金属。
在步骤(2’)中，将铝浆施加于在步骤(1’)中提供的p型太阳能电池晶片的背面。铝浆与在一般实施例中本发明的方法的步骤(2)中使用的铝浆相同；为了避免不必要的重复，参照对应的上文公开。
步骤(2’)可通过将铝浆施加于p型太阳能电池晶片的背面的那些表面部分来进行，该表面部分未被其它背面敷金属覆盖，具体地背面银或银/铝敷金属，它们可已经经过焙烧或未经过焙烧。在本发明的方法的具体实施例的特殊变型情况下，p型太阳能电池晶片无任何背面敷金属并且将铝浆施加于p型太阳能电池晶片的整个背面区域上，其中就MWT太阳能电池晶片而言，施加铝浆以使得避免电接触晶片中空穴的敷金属。
将铝浆施加至例如15至60μm的干膜厚度。铝浆的施加方法可为印刷，例如硅氧烷移印；或在一个实施例中为丝网印刷。当通过使用Brookfield HBT粘度计和#14锭子的效用杯以10rpm的锭子速度且在25℃下测量时，铝浆的施加粘度可为例如20至200Pa·s。
施加铝浆后使其干燥例如1至100分钟的时间，从而使太阳能电池晶片达到在100至300℃的范围内的峰值温度。干燥可利用例如带式、旋转式或静止式干燥机，具体地讲IR带式干燥机来进行。
然后，在步骤(3’)中，焙烧干燥过的铝浆。焙烧可持续例如1至5分钟的时间，使太阳能电池晶片达到在700至900℃的范围内的峰值温度。焙烧可利用例如单区段或多区段带式炉尤其是多区段IR带式炉来进行。焙烧在存在氧的情况下尤其是在存在空气的情况下发生。在焙烧期间，可除去包含非挥发性有机材料的有机物质和在干燥步骤期间没有蒸发的有机部分，即烧尽和/或碳化，具体地讲烧尽它们。焙烧期间除去的有机物质包括一种或多种有机溶剂、一种或多种可能的有机聚合物和一种或多种可能的有机添加剂。焙烧期间还进行了另一工序，即烧结玻璃料。可将焙烧执行为所谓与已施加到p型太阳能电池晶片上的其它金属浆料即正面和/或背面导电金属浆料共焙烧在一起，所述金属浆料在焙烧过程期间已被施加以形成晶片的表面上的正面电极和/或背面电极。一个实施例包括正面银浆料和背面银或背面银/铝浆料。
在焙烧期间温度高于铝的熔点；在p型硅太阳能电池晶片的典型情况下，形成铝-硅熔体并且随后在冷却期间形成p型掺杂铝的外延生长硅层，即p型掺杂铝BSF层。
通常在进行工艺步骤(3’)和(4’)之间无明显延迟，具体地当本发明方法在它的具体实施例中作为工业方法进行时无明显延迟。例如，在工艺步骤(3’)结束后，工艺步骤(4’)通常将紧接着、或者例如在太阳能电池晶片已经冷却后24小时内进行。然而，在进行工艺步骤(3’)和(4’)之间的时间长度是不重要的，并且对本发明的方法的具体实施例性能实现与否无影响。
在步骤(4’)中，用水除去焙烧过的铝组合物。为了避免不必要的重复，参照本发明的方法的一般实施例的步骤(4)描述相关联的公开。
在结束步骤(4’)后，获得具有p型掺杂铝BSF层的p型太阳能电池晶片。因此，本发明也涉及通过在具体实施例中的本发明的方法制备的所述p型太阳能电池晶片。通过在具体实施例中的本发明的方法制备的p型太阳能电池晶片表现出无翘曲或几乎可忽略不计的翘曲。
虽然不希望受任何理论的约束，但推测存在于铝浆中的3至20重量％的玻璃料导致在焙烧期间存在于铝颗粒表面上的全部或至少相当部分的氧化铝被玻璃消耗，并且剩下的铝颗粒易于被水冲洗下来。还推测焙烧过的铝组合物与水反应，导致脆弱，使得它从太阳能电池晶片具有的掺杂铝BSF层中被除去。
在本发明的方法的具体实施例的特殊变型情况下，进行后续步骤(5’)，该步骤形成背面导电金属阳极，或者就MWT太阳能电池晶片而言形成阳极导电金属背面收集器触点。
为此，施加背面导电金属浆料，通常银或银/铝浆，例如将其丝网印刷在p型太阳能电池晶片的背面上的掺杂铝BSF层上并连续干燥。例如以两条平行母线或矩形(插片)形式施加背面导电金属浆料，以准备用于焊接互连线(预焊接的铜带)，或者就MWT太阳能电池晶片而言，以阳极导电金属背面收集器触点的形式施加。
施加背面导电金属浆料后使其干燥例如1至100分钟的时间，从而使晶片达到在100-300℃的范围内的峰值温度。干燥可利用例如带式、旋转式或静止式干燥机，具体地讲IR带式干燥机来进行。
随后焙烧干燥的背面导电金属浆料以变成导电金属背面阳极或阳极导电金属背面收集器触点。焙烧可持续例如1至5分钟的时间，使晶片达到在700至900℃的范围内的峰值温度。焙烧可利用例如单区段或多区段带式炉尤其是多区段IR带式炉来进行。
最近已经公开了所谓的“SLIM-cut”方法，其用于制造超薄(～50μm)结晶硅晶片(F.Dross等人，“Stress-Induced Lift-Off Method forkerf-loss-free wafering of ultra-thin crystalline Si wafers”，PhotovoltaicSpecialists Conference，2008，ISBN978-1-4244-1640-0)。此处将具有失配热膨胀系数的金属层沉积于厚硅基板上并加热。在冷却时不同的收缩导致大的应力场，其通过引发并扩大平行于表面的断裂而被释放。随后可通过用适当的蚀刻化学法处理，从由此获取的双金属基板上除去金属。如果在本发明的方法的步骤(2)中施加的铝浆用于所述“SLIM-cut”方法以沉积具有失配热膨胀系数的金属层，将不需要使用蚀刻化学法；相反地，可利用本发明的原理并且简单地用水替换蚀刻化学法，即，可通过简单的水处理除去金属(本文为铝)。

Claims (12)

1.用于形成半导体基板的至少一个p型掺杂铝表面区域的方法，所述方法包括以下步骤：
(1)提供半导体基板，
(2)在所述半导体基板的至少一个表面区域上施加并干燥铝浆，
(3)焙烧所述干燥过的铝浆，以及
(4)用水除去所述焙烧过的铝浆，
其中在步骤(2)中使用的所述铝浆包含粒状铝、有机载体和基于总铝浆组合物计3至20重量％的玻璃料。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述半导体基板选自无定形锗半导体基板、非晶硅半导体基板、无掺杂结晶锗半导体基板、p型掺杂结晶锗半导体基板、无掺杂结晶锗-硅合金半导体基板、p型掺杂结晶锗-硅合金半导体基板、无掺杂结晶硅半导体基板和p型掺杂结晶硅半导体基板。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述半导体基板是p型太阳能电池晶片，其具有p型区域、正面n型区域和p-n结，并且其中所述半导体基板的至少一个表面区域是所述p型太阳能电池晶片的背面。
4.根据权利要求3所述的方法，其中所述p型太阳能电池晶片选自p型结晶锗太阳能电池晶片、p型结晶锗-硅合金太阳能电池晶片和p型结晶硅太阳能电池晶片。
5.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述粒状铝在所述铝浆中以基于总铝浆组合物计50至80重量％的比例存在。
6.根据权利要求1、2或5所述的方法，其中所述玻璃料是硅铝酸盐玻璃或硼硅酸盐玻璃。
7.根据权利要求1、2、5或6所述的方法，其中在所述铝浆中的有机载体含量为基于总铝浆组合物计20至45重量％。
8.具有至少一个p型掺杂铝表面区域的半导体基板由根据权利要求1、2、5、6或7所述的方法制备。
9.根据权利要求3或4所述的方法，其中所述粒状铝在所述铝浆中按如下：以基于总铝浆组合物计50至80重量％的比例存在。
10.根据权利要求3、4或9所述的方法，其中所述玻璃料是硅铝酸盐玻璃或硼硅酸盐玻璃。
11.根据权利要求3、4、9或10所述的方法，其中在所述铝浆中的有机载体含量为基于总铝浆组合物计20至45重量％。
12.具有p型掺杂铝BSF层的p型太阳能电池晶片由根据权利要求3、4、9、10或11所述的方法制备。
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