CN104170095B - 用于制造具有镀敷触点的光伏电池的方法 - Google Patents

Abstract

一种用于制造具有半导体基板的表面上的金属触点图案的光伏电池的方法，所述方法包括：根据所述金属触点图案在预定位置处通过第一激光在局部平滑所述半导体基板的所述表面；在所述半导体基板的所述表面处形成发射极区；在所述半导体基板的所述表面上提供介电层；通过第二激光形成贯穿所述介电层的开口，从而在与所述金属触点图案相对应的位置处局部地暴露所述半导体基板的底层表面；以及通过镀敷在所述半导体基板的所述表面的暴露区处提供金属触点。

Description

用于制造具有镀敷触点的光伏电池的方法

公开领域

所公开的技术涉及用于制造具有镀敷金属触点的光伏电池的方法。

相关技术描述

鉴于将用于硅光伏电池的新概念和制造工艺实现在生产环境中，正在开发这些概念和工艺。朝着工业生产的这样的开发的示例是使用镀敷工艺来形成金属触点，作为屏幕印刷工艺的替换。

使用镀敷的典型的工艺流程(例如，用于硅光伏电池的前侧金属化)包括在整个前表面上提供介电层，例如抗反射涂层，并随后在局部移除抗反射涂层，由此在其中需要提供金属触点的位置处暴露底层硅表面。此后是在所暴露的硅区中的金属镀敷步骤，以形成前侧金属触点。局部移除抗反射涂层可例如通过激光消融来完成。硅前表面通常被纹理化。因此，在局部完全移除抗反射涂层而不损坏底层发射极区是有挑战性的。在需要提供金属触点的位置处的抗反射涂层的不完全移除可造成不良触点粘合和/或高触点电阻。对底层发射极区的损坏可造成分流和/或高少数载流子复合损失，并从而造成不良电池性能。

在具有选择性发射极结构(即，在金属触点下具有高度掺杂区且在金属触点之间具有轻微掺杂区的发射极结构)的光伏电池中，附加的挑战是激光消融图案与底层选择性发射极结构的高度掺杂区的对齐(用于局部移除抗反射涂层)。

一些发明方面的概述

一些发明方面涉及一种用于制造具有纹理化表面且具有镀敷金属触点的光伏电池的方法，其中所述金属触点是通过将至少一个金属镀敷在形成于沉积在所述纹理化表面上的介电层中的开口中来提供的，所述开口是通过使用激光消融在局部移除所述介电层来形成的，并且其中与现有技术方法相比，所述方法允许在降低的损坏底层掺杂区(如发射极区)的风险的情况下对所述介电层进行良好且完全的局部移除。在具有选择性发射极结构的一个发明方面，一种方法提供金属触点与底层发射极结构的高度掺杂区的容易对齐。

一些发明方面涉及具有纹理化表面和镀敷触点的、具有低触点电阻(例如，低于0.1欧姆.平方厘米)和良好的填充因子(例如，高于78％)的硅光伏电池。

一个发明方面涉及一种用于制造具有在半导体基板的粗糙(例如，纹理化)表面上的镀敷金属触点图案的光伏电池的方法，其中所述方法包括：根据所述金属触点图案在预定位置处通过第一激光在局部平滑所述半导体基板的表面；在所述基板表面处形成发射极区；在所述基板表面上提供介电层；通过第二激光形成贯穿所述介电层的开口，从而在与所述金属触点图案相对应的位置处局部地暴露底层基板表面；以及通过镀敷在所述基板表面的暴露区处提供金属触点。

所述半导体基板可例如是晶体硅基板，例如单晶、多晶硅(multi crystallineor poly crystalline)基板。然而，本公开不限于此并且可以使用其他合适的半导体基板。

在一个发明方面，粗糙表面可以是电池的前表面。它也可以是电池的后表面，例如在具有纹理化的前侧和纹理化的后侧以及在前侧和后侧两者处的图案化金属触点的双面电池的情况下。

粗糙表面可以例如是对可见光(波长范围在380nm和740nm之间)而言具有低于15％的平均反射率的表面。从初始粗糙的表面得出的经平滑的表面可以是对于可见光(波长范围在380nm和740nm之间)而言具有高于初始粗糙表面的平均反射率的平均反射率的表面。平滑表面可以是对于同一波长范围内的光而言具有高于20％或高于25％或高于30％的平均反射率的表面。

在局部对表面进行平滑可以例如通过脉冲UV激光来完成，该脉冲UV激光具有用于在局部熔化硅的合适激光能流且具有例如在约1ns和1000ns之间、约5ns和100ns之间或约5ns和20ns之间的范围中的脉冲持续时间。然而，本公开不限于此并且可以使用其他脉冲持续时间，例如可以使用皮秒(ps)脉冲。使用具有UV波长的激光的优点是UV光被吸收在靠近表面的薄(例如，几微米，例如具有3微米以下或2微米以下或1微米以下的厚度)硅层中，从而避免对硅的更深损伤。

经平滑的表面因而可与电池的初始纹理化的前表面的至少部分被熔化的表面相对应。经平滑的表面可以是如下表面：从初始表面(例如，纹理化表面)产生或通过对初始表面进行处理来获得，并且具有比初始表面的粗糙度更小的粗糙度。经平滑的表面也可对应于如下表面：从初始表面(例如，纹理化表面)产生或通过对初始表面进行处理来获得，并且具有例如对于预定波长或波长范围而言，比初始表面更高的平均反射率。这样的预定波长范围可以例如是可见光波长范围，例如380nm和740nm之间。本发明的其中电池的初始纹理化的前表面的至少部分熔化的表面被用作经平滑的表面的各实施例的优点是，金属镀敷工艺(并且因此镀敷金属触点)的质量(粘合、接触电阻)得到改进。

形成发射极区可包括形成同构发射极，即在整个基板表面上具有相同掺杂剖面的发射极。或者，形成发射极区可包括形成选择性发射极，即在对应于金属触点图案的位置处包括高度掺杂区并且在这些预定位置之间包括较轻微掺杂区的发射极。发射极区可通过本领域技术人员已知的方法来形成，诸如例如通过来自液态或固态源的扩散或通过离子注入。

提供介电层可包括提供单个介电层或提供包括至少两个介电层的介电层堆叠。在优选实施例中，介电层具有抗反射涂层的功能并提供表面钝化。介电层可例如是氮化硅层或氮化钛层。介电层可例如是包括氧化硅层和/或氮化硅层和/或氧化铝层和/或氧化钛层的层堆叠，诸如例如氧化硅/氮化硅堆叠或例如氧化铝/氮化硅堆叠。然而，可以使用本领域技术人员已知的任何其他合适的层或层堆叠来提供表面钝化和形成抗反射涂层。

提供金属触点可包括提供金属层堆叠。例如，可提供诸如包括Ni、Ti或Ag的层等第一种层，例如通过溅射、丝网印刷、无电镀敷或光生镀覆。该种层之上是触点层，如可通过镀敷提供Cu层或Ag层。可任选地，覆层(例如，包括Sn、Ag或Cu)可被镀敷在触点层之上。

根据一个发明方面的方法的优点是形成贯穿介电层的开口的步骤是在具有经平滑的表面的区域中完成的，从而允许良好且完整地移除介电层而不损伤底层发射极区。一个优点是金属触点在具有经平滑的表面的这样的区域中提供，从而允许形成具有低接触电阻和良好粘合属性的触点。

根据一个发明方面的方法的优点是在局部对表面进行平滑的步骤造成了具有经平滑的表面的区域的形成，该具有经平滑的表面的区域在可见光波长范围中具有显著高于粗糙(未经平滑)区域的平均反射率的平均反射率。这允许基于反射率测量，将贯穿介电层的开口的图案(在与金属触点图案相对应的各位置处)与具有经平滑的表面的区域进行良好的对齐。在具有选择性发射极结构的实施例中，它还允许选择性发射极结构的金属触点与高度掺杂区之间的良好对齐。

已经在上文中描述了一些发明方面的某些目标及优点。当然，应理解，不一定所有此类目的或优点都可根据本公开的任何特定实施例实现。因此，例如，本领域的技术人员将认识到本公开可按实现或优化本文所教导的一个优点或一组优点的方式来具体化或执行，而不一定要同时实现本文可能教导或提出的其他目的或优点。此外，可理解的是本概述仅仅是示例且并不意在限制所要求保护的本公开的范围。关于组织和操作方法两者的本公开，连同其特征和优点一起，通过结合附图而阅读参考以下详细描述可被最好地理解。

附图说明

图1到图6示出根据一个实施例的用于制造光伏电池的方法。

图7示出本公开的另一实施例。

在不同附图中，相同参考标记指示相同或相似元件。

具体实施方式

在以下详细描述中，阐述众多特定细节以提供对本公开以及其可如何在特定实施方式中实施的透彻理解。然而，将理解，本公开在没有这些特定细节的情况下也可以实施。在其它情形中，众所周知的方法、程序和技术并未进行详细描述以免混淆本公开。虽然将针对特定实施方式并参考特定附图描述本公开，但本公开不限于此。本文中所包括和描述的附图是示意性的且不限制本公开的范围。还应注意，在附图中，出于说明目的，一些元件的大小可能被放大，因此未按比例绘制。

此外，说明书和权利要求中的术语第一、第二和第三等用于区别类似的元件，而不一定用于描述时间、空间、排列或任何其他方式的先后顺序。应理解，如此使用的术语在适当情况下是可互换的，且本文中所描述的本公开的实施例能以不同于本文所描述或示出的其它顺序操作。

此外，本说明书和权利要求书中的术语顶部、底部、上方、下方等用于描述性目的，而不一定用于描述相对位置。应理解，如此使用的术语在适当情况下是可互换的，且本文中所描述的本公开的实施例能以不同于本文所描述或示出的其它取向操作。

应注意，在权利要求中使用的术语“包括”不应当被解释为受限于下文中列出的含义；它不排除其它元件或步骤。因此它应当被解读为指定所述特征、整数、步骤或部件如所述及的存在，但不排除一个或多个其它特征、整数、步骤或部件或其群组的存在或添加。因此，措辞“包括装置A和B的设备”的范围不应当局限于仅由组件A和B构成的设备。

在本公开的上下文中，光伏电池的前表面或前侧是适于被定向面向光源并由此用于接收照明的表面或侧面。在双面光伏电池的情况下，两个表面都适于接收照射光。在这种情况下，前表面或前侧是适于接收光或照明的最大部分的表面或侧面。光伏电池的背表面、背侧、后表面或后侧是与前表面相对的表面或侧面。基板的前侧是该基板的与光伏电池的前侧相对应的侧面，而基板的后侧或背侧对应于光伏电池的背侧。

根据一个实施例，一种用于制造具有在半导体基板的粗糙(例如，纹理化)表面上的镀敷金属触点图案的光伏电池的方法，包括：根据所述金属触点图案在预定位置处通过激光在局部平滑所述半导体基板的表面；在所述基板表面处形成发射极区；在所述基板表面上提供介电层；通过激光形成贯穿所述介电层的开口，从而在与所述金属触点图案相对应的位置处局部地暴露底层基板表面；以及通过镀敷在所述基板表面的暴露区处提供金属触点。

该方法还针对其中半导体是晶体硅的各实施例进行了描述，即用于晶体硅光伏电池的制造。然而，该方法不限于此。它可被用于具有粗糙(例如，纹理化)表面和镀敷金属触点图案的任何光伏电池。

该方法和该设备进一步针对其中纹理化表面是光伏电池的前表面且其中镀敷金属触点是电池的前侧触点的实施例进行了描述。然而，本公开不受限于此。一种方法可例如也被用来在电池的后侧处形成镀敷触点，例如用于具有纹理化前表面和背表面且在该电池的前侧和背侧都具有图案化金属触点的双面电池。

发射极区可以是同构发射极区或选择性发射极区。

介电层可以是单个层或包括至少两个层的堆叠。在该光伏设备中，它可具有表面钝化层和/或抗反射涂层的功能。

根据一个实施例的方法在图1到图6中示意性地示出。

在图1所示的示例中，首先，晶体硅晶片或基板10的前表面11是纹理化的，且基板10的后表面12是经抛光的。纹理化和抛光可以通过本领域已知的任何合适的方法来完成。纹理化前表面11可例如包括随机金字塔或它可包括规则金字塔，例如倒金字塔。还可以使用本领域技术人员认为合适的任何其他纹理化工艺或纹理化表面。

接着，如在图2中示出的截面中所示，前表面11在预定位置处或在预定区域20中通过激光(LAMP：激光辅助熔化工艺)被局部熔化并且因此被平滑，该预定位置或区域与要在制造工艺的稍后阶段中形成的金属触点图案相对应。优选地，使用具有纳秒脉冲的脉冲激光，例如具有在约1ns和1000ns之间、约5ns和100ns之间、或约5ns和20ns之间的脉冲持续时间。然而，本公开不限于此并且可以使用其他脉冲持续时间，例如可以使用皮秒脉冲。激光的波长优选地处于UV范围内(例如，在200nm到400nm的范围内，更优选地在260nm到380nm的范围内，例如约355nm的波长)：这允许靠近表面的薄(约几微米)硅层中的光吸收，并且避免对硅的较深损伤。激光能流优选地被选择或适配来造成硅熔化，但避免硅消融。合适的激光能流依赖于所使用的激光波长和脉冲持续时间，并且可例如通过实验来确定。换言之，合适的激光能流的参数可针对特定的生产工艺或应用来预确定。例如，对于具有6ns脉冲持续时间的355nm波长激光，可以用约50mJ/cm²的激光能流来获得良好结果。这一步骤造成靠近前表面的硅的局部熔化，从而造成表面纹理的局部平滑化。在用激光处理的区域20中，与未用激光处理的区域相比，表面粗糙度大大降低。表面粗糙度的差异也造成反射率的差异。通过实验发现，在用激光处理的区域20中，在波长范围在360nm和740nm之间的平均反射率可以在约30％的量级，而在未处理的(纹理化的)区域中，在同一波长范围中的平均反射率在约12％的量级。在执行了激光退火步骤之后，激光损伤可通过蚀刻(例如在HF:HNO₃溶液中)来移除，或它可以通过退火来移除。

在下一步骤中，发射极区21被形成在基板的前侧，并且此后，钝化层和/或抗反射涂层被提供在前表面上。发射极区21可例如通过从液态或固态源扩散或通过离子注入来形成。抗反射涂层可例如是氮化硅层。所得的结构在图3中示出。在图3中，钝化层和抗反射涂层被示为单个介电层22。然而，钝化层和抗反射层也可以是分开的层和/或可构成层堆叠。例如，氧化硅层或氧化铝层可被提供作为表面钝化层，并且该表面钝化层可由担当抗反射层的氮化硅层覆盖。

在前表面11处沉积了抗反射涂层之后，钝化层23或钝化堆叠和金属触点24可被提供在后表面12处。对于具有局部背触点的实施例，这在图4中示意性地示出。然而，本公开不限于此并且本领域技术人员已知的其他配置可被用在该电池的后侧。在电池的后侧提供钝化层和金属触点也可在该工艺流程的另一阶段执行，如在激光消融前侧的介电层之后或例如在前侧金属化之后。

如图5所示，介电层22(例如，SiN层)随后通过激光消融在局部被移除，例如使用具有皮秒(ps)脉冲的UV激光，从而形成贯穿介电层22的开口并暴露其中需要提供前侧金属触点的位置处的底层基板表面。贯穿介电层22的开口与经平滑的区域20对齐。以下是一个优点：激光消融工艺(例如，在介电层22中制作开口)与这些区域20的良好对齐是可能的，因为这些区域与经平滑的区域20之间的纹理化区域相比的较高反射率。一种相机系统可被用来基于反射率差异检测该图案并执行对齐。以下是附加优点：在不损伤底层发射极区21的情况下良好地移除介电层22是可能的，因为区域20中的硅表面11的平滑性。

在局部移除介电层22之后，使用金属镀敷工艺来提供前侧金属触点25(图6)。在优选实施例中，首先提供诸如包括Ni、Ti或Ag的层等的种层，例如通过溅射、丝网印刷、无电镀敷或光生镀覆。在种层沉积之后，例如Ni种层沉积，可执行硅化步骤。在种层的顶部，镀敷诸如Cu层或Ag层等触点层，并且可任选地，覆层(例如，包括Sn、Ag或Cu)可被镀敷在触点层的顶部。根据一个实施例的方法的优点是金属触点在具有经平滑的表面纹理(即，较不粗糙)的区域20中提供，使得可以获得具有低接触电阻并具有良好粘合的良好触点。

通过镀敷来提供前侧触点的优点是与丝网印刷的触点图案相比，触点图案的宽度(例如，叉指宽度、汇流条宽度)可以更小，从而造成降低的阴影损失。

一种根据一个实施例的方法可有利地被用于制造具有选择性发射极结构的光伏电池。在这样的实施例中，在基板的前侧形成发射极区21之后，在与金属触点图案相对应的位置处具有高度掺杂区211的选择性发射极(参见图7)可例如通过激光掺杂或本领域技术人员已知的任何合适的替换工艺来实现。例如，在发射极区21通过扩散工艺形成时，由此形成的掺杂玻璃层可被用激光(例如准连续UV激光)在经平滑的区域20中局部照射，由此在这些区域20中创建更高度掺杂的发射极区211。此后进行掺杂玻璃层的移除。或者，掺杂玻璃层可被首先移除并且包括掺杂剂的层可被提供在前表面上。用激光在经平滑的区域20中进行局部照射随后在这些区域20中创建高度掺杂的发射极区。优点是高度掺杂区与触点区域的良好对齐是可能的，因为反射率的差异。

以上描述详细说明了本发明的某些实施例。然而，应当理解，不管以上在文本中显得如何详细，本发明可以其他方式实现。应当注意的是，在描述本发明的某些特征或方面时，特定术语的使用不应当用来暗示术语在本文中被重定义以受限于包括与所述术语相关联的本发明的特征或方面的任何特定特性。

尽管以上详细描述已示出、描述和指出应用于各实施例的本发明新颖性特征，但要理解本领域内技术人员可对所示设备或处理的形式和细节作出各种省略、替代和改变。

Claims (10)

1.一种用于制造具有半导体基板的表面上的金属触点图案的光伏电池的方法，所述方法包括：

根据所述金属触点图案在预定位置处通过第一激光在局部平滑所述半导体基板的所述表面；

在所述局部平滑之后，在所述半导体基板的所述表面处形成发射极区；

在形成发射极区之后，在所述半导体基板的所述表面上提供介电层；

通过第二激光形成贯穿所述介电层的开口，从而在与所述金属触点图案相对应的位置处局部地暴露所述半导体基板的底层表面；以及

通过镀敷在所述半导体基板的所述表面的暴露区处提供金属触点。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括在局部地平滑所述半导体基板的所述表面之前，在所述半导体基板的所述表面上提供表面纹理。

3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述半导体基板是晶体硅基板。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，平滑包括至少部分地熔化所述半导体基板的所述表面。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述第一激光是UV激光，所述UV激光具有用于在局部至少部分地熔化所述半导体基板的合适的激光能流并具有范围在1ns和1000ns之间的脉冲持续时间。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，平滑包括提高所述半导体基板的所述表面在可见光波长范围中的平均反射率。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，形成发射极区包括形成同构发射极。

8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，形成发射极区包括形成选择性发射极，即在对应于所述金属触点图案的位置处包括高度掺杂区并且在这些预定位置之间包括较轻微掺杂区的发射极。

9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，提供介电层包括提供包括至少两个介电层的介电层堆叠，并且其中所述介电层适于用作抗反射涂层和表面钝化。

10.如权利要求1所述的方法，其特征在于，提供金属触点包括提供金属层堆叠。