CN104247035A - 形成具有选择性发射极的太阳能电池的方法 - Google Patents

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Abstract

提出一种生产具有选择性发射极的太阳能电池的方法。提供半导体衬底(1)。在衬底(1)的表面形成与衬底(1)的基本掺杂剂类型相反的发射极掺杂剂类型的掺杂剂源材料层(3)。通过对层(3)加热，形成均匀轻掺杂发射极区(5)。在第一激光作用步骤中，通过对接触表面区域(9)施加激光(7)，形成选择性重掺杂发射极区(11)。可选地，随后去除层(3)，并且对衬底(1)的前侧施加附加的电介质层(15)。在第二激光作用步骤中，通过对接触表面区域(9)施加激光(21)，局部去除层(3)或层(15)，从而局部露出衬底(1)的表面。在局部露出的接触表面区域(9)中，使用例如镀金属技术，最终形成金属触点(23)。使用两个不同的激光作用步骤，一方面用于激光掺杂，另一方面用于激光去除以形成金属化掩模，这可以彼此独立地优化每个激光作用步骤，从而能够改进工艺和最终得到的太阳能电池。

Description

形成具有选择性发射极的太阳能电池的方法
相关申请
本申请要求2012年2月2日提交的英国专利申请1201881.8号和2012年2月2日提交的美国临时专利申请61/594155号的优先权，它们的内容通过引用包含在本文中。
技术领域
本发明涉及形成具有选择性发射极的太阳能电池的方法。
背景技术
太阳能电池用于利用光伏效应将太阳光转换为电力。一般的目的是实现由低生产成本的要求平衡的高转换效率和高可靠性。
增加太阳能电池的转换效率的一个方法是提供具有所谓的“选择性发射极(selective emitter)”的太阳能电池。
一般来说，在太阳能电池中，半导体衬底具有基本类型的掺杂，并且在这种半导体衬底的表面形成具有相反掺杂的发射极层。
在均匀掺杂的发射极中，必须权衡掺杂浓度，因为例如低掺杂浓度可提高太阳能电池的光谱响应，但是可导致发射极金属触点的接触电阻增加，而相反地，高掺杂浓度可降低接触电阻，但可使光谱响应恶化。
利用选择性发射极方法，只有与其中金属触点邻接半导体表面的接触区相对应的局部区被重掺杂，从而降低接触电阻，而中间区仅被轻掺杂，从而在这些区中保持高的光谱响应。
S.Wenham的US6429037B1公开了用于在太阳能电池中形成选择性发射极和金属化的自对准方法。
2009年9月21-25日在德国汉堡举行的第24届欧洲PV太阳能电池会议和展览中U.Jaeger等的“Selective emitter by laser dopingfrom phosphor silicate glass”公开了一种替代方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种生产具有选择性发射极的太阳能电池的替代方法。特别地，能够经济地并且以产业规模实施该方法。所生产的太阳能电池具有高转换效率和高的长期可靠性。
独立权利要求的内容满足这些目的。从属权利要求中限定了优选实施方式。
根据本发明的一方面，提出一种生产太阳能电池的方法。该方法包括以下步骤，优选地按照所指示的顺序：(a)提供以基本掺杂剂类型掺杂的半导体衬底；(b)在所述半导体衬底的表面形成与所述基本掺杂剂类型相反的发射极掺杂剂类型的掺杂剂源材料层；(c)对所述掺杂剂源材料层加热，从而掺杂剂从所述掺杂剂源材料层扩散到所述半导体衬底的相邻表面区域中，以形成均匀轻掺杂发射极区；(d)在第一激光作用步骤中，对所述半导体衬底表面的接触表面区域局部施加激光，从而在所述半导体衬底的接触表面区域中附加产生电活性掺杂剂，以形成选择性重掺杂发射极区；(e)在第二激光作用步骤中，对所述半导体衬底表面的所述接触区域的至少一部分局部施加激光，从而局部去除所述掺杂剂源材料层和在所述半导体衬底的表面形成的电介质层中的至少之一，从而在所述接触表面区域中局部露出所述半导体衬底的表面，其中在所述第二激光作用步骤中，施加与所述第一激光作用步骤中特征不同的激光；以及(f)在所述局部露出的接触表面区域中形成电接触所述半导体衬底的表面的金属触点。
可以基于以下思想和认识来了解所提出的硅太阳能的要点。
尽管利用现有技术方法，对于具有选择性发射极的太阳能电池，特别是在实验室生产规模上，已经表现出高转换效率，但是已经观察到，在这种现有技术方法中，在太阳能电池生产期间，可能出现导致例如所生产的太阳能电池的长期可靠性降低或者产生成本增加的难题。
例如，在由Wenham提出的上述现有技术方法中，在生产太阳能电池的单侧结构期间只使用一个激光作用步骤。在这一个激光作用步骤中，在进行将电介质层开口以在该表面区域中露出半导体衬底的表面的步骤的同时，进行局部附加的掺杂剂的引入，以制备选择性发射极的重掺杂区域，从而能够随后在这些表面区域中将前侧金属化。然而，尽管这种单个激光作用步骤的使用能够使重掺杂区域与随后施加的金属触点自对准，但是目前已经观察到，在这种处理方法中，可能出现例如通过镀技术制备的金属触点的附着问题。
对于这种附着问题，目前相信，在此情况下，一个可能的解释是，由于只应用一个激光作用步骤，所以不能针对一方面选择性激光掺杂而另一方面局部去除电介质层这两个目的优化这种激光作用步骤。
因此，本文提出的方法应用两个分开的激光作用步骤，在这两个激光作用步骤中，激光强度、激光频率、激光聚焦、照射持续时间等激光特征彼此不同。其中，第一激光作用步骤被用于通过激光掺杂，产生选择性发射极的选择性重掺杂发射极区，并且第二激光作用步骤被用于局部去除先前在半导体衬底的顶部沉积的层，从而局部露出半导体衬底的表面，使得随后可以在所露出的接触表面区域形成金属触点。
此外，目前相信，例如在Wenham提出的方法中，磷扩散源通常被旋涂或喷洒在沉积于轻掺杂的发射极表面的顶部的电介质层的顶部，并且随后使用激光掺杂将掺杂剂引入到下面的半导体衬底中。这种激光掺杂方法的一个风险是，来自电介质层的掺杂剂种类以外的原子种类可能被引入到掺杂区中，这种元素可能抑制随后通过镀技术制备的金属触点的良好的附着。
因此，在本文提出的方法中，提出使用例如不同的掺杂剂源材料，如磷硅酸盐玻璃(phosphorous silicate glass，PSG)，作为掺杂剂源材料。
此外，根据本文提出的方法，由于使用分开的激光作用步骤，在接触表面区域中局部去除覆盖半导体衬底的层，所以可以专门优化该第二激光作用步骤，以防止电解质层的原子种类被引入到掺杂区中。
下面详细解释所提出的太阳能电池生产方法的实施方式的可能的特征和优点。
针对所提出的生产方法提供的半导体衬底可以是任何类型的衬底。例如，可以使用硅晶片或者硅薄膜。这种硅可以是例如单晶或多晶的。半导体衬底的基本掺杂可以是n型或p型。例如，可以分别提供均匀的磷或硼掺杂。
掺杂剂源材料层可以是包括优选均匀分布的与基本掺杂剂类型相反类型的掺杂剂的任何层。优选地，掺杂剂源材料是磷硅酸盐玻璃(PSG)。例如，可以在POCl3扩散步骤中形成这种PSG，在该POCl3扩散步骤中，在POCl3气氛中以升高的温度处理半导体衬底。PSG包括高含量的磷掺杂剂，当对该掺杂剂源材料层加热时，该磷掺杂剂可以从该层扩散到半导体衬底的相邻表面内。从而，可以在该衬底表面中制备均匀的轻掺杂发射极区。
在产生该均匀掺杂的发射极区之后，在第一激光作用步骤中通过激光掺杂制备局部的选择性重掺杂发射极区。其中，对该掺杂剂源材料层局部施加适当特征的激光，以例如从该层将掺杂剂局部地附加引入到接触表面中的半导体衬底，随后在该接触表面形成金属触点。在该激光掺杂期间，所施加的激光的能量可以足够高，以将该掺杂剂源材料层和半导体衬底的浅表面区中的至少之一或优选地此二者临时液化。从而，可以将附加的掺杂剂以高速率吸收到半导体衬底表面的这些局部区域，从而导致掺杂剂浓度局部增加。作为选择，先前已经引入到接触表面内但是还不处于电活性的掺杂剂可以通过在第一激光作用步骤期间局部施加能量而被激活，使得可以局部增加活性掺杂剂浓度。
在用于激光掺杂的该第一激光作用步骤之后，可以将该半导体衬底从用于该激光作用步骤的激光作用设备中移出。可选地，然后可以使用例如不同的处理设备进一步处理该半导体衬底。在该进一步处理期间，例如可以在承载该选择性发射极的表面相反的太阳能电池表面产生太阳能电池的后侧结构。然后，在该处理序列的后一阶段，可以将该半导体衬底再次安装到可以与用于第一激光作用步骤的激光设备相同或不同的激光设备中。在进行第二激光作用步骤之前，可以对准该半导体衬底，即，相对于该激光设备定位该半导体衬底，使得在随后的第二激光作用步骤中，施加激光使得在第一激光作用步骤中已经被重掺杂的相同接触区域中，通过施加该激光而局部露出该半导体衬底的表面。
对于最终得到的太阳能电池来说，在进行第二激光作用步骤之前对准半导体衬底可能是必要的，这样能够精确地在已经在第一激光作用步骤中被选择性重掺杂的区中特定地从该半导体衬底局部去除任何覆盖层。因为在随后的处理步骤中，要在第二激光作用步骤期间局部露出的接触表面区域中选择性地形成金属触点，所以可能需要使该金属触点与在第一激光作用步骤中制备的局部重掺杂的发射极区对准，以确保低接触电阻。
例如，可以使用光学对准装置来对准半导体衬底。该光学对准装置可被用来光学检测例如半导体衬底的特征，从而随后能够对准半导体衬底。
例如，该光学对准装置可以检测半导体衬底相对于激光作用装置的位置。具体来说，该对准装置可以首先检测半导体衬底相对于用于第一激光作用步骤的激光作用装置的位置，并且存储该位置信息。然后，在第二激光作用步骤之前，对准装置可以再次检测半导体衬底相对于用于第二激光作用步骤的激光作用装置的当前位置，然后可以采用半导体衬底的位置或者激光装置的定位，即，激光作用装置发射激光的方向，使得在第二激光作用步骤期间，以与在第一激光作用步骤期间重掺杂的接触表面区域对准的方式施加激光。
作为选择，该光学对准装置可以直接检测在第一激光作用步骤期间已经被附加掺杂的接触区域的位置。在该对准处理中，可以利用以下事实：在第一激光作用步骤期间，接触表面区域中的光学特征可能被轻微改变，并且这些光学变化可以被对准装置检测到。当检测接触表面区域时，激光作用装置可以被控制为使得只以与接触表面区域对准的方式施加激光。
在本发明的一个实施方式中，在第一激光作用步骤之后去除掺杂剂源材料层，并且在第二激光作用步骤之前，在半导体衬底表面形成用作表面钝化层、金属化掩模和/或防反射层的电介质层。其中，该掺杂剂源材料，例如磷硅酸盐玻璃，可被从半导体衬底完全去除，并且然后可以用电解质层，例如氮化硅(SiN)层，覆盖衬底表面。
作为进一步的选择，在第一激光作用步骤之后，掺杂剂源材料可以保留在半导体衬底的表面，即，不被去除，并且在保留的掺杂剂源材料层的顶部附加沉积电介质层。该附加电介质层可以用作例如表面钝化层、金属化掩模和/或防反射层。
根据可选地包括去除掺杂剂源材料层和/或沉积附加电介质层的特定处理序列，在第二激光作用步骤中，激光可以在处理序列的该阶段局部去除存在于衬底表面的先前沉积的掺杂剂源材料层和先前沉积的电介质层的每一个。
尽管可以针对激光掺杂，优化掺杂剂源材料层的特征，但是该掺杂济源材料层可以不必具有优化的特征，以保留在最终得到的太阳能电池上。因此，该掺杂剂源材料层可以被去除，并且可以改为施加具有针对特定目的优化的特征的电介质层。作为选择，可以在掺杂剂源材料层的顶部沉积附加电介质层。例如，使用例如PECVD(等离子体增强化学气相沉积)沉积的氮化硅层可以用作高表面钝化层，从而增加该太阳能电池的转换效率。此外或者可选地，该电介质层可以在随后形成金属触点期间用作金属化掩模。此外或者进一步可选地，可以以适当的层厚度施加该电介质层，以例如用作最终得到的太阳能电池的防反射涂层。
在本发明的优选实施方式中，使用镀金属技术形成金属触点。这种镀技术可以包括电镀或者无电镀，其中从包含金属的镀液向半导体衬底的露出的接触表面区域沉积金属。
典型地，这种镀技术可以实现与半导体衬底具有低接触电阻并且具有低串联电阻的高质量金属触点。通过这种技术形成的金属触点的宽度主要由露出的接触表面区域的宽度确定，即，由用于局部去除在与接触表面区域相邻的区域中用作金属化掩模的覆盖层的第二激光作用步骤期间施加的激光的特征确定。因此，激光去除金属化掩模层与使用镀金属技术的结合可用于制备具有例如100微米以下，优选50微米以下的接触宽度的非常细的金属触点。
例如，在第一激光作用步骤中，可以施加激光，使得沿着线引入附加的掺杂剂，该线具有低于100微米的宽度。换句话说，使用第一激光作用步骤，可以制备具有非常窄的宽度的线性选择性重掺杂发射极区。在相邻的线性接触表面区域之间，可以存在宽区的均匀轻掺杂的发射极，该区充分宽于接触表面区域，例如在1至3毫米范围内。之间具有大的轻掺杂发射极的这种窄接触表面区域可导致提高太阳能电池的光谱响应。
在第二激光作用步骤中，也可以沿着线露出接触表面区域中的半导体衬底的表面，其中该第二线与第一线重叠，并且所具有的宽度等于或小于第一线的宽度，即，重掺杂接触表面区域的宽度。一方面，使用这种通过第二激光作用步骤产生的较小宽度的露出的表面区域能够形成非常窄的金属触点。这种窄的金属触点可以导致减小阴影损失。另一方面，在第二激光作用步骤中只沿着非常窄的线去除覆盖层可以简化最终得到的露出的接触区域与第一激光作用步骤期间产生的重掺杂区域的对准。
注意，在此主要关于所提出的用于制备太阳能电池的方法，但是也部分关于最终得到的太阳能电池描述了本发明的实施方式的可能特征和优点。本领域的技术人员将认识到，可以适当地结合不同的特征，并且可以以该制备方法中对应的方式实现太阳能电池的特征，反之亦然，以实施更有利的实施方式并且实现协同效应。
此外，本领域的技术人员将会认识到，完整的生产工艺可以包括进一步的步骤，并且该太阳能电池可以具有本文描述的以外的特征。例如，所提出的方法可以是用于制备整个太阳能电池的方法的一部分，该方法包括各种附加方法步骤，如扩散步骤、钝化步骤、金属化步骤等。该太阳能电池可以包括不同掺杂的区、在其表面的用作防反射涂层、表面钝化等的电介质层以及在太阳能电池衬底的前侧和/或后侧的附加电接触结构，这仅是作为例子提到的。
附图说明
下面参照附图描述本发明的实施方式的特征和优点。其中，文字说明和附图都不应被理解为限制本发明。
图1示出根据本发明的一个实施方式的用于生产太阳能电池的方法的步骤。
附图是示意性的，而不是按比例的。在附图中用相同的附图标记表示相同或类似的特征。
具体实施方式
参照图1描述根据本发明的一个实施方式的生产太阳能电池的方法的处理序列。
在步骤(a)中，提供作为具有均匀p型基本掺杂的硅晶片的半导体衬底1。半导体衬底1可以被预处理，例如，通过锯伤去除蚀刻和/或其背侧抛光。
在步骤(b)中，形成掺杂剂源材料层3。在该特定例子中，该层3在POCl3扩散步骤期间被形成为磷硅酸盐玻璃，在该扩散步骤中，半导体衬底1在POCl3气氛中，在例如800至900摄氏度的高温保持例如10至90分钟。
在形成掺杂剂源材料层3的同时，来自该层3的掺杂剂由于所施加的热而扩散到半导体衬底1的前表面内，从而形成均匀的轻掺杂发射极区5。该轻掺杂发射极区5可以被产生为例如具有超过80欧姆每方的方块电阻，优选超过100欧姆每方，以产生具有良好光谱响应的太阳能电池的发射极。
在接下来的步骤(c)中，半导体衬底1与用作掺杂剂源材料层3的磷硅酸盐玻璃一起被放置在激光作用设备中。在该激光作用设备中，激光7被局部施加到半导体1的表面的接触表面区域9。激光7的强度被选择为使得掺杂济源材料层3被暂时局部液化或者部分蒸发。在该状态下，附加的掺杂剂在接触表面区域9被引入到半导体衬底内。此外，已经存在于发射极中但不处于电活性的附加的磷可以通过该硅片暴露于激光而被激活。结果，选择性重掺杂发射极区11的掺杂浓度充分高于中间区12的掺杂浓度。例如，在选择性重掺杂发射极区11中，方块电阻可以低于70欧姆每方，优选低于30欧姆每方，并且更优选地低于15欧姆每方。激光束7的宽度可以为使得所得到的重掺杂发射极区11具有例如低于100微米的宽度，优选低于50微米，并且更优选地低于30微米。
在步骤(d)中，通过蚀刻去除掺杂剂源材料层3，使得发射极5的整个表面被露出。例如，可以利用含HF的蚀刻液去除磷硅酸盐。另外，可以对衬底1的背侧进行单侧蚀刻，以去除由于扩散处理中的绕回而可能残留在背侧上的发射极。
对于图1中的步骤(e)，示出了几个独立处理步骤的结果。
电介质层13沉积在半导体衬底1的背侧。该层可以包括例如Al2O3层和SiN层的叠层。
在半导体衬底1的前侧沉积电介质层15。该电介质层15例如可以是高质量氮化硅(SiN)层，对于最终得到的太阳能电池，该高质量氮化硅(SiN)层可以用作衬底的前侧表面的表面钝化。此外，电介质层15可以在随后的金属触点形成期间用作掩蔽层，并且可以用作防反射涂层。
可以使用例如激光去除将背侧电介质层13局部开口，从而制备半导体衬底1的背侧的暴露区域的斑点17。
在步骤(f)中，通过使用包含糊剂的银(Ag)和/或包含糊剂在铝(Al)在斑点17上的局部丝网印刷，然后使该糊剂干燥并最后烧制该糊剂，从而形成背侧触点19来制备背侧触点19。
在步骤(g)中，在第二激光作用步骤中通过至少对半导体衬底1的表面的接触表面区域9的一部分局部施加激光21来局部去除前侧电介质层15。其中，所施加的激光21的特征被选择为使得电介质层15被局部去除，并且半导体衬底1的表面在接触表面区域9被局部露出。激光束21的宽度为使得露出的区域窄于在第一激光作用步骤中形成的重掺杂发射极区11的宽度。
注意，在第一和第二激光作用步骤之间，激光作用特征可以不同。一般来说，激光-材料相互作用除了取决于材料的光学和热力学属性以外，还取决于几个物理参数，如所施加的激光的波长、脉冲能量和脉冲持续时间。
在第一激光作用步骤中，典型地可以选择IR光谱范围内的激光波长，例如，在1064nm，以及在可见光谱范围内的激光波长，例如，在532nm，硅对这些波长是高吸收的。在产生重掺杂发射极区时可见区内的激光波长是更有利的，因为光学穿透深度较浅，这有助于限制激光诱导的晶格缺陷。这些缺陷可充当复合中心并且可因此降低太阳能电池性能。典型的激光脉冲持续时间在纳秒范围内，并且激光脉冲能量被优化以限制例如有纹理的硅表面被激光熔化。
在第二激光作用步骤中，在选择性电介质激光烧蚀中，IR光谱范围内的激光波长，例如在1064nm、可见光谱范围内的激光波长，例如在532nm以及UV光谱范围内的激光波长，例如在355nm，可能是有效的。采用具有所选择的激光波长的适当脉冲持续时间可能是重要的。在太阳能电池制造工艺中，例如在产生良好的接触表面以用于随后的电镀工艺时，局部去除电介质层而不熔化下面的重掺杂发射极区可能是至关重要的。重掺杂发射极区被激光熔化可能是不利的，因为这可导致掺杂剂在硅中再分布并且混入氧、氮等杂质。为了避免这个问题，特别对于通过非线性吸收效应主要在电介质层中吸收激光能量的IR和可见光谱范围内的激光波长，可以采用具有皮秒和飞秒脉冲持续时间的超快激光脉冲。在非线性吸收中，激光脉冲可以足够短，以达到破坏电介质层的晶格边界而又几乎没有热传导和硅熔化的峰值功率强度。另一方面，由于在UV光谱范围内氮化硅是高吸收的，所以可以采用纳秒和皮秒时间尺度的脉冲持续时间，以使由电介质层的局部去除导致的下面的重掺杂发射极区的熔化最小化。
最后，在步骤(h)中，使用镀金属技术形成前侧金属触点23。其中，可选地，可以通过蚀刻步骤去除在通过第二激光作用步骤露出的表面区域形成的任何氮化物。这种蚀刻也可以用于去除半导体衬底中的局部激光作用损伤。然后，在前面的第二激光作用步骤期间露出的接触表面区域9，从镀液沉积金属，同时在中间区12中，覆盖的前侧电介质层15用作镀掩模。
用于形成前侧金属触点23的镀技术可以是电镀或无电镀，并且可以包括一系列子步骤。例如，首先，可以沉积与形成半导体衬底1的硅晶片的露出的表面直接接触的镍。在随后的退火步骤中，在升高的温度，可以形成硅化镍。这种硅化物可以用于提高机械附着力并且降低金属触点23和半导体衬底1之间的接触电阻。过量的镍可以随后在蚀刻步骤中被去除。可以在该镍层上镀厚的铜层之前的“闪(flash)”镀步骤中沉积更均匀的镍层，以形成金属触点23的核心，从而提供具有非常低的串联电阻的触点。
最后，应当指出，术语“包括”不排除其他元件或步骤，并且“一个”不排除多个。此外，关于不同实施方式描述的元件可以被组合。还应当指出，权利要求中的附图标记不应当被理解为限制权利要求的范围。
附图标记列表
1    半导体衬底
2    掺杂剂源材料层
5    均匀轻掺杂发射极区
7    第一激光作用步骤的激光
9    接触表面区域
11   选择性重掺杂发射极区
12   中间轻掺杂区
13   后侧电介质层
15   前侧电介质层
17   露出的背侧斑点
19   背侧金属触点
21   第二激光作用步骤的激光
23   前侧金属触点

Claims (10)

1.一种生产太阳能电池的方法，包括以下步骤：
(a)提供以基本掺杂剂类型掺杂的半导体衬底(1)；
(b)在所述半导体衬底(1)的表面形成与所述基本掺杂剂类型相反的发射极掺杂剂类型的掺杂剂源材料层(3)；
(c)对所述掺杂剂源材料层(3)加热，从而掺杂剂从所述掺杂剂源材料层(3)扩散到所述半导体衬底(1)的相邻表面区域中，以形成均匀轻掺杂发射极区(5)；
(d)在第一激光作用步骤中，对所述半导体衬底(1)表面的接触表面区域(9)局部施加激光(7)，从而在所述半导体衬底(1)的所述接触表面区域(9)中附加产生电活性掺杂剂，以形成选择性重掺杂发射极区(11)；
(e)在第二激光作用步骤中，对所述半导体衬底(1)表面的所述接触区域(9)局部施加激光(21)，从而局部去除所述掺杂剂源材料层(3)和在所述半导体衬底(1)的表面形成的电介质层(15)中的至少之一，从而在所述接触表面区域(9)中局部露出所述半导体衬底(1)的表面，
其中在所述第二激光作用步骤中，施加与所述第一激光作用步骤中特征不同的激光；
(f)在所述局部露出的接触表面区域(9)中形成电接触所述半导体衬底(1)的表面的金属触点(23)。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述第一激光作用步骤之后，从激光作用设备移出所述半导体衬底(1)并且进一步处理所述半导体衬底(1)，并且其中，在所述第二激光作用步骤之前，所述半导体衬底(1)被安装在激光作用设备中并且被对准，使得在所述第二激光作用步骤中，施加所述激光(21)使得所述半导体衬底(1)的表面在已经在所述第一激光作用步骤中被重掺杂的相同接触表面区域(9)中露出。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，使用光学对准装置来对准所述半导体衬底(1)。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述光学对准装置检测所述半导体衬底(1)相对于所述激光作用装置的位置。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述光学对准装置检测已经在所述第一激光作用步骤中被附加掺杂的接触表面区域(9)的位置。
6.根据权利要求1至5中的任一项所述的方法，其特征在于，在所述第一激光作用步骤和所述第二激光作用步骤之间，去除所述掺杂剂源材料层(3)，并且在所述半导体衬底(1)表面形成至少用作表面钝化层、金属化掩模和防反射层之一的电介质层(15)。
7.根据权利要求1至6中的任一项所述的方法，其特征在于，在步骤(f)中，使用镀金属技术形成所述金属触点。
8.根据权利要求1至7中的任一项所述的方法，其特征在于，在所述第一激光作用步骤中，施加激光(7)，使得沿着线引入附加的掺杂剂，所述线具有低于100微米的宽度。
9.根据权利要求1至8中的任一项所述的方法，其特征在于，在所述第一激光作用步骤中，施加激光(7)，使得沿着第一线引入附加的掺杂剂，并且其中在所述第二激光作用步骤中，沿着第二线露出所述接触表面区域(9)中的所述半导体衬底(1)的表面，其中所述第二线与所述第一线重叠，并且具有等于或小于所述第一线的宽度。
10.根据权利要求1至9中的任一项所述的方法，其特征在于，所述掺杂剂源材料是磷硅酸盐玻璃。
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108258082A (zh) * 2018-01-10 2018-07-06 张家港协鑫集成科技有限公司 太阳能电池的制备方法
CN111739794A (zh) * 2020-06-30 2020-10-02 浙江晶科能源有限公司 硼扩散方法、太阳能电池及其制作方法
CN114078977A (zh) * 2020-12-18 2022-02-22 帝尔激光科技(无锡)有限公司 太阳能电池选择性发射极的制备方法和制备设备
CN114078978A (zh) * 2020-12-18 2022-02-22 帝尔激光科技(无锡)有限公司 太阳能电池选择性发射极的制备方法和制备设备
CN115799054A (zh) * 2022-11-29 2023-03-14 常州英诺激光科技有限公司 一种激光掺杂方法、太阳能电池制作方法、基材及电池

Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2491209B (en) * 2011-05-27 2013-08-21 Renewable Energy Corp Asa Solar cell and method for producing same
KR101956734B1 (ko) * 2012-09-19 2019-03-11 엘지전자 주식회사 태양 전지 및 그의 제조 방법
TWI557753B (zh) * 2014-02-17 2016-11-11 聖高拜塑膠製品公司 含有太陽能控制層之透明複合物及形成該透明複合物之方法
US9537041B2 (en) * 2014-06-27 2017-01-03 Sunpower Corporation Emitters of a backside contact solar cell
JP5938113B1 (ja) * 2015-01-05 2016-06-22 信越化学工業株式会社 太陽電池用基板の製造方法
US9673341B2 (en) * 2015-05-08 2017-06-06 Tetrasun, Inc. Photovoltaic devices with fine-line metallization and methods for manufacture
TW201722704A (zh) 2015-10-15 2017-07-01 聖高拜塑膠製品公司 季節性太陽能控制複合物
CN108631990B (zh) 2017-03-24 2022-12-06 中兴通讯股份有限公司 一种信令的指示方法和装置
CN111837217A (zh) 2018-01-08 2020-10-27 索拉昂德有限公司 双面光伏电池及其制造方法
CN112599639A (zh) * 2020-12-15 2021-04-02 东莞南玻光伏科技有限公司 一种太阳能电池的激光se加工方法
WO2023041177A1 (de) * 2021-09-17 2023-03-23 Universität Konstanz Dotieren eines siliziumsubstrats durch laserdotierung mit anschliessendem hochtemperaturschritt

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6429037B1 (en) * 1998-06-29 2002-08-06 Unisearch Limited Self aligning method for forming a selective emitter and metallization in a solar cell
US20100294349A1 (en) * 2009-05-20 2010-11-25 Uma Srinivasan Back contact solar cells with effective and efficient designs and corresponding patterning processes
EP2362425A1 (en) * 2010-02-26 2011-08-31 Excico Group NV A method for forming a selective contact

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4329183B2 (ja) * 1999-10-14 2009-09-09 ソニー株式会社 単一セル型薄膜単結晶シリコン太陽電池の製造方法、バックコンタクト型薄膜単結晶シリコン太陽電池の製造方法および集積型薄膜単結晶シリコン太陽電池の製造方法
WO2006005116A1 (en) * 2004-07-08 2006-01-19 Newsouth Innovations Pty Limited Laser-formed electrodes for solar cells
US8962979B2 (en) * 2005-06-07 2015-02-24 Newsouth Innovations Pty Limited Transparent conductors for silicon solar cells
CN101483205A (zh) * 2008-01-09 2009-07-15 北京市太阳能研究所有限公司 一种背接触太阳能电池的制备技术
US8053343B2 (en) * 2009-02-05 2011-11-08 Snt. Co., Ltd. Method for forming selective emitter of solar cell and diffusion apparatus for forming the same
WO2010091466A1 (en) * 2009-02-11 2010-08-19 Newsouth Innovations Pty Limited Photovoltaic device structure and method
WO2010105382A1 (en) * 2009-03-17 2010-09-23 Wuxi Suntech Power Co., Ltd. Irradiating a plate using multiple co-located radiation sources
WO2011150397A2 (en) * 2010-05-27 2011-12-01 Solexel, Inc. Laser processing for high-efficiency thin crystalline silicon solar cell fabrication
US8105869B1 (en) * 2010-07-28 2012-01-31 Boris Gilman Method of manufacturing a silicon-based semiconductor device by essentially electrical means

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6429037B1 (en) * 1998-06-29 2002-08-06 Unisearch Limited Self aligning method for forming a selective emitter and metallization in a solar cell
US20100294349A1 (en) * 2009-05-20 2010-11-25 Uma Srinivasan Back contact solar cells with effective and efficient designs and corresponding patterning processes
EP2362425A1 (en) * 2010-02-26 2011-08-31 Excico Group NV A method for forming a selective contact

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108258082A (zh) * 2018-01-10 2018-07-06 张家港协鑫集成科技有限公司 太阳能电池的制备方法
CN111739794A (zh) * 2020-06-30 2020-10-02 浙江晶科能源有限公司 硼扩散方法、太阳能电池及其制作方法
CN111739794B (zh) * 2020-06-30 2024-01-30 浙江晶科能源有限公司 硼扩散方法、太阳能电池及其制作方法
CN114078977A (zh) * 2020-12-18 2022-02-22 帝尔激光科技(无锡)有限公司 太阳能电池选择性发射极的制备方法和制备设备
CN114078978A (zh) * 2020-12-18 2022-02-22 帝尔激光科技(无锡)有限公司 太阳能电池选择性发射极的制备方法和制备设备
CN115799054A (zh) * 2022-11-29 2023-03-14 常州英诺激光科技有限公司 一种激光掺杂方法、太阳能电池制作方法、基材及电池
CN115799054B (zh) * 2022-11-29 2024-04-05 常州英诺激光科技有限公司 一种激光掺杂方法、太阳能电池制作方法、基材及电池

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GB2499192A (en) 2013-08-14

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