CN104603955B - 形成用于光伏电池的触头的方法 - Google Patents
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Abstract
本公开内容提供了一种形成用于光伏(PV)电池的触头的方法。所述方法包括提供半导体材料的基板的步骤。所述基板具有第一区域，所述第一区域具有第一掺杂特性并且位于第一表面部分。所述方法还包括在基板的包括第一表面部分的表面上沉积钝化层。此外，所述方法包括在钝化层上沉积导电层，使得钝化层的材料夹在第一区域与导电层之间。此外，所述方法包括以使得局部地诱发被夹的钝化层材料的电介质击穿的方式在第一区域与导电层之间施加电场。第一区域具有掺杂特性，并且实施所述方法使得钝化层在第一区域处的电阻减小并且形成电触头。
Description
技术领域
本发明涉及形成用于光伏(PV)电池的触头的方法，并且具体涉及但不仅限于在PV电池的背面上形成触头的方法。
背景技术
通常，第一代的PV电池包括在掺杂硅中形成的大面积p-n结。这样的PV电池在背面上具有钝化层并且电触头穿过钝化层以接触所选择的硅的高掺杂区。
触头相对于所选择的硅的高掺杂区的对准和触头材料的电特性对太阳能电池的效率产生影响，从而需要改进。
发明内容
在本发明的第一方面中，提供了一种形成用于光伏(PV)电池的触头的方法，所述方法包括以下步骤：
提供半导体材料的基板，所述基板具有至少一个第一区域，所述至少一个第一区域具有第一掺杂特性并且位于第一表面部分；
在基板的包括所述至少一个第一表面部分的表面的至少一部分上沉积钝化层；
在钝化层上沉积导电层，使得钝化层的材料夹在基板的所述至少一个第一区域与所述导电层之间；以及
以使得局部地诱发被夹的钝化层材料的电介质击穿的方式在所述至少一个第一区域与所述导电层之间施加电场；
其中，实施所述方法使得所述钝化层在所述至少一个第一区域处的电阻减小并且形成电触头。
在一个具体实施方式中，基板包括与所述至少一个第一区域相邻的并且至少部分包围所述至少一个第一区域的至少一个第二区域。所述至少一个第一区域可以具有与所述至少一个第一区域的掺杂特性不同的掺杂特性。所述至少一个第一区域和所述至少一个第二区域可以具有相同的极性。替代地，所述至少一个第二区域可以具有p-n结，并且所述至少一个第一区域可以穿过所述p-n结。
通常实施该方法使得电击穿仅在所述至少一个第一区域与所述导电层之间诱发而不在所述至少一个第二区域与所述导电层之间诱发。通常实施该方法使得与形成的触头相邻的钝化层材料的钝化特性基本上不受影响。
本发明的实施方式具有显著优点。由于电击穿仅在所述至少一个第一区域的位置处诱发，所以触头被有效地自对准。
通常实施该方法使得形成多个触头。
此外，通常实施该方法使得在PV电池的背面上形成触头。
在一个实施方式中，掺杂特性为掺杂浓度。替代地，掺杂特性可以为掺杂材料的类型。
在具体实施方式中，所述至少一个第一区域具有比所述至少一个第二区域的掺杂浓度高的掺杂浓度。例如，所述至少一个第一区域可以掺杂硼或任何其它适合的掺杂剂材料。所述至少一个第一区域的掺杂剂浓度可以在从1e18/cm3至1e21/cm3的范围内，例如为约1e20/cm3。所述至少一个第二区域也可以掺杂硼或任何其它适合的掺杂剂材料。所述至少一个第二区域的掺杂剂浓度可以在从1e15/cm3至1e17/cm3的范围内，例如为约1e16/cm3。
在一个实施方式中，提供基板的步骤包括形成所述至少一个第一区域。形成所述至少一个第一区域可以包括热扩散。在一个具体示例中，形成所述至少一个第一区域包括激光掺杂。
形成所述至少一个第一区域可以包括针对所述至少一个第一表面部分沉积起到掺杂剂源作用的层。所述层可以包含掺杂剂材料，例如硼或任何其它适合的材料。所述层可以通过旋涂沉积(spin-on deposition)来形成。此外，形成所述至少一个第一区域可以包括将激光束选择性地导向所述至少一个第一表面部分使得掺杂剂材料扩散到基板中，并且由此形成所述至少一个第一区域。
该方法还可以包括当已经形成所述至少一个第一区域时移除起到掺杂剂源作用的层。移除该层可以包括漂洗、RCA清洗和/或选择性蚀刻。
在一个具体实施方式中，基板为p型基板，例如p型硅晶片。此外，基板可以选择性地以上述方式掺杂，并且因此所述至少一个第一区域可以具有比基板的一些剩余区域或全部剩余区域的p型掺杂剂浓度高的p型掺杂剂浓度。
替代地，基板也可以为n型基板并且所述至少一个第一区域可以具有比基板的一些剩余区域或全部剩余区域的n型掺杂剂浓度高的n型掺杂剂浓度。
在一个实施方式中，借助于化学气相沉积例如等离子体增强化学气相沉积来实施在基板的至少一部分上沉积钝化层的步骤。
钝化层可以包括非晶硅或任何其它适合的介电材料。
在钝化层上沉积导电层的步骤可以使用热蒸发来实施。替代地，可以使用溅射或任何其它物理或化学沉积技术在钝化层上沉积导电层。
可以基于所述至少一个第一区域的掺杂特性来选择导电层的材料。例如，如果所述至少一个第一区域为p型掺杂，则导电层的材料可以选自适合的受体材料并且可以例如为铝。
替代地，如果所述至少一个第一区域为n型掺杂，则导电层的材料可以选自适合的给体材料例如砷。
该方法还可以包括移除导电层的至少一部分的步骤。
在本发明的第二个方面中，提供了一种形成光伏电池的方法，该方法包括形成根据本发明的第一方面的触头。
在本发明的第三个方面中，提供了一种通过根据本发明的第二个方面的方法形成的光伏电池。
附图说明
为了充分理解本发明，现在将参照附图仅以示例的方式对本发明的实施方式进行描述，在附图中：
图1为示出根据本发明的实施方式的形成用于光伏电池的触头的方法的流程图；以及
图2至图7示出了根据本发明的实施方式形成的光伏电池的部件的形成。
具体实施方式
参照附图，示出了根据本发明的具体实施方式的形成用于光伏(PV)电池的触头的方法10。在这个实施方式中，在PV电池的将不会接收主照射的背面上形成触头。在这个实施方式中，PV电池包括适当掺杂的硅。
图1示出了图示在PV电池的背面上形成触头的方法10的流程图。图2至图7示出了PV电池的形成并且部分地示出了制造的部件。
在第一步骤11中，提供基板22。在这个实施方式中，基板22为p型硅晶片。P型硅晶片的掺杂浓度为约1e16/cm3。
PV电池还包括在基板22的正面部分上的层(未示出)，当PV电池在使用时该层接收主(太阳光)照射。该层与基板22一起被布置成形成p-n结，该层可以为例如薄n型层。
在进一步的步骤12中，在基板22内形成多个第一区域24(图2至图7中仅示出了一个第一区域)。如图3中示例性地所示，第一区域24位于基板22的各个第一(背)表面部分。第一区域为岛屿形式。
第一区域24具有与p型硅晶片22的相邻区域的掺杂浓度不同的掺杂浓度。在这个实施方式中，第一区域为p型重掺杂并且具有比p型硅晶片22的相邻区域的p型掺杂浓度高的p型掺杂浓度。在这个示例中，p型重掺杂区域24具有约1e20/cm3的p型掺杂浓度。
本领域的技术人员将认识到，在所描述的实施方式的变型中，第一区域还可以具有除了与相邻区域的掺杂浓度不同的掺杂浓度之外的掺杂特性。例如，掺杂特性可以与掺杂剂类型或材料有关。
可以使用任何适合的方法形成p型重掺杂区域24，并且在这个示例中使用激光掺杂形成这些区域。形成p型重掺杂区域24包括在p型重掺杂区域24的表面部分上沉积起到掺杂剂源作用的材料。在这个示例中，在p型硅晶片22的背面部分上沉积包含硼的旋涂液体。然后，以使得硼选择性地扩散到硅晶片22中以形成p型重掺杂区域24的方式将激光束引导到形成的膜上。随后，例如通过漂洗或RCA清洗将膜从基板22的表面部分移除。
步骤13在硅晶片22的背面部分上沉积钝化层26。在这个示例中，钝化层26是非晶硅层并且具有在30nm至120nm的范围内的厚度，特别是在50nm至70nm的范围内的厚度，例如约50nm的厚度。
步骤14在非晶硅层26上沉积导电层28。在这个特定实施方式中，导电层28为铝层。借助于热蒸发来沉积铝层28。然而，本领域的技术人员将认识到，可以设想其它适合的方法例如溅射来沉积导电层。此外，导电层可以不必由金属材料形成。
步骤15在铝层28与硅晶片22之间施加电场。这样，以反向偏置来施加电压30。在这个示例中，基板22为p型，并且如图6所示，正电压30被施加至铝层28。在其中基板包括n型材料的替代实施方式中，负电压被施加至导电层。
通过以反向偏置来施加电压30，在铝层28与p型硅基板22之间的钝化层26中产生了电场。位于p型重掺杂区域24正上方的区域32中产生的电场的强度高于在钝化层的相邻区域中产生的电场的强度。在这个实施方式中，p型重掺杂区域24形成了耗尽区，该耗尽区足够窄以致发生遂穿。因此，电场主要施加在第一区域24处的钝化层26中。钝化层26足够薄，使得相对大的施加场导致介电特性的击穿和钝化层26在区域32中的电阻的相关永久性局部减小。电介质击穿是“硬”击穿，使得非晶硅层26局部失去其绝缘性。区域32的局部电特性的永久改变导致了电触头的形成。
硬电介质击穿限于直接处于p型重掺杂区域24处的局部区域32。钝化层26的与区域32相邻的区域不受施加的电压30的显著影响，并且因此这些区域保持非晶硅的钝化特性。
诱发介电材料26的硬击穿需要的偏置电压通常取决于p型重掺杂区域24和介电材料26的材料特性。偏置电压通常在5V至30V的范围内，例如约10V。通常偏置电压随着介电材料26的电阻率增加。偏置电压受介电材料26的厚度的影响并且在介电材料26的厚度增加时增加。
本发明人已经发现，诱发64nm厚的非晶硅层的硬击穿需要的偏置电压在2V至5V的范围内；诱发10nm厚的铝氧化物层的硬击穿需要的偏置电压在5V至10V的范围内；诱发80nm厚的富含硅的氮化硅层的硬击穿需要的偏置电压在13V至18V的范围内；以及诱发200nm厚的氮化硅层的硬击穿需要的偏置电压在23V至28V的范围内。
通过实施根据本发明的具体实施方式的方法10，在不需要对非晶硅层26进行图案化或对非晶硅层26形成掩模的情况下形成自对准电触头。另外，由于与钝化层26的区域32相邻的区域的介电特性不受显著影响，所以可以减少在PV电池的背面处的电荷载体的复合。
在这个特定的示例中，铝层28形成了如图7所示的PV电池的背触头的一部分。
方法10还可以包括移除铝层28的步骤。
可以使用方法10的有利实施方式来形成经由PV器件的发射极至PV器件的基极的触头。在这些具体实施方式中，在包括p-n结的半导体基板如硅晶片上执行方法10的步骤。半导体基板可以为p型硅晶片11(基极)，并且可以通过n型原子如磷原子的扩散在p型硅晶片11的表面上形成n型区域(发射极)。在硅晶片11的n型表面上执行方法10的剩余步骤。通过使用方法10经由PV器件的发射极来接触PV器件的基极的一些优点包括浮动结钝化(floating junction passivation)、实施指叉式背触头设计(inter-digitated rearcontact designs)以及最小化分流(minimisation of shunts)。
本领域的技术人员将认识到，所描述的本发明的与在p型基板上实现的PV器件相关的实施方式适用于在n型基板上实现的PV器件。此外，本领域的技术人员将认识到，为了实现完整的功能，需要PV器件的另外的工艺步骤。这些另外的工艺步骤在本领域是已知的。
对本领域技术人员来说的明显的修改和变型被视为在本发明的范围内。例如，本领域的技术人员将认识到，基板22可以为n型晶片并且所述至少一个第一区域可以为n型重掺杂区。此外，可以使用所描述的方法的变型在PV电池的正面形成选择性触头。
Claims (11)
1.一种形成用于光伏电池的触头的方法，所述方法包括以下步骤：
提供半导体材料的基板，所述基板具有多个第一区域和多个第二区域，所述第一区域具有第一掺杂浓度，所述第二区域与所述第一区域相邻并且具有比所述第一区域的第一掺杂浓度低的第二掺杂浓度，所述第一区域和所述第二区域具有相同的极性并且位于所述基板的表面部分；
在所述表面部分上沉积钝化层；
在所述钝化层上形成包括多个导电区域的图案化的导电层，使得所述钝化层的材料与所述基板和所述导电层的导电区域接触；每个导电区域覆盖所述第一区域中的至少一个并且比所述第一区域中的所述至少一个宽；以及
在所述第一区域中的一个或多个与相应的导电区域之间施加电场，以这样的方式使得诱发与所述第一区域中的一个或多个和相应的导电区域接触的钝化层材料的电介质击穿，同时保持与所述第二区域和相应的导电区域接触的钝化层材料的电介质特性；
其中，实施所述方法使得在所述钝化层中选择性地形成减小的电阻的部分，以有助于电流在所述第一区域和所述导电层的相应的部分之间流动，而不管所述第一区域与所述导电层的相应的部分之间的对准精度如何。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，实施所述方法使得与减小的电阻的部分相邻的钝化层材料的钝化特性基本上不受影响。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，实施所述方法使得在所述光伏电池的背面上形成选择性的电触头。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，提供所述基板的步骤包括形成所述第一区域。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，使用热扩散形成所述第一区域。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，使用激光掺杂形成所述第一区域。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，形成所述第一区域包括：
针对所述至少一个第一表面部分沉积起到掺杂剂源作用的层；以及
将激光束选择性地导向所述第一表面部分，使得掺杂剂材料扩散到所述基板中并且由此形成所述第一区域。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述钝化层包括非晶硅。
9.根据权利要求1所述的方法，其中，基于所述第一区域的掺杂浓度来选择所述导电层的材料。
10.一种形成光伏电池的方法，包括使用根据权利要求1至9中的任一项所述的方法形成用于PV电池的触头。
11.一种通过权利要求10所述的方法形成的光伏电池。
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