CN105122462B - 用于太阳能电池导电触点的粘附力增强的晶种层 - Google Patents

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Abstract

本发明描述了用于太阳能电池导电触点的粘附力增强的晶种层和形成太阳能电池导电触点的方法。例如，制造太阳能电池的方法包括在基板的发射极区上方形成粘附层。在所述粘附层上形成金属晶种糊剂层。对所述金属晶种糊剂层和所述粘附层进行退火以形成与所述基板的发射极区接触的导电层。由所述导电层形成所述太阳能电池的导电触点。

Description

用于太阳能电池导电触点的粘附力增强的晶种层
技术领域
本发明的实施例涉及可再生能源领域，并且具体地讲，涉及用于太阳能电池导电触点的粘附力增强的晶种层和形成太阳能电池导电触点的方法。
背景技术
光伏电池(通常称为太阳能电池)是众所周知的用于将太阳辐射直接转换成电能的装置。一般来说，使用半导体处理技术在基板的表面附近形成p-n结而在半导体晶片或基板上制造太阳能电池。照射在该基板的表面上并且进入该基板内的太阳辐射在该基板的主体中形成电子和空穴对。这些电子和空穴对迁移到该基板中的p掺杂区和n掺杂区，从而在这些掺杂区之间生成电压差。这些掺杂区连接到该太阳能电池上的导电区以将电流从该电池引导到与其耦合的外部电路。
效率是太阳能电池的重要特性，因为其与该太阳能电池的发电能力直接有关。同样地，生产太阳能电池的效率与此类太阳能电池的成本效益直接有关。因此，通常期望用于提高太阳能电池的效率的技术或用于提高太阳能电池的制造效率的技术。通过提供用于制造太阳能电池结构的新颖工艺，本发明的一些实施例允许提高的太阳能电池制造效率。通过提供新颖太阳能电池结构，本发明的一些实施例允许提高的太阳能电池效率。
附图说明
图1A至图1D根据本发明的一个实施例示出制造太阳能电池的触点的方法中的各种操作的剖视图。
图2A根据本发明的一个实施例示出具有形成于发射极区上的导电触点的太阳能电池的一部分的剖视图，所述发射极区在基板上方形成。
图2B根据本发明的另一个实施例示出具有形成于发射极区上的导电触点的太阳能电池的一部分的剖视图，所述发射极区在基板中形成。
图3A至图3C根据本发明的一个实施例示出制造具有导电触点的太阳能电池的方法中的各种处理操作的剖视图。
图4根据本发明的一个实施例示出经历触点开口的多层膜堆叠的多脉冲激光烧蚀的过程。
图5A至图5E根据本发明的一个实施例示出制造具有导电触点的太阳能电池的方法中的各种处理操作的剖视图。
具体实施方式
本文描述了用于太阳能电池导电触点的粘附力增强的晶种层和形成太阳能电池导电触点的方法。在以下描述中，阐述众多具体细节(诸如具体工艺流程和操作)以便提供对本发明的实施例的透彻理解。所属领域的技术人员将显而易见，可在没有这些具体细节的情况下实践本发明的实施例。在其他情况下，并不详细描述众所周知的制造技术(诸如平板印刷和图案化技术)，以避免不必要地使本发明的实施例难以理解。此外，应理解，图中所示的各种实施例为示例性表示并且未必按比例绘制。
本文公开了制造太阳能电池的导电触点的方法。在一个实施例中，制造太阳能电池的方法包括在基板的发射极区上方形成粘附层。在粘附层上形成金属晶种糊剂层。对金属晶种糊剂层和粘附层进行退火以形成与基板的发射极区接触的导电层。由导电层形成太阳能电池的导电触点。在另一个实施例中，制造太阳能电池的方法包括在基板的发射极区上形成金属晶种糊剂层。处理该金属晶种糊剂层以增强金属晶种糊剂层在基板的发射极区上的粘附力。随后，由金属晶种糊剂层形成太阳能电池的导电触点。
本文还描述了具有导电触点的太阳能电池。在一个实施例中，太阳能电池包括基板。发射极区设置在基板上方。导电触点设置在发射极区上并且包括与发射极区接触的导电层。导电层由与粘附层部分混合的金属糊剂部分构成。在另一个实施例中，太阳能电池包括基板，在该基板的表面处或附近具有扩散区。导电触点设置在扩散区上方并且包括与扩散区接触的导电层。导电层由与粘附层部分混合的金属糊剂部分构成。
作为本文所述实施例的应用的总体概述，图1A至图1D根据本发明的一个实施例示出制造太阳能电池的触点的方法中的各种操作的剖视图。
参考图1A，制造太阳能电池的方法包括在基板102上方形成粘附层104。在一个实施例中，粘附层104形成于设置在基板上方的发射极区上，如下文结合图2A和图3A至图3C更详细地描述。发射极区可由(例如)掺杂的多晶硅层构成。然而，在另一个实施例中，粘附层104形成于块状晶体硅基板的N型或P型掺杂区的表面上，如下文结合图2B更详细地描述。块状晶体硅基板可(例如)是N型块状晶体硅基板。
在一个实施例中，粘附层104由底部抗反射涂层(BARC)形成。在一个此类实施例中，粘附层104由诸如但不限于非晶硅(a-Si)、掺杂硅、富硅氮化硅、二氧化硅(SiO2)或氧氮化硅(SiON)的材料层构成。在具体的此类实施例中，基板102的发射极区是N型发射极区，并且形成粘附层涉及形成一层P型硅。
在另一个实施例(未示出)中，在形成粘附层104之前，在基板102的发射极区上方形成钝化层，并且在该钝化层上形成粘附层104。在一个此类实施例中，粘附层是由非晶硅构成的BARC层，并且钝化层由氮化硅构成。
在另一个实施例(也未示出)中，在于(例如)基板102的发射极区上方形成粘附层104之前，在该发射极区上方形成电介质堆叠。通过使用多脉冲激光烧蚀在该电介质堆叠中形成开口以暴露该发射极区的一部分，如下文结合图4更详细地描述。在一个此类实施例中，通过在发射极区上形成电介质层(例如，氧化硅或氮化硅)，以及在电介质层上形成吸收层来形成电介质堆叠。在具体的此类实施例中，该吸收层由非晶硅或富硅氮化硅构成。
参见图1B，在粘附层104上形成金属晶种糊剂层106。在一个实施例中，金属晶种糊剂层106由铝/硅(Al/Si)颗粒、粘结剂、玻璃料和溶剂构成。在一个此类实施例中，Al/Si颗粒由少于约25％的Si构成，其中该组合物的剩余部分由Al构成。在一个实施例中，如果包含，则粘结剂可由氧化锌(ZnO)、氧化锡(SnO)或这两者构成，并且玻璃料可由玻璃颗粒构成。
粘附层104和金属晶种糊剂层106中的一者或两者可以总体沉积形成或形成为图案化沉积，如图1A和图1B所示。例如，在一个实施例中，金属晶种糊剂层106使用诸如但不限于丝网印刷或喷墨印刷的技术通过印刷而形成于粘附层104上或上方。
参见图1C，对金属晶种糊剂层106和粘附层104进行退火108以形成与基板102的发射极区接触的导电层110。在一个实施例中，对金属晶种糊剂层106和粘附层104进行退火108涉及混合金属晶种糊剂层106和粘附层104以形成导电层110，如图1C所示。
在一个实施例中，对金属晶种糊剂层106和粘附层104进行退火108涉及在低于约600摄氏度的温度下进行焙烧。在另一个实施例中，粘附层104由非晶硅(a-Si)层形成，金属晶种糊剂层106由铝(Al)层形成，并且退火108涉及形成Al-Si合金。在一个此类实施例中，对Al层和a-Si层进行退火108涉及在高于约300摄氏度、但低于Al和Si混合物的共晶温度的温度下进行焙烧。在具体实施例中，粘附层104形成于基板102的发射极区的硅部分上，并且形成Al-Si合金涉及减少对发射极区的硅部分的硅层的损坏。
在一个实施例中，在粘附层104上或上方形成金属晶种糊剂层106之后，并且在对金属晶种糊剂层106进行退火108之前，通过从金属晶种糊剂层106除去溶剂来干燥金属晶种糊剂层106。然而，在另一个实施例中，在退火108期间，例如通过挥发除去金属晶种糊剂层106中存在的任何溶剂。
参见图1D，由导电层110形成太阳能电池的导电触点116。在一个实施例中，针对设置在太阳能电池的基板上方的发射极区(例如，在多晶硅区域上)形成导电背部触点，如下文结合图2A和图3A至图3C更详细地描述。在另一个实施例中，针对基板102的N型或P型掺杂区形成导电背部触点，如下文结合图2B更详细地描述。在示例性实施例中，再次参见图1D，形成导电触点116涉及在导电层110上无电镀镍(Ni)层112，并且在Ni层112上电镀铜(Cu)层114。
在另一方面，如上文简要提及，使用非晶硅层作为太阳能电池的bARC层。例如，非晶硅层可用作bARC层以向基板提供钝化和防潮层，并且还增强与所溅射的金属或所印制的金属膜的粘附力。目前，SiN层用作bARC层，其为基板提供良好的防潮层和潜在钝化。然而，在一些情况下，SiN和金属晶种层之间的粘附力不大，特别是由于与所印制的金属晶种的粘附力在低焙烧温度下成为问题。
在一个实施例中，替代使用SiN，可使用非晶硅层作为bARC层。可通过PECVD沉积非晶硅，并且优点包括但不限于：(a)非晶硅层是良好的防潮层，其为太阳能电池提供保护，(b)非晶硅层是硅基板的良好钝化层，并且还通过在沉积期间进行重掺杂来提供电场钝化，(c)非晶硅层通过形成硅-金属合金(例如，Si-Al合金)来增强所溅射的金属或所印制的金属与晶片的粘附力。此类合金可用于IBC电池的背面，以及带有背部点触点的前触点电池的背面。
在另一方面，如上文简要提及，已知铝与P型硅形成比N型硅更好的接触。对于类似的掺杂浓度，铝和N型硅的接触电阻大约比铝和N型硅的接触电阻高10倍。可在n+扩散层的顶部上形成薄p+硅层，并且然后在P+层的顶部上而非直接在n+扩散层的顶部上形成铝触点。铝和p+硅层之间的接触是欧姆接触，比铝和n+扩散之间的接触好得多。当掺杂浓度高时，p+硅层和n+扩散层之间的结可进一步用于形成隧道结，其表现类似于欧姆接触。因此，Al/P+层/N+扩散的总接触电阻可优于Al/N+扩散(无P+层)的接触电阻。
在一个实施例中，在n+扩散层的顶部上形成薄p+硅层，并且随后在p+层的顶部上而非直接在n+扩散层的顶部上形成铝触点。铝和p+硅层之间的接触是欧姆接触，比铝和n+扩散之间的接触好得多。当掺杂浓度高时，p+硅层和n+扩散层之间的结可形成隧道结，其表现类似于欧姆接触。因此，Al/p+层/n+扩散的总接触电阻可优于Al/n+扩散(无p+层)的接触电阻。在一个实施例中，通过物理气相沉积(PVD)、可印刷糊剂或其他合适的方法形成Al触点层。硅基板上的n+扩散层可以是单晶硅或多晶硅。p+层的厚度可以为5-100纳米，并且掺杂浓度为>E19cm-3。p+层可以是非晶硅或多晶硅。例如，可通过等离子体增强化学气相沉积(PECVD)沉积p+a-Si层。可在铝和n+扩散层之间的接触是限制因素时(例如，如果n+扩散层的掺杂浓度低，或因其他约束而无法提高)实施实施例。当通过丝网印刷糊剂形成铝时，接触质量可能比对应的PVD膜更糟。因此，在一个实施例中，以上方法可应用于印制晶种金属化工艺。如果在一些情况下无法使用p+层，则额外重掺杂的n+层也将帮助改善Al/n-Si之间的接触。
在另一方面中，如上文简要提及，a-Si层用作牺牲层以减少硅凹点。更具体地讲，为防止硅基板上的凹点形成，可在铝沉积之前在硅基板上沉积a-Si层。在一个实施例中，a-Si层在高温下优选地由铝消耗，并且硅基板底层受到保护。在一个此类实施例中，a-Si比单晶硅和多晶硅更易于由铝消耗。还可以在硅基板和a-Si层之间形成隧道屏蔽(例如，10-15埃厚的SiO2层)。在具体实施例中，在触点开口之后沉积a-Si层，并且随后，印制并且焙烧基于铝的糊剂。单层a-Si还可被视为用于所得装置的bARC层。
更一般地说，众所周知，相互扩散在高温下在硅-铝界面处极快地发生，由此在硅基板上形成凹点。当这些凹点形成在太阳能电池上的触点开口内时，晶片寿命减少，并且因此所得的装置劣化，并且甚至可能短路。通常通过在铝膜中包含一些硅(通常～1％)来消除凹点形成。例如，在一个实施例中，铝溅射靶材具有1％的Si，并且用于在退火期间防止凹点形成。然而，在具体实施例中，连同铝颗粒一起需要显著较大量的硅(约25％)以减少由于较高焙烧温度所导致的凹点。因此，在一个实施例中，为了防止在沉积铝层或印制铝糊剂时于高温下在硅基板(单晶或多晶)上形成凹点，在铝糊剂沉积之前、在硅基板上沉积一层a-Si。
如上文简要描述，在第一方法中，可使用具有增强的粘附力的金属晶种糊剂来最终制造太阳能电池的触点(诸如背面触点)，该太阳能电池具有形成在该太阳能电池的基板上方的发射极区。例如，图2A根据本发明的一个实施例示出具有形成在发射极区上的导电触点的太阳能电池的一部分的剖视图，所述发射极区在基板上方形成。
参见图2A，太阳能电池200A的一部分包含设置在多个N型掺杂多晶硅区320上方、多个P型掺杂多晶硅区322上方、以及设置在基板300因沟槽316而暴露的部分上的图案化绝缘层324。导电触点328设置在多个触点开口中(这些触点开口设置在绝缘层324中)，并且耦合到多个N型掺杂多晶硅区320和多个P型掺杂多晶硅区322。图案化电介质层、多个N型掺杂多晶硅区320、多个P型掺杂多晶硅区322、基板300和沟槽316的材料和制作方法可如下文结合图3A-图3C所述。此外，在一个实施例中，多个N型掺杂多晶硅区320和多个P型掺杂多晶硅区322可为太阳能电池200A提供发射极区。因此，在一个实施例中，导电触点328设置在发射极区上。在一个实施例中，导电触点328是背接触式太阳能电池的背部触点，并且位于该太阳能电池的与太阳能电池200A的光接收表面(在图2A中，以301指示的方向)相对的表面上。此外，在一个实施例中，发射极区形成在薄电介质层或隧道电介质层302上，如结合图3A更详细地描述。
再次参见图2A，导电触点328中的每一个导电触点包含与太阳能电池200A的发射极区接触的导电层230。在一个实施例中，触点328的导电层230由与粘附层部分混合的金属糊剂部分构成。在一个此类实施例中，粘附层部分由底部抗反射涂层(BARC)部分构成。在具体的此类实施例中，粘附层部分还包含钝化层部分，例如在具体实施例中，BARC部分由非晶硅构成，并且钝化层部分由氮化硅构成。在另一个实施例中，粘附层部分由诸如但不限于非晶硅(a-Si)、掺杂硅、富硅氮化硅、二氧化硅(SiO2)或氧氮化硅(SiON)的材料构成。在一个实施例中，金属糊剂部分由铝(Al)构成并且粘附层部分由硅(Si)构成，并且所得导电层由Al-Si合金构成。在又一个实施例中，粘附层部分由聚合物胶构成。在另一个实施例中，发射极区是N型发射极区，并且粘附层部分由P型硅构成。
在一个实施例中，金属糊剂部分的总组成中包含约10-30％的粘结剂和玻璃料，其余部分是Al/Si颗粒。在一个此类实施例中，粘结剂由氧化锌(ZnO)、氧化锡(SnO)或这两者构成，并且玻璃料由玻璃颗粒构成。应当理解，在最初施用时，金属糊剂部分还可包含溶剂。然而，可在对金属糊剂部分进行退火时除去溶剂，从而基本上留下与粘附层部分混合并且设置在多个N型掺杂多晶硅区320和多个P型掺杂多晶硅区322上的粘结剂、玻璃料和Al/Si颗粒。在一个实施例中，无电镀镍(Ni)层232设置在导电层230上，并且电镀铜(Cu)层234设置在该Ni层上，如图2A所示。
又如上文简要描述，在第二方法中，可使用具有增强的粘附力的金属晶种糊剂来最终制造太阳能电池的触点(诸如背面触点)，该太阳能电池具有形成在该太阳能电池的基板中的发射极区。例如，图2B根据本发明的另一个实施例示出具有形成在发射极区上的导电触点的太阳能电池的一部分的剖视图，所述发射极区在基板中形成。
参见图2B，太阳能电池200B的一部分包含设置在多个N型掺杂扩散区220上方、多个P型掺杂扩散区222上方、以及设置在基板200(诸如块状晶体硅基板)的一些部分上的图案化绝缘层224。导电触点228设置在多个触点开口中(这些触点开口设置在绝缘层224中)，并且耦合到多个N型掺杂扩散区220和多个P型掺杂扩散区222。在一个实施例中，通过分别用N型掺杂剂和P型掺杂剂对硅基板的一些部分进行掺杂来形成扩散区220和222。此外，在一个实施例中，多个N型掺杂扩散区220和多个P型掺杂扩散区222可为太阳能电池200B提供发射极区。因此，在一个实施例中，导电触点228设置在发射极区上。在一个实施例中，导电触点228是背接触式太阳能电池的背部触点，并且位于该太阳能电池的与光接收表面相对(诸如，与纹理化光接收表面201相对)的表面上，如图2B所示。
再次参见图2B，导电触点228中的每一个包含与太阳能电池200B的发射极区接触的导电层230。在一个实施例中，触点228的导电层230由与粘附层部分混合的金属糊剂部分构成。在一个此类实施例中，粘附层部分由底部抗反射涂层(BARC)部分构成。在具体的此类实施例中，粘附层部分还包含钝化层部分，例如在具体实施例中，BARC部分由非晶硅构成，并且钝化层部分由氮化硅构成。在另一个实施例中，粘附层部分由诸如但不限于非晶硅(a-Si)、掺杂硅、富硅氮化硅、二氧化硅(SiO2)或氧氮化硅(SiON)的材料构成。在一个实施例中，金属糊剂部分由铝(Al)构成并且粘附层部分由硅(Si)构成，并且所得导电层由Al-Si合金构成。在另一个实施例中，粘附层部分由聚合物胶构成。在另一个实施例中，发射极区是N型发射极区，并且粘附层部分由P型硅构成。
在一个实施例中，金属糊剂部分的总组成中包含约10-30％的粘结剂和玻璃料，其余部分是Al/Si颗粒。在一个此类实施例中，粘结剂由氧化锌(ZnO)、氧化锡(SnO)或这两者构成，并且玻璃料由玻璃颗粒构成。应当理解，在最初施用时，金属糊剂部分还可包含溶剂。然而，可在对金属糊剂部分进行退火时除去溶剂，从而基本上留下与粘附层部分混合并且设置在扩散区220和222上的粘结剂、玻璃料和Al/Si颗粒。在一个实施例中，无电镀镍(Ni)层232设置在导电层230上，并且电镀铜(Cu)层234设置在该Ni层上，如图2B所示。
虽然上文具体描述了某些材料，但就涵盖在本发明的实施例的实质和范围内的其他此类实施例而言，一些材料可易于由其它材料取代。例如，在一个实施例中，可使用不同材料基板(诸如III-V族材料基板)替代硅基板。在另一个实施例中，作为Al颗粒的替代或补充，可在晶种糊剂中使用银(Ag)颗粒等。在另一个实施例中，作为上述Ni镀层的替代或补充，可使用镀覆的或以类似方式沉积的钴(Co)或钨(W)。
此外，所形成的触点无需直接形成在块状基板上，如图2B所示。例如，在一个实施例中，导电触点(诸如上述那些触点)形成在半导体区上，所述半导体区形成在块状基板上方(例如，在其背面上)，如针对图2A所述。例如，图3A至图3C根据本发明的实施例示出制造具有导电触点的太阳能电池的方法中的各种处理操作的剖视图。
参见图3A，一种形成背接触式太阳能电池的触点的方法包括在基板300上形成薄电介质层302。
在一个实施例中，薄电介质层302由二氧化硅构成，并且具有大约在5-50埃范围内的厚度。在一个实施例中，薄电介质层302在起作用的太阳能电池中最终用作隧穿氧化物层。在一个实施例中，基板300是块状单晶基板，诸如N型掺杂单晶硅基板。然而，在可供选择的实施例中，基板300包含设置在整个太阳能电池基板上的多晶硅层。
再次参见图3A，在N型掺杂多晶硅区320和P型掺杂多晶硅区322之间形成沟槽316。沟槽316的一些部分可经纹理化以具有经纹理化特征结构318，同样如图3A所示。
再次参见图3A，在多个N型掺杂多晶硅区320、多个P型掺杂多晶硅区322和基板300因沟槽316而暴露的部分上方形成绝缘层324。在一个实施例中，绝缘层324的下表面与多个N型掺杂多晶硅区320、多个P型掺杂多晶硅区322和基板300的暴露部分适形地形成，而绝缘层324的上表面基本平坦，如图3A所示。
参见图3B，在绝缘层324中形成多个触点开口326。多个触点开口326提供对多个N型掺杂多晶硅区320和多个P型掺杂多晶硅区322的暴露。在一个实施例中，多个触点开口326通过激光烧蚀形成。在一个实施例中，通向N型掺杂多晶硅区320的触点开口326具有与通向P型掺杂多晶硅区322的触点开口基本相同的高度，如图3B所示。
参见图3C，用于形成背接触式太阳能电池的触点的方法还包括在多个触点开口326中形成导电触点328并将其耦合到多个N型掺杂多晶硅区320和多个P型掺杂多晶硅区322。在一个实施例中，导电触点328由金属构成，并且通过沉积(下文更详细地描述的沉积)、平板印刷和蚀刻方法形成。
因此，在一个实施例中，导电触点328形成在块状N型硅基板300的与块状N型硅基板300的光接收表面301相对的表面上或上方。在具体实施例中，导电触点形成在基板300的表面上方的区(322/320)上，如图3C所示。导电触点的制造可涉及通过糊剂层/粘附层堆叠而形成的粘附层和金属晶种糊剂层的混合物的使用以及退火过程。形成导电触点还可包括在金属晶种层上形成无电镀镍(Ni)层。另外，可通过在该Ni层上电镀而形成铜(Cu)层。
在一个实施例中，形成导电层涉及首先在基板上或上方形成粘附层。粘附层可由底部抗反射涂层(BARC)形成。在一个此类实施例中，粘附层由诸如但不限于非晶硅(a-Si)、掺杂硅、富硅氮化硅、二氧化硅(SiO2)或氧氮化硅(SiON)的材料层构成。在具体的此类实施例中，粘附层由一层P型硅形成。形成导电层接下来涉及在粘附层上形成金属晶种糊剂层。金属晶种糊剂层可由铝/硅(Al/Si)颗粒、粘结剂、玻璃料和溶剂构成。在一个此类实施例中，Al/Si颗粒由少于约25％的Si构成，其中该组合物的剩余部分由Al构成。在一个实施例中，如果包含，则粘结剂可由氧化锌(ZnO)、氧化锡(SnO)或这两者构成，并且玻璃料可由玻璃颗粒构成。形成导电层最后涉及对金属晶种糊剂层和粘附层进行退火，以形成与基板的发射极区接触的导电层。金属晶种糊剂层和粘附层的退火可涉及混合金属晶种糊剂层和粘附层。在一个此类实施例中，退火涉及在低于约600摄氏度的温度下进行焙烧。
在另一方面，实施例涉及改善低焙烧温度下铝颗粒和Si之间的欧姆接触。在一个此类实施例中，将钙(Ca)、铈(Ce)或镁(Mg)元素中的至少一者添加到铝颗粒中。通过添加这些物质中的一种或多种，形成天然氧化铝屏障的可能性减小，从而针对较低接触电阻确保铝颗粒和Si之间的紧密接触。更一般地说，在焙烧期间，装置基板或发射极中的硅可快速溶解到铝中，除非铝中已含有足够的硅。为防止Si在基板中形成凹点，将一定比例的Si也熔合到铝颗粒中。铝颗粒内的确切Si浓度取决于焙烧温度、合金均匀度和焙烧动力学。例如，对于300C-600C之间的焙烧温度，可在铝颗粒中添加1％至25％的Si。除此之外或作为另一种选择，可在铝颗粒中添加0％-10％的Mg和/或0％-20％的Ca和/或0％-20％的Ce。在具体的此类实施例中，0.5％-2％的添加量通常足以与天然氧化铝反应并确保欧姆接触。
在一个实施例中，低焙烧铝糊剂可由上述铝颗粒以及另外的基质材料构成。基质材料可包含基于玻璃或基于氧化物的化合物，其首先在焙烧温度下软化以便流动。另外，此类基质材料可提供与基板表面(诸如氮化硅、氧化硅或氮氧化硅)的良好粘附力。所述糊剂可应用于太阳能电池(包括前接触式太阳能电池和背接触式太阳能电池)的金属化，并可在低温下(例如，大约在300-600摄氏度的范围内)焙烧。糊剂如所设计的那样可提供紧密的欧姆接触，对基板结/使用寿命的低折损以及良好的粘附。
在另一方面，多脉冲激光烧蚀用于多层膜堆叠。例如，为了对顶部具有额外吸收层的电介质堆叠进行烧蚀，可使用不同类型的多脉冲激光。在一个此类实施例中，使用较弱的第一脉冲以及较强的第二脉冲。第一脉冲大部分被顶部吸收层吸收，并且在该层中形成开口。接着，第二脉冲在相同位置被下面的硅基板吸收，并对覆盖在上面的电介质堆叠进行烧蚀。在具体实施例中，可在第二脉冲之后使用第三或更多脉冲以改善开口的质量并且最小化对硅基板的损坏。
更具体地讲，上述方法可应用于具有多膜bARC层的太阳能电池，所述多膜bARC层的顶部具有吸收层(诸如a-Si或富Si SiN层)。脉冲激光已成功应用于在吸收基板的顶部上的电介质膜中打开通路孔。例如，触点开口可以在对下面的基板晶片的损坏最小的情况下形成在bARC层中。在具体实施例中，氧化硅和/或氮化硅的电介质膜被形成为硅基板顶部上的bARC层。可对激光波长进行选择，使得激光功率被硅基板的表面吸收。硅从该表面的后续蒸发将烧蚀掉上述电介质层。为了比较，将单脉冲激光和多脉冲激光均用于此过程中。通常，多脉冲激光的使用涉及第一脉冲为最强脉冲，接着是具有衰减功率的脉冲。然而，当在电介质层(例如，覆盖在上面的非晶硅层或富Si SiNx层)的顶部上形成额外吸收层时，这种多脉冲方法的效果并不好。由于顶部吸收层吸收了大量功率，因此单脉冲激光和多脉冲激光两者不是难以打开一直通向硅基板的孔，就是对硅基板造成过多损坏。
在一个实施例中，为了克服以上问题，使用不同类型的多脉冲激光。具体地讲，可使用较弱的第一脉冲、但较强的第二脉冲，而不是其中第一脉冲最强的多脉冲激光。第一脉冲将主要被顶部吸收层吸收，并且因蒸发而在该层中形成开口，然后，第二脉冲将在相同位置被硅基板吸收，并且对上述电介质堆叠进行烧蚀。可在第二脉冲之后使用额外的脉冲以改善开口的质量并且最小化对硅基板的损坏。例如，图4根据本发明的一个实施例示出经历触点开口的多层膜堆叠的多脉冲激光烧蚀的过程。
参见图4的(A)部分，用于在其中形成触点开口的材料堆叠包括设置在电介质层402(诸如SiO2或SiNX)上的吸收层404(诸如a-Si或富SiSiNX)，该电介质层设置在硅基板上(或者设置硅基板上方的多晶硅层上)。参见图4的(B)部分，使用较弱的第一脉冲对顶部吸收层404进行烧蚀，从而形成初始开口406。参见图4的(C)部分，使用较强的第二脉冲以及可能的额外后续脉冲在相同位置处烧蚀电介质层402，从而形成完整开口410。在一个实施例中，然后可在完整开口410中形成导电触点。
在另一方面，使用多层bARC改善低焙烧温度下的金属糊剂粘附力。多层bARC结构可包括钝化层(SiN)和位于金属糊剂的装置侧上的SiN顶部上的另一个粘附层。该粘附层可以是a-Si、富Si SiN(高n)、SiO2、SiON等等，其可连同SiN层一起通过PECVD沉积。在一个实施例中，多层bARC的优点是将钝化层和粘附层去耦合，并且允许针对不同功能优化不同层。在沉积期间，bARC层还可从一种组成逐渐改变为另一组成。在金属糊剂印制之前可施加一定程度的表面处理，诸如单层处理、加热或糙化。本发明的实施例还可应用于溅镀金属晶种和前接触式太阳能电池。单层a-SibARC还可视为另一种选择，其可同时提供电池的钝化以及对铝糊剂的粘附力。在一个实施例中，在约580C-600C下焙烧时，铝糊剂显示出a-Si表面上的粘附力的显著改善(从<1N到>10N)。通过在铝颗粒和a-Si层之间的熔合，可在整个印制区域下方形成连续铝层。同时，富Si SiN也显示出粘附力的明显改善，但不及a-Si层有效。
在另一方面，一种用于针对太阳能应用改善硅基板上金属糊剂的粘附力的方法涉及使用聚合物胶。该聚合物胶可在金属糊剂晶种层的焙烧之后施用到晶片背面上，以使得该聚合物胶填满糊剂内的多孔结构并且还与基板晶片或其他发射极区接触。在一个实施例中，聚合物胶有助于将颗粒保持在一起，并且在固化过程之后还使糊剂固定到基板晶片上。可通过将晶片浸入溶剂中除去聚合物胶顶层以暴露金属表面，从而可以在所暴露的印制金属线上进行后续镀覆。在一个实施例中，聚合物胶层提供充分足够的防潮层，以便可从电池制造过程中去除bARC SiN层的使用。
作为比较，对于太阳能电池的常用Al糊剂，将Al糊剂印制在硅表面上并于高温(例如，大约在700-800摄氏度的范围内)下焙烧。然而，对糊剂的这种处理可能会破坏钝化并在高温焙烧时引起Si凹点现象。使用所印制的铝糊剂替代溅射晶种可涉及在SiN钝化层上(除了存在触点开口的位置)印刷铝糊剂。可在低焙烧温度(例如，低于约600摄氏度)下焙烧该糊剂，以减少对晶片使用寿命和装置结构的折损。然而，在这种条件下可能难以实现良好的粘附力。
相反，根据本发明的一个实施例，印制金属糊剂层(例如，铝糊剂)并在低温(例如，大约在300-600摄氏度的范围中)下进行焙烧，以使得在糊剂和发射极区的触点开口内的硅之间形成欧姆接触。然后，将聚合物胶施用到晶片背面上。该聚合物胶用于流入并占据糊剂内的多孔结构，并且还用于与发射极区接触。金属糊剂本身还可以通过不同方式被配制用于改善接触电阻并控制多孔性，以进一步允许聚合物的流动和填充。在晶片上方施用聚合物胶的方法可取决于聚合物材料的性质。在一个实施例中，在高温下施用聚合物胶以增强流动，然后随时间使其固化。然而相反，可在室温下施用聚合物以占据多孔糊剂，随后在高温下使其固化。接着，可将晶片以受控时间浸入溶剂中，以除去聚合物胶顶层并暴露糊剂的金属表面，便于在印制金属线上进行后续镀覆。
例如，图5A至图5E根据本发明的一个实施例示出制造具有导电触点的太阳能电池的方法中的各种处理操作的剖视图。
参见图5A，制造太阳能电池500，使得其上具有触点开口502(例如，在电介质层或钝化层中)。然后，印刷并焙烧金属糊剂504，以与硅(例如，来自基板500)形成欧姆接触，如图5B所示。参见图5C，在金属糊剂504上方涂覆聚合物胶506。然后，可固化聚合物胶。接着，聚合物胶506的顶层或顶部部分溶解以暴露所印制的金属晶种504，如图5D所示。参见图5E，然后在所暴露印制金属晶种504上形成一个或多个金属层508。
因此，在一个实施例中，制造太阳能电池的方法包括在基板的发射极区上形成金属晶种糊剂层。处理该金属晶种糊剂层以增强金属晶种糊剂层在基板的发射极区上的粘附力。随后，由金属晶种糊剂层形成太阳能电池的导电触点。在一个此类实施例中，处理金属晶种糊剂层涉及在金属晶种糊剂层上形成聚合物胶层。在具体的此类实施例中，该方法还包括在形成导电触点之前除去过量的聚合物胶层。在一个实施例中，该方法还包括于在发射极区上形成金属晶种糊剂层之前，在发射极区上方形成电介质堆叠，并且在电介质堆叠中形成开口以暴露发射极区的一部分。在具体的此类实施例中，形成开口涉及使用多脉冲激光烧蚀方法。在具体实施例中，形成电介质堆叠涉及在发射极区上形成电介质层。电介质层由氧化硅或氮化硅构成。然后，在电介质层上形成吸收层。吸收层由非晶硅或富硅氮化硅构成。在一个实施例中，形成导电触点还涉及在金属晶种糊剂层上无电镀镍(Ni)层，并且在该Ni层上电镀铜(Cu)层。
再次参见图5A至图5E，图示方法减少了对欧姆接触和粘附力的要求。欧姆接触由金属糊剂和焙烧处理决定，而粘附力由聚合物胶和固化处理提供。固化温度可以比焙烧温度低得多。使用聚合物胶有助于将颗粒保持在一起，并且还使糊剂固定到基板晶片上。
因此，本发明公开了用于太阳能电池导电触点的粘附力增强的晶种层和形成太阳能电池导电触点的方法。根据本发明的一个实施例，制造太阳能电池的方法包括在基板的发射极区上方形成粘附层。在该粘附层上形成金属晶种糊剂层。对金属晶种糊剂层和粘附层进行退火，以形成与基板的发射极区接触的导电层。由导电层形成太阳能电池的导电触点。在一个实施例中，对金属晶种糊剂层和粘附层进行退火涉及混合金属晶种糊剂层和粘附层以形成导电层。
在一个实施例中，太阳能电池包括基板。发射极区设置在基板上方。导电触点设置在发射极区上并且包括与发射极区接触的导电层。导电层包括与粘附层部分混合的金属糊剂部分。
在一个实施例中，粘附层部分包括底部抗反射涂层(BARC)部分。
在一个实施例中，粘附层部分还包括钝化层部分。
在一个实施例中，BARC部分包含非晶硅，并且钝化层部分包含氮化硅。
在一个实施例中，粘附层部分包含选自非由晶硅(a-Si)、掺杂硅、富硅氮化硅、二氧化硅(SiO2)和氧氮化硅(SiON)构成的组的材料。
在一个实施例中，金属糊剂部分包含铝(Al)，粘附层部分包含硅(Si)，并且导电层包含Al-Si合金。
在一个实施例中，粘附层部分包含聚合物胶。
在一个实施例中，发射极区是N型发射极区，并且粘附层部分包含P型硅。
在一个实施例中，导电层的厚度为大约2至10微米，并且导电触点是包括该导电层、设置在该导电层上的无电镀镍(Ni)层和设置在该Ni层上的电镀铜(Cu)层的太阳能电池的背部触点。
在一个实施例中，太阳能电池包括基板，在该基板的表面处或附近具有扩散区。导电触点设置在扩散区上方并且包括与扩散区接触的导电层。导电层包括与粘附层部分混合的金属糊剂部分。
在一个实施例中，粘附层部分包括底部抗反射涂层(BARC)部分。
在一个实施例中，粘附层部分还包括钝化层部分。
在一个实施例中，BARC部分包含非晶硅，并且钝化层部分包含氮化硅。
在一个实施例中，粘附层部分包含选自由非晶硅(a-Si)、掺杂硅、富硅氮化硅、二氧化硅(SiO2)和氧氮化硅(SiON)构成的组的材料。
在一个实施例中，金属糊剂部分包含铝(Al)，粘附层部分包含硅(Si)，并且导电层包含Al-Si合金。
在一个实施例中，粘附层部分包含聚合物胶。
在一个实施例中，扩散区是N型扩散区，并且粘附层部分包含P型硅。
在一个实施例中，导电层的厚度为大约2至10微米，并且导电触点是包括该导电层、设置在该导电层上的无电镀镍(Ni)层和设置在该Ni层上的电镀铜(Cu)层的太阳能电池的背部触点。
在一个实施例中，制造太阳能电池的方法涉及在基板的发射极区上方形成粘附层。该方法还涉及在粘附层上形成金属晶种糊剂层。该方法还涉及对金属晶种糊剂层和粘附层进行退火，以形成与基板的发射极区接触的导电层。该方法还涉及由导电层形成该太阳能电池的导电触点。
在一个实施例中，对金属晶种糊剂层和粘附层进行退火涉及混合金属晶种糊剂层和粘附层以形成导电层。
在一个实施例中，形成粘附层涉及形成底部抗反射涂层(BARC)。
在一个实施例中，该方法还涉及在形成粘附层之前，在基板的发射极区上方形成钝化层，其中粘附层形成在钝化层上。
在一个实施例中，粘附层是BARC层并包含非晶硅，并且钝化层包含氮化硅。
在一个实施例中，形成粘附层涉及形成选自由非晶硅(a-Si)、掺杂硅、富硅氮化硅、二氧化硅(SiO2)和氧氮化硅(SiON)构成的组的材料层。
在一个实施例中，对金属晶种糊剂层和粘附层进行退火涉及在低于约600摄氏度的温度下进行焙烧。
在一个实施例中，形成粘附层涉及形成一层非晶硅(a-Si)，形成金属晶种糊剂层涉及形成包含铝(Al)的层，并且退火以形成导电层涉及形成Al-Si合金。
在一个实施例中，对Al层和a-Si层进行退火涉及在高于约300摄氏度、但低于Al和Si混合物的共晶温度的温度下进行焙烧。
在一个实施例中，粘附层形成于发射极区的硅部分上，并且形成Al-Si合金涉及减少对发射极区的硅部分的硅层的损坏。
在一个实施例中，发射极区是N型发射极区，并且形成粘附层涉及形成一层P型硅。
在一个实施例中，该方法还涉及于在发射极区上方形成粘附层之前，在发射极区上方形成电介质堆叠，并且在电介质堆叠中形成开口以暴露发射极区的一部分，其中形成开口包括使用多脉冲激光烧蚀。
在一个实施例中，形成电介质堆叠涉及在发射极区上形成电介质层，该电介质层包含氧化硅或氮化硅，并且在电介质层上形成吸收层，该吸收层包含非晶硅或富硅氮化硅。
在一个实施例中，形成导电触点还涉及在导电层上无电镀镍(Ni)层，并且在该Ni层上电镀铜(Cu)层。
在一个实施例中，制造太阳能电池的方法涉及在基板的发射极区上形成金属晶种糊剂层。该方法还涉及处理金属晶种糊剂层，以增强金属晶种糊剂层在基板的发射极区上的粘附力。该方法还涉及随后由金属晶种糊剂层形成太阳能电池的导电触点。
在一个实施例中，处理金属晶种糊剂层涉及在金属晶种糊剂层上形成聚合物胶层。
在一个实施例中，该方法还涉及在形成导电触点之前除去过量的聚合物胶层。
在一个实施例中，该方法还涉及于在发射极区上形成金属晶种糊剂层之前，在发射极区上方形成电介质堆叠，并且在电介质堆叠中形成开口以暴露发射极区的一部分，其中形成开口涉及使用多脉冲激光烧蚀。
在一个实施例中，形成电介质堆叠涉及在发射极区上形成电介质层，该电介质层包含氧化硅或氮化硅。该方法还涉及在电介质层上形成吸收层，该吸收层包含非晶硅或富硅氮化硅。
在一个实施例中，形成导电触点还涉及在金属晶种糊剂层上无电镀镍(Ni)层，并且在该Ni层上电镀铜(Cu)层。

Claims (9)

1.一种太阳能电池，包括：
基板；
发射极区，所述发射极区设置在所述基板上方；以及
导电触点，所述导电触点设置在所述发射极区上并且包括与所述发射极区接触的导电层，所述导电层包括与粘附层部分混合的金属糊剂部分，
其中所述粘附层部分包含聚合物胶。
2.根据权利要求1所述的太阳能电池，其中所述金属糊剂部分包含铝，并且所述粘附层部分包含硅，以及所述导电层包含铝-硅合金。
3.根据权利要求1所述的太阳能电池，其中所述发射极区是N型发射极区，并且所述粘附层部分包含P型硅。
4.根据权利要求1所述的太阳能电池，其中所述导电层的厚度为实质上2至10微米，并且其中所述导电触点是包括所述导电层、设置在所述导电层上的无电镀镍层和设置在所述镍层上的电镀铜层的所述太阳能电池的背部触点。
5.一种太阳能电池，包括：
基板，在所述基板的表面处或附近具有扩散区；以及
导电触点，所述导电触点设置在所述扩散区上方并且包括与所述扩散区接触的导电层，所述导电层包括与粘附层部分混合的金属糊剂部分，
其中所述扩散区是N型扩散区，并且所述粘附层部分包含P型硅。
6.根据权利要求5所述的太阳能电池，其中所述金属糊剂部分包含铝，并且所述粘附层部分包含硅，以及所述导电层包含铝-硅合金。
7.根据权利要求5所述的太阳能电池，其中所述导电层的厚度为实质上2至10微米，并且其中所述导电触点是包括所述导电层、设置在所述导电层上的无电镀镍层和设置在所述镍层上的电镀铜层的所述太阳能电池的背部触点。
8.一种制造太阳能电池的方法，包括：
在基板的发射极区上方形成粘附层；
在所述粘附层上形成金属晶种糊剂层；
对所述金属晶种糊剂层和所述粘附层进行退火，以形成与所述基板的发射极区接触的导电层；以及
由所述导电层形成所述太阳能电池的导电触点，
其中所述发射极区是N型发射极区，并且所述粘附层部分包含P型硅。
9.根据权利要求8所述的方法，其中对所述金属晶种糊剂层和所述粘附层进行退火包括混合所述金属晶种糊剂层和所述粘附层以形成所述导电层。
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