CN106128943A - 具有有效且高效设计的背接触太阳能电池及相对应的图案化工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及具有有效且高效设计的背接触太阳能电池及相对应的图案化工艺。单独或组合使用基于激光的工艺以有效地处理半导体的掺杂域和/或电流采集结构。举例来说，可使用激光束将掺杂剂从裸露的硅/锗表面驱入硅/锗半导体层中。已发现深触点可有效产生高效太阳能电池。可有效地图案化电介质层以在集电器与沿半导体表面的掺杂域之间提供所选触点。快速处理方法适于高效生产工艺。

Description

具有有效且高效设计的背接触太阳能电池及相对应的图案化 工艺
分案申请信息
本发明专利申请是申请日为2010年5月13日、申请号为201080022069.4、发明名称为“具有有效且高效设计的背接触太阳能电池及相对应的图案化工艺”的发明专利申请案的分案申请。
技术领域
本发明涉及沿电池的后侧或背侧具有两种极性的掺杂触点的太阳能电池。所述掺杂触点经图案化以提供光电流的有效收集。提供高效处理方法用于使背接触太阳能电池以及其它太阳能电池设计沿所选图案形成掺杂触点。
背景技术
光伏电池通过吸收光来操作以形成电子-电洞对。可方便地使用半导体材料吸收光，从而产生电荷分离。在一定电压差下采集光电流，以在外部电路中直接或利用适当能量存储装置存储后执行有用的工作。
多种技术可用于形成光伏电池(例如，太阳能电池)，其中半导电材料起光电导体的作用。大多数市售光伏电池是基于硅。由于不可再生能源因环境及成本问题仍较不合意，因此业内一直关注替代能源、尤其可再生能源。可再生能源的商业化增大依赖于通过较低的成本/能量单位增大成本有效性，其可通过改良能源的效率和/或通过降低材料及处理的成本来达成。因此，对于光伏电池来说，商业优势可源于增大给定光能流的能量转换效率和/或降低制造电池的成本。
发明内容
在第一方面中，本发明涉及光伏电池，其包含半导体层、沿半导体层的表面彼此处于相同水平的n-掺杂域及p-掺杂域。在一些实施例中，掺杂域各自具有约100nm到约5微米的平均深度，且n-掺杂域与p-掺杂域之间的边缘间间隔在一个或一个以上位置处的值为约10微米到约500微米。
在又一方面中，本发明涉及光伏电池，其包含半导体层、沿半导体层的表面彼此处于相同水平的n-掺杂域及p-掺杂域。在一些实施例中，掺杂域各自沿表面具有平面范围，所述平面范围包含具有平均长度是平均宽度的至少约10倍的比率的条带，且n-掺杂域与p-掺杂域间的间距在一个或一个以上位置处的值为约10微米到约500微米。
在其它方面中，本发明涉及光伏电池，其包含半导体层、沿半导体层的表面的n-掺杂域及p-掺杂域。掺杂域各自沿表面可具有包含具有平均长度是平均宽度的至少约10倍的比率的条带的平面范围、位于掺杂域上的电介质层及多个图案化金属互连件。电介质层可包含使各掺杂域暴露约5％到约80％的窗和位于窗上的金属互连件，且所述金属互连件可具有比窗的面积大至少约20％的面积。
在其它方面中，本发明涉及沿所选图案掺杂半导体的方法，所述方法包含在多个所选位置处沿表面以脉冲方式输送能量束以在所选位置处将第一掺杂剂从掺杂剂源驱入半导体层中以形成第一掺杂域。在一些实施例中，掺杂剂源是以实质上覆盖半导体层的层形式来形成。所述方法可进一步包含移除第一掺杂剂源及沉积包含第二掺杂剂的第二掺杂剂源以实质上覆盖半导体层。所述方法还可进一步包含在多个所选位置处沿表面以脉冲方式输送能量束以在所选位置处将第二掺杂剂驱入半导体层中以形成第二掺杂域。
此外，本发明涉及穿过无机层选择性蚀刻开口的方法，所述方法包含图案化聚合物抗蚀剂的层及执行蚀刻以穿过无机层形成窗。在一些实施例中，通过在多个所选位置处使用能量束烧蚀聚合物以移除所选位置处的抗蚀剂来执行聚合物抗蚀剂层的图案化。
另外，本发明涉及形成基于半导体的装置的方法。一般来说，所述方法包含在Si半导体箔的第一表面上形成掺杂域、将无机电介质层沉积于第一表面上以覆盖掺杂域、及在电介质层上图案化金属集电器。Si半导体箔可具有约5微米到约100微米的平均厚度。半导体箔具有第一表面及与第一表面相对的第二表面，且半导体箔的第二表面利用聚合物(例如粘着剂)粘着到玻璃结构上。金属集电器的各部分可通过电介质层与掺杂域接触。在一些实施例中，处理步骤并不将粘着剂加热到大于约200℃的温度。
在其它实施例中，本发明涉及光伏电池，其包含半导体层、沿半导体层的表面的n-掺杂域及p-掺杂域。掺杂域各自沿表面可具有平面范围，所述平面范围包含具有平均长度是平均宽度的至少约10倍的比率的条带。在一些实施例中，条带的一个或一个以上增强掺杂剂区段的平均表面掺杂剂浓度为n掺杂域其它位置处的平均掺杂剂浓度的至少约5倍。
此外，本发明涉及光伏电池，其包含半导体层、沿半导体层的表面的多个n-掺杂域及多个p-掺杂域。掺杂域可具有约250nm到约2.5微米的平均深度，且顶部10％厚度触点的平均掺杂剂浓度可比从触点顶部20-30％触点深度的水平处触点的平均掺杂剂浓度大至少5倍。
在其它实施例中，本发明涉及光伏电池，其包含半导体层、沿半导体层的表面的多个n掺杂域、沿半导体层的表面的多个p掺杂域、电介质层、与n掺杂域电连接的第一集电器及与p掺杂域电接触的第二集电器。电介质层可包含沿半导体层的表面的无机层及无机层上的聚合物层，其中集电器覆盖聚合物层的一部分。相应集电器可通过穿过电介质层的窗接触相对应的掺杂域。
另外，本发明涉及掺杂半导体层的方法，所述方法包含：
沿包含硅的裸露半导体层图案化多个掺杂剂源以形成图案化半导体层；及
使光束扫描跨越图案化半导体层以将掺杂剂从掺杂剂源驱入半导体层中以形成多个n掺杂域及多个p掺杂域。
附图说明
图1为太阳能电池的示意性透视图。
图2为图1的太阳能电池的剖面侧视图。
图3为光伏模块的示意性局部透视图，其中移除一部分背衬材料以暴露安装于模块中的一些太阳能电池的后部。
图4为图3的光伏模块的剖面图。
图5为6种不同激光脉冲波形随时间变化的曲线图。
图6为在硅晶片中利用红外激光掺杂形成的硼掺杂触点的掺杂剂轮廓的SIMS测量的曲线图。
图7为在硅晶片中利用红外激光掺杂形成的磷掺杂触点的掺杂剂轮廓的SIMS测量的曲线图。
图8为在硅晶片中利用红外激光掺杂形成的磷掺杂触点的掺杂剂轮廓的散布电阻轮廓(SRP)测量的曲线图。
图9为通过红外激光掺杂形成的掺杂触点的薄层电阻的曲线图，其中针对三个不同激光脉冲频率绘示电阻随红外激光能流而变化的曲线。
图10为通过红外激光掺杂形成的掺杂触点的表面粗糙度的曲线图，其中针对三个不同激光脉冲频率绘示电阻随红外激光能流而变化的曲线。
图11为在激光掺杂步骤之后的晶片表面的5张照片的集合，其中个别照片是在特定激光脉冲频率下针对5个不同激光扫描速率获得。
图12为在激光掺杂步骤之后的晶片表面的5张照片的集合，其中个别照片是在特定激光脉冲频率下针对5个不同激光扫描速率获得，且其中图12中的处理所用的激光脉冲频率不同于获得图11中的照片所用的激光脉冲频率。
图13为展示具有穿过氧化硅电介质层切割的沟槽的晶片的顶部表面的照片，其中在聚合物抗蚀剂的激光烧蚀之后执行蚀刻。
图14A为具有利用激光穿过氮化硅电介质层烧蚀的窗的晶片的顶部表面的照片。
图14B为图14A的两个窗的放大照片，其中在氮化硅电介质层下方可看见暴露的硅。
图15为具有穿过铝层蚀刻的沟槽的晶片的顶部表面的照片，其中在聚合物抗蚀剂的激光烧蚀之后执行蚀刻。
图16为穿过金属层切割的沟槽图案的俯视图的照片，其基于在两个金属层形成合金之后执行的蚀刻。
图17为具有穿过金属涂层切割的沟槽图案的放大视图的照片，其中蚀刻是激光束在图案上三次通过以在两个金属层之间形成能够选择性蚀刻的合金之后执行。
图18为在无光照的情况下太阳能电池的实施例的二极管性能的曲线图。
图19为太阳能电池性能的曲线图，其是基于参照图18所述太阳能电池的实施例在一个太阳条件的光照下的电流密度及效率。
图20为太阳能电池性能的曲线图，其是基于太阳能电池的替代实施例在一个太阳条件的光照下的电流密度及效率。
具体实施方式
背接触太阳能电池设计利用经改良处理方法以向有效的接触设计提供相对应的优良电池性能。在一些实施例中，设计不同掺杂域的间隔条带用于高效电池性能及快速处理。可选择毗邻掺杂域间的间隔、掺杂剂的深度及掺杂域的面积以基于商业上可行的工艺提供所需电池性能。可使光束扫描跨越半导体表面以在所选位置处将掺杂剂驱入半导体中。可依序沉积或同时沉积n型掺杂剂及p型掺杂剂。可使用有效金属图案化方法利用半导体材料上的电介质层形成用于电池的两个极的集电器，所述集电器通常沿单一水平具有所选图案。本文所述的处理方法可有效地用于同时处理(例如)模块内的多个光伏电池。
阐述用于沿半导体材料穿过钝化层(例如，电介质层)在金属集电器与掺杂触点之间形成电连接的替代有效方法。在一些实施例中，还可在掺杂半导体上方有效地形成有窗的电介质层，从而为掺杂触点提供适当电连接性以采集光电流。高效方法基于激光图案化利用蚀刻步骤根据掺杂触点的图案提供电介质的图案化以及提供电互连件的图案化以提供电流收集。在一些实施例中，在软烧蚀步骤中将电介质层定向烧蚀以穿过电介质层形成窗，而不会明显损害下伏硅材料。电介质层的激光烧蚀进一步阐述于颁予普鲁(Prue)等人标题为“激光烧蚀—结晶硅太阳能电池技术中用于钝化后触点形成的新低成本方法(LaserAblation-A new Low-Cost Approach for Passivated Rear Contact Formation inCrystalline Silicon Solar Cell Technology)”，第16次欧洲光伏太阳能会议(EuropeanPhotovoltaic Solar Energy Conference)，2000年5月的文章中，其以引用方式并入本文中。在替代或其它实施例中，使用激光来透过电介质层直接驱动图案化金属与掺杂触点间的电连接，此在金属与掺杂触点之间产生极好电连接。用于太阳能电池形成的激光烧结触点进一步阐述于颁予普鲁等人标题为“透过电解质层制造半导体-金属触点的方法(Methodof Producing a Semiconductor-Metal Contact Through a Dielectric Layer)”的美国专利第6,982,218号中，所述案件以引用方式并入本文中。
本文所述经改良工艺提供背接触太阳能电池设计的高效且成本有效的形成，所述设计提供光电流的高效采集。处理步骤还可用于在除背接触电池设计以外的其它太阳能电池设计上形成所需结构，例如沿电池的前表面具有掺杂触点的电池。
光伏模块通常包含透明前片，其在模块使用期间暴露于光(通常为日光)中。光伏模块中的一个或一个以上太阳能电池(即光伏电池)可毗邻透明前板放置，从而可通过太阳能电池中的半导体材料吸收透射穿过透明前片的光。可使用本文所述方法同时处理模块的电池。透明前片可提供支撑、实体保护以及防止环境污染物及诸如此类。光伏电池的活性材料通常为半导体。在吸收光后，可从传导带采集光电流以通过到外部电路的连接执行有用的工作。对于光伏电池来说，改良的性能可与给定光能流的能量转换效率增大和/或制造电池的成本降低有关。
可轻度掺杂半导体以增大半导体材料的电子迁移率。具有增大掺杂剂浓度(称作掺杂触点)且与半导体材料界接的区域有利于采集光电流。具体来说，电子及电洞可隔离到相应n掺杂区域与p掺杂区域。掺杂触点区域与形成集电器的电导体界接以采集通过吸收光形成的光电流而在触点的两个极之间产生电势。在单一电池内，可将相同极性的掺杂触点区域连接到共同集电器以使与不同极性的掺杂触点相联的两个集电器形成光伏电池的反电极。
在尤其感兴趣的实施例中，光伏模块包含用于半导体片的硅、锗或硅-锗合金材料。为论述简明起见，除非上下文中另外指明，否则当本文中提及硅时隐含地指硅、锗、硅-锗合金及其掺合物。在一些实施例中，硅因其成本相对较低而为合意的材料。在权利要求书中，硅/锗是指硅、锗、硅-锗合金及其掺合物，而任一单独元素仅指所述元素。通常半导体片可经掺杂，但在整个半导体层的总掺杂剂浓度小于适当相对应掺杂触点的掺杂剂浓度。在下文中，更详细论述基于多晶硅的太阳能电池及工艺的实施例，但可基于本文揭示内容概括出用于其它半导体系统的适当部分。此外，薄硅箔可适用于本文处理方法，其中在一些实施例中，箔可具有约5微米到约100微米的厚度。革命性处理方法使大面积薄硅箔的形成成为可能。
电池内的掺杂剂接触区域的布置及性质会影响电池的性能。具体来说，掺杂触点的深度以及p掺杂区域相对于n掺杂区域的间隔可影响电池性能。类似地，掺杂触点区域(即p掺杂及n掺杂区域)的面积会影响电池性能。处理方法通常还可至少就可用范围来说影响掺杂区域的布置及尺寸。如本文所述，掺杂触点的性质已经选择以使用方便的处理方法达成个别电池的优良电流生成效率。
尽管背接触太阳能电池尤其感兴趣，但本文一些处理方法也适用于其它电池设计的元件。在一些实施例中，太阳能电池具有横跨电池的前面的一个掺杂剂极及横跨电池背面的相对掺杂剂极。在这些实施例中，将沿电池前面的集电器从电池前面引导到侧面或后面用于连接到外部电路。沿电池前面的集电器应经放置用于有效电流收集而不会有过多金属，这是由于沿电池前面的金属会阻断光进入半导体而使电池效率稍微有所降低。沿太阳能电池的前表面及后表面放置集电器的太阳能电池实施例进一步阐述于颁予有本钦隆(Arimoto)标题为“制造太阳能电池的方法、太阳能电池及制造半导体装置的方法(Methodof Producing a Solar Cell；a Solar Cell and a Method of Producing aSemiconductor Device)”的美国专利第6,093,882号及颁予米歇尔斯(Micheels)等人标题为“制造太阳能电池的方法(Method of Fabricating Solar Cells)”的美国专利第5,082,791号中，所述两个案件均以引用方式并入本文中。
在尤其感兴趣的实施例中，将所有掺杂触点放置于太阳能电池的后侧或背侧上以便不将集电器放置在电池的前表面上。基本背接触太阳能电池设计为人所知已有一段时间。举例来说，一些设计阐述于颁予蒋(Chiang)等人标题为“串结太阳能电池(TandemJunction Solar Cell)”的美国专利第4,133,698号及颁予巴劳纳(Baraona)等人标题为“丝网印刷的交叉背接触太阳能电池(Screen Printed Interdigitated Back ContactSolar Cell)”的第4,478,879号中，所述两个案件均以引用方式并入本文中。本文所述改良的处理方法尤其适用于形成背接触太阳能电池的高效设计。此外，向半导体材料引入硅箔可进一步节约硅材料，且处理方法还适于与可利用硅箔获得的大面积形式一起使用。
在一些实施例中，掺杂触点分布跨越半导体的背表面，且掺杂触点的布置及性质会影响太阳能电池的性能及效率。一般来说，有利的是，每一掺杂剂类型的多个触点以交替方式横跨表面分布。掺杂触点可采集光电流，但在掺杂触点处还可发生电子-电洞重组，此可降低电池效率。因此，可平衡各因素。
一般来说，掺杂域可排布成交替跨越表面的岛或区域。布局可类似于棋盘格图案，但区域不必具有相同尺寸且图案不必沿矩形栅格。掺杂触点区域可为正方形、圆形、椭圆形、矩形或其它方便的形状或其组合。
已发现可高效地形成间隔开的掺杂剂域的线性条带，同时提供优良电池性能。具体来说，条带可具有大的纵横比以使条带可具有相对较大长度及较窄宽度。一般来说，长度除以宽度的纵横比为至少10。具体来说，宽度通常为约20微米到约500微米。在毗邻掺杂剂域之间的至少一个接近点处，两个掺杂剂域间的边缘间间隔可为约5微米到约500微米。掺杂剂触点的线可整合成具有弯曲、拐角及诸如此类的更复杂图案。然而，在一些实施例中，线性段形成结构的大部分。
掺杂剂渗透的深度还会影响电池性能。如果毗邻掺杂剂域间隔开适当距离，则可使用适度深的掺杂剂域，而不会观察到可使光电流减少的不合意水平的反向重组。结合形成具有这些深度的掺杂剂域的期望，已发现适宜处理方法可有效率地形成适度深的掺杂剂触点，如下文进一步阐述。在一些实施例中，多个掺杂剂触点具有约100nm到约5微米的平均深度。通过本文所述掺杂触点特征的组合，极高效处理可有效地用于制备具有合意的性能水平的太阳能电池。
在一些实施例中，掺杂剂轮廓可具有特定地经工程设计的不均匀分布。举例来说，可利用掺杂区域的表面附近的较高掺杂剂浓度改良性能以改良光电流的传导而不会产生不合意水平的重组。类似地，掺杂条带可相对于边缘在条带内部具有较浅掺杂剂分布，从而同样为集电器提供改良传导，而不会使重组增加到不合意程度。
掺杂触点与集电器连接以完成光电流的采集。一般来说，太阳能电池包含具有相反极性的两个集电器，但(例如)如果相同极性的集电器适当地串联连接，则太阳能电池可包含较大数量的具有相同极性的集电器，此通过外部连接有效地将个别集电器组合成每一极性的单一集电器。将异性极的集电器电隔离以防止太阳能电池短路。此外，可期望在半导体材料的两侧上具有电介质钝化层。集电器可透过钝化层以与掺杂触点连接。
集电器延伸超过表面上与特定极性的掺杂域对准的所选图案。本文阐述连接金属互连件与适当掺杂触点的两种不同工艺。在每一情形中，已发现合意的是选择集电器与掺杂触点之间的接触面积以仅覆盖掺杂触点的一部分面积。电介质层中的窗及洞经选择以用于集电器与掺杂触点之间适当连接以提供适当连接性及低电阻。一般来说，穿过背电介质层的窗或洞覆盖掺杂触点面积的所选分数，通常为掺杂域面积的约5％到约80％。
类似地，集电器通常具有比穿过钝化层的窗或洞大的面积。一般来说，特定极性的集电器可具有比由集电器覆盖的窗或洞大至少约20％的面积。同样，特定处理方法的窗或洞尺寸的选择可基于避免窗与半导体远离掺杂域的任何区的任何明显重叠，这是由于所述重叠可导致电分流器与集电器接触，此可降低电池性能。此外，利用具有本文针对掺杂触点所述形式的掺杂触点，适当数量的电连接区可在适当低的电阻下提供足够电流。
对于许多应用来说，将多个太阳能电池安装于模块内。一般来说，模块中的太阳能电池为串联电连接以增大模块的电压，但电池或其一部分可并联连接。可利用适当结构支撑件、电连接件及密封组装模块的太阳能电池以避免水分及其它环境侵袭。在一些实施例中，可从硅箔的单片组装模块。可沿箔的背表面图案化电池的触点，且可在图案化之前或之后切割箔以分离个别电池。从硅箔的单片切割模块的电池可为模块内的电池提供更一致性能，如果电池彼此更好地匹配，则此会改良模块的总效率。然而，在一些实施例中，可将半导体的个别区段(例如，半导体的薄片)在透明衬底上组装用于随后使用本文所述一种或一种以上处理方法处理成太阳能电池的阵列。
本文所述改良工艺致力于电池的背侧处理以采集光电流。对于背接触太阳能电池来说，可对太阳能电池的前表面实施单独处理，例如施加纹理、形成钝化电介质层和/或将电池的前表面固定到透明衬底。利用覆盖背表面多个部分的电介质材料形成掺杂触点及与这些触点相关联的集电器的改良工艺提供形成本文所述改良背接触太阳能电池的能力。
一般来说，本文所述经改良的处理方法为形成本文所述太阳能电池结构提供相对较快且高效工艺。处理步骤中的若干步骤可涉及在表面上扫描的能量束，例如激光束。这些扫描方法以适当分辨率形成相对复杂图案，同时处理速度较快且成本适中。此外，如果需要，可动态地执行所述方法以达成进一步改良的性能。举例来说，用于形成多个太阳能电池的硅箔的动态划分进一步阐述于颁予希泽迈尔(Hieslmair)标题为“太阳能电池结构、光伏模块及相应工艺的动态设计(Dynamic Design of Solar Cell Structures,PhotovoltaicModules and Corresponding Processes)”的已公开美国专利申请案2008/0202577中，其以引用方式并入本文中。
已开发消除材料图案化以形成掺杂触点的工艺。具体来说，掺杂剂源可散布于整个表面或其区域上。适宜掺杂剂源包括(例如)具有适当掺杂剂元素的旋涂玻璃组合物，但下文进一步阐述其它适宜掺杂剂源。随后使激光(例如红外激光)根据所选图案扫描跨越表面以将掺杂剂驱入半导体层中。红外激光为方便的能源，这是由于红外光穿透到所需深度进入硅以加热硅并将掺杂剂驱入硅中处于基于处理参数的深度处。同样，市售红外激光可以合理的成本用于适当扫描系统中。由于激光的穿透深度，可相对应地选择激光功率以熔化硅的局部部分以驱动掺杂剂穿过硅的加热深度。因此，可有效率地形成相对较深但充分定位的掺杂触点。可利用扫描速度对激光的脉冲输送进行定时以在激光斑点之间提供适当距离，从而获得所需量的驱入掺杂剂。可使激光沿线扫描以形成具有所选面积的触点。
在一些实施例中，在驱入一种掺杂剂之后，可清除半导体表面的第一掺杂剂组合物，且可在表面或其一部分上涂布第二掺杂剂组合物。随后，可对第二掺杂剂重复激光掺杂剂驱入。在将第二掺杂剂驱入半导体材料之后，可从半导体移除第二掺杂剂源。在一些实施例中，相对于第一掺杂剂位置在间隔开的位置处将第二掺杂剂驱入半导体中。另外或另一选择为，可在大约相同位置处重复每一掺杂剂类型的掺杂剂驱入步骤以提供掺杂剂量及轮廓的其它控制。
在其它实施例中，可利用(例如)喷墨印刷、丝网印刷或诸如此类将掺杂剂源印刷于半导体表面上。以此方式，可跨越半导体表面印刷p-掺杂剂源及n-掺杂剂源的图案，其中单独域具有不同掺杂剂。利用(例如)扫描激光束的掺杂剂驱入可类似地执行，只是可在单一扫描步骤期间形成n-掺杂剂及p-掺杂剂二者的掺杂触点。掺杂剂源的图案化会在掺杂域内产生适当掺杂剂沉积。以此方式，可在单一步骤中执行二种掺杂触点的形成，而在递送第一掺杂剂之后无需清洁表面。可在驱入两种掺杂剂之后清洁表面。尽管可在单一处理步骤中将两种掺杂剂沉积成掺杂触点，但如果需要可重复利用印刷掺杂剂源的掺杂剂沉积工艺以改变掺杂剂轮廓。
可选择掺杂剂位置之间的间隔以形成掺杂触点的所需图案。举例来说，可沿粗线沉积第一掺杂剂且可沿大约平行线沉积第二掺杂剂。可选择毗邻掺杂触点之间的平均间隔用于线间的分离。已发现利用毗邻掺杂触点之间的适当间隔可获得太阳能电池的良好性能。
一般来说，在形成掺杂触点之后，在半导体层上沉积钝化层。钝化层保护半导体层且通常是由沿表面形成电绝缘层的电介质材料形成。半导体上的钝化材料可包含多个不同电介质层。形成钝化层的适宜电介质材料包括(例如)化学计量及非化学计量的氧化硅、氮化硅及氧氮化硅，其中添加或不添加氢。具体来说，钝化层可包含(例如)SiNxOy(x≤4/3且y≤2)、氧化硅(SiO2)、氮化硅(Si3N4)、富含硅的氧化物(SiOx，x<2)、或富含硅的氮化物(SiNx，x<4/3)。电介质层或其一部分可包含诸如适宜有机聚合物等聚合物，其可具有合意的电绝缘性质。所述钝化层保护半导体材料免于环境降级，降低电洞及电子的表面重组。
如上文所述，金属或其它导电材料作为电池内的集电器连接到掺杂半导体区域。毗邻电池的集电器可与电连接件接合以串联连接所述电池。可将串联中的末端电池连接到外部电路为所选应用提供电力或为电存储装置(例如，可再充电电池)充电。可将光伏模块安装于适宜框架上。
可使用三种高效方式穿过电介质钝化层提供集电器之间的电连接。这些技术中的每一者均利用激光处理用于以有关适度分辨率快速并相对精确的布置连接。在第一方法中，利用蚀刻步骤执行图案化。将聚合物光致抗蚀剂放置于电介质表面上。使用相对较低功率的激光以所选图案烧蚀聚合物。随后执行蚀刻以移除已移除光致抗蚀剂的位置处的电介质。选择性蚀刻使硅完好无缺。以此方式，穿过电介质制备窗。在图案化期间将窗对准到掺杂触点的位置以使其为到掺杂触点的电连接提供基础。在执行蚀刻后，可剥离电介质层的剩余聚合物光致抗蚀剂。或者，聚合物抗蚀剂可留在结构上以提供其它电绝缘。随后，将集电器金属沉积于电绝缘聚合物抗蚀剂上，以使剩余聚合物抗蚀剂变为电介质结构的一部分。
在又一方法中，通过用激光烧蚀电介质层来形成穿过电介质层的窗。可使用跨越表面扫描的脉冲激光来穿过电介质层烧蚀洞的规则图案或另一所选图案作为窗。窗通常经定位以与沿硅的掺杂域相对应。在一些实施例中，可使用红外激光烧蚀电介质层以暴露下伏硅材料，而不会明显损害硅层。可在有窗的电介质层上图案化金属集电器，其中集电器的金属通常在掺杂域处接触硅层。
在替代方法中，在电介质上图案化金属集电器，如下文进一步阐述。在此方法中，将集电器放置于无窗的电介质层上。可通过强脉冲激光烧结以使金属熔化并驱动穿过电介质层来形成集电器与掺杂触点之间的良好连接，如上述美国专利第6,982,218号中所述。激光烧结通过穿过电介质所形成的洞在金属集电器与掺杂触点之间形成极好连接来以良好效率有效地采集光电流。可选择集电器与掺杂触点之间穿过电介质中所形成的洞的连接点的定位及数量以达成所需性能。另外或另一选择为，可在金属集电器材料与半导体的掺杂触点接触之后执行退火步骤(例如，激光退火)以改良集电器-半导体界面。
还可使用两种高效激光处理方法中的任一种形成集电器。具体来说，对于一种方法来说，可基于图案化后的选择性蚀刻以在两个金属层之间形成合金来执行电池的异性极的金属集电器。一般来说，在图案化之前，在表面或其一部分上形成两个或两个以上金属层。使激光在表面上以所需图案扫描以识别金属移除的位置或一些实施例中保留金属的位置。在图案化之后，金属表面具有初始顶部金属暴露的位置及沿顶部表面具有合金的其它位置。可执行湿式或干式蚀刻以在蚀刻位置处选择性移除合金或初始金属连同下部金属的剩余部分以形成穿过金属的沟槽。在一些实施例中，下部金属包含铝或铝合金，且上部金属为镍或镍合金(例如镍钒合金)。所得铝镍合金为具有低熔点的低共熔合金，其可选择性地有效移除而留下基本上未蚀刻的初始镍(镍钒合金)。此基于合金的激光图案化方法消耗比基于烧蚀金属用于图案化的方法少的功率，且使用较低激光功率的能力降低对下伏结构的损害的发生率。可使用其它聚焦能源替代激光并具有类似优势。此基于合金的选择性图案化方法进一步阐述于与本申请案在相同日期提出申请的颁予施尼瓦桑(Srinivasan)等人标题为“基于合金形成的导电结构的金属图案化(Metal Patterning for ElectricallyConductive Structures Based on Alloy Formation)”的共同待决的美国专利申请案第12/469,101号中，其以引用方式并入本文中。
在替代实施例中，将聚合物抗蚀剂放置于金属层上。随后利用在表面上扫描的脉冲激光在期望移除金属的所选位置处烧蚀聚合物抗蚀剂。随后，执行蚀刻步骤以将金属向下蚀刻到达金属下面的电介质层。随后可移除聚合物抗蚀剂。此软烧蚀方法可类似于以上关于电介质层的选择性蚀刻所概述的软烧蚀。
本文所述太阳能电池可纳入本文所述一个或一个以上合意的特征。本文所述改良的处理方法能够形成合意的电池特征。处理方法通常也是高效的，且工艺通常用于处理大面积半导体片(例如，硅箔)。因此，阐述高效且商业上适宜的处理方法，其可有效地用于形成具有优良性能特性的成本有效的太阳能电池。
太阳能电池结构
背接触太阳能电池跨越电池背侧具有p掺杂域及n掺杂域或触点的图案。掺杂触点的图案及性质经设计以达成高电池效率，同时与下文进一步阐述的成本有效的处理方法一致。背侧结构具有可利用集电器从掺杂触点采集电流的元件的堆叠。电介质层可位于半导体层的顶部，且与集电器相关联的金属部分延伸穿过电介质层以触到适当掺杂触点。电流采集元件的结构还适于沿薄硅箔布置。
参见图1，示意性展示基于硅的背接触太阳能电池的实施例。太阳能电池100示于图2中的剖面图中。太阳能电池100包含前透明层102、聚合物/粘着层104、前钝化层106、半导电层108、p掺杂域110、n掺杂域112、背钝化层114、集电器116、118及外部电路连接120、122。
前透明层102提供到半导电层108的光存取。前透明层102为总体结构提供一些结构支撑以及保护半导体材料免于环境侵袭。因此，在使用中，放置前面层102以接收光(通常为日光)以操作太阳能电池。一般来说，可从无机玻璃(例如，基于二氧化硅的玻璃)或聚合物(例如，聚碳酸酯)、其复合材料或诸如此类形成前透明层。透明前片可在一个或两个表面上具有抗反射涂层和/或其它光学涂层。用于聚合物/粘着层104的适宜的聚合物(例如，粘着剂)包括(例如)聚硅氧粘着剂或EVA粘着剂(乙烯乙酸乙烯酯聚合物/共聚物)。一般来说，以足以在前透明层102与底层106或半导体层108(如果底层106不存在)之间提供所需粘着的薄膜施加聚合物/粘着剂。
前钝化层106(如果存在)通常包含电介质层。类似地，背钝化层114通常还包含电介质材料。形成钝化层的适宜无机材料包括(例如)化学计量及非化学计量的氧化硅、氮化硅及氧氮化硅、碳化硅、碳氮化硅、其组合或其混合物，其中添加或不添加氢或其它透明电介质材料。在一些实施例中，钝化层可包含(例如)SiNxOy(x≤4/3且y≤2)、氧化硅(SiO2)、氮化硅(Si3N4)、富含硅的氧化物(SiOx，x<2)、或富含硅的氮化物(SiNx，x<4/3)。除无机材料外，钝化层或其一部分还可包含有机聚合物，例如聚碳酸酯、乙烯基聚合物、氟化聚合物(例如，聚四氟乙烯)、聚酰胺及诸如此类。聚合物可提供合意的电绝缘性质。可针对使用所选工艺形成窗的相对应工艺适当地选择聚合物材料，如下文进一步阐述。在一些实施例中，钝化层可包含毗邻硅材料的内部无机层及无机层上的有机层。有机层可包含聚合物抗蚀剂。
钝化层的厚度通常可为约10纳米(nm)到800nm且在其它实施例中为30nm到600nm，且在其它实施例中为50nm到500nm。所属领域技术人员应认识到，本发明还涵盖属于上述明确范围内的其它厚度范围且其属于本揭示内容内。钝化层可保护半导体材料免于环境降级、降低电洞与电子的表面重组、和/或提供结构设计特征、以及为前表面提供抗反射性质。钝化层通常还在化学上惰性以使电池对任何环境污染物更具抗性。
前钝化层和/或后钝化层通常可具有纹理以将光散射进入半导体层中以(例如)增大有效光路径及相对应光吸收。在一些实施例中，纹理化的材料可包含平均峰到峰距离为约50nm到约100微米的粗糙表面。可在沉积工艺期间引入纹理以形成钝化层和/或可在沉积步骤之后添加纹理。
半导体层108可包含硅，例如结晶硅。一般来说，期望使用相对较薄的硅片，且所述片可为单晶或多晶。举例来说，可从单晶硅锭切割适度表面积的片。同时，可在化学气相沉积型工艺中通过从气态原料在初始硅粉末上生长硅来形成多晶硅带。所述工艺的实例阐述于颁予瓦莱拉(Vallera)等人标题为“从气态原料制造半导体带的方法(Method for theProduction of Semiconductor Ribbons from a Gaseous Feedstock)”的公开PCT申请案WO 2009/028974A中，所述案件以引用方式并入本文中。
在一些实施例中，可从具有中等厚度的适度尺寸的片形成个别太阳能电池。举例来说，在一些实施例中，半导体层108的表面积可为约50cm2到约2000cm2，且在其它实施例中为约100cm2到约1500cm2。这些片的平均厚度可为约50微米到约1000微米且在其它实施例中为约100微米到约500微米。这些适度面积的片可为单晶。然而，在一些实施例中，半导体层108为薄的大面积的多晶硅片。
最近已开发形成大面积薄多晶硅箔的技术。箔的薄性质可减少硅材料的使用，且大面积结构的可能性可尤其用于相对应较大形式的产品(例如，光学显示器及太阳能电池)。如果箔具有适当表面积，则可从单一硅箔片加工整个模块。在一些实施例中，箔的厚度可不大于约300微米，在其它实施例中不大于约200微米，在其它实施例中为约3微米到约150微米，在其它实施例中为约5微米到约100微米且在一些实施例中为约8微米到约80微米。所属领域技术人员应认识到，本发明还涵盖属于这些明确范围内的其它厚度范围且其属于本揭示内容内。
为减少太阳能电池中硅的使用，可期望薄多晶硅箔以达成高效率，同时材料的消耗适度。在一些实施例中，无机箔(例如，硅片)可具有大面积同时很薄。举例来说，箔的表面积可为至少约900平方厘米，在其它实施例中至少约1000cm2，在其它实施例中为约1500cm2到约10平方米(m2)且在其它实施例中为约2500cm2到约5m2。所属领域技术人员应认识到，本发明还涵盖属于上述明确范围内的其它表面积范围且其属于本揭示内容内。对于硅箔及可能其它多晶无机材料来说，在一些实施例中，可通过在初始形成薄硅层之后使硅重结晶来改良电子性质。可实施区域熔化重结晶工艺改良硅材料的电性质，例如载流子寿命。
有或没有掺杂剂的元素硅或锗箔可通过反应性沉积于释放层上来形成。可期望具有层的轻微掺杂以增大电子迁移率。一般来说，硅的平均掺杂剂浓度可为约1.0x 1014到约1.0x1016个原子/立方厘米(cc)硼、磷或其它类似掺杂剂。所属领域技术人员应认识到，本发明还涵盖属于上述明确范围内的其它轻微掺杂剂含量范围且其属于本揭示内容内。
可从释放层分离箔用于纳入所需装置中。具体来说，已开发扫描反应性沉积方法用于沉积于无机释放层上。举例来说，可使用光反应性沉积(LRDTM)或利用化学气相沉积(CVD)(例如，次大气压CVD或大气压CVD)沉积箔。反应性沉积方法可以有效速率有效地沉积无机材料。LRDTM涉及从喷嘴产生引导穿过强光束(例如激光束)的反应物流，所述强光束驱动反应以形成产物组合物，所述产物组合物沉积于与所述流相交的衬底上。光束经引导以避免碰撞衬底，且所述衬底通常相对于流动来移动以使涂层沉积扫描跨越衬底，且相对于光束适当定向的适当成型喷嘴可扫描涂层组合物以在衬底通过喷嘴的单次线性通过中涂布整个衬底。于释放层上的LRDTM反应性沉积概述于颁予布赖恩(Bryan)标题为“层材料及平面光学装置(Layer Material and Planar Optical Devices)”且以引用方式并入本文中的美国专利第6,788,866号以及颁予希泽迈尔等人标题为“薄硅及锗片与从薄片形成的光伏装置(Thin Silicon or Germanium Sheets and Photovoltaics Formed From ThinSheets)”且以引用方式并入本文中的已公开美国专利申请案2007/0212510A中。
CVD为阐述前体气体(例如硅烷)在衬底表面处的分解或其它反应的一般术语。还可利用等离子体或其它能源增强CVD。在以扫描模式执行时，CVD沉积可经良好控制，而以相对较快速沉积速率产生均匀薄膜。具体来说，已开发经引导反应物流CVD以于低于大气压的压力下在壳体中使沉积扫描跨越衬底表面。将反应物从喷嘴引导到衬底，随后衬底相对于喷嘴移动以使涂层沉积扫描跨越衬底。还可使用大气压CVD以合理的速率适当地沉积厚层。此外，已开发多种技术来执行扫描，以使经引导流CVD于低于大气压(例如约50托到约700托)及低于环境压力下进入所选衬底上。对于硅膜来说，CVD可在大气压或低于大气压下在600℃到1200℃范围内的高温下在衬底上执行。通常适当设计衬底固定器以在高温下使用。于多孔释放层上的CVD沉积进一步阐述于颁予希泽迈尔等人标题为“反应性流沉积及无机箔合成(Reactive Flow Deposition and Synthesis of Inorganic Foils)”的已公开美国专利申请案2009/0017292中，所述案件以引用方式并入本文中。
尽管使用大面积的薄半导体片对于形成多个太阳能电池可为有利的，但在一些实施例中，可将薄半导体片的较小区段沿透明衬底放置，同时适当对准。因此，对于个别太阳能电池来说，半导体片的每一区段可具有所需尺寸，或者对于个别电池来说，还可切割一个或一个以上区段以形成半导体片的较小区段。然而，可从所需源获得半导体的较小片，例如从锭或诸如此类切割。不管是从大面积箔切割还是从半导体的个别薄片组装或其某一组合，均可使用本文所述工艺在透明衬底上同时处理太阳能电池的阵列以形成背接触结构。
一般来说，p掺杂触点110及n掺杂触点112可为半导体层108上的岛或嵌入半导体层108的顶部表面的域。作为硅半导体层上的掺杂触点的掺杂硅岛的形成进一步阐述于颁予希泽迈尔等人标题为“硅/锗颗粒油墨、掺杂颗粒、印刷及用于半导体应用的工艺(Silicon/Germanium Particle Inks,Doped Particles,Printing and Processes forSemiconductor Application)”的已公开美国专利申请案2008/0160265中，所述案件以引用方式并入本文中。如图1及2中所示，掺杂触点110、112嵌入半导体层108中。嵌入掺杂域通常是通过将掺杂剂元素的原子驱入硅中来形成，硅可加热到(例如)熔化以使掺杂剂驱入。具体来说，可将As、Sb和/或P掺杂剂引入硅颗粒中以形成n型半导电材料，其中掺杂剂提供过量电子以填充传导带，且可引入B、Al、Ga和/或In以形成p型半导电材料，其中掺杂剂供应电洞。一般来说，平均掺杂剂含量可为约1.0x1018到约5x1020、在其它实施例中为2.5x1018到约1.0x1020且在其它实施例中为5.0x1018到约5.0x1019个原子/立方厘米(cc)。所属领域技术人员应认识到，本发明还涵盖属于这些明确范围内的其它掺杂剂含量范围且其属于本揭示内容内。下文进一步阐述形成隔离、相对较深掺杂剂触点的工艺。
掺杂触点110、112是沿半导体层108的顶部表面图案化。每一掺杂剂类型(即p掺杂及n掺杂)可有一个或多个掺杂触点。举例来说，p掺杂触点及n掺杂触点及其变化形式的棋盘格替代图案作为实例呈现于颁予希泽迈尔标题为“太阳能电池结构、光伏面板及相应工艺(Solar Cell Structures,Photovoltaic Panels and Corresponding Processes)”的已公开美国专利申请案2008/0202576中，所述案件以引用方式并入本文中。此公开申请案还阐述与类似掺杂域以行布置的点触点。
在一些实施例中，具有不同掺杂剂的掺杂触点域可在边缘处彼此相邻。然而，已发现可利用具有不同掺杂剂的间隔开的掺杂触点达成良好电池性能。掺杂域对半导体表面的覆盖可涉及各种因素的平衡，例如电流采集效率及反向重组。因此，可期望具有间隔开的掺杂触点以降低反向重组。同时，已发现，利用适当间隔开的掺杂触点，掺杂触点可相对较深地形成于半导体材料中，同时改良太阳能电池的性能，此暗示光电流的更高效采集。
同时，掺杂触点可形成为衬底表面内的粗糙条带。可将具有相反掺杂剂电性质的毗邻条带间隔开以便形成交替条带。一般来说，个别条带可具有长度对宽度为至少约10倍的纵横比，在其它实施例中为至少15倍且在其它实施例中为至少25倍。一般来说，宽度的范围可为约5微米到约700微米，在其它实施例中为约10微米到约600微米且在其它实施例中为约15微米到约500微米。基于半导体结构的尺寸长度可较长且可大约为数厘米且甚至数米，但条带的长度可断开和/或沿表面折回以覆盖较短长度。一般来说，条带可不具有直的边缘，且可基于对变化边缘距离的波动进行平均来估计尺寸。所属领域技术人员应认识到，本发明还涵盖属于上述明确范围内的其它掺杂触点尺寸范围且其属于本揭示内容内。
如上文所述，具有相反掺杂剂极性的毗邻掺杂触点之间的边缘间间隔可影响电池性能。在一些实施例中，相对应于掺杂触点的毗邻条带化域之间的边缘间间隔可为约5微米到约500微米，在其它实施例中，为约10微米到约400微米且在其它实施例中，为约20微米到约350微米。同样，掺杂触点的边缘中的变化可大致进行平均化以评价平均间距。所属领域技术人员应认识到，本发明还涵盖属于上述明确范围内的其它平均间距范围且其属于本揭示内容内。掺杂触点的条带可为更复杂图案的一部分，其可或可不与条带的区域互连。举例来说，可使用类似于图1的示意性集电器图案的叉指状图案。在一些实施例中，更复杂图案具有毗邻条带具有交替掺杂剂类型的区段，其有助于合意的电池性能。还可使用下述处理方法有效率地形成这些有条带的图案。
如上文所述，已发现对于间隔开的掺杂剂触点来说，可使用相对较深触点达成有效的电池性能。具体来说，掺杂触点的平均深度可为约100nm到约5微米，在其它实施例中为约150nm到约4微米且在其它实施例中为约200nm到约3微米。所属领域技术人员应认识到，本发明还涵盖属于上述明确范围内的其它掺杂剂深度范围且其属于本揭示内容内。基于所添加掺杂剂轮廓(即，相对于整体掺杂剂浓度)，深度可固定于其中不大于约5原子％的所添加掺杂剂在半导体层中在所述深度以下的深度处。掺杂剂轮廓可使用用以评价元素组成的二次离子质谱(SIMS)连同溅镀或其它蚀刻以从表面不同深度进行取样来测量。
在一些实施例中，掺杂剂轮廓可经设计以引入所需不均匀性。举例来说，掺杂剂可经选择以在表面附近具有较高掺杂剂浓度。如上文所述，对于相同掺杂剂类型来说，此可利用(例如)两个掺杂剂驱入步骤在大约相当位置处完成。当然，基于掺杂剂驱入工艺的性质，掺杂剂并非如初始物质一般完全均匀。利用经工程设计的掺杂剂轮廓，顶部10％厚度触点的平均掺杂剂浓度可比从触点顶部20-30％触点深度的位置处的触点的平均掺杂剂浓度大至少4倍，在一些实施例中大4.5倍到20倍，且在其它实施例中大5倍到15倍。作为实例，如果触点的深度为1微米，则将顶部100纳米中的平均掺杂剂浓度与顶部表面以下200nm与300nm之间的层中的平均掺杂剂浓度进行比较。所属领域技术人员应认识到，本发明还涵盖属于上述明确范围内的其它掺杂剂增大范围且其属于本揭示内容内。
另外或另一选择为，掺杂剂浓度还可经设计以横向跨越触点的表面来改变以调节电流收集。举例来说，掺杂触点条带的中心的掺杂剂轮廓可沿条带的一个区段具有较高掺杂剂浓度，任选地还具有较浅轮廓。具体来说，可期望在轮廓(例如较浅轮廓)中沿条带内部(例如，沿条带中心)具有较高掺杂剂含量。当然，在处理中自然地发生实质上不同于设计掺杂剂域的边缘效应。如果期望避免沿掺杂域的条带区段的边缘效应，可考虑沿每一边缘去除5％宽度。在一些实施例中，横向工程设计的掺杂域的浅掺杂区域可覆盖不大于约50％的触点剩余(任选地去除边缘)区域、且在其它实施例中不大于约40％的剩余区域，其中平均深度不超过在远离浅掺杂区域的掺杂触点中掺杂剂平均深度的约一半且在其它实施例中不超过平均深度的约35％。在一些实施例中，浅掺杂区域还具有比掺杂区域的平均掺杂剂浓度大至少约5倍且在一些实施例中大至少7.5倍的表面掺杂剂浓度。所属领域技术人员应认识到，本发明还涵盖属于上述明确范围内的其它面积、掺杂剂深度及掺杂剂浓度范围且其属于本揭示内容内。
沿表面的其它掺杂剂的特征可与掺杂剂浓度的横向变化组合。举例来说，条带的中心区段可具有较高或增强的掺杂剂浓度，而条带的其它部分在表面附近不具有增强的掺杂剂含量。可基于所提供实例使用所述经工程设计的不均匀性的其它组合。
背钝化层114的一般性质类似于上述前钝化层的性质。然而，参见图2，背钝化层114具有洞或窗130以分别提供集电器116、118与掺杂触点110、112间的电接触。下文阐述形成洞或窗的两种合意的方法。在窗或洞130的位置处，集电器的材料(例如金属)穿过钝化层114以接触相应掺杂域。一般来说，窗130沿表面覆盖明显比相对应掺杂域小的面积。具体来说，发现获得集电器之间的足够电连接以利用在掺杂域表面的一部分上的元件间的接触达成良好电池性能。具体来说，窗130可覆盖为掺杂触点面积的约2％到约80％、在其它实施例中掺杂触点面积的约3％到约70％且在其它实施例中约5％到约60％的表面积。所属领域技术人员应认识到，本发明还涵盖属于上述明确范围内的其它窗面积范围且其属于本揭示内容内。
如上文所述，沿半导体表面的掺杂域可在沿表面的掺杂触点的不同位置处具有不同掺杂剂轮廓。在一些实施例中，掺杂触点的一些部分可沿表面相对于掺杂触点的其它部分具有增强的掺杂剂浓度。在这些实施例中，可期望窗沿具有较高掺杂剂浓度的表面的至少一部分定位以增大电流，且在一些实施例中，窗经对准以使至少约75％暴露面积相对于掺杂触点的平均表面掺杂剂浓度具有增强的表面掺杂剂，在其它实施例中至少约90％且在其它实施例中至少约95％暴露面积具有增强的表面掺杂剂。所属领域技术人员应认识到，本发明还涵盖属于上述明确范围内的其它表面暴露范围且其属于本揭示内容内。
将集电器116、118沿背钝化层114的表面放置于钝化层114及掺杂触点110、112上方。集电器116、118形成电池中相反电性的极。集电器通过窗130与适当掺杂触点接触。换句话说，集电器材料的多个部分延伸穿过窗130以与窗下方的掺杂触点接触。因此，集电器的图案通常是基于掺杂触点的位置以及提供到掺杂触点的存取的窗的位置。在一些实施例中，集电器116、118包含导电元素金属或复数种导电元素金属。适宜金属包括(例如)铝、铜、镍、锌、其合金或其组合。在一些处理方法中，期望集电器中具有多个金属层。
在一些实施例中，平均总金属厚度可为约25纳米(nm)到约30微米，在其它实施例中为约50nm到约15微米，在其它实施例中为约60nm到约10微米且在其它实施例中为约75nm到约5微米。一般来说，集电器覆盖比窗大的表面积。具体来说，集电器的组合面积可比窗的面积大至少约20％，在其它实施例中比窗的面积大至少约40％且在其它实施例中大至少约60％。所属领域技术人员应认识到，本发明还涵盖属于上述明确范围内的其它平均厚度及面积覆盖率范围且其属于本揭示内容内。
金属可进一步通过将光反射反向穿过电池而有助于太阳能电池性能。因此，使集电器的金属对电池背表面具有较大覆盖可具有优势。然而，电池的异性极有效地电隔离以防止电池短路。因此，有沟槽或诸如此类位于相反极性的集电器之间。沟槽通常向下延伸到钝化层，但在不会提供大量电分流器的沟槽中的少许量的金属微不足道。在一些实施例中，相反极性的集电器的毗邻区段间的沟槽具有至少约5微米且在其它实施例中约10微米到约500微米的平均距离。所属领域技术人员应认识到，本发明还涵盖属于上述明确范围内的其它沟槽宽度范围且其属于本申请案内。
外部连接120、122可分别软焊或焊接到集电器116、118。在一些实施例中，外部连接可提供有线连接。在其它实施例中，外部连接120、122可包含图案化金属，其延伸(例如)超过绝缘材料桥到毗邻太阳能电池或与外部电路连接。如果适宜，可使用外部连接120、122的其它结构。
光伏模块的示意图示于图3中。光伏模块150可包含透明前片152、保护背衬层154、保护密封156、多个光伏电池158及端子160、162。剖面图示于图4中。透明前片152可为二氧化硅玻璃或对适当日光波长透明且提供对环境侵袭(例如水分)的适当障壁的其它适宜材料的片。背衬层154可为以适当成本提供模块的保护及适当处理的任一适宜材料。背衬层154不必透明，且在一些实施例中可具有反射性以使透射穿过半导体的光反射反向穿过半导体层，在所述半导体层中可吸附反射光的一部分。保护密封156可在前保护片152与保护背衬层154之间形成密封。在一些实施例中，可使用单一材料(例如热可密封聚合物膜)来将背衬层154及密封156形成为整体结构。
将太阳能电池158的前表面抵靠透明前片152放置以使太阳光可到达光伏电池的半导体材料。太阳能电池可使用集电器170、导电线或诸如此类串联电连接。串联中的末端电池可分别连接到端子160、162，其提供模块到外部电路的连接。
适宜聚合物背衬层包括(例如)来自杜邦公司(DuPont)的“S”型聚氟乙烯膜。关于反射材料，可用薄金属膜涂布背衬层的聚合物片，例如， 聚酯膜。接合透明前片及背衬层的保护密封可从粘合剂、天然或合成橡胶或其它聚合物或诸如此类形成。
形成太阳能电池组件的工艺
改良的处理方法形成太阳能电池的电流采集组件。这些处理方法可有效地应用于背接触太阳能电池的形成，但所述处理步骤还可用于其它太阳能电池设计。具体来说，激光驱动掺杂剂驱入可沿指定设计形成有效的掺杂触点，其可有效地包含沿半导体表面的近似条带。还可使用激光图案化来选择窗穿过钝化层的点用于集电器与掺杂触点之间的电连接。同样，还可使用能量束(例如激光束)图案化集电器，从而为电池的两个极提供电隔离的集电器。这些处理方法单独或组合使用从而以合理的成本提供形成具有优良性能的电池的有效方法。
一般来说，经改良的处理方法可经组合以形成掺杂触点、穿过钝化层的传导路径及集电器。如下文进一步阐述，经改良工艺中的每一者涉及扫描激光系统，其可提供简化的处理线设计以基于这些处理步骤形成太阳能电池。在一些实施例中，如果需要，可期望这些处理步骤共享共同装备。然而，本文所述改良的处理步骤可个别地使用或以子组合使用，例如，与其它替代处理步骤(例如常规处理步骤)组合。举例来说，本文中形成掺杂触点的方法可与常规处理步骤一起使用以穿过钝化层提供与集电器的连接。作为另一实例，如果使用常规方法形成掺杂触点，则本文中的经改良方法可用于形成窗以将掺杂触点与集电器连接。
可执行激光图案化工艺以形成具有上述结构的掺杂域。将掺杂剂驱入半导体材料中涉及在半导体材料上形成包含一种或一种以上掺杂剂源的层。随后使用波长从绿色到红外激光的激光将掺杂剂驱赶深入进入半导体中以在所选位置处形成相对较深掺杂剂触点。具体来说，可有利地使用红外激光，如下文实例中所述。如上文所述，从具有条带配置的掺杂域的段的形成已获得合意的电池性能。激光可有效率地执行掺杂剂驱入，其与形成具有条带配置的掺杂触点一致。
在本文所述经改良掺杂剂触点形成方法中，可在半导体表面上或所述表面的一部分上沉积掺杂剂源，且在一些实施例中，可通过(例如)印刷工艺在表面上图案化两个或两个以上掺杂剂源。对于依序使用不同掺杂剂源的实施例来说，掺杂触点的形成可包含以下步骤：1)沉积第一掺杂剂源的层；2)使激光束扫描跨越半导体表面以利用第一掺杂剂形成所选掺杂触点；3)移除第一掺杂剂源；4)沉积第二掺杂剂源的层；5)使激光束扫描跨越半导体表面以利用第二掺杂剂形成所选掺杂触点；及6)移除第二掺杂剂源。如果需要，可以相同或不同参数重复这些步骤以改变掺杂剂轮廓，例如以增大浅掺杂触点区域中的掺杂剂的量。随后所得图案化半导体材料准备用于进一步处理以完成电池用于电流采集的背表面。
在替代或其它实施例中，掺杂剂源可沿表面图案化以使n-掺杂剂及p-掺杂剂二者的两种源沿表面同时存在。随后，可使用单一激光处理步骤形成n掺杂触点及p掺杂触点二者。在激光处理步骤之后，可清洁和/或蚀刻半导体表面以移除掺杂剂源。由于可在单一激光步骤中将n-掺杂剂及p-掺杂剂驱入半导体中，因此可减少处理步骤的数量，掺杂剂源的浪费较少且可减少处理时间。可利用(例如)印刷方法(例如丝网印刷或喷墨印刷)执行掺杂剂源的图案化。
掺杂剂源通常为包含所需掺杂剂元素的组合物。举例来说，可沉积含有磷或硼的液体。具体来说，适宜油墨可包含(例如)磷酸三辛基酯、存于乙二醇和/或丙二醇中的磷酸或存于乙二醇和/或丙二醇中的硼酸。在其它实施例中，可使用掺杂的二氧化硅颗粒。可沉积成薄的相对均匀层的掺杂二氧化硅纳米颗粒的良好分散液的形成进一步阐述于颁予希泽迈尔等人标题为“硅/锗氧化物颗粒油墨、喷墨印刷及用于掺杂半导体衬底的工艺(Silicon/Germanium Oxide Particle Inks,Inkjet Printing and Process for DopingSemiconductor Substrates)”的已公开美国专利申请案2008/0160733A中，所述案件以引用方式并入本文中。可在执行掺杂剂驱入之前移除溶剂或其一部分。
尤其方便且成本有效的掺杂剂源包含旋涂玻璃。旋涂玻璃是基于硅的组合物，其通常通过在氧化氛围中加热时发生分解反应来反应形成二氧化硅玻璃。各种掺杂旋涂玻璃组合物市面有售。举例来说，掺杂旋涂玻璃可从硅沙漠公司(Desert Silicon)(亚利桑纳州，美国)购得。旋涂玻璃组合物可包含存于适宜有机溶剂(例如醇)中的聚硅氧烷聚合物。具体调配物阐述于颁予阿尔曼(Alman)标题为“用于形成玻璃状层的涂层溶液(CoatingSolution for Forming Glassy Layers)”的美国专利第5,302,198号中，所述案件以引用方式并入本文中。此专利阐述以约5到约30重量％的量引入硼或磷掺杂剂。替代组合物阐述于颁予李(Lee)等人标题为“旋涂玻璃组合物及使用其形成氧化硅层半导体制造工艺的方法(Spin-On Glass Compositions and Method of Forming Silicon Oxide LayerSemiconductor Manufacturing Process Using the Same)”的美国专利第7,270,886号中，所述案件以引用方式并入本文中。
旋涂可为将掺杂剂源施加于半导体表面上的适宜方法。举例来说，可以约1000转数/分钟的速度旋转衬底以获得均匀涂层。可调节粘度以在适当旋转速度下获得所需涂布性质。然而，可使用其它涂布方法，且这些涂布方法可特别合意地用于较大面积衬底或较易碎衬底。替代涂布方法包括(例如)喷涂、刀缘涂布、挤出或诸如此类。这些替代涂布方法可有效地用于形成足够均匀的层。一般来说，涂层厚度可小于约1微米。可基于目标掺杂剂含量利用基于本文教示的直接经验调节选择特定掺杂剂源的适当涂层厚度。印刷方法可用于沿半导体表面图案化两种或两种以上掺杂剂源。目前，大面积上的喷墨分辨率可以200到800dpi容易地获得。同时，喷墨分辨率仍在进行改良。通常使用两种油墨，一种油墨提供n型掺杂剂(例如，磷和/或砷)，且第二油墨提供p型掺杂剂(例如，硼、铝和/或镓)。可调节掺杂剂源的粘度用于印刷工艺。
为获得掺杂剂驱入的所需深度，可使用波长在红色到红外波长的激光。波长通常经选择以足够深地穿透进入硅材料中以驱动掺杂剂向下达所需深度。在一些实施例中，激光通常具有约600nm到约5微米且在其它实施例中650nm到约4微米的波长。在一些实施例中，期望使用近红外中约750nm到约2500nm的波长。具体来说，SPITM 20瓦特光纤激光具有1064nm的波长。所属领域技术人员应认识到，本发明还涵盖属于上述明确范围内的其它激光频率范围且其属于本揭示内容内。
一般来说，就为掺杂剂驱入供应足够能量来说，重要参数为光脉冲能量密度，其涉及加热掺杂剂源下方的硅。可基于硅在特定波长处的吸收性质使脉冲能量密度粗略地匹配以为所需厚度的硅提供所需加热。一般来说，适当脉冲能量密度可为约0.25到约25焦耳/平方厘米(J/cm2)，在其它实施例中为约0.5到约20J/cm2且在其它实施例中为约1.0到约12J/cm2。所属领域技术人员应认识到，本发明还涵盖属于上述明确范围内的其它脉冲能量密度范围且其属于本揭示内容内。
一般来说，期望使激光扫描跨越表面以形成掺杂剂驱入的所选图案。利用脉冲激光及线性扫描，掺杂触点的形状可形成所需条带。但还可使激光束在曲线及转角附近扫描，且还可基于目标沉积图案将其关闭，留下所需空隙。
一般来说，可使用光学器件调节线宽以选择至少在适当值内的相对应光斑点尺寸。掺杂域的线宽相对应于斑点尺寸。在一些实施例中，可期望使用多个毗邻或重叠区段形成拱形域的单一条带，其中每一区段是从激光扫描形成以使条带可涉及适当横向布置的相对应复数次激光扫描以形成毗邻或重叠区段。因此，掺杂域的单一条带可从2、3、4、5或更多个区段形成。区段中的掺杂剂轮廓可大约相当或可不大约相当。如上文所述，可期望包括具有较浅掺杂剂轮廓和/或较高掺杂剂浓度的掺杂域的浅区段。因此，例如，如果条带是从3个区段形成，则可处理中间区段以具有较浅掺杂剂轮廓和/或具有较高掺杂剂浓度。可调节激光的扫描，从而为不同区段提供不同掺杂剂轮廓。另外或另一选择为，所述区段可利用不同掺杂剂源来执行，所述掺杂剂源是依序沉积，且通常在所述步骤之间进行清洁。掺杂域的拐角和/或转角可类似地涉及可接合成条带区段的毗邻和/或重叠区段。
光强度跨越光束通常并不均匀，但可根据光学器件布置将光束形状调节为高斯(Gaussian)或平顶型。在一些实施例中，脉冲频率可为约5千赫(kHz)到约5000kHz，在其它实施例中为约10kHz到约2000kHz，且在其它实施例中为约25kHz到约1000kHz。在一些实施例中，扫描速度的范围可为约0.05到约15米/秒(m/s)，且在其它实施例中为约0.15到约12m/s，且在其它实施例中为约0.5到约10m/s。对于利用激光的掺杂剂处理来说，较宽激光脉冲轮廓通常产生较深掺杂剂轮廓。因此，可期望使激光脉冲的持续时间为至少约50纳秒(ns)且在一些实施例中为至少约70纳秒。所属领域技术人员应认识到，本发明还涵盖属于上述明确范围内的其它脉冲频率、扫描速度及脉冲持续时间范围且其属于本揭示内容内。
基于特定斑点尺寸，可使光束跨越衬底的扫描速度与脉冲频率相关，以使毗邻脉冲可重叠到所选程度以提供掺杂剂驱入的相邻处理域。在一些实施例中，如果激光在图案上方多次通过提供最终重叠以形成相邻掺杂触点，则毗邻斑点可隔开而不重叠。不管单一扫描的毗邻脉冲是否重叠，已发现，在一些实施例中，期望使用较低脉冲能量密度并在线或其它图案化形状上扫描多次。多次通过方法可对衬底且更甚至对线产生较小损害。在一些实施例中，可期望光束在表面的相同图案上2次通过、3次通过、4次通过、5次通过或5次以上通过以获得更合意的结果。于较低功率下多次通过可在完成掺杂之后产生较平滑表面。
由于光束与衬底的交叉点通常为大略圆形，因此可能期望一些重叠以沿激光脉冲的线得到连续掺杂触点，但在相同区域上多次通过可使毗邻脉冲的空隙平滑。为方便起见，我们将光斑点定义为沿表面的圆，其中95％的光功率包括于圆周内。光脉冲速率及扫描速度可经选择以使毗邻光脉冲的图像的中心彼此位移光图像直径的0.1到约1.5倍范围内，在其它实施例中位移光图像直径的约0.2到约1.25倍且在其它实施例中位移光图像直径的约0.25到约1.1倍。所属领域技术人员应认识到，本发明还涵盖属于上述明确范围内的其它范围且其属于本揭示内容内。
可使用市售扫描系统或类似设计常规系统使光束扫描跨越衬底表面。一般来说，这些系统包含光学元件以使激光束扫描到所选位置。用于光学扫描系统中的位置检测器进一步阐述于颁予佩切克(Petschik)等人标题为“用于扫描装置的位置传感器(PositionSensor for a Scanning Device)”的美国专利第6,921,893号中，所述案件以引用方式并入本文中。用于扫描器的控制系统阐述于颁予奥科斯(Oks)标题为“伺服控制系统(ServoControl System)”的美国专利第7,414,379号中，所述案件以引用方式并入本文中。市售扫描系统或电流计可从施肯拉公司(Scanlab AG)(德国)及剑桥科技公司(CambridgeTechnology Inc.)(马萨诸塞州，美国)购得。
可通过大量所选方法沉积背钝化层。可使用(例如)市售沉积设备从常规技术(例如，溅镀、CVD、PVD或其组合技术)形成钝化层。具体来说，可利用等离子体增强CVD(PECVD)沉积钝化层。PECVD和/或溅镀由于可在低温下执行沉积的能力而为合意的方法。由于钝化层相对较薄，因此这些常规方法相当高效。在其它或替代实施例中，可使用光反应性沉积(LRDTM)沉积钝化层。LRDTM进一步阐述于颁予毕(Bi)等人标题为“通过反应性沉积来形成涂层(Coating Formation By Reactive Deposition)”的已公开PCT申请案WO 02/32588A及颁予池鲁维拉(Chiruvolu)等人标题为“通过反应性沉积来形成致密涂层(Dense CoatingFormation By Reactive Deposition)”的美国专利第7,491,431号中，所述案件以引用方式并入本文中。此外，可使用大气压CVD或扫描次大气压CVD沉积钝化层。扫描次大气压CVD进一步阐述于颁予希泽迈尔等人标题为“反应性流沉积及无机箔合成”的已公开美国专利申请案2009/0017292中，所述案件以引用方式并入本文中。可使用聚合物涂布技术(例如，喷涂、挤出、刀缘涂布、旋涂及诸如此类)沉积形成钝化层或其一部分的聚合物层。
阐述形成集电器与钝化层下的掺杂触点间的连接的三种方法。每一方法涉及可根据所需图案引导的激光的使用。在聚合物烧蚀工艺中，激光有效率地用于通过聚合物抗蚀剂形成图案。随后将此与穿过钝化层形成窗的蚀刻步骤组合。在电介质烧蚀方法中，使用激光穿过电介质层直接烧蚀窗，其中参数经选择以避免对下伏硅半导体造成明显损害。在用于形成与掺杂触点的连接的激光焊接工艺中，使用激光驱动金属从集电器穿过钝化层以与钝化层下方的掺杂触点形成良好接面。在用于集电器的金属沉积之后，无疑应执行激光焊接。
在聚合物烧蚀图案化工艺中，将聚合物抗蚀剂层放置于钝化层上方。一般来说，可使用任一抗蚀刻聚合物。方便的抗蚀剂是作为光致抗蚀剂商业分销。在传统处理中，光致抗蚀剂对光敏感，以便光(例如UV光)在光致抗蚀剂上图案化。光致抗蚀剂可为光使光致抗蚀剂对抗蚀刻稳定的负性光致抗蚀剂或光使光致抗蚀剂对抗蚀刻不稳定的正性光致抗蚀剂。出于若干原因，在涉及适度分辨率图案的应用中，聚合物烧蚀方法是优于传统方法的改良。首先，可使用红外激光，且较低成本的红外激光市面有售。此外，使用单一蚀刻步骤蚀刻穿过钝化层，且不需单独蚀刻步骤来显影或蚀刻光致抗蚀剂。此外，可使用不需要具有光敏性的较不昂贵聚合物。适宜负性光致抗蚀剂可从(例如)福特锐克公司(Futurrex,Inc.)(新泽西州，美国)购得，且出售剥离剂以在完成蚀刻步骤之后移除光致抗蚀剂。可使用适当涂布技术(例如，旋涂、喷涂、挤出、刀缘涂布或诸如此类)施加抗蚀刻聚合物(例如，光致抗蚀剂)。
在聚合物烧蚀方法中，使激光扫描跨越表面以从所选位置烧蚀聚合物。一般来说，可利用相对较低功率脉冲烧蚀聚合物。因此，适当激光脉冲经引导在沿表面已选择用于布置穿过钝化层的窗的位置处。激光脉冲移除脉冲位置处的聚合物。一般来说，可使用由聚合物吸收的任一光波长。举例来说，红色或红外激光或来自加热灯的其它聚焦光束可有效地用于烧蚀聚合物，而不会明显地损害底层。然而，可期望降低对底层的损害而使用较短波长光，以使光不会深深地穿透入结构中。举例来说，可使用绿光、蓝光或紫外光，例如波长不大于约550nm，在一些实施例中不大于500nm，且在其它实施例中在电磁光谱的近或中紫外部分中利用约100nm到约400nm的波长。所属领域技术人员应认识到，本发明还涵盖属于上述范围内的其它光波长范围且其属于本揭示内容内。在一些实施例中，可利用准分子激光供应光。另外，可使用电子束来烧蚀聚合物。开发用于电子光刻的电子束扫描仪的设计可适于此用途。适当系统阐述于(例如)颁予卡马达(Kamada)等人标题为“电子束光刻系统、电子束光刻设备及光刻方法(Electron Beam Lithography System,Electron Beam LithographyApparatus,and Method of lithography)”的美国专利第6,674,086号中，所述案件以引用方式并入本文中。
如上文所述，穿过钝化层的窗覆盖明显比掺杂触点小的表面积。因此，为图案化窗，可使用特定间隔开的斑点或线段。一般来说，在设计窗图案方面具有明显的灵活性以达成所得窗的所需面积。调节光束的脉冲频率及扫描移动以达成所选图案，且可适当地关闭光束以在窗区段之间形成分离。然而，窗的定位通常经选择以将窗放置于掺杂触点的区域上方。因此，光束通常具有较窄焦点以使在蚀刻后窗的宽度小于掺杂触点的宽度。一般来说，适当脉冲能量密度可为约0.1到约25焦耳/平方厘米(J/cm2)，在其它实施例中为约0.25到约20J/cm2且在其它实施例中为约0.5到约12J/cm2。在一些实施例中，扫描速度的范围可为约0.1到约10米/秒(m/s)，且在其它实施例中为约0.25到约9m/s，且在其它实施例中为约1到约8m/s。在一些实施例中，脉冲频率可为约5千赫(kHz)到约1000kHz，在其它实施例中为约10kHz到约800kHz，且在其它实施例中为约25kHz到约750kHz。所属领域技术人员应认识到，本发明还涵盖属于上述明确范围内的其它脉冲功率、脉冲频率及扫描速度范围且其属于本揭示内容内。一般来说，选择激光脉冲条件以使得对掺杂硅的损害程度合意的低，所述掺杂硅可吸收透射穿过钝化层的光。
在聚合物覆盖物中形成窗之后，蚀刻钝化层。可利用(例如)不蚀刻硅的硝酸/氢氟酸混合物执行适宜化学蚀刻。在其它或替代实施例中，可执行等离子体蚀刻以移除聚合物抗蚀剂中的穿过窗的钝化层。可使关于钝化层的蚀刻剂的选择与聚合物抗蚀剂的选择一致。在聚合物中穿过窗蚀刻钝化层之后，相对应地穿过钝化层形成窗以暴露掺杂触点的区域。随后，可通过(例如)溶解聚合物来移除聚合物抗蚀剂，其可涉及或可不涉及聚合物的反应或分解。在一些实施例中，由于适当所择聚合物的电绝缘性质，保留剩余聚合物抗蚀剂以形成电介质结构的一部分。
在电介质烧蚀方法中，使用激光直接烧蚀电介质以形成窗。一般来说，使脉冲激光扫描跨越表面以通过电介质的直接烧蚀形成穿过电介质层的窗。穿过电介质层直接烧蚀的窗的选择及布置通常可类似于从聚合物蚀刻的烧蚀产生的窗的定位，如上文所述。一旦穿过电介质层形成窗，则集电器与硅的掺杂域之间的连接类似，而与用于形成窗的工艺无关。
一般来说，可基于特定电介质层的性质选择激光参数。具体来说，激光波长应适当地被电介质材料吸收。通常可执行激光烧蚀以烧蚀电介质材料，而不会显著损害下伏硅材料。
通常选择激光频率以被电介质层显著吸收。因此，可烧蚀电介质，而减少对硅的损害。对于氮化硅或富含硅的氮化硅来说，波长通常可处于绿光或更短(例如UV)波长中。调节光束的脉冲频率及扫描移动以达成所选图案，且可适当地关闭光束以在窗区段之间形成分离。然而，窗的定位通常经选择以将窗放置于掺杂触点的区域上方。
一般来说，适当脉冲能量密度可为约0.1到约25焦耳/平方厘米(J/cm2)，在其它实施例中为约0.25到约20J/cm2且在其它实施例中为约0.5到约12J/cm2。在一些实施例中，扫描速度的范围可为约0.1到约10米/秒(m/s)，且在其它实施例中为约0.25到约9m/s，且在其它实施例中为约1到约8m/s。在一些实施例中，脉冲频率可为约5千赫(kHz)到约1000kHz，在其它实施例中为约10kHz到约800kHz，且在其它实施例中为约25kHz到约750kHz。所属领域技术人员应认识到，本发明还涵盖属于上述明确范围内的其它脉冲功率、脉冲频率及扫描速度范围且其属于本揭示内容内。一般来说，选择激光脉冲条件以使得对掺杂硅的损害程度合意的低，所述掺杂硅可吸收透射穿过钝化层的光。
此外，可驱动集电器材料穿过钝化层以穿过钝化层形成良好电连接。可利用绿色到红外激光光达成金属穿过钝化层的激光驱入。可使用相对较高脉冲功率，其被金属吸收且驱动熔化金属穿过钝化层以使得与在钝化层下方的掺杂触点电接触。此外，就性能来说，观察到对硅材料的损害并不明显。一般来说，此步骤的适当脉冲能量密度可为约0.5到约50焦耳/平方厘米(J/cm2)，在其它实施例中为约1.0到约40J/cm2且在其它实施例中为约2.0到约25J/cm2。所属领域技术人员应认识到，本发明还涵盖属于所述明确范围内的其它范围且其属于本揭示内容内。一般来说，所需能量密度值取决于层的厚度以及特定组合物。一般激光-接触方法阐述于颁予普鲁士(Preu)等人标题为“制造穿过电介质层的半导体-金属触点的方法(Method of Producing a Semiconductor-Metal Contact Through a DielectricLayer)”的美国专利第6,982,218号中，所述案件以引用方式并入本文中。
在一些实施例中，为使对硅层的任何损害保持于可管控值下，可期望将金属的激光驱入点间隔开。此与在小于掺杂触点的面积的区域上形成穿过钝化层的窗的目标一致。与软烧蚀方法一样，可使光束直径相对于形成掺杂域所用的光束更窄以使不与硅的未掺杂或轻微掺杂部分电接触。在所得激光连接中，集电器的金属穿过钝化层直到钝化层下方的掺杂触点，且可将穿过钝化层的所得穿孔视为窗，尽管其并非在无金属透过的情况下形成。在这些实施例中，可从所得激光连接的检查估计窗的面积。
随后可通过以脉冲方式输送激光来形成激光接触，同时使所述光束扫描跨越表面，其中选择脉冲速率以具有适当间隔开的脉冲。在一些实施例中，脉冲频率可为约1千赫(kHz)到约2000kHz，在其它实施例中为约2kHz到约1000kHz，且在其它实施例中为约5kHz到约200kHz。在一些实施例中，扫描速度的范围可为约0.1到约15米/秒(m/s)，且在其它实施例中为约0.25到约10m/s，且在其它实施例中为约1到约10m/s。所属领域技术人员应认识到，本发明还涵盖属于上述明确范围内的其它脉冲频率及扫描速度范围且其属于本揭示内容内。
为形成激光连接，我们再次将光斑点定义为沿表面的圆，其中95％的光功率包括于圆周内。光脉冲速率及扫描速度可经选择以使毗邻光脉冲的图像的中心彼此位移光图像直径的1.4到约20.0倍范围内，在其它实施例中位移光图像直径的约1.5到约18.0倍且在其它实施例位移光图像直径的约1.7到约16.0倍。所属领域技术人员应认识到，本发明还涵盖属于上述明确范围内的其它范围且其属于本揭示内容内。可选择用于激光连接形成的处理参数以提供良好装置性能，而不会不合意地增大串联电阻的功率损失。令人惊讶的是，利用此直接连接方法，对结构的损害充分降低而可达成极好性能。
一般来说，可通过任一合意的方法形成集电器。然而，本文阐述两种用于图案化集电器的合意方法。在第一方法中，用于图案化集电器的经改良方法包含沿表面在所选位置处形成多层金属结构及形成合金。一旦顶部表面经图案化而形成具有初始顶部金属或具有初始顶部金属与下部金属的合金的位置，执行选择性蚀刻以沿所选图案移除金属。初始顶部金属层抗蚀刻或者所述两层所形成的合金组合金属抗蚀刻。随后所述蚀刻步骤沿图案向下直到钝化层移除金属。因此，蚀刻工艺在金属结构中形成沟槽以电隔离沟槽相对侧上的金属。
一般来说，对于所需处理方法来说，形成多个金属层，其中选择顶部层以与顶部层下方的金属层形成合金。在一些实施例中，合金可为低熔点低共熔合金。顶部金属层可具有比下部层小的厚度以使得需要较少量的能量来形成合金，只要顶部层足够厚以具有适当结构完整性即可。在一些实施例中，顶部层的厚度可为下部金属层厚度的约0.01到约0.50倍，在其它实施例中为约0.02到约0.40倍且在其它实施例中为约0.05到约0.35倍。所属领域技术人员应认识到，本发明还涵盖属于上述明确范围内的其它厚度比率范围且其属于本揭示内容内。适宜金属组合包括(例如)镍或镍合金顶部层及铝或铝合金底部层。与少量钒呈合金形式的镍为溅镀良好的适宜材料。一般来说，可使用(例如)溅镀、蒸发或其它物理气相沉积方法或其它适宜技术沉积元素金属的层。
一般来说，可使用任一适当能量束加热金属以沿表面在所选位置处形成合金。具体来说，红外激光束由于方便金属的相对较好吸收以及有价格合理的适宜市售红外激光器而为方便的。集电器的图案化通常形成为电池的两个极提供电连接性的相邻结构，且类似地，电隔离电池的异性极的槽需要沿毗邻边缘完全延伸以适当地隔离单独集电器。
为将来自合金形成的任一损害保持于适宜程度下同时形成充分界定的沟槽，已发现使用较低功率能量束以及在图案上方多次通过可提供优良结果。一般来说，可使脉冲能量密度与金属的性质粗略地匹配，所述性质包括(例如)顶部金属层的厚度及金属与所得合金的熔点。一般来说，适当脉冲能量密度可为约0.25到约25焦耳/平方厘米(J/cm2)，在其它实施例中为约0.5到约20J/cm2且在其它实施例中为约1.0到约12J/cm2。所属领域技术人员应认识到，本发明还涵盖属于上述明确范围内的其它脉冲能量密度范围且其属于本揭示内容内。在一些实施例中，可期望光束在表面的相同图案上方2次通过、3次通过、4次通过、5次通过或5次以上通过以获得更合意的结果。
一般来说，可使用光学器件调节线宽以选择至少在适当值内的相对应光斑点尺寸。合金的线宽相对应于斑点尺寸。在一些实施例中，脉冲频率可为约5千赫(kHz)到约5000kHz，在其它实施例中为约10kHz到约2000kHz，且在其它实施例中为约25kHz到约1000kHz。在一些实施例中，扫描速度的范围可为约0.1到约15米/秒(m/s)，且在其它实施例中为约0.25到约10m/s，且在其它实施例中为约1到约10m/s。所属领域技术人员应认识到，本发明还涵盖属于上述明确范围内的其它脉冲频率及扫描速度范围且其属于本揭示内容内。
根据特定斑点尺寸，可使光束跨越衬底的扫描速度与脉冲频率相关，以使毗邻脉冲可重叠到所选程度以提供合金形成的相邻处理结构。由于光束与衬底的交叉点通常大略为圆形，因此可能期望一些重叠以得到合金结构的粗糙边缘，但在相同区域上多次通过可使毗邻脉冲的空隙平滑。为方便起见，我们将光斑点定义为沿表面的圆，其中95％的光功率包括于圆周内。光脉冲速率及扫描速度可经选择以使毗邻光脉冲的图像的中心彼此位移光图像直径的0.1到约1.5倍范围内，在其它实施例中位移光图像直径的约0.2到约1.25倍且在其它实施例中位移光图像直径的约0.25到约1.1倍。所属领域技术人员应认识到，本发明还涵盖属于上述明确范围内的其它范围且其属于本揭示内容内。
一般来说，用于选择性蚀刻材料的湿式蚀刻及干式蚀刻方法已为人所知。湿式蚀刻方法通常涉及液体。液体和/或溶解的反应性组合物通过与金属反应来执行湿式蚀刻。一般来说，干式蚀刻使用能量束(例如等离子体或诸如此类)来蚀刻材料。举例来说，可使用卤素离子(例如氯)蚀刻金属，且可使用惰性离子(例如氩离子)溅镀蚀刻金属。用于选择性蚀刻过渡金属的方法阐述于颁予阿什贝(Ashby)等人标题为“用于干式蚀刻过渡金属的方法(Method for Dry Etching of Transition Metals)”的美国专利第5,814,238号中，所述案件以引用方式并入本文中。
同时，湿式蚀刻方法通常可为一些适当金属层提供所需量的蚀刻差别，此在一些实施例中可为方便的。可获得关于金属的湿蚀刻剂的大量公开信息。一般来说，湿蚀刻剂可包含酸、碱和/或其它反应性组合物。可由经验评价补充此信息。
如上文所述，选择顶部金属层以提供抗蚀刻层。对于铝基底层来说，适宜顶部金属层包括(例如)镍、钛、钼及其合金。可利用碱(例如KOH及NaOH)蚀刻铝层及铝合金。镍及钼缓慢地被氢氧化物碱蚀刻剂蚀刻或根本不被蚀刻，且这些金属在远IR中吸收。更具体来说，可于80℃下利用29％KOH执行蚀刻。通过KOH缓慢蚀刻钛。此外，可于50℃下利用重量比为16:1:1:2的H3PO4:HNO3:CH3COOH:H2O溶液蚀刻铝，且在这些条件下钛的蚀刻可忽略。因此，覆盖有镍、钛、钼或其合金的铝或铝合金底部层形成用于本文所述基于合金的图案化方法的适宜金属层。
基于合金形成及选择性蚀刻的集电器形成进一步阐述于与本申请案同一天提出申请的颁予施尼瓦桑等人标题为“基于合金形成的导电结构的金属图案化”的共同待决的美国专利申请案第12/469,101号中，所述案件以引用方式并入本文中。
在替代方法中，还可使用软烧蚀工艺来图案化金属集电器。如上文关于穿过电介质层形成窗阐述相似，将聚合物抗蚀剂沉积于金属层上，且可如上文针对图案化电介质层所述使用类似聚合物抗蚀剂材料。金属层可包含单一金属层或多个金属层。使激光扫描跨越表面以烧蚀聚合物抗蚀剂。可类似于在基于合金的方法中扫描以形成金属合金来执行脉冲激光的扫描。具体来说，激光扫描的尺寸及其它参数可类似，只是可选择较低值的激光功率和/或可选择不同激光频率(例如绿色、蓝色或紫外光)以烧蚀聚合物。在所选位置处烧蚀聚合物抗蚀剂之后，可蚀刻金属。可如上文所述执行金属蚀刻以形成电隔离相反极性的集电器的沟槽。在蚀刻金属后，根据完成电池的其它处理可移除或可不移除剩余聚合物抗蚀剂，且如果需要，可仅移除部分抗蚀剂以为集电器提供外部电连接。
关于改良集电器与半导体的掺杂区域之间的触点性质，可执行激光退火步骤。具体来说，可在沉积金属之前通过穿过钝化层制得的窗沉积集电器的金属。随后，可使接触点经受激光退火以改良金属与掺杂触点之间的接触。对于利用聚合物抗蚀剂图案化集电器的实施例来说，可在沉积聚合物抗蚀剂之前或在移除剩余聚合物抗蚀剂之后执行激光退火步骤，这是由于退火区段与金属蚀刻的区域明显不同。可使脉冲激光束以所选参数扫描跨越表面，以使激光束冲击金属通过窗接触半导体的位置。材料可在界面处形成合金。此方法可使用较低激光功率达成激光烧结触点的所需性能，这是由于在工艺步骤期间不需刺穿电介质。因此，结构可经受较小损害且可在整体上改良性能。
一般来说，对于模块内的电池阵列，可同时执行本文所述处理步骤。在完成光伏模块的最终处理步骤期间，可串联连接太阳能电池的电极，且可根据需要形成其它电连接。同时，将串联末端处的电池的适当电极连接到模块端子。具体来说，一旦完成电池之间的电连接，可形成外部模块连接，且可密封模块的后平面。可施加背衬层以密封电池的后部。由于后部密封材料不必透明，因此可使用大量材料及工艺，如上文所论述。如果使用加热密封膜，则将膜安放在适当位置，且将模块加热到适度温度以形成密封而不会影响其它组件。随后，可根据需要将模块安装于框架中。
其它本发明概念
除下文权利要求书内的本发明概念外，本申请案还涉及以下本发明概念。
本发明提供穿过无机层选择性蚀刻开口的方法，所述方法包含：
通过使用能量束在多个所选位置处烧蚀聚合物以移除所选位置处的抗蚀剂来图案化聚合物抗蚀剂的层；及
执行蚀刻以穿过无机层形成窗。
在用于选择性蚀刻开口的方法的这些实施例中，能量束可包含红外激光束。同时，无机层可包含半导体表面上的电介质层。无机层可包含金属层。在一些实施例中，所述方法可进一步包含移除剩余聚合物抗蚀剂。另外，所述方法可进一步包含在剩余聚合物抗蚀剂上沉积金属集电器以使得穿过窗与窗下方的结构电连接，其中聚合物提供电绝缘。
本发明提供形成基于半导体的装置的方法，所述方法包含：
在平均厚度为约5微米到约100微米的Si半导体箔的第一表面上形成掺杂域，其中半导体箔具有第一表面及与第一表面相对的第二表面，且其中半导体箔的第二表面利用聚合物粘附到玻璃结构；
将电介质层沉积于第一表面上以覆盖掺杂域；及
图案化电介质层上的金属集电器，其中金属集电器的多个部分通过电介质层与掺杂域接触，
其中处理步骤并不将聚合物加热到大于约200℃的温度。
本发明提供光伏电池，其包含半导体层、沿半导体层的表面的n掺杂域及p掺杂域，其中掺杂域各自沿表面具有平面范围，所述平面范围包含具有平均长度是平均宽度的至少约10倍的比率的条带，其中条带的一个或一个以上增强掺杂剂区段的平均表面掺杂剂浓度为n掺杂域的其它位置处的平均掺杂剂浓度的至少约5倍。在光伏电池的这些实施例中，条带的增强掺杂剂区段可覆盖不超过约50％的条带面积。同时，增强掺杂剂区段可包含条带的中心。
本发明提供光伏电池，其包含半导体层、沿半导体层的表面的多个n掺杂域及多个p掺杂域，其中掺杂域具有约250nm到约2.5微米的平均深度，且其中顶部10％厚度的触点的平均掺杂剂浓度比距触点顶部20-30％掺杂触点深度的水平处的触点的平均掺杂剂浓度大至少5倍。
本发明提供光伏电池，其包含半导体层、沿半导体层的表面的多个n掺杂域、沿半导体层的表面的多个p掺杂域、电介质层、与n掺杂域电连接的第一集电器及与p掺杂域电接触的第二集电器，其中电介质层包含沿半导体层的表面的无机层及无机层上的聚合物层，其中集电器覆盖一部分聚合物层，且其中相应集电器通过穿过电介质层的窗接触相对应掺杂域。
本发明提供用于掺杂半导体层的方法，所述方法包含：
沿包含硅/锗的裸露的半导体层图案化多个掺杂剂源以形成图案化半导体层；及
使光束扫描跨越图案化半导体层以将掺杂剂从掺杂剂源驱入半导体层中以形成多个n掺杂域及多个p掺杂域。
本发明提供在太阳能电池内形成电连接的方法，所述方法包含：
使金属集电器的位置激光退火，其中半导体位于金属通过穿过电介质层的窗接触半导体的位置处。
实例
实例1：通过激光退火产生N型及P型硅
此实例阐述通过激光退火在硅晶片中产生n型及p型区域的方法。
初始利用HF清洁/蚀刻商业上获得的单晶CZ硅晶片以沿表面移除氧化硅。晶片为4英寸直径的n掺杂CZ晶片，其中电阻率为5到10欧姆-cm。通过旋涂将经掺杂旋涂玻璃的涂层施加到洁净晶片表面。适宜旋涂玻璃材料可从菲姆尼斯公司(Filmtronics)及霍尼韦尔公司(Honeywell)购得。随后于150℃下将经涂布晶片加热15分钟以干燥材料。
发现可通过增大旋转速度减小旋涂玻璃的厚度。可通过选择旋涂玻璃材料及旋转速度获得介于50nm与2微米之间的厚度。使用轮廓测定仪测量厚度。厚度测量汇总于表1中。
表1
随后通过激光掺杂在晶片中产生掺杂区域。通过使脉冲红外激光束扫描跨越晶片表面及在激光束接触表面的位置处使硅退火来执行退火工艺。扫描系统使用西堪莱比公司(ScanLabs)的加尔沃(GalvoTM)扫描仪将光束引导到表面。使用中心波长为1064nm的20瓦二极管抽运的光纤激光(SPI雷晟公司(SPI Lasers)，英国)产生激光束。在激光接触表面的位置处，硅发生熔化，且将掺杂剂驱入晶片中。利用不同激光脉冲速率及不同激光波形执行掺杂剂驱入。不同波形的激光反应示于图5中。在执行激光掺杂剂驱入之后，使用甲醇去除旋涂掺杂剂材料，且利用硫酸与过氧化氢的混合物清洁表面。
使用溅镀执行二次离子质谱术(SIMS)测量以测量使用激光驱入所形成的掺杂触点内的掺杂剂的深度及轮廓。晶片上具有轻微n掺杂的p掺杂触点的SIMS测量示于图6中，且晶片上具有轻微p掺杂的n掺杂触点的SIMS测量示于图7中，二者均为利用2.31J/cm2的激光脉冲能量、0.5米/秒(m/s)的激光扫描速度及500kHz的激光脉冲频率形成。如图6中所示，来自初始晶片的磷掺杂剂在晶片表面大约1微米处具有适度浓度增强。所添加硼掺杂剂在进入晶片中大约600-700nm处具有相对较高浓度，随后以约1微米逐渐降低到背景水平。碳及氧污染物在晶片表面附近略有升高。参见图7，晶片材料中的硼掺杂剂显示在晶片的顶部数微米中从背景浓度的类似适度增强。所添加磷掺杂剂在进入晶片约600nm处具有相对平坦的值，随后直到进入晶片约2微米浓度逐渐降低。
还利用P掺杂触点的散布电阻轮廓(SRP)测量掺杂剂深度。通过舍利康实验室，内华达州，美国(Solecon Laboratories,Nevada,U.S.)在斜切试样上实施四探针电阻率测量。这些测量的结果示于图8中。图8中的结果类似于图7中的结果，只是相对于SIMS测量在SRP测量中的值稍微较低且SIMS测量中于直接表面处无尖峰。
另外，在激光掺杂之后测量P掺杂区域的薄层电阻。以一定角度斜切试样，且测量四探针薄层电阻。在一系列激光能流中对于三种不同激光脉冲频率的薄层电阻结果(以欧姆/平方表示)示于图9中。在较高激光能流及较高激光频率的情况下，薄层电阻通常较低。还测量在不同激光脉冲频率及不同激光能流的情况下掺杂触点的表面粗糙度(以埃表示)。使用坦科(Tencor)针式轮廓测定仪KLA坦科仪器公司(KLA Tencor Instruments)测量表面粗糙度。结果绘示于图10中。较低激光能流产生较平滑表面，其中对激光频率具有显著依赖性。
对于5种扫描速度且对于激光能流为6.11J/cm2且激光脉冲频率为125kHz来说，激光掺杂剂驱入之后的衬底表面的照片示于图11中，且激光能流为3.06J/cm2且激光脉冲频率为250kHz的照片示于图12中。在这些图的每一者中，从左到右扫描速度为1m/s、2m/s、3m/s、4m/s及5m/s。
根据实验，发现激光功率值增大可产生增大掺杂剂深度及相对应较深熔化区域，从而产生更好掺杂剂均匀性。增大激光扫描速度会减少激光斑点重叠，而增大激光脉冲频率会导致更大斑点重叠，由于较低峰激光功率导致较低掺杂剂深度及可能掺杂剂不均匀性。
实例2：使用聚合物烧蚀窗图案化电介质层
此实例阐述使用聚合物抗蚀剂的激光烧蚀图案化无机电介质层。
通过将氮化硅或氧化硅涂层沉积于硅晶片上制备衬底，所述硅晶片含有如通过实例1中所述方法制备的n型及p型区域二者。使用PECVD将氮化硅或氧化硅涂层沉积于晶片具有图案化掺杂域的侧上。为沉积氧化硅，将一氧化二氮及硅烷气体分别以1400sccm及400sccm泵入650毫托反应室中。在反应室中利用40W下的射频激发产生等离子体。使用沉积条件评价厚度且使用扫描电子显微镜检验厚度。使用PECVD用NH3替代N2O反应物来沉积氮化硅层。氮化硅涂层具有约65nm的平均厚度且氧化硅涂层具有约500nm的平均厚度。
使用旋涂沉积溶解的聚合物抗蚀剂(富吉菲姆OIR 900(Fujifilm OIR 900)系列光致抗蚀剂)层。通过干燥移除溶剂，且所得聚合物涂层具有约1微米的厚度。如实例1中所述使脉冲激光扫描跨越表面以沿表面在所选斑点处烧蚀聚合物。使激光以1m/s的速率、以6.11J/cm2的能流及65kHz的脉冲频率扫描。在烧蚀掉聚合物抗蚀剂之后，蚀刻表面以移除无机电介质以在蚀刻位置处暴露硅。于室温下使用缓冲HF蚀刻氧化硅，所述缓冲HF是存于水中的40％NH4F与存于水中的49％HF以6:1体积比形成。同样使用HF蚀刻氮化硅。随后使用有机溶剂移除聚合物。
在利用聚合物抗蚀剂蚀刻图案化之后，穿过氧化硅层蚀刻的线的照片示于图13中。利用氧化硅或氮化硅电介质层获得类似结果。
实例3：用于窗图案化的电介质层的烧蚀
此实例证实使用激光烧蚀图案化电介质层，其中选择激光参数以穿过电介质层形成窗，而不会对下伏硅层造成显著损害。
如实例2中所述通过将氮化硅沉积于图案化掺杂硅晶片上制备衬底。如实例1中所述使脉冲激光扫描跨越表面以沿表面在所选斑点处烧蚀氮化硅。在穿过氮化硅层烧蚀洞之后晶片表面的照片示于图14A中。近视图展示于图14B中，其中可看见在氮化硅电介质层下方的暴露的硅。晶片的检验证实，并未明显损害窗位置处的硅。
实例4：基于聚合物抗蚀剂的烧蚀的金属图案化
此实例证实还可使用聚合物抗蚀剂的激光烧蚀来图案化铝用于形成集电器。
如实例2中所述利用氧化硅涂层制备晶片。将具有约1微米的平均厚度的铝层溅镀于氧化硅涂层上。使用珀金埃尔默4450(Perkin Elmer 4450)溅镀系统(珀金埃尔默公司，沃尔瑟姆，马萨诸塞州(Perkin Elmer,Waltham,MA))执行溅镀工艺，其中将惰性载气离子化并通过电场使其加速到达金属靶，所述靶为铝金属靶或镍合金靶。溅镀可使金属相对均匀地沉积于晶片表面上的氧化硅层上。利用铝靶执行溅镀工艺。
如实例2中所述施加聚合物抗蚀剂。如实例1中所述使脉冲红外激光扫描跨越表面以沿表面在所选斑点处烧蚀聚合物。使激光以1m/s的速率、以6.11J/cm2的能流及65kHz的脉冲频率扫描。在激光扫描的所选位置处烧蚀聚合物抗蚀剂之后，蚀刻表面以移除已移除聚合物的位置处的铝。利用磷酸、硝酸及乙酸的混合物蚀刻铝。在蚀刻铝之后利用有机溶剂移除聚合物。穿过铝蚀刻的线的照片示于图15中，其中透过铝可看见电介质。因此，聚合物抗蚀剂的激光烧蚀成功地用于图案化金属集电器。
实例5：基于合金形成的金属图案化
此实例阐述在覆盖有电介质层的硅衬底上在金属分层结构中图案化形状的非光刻蚀刻工艺。
如实例2中所述使用PECVD通过最初将氮化硅涂层沉积于市售单晶硅晶片上来制备衬底。所得氮化硅层为65nm厚。使用沉积条件评价厚度且使用扫描电子显微镜检验厚度。
随后使用溅镀将铝及镍合金层沉积于晶片经电介质涂布表面上。使用珀金埃尔默4450溅镀系统(珀金埃尔默公司，沃尔瑟姆，马萨诸塞州)执行溅镀工艺，其中将惰性载气离子化并通过电场使其加速到达铝金属靶。溅镀可使铝金属相对均匀地沉积于氮化硅表面上。随后使用包含具有7％钒的镍合金的金属靶重复溅镀工艺，再次产生相对均匀沉积。所得铝层为1μm厚，且所得镍层为150nm厚。
通过使激光束扫描跨越表面图案化具有两个金属层的衬底以在激光束接触表面的位置处产生铝-镍合金。扫描系统使用中心波长为1064nm的20瓦二极管抽运的光纤激光(SPI雷晟公司，英国)来产生激光束。使用来自激光束的红外光加热衬底表面并形成合金。已发现使用较低激光功率并使扫描激光在相同图案上多次通过可改良合金沿具有线及曲线的图案的形成，同时使得对金属下方的结构的损害较小。同时，已发现，利用市售扫描仪，由多个线性段结合适当角度改变形成的转角相对于沿曲线扫描会产生改良的结构。通过使激光在60％功率下以250KHz重复率操作来降低脉冲的峰值功率。峰值功率及能流值分别为1.92KW及2.44J/cm2。利用西堪莱比公司的加尔沃扫描仪(美国西堪莱比公司(ScanLabAmerica,Inc.)，内珀维尔(Naperville，Il.))以3m/s使激光光栅扫描跨越衬底表面。在蚀刻之前，用激光光栅在相同图案上扫描3次来图案化衬底。代表性图案示于图16中，所述图案具有大约1平方厘米的面积。
随后利用KOH蚀刻铝-镍合金及合金下的铝，仅留下非合金镍覆盖的铝。通过将衬底放置于25％KOH的浴液中达约3分钟来执行蚀刻工艺。将浴液维持于40℃下且通过搅拌或气体鼓泡降低溶液的浓度梯度。图17展示直段、u-形转角段及交叉点的清洁蚀刻。电隔离镍覆盖的铝区段，且无分流路径或对下伏氮化硅层无损害。
实例6：具有通过裸硅激光驱入沿条带形成的深掺杂域的太阳能电池装置性能
此实例阐述整体太阳能电池结构及所得性能的具体实施例，其中利用沿条带扫描的红外激光通过将掺杂剂驱入硅材料来形成深掺杂域。
在第一形式中，将单晶晶片切到200微米的厚度。如实例1中所述使用红外激光驱入沿晶片的表面来图案化发射器(n掺杂域)及收集器(p掺杂域)。在每一掺杂剂驱入步骤之后，依序对不同掺杂剂施加表面清洁。使用PECVD将70nm SiNx(富含硅的氮化硅)涂层施加于晶片的太阳侧(未掺杂侧)上及将65nm SiNx涂层施加于晶片的掺杂侧(装置侧)上。利用15微米宽条带使用光刻图案化晶片的装置侧上的氮化硅。如上文实例3中所述将2微米厚的铝金属层溅镀涂布于图案化氮化硅电介质层上。使用光刻利用交叉条带将金属图案化成两个集电器，其中一个集电器接合n掺杂域且第二集电器接合p掺杂域。
在一个太阳条件下使用纽波特(Newport)太阳模拟器(Sun Simulator)(纽波特公司(Newport Corporation)，加利福尼亚州，美国)测试所得太阳能电池。在无光照时的二极管性能绘示于图18中。在1个太阳条件下的性能绘示于图19中。电池的开路电压为0.560伏特且效率为10.9％。电池还由Isc、短路电流及FF(即填充因数)表征。
利用粘着剂将50微米厚的单晶硅层压于玻璃上来制备另一试样。使用研磨及化学机械抛光制备硅。在150微米宽的条带中形成n掺杂基极，且在50微米宽的条带中形成p掺杂发射器。基极及发射器的条带间隔150微米。在将硅层压到玻璃之前，利用PECVD将65nmSiNx电介质层施加到晶片的太阳侧。在将晶片层压到玻璃之后，使用PECVD在低于300℃的温度下将65nm SiNx电介质层施加到晶片的装置侧。随后，在氮化硅层上溅镀200nm氧化硅层。使用光刻图案化电介质层以穿过氧化硅及氮化硅层直到掺杂触点的暴露部分形成呈15微米宽条带形式的窗。在图案化电介质上沉积2微米厚的铝层，且使用光刻将铝图案化成两个集电器。一个集电器连接n掺杂域且另一集电器连接p掺杂域，其中集电器之间有150微米间距。
装置具有6.25cm2的面积。在一个太阳条件下测试装置。电池的性能示于图20中。电池的效率为6.7％且开路电压为0.507伏特。
上述实施例打算为阐释性而非限制性的。其它实施例也在权利要求书内。另外，尽管本文已参照特定实施例对本发明予以阐述，但所属领域技术人员将认识到，可在形式及细节上作出改动，此并不背离本发明的精神及范围。提及上述文献的任何纳入均受限以便并不纳入与本文的明确揭示内容相反的标的物。

Claims (4)

1.一种沿所选图案掺杂半导体的方法，所述方法包含：
沿表面在多个所选位置处以脉冲方式输送能量束以在所述所选位置处将第一掺杂剂从掺杂剂源驱入半导体层中以形成第一掺杂域，其中所述掺杂剂源是以实质上覆盖所述半导体层的层形式来形成；
移除所述第一掺杂剂源；
沉积包含第二掺杂剂的第二掺杂剂源以实质上覆盖所述半导体层；及
沿表面在多个所选位置处以脉冲方式输送能量束以在所述所选位置处将所述第二掺杂剂驱入半导体层中以形成第二掺杂域。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述能量束包含红外激光。
3.根据权利要求2所述的方法，其中将所述掺杂剂向下驱动到约100nm到约5微米的深度。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一掺杂域包含具有平均长度是平均宽度的至少约10倍的比率的条带。
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