CN106170870A - 太阳能电池的金属化 - Google Patents

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Abstract

本文描述了太阳能电池的金属化方法以及所得的太阳能电池。在一个例子中，制造太阳能电池的方法涉及在基板中或基板上方形成多个交替的N型区和P型区。该方法还涉及在多个交替的N型区和P型区上形成金属晶种层。该方法还涉及在与交替的N型区和P型区之间的位置对准的区域处对金属晶种层的至少一部分进行图案化。所述方法还涉及在所述图案化之后，在所述交替的N型区和P型区之间的所述位置处进行蚀刻以形成沟槽，从而将所述交替的N型区和P型区彼此隔离。

Description

太阳能电池的金属化
技术领域
本公开的实施例属于可再生能源领域，具体地讲，包括太阳能电池的金属化方法以及所得的太阳能电池。
背景技术
光伏电池(常被称为太阳能电池)是熟知的用于将太阳辐射直接转换为电能的装置。一般来讲，使用半导体加工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。照射在基板表面上并进入基板内的太阳辐射在基板块体中形成电子和空穴对。电子和空穴对迁移至基板中的p掺杂区和n掺杂区，从而使掺杂区之间生成电压差。将掺杂区连接至太阳能电池上的导电区，以将电流从电池引导至与其耦接的外部电路。
效率是太阳能电池的重要特性，因其直接与太阳能电池发电能力有关。同样，制备太阳能电池的效率直接与此类太阳能电池的成本效益有关。因此，提高太阳能电池效率的技术或提高制造太阳能电池效率的技术是普遍所需的。本公开的一些实施例允许通过提供制造太阳能电池结构的新工艺而提高太阳能电池的制造效率。本公开的一些实施例允许通过提供新型太阳能电池结构来提高太阳能电池效率。
附图说明
图1A、图1B、图1C(i)至图1C(iv)以及图1D至图1F示出根据本公开的实施例的太阳能电池制造中各个阶段的剖视图，其中：
图1A示出太阳能电池制造中在形成于基板上方的半导体层中形成多个交替的N型区和P型区之后的阶段；
图1B示出在图1A的半导体层上形成金属晶种层之后的结构；
图1C(i)至图1C(iv)示出在图1B的与交替的N型区和P型区之间的位置对准的区域处对金属晶种层的至少一部分进行图案化之后的结构的四个选项；
图1D示出在图1C(i)至图1C(iv)的交替的N型区和P型区之间的位置处在半导体层中形成沟槽后的结构；
图1E示出在图1D的沟槽中形成钝化材料后的结构；以及
图1F示出在图1E的结构上使晶种层部分暴露并在暴露的部分上镀覆触点结构之后的结构。
图2是根据本公开的实施例的流程图，该流程图列出制造太阳能电池的方法中与图1A、图1B、图1C(i)至图1C(iv)和图1D对应的的操作。
图3A至图3C示出根据本公开的另一个实施例的另一种太阳能电池制造中各个阶段的剖视图，其中：
图3A示出在图1B的金属晶种层上形成抗蚀层之后的结构；
图3B示出在图3A的与交替的N型区和P型区之间的位置的对准的区域处对金属晶种层的至少一部分进行图案化之后的结构；以及
图3C示出在图3B的交替的N型区和P型区之间的位置处在半导体层中形成沟槽，并在沟槽中形成钝化材料之后，以及在使晶种层部分暴露并在暴露的部分上镀覆触点结构之后的结构。
图4A至图4C示出根据本公开的另一个实施例的另一种太阳能电池制造中各个阶段的剖视图，其中：
图4A示出在金属晶种层上形成金属箔层之后图1B的结构；
图4B示出在图4A的与交替的N型区和P型区之间的位置对准的区域处对金属晶种层的至少一部分进行图案化之后的结构；以及
图4C示出在图4B的交替的N型区和P型区之间的位置处在半导体层中形成沟槽，并在沟槽中形成钝化材料之后的结构。
具体实施方式
以下具体实施方式本质上只是例证性的，并非意图限制所述主题的实施例或此类实施例的应用和用途。如本文所用，词语“示例性”意指“用作例子、实例或举例说明”。本文描述为示例性的任何实施未必理解为相比其 他实施优选的或有利的。此外，并不意图受前述技术领域、背景技术、发明内容或以下具体实施方式中提出的任何明示或暗示的理论的约束。
本说明书包括对“一个实施例”或“实施例”的提及。短语“在一个实施例中”或“在实施例中”的出现不一定是指同一实施例。特定的特征、结构或特性可以任何与本公开一致的合适方式加以组合。
术语。以下段落提供存在于本公开(包括所附权利要求书)中的术语的定义和/或语境：
“包括”。该术语是开放式的。如在所附权利要求书中所用，该术语并不排除另外的结构或步骤。
“被配置为”。各种单元或部件可被描述或主张成“被配置为”执行一项或多项任务。在这样的语境下，“被配置为”用于通过指示该单元/部件包括在操作期间执行一项或多项那些任务的结构而暗示结构。因此，即使当指定的单元/部件目前不在操作(例如，未开启/激活)时，也可将该单元/部件说成是被配置为执行任务。详述某一单元/电路/部件“被配置为”执行一项或多项任务明确地意在对该单元/部件而言不援用35U.S.C.§112第六段。
如本文所用的“第一”、“第二”等这些术语用作其之后的名词的标记，而并不暗示任何类型的顺序(例如，空间、时间和逻辑等)。例如，提及“第一”太阳能电池并不一定暗示该太阳能电池为某一序列中的第一个太阳能电池；相反，术语“第一”用于区分该太阳能电池与另一个太阳能电池(例如，“第二”太阳能电池)。
“耦接”–以下描述是指元件或节点或结构特征被“耦接”在一起。如本文所用，除非另外明确指明，否则“耦接”意指一个元件/节点/结构特征直接或间接连接至另一个元件/节点/结构特征(或直接或间接与其连通)，并且不一定是机械耦接。
此外，以下描述中还仅为了参考的目的使用了某些术语，因此这些术语并非意图进行限制。例如，诸如“上部”、“下部”、“上方”或“下方”之类的术语是指附图中提供参考的方向。诸如“正面”、“背面”、“后面”、“侧面”、“外侧”和“内侧”之类的术语描述部件的某些部分在一致但任意的参照系内的取向和/或位置，通过参考描述所讨论的部件的文字和相关的附图可以清楚 地了解所述取向和/或位置。这样的术语可以包括上面具体提及的词语、它们的衍生词语以及类似意义的词语。
本文描述太阳能电池金属化的方法以及所得太阳能电池。在下面的描述中，给出了许多具体细节，诸如具体的工艺流程操作，以便提供对本公开的实施例的透彻理解。对本领域的技术人员将显而易见的是可在没有这些具体细节的情况下实施本公开的实施例。在其他情况中，没有详细地描述熟知的制造技术，诸如平版印刷和图案化技术，以避免不必要地使本公开的实施例难以理解。此外，应当理解在图中示出的多种实施例是示例性的展示并且未必按比例绘制。
本文公开了制造太阳能电池的方法。在一个实施例中，制造太阳能电池的方法涉及在基板中或在基板上方形成多个交替的N型区和P型区。该方法还涉及在多个交替的N型区和P型区上形成金属晶种层。该方法还涉及在与交替的N型区和P型区之间的位置对准的区域处对金属晶种层的至少一部分进行图案化。该方法还涉及图案化之后，在交替的N型区和P型区之间的位置处进行蚀刻以形成沟槽，从而将交替的N型区和P型区彼此隔离。
本文还公开了太阳能电池。在一个实施例中，太阳能电池包括基板。在基板中或在基板上方设置有半导体发射极区域。触点结构被电连接到半导体发射极区域并且包括：设置在半导体发射极区域的最上表面上并覆盖所述最上表面的金属晶种材料，以及设置在整个金属晶种材料上并覆盖整个金属晶种材料的金属箔材料。
在另一个实施例中，太阳能电池包括基板。在基板中或在基板上方设置有半导体发射极区域。触点结构被电连接到半导体发射极区域并且包括：设置在半导体发射极区域的最上表面上并覆盖所述最上表面的金属晶种材料，以及设置在金属晶种材料上的抗蚀材料，所述抗蚀材料具有形成于其中的使金属晶种材料的一部分暴露的开口。触点结构还包括设置在抗蚀材料的开口中并且与金属晶种材料接触的金属结构。
本文所述的一个或多个实施例涉及一体化金属太阳能电池架构。这些实施例可涉及在硅沟槽蚀刻工艺期间使用纹理化湿法蚀刻工艺对部分刻绘的金属晶种层进行图案化。其他实施例涉及穿过金属晶种层的整个深度 进行激光刻绘。可使用本文所述的方法来简化传统的制造方案。在一些实施例中，在基板钝化和纹理化操作之前执行金属化处理。
为说明背景，涉及在基板上方形成发射极区域的背接触太阳能电池制造会很复杂和昂贵。此外，一种或多种高温处理操作通常与一些处理方案有关，例如针对磷(P)类操作的温度高于800摄氏度的处理。此类高温处理通常由于相关的高温炉中的扩散和污染而排除金属的使用。因此，常规处理方案通常涉及在太阳能电池已被钝化后进行金属化。
对于一些高效背接触背结太阳能电池，由P与N界面形成的结是高重组的区域，必须通过在P区和N区之间形成“沟槽”(如图1F中的116所示)来去除所述结，如下文所述。在背面的Si中形成沟槽通常还需要使沟槽钝化以便保持高效。在随后的有源半导体金属化期间，还对金属进行图案化并且在P区和N区之间隔离开来。用于硅半导体的典型蚀刻剂是水性氢氧化物。这种化学方法对金属诸如铝也有蚀刻作用，因而在用这种化学方法进行蚀刻期间需要对此类金属(如果存在)进行保护。然而，在金属化步骤期间可使用基于KOH的化学方法(作为例子)来对铝金属化进行图案化。在该例子中，KOH在“前端”期间可用来对Si进行图案化和纹理化，然后在后端金属化期间可用来对铝进行图案化。这会造成冗长的图案化工艺操作序列：Si沟槽形成、掩蔽、蚀刻、接触开口、金属隔离等，以便形成叉指型背接触电池。
根据本公开的实施例，如果在Si沟槽形成之前使金属以地毯式沉积，则可将Si内的P区和N区两者隔离，同时将金属的两极隔离，并且可使用蚀刻化学方法在执行纹理化的同时完成图案化，从而消除这种冗长。由于此类工艺可能需要在钝化之前移动至少部分金属化序列，所以钝化操作的温度可受到限制，例如被限制到小于约400摄氏度。因而，根据本文所述的一个或多个实施例，描述了低温钝化方法，以便实现消除冗长操作的发射极/金属化工艺组合方案。
如联系另一个实施例所述，对于所述的由于存在沟槽而需要在正面和背面进行纹理化的太阳能电池，通过(例如)基于氢氧化物的蚀刻将至少部分金属化序列移到纹理化之前，能够使用这种蚀刻来完成隔离步骤，并且/或者去除图案化步骤造成的破坏。因此，潜在的图案化选项(包括激光的使用)变得易行。
更具体地讲，本文所述的实施例能够实现简化的金属化方案，所述方案涉及低应力、直接对准以及可能的低温(例如小于约400摄氏度)处理。在一个实施例中，沟槽和接触掩模工艺组合方案有利于图案化以及减轻其他与沟槽形成相关的风险。在一个实施例中，在电池钝化之前执行金属晶种层的形成。在该实施例中，可使用钝化操作来对金属晶种层进行退火，以提供对下层硅发射极区域的良好附着性，并且可消除额外的退火操作。在其他实施例中，可将金属箔并入工艺流程中。
在第一方面，图1A、图1B、图1C(i)至图1C(iv)以及图1D至图1F示出根据本公开的实施例的太阳能电池制造中各个阶段的剖视图。图2是根据本公开的实施例的流程图200，该流程图列出制造太阳能电池的方法中与图1A、图1B、图1C(i)至图1C(iv)和图1D对应的操作。
图1A示出太阳能电池制造中在形成于基板上方的半导体层中形成多个交替的N型区和P型区之后的阶段。参见图1A和流程图200的相应操作202，在形成于基板100上方的半导体层104中形成了多个交替的N型区106和P型区108。具体地讲，在基板100和设置于其上方的N型半导体区106和P型半导体区108之间设置有薄介电材料102，作为N型半导体区106或P型半导体区108各自与基板100之间的介入材料。基板100具有与背表面相背对的光接收表面101，该背表面上方形成有N型半导体区106和P型半导体区108。
在一个实施例中，基板100是单晶硅基板，诸如块体单晶N型掺杂硅基板。然而，应当认识到，基板100可以是设置在整个太阳能电池基板上的层，诸如多晶硅层。在一个实施例中，薄介电层102是厚度为约2纳米或更小的隧穿氧化硅层。在一个此类实施例中，术语“隧穿介电层”是指非常薄的介电层，通过该介电层可实现电传导。传导可由于量子隧穿和/或通过介电层中的薄点直接物理连接的较小区域的存在而造成。在一个实施例中，隧穿介电层为薄氧化硅层或包括薄氧化硅层。
在一个实施例中，具有多个交替的N型区106和P型区108的半导体层104由多晶硅形成，所述多晶硅通过(例如)使用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)工艺形成。在一个此类实施例中，N型多晶硅区106被掺杂有N型杂质，诸如磷。P型多晶硅区108被掺杂有P型杂质，诸如硼。
图1B示出在图1A的半导体层上形成金属晶种层之后结构。参见图1B和流程图200的对应操作204，在半导体层104上形成了金属晶种层110。
在一个实施例中，金属晶种层110包括含量大于约97％的铝和含量约在1％至2％范围内的硅。在一个此类实施例中，金属晶种层110包括第一金属层、第二金属层和第三金属层，第一金属层包括含量大于约97％的铝和含量约在1％至2％范围内的硅，第二金属层包括钛和钨(TiW)，第三金属层包括铜。在另一个实施例中，金属晶种层110包括第一金属层和第二金属层，第一金属层包括含量大于约97％的铝和含量约在1％至2％范围内的硅，第二金属层包括镍。
在另一个实施例中，尽管未示出，但在半导体层104表面上形成有介电层，诸如氧化硅层，该介电层被图案化以使半导体层104表面部分地暴露，然后整个表面被覆盖在金属晶种层110中。在该实施例中，由于氧化物与金属晶种层相比具有与Si更好地匹配的折射率，因此包含薄氧化物层可以增强光学性能。
图1C(i)至图1C(iv)示出在图1B的与交替的N型区和P型区之间的位置对准的区域处对金属晶种层的至少一部分进行图案化之后的结构的四个选项。参见图1C(i)至图1C(iv)和流程图200的对应操作206，在分别与交替的N型区106和P型区108之间的位置对准的区域处对金属晶种层110的至少一部分进行了激光烧蚀。所述图案化在交替的N型区106和P型区108之间形成沟槽112。在一个实施例中，所述图案化通过使用激光烧蚀来实现。
具体参见图1C(i)，在一个实施例中，金属晶种层110的图案化被执行为穿过整个金属晶种层110、穿过整个半导体层104以及可能穿过薄介电材料102并且进入基板100中。具体参见图1C(ii)，在另一个实施例中，金属晶种层110的图案化被执行为仅穿过金属晶种层110的一部分。具体参见图1C(iii)，在另一个实施例中，金属晶种层110的图案化被执行为穿过整个金属晶种层110但不延伸到整个半导体层104中。具体参见图1C(iv)，在另一个实施例中，金属晶种层110的图案化被执行为穿过整个金属晶种层110并且延伸到半导体层104中但不穿过半导体层。
图1D示出在图1C(i)至图1C(iv)的交替的N型区和P型区之间的位置处在半导体层中形成沟槽后的结构。参见图1D和流程图200的对应操作208，在交替的N型区106和P型区108之间的位置处在半导体层104中形成了沟槽114，从而将交替的N型区106和P型区108彼此隔离。
参见图1D，不管沟槽112(图1C(i)至图1C(iv)中示出其各种例子)的深度范围如何，沟槽114被形成为穿过整个金属晶种层110、穿过整个半导体层104、穿过薄介电材料102并且进入基板100中。在一个实施例中，为形成沟槽114而执行的蚀刻涉及使用氢氧化物水溶液进行蚀刻。在一个实施例中，如图1D所示，为形成沟槽114而执行的蚀刻涉及对光接收表面101和沟槽114的底部两者进行纹理化以形成纹理化表面116。在一个实施例中，所述蚀刻涉及去除源自图案化工艺的任何损伤，例如源自基于激光的图案化的热影响区或任何光学损伤，或源自任何基于机械的图案化的机械损伤。在一个实施例中，纹理化表面可以是具有规则或不规则形状的表面，该表面用于对入射光进行散射，从而减少反射离开太阳能电池的暴露基板100表面的光量。在一个实施例中，金属层110在蚀刻工艺期间被用作抗蚀剂，以充当蚀刻工艺的掩模。在一个实施例中，将相对厚的金属(例如，大于约20微米)结合到金属晶种层，并且与金属晶种层一起被图案化，使得厚金属层作为抗蚀剂。在一个具体实施例中，选择所述厚度时考虑蚀刻期间消耗掉的部分，而最终厚度仍足以实现成品装置的电性能和机械性能。
图1E示出在图1D的沟槽中形成钝化材料后的结构。参见图1E，在沟槽114中形成了钝化材料层118，并且在一个实施例中，钝化材料层覆盖金属晶种层110。在一个实施例中，钝化材料层118是底部抗反射涂层(BARC)材料或其他钝化材料，诸如氮化硅。在一个实施例中，钝化层进一步提供反向偏置击穿，这通常通过高温POCl3扩散操作来获得。没有此类扩散步骤，沟槽便未被轻掺杂并且可能无法提供击穿路径。为使反向偏置击穿保持在小于约5V的范围内，可使用诸如SiN与a-Si、掺杂的a-Si、AlOx或其他高带隙介电材料结合的钝化材料。
图1F示出在图1E的结构上使晶种层部分暴露并在暴露的部分上镀覆触点结构之后的结构。参见图1F，通过(例如)利用激光烧蚀来对钝化材料层118进行图案化，使金属晶种层部分110暴露。然后，通过(例 如)用铜镀覆来在金属晶种层110的暴露部分上形成N型区106的触点结构120和P型区108的触点结构122。再次参见图1F，额外的实施例可包括在光接收表面101上形成钝化和/或抗反射涂层(ARC)(共同示为层124)。应当认识到，钝化和/或ARC层的形成时间可以不同。
参见图1F的结构，在一个实施例中，太阳能电池包括基板100。基板100的上方设置有半导体发射极区域106或108。在一个实施例中，在金属化之前，半导体中的掺杂剂(例如)借助热操作或激光操作被激活。在一个实施例中，通过(例如)局部或地毯式去除在任何掺杂剂激活之后可能存在的任何氧化物，来制备半导体层的表面以便接触金属。例如，在热激活的情况下，可能存在薄氧化物，这会是金属触点的障碍。触点结构被电连接到半导体发射极区域106或108，并且包括设置在半导体发射极区域106或108的最上表面上并覆盖所述最上表面的金属晶种材料110。金属晶种材料110上设置有钝化材料118。然后，部分地或完全地穿过晶种堆形成沟槽116，以便将金属和半导体的N区和P区两者隔离。然后蚀刻该结构以将沟槽和正表面纹理化并去除源自图案化工艺的任何损伤。钝化材料118具有形成于其中的开口，从而使金属晶种材料110的一部分暴露。触点结构还包括设置在钝化材料118的开口中并且与金属晶种材料110接触的金属结构120或122。在一个此类实施例中，基板100是N型单晶硅基板，半导体发射极区域106或108是N型或P型多晶硅发射极区域。金属晶种材料110包括第一部分，所述第一部分包括Ta、Ag或含量大于约97％的铝以及含量约在1％至2％范围内的硅。金属晶种层还包括第二部分或第三部分，所述第二部分或第三部分设置在第一部分上方并且包括钛和钨(TiW)或者包括镍。在一个实施例中，暴露于蚀刻剂的顶部金属晶种层具有抗蚀刻性。对于基于氢氧化物的蚀刻剂，这可包括Ni、Ta、Ag等的暴露部分。金属结构120或124包括通过钝化层结合到金属晶种层的镀覆的铜或金属箔(例如Al)。
在第二方面，在对金属晶种层进行图案化之前在金属晶种层上形成了抗蚀层。例如，图3A至图3C示出根据本公开的另一个实施例的另一种太阳能电池制造中各个阶段的剖视图。在金属晶种层的顶部形成抗蚀层能够保留原本会被例如基于氢氧化物的蚀刻剂蚀刻的顶层晶种层金属(例如Al、Cu)。这样，便可沉积仅含Al的晶种层，而这对于随后的铝箔结合步 骤可以是优选的。与此相反，Cu顶部晶种层对于基于镀覆的溶液可以是优选的。此外，根据钝化材料332和沉积方法而定，抗蚀材料330可防止侵蚀性气体的腐蚀。例如，已知的是，Cu晶种层会受到基于氨的气体腐蚀。由于在某些钝化层(例如SiN)的形成中可存在氨气，所以在沟槽钝化步骤期间必须保护顶部Cu晶种层。
图3A示出在图1B的金属晶种层上形成抗蚀层之后的结构。参见图3A，在金属晶种层110上形成了抗蚀层330。在一个实施例中，抗蚀层330是底部抗反射涂层(BARC)材料或其他钝化材料，诸如氮化硅。抗蚀层的其他可能材料包括以片材形式印刷、喷涂或沉积的氧化物、聚合物。
图3B示出在图3A的与交替的N型区和P型区之间的位置对准的区域处对金属晶种层的至少一部分进行图案化之后的结构。参见图3B，沟槽112被形成于抗蚀层330中并且至少部分地进入金属晶种层110中。虽然图3B中所示的沟槽112的深度范围与图1C(i)中所示的深度相似，但应当认识到，其他沟槽112深度范围也可以适用，诸如结合图1C(ii)至图1C(iv)所述的那些。在一个实施例中，所述图案化通过使用激光烧蚀来实现。
图3C示出在图3B的交替的N型区和P型区之间的位置处在半导体层中形成沟槽，并在沟槽中形成钝化材料之后，以及在使晶种层部分暴露并在暴露的部分上镀覆触点结构之后的结构。参见图3C，在交替的N型区106和P型区108之间的位置处在半导体层104中形成了沟槽(类似于结合图1D所述的沟槽114)，从而将交替的N型区106和P型区108彼此隔离。在沟槽中形成了钝化材料层332(其可类似于钝化材料层118)，并且在一个实施例中，该钝化材料层覆盖抗蚀层330。通过(例如)利用激光烧蚀来对钝化材料层332和抗蚀层330进行图案化，使金属晶种层部分110暴露。另选地，如果在钝化步骤期间不需要保护晶种层，则可在钝化之前(例如)通过墨条完全去除抗蚀层330。然后，通过(例如)用铜镀覆来在金属晶种层110的暴露部分上形成N型区106的触点结构120和P型区108的触点结构122。再次参见图3C，额外的实施例可包括在光接收表面101上形成钝化和/或抗反射涂层(ARC)(共同示为层124)。应当认识到，钝化和/或ARC层的形成时间可以不同。
参见图3C的结构，在一个实施例中，太阳能电池包括基板100。基板100的上方设置有半导体发射极区域106或108。触点结构被电连接到半导体发射极区域(具有或不具有图案化的表面氧化物)106或108，并且包括设置在半导体发射极区域106或108的最上表面上并覆盖所述最上表面的金属晶种材料110。金属晶种材料110上设置有抗蚀剂330。沟槽被形成为至少部分地穿过抗蚀剂，以将半导体中的P区和N区以及金属晶种材料隔离。可使用蚀刻剂来对正面和沟槽进行纹理化，并去除源自沟槽图案化工艺的任何残留损伤。在蚀刻后，用钝化材料(诸如SiN、掺杂的无定形硅Si、AlOx)来将沟槽钝化。接着，抗蚀材料330和钝化材料332具有形成于其中的开口，从而使金属晶种材料110的一部分暴露。触点结构还包括设置在抗蚀材料330的开口中并且与金属晶种材料110接触的金属结构120或122。在一个此类实施例中，基板100是N型单晶硅基板，半导体发射极区域106或108是N型或P型多晶硅发射极区域。金属晶种材料110包括第一部分，所述第一部分包括含量大于约97％的铝和含量约在1％至2％范围内的硅。金属晶种层还可包括第二部分，所述第二部分设置在第一部分上方并且包括钛和钨(TiW)或者包括镍。金属结构120或124包括镀覆在所述开口中的铜，以及沉积或结合到金属晶种层的其他金属，诸如(印刷或激光结合的)铝。在一个实施例中，在抗蚀材料330上方包括有钝化层332。
在第三方面，在对金属晶种层进行图案化之前在金属晶种层上形成了金属箔层。例如，图4A至图4C示出根据本公开的另一个实施例的另一种太阳能电池制造中各个阶段的剖视图。
图4A示出在金属晶种层上形成金属箔层之后图1B的结构。参见图4A，在金属晶种层110上形成了金属箔层440。
在一个实施例中，金属箔层440是铝箔层。在一个此类实施例中，金属箔层440是厚度约在5微米至100微米范围内的铝(Al)箔，并且优选地厚度约在50微米至100微米范围内。在一个实施例中，通过使用诸如但不限于激光焊接工艺、热压缩工艺或超声结合工艺等技术将金属箔层440附接到多个金属晶种材料区域114。
图4B示出在图4A的与交替的N型区和P型区之间的位置对准的区域处对金属晶种层的至少一部分进行图案化之后的结构。参见图4B，沟 槽112被形成于金属箔层440中并且至少部分地进入金属晶种层110中。虽然图4B中所示的沟槽112的深度范围与图1C(i)中所示的深度相似，但应当认识到，其他沟槽112深度范围也可以适用，诸如结合图1C(ii)至图1C(iv)所述的那些。在一个实施例中，所述图案化通过使用激光烧蚀来实现。
图4C示出在图4B的交替的N型区和P型区之间的位置处在半导体层中形成沟槽、在沟槽中形成钝化材料以及在暴露和接触金属箔层部分之后的结构。参见图4C，在交替的N型区106和P型区108之间的位置处在半导体层104中形成了沟槽，从而将交替的N型区106和P型区108彼此隔离。在沟槽中形成了钝化材料层442(其可类似于钝化材料层118)，并且在一个实施例中，该钝化材料层覆盖金属箔层440。应当认识到，在基于箔的实施例中，可以不需要传统意义上的额外金属触点，因为箔已经是主要导体，不需要另外的金属作为辅助。可能需要的对箔的唯一接触是针对电池间的互连以及针对测试。在一个实施例中，通过刺穿钝化材料层442的部分来得到与金属箔层440的电接触。
参见图4C的结构，在一个实施例中，太阳能电池包括基板100。在基板100(其上形成或未形成薄氧化物)上方设置有半导体发射极区域106或108。触点结构被设置在半导体发射极区域上，并且包括设置在半导体发射极区域106或108的最上表面上并覆盖所述最上表面的金属晶种材料110。金属箔材料440被电连接到金属晶种材料110并且覆盖整个金属晶种材料。在一个此类实施例中，基板100是N型单晶硅基板，半导体发射极区域106或108是N型或P型多晶硅发射极区域，金属晶种材料110包括含量大于约97％的铝和含量约在1％至2％范围内的硅，并且金属箔材料440是铝金属箔。
虽然上文参考图1A、图1B、图1C(i)至图1C(iv)、图1D至图1F、图3A至图3C以及图4A至图4C具体地描述了某些材料，但对于仍然在本发明实施例的精神和范围内的其他此类实施例，可用其他材料容易地替换其中一些材料。例如，在一个实施例中，可使用不同材料的基板，诸如III-V族材料基板，来代替硅基板。在其他实施例中，基板是单晶硅基板，并且交替的N型和P型半导体区被形成于单晶硅基板中，而不是形成于基板 上方形成的多晶硅层中。在其他实施例中，上述方法可适用于太阳能电池以外的制造。例如，发光二极管(LED)的制造可受益于本文所述的方法。
由此，已公开太阳能电池金属化的方法以及所得的太阳能电池。
尽管上面已经描述了具体实施例，但即使相对于特定的特征仅描述了单个实施例，这些实施例也并非旨在限制本公开的范围。在本公开中所提供的特征的例子除非另有说明否则旨在为说明性的而非限制性的。以上描述旨在涵盖将对本领域的技术人员显而易见的具有本公开的有益效果的那些替代形式、修改形式和等效形式。
本公开的范围包括本文所公开的任何特征或特征组合(明示或暗示)，或其任何概括，不管其是否减轻本文所解决的任何或全部问题。因此，可以在本申请(或对其要求优先权的申请)的审查过程期间对任何此类特征组合提出新的权利要求。具体地讲，参考所附权利要求书，来自从属权利要求的特征可与独立权利要求的那些特征相结合，来自相应的独立权利要求的特征可以按任何适当的方式组合，而并非只是以所附权利要求中枚举的特定形式组合。
在一个实施例中，制造太阳能电池的方法包括在基板中或在基板上方形成多个交替的N型区的P型区。该方法还包括在所述多个交替的N型区和P型区上形成金属晶种层。该方法还包括在与交替的N型区和P型区之间的位置对准的区域处对金属晶种层的至少一部分进行图案化。该方法还包括图案化之后，在交替的N型区和P型区之间的位置处进行蚀刻以形成沟槽，从而将交替的N型区和P型区彼此隔离。
在一个实施例中，该方法还包括在图案化之前在金属晶种层上形成铝箔层，其中所述图案化还包括在与交替的N型区和P型区之间的位置对准的区域处对铝箔层进行图案化，而留出与交替的N型区和P型区对准的区域处的金属晶种层和铝箔层的剩余部分。
在一个实施例中，所述多个交替的N型区和P型区形成于基板上方形成的半导体层中，并且对金属晶种层的至少一部分进行图案化包括将图案化执行为穿过金属晶种层但不进入半导体层中，从而使交替的N型区和P型区之间的位置处的半导体层暴露，并且蚀刻以形成沟槽包括穿过半导体层的暴露位置进行蚀刻。
在一个实施例中，所述多个交替的N型区和P型区形成于基板上方形成的半导体层中，对金属晶种层的至少一部分进行图案化包括将图案化执行为穿过金属晶种层并部分地穿过半导体层，从而使交替的N型区和P型区之间的位置处的半导体层暴露，并且蚀刻以形成沟槽包括穿过半导体层的暴露位置进行蚀刻。
在一个实施例中，所述多个交替的N型区和P型区形成于基板上方形成的半导体层中，并且对金属晶种层的至少一部分进行图案化包括将图案化执行为仅部分地穿过金属晶种层，并且蚀刻以形成沟槽还包括穿过与交替的N型和P型半导体区之间的对准的位置处的金属晶种层的剩余部分进行蚀刻，以使交替的N型区和P型区之间的位置处的半导体层暴露，并且蚀刻以形成沟槽包括穿过半导体层的暴露位置进行蚀刻。
在一个实施例中，形成金属晶种层包括形成这样的金属层：该金属层包括含量大于约97％的铝和含量约在1％至2％范围内的硅。
在一个实施例中，该方法还包括在图案化之前在金属晶种层上形成抗蚀层，并且所述图案化还包括在与交替的N型区和P型区之间的位置对准的区域处对抗蚀层进行图案化，而留出与交替的N型区和P型区对准的区域处的金属晶种层和抗蚀层的剩余部分。
在一个实施例中，形成金属晶种层包括形成第一金属层、形成第二金属层和形成第三金属层，第一金属层包括含量大于约97％的铝和含量约在1％至2％范围内的硅，第二金属层包括钛和钨(TiW)，第三金属层包括铜。
在一个实施例中，该方法还包括蚀刻以形成沟槽之后，对抗蚀层的剩余部分进行图案化以使金属晶种层的剩余部分的区域暴露，并且在金属晶种层的剩余部分的暴露区域上镀覆金属触点特征。
在一个实施例中，该方法还包括至少在沟槽中形成钝化材料。
在一个实施例中，形成钝化材料还包括在与交替的N型区和P型区对准的金属晶种层的剩余部分上形成钝化材料，并且该方法还包括对钝化材料的部分进行图案化，以使金属晶种层的剩余部分的区域暴露，并且在金属晶种层的剩余部分的暴露区域上镀覆金属触点特征。
在一个实施例中，形成金属晶种层包括形成第一金属层和形成第二金属层，第一金属层包括含量大于约97％的铝和含量约在1％至2％范围内的硅，第二金属层包括镍。
在一个实施例中，所述多个交替的N型区和P型区形成于基板上形成的薄介电层上形成的多晶硅层中。
在一个实施例中，在半导体层中蚀刻以形成沟槽包括使用氢氧化物水溶液进行蚀刻。
在一个实施例中，对金属晶种层的至少一部分进行图案化包括对金属晶种层的所述部分进行激光烧蚀。
在一个实施例中，太阳能电池包括基板。在基板中或在基板上方设置有半导体发射极区域。触点结构被电连接到半导体发射极区域并且包括：设置在半导体发射极区域的最上表面上并覆盖所述最上表面的金属晶种材料，以及设置在整个金属晶种材料上并覆盖整个金属晶种材料的金属箔材料。
在一个实施例中，基板是N型单晶硅基板，半导体发射极区域是形成于基板上方的N型或P型多晶硅发射极区域，金属晶种材料包括含量大于约97％的铝和含量约在1％至2％范围内的硅，并且金属箔是铝金属箔。
在一个实施例中，太阳能电池包括基板。在基板中或在基板上方设置有半导体发射极区域。触点结构被电连接到半导体发射极区域并且包括：设置在半导体发射极区域的最上表面上并覆盖所述最上表面的金属晶种材料；设置在金属晶种材料上的抗蚀材料，所述抗蚀材料具有形成于其中的使金属晶种材料的一部分暴露的开口；以及设置在抗蚀材料的开口中并且与金属晶种材料接触的金属结构。
在一个实施例中，基板是N型单晶硅基板，半导体发射极区域是形成于基板上方的N型或P型多晶硅发射极区域，金属晶种材料包括至少第一部分和第二部分，第一部分包括含量大于约97％的铝和含量约在1％至2％范围内的硅，第二部分设置在第一部分上方并包括钛和钨(TiW)或者包括镍，并且金属结构包括铜。

Claims (20)

1.一种制造太阳能电池的方法，所述方法包括：
在基板中或在所述基板上方形成多个交替的N型区和P型区；
在所述多个交替的N型区和P型区上形成金属晶种层；
在与所述交替的N型区和P型区之间的位置对准的区域处对所述金属晶种层的至少一部分进行图案化；以及
所述图案化之后，在所述交替的N型区和P型区之间的所述位置处进行蚀刻以形成沟槽，从而将所述交替的N型区和P型区彼此隔离。
2.根据权利要求1所述的方法，还包括：
在所述图案化之前，在所述金属晶种层上形成铝箔层，其中所述图案化还包括：在与所述交替的N型区和P型区之间的所述位置对准的区域处对所述铝箔层进行图案化，而留下与所述交替的N型区和P型区对准的区域处的所述金属晶种层和所述铝箔层的剩余部分。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述多个交替的N型区和P型区形成于所述基板上方形成的半导体层中，其中对所述金属晶种层的所述至少一部分进行图案化包括进行图案化以穿过所述金属晶种层，但不进入所述半导体层中，从而暴露所述交替的N型区和P型区之间的所述位置处的所述半导体层，并且其中蚀刻以形成所述沟槽包括进行蚀刻以穿过所述半导体层的所暴露的位置。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述多个交替的N型区和P型区形成于所述基板上方形成的半导体层中，其中对所述金属晶种层的所述至少一部分进行图案化包括进行图案化以穿过所述金属晶种层并部分地穿过所述半导体层，从而暴露所述交替的N型区和P型区之间的所述位置处的所述半导体层，并且其中蚀刻以形成所述沟槽包括进行蚀刻穿过所述半导体层的所暴露的位置。
5.根据权利要求1所述的方法，其中所述多个交替的N型区和P型区形成于所述基板上方形成的半导体层中，其中对所述金属晶种层的所述至少一部分进行图案化包括进行图案化以仅部分地穿过所述金属晶种层，其中蚀刻以形成所述沟槽还包括进行蚀刻以穿过与所述交替的N型和P型半导体区之间的位置对准的所述金属晶种层的剩余部分，以暴露所述交替的N型区和P型区之间的所述位置处的所述半导体层，并且其中蚀刻以形成所述沟槽包括进行蚀刻以穿过所述半导体层的所暴露的位置。
6.根据权利要求2所述的方法，其中形成所述金属晶种层包括形成包括含量大于约97％的铝和含量约在1％至2％范围内的硅的金属层。
7.根据权利要求1所述的方法，还包括：
在所述图案化之前，在所述金属晶种层上形成抗蚀层，其中所述图案化还包括在与所述交替的N型区和P型区之间的所述位置对准的区域处对所述抗蚀层进行图案化，而留下与所述交替的N型区和P型区对准的区域处的所述金属晶种层和所述抗蚀层的剩余部分。
8.根据权利要求7所述的方法，其中形成所述金属晶种层包括形成包括含量大于约97％的铝和含量约在1％至2％范围内的硅的第一金属层，形成包括钛和钨(TiW)的第二金属层以及形成包括铜的第三金属层。
9.根据权利要求7所述的方法，还包括：
蚀刻以形成所述沟槽之后，对所述抗蚀层的所述剩余部分进行图案化，以暴露所述金属晶种层的所述剩余部分的区域；以及
在所述金属晶种层的所述剩余部分的所暴露的区域上镀覆金属触点特征部件。
10.根据权利要求1所述的方法，还包括：
至少在所述沟槽中形成钝化材料。
11.根据权利要求10所述的方法，其中形成所述钝化材料还包括在与所述交替的N型区和P型区对准的所述金属晶种层的剩余部分上形成所述钝化材料，所述方法还包括：
对所述钝化材料的部分进行图案化，以暴露所述金属晶种层的所述剩余部分的区域；以及
在所述金属晶种层的所述剩余部分的所暴露的区域上镀覆金属触点特征部件。
12.根据权利要求11所述的方法，其中形成所述金属晶种层包括形成包括含量大于约97％的铝和含量约在1％至2％范围内的硅的第一金属层，以及形成包括镍的第二金属层。
13.根据权利要求1所述的方法，所述多个交替的N型区和P型区形成于所述基板上形成的薄介电层上形成的多晶硅层中。
14.根据权利要求1所述的方法，其中蚀刻以在所述半导体层中形成所述沟槽包括使用氢氧化物水溶液进行蚀刻。
15.根据权利要求1所述的方法，其中对所述金属晶种层的所述至少一部分进行图案化包括对所述金属晶种层的所述部分进行激光烧蚀。
16.一种根据权利要求1所述的方法制造的太阳能电池。
17.一种太阳能电池，包括：
基板；
设置在所述基板中或所述基板上方的半导体发射极区域；以及
触点结构，所述触点结构被电连接到所述半导体发射极区域并且包括：
设置在所述半导体发射极区域的最上表面上并且覆盖所述最上表面的金属晶种材料；以及
设置在所述金属晶种材料上并且覆盖整个所述金属晶种材料的金属箔材料。
18.根据权利要求17所述的太阳能电池，其中所述基板是N型单晶硅基板，所述半导体发射极区域是形成于所述基板上方的N型或P型多晶硅发射极区域，所述金属晶种材料包括含量大于约97％的铝和含量约在1％至2％范围内的硅，并且所述金属箔是铝金属箔。
19.一种太阳能电池，包括：
基板；
设置在所述基板中或所述基板上方的半导体发射极区域；以及
触点结构，所述触点结构被电连接到所述半导体发射极区域并且包括：
设置在所述半导体发射极区域的最上表面上并且覆盖所述最上表面的金属晶种材料；
设置在所述金属晶种材料上的抗蚀材料，所述抗蚀材料具有形成于其中的使所述金属晶种材料的一部分暴露的开口；以及
设置在所述抗蚀材料的所述开口中并且与所述金属晶种材料接触的金属结构。
20.根据权利要求19所述的太阳能电池，其中所述基板是N型单晶硅基板，其中所述半导体发射极区域是形成于所述基板上方的N型或P型多晶硅发射极区域，其中所述金属晶种材料包括至少第一部分和第二部分，所述第一部分包括含量大于约97％的铝和含量约在1％至2％范围内的硅，所述第二部分设置在所述第一部分上方并包括钛和钨(TiW)或者包括镍，并且其中所述金属结构包括铜。
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