CN107408582A - 用于基于箔的太阳能电池金属化的厚损伤缓冲层 - Google Patents

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Abstract

本发明描述了基于箔的太阳能电池金属化的方法以及所得太阳能电池。还提供了一种方法，所述方法涉及图案化金属箔的第一表面以在所述金属箔中提供多个交替的凹槽和脊。在所述金属箔的所述凹槽中形成非导电材料区。所述金属箔位于设置在基板中或基板上方的多个交替的N型半导体区和P型半导体区上方，以提供与所述交替的N型半导体区和P型半导体区之间的位置对准的所述非导电材料区，并提供与所述交替的N型半导体区和P型半导体区对准的所述脊。所述金属箔的所述脊粘附至所述交替的N型半导体区和P型半导体区。在与所述非导电材料区对准的区域，所述金属箔被图案化为从所述金属箔的第二表面穿过所述金属箔。

Description

用于基于箔的太阳能电池金属化的厚损伤缓冲层
技术领域
本公开的实施例涉及可再生能源领域，具体地讲，包括基于箔的太阳能电池金属化的方法以及所得太阳能电池。
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半导体基板的表面附近形成p-n结，从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掺杂区域和n掺杂区域，从而在掺杂区域之间产生电压差。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至图1G示出了根据本公开实施例的使用基于箔的金属化的太阳能电池制造中各个阶段的剖视图，其中：
图1A和图1B示出了太阳能电池制造中涉及图案化金属箔的一个阶段；
图1C示出了太阳能电池制造中在图1B的图案化的箔的凹槽中形成隔离区之后的一个阶段；
图1D示出了太阳能电池制造中涉及图1C的金属箔与太阳能电池耦接的一个阶段；
图1E示出了太阳能电池制造中在图1C的金属箔与图1D的太阳能电池焊接之后的一个阶段；
图1F示出了太阳能电池制造中在图1E的金属箔的多个部分电隔离之后的一个阶段；以及
图1G示出了太阳能电池制造中移除图1F的暴露的非导电材料区之后的可选阶段。
图2为根据本公开的实施例的流程图，该流程图列出了与图1A至图1G相对应的太阳能电池的制造方法中的操作。
图3示出了根据本公开的实施例的图案化的金属箔的制造中的各个阶段的剖视图。
图4为根据本公开的实施例的流程图，该流程图列出了与图3相对应的太阳能电池的制造方法中的操作。
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“用作实例、例子或举例说明”。本文描述为示例性的任何实施未必理解为相比其他实施是优选的或有利的。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。
本说明书包括提及“一个实施例”或“实施例”。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，该术语并不排除其他结构或步骤。
“被配置为”。各个单元或部件可被描述或声明成“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，可以说是将单元/部件配置成即使当指定的单元/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。
“第一”、“第二”等。如本文所用，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/特征直接或间接连接至另一个元件/节点/特征(或直接或间接与其连通)，并且不一定是机械连接。
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”和“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。
“阻止”-如本文所用，阻止用于描述减小影响或使影响降至最低。当组件或特征被描述为阻止行为、运动或条件时，它可以完全防止某种结果或后果或未来的状态。另外，“阻止”还可以指减少或减小可能会发生的某种后果、表现和/或效应。因此，当组件、元件或特征被称为阻止结果或状态时，它不一定完全防止或消除该结果或状态。
本文描述了基于箔的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，诸如具体的糊剂组合物和工艺流程操作，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图案化金属箔的第一表面以在金属箔中提供多个交替的凹槽和脊。该方法还涉及在金属箔的凹槽中形成非导电材料区。该方法还涉及将金属箔定位在设置在基板中或基板上方的多个交替的N型半导体区和P型半导体区上方，以提供与交替的N型半导体区和P型半导体区之间的位置对准的非导电材料区，并提供与交替的N型半导体区和P型半导体区对准的脊。该方法还涉及将金属箔的脊粘附至交替的N型半导体区和P型半导体区。该方法还涉及在与非导电材料区对准的区域处，对金属箔进行图案化而从金属箔的第二表面穿过该金属箔。
在另一个实施例中，制造用于太阳能电池制造的图案化的金属箔的方法涉及激光烧蚀金属箔的表面，以在金属箔的表面中提供多个交替的凹槽和脊。该方法还涉及在金属箔的表面上施加糊剂，该糊剂填充金属箔表面的凹槽。该方法还涉及处理糊剂以在金属箔表面的凹槽中形成非导电材料区。
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。多个交替的N型半导体区域和P型半导体区域设置在基板中或基板上方。多个非导电材料区与交替的N型半导体区和P型半导体区之间的位置对准。多个非导电材料区包括粘合剂和不透明颜料。多个导电接触结构电连接到多个交替的N型半导体区和P型半导体区。每个导电接触结构包括设置在交替的N型半导体区和P型半导体区中的相应的一个上方并与之对准的金属箔部分。金属箔部分包括脊和悬空部分。所述脊与多个非导电材料区中的一个横向相邻，并且所述悬空部分在多个非导电材料区中的一个的上方。
本文所述的一个或多个实施例涉及用于太阳能电池的基于金属(诸如，铝)的金属化。一般的考虑是，背接触太阳能电池通常需要在太阳能电池的背面上具有两种极性的图案化金属。在由于成本、复杂性或效率原因而无法得到预图案化金属的情况下，毯覆式金属的低成本、低材料加工通常有利于基于激光的图案化方法。在一个实施例中，公开了一种用于叉指背接触(IBC)太阳能电池的铝金属化工艺。在一个实施例中，参考了M2-M1工艺，其中M2层可由金属箔制造，而M1层是形成在太阳能电池一部分上的金属层(可称为晶种层)。
就高效电池而言，电池背面的金属图案化工艺通常必须满足两点要求：(1)金属完全隔离，以及(2)无损加工。对于大规模生产而言，可能还需要该工艺为高产能工艺，例如每小时产能大于500个晶片。对于复杂的图案，使用激光对硅顶部上的厚金属(例如，大于1微米)或高反射性金属(例如，铝)进行图案化可在生产中引起实质性的产能问题。以高速率烧蚀厚金属和/或高反射性金属所需的能量需要超过下面发射极的损伤阈值的激光能量(例如，大于1J/cm2)，因此可能产生产能问题。由于使金属完全隔离的必要性和金属厚度与激光能量的变化，金属图案化中常常发生过度蚀刻。特别是，似乎没有高产能/低成本的单一激光能量窗口可以完全移除金属而又不使发射极暴露于破坏性激光束下。
为了提供另外的语境，下一代太阳能电池所面临的主要问题是，当使用激光器对电池上的金属结构进行图案化时可能发生的对光伏电池性能的激光损伤。当使用激光器完全电隔离金属结构时，金属必须被完全切割，并且一些激光能量可到达下面的结构，从而造成损伤。本文所述的一个或多个实施例被设计成提供用作损伤缓冲材料的材料，从而防止激光能量损伤临界电池组件，同时仍允许完全的金属隔离。更具体地讲，在一些实施例中，描述了具有无机(或其他)粘合剂的介电激光停止材料层。例如，丝网印刷糊剂可适于用作介电激光停止层(或损伤缓冲层)。在一个实施例中，糊剂包含不透明颜料、有机载体以及无机粘合剂材料，以提高抗激光烧蚀性和材料粘合性。
根据本公开的一个或多个实施例，公开了一种针对电池金属的激光图案化使用厚损伤缓冲材料的方法。例如，下文更详细地描述了使用损伤缓冲层在电池顶部的金属箔的激光图案化期间保护电池的改进方法。这种方法能够使用较厚的损伤缓冲层来完全保护下面的电池，同时允许M2和M1之间接触良好，这是良好焊接所必需的。不使用这种损伤缓冲材料，直接穿过金属箔进行的激光图案化通常对下面的电池造成一定程度的损伤。
本文所描述的方法的优点包括但不限于以下优点中的一个或多个：(1)在装配期间保持良好的箔与电池接触的能力，而不受突出的缓冲材料或糊剂的阻碍，例如，提供有效的平面工艺；(2)使用大量聚合物缓冲材料来改善后续开槽而不损伤下面的电池的能力；(3)可能包含内置气隙，以帮助保护下面的电池在开槽过程中免受热损伤(可使用更快更强的激光切割，(4)使用较厚的损伤缓冲层，同时仍保持M2和M1紧密接触。在下文中将更详细地描述受益于这些优点的示例性实施例。
在可受益于上述包括其中的非导电材料区的图案化金属箔的处理的示例性示例中，激光刻槽方法提供了用于叉指背接触太阳能电池的新的电极图案化方法。可实施这种方法的实施例来为晶片上Al箔的图案化提供一种无损的方法，避免复杂的对齐和/或掩蔽工艺。例如，图1A至图1G示出了根据本公开实施例的使用基于箔的金属化的太阳能电池制造中各个阶段的剖视图。图2为根据本公开的实施例的流程图，该流程图列出了与图1A至图1G相对应的太阳能电池的制造方法中的操作。
图1A和图1B示出了太阳能电池制造中涉及图案化金属箔的一个阶段。参见图1A和图1B以及流程图200的对应操作202，制造太阳能电池的方法涉及图案化金属箔180的第一表面以提供具有多个交替的凹槽186和脊187的图案化的金属箔184。
在一个实施例中，图案化金属箔的第一表面通过激光烧蚀182金属箔180的总厚度的大约90％至95％范围内的厚度。在一个示例性实施例中，金属箔180为铝(Al)箔，其厚度大约在5至100微米范围内，优选地大约在50至100微米范围内。在一个实施例中，Al箔为包含铝和第二元素(例如但不限于铜、锰、硅、镁、锌、锡、锂或它们的组合)的铝合金箔。在一个实施例中，Al箔为回火级(temper grade)箔，例如但不限于F级(自由状态)、O级(全软)、H级(应变硬化)或T级(热处理)。在另一个实施例中，使用铜箔或支撑在载体上的铜层“金属箔”。在一些实施例中，保护层(诸如，锌酸盐层)被包括在金属箔的一侧或两侧。
图1C示出了太阳能电池制造中在图1B的图案化的箔的凹槽中形成隔离区之后的一个阶段。参考图1C和流程图200的对应操作204，该方法还涉及在图案化的金属箔184中的凹槽186中形成非导电材料区188。
在一个实施例中，非导电材料区188通过在凹槽186内施加糊剂然后固化该糊剂来在图案化的金属箔184的凹槽186中形成。在一个这样的实施例中，非导电材料区188最终形成有粗糙表面190，其中粗糙表面的至少一些部分在图案化的金属箔184的脊187下方。在一个实施例中，图案化金属箔180的第一表面和形成非导电材料区188两者都作为基于滚压的工艺进行，例如规模大于太阳能电池的一般尺寸。
在非导电材料区188通过首先形成糊剂然后固化该糊剂形成的情况下，在一个实施方案中，糊剂包括粘合剂、不透明颜料和与粘合剂和不透明颜料混合的有机介质。固化可涉及从糊剂中移除实质上所有的有机介质。在一个这样的实施例中，不透明颜料是诸如但不限于氧化钛、硫酸钡(BaSO4)、硫化锌(ZnS)、氧化锆(ZrO2)、氧化铝、碳黑或碳纳米管。在一个实施例中，粘合剂是无机粘合剂，诸如但不限于硅氧烷、倍半硅氧烷或非硅醇盐。在另一个实施例中，粘合剂是有机粘合剂，诸如但不限于聚酰亚胺或纤维素衍生物。在一个实施例中，有机介质是诸如但不限于乙基纤维素、萜品醇、乙二醇醚或乙酸2-丁氧基乙酯。应当理解，除了不透明颜料、粘合剂和有机介质之外，糊剂还可包括一种或多种添加剂，诸如分散剂、粘度调节剂、稀释剂、粘合促进剂、润湿剂、消泡剂等。
图1D示出了太阳能电池制造中涉及图1C的金属箔与太阳能电池耦接的一个阶段。参考图1D和流程图200的对应操作206，该方法还涉及将图案化的金属箔184定位在设置在基板100中或其上方的多个交替的N型半导体区和P型半导体区104/106上方。可涉及施加真空的定位或装配提供与交替的N型半导体区和P型半导体区104/106之间的位置对准的非导电材料区188，并提供与交替的N型半导体区和P型半导体区104/106对准的图案化的金属箔184的脊。
在一个实施例中，可选地使用载体基板将图案化的金属箔184递送至基板100。载体可以是永久的或临时的，因为其可包括在最终结构中或可不包括在最终结构中。在这种载体是临时的情况下，其可以是可重复使用的或是一次性的。在任何情况下，可实现这种用于箔的载体以在处理操作期间支撑箔，否则可能使箔扭曲或限制精细对准的能力。
再次参见图1D的具体示例，在基板100上方(不是内部)形成多个交替的N型半导体区和P型半导体区104/106。在一个具体实施例中，在基板100和设置于其上方的N型半导体区104和P型半导体区106之间设置有薄介电材料102，作为N型半导体区104或P型半导体区106各自与基板100之间的介入材料。基板100具有与背表面相对的光接收表面101，N型半导体区域104和P型半导体区域106在所述背表面上方形成。
在一个实施例中，基板100为单晶硅基板，诸如块体单晶N型掺杂硅基板。然而，应当理解，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，薄电介质层102为厚约2纳米或更小的隧道氧化硅层。在一个这样的实施例中，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。在其他实施例中，N型发射极区和P型发射极区形成在基板本身中，在这种情况下，将不包括不同的半导体区(例如，区域104和区域106)和介电层102。
在一个实施例中，交替的N型半导体区域104和P型半导体区域106分别为成形的多晶硅，该多晶硅通过例如采用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)法形成。在一个这样的实施例中，N型多晶硅发射极区域104掺有N型杂质，例如磷。P型多晶硅发射极区域106掺有P型杂质，例如硼。虽然在图1D中未示出，但交替的N型半导体区104和P型半导体区106可具有形成于两者之间的沟槽，所述沟槽部分地延伸到基板100中。另外，在一个实施例中，虽然未示出，但在交替的N型半导体区104和P型半导体区106上可形成底部抗反射涂层(BARC)材料或其他保护层(诸如，非晶硅层)。
在一个实施例中，光接收表面101是纹理化光接收表面，如图1D所示。在一个实施例中，采用基于氢氧化物的湿法蚀刻剂来使基板100的光接收表面101纹理化。在一个实施例中，纹理化表面可为具有规则或不规则形状的表面，该表面用于散射入射光，从而减少从太阳能电池的光接收表面101反射离开的光量。再次参见图1D，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112)。
如上所述，在一个实施例中，图案化金属箔180的第一表面和形成非导电材料区188两者都作为基于滚压的工艺进行。在一个这样的实施例中，在形成非导电材料区188之后，并且在将图案化的金属箔184定位在多个交替的N型半导体区和P型半导体区104/106上方之前，将图案化的金属箔184切割成具有与基板100的周长实质上相同的周长。
图1E示出了太阳能电池制造中在图1C的金属箔与图1D的太阳能电池焊接之后的一个阶段。参见图1E和流程图200的对应操作208，该方法还涉及将图案化的金属箔184的脊粘附至交替的N型半导体区和P型半导体区104/106。在粘附后，金属箔可被称为金属2(M2)层126，其在随后的处理操作中最终被图案化。此外，非导电材料区188现在是太阳能电池的一部分的非导电材料区122，并且最终将有助于M2层126的图案化。应当理解，在一个实施例中，非导电材料区188的粗糙表面190在非导电材料区188和下面交替的N型半导体区和P型半导体区104/106之间提供气隙121。
在一个实施例中，使用一种技术诸如但不限于激光焊接工艺、热压缩工艺或超声波接合工艺，将图案化的金属箔184的脊粘附至交替的N型半导体区和P型半导体区104/106。在一个这样的实施例中，使用激光焊接工艺，并且在图案化的金属箔184和交替的N型半导体区和P型半导体区104/106之间形成焊缝128，如图1E所示。
虽然在图1D和图1E中未示出，但在定位图案化的金属箔184之前，形成多个金属晶种材料区(其可以是一个连续层的形式)，以在交替的N型半导体区和P型半导体区104/106中的每一个上提供金属晶种材料区。在一个这样的实施例中，将金属箔184粘附至交替的N型半导体区和P型半导体区104/106涉及将金属箔184粘附至多个金属晶种材料区。在一个这样的具体实施例中，金属晶种材料区是铝区，每个铝区的厚度大约在0.3微米至20微米的范围内，并且由大于约97％的量的铝组成，并且硅的量大约在0至2％的范围内。
图1F示出了太阳能电池制造中在图1E的金属箔的多个部分电隔离之后的一个阶段。参见图1F和流程图200的对应操作210，该方法还涉及在与非导电材料区122对准的区域处，对金属箔126进行图案化而从金属箔126的背面(第二表面)穿过金属箔126。金属箔的第二图案化(或刻槽)提供电隔离区127或图案化的金属箔片126的碎片，它们形成用于太阳能电池下面的发射极区的接触结构。
在一个实施例中，通过激光烧蚀130而从金属箔126的背面穿过金属箔126来对金属箔126进行图案化。在至少在一定程度上使用激光烧蚀130来图案化金属箔126的情况下，应当理解，可调整激光参数，使得非导电材料区122吸收达激光照射的波长和/或频率。
在其他实施例中，代替激光烧蚀或与激光烧蚀组合，使用机械切割诸如“吻切”或铣削或刻绘来图案化金属箔126穿过金属箔126。在这种实施例中，非导电材料区122在图案化工艺中用作顺应型层，并且可以是例如橡胶或PET型材料。
在其他实施例中，代替激光烧蚀或与激光烧蚀组合，可使用毯覆式或印刷化学蚀刻剂来对金属箔126进行图案化而穿过金属箔126。在这种实施例中，非导电材料区122可提供蚀刻停止件，并且可由例如丙烯酸材料、聚烯烃或甲基丙烯酸酯组成。
在一个实施例中，通过激光烧蚀130对金属箔126进行图案化从金属箔126的第二表面(背面)穿过金属箔126会暴露非导电材料区122，如图1F所示。在一个实施例中，在通过激光烧蚀130图案化金属箔126的期间，非导电材料区122保护交替的N型半导体区和P型半导体区104/106、保护基板100或保护两者。在一个实施例中，气隙121保护太阳能电池下面的发射极区免受热损伤，例如在金属箔126图案化期间。尽管如此，在这种激光刻槽期间非导电材料区122的厚度足以(例如，远大于10微米)保护电池，并且可被称为损伤缓冲区。
图1G示出了太阳能电池制造中移除图1F的暴露的非导电材料区之后的可选阶段。参见图1G，在一个实施例中，该方法还涉及移除194非导电材料区122的至少一部分。在一个这样的实施例中，从金属箔的剩余部分127的第二表面(背面)进行移除。在一个这样的实施例中，非导电材料区122的剩余部分使用溶剂或臭氧移除。在这样的实施例中，还可移除来自图案化操作的残余金属或金属残留物。应当理解，可以不执行这样的可选操作，并且可将非导电材料区122(或其部分)保留在最终结构中。
本文所描述的实施例包括根据上述方法中的一种或多种制造太阳能电池。再次参件图1F和图1G，在一个实施例中，太阳能电池包括基板100。多个交替的N型半导体区104和P型半导体区106设置在基板100中或基板100上方。
具体参见图1F，多个非导电材料区122与交替的N型半导体区和P型半导体区104/106之间的位置对准。在一个实施例中，多个非导电材料区122包括粘合剂和不透明颜料。具体参见图1G，可移除多个非导电材料区122。在任一种情况下，无论是保留还是移除，在一个实施例中，非导电材料区122的粘合剂是纤维素或倍半硅氧烷，并且不透明颜料是氧化钛(TiO2)或钙碳酸盐(CaCO3)。
参见图1F和图1G两者，在一个实施例中，多个导电接触结构(例如，通过焊缝128)电连接至多个交替的N型半导体区和P型半导体区104/106。每个导电接触结构包括设置在交替的N型半导体区和P型半导体区104/106中的对应的一者上方并与其对准的金属箔部分127。在一个实施例中，金属箔部分包括铝。在一个实施例中，金属箔部分127包括脊(在焊缝128处连接)和悬空部分129。在一个实施例中，每个导电接触结构还包括直接设置在交替的N型半导体区和P型半导体区之间的金属晶种层和金属箔部分127的对应的脊。在图1F的情况下，脊与多个非导电材料区122中的一个横向相邻，并且悬空部分127在多个非导电材料区122中的一个的上方。
再次参见图1A至图1C，通常对金属箔(诸如，铝箔)进行线形图案化。在金属箔中形成的凹槽可形成为具有金属箔厚度的大约50％至95％，优选地90％至95％的深度。为提供更具体的细节，图3示出了根据本公开的实施例的制造图案化的金属箔的各个阶段的剖视图。图4为根据本公开的实施例的流程图，该流程图列出了与图3相对应的太阳能电池的制造方法中的操作。
参见流程图400的操作402和图3的最上面的结构，如结合图1A和图1B所描述的，制造用于太阳能电池制造的图案化的金属箔184的方法涉及激光烧蚀金属箔的表面，以在金属箔的表面中提供多个交替的凹槽186和脊187。在一个实施例中，激光烧蚀金属箔的表面涉及激光烧蚀金属箔的总厚度的大约90％至95％范围内的厚度。在另一个实施例中，代替激光烧蚀或与激光烧蚀组合，进行掩模和蚀刻工艺来进行箔的图案化。
参见流程图400的操作404和图3的中间结构，该方法还涉及将糊剂300施加到金属箔184的表面，该糊剂填充金属箔184表面的凹槽。在一个实施例中，通过在金属箔184的表面上丝网印刷糊剂300来施加糊剂300。
参见流程图400的操作406和图3的中间和最下面的结构，该方法还涉及处理糊剂300以在金属箔184表面的凹槽中形成非导电材料区188。参见图3的路径(a)，在一个实施例中，处理糊剂300涉及将糊剂300暴露于包括臭氧清洁工艺或等离子体清洁工艺或两者的工艺302。参见图3的路径(b)，在一个实施例中，处理糊剂300涉及固化糊剂300以形成非导电材料区188。在一个这样的实施例中，固化304涉及将糊剂300加热至约450摄氏度的温度或低于约450摄氏度的温度、或暴露于紫外线(UV)辐射、或既加热至约450摄氏度的温度或低于约450摄氏度的温度又暴露于紫外线(UV)辐射。在一个具体实施例中，在固化后，实质上移除糊剂所有的有机介质，同时实质上保留糊剂所有的粘合剂和不透明颜料。
在一个实施例中，操作402、404和406(激光烧蚀金属箔的表面、施加糊剂并处理糊剂以形成非导电材料区)作为基于滚压的工艺进行。在一个这样的实施例中，在处理糊剂300来形成非导电材料区188之后，金属箔184被切割成具有最终与金属箔对准的太阳能电池的周长实质上相同的周长。
虽然参考上述实施例具体描述了某些材料，但是在其他此类实施例中，可用其他材料来容易地取代其中的一些材料，这些实施例仍然在本公开实施例的精神和范围内。例如，在一个实施例中，可使用不同材料的基板，诸如III-V族材料的基板，来代替硅基板。另外，虽然主要提及背接触太阳能电池布置，但应当理解，本文所述的方法也可应用于前接触电极太阳能电池。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。
因此，已公开了基于箔的太阳能电池金属化的方法以及所得太阳能电池。
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旨在为例证性的而非限制性的，除非另有说明。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(明示或暗示)公开的任何特征或特征组合，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(或要求其优先权的申请)的审查过程期间针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：对金属箔的第一表面进行图案化以在金属箔中提供多个交替的凹槽和脊；在金属箔的凹槽中形成非导电材料区；将金属箔定位在设置在基板中或其上方的多个交替的N型半导体区和P型半导体区上方，以提供与交替的N型半导体区和P型半导体区之间的位置对准的非导电材料区，并提供与交替的N型半导体区和P型半导体区对准的脊；将金属箔的脊粘附至交替的N型半导体区和P型半导体区；并且在与非导电材料区对准的区域处，对金属箔进行图案化从金属箔的第二表面穿过金属箔。
在一个实施例中，图案化金属箔的第一表面包括激光烧蚀金属箔的总厚度的大约90％至95％范围内的厚度。
在一个实施例中，在金属箔的凹槽中形成非导电材料区包括在金属箔的凹槽内施加糊剂然后固化所述糊剂。
在一个实施例中，该方法还包括在形成非导电材料区之后并且在将金属箔定位在多个交替的N型半导体区和P型半导体区上方之前，将金属箔切割成具有与基板的周长实质上相同的周长。
在一个实施例中，将金属箔的脊粘附至交替的N型半导体区和P型半导体区包括使用选自激光焊接工艺、热压缩工艺和超声波接合工艺的技术。
在一个实施例中，对金属箔进行图案化而从金属箔的第二表面穿过金属箔暴露非导电材料区。
在一个实施例中，该方法还包括移除非导电材料区的至少一部分，从金属箔的第二表面进行该移除。
在一个实施例中，在通过激光烧蚀图案化金属箔的期间，非导电材料区保护交替的N型半导体区和P型半导体区、保护基板或保护两者。
在一个实施例中，所述方法还包括，在定位金属箔之前形成多个金属晶种材料区，从而在交替的N型半导体区和P型半导体区中的每一个上形成金属晶种材料区，其中将金属箔粘附至交替的N型半导体区和P型半导体区包括粘附金属箔至多个金属晶种材料区。
在一个实施例中，形成多个金属晶种材料区包括形成铝区，每个铝区的厚度大约在0.3微米至20微米的范围内，并且包含的铝含量大于大约97％、硅含量大约在0至2％的范围内，其中粘附金属箔包括将铝与脊进行粘附，所述脊具有大约在50微米至100微米范围内的厚度。
在一个实施例中，该方法还包括通过在形成于基板上方的多晶硅层中形成交替的N型区和P型区来形成多个交替的N型半导体区和P型半导体区，并且在多晶硅层中的每个交替的N型区和P型区之间形成沟槽，所述沟槽部分地延伸到基板中。
在一个实施例中，制造用于太阳能电池制造的图案化的金属箔的方法包括激光烧蚀金属箔的表面，以在金属箔的表面中提供多个交替的凹槽和脊，将糊剂施加到金属箔的表面，该糊剂填充金属箔表面的凹槽，以及处理该糊剂以在金属箔表面的凹槽中形成非导电材料区。
在一个实施例中，施加糊剂包括将糊剂丝网印刷在金属箔的表面上。
在一个实施例中，处理糊剂包括将糊剂暴露于臭氧清洁工艺或等离子体清洁工艺。
在一个实施例中，处理糊剂包括固化糊剂以形成非导电材料区，固化包括将糊剂加热至约450摄氏度的温度或低于约450摄氏度的温度、或暴露于紫外线(UV)辐射、或既加热至约450摄氏度的温度或低于约450摄氏度的温度又暴露于紫外线(UV)辐射。
在一个实施例中，激光烧蚀金属箔的表面包括激光烧蚀金属箔的总厚度的大约90％至95％范围内的厚度。
在一个实施例中，激光烧蚀金属箔的表面、施加糊剂并处理糊剂以形成非导电材料区作为基于滚压的工艺进行。
在一个实施例中，该方法还包括：在处理糊剂来形成非导电材料区之后，将金属箔切割成具有与太阳能电池基板的周长实质上相同的周长。
在一个实施例中，太阳能电池包括：基板、设置在基板中或其上方的多个交替的N型半导体区和P型半导体区、与交替的N型半导体区和P型半导体区之间的位置对准的多个非导电材料区、包括粘合剂和不透明颜料的多个非导电材料区，以及电连接到多个交替的N型半导体区和P型半导体区的多个导电接触结构，每个导电接触结构包括设置在交替的N型半导体区和P型半导体区中的对应的一个的上方并与之对准的金属箔部分，金属箔部分包括脊和悬空部分，所述脊与多个非导电材料区中的一个横向相邻，所述悬空部分在多个非导电材料区中的一个的上方。
在一个实施例中，粘合剂是纤维素或倍半硅氧烷，其中不透明颜料是氧化钛(TiO2)或碳酸钙(CaCO3)。
在一个实施例中，金属箔部分包括铝。
在一个实施例中，每个导电接触结构还包括直接设置在交替的N型半导体区和P型半导体区中对应的一个与金属箔部分的脊之间的金属晶种层。

Claims (24)

1.一种制造太阳能电池的方法，所述方法包括：
图案化金属箔的第一表面，以在所述金属箔中提供多个交替的凹槽和脊；
在所述金属箔的所述凹槽中形成非导电材料区；
将所述金属箔定位在设置在基板中或基板上方的多个交替的N型半导体区和P型半导体区上方，以提供与所述交替的N型半导体区和P型半导体区之间的位置对准的所述非导电材料区，并提供与所述交替的N型半导体区和P型半导体区对准的所述脊；
将所述金属箔的所述脊粘附至所述交替的N型半导体区和P型半导体区；以及
在与所述非导电材料区对准的区域处，对所述金属箔进行图案化而从所述金属箔的第二表面穿过所述金属箔。
2.根据权利要求1所述的方法，其中图案化金属箔的所述第一表面包括激光烧蚀所述金属箔的总厚度的大约90％至95％范围内的厚度。
3.根据权利要求1所述的方法，其中在所述金属箔的所述凹槽中形成所述非导电材料区包括在所述金属箔的所述凹槽内施加糊剂然后固化所述糊剂。
4.根据权利要求1所述的方法，其中图案化所述金属箔的所述第一表面和形成所述非导电材料区作为基于滚压的工艺进行。
5.根据权利要求4所述的方法，还包括：
在形成所述非导电材料区之后并且在将所述金属箔定位在所述多个交替的N型半导体区和P型半导体区上方之前，将所述金属箔切割成具有与所述基板的周长实质上相同的周长。
6.根据权利要求1所述的方法，其中将所述金属箔的所述脊粘附至所述交替的N型半导体区和P型半导体区包括使用选自激光焊接工艺、热压缩工艺和超声波接合工艺的技术。
7.根据权利要求1所述的方法，其中对所述金属箔进行图案化而从所述金属箔的所述第二表面穿过所述金属箔暴露所述非导电材料区。
8.根据权利要求7所述的方法，还包括：
移除所述非导电材料区的至少一部分，从所述金属箔的所述第二表面进行所述移除。
9.根据权利要求1所述的方法，其中在通过激光烧蚀图案化所述金属箔的期间，所述非导电材料区保护所述交替的N型半导体区和P型半导体区、保护所述基板或保护两者。
10.根据权利要求1所述的方法，还包括：
在定位所述金属箔之前，形成多个金属晶种材料区，从而在所述交替的N型半导体区和P型半导体区中的每一个上形成金属晶种材料区，其中将所述金属箔粘附至所述交替的N型半导体区和P型半导体区包括粘附所述金属箔至所述多个金属晶种材料区。
11.根据权利要求10所述的方法，其中形成所述多个金属晶种材料区包括形成铝区，每个铝区的厚度大约在0.3微米至20微米的范围内，并且包含的铝含量大于大约97％、硅含量大约在0至2％的范围内，其中粘附所述金属箔包括将铝与具有大约在50微米至100微米范围内的厚度的所述脊进行粘附。
12.根据权利要求1所述的方法，还包括：
通过在形成于所述基板上方的多晶硅层中形成交替的N型区和P型区来形成所述多个交替的N型半导体区和P型半导体区，并且在所述多晶硅层中的每个所述交替的N型区和P型区之间形成沟槽，所述沟槽部分地延伸到所述基板中。
13.一种根据权利要求1所述的方法制造的太阳能电池。
14.一种制造用于太阳能电池制造的图案化的金属箔的方法，所述方法包括：
激光烧蚀金属箔的表面，以在所述金属箔的所述表面中提供多个交替的凹槽和脊；
在所述金属箔的所述表面上施加糊剂，所述糊剂填充所述金属箔的所述表面的所述凹槽；以及
处理所述糊剂以在所述金属箔的所述表面的所述凹槽中形成非导电材料区。
15.根据权利要求14所述的方法，其中施加所述糊剂包括将所述糊剂丝网印刷在所述金属箔的所述表面上。
16.根据权利要求14所述的方法，其中处理所述糊剂包括将所述糊剂暴露于臭氧清洁工艺或等离子体清洁工艺。
17.根据权利要求14所述的方法，其中处理所述糊剂包括固化所述糊剂以形成所述非导电材料区，所述固化包括将所述糊剂加热至约450摄氏度的温度或低于约450摄氏度的温度、或暴露于紫外线(UV)辐射、或既加热至约450摄氏度的温度或低于约450摄氏度的温度又暴露于紫外线(UV)辐射。
18.根据权利要求14所述的方法，其中激光烧蚀所述金属箔的表面包括激光烧蚀所述金属箔的总厚度的大约90％至95％范围内的厚度。
19.根据权利要求14所述的方法，其中激光烧蚀所述金属箔的表面、施加所述糊剂并处理所述糊剂以形成非导电材料区作为基于滚压的工艺进行。
20.根据权利要求19所述的方法，还包括：
在处理所述糊剂来形成非导电材料区之后，将所述金属箔切割成具有与太阳能电池基板的周长实质上相同的周长。
21.一种太阳能电池，包括：
基板；
设置在所述基板中或上方的多个交替的N型半导体区域和P型半导体区域；
与所述交替的N型半导体区和P型半导体区之间的位置对准的多个非导电材料区，所述多个非导电材料区包括粘合剂和不透明颜料；以及
多个导电接触结构，所述多个导电接触结构电连接到所述多个交替的N型半导体区和P型半导体区，每个导电接触结构包括金属箔部分，所述金属箔部分设置在所述交替的N型半导体区和P-型半导体区中相应的一个上方并与之对准，所述金属箔部分包括脊和悬空部分，所述脊与所述多个非导电材料区中的一个横向相邻，以及所述悬空部分在所述多个非导电材料区中的所述一个的上方。
22.根据权利要要求21所述的太阳能电池，其中所述粘合剂是纤维素或倍半硅氧烷，并且其中所述不透明颜料是氧化钛(TiO2)或碳酸钙(CaCO3)。
23.根据权利要求21所述的太阳能电池，其中所述金属箔部分包含铝。
24.根据权利要求21所述的太阳能电池，其中每个导电接触结构还包括直接设置在所述交替的N型半导体区和P型半导体区中所述相应的一个与所述金属箔部分的所述脊之间的金属晶种层。
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