CN110265495A - 用于实现太阳能电池金属化的接合 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种太阳能电池，所述太阳能电池可包括基板以及设置在所述基板中或所述基板上方的半导体区。所述太阳能电池还可包括设置在所述半导体区上的导电触点，其中所述导电触点包括接合到所述半导体区的导电箔。

Description

用于实现太阳能电池金属化的接合
本申请是基于申请日为2015年4月23日、申请号为201580020957.5(国际申请号为PCT/US2015/027396)、发明创造名称为“用于实现太阳能电池金属化的接合”的中国专利申请的分案申请。
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，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空穴对。电子空穴对迁移至基板中的p掺杂区域和n掺杂区域，从而使掺杂区域之间产生电压差。将掺杂区域连接至太阳能电池上的导电区域，以将电流从电池引导至外部电路。
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和图2A示出了根据一些实施例的示例性太阳能电池的一部分的横截面图，该太阳能电池具有形成在发射极区上的导电触点，发射极区形成在基板上方。
图1B和图2B示出了根据一些实施例的示例性太阳能电池的一部分的横截面图，该太阳能电池具有形成在发射极区上的导电触点，发射极区形成在基板中。
图3是根据一个实施例的流程图，它示出了形成导电触点的示例性方法。
图4A和图4B示出了在具有溅镀第一金属区的实施例中形成导电触点的横截面图。
图5是根据一个实施例的流程图，它示出了形成导电触点的示例性方法。
图6A和图6B示出了在具有溅镀第一金属区的实施例中形成导电触点的横截面图。
图7A和图7B示出了在具有印刷第一金属区的实施例中形成导电触点的横截面图。
图8示出了用于对箔(以及在一些实例中，金属区)进行图案化以形成导电触点的各种示例性图案化序列的横截面图。
图9和图10示出了用于在形成导电触点的过程中选择性地施加压力的各种示例性序列的横截面图。
图11A至图11C示出了用于在形成导电触点的过程中选择性地施加压力的示例性序列的横截面图。
图12A至图12C示出了用于在形成导电触点的过程中选择性地施加压力的另一个示例性序列的横截面图。
图13至图16示出了用于在向导电箔添加额外金属部分的实施例中形成导电触点的各种示例性序列的横截面图。
图17A和图17B示出了具有金属间区的太阳能电池结构的横截面图。
具体实施方式
以下具体实施方式在本质上只是说明性的，而并非意图限制本申请的主题的实施例或此类实施例的用途。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。
“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，提及导电触点的“第一”导电部分并不一定暗示此导电部分是某一序列中的第一个导电部分；而是用于区分此导电部分与另一个导电部分(例如，“第二”导电部分)。
“基于”。如本文所用，该术语用于描述影响确定结果的一个或多个因素。该术语并不排除可影响确定结果的另外因素。也就是说，确定结果可以仅基于那些因素或至少部分地基于那些因素。考虑短语“基于B确定A”。尽管B可以是影响A的确定结果的因素，但这样的短语并不排除A的确定结果还基于C。在其他实例中，A可以仅基于B来确定。
“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”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。
虽然本文所述的许多例子是背接触式太阳能电池，但其技术和结构也同样适用于其他(例如，前接触式)太阳能电池。此外，虽然为了易于理解依据太阳能电池描述了本公开的很多内容，但本发明所公开的技术和结构同样适用于其他半导体结构(例如，通常而言的硅晶片)。
本文描述了太阳能电池导电触点以及形成太阳能电池导电触点的方法。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，诸如光刻技术，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。
本说明书首先描述可包括本发明所公开的导电触点的示例性太阳能电池，随后更详细地说明了导电触点结构的各种实施例。本说明书还包括用于形成本发明所公开的导电触点的示例性方法的描述。本文通篇提供了各种例子。
在第一示例性太阳能电池中，使用导电箔制造用于太阳能电池的触点，诸如背面触点，所述太阳能电池具有形成在太阳能电池基板上方的发射极区。例如，图1A示出了根据本公开实施例的太阳能电池的一部分的横截面图，该太阳能电池具有形成在发射极区上的导电触点，发射极区形成在基板上方。
参见图1A，太阳能电池100A的一部分包括图案化的电介质层224，该电介质层设置在多个n型掺杂多晶硅区220、多个p型掺杂多晶硅区222上方以及基板200的被沟槽216暴露的部分上。导电触点228设置在多个触点开口中(这些触点开口设置在电介质层224中)，并且耦接至多个n型掺杂多晶硅区220和多个p型掺杂多晶硅区222。
在一个实施例中，多个n型掺杂多晶硅区220和多个p型掺杂多晶硅区222可为太阳能电池100A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太阳能电池100A的光接收表面(在图1A中，以201指示的方向)相对的表面上。此外，在一个实施例中，发射极区域形成在薄电介质层或隧道电介质层202上。
在一些实施例中，如图1A所示，制造背接触式太阳能电池可包括在基板上形成薄电介质层202。在一个实施例中，薄电介质层由二氧化硅构成并具有大约在5至50埃范围内的厚度。在一个实施例中，薄电介质层用作隧道氧化层。在一个实施例中，基板为块体单晶硅基板，诸如n型掺杂单晶硅基板。然而，在另一个实施例中，基板包括设置在整个太阳能电池基板上的多晶硅层。
沟槽216可形成于n型掺杂多晶硅(或非晶硅)区220与p型掺杂多晶硅区222之间。沟槽216的一些部分可被纹理化以具有纹理特征。电介质层224可形成于多个n型掺杂多晶硅区220、多个p型掺杂多晶硅区222以及基板200的被沟槽216暴露的部分上方。在一个实施例中，电介质层224的下表面可与多个n型掺杂多晶硅区220、多个p型掺杂多晶硅区222以及基板200的暴露部分适形地形成，而电介质层224的上表面基本上是平的。在一个具体实施例中，介电层224为抗反射涂层(ARC)。
可在电介质层224中形成多个触点开口。所述多个触点开口可便于接触多个n型掺杂多晶硅区220和多个p型掺杂多晶硅区222。在一个实施例中，通过激光烧蚀形成多个触点开口。在一个实施例中，通向n型掺杂多晶硅区220的触点开口具有与通向p型掺杂多晶硅区222的触点开口基本相同的高度。
为背接触式太阳能电池形成触点可包括在多个触点开口226中形成导电触点228，并耦接至多个n型掺杂多晶硅区220和多个p型掺杂多晶硅区222。因此，在一个实施例中，导电触点228形成于块体N型硅基板200的与块体N型硅基板200的光接收表面201相对的表面上或该表面上方。在一个具体实施例中，导电触点形成于基板200表面上方的区域(222/220)上。
仍然参见图1A，导电触点228可包括导电箔134。在各种实施例中，导电箔可包含铝、铜、其他导电材料和/或它们的组合。在一些实施例中，如图1A所示，导电触点228还可包括位于导电箔134与相应半导体区之间的一个或多个导电(金属或其他)区，诸如图1A中的区130和132。例如，第一导电区130可包含例如铝、铝/硅合金等，其可被印刷或毯式沉积(例如，溅镀、蒸镀等)。在一个实施例中，第二导电区可为用于促进改善金属区、导电箔和半导体区之间的接合的接合区。示例性接合区可包含硅(Si)、镍(Ni)、锗(Ge)、镧系材料、铝与Si、Ni、Ge或镧系材料的合金等。在各种实施例中，第二导电区可在使电池与箔接触之前沉积在第一导电区上或沉积到箔上。在一个实施例中，如本文所述，金属间相/区域/区可由第二金属区132和导电箔134的至少一部分形成，这可允许在热压期间具有较低温度和/或较小压力。
在一个实施例中，导电箔134以及一个或多个导电区130和132可热压到太阳能电池的半导体区，并且因此与太阳能电池100A的发射极区电接触。如本文所述，在一些实施例中，如图1A和图1B所示，一个或多个导电区(例如，溅镀、蒸镀或印刷的铝、镍、铜等)可存在于热压导电箔与发射极区之间。本文中使用热压导电箔来指代已经在能够发生塑性变形的温度下加热并且已经用足够的力施加机械压力以使得箔能够较容易地粘附到发射极区和/或导电区的导电箔。
在一些实施例中，导电箔134可为铝(Al)箔，无论是纯AL还是合金(例如，AL/硅(Al/Si)合金箔)。在一个实施例中，导电箔134还可包含非Al金属。这种非Al金属可与Al颗粒联合使用或代替Al颗粒使用。例如，在一个实施例中，导电箔134是覆铜铝箔，其可改善可焊性并且/或者可帮助实现后续电镀过程。虽然大部分公开内容描述了金属箔和金属导电区，但请注意，在一些实施例中，除了金属箔和金属导电区之外或作为代替，可类似地使用非金属导电箔(例如，导电碳)和非金属导电区。如本文所述，金属箔可包含Al、Al-Si合金、锡、铜和/或银，以及其他例子。在一些实施例中，导电箔可为小于5微米厚(例如，小于1微米)，而在其他实施例中，箔可为其他厚度(例如，15微米、25微米、37微米等)。在一些实施例中，箔的类型(例如，铝、铜、锡等)可影响在太阳能电池中实现足够的电流传输所需的箔厚度。此外，在具有一个或多个额外导电区130和132的实施例中，箔可以比没有那些额外导电区的实施例薄。
在各种实施例中，导电箔134可具有能够帮助降低晶片拱起的风险和量的一个或多个应变消除特征结构。本文中描述了关于应变消除特征结构的额外细节。
在各种实施例中，导电区130和132可由金属糊剂(例如，包含金属颗粒以及粘合剂以使得该糊剂可印刷的糊剂)形成、由金属粉末(例如，无粘合剂的金属颗粒、Al颗粒粉末、Al颗粒层和Cu颗粒层)形成、或由金属糊剂和金属粉末的组合形成。在一个使用金属糊剂的实施例中，可通过将糊剂印刷(例如，丝网印刷、喷墨印刷等)到基板上来施加糊剂。糊剂可包含便于递送糊剂的溶剂，还可包含其他元素，诸如粘合剂或玻璃粉。
在各种实施例中，导电区130和132的金属颗粒可具有大约1至500微米的厚度。例如，对于金属颗粒被印刷的实施例，印刷的金属颗粒可具有大约1至10微米的厚度。
在各种实施例中，金属颗粒可被烧制(在热压导电箔和导电区之前和/或之后)，这也称为烧结，使得金属颗粒聚结在一起，这样可以增强导电性并降低线路电阻，从而改善太阳能电池的性能。请注意，颗粒还可在热压期间发生一定量的聚结。如本文所述，本发明所公开的结构和技术可提高太阳能电池的导电触点的电性能并且/或者降低成本。
虽然大部分描述内容描述了使用热压技术和结构(包括导电箔)来代替电镀金属，但在一些实施例中，可将额外金属电镀到导电箔130上。例如，可根据化学镀或电解电镀技术镀覆镍和/或铜。请注意，在一个实施例中，可例如在浸锌过程中添加锌，以使得能够在铝上电镀。本文中描述了能够帮助促进电镀的实施例的各种例子。
现在转到图1B，它示出了根据一个实施例的示例性太阳能电池的一部分的横截面图，该太阳能电池具有形成在发射极区上的导电触点，发射极区形成在基板中。例如，在该第二示例性电池中，可使用热压导电箔来为太阳能电池制造触点，诸如背侧触点，该太阳能电池具有形成于太阳能电池的基板中的发射极区。
如图1B所示，太阳能电池100B的一部分包括图案化的电介质层124，该电介质层设置在多个n型掺杂扩散区120、多个p型掺杂扩散区122上方以及基板100(诸如块体晶体硅基板)的一些部分上。导电触点128设置在多个触点开口中(这些触点开口设置在电介质层124中)，并且耦接至多个n型掺杂扩散区120和多个p型掺杂扩散区122。在一个实施例中，分别使用n型掺杂剂和p型掺杂剂来通过硅基板的掺杂区形成扩散区120和扩散区122。此外，在一个实施例中，多个n型掺杂扩散区120和多个p型掺杂扩散区122可为太阳能电池100B提供发射极区。因此，在一个实施例中，导电触点128设置在发射极区上。在一个实施例中，导电触点128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101相对)的表面上，如图1B所示。
在一个实施例中，再次参见图1B并且类似于图1A，导电触点128可包括导电箔134，并且在一些实施例中，包括一个或多个额外导电区，诸如导电区130和132。导电箔134和一个或多个导电区可被热压到太阳能电池的半导体区和/或位于箔与半导体区之间的一个或多个导电区，并且因此与太阳能电池100A的发射极区电接触。图1A的导电触点描述同样适用于图1B的导电触点，但为了清楚描述起见而不再重复。
现在转到图2A，所示太阳能电池包括与图1A的太阳能电池相同的特征结构，不同的是图2A的示例性太阳能电池不包括一个或多个额外导电区(图1A的区130和132)。相反，导电箔134被直接热压并接合到太阳能电池的半导体区。
类似地，图2B所示的太阳能电池包括与图1B的太阳能电池相同的特征结构，不同的是图2B的示例性太阳能电池不包括一个或多个额外导电区(图1B的区130和132)。相反，导电箔134被直接热压到太阳能电池的半导体区。
虽然本文描述了某些材料，但对于仍然在本发明实施例的实质和范围内的其他此类实施例，一些材料可易于被其他材料取代。例如，在一个实施方案中，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。
请注意，在各种实施例中，无需在块体基板上直接形成所形成的触点，如图1B和图2B所述。例如，在一个实施例中，导电触点(诸如上述那些)形成于在块体基板上方(例如，在其背侧上)所形成的半导体区上，如关于图1A和图2A所述。
使用热压颗粒作为触点可降低导电触点的接触电阻并改善其导电性，因此改善太阳能电池的性能。此外，变形颗粒可提高颗粒的内聚力以及颗粒到太阳能电池的附着力。此外，在使用Al颗粒(不管是在第一导电区或第二导电区中还是作为导电箔的一部分)的一个实施例中，Al颗粒的变形可打破Al颗粒周围的氧化物壳，进一步增强变形Al颗粒的导电性。颗粒变形后，颗粒与颗粒的接触面积变大，从而有助于烧结过程中原子的相互扩散，这最终可提高颗粒的导电性和内聚力。
现在转到图3，它是示出了根据一些实施例的用于形成导电触点的方法的流程图。在各种实施例中，图3的方法可包括与图示相比额外的(或更少的)框。例如，在一些实施例中，可不进行箔焊接，如在框306处所示。
如302处所示，可将导电箔置于半导体区上方。如本文所述，导电箔可为铝箔、铜箔、覆铜铝箔，以及其他例子。虽然被描述为箔，但请注意，箔不一定必须具有薄片的形状，而是可预先图案化为线、带、指状物等形状。图4A示出了置于晶片400上方的导电箔404的示例性横截面图。请注意，在一些实施例中，导电箔404可与晶片400完全重叠，这与图4A的图示不同。另外请注意，为了方便图示起见，图4A中未示出实际半导体区，但图2A或图2B的半导体区同样适用于图4A的图示。如图4A所示，导电箔404可定位在介质区402a、402b、402c和402d上方。
在一个实施例中，导电箔可真空吸附或以其他方式紧固到晶片的表面，帮助确保箔恰当地贴合到晶片上。例如，其上搁置晶片的表面(例如，图4B中的板410)可包含多个孔，通过这些孔从箔/晶片界面移除空气。
在304处，可向导电箔施加热压技术。热压技术可包括加热箔并向其施加机械力。加热箔可减小降低箔的屈服强度所需的机械力的量，并且帮助改善接合。在一些实施例中，加热导电箔可包括在高于200摄氏度的温度下加热箔，并且施加机械力可包括施加至少1psi的压力。
在一个实施例中，机械力可包括垂直压缩和/或横向机械力。机械力可由工具412(诸如滚筒、板、刮板以及其他工具)施加。工具可由石墨制成，具有石墨涂层，或由另一种材料(诸如Marinite A或Marinite C或其他)制成或具有另一种材料(诸如Marinite A或Marinite C或其他)的涂层，使得工具不会在热压期间粘附到箔上。作为工具的一个例子，在一个实施例中，可将导电箔按压在两个大致平行的板之间，这两个板经受压力以将晶片和箔压在一起。在另一个实施例中，可使用柔性膜片将箔和晶片按压在一起，其中在膜片的另一侧上具有加压流体。加压流体按压可为干袋或湿袋等静压按压，其可为冷或热等静压按压。
在各种实施例中，可一起施加加热和机械力，或可首先发生加热，随后施加机械力。例如，在一个实施例中，可将晶片400置于热表面410上，诸如设置在大约400至500摄氏度的加热板，如图4B所示。在一个实施例中，除了加热其上放置晶片的表面之外或作为该表面的代替，可加热工具412。请注意，大约400至500度是用于20至40微米范围内的铝基箔的例子，但也存在其他例子。例如，对于不同类型和厚度的箔，可使用足以软化箔的不同温度和时间。此外，如本文所述，通过使用可形成金属间相的第二导电区，可使用较低温度和较少力来进行热压。
在一个实施例中，除了形成热压接合之外或作为代替，可使用箔种子界面的超声搅拌，这可产生较强接合或降低接合所需的处理温度。
在一个实施例中，用于加热导电箔和/或导电区的温度可类似于用于制造太阳能电池的合成气体退火(“FGA”)过程中所使用的温度。因此，在一个实施例中，可在同一工具中在FGA过程期间加热箔和/或施加机械力，这可导致较少制造设备并且在制作过程期间节省时间。
在一些实施例中，工具、板和/或表面可由较不可能与导电箔或晶片形成接合的材料制成。例如，在导电箔包含铝的一个实施例中，工具可包含石墨以使得工具本身较不可能粘附或接合到箔上。
在一些实施例中，导电箔可膨胀得比晶片多，使得在冷却后，晶片/箔组件可能拱起，因为箔收缩得比晶片多。为了帮助减轻晶片拱起，可向箔添加一个或多个应变消除特征结构。例如，在一个实施例中，可选择性地施加(例如，不均匀地分布)机械力。可使用图案化工具施加选择性力，该图案化工具在一些实施例中可为图案化滚筒或图案化冲模。通过对施加到箔的压力场进行图案化，箔的各个区可被交替地强接合和弱接合。弱接合区域可通过蚀刻、激光烧蚀、撕扯以及蚀刻、烧蚀和/或撕扯的组合等等较容易地从电池移除。
在一些实施例中，箔可在离散点或线处接合到晶片(强接合)，其中箔在其他点处弯曲远离晶片的平面(弱接合)。弱接合箔区可与晶片分层，从而允许这些区塑性变形(收缩)，这可消除系统的应变并减少晶片拱起。应变消除特征结构和图案化冲模的各种例子可在图9、图10、图11A至图11C和图12A至图12C处看到。作为一个具体例子，如图11A至图11C所示，可按接近太阳能电池指状物图案的图案施加力，这样不仅可形成应变消除特征结构，而且还可将机械力集中在对应于触点的区中，使得可减少总体施加到电池的机械总力。其他应变消除特征结构可包括箔中的穿孔或狭缝以及其他例子。
在一些实施例中，可在导电箔之上添加额外导电材料。例如，可在施加加热和机械力之前或之后添加额外导电箔。作为一个具体例子，可在导电箔上添加铜区(例如，铜糊剂、箔或粉末)并且将其与导电箔和基板热压在一起，使得触点的最外侧部分是铜，这可使得焊接更有效，例如以便互连多个太阳能电池。在另一个实施例中，额外导电材料可包括电镀金属，诸如铜。
在306处，可在一些实施例中焊接导电箔。在其他实施例中，可不进行框306处的焊接。在一个实施例中，可在不在框304处执行热压技术的情况下将导电箔焊接到太阳能电池的半导体区。在另一个实施例中，可在执行框304之后将导电箔焊接到半导体区。焊接可为激光焊接、摩擦焊接或其他类型的焊接，并且可作为点焊接来施加(例如，在对应于指状物的位置中)并可增大接合强度。
如308处所示，可对导电箔进行图案化。存在多个图案化例子，下文中将更详细地描述。例如，308处的图案化可包括掩模和蚀刻图案化、开槽和蚀刻图案化、掩模、开槽、和蚀刻图案化，以及其他例子。在热压接合在晶片的大区域上方大致连续的一个实施例中，可将湿式蚀刻用作图案化方法，其降低了使蚀刻化学剂陷在结构中的风险。
现在转到图5，它是示出了根据一些实施例的用于形成导电触点的方法的流程图。在各种实施例中，图5的方法可包括与图示相比额外的(或更少的)框。例如，在一些实施例中，可不进行箔焊接，如在框508处所示。或者，在一些实施例中，可不在506处施加热压技术。此外，在各种实施例中，图3方法的描述同样适用于图5方法的描述。因而，为了清楚解释，不再该描述中的一些描述。
如502处所示，可在半导体区上方形成第一金属区(或非金属导电区)。在一个实施例中，第一金属区可为糊剂、颗粒或薄连续层等，并且可以多种方式形成，诸如溅镀、印刷金属(例如，以某种图案(诸如指状物图案)印刷)、蒸镀、以其他方式沉积等等。第一金属区可包含金属、溶剂、粘合剂、粘度改良剂等。金属例子包括铝、铝-硅、其他铝合金，以及其他例子。
在各种实施例中，第一金属区的厚度可小于5微米，并且在一个实施例中，可小于1微米。
在一个实施例中，可在第一金属区上方形成一个或多个额外区(例如，通过溅镀、印刷、蒸镀等)。在一个实施例中，额外区(例如，第二金属或非金属导电区)可包括能够与导电箔形成金属间相或合金的接合区。这种接合区的例子包括镍、锗、硅、镧系金属或至少铝与这些材料之一的合金。在一个实施例中，接合区可在低于导电箔的熔点(例如，对于导电箔是铝箔的实施例，则低于铝的熔点)的温度下形成金属间相。通过形成金属间相或合金，可甚至以较低热压温度和/或较少压力在箔、金属间相、第一金属区和基板之间形成充分接合。因此，通过使用较少压力和较低温度，可降低损坏晶片的风险。此外，金属间相可使得能够完全绕过热压技术并且通过另一种技术(诸如焊接)提供充分接合。因此，在一个实施例中，可焊接箔和第二金属区，并且通过这样做，形成金属间相。
在一个实施例中，可用同一工具(例如，PVD工具、CVD工具等)形成第一金属区和第二金属区，并且因此最大程度减少制作过程中的处理时间和成本。
在额外金属区是印刷种子的一个实施例中，可烧制第一金属区以使溶剂和任何粘度改良剂挥发并且激活任何粘合剂。在烧制之后，糊剂的颗粒可彼此接合并且接合到基板。可在热压之前或之后执行烧制。
如504处所示，可将导电箔置于第一金属区上方，并且在额外金属区位于第一金属区上方的实施例中，置于额外金属区上方。如本文所述，导电箔可为铝箔、铜箔、覆铜铝箔，以及其他例子。此外，如本文所述，可使用多层导电箔(例如，铝箔层和铜箔层等等)。
在一个实施例中，可向导电箔施加热压技术，如506处所示，并且如图3的框304处所述。
在508处，在一个实施例中，可焊接导电箔，如图3的框306处所述。
如510处所示，可对箔和任何金属区(例如，第一、第二等)进行图案化，如图3的框308处所述并且如本文所述。
图6A和图6B示出了在具有溅镀第一金属区的实施例中形成导电触点的横截面图。如图6A所示，将导电箔604置于第一金属区606上方，该第一金属区形成在晶片600上方。如图所示，第一金属区被溅镀，使得其至少一部分位于介质区602a-d之间并且其至少一部分位于这些介质区上。请注意，在一些实施例中，导电箔604可与晶片600完全重叠。另外请注意，为了方便图示起见，图6A中未示出实际半导体区，但图1A或图1B的半导体区同样适用于图6A的图示。
如图6B所示，将晶片600置于热表面上，诸如设置为大约400至500摄氏度的加热板610。接着通过工具612施加压力以施加热压技术的压缩部分。还存在其他示例性热压技术，如本文所述。例如，代替施加热量的加热板或除此之外，工具612可施加热量和压力两者。
图7A和图7B示出了在具有印刷种子第一金属区的实施例中形成导电触点的横截面图。与图6A相反，图7A中的第一金属区706是未覆盖晶片700的整个表面的印刷种子区。例如，印刷种子区的图案可呈指状物图案，使得不一定需要对第一金属区706进行图案化。虽然图7A中为了清晰起见而未示出图6A和图6B的介质区，但这些区仍可存在于图7A的例子中。请注意，在图7A和图7B中，已经明确地示出了第一金属区706的颗粒，但技术人员将理解，第一金属区706的结构类似于本文所述的其他金属区的结构。
图7B示出了向第一金属区706和导电箔704施加热压。如图所示，可使第一金属区706的颗粒变形，这可致使颗粒彼此粘附且更好地粘附到基板并且减小线路电阻，从而增强导电性和太阳能电池性能。如同图6A至图6B和图7A至图7B的例子的情况，存在用于加热和施加压力的其他例子。例如，代替使用加热板710或除此之外，可加热工具712。或者，可将工具和组件置于烘箱中(例如，作为FGA过程的一部分或以其他方式)。
图8示出了用于对箔(以及在一些实例中，金属区)进行图案化以形成导电触点的各种示例性图案化序列的横截面图。虽然图8示出了三个图案化序列，但可存在其他图案化序列。前三个视图可适用于所有三个序列。如图所示，在晶片800上方形成第一金属区806，并且将导电箔置于第一金属区806上方。如本文所述，请注意，在一些实施例中可能不存在第一金属区806(例如，如图2A、图2B和图3所示)。并且，请注意，在一些实施例中，可存在一个或多个额外金属区。类似的图案化技术可能适用，而不管是否在导电箔与半导体区之间存在一个或多个金属区。
最左侧的图案化序列示出了掩模、开槽和蚀刻序列。如图所示，在导电箔804上，例如，跨导电箔的大致整个表面，施加未图案化掩模816(例如，未图案化抗蚀剂、膜等)。接着对掩模816进行图案化，如序列中的下一个视图所示，这通过激光烧蚀、机械开槽或以其他方式进行。在一个实施例中，还可对导电箔进行图案化或开槽，例如通过激光烧蚀进行。接下来，施加化学蚀刻并且剥去掩模，使得所得电池具有最终序列中所示的导电触点。
中间图案化序列类似于掩模、开槽和蚀刻序列，不同的是以特定图案施加(例如，印刷)掩模816来代替作为毯式掩模。如图所示，施加化学蚀刻并且接着剥去掩模816，使得所得电池具有序列的最终视图中所示的导电触点。
最右侧序列示出了开槽和蚀刻图案化技术，其中不包括施加掩模(毯式、图案化或以其他方式)。如图所示，可在对应于介质区802的位置中(以及在想要指状物之间分离的地方)对实际导电箔804进行开槽。在一个实施例中，对这些位置进行激光开槽可在这些位置中移除大部分厚度。因此，凹槽没有完全切穿整个箔，而是留下一部分。接着施加化学蚀刻，其从凹槽移除剩余部分，从而将箔(以及箔与半导体区之间的任何金属区)分离成图案。
类似于开槽和蚀刻例子，在一个实施例中，导电箔804可在其外表面上包括抗蚀涂层。可用激光或其他方式对抗蚀涂层进行图案化，随后进行一种或多种化学蚀刻。
本发明所公开的热压结构可在考虑各种图案化技术时提供许多优点。例如，因为在整个太阳能电池上大致均匀地压紧导电箔(以及如果适用的话，导电区)，所以可使用湿式蚀刻，其与箔或金属区留下能够陷留蚀刻化学剂的间隙的技术不同，可减小在太阳能电池中陷留蚀刻化学剂的风险。
图9和图10示出了用于在形成导电触点的过程中选择性地施加压力的各种示例性序列的横截面图。图9和图10的例子示出了第一金属区906，但请注意，在其他实施例中，可省略该第一金属区。通过图案化冲模912/1012或其他工具施加选择性压力，如向下箭头所示，以选择性地施加压力以接合箔的选择区、导电区和半导体区。例如，选择区可对应于最终作为导电触点或太阳能电池指状物的部分。如图所示，选择性压力可产生一个或多个应变消除特征结构918/1018，其可帮助减轻晶片拱起的趋势，如本文所述。请注意，应变消除特征结构918/1018可不接合到第一导电区，如图所示，或者其可与其他区相比较弱地接合。
此外，在半导体区由沟槽结构分离的实施例中，施加选择性压力可减小半导体区的边缘破裂的风险并且因此减小存在半导体区的不良未钝化部分(其可在足够的边缘破裂时存在)的风险。
类似于图8所示的图案化技术，在图9和图10中示出了各种示例性图案化技术。图9和图10的描述中将不重复图8处所述的各种细节。在一个实施例中，图9的左侧所示的图案化技术示出了施加图案化掩模916，随后进行化学蚀刻(其移除未由掩模916覆盖的箔和第一金属区的部分)，并且剥离掩模916。
图9的右侧所示的图案化技术示出了与图8的开槽和蚀刻技术类似的开槽和蚀刻技术。如图所示，在箔的位于相应半导体区域之间的区进行开槽(例如，通过激光烧蚀)。虽然被示出为箔的区的完整凹槽，但在一些实施例中，开槽可在开槽位置处移除箔的整个厚度的一部分。或者，在一些实施例中，可移除开槽位置处的箔的所有厚度并且还可移除第一金属区的一部分。图9的右侧的最终视图示出了在施加化学蚀刻之后的所得太阳能电池。与图8的掩模和蚀刻例子相比时，所示出的开槽和蚀刻例子可形成较宽的指状物，并且还可导致应变消除特征结构的至少一部分保留在电池中。然而，请注意，可在其他例子中使用较宽凹槽区域，使得开槽和蚀刻例子中的指状物的宽度可大致类似于掩模和蚀刻例子的指状物宽度。
图10示出了与图9类似但采用两种不同于图9的图案化技术的主要序列。图10的左侧图案化技术示出了未图案化掩模技术，其类似于图8的未图案化掩模技术，而图10的右侧图案化技术示出了与图8的技术类似的掩模、开槽和蚀刻技术。
在图8至图10的各种例子中，未图案化掩模、开槽和蚀刻技术可使得能够使用掩模的替代选择(例如，PET片，其无法被印刷)并且可导致指状物顶表面被较少蚀刻，从而在指状物上留下较多完整金属。另外，该掩模、开槽和蚀刻技术可准许蚀刻浴加载较少金属。
图11A至图11C示出了用于在形成导电触点的过程中选择性地施加压力的示例性序列的横截面图。图11A至图11C的例子示出了向导电箔1100施加选择性压力以实现指状物图案，其中导电箔的金属大致平行于第一金属区1102中的对应金属。本文中将这种图案称为精细M2图案。
图12A至图12C示出了用于在形成导电触点的过程中选择性地施加压力的另一个示例性序列的横截面图。图12A至图12C的例子示出了向导电箔1200施加选择性压力以实现指状物图案，其中导电箔的金属大致垂直于第一金属区1202中的对应金属。本文中将这种图案称为粗略M2图案。如图所示，为了实现这种图案，可在对应于形成箔指状物1200的相反金属类型的第一导电区1202上方形成高温介质1206。例如，对于其中导电箔的p型指状物与n型第一金属区重叠的区，可将介质1206施加到那些n型第一金属区。并且，对于其中导电箔的n型指状物与p型第一金属区重叠的区域，可将介质1206施加到那些P型第一金属区。
虽然图11A至图11C和图12A至图12C示出了使用选择性压力施加的精细M2图案和粗糙M2图案的概念，但在其他实施例中，可使用大致均匀分布的压力施加来实现所示出的粗糙M2图案和精细M2图案。
图13至图16示出了用于在向导电箔添加额外金属部分的实施例中形成导电触点的各种示例性序列的横截面图。
图13示出了顶部具有额外导电层1316的导电箔1304。在各种实施例中，额外导电层1316可为溅镀或蒸镀层，其可为导电箔的涂层，或其可为在箔的热压期间热压或在一些实施例中焊接的单独箔。
在一个实施例中，导电箔1304是具有额外导电铜层1316的铝箔。如图所示，可在额外导电层1316上以特定图案施加电镀掩模1312。可将铜1308和/或锡1310电镀到额外导电层1316。可接着通过移除电镀掩模1302并且以合适的蚀刻剂或蚀刻剂系列蚀刻金属层1316、1304和1306从而导致移除掩模并且产生导致图13的最终视图中的图案化太阳能电池的各种金属层来施加回蚀过程。
通过将铜表面用作额外导电层，可执行用铜电镀且/或焊接到电池到电池互连件。
图14示出了如图13的例子中那样具有额外导电层1416的导电箔1404。不同于图13，图14中的例子不包括额外金属区(如在图13的第一金属区1306中)。相反，导电箔1404可与介质区1402中的开口之间的硅形成直接接触。图14的剩余视图类似于图13的视图；因此，该描述同样适用于图14的视图。
图15示出了具有额外导电区1516作为接合垫(诸如可焊接合垫)的导电箔1504。额外导电区的各种例子包括铜箔、镍箔以及其他可焊材料。如图所示，在接合垫处存在额外导电区1516，如图15所示。接合垫可被热压到导电箔1504，或其可焊接或以其他方式接合到导电箔1504。图15的左侧中所示出的图案化序列示出了掩模和蚀刻图案化技术，而图15的右侧示出了开槽和蚀刻图案化技术，这两种技术均在本文中有所描述。
图16示出了其中向覆铜箔施加铜掩模的过程。如图所示，可将铜蚀刻掩模1602施加到额外铜层1616，随后进行铜部分的蚀刻(例如，通过氯化铁、过氧化氢/HCl或其他铜蚀刻剂等)，随后进行剩余导电箔部分的蚀刻，从而产生图16的最终视图中的结构。
在一个实施例中，可对箔上的涂层进行图案化(例如，激光图案化)以形成铜蚀刻掩模，该铜蚀刻掩模之后可用作用于铝的KOH蚀刻的硬抗蚀掩模。
图17A和图17B示出了具有金属间区的太阳能电池结构的横截面图。图17A和图17B示出了与图1A和图1B的结构类似的太阳能电池结构，其具有第一金属区1706和第二金属区1708以及导电箔1704。如图所示，两个结构均具有金属间区域/相/区1710，如本文所述，其由第二金属区1706和导电箔1704形成。图17A与图17B之间的不同在于，图17A示出了用于形成金属间相1710的热压导电箔以及第一金属区和第二金属区，而图17B示出了使用热量(例如，激光热)来局部熔化金属以形成金属间相1710。
在一个实施例中，第二金属区1708可为镍、锗或硅。在各种实施例中，第一金属区1706的厚度可小于5微米(例如，小于1微米)，并且导电箔1704可介于10微米与100微米之间(例如，30至60微米)。
在一个实施例中，对第二金属区1708的厚度进行选择，使得所得金属间接头的接合强度较高并且使得转换为金属间相的导电箔的体积受限以免降低其机械强度或其导电性。
对于图17A的例子，金属间区域形成可至少部分地取决于第二导电区的厚度。对于图17B的例子，受金属间形成影响的体积可取决于导电箔的厚度和熔化区域1715的横向尺寸。因此，在一些实施例中，第二导电区的厚度和熔化区域1715的横向尺寸可用于将金属间混合物中的两种金属的浓度比率定义为适于产生机械稳定接头的值。
通过使用允许形成金属间区域的第二金属区，可使用较低温度和/或较少压力，从而降低破坏太阳能电池的风险。
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。除非另外指明，否则在本公开中所提供的特征的例子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(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，太阳能电池包括基板、设置在基板中或基板上方的半导体区、以及热压到半导体区的导电箔。
在一个实施例中，太阳能电池还包括位于导电箔与半导体区之间的第一金属。
在一个实施例中，太阳能电池还包括位于导电箔与第一金属之间的第二金属。
在一个实施例中，太阳能电池还包括第二金属和导电箔的金属间相。
在一个实施例中，导电箔包含铝。
在一个实施例中，导电箔是用铜涂覆的铝箔。
在一个实施例中，太阳能电池还包括用于将太阳能电池耦接到另一个太阳能电池的接触区，其中接触区包含与导电箔不同类型的金属。
在一个实施例中，一种制造太阳能电池的方法包括在设置于基板中或基板上方的半导体区上方放置导电箔，加热导电箔，并且向加热的导电箔施加机械力以形成太阳能电池的导电接合。
在一个实施例中，所述加热导电箔和所述施加机械力由同一工具执行。
在一个实施例中，太阳能电池还包括使用图案化冲模执行所述施加机械力。
在一个实施例中，该方法还包括形成应变消除特征结构。
在一个实施例中，该方法还包括在导电箔上形成可焊区，其中该可焊区包含除导电箔的材料之外的材料。
在一个实施例中，作为合成气体退火过程的一部分执行所述加热箔和所述施加机械力。
在一个实施例中，在对应于基板的导电箔上大致均匀地执行所述施加机械力。
在一个实施例中，该方法还包括在所述施加机械力之后，激光焊接导电接合。
在一个实施例中，该方法还包括对箔的多个区进行开槽和蚀刻以形成用于太阳能电池的接触指状物。
在一个实施例中，一种制造太阳能电池的方法包括在设置于基板中或基板上方的半导体区上方形成第一金属区，在第一金属区上方放置导电箔，将导电箔接合到第一金属区，并且对导电箔和第一金属区进行图案化。
在一个实施例中，该方法还包括在第一金属区上方形成第二金属区，其中所述接合包括将导电箔接合到第一金属和第二金属，并且其中所述图案化包括对导电箔以及第一金属区和第二金属区进行图案化。
在一个实施例中，所述接合包括从导电箔和第二金属区形成金属间化合物。
在一个实施例中，该方法还包括向导电箔和第一金属区施加超声搅拌技术。
在一个实施例中，所述对导电箔进行图案化包括在导电箔的多个区上方印刷掩模，并且施加化学蚀刻。
在一个实施例中，所述对导电箔进行图案化包括对导电箔的多个区进行激光开槽以移除这些区的大部分厚度，并且施加化学蚀刻。
在一个实施例中，所述对导电箔进行图案化包括在导电箔上施加未图案化掩模，对未图案化掩模进行图案化，并且施加化学蚀刻。
在一个实施例中，所述对导电箔进行图案化包括对导电箔的抗蚀涂层进行激光图案化，并且施加化学蚀刻。

Claims (20)

1.一种太阳能电池，包括：
基板；
半导体区，所述半导体区设置在所述基板上方；以及
导电箔，所述导电箔被热压到所述半导体区,其中所述导电箔被预先图案化为线的形状。
2.根据权利要求1所述的太阳能电池，其中所述导电箔包含铝。
3.根据权利要求1所述的太阳能电池，其中所述导电箔被实质上连续地热压到所述半导体区。
4.根据权利要求1所述的太阳能电池，其中所述导电箔被实质上均匀地热压到所述半导体区。
5.根据权利要求1所述的太阳能电池，还包括位于所述导电箔与所述半导体区之间的第一金属区。
6.根据权利要求5所述的太阳能电池，其中所述导电箔实质上垂直于所述第一金属区。
7.一种太阳能电池，包括：
单晶硅基板；
硅区，所述硅区设置在所述单晶硅基板上方；以及
导电箔，所述导电箔被热压到所述硅区,其中所述导电箔被预先图案化为线的形状。
8.根据权利要求7所述的太阳能电池，其中所述硅区包括掺杂多晶硅区或非晶硅区。
9.根据权利要求7所述的太阳能电池，其中所述导电箔包含铝。
10.根据权利要求7所述的太阳能电池，其中所述导电箔被实质上连续地热压到所述硅区。
11.根据权利要求7所述的太阳能电池，还包括位于所述导电箔与所述硅区之间的第一金属区。
12.根据权利要求11所述的太阳能电池，其中所述导电箔实质上垂直于所述第一金属区。
13.根据权利要求7所述的太阳能电池，其中薄电介质层设置在所述硅区与所述单晶硅基板之间。
14.一种太阳能电池，包括：
单晶硅基板；
掺杂多晶硅层，所述掺杂多晶硅层设置在所述单晶硅基板上方；
氧化层，所述氧化层位于所述单晶硅基板和所述掺杂多晶硅层之间；和
导热箔，所述导电箔被热压到所述掺杂多晶硅层，其中所述导电箔被预先图案化为线的形状。
15.根据权利要求14所述的太阳能电池，其中所述导电箔包含铝。
16.根据权利要求14所述的太阳能电池，其中所述导电箔被实质上连续地热压到所述掺杂多晶硅层。
17.根据权利要求14所述的太阳能电池，还包括位于所述导电箔与所述掺杂多晶硅层之间的第一金属区。
18.根据权利要求17所述的太阳能电池，其中所述导电箔实质上垂直于所述第一金属区。
19.根据权利要求14所述的太阳能电池，还包括被热压到所述导电箔的接合垫。
20.根据权利要求14所述的太阳能电池，还包括设置在所述导电箔上的额外导电箔。
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