CN1158011A - 一种铝合金结自对准背接触硅太阳电池的结构和制造工艺 - Google Patents

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Abstract

太阳电池设计和制造方法，主要使用n型掺杂硅和铝来形成p-n结背接触太阳电池。铝合金结位于电池的背面，因此把铝的长处和背接触电池的优点结合起来了。该方法包括如下特点：表面结构化，正背表面场少数载流子镜，表面钝化，使用铝接触电极作为光反射器，因相邻的n+和p+区的对反偏压的内部保护，以及适于用表面安装技术进行互连电池的改进的主栅线接触设计。为了形成欧姆接触，使用自对准工艺。

Description

一种铝合金结自对准背接触 硅太阳电池的结构和制造工艺
本发明涉及背接触太阳电池的改进的设计和制造方法。
除了新设计，新材料和新制造工艺外，光伏电池的发展过程还和种种因素有关。历史上为提高太阳能转换效率做了大量努力，所取得的进步是惊人的。在1914年，对于大气质量为1(太阳光通过一个地球大气层厚度)的光照，硒太阳电池的效率为1％，1954年，单晶硅电池的效率达到6％，而到了80年代中期，太阳电池的效率报告为22-25％。对于使用透镜或反射镜未增加太阳光强度的聚光器电池，据报道效率达到27.5％，这几乎可与典型的化石燃料发电厂38-40％的效率及轻水核反应堆发电厂32-34％的效率相媲美。
然而，为了使例如为住宅供电这样的大型应用的太阳电池经济合算，除了高效以外还有其它因素要考虑。一个因素是电池的制造成本。大多数独立住宅都有足够的屋顶面积用于安装传统设计的太阳电池，每年提供8500千瓦-小时的电能，这对一般家庭足够用了。然而商业上的难题不是效率而是单位面积太阳电池成本的降低。解决这个难题最有希望的办法是使用硅太阳电池，特别是有效使用高质量硅的薄(约100μm)硅衬底制造的电池。目前的挑战是降低这种太阳电池的单位造价，以使它们能在目前的能量价格上和传统的化石燃料供电竞争。通过改进制造工艺是做到这一点的一条途径。
除了制造工艺外，和其它设计相比，某些设计结构更加优越。其中之一看来就是背接触太阳电池，尤其是采用薄硅衬底的背接触太阳电池。
同质结太阳电池具有p-n结，将光生电子和光生空穴分开。正常工作的太阳电池中，电子必须驱向n型材料的接触电极，空穴必须驱向P型材料的接触电极。在半导体中，光密度随着深度的加深单调递减，因此p-n结最好靠近被照表面，以使电子和空穴被p-n结分开前减少复合。在薄硅太阳电池中，虽然电池的厚度小于传统硅太阳电池的厚度(约300μm)，以及光子转变成电子-空穴或电荷-载流子对的可能性较小，但光生电子-空穴对的平均寿命使它们能被扫到它们各自的接触电极。也就是说，和电池的厚度相比，薄硅太阳电池少数载流子的扩散长度相当长，因此并没降低电池的性能。本发明中，少数载流子扩散长度等于或大于电池厚度。
而且，传统(正接触)硅太阳电池的结构中，在电池的被照表面上，大p-n结做在整个基片上。这种传统设计的优点是简单，由于发射极(一般为p-n结电池中的P型层)覆盖了整个正表面，因此不需为发射极制作图型。然而，对这种结构中的正表面和发射层有同时并互相矛盾的要求。一方面，为了减少较高掺杂浓度下发生的复合，发射区扩散应该浅，且浓度低(小于1×1019cm-3)。另一方面，这种轻掺杂、浅发射区的薄层电阻(电流横向流过传统电池的顶层并流入任一接触栅线(gridcontact line)之间，薄层电阻和掺杂层厚度成反比)高，一般大于100Ω/□，因此要求接触栅线紧密排列，以避免过多的欧姆功耗。
传统的正接触电池中，密排接触线意味着电池能量的降低，这是由于接触材料在其下方硅上的遮蔽造成的。此外，由于掺杂浓度低，接触-掺杂层界面会有整流作用(类似肖特基二极管)，而不是欧姆接触，造成由于二极管导通电压引起的相应的能量损失。但是，掺杂浓度越高，发射层中有害的电子和空穴的复合越大，在光线射入的表面附近，复合最大。最后，为了增加光线的俘获，正表面所具有的结构(texturing)意味着接触栅线必须铺排过粗糙的表面而又不失连续性，这点很难办到。此外，一些结构化方法，如多孔硅方法将更加难以生成具有可以接受的均匀性的发射扩散层。
由于种种原因，对于传统电池结构，必须在要求重掺杂表面以促进欧姆接触的形成及减弱屏蔽与要求轻掺杂表面以减少载流子复合及有效钝化表面二者间寻求平衡。结构化和屏蔽造成的约束也是难题。一个替代方法是把p-n结放在电池的背面(非照明面)。在这种背接触太阳电池中，对正表面结构化和钝化的要求与形成p-n结及形成发射区，基区接触电极的要求无关。这意味着p-n结可以较深，发射区可以重掺杂而不会带来重大的后果。由于在正表面没有接触电极，被照表面上的屏蔽不再是个问题，金属接触栅线的间距也不再是个问题。由于这种类型的电池一般采用又指型接触电极，因此背表面的几乎一半面积覆盖着正接触金属，另一半覆盖着负接触金属。然而，由于p-n结在电池的背面，因此为了得到令人满意的能量转换效率，初始材料(基区)中的少数载流子扩散长度必须超过电池厚度。这种方法的最好结果来自于斯坦福大学小组，根据他们的报告，180μm厚，35cm2面积的区熔法背接触硅电池在太阳幅照度为1(100mw/cm2)时的效率为21.3％；温度24℃，大气质量1，太阳幅照度为1时的效率为22％(R.A.Sinton et al.，“Large-Area 21％Efficient Si Solar Cells，”Conf.Record 23rd IEEEPhotovoltaic Specialists Conference，P.157(1993)；R.A.Sinton et al.，IEEE Electron Device Lett.，EDL-7，no.7，p.567(1986)两篇都是本发明的参考资料)。
Sinton等人设计的背接触硅太阳电池的制造相当复杂，造价昂贵，通常和集成电路的制造有关。制造工艺包括单独的p-型和n-型扩散(每一种扩散都需要掩蔽)，用光刻将负接触金属电极与正接触金属相对准，通过蒸发和溅射淀积多层接触金属系统，这需要真空系统。因此，虽然和传统的正接触结构相比，背接触结构有很大的优点，但这种结构的实现代价昂贵。
本发明仅用一种材料-最好是铝(Al)-作为p-型掺杂材料及n-型硅(Si)本体层的欧姆接触材料来制作背接触硅太阳电池，因此减少了硅太阳电池的制造成本，但仍保持了相当高的太阳能转换效率。此外，在一种优选实施方式中，用一种新颖的相当廉价的丝网印刷，自对准接触系统方法制造背接触栅线。这种接触系统的显著特点是自对准，把阳极氧化方法应用于一组接触电极使其与另一组接触电极隔离，因此不需用一套掩模版依次准确对中来制造出栅线图形。
在一个优选实施方式中，本发明的背接触硅太阳电池的设计还具有其它几个优点，包括以下但不仅限于此：表面结构化(在晶体生长过程中形成及用化学方法形成)，正表面及背表面少数载流子镜，使用氧化硅层的表面钝化，抗反射涂层的使用，用欧姆接触电极作背面光反射器，负偏置条件下相邻重掺杂n+区和p+区损伤的内防护，改进的负、正接触主栅线(contact bus bar)，它允许将电池串接时使用“表面安装技术”。
图1是本发明优选实施方式的枝状带硅坯料的剖面图。
图2是在淀积铝来形成正接触电极阶段带硅的剖面图。
图3是在热处理阶段带硅的剖面图。
图4A是形成氧化铝来隔离第一层金属阶段带硅的剖面图。
图4B是图4A的带硅背表面的局部放大图。
图5A是从背表面除掉氧化硅的带硅的剖面图。
图5B是图5A的带硅背表面的局部放大图。
图6A是在淀积金属来形成负接触电极时带硅的剖面图。
图6B是图6A的带硅背表面的局部放大图。
图7是成品电池的底部背视图。
图8是一个具有8个电池的基片的背表面的平面图。
图9是图8所示基片上的一个电池的背表面放大图。
图10是图9中沿着10-10线的截面图。
图11是用来表明一对正电极和其间区域的局部放大详图。
图12是图9所示电池的顶部角落处的放大详图。
现将注意力转向附图，这里说明了本发明的一个优选的制造工艺和技术。
虽然图1-图7表示的是枝状带硅，但应该予以理解的是：只要电池在工作条件下的少数载流子扩散长度超过电池厚度，本发明可以应用于任何形式的硅，包括区熔(float zone)硅，切克拉斯基硅，磁性切克拉斯基硅，熔融(cast)硅和薄层硅。
本发明的背接触硅太阳电池的初始材料是任何n型初始硅材料，示于层10。通常用于硅的n型掺杂剂是元素周期表中V族元素的原子，包括锂，锑，磷和砷等元素。然而，也应该予以理解的是，本发明的电池结构也适用于初始硅材料是P型的，或甚至是未掺杂的，因为层10的作用主要是作为光吸收层。
在图中所示的优选实施方式中，初始材料(图1中的本体层10)是用锑(Sb)进行n型掺杂的枝状带硅。枝状带硅是用类似于制造切克拉斯基硅的工艺生成的。然而，除了枝状带硅外，也可使用其它方法生长出的硅，例如区熔硅，切克拉斯基硅，熔融硅及薄层硅。生长的枝状带硅的典型厚度是100微米，然而也可采用其它厚度。厚度为100微米时，少数载流子的扩散长度一般大于电池厚度，经常是电池厚度的2或3倍。在锑掺杂硅带的顶面和底面有n+薄层20，它们是当带硅仍在生长炉中时扩散进两个表面生成的。如果在带硅生长过程中没有形成n+表面层20，也可在开始加工时用任何可行的工艺方法形成，包括通过快速热处理工艺用液态掺杂源同时对正面和背面扩散。n+层产生“表面场”，使得空穴离开表面，减少了那里的表面复合，并把在表面层产生的空穴加速到达p-n结，表面场还有利于短路电流和开路电压增加，由此加大了太阳能转换效率。再有，背面的n+层有利于负接触金属的欧姆接触，这在下面还要讲述。
此外，顶面和底面都结构化，目的是捕获更多的入射光。如图中以锯齿图形30表示的这种结构可以生长出来，可以通过阳极刻蚀生成多孔硅层引入(如Y.S.Tsuo等人描述的方法，“Potential Applications ofPorous Silicon in Photovoltaics”，Conf.Record 23rd IEEE PhotovoltaicSpecialists Conf.(Louisville，KY)(1993)，作为本发明的参考资料)，或通过机械方法锯或光学方法如激光刻蚀引入。虽然在优选实施方式中，结构和掺杂表面被表示出来，但通常情况下，它们的应用是可选的。此外，为清楚起见，电池底面的结构化在图2-图6中没表示出来。
图1-图6说明了太阳电池制造过程中的重要步骤，包括用铝既作为掺杂剂又作为欧姆接触材料，以及铝的掩蔽用的是自对准阳极氧化工艺。这里的铝或铝材料指纯铝或硅浓度小于低共熔组分(重量比为88.7％铝和11.3％硅)的铝-硅合金。在整个背表面的近一半面积上以条状淀积铝，每个铝条条宽100μm，铝条边缘间的距离约100μm，如图2中间距40所示。为了有效收集载流子，铝条50之间的距离40应小于少数载流子(空穴)的扩散长度。条宽和距离也可减小到100μm以下，以获得某些好处。有用的条宽上限值约为2000μm，而有用的铝条边缘间距40范围约为50μm至300μm。这样，并联铝条中每一条都形成作为p-n结太阳电池的独立的掺杂源材料区，这里可进一步解释为这些独立区域的基区连接在一起，形成作为正接触主栅线的主栅线区。
在优选铝淀积方法中，用技术上本身已知的丝网印刷工艺以铝浆状态淀积铝。铝条示于图2，此处铝被淀积成进入纸面的铝条50的形式。然而，除了丝网印刷以外的其它淀积方法也属于本发明的范围内，如电子束蒸发及溅射，虽然这些方法由于光刻而需要更高成本，因此不大被采用。
总而言之，与n型本体层相比，p型材料的铝层相当薄，本体层厚约100μm时铝层厚2至20μm。
注意在本发明的优选实施方式中，选择铝至少同时用于三个目的：用作p型掺杂源，用作正接触金属，以及用作它覆盖着的背表面区域的部分背表面光反射层，它覆盖着背表面大约50％的面积。
现在注意看说明热处理的图3，它表示出淀积的铝层在约850℃富氧环境下热处理后的结果。在这步工序，通过丝网印刷上的铝同硅合金形成p-n结。在850℃下进一步维持额外的一段时间，例如30分钟或更长，会有利于形成令人满意的合金。温度范围可以从铝-硅低共熔温度577℃至硅的熔点1420℃。可以用快速热处理设备，带式炉，管式炉或其它设备加热。周围环境也可用惰性气体，例如氩气或氮气，或用化学反应气体，如氧气或氢气。也可用环境气体的混合物。升温时间可以从30秒至几小时。在优选实施方式中，希望在这个温度下采用富氧环境，这会使在任何裸露的硅上生长氧化层(SiO2)，使得表面钝化及减少有害的复合作用。
然后使硅-铝合金温度降低，利用液相处延再生硅，直到温度降至低共熔温度(577℃)。结果再生硅现在用铝(约1018cm-3)掺杂成为p型，如图3中p+层60。当铝浓度超过初始硅的施主浓度时，形成所要求的p-n结，低共熔合金(重量比为约88.7％铝，11.3％硅)仍存在于表面，作为与P型硅的接触电极。应指出的是，由于p-n结在吸收光很少的电池背面，和传统的正接触太阳电池相比，结深是次要的，因此p-n结可以做得相当深(从表面向下1至20μm)。在丝网印刷时，可以不用纯铝，而用铝-硅混合物做淀积材料来控制合金结结深。原因是随着低共熔成分中硅浓度的增加，印刷上的金属能溶解的硅量减少，因此结深变浅。如果需要，通过增加淀积上的铝的厚度及根据铝-硅相图提高合金温度就可以使结深加深。
另外，由于枝状带硅(本发明的优选硅种类)的特性，在近850℃温度下，会使任何淬火固定下来的缺陷，例如硅空位及自填隙缺陷通过退火除掉，硅本体少数载流子寿命可能会增加。和快速降温相比，以每分钟10℃的可控速率降温也会使淬火固定下来的Si缺陷经退火除掉，减少了有害的复合点。
上述热处理工艺可以用带式炉实现，在带式炉中，样品放在传送带上，传送带慢慢被拖过炉中的恒温区。作为替代，在这样的炉子中将硅/铝混合物在850℃下加热约30分钟。也可用各种各样其它技术来形成硅/铝共熔体，例如用快速热处理设备，它利用例如石英灯将硅加热到1000℃，并维持这个温度30秒，这会增加商业背景下的生产能力，又例如用传统的石英管式炉。
这种p+区(图3中的区域60)直接和n+区在背表面层(图1中的背表面层20)相邻还有未曾预料的优点：当太阳电池反向偏置时，例如在组件中被遮蔽时防止过热。一个“组件”是用玻璃或其它覆盖材料保护的一组互连电池，受到光照时，它会产生大量电能，典型值为10至100瓦特。这种p+n+设计具有内建的对反向偏置的防御、使得没必要制作用来防止反向偏置通常所称的“旁路二极管”。该p+n+结的作用类似于齐纳二极管，它仅需很小的电压在适当的反向偏压下击穿，仅消耗电池很少的功耗，因此保护了电池。
现在注意看图4A和图4B，它说明了本发明的优选实施方式中的另一工序。这一工序具有独特的“自对准”特性，用于将负接触电极(对n型区)相对于正接触电极(对p型区)对中。为了将p型层接触电极(正接触电极)与n型层接触电极(负接触电极)隔离开，本发明不采用过去一直使用的复杂的掩模技术，而是通过形成氧化层来覆盖第一组(正)铝接触电极，并把这组同第二组(负)接触电极电隔离开。在存在氧气的环境下，通过在裸露的硅，硅-铝及铝材料上以Al2O3，SiO2，或某个变种形式自然形成的氧化层80(绝缘体)将铝-硅p+层成分和暴露在带硅坯料10外面的铝条70隔离开做到以上这一点，如图4A和图4B所示。覆盖铝条70的氧化层应该长到约0.1μm至1μm厚。如图4A和图4B所示，在这步工序，氧化层80也覆盖了铝条70之间的n层表面区域90。为了能使欧姆接触区能和太阳电池二极管的阴极(n型硅)形成欧姆接触，表面区域90上的氧化层接着要被除去(见下面图5B所示工序)，这在下面还会详细描述。
在图4A和图4B中形成氧化层的优选方法是阳极氧化，用这种方法时，被加工的电池的表面层被浸入弱电解液中(如硼酸盐，磷酸盐或碳酸盐)并施加电压。由于施加了电压，在不起化学作用的电极和接触金属(铝-硅低共熔体)间有电流流过。如果驱动阳极氧化电流的电压达至700V(14埃/V或1.4nm/V)，则阳极氧化层的厚度可达1μm。这种氧化层致密且没有针孔。由于在光电池完工时必须给接触主栅线(图7中的区域110所示)制作欧姆接触电极，从而给裸露的铝条70制作接触电极，所以在主栅线区必须禁止生成阳极氧化层(该主栅线区在阳极氧化工序中必须被屏蔽起来)。这样做的一种方法是用一种压缩的，然而是导电的介质与主栅线所占的面积接触，例如用浸碳的闭孔海绵。由于闭孔海绵不吸收电解液，因此最好用它。
除了阳极氧化外，本发明可以采用任何用来隔离铝或铝-硅低共熔层的其它方法，例如在含氧等离子体中氧化铝。
在通过阳极氧化或其它适当的方法生成氧化层80后，为了使负接触金属层铝能在其上淀积，覆盖着氧化层的在铝条间隙的表面区90的n型硅表面必须暴露出来。这样，参看图5A和图5B，它们说明了如何将氧化层从背表面的硅层上除去，而不除掉覆盖在铝条70上的氧化层。做到这一点的优选方法是用氢氟酸选择性地刻蚀并除掉间隙中的SiO2(二氧化硅)20，因为氢氟酸不和Al2O3(氧化铝)起作用，因而Al2O3不会除去。结果，间隙中的SiO2被除掉，而覆盖在铝条接触电极70上的Al2O3绝缘层仍然保留，参见图5B。也可用其它有类似作用的化学药品，或用其它去氧化层的技术，例如用二氧化硅层的弱砂磨(lightsandblasting)法，这种方法还具有使暴露出的硅片表面弱损伤的好处，这有益于和n型基区的欧姆接触。使用了弱砂磨方法就不必在电池的背面形成n+扩散层3，用n+扩散层主要也是益于欧姆接触，也可用反应离子刻蚀(RIE)除掉SiO2而保留Al2O3。也可用类似于砂磨的离子铣削弱损伤表面以利于欧姆接触。
图6A和图6B说明了本发明的太阳电池制造工艺中的下一步工序，即用第二层金属层形成自对准负欧姆接触金属(对于n型硅层的接触)。这第二层金属可以是任何适宜的接触金属，包括铝和银。丝网印刷也是淀积这第二层金属的优选方法，也可采用例如电子束蒸发或溅射等其它方法。表示为金属层100的这第二层金属层几乎覆盖了电池的整个背面。由阳极氧化层80将这第二层金属和第一层金属接触条70隔离，而这第二层金属和由第一层淀积铝层形成的金属条70间的n+区90形成欧姆接触。第二层金属层也有助于形成背表面光反射层，将在第一次通过硅材料时未被吸收的光线反射回硅材料内。
图7表示从背面看的完工的太阳电池，电池上覆盖着第二层金属(铝或其它欧姆金属)或铝-硅低共熔体。本发明的这种太阳电池有一个没有任何遮挡的正表面，和传统的太阳电池相比，这是一个重大的优点。在背面，二个金属接触层(欧姆金属接触层70和100)除了作为欧姆接触层外，也起局部光反射器的作用。此外，由于本设计不需制作不便的外部正-反内部单元接触(external front-to-back inter-cell contacts)，而使用更多不需这种接触的“表面安装”工艺设计，因此本发明的太阳电池的主栅线设计使电池简单地互连为串接的形式。
参见图7，其中表示出了主栅线区110，其为未氧化区，如前面所述，主栅线接触从这儿通向第一层正接触金属条70a。主栅线区110看起来可能比被负接触金属层100覆盖的面积小，但正金属接触区和负金属接触区二者都有益于组件式的表面安装设计。铝-硅低共熔体叉指70从图7的主栅线110垂直向上伸展出去，但是由于被第二层金属100覆盖着，因此在图中看不见。
如果需要，也可以淀积除了铝或银以外的其它欧姆接触金属来形成这里所讲的正和负欧姆接触区，例如用钛/钯/铜三层结构或丝网印刷银作为接触层。
关于使用减反射膜(AR)，通常在被照的正表面的最外面有一层或几层减反射膜，但为了清楚起见，图1-图7中未表示出来。对于本设计，AR膜可能是可选的，如上所述，由于结构化或结构化与钝化氧化层的结合足以起到减反射的作用，因此不需要减反射膜。然而，可以使用由等离子体增强化学汽相淀积(PECVD)生成的氮化硅减反射膜或常压化学汽相淀积(APCVD)生成的二氧化钛减反射膜。如果表面没有氧化层存在或氧化层非常薄，在淀积AR膜前也可以进行氢离子注入(用来改进少数载流子扩散长度)。
图8表示的是用切克拉斯基硅片作为初始基片制成的铝合金结叉指状背接触(IBC)太阳电池120。这些电池用来说明背接触结构中铝合金结的使用。铝是由电子束蒸发而不是由丝网印刷淀积上的。负电极不是用阳极氧化或其它工艺自对准的，而是用制造集成电路用的接触对中设备将负电极相对于铝-硅低共熔体正电极人工对中。
硅衬底片是单面抛光的，直径3英寸，13-17密耳厚，磷掺杂到3-20Ω-cm，使用(111)面。在两个片子(用CZ-7和CZ-8表示)的抛光面上加工测试结构和太阳电池。图8表示的是其中一个片子的背面。正表面(图8中看不到)有磷扩散层和减反射膜(AR)95(见图10和图12)。不算用作负电极的宽2mm宽的主栅线112，八个太阳电池的每一个都是1平方厘米大。这八个电池在下面的表2和表3中用形成负接触电极的n+叉指条数(4，8，16和25)及电池的位置(内部(I)或外围(P))来表示。四个位于内部的电池只有低共熔合金与p+区接触，而四个位于外部的电池的低共熔合金上淀积有第二层金属。CZ-8片得到的结果较好，所以只叙述这个片子的工艺及测试结果。
用于制造IBC电池的CZ-8片的工艺总结如下表。这个工艺的一个值得注意的特点是背面的铝合金结和在整个正表面及在铝电极间裸露的背表面形成的磷掺杂n+层是共用一个高温工序完成的。用光刻刻出蒸发上的铝的图形及给作为负电极的第二层金属定位。图9是这种铝合金结IBC太阳电池的背面图，而图10-图12是其截面图。
                    表1
                    CZ-片的制造工艺工序内容                材料      厚度         工艺1    淀积铝(在抛光面)    Al       3μm         蒸发2    制作图形(掩模1)     AZ1350J  1.5μm       喷涂，带式炉
                                           烘烤3    去铝                Al       3μm         刻铝4    在正面及背面(铝上)  P-507    0.3μm       印刷液态掺杂源
涂敷液态磷掺杂源5    在背面生成p+区     Al       3μm         快速热处理
(合金)及在正面和背            0.3μm       (1000℃，30秒)
面生成n+区          P-5076    制作图形(掩模3)     AZ1350J  1.5μm       旋转，加热板
                                           烘烤7    淀积金属(在抛光面)  Ti/Al    500埃/0.5μm 蒸发8    制作接触电极         n/a     n/a          剥除9    保护正面扩散层       蜡      任意         用加热板熔化10    刻蚀电极之间的硅   n+Si    1.5μm       50∶1 HNO3∶HF，
                                           2分钟11    涂敷减反射膜       TiO2    750埃        旋转
                                           (2500rpm，30秒)12    烘烤减反射膜       TiO2    750埃        450℃，空气
有关CZ- 8工艺的一些说明：
合金/n+扩散工艺包括在快速热处理工艺(RTP)设备中的逐步降温过程(约50℃/分，从1000℃降至825℃)；
在用1000℃的快速热处理工艺同时形成p+和n+区之前在铝上印刷液态磷掺杂源没有明显的害处；
对于1000℃，30秒的快速热处理工艺，用扫描电镜测量剖面得出的p+区深度为5μm；
1000℃，30秒快速热处理后测出的n+正表面的薄层电阻为25Ω/□；
未用掩模2，因为只是某些测试图形需要用它，IBC电池不用；
剥除工艺限制n+表面接触的钛/铝厚为0.55μm；
在正电极(低共熔体)和负电极(钛/铝)间若没有刻蚀n+硅，p-n结会被严重地旁路。
                        表2涂敷减反射膜前光照(AM1.5，100mW/cm2，正面光照)下I-V数据片号  电池编号   Jsc      Voc    填充因子  效率
             (mA/cm2)  (V)               ％CZ-8    4I       22.4    0.516    0.611    7.07CZ-8    8I       19.9    0.522    0.621    6.45CZ-8    16I      19.6    0.518    0.581    5.90CZ-8    25I      20.6    0.510    0.580    6.08
                        表3涂敷减反射膜后光照(AM1.5，100mW/cm2，正面光照)下I-V数据片号  电池编号   Jsc     Voc    填充因子  效率
             (mA/cm2) (V)               ％CZ-8    4I      27.6    0.515    0.635    9.01CZ-8    8I      24.2    0.515    0.691    8.61CZ-8    16I     23.6    0.510    0.695    8.35CZ-8    25I     23.5    0.505    0.716    8.50
注意背接触太阳电池取得的效能，因而展示了所描述的结构的寿命。测量得到的光-电能量转换效率高达9％。期望进一步改进基体材料和加工工艺，以使效率提高到如目前所证明的效率的一倍。
尽管以上全面、完整地介绍了本发明的优选实施方式，然而还可以采用各种改进，替代结构和等效方案。例如，尽管描述了优选实施方式一直用铝来形成P型扩散和欧姆接触电极，然而其它III族金属，例如镓和铟都可用于此目的。合适的III族元素会溶解硅，并且当硅凝固时在其中保存少量而成为掺杂剂。此外，虽然描述优选实施方式时一直用n型体硅层10，然而也可用p型体硅制造背接触太阳电池。用p型体硅层时，在顶面形成一个p+薄层20，但是在体层10的底面形成n+层。在p型实施方式中，少数载流子是电子，熟悉本技术的人很看重这一点。因此本发明的范围不仅限于以上的描述和说明，附加的权利说明书中将限定本发明的范围。

Claims (32)

1.背接触太阳电池，包括：
有正表面和背表面的第一种导电类型的半导体本体层；
在所述的本体层中靠近所述的背表面形成的多个间隔开的相反导电类的掺杂半导体区以及由此形成的多个半导体结；
第一组间隔开的欧姆接触电极，它们沿着所述背表面排列并和所述的多个间隔开的掺杂半导体区相连接；
第二组欧姆接触电极，它们在所述的第一组欧姆接触电极之间的间隙中，和所述的本体层的所述的背表面相连接；及
用来将所述的第一组间隔的欧姆接触电极与所述的第二组欧姆接触电极电隔离开的绝缘设备。
2.根据权利要求1的太阳电池，其中，所述的第一组欧姆接触电极以基本相互平行的导电条形式存在。
3.根据权利要求2的太阳电池，其中，所述的导电条在一端连接在一起形成主栅线接触。
4.根据权利要求1的太阳电池，其中，所述的半导体本体层的厚度不超过所述的第一种导电类型的少数载流子的扩散长度。
5.根据权利要求1的太阳电池，其中，所述的本体层是n型硅。
6.根据权利要求5的太阳电池，其中，所述的n型硅是枝状带硅。
7.根据权利要求1的太阳电池，其中，所述的第一组间隔开的欧姆接触电极由所述的本体层半导体材料和III族金属形成的合金构成，该III族金属包括用于所述的多个间隔开的掺杂半导体区域的受主掺杂剂。
8.根据权利要求7的太阳电池，其中，所述的III族金属选自于由铝，镓，铟构成的组中。
9.根据权利要求1的太阳电池，其中，所述的绝缘设备包括覆盖着第一组欧姆接触电极的绝缘层。
10.根据权利要求1的太阳电池，其中，还包括在所述正表面上的减反射膜。
11.根据权利要求1的太阳电池，其中，所述的本体层由n型材料构成，所述的正表面和背面最初是n+掺杂。
12.根据权利要求1的太阳电池，其中，所述的第二组欧姆接触电极由选自银，铝，铜，钛和钯构成的组中的欧姆金属构成。
13.根据权利要求1的太阳电池，其中，所述的正表面或背表面中至少一个表面被结构化以增加所述本体层对光线的捕获。
14.具有自对准欧姆接触电极的制造背接触太阳电池的方法，包括以下步骤：
(a)提供第一种导电类型的半导体本体层，所述的本体层有正表面和背表面；
(b)在所述背表面的所述的本体层中形成多个相反导电类型的半导体扩散区；
(c)用欧姆接触金属材料在所述的背表面为所述的扩散区形成第一组间隔开的欧姆接触电极；
(d)将所述的第一组欧姆接触电极在它们之间的间隙处电绝缘；及
(e)用欧姆接触金属材料在所述的背表面上所述的间隙里形成第二组欧姆接触电极，所述的第二组欧姆接触电极与所述的第一组欧姆接触电极是电绝缘的。
15.根据权利要求14的背接触太阳电池的制造方法，其中，所述的步骤(a)中提供的是n型硅。
16.根据权利要求14的背接触太阳电池的制造方法，其中所述的步骤(a)中提供的是在正表面上具有n+表面扩散层的n型硅。
17.根据权利要求14的背接触太阳电池的制造方法，其中所述的步骤(a)中提供的是在正表面和背表面上都具有n+表面扩散层的n型硅。
18.根据权利要求14的背接触太阳电池的制造方法，其中所述的步骤(b)和步骤(c)是同时进行的。
19.根据权利要求14的背接触太阳电池的制造方法，其中，所述的步骤(b)和(c)是同时进行的：在所述的本体层的背表面上的III族金属层上制作出图形，加热背表面及与所述的本体层相邻的内部区域，至少使在所述内部区域中的本体材料和所述的制作出图形的III族金属层形成合金，再让合金冷却，以使所述的由III族金属形成的扩散区成为受主掺杂，并使保留在背表面的冷却后的合金形成第一组接触电极。
20.根据权利要求19的背接触太阳电池的制造方法，其中，所述的制作出图形的那层由III族金属和本体层材料的混合物构成。
21.根据权利要求20的背接触太阳电池的制造方法，其中，所述的混合物由铝和硅构成。
22.根据权利要求19的背接触太阳电池的制造方法，其中，所述的制作出图形的那层由多个单独的条构成。
23.根据权利要求22的背接触太阳电池的制造方法，其中，所述的条基本上是相互平行的。
24.根据权利要求19的背接触太阳电池的制造方法，其中，所述的制作出图形的那层是用丝网印刷做的。
25.根据权利要求14的背接触太阳电池的制造方法，其中，所述的电隔离步骤(d)是这样进行的：在所述的第一组欧姆接触电极上及它们之间的间隙中形成绝缘层，再选择性地从所述的本体层的所述背表面上除去所述的间隔中的那部分所述的绝缘层，以使所述的绝缘层基本上只覆盖着所述的第一组欧姆接触电极，而其间隙是裸露的。
26.根据权利要求25的背接触太阳电池的制造方法，其中，所述的选择性除去的步骤包括刻蚀所述的间隙上所述的那部分绝缘层的步骤。
27.根据权利要求26的背接触太阳电池的制造方法，其中，所述的刻蚀步骤是用化学方法刻蚀。
28.根据权利要求26的背接触太阳电池的制造方法，其中，所述的刻蚀步骤是反应离子刻蚀。
29.根据权利要求25的背接触太阳电池的制造方法，其中，所述的选择性除去的步骤包括对那部分所述间隙上的所述的绝缘层进行砂磨的步骤。
30.根据权利要求25的背接触太阳电池的制造方法，其中，所述的选择性除去的步骤包括离子铣削所述那部分间隙上的所述的绝缘层的步骤。
31.根据权利要求14的背接触太阳电池的制造方法，其中，还包括在所述的本体层上所述的正表面和背表面中至少一面结构化的步骤。
32.根据权利要求14的背接触太阳电池的制造方法，其中，还包括在所述正表面涂敷减反射膜的步骤。
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