TW200933918A - Method of fabrication of a back-contacted photovoltaic cell, and back-contacted photovoltaic cell made by such a method - Google Patents

Description

200933918 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明是有關於一種背觸式太陽能電池（back contacted photovoltaic cell)的製造方法。另外，本發明是 有關於—種背觸式太陽能電池。 【先前技術】 基於單晶石夕晶圓或多晶梦晶圓之背觸式太陽能電池 ⑩ 或太陽電池（solar cell)包括一種金屬化方案，在所述金 屬化方案中，具有正極性之接觸電極與具有負極性之接觸 電極每一者皆設置於太陽電池之背面。此金屬化方案應用 金屬化包覆貫穿（metallization wrap through，MWT)或發 射極包覆貫穿（emitter wrap through，EWT)來將接觸電 極置於背面，以便使太陽電池之正面上具有可用於太陽能 轉換的最大面積’太陽電池之正面在使用時面向輻射源（例 如，太陽）。太陽電池之頂層藉由一或多個金屬插塞（metal plug)而連接至電池背面上的正面接觸電極，所述金展插 塞位於延伸穿過晶圓的孔（亦稱為“通孔”（via))内。 出於許多原因，先前技術之背觸式太陽電池之效 對較低。 • 已知在習知MWT或謝技術中，穿過通孔之電導 • 村能相對較小。通常藉由絲網印刷製絲獲得通孔之金 屬化，所述_印刷製程將金料壓人通孔中。使用此方 法難以獲得完全填滿有金屬之通孔。由於電導率較低，因 200933918 自國際申請案W05076960已知，藉由在絲網印刷製 程前使用擴散製程摻雜通孔壁，來改良通孔内的電導率。 ' 必須將擴散製程設置成使所得的通孔壁之摻雜濃度高於太 ' 陽電池之正面層的最佳（低）摻雜濃度。此針對通孔之擴 散製程是複雜的，因為所述製程需要額外生產步驟，所述 步驟亦可能不利地干擾正面層之形成。詳言之，晶圓之正 面層因通孔壁之摻雜而具有相對較高之摻雜濃度，所述相 ❹ 對較高之摻雜濃度可能會增強正面層内之少數電荷載子的 再結合。 此外，已知使用電鍍來進行晶圓中之通孔的金屬化。 然而，此項技術的成本相較於絲網印刷來得昂貴。 【發明内容】 本發明之一目標是去除或至少減少以上缺點。 藉由一種方法來實現此目標，所述方法包括： 提供第一導電類型之半導體基板； ❿孔；在所述半導體基板之正面與背面之間形成至少一通 膏，U面上在所述至少—通孔上塗覆正面接觸金』 迷正面接觸金屬膏包括第一接觸金屬； 在退基板退火，以便使所述第—_金屬熔化 金屬與半導體基板材料之合金。 上瓜成第接角 由於潤濕及/或毛細管作用所導致之炫則 觸金屬的流動，加上合金在至少—通孔之壁處的子 200933918 成’所述方法增強了至少一通孔的填充效果。 在一態樣中，所述方法規定’正面接觸金屬膏中之第 一接觸金屬為用於半導體基板之摻雜元素，所述摻雜元素 導致第二導電類型，第二導電類型與第一導電類型相反。、 有利的是，在此態樣中，所述方法允許所述至少一通 孔之壁的導電類型可不同於基板材料的導電類型。 在另一態樣中，所述方法規定，正面接觸金屬膏包括 Φ 至少一導致第二導電類型的第一摻雜元素，第二導電類型 與第一導電類型相反。有利的是，在此態樣中，所述方法 允許所述至少一通孔之壁的導電類型可不同於基板材料的 導電類型。 此外，本發明是有關於一種背觸式太陽能電池，所述 背觸式太陽能電池包括： 第一導電類型之半導體基板； 自所述半導體基板之正面至背面的至少一通孔； 所述背面上位於所述至少一通孔上的正面接觸金屬 © 化圖案，所述正面接觸金屬圖案包括第一接觸金屬； 所述至少一通孔至少在壁上包括一層由所述第一接 觸金屬與半導體基板材料組成的合金層。 - 隨附申請專利範圍進一步界定有利的實施例。 為讓本發明之上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特 舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。 【實施方式】 圖1示意性地繪示根據本發明實施例之背觸式太陽能 200933918 電池1在初始階段期間的橫截面。 在製造過程之初始階段期間，提供第一導電類型之半 導體基板101。 、 所述基板可為單晶發晶圓或多晶石夕晶圓。 第導電類型可為P型（受體型(acceptor type))或η 型（供體型(donor type))。在較佳實施例中，第一導電類 型為η型。 在基板101中，形成一或多個通孔1〇2，通孔1〇2自 基板之正面101a延伸至基板之背面1〇11^可經由雷射鑽 孔技術形成通孔。 在开> 成通孔102之後’在基板1〇1之正面上及通孔1〇2 之壁102a、102b上形成頂層103，且視情況在基板之背面 的一部分上形成頂層103。頂層103具有第二導電類型， 第一導電類型與基板101之第一導電類型相反。 在較佳實施例中’基板具有η型導電類型，而頂層1〇3 具有Ρ型導電類型。可藉由擴散作為ρ型第一摻雜元素的 领（b0ron，Β)而形成ρ型頂層1〇3。 或者’第一摻雜元素可包括鋁（A1)、鍺（Ga)或銦 (In)。 第一摻雜元素可由蒸氣源或塗佈源形成。 塗佈源可為含有摻雜劑的膏或液體。可將此膏或液體 絲網印刷、旋塗或噴塗於基板之表面上，且此膏或液體接 著可在高溫下擴散。 圖2示意性地繪示背觸式太陽能電池1在下一階段期 200933918 間的橫截面。 接下來，在背面101b上形成用於與基板1〇1接觸的 基極接觸區域104.。 使用遮罩（未圖示）來界定將形成基極觸點的區 域。 在基板具有η型導電類型的較佳實施例中，藉由擴散 η型第二摻雜元素而形成基極接觸區域1〇4。第二摻雜元素 可為磷（phosphorous’Ρ)。第二摻雜元素可由蒸氣源或塗 佈源形成。 在界定或形成基極接觸區域104之後，移除所述遮罩。 或者，可藉由含有膏的摻雜劑在基極接觸區域104上 局部塗覆第二摻雜元素，所述膏中包括η型摻雜劑。 圖3示意性地繪示背觸式太陽能電池1在後續階段期 間的橫截面。 . 隨後’在基板之正面上形成第一介電層1〇5，以覆蓋 頂層103。通常，第一介電層1〇5為氮化矽層，可藉由電 聚增強化學氣相沈積製程（plasma enhanced chemical vapor depositionprocess，pECVD)來形成所述氮化矽層。或者’ 可藉由錢鑛沈積製程或低壓CVD (low pressure CVD， LPCVD)製程或此項技術中已知的任何其它製程來形成所 述第一介電層。 接下來’在基板之背面上形成第二介電層1〇6。通常， 第二介電層106是亦可藉由電漿增強化學氣相沈積製程 (PECVD)形成之氮化矽層，但第二介電層106之成分可 200933918 不同於第一介電層105之成分。 圖4示意性地繪示背觸式太陽能電池1在再下一階段 期間的橫截面。 在此階段期間，在基板背面處之第二介電層上形成背 面金屬化圖案107。背面金屬化圖案實質上設置於基 極接觸區域104上。 通常，藉由絲網印刷背面接觸金屬膏而形成背面金屬 化圖案107。或者，亦可藉由其它技術來形成背面金屬化 圖^ 107 ’諸如模板印刷、喷墨印刷、分配（dispensing)、 印花法轉印（decal transfer)、電鍍、無電極電鍍（但不限 (silver，Ag)作為第二接觸金屬。 銀 圖5示意性地繪示背觸式太陽能電池丨在後續階段 間的橫截面。 在此階段期間，在基板之背面處形成正面接觸金屬化 圖案108。以使得通孔1〇2至少部分地填充有第一接觸金 屬的方式，在背面通孔開口上形成正面接觸金屬化圖案。 可藉由接觸金屬膏之第二絲網印刷製程或藉由其它 技術來形成正面接觸金屬化圖案，所述其它技術諸如是上 文參照背面金屬化圖案之製造而提及之技術。 在較佳實施例中，正面接觸金屬化圖案108之接觸金 屬膏包括鋁（aluminium，A1)作為第一接觸金屬。 在金屬化包覆貫穿（MWT)之情況下，亦在基板之正 面上塗覆額外的金屬化圖案（此處未圖示）。 200933918 圖6示意性地繪示背觸式太陽能電池在又一後續階段 期間的橫截面。 在此階段期間’以高退火溫度加熱背觸式太陽能電 池。選擇所述退火溫度以允許在背面金屬化圖案1〇7之第 二接觸金屬與基極接觸區域104之間形成導電接觸，並致 使正面接觸金屬化圖案1〇8之接觸金屬膏中至少所述第一 接觸金屬熔化。 ❹ 由於潤濕及/或毛細管作用所導致之熔融接觸膏材料 的流動’正面接觸金屬膏之熔化有利地允許填充所述通孔。 此外，可選擇退火溫度，以便使正面接觸金屬化圖案 108之第一接觸金屬與通孔之壁1〇2a、忉㉛發生反應從 而形成金屬間化合物（intermetaiiic e〇mp〇und )丨〇9 (例如， 共晶合金（eutectic alloy ))。 通孔可包括單一金屬主體之插塞，以防與壁發生反 應。若與壁發生反應，則通孔可包括部分或全部由金屬間 化合物109組成的插塞。 ® 在第一接觸金屬膏包括鋁且半導體基板包括矽的實 施例中，金屬間化合物109可包括A1_si共析質 (eutectoid )。由於共晶合金在A1_Si合成系統（或相 • 圖）中在相對較低的液相線溫度（約600。〇下形成，因 此可達成通孔之極佳填充’尤其是因為共晶液體之黏度相 對較低。 此外，請注意，鋁可充當矽之{)型摻雜劑。因此，接 面隔離（通孔金屬與η型基板101之隔離）以及通孔壁内 200933918 之電導率得以增強，此結果導致背觸式太陽能電池1之效 率得以進一步改良。 在背面接觸金屬膏包括銀且正面接觸金屬膏包括銘 的實施例中，可在鋁之熔化溫度與銀之熔化溫度之間選擇 退火溫度。在此情況下，鋁與矽可能形成合金，而銀膏僅 打開氮化矽層106，以接觸基極接觸區域104。 請注意，在替代實施例中，可在絲網印刷正面接觸金 屬化圖案108以及用接觸金屬填充通孔的後續退火之前， 進行背面金靥化圖案107與基極接觸區域1〇4之背面接觸 (藉由退火）。 由於熔融銘（或Al-Si合金）之退火溫度低於銀的炼 化溫度，因此包含銀之背面金屬化圖案1〇7在填充通孔期 間是穩定的。 請注意’在另一實施例中’通孔内之金屬插塞的中心 處可包括空隙。在所述情況下，插塞可呈（準（qUasi_)) 管狀形狀。 由於退火之緣故，正面接觸金屬膏凝固成包括第一接 觸金屬的正面接觸金屬合成物’背面接觸金屬膏凝固成包 括第二接觸金屬的背面接觸金屬合成物。 圖7示意性地繪示另一實施例中之背觸式太陽能電池 的橫截面。 在圖7中，參考標號與前圖中所示相同之實體指代對 應實體。 在此實施例中’正面接觸金屬化圖案1〇8包括第一接 11 200933918 觸金屬及摻雜元素。在退火程序期間，可能發生摻雜元素 擴散至基板材料中的擴散反應，以及第一接觸金屬與半導 體基板材料的合金反應。 視每一此等反應之反應動力學而定，通孔中之插塞可 包括摻雜層111、金屬間化合物層112及金屬主體110。熟 習此項技術者將知曉，寬度比將取決於選定退火溫度下之 反應動力學。 在一實施例中，基板101包括η型矽，且正面接觸金 屬膏包括鋁及硼。 圖8繪示根據本發明實施例之製造過程80〇的方塊 圖。 背觸式太陽能電池1的製造過程800在步驟8〇1處開 始’在步驟801中’提供η型石夕基板。晶圓為單晶或多晶 的。 在下一步驟802中’藉由雷射鑽孔’在晶圓中鑽出用 於Ρ型觸點之孔（通孔）。 接著’在步驟803中，藉由硼（ρ+)擴散，在晶圓正 面上形成具有Ρ型導電類型之頂層。可使用氣態硼前驅體 在高溫下進行此擴散製程。同時，用Ρ型導電類型層覆蓋 通孔之壁。 在步驟804中，藉由擴散η型摻雜劑，在晶圓之背面 l〇lb上形成接觸區域。^型摻雜劑可為磷（Ρ)。 在後續步驟805中，形成第一介電層105作為純化及 抗反射層’以覆蓋頂層103。此第一介電層1〇5可為可 12 200933918 藉由電漿增強化學氣相沈積製程（PECVD)形成所述氮化 梦層。 在下一步驟806中’在晶圓背面上形成第二介電層 忉6’作為鈍化及内反射層。可藉由電漿增強化學氣相沈積 製程（PECVD)形成第二氮化矽層。 在步驟807中’藉由絲網印刷包括銀（siiver，Ag) 之背面接觸金屬膏’在晶圓背面上形成用於接觸背面基極 觸點的背面（基極）金屬化圖案1〇7。 接著，在步驟808中’藉由絲網印刷包括銘作為第一 接觸金屬的接觸金屬膏’在晶圓背面處形成正面（發射極） 接觸金屬化圖案108。以使得通孔1〇2至少部分地填充有 正面接觸金屬膏的方式，在背面通孔開口上形成正面接觸 金屬化圖案。 接下來，在步驟809中，使晶圓在高退火溫度下退火。 在退火期間’在包含銀之背面金屬化圖案1〇7與基極接觸 區域104之間形成導電觸點。同時，由於潤濕及/或毛細管 作用所導致之熔融接觸金屬膏材料的流動，接觸金屬膏溶 化並填充通孔。正面接觸金屬膏中之鋁與晶圓之矽發生反 應’並形成覆蓋通孔之壁的金屬間化合物。由於鋁是矽的 P型摻雜劑’因此接面隔離得以增強，且太陽能電池之效 率得以改良。 在隨後之步驟810中，使晶圓冷卻，並進一步處理晶 圓，以形成太陽能電池p 請注意’在上文之描述内容中，可能存在若干中間製 13 200933918 程步驟’具體而言為濕式或乾式化學步驟，例如用於進行 姓刻及清洗。為清楚起見，此處並未論述熟習此項技術者 所明白之此等中間步驟。 ' 雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定 本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離 本發明之精神和範圍内’當可作些許之更動與潤飾，故本 發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。 【圖式簡單說明】 圖1示意性地繪示根據本發明實施例之背觸式太陽能 電池在初始階段期間的橫截面。 圖2示意性地繪示背觸式太陽能電池在下一階段期間 的橫截面。 a 圖3示意性地繪示背觸式太陽能電池在後續階段期間 的橫截面。 圖4示意性地繪示背觸式太陽能電池在再下一階段期 間的橫截面。 圖5示意性地繪示背觸式太陽能電池在又一階段期簡 的橫截面。 圖6示意性地繪示背觸式太陽能電池在又一後續階段 期間的橫戴面。 圖7示意性地繪示另一實施例中之背觸式太陽能電池 的橫截面。 圖8繪示根據本發明之製程的方塊圖。 200933918 【主要元件符號說明】 1 :背觸式太陽能電池 101:半導體基板 101a :基板正面 101b :基板背面 102 :通孔 102a、102b :通孔壁 103 :頂層 ® 104:基極接觸區域 105 :第一介電層 106 :第二介電層 107:背面金屬化圖案 108 ··正面接觸金屬化圖案 109 :金屬間化合物 110:金屬主體 111 :摻雜層 〇 112:金屬間化合物層 800 :背觸式太陽能電池之製造過程 801〜810 :步驟 15

Claims (1)

1. 200933918 七、申請專利範圍·· 一種太陽能電池的製造方法，包括： 提供第一導電類型之半導體基板； 在所述半導體基板之正面與背面之間形成至少一 孔； 在所述背面上在所述至少一通孔上塗覆正面接觸金 屬膏’所述正面接觸金屬膏包括第一接觸金屬； ❹ 使所述半導體基板退火，以便使所述第一接觸金屬 化；以及 在所述退火期間中，至少在所述至少一通孔的壁上形 成所述第一接觸金屬與所述半導體基板材料的合金。 2. 如申請專利範圍第1項所述之太陽能電池的製造 方法，其中 在形成所述至少一通孔之後，在至少所述半導體基板 之所述正面上且在所述至少一通孔之壁上形成第二導電類 ^ 型層； 所述第二導電類型與所述第一導電類型相反。 3. 如申請專利範圍第2項所述之太陽能電池的製造 方法，其中在形成所述第二導電類型層之後，所述方法更 包括： 形成第一介電層，以覆蓋所述第二導電類蜇層。 、4.如申請專利範圍第2項所述之太陽能電池的製造 方法’其中除形成所述第二導電類型層之外，所述方法更 包括： 16 200933918 在所述半導體基板之所述背面形成基極接觸區域，所 述基極接觸區域具有所述第一導電類型。 5·如申請專利範圍第4項所述之太陽能電池的製造· 方法，其中藉由擴散所述第一導電類型之第二摻雜元素來 在所述半導體基板之所述背面處形成所述基極接觸區域； 所述第二摻雜元素選自由磷、砷及銻組成之群的至少一者。 6·如申請專利範圍第$項所述之太陽能電池的製造 〇 方法，其中在於所述半導體基板之所述背面處形成所述基 _觸區域之後，所述方法更包括： 成斤31基 形成第二介電層，以覆蓋所述半導體基板之所述背 面。 7.如申請專利範圍第6項所述之太陽能電池的製造 方法，其中在形成所述第二介電層之後，所述方法更包括： 在所述基極接觸區域上塗覆背面接觸金屬膏；所述背 面接觸金屬膏包括第二接觸金屬。 ❽ 8.如中請專利範圍第7項所述之太陽能 電池的製造 ^法’其中所述第-接觸金屬之溶化溫度或與所述基板材 料相關聯之共晶溫度低於所述第二接觸金屬找化溫度。 9·如申請專利範圍第7項所述之太陽能電池的 方法，其中 所述正面接觸金屬膏包括鋁作為第一接觸金屬， 所述背面接觸金屬膏包括銀作為第二接觸金屬，且 所述半導體基板包括石夕。 10.如申請專利範圍第1項所述之太陽能電池的製造 17 200933918 方法，其中所述正面接觸金屬膏之所述第一接觸金屬為用 於所述半導體基板的摻雜元素，所述掺雜元素導致第二導 電類型，所述第二導電類塑與所述第一導電類型相反。 11. 如申請專利範圍第1項所述之太陽能電池的製造 方法，其中所述正面接觸金屬膏包括至少一導致第二導電 類型的第一摻雜元素，所述第二導電類型與所述第一導電 類型相反。 12. 如申請專利範圍第11項所述之太陽能電池的製 造方法，其中所述至少一第一摻雜元素選自由蝴、鋁、錯 及銦組成之群的至少一者。 13. 如申請專利範圍第1項所述之太陽能電池的製造 方法’其中在高於至少所述第一接觸金屬之熔化溫度的溫 度下’使所述半導體基板退火。 14. 如申請專利範圍第1項所述之太陽能電池的製造 方法’其中在高於至少所述第一接觸金屬與所述半導體基 板材料之合成系統之共晶溫度的溫度下，使所述半導體基 板退火。 15. 如申請專利範圍第1項所述之太陽能電池的製造 方法’其中所述第一導電類型為n型。 16· 一種太陽能電池，包括： 第一導電類型之半導體基板； 自所述半導體基板之正面至背面的至少一通孔； 所述背面上位於所述至少一通孔上的正面接觸金屬 化圖案’所述正面接觸金屬圖案包括第一接觸金屬； 18 200933918 所述至少一通孔至少在壁上包括一層由所述第一接 觸金屬與所述半導體基板材料組成的合金層。 17. 如申請專利範圍第16項所述之太陽能電池，其中 ' 所述太陽能電池在所述背面上包括基極接觸區域，所述基 極接觸區域具有所述第一導電類型。 18. 如申請專利範圍第17項所述之太陽能電池，其中 所述基極接觸區域具備背面金屬化圖案，所述背面金屬化 ❹ 圖案包括第二接觸金屬。 19·如申請專利範圍第18項所述之太陽能電池，其中 所述第一接觸金屬之熔化溫度或與所述基板材料相關聯之 共晶溫度低於所述第二接觸金屬之熔化溫度。 20. 如申請專利範圍第18項所述之太陽能電池，其中 所述正©接觸金屬圖案包括鋁作為第一接觸金屬， 所述背面金屬化圖案包括銀作為第二接觸金屬，且 所述半導體基板包括石夕。 21. 如申請專利範圍第16項所述之太陽能電池，其中 所述太陽能電池更包括第二導電類麵，所述第二導電類 型層位於所述合金層與所述至少一通孔中之所述半導體基 板之間’且位於所述半導體基板之所述正面上；所述第二 • 導電類型與所述第一導電類型相反。 22. 如申料姆㈣16項所述之太祕電池，其中 所述正面接觸金屬化圖案之所述第一接觸金屬為用於所迷 第-導電麵之所料導__元素，所雜雜元素導 致第二導電類型’所述第二導電類型與所述第一導電類型 200933918 相反。 23. 如申請專利範圍第16項所述之太陽能電池，其 中所述正面接觸金屬化圖案包括至少一摻雜元素，所述掺 雜元素導致第二導電類型，所述第二導電類型與所述第一 導電類型相反。 24. 如申請專利範圍第23項所述之太陽能電池，其中 所述至少一第一摻雜元素選自由硼、鋁、鍺及銦組成之群 中的至少一者。 25. 如申請專利範圍第16項所述之太陽能電池，其中 所述第一導電類型為η型。 ❹ 20