TW201310690A - 背面接觸式太陽電池的製造方法 - Google Patents

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Abstract

一種背面接觸式太陽電池的製造方法，使用第一導電型(如n型)晶型半導體基底，基底正面具有p型射極區32。穿透基底的電性觸點34的形成方式：在基底31背面形成介電層33，其中開口圖案位於將形成電性觸點的預定位置；至少在預定位置形成層36，層36包括預定量第二型摻質金屬(諸如鋁)；接著，將基底加熱至峰溫度，峰溫度實質上高於半導體材料/摻質金屬合金的共熔溫度，以形成含摻質金屬及半導體材料的熔體。最後，冷卻基底至室溫，以形成包括共熔區34的電性觸點，共熔區34至少從基底背面延伸到射極區32。此外，能蝕刻共熔體，而留下導孔。

Description

背面接觸式太陽電池的製造方法
本揭露技術是有關於一種背面接觸式太陽電池(back-contacted photovoltaic cell)的製造方法及以此方法製造的背面接觸式太陽電池。
使用n型結晶矽基底能有助於製造高效能的矽太陽電池(silicon photovoltaic cell)。相較於p型基底，使用n型基底的主要優點是有長的擴散長度、降低的光誘發衰退效應(light-induced degradation)或無光誘發衰退效應，以及其對於與存在基底內之雜質原子相關的少數載子(carrier)擴散長度的衰退具有較低的敏感度。
背面接觸式太陽電池(即在電池背面的n型和p型區域皆具有電性觸點(electrical contact)的太陽電池)具有避免或減少遮蔽損失(shadowing loss)的優點，以達到良好的能量轉換效率。
舉例來說，金屬穿透(metal wrap through，MWT)型電池在其正面具有射極接面(emitter junction)及接觸此射極的窄金屬觸指(metal finger)。在電極背面提供到達相反摻雜射極區(emitter region)和主體區(bulk region)的外部觸點(external contact)。藉由穿透基底的孔洞或導孔(via)的陣列導出從正面聚集的電流，其中金屬填滿上述孔洞以於位於正面且接觸射極的金屬觸指和位於背面的金屬觸點之間建立電性觸點。可用諸如雷射鑽孔等方式形成上述孔洞。使 用上述方法可顯著地降低正面金屬化所致的遮蔽損失。
射極穿透(emitter wrap through，EWT)型電池具有位於正面的一射極接面及位於背面的所有電性觸點。藉由孔洞的陣列在正面射極和背面射極觸點之間建立電性連接，其中射極擴散(emitter diffusion)從基底的正面至背面在孔洞的內壁裡進行擴展。可用諸如雷射鑽孔等方式形成上述孔洞。使用上述方法可避免正面金屬化所致的遮蔽損失。
美國專利案第7,170,001號描述背面接觸式矽太陽電池(特別是射極穿透型電池)的製造方法，其中避免了提供穿透基底的孔洞的需求。所述製造過程包括受梯度驅動的溶質運輸過程(gradient-driven solute transport process)，例如熱遷移，以製造穿透p型矽基底且緊密相間的n++導電孔陣列(an array of closely spaced n++ conductive vias)，其中n++導電孔使位於電池正表面的n+射極層電性連接至位於電池背面的歐姆觸點。上述方法需要遍及整個晶片(即在晶片的正面和背面之間)的極大熱梯度變化，這可會對整個晶片產生熱應力。再者，為了維持熱梯度，必須在加熱晶片的一面的同時有效地冷卻晶片的另一面。此製程不適用於高產量的太陽電池製程，且其可會導致高耗能。此外，製程時間相當長(數分鐘)及使用超過1000℃的溫度，這些都可會導致矽基底的衰退及/或污染。
本發明的目的是提供一種符合成本效益的製造方法，以用來製造具有良好能量轉換效率的背面接觸式太陽 電池，此方法適用於高產量的太陽電池製程。
在第一個態樣中，本發明是有關於背面接觸式太陽電池的製造方法，其使用第一導電型的晶型半導體基底，所述基底具有一基底厚度且在其正面具有與第一導電型相反的第二導電型射極區。所述方法包括形成從基底的背面延伸到正面的射極區的電性觸點，其中電性觸點的形成方式包括：在基底的背面提供介電層(dielectric layer)；藉由局部移除預定位置處的介電層來形成穿透介電層的開口圖案，其中預定位置是將形成穿透基底且朝向射極區的電性觸點的位置；在基底的背面提供包括第二型摻質金屬的層，所述層至少位在介電層被移除的上述預定位置處；將基底加熱至一峰溫度，此峰溫度實質上高於半導體材料/摻質金屬合金的共熔溫度(eutectic temperature)；以及將基底冷卻至室溫。
將基底加熱至實質上高於半導體材料/摻質金屬合金的共熔溫度的峰溫度，導致在摻質金屬與半導體材料之間的界面處形成包括摻質金屬及半導體材料的熔體(液相)，藉此半導體材料及摻質金屬會根據對應的相圖(phase diagram)以一比例溶解於熔體中。藉由選擇(根據相圖及/或實驗)適當量的摻質金屬及適當的峰溫度，以及考量基底厚度和射極區的厚度，加熱會使熔體穿過至基底內直到熔體至少到達位於正面的射極區為止。將基底冷卻至室溫會使經摻雜的半導體材料從熔體中析出，導致在半導體材料及熔體之間的界面處進行經摻雜半導體材料的結晶化(形 成摻雜的磊晶區(epitaxial region))，以及在達共熔溫度時，剩餘的液相會固化以形成共熔(半導體材料-摻質金屬)區，此共熔區建立至射極區的電性觸點(electrical contact to the emitter region)。
在第二個態樣中，本發明是有關於諸如可根據第一個態樣來製造的背面接觸式太陽電池。根據一些本發明的實施例，所述背面接觸式電池包括：第一導電型的半導體基底(基極區(base region))；在基底正面且與第一導電型相反的第二導電型摻雜區(射極區)；多個電性觸點，從基底的背面至少延伸到位於正面的射極區，其中多個電性觸點包括含有半導體材料及第二型摻質金屬的共熔區(合金化區(alloyed region))；以及位於半導體基底和共熔區之間的界面處的重摻雜磊晶(磊晶成長)區。
將進一步描述根據本發明之實施例的方法與太陽電池以作為較佳實施例，其中半導體基底是n型矽基底，其電阻例如是在約0.5歐姆-公分到10歐姆-公分之間的範圍以及其厚度例如是在約40微米到200微米之間的範圍，且其中p型摻質金屬為鋁。然而，本發明不限於此。可使用諸如鎵(Ga)、銦(In)或鈦(Ti)等其它p型摻質金屬，或者是可使用p型半導體基底及諸如銻(Sb)或鉍(Bi)等n型摻質金屬。可使用其它適當的基底阻值及其它適當的基底厚度。舉例來說，基底也能夠是磊晶層，此磊晶層例如是藉由在另一基底上進行磊晶成長並接著剝離(lift-off)磊晶層而形成。在這些實施例中，基底的厚度可以在諸如1微米到40 微米之間的範圍或在1微米到30微米之間的範圍，但本發明不限於此。在本發明的一些實施例中，半導體基底是單晶(monocrystalline)基底。然而，本發明不限於此，因此半導體基底也可以例如是多結晶(multicrystalline)基底或多晶(polycrystalline)基底。
本發明的實施例是有關於背面接觸式太陽電池的製造方法，其使用第一導電型的晶型半導體基底，所述基底具有一基底厚度且在其正面具有與第一導電型相反的第二導電型射極區。所述方法包括形成從基底的背面延伸到正面的射極區的電性觸點，其中電性觸點的形成方式包括：在基底的背面提供介電層；藉由局部移除預定位置處的介電層來形成穿透介電層的開口圖案，其中預定位置是將形成穿透基底且朝向射極區的電性觸點的位置；在基底的背面提供包括第二型摻質金屬的層，所述層至少位在介電層被移除的上述預定位置處；將基底加熱至一峰溫度，此峰溫度實質上高於半導體材料/摻質金屬合金的共熔溫度；以及將基底冷卻至室溫。
將基底加熱至實質上高於半導體材料/摻質金屬合金的共熔溫度的峰溫度，導致在摻質金屬與半導體材料之間的界面處形成包括摻質金屬及半導體材料的熔體(液相)，藉此半導體材料及摻質金屬會根據對應的相圖以一比例溶解於熔體中。藉由選擇(根據相圖)適當量的摻質金屬及適當的峰溫度，以及考量基底厚度和射極區的厚度，加熱會使熔體穿過至基底內直到熔體至少到達射極區為止。將基 底冷卻至室溫會使經摻雜的半導體材料從熔體中析出，導致在半導體材料及熔體之間的界面處進行經摻雜半導體材料的結晶化(形成摻雜的磊晶區)，以及在達共熔溫度時，剩餘的液相會固化以形成共熔(半導體材料-摻質金屬)區，此共熔區建立至正面的射極區且穿透半導體基底的電性觸點。
在本發明的實施例中，加熱基底至峰溫度可以例如是在太陽電池製程所使用的典型燒爐中進行。然而，本發明不限於此。
將基底加熱至實質上高於共熔溫度的溫度可以包括將基底加熱至高於摻質金屬熔化溫度的溫度。在一些實施例中，加熱基底至高於摻質金屬熔化溫度的溫度的優點為所有摻質金屬皆能夠和半導體材料進行交換。
所述半導體基底可以是(100)-位向(oriented)、n型的單晶矽基底，其電阻例如是在約0.5歐姆-公分到10歐姆-公分之間的範圍以及其厚度例如是在約40微米到200微米之間的範圍，而本發明不限於此。在這些實施例中，摻質金屬可以例如是鋁及峰溫度可以例如是在約750℃到1000℃之間的範圍。舉例來說，基底也能夠是磊晶層，此磊晶層例如是藉由在另一基底上進行磊晶成長並接著剝離磊晶層而形成。在這些實施例中，基底的厚度可以在諸如1微米到40微米之間的範圍或在1微米到30微米之間的範圍。
可以藉由將第二導電型摻質擴散至半導體基底來形成射極區，或者藉由磊晶成長具有與基底導電型相反的導 電型的層來形成射極區，又或者藉由所屬領域具有通常知識者所知的任何其它適當方法來形成射極區。磊晶成長射極層的優點是其能夠有相當厚的厚度(諸如厚度在約1微米到20微米之間的範圍)，使得從背面接觸射極區時具有較大的製程裕度。
介電層形成熔體的阻障層(barrier)，使得熔體無法穿過到存在有介電層的下方半導體基底的位置。較佳地，介電層也提供半導體基底良好的背表面保護及/或良好的背表面反射。介電層可以是單層或堆疊的介電層。介電層可以包含諸如SiNX、SiOX、SiOXNy、TiOX、AlOX或是所屬領域具有通常知識者所知的任何其它適當材料。
穿透介電層的開口可以是有規則的開口陣列。個別的開口可以是圓形、橢圓形、正方形、長方形或任何其它適當形狀，又或者是不同形狀的組合。舉例來說，開口圖案可以包括多個實質上平行的「手指(finger)」，此手指具有延伸的長方形形狀，其具有與基底厚度相同等級或更小的寬度(諸如寬度在10微米到100微米之間的範圍)，以及具有電池尺寸等級的長度(即手指在電池的其中一邊與電池的相反邊之間延伸)。開口圖案也可以包括多個「虛線手指(dashed finger)」，其中每個手指是由多個具有長方形形狀的構件組成，並且排成一列。
較佳地，此指狀開口的縱方向是沿著進行合金過程最快速的方向來定向的。舉例來說，當使用(100)單晶矽晶片及包括多個長方形開口的圖案時，此長方形開口的縱方向 較佳是以平行於<110>方向或正交於平面方向來定向。因此，這可也有助於由具有平行於<110>方向之稜邊的單晶塊(ingot)來切割出此類(100)晶片。
對半導體材料/摻質金屬合金而言，根據相圖能夠選擇出適當量的摻質金屬及適當的峰溫度。舉例來說，假定是進行非等向性合金化(其中一些晶體方向(crystal orientation)的合金過程比其它晶體方向的合金過程快速)，對於給定的基底厚度及給定的開口圖案(位於摻質金屬接觸半導體材料的介電層內)而言，根據相圖能夠計算出在熔體中需要溶解多少半導體材料及在給定的峰溫度下需要有多少摻質金屬以允許熔體完全穿過基底，或者是至少使熔體接觸到射極區。然而，摻質金屬的需要量通常也取決於諸如加熱條件(即峰溫度、溫度的上升速率和下降速率、處於峰溫度的時間)及包括摻質金屬之層的組分。可以藉由實驗決定摻質金屬的適當量。
上述背面接觸式太陽電池的製造方法可提供低成本的工業製程。相較於一些習知方法，此方法避免了提供遍及整個基底的熱梯度的需求及/或諸如藉由雷射鑽孔形成穿透基底的孔洞或導孔的需求。
包括從基底的背面延伸到射極區的合金化區的電性觸點具有低電阻的優點。這導致太陽電池在正面(射極區)與位於電池背面的電性(射極)觸點之間具有低串聯電阻(series resistance)。再者，位於合金化區和基底(電池的基極區)之間的界面處的重摻雜區(磊晶成長區)對少量載子 提供良好遮蔽以避免其進入合金化區，因此顯著地減少或避免了在電性觸點處的少量載子再結合(recombination)。
所述合金化區可以有三角形截面，此三角形截面可以使太陽電池具有經改善的光捕捉(light trapping)及載子收集(carrier collection)。在合金化區是由介電層中的小型、點狀孔洞所形成的情況中，此合金化區可以是角錐形的形狀；對狹長的狹縫而言，合金化區可以是具有三角形截面的屋脊形(ridge-shaped)形狀。
本發明允許製造具有穿透基底的觸點的太陽電池，且所述觸點在電池正面是狹窄的，以限制遮蔽損失，以及同時在電池背面是較寬的，使得良好的電性接觸是可的。
本發明亦有關於背面接觸式太陽電池，其包括：第一導電型的半導體基底(基極區)；在基底正面且與第一導電型相反的第二導電型摻雜區(射極區)；多個電性觸點，從基底的背面至少延伸到射極區，其中多個電性觸點包括共熔區(合金化區)；以及位於半導體基底和共熔區之間的界面處的重摻雜磊晶(磊晶成長)區。
多個觸點在實質上平行於基底表平面的平面上較佳具有長方形形狀，所述長方形形狀例如是指狀或是「虛線手指」的形狀(其中每個手指是由多個具有長方形形狀的構件組成，並且排成一列)，多個觸點在實質上正交於基底表平面且正交於多個長方形觸點的縱方向的平面上較佳具有三角形或梯形截面(被截角的三角形)。所述三角形截面的優點是可以導致經改善的光捕捉及載子收集。所述三角形 截面的另一優點是至射極區的電性觸點在電池正面可以是狹窄的，以限制住遮蔽損失(諸如約小於總基底面積的4%，特別是小於約2%，又特別是小於約1%)，以及同時在電池背面是較寬的，使得在電池背面良好的電性接觸是可的。然而，本揭露不限於此，而電性觸點的截面在實質上正交於基底表平面且正交於多個長方形觸點的縱方向的平面上可以是不同於三角形的截面；舉例來說，此截面可以是具有圓形的邊的截面(諸如(半)圓形的截面)，或是包括直線邊和圓形邊組合的截面，或者甚至是不規則的截面。
形成多個觸點的此種合金化區具有低電阻，因此導致大陽電池在正面(射極區)與位於電池背面的觸點之間具有低串聯電阻。位於合金化區和基底(基極區)之間的界面處存在有重摻雜區域，其對少量載子提供良好遮蔽以避免其(活化的再結合反應)進入合金化區。
各種發明態樣的特定目的及優點如上所述。當然，可以理解的是未必所有所述目的或優點都需要根據本發明的任何特定實施例才能達成。因此，舉例來說，所屬領域具有通常知識者將了解本發明可以藉由一種能達成或最佳化本文所教示的一個或一群優點的方式來體現或實行，但此方式不須達成本文所教示或建議的其它目的或優點。此外，可以理解的是此發明內容僅是範例且其不意欲限制本發明的範圍。藉由參照以下實施例的詳細說明以及配合所附圖式，可以最清楚地理解關於本發明的操作系統和方法以及其特徵和優點。
在以下的詳細說明中，提出許多特定細節是為了能徹底理解本發明及在特定實施例中可如何實行本發明。然而，將理解的是實行本發明可以不需要這些特定細節。雖然未詳細描述其它實例中眾所周知的方法、程序以及技術，但不會導致本發明不清楚。雖然本發明是針對特定實施例和參照特定圖式來進行描述，但本發明不限於此。此處所包括和描述的圖式是例示性的，而非用來限制本發明。另外，需注意圖式中一些元件尺寸會因圖示性目的而可是誇大的而非依比例繪示。
再者，在實施方式和申請專利範圍中的第一、第二、第三及其類似者是用來區別相似構件，且未必是用來描述在排序上或在任何其它方式中的時間或空間順序。可以理解的是所使用的這些詞彙在適當情況下可以互換，以及本文所述的本發明的某些實施例能夠以所述或所繪示以外的其它順序來進行。
此外，在實施方式和申請專利範圍中所用的頂部、底部、上方、下方及其類似詞彙是用於描述目的而未必是描述相對位置。可以理解的是所使用的這些詞彙在適當情況下可以互換，以及本文所述的本發明的實施例能夠以所述或所繪示以外的其它方向來進行。
注意到用於申請專利範圍中的辭彙「包括」不應被解讀為受限於其後所列出的方式；其不排除其它構件或步驟。因此，「包括」應被解讀為特指出存在有所述特徵、 事物、步驟或組分，但不排除存在或增加單一個或多個其它特徵、事物、步驟或組分或其族群。因此，「包括工具A和工具B的裝置」表達的範圍不應該被限制為只由組分A和組分B組成的裝置。
在本發明的上下文中，太陽電池的正表面或正面是指適於朝向光源定向且因而用來接收照明的表面或面。太陽電池的背表面或背面是指與正表面相反的表面或面。當基底的背面為基底中對應於待製造之太陽電池的背面的面時，基底的正面為基底中對應於待製造之太陽電池的正面的面。
根據本發明一實施例的方法繪示於圖1中。在n型矽基底31的正面10提供p型摻雜區，從而形成射極區32(圖1(a))。在基底31的背面20提供介電層33(圖1(a))，其中介電層33例如是矽-氧化物層或矽-氮化物層。介電層33也可以是至少包括兩層介電層的介電堆疊層。在圖1所示的實例中，基底的正面10是經紋理化的(textured)。然而，本發明不限於此。
如圖1(b)所繪示，在下一步驟中，介電層33被局部移除以在介電層33中形成開口30，從而局部暴露在待形成電性連接或電性觸點的位置處的矽基底31的背面20，其中所述電性連接或電性觸點穿透基底31且至正面的射極區32。在介電層33或介電堆疊層中的開口30的製作可以例如是藉由雷射剝蝕(laser ablation)或選擇性蝕刻或所屬領域具有通常知識者所知的任何其它適當的方法來完成。 開口30的圖案可以包括點狀開口(諸如圓形開口、橢圓形開口、正方形開口等)或線狀開口(諸如長方形開口、指狀開口、虛線手指等)或任何其它適當的形狀或形狀的組合。一些適當圖案的範例繪示於圖5中。舉例來說，如圖5的右下方圖式所繪示，開口圖案可以包括多個實質上平行的「手指」，此手指具有長方形形狀，其具有基底厚度等級或更小的寬度(諸如寬度在10微米到100微米之間的範圍)，以及具有電池尺寸等級的長度(即手指在電池的相反邊之間延伸)。如圖5左下方圖式所繪示，開口圖案也可以例如是包括多個「虛線手指」，其中每個手指是由多個具有長方形形狀的構件組成。較佳地，此指狀開口或虛線手指的縱方向是沿著進行合金過程最快速的方向來定向的。舉例來說，當使用(100)單晶矽晶片及包括多個長方形開口的圖案時，此長方形開口的縱方向較佳是以平行於<110>方向或正交於平面方向來定向。
接著(圖1(c))，將夠厚的鋁層40提供於背面，且至少提供於背面中介電層33已被移除的開口30位置處。鋁層40的最小厚度是根據基底於後續步驟中被加熱後所達到的峰溫度及矽基底31的厚度而定，以及根據諸如開口30的寬度、開口30的形狀、相鄰開口之間的距離、加熱速率、處於峰溫度的時間以及鋁層40的組分等一些其它參數而定。在鋁-矽熔體中可以溶解的矽量由峰溫度決定。舉例來說，根據鋁-矽的相圖(如圖6所示)，在溫度約1000℃時，約有超過40重量%的矽可以溶解在熔體中。在溫度約900 ℃時，約有35重量%的矽可以溶解在熔體中。再者，鋁的需要量及鋁層40的最小厚度會隨著基底厚度的減少而減少。舉例來說，當提供約400微米寬的長方形鋁層40時(此時鋁層40覆蓋其下方介電層33中約10微米到100微米寬的長方形開口30)，則在溫度約900℃時需要厚度約70微米的鋁層以穿透厚度約150微米的矽基底進行合金化。所需要的鋁厚度是和晶片厚度的平方成正比。
藉由諸如局部滴塗(dispense)鋁漿等方式以厚沉積物(deposit)形式來局部提供鋁層40(如圖1(c)所繪示的示意圖)，而不是以全面性(uniformly)提供鋁漿，可是有利的。依照比介電層33中開口30還寬的圖案來塗佈鋁層40有助於輕易地使鋁層40與介電層33中的開口30對準。形成於介電層33中的開口30的寬度可以例如是在約10微米到100微米之間的範圍，特別是在約10微米到30微米之間的範圍。鋁區40的寬度可以例如是在約100微米到500微米之間的範圍。然而，本發明不限於此且可以使用其它適當的尺寸。
如果在介電層33中形成局部的點狀開口30(諸如具有約10微米到20微米等級之直徑的圓形形狀)，則可以例如沿著直線(諸如在點與點之間具有約50微米到200微米的間距)佈置局部的開口且在這些開口上印刷鋁線40。在進行合金過程(將於後文進一步描述)後，產生位在背面20和正面射極區32之間的點狀觸點，以及沿著直線與點狀觸點內連接(interconnect)的背面觸點。在此種點狀觸點的情況 中，其相較於線型觸點可以大幅地減少鋁的需要量，但仍使合金化穿透基底。然而，在此情況中，在射極區32及在穿透基底的共熔觸點中的電阻損失(resistive loss)可比在介電層中有線型開口的電阻損失大。
如果可以塗佈足夠厚的鋁層，也可有助於在基底的整個背面上塗佈鋁層。以下這個情況特別引人興趣，也就是當合金過程足夠慢時，其允許塗佈有鋁層的所有區域與暴露的矽區域互換，其中暴露的矽區域是在基底31的背面20的介電層33中製作開口30後產生的。
鋁層40的提供方式可以藉由任何適當的沉積技術，例如是漿寫(paste writing)、滴塗(dispensing)、金屬噴射沈積(metal jet deposition)、火焰噴塗(flame spraying)、印刷(諸如網版印刷(screen printing)、移印(pad printing)、平板印刷(offset printing)、轉印(transfer printing)等))、金屬層的雷射輔助轉印(laser-assisted transfer of metal layer)、濺鍍(sputtering)、蒸鍍(evaporation)，以及其它已知選擇性或均相(homogeneously)塗佈金屬層的技術。
然後，將具有鋁層40的基底(圖1(c))加熱到高於矽-鋁共熔溫度的適當的峰溫度，諸如加熱到在約580℃到1100℃之間的範圍的溫度，特別是在約750℃到1000℃之間的範圍的溫度，且接著將基底冷卻到室溫。為了實現高產量，快速的加熱可是較佳的。
從鋁-矽雙體(binary)的相圖(如圖6所示)已知，只要溫度高於共熔溫度(577℃)，就可以在矽和鋁的熔體中消耗顯 著量(significant amount)的矽。在冷卻後，於熔體和矽基底的界面處發生經鋁高度摻雜的矽的再結晶，直到得到共熔組分且剩餘熔體變成固體時，以形成具有共熔組分(在鋁中有12.6%的矽)的共熔區。亦已知若鋁和矽之間的相互作用在升高的溫度下會局部發生，則矽會根據較低密度的晶體方向而被較快地消耗，因而在冷卻時會留下{111}定向的界面區(interface region)。因此，當使用(100)-定向的基底時，會形成鋁/矽共熔區(電性觸點)34，在非等向性合金化的情況中，所述鋁/矽共熔區(電性觸點)34在正交於基底的表平面的一平面中呈現三角形截面，且具有沿著{111}平面的側壁，其中所述側壁與基底表平面形成54.7度的角度。上述已繪示在圖1(d)中。在一些實施例中，使用有(100)方向的基底，此基底具有<011>方向的邊，以及位於介電層中的細長(諸如長方形)開口被佈置成使其縱方向平行於此晶片的邊。
藉由選擇適當的條件，合金化可穿透整個矽基底31，且如圖1(d)所繪示，產生穿透基底至正面的射極區32(或至少從基底31的背面20延伸到射極區32)的電性連接或電性觸點34。合金過程產生在矽晶片31內且穿透矽晶片31的共熔區34(形成電性連接)，以及位於共熔區34和矽基底31之間的界面處的經鋁強摻雜(strongly aluminum-doped)的矽區35。因此，根據本發明的方法導致同時形成穿透基底的金屬合金觸點34和鄰近這些觸點34的高度摻雜區35。此高度摻雜的再結晶區35對觸點34提 供良好遮蔽以避免少量載子進入，因此用簡單且符合成本效益的方法來減少少量載子再結合損失。
基於光學因素，根據本發明實施例形成之觸點34所產生的三角形截面是有利的：位於電池正面的觸點的小型寬度導致遮蔽損失的減少。經高度摻雜(和金屬化)的區域可以提供經改善的光捕捉特性及載子收集特性。再結晶區35對金屬合金觸點34提供良好遮蔽以隔離基極區，因而減少在觸點處的少量載子再結合。觸點34為共熔組分(在鋁中有約12.6%的矽)且較佳具有三角形截面，此三角形截面在基底31的背面20是寬的且在基底31的正面10是窄的。舉例來說，位於背面的寬度可以是約60%到90%基底厚度等級的寬度，且位於正面的寬度可以小於約50微米，特別是在約10微米到30微米之間的範圍。然而，本發明不限於此且可以使用其它尺寸或寬度。
經鋁摻雜區35(當冷卻時藉由結晶化形成)的厚度是根據在熱處理(heat treatment)期間所使用的合金溫度(峰溫度)而定，較高的峰溫度會使此區35的厚度較厚。所述區35的厚度可在諸如約1微米到50微米之間的範圍。重摻雜區35可以與正面p型區32一起被視為是選擇性射極的一部分。
圖8為矽基底31的SEM剖面圖，所述矽基底31具有根據本發明方法所形成的合金化區34。在具有20微米寬度的開口的圖案化介電層上，藉由物理氣相沉積(Physical Vapor Deposition)提供5微米厚的鋁層，且將此 樣品加熱到885℃的峰溫度以誘發其合金化。如由圖8可見，合金化區34具有三角形(大約等邊)的截面及其部份延伸至矽基底中。在此實例中，矽基底的厚度約144微米且合金化區延伸至基底中的厚度超過70微米。
在本發明的其它實施例中，在實質上正交於基底之表面平面的平面中，電性觸點34的截面可以是三角形以外的形狀，特別是在介電質(dielectric)中有較大孔徑的形狀。舉例來說，此截面可以是包括圓形邊的截面(諸如(半)圓形的截面)，或是包括直線邊和圓形邊組合的截面。相較於具有三角形截面的觸點，由於非三角形截面的電性觸點34可導致較大的正面遮蔽損失(front-side shading losses)，因此具有此非三角形截面的電性觸點34可較無益處。圖10中繪示具有此非三角形截面的合金化區的一個實例。將鋁層(鋁漿，厚度約460微米)網版印刷在具有80微米寬度的開口的圖案化介電層上，且將此樣品加熱到1000℃的峰溫度以誘發其合金化。亦可在圖10中看到提供在矽基底上的摻質金屬層(鋁層40)。使用包括玻璃質(glass frit)及/或其它添加物(未知其確切的組分)的商業鋁漿。圖11為相似樣品的SEM照片，其中峰溫度是900℃。
圖12為根據本揭露方法所製造之矽基底的SEM照片。此照片是基底的傾斜視圖，其顯示在基底的背面上有厚的圖案化鋁層(「手指」)，且顯示基底的正面具有穿過基底至正面的鋁。用於此樣品的峰溫度為1000℃，其溫度曲線(temperature profile)如圖9所示。
如圖1(d)所示，在進行合金過程後，包括鋁或矽與鋁混合物的層36可殘留在基底的背面20處。在完成電池製造之前，例如是在合金化區與基底處提供金屬觸點之前，較佳先移除所述層36。
如上述，藉由進行適當的熱處理(諸如峰溫度在約750℃到1000℃之間的範圍)可以形成穿透整個基底31的非等向性合金化區34(圖1(d))。矽與鋁的雙體相圖(如圖6所示)對於決定適當的熱處理而言是有用的工具。相圖顯示當基底被加熱至給定溫度時，會在熔體中消耗多少矽。假定合金溫度正好約577℃，只有約12.6%的矽可以合併至熔體中。至於約900℃到950℃之間的合金溫度，則30重量%到40重量%之間的矽量可以合併至熔體中(藉由非等向性溶解(anisotropic dissolution))。假定在合金過程期間鋁-矽熔體中有35重量%的矽，且假定在背面介電層33的小型線型開口上沉積了純鋁的長方形鋁圖案，其中所述小型線型開口例如是寬度約20微米到30微米等級的線型開口，長方形鋁圖案的寬度為200微米且高度為150微米，則可熔化(選擇相對於晶體方向為直線的準確方向)具有三角形截面的線型體積，其中三角形截面延伸穿透180微米厚的整個矽晶片。
在冷卻時，矽會根據相圖而從熔體中析出且較佳固化成結晶矽。考量到577℃的共熔組分(12.6重量%的矽)與最高合金溫度下的矽佔有率(35重量%的矽)之間具有22.4重量%的矽量差異，此需要大量矽進行再結晶。在達最高合 金溫度之後的冷卻期間，會優先在熔體和矽之間的界面處以外延再結晶(epitaxial recrystallization)的方式發生再結晶。在上述的情況中，在達到共熔溫度以前，會形成大量的鋁高度摻雜矽。當冷卻至共熔溫度以下的溫度時，剩餘的熔體會固化，從而通常形成共熔組分(在鋁中有12.6重量%的矽)的薄片結構。此種緩慢的冷卻製程優於快速的冷卻製程，這是因為在較快速的冷卻製程中矽無法在熔體和矽之間的界面處以外延方式進行再結晶，且矽固化會發生在正在固化的熔體體積中的各個(任意的(arbitrary))位置。
如果使用緩慢的冷卻(即在到達共熔溫度以前，冷卻速率例如是在每分鐘50℃到每分鐘100℃之間的範圍，但本發明不限於此)，則製程的產量較佳是仍能滿足生產線製程中平均約每秒1片晶片的工業需求。
假定晶片的矽體積比要與矽體積交換的鋁體積還要大，且假定有足夠的加熱和冷卻時間允許鋁和矽進行如鋁-矽雙體相圖所示的相互作用，則合金過程期間的矽消耗量主要由熱處理的溫度及與矽表面交換的鋁量來控制。
圖2為根據一實施例所製造之一種背面接觸式太陽電池的剖面示意圖。在此實例中顯示使用n型結晶矽基底31。基底的正面10是經紋理化的且p+型區(射極區32)位在正面。合金化區34從基底的背面20延伸到位於正面的p+射極區32，此合金化區34形成至射極區32的電性觸點，且位於正面的合金化區34比位於背面的合金化區34狹窄。重摻雜區35位在合金化區34和主體區(基底31)之間 的界面處。在背面20處，所述電池包括至合金化區34(且因而至射極區32)的第一金屬觸點41及至主體區31的第二金屬觸點39。
在根據本發明實施例的背面接觸式太陽電池中，合金化區34的電導率(electrical conductivity)是夠高的以確保在電池背面和位於電池正面的射極區32之間的觸點34中有低電阻損失。考量射極的片電阻(sheet resistance)、射極與共熔觸點之間的接觸電阻(contact resistance)以及射極中的串聯電阻損失，除了對正面射極32進行最佳化以外，較佳最佳化觸點34之間的圖案與間距，以達到有效遮蔽及降低射極的再結合損失。從基底的背面2至正面10的共熔觸點34之間的典型間距可以例如是約1毫米到2毫米的等級。這使得能維持低的正面射極電阻損失，且使得能使用簡單的印刷技術(諸如網版印刷或鋁觸點塗佈(Al contact application)中的鋁漿滴塗)。然而，本發明不限於此且共熔觸點34之間可以具有其它間距。
在根據本發明實施例的太陽電池中，可以使用具有低表面摻質濃度和深穿過深度的射極區32。此可實質上減少或避免諸如與淺射極相關的分流(shunting)問題。
如圖2所繪示，至n型基極區31的第二金屬觸點39較佳是提供在至共熔區34的第一金屬觸點41之間。較佳地，這些第二金屬觸點39經形成以到達位於背面20上的適度摻雜n+區37(此區例如是藉由從背面進行磷擴散而形成)或經形成以到達選擇性n++區38，其中選擇性n++區38 可以例如是藉由磷漿擴散或雷射化學處理而形成。雷射化學處理有利於介電層33中的開口與後續的觸點形成步驟(諸如藉由以水溶液電鍍的金屬觸點)進行自行對準(self-aligned)製程。
在某些實施例中，可在合金步驟期間形成至n+型區37的第二金屬觸點39，即在將基底加熱到峰溫度的步驟的期間，如在根據一實施例方法中所使用來形成從基底的背面延伸到射極區的電性觸點34的加熱步驟期間。然而，為了在選擇合金過程的峰溫度及冷卻速率上具有較大的自由度，獨立地進行合金步驟與金屬觸點形成步驟可較有利。
在圖2所繪示的太陽電池中，其正面10沒有金屬觸點。然而，本發明不限於此。舉例來說，如圖3所繪示，可在正表面提供狹窄金屬線或觸指40，所述狹窄金屬線或觸指40的寬度例如是在30微米到90微米之間的範圍。如果合金化區34完全延伸穿透基底31，則這些觸指40與合金化區34電性接觸。在此類實施例中，藉由在電池正面的觸指40收集光生電流(photogenerated current)，且接著電流流過穿透基底31所形成的合金化區34而到達位於電池背面的第一金屬觸點41。在某些實施例中，所述合金化區34只延伸到射極區32且不完全穿透基底，則多個觸指40是藉由射極區32與合金化區34電性接觸。在此類實施例中，藉由在電池正面的觸指40收集光生電流，且接著電流流過射極區32且朝向合金化區34而到達位於電池背面的第一金屬觸點41。因為射極電阻不是限制因素，所以提供 觸指40的優點是允許穿透基底的共熔觸點的面積減少。然而，提供觸指40的缺點是其導致遮蔽損失。
在某些實施例中，n+摻雜區37的摻雜濃度與p++摻雜區35的摻雜濃度程級相同可是有利的，其中p++摻雜區35位於合金化區34和矽基底31之間的界面處。在那種情況中，在合金過程期間進行的鋁摻雜有可會過度補償(over-compensate)預先擴散的(pre-diffused)n+層37。在重摻雜p++矽區35的最大摻雜濃度較佳與n+矽區37的最大摻雜程度具有相同等級。在這種情況中，不需要特別留意這些區域之間的接面隔離(junction isolation)。然而，本發明不限於此且也可使用其它p-n隔離的方法，例如雷射剝蝕、擴散遮蔽(diffusion masking)、選擇性蝕刻，以及所屬領域具有通常知識者所知的其它技術。
在某些實施例中，在進行合金過程後，可以從太陽電池至少部份移除共熔合金化區34。例如對於減少應力、對於減少在矽基極區31和觸點34之間的界面尺寸(其可產生較良好的開路電壓(open-circuit voltage Voc))及/或對於允許表面保護而言，至少部份移除合金化區34可是有利的。至少部份移除合金化區34可以藉由進行蝕刻步驟來完成，例如在熱的正磷酸(orthophosphoric acid)中、或在鹽酸溶液中，或者是所屬領域所知的任何其它移除鋁層或富鋁層(Al-rich)的適當溶液中進行。移除共熔區34的優點是可避免因共熔合金與矽基底的熱膨脹係數(thermal expansion coefficient)差異所產生的應力。矽基底中的此種應力可衰 減少量載子的生命週期(lifetime)且因而衰減太陽電池的效能。
如圖4所繪示的實例，完全移除合金化區34會產生未填充導孔(諸如具有倒角錐形狀)或未填充溝槽(groove)(諸如在矽基底31內部具有三角形截面)。移除合金化區34的蝕刻步驟可以在太陽電池製程工序(processing sequence)的早期階段完成。在這種情況中，可以藉由諸如提供表面保護層42，以保護未填充導孔或溝槽的表面。可以在表面保護層42的頂部上提供金屬層43，以在保持穿透基底31的導孔或溝槽的側壁受到保護的同時，形成至正面觸點40的電性觸點(如果正面觸點40存在時)，或者形成至正面射極區32的電性觸點。不論是對至p型區或n型區的觸點而言，此種工序的優點是可以最小化有效的金屬與矽(metal-to-silicon)的接觸面積。在此種實施例中，可藉由蒸鍍、濺鍍或單面電鍍(single-side plating)等方式塗佈金屬層43。可使用低溫處理步驟來塗佈金屬層43。金屬層43也可用作背面反射板(reflector)。可使用的金屬層43實例為Ag-Sn、Ag-Ti-Cu、Ti-Cu、Ni-Cu、Pd-Ni-Cu、Al/Si(1%)-Al、Al/Si(1%)-Ti-Cu的堆疊結構。至p型區的觸點43與至n型區的觸點39的分開可藉由剝蝕、藉由選擇性掩蔽、選擇性移除、選擇性蝕刻或所屬領域具有通常知識者所知的其它適合的方法來達到。
在某些實施例中，除了移除合金化區34以外，也可以至少部份移除在合金過程期間形成的經鋁重摻雜區35，其 中經鋁重摻雜區35形成於共熔區34和矽基底31之間的界面處。
根據本發明一實施例的方法也可以使用在製造射極穿透型電池的製程中。在這種情況中，是在合金過程後移除合金化區34。尤其對於高合金溫度而言，厚的重摻雜p++區35會形成在合金化區34和矽基底31之間的界面處。在移除合金化區34後，藉由諸如提供介電層42，以較佳地保護穿透射極區的p++表面(對應於重摻雜區35)。有利地，可將介電保護層亦用作內反射層(internal reflection layer)。可藉由許多方法形成達到穿透式射極區的電性觸點。在這些可行方法中，一種方法是藉由諸如雷射剝蝕方式於介電層42中的區域形成開口，所述形成開口的區域是位於背面20且恰好在p++摻雜區35的位置處的介電層42中，接著藉由電鍍或濺鍍或蒸鍍方式將金屬觸點塗佈至這些區域。另外，可在這些區域局部塗佈諸如鋁漿或銀/鋁漿等金屬漿，且必要時可藉由燃燒金屬漿以使其穿透介電層。最小化至p++摻雜區35的觸點面積(contact area)且同時實現低接觸電阻是較佳的，以確保低的串聯電阻損失。
藉由製造背面接觸式太陽電池的例示性製程流程來進一步繪示特定實施例。然而，這種製程流程僅是根據這些實施例的方法所繪示的一實例，而本發明不限於此。
圖7繪示一種例示性製程流程。在所述實例中顯示使用n型、(100)-定向的單晶矽晶片。在鹼性的非等向性紋理化後，諸如藉由在鹼性(例如以NaOH為主或KOH為主) 水溶液或酸性(例如以HNO3：HF為主)蝕刻溶液中進行蝕刻，以進行背面研磨步驟。此步驟產生具有經紋理化的正表面與經研磨的背表面的晶片。接著清洗所述晶片。
在下一步驟中，在基底31的正表面形成經硼摻雜的射極區32。可藉由在爐管(tube furnace)中進行諸如三溴化硼擴散的擴散製程，或者藉由在LPCVD或APCVD製程中將經硼摻雜的氧化層塗佈至基底正面，來形成所述射極區。可使用諸如經硼摻雜的射極區的植入(implantation)或磊晶成長等其它方法。接著，在一升高的溫度下完成摻質趨入(drive-in)的步驟，以形成重摻雜射極區(特別是超過約1微米的深度)，其中升高的溫度例如是約900℃到1100℃之間的範圍。有利的經硼摻雜射極的硼表面濃度是在每立方公分約1．1018個到5．1019個原子之間的範圍，以及其片電阻在每平方約80歐姆到160歐姆之間的範圍。
經硼摻雜區可形成在晶片的兩面。在這種情況中，進行單面蝕刻製程，以從背表面移除經硼摻雜區(至少移除在後續製程流程中將變成經磷摻雜區的這些區域)。
在後續製程步驟中，於背面形成n型摻雜區37與38。根據將塗佈於背面上的接點圖案及根據基極的摻雜，不會用來接觸且位於背表面的所有n+區37較佳是僅進行相當弱的摻雜(通常每立方公分約5．1018個到5．1019個磷原子)，且較佳具有每平方約40歐姆到160歐姆的片電阻。在製造金屬觸點的後期階段中將提供所述n++區38，n++區38較佳具有非常高的摻雜程度，其表面濃度超過每立方公 分1020個磷原子，且n++區38的局部片電阻較佳在約每立方5歐姆到40歐姆的範圍。
在形成n型區後，移除殘留的PSG和BSG層且所述晶片較佳通過清洗的製程工序。
接著，可提供氧化矽層(silicon oxide layer)，且可僅在基底的背表面提供氧化矽層。一種可選方式是進行乾式或濕式熱氧化(thermal oxidation)，以在矽表面上成長一高品質氧化層，其可產生低的表面再結合速率。另外，也可使用其它方法塗佈氧化矽層，例如可使用CVD方法(LPCVD、APCVD、PECVD)於晶片的一表面或晶片的正面與背面上沉積具所需厚度的SiOx層。在晶片的背面上，厚的SiOx層可至少部份用作諸如鋁-矽合金過程的罩幕。然而，SiNx：Hy層也可用作太陽電池的背面n型區的罩幕與保護層。在鋁合金化期間，氮化矽也相當有效地用作阻障層，以防止在不理想的位置處形成穿透介電層的鋁尖峰(spike)。就上述觀點而言，無小孔的緻密SiNx層是較佳的。
也可在背表面上使用包括不同層的堆疊層，例如包括SiNx：H層與氧化矽層的堆疊層或所屬領域具有通常知識者所知的任何其它適合的堆疊層。
例如可在正面上提供包括薄的AlOx保護層與諸如TiOx抗反射塗層(antireflection coating)的堆疊層。然而，也可使用其它保護層與抗反射塗層的組合。
接著，圖案化(例如藉由雷射剝蝕或選擇性蝕刻)背面的介電層33或介電堆疊層，以在形成穿透基底的電性連接 的位置處形成開口30。然後，使足量的鋁和矽產生接觸，且進行根據一實施例的合金過程，從而形成穿過整個基底的電性連接。
在已將鋁層沉積於晶片的整個背面上的實施例中，移除形成在介電層33頂部上的合金化區可是有利的。上述過程例如是可以藉由以下步驟完成：藉由印刷聚合物遮蔽糊(masking paste)以遮蔽對應於共熔觸點34的區域，並且在熱的磷酸水溶液中、在鹽酸中或藉由所屬領域具有通常知識者所知的其它方法蝕刻掉沒被遮蔽的合金化區。所述聚合物糊的圖案化過程可另外包括遮蔽區(masking region)，而此遮蔽區在製程後期中將作為變成匯流條區(busbar region)，且此遮蔽區不是穿透基底的合金化區。
藉由在熱的正磷酸溶液中進行蝕刻步驟，從而回蝕刻(etching back)整個背表面上的合金化區，則可以省略所述聚合物遮蔽步驟。較佳是進行時間夠久的回蝕刻以移除所有存在於介電層33頂部上方的共熔區，且可在合金化區34(穿透基底的觸點)的任何深度停止回蝕刻。
當在合金化前選擇性地(局部地)塗佈鋁層時，可藉由上述的回蝕刻有效地移除至少部份的層36。這是因為原本塗佈至背表面上的這些區域的鋁圖案具有相當厚的厚度，所以其可在背表面上方過度凸出。上述方式會隨著所選的內連線技術而可是優點或缺點。再者，可將至少一部份的合金化區34回蝕刻至預定的深度。
在下一步驟中，金屬觸點可經形成以到達n++型區38。 舉例來說，可將銀漿塗佈(例如藉由網版印刷或已知應用於高產量、低成本的工業太陽電池製造的其它技術)至已被選擇性摻雜成具有高濃度磷表面的這些區域。這些區38通常恰好位於合金化區34之間，所述合金化區34到達太陽電池的正表面硼射極。較佳地，待形成n型觸點39的所述區38具有高濃度磷表面，以具有低接觸電阻。若這些區域(通常垂直於細長的觸指)具有位於介電層下方的n型矽表面，則可在同一製程中藉由燃燒方式來穿透介電層以形成匯流條區。未必要使這些匯流條區中具有低接觸電阻。換言之，只需要在那些匯流條區中達到良好的黏著與高的電導率即可。此舉使得用於背表面上的手指與匯流條區的漿可以不同。再者，不需要燃燒匯流條漿以使其穿透介電層。使用此類漿的優點是可最小化到達矽的有效接觸區，因而減少有效的少量載子再結合。
有利地，在不同步驟中分別提供至n摻雜層以及內連接這些點狀觸點。可以藉由諸如噴墨(inkjet)或氣膠噴射(Aerosol jet)印刷等技術塗佈較薄且較小的點狀銀漿來形成所述點狀觸點。點狀觸點區域的內連接則可以使用另一金屬化層來達成，其中所述另一金屬化層例如是可用於後續電鍍製程且具有不同組分的金屬漿(諸如不需藉由燃燒而穿透介電質的金屬漿)。此金屬層也可是蒸鍍或濺鍍至晶片背面的金屬層。此金屬層可有利地提供多種用途。此金屬層可用作後續銅電鍍的阻障層，以在太陽電池製程期間或其在太陽模組(solar module)中運作期間，防止銅原子有 機會進入矽基底。金屬層也可用作背面反射板，以改善位於那些被介電保護層覆蓋的電池區的背面處的光線的內反射。所述金屬層也可用作能使模組內連接的層(例如藉由增加一可焊表面漆(solderable surface finish))。最終，所述金屬層可有助於降低串聯電阻損失及/或接觸電阻損失。
若將金屬層塗佈至基底的整個背面，則必需分開至n型區的觸點與至p型區的觸點。這可以藉由以下方式來達成：遮蔽、金屬層的選擇性移除(機械移除(mechanical removal)、雷射剝蝕、選擇性蝕刻、選擇性剝離...)或者所屬領域具通常知識者所知的任何其它適當的方法。
部分合金化區34被選作為用於形成至正面射極區32的電性觸點，根據所述部分合金化區34的圖案，有可需要在太陽電池的正面提供其他射極觸點40(其為具有適當間距與排列方式的手指)。也可藉由塗佈銀漿以及使銀漿燃燒而穿透各自正面的介電質來形成那些金屬手指40(較佳地，銀漿與背面觸點形成步驟一起進行共燃步驟)。另外，將觸點塗佈至被選擇性地開孔及摻雜的區域且接著進行雷射化學處理是一種適於形成正面觸點的方法。
前文詳細描述本發明的某些實施例。然而，不論前文是如何詳盡地進行描述，本發明仍可以許多方法來施行。應該注意的是，用以描述本發明的特定特徵或樣態的特定術語，不應被認為是本文重新定義而被限縮至僅包含與該術語相關的本發明特徵或樣態的任何特定特徵。
儘管以上詳細描述已揭露、描述及指出本發明應用於 各種實施例的新穎特徵，可以理解的是所屬領域具有通常知識者在不脫離本發明的精神下，可對所描述的裝置或製程的形式與細節進行各種省略、替換及變化。
10‧‧‧正面
20‧‧‧背面
30‧‧‧開口
31‧‧‧基底
32‧‧‧射極區
33‧‧‧介電層
34‧‧‧合金化區
35‧‧‧重摻雜區
36‧‧‧層
37‧‧‧n+型摻雜區
38‧‧‧n++型摻雜區
39‧‧‧第二金屬觸點
40‧‧‧鋁層
41‧‧‧第一金屬觸點
42‧‧‧表面保護層
43‧‧‧金屬層
圖1為根據本發明一實施例所繪示之一種方法的製程步驟示意圖。
圖2為根據本發明一實施例所製造之一種太陽電池的剖面示意圖。
圖3為一種太陽電池的變化例，其正面具有狹窄金屬指狀觸點。
圖4為另一種太陽電池的變化例，其中半導體-金屬合金被移除。
圖5為一種可用於本發明之方法中的例示性開口圖案，所述開口圖案位於背面介電層中。
圖6為鋁-矽雙體之相圖。
圖7為繪示根據一實施例的例示性製程流程，其用以製造包括合金化觸點的太陽電池。
圖8為矽基底的SEM剖面圖，所述矽基底具有根據本發明方法所形成的合金化區。
圖9為一種可用於本發明方法中的典型溫度曲線實例。
圖10為矽基底的顯微照片，所述矽基底具有根據本發明方法所形成的厚鋁層及合金化區。
圖11為具有根據本發明方法所形成的厚鋁層及合金 化區之一種矽基底。
圖12為根據本發明方法所製造之矽基底的SEM照片，其顯示背面上具有厚鋁層(手指)，且鋁穿透基底至基底正面處。
在不同的圖式中，相同的參考符號代表相同或相似的元件。
10‧‧‧正面
20‧‧‧背面
31‧‧‧基底
32‧‧‧射極區
33‧‧‧介電層
34‧‧‧合金化區
35‧‧‧重摻雜區
36‧‧‧層

Claims (17)

  1. 一種背面接觸式太陽電池的製造方法，其使用第一導電型的晶型半導體基底(31)，所述基底(31)具有一基底厚度且在其正面包括射極區(32)，所述射極區(32)具有與所述第一導電型相反的第二導電型，所述方法包括形成從所述基底的背面穿透所述基底(31)延伸到所述射極區(32)的導電區(34)，其中所述導電區(34)的形成方式包括：在所述基底(31)的所述背面提供介電層(33)，所述介電層(33)包括位於預定位置處的開口(30)的圖案，其中所述預定位置是將形成所述導電區(34)的位置；在所述基底(31)的所述背面提供層(40)，所述層(40)包括具預定量且為所述第二型的摻質金屬，所述層至少位在所述預定位置處；將所述基底(31)加熱至一峰溫度，所述峰溫度實質上高於所述半導體材料/摻質金屬合金的共熔溫度，以形成包括所述摻質金屬與所述半導體材料的熔體；以及將所述基底(31)冷卻至室溫，從而形成對應於所述導電區的共熔區(34)，且所述共熔區(34)從所述基底(31)的所述背面至少延伸到所述射極區(32)，同時在所述半導體基底(31)和所述共熔區(34)之間的界面處磊晶成長具有所述第二導電型的重摻雜區(35)。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之背面接觸式太陽電池的製造方法，其中所述半導體基底(31)是矽基底。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之背面接觸式太陽電 池的製造方法，其中所述半導體基底(31)是n型矽基底及其中所述摻質金屬是鋁。
  4. 如前述申請專利範圍中任一項所述之背面接觸式太陽電池的製造方法，其中提供所述經圖案化的介電層(33)包括在所述基底的所述背面提供介電層，且藉由局部移除所述預定位置處的所述介電層來形成穿透所述介電層的開口的所述圖案，其中所述預定位置是將形成所述導電區(34)的位置。
  5. 如前述申請專利範圍中任一項所述之背面接觸式太陽電池的製造方法，其中穿透所述介電層(33)的個別開口(30)具有圓形形狀、橢圓形形狀、正方形形狀、長方形形狀或不同形狀的組合。
  6. 如前述申請專利範圍中任一項所述之背面接觸式太陽電池的製造方法，其中所述半導體基底(31)是一種(100)單晶基底，且其中穿透所述介電層(33)的開口(30)的所述圖案包括具有細長型或長方形形狀的開口，所述細長型或長方形形狀的縱方向是沿著<110>方向來定向。
  7. 如前述申請專利範圍中任一項所述之背面接觸式太陽電池的製造方法，其中開口(30)的所述圖案包括橫向尺寸在10微米到100微米之間的範圍的開口。
  8. 如前述申請專利範圍中任一項所述之背面接觸式太陽電池的製造方法，其中所述摻質金屬的所述預定量與所述峰溫度是根據所述基底厚度及所述半導體材料/摻雜金屬的相圖來選擇，以使所述熔體穿過所述基底(31)直到 所述熔體至少到達所述射極區(32)為止。
  9. 如前述申請專利範圍中任一項所述之背面接觸式太陽電池的製造方法，其中所述峰溫度高於所述摻質金屬的熔化溫度。
  10. 如前述申請專利範圍中任一項所述之背面接觸式太陽電池的製造方法，其中所述峰溫度是在約750℃到1000℃之間的範圍。
  11. 如前述申請專利範圍中任一項所述之背面接觸式太陽電池的製造方法，更包括以下步驟：移除部份或全部的所述共熔區(34)，且可移除部份或全部的所述磊晶重摻雜區(35)，以在所述基底中形成凹槽或溝槽。
  12. 如申請專利範圍第11項所述之背面接觸式太陽電池的製造方法，其包括所述共熔區(34)的完全移除，因此所生成的表面受到保護，以及射極觸點(43)被塗佈在所述凹槽或溝槽中。
  13. 一種背面接觸式太陽電池，包括：具第一導電型的半導體基底(31)；射極區(32)，在所述基底的正面且具與所述第一導電型相反的第二導電型；以及多個電性連接(34)，從所述基底的背面穿透所述基底(31)至少延伸到所述射極區(32)，其中所述電性連接(34)由合金化區組成，所述合金化區包括所述半導體材料與具所述第二型的摻質金屬；以及其中所述太陽電池更包括重摻雜磊晶成長區(35)，所述重摻雜磊晶成長區(35)具所述第二導電型，且位於所述 半導體基底(31)和所述合金化區(34)之間的界面處。
  14. 如申請專利範圍第11項所述之背面接觸式太陽電池，其中所述半導體基底(31)是n型矽基底及其中所述摻質金屬是鋁。
  15. 如申請專利範圍第11至12項中任一項所述之背面接觸式太陽電池，其中所述多個電性連接(34)在實質上正交於所述基底的表平面的平面上具有三角形截面。
  16. 如申請專利範圍第11至13項中任一項所述之背面接觸式太陽電池，更包括位於所述正面的狹窄金屬線(40)，所述狹窄金屬線(40)與所述多個電性連接(34)電性接觸。
  17. 如申請專利範圍第11至14項中任一項所述之背面接觸式太陽電池，更包括位於所述背面且與所述電性連接(34)電性接觸的第一金屬觸點(41)，以及與所述基底(31)電性接觸的第二金屬觸點(39)。
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