TW201312784A - 太陽能電池電介質結構 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種電介質結構以及一種形成供矽太陽能電池的後表面的電介質結構的方法。方法包含形成第一電介質層在矽太陽能電池的後表面上，而後沈積例如鋁的金屬層到第一電介質層。金屬層然後被陽極化以形成多孔層且一材料層被沈積在多孔層表面如此材料沈積在多孔層表面上而未與矽表面接觸。

Description

太陽能電池電介質結構 【版權公告】

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本發明係關於裝置製造的領域，特別是形成有助於光捕捉的結構在太陽能電池。

太陽能電池半導體裝置的製造一般涉及一p-n連接裝置的金屬接觸部的形成。半導體材料(例如矽)吸收光並產生電子及空穴載體其之後可被裝置中的p-n連接所分離。多數載體(例如在n-型半導體材料的電子)被形成於裝置上的p型及n型材料的金屬接觸部收集。在商業化的網印矽太陽能電池，n型金屬接觸部係由網印且隨後焙燒一銀膠於一在裝置前端(被照光側)的格狀圖樣所生成。p型金屬接觸部係由以鋁膠網印裝置的全部的後p型表面所生成。此膠，當以780-870℃燒結時，生成一背表面場(back-surface field，BSF)，其減少電子少數載體(electron minority carriers)(在p型材料)於矽-金屬界面的再結合並使空穴多數載體(hole majority carriers)的收集可行。

網印矽太陽能電池已經被工業化製造達25至30年，單晶矽電池及多晶矽電池的效率分別被改進到17-18%及16-17%。網印太陽能電池的的限制之一是形成於太陽能電池的被照光表面的網印金屬的指狀物實際上遮蔽了電池並因而限制電池中載體的產生。對付此問題的方式之一是置放所有的金屬接觸區在電池後表面。此類後接觸電池已被成功製造，然而雖然高如24%的效率在製造環境中被達到，這些後接觸科技通常造成較高成本的每瓦產出能量相較於低效商業化的網印矽太陽能電池。高製造成本源自所需的較複雜製程以及需要使用較高品質矽晶圓以確保太陽能電池的前(被照光)表面生成的載體可移動至後連接部而被金屬接觸部收集。

明顯地，需要一種新的成本有效製造流程可用於較便宜，可能壽命較短，的矽基材以減少後接觸電池的電池轉換成本並且使他們與現存的網印技術相較更有商業競爭力。

一方面本發明提供一種形成電介質結構供矽太陽能電池的後表面的方法，包含：i)形成第一電介質層在矽太陽能電池的至少一部份的後表面上；ii)沈積一層金屬在電介質層上；以及iii)陽極化金屬層以形成一多孔層。

另一方面本發明提供一種矽太陽能電池包含一電介質結構在太陽能電池的一後(未被照光的)表面，電介質結構包含：i)一第一電介質層在矽太陽能電池的後表面上；以及ii)一陽極化金屬的多孔層在該第一電介質層上。

較佳的，一層材料隨後形成在多孔層的表面上。沈積上多孔層的表面的材料可封住該多孔層的孔洞以捕捉多孔層的孔洞中的空氣或者二擇一地形成在多孔層的表面上的材料延伸進入多孔層的孔洞及表面上。

第一電介質層可覆蓋部分的矽太陽能電池的後表面。相似地，金屬層可覆蓋部分的電介質層。

金屬層可包含鋁、鈦、鎂、鋅、鈮或鉭其中之一但較佳包含鋁。

第一電介質層可包含一個或更多的二氧化矽、氮化矽、碳化矽、氮氧化矽與非晶矽。

沈積上多孔層的表面的材料層可包含染料、反射性顆粒或光散射奈米顆粒。沈積上多孔層的表面的材料可進一步包含高分子包覆劑其內承載該染料、反射性顆粒或光散射奈米顆粒，高分子包覆劑被施用於多孔材料之上以及進入其孔洞。形成上多孔層的表面的材料的層包含摻雜物的源。

二擇一地形成上多孔層的表面的材料的層包含金屬層其延伸到多孔層上且進入多孔層的孔洞而不接觸矽太陽能電池的後表面。

在多孔層形成後其可被週期性地局部融化在與位於下的 矽接觸的點，藉此多孔層及位於下的第一電介質層被中斷且位於下的矽被鋁摻雜。中斷及摻雜較佳以雷射進行。

當沈積在多孔層表面上的材料是金屬層，其形成一金屬接觸層係接觸被摻雜矽經由在多孔層及位於下的第一電介質層的中斷。金屬接觸層可被形成以接觸前連接太陽能電池、後連接太陽能電池或後連接太陽能電池的基體，或後連接太陽能電池的後發射體。

矽太陽能電池較佳包含厚度小於200μm的半導體基材。用於此方法的晶圓典型具有120-180μm的厚度，更佳具有150-160μm的厚度。當半導體裝置是太陽能電池，特別是後連接太陽能電池，此方法更具優勢。

金屬電極亦可形成以接觸矽太陽能電池的複數個半導體區域，在此例中方法進一步包含：i)以對應於被需求金屬隔離圖案的圖案沈積高分子層在太陽能電池的後表面上；ii)沈積傳導金屬接觸層在後表面上以接觸太陽能電池的複數個半導體區域；iii)加工高分子層以中斷在高分子層的圖案中的傳導金屬接觸層以隔離接觸複數個半導體區域中的不同者的傳導金屬接觸層的金屬。

加工高分子層的步驟涉及使裝置於一液體中受超音波激發高分子層係可溶於高分子溶劑且液體包含溶劑，然而高分子層亦可溶於水且液體包含至少10%的水。加工步驟亦可涉及 加熱矽太陽能電池以軟化或融化高分子層。

高分子層係以印刷裝置施作，例如噴墨印刷裝置或煙霧噴射印刷裝置(aerosol jet printing device)。

導電金屬接觸層可以例如濺鍍或蒸鍍的方法施作且較佳包含鋁。金屬接觸層較佳形成在太陽能電池的未被照光(non-illuminated)表面上且接觸太陽能電池的兩不同的半導體的兩極的兩半導體區域。

第三方面本發明提供一種形成電性接觸供太陽電池裝置的方法，包含：a)形成金屬層在裝置的後表面上；b)選擇性陽極化金屬層的區域以形成至少一絕緣區域以及至少一金屬區域，此至少一金屬區域藉以形成裝置的電性接觸。

金屬層被選擇性陽極化藉由覆蓋金屬層以遮蔽材料其係抵抗於用以陽極化金屬的陽極化溶液。覆蓋的金屬保護在遮蔽材料下的金屬的區域不被陽極化在遮蔽材料下的金屬的區域藉以被保存如該至少一金屬區域。遮蔽材料可為高分子且被沈積以印刷方法包含網印、噴墨印刷或煙霧印刷其中之一。

選擇地，遮蔽材料係為無機電介質包含二氧化矽、二氧化鈦、氮化矽、氮氧化矽、碳化矽或氧化鋁其中之一。無機電介質層被沈積成一層且可被圖案化使用一蝕刻製程。

隔離高分子線可在金屬層被沈積前被沈積在太陽能電池裝置的後表面而後在金屬層形成後裝置被加工以剝離在高分 子線上的金屬且因此形成複數個隔離區域在金屬層。

陽極電壓可被施於複數個隔離金屬區域的子集在陽極化過程中導致至少一個絕緣區域以及至少一個金屬區域。

在申請專利範圍請求項53到60任一所述的方法中選擇性陽極化步驟形成複數個金屬區域被至少一個絕緣區域分離。太陽能電池裝置可為後接觸太陽能電且複數個金屬區域至少一個可接觸太陽電池裝置的一p型半導體區域且複數個金屬區域至少另一個可接觸太陽電池裝置的一n型半導體區域。太陽能電池裝置亦可包含複數個光電裝置，且複數個金屬區域可包含金屬區域與太陽能電池裝置的p型半導體區域以及在相鄰的光電裝置的n型半導體區域接觸以創造相鄰光電裝置的串聯連接。金屬層可包含鋁、鈦、鎂、鋅、鈮或鉭且較佳包含鋁。

太陽能電池是矽太陽能電池，非晶矽鈍化層在形成鋁層於太陽能電池裝置的後表面層上之前被形成於太陽能電池的後表面上。在選擇性陽極化步驟後鋁及位於下的非晶矽層被加熱，其中接觸是被需要的在矽太陽能電池及在選擇性陽極化步驟中未被陽極化的留下的鋁，以造成金屬引起的非晶矽的結晶。

金屬層可藉由使用膠體金屬油墨印刷形成。膠體金屬油墨在印刷後可被火化以使其有傳導性。

第四方面，本發明提供一種在半導體裝置的表面上形成陽極化金屬氧化物層的方法，包含：a)使用膠體金屬油墨印刷金屬層； b)火化印刷金屬層以使其有傳導性；以及c)陽極化金屬層以形成陽極化金屬氧化物。

被印刷的金屬層可以被以一圖案形成藉由選擇性印刷裝置的後表面。

金屬層能以一在半導體裝置的表面上覆蓋半導體裝置的金屬接觸不被需要的區域的圖案被印刷且金屬接觸被形成在未被印刷金屬或陽極化金屬氧化物覆蓋的區域。在此例中腐蝕性鎳油墨可被沈積在未被印刷金屬或陽極化金屬氧化物覆蓋的區域且腐蝕性鎳油墨可被火化以創造金屬電極被電鍍於其上的鎳種子層。

膠體金屬油墨中的金屬顆粒的直徑可小於2μm且可被印刷使用區域噴霧沈積噴頭(area aerosol deposition head)。.印刷頭可印刷0.5到3公分寬且較佳1.0到2.0公分寬的線。印刷速度可以被用於控制沈積的膠體金屬油墨的厚度。

膠體金屬油墨亦可被印刷使用網印或噴墨印刷以適當調整的油墨黏度。

印後刷，沈積的膠體金屬油墨可被鍛燒在介於150到500℃的溫度且較佳在介於180到220℃的溫度(名義上200℃)。

製造低成本太陽能電池裝置需要可微小化材料使用及/或，如果可能的話，較不貴的材料的製程。對於網印太陽能電池而言，矽晶圓的成本將繼續佔裝置的主要花費即使電池轉換 成本在過去5-10年間已經大幅節省。可讓使用較薄晶圓成為可能的製程能夠明顯縮減最終裝置的成本。進一步，較薄的晶圓，若良好地頓化，可導致較高的能量轉換效率基於暗飽和電流(dark saturation current)的減少。網印製程可造成高折損率當晶圓厚度減少至約160μm並因此顯示出可用於現今主流圖案化及金屬化製程的晶圓可多薄的限制。如果要獲得使用甚至更薄的矽基材的好處，則替代的施較少壓力在基材的圖案化方法(亦即非接觸方法)是被需要的。

另一個現在限制網印矽太陽能電池的電池轉換成本的因素是用於形成前金屬接觸網柵的銀金屬的成本。目前銀膠佔電池轉換成本約40%且此成本比例可能隨著銀價部分因為網印矽太陽能電池製造上的需求繼續升高而提高。明顯的，此情況是無法持續的若未來光電要提供世界電力需求的持續增加的比例。發展新的使用例如鋁或銅的低成本金屬的低成本技術是有益的。鋁特別有吸引力因為其低成本(約每公斤2.6美元相對於銀每公斤大於1000美元)、易獲得性以及形成保護性自然氧化物屏障的能力。

然而，鋁的已氧化的傾向使其較難調製成能夠以例如噴墨或煙霧噴射印刷等非接觸式方法被沈積的可印刷之具導電性的墨水。因此，鋁通常最佳以例如濺鍍或熱蒸鍍等製程被沈積若製程儀器與基材的接觸欲被避免。使用鋁直接接觸矽的另一個可能的問題是矽在合理低溫下可以擴散進到鋁並造成鋁釘。此缺失已經在積體電路裝置中被觀察到，然而其可藉由添 加小量的矽到鋁而被大幅消除(例如0.5-2%且較佳約為1%的矽)。

減少太陽能電池裝製程本的最後手段是增加裝置的效率並因此增加被製造的裝置的能量輸出。除了減少模組的每瓦成本，剩餘的系統成本亦被減少。電池效率可藉由嘗試將損失源減到最小來增加。目前網印太陽能電池可遭受導因於金屬柵欄存在於電池的被照光表面的約5-6%的遮蔭損失(shading loss)。藉由將兩極金屬接觸部置放於後表面這些損失可被避免。然而，一般使用後連接以收集光產出載體(light-generated carrier)的太陽能電池裝置需要使用較高品質並因而較貴(較長壽命)的矽晶圓以使得在電池的被照光側產生的載體移動到後表面而被收集。

一些電池設計科技，例如發射體穿透(emitter wrap-through，EWT)或金屬穿透(metal-wrap-through，MWT)，嘗試藉由讓太陽能電池的後發射體層或後金屬層穿透裝置到前表面以更有效率地收集載體的方式對付此問題。『穿透』通常使用雷射形成由太陽能電池後方延伸到前方的孔洞或溝槽來達到。這些科技某程度使得電池的後金屬可以製造在商業等級的矽晶圓上，然而這些科技無法廣泛在商業上被採用，主因在他們造成的效率增進比不上製程增加的複雜性。此外，發射體穿透及金屬穿透科技的成本有效屢行經常使用網印金屬化且因此晶圓的厚度限制在大於160μm。

然而，一些製造商(例如SunPower)已經展示在有後發射 體的製造環境中超過24%的效率是可以達到的，後接觸電池設計不需要大量雷射圖案化以使靠近前表面產生的載體能夠被獲取到。相反的他們使用長壽命矽基材、好的表面鈍化、以及良好工程化歐姆接觸以在商業化製造達成高效率。然而這來自成本且製出的電池的每瓦成本仍然明顯超過現今商業化製造的網印電池。

大優點可以被獲得若製程技術能夠發展以讓使用較低品質商業等級矽基材達成少數有效載體壽命更高成為可行。若電池後杜被縮減則確保良好表面鈍化的吹毛求疵增加。使用電介質例如氮化矽和氮氧化矽，其慣常使用電漿增進化學蒸鍍沉積(chemical vapor deposition，PECVD)，n型矽表面能夠被以報告小於100cm/s的表面重組速率良好地鈍化。低表面重組速率係大幅由於在n型矽的累積層的形式激化(ulation)形成因為存在儲存的正電荷在電介質層。此累積層作為排斥來自表面的少數載體孔洞並因此極小化表面重組。典型地，p型矽是更難鈍化因為少數載體是更活躍的電子因而更難自表面區域消除，雖然電介質例如氧化鋁已經顯示良好鈍化這些表面。電介質層例如氮化矽和氮氧化矽沉積在p型矽上可造成倒轉層的形成其可極小化表面重組因為非常低的孔洞，然而形成金屬經由此類層接觸p型矽可以是困難的因為倒轉層及金屬接觸的轉向(shunting)。

將金屬接觸的兩極都放在後表面的近一步優點在於電池互連製程可以簡化。對於商業化製造的網印太陽能電池，互連 必須形成由n型接觸在被照光表面上到p型接觸在後表面上。這使得互連線必須繞在前和後表面間，對各個電池放在模組中可以多接近設了限制並造成轉向如果互連線接觸到電池的側邊。互連變得更直接如果兩極接觸都在後表面且因此，雖然新的後接觸策略例如EWT及MWT可提供僅適度的增進在電池效率在網印電池，在模組製造中進一步獲得成本的好處。

許多後接觸電池設計使用n型晶圓因為他們較高的少量載體壽命，然而發生在低成本晶圓製造的最多發展是用於硼摻雜基材。硼，不像磷，有高隔離係數且因此長晶時大變異在阻抗不會發生。一個新晶圓基材科技的例子其最可能造成低成本及潛在高壽命p型晶圓是單晶矽(mono-silicon)的角色其中實質上單結晶矽(mono-crystalline silicon)可以長成以一角色類似於多結晶錠正在成長的方式。造成的p型矽不包含存在於CZ p型單結晶矽的同樣高等級的氧且因此較高的少數的壽命因為硼氧瑕疵而可能。p型晶圓的使用亦被偏好在商業製造因為發射體可用較安全且較確立的磷擴散製程形成。硼擴散須要使用有毒氣體例如三溴化硼、較高的擴散溫度以及需要小心製程控制為了再現性。

基於以上原因目前使用p型晶圓的製程的偏好的安排，雖然明顯相似的低成本、低浪費、低壓力(或非接觸)製程亦可以被施用於n型晶圓。圖1A示出包含第一後接觸設計的裝置100。一個電阻率1-3Ωcm的p型晶圓100以n型擴散遮蓋，其具有層電阻100-300 Ω/sq(歐姆/平方)且更佳， 150-200 Ω/sq在前表面115以及約25 Ω/sq在後表面120。雖然為了簡化而沒有繪示在圖1A，晶圓的錢及後表面都具有特定結構以減少反射及增進電池的光捕捉。稍摻雜的前表面層115形成一浮動連接用以減少重組在前表面藉由縮減表面的孔洞濃度。在照光下此浮動連接變成偏向前的且注入電子到他們擴散下濃度梯度到後表面金屬連接的p型體。

在後表面的溝槽接觸重度摻雜的p型區域130其僅形成在溝槽的基體。電介質層125，較佳包含氮化矽，形成在晶圓的前後兩表面達70-80nm的厚度且較佳為74-76nm。在較佳電池設計的變異中氮化矽層被沉積在厚度10-15nm的薄氧化矽層126上。氮化矽電介質層為全部n型表面提供絕佳的表面鈍化。

開口隨後被形成於電介質層125以暴露重度摻雜n型矽140及重度摻雜p型矽145。為增加生產量這些開口較佳為溝槽開口其寬度15--30μm且較佳約20μm。選擇性的，這些開口可為孔洞開口以進一步減少金屬-矽干擾區域。鋁層隨後被沈積上整個後表面以經由形成的開口形成金屬接觸。n型及p型接觸係利用剝除(lift-off)技術創造開口160以相互隔絕。此隔絕技術在後面會有更詳細的描述參照圖2、3及4A到4F。

圖1B描繪出電池設計100的變異其溝槽首先經由遮罩氧化層被圖案化如此磷擴散製程造成重度摻雜n型矽(亦即25 Ω/sq層電阻)僅在溝槽且輕微擴散在其他地方。這種變異具有的優點是其將重度摻雜層移除自後表面(造成減少暗飽和電 流)且將n型接觸放在較接近前表面浮動連接因而減少少數載體必須移動以被收集的距離。然而，這些優點被獲得在額外的處理的成本在後面會進一步討論參照圖5。

較佳的安排現在參照圖2中的流程200加以描述。如果可能，如同現今用於商業製造網印太陽能電池的濕化學及擴散製程被執行。入料晶圓，較佳為<100>p型晶圓，在步驟205中被以例如使用在製造單結晶網印矽太陽能電池的鹼結構化製程的結構化製程加以結構化。晶圓可以為假方形(pseudo square)商業級p型CZ矽晶圓，或更佳為良好品質模單結晶方形晶圓(cast mono-crystalline square wafer)。晶圓厚度較佳為120-180 μm，且更佳為150-160 μm厚。選擇性的結構化製程，例如酸結構化製程亦可被用於步驟205。

經過使用標準金屬清潔於2%的HF及4%的HCL且於去離子水洗滌的清潔後，晶圓於步驟210被進行磷擴散。較佳地，磷擴散係使用POCl爐進行，其中晶圓被放置在皿上以便僅輕度擴散前表面至約120-300Ω/sq，且更佳為150-200 Ω/sq，當重度擴散後表面至15-45Ω/sq(或大約25Ω/sq)。擴散後，磷在濕熱氧化步驟(步驟215)被導入，造成厚度約200nm的氧化矽層。選擇性地，輸送帶線上擴散(in-line belt diffusion)製程可以被使用於磷擴散。

在步驟220溝槽利用例如PCT公開號WO2009/094711(PCT/AU2009/000098)『供選擇材料圖案化蝕刻的方法』的低溫圖案化蝕刻步驟被蝕刻在後表面，其中局部形成的HF蝕刻 氧化矽讓開口留在電介質層。較佳的，此製程的酸來源係由第一非接觸印刷一例如聚丙烯酸(polyacrylic acid，PAA)的酸性水溶性高分子且隨後複印(overprinting)所提供。兩印刷步驟可使用例如噴墨印刷機或煙霧噴射印刷機等液體沈積裝置達成，雖然較佳是使用煙霧噴射印刷機因為其在沈積過程中移除大量溶劑的能力。此對於印刷PAA而言特別具有優勢其中額外的溶劑(水)可造成被沈積煙霧劑散開當其接觸到氧化矽表面。

對於PAA沈積，較佳係使用超音波噴霧器於變態電壓(transducing voltage)為45V且噴霧溫度為25℃以霧化5%(w/v)PAA溶液於水。使用200 μm沈積滴頭的單一次操作可以被用於沈積多條線的PAA在晶圓的氧化矽表面其中晶圓係由真空抓住至一台板加熱至50到60℃，且較佳為55℃使用的噴霧器及護套(sheath)流率較佳分別為15-25及20-25cm³/minute(ccm)，雖然其他較高噴霧流率可以被使用若更多PAA需要被沈積。較高護套流速可以被使用於約束PAA印刷線寬且因此可造成較窄的蝕刻線寬。使用的製程流速在5至15 mm/s間，且較佳為10 mm/s。

氟化物源是由10%(w/v)氟化銨溶液提供其亦被霧化使用超音波噴霧器於變態電壓(transducing voltage)為45V且噴霧溫度為25℃。氟化物源的沈積係藉由對準已印刷的PAA的點及線來對準且較佳的是兩印刷操作被進行使用一個100μm的滴頭當晶圓係被抓住至一台板加熱至40到60℃，且 較佳為50℃。使用的噴霧器及護套流速較佳分別為15及10cm，雖然如對PAA沈積的描述這些流速可以不同以達成不同沈積性質。更多不同沈積滴頭尺寸亦可被用於沈積較多或較少噴霧如果需要。

高分子及氟化物源的沈積可以被達成在一印刷站上其中晶圓被運送從高分子到氟化物印刷頭組合使用一晶圓運送系統包含一移動帶台板。每一印刷頭組合可包含一噴嘴陣列具有對應於所需溝槽間隔的噴頭間隔。較佳的，所有噴嘴都被連接至一單一霧化器單元且噴霧及護套氣體流被維持不變對於陣列中所有的噴嘴。選擇性的，每一噴嘴可以被自己的霧化器單元供給且每個霧化器單元的參數可以被個別控制。後者的安排對變異具有有點其中不同圖案化可能被需求橫跨個別晶圓。例如，如果需要較寬的溝槽則可以使用較高的霧化流率。

為了達成晶圓處理每小時1500或3000片晶圓的產出率，分別地，各自具有自己的印刷頭組合的複數印刷路徑可以被設置。每個印刷路徑具有自己的自動化晶圓承載系統其放置晶圓在移動真空台板。軟體控制的視覺校準系統被使用於紀錄放置的晶圓的地點且調校沈積頭組合相對於晶圓的位置及調準角。

在沈積完成後晶圓被浸洗於去離子水5分鐘。此浸洗步驟較佳在分離的同線浸洗步驟(inline rinse step)進行。圖案化製程220的關鍵優點在於因為小量的PAA及氟化物被使用在圖案化製程中這些化學物在浸洗中浴中的濃度很低使得長浸洗浴時間及減少廢料處理成為可能。浴中的氟化物的濃度可 以被管理且維持在小於5ppm讓廢物處理最小化當浴被經常放流及重注。

在較佳製程的變異中，酸性高分子可以被旋塗或噴塗在整個晶圓表面上以被圖案化形成1到2.5μm的乾燥高分子層，且厚度較佳在1.5到2.0μm間。雖然此變異可增加處理的產出率，其有使用比蝕刻製程所直接需求的高分子更多的高分子的缺點。其亦導致較短的浸洗浴壽命。

理想地酸及氟化物沈積條件是不同的以達成50-120μm的蝕刻線寬度且較佳為65-75μm。當二氧化矽遮罩仍在位，在溝槽的基體的矽較佳被蝕刻在20%(w/v)KOH中20分鐘於80℃以蝕刻深度25-35μm且寬度20-75μm的溝槽，且寬度較佳為15--30μm，在溝槽的基體。酸蝕刻在包含氧化物(例如硝酸)及氫氟酸的溶液中亦可被用於形成溝槽，然而這些蝕刻物的等向本性(isotropic nature)可造成更多『氣球(balloon)』形狀溝槽。漸細(tapered)溝槽形成自使用各向異性的鹼蝕刻物可協助限制蝕刻(藉由導引沈積噴霧的流)當開口在製程200的步驟245中」被施做經過電介質層。

這些溝槽使得供太陽能電池的基座金屬連接成為可能，然而他們也消除了在電池後端的n型發射體與基座接觸間可能的轉向且使清楚的對準特性成為可能當在步驟245開啟有重度摻雜區域的電介質層。叉合的後接觸電池經常過到的問題是n型及p型區域間的反轉。此問題特別受到關注當一個極的重度摻雜區被需要去形成域經過另一極的發射層當摻雜製程必 須補償且覆蓋另一極摻雜物的存在。藉由置換重度摻雜的p型區域離開後表面發射體此問題可以被有效消除。

在溝槽的基體的區域的摻雜較佳被達成藉由印刷鋁油墨線(例如由Applied Nanotech所提供)且燒結在超過鋁的共晶(eutectic)溫度557℃。回火(spike fire)較佳以750-800℃的溫度進行，且更佳以775-785℃維持1分鐘。快速斜降次數(fast ramp down times)將防止鋁擴散自p+區域形成在冷卻融化的合金期間。在此摻雜製程的變異中，洗滌且乾燥的包含0.5-2%(較佳約1%)矽且直徑20μm的細鋁線可以被放置形成的溝槽且以與前述對鋁油墨實質上相同的方式火化。以清潔的預切細線承載溝槽的燒盆傳達法(cassette-mediated method)可使快速產出成為可能，然而必須小心確保線保持直線否則可能發生未對準。

在鋁油墨及細鋁線都接近p+摻雜在溝槽的基體，未反應的鋁可以任意的被移除在進行程序200的步驟235前藉由沈浸晶圓在包含10%鹽酸的溶液中持續1-2分鐘視沈積於溝槽的金屬的體積而定。此進一步處理確保僅有p+矽保留在溝槽中且因此較小金屬矽接觸面積可以在製程200的步驟245中被達成。

p+摻雜亦可被達成藉由印刷溶液含有摻雜的矽奈米顆粒例如那些由像是Innovalight公司所產製的。這些油墨可以摻雜以任何p型摻雜物且如此高的摻雜等級可以被達成。鋁有受限的固體溶解度在矽因此由前述鋁合金製程達成的摻雜受限 於約2×10¹⁸ cm^-3的達到摻雜物等級。P型區域較重度的摻雜造成增加的鑿通(tunneling)在金屬半導體界面且因此較低的接觸電阻。被摻雜的矽奈米顆粒可以被印刷使用一系列的液體沈積裝置包含噴墨及煙霧噴射印刷機。工業印刷裝置使印刷準確對準基材上的特徵(通常在5-10 μm)成為可能且圖案化的溝槽清楚可見當對準特徵於校準攝相機通常被用於這些裝置。

在步驟230的摻雜製程的進一步變異中，硼擴散製程可以被進行在擴散爐中以形成p+區域。晶圓必需被擴散約1小時在900且隨後摻雜物被導入至多2小時在1050℃以形成非常重度摻雜的p+區域。雖然能夠形成非常重度摻雜的均勻p+層，硼擴散是不受歡迎的因為需要用如此高的溫度其不利於保持合理的少數載體壽命在較低品質矽材料。

在p型摻雜製程的另一個變異中，一層鋁可以被沉積(例如利用熱蒸鍍或濺鍍)在後表面且以實質相同於前述供鋁膠所用的方式火化。圖案化氧化物層形成在步驟215對在後表面上的鋁及矽擴散提供隔離且因此鋁合金化僅發生在氧化物層145的開口的區域。鋁層隨後以如下描述供氧化物層使用的方法移除。

p+區域在溝槽基體的形成是確保低接觸電阻所必須。如果p型矽被摻雜到等級超過10¹⁸ cm^-3則顯著的通道化(tunneling)可以發生經由金屬半導體隔絕體使歐姆接觸成為可能。當摻雜物濃度接近10¹⁹ cm^-3則電荷移動變成由通道化支配且特定接 觸阻抗可降到約~10^-6 Ω cm²的值。如果電池表現是藉由減少金屬(此例中為鋁)接觸矽被增進則低特定接觸阻抗的極值(criticality)增加。

在溝槽的基體的p+區域形成後，在步驟235遮罩二氧化矽被移除藉由浸泡電池於緩衝的氧化物蝕刻液或稀釋的HF溶液。電介質層125被沉積在步驟240。在較佳的安排中，氮化矽層被使用PECVD沉積到清潔的矽表面。氮化矽較佳有約75nm的厚度以及約2.0的折射參數。在此製程的變異中，氮化矽層可以被沉積到薄二氧化矽層上，薄二氧化矽層係使用熱氧化製程、涉及浸入硫酸溶液或共沸硝酸溶液的濕化學製程(實質上如「硝酸前處理供硼發射體之鈍化供n型基體矽太陽能電池」一文所述，出自Mihailetchi et el.,Appl.Phys Lett.,92,063510,2008)、或PECVD沉積。

表面重組是一個重要因素在電池設計且表面重組速率小於100cm/s是被需求的。此外，更經由減少表面態缺失以及在n型層形成累積層提供絕佳表面重組，藉由PECVD沉積的氮化矽富含氫其可幫助鈍化不純物及結晶不純物在晶圓主體內在退火中。氮化矽較佳沉積在400℃的溫度且隨後在680℃退火10分鐘在形成氣體(5%氫氣在氮氣或氬氣中)內。

所有重摻雜p型及n型區域的形成在鈍化電介質層沉積以前是有益的在氫被導入電池作為一部份的鈍化層沉積非被驅出藉由隨後的高溫製程。氫是極度機動的在矽中且甚至局部高溫處理，例如雷射摻雜，可顯著影響在氫鈍化達成自藉由PECVD 沉積的富含氫層。於是乎，非常高的少數載體壽命以及因此開路電壓(open circuit voltages)可以被達成在最終裝置中。這些高壽命特別重要對於後接觸裝置因為他們使少數載體擴散到後發射體供收集成為可能且因此極小化使用非常高品質基材的要求。

在步驟245，開口被蝕刻在電介質層125使用在先前描述供步驟220用的圖案化蝕刻方法。在此圖案化製程，溝槽或孔洞開口窄若10-30 μm以及更佳為20 μm被蝕刻在電介質層125供n型(140)及p型(145)金屬接觸。雖然孔洞開口可以減少金屬-矽界面面積且因此的最終裝置的暗飽和電流，他們更難達成在工業化產出率所以溝槽開口被更喜歡使用。

既然電介質層125僅75nm厚此層的開口可以達到在兩個氟化物印刷操作。單一個沉積頭組合可印刷蝕刻圖案供每個n型及p型開口，偕同第二個相同的沉積頭組合印刷第二個操作。跟著蝕刻，晶圓被浸洗如對步驟220所述。

最後步驟使經由供如下所述每個實施例形成的開口形成低成本鋁金屬接觸成為可能。N型及p型接觸的隔離使用剝除技術達成。首先在步驟250高分子405(於圖4C)被印刷根據一隔離圖案350(如圖3所繪示)在電池的後變面上。太陽能電池300的後表面被顯示由區域暴露在電介質125供n型接觸310及p型接觸320。隔離圖案350被印刷使得所有連接的n型區域被隔絕自所有被連接的p型區域。隔離圖案350被設置於不連續在後鋁層將被需要以影響n型及p型接觸的電隔離。 在較佳的安排中每個n型(每個p型溝槽亦同)的間距是在0.5及2mm間且更佳為1mm。雖然清楚地其他有著較近間隔的間距值亦可被使用以具有變異的優點其中較輕度摻雜的發射體層115被使用。

較佳的，被使用的高分子是酚醛環氧樹脂溶解於高蒸氣壓溶劑例如環丁碸在1到12%(w/v)的濃度，且更佳為3-5%(w/v)。高分子可以被印刷使用任何非接觸印刷裝置(例如按需(drop-on-demand)及連續噴墨印刷機、煙霧噴射印刷機、及噴射/配發機使用供配發高黏度材料例如糊膠及黏膠)，然而因為在其他步驟使用煙霧噴射印刷科技，較佳的安排使用那科技供隔離圖案的印刷。調度有限數目的不同科技讓製造者得以開發專門技術在這些科技中且更有效於隨著時間維持及讓製程更完善。

隔離圖案可以被表現藉由單一工具途徑其較佳可在一單一操作被非常快速地印刷/配發。被印刷的高分子寬度較佳為70-200 μm且更佳約為100 μm寬以確保可靠的剝除表現(lift-off performance)。一般而言，被印刷隔離圖案的最大必要高度是介於金屬層厚度的1-2倍間其係被隔離以提供印刷機表面不被高度結構化。隔離金屬層在晶圓上有具備大差異在特徵尺寸的結構圖案(例如檢結構具備大三角錐尺寸或保持鋸齒狀遮罩)讓被需求的其中印刷高分子的高度約比金屬層的厚度高5倍。

酚醛環氧樹脂較佳被配發使用噴霧印刷機的氣動噴霧器 (pneumatic atomizer)以護套、煙霧及衝擊耗盡流率分別在30、1930及1900 ccm。然而，其他沉積設定亦可被使用以達成具備適當形狀以達成足夠剝除的印刷線。台板溫度維持在90及150℃間，且更佳在120℃以蒸發溶劑來自印刷線在沉積後。使用這些沉積條件，乾燥的具有100-150 μm寬度及1到20 μm高度的高分子線可以被形成依照沉積的層的數目。沉積兩層的4%(w/v)酚醛環氧樹脂在環丁碸使用2 mm/s的沉積速度造成寬度110-120 μm且最大高度6 μm的乾燥高分子線405在鹼結構化晶圓表面，如圖4所示表面截面圖及圖4C所示示意圖。另外的層的沉積可造成較厚的線以及(即更快)的鋁剝除。

其他樹脂或高分子亦可被與一系列不同的溶劑使用。如果高分子被噴射使用印刷裝置例如煙霧噴射印刷機，則較高蒸氣壓溶劑被使用以防止顆粒過度乾燥導致煙霧顆粒過度噴灑在印刷線的邊緣。因為他們能夠可靠地配發到表面上根據隔離圖案故被提供。熱融化臘已經被成功地藉由噴墨印刷機配發供選擇的發射體圖案化給矽太陽能電池藉由噴墨印刷機系統例如由Schmid所製造者。

水溶性高分子，例如PAA，可以被使用於形成隔離圖案以水作為溶劑。這些高分子系統的水溶解度有關於廢棄物管理是有益的，然而典型的較大數目的層被需要以形成乾燥高分子線406具有足夠高度供剝離。再者這些高分子可以造成乾燥高分子線其存在高外部隆起區域具有中央谷/凹部源自被沉積高 分子的分子的移動到印刷線邊緣其中蒸發被增進(見如圖4B以及圖4E所示表面剖面)。印刷線剖面可以不同以極小化此效應藉由增加圖案溫度以及進一步「乾燥」噴霧(例如藉由使用較低的噴霧流率以及較高的護套氣體流率)以消除過多溶劑。然而，被印刷高分子剖面的形狀未顯示顯著影響剝離只要印刷線的最大高度顯著高以開始剝離製程。

聚丙烯酸可以被沉積作為剝離高分子使用印刷條件如前述。當1%(w/v)的PAA溶液被以如對步驟220所述方式霧化且沉積在鹼結構表面保持在50℃，乾燥的高分子線具有剖面顯示在圖4B及4E結果。平均的，乾燥的高分子高度在沉積線的邊緣及中央係分別約6 μm及3.5 μm。無進一步熱處理被需要供乾燥高分子線。更進一步層的印刷造成印刷線的形狀變成更高且更拋物線狀。一旦10層隔離圖案被沉積印刷圖案是拋物線得且線為10-12 μm高。

在步驟255，鋁層15隨後被熱蒸鍍或濺鍍在整個後表面上包含在印刷隔離線310、406、406上。較佳的具有1-3 μm厚度且更佳為1.0-2.5 μm厚度的鋁層150被形成。沉積的鋁層150需要足夠厚以確保金屬接觸的系列電阻足夠低。明顯地較厚層可能被需要對於較大晶圓，特別如果如圖3所示的接觸圖案被使用。鋁層接觸重度摻雜n型矽120及重度摻雜p型矽130兩者分別經由開口140及145。靠著當電池組合成為模組時成互連的方法，那可以是需要的去增加鋁厚度在電池的n型及p型金屬接觸的短網(busbar)(邊)區域。這些區域會有效 地帶著電流供整個電池因此電阻在這些區域必須被極小化以最大化電池和模組效率。

為了防止鋁釘化，其係由矽在相對低溫度擴散進到鋁所造成，較佳0.5到2%且更佳約1%的矽被加到鋁其係被蒸鍍或濺鍍到表面上。小量的添加的矽不會顯著改變鋁層的導電度，其阻抗減少0.7 Ω cm對添加1%的矽。若進一步防衛對於鋁釘化被需要(例如若最終裝置要被在高溫中操作)則擴散障礙層包含矽化物、氮化物、碳化物或其組合可以被沉積在鋁沉積之前。

例如，特定的接觸阻抗對於鋁接觸至重度摻雜矽可以減少至小於10^-6 Ω cm²的值藉由使用鎳矽化物中間層。在鎳藉由濺鍍沉積前，晶圓被浸泡在1%氫氟酸20秒以去除任何在開口的負氧化物。厚度約50nm的鎳層之後被濺鍍到後表面上由99.99%純度的濺鍍靶材且隨後於350℃退火2到20分鐘且更佳5分鐘。鋁而後藉由濺鍍或蒸鍍被沉積。未反應的鎳可選擇的藉由浸泡在20-35%(w/v)硝酸溶液中被移除在鋁沉積前。

在較佳的安排中，其中高分子線包含乾燥樹脂，電池被聲波處理在一超音波浴使用頻率約40 kHz達10-15分鐘於丙酮在20-25℃，去移除鋁形成在由乾燥樹脂線405形成之隔離圖案上以創造隔離開口160(見圖4D)。較佳的電池是被安排在聚丙烯燒盆(cassette)且擺正平行於超音波浴的基體在聲波處理期間。然後他們被浸洗在去離子水5分鐘以移除所有微量丙酮及鋁顆粒在乾燥以預備電池測試及連接前。鋁可以容易地 自聲波處理廢料中回收。鋁的回收特別直接當水溶性高分子(例如PAA)被使用在形成隔離圖案。

較短的聲波處理時間可以被使用於形成較厚的高分子線或利用較少結構化的表面。例如，對於酸結構化矽表面100%移除在隔離圖案上1.5 μm厚的鋁可以容易地被達成藉由印刷單一層的樹脂以及聲波處理在丙酮中於20-25℃達10-15分鐘。由於減少的線上酸結構化處理成本相對於浸浴鹼結構化，許多製造公司選擇使用酸結構化工鋁晶圓用即使其導致較高的反射係數值。在以下提及的變異3到5中描述的後接觸電池的例子中，後陽極氧化鋁層被用於增進光捕捉，酸結構化的使用不會導致顯著的電池開路電流減少因為(i)大多數由ARC的前表面反射的光被重新導入電池當電池被封入模組內部；以及(ii)後表面反射體在以下提及的這些變異中提供為了增強的光捕捉對於未在其第一次操作中經過電池被吸收的光。

剝離可以被達成在熱融化蠟藉由簡單地加熱晶圓至足以融化蠟的溫度(例如約80℃)且隨後浸洗於供蠟用的溶劑。對於一些樹脂熱處理亦可以被使用在協助剝離。在這些例子中那是有益的去確保足夠量的溶劑與樹脂一同沈積以確保在加熱步驟中有足夠的蒸汽壓去起始剝離製程。對這些方式，高蒸汽壓溶劑較佳。

剝離水溶性高分子以創造隔離開口460在圖4F是非常簡單的通常僅需要聲波處理在去離子水於20-25℃達10-15分鐘。成功的剝離(即100%的鋁在隔離線上)可以被達成為酸 結構化表面具有單一層隔離圖案即使乾燥高分子具有隆起在線的邊緣。然而，對鹼表面乾燥高分子線，至少在邊緣，必須6-8 μm高供100%剝離在10-15分鐘於去離子水中在20-25℃的聲波處理之後。此外，對於鹼結構化表面此造成的開口在鋁層係為150-200 μm且因此大於所必須的為了隔離的目的。造成較小的三角錐尺寸(即1-2 μm高的三角錐)的鹼結構化製程的使用可以減少需要的高分子線高度。另外一個因素使得剝離較困難對於鹼結構化晶圓是跨越晶圓的殘餘的鋸齒損壞(saw-damage)隆起的存在。當許多製造商尋求減少他們的鋸齒損壞蝕刻時間以減少晶圓廢棄，許多商業等級單結晶晶圓存在波浪隆起圖案大致跨越表面因為殘餘的鋸齒損壞在結構化前沒有被移除。此表面圖案可以使剝離不可靠(即小於100%)視隔離線相對於晶圓上固有的波浪而定。

然而，這些伴隨晶圓表面的問題總是可以被對付藉由調整印刷的高分子線的高度及剖面。印刷產出率可以被增加藉由沈積自超過一個噴嘴一次。噴嘴可以被對準非常接近彼此使他們稍微增加被印刷高分子線的寬度(亦即根據重疊圖案印刷)。

變異1

電池設計，描繪於圖1A且參考圖2描述，涉及蝕刻溝槽在電池的重度摻雜n型及p型區域。變異是可能的其中點接觸可以被形成在這些區域利用圖案化方法例如描述於PCT專利公開號WO 2011/017740(PCT/AU2010/001001)名為『選擇性傳遞材料到基材的方法』。點接觸設計(point-contacting scheme)具有優點進一步微小化金屬-矽接觸面積且少數經常花費(overhead)在形成點接觸與圖1A以及圖1B所示的設計因為沈積路徑供氟化物源可以被定向在一角度(例如90度)以用於沈積PAA。在這個例子，蝕刻僅發生在PAA及氟化物源均已沈積的點。這意味著點接觸設計可以被達成藉著有效的無無額外處理。這表現出關鍵優點相較於其他點接觸設計(例如雷射火化接觸(laser-fired contacts)以及雷射摻雜點接觸(laser-doped point contacts))其中遮罩必須被使用或者接觸圖案的個別點必須被圖案化工具包含且造訪。因為在電介質層的點開口直接接觸重度摻雜矽，與收集載體(例如配發及接觸電阻)關連的串聯電阻損失可以被微小化。

變異2

圖1B顯示圖1A所示較佳電池設計的變異。(i)後發射體是輕度摻雜的造成較少的螺旋重組在裝置內；以及(ii)負責少數載體收集的n型接觸被放置在較靠近浮動連接因而減少少數載體在晶圓本體內的通道長度。在被光照下(前)浮動連接變成偏向前的且在表面115的n型區域被收集的電子被注入p型基體110其中他們必須擴散至n型接觸。他們所需擴散的距離越短他們與多數載體孔洞重組的可能越低。極端的，若n型接觸區域被延伸經過晶圓直到他們接觸前表面連接則造成EWT電池。

n型流入可以是溝槽或者孔洞且可延伸多種距離進入晶圓。在使用溝槽的情況，若溝槽太深則晶圓的結構性健全會受 到損害且晶圓損壞率會增加減少產率。

n型進入可以被形成使用雷射或圖案化蝕刻實質相同於前述較佳安排中。圖5描繪出圖案化蝕刻製程500供形成這些進入其可形成在圖5的步驟205及210間。為了達成重度摻雜至少在n型溝槽120的基體，首先較佳的二氧化矽遮罩電介質是熱成長的，利用例如PECVD電漿製程沉積，或者施作為玻璃上旋塗(spin-on-glass)層在步驟505。其他電介質材料，例如氮化矽、碳化矽或氮氧化矽亦可被使用。雖然這些層可以壓縮並失去他們的鈍化性質在隨後的擴散步驟他們不需要是最終裝置的一部分且因此可被犧牲在擴散製程後。

此遮罩層的厚度可以被小心地控制(步驟510)因為他會作為部分擴散遮罩在步驟210使得光擴散在所有的區域成為可能其中遮罩存在且重度擴散不存在。對熱成長二氧化矽層較佳的遮罩層厚度是約90nm厚。在步驟515開口被蝕刻如前對步驟22所述。這些開口可以是溝槽(例如圖1A所示)或是變異1所述的孔洞。矽之後經由孔洞被蝕刻，實質上如對製程200的步驟225所述去形成進入所需寬度所述。

當磷擴散製程隨後被使用經由溝槽暴露的區域會被重度摻雜當區域被遮罩層保護會僅被輕度摻雜。遮罩層厚度可以被使用以控制放置於下的矽區域的摻雜等級。

在雷射被用於形成進入(其變成重度摻雜)的變異中，雷射可以被用於脫落遮罩層且形成溝槽在位置於下的矽。雷射溝槽形成後，較佳地蝕刻在溶液包含12-15%氫氧化鈉中10-15分 鐘在50℃被進行以移除任何在雷射脫落步驟中被損害的矽。此「溝槽蝕刻(groove etch)」，實質上相同於對被埋接觸電池所施行的，亦可以薄化此遮罩層且所以任何薄化效果在遮罩上需要被記入當遮罩層被首先生成被首先生成或沉積。

電池的製造可以隨後被進行實質如圖2所示流程200所述。選擇性的，對其他變異例如圖8所示的，進入不需要被圖案化供p型接觸。在此變異，接觸重度摻雜p型區域被達到藉由雷射摻雜以及陽極鋁氧化物層。在此變異，導入步驟被接著的是擴散步驟210不需要去形成氧化層供後續圖案化。

變異3

使得使用較不昂貴矽基材供電池製造成為可能的一個關鍵是良好鈍化裝置的表面。同前所述，氮化矽電介質層可以造成非常低表面重組速率在n型矽表面因為儲存的陽極電荷的存在。在進一步變異中，後表面電介質堆積包含一薄層的氮化矽(或者二氧化矽、氮氧化矽、碳化矽、或非晶矽)且隨後的陽極氧化鋁被用於(i)進一步增進後表面的鈍化；以及(ii)提供在裝置被增進的光捕捉。

電介質層疊被形成藉由首先沉積氮化矽、二氧化矽氮氧化矽、碳化矽或非晶矽層在裝置的後表面界經由PECVD如前製程200的步驟240所述。選擇的，二氧化矽層可以使用熱氧化製程長成亦或以PECVD沉積。厚度200到800nm且較佳500-700nm的鋁層被蒸鍍或濺鍍到氮化矽上。此層被陽極化實質上以如PCT專利申請案號PCT/AU2011/000586名為「供太陽 能電池的金屬接觸方法」所述的方式。這種陽極氧化鋁(anodic aluminium oxide，AAO)膜形成在介於中間的氮化矽、氮氧化矽或二氧化矽層上可增進對n型矽表面累積層的形成且造成改進的鈍化。

電介質層疊可以被圖案化如製程200的步驟245所述除了需要沉積氟化物源的額外的層以蝕刻較厚的電介質層以外。所述圖案化蝕刻方法亦可被用於蝕刻AAO層。雖然電介質層比用於圖1A所示較佳安排的氮化矽層厚，需要蝕刻陽極氧化鋁層的氟化物離子的量隨比例減少因為層的高的結果多孔性(約10%當層被陽極化使用0.3M硫酸以及25V陽極化電壓)。

圖案化後，金屬化可以進行如步製程200的驟250至260。當鋁被沉積其填充AAO的孔洞如圖6所示形成金屬-電介質結構620在沉積鋁(610)及中間的矽基礎的電介質(630)之間其作用於散射被傳送的光回到電池供吸收。電介質的金屬結構作為連接光回到電池在斜角其增加光路徑的長度且增進吸收的可能性。此光散射性質有益於極小化光傳送出自電池後表面在窄隔離路徑區域(亦即後金屬電極已經被移除供隔離目的使用前述剝離方法)。

變異4

較佳安排的另一個變異被圖7及圖8的流程700描述。在此變異中AAO層提供鋁原子源去重度摻雜接觸區域的能力被標榜。製程700如製程200所述進行直到p型溝槽在步驟225被蝕刻。相反於實行重度p型摻雜在此階段氧化物被移除如製 程200於步驟235所述，且之後在步驟705選擇的矽基礎的電介質(例如氮化矽)被用於電池的前及後表面。不同的矽基礎電介質可以被用於前及後表面，且兩表面間的層的厚度可以不同。較佳的表面層的厚度被維持在約75nm供具有散射指數約2.0的電介質以極小化來自表面的散射。

AAO層820隨後被形成在整個後表面上於變異3所述的步驟715。雷射之後可以被用於局部融化並因此重度摻雜矽在溝槽的基體於步驟720。溝槽的存在可以被清楚的確認於附於雷射的對準攝像機，藉由點及線對準被進行以確保雷射路徑跟隨圖案化溝槽。高功率532nm雷射可以被用於進行摻雜步驟。雷射掃描速度可介於0.1及2m/s，且較佳介於0.5及0.6m/s以極小化缺失的形成並且最大化在雷射摻雜線的摻雜。在雷射摻雜溝槽基體的層電阻較佳是10-45 Ω/sq，且更佳為15-25 Ω/sq。

p型重度摻雜區域810的形成使用局部摻雜自AAO層820是有益的因為其意味者晶圓體不暴露在高溫其可能降低少數載體的壽命以及最終裝置終極的表現。選擇地，退火製程可以被包含在雷射摻雜步驟(步驟720)後以退火任何可能在雷射摻雜步驟中造成的傷害。較佳的此退火被完成在形成氣體(例如4%氫氣於氮氣或氬氣中)於350及700℃間的溫度且較佳在650及680℃間。

在步驟725開口可以被形成到重度摻雜n型矽140使用前述製程200的步驟245的圖案化蝕刻製程。如此的圖案化後表 面可以被金屬化如製程200所述。

局部摻雜製程可以藉由以可改變所產生置於下的矽的局部摻雜的材料填充多孔層820的孔洞被變異。例如，代表硼原子源的材料例如硼酸可以被用於填充孔洞在步驟715的雷射摻雜前。在局部摻雜矽添加硼摻雜原子可以增加被摻雜區域810的傳導性且減少接觸電阻。

雖然製程700需要進一步的操作儀器(例如雷射)且因此稍微複雜的製程，他有幾個優點。首先，藉由使用局部摻雜技術晶圓不必遭受高溫製程以使局部p型摻雜成為可行。此使得較低品質晶圓的被使用成為可能。此外提供摻雜物原子源供局部p+摻雜的AAO亦提供被增強的後表面鈍化及光捕捉性質其使得較高電池小效率被達成為了相似的操作成本成為可能。

變異5

AAO電介質層結構可以被用於選擇的電池設計例如圖9及10所示其係圖1A所示電池設計的變異。圖9所示流程900被用於製造此次選擇的電池設計。在此變異此製程進行如製程500所述以造成遮罩氧化物層其造成重度摻雜n型區域在暴露的後表面溝槽的基體在步驟910的擴散製程後且導入的氧化(步驟215)其被進行如製程200所述。既然氧化層不被需要在隨後的圖案化描述如製程200，導入製程不需要造成氧化物層的形成選擇的，如變異2所述，溝槽或點進入可以使用雷射創造。

遮罩氧化物隨後被移除在步驟235且後電介質層，較佳包 含矽基礎電介質125以及AAO層810，被形成如製程700所述。重度摻雜接觸至電池1000的基體可以被形成藉由使用雷射以圖案化且同時摻雜經由後電介質層形成重度摻雜p型區域1010在後表面。後表面發射體是相對的輕度摻雜導致層電阻在100及500 Ω/sq間且較佳為150-200 Ω/sq在後表面在步驟910的擴散製程後，且因此最小的轉向發生在n型後表面發射體及隨後形成的p型金屬接觸間。製程然後如製程200所述繼續。

製造過程例如變異5所述對於例如可能以剝離方法所製其中超薄矽電池被釋放於上且被可彎曲的基材支持的非常薄基材是有益的。在這些製程通常結構化(例如被擴散區域的圖案化)對電池被進行當矽被可重複使用基材所支撐。圖案化電池可以被釋放到可彎曲基材上且被連接到其他類似薄的圖案化晶圓以形成可彎曲模組。在此變異AAO層的存在提供增進的光捕捉其對於薄晶圓是關鍵的。

變異6

p型金屬接觸方式如圖9及圖10所述亦可被用於有前表面n型發射體及前表面n型金屬接觸的電池設計，例如被用於目前被製造的標準網印太陽能電池及許多不同選擇發射體矽太陽能電池。在此變異中不需要與n型接觸有關的後表面圖案化製程因為這些接觸現在被形成在太陽能電池的前(被照光的)表面。雖然電池設計例如這些經驗遮蔽損失因為前金屬接觸的存在，前表面發射體提供足夠的少量載體的捕捉因為這些載體 不再需要橫越有效寬度為了電池供補捉。因此較低品質晶圓可以被使用因而減少製造成本並產出較低的$/W製造。

圖11所示之裝置具有前表面發射體1120以及選擇的後表面浮動連接1115。前接觸結構包含重度摻雜接觸區域1140以及金屬化1150形成藉由傳統方法，包含開電介質層125，摻雜矽在開之下以形成重度摻雜n型區域1140使用擴散或雷射摻雜方法且電鍍或網印金屬接觸1150。在其他方面此變異類似於圖8的安排且包含電介質層疊126、125、820相似於圖6及8所示且後p型接觸結構包含重度摻雜p型區域1130被後表面金屬化150經由電介質層疊126、125、820的孔洞1145所接觸。在此例中較早實施例的溝槽化結構不被需要因為電池有前表面發射體1120。

圖11所示裝置具有優點相較於現存的網印或雷射摻雜選擇性發射體電持其後表面備良好鈍化藉由電介質層疊包含AAO層在所有區域除了局部接觸1145被作成到金屬層150。此局接觸造成較高開路電壓因為減少的重組在後表面。此外AAO層820增進光捕捉在裝置因此使較薄晶圓被使用成為可能。

變異7

在最終的變異，金屬的及絕緣/光捕捉區域的圖案可以被形成在後表面上藉由圖案化一層鋁在陽極化前。圖案化可以被進行使用製程220所述剝離方法。如果鋁層的區域被隔離自被陽極電壓接觸的鋁區域，則他們會維持金屬化當被製成陽極這些區域將形成局部AAO區域。鋁層的區域的隔離亦可被達成使 用圖案化蝕刻方法銜前描述於製程200的步驟220及245。

此變異的益處是其使得使用單層鋁達成金屬接觸、鈍化以及光捕捉成為可能。此外，重度摻雜鋁區域可以被形成經由開口藉由鍛燒圖案化的鋁層在陽極化製程後。陽極鋁氧化物層可耐溫在通常的鋁鍛燒溫度800℃且因此可支持金屬化區域中鋁合金區域的形成。

光捕捉在這些部分陽極化表面可以被增進藉由以可吸收及重發射脫離電池的後表面的光的染料來填充多孔性AAO。孔洞可以選擇被反射性材料例如二氧化鈦顆粒膠或類似的奈米顆粒料所填充。這些染料或反射性奈米顆粒可以被併入高分子用以將電池封入模組。

此變異可以被作為後接觸方案供電池設計例如圖11所示其n型金屬接觸1150形成在電池的(前)被照光表面。圖案化的開口可以被作成電池的p型基體使用任何上述變異所述的圖案化方法。這些開口較佳被作成重度摻雜p型區域以確保歐姆接觸。其也被需要的矽經由這些開口暴露的區域被微小化以減少在金屬矽界面的重組。線或點開口可以被作成經由電介質層，例如氮化矽、氮氧化矽、碳化矽或非晶矽。

單一鋁層可以隨後被圖案化成金屬化及絕緣區域利用隔離技術描述自製程200。此變異所用的圖11所示的電池的後表面1200係如圖12平面圖所示且電池一部份的剖面係如圖14所示。虛線1220表示經由例如氮化矽的後電介質層形成的點開口陣列。線性隔離線1250隨後被沉積如製程200中的步 驟250所述。此線將區域1210(亦即開口的線性陣列間)隔離自於電介質層125中壓上開口1220的區域1240。一層鋁隨後被沉積在整個後表面上且「剝離」隨後被進行如製程200的步驟260所述以圖案化鋁層成為兩個電隔離區域，其中之一實質上被陽極化，造成陽極化區域1260以及鋁接觸區域1240如圖13所示。電池被陽極化及接觸摻雜的剖面圖如圖15所示。

為了增進鈍化以及光捕捉在區域1210上，其未接觸置於下的開口在電介質層，該區域被連接至電源供應器的正端且如製程700的步驟715所述被陽極化。此造成後絕緣區域1260的形成，其改進了少數載體的壽命以及裝置的光捕捉性質。此絕緣區域1260的創造不影響金屬區域1240因為其被隔離自金屬區域1210在陽極化過程中。金屬區域1240因此可作為太陽能電池的後金屬電極。

此將單一鋁層150圖案化成金屬區域1240及絕緣區域1260的圖案化亦可被達成藉由印刷一供鋁用的蝕刻物根據圖案1250。蝕刻物例如被加熱的磷酸已可以沉積使用印刷裝至例如噴墨或煙霧印刷機，然而必須小心已確保蝕刻物不會有害地影響位於其下的電介質層(例如氮化矽)。

在另一個變異中，分開形成開口經由電介質層(例如圖12的1220所示的點開口線性陣列)的需要被排除。在此變異，薄二氧化矽層可以被形成在整個後表面上。此二氧化矽層的厚度較佳介於10及70nm厚且更佳為15-230nm厚。隔離線1250隨後可被印刷如此導致窄交叉在區域1240在剥離後。接著陽 極化步驟以創造絕緣區域1260，電池可以如前所述被鍛燒以創造鋁合金區域1530在金屬區域1240下(見圖15)。此變異排除了經由電介質層到重度摻雜p型矽決定性形成開口的需求。選擇的，二氧化矽層126可以被厚度介於10-50nm，且較佳10--20nm厚的薄非晶矽層取代。當鋁被沉積在非晶矽上且加熱至低於矽鋁合金共溶溫度的溫度，矽及鋁內擴散且在冷卻矽表面上變成以鋁重度摻雜。這表現另一方式鋁接觸重度摻雜區域可以被達到不需要直接形成開口在電介質層。此AAO區域1260可以被形成在中間的二氧化矽以及非晶矽上如前對氮化矽中間層所述。

如圖16及17所示此圖案變異亦可被用於後接觸電池類似於如圖4A及4B所示者。隔離每一金屬電極區域(屬不同極)自絕緣區域的隔離圖案可以被以窄如100 μm的隔離溝形成。

變異8

參照圖18、19、20、21及22金屬及絕緣/光捕捉區域圖案亦可被形成自一單一層的金屬1850藉由金屬層的遮罩區域以保持金屬的在陽極化步驟如此陽極化電極不接觸被遮罩區域。金屬層1850較佳為鋁且在此所述例子將被描述參考鋁以及其他金屬例如鈦、鎂、鋅、且較稀少金屬例如鈮及鉭亦可被使用於形成金屬層。

參照圖18，鋁層1850看起來覆蓋裝置1800的背表面且接觸太陽能電池的重度摻雜p型區域1010及重度摻雜n型區域1820其形成藉由傳統方法例如擴散或雷射摻雜且分別提供 半導體接觸區域給較輕度摻雜p型區域110及較輕度摻雜n型區域120。

轉向看圖19，鋁層1850的鋁層的區域的選擇的遮罩可以被達成藉由首先形成一抗酸材料(光阻)的層1865，在鋁層1850整個表面上而後選擇性地移除或修飾光阻1865在區域1870其中陽極化被需要藉由印刷或沉積一液體其移除阻抗材料或使其可滲透的對於酸性電解質其隨後被用於陽極化金屬區域在光阻區域1870下。對樹脂，例如酚醛環氧樹脂，鹼性溶液例如氫氧化鉀或氫氧化納可以溶化且因此移除光阻區域。這些腐蝕性溶液可以被噴墨印刷使用抗鹼印刷頭例如由Konica Minolta所提供，或被沉積使用噴霧印刷機其中溶液不接觸及因此傷害沉積滴頭表面。

選擇的，光阻例如酚醛環氧樹脂可被作為酸溶液可滲透的藉由沉積塑化劑供光阻，實質上如美國專利申請號20100047721所述。簡單使光阻的區域1870對於酸電解質可滲透的優點是此滲透性可以被逆轉，因此使得酸阻抗材料層形成最終裝置的組件成為可能。樹脂層可被以光散射及/或反射顆粒形成。

光阻被施作後，將如圖20所示其中完整的光阻區域1866遮蔽n型接觸金屬且完整的光阻區域1867遮蔽p型接觸金屬。在完整光罩區域1866及1867間的區域1870將被移除或被可滲透化以容許陽極化在這些區域進行。

電介質層的區域可以選擇性被蝕刻使用前述製程200的 步驟220所述的方法。參照圖21，陽極化製程被完成後，暴露於陽極化溶液的鋁會被轉成一個或更多的多孔氧化物區域1875其分隔留下來的鋁層1850的區域成兩個不同的接觸區域，一個首先變成p型接觸金屬區域1856接觸p型半導體區域1820且另一個變成一個n型接觸金屬區域1875接觸n型半導體區域1010。

在例子中光阻被作成可滲透的在區域1870其中陽極化被需要，陽極化製程完成後，樹脂有膠狀顆粒1870的區域可以被回流以填充型成的孔洞在形成的AAO區域1875提供增進的後反射體供太陽能電池裝置1800。此回流製程描述於美國專利申請號20100047721專利，涉及暴露光阻材料至給樹脂的溶劑的飽和蒸汽(例如丙二醇甲醚乙酸酯供酚醛環氧樹脂)，可被用於此目的。

選擇的遮蔽鋁層1850的區域亦可被達成藉由沉積例如二氧化矽、二氧化鈦、氧化鋁、氮化矽、氮氧化矽及碳化矽的無機材料的遮蔽層1865，而後選擇性地時尻此層的區域以暴露鋁層1850在區域1870或其他的表面藉由直接沉積這些或類似的遮蔽材料以保護金屬區域1856及1857其不被陽極化。這些遮蔽電介質層較佳被沉積藉由PECVD，然而其他沉積方法例如於旋轉玻璃上的濺鍍或者退火，或遮蔽材料的局部化沉積例如藉由噴墨或網印，可以被使用。這些遮蔽層較佳為5到100μm厚且較佳為60-80μm厚。

電介質層的區域可以被選擇性蝕刻如上使用前述製程200 的步驟220所述的方法。

一旦陽極化製程被進行無機電介質遮罩可以被移除藉由將裝置浸於供電介質材料使用的蝕刻液短暫時間。因為遮蔽層比形成的AAO區域薄得多，其可被移除而不顯著蝕刻形成的AAO區域。

酸阻抗材料圖案1866及1867亦可被形成藉由直接印刷或沉積阻抗材料在鋁層的那些區域上其未被陽極化(亦即需要保持金屬性)。阻抗材料可以被沉積如前述供隔離樹脂線者。選擇性地其可以被沉積使用其他印刷方法例如網印或者噴墨印刷。鋁層185的區域未被酸阻抗材料暴露者將隨後被陽極化，僅管這些被阻抗材料保護的區域將保持金屬性。

此選擇性陽極化製程亦可被用於電性隔離n型及p型電極在裝置的後表面如圖1A、1B、8及10(圖18、19、20、21及22描示近似圖10的安排)。代替印刷隔離線，如前述安排所述，遮蔽區域可以被形成在位於接觸區域供每個n型及p型接觸上方的金屬區域上。遮蔽區域可以被形成藉由印刷如前述印刷高分子線所述的高分子(製程200的步驟250)。圖22顯示太陽能電池1800的後表面其高分子區域1866及1867已被印刷在位在n型半導體接觸區域1010已及p型半導體接觸區域1820上方的鋁表面1850。

被保護區域1866及1867的寬度可以不同以符合裝置以及由裝置提取電流的方法的需求。例如，位了提取電流自商業尺寸後接觸電池對於結果的鋁電極較佳係形成一種子層且金屬 電鍍製程用於加厚此種子層以減少金屬種子的電阻。在這個例子中對金屬指1856及1857而言不需要非常寬若20-30微米的電鍍銅可以被用於增厚金屬種子。

在遮蔽電極區域1866及1857在後表面後鋁表面1850可以被陽極化以僅形成AAO1875在未遮蔽區域，此同時鈍化位於下的矽表面在這些區域當電性隔離兩個半導體電極110及120的金屬接觸區域1856及1857。在移除遮蔽高分子藉由溶解在溶劑(例如丙酮)中之後，電極區域1856及1857可以被增厚藉由電鍍製程。直接電鍍到鋁表面是困難的，因此原因薄鋅層被形成在鋁表面在一叫做鋅化(zincating)的製程。在此浸鍍製程鋁的表面層被有效地以薄鋅層交換由一鋅離子溶液。鋅較鋁不傾向氧化因此可以用作為種子層供接下來的電鍍製程。

在電鍍製程中金屬(例如銅)僅鍍到後表面的金屬電極區域1856及1857且不電鍍到絕緣AAO區域1875。使用電鍍工具後網柵線可以被增厚到20-30μm以確保少量的能量損失因為串聯電阻損失被維持在低於3%且較佳低於1%。金屬化製程後，AAO1875的孔洞可以被填充以反射性填充物以增進絕緣區域的光捕捉性質。填充物可以被提供如前述後封裝材料或光阻材料1870的一部分其被製作為多孔的供陽極化步驟可使用。

一叉合接觸的簡單變異接近上述是用其於薄結晶矽層其串聯裝置被形成藉由n型金屬來自一電池直接連接p型金屬接觸來自相鄰電池。再一次，金屬接觸包含串聯連接，加上表面鈍化AAO在非金屬化區域，全部形成自一沉積層。電性隔離 經過半導體材料在相鄰裝置是相對容易達成的當使用薄矽層其厚度在1-30微米的範圍。此層不被自己支撐且因此必需被操作當結合在支撐基材或上複層(superstrate)例如玻璃，增加使用促進單一邊製程供金屬接觸的兩極的已描述的方法的重要性。

以上的進一步變異係僅當圖22的n型接觸被形成於已描述的方法，當p型叉合接觸被實質形成藉由使用雷射掃描p型接觸被如圖8所述變異形成的區域。雷射的掃描可被用於同時圖案化AAO層當使用來自AAO層的鋁做為p型摻雜物源如此融化位於下的矽表面讓鋁被整合入矽表面以製成暴露的P+表面在製備供自對準金屬化例如藉由電鍍。此雷射摻雜以及自對準金屬化製程是已經在他處被文件證明但具有優點在此成就其首先鈍化層提供摻雜物源以及第二，在AAO層的孔洞的結構提供壓力釋放機制其微小化於矽型成的缺失其是常見的在此製程因為熱擴張係數不協調在矽極位於上的電介質。同前，接續著所述叉合接觸的形成，留下來的AAO層提供絕佳的電性隔離在接觸的兩極間然而也提供絕接表面鈍化以及潛在的絕佳光捕捉在非金屬化區域。

雖然此方式有明顯的優點當形成兩極的叉合接觸在晶圓或半導體層相同表面，他可相仿地被應用於形成在兩者之一的表面的其一的極的金屬接觸。例如一晶圓有一n型發射體在頂表面以及p型暴露的晶圓的後表面，可使用此方式形成局部化n型接觸到頂表面以及局部化p型接觸到後表面藉由沉積鋁層 到這兩個表面，遮蔽分別會產生金屬接觸的區域，而後同時陽極化留下的未遮蔽的鋁在這兩個表面以形成良好鈍化的表面在非金屬化區域。在這個例子，鋁的表面層的厚度可以被選擇以在陽極化後，其係正確的厚度以作為極佳的抗反射塗層供電池其達到他的最小化反射度在約600 nm的波長。如此，陽極化製程被用於不只在實現前述功能，更能在光被容許供過以及波長如何偏斜方面控制被沉積層的傳送及反射性質。

成就此方式的另一個例子是在非晶矽(a-Si)的金屬引起的結晶(metal induced crystallisation，MIC)的局部化區域被需要。非晶矽已知於提供最好品質的表面鈍化供結晶矽但有限制在需要被保護自其他材料例如可引發a_Si性質改變的金屬方面。在目前的方法，a-Si層可以被使用而非氧化物層126以鈍化太陽能電池1800的後表面如圖18-22所示(或者確實的裝置使用此方法當應用於配製描述供任何在此之前描述的實施例)。後表面可以被鍍以一層鋁其可在之後被選擇性地陽極化在a-Si性質及表面鈍化欲被保留的區域。在鋁的金屬性質被保留得受遮蔽區域1856及1857，隨後而來的交互影響在鋁及a-Si間例如藉由加熱到範圍在150-577度C的溫度，a-Si的MIC發生，使得重度鋁(p型)摻雜結晶或複結晶矽區域1010被形成在鋁及結晶矽的界面成為可能。此區域形成極佳的電性接觸在留下的鋁材料以及p型矽表面間當同時微小化暗黑飽和電流貢獻自金屬/矽界面藉由使此區域僅在局部化區域以及藉由使用新形成p+區域去防護來自裝置的活動件的干擾。在 鈍化區域，AAO層1875提供一極佳保護屏障以保存位於下的a-Si層在隨後的金屬化期間，暴露於多種環境且最終至封裝製程以及有關的材料用於這些目的。重要地，AAO層亦可被用於提供光捕捉為了這個裝置如前所述或者藉由謹慎地對孔洞塗上膠水如此他們可以被塗佈在封裝期間或分開的，如此以每個孔洞捕捉空氣。這些孔洞的幾何構造結合極佳的AAO的傳輸性質結合大比率的光全部內反射在與被捕捉空氣的界面，潛力地提供與矽極佳的內部反射以及極佳的光捕捉性。此方式的一個完成例子如下所示：

1.結構化p型晶圓表面

2.頂表面擴散與磷

3.後表面蝕刻以暴露p型後表面

4. 75 nm的SiNx在前表面於400度C的PECVD

5. 30nm的非晶矽上到後表面在200度C的PECVD

6.施用磷酸上到前面跟隨著雷射摻雜在金屬接觸被區需要的區域

7.濺鍍或蒸鍍鋁層上到a-Si上的後表面

8.遮蔽材料的噴墨沉積在形成後金屬接觸的區域

9.陽極化製程以轉化鋁層的無遮蔽區域至陽極鋁氧化物AAO

10.移除遮蔽材料

11.熱處理在500度C達10分鐘供a-Si在留下的鋁下的MIC產生自較準p+矽在金屬/矽界面

12.光引起的鎳電鍍上到暴露的n型雷射摻雜區域

13.鎳燒結在375度C達3分鐘

14.光引起的銅及銀鍍上到鎳種子層

鋁層的選擇性陽極化區域另一個有力的使用是電性連接形成在同一基材的分開的裝置。例如，絕大多數矽晶圓可以用作太陽能電池當小區域可以被用作例如二極體、電晶體、晶閘管、電阻及電容的半導體裝置的形成。這些裝置的結合可以被用於形成一系列有用的電路例如目的作為形成旁路二極體、阻塞二極體、電壓調節器、最大能量點追蹤器、DC到DC轉化器等。此非新概念且此類裝置可以被形成藉由局部化雷射摻雜貨遮蔽的擴散等，但是挑戰總在於找到一簡單、可靠且低成本的方式以連接這些裝置。目前鋁層選擇性陽極化的方式讓這些裝置相互連接發生自鋁單層其相互連接所有裝置如所需的當讓陽極化區域提供所有裝置的非接觸區域的鈍化以及極佳的電性隔離在這些裝置間。結果與使用印刷電路板供電子裝置相互連接相當除了在此實施，其被形成在簡單、可靠、低成本的方式可相容於太陽能電池的形成和操作。

描述於變異7及變異8的選擇性陽極化的方法可以被更一般性地用於太陽能電池製造其中單一層包含導電及絕緣區域是被需要的。如前所述這可被達成藉由：(i)形成所需圖案在傳導金屬層而後僅電性導通欲被陽極化的區域(亦即如變異7所述)；或 (ii)藉由遮蔽欲保留傳導性與一酸阻抗材料使位於下的金屬不接觸陽極電解質的傳導金屬層的區域(亦即如變異8所述)。

變異9

參考圖23，一AAO圖案可以藉由包含鋁顆粒在溶劑中的膠的鋁油墨2350的印刷被形成在太陽能電池2300的基材110的表面上，隨意地在電介質層2326上，例如氮化矽。油墨可以被沉積利用印刷裝置例如噴墨印刷機、煙霧印刷機或網印機。視印刷裝置而定，溶液的黏度可以藉由改變溶劑而變化。噴墨印刷需要使用低黏度溶劑例如乙二醇，而較高黏度的溶劑可以被用於煙霧或網印印刷。鋁顆粒在膠狀油墨較佳被有機覆蓋層覆蓋以微小化鋁的氧化。

鋁膠體油墨，例如由Applied Nanotech公司所提供者可以直接沉積使用煙霧印刷機的氣動煙霧器如前所述。顆粒直徑較佳小於2 μm以確保可靠性以及持續煙霧狀態。廣域煙霧沉積頭，可沉積在0.5到3cm寬且更佳1-2cm寬的線性區域上，可以被用於增加沉積製程的產率且印刷速度可以被用以控制沉積的鋁層的厚度。一經沉積，鋁層被鍛燒在150及500℃間的溫度，且更佳約200℃以自顆粒移除覆蓋層並形成傳導金屬膜150(見圖24)其可被陽極化如前所述。不同於變異7及8中金屬及絕緣區域的圖案被形成於表面藉由選擇性陽極化，此變異在表面造成AAO區域的圖案。

形成AAO圖案在表面的選擇的區域可以是令人滿意的如果鋁不是較佳的矽接觸金屬。腐蝕性鎳油墨可以被印刷以火化經由電介質層2326(例如氮化矽)，去形成種子層2550供電鍍的金屬接觸2650(見圖26)其位於AAO圖案2660的間隔內以接觸p型半導體接觸區域2330及n型半導體接觸區域2320。腐蝕性鎳油墨可以被使用在陽極化步驟之前且被火化當點火被印刷的鋁油墨2350。二擇一的腐蝕性鎳油墨可被使用在陽極化步驟之後。在後續的AAO區域的電鍍製程中形成電鍍遮罩且可用於線至電鍍的金屬沉積物的橫向成長。

二擇一的鋁油墨可以被沉積在太陽能電池整個表面上以形成傳導金屬層而後選擇性被陽極化如前述各變異所述。此形成傳導鋁層的方法有優點甚於涉及真空製程且造成金屬浪費當金屬沉積不可能被限制在僅在電池區域的熱蒸鍍及濺鍍。

100‧‧‧裝置

110‧‧‧p型區域

115‧‧‧前表面

120‧‧‧n型矽

125‧‧‧電介質層

126‧‧‧氧化矽層

130‧‧‧p型矽

140‧‧‧開口

145‧‧‧開口

150‧‧‧金屬層

160‧‧‧開口

300‧‧‧太陽能電池

310‧‧‧n型接觸

320‧‧‧p型接觸

350‧‧‧隔離圖案

405‧‧‧高分子線

406‧‧‧高分子線

460‧‧‧隔離開口

610‧‧‧沉積鋁

620‧‧‧金屬-電介質結構

630‧‧‧電介質

810‧‧‧區域

820‧‧‧AAO層

1000‧‧‧電池

1010‧‧‧重度摻雜p型區域

1115‧‧‧後表面浮動連接

1120‧‧‧前表面發射體1120

1130‧‧‧重度摻雜p型區域

1140‧‧‧重度摻雜接觸區域

1145‧‧‧孔洞

1150‧‧‧金屬接觸

1200‧‧‧後表面

1210‧‧‧區域

1220‧‧‧開口

1240‧‧‧區域

1250‧‧‧圖案

1260‧‧‧區域

1530‧‧‧區域

1800‧‧‧裝置

1820‧‧‧區域

1850‧‧‧鋁層

1856‧‧‧區域

1857‧‧‧區域

1865‧‧‧遮蔽層

1866‧‧‧區域

1867‧‧‧區域

1870‧‧‧區域

1875‧‧‧區域

太陽能電池後接觸部以及其形成方法的實施例描述如下，以範例方式，參考附圖其中：圖1A為後接觸電池設計的示意圖；圖1B為圖1A所示後接觸電池設計的變異的示意圖，其溝槽在一第一擴散程序前被圖案化(patterned)；圖2為製造如圖1A所示之後接觸電池設計的基本步驟的程序流程圖；圖3為隔絕圖案相對於在圖1A所示設計之後表面的p型及 n型開口的置放示意圖；圖4A為使用煙霧噴射印刷機印刷線型酚醛樹脂所形成的隔絕圖案之截面的德克塔截面圖(Dektak profile)；圖4B為使用煙霧噴射印刷機印刷水溶性高分子，例如聚丙烯醯胺(polyacrylamide，PAA)，所形成的隔絕圖案之截面的德克塔截面圖(Dektak profile)；圖4C為圖1A所示裝置之一部分的截面側視圖，顯示使用煙霧噴射印刷機印刷線型酚醛樹脂所形成的隔絕圖案；圖4C為圖1A所示裝置之一部分的截面側視圖，其係在線型酚醛樹脂層被移除以在覆蓋於上的金屬層形成隔絕圖案之後；圖4E為圖1A所示裝置之一部分的截面側視圖，顯示使用煙霧噴射印刷機印刷水溶性高分子，例如聚丙烯醯胺(polyacrylamide，PAA)，所形成的隔絕圖案；圖4F為圖1A所示裝置之一部分的截面側視圖，其係在水溶性高分子層樹脂被移除以在覆蓋於上的金屬層形成隔絕圖案之後；圖5為形成如圖1B所示之變異的圖案化n型後發射體的程序流程圖；圖6為具有以金屬處理的孔洞之陽極氧化鋁層的示意圖；圖7為顯示圖2所示程序的變異的程序流程圖，其中p+的摻雜係藉由經過陽極氧化鋁層的雷射摻雜所達成；圖8為依照圖7所示流程施作之圖1A所示後接觸電池設計 的變異之示意圖；圖9為顯示圖7所示程序的變異的程序流程圖，其中圖5的程序亦併入；圖10為依照圖9所示流程施作之圖1A所示後接觸電池設計的變異之示意圖；圖11為顯示圖10所示後接觸電池的變異的示意圖，其前與後接觸均被使用；圖12顯示類似於圖11所見之供於一電池中形成一圖樣化成金屬及絕緣區域的單一鋁層的隔絕圖案；圖13顯示圖12中圖案化成兩電隔絕區域的鋁層，其中之一被陽極化以形成電介質區域；圖14顯示圖12中電池的一部份在鋁1被圖案化前的截面正視圖；圖15顯示圖14中被圖案化且被部分陽極化後的電池；圖16顯示當使用單一鋁層方法於圖12及15所示鋁被圖案化前的電池時類似於圖4C及4D所示電池的一部份的截面正視圖；圖17顯示圖16中被圖案化且被部分陽極化後的電池；圖18、19、20、21及22表示了自一類似於圖10所示電池之電池的一單一層的金屬形成圖案化金屬及絕緣/光捕捉區域的方法，其中圖18顯示金屬層形成的第一步驟的截面正視圖；圖19顯示圖18所示裝置在施以一遮罩層後的截面正視圖；圖20顯示圖18及19所示裝置在遮罩層被選擇性打開後的 截面正視圖；圖21顯示圖18、19及20所示裝置經過選擇性陽極化步驟後的截面正視圖；圖22顯示圖18、19、20及21所示裝置顯示有金屬化及絕緣圖案的平面圖；圖23、24、25及26表示了自一單一層的被印刷金屬形成圖案化金屬及絕緣/光捕捉區域的方法，其中圖23顯示經過印刷圖案化金屬層的第一步驟的後的截面正視圖；圖24顯示圖23所示裝置在印刷金屬層被燒結以使金屬層具導電性後的截面正視圖；圖25顯示圖23及24所示裝置在金屬種子層被形成為前驅物以將接觸鍍於裝置得半導體區域後的截面正視圖；以及圖26顯示圖23、24及25所示裝置在經過陽極化步驟以及電鍍被陽極化層限制的接觸後的截面正視圖。

610‧‧‧沉積鋁

620‧‧‧金屬-電介質結構

630‧‧‧電介質

Claims (91)

1. 一種形成電介質結構供一矽太陽能電池的一後表面的方法，包含：i)形成一第一電介質層在該矽太陽能電池的至少一部份的該後表面上；ii)沈積一層金屬在該電介質層上；以及iii)陽極化該金屬層以形成一多孔層。
2. 如請求項1所述之方法，，進一步包含沈積一材料層在該多孔層的一表面上。
3. 如請求項1所述之方法其中該第一電介質層覆蓋一部份的該矽太陽能電池的後表面。
4. 如請求項1所述之方法其中該金屬層覆蓋一部份的該電介質層。
5. 如請求項1所述之方法其中該沈積上該多孔層的該表面的材料封住該多孔層的孔洞以捕捉多孔層的孔洞中的空氣。
6. 如請求項1所述之方法其中該沈積上該多孔層的該表面的材料係沈積在該多孔層的孔洞中以及表面上。
7. 如請求項1所述之方法其中該第一電介質層包含一個或更多的二氧化矽、氮化矽、碳化矽、氮氧化矽與非晶矽。
8. 如請求項1所述之方法其中該沈積上該多孔層的該表面的材料包含染料、反射性顆粒或光散射奈米顆粒。
9. 如請求項5所述之方法其中該沈積上該多孔層的該表面的材料包含一高分子包覆劑其內承載該染料、反射性顆粒或光散射奈米顆粒，該高分子包覆劑被施用於該多孔材料之上以及進入其 孔洞。
10. 如請求項1所述之方法其中該金屬層包含鋁、鈦、鎂、鋅、鈮或鉭其中之一。
11. 如請求項1所述之方法其中該金屬層係一鋁層。
12. 如請求項11所述之方法其中在該多孔層形成後其係局部融化在與位於下的矽接觸的點，該多孔層及位於下的第一電介質層藉以被中斷且位於下的矽被暴露及被鋁摻雜。
13. 如請求項9所述之方法其中該沈積上該多孔層的該表面的該材料的層包含一摻雜物的源且該多孔層的融化造成位於下的矽去吸收摻雜物。
14. 如請求項11所述之方法其中中斷及摻雜係以雷射進行。
15. 請求項1所述之方法其中該沈積上該多孔層的該表面的該材料的層包含一金屬層其係沈積在該多孔層的的表面上以及多孔層的孔洞中而未接觸於矽太陽能電池的後表面。
16. 請求項14所述之方法其中在該多孔層形成後其係局部融化在與位於下的矽接觸的點，該多孔層及位於下的第一電介質層藉以被中斷且位於下的矽被暴露及被鋁摻雜。
17. 如請求項16所述之方法其中中斷及摻雜係以雷射進行。
18. 如請求項16所述之方法其中沈積在多孔層表面上的金屬形成一金屬接觸層其係接觸該被摻雜矽經由在該多孔層及位於下的第一電介質層的中斷。
19. 如請求項18所述之方法其中該金屬接觸層被形成去接觸一前連接太陽能電池的基體。
20. 如請求項18所述之方法其中該金屬接觸層被形成去接觸一後連接太陽能電池的基體。
21. 如請求項18所述之方法其中該金屬接觸層被形成去接觸一後連接太陽能電池的後發射體。
22. 如請求項14所述之方法進一步包含形成金屬電極去接觸該矽太陽能電池的複數個半導體區域，該方法包含：i)以一對應於一被需求金屬隔離圖案的圖案沈積一高分子層在太陽能電池的後表面上；ii)沈積一傳導金屬接觸層在後表面上以接觸該太陽能電池的複數個半導體區域；iii)加工該高分子層以中斷在該高分子層的該圖案中的該傳導金屬接觸層以隔離接觸該複數個半導體區域中的不同者的傳導金屬接觸層的金屬。
23. 如請求項16任一所述的方法該方法進一步包含形成金屬電極以接觸該矽太陽能電池的複數個半導體區域，該方法包含：i)以一對應於一被需求金屬隔離圖案的圖案沈積一高分子層在太陽能電池的後表面上；ii)沈積該金屬層作為一傳導金屬接觸層在該後表面上以接觸該太陽能電池的複數個半導體區域；iii)加工該高分子層以中斷在該高分子層的該圖案中的該傳導金屬接觸層以隔離接觸該複數個半導體區域中的不同者的傳導金屬接觸層的金屬。
24. 如請求項23所述的方法其中該金屬層包含鋁。
25. 如請求項22所述的方法其中該加工步驟涉及使該裝置於一液體中受超音波激發。
26. 如請求項25所述的方法其中該高分子層係可溶於一高分子溶劑且該液體包含該溶劑。
27. 如請求項25所述的方法其中該高分子層係可溶於水且該液體包含至少10%的水。
28. 如請求項22所述的方法其中該加工步驟涉及加熱該矽太陽能電池以軟化或融化該高分子層。
29. 如請求項22所述的方法其中該高分子係以一印刷裝置施作。
30. 如請求項22所述的方法其中該高分子層係以一噴墨印刷裝置或一煙霧噴射印刷裝置(aerosol jet printing device)施作。
31. 如請求項22所述的方法其中該導電金屬接觸層係以濺鍍或蒸鍍施作。
32. 如請求項22所述的方法其中該金屬接觸層接觸太陽能電池的兩不同的半導體的兩極的兩半導體區域。
33. 如請求項1所述的方法其中矽太陽能電池包含一厚度小於200μm的半導體基材。
34. 如請求項33所述的方法其中矽太陽能電池包含一具有20-180μm的厚度的半導體基材。
35. 如請求項33所述的方法其中矽太陽能電池包含一具有150-160μm的厚度的半導體基材。
36. 一種矽太陽能電池包含一電介質結構在該太陽能電池的一後 (未被照光的)表面，該電介質結構包含：i)一第一電介質層在該矽太陽能電池的後表面上；以及ii)陽極化金屬的多孔層在該第一電介質層上。
37. 如請求項36所述的矽太陽能電池，進一步包含一層材料形成在多孔層的表面上。
38. 如請求項36所述的矽太陽能電池其中該第一電介質層覆蓋部分的該矽太陽能電池的後表面。
39. 如請求項38所述的矽太陽能電池其中該金屬層覆蓋部分的該電介質層。
40. 如請求項36所述的矽太陽能電池其中該沈積上該多孔層的該表面的材料封住該多孔層的孔洞以捕捉多孔層的孔洞中的空氣。
41. 如請求項36所述的矽太陽能電池其中形成在多孔層的表面上的該材料延伸進入該多孔層的孔洞。
42. 如請求項36所述的矽太陽能電池其中該第一電介質層包含一個或更多的二氧化矽、氮化矽、碳化矽、氮氧化矽與非晶矽。
43. 如請求項36所述的矽太陽能電池其中該沈積上該多孔層的該表面的材料層包含染料、反射性顆粒或光散射奈米顆粒。
44. 如請求項43所述的矽太陽能電池其中該沈積上該多孔層的該表面的材料包含一高分子包覆劑其內承載該染料、反射性顆粒或光散射奈米顆粒，該高分子包覆劑被施用於該多孔材料之上以及進入其孔洞。
45. 如請求項36所述的矽太陽能電池其中該金屬層包含鋁、鈦、 鎂、鋅、鈮或鉭其中之一。
46. 如請求項36所述的矽太陽能電池其中該金屬層係一鋁層。
47. 如請求項46所述的矽太陽能電池其中該多孔層及位於下的第一電介質層被週期性地中斷且位於該中斷下的矽被鋁摻雜。
48. 如請求項47所述的矽太陽能電池其中該形成上該多孔層的該表面的該材料的層包含一摻雜物的源且位於該中斷下的矽被該摻雜物摻雜。
49. 如請求項36所述的矽太陽能電池其中該形成上該多孔層的該表面的該材料的層包含一金屬層其延伸到該多孔層上且進入該多孔層的該孔洞而不接觸該矽太陽能電池的後表面。
50. 如請求項49所述的矽太陽能電池其中該多孔層及位於下的第一電介質層被週期性地中斷且位於該中斷下的矽被鋁摻雜。
51. 如請求項50所述的矽太陽能電池其中沈積在多孔層表面上的金屬形成一金屬接觸層其係接觸該被摻雜矽經由在該多孔層及位於下的第一電介質層的中斷。
52. 如請求項51所述的矽太陽能電池其中該矽太陽能電池是前連接太陽能電池且該金屬接觸層接觸該太陽能電池的一基體。
53. 如請求項51所述的矽太陽能電池其中該矽太陽能電池是後連接太陽能電池且該金屬接觸層接觸該太陽能電池的一基體。
54. 如請求項51所述的矽太陽能電池其中該金屬接觸層接觸一後連接太陽能電池的後發射體。
55. 如請求項41所述的矽太陽能電池其中該後金屬層接觸該太陽能電池的複數個半導體區域且被中斷以隔離接觸到不同半導 體區域。
56. 如請求項36所述的矽太陽能電池其中矽太陽能電池包含一厚度小於200μm的半導體基材。
57. 如請求項56所述的矽太陽能電池其中矽太陽能電池包含一具有120-180μm的厚度的半導體基材。
58. 如請求項56所述的矽太陽能電池其中矽太陽能電池包含一具有150-160μm的厚度的半導體基材。
59. 一種形成電性接觸供太陽電池裝置的方法，方法包含：a)形成一金屬層在該裝置的後表面上；b)選擇性陽極化該金屬層的區域以形成至少一絕緣區域以及至少一金屬區域，該至少一金屬區域藉以形成該裝置的電性接觸。
60. 如請求項59所述的方法其中該金屬層被選擇性陽極化藉由覆蓋該金屬層以一遮蔽材料其係抵抗於一用以陽極化該金屬的陽極化溶液，覆蓋的金屬保護在該遮蔽材料下的金屬的區域不被陽極化在該遮蔽材料下的金屬的區域藉以被保存如該至少一金屬區域。
61. 如請求項60所述的方法其中該遮蔽材料是一高分子且被沈積以一印刷方法包含網印、噴墨印刷或煙霧印刷其中之一。
62. 如請求項60所述的方法其中該遮蔽材料係為一無機電介質包含一個或更多的二氧化矽、二氧化鈦、氮化矽、氮氧化矽、碳化矽或氧化鋁。
63. 如請求項62所述的方法其中該無機電介質層被沈積成一層。
64. 如請求項62所述的方法其中該無機電介質層被圖案化使用一蝕刻製程。
65. 如請求項59所述的方法其中隔離高分子線在金屬層被沈積前被沈積在太陽能電池裝置的後表面而後在金屬層形成後該裝置被加工以剝離在高分子線上的金屬且因此形成複數個隔離區域在金屬層。
66. 如請求項61所述的方法其中一陽極電壓被施於該複數個隔離金屬區域的子集在陽極化過程中導致至少一個絕緣區域以及至少一個金屬區域。
67. 如請求項59所述的方法其中該選擇性陽極化步驟形成複數個金屬區域被至少一個絕緣區域分離。
68. 如請求項67所述的方法其中該太陽能電池裝置是一後接觸太陽能電且該複數個金屬區域至少一個接觸該太陽電池裝置的一p型半導體區域且該複數個金屬區域至少另一個接觸該太陽電池裝置的一n型半導體區域。
69. 如請求項67所述的方法其中該太陽能電池裝置包含複數個光電裝置，且該複數個金屬區域包含一金屬區域與一太陽能電池裝置的p型半導體區域以及一在相鄰的光電裝置的n型半導體區域接觸以創造一該相鄰光電裝置的串聯連接。
70. 如請求項59所述的方法其中該金屬層包含鋁、鈦、鎂、鋅、鈮或鉭。
71. 如請求項59所述之方法其中該金屬層包含鋁。
72. 如請求項71所述的方法其中太陽能電池是矽太陽能電池且一 非晶矽鈍化層在形成鋁層於太陽能電池裝置的後表面層上之前被形成於太陽能電池的後表面上且在選擇性陽極化步驟後鋁及位於下的非晶矽層被加熱，其中接觸是被需要的在矽太陽能電池及在選擇性陽極化步驟中未被陽極化的留下的鋁，以造成金屬引起的非晶矽的結晶。
73. 如請求項1所述的方法，其中該金屬層係藉由使用膠體金屬油墨印刷形成。
74. 如請求項36所述的方法，其中該金屬層係藉由使用膠體金屬油墨印刷形成。
75. 如請求項59所述的方法，其中該金屬層係藉由使用膠體金屬油墨印刷形成。
76. 如請求項73所述的方法，其中該印刷的金屬層係火化該印刷金屬層以使其有傳導性。
77. 如請求項74所述的方法，其中該印刷的金屬層係火化該印刷金屬層以使其有傳導性。
78. 如請求項75所述的方法，其中該印刷的金屬層係火化該印刷金屬層以使其有傳導性。
79. 如請求項1所述的方法，其中該金屬層包含鋁藉由使用膠體金屬油墨印刷形成且火化該印刷金屬層以使其有傳導性。
80. 一種在半導體裝置的一表面上形成一陽極化金屬氧化物層的方法，包含：a)使用一膠體金屬油墨印刷一金屬層；b)火化該印刷金屬層以使其有傳導性；以及 c)陽極化該金屬層以形成該陽極化金屬氧化物。
81. 如請求項80所述的方法其中該金屬層以一在半導體裝置的表面上覆蓋該半導體裝置的一金屬接觸不被需要的區域的圖案被印刷且金屬接觸被形成在未被印刷金屬或陽極化金屬氧化物覆蓋的區域。
82. 如請求項81所述的方法其中一腐蝕性鎳油墨被沈積在未被印刷金屬或陽極化金屬氧化物覆蓋的區域且該腐蝕性鎳油墨被火化以創造一金屬電極被電鍍於其上的鎳種子層。
83. 如請求項73到82任一項所述的方法其中該膠體金屬油墨中的金屬顆粒的直徑小於2μm。
84. 如請求項73到82任一項所述的方法其中該膠體金屬油墨被印刷使用網印或噴墨印刷。
85. 如請求項73到82任一項所述的方法其中該膠體金屬油墨被印刷使用區域噴霧沈積噴頭(area aerosol deposition head)。
86. 如請求項73到82任一項所述的方法其中該膠體金屬油墨被印刷自一印刷頭其印刷0.5到3公分寬的線。
87. 如請求項73到82任一項所述的方法其中該膠體金屬油墨被印刷自一印刷頭其印刷1.0到2.0公分寬的線。
88. 如請求項73到82任一項所述的方法其中印刷速度可以被用於控制沈積的膠體金屬油墨的厚度。
89. 如請求項73到82任一項所述的方法其中一旦被印刷，沈積的膠體金屬油墨被鍛燒在介於150到500℃的溫度。
90. 如請求項73到82任一項所述的方法其中沈積的膠體金屬油墨 被鍛燒在介於180到220℃的溫度(名義上200℃)。
91. 如請求項73到82任一項所述的方法其中金屬層被形成為一圖案藉由選擇性印刷該太陽能電池的後表面。