TW201347001A - 用於太陽能電池之金屬接點架構 - Google Patents

用於太陽能電池之金屬接點架構 Download PDF

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Abstract

一種金屬沉積方法，用於沈積金屬於半導體裝置之P型半導體區域之裸露表面，該半導體裝置包含P-N接面，該金屬沉積方法包含：浸泡P型半導體區域上欲沉積金屬之裸露表面於金屬離子溶液中；於半導體裝置產生電場，使P-N接面為順向偏壓；藉由溶液中之金屬離子還原反應，電化學沉積金屬於半導體裝置之P型半導體區域之裸露表面。

Description

用於太陽能電池之金屬接點架構 【版權聲明】
本專利文件中之部分揭露包含受著作權保護之資料。當本專利文件或本專利揭露在專利商標局的專利文件或記錄時，著作權人不反對本專利文件或本專利揭露之任何人重製，在其他方面則保留所有著作權權利。
本發明係關於一種裝置製造；具體而言，係關於用於半導體裝置(例如太陽能電池)之金屬接觸之形成。
矽太陽能電池需要金屬電極形成於太陽能電池之P型及N型半導體材料以提取光生電荷載子並以電流方式流動於外部電線。多數矽太陽能電池於頂面(被照射表面)具有一種電極極性並在背面具有相反極性之金屬接觸。一般而言，大多矽太陽能電池在兩個電池表面使用不同金屬，因為不同極性表面具有不同功能。對於被照射表面、遮光損失，金屬傳導率及連接至半導體之接觸阻抗係為特別重要，其中非被照射面可容許較高金屬覆蓋範圍及較低傳導率。在網版印刷矽太陽能電池中，網版印刷銀係典型用於接觸被照射的N型前表面，而網版印刷鋁係典型用於接觸P型背面。
金屬電極可經由不同金屬電鍍程序形成於太陽能電池。金屬電鍍係為自金屬離子溶液之金屬的電化學沉積。沉積可透過無電鍍方法達成，其中加入還原劑於金屬離子溶液以在金屬還原程序中於矽表面提供電子來源。取而代之地，電子來源可以是於光誘導鍍覆(LIP)中太陽能電池之光 引致電流，或於電鍍程序中施加電位能所提供。無電鍍已用於形成鎳/銅金屬電極以高濃度摻雜N型及高濃度摻雜P型槽於矽太陽能電池。無電鍍已在商業上藉由BP太陽能公司用於其雷射嵌入柵格矽太陽能電池之製程。最近，光誘導鍍覆(LIP)已成功地用以金屬處理範圍廣泛的太陽能電池，其包含雷射摻雜選擇性射極(LDSE)電池。於光誘導鍍覆(LIP)中，N型矽係典型地裸露於形成在前表面介電層之溝槽底部。光誘導鍍覆(LIP)程序典型需要電池之背面作為陽極或實體接觸陽極。接著氧化陽極以維持電鍍程序中金屬離子之來源。
對於具有背部鋁電極之電池，光誘導鍍覆(LIP)係為有吸引力的程序。因為該程序能夠以無接觸(如Lawrence Durkee於美國專利號4,144,139之“Method of Plating by Means of Light”所描述)，或是實體接觸，然後電池接觸需求為相對地簡單，因為電接觸可以製作在背部鋁表面之任意位置(亦即，對準並不重要)。一旦實體低阻抗接觸可製作於電池的背部電極，然後施加偏壓可用以：(i)陰極保護鋁電極防止氧化；以及(ii)加偏壓於太陽能電池以操作較接近其最大(短路)電流。
由於光誘導鍍覆(LIP)使用藉由太陽能電池產生之光引致電流以減少金屬離子以形成金屬接觸，這可以只用以金屬處理太陽能電池之N型區域。這不能用以金屬處理於N型晶圓上製造之電池之P型區域或雙面電池之P型區域。在這些例子中，裸露電池於光中形成裸露之P型矽陽極，因此沒有用於金屬還原之電子來源。假使低成本鎳/銅金屬電鍍可用於這些類型的太陽能電池，則目前必須使用無電鍍或是電鍍。無電鍍已經顯示不適用於矽太陽能電池製程，因為所需電鍍時間長且維持電鍍槽及處理廢棄電解液之花費高。雖然電鍍可使用較簡單的化學，因為還原劑在溶液中係為非必須的，實體低阻抗接觸必須形成於欲進行電鍍之高濃度摻雜區域。這會需要精準的對準，尤其假使摻雜區域已精細地圖 案化以減少前表面遮光損失。進一步而論，該區域必須具有充分地傳導性以均勻電鍍於整個金屬化(像是：柵格)圖案化。這典型地促使藉由一些其他像是蒸鍍、濺鍍或印刷之程序形成晶種層於欲金屬化之區域。這會使金屬化程序複雜化。
所需的是用於鍍覆金屬接觸區域裸露在P型矽之選替方案，係具有簡單性及光誘導鍍覆(LIP)之高成本效益，其中可使用簡單電鍍化學以能夠有長的鍍槽壽命，且不需要低阻抗實體接觸與半導體裝置之精準對準。
包括在本說明書中有關文件、動作、材料、裝置、物品等的任何討論，不被視為承認任何或全部這些事件形成現有技術的基礎的一部分或為在此領域中之通常知識存在於本申請案之各請求項的優先權日之前。
在整個本說明書中，用語“包括”或諸如“包括”或“包含”的變化，將被理解為暗示包含的所述元素、整體或步驟，或元素、整體或步驟之群組組合，但不排除任何其他元素、整體或步驟，或元素、整體或步驟之群組組合。
本發明包含一種金屬沉積方法，用於沈積金屬於半導體裝置之P型半導體區域之裸露表面，該半導體裝置包含P-N接面，該金屬沉積方法包含：浸泡P型半導體區域上欲沉積金屬之裸露表面於金屬離子溶液中；於半導體裝置產生電場，使P-N接面為順向偏壓；藉由溶液中之金屬離子還原反應，電化學沉積金屬於半導體裝置之P型半導體區域之裸露表面。
電場可藉由放置至少一電極所產生，該至少一電極係未實體接觸金屬離子溶液中之半導體裝置。
在本發明之一些實施例中，半導體裝置之N型半導體區域係與金屬離子溶液隔離。
第二電極可以包含可電性接觸半導體裝置之N型半導體區域之材料，且藉由使半導體裝置之N型半導體區域接觸第二電極並於金屬離子溶液中之至少一電極與接觸N型半導體區域之第二電極之間產生電位能，而使電場產生於半導體裝置。第二電極之材料包含導體可壓縮介面材料。第二電極之材料可以係為導體碳基材料且可以包含石墨。第二電極之材料可以具有介於300S/cm至1400S/cm之傳導率。
半導體裝置可以透過金屬離子溶液傳輸且第二電極之材料包含滾輪之表面或可旋轉環圈帶之表面，其係接觸半導體裝置之N型半導體區域。
可旋轉環圈帶運行於位在其兩端之兩個滾輪之間且可以藉由中間滾輪經由可旋轉環圈帶施加壓力於半導體裝置而支撐於在其兩端之兩個滾輪之間。
半導體裝置係藉由真空支托於可旋轉環圈帶。
空氣噴嘴係位於在可旋轉環圈帶兩端之兩個滾輪之間並經由可旋轉環圈帶施加壓力於該半導體裝置。
傳導性流體係用於第二電極接觸之半導體裝置之N型半導體區域之表面。傳導性流體係為導電膠或導電油墨。
在本發明之一些實施例中，N型半導體區域可以浸泡於金屬離子溶液，其中第二電極可位於金屬離子溶液中以經由金屬離子溶液電性連接半導體裝置之N型半導體區域。可以藉由透過金屬離子溶液使第二電極連接半導體裝置之N型半導體區域並於金屬離子溶液之至少一電極與連接N型半導體區域之第二電極之間產生電位能，而使電場產生於半導體裝置。
N型半導體材料及P型半導體之材料可以至少部分藉由金屬離子溶液之屏障電性隔離。
電極可在半導體裝置浸泡於金屬離子溶液前形成，以接觸N型半導體區域。
另外，沒有電極形成且半導體裝置之N型半導體區域裸露於金屬離子溶液時，氧化層可以形成於N型半導體區域裸露於金屬離子溶液之表面上，且自第二電極至N型半導體區域之電性連接可以通過氧化層連接至N型半導體區域。
包含多孔陽極氧化物之氧化層亦可形成於N型半導體區域之裸露表面，其係藉由：i)在浸入金屬離子溶液之前，於N型表面形成金屬層，該金屬離子溶液包含酸；以及ii)於N型半導體區域浸入金屬離子溶液時陽極氧化金屬層，以形成多孔陽極氧化物。
自第二電極至N型半導體區域之電性連接係通過多孔陽極氧化物連接至N型半導體區域。多孔陽極氧化物係為陽極氧化鋁(AAO)。
穿隧氧化層可形成於N型半導體區域欲形成多孔陽極氧化物之部分上方，且多孔陽極氧化物係形成於穿隧氧化層上方，欲進行陽極氧化之金屬可以直接形成於穿隧氧化層上。薄穿隧氧化層之厚度係介於2nm至15nm之間。另外，欲進行陽極氧化之金屬可以直接形成於欲形成多孔陽極氧化物之N型半導體區域上之部分上方。
連接至表面形成有氧化物之N型半導體區域的連接可以藉由電子穿隧機制透過形成於N型半導體區域之任一形式氧化物形成。另外，在金屬離子溶液中之至少一電極與連接至N型半導體區域之第二電極之間的電位能可包含脈衝量或交流量，且金屬離子溶液與N型半導體區域的連接係藉由金屬離子溶液與N型半導體區域之間的電容耦合。
無論當N型區域有沒有浸泡於金屬離子溶液的情況下，N型半導體區域可被介電層覆蓋，且可透過介電層中之一或多個開口裸露下方N型半導體區域進行連接至N型半導體區域之電連接。N型半導體區域至少在透過介電層之 一或多個開口裸露之N型半導體區域具有高度的摻雜。透過覆蓋N型半導體區域之介電層裸露N型半導體區域之開口係包含藉由雷射切割形成之開口及藉由圖案化蝕刻形成之開口。當使用雷射切割以形成覆蓋於N型半導體上之介電層之開口，雷射切割可以於N型摻雜劑源存在之情況下進行，藉此於切割覆蓋N型半導體區域之介電層之切割操作期間，使透過雷射切割形成之一或多個開口所裸露之N型半導體區域具有比其餘N型半導體區域還更高的摻雜。另外，假使覆蓋N型半導體區域之介電層之開口係透過圖案化蝕刻形成，透過藉由圖案化蝕刻製成之一或多個開口裸露之N型半導體區域可以比藉由後續例如擴散之N型摻雜步驟之其餘N型半導體區域具有更高的摻雜。
半導體裝置之整個N型半導體區域也可以高度摻雜。
本方法也可進一步包含：形成金屬接觸之步驟，以接觸半導體之N型半導體區域。接觸N型半導體區域之金屬接觸可以藉由裸露N型半導體區域之至少部分表面區域及浸泡N型半導體區域於金屬離子溶液以使N型半導體區域之部分表面裸露於金屬離子溶液及照明半導體裝置而使光引致電流產生於半導體裝置，導致在N型半導體區域裸露於金屬離子溶液之部分表面發生金屬還原。
P型半導體區域可被介電層覆蓋且P型半導體區域之一或多個區域係透過介電層之開口裸露。透過覆蓋P型半導體區域之介電層裸露P型半導體之開口可藉由雷射切割或藉由圖案化蝕刻形成。當使用雷射切割以形成覆蓋於P型半導體區域之介電層之開口，雷射切割係於P型摻雜劑源存在之狀況下進行，藉此切割覆蓋P型半導體區域之介電層之切割操作期間，使透過雷射切割形成之一或多個開口所裸露之P型半導體區域具有比其餘P型半導體區域還更高的摻雜。另外，假使覆蓋P型半導體區域之介電層的開口係藉由 圖案化蝕刻形成，透過藉由圖案化蝕刻製成之一或多個開口裸露之P型半導體區域可以比藉由後續例如擴散之P型摻雜步驟之其餘P型半導體區域具有更高的摻雜。
半導體裝置較佳包含矽半導體材料。
溶液較佳包括鎳、銅、銀及錫之一或多個離子。
100‧‧‧金屬接觸
105‧‧‧P型射極
110‧‧‧太陽能電池
115‧‧‧背鋁電極
120‧‧‧背面
125‧‧‧雷射摻雜區域
130‧‧‧介電質
135‧‧‧N型雷射摻雜線
305‧‧‧導體電極
325‧‧‧電解液
330‧‧‧電極
345‧‧‧抗水材料
350‧‧‧晶圓座
355‧‧‧導體介面材料
360‧‧‧電源供應器
370‧‧‧滾輪
380‧‧‧滾輪
385‧‧‧導體墊材料
388‧‧‧傳輸帶
390‧‧‧噴嘴
392‧‧‧傳輸帶
394‧‧‧碳墊
395‧‧‧滾輪
396‧‧‧流體
397‧‧‧傳輸系統
398‧‧‧軸
405‧‧‧指部
500‧‧‧抗反射塗層
505‧‧‧摻雜N型射極
510‧‧‧晶圓
515‧‧‧介電層
520‧‧‧P型接觸
525‧‧‧P型區域
530‧‧‧N型矽區域
535‧‧‧金屬接觸
800‧‧‧抗反射塗層
805‧‧‧前面場
810‧‧‧介電層
815‧‧‧N型金屬接觸
820‧‧‧P型金屬接觸
825‧‧‧P型接觸
830‧‧‧太陽能電池
835‧‧‧N型接觸
840‧‧‧背P型射極
900‧‧‧金屬柵格
910‧‧‧金屬柵格
1210‧‧‧邊緣屏障
參考伴隨圖式舉例說明場誘導電鍍(FIP)之金屬化方法之實施例：圖1係為使用場誘導金屬電鍍進行金屬化之具有N型晶圓及前P型接面之太陽能電池裝置之圖式。
圖2係為圖1之裝置製造之流程圖。
圖3a至圖3f係為可場誘導電鍍裝置之可行選替例之圖式。
圖4係為圖1之太陽能電池裝置自裝置底下被電鍍以表示金屬指部及母線之配置示意圖式。
圖5係為使用場誘導金屬電鍍進行金屬化之雙面太陽能電池裝置之圖式。
圖6係為描述使用場誘導電鍍裝置電鍍金屬接觸於P型雷射摻雜溝槽之圖式。
圖7係為圖5之裝置製造之流程圖。
圖8係為透過場誘導金屬電鍍形成之叉指背接觸太陽能電池裝置之圖式。
圖9係為圖8之叉指背接觸太陽能電池之電極之背面配置之圖式。
圖10係為描述使用N型晶圓及場誘導電鍍裝置電鍍金屬接觸於叉指背接觸太陽能電池之圖式。
圖11係為圖8之裝置製造之流程圖。
圖12係為用於金屬化圖1之太陽能電池之選替 場誘導電鍍裝置之圖式。
圖13係為用以金屬化圖5之太陽能電池之圖12之選替場誘導電鍍裝置之圖式。
下述說明針對各種太陽能電池結構於於P型半導體表面形成電鍍金屬接觸之方法。該方法不需要任何精準的對準且可以最小實體接觸於太陽能電池晶圓。進一步而論，電鍍化學之複雜性可以與光誘導鍍覆(LIP)與無電鍍法相容，其中電解液不需要包含因可重複電鍍結果而必須維持在可操作限度內之還原劑。因此可延長電鍍槽的壽命，明顯減少製程環境之成本。
本方法係於黑暗中藉由順向偏壓半導體裝置(例如：太陽能電池)之二極體，係藉由電鍍槽中適當放置電極而在浸泡的電池引致電場。本方法在下文中將簡稱為場誘導鍍覆(FIP)，其類似於光誘導鍍覆(LIP)，但因為黑色太陽能電池(重組)電流與光引致電流的流動方向相反方，P型表面變成陰極因而能夠金屬電鍍。電鍍程序係藉此控制：(i)調整施加於電極之電流及電壓以引發電池之電場；以及(ii)調整電鍍槽(例如：傳導性)之化學成分。光誘導鍍覆(LIP)程序係取決於太陽能電池特性，因此電鍍受限於裝置之開路電壓。因為場誘導鍍覆(FIP)取決於二極體特性，並非受限於太陽能的電性，故理論上可能有較快的電鍍速率。
此金屬電鍍程序之主要方面係為陽極反應之管理，因為電流必須通過裝置(太陽能電池)之陽極(n型)的區域，以便完成電化學電路。這類似於光誘導鍍覆LIP和電鍍的陽極反應。下面所述之配置中的陽極反應係取決於n型表面上要進行的製程。此方法可用於不同的配置，描述如下。
1. N型電池之P型接觸區域之金屬電鍍
目前多數製成之矽太陽能電池矽使用P型晶圓生產。磷擴散係用以形成P-N接面，且其結果之N型射極位於電池之前側(被照射)表面。使用電漿強化化學氣相沉積(PECVD)將氮化矽層沉積於此表面以形成電池之抗反射塗層(ARC)。鋁膠接著網版印刷於電池之背側P型表面，銀柵格圖案網版印刷於前表面上，且晶圓於溫度近800℃之在線(in-line)加熱爐進行燒結。雖然此製造程序很成熟且廣為使用，減少使用銀之新技術現在進入商業化量產。
一種新電池設計係為雷射摻雜選擇性射極(LDSE)電池。製作雷射摻雜選擇性射極(LDSE)電池之最先幾個步驟係類似於用以製作標準網版印刷太陽能電池。然而，取代使用銀膠網版印刷前柵格圖案，於LDSE電池中磷原子之來源(例如：磷酸)旋轉塗覆於氮化矽表面，接著雷射用以藉由同時削蝕氮化矽層及結合磷摻雜原子至下方矽以形成前柵格圖案。假使較多輕量摻雜射極初始形成於前表面(例如：100-120 Ohm/sq)，接著雷射摻雜可達成選擇性射極電池結構，其中射極較高濃度摻雜於用以接觸金屬之溝槽。選擇性射極電池設計具有減少矽及金屬間之接觸阻抗之優點，其係藉由高濃度摻雜於雷射摻雜槽(或指部)，但其餘表面係輕量摻雜，而將自電池之光生載子之收集最大化。
目前，多數LDSE電池係使用具有N型射極之P型晶圓製作。像是鎳及銅之金屬可以接著使用光誘導鍍覆(LIP)電鍍於雷射摻雜n+溝槽區域，因為當電池被照射時這些區域變成陰極。選替地，無電鍍可用於將雷射摻雜區域金屬化。然而，日益關注於太陽能電池使用N型晶圓，而不是P型晶圓。廣為使用的P型晶圓典型地係摻雜硼，且當矽晶體使用契氏(Czochralski)方法成長，來自坩鍋之氧可汙染長晶。硼及氧的存在會導致硼-氧缺陷，這會發生在暴露於光下時，降低在P型晶圓上製作電池之效率。N型晶圓之使用會潛在地導致更高的效率，因為N型晶圓不會帶來效率損失
雷射摻雜選擇性射極電池也能夠製作於N型晶圓，係透過硼旋轉摻雜源進行雷射摻雜以於硼擴散射極形成高度摻雜P+區域。抗反射塗層(ARC)介電質可使用氮化矽或介電材料形成，例如：氧化鋁藉由原子層沉積(ALD)或電漿強化化學氣相沉積(PECVD)進行沉積。假使使用後者介電材料，接著介電層之鋁原子可貢獻或純粹提供用於雷射摻雜方法的摻雜原子源。
輕量摻雜P型射極可藉由高溫爐使用硼源(像是三溴化硼)擴散，或是使用離子佈值法以形成。因為硼離子可以在需要後續金屬化的位置更深地植入，後者方法也能夠用以形成選擇性射極結構；然而，開口明顯地必須透過後續形成之介電層對準射極的高度摻雜區域以形成。
N型雷射摻雜電池之背表面可使用數個不同方式形成。更直接的方法之一係為沉積氮化矽層於太陽能電池的背面，進行通過介電層之N型雷射摻雜(如上述P型雷射摻雜電池)以達成局部高度摻雜N+區域，且高度摻雜N+區域能夠隨後藉由蒸鍍(電子束或熱能)或濺鍍鋁層在整個背面以接觸。和目前網版印刷電池所用之鋁合金背接觸不同的是，此背接觸方案具有透過鈍化表面之層的開口局部性接觸電池之N型矽之好處。氮化矽適宜鈍化N型表面且對於背表面而言係為合理的介電選擇。
用以接觸背N型表面之其他方法包含網版印刷且在表面上燒結銀柵格圖案，實質上如現行對於在P型晶圓製造之網版印刷電池。然而，與用於現行網版印刷矽太陽能電池使用的共燒結方法不同的是，燒結法可只針對形成銀金屬指部進行最佳化，因此可使用在較低的燒結溫度。假使使用背部銀金屬柵格，則所得的電池可以作為雙面電池，然而，當接面靠近P型表面時，照射透過N型表面通常會造成較低的效率，此種電池也可以藉由使用背部反射表面製作在單面模組。
現在將參考圖1及圖2之說明場誘導鍍覆應用於N型晶圓上製作雷射摻雜選擇性射極(LDSE)電池之P型雷射摻雜區域之金屬化。圖1表示n型雷射摻雜矽太陽能電池的結構，圖2表示製作電池所需之方法步驟。此結構需要使用n型矽晶圓110。方法開始於步驟205：清潔矽基板。這會移除任何在晶圓表面上的線鋸損傷並移除任何表面上的金屬雜質。此步驟較佳包含使表面紋理化之步驟以減少自被照射表面反射的光量。
單晶晶圓典型使用鹼性紋理化方法利用氫氧化鈉或鉀[3-5%(w/v)]及異丙醇[3-5%(w/v)]之水溶液，製造隨機局部性的小角錐於表面上來進行紋理化。酸性蝕刻溶液更典型用於紋理化多晶晶圓。酸性紋理化係進行於包含氫氟酸及硝酸之溶液，其中硝酸用以氧化矽表面，氫氟酸溶解所形成之氧化物。酸性紋理化溶液典型地包含~45%(w/v)的硝酸及~15%(w/v)的氫氟酸，且進行紋理化不用預先的切割損傷蝕刻步驟，因為紋理化步驟需要在切割損傷缺陷存在的狀況下達到紋理化效應。
在接下來的步驟210，P型射極105係藉由硼的加熱爐擴散形成於前表面，以形成太陽能電池之P-N接面。在熱擴散流程期間，硼矽酸玻璃(氧化物)形成在晶圓的表面。氧化物接著藉由第二清潔步驟215移除。這較佳透過氫氟酸溶液進行。此清潔步驟也針對鈍化介電層的沉積來預備電池的前表面及背表面。於步驟220使用PECVD，沉積氮化矽層的厚度較佳為~75 nm於晶圓的前表面及背表面，以形成前表面130及背表面120介電層。前表面氮化矽層130作為抗反射塗層並協助鈍化太陽能電池之前表面，且減少表面的整體反射。進一步而論，在接下來說明的FIP步驟裡的金屬接觸形成期間，這也可形成絕緣阻障層。氧化鋁層或其他氧化鋁及氮化矽的組合層也可用於鈍化P型表面。
形成於背表面120之氮化矽層提供鈍化層。藉由 PECVD沉積氮化矽層的優勢性質係為，包含儲存正電荷，正電荷將N型矽中的電子吸引至矽-氮化矽介面。這導致減少介面的表面重組速度之堆積層之形成。形成之堆積層可視為弱的背面場(BSF)，用於斥拒來自背面的少數載子洞。其他處理程序可直接藉由N型層擴散於整個背面而形成弱背面場。
在步驟225中，P型雷射摻雜區域125較佳在旋轉塗佈一層硼摻雜源後形成於P型射極之表面，像是透過Filmtronics公司提供的來源。另外，假使氧化鋁已經作為前鈍化介電質，這能夠提供P+雷射摻雜之鋁原子源。於P型雷射摻雜區域之底部的片電阻至多為50 Ohm/sq。前柵格圖案之指部之間隙能夠自P型射極層105之片電阻之知識最佳化，藉由平衡由於橫向電流流動於射極相關之串接電阻之功率損耗以及由於當指部設置緊密而增加遮光引發之功率損耗。
步驟230中接著於電池之背面形成N型雷射摻雜線135或點接觸，實質上使用之前P型LDSE電池所述的製程。點接觸具有減少金屬矽面積之益處，減少飽和電流密度並增加包含最終裝置之隱含開路電路電壓，然而點雷射摻雜區域之形成典型上需要使用Q切換雷射(Q-switched laser)或配合連續波雷射使用的遮罩，後者具有使遮罩與太陽能電池對準的問題。在N型雷射摻雜區域之底部之片電阻較佳最多為20 Ohm/sq並更較佳10 Ohm/sq。背指部或點接觸之間隙係使不大於表面面積之10%為高度摻雜並較佳在1%左右。進一步而論，更深的雷射摻雜區域係合適為了達成更有效的局部BSF以斥拒自高表面重組速率金屬-矽表面之少數載子。雖然雷射摻雜係於電池中形成高度摻雜區域之較佳方法，但是也可以使用其他形成開口的方法(例如：圖案化蝕刻)。
接著在步驟235中藉由濺鍍鋁於整個背面上以製作N型(背面)雷射摻雜區域之金屬接觸。鋁層115較佳至少2μm厚。另外，背電極可以藉由鋁的熱蒸鍍或電子束蒸鍍形成，或鋁膠之網版印刷形成。在使用網版印刷膠之變化中， 係需要短期熱硬化程序以驅除膠中使用的溶劑。在此例中，假使晶圓加熱到577℃以上(鋁及矽的共熔溫度)，N型矽必須充分高度摻雜，使得鋁的燒結不會導致在鋁底形成局部P+區域形成，其中鋁與N型矽形成整流接面。背鋁層接觸雷射摻雜開口中的矽以形成局部接觸。鋁覆蓋全部表面提供電池背反射器，尤其當晶圓變薄且更大比例之較長波長光能夠不吸收而通過電池時具有重大貢獻。由於矽擴散到鋁，可添加少量的矽(例如：<1%)於形成背金屬層所用的鋁，以最小化裝置降解的風險。此外，沉積金屬的堆疊可在此背金屬電極，其中阻障層包含例如鎳、鈦或鎢之金屬，用以限制矽與鋁的交互擴散。
在上述形成穿過背氮化矽層120之背接觸之方法之變化中，在電鍍程序之前，可以網版印刷銀膠指部及接著透過氮化矽層120燒結，實質上如先前技術網版印刷矽太陽能電池所述。燒結溫度較佳維持在700℃以下，以避免損壞藉由氮化矽層提供之氫鈍化。網版印刷金屬柵格可接著作為背金屬電極(例如：等同於圖1之115)。在此變化中，電池的背面較佳以反射背層囊封以使電池的光捕捉達到最大化。此外，這能夠整合於雙面模組，其中光能夠自雙面擷取。
透過步驟240針對FIP流程預備晶圓。晶圓放置於用以進行如圖3a所述之FIP之裝置。FIP製程導致電鍍之金屬接觸100形成於P型射極105中形成之P+雷射摻雜區域125。此裝置使得圖1之太陽能電池之前表面P型射極105及背鋁電極115係電性隔離。此可利用像是腈發泡體之不透水材料345達成，其僅允許前表面浸入於電鍍溶液325，而使背面115保持乾燥。此外，在晶圓上之不透水材料345必須避免在晶圓上施加不均勻的壓力以避免破裂。不透水水材料345較佳與晶圓座350接觸，晶圓座350可在電鍍槽中移動晶圓，其中晶圓座350之速度決定有效的電鍍時間。
太陽能電池上之背金屬接觸115放置成實體接 觸導體電極305。導體介面材料355放置於電池之背電極115及導體電極305之間。介面材料355較佳為膨脹石墨材料以提供必要導電性而不會損傷晶圓表面。導體介面材料355及電極305較佳被晶圓座350包圍。此外，介面材料355可以由其他發泡體材料之堆疊組成以控制施加於晶圓表面的直接壓力。
導電介面材料355之厚度較佳介於1至20mm之間，且更較佳介於1至10mm之間並具有介於40%至80%之可壓縮性。例示材料包含膨脹石墨帶(例如Yichang Xincheng石墨有限公司提供的)，彈性石墨箔及合板(例如由SGL Group銷售之品名為Sigraflex所提供的)、導體塑膠聚合物像是導體尼龍、聚酯胺基甲酸酯、聚醚胺基甲酸酯(例如3M提供的)或是導體黏性電解流體、油墨或膠(例如Dow Chemicals提供的)。
在石墨相關材料之例子中，介面材料355較佳具有300至1400 S/cm之導電率，且更較佳在垂直可壓縮軸之平面具有800至1200 S/c之導電率。也可使用具有等向導電性質的材料，前提是具有充分的可壓縮性以能夠電性接觸裸露在介電層形成溝槽底部之矽。
電極305連接於電源供應器360之負極，電源供應器360可以藉由電流控制模式或電壓控制模式進行操作。電源供應器之正極接著連接於浸泡於電鍍電解液325之電極330(陽極)。一旦電壓施加於兩電極305及330，介於兩電極之間的電場引發太陽能電池110之二極體之順向偏壓。順向偏壓降低二極體之內位能並驅使電流自由的流動通過半導體裝置之接面。電子通過射極105之雷射摻雜區域125被吸引至裸露於電解液325之P型區域。在裸露P型矽區域之表面上負電荷之濃度吸引帶有正電荷之金屬離子(例如：銅、鎳、銀或錫)至還原以形成(電鍍)金屬沉積100之表面上。因為氮化矽提供絕緣屏障，所以金屬不會電鍍在覆蓋P型射極105之氮化矽表面130上。
在N型表面，背鋁電極115係經由導體介面材料355及電極305電性接觸電源供應器360之負極。電子經由此連接流進電池以完成電化學電路。因為二極體藉由電源之電極間之電場受順向偏壓，一旦超過P-N接面之位能屏障，電流能夠自由地流過裝置，其中有效電鍍電流係決定於施加電位能、矽晶圓的塊材阻抗、電鍍電解液的歐姆電阻、與介於電極305及電池115之鋁背面間之介面相關之電阻以及在太陽能電池之陰極表面之過電位。
如圖4所示之晶圓座350之仰視圖所裸露之前表面金屬柵格40可以使用上述FIP形成。柵格可以由非常精細的指部405組成，其中指部形成於介電質130。指部能夠電鍍超過金屬高度(厚度)10μm。金屬指部的塊材以非常導電且價格低廉的金屬(像是銅)進行電鍍。厚度~10μm之銅金屬指部及母線能夠在10分鐘內使用0.5 A的電流及1.5 V的外加電壓進行電鍍。
在這種方法的變化中，圖3a之裝置能夠全部浸泡於電解液325內，容許導體介面材料355亦包含電解液325或與簡單藉由全部浸泡於電解液325之負電極305取代。在此實例中(圖12所示)，在晶圓上的電解液能夠持續交換或如有必要自晶圓底下的電解液量325補充，藉由濃度梯度存在之擴散且亦可藉由施加於正電極330與負電極305之間的電場驅使流動。這方法有好處也有壞處。壞處是晶圓110邊緣附近之兩電極間之漏電流，儘管透過控制電極形狀及位置、電解液325的導電性、施加電壓360以及邊緣屏障1210之使用，可將其保持在可接受的程度。
假使N型表面藉由如圖1所示之金屬層115覆蓋，則此金屬將會氧化以提供電子源至缺乏電子的N型矽。假使此金屬與欲用以電鍍P型接觸的相同，則此氧化製程提供一種以金屬離子補充電鍍槽之方法。然而，若使用不同金屬(例如：鋁)，則FIP製程最後將會使鋁離子汙染電解液325。 可進行電解液處理以移除受汙染的金屬，其中能夠使用pH控制而在電鍍槽中沉澱出鋁離子。
無疑地，當電解液325用作為導體介面材料355，較佳使用無鈍化而能夠氧化的金屬。像是銀具有高氧化還原電位(例如：具有夠高晶癖以還原)之金屬需要較大的外加電場以氧化，且較大電場能夠導致金屬電鍍100在P型區域上呈現樹枝狀成長。
使用電解液325的其他好處製作電性接觸於N型矽表面或於N型表面上的金屬塗層以避免任何實體接觸，否則會製造電鍍的不均勻及透過確保可靠電性接觸所需的機械力潛在的損壞或甚至晶圓。
使用無邊緣屏障1210之浸浴方法也是可行的，前提是可因接近邊緣之相關電鍍速率降低而包容在邊緣周圍之較高漏電流。接近邊緣之電鍍速率降低，假使有問題，能夠透過在晶片的邊緣附近使用額外的負電極(如有需要，使用單獨的電源，藉由改變額外電極的電位以可控制的方式提供任何所需的邊緣電流)加以克服，係刻意提供邊緣漏電流和有效地偏壓邊緣區域至相同電位，以達到遍及其餘晶圓的均勻FIP。
以所有形式之FIP使用非常高電鍍電流能夠導致在指部及母線具有低導電率之樹枝狀成長。使用在電流控制下操作之電源供應器360，更容易達到電鍍速率的控制，因為一旦超過二極體之整流電壓，電流會以電壓的函數成指數方式增加，所以若使用電壓控制模式，會難以控制電鍍速率。
較佳先電鍍薄鎳阻障層(例如：小於0.5 μm的厚度)，然後進行燒結以形成矽化鎳。矽化鎳用於降低接觸電阻，改善黏著性且亦提供銅擴散至裝置的屏障，其中銅擴散會影響裝置的效能。此外，假使充分高摻雜P+區域已經形成，則電鍍鎳不需要進行燒結，因此允許載有裝置之晶圓直接自鎳電鍍溶液移動經由清洗槽至銅電鍍槽。
在如圖3b所示之選替FIP配置中，欲電鍍之晶圓能夠透過由一連串的滾輪370支撐且定位成P型射極朝下面而傳輸通過電鍍槽，其使用如美國專利申請案2010/0307540所述之傳輸機制。晶圓115的頂面(N型)保持乾燥，而電鍍電解液325經由小噴嘴390接觸晶圓的P型表面，小噴嘴在表面上以連續流噴灑液體以經由電解液325促進晶圓表面及電極330間之電性接觸。
實體低阻抗接觸於N型表面能夠經由另一組由導體墊材料385包裝的滾輪380達成，其實質包含與圖3a的導體介面材料355所述相同的材料。上方滾輪380能以發泡體或其他可壓縮材料形成，以確保不會有不當的壓力不均勻地施加於晶圓表面。此外，上方滾輪380能完全自導體墊材料385形成。晶圓載入於傳輸滾輪370並有效的於兩組滾輪間通過電鍍槽。一連串的金屬電極330放置於電鍍槽的底部，以使電場一直垂直於晶圓傳輸之方向。
圖3c至圖3e描述軟接觸方法的其他變化。在圖3c中，傳輸帶388(以導體介面材料388覆蓋)在滾輪上在任一端轉動(圖3c未示滾輪)能夠用以接觸N型表面。藉由引導式空氣噴嘴或空氣筆(air pens)或具有類似氣球材料位於帶上充氣及於晶圓表面提供向下的壓力以施加壓力於中間的傳輸帶。圖3d描述一變化例，其中利用抽吸將晶圓吸附至覆導體介面材料355之傳輸帶392。當晶圓藉由提供之吸附而支承，圖3b之底部滾輪370是非必要的。圖3e係為圖3b之裝置的變化，其中包含導體介面材料355之長軌的碳墊394沿著一連串的輪子或滾輪395(類似坦克車軌)旋轉。藉由輪子或滾輪395施加之壓力係經由彈簧或空氣彈簧控制。這容許施加於晶圓之壓力具有精確的控制。在上述配置中，導體介面材料355能夠經由背鋁電極電性接觸於N型半導體。圖3f描述使用像是膠或油墨之導體流體之變化例。流體396起初藉由傳輸系統397噴灑或沉積於晶圓。上方導體滾輪類似圖3b使用的380 及385。完成製程時，流體使用398提取出或簡單的清潔掉。
2.雙面太陽能電池的金屬電鍍
場誘導鍍覆也能夠結合LIP以金屬化雙面太陽能電池，像是圖5所述之實施例。這些電池沒有利用背鋁電極覆蓋電池的整個背面。雙面矽太陽能電池實質上能夠以上述實例說明進行製造，但在此例中不需要背鋁電極。取而代之的，金屬柵格電鍍於裝置的P型及N型表面上。抗反射塗層(ARCs)500及515能自相同介電材料形成，像是氮化矽，或P型及N型表面能夠用不同的材料。
製造電鍍雙面電池之方法流程示於圖7。這些電池能在P型或N型晶圓上製造，然而較佳配置係利用P型晶圓510，其上藉由加熱爐磷擴散或離子佈植步驟形成輕量摻雜N型射極505。此外，可使用N型晶圓，且硼射極可如上述第2配置所述方式形成。後者組態可具有優於使用P型晶圓及輕量摻雜N型射極的優點，因為在P型半導體之少數載電子的大擷取截面造成P型表面更難以鈍化。P型射極增加之摻雜有助於最小化由P型表面貢獻之暗飽和電流。
類似於圖2之方法流程，步驟705於步驟710中射極擴散之前進行清潔及紋理化晶圓。在擴散期間，氧化物形成於射極表面。此表面氧化物接著在另一清潔步驟715中被移除。因應晶圓的極性，於步驟720沉積氮化矽或氧化鋁於晶圓510的前表面及背表面。在步驟725及730中，柵格圖案化接著藉由雷射摻雜分別形成至N型及P型表面。高度摻雜溝槽530及525較佳使用雷射摻雜形成，實質上如第1配置所述。這種局部雷射摻雜允許太陽能電池的前面及背面使用輕量摻雜射極505針對電流選擇進行最佳化。
進行如第1配置所述之金屬化製程，其中於步驟735中，P型槽使用FIP電鍍。在這製程中，導體介面材料355或完全浸泡案例之導體電解液325，能夠直接電性接觸於N型雷射摻雜槽裸露之矽。不需要像電鍍所需般地印刷或沉積 金屬的晶種層至這些槽，因為在FIP期間，電性接觸經由導體介面材料355形成至整個雷射摻雜柵格圖案。
進行步驟735所需之裝置示意圖係提供於圖6。FIP係在與圖3a相同之裝置中進行，雖然亦可使用其他的FIP工具，如圖3b所示。導體介面材料355於FIP製程係為重要的，因為它能夠電性接觸非常細的雷射摻雜矽線。自導體材料之纖維可以沿著雷射摻雜線形成連接至高度摻雜矽之低阻抗接觸。比乃優於電鍍配置，其中電鍍配置由於電流需要沿著雷射摻雜線移動以接觸電極而導致不均勻的金屬沉積。
一旦金屬已經使用FIP電鍍於雷射摻雜P型半導體線525，太陽能電池係翻轉並放置在相同裝置，此時N型表面朝下。太陽能電池的N型表面現在浸泡在溶液中，且使用放置在電鍍槽底部中之光源照射。這會吸引電子至N型表面，而會被電鍍電解液325中的金屬離子接受，導致金屬接觸535沉積於N型雷射摻雜線，如圖7所示之方法流程之步驟740。
在LIP流程中，太陽能電池510的金屬化P型表面係電性連接接於電源供應器360之負極。導體介面材料355電性接觸在FIP步驟中形成之金屬指部520(例如：步驟735)。電源供應器360在LIP及FIP製程中具有相同極性，其中陽極(腐蝕電極)330浸泡於電鍍槽底部之電鍍電解液325中。FIP與LIP製程之差別只在於：(i)在形成於電極330與305間之電場中的晶圓方位；以及(ii)在LIP製程中N型表面上的照射。這表示相同工具能夠用以進行這兩種製程。圖3a及圖3b所示之FIP裝置能夠進行修改以執行FIP及LIP製程，其係藉由設置高強度光(例如小型螢光燈或發光二極體)在金屬陽極330線之線性陣列中。在這兩個製程中，電場維持垂直於電池表面以確保電池的均勻電鍍。值得注意的是，在使用半透明電極如允許光穿透之柵格形式之案例中，其允許光傳輸，LIP之光可以比電極離晶圓表面還遠，而在形成雙面太陽能電池 結構的案例中，在LIP期間，光可以入射在任一表面或甚至晶圓的雙面。
在先前提及的第1配置中，欲電鍍之晶圓能夠在晶圓座(例如：圖3a及圖6之350)之侷限下或在如圖3b所示之兩組滾輪之侷限下移動通過電鍍槽。滾輪態樣的使用較佳用於電鍍雙面電池，因為晶圓的翻轉更容易藉由自動晶圓處理程序達成。
FIP製程的受浸配置(參考圖12之說明)也能夠用以金屬化如圖13所示之雙面電池。在此例中，N型表面505與電解液325之間沒有金屬，且高度摻雜N型矽區域(溝槽)530由介電層500之開口裸露出。在FIP製程中，於裸露之N型矽區域530的電子濃度將變少，且裸露的N型矽區域530之裸露矽表面將會氧化(圖未示)。在水溶液中，在矽表面上孔洞的存在(或是缺乏電子)導致矽氧化的電化學反應及水(或是更精確為自水分解以產生氫離子)還原。結果二氧化矽形成在裸露之表面上。於電解液(例如：硫酸鹽)中包含陰離子的氧也能夠還原，類似地導致二氧化矽的形成。
然而，這有好處，因為此種透過二氧化矽層導入的電阻抗比電路中的所有其他阻抗佔有首要地位。電源供應器360需要提供更高的電壓(範圍典型地為10-40伏特)，但流過裝置之電流均勻性係由二氧化矽層之阻抗所決定而非電極的形狀或位置，或通過電解液的路徑長度。舉例而論，假使更少電流通過N型區域530之一之表面，則該區域會具有較薄的二氧化矽層，其具有較低的對應電性阻抗。因此，電流將會優先地流通過該區域，直到其電性阻抗接近其他裸露之N型矽區域530。幸運的是，當二氧化矽層針對給定供應電壓360增加厚度，其最後會變成近乎不可能讓氧原子穿過二氧化矽層，所以氧化層之厚度停止成長，而通過氧化物之電流係由電子的流動主宰，以類似電子穿隧效應通過MIS裝置之氧化物。
薄二氧化矽層作用如電容，其中正電荷在矽/二氧化矽介面聚集，如同在P型表面進行電鍍。假使電位充分地增加，這能夠驅使水的氧化(H2O → ½ O2(g)+2 H++2e-)，或在電極中之其他成分的氧化(例如：硫酸根離子，SO4 2-→½S2O8 2-+e-)。然後產生的電子能夠穿隧通過薄氧化物以完成電路，而產生的氧氣(在水氧化的案例)如氣泡般從介電層之開口釋放。此外，其他陽極反應能夠藉由以下進行設計：首先確認裸露之N型矽表面530與鈀層或鉑層(圖未示)活化，然後在電解液(例如：甲酸)中使用可能的還原劑以在介面上產生電子源。
在FIP製程的變化中，仔細地設計陽極反應是很重要的。然而，一旦界定了陽極反應的化學，則陰極305之形狀及位置相對變的不重要，因為從電極到晶圓表面的阻抗不再有大的意義。實際而論，良好的FIP製程已經顯示大大地降低陰極305及陽極330的電極尺寸，像是陰極305居中位在晶圓上方且其寬度小於晶圓寬度的10%(分別為1公分：15公分)。
有效加強電子流通過二氧化矽層以促進FIP，同時避免高度摻雜N型矽區域530之表面之氧化增加之另一方法，係使用脈衝或交流供應器疊加於直流偏壓(用於電源供應器360)以利用高度摻雜N型矽區域530之表面上之二氧化矽介電層形成之平行片電容，其中電解液325及晶圓110(具體係高度摻雜N型矽區域530之表面)係在形成導體平行板之任一側。
在FIP製程中形成之薄二氧化矽層也能夠潛在地用以改善高度摻雜N型矽區域530之裸露表面之鈍化或是甚至在表面介電層515之針孔下之矽鈍化以防止不需要的電鍍，像是通過後續或同時的LIP製程或無電鍍。
在晶圓充分浸泡於電解液325中且導體介質355(圖3a中)被導體電極325取代之案例中，可將用於LIP之 光源設置在晶圓的一側且與FIP製程之陰極相同側，以避免晶圓之翻轉。在實作中，電極與晶圓並無實體接觸，LIP製程(不具有電源供應器360)有效的轉移一些電鍍在P型區域的金屬到N型區域，其係使用太陽能電池作為電源供應器且電極325作為導體介質。舉例而論，在銅520已經藉由FIP製程被電鍍至P型區域525之案例中，當銅離子讓出電子進入太陽能電池之P型區域，被照射的太陽能電池引發銅離子釋放至電解液。這些銅離子行進到高度摻雜N型矽區域530之表面或後續形成於其上以完成電路之金屬接觸，其中它們藉由接收自高度摻雜N型矽區域530之表面的電子而還原，藉此電鍍自P型接觸520有效轉移之銅。在實作中，電解液中通常需要微量的氫氟酸以移除表面氧化層，進而使銅的還原反應發生在高度摻雜N型矽區域530之表面。
3.叉指背接觸太陽能電池之金屬電鍍
在背面形成叉指N型及P型接觸之太陽能電池能夠將遮光損失最小化並能夠簡化互連策略。圖8說明代表性叉指太陽能電池830，其具有透過背介電層810製作之雙極性接觸。圖9說明叉指背接觸電池之後視圖。與N型及P型接觸關聯之金屬柵格係分別視為900及910。柵格係為電鍍之金屬穿線，其通過背介電層810並藉由雷射摻雜形成。
叉指背接觸電池能夠使用N型或P型晶圓製造，在商業上也許是Sunpower公司製造N型電池最為成功。圖8所示之電池將會以N型晶圓上之製程說明。太陽能電池830具有藉由介電層810鈍化之背P型射極840。在被照射面(無金屬)上，前表面場(FSF)805藉由使其具有輕量摻雜磷層形成，用以當降低有效前表面重組速率。抗反射塗層(ARC)800形成在被照射面上。針對N型835及P型825接觸，叉指高度摻雜區域係藉由雷射摻雜形成於在背面上。此外，可使用其他形成局部高度摻雜區域之方法以形成接觸區域。然後如下所述使用FIP電鍍金屬於高度摻雜區域，而得到N型金屬 接觸815及P型金屬接觸820。
在圖11說明具有FSF 805及背P型射極840之N型電池830之金屬化之較佳流程。此流程，雖然類似於先前兩種配置，但不同之處在於FIP製程較佳在ARC 800施用於太陽能電池830之前進行。此製造流程進行如第1配置所述，於步驟1105清潔晶圓，接續在步驟1110及1115，形成背面硼摻雜射極及前面磷摻雜FSF。擴散氧化物在步驟1120中被移除，且於步驟1125中沉積背面介電層。此層較佳包含二氧化矽、氮化矽、氧化鋁或其組合之一。N型及P型溝槽之雷射摻雜分別於步驟1130及1135進行。背面之高度摻雜P型區域接著使用FIP利用圖10之架構進行金屬化。
簡短的浸泡電池於氫氟酸溶液中以移除於電池前表面之任何原生氧化物，電池插入於晶圓座350，其中雷射摻雜區域直接面對電鍍槽之底面及陽極330。此外，也可使用實質如圖3b至圖3f所示之FIP裝置。導體介面材料355使電池之裸矽前表面直接接觸陰極305。當電流控制電位施加於電池，電流通過電池及外部電路，因為在晶圓之受浸表面上之裸露N型區域變陽極反應且氧化，因而能夠使與背射極相關之二極體變順向偏壓，因為N型接觸835與電解液325間之位能分流途徑被擋住。結果金屬離子能夠電鍍在介電層810中裸露之P型825高度摻雜開口。
完成於步驟1135之FIP製程後，晶圓自晶圓座350上移除，且ARC在步驟1145沉積於電池之前表面。金屬化能夠在步驟1150完成，其中LIP用以電於N型接觸。在此LIP製程中，電鍍裝置必須微小的變化以提供電性接觸於P型金屬柵格910之母線區域。導體介面材料355較佳於晶圓座350之側邊往下延伸以接觸P型金屬柵格910。
有很多不同叉指背接觸電池設計能夠包含不同晶圓極性形式，以及使用浮動接面(FJs)取代FSFs。在一些電池設計中，兩種連接都存在(例如：射極及FJ)，然後LIP及 FIP之組合能夠用以形成金屬接觸於兩種極性接觸。舉例而論，具有P型基極及背N型射極之背接觸電池能夠藉由FIP進行金屬化以金屬化P型接觸，且然後進行LIP以金屬化N型接觸。在此N-P-N電池設計中，FJ於FIP製程中變順向偏壓，因此不會整流化，然而背射極接面將藉由施加位能逆向偏壓。因此，背P型接觸能夠使用FIP而輕易電鍍，因為電流不需要通過整流接面，且N型接觸能夠使用FIP電鍍，其中光在電鍍槽之底部，因為整流接面成功的分離光引致載子，在表面留下電子以參與金屬還原反應。
4.陽極氧化層之形成
也能夠用上述配置中說明的FIP製程以形成高品質陽極氧化物。以應用於叉指接觸(第3配置)之FIP製程而言，N型(陽極)表面並非藉由介電層保護。此外，在此配置中，陽極表面浸泡於電鍍電解液中，且在相反面(陰極)之金屬電鍍係用以驅動陽極氧化物的形成。此變化能夠與叉指背接觸電池(第3配置)之電鍍流程整合，其中陽極氧化層形成於欲被照射之表面上作為部分的ARC。在此過程中，陽極氧化物成長的厚度限制為20nm，對於對應之ARC是相當薄的，然而以此方式形成之高品質氧化物具有低表面狀態密度且進一步可減少裝置之前表面重組速率。ARC可藉由例如沈積另一層氮化矽而完成，導致對於陸地利用之最佳化抗反射性質。
多孔陽極氧化物，像是陽極氧化鋁(AAO)也能夠成長於受浸之N型表面。在此變化中，鋁的薄層能夠藉由蒸鍍(熱或電子束)或濺鍍形成在N型表面之至少一部分。在FIP製程中，假使整個晶圓浸泡於酸性介質(例如：硫酸鹽)，則此鋁層能夠陽極處理以形成多孔介電層。該層係呈多孔，因為氧化物的形成與其在酸性介質之溶解之間的平衡存在。原位形成於矽晶圓上之陽極氧化鋁層已經顯示加強矽晶圓上之有效少數載子壽命。
假使該層中全部的鋁轉換成氧化鋁，氧化鋁層具 有高穿透性，因而可以發現在矽太陽能電池之前表面抗反射膜之應用。此外，假使AAO位在電池之背面，可使用另一層鋁或其他光散射材料以填充層之孔洞而形成背面反射器。
藉由熱蒸鍍或化學氣相沉積形成之穿隧二氧化矽之薄層較佳形成在矽與鋁之間，以提供用以陽極氧化流程之終止層。電子能夠穿隧通過此薄層，薄層較佳2-15nm厚，且更較佳為5-10nm厚，以確保鋁的連續陽極氧化，然而該層將作為陽極氧化製程之屏障並防止下方的矽陽極氧化。此阻障層也能夠使用類似形成氮化矽、氮氧化矽、碳化矽及氧化鋁之薄層而形成(使用PECVD或原子層沉積之方法沉積)。
5.金屬覆蓋層之形成
場誘導電鍍也能夠用以形成金屬覆蓋層，其能夠用於例如無接觸LIP。許多已經為了具有網版印刷鋁背電極矽太陽能電池之金屬化發展的LIP系統需要使用輔助偏壓LIP，以最小化背面上腐蝕的鋁量。部分氧化的鋁溶解在電鍍槽中，且這會限制電鍍溶液的壽命並增加製造成本。用於這些電池的輔助偏壓LIP需要製作實體低阻抗接觸於容易水合作用氧化之多孔鋁層。
另一選項是進行FIP，於背鋁電極上形成犧牲金屬覆蓋層，然後使用形成的層作為無接觸LIP的陽極。金屬覆蓋層可由電鍍在電池前表面之裸露N型區域所需之金屬形成。在LIP製程中，排除接觸電池之必要大大減化流程及減少潛在的製造成本。
舉例而論，在圖3a之架構中，假使鋁層115沉積在氮化矽層130之頂部之相對表面上，則施用FIP製程會導致正金屬離子自電解液325電鍍至鋁層之裸露表面上。晶圓其後整個浸泡在電解液中且暴露於光之下(不使用電源供應器360)會驅動LIP製程，將電鍍金屬自P型接觸轉移至N型接觸。這會在無鋁層侵蝕下發生，因為其藉由電鍍金屬保護而不受電解液影響。對於鎳/銅金屬化之例示實施是，當FIP初 始用於電鍍銅在鋁層上，接著為鎳薄層。使用LIP製程初始轉移鎳至晶圓上之裸露N型表面，接著為包含鎳及銅之過渡層及最後為包含幾乎完全是銅之較厚層，其原本電鍍在鋁表面之上。
應瞭解已經在此揭露數個形成前及背金屬接觸之不同方法。這些不同方法之觀點可互換，例如在部分圖3實施例中之滾輪傳輸機制也可以用於圖11及圖12之實施例。
100‧‧‧金屬接觸
105‧‧‧P型射極
110‧‧‧太陽能電池
115‧‧‧背鋁電極
130‧‧‧介電質
305‧‧‧導體電極
325‧‧‧電解液
330‧‧‧電極
345‧‧‧抗水材料
350‧‧‧晶圓座
355‧‧‧導體介面材料
360‧‧‧電源供應器

Claims (53)

  1. 一種金屬沉積方法，用於沈積金屬於一半導體裝置之一P型半導體區域之一裸露表面，該半導體裝置包含一P-N接面，該金屬沉積方法包含：浸泡該P型半導體區域上欲沉積金屬之該裸露表面於一金屬離子溶液中；於該半導體裝置產生一電場，使該P-N接面為順向偏壓；藉由該溶液中之金屬離子還原反應，電化學沉積金屬於該半導體裝置之該P型半導體區域之該裸露表面。
  2. 如請求項1所述之金屬沉積方法，其中電場係藉由放置至少一電極所產生，該至少一電極係未實體接觸該金屬離子溶液中之該半導體裝置。
  3. 如請求項1所述之金屬沉積方法，其中該半導體裝置之一N型半導體區域係與該金屬離子溶液隔離。
  4. 如請求項1所述之金屬沉積方法，其中一第二電極包含一可電性接觸該半導體裝置之該N型半導體區域之材料，且藉由使該半導體裝置之該N型半導體區域接觸該第二電極並於該金屬離子溶液中之該至少一電極與接觸該N型半導體區域之該第二電極之間產生一電位能，而使該電場產生於該半導體裝置。
  5. 如請求項4所述之金屬沉積方法，其中該第二電極之材料包含一導體可壓縮介面材料。
  6. 如請求項4所述之金屬沉積方法，其中該第二電極之材料係為一導體碳基材料。
  7. 如請求項4所述之金屬沉積方法，其中該第二電極之材料包含石墨。
  8. 如請求項4所述之金屬沉積方法，其中該第二電極之材料具有介於300S/cm至1400S/cm之傳導率。
  9. 如請求項4所述之金屬沉積方法，其中該半導體裝置係透過該金屬離子溶液傳輸且該第二電極之材料包含一滾輪之一表面，該滾輪之該表面係接觸該半導體裝置之該N型半導體區域。
  10. 如請求項4所述之金屬沉積方法，其中該半導體裝置係透過該金屬離子溶液傳輸且該第二電極之材料包含一可旋轉環圈帶之一表面，該可旋轉環圈帶之該表面係接觸該半導體裝置之該N型半導體區域，該可旋轉環圈帶施加一壓力於該半導體裝置。
  11. 如請求項10所述之金屬沉積方法，其中該可旋轉環圈帶運行於位在其兩端之兩個滾輪之間。
  12. 如請求項11所述之金屬沉積方法，其中該可旋轉環圈帶係藉由中間滾輪經由該可旋轉環圈帶施加該壓力於該半導體裝置而支撐於在其兩端之該兩個滾輪之間。
  13. 如請求項11所述之金屬沉積方法，其中充氣氣球係於位在該可旋轉環圈帶之兩端之該兩個滾輪之間並經由該可旋轉環圈帶施加該壓力於該半導體裝置。
  14. 如請求項9所述之金屬沉積方法，其中該半導體裝置係藉由真空支托於該可旋轉環圈帶。
  15. 如請求項11所述之金屬沉積方法，其中空氣噴嘴係位於在該可旋轉環圈帶之兩端之該兩個滾輪之間並經由該可旋轉環圈帶施加該壓力於該半導體裝置。
  16. 如請求項9所述之金屬沉積方法，其中一傳導性流體係用於該第二電極接觸之該半導體裝置之該N型半導體區域之表面。
  17. 如請求項16所述之金屬沉積方法，其中一傳導性流體係為一導電膠或導電油墨。
  18. 如請求項1所述之金屬沉積方法，其中該N型半導體區域係浸泡於該金屬離子溶液，一第二電極係位於該金屬離子溶液以經由該金屬離子溶液電性連接該半導體裝置之該N型半導體區域，且藉由透過該金屬離子溶液使該第二電極連接該半導體裝置之該N型半導體區域並於該金屬離子溶液之該至少一電極與連接該N型半導體區域之該第二電極之間產生一電位能，而使該電場產生於該半導體裝置。
  19. 如請求項18所述之金屬沉積方法，其中該N型半導體材料及該P型半導體之材料係至少部分藉由該金屬離子溶液之一屏障電性隔離。
  20. 如請求項18所述之金屬沉積方法，其中一電極係在該半導體裝置浸泡於該金屬離子溶液前形成，以接觸該N型半導體區域。
  21. 如請求項18所述之金屬沉積方法，其中該N型半導體區域係被一介電層覆蓋，該介電層具有一或多個開口裸露下方之該N型半導體區域，藉此使氧化層形成於下方為該介電層之開口所裸露之該N型半導體區域上。
  22. 如請求項21所述之金屬沉積方法，其中該N型半導體區域至少在透過該介電層之該一或多個開口裸露之該N型半導體區域具有比其餘該N型半導體區域還更高的摻雜。
  23. 如請求項21所述之金屬沉積方法，其中透過覆蓋該N型半導體區域之該介電層裸露該N型半導體區域之該開口係包含藉由雷射切割形成之開口。
  24. 如請求項23所述之金屬沉積方法，其中該雷射切割係於一N型摻雜劑源存在之狀況下進行，藉此於切割覆蓋該N型半導體區域之該介電層 之切割操作期間，使透過雷射切割形成之該一或多個開口所裸露之該N型半導體區域具有比其餘該N型半導體區域還更高的摻雜。
  25. 如請求項21所述之金屬沉積方法，其中透過覆蓋該N型半導體區域之該介電層裸露該N型半導體區域之該開口包含藉由圖案化蝕刻形成之開口。
  26. 如請求項23所述之金屬沉積方法，其中該N型摻雜步驟係在該開口形成於覆蓋該N型半導體區域之該介電層後進行，藉此使藉由圖案化蝕刻形成於該介電層之該一或多個開口裸露之該N型半導體區域變得具有比其餘該N型半導體區域還更高的摻雜。
  27. 如請求項18所述之金屬沉積方法，其中一氧化層形成於該N型半導體區域裸露於該金屬離子溶液之表面上，且自該第二電極至該N型半導體區域之電性連接係通過該氧化層連接至該N型半導體區域。
  28. 如請求項18所述之金屬沉積方法，其中包含一多孔陽極氧化物之一氧化層係形成於該N型半導體區域之裸露表面，其係藉由：i)在浸入該金屬離子溶液之前，於該N型表面形成一金屬層，該金屬離子溶液包含一酸；以及ii)於該N型半導體區域浸入該金屬離子溶液時陽極氧化該金屬層，以形成該多孔陽極氧化物。
  29. 如請求項28所述之金屬沉積方法，其中該金屬層係為鋁，且該多孔陽極氧化物係為一陽極氧化鋁(AAO)。
  30. 如請求項28所述之金屬沉積方法，其中一穿隧氧化層係形成於該N型半導體區域欲形成該多孔陽極氧化物之部分上方，且該多孔陽極氧化物係形成於該穿隧氧化層上方，欲進行陽極氧化之該金屬係直接形成於該穿隧氧化層上。
  31. 如請求項30所述之金屬沉積方法，其中該薄穿隧氧化層之厚度係介於2nm至15nm之間。
  32. 如請求項30所述之金屬沉積方法，其中該薄穿隧氧化層之厚度係介於5nm至10nm之間。
  33. 如請求項28所述之金屬沉積方法，其中欲進行陽極氧化之該金屬係直接形成於該N型半導體區域上欲形成該多孔陽極氧化物之部分。
  34. 如請求項28所述之金屬沉積方法，其中該N型區域係為一射極區，且該多孔陽極氧化物係用以作為一抗反射塗層。
  35. 如請求項28所述之金屬沉積方法，其中該N型區域係為一基極區，且該多孔陽極氧化物係以一反射材料填充並作為背面鈍化及光捕捉層。
  36. 如請求項27所述之金屬沉積方法，其中連接至表面形成有該氧化物之該N型半導體區域的連接係藉由一電子穿隧機制形成。
  37. 如請求項27所述之金屬沉積方法，其中在該金屬離子溶液中之該至少一電極與連接至該N型半導體區域之該第二電極之間的該電位能包含一脈衝量或一交流量，且該金屬離子溶液與該N型半導體區域的連接係藉由該金屬離子溶液與該N型半導體區域之間的電容耦合。
  38. 如請求項1所述之金屬沉積方法，其中該N型半導體區域係被一介電層覆蓋，且連接至該N型半導體區域之電性接觸係透過該介電層之一或多個開口裸露於下方該N型半導體區域而發生。
  39. 如請求項38所述之金屬沉積方法，其中該N型半導體區域至少在透過該介電層之該一或多開口裸露之該N型半導體區域具有比其餘該N型半導體區域還更高的摻雜。
  40. 如請求項38所述之金屬沉積方法，其中透過覆蓋該N型半導體區域之該介電層裸露該N型半導體區域之該開口係包含藉由雷射切割形成之開口。
  41. 如請求項40所述之金屬沉積方法，其中該雷射切割係於一N型摻雜劑源存在之情況下進行，藉此於切割覆蓋該N型半導體區域之該介電層之切割操作期間，使透過雷射切割形成之該一或多個開口所裸露之該N型半導體區域具有比其餘該N型半導體區域還更高的摻雜。
  42. 如請求項38所述之金屬沉積方法，其中透過覆蓋該N型半導體區域之該介電層以裸露該N型半導體區域之該開口包含藉由圖案化蝕刻形成之開口。
  43. 如請求項40所述之金屬沉積方法，其中一N型摻雜步驟係係在該開口形成於覆蓋該N型半導體區域之該介電層後進行，藉此使藉由圖案化蝕刻形成於該介電層之該一或多個開口裸露之該N型半導體區域變得具有比其餘該N型半導體區域還更高的摻雜。
  44. 如請求項38所述之金屬沉積方法，其中該半導體裝置之該N型半導體區域係為重摻雜。
  45. 如請求項1所述之金屬沉積方法，其中該方法包含形成金屬接觸之步驟，以接觸該半導體之該N型半導體區域。
  46. 如請求項45所述之金屬沉積方法，其中接觸該N型半導體區域之該金屬接觸係藉由裸露該N型半導體區域之至少部分表面區域及浸泡該N型半導體區域於該金屬離子溶液以使該N型半導體區域之部分表面裸露於該金屬離子溶液及照明該半導體裝置而使一光引致電流產生於該半導體裝置，導致在該N型半導體區域裸露於該金屬離子溶液之該部分表面發生金屬還原。
  47. 如請求項1所述之金屬沉積方法，其中該P型半導體區域係被一介電層覆蓋且該P型半導體區域之一或多個區域係透過該介電層之該開口裸露。
  48. 如請求項47所述之金屬沉積方法，其中於覆蓋該P型半導體區域之該介電層中之該開口係藉由雷射切割形成。
  49. 如請求項48所述之金屬沉積方法，其中該雷射切割係於一P型摻雜劑源存在之狀況下進行，藉此切割覆蓋該P型半導體區域之該介電層之切割操作期間，使透過雷射切割形成之該一或多個開口所裸露之該P型半導體區域具有比其餘該P型半導體區域還更高的摻雜。
  50. 如請求項47所述之金屬沉積方法，其中透過覆蓋該P型半導體區域之該介電層裸露該P型半導體之該開口係藉由圖案化蝕刻形成。
  51. 如請求項47所述之金屬沉積方法，其中一P型摻雜步驟係在該開口形成於覆蓋該P型半導體區域之該介電層後進行，藉此使藉由圖案化蝕刻形成於該介電層之該一或多個開口裸露之該P型半導體區域變得具有比其餘該P型半導體區域還更高的摻雜。
  52. 如請求項1所述之金屬沉積方法，其中該半導體裝置包含矽半導體材料。
  53. 如請求項1所述之金屬沉積方法，其中該金屬離子溶液包含鎳、銅、銀、錫之一或多個離子。
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