TW201530795A - 太陽能電池之單步驟金屬接合及接觸形成 - Google Patents
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Abstract
揭露了一種用於製備太陽能電池的方法。方法可包含在太陽能電池結構的表面上形成介電區域，並且在介電區域上形成第一金屬層。方法也可包含在第一金屬層上形成第二金屬層，並且局部地加熱第二金屬層的特定區域，其中加熱包含在第一金屬層與第二金屬層之間形成金屬接合，並且在第一金屬層與太陽能電池結構之間形成接觸。方法可包含在第一金屬層上形成黏著層，並且在黏著層上形成第二金屬層，其中黏著層力學性地耦合第二金屬層至第一金屬層，並且允許第二金屬層至第一金屬層之間的電性連接。
Description
本文所描述的專利標的之實施例一般係關於一種太陽能電池。更具體地說，專利標的之實施例係關於一種太陽能電池的製備製程及結構。
太陽能電池係為用於將太陽輻射轉換成電能的習知裝置。太陽能電池具有在正常運作期間面向太陽以收集太陽輻射的正面；以及與正面相對的背面。衝射在太陽能電池上的太陽輻射產生了可利用來供電外部電路如負載之電荷。外部電路可藉由連接至太陽能電池的摻雜區域的金屬指之方式，而從太陽能電池中接收電流。
在實施例中，揭露了用於製備太陽能電池的方法。方法可包含在太陽能電池結構的表面上形成介電區域。方法還可包含在介電區域上形成第一金屬層。方法可包含在第一金屬層上形成第二金屬層，並且局部地加熱第二金屬層的特定區域，其中加熱包含在第一金屬層與第二金屬層之間形成金屬接合，並且在第一金屬層與太陽能電池結構之間形成接觸區域。
在實施例中，揭露了用於製備太陽能電池的方法。方法可包含在太陽能電池結構的表面上形成介電區域。方法還可包含在介電區域上形成第一金屬層。方法可包含在第一金屬層上形成黏著層，並且在黏著層上形成第二金屬層，其中黏著層力學性地耦合第二金屬層至第一金屬層，並且允許第二金屬層至第一金屬層之間的電性連接。
在實施例中，揭露了使用任何上述方法所製備的太陽能電池。
本揭露的這些及其他特徵根據閱讀包含附圖及申請專利範圍的本揭露之全部內容，對所屬技術領域中的通常知識者將顯而易見。
下列實施方式在本質上僅為說明性的，且並非旨在限制專利標的之實施例或這樣的實施例之應用及使用。如同在本文中所使用的，文字「例示性」表示「作為一個示例、實例或說明」。作為例示性而在本文中所描述的任何實施方式並不必然被詮釋為較佳於或優於其他實施方式。此外，並非意在以藉由於先前技術領域、背景、發明內容或下列實施方式所提出的任何明示或暗示的理論所束縛。
此說明書包含參照「一個實施例」或「一實施例」。片語的表述「在一個實施例」或「在一實施例」並不必然表示相同實施例。特別的圖式、結構或特徵可以與本揭露相符的任何合適方式結合。
術語。下列段落提供在本揭露所見的術語的定義及/或內容(包含所附的申請專利範圍)：
「包含」。此術語為開放式的。當在所附申請專利範圍中使用時，此術語不排除其他結構或步驟。
「配置以」。各種單元或組件可描述或主張作為「配置以」進行一或多個工作。在這樣的內文中，使用「配置以」以藉由指出單元/組件包含在操作期間進行那些工作或多個工作的結構而暗示結構。因此，即便在特定單元/組件目前並未運作(例如，未導通/活動)時，仍可闡述單元/組件被配置以進行工作。對於單元/組件，紀錄其中單元/電路/組件「配置以」進行一或多個工作係明確地旨在不至衝突35 U.S.C. §112、第六段。
「第一」、「第二」等。如同在本文中所使用的，這些術語用於作為其前綴的名詞之標示，且並非意味著任何類型的排序(例如，空間、時間、邏輯等)。例如，參照「第一」太陽能電池並非必然意味著此太陽能電池在順序上為第一太陽能電池；取而代之的是使用術語「第一」以從另一太陽能電池(例如，「第二」太陽能電池)區分出此太陽能電池。
「耦合」-下列描述表示元件或節點或特徵相互「耦合」。如同在本文中所使用的，除非另行明確指出，否則「耦合」表示一元件/節點/特徵直接地或間接地連接至(或直接地或間接地相通)另一元件/節點/特徵，且不必然是力學性地。
此外，特定術語也可僅為了參考目的而使用在下列描述中，且因此並非旨在為限制性的。例如，術語如「上(upper)」、「下(lower)」、「上面(above)」及「下面(below)」在作為參考的圖式中表示方向。術語如「正面(front)」、「背面(back)」、「後面(rear)」、「邊緣(side)」、「外部(outboard)」及「內部(inboard)」描述在一致但為參考的任意框架中的組件部分之定向及/或位置，在討論下藉由參照描述組件的說明及相關圖式而解釋清楚。這樣的術語可包含上面具體地提到的文字、其衍生物及類似含意的文字。
雖然為了易於理解就太陽能電池而言描述許多揭露，所揭露的技術及結構同樣地適用於其他半導體結構(例如，一般來說是矽晶圓)。
金屬區域的形成，如正極匯流排及負極匯流排及至太陽能電池上的摻雜區域之接觸指可能是挑戰性製程。本文中所揭露的技術及結構改善了相關製備製程的精確產量及成本。
在本揭露中，提供了許多具體細節，如結構及方法的示例，以提供實施例的徹底理解。然而，所屬技術領域中的通常知識者將意識到的是，實施例可在不具一或多個具體細節的情況下實施。在其他實例中，不示出或描述習知細節，以避免模糊了實施例的態樣。
第1圖繪示用於太陽能電池的示例製備方法的實施例之流程圖。在各種實施例中，第1圖的方法可包含繪示以外之添加的(或更少的)方塊。例如，在一個實施例中，可不進行方塊104的部分地去除特定區域上的介電區域。第1圖的方法也可在具有N型摻雜區域及P型摻雜區域的太陽能電池結構上進行。注意的是，第1圖的方法可在太陽能電池的製備期間以單元層級進行；或者當太陽能電池與其他太陽能電池連接及封裝時，以模組層級進行。
如方塊 102中所示，也可稱為介電層的介電區域可形成在太陽能電池結構的表面上。在一實施例中，介電區域可形成在太陽能電池結構的N型摻雜區域及P型摻雜區域上。在一個實施例中，介電區域係為由覆蓋沉積所形成的連續且共形的層。在一實施例中，介電區域可藉由網板印刷、旋轉塗佈，或者藉由沉積及圖案化而形成，例如，使得介電區域為不連續的。在一實施例中，介電區域可包含氮化矽、氧化矽、氮氧化矽、氧化鋁、非晶矽或多晶矽。
在方塊104中，可部分地去除介電區域以露出/形成接觸區域。在一實施例中，接觸區域可允許接觸如歐姆接觸的形成。在一實施例中，介電區域係在特定區域上被部分地去除，其中特定區域係對準太陽能電池結構的N型摻雜區域或P型摻雜區域上。如同上述，注意的是，在一些實施例中，可不進行方塊104，並且因此可不部分地去除介電區域。
在方塊106中，第一金屬層可形成在介電區域上。在一個實施例中，第一金屬層係為由覆蓋沉積所形成的連續且共形的層。在另一個實施例中，第一金屬層係為不連續的(例如，以特定圖案來印刷，或者沉積且接著蝕刻成特定圖案)。在一實施例中，形成金屬層可包含進行物理氣相沉積、網板印刷、燒結、電鍍、或雷射轉移製程。在一實施例中，第一金屬層也可稱為晶種金屬層。在一實施例中，形成第一金屬層可包含在介電區域上沉積晶種金屬層。在一實施例中，第一金屬層可包含金屬如銅、錫、鋁、銀、金、鉻、鐵、鎳、鋅、釕、鈀、或鉑及其合金，但不限於此。在一實施例中，第一金屬層可為圖案化的金屬層，如第一圖案化金屬層。在一實施例中，第一圖案化金屬層可放置、沉積或對準在介電區域上。
如方塊108中所示，第二金屬層可形成在第一金屬層上。在一個實施例中，第二金屬層係為由覆蓋沉積所形成的連續且共形的層。在一實施例中，第二金屬層可包含金屬箔。在一實施例中，第二金屬層可以包括金屬如銅、錫、鋁、銀、金、鉻、鐵、鎳、鋅、釕、鈀、或鉑及其合金，但不限於此。在一實施例中，第二金屬層可為圖案化金屬層，如第二圖案化金屬層(例如，圖案化的金屬箔)。在一實施例中，第二圖案化金屬層可放置、沉積或對準在介電區域上。
在方塊110中，金屬接合及接觸可在單一製程中形成。在一實施例中，在單一製程中形成金屬接合及接觸包含局部地加熱第二金屬層的特定區域。在一實施例中，在第二金屬層的特定區域上局部地加熱，允許熱從第二金屬層傳送至第一金屬層與第二金屬層中間的特定區域，並且隨後熱通過第一金屬層進一步傳送至第一金屬層與介電區域之間形成接觸的特定區域。在一實施例中，形成的金屬接合可電性地及力學性地耦合第二金屬層至第一金屬層。在一實施例中，接觸可電性地及力學性地耦合第一金屬層至太陽能電池結構。
在一個實施例中，局部地加熱包含引導雷射光束在第二金屬層上。在一實施例中，引導雷射光束在第二金屬層上可焊接第二金屬層至第一金屬層。在一實施例中，雷射光束可具有在1奈秒至10毫秒的範圍內的脈衝期間。在一實施例中，雷射光束可使用連續波(CW)雷射或脈衝雷射而產生。在一實施例中，雷射光束具有在100奈米至12微米的範圍內的波長。在一實施例中，雷射光束可引導在金屬箔上，以形成具晶種金屬層的金屬接合，並且進一步在晶種金屬層與太陽能電池結構之間形成歐姆接觸。在一實施例中，金屬接合及歐姆接觸與太陽能電池結構的特定區域對準。在一實施例中，太陽能電池的特定區域可對準至P型摻雜區域或N型摻雜區域。在一實施例中，第二金屬層或金屬箔可為圖案化金屬箔(例如，以手指圖案，如相互交叉的手指圖案)。在一實施例中，圖案化的金屬箔可放置在晶種金屬層上。注意的是，在一些實施例中，可使用非雷射類的焊接技術，以在單一製程中形成金屬接合及接觸。在一實施例中，在局部地加熱之前，部分的第一金屬層及第二金屬層可以相互交叉圖案去除。
上述實施例可進行用於多個太陽能電池。例如，在一個實施例中，金屬箔(例如，對應於及/或包含用於多個電池的接觸指)可對準並放置在第一太陽能電池及第二太陽能電池上。根據第1圖的方法，然後金屬箔可耦合至第一太陽能電池及第二太陽能電池兩者。
第2圖至第7圖係示意性地繪示製備根據本揭露的實施例之太陽能電池的方法之截面圖。
參照第2圖，在製備製程期間的太陽能電池示出包含在第一金屬層230上放置之第二金屬層232，其中第一金屬層230放置在太陽能電池結構200上。在一實施例中，第一金屬層230可具有在1微米至5微米的範圍內的厚度，例如第一金屬層230可在大約1微米至2微米的範圍內。在一實施例中，第二金屬層232可具有在1微米至100微米(例如，金屬箔)的範圍內的厚度，例如第二金屬層232可為大約50微米。如同所示，太陽能電池結構200可包含矽基板208、第一摻雜區域210或第二摻雜區域212及介電區域220。第2圖的太陽能電池還可包含配置在太陽能電池的正常運作期間面向太陽的正面204；以及與正面204相對的背面202。如同上面所討論的，第一金屬層230或第二金屬層232可包含金屬如銅、錫、鋁、銀、金、鉻、鐵、鎳、鋅、釕、鈀、或鉑及其合金，但不限於此。在一實施例中，介電區域220可包含氮化矽、氧化矽、氮氧化矽、氧化鋁、非晶矽或多晶矽。在一實施例中，第一摻雜區域210或第二摻雜區域212可包含矽基板208的P型摻雜區域或N型摻雜區域。
第3圖繪示局部地加熱第二金屬層232。在一實施例中，可使用來自雷射源260的雷射光束262在第二金屬層232的特定區域上進行局部地加熱。在一實施例中，可使用電子束在第二金屬層232的特定區域上進行局部地加熱。接著，來自雷射光束262的熱264係傳送至第二金屬層232。在一實施例中，雷射光束262可使用電流計、掃描平台(scanning stage)，或者使用常規的光學介面及控制設備、系統及製程而引導至第二金屬層232。
參照第4圖，示出了金屬接合242的形成。在一實施例中，來自雷射光束262的熱264係通過第二金屬層232而傳送至形成金屬接合242的第一金屬層230與第二金屬層232之間的區域，其中金屬接合242允許第一金屬層230與第二金屬層232之間的電性連接。在一實施例中，由於如同在第4圖中所示的熱264，第二金屬層可能部分地去除或熔融。在一實施例中，金屬接合242可力學性地耦合第二金屬層232至第一金屬層230。
第5圖繪示接觸240的形成。在一實施例中，來自雷射光束262的熱264係通過第一金屬層230而進一步傳送至第一金屬層230與摻雜區域210、摻雜區域212之間的區域，其中熱264形成了接觸240，允許第一金屬層230與摻雜區域210、摻雜區域212之間的電性連接。如同上述，接觸240可為歐姆接觸。在一實施例中，介電區域220可不在上述製程中解離(dissociated)，而允許第一金屬層230與摻雜區域210、摻雜區域212之間的電性連接，具有第一金屬層230與摻雜區域210及摻雜區域212之間的介電區域220基本上完整(例如，連續的)。在一實施例中，接觸240可力學性地耦合第一金屬層230至太陽能電池結構200。
在一實施例中，在第3圖、第4圖及第5圖中所示的步驟全可在單一製程中進行。在單一製程中可包含改變用於進行製程的工具(例如，雷射)之特性。例如，初始雷射脈衝可為較高功率的脈衝以進行其中一個接合，隨後改變成較低功率的脈衝以形成另一個接合。除了功率以外，雷射特性/組態的變化可包含脈衝期間、脈衝的形狀、波長等。在單一製程中進行第3圖至第5圖的步驟中，可去除多個製備步驟，即分別地從金屬接合及歐姆接觸去除多個製備步驟，從而提高太陽能電池的製備效率並降低成本。
參照第6圖，示出了在第3圖至第5圖中進行的單一步驟製程之後的太陽能電池。第6圖的太陽能電池可包含係配置在太陽能電池的正常運作期間面向太陽的正面204；以及與正面204相對的背面202。如同所示，太陽能電池可包含太陽能電池結構200。太陽能電池結構200可包含矽基板208、第一摻雜區域210及第二摻雜區域212以及介電區域220。在一實施例中，介電區域220可形成在接觸240中間。太陽能電池結構200係藉由接觸240如歐姆接觸而耦合至第一金屬層230。在一實施例中，接觸240可力學性地耦合第一金屬層230至太陽能電池結構200。第一金屬層230係藉由金屬接合242而耦合至第二金屬層232。在一實施例中，金屬接合242可力學性地耦合第二金屬層232至第一金屬層230。由第一金屬層230及第二金屬層232組成的接觸指以間距234分隔。注意的是，在間距234的電性連接可能使得電性短路，並且可能對太陽能電池的性能為不利的。間隙或間距234可藉由雷射剝蝕製程或蝕刻製程，從第一金屬層230及第二金屬層232中去除多餘的金屬而形成。在一實施例中，第一摻雜區域及第二摻雜區域可分別地為P型摻雜區域及N型摻雜區域。在一實施例中，介電區域220可被圖案化，使得在第一金屬層230下一些區域沒有介電區域。在一實施例中，第一金屬層230可具有在1微米至5微米的範圍內的厚度，例如第一金屬層230可在大約1微米至2微米的範圍內。在一實施例中，第二金屬層232可具有在1微米至100微米的範圍內的厚度(例如，金屬箔)，例如第二金屬層232可為大約50微米。
第7圖繪示了示例金屬層250及252。在一實施例中，金屬層230及金屬層232(從上述的第2圖至第6圖)可如所示的形成在金屬片250中。在一實施例中，多個金屬片250可用來形成相互交叉的圖案。在一實施例中，相互交叉的圖案可包含正極接觸指、負極接觸指、正極匯流排及負極匯流排。在一實施例中，金屬層230及金屬層232可以圓形圖案或點狀圖案252而形成。在沒有對圖案有限制下，可形成金屬層230及金屬層232，且第7圖僅繪示了一些可使用的可能圖案。太陽能電池的正面204及背面202係為了參考而示出。
參照第8圖，示出了用於太陽能電池的另一個示例製備方法的實施例之流程圖。在各種實施例中，第8圖的方法可包含繪示以外之添加的(或更少的)方塊。第8圖的方法也可在具有N型摻雜區域及P型摻雜區域的太陽能電池結構上進行。與上述類似，第8圖的方法可在太陽能電池的製備期間以單元層級進行；或者在太陽能電池與其他太陽能電池連接及封裝時，以模組層級進行。
如方塊302中所示，也可稱為介電層的介電區域可形成在太陽能電池結構的表面上。在一實施例中，介電區域可形成在太陽能電池結構的N型摻雜區域及P型摻雜區域上。在一個實施例中，介電區域係為由覆蓋沉積所形成的連續且共形的層。介電區域可藉由網板印刷、旋轉塗佈，或者藉由沉積及圖案化而形成，例如，使得介電區域為不連續的。在一實施例中，介電區域可包含氮化矽、氧化矽、氮氧化矽、氧化鋁、非晶矽或多晶矽。在一實施例中，可部分地去除介電區域以露出/形成接觸區域。在一實施例中，接觸區域可允許接觸如歐姆接觸的形成。在一實施例中，介電區域係在特定區域上被部分地去除，其中特定區域係對準在太陽能電池結構的N型摻雜區域或P型摻雜區域上。如同上述，注意的是，在一些實施例中，可不部分地去除介電區域。
在方塊304中，第一金屬層可形成在介電區域上。在一個實施例中，第一金屬層係為由覆蓋沉積所形成的連續且共形的層。在另一個實施例中，第一金屬層係為不連續的(例如，以特定圖案來印刷，或者沉積且接著蝕刻成特定圖案)。在一實施例中，形成金屬層可包含進行物理氣相沉積、網板印刷、燒結、電鍍、或雷射轉移製程。在一實施例中，第一金屬層也可稱為晶種金屬層。在一實施例中，第一金屬層可包含金屬箔。在一實施例中，形成第一金屬層可包含在介電區域上沉積晶種金屬層。在一實施例中，第一金屬層可包含金屬如銅、錫、鋁、銀、金、鉻、鐵、鎳、鋅、釕、鈀、或鉑及其合金，但不限於此。在一實施例中，第一金屬層可包含圖案化的金屬層，如第一圖案化金屬層。在一實施例中，第一圖案化金屬層可放置、沉積或對準在介電區域上。
在方塊306中，黏著層可形成在第一金屬層上，並且在一些實施例中，也在介電區域上(例如，填充圖案化第一金屬層之間的間隙)。在一實施例中，黏著層可藉由例如網板印刷、噴墨印刷、旋轉塗佈、澆鑄、層壓或藉由沉積及圖案化而形成。在一實施例中，黏著層可藉由化學氣相沉積(CVD)或物理氣相沉積(PVD)法而形成。在一實施例中，黏著層可為絕緣黏著層。在一實施例中，黏著層可為均勻的低黏度黏著層。在一實施例中，黏著層可被圖案化，不論是在其形成時圖案化；或者是形成且接著圖案化(例如，蝕刻)。在一實施例中，形成黏著層可包含形成導電性黏著層。在一實施例中，形成黏著層可包含形成異向導電性黏著層。
如方塊308中所示，第二金屬層可形成在黏著層上。在一個實施例中，第二金屬層係為由覆蓋沉積所形成的連續且共形的層。在一實施例中，黏著層可提供結構的支撐，力學性地耦合第二金屬層至第一金屬層，並且還可允許第二金屬層與第一金屬層電性連接。在一實施例中，第二金屬層可包含金屬箔。在一實施例中，第二金屬層可包含金屬如銅、錫、鋁、銀、金、鉻、鐵、鎳、鋅、釕、鈀、或鉑及其合金，但不限於此。在一實施例中，第二金屬層可包含圖案化金屬層，如第二圖案化金屬層(例如，圖案化的金屬箔)。注意的是，在一實施例中，形成第一金屬層可包含任何上述的方塊。使用圖案化黏著層可允許使用直接物理氣相沉積(PVD)製程的第二金屬層形成。在一實施例中，黏著層可在第二金屬層形成之後固化。在一實施例中，形成第二金屬層可包含在黏著層上形成金屬箔。在一實施例中，第一金屬層與第二金屬層之間的直接接觸可藉由施加壓力至第二金屬層來進行(例如，藉由真空、軋輥、塗刷法(squeegee)等)。
與上述類似，可形成金屬接合及接觸。在一實施例中，金屬接合及接觸可分別地形成或者以如同上面討論的單步驟製程形成。
上述實施例可進行用於多個太陽能電池。例如，在一個實施例中，金屬箔(例如，包含用於多個電池的接觸指)可對準並放置在第一太陽能電池及第二太陽能電池上。然後金屬箔可耦合至第一太陽能電池及第二太陽能電池兩者。此外，上述可進行用於各種類型的太陽能電池，如正接觸式太陽能電池及背接觸式太陽能電池。
第9圖至第12圖係示意性地繪示製備根據本揭露的實施例之太陽能電池的方法之截面圖。除非下面另有說明，否則用於指代第9圖至第12圖中的組件之數值符號係類似於用於指代上面第2圖至第7圖中的組件或特徵者，除了指標數值係增加200以外。
第9圖繪示了在上述製備製程期間的太陽能電池。第9圖的太陽能電池包含形成在第一金屬層430上的黏著層470，其中第一金屬層430放置在太陽能電池結構400上。在一實施例中，黏著層470可藉由網板印刷、噴墨印刷、旋轉塗佈、澆鑄、層壓；或者藉由沉積(CVD或PVD)及圖案化而形成。如同所示，太陽能電池結構400可包含矽基板408、第一摻雜區域410或第二摻雜區域412以及介電區域420。在一實施例中，第一金屬層430也可稱為晶種金屬層。在一實施例中，形成第一金屬層430可包含在介電區域420上沉積晶種金屬層。在一實施例中，第一金屬層430可包含金屬如銅、錫、鋁、銀、金、鉻、鐵、鎳、鋅、釕、鈀、或鉑及其合金，但不限於此。在一實施例中，第一金屬層430可包含圖案化的金屬層，如第一圖案化金屬層(例如，圖案化金屬箔)。在一實施例中，形成第一金屬層430可包含放置圖案化金屬層在由間隙474分開的介電區域420上，其中間隙474可分開正極接觸指及負極接觸指。在一實施例中，可進行雷射剝蝕製程以形成圖案化的金屬層。在一實施例中，間隙474可通過雷射剝蝕或蝕刻而形成。在一實施例中，介電區域420可包含氮化矽、氧化矽、氮氧化矽、氧化鋁、非晶矽或多晶矽。在一實施例中，第一摻雜區域410或第二摻雜區域412可包含矽基板408的P型摻雜區域或N型摻雜區域。如同上述，黏著層470可為絕緣的黏著層。在一實施例中，黏著層470可為均勻的低黏度黏著層。在一實施例中，黏著層470可為圖案化的黏著層。在一實施例中，形成黏著層470可包含形成異向導電性黏著層。
第10圖繪示放置在黏著層470上的第二金屬層432。在一實施例中，黏著層470可提供結構支撐，力學性地耦合第二金屬層432至第一金屬層430。在一實施例中，第二金屬層432可包含金屬箔。在一實施例中，第二金屬層432可包含金屬如銅、錫、鋁、銀、金、鉻、鐵、鎳、鋅、釕、鈀、或鉑及其合金，但不限於此。在一實施例中，第二金屬層432可包含圖案化的金屬層，如第二圖案化金屬層。在一實施例中，形成第二金屬層432可包含在黏著層470上放置圖案化的金屬層。在一實施例中，黏著層470可在第二金屬層432形成之後固化。在一實施例中，形成第二金屬層432可包含在黏著層470上形成金屬箔。提供圖案化的黏著層，如第10圖中之黏著層470所示，一實施例可包含在形成第二金屬層432之前固化圖案化的黏著層。在一實施例中，形成圖案化的黏著層可允許使用直接物理氣相沉積(PVD)製程的第二金屬層432形成。在一實施例中，可形成圖案化的黏著層，使得可允許開口在圖案化黏著層內，以使第二金屬層432得以接觸第一金屬層430，進一步允許與討論的PVD製程類似之實施例，在第一金屬層430上形成第二金屬層432。也有圖案化的黏著層可允許第二金屬層432與第一金屬層430以電性連接。在一實施例中，可固化黏著層470以形成固化的黏著層。在一實施例中，形成第二金屬層432可包含在黏著層470上形成金屬箔。在一實施例中，第一金屬層430與第二金屬層432之間的直接接觸可藉由施加壓力至第二金屬層432來進行。
參照第11圖，示出了第9圖及第10圖中進行的製程之後的太陽能電池。第11圖的太陽能電池可包含係配置在太陽能電池的正常運作期間面向太陽的正面404；以及與正面相對的背面402。如同所示，第11圖的太陽能電池包含太陽能電池結構400。太陽能電池結構400可包含矽基板408、第一摻雜區域410及第二摻雜區域412及介電區域420。太陽能電池結構400係藉由接觸440如歐姆接觸而耦合至第一金屬層430。在一實施例中，接觸440可力學性地耦合第一金屬層430至太陽能電池結構400。第一金屬層430係藉由金屬接合442而耦合至第二金屬層432。在一實施例中，金屬接合442可力學性地耦合第二金屬層432至第一金屬層430。由第一金屬層430及第二金屬層432組成的接觸指係為分開的。在間距474的任何電性連接可能使得電性短路，且對太陽能電池的性能為不利的。間隙或間距474可通過蝕刻製程或藉由雷射剝蝕製程而形成，其中多餘的金屬可從第一金屬層430及第二金屬層432中去除。在一實施例中，第一摻雜區域410及第二摻雜區域412可為P型摻雜區域及N型摻雜區域。第11圖的太陽能電池包含金屬接合442及接觸440。在一實施例中，金屬接合442及接觸440可使用雷射焊接製程而形成，分別地或者以如同上述的單步驟製程。在一實施例中，接觸440可為歐姆接觸。在一實施例中，金屬接合442及接觸440可使用任何上述方法形成。在一實施例中，介電區域420可被圖案化，使得在第一金屬層430下一些區域沒有介電區域。在一實施例中，第一金屬層430可具有在1微米至5微米的範圍內的厚度，例如第一金屬層430可在大約1微米至2微米的範圍內。在一實施例中，第二金屬層432可具有在1微米至100微米的範圍內的厚度(例如，金屬箔)，例如第二金屬層432可為大約50微米。
第12圖繪示第9圖及第10圖中進行的製程之後的另一個太陽能電池。第12圖的太陽能電池可包含係配置在太陽能電池的正常運作期間面向太陽的正面404；以及與正面相對的背面402。如同所示，太陽能電池可包含太陽能電池結構400。太陽能電池結構400可包含矽基板408、第一摻雜區域410及第二摻雜區域412及介電區域420。在一個實施例中，第一金屬層431係由複數個金屬粒子組成。在一實施例中，複數個金屬粒子包含鋁粒子。在一實施例中，太陽能電池結構400可藉由接觸440如歐姆接觸而耦合至第一金屬層431。在一實施例中，接觸440可力學性地耦合第一金屬層431至太陽能電池結構400。在一個實施例中，第一金屬層431與第二金屬層432係電性連接，其中黏著層如固化的黏著層472允許沒有金屬接合或焊接的電性連接。在一實施例中，黏著層472可力學性地耦合第二金屬層432至第一金屬層431。由第一金屬層431及第二金屬層432組成的接觸指係為分開的。在間距474的任何電性連接可能使得電性短路，且對太陽能電池的性能為不利的。間隙或間距474可藉由雷射剝蝕製程或藉由蝕刻而形成，從第一金屬層430及第二金屬層432中去除多餘的金屬。在一實施例中，第一摻雜區域410及第二摻雜區域412可分別地為P型摻雜區域及N型摻雜區域。在一實施例中，介電區域420可被圖案化，使得在第一金屬層430下一些區域沒有介電區域。在一實施例中，第一金屬層431可具有在1微米至5微米的範圍內的厚度，例如，第一金屬層431可在大約1微米至2微米的範圍內。在一實施例中，第二金屬層432可具有在1微米至100微米的範圍內的厚度(例如，金屬箔)，例如，第二金屬層432可為大約50微米。
注意的是，雖然第9圖至第12圖的示例繪示了在黏著層及第一金屬層的頂面上形成第二金屬層之前圖案化第一金屬層，然而在其他實施例中，第二金屬層可形成在黏著層及第一金屬層的頂面上。在各種實施例中，圖案化可發生在形成第一金屬層之後、形成第一金屬層及黏著層之後、形成所有三個層之後、或者在製程中的多個階段(例如，在形成第一金屬層之後，且接著亦在形成黏著層及第二金屬層之後)。
參照第13圖，示出了用於太陽能電池的又一個示例製備方法的實施例之流程圖。在各種實施例中，第13圖的方法可包含繪示以外的添加的(或更少的)方塊。例如，在一個實施例中，可不需要進行方塊504，部分地去除介電區域。第13圖的方法也可在具有N型摻雜區域及P型摻雜區域的太陽能電池結構上進行。與上面類似，第13圖的方法可在太陽能電池的製備期間以單元層級進行；或者在太陽能電池與其他太陽能電池連接及封裝時，以模組層級進行。
如方塊502中所示，也可稱為介電層的介電區域可形成在太陽能電池結構的表面上。在一實施例中，介電區域可形成在太陽能電池結構的N型摻雜區域及P型摻雜區域上。在一個實施例中，介電區域係為由覆蓋沉積所形成的連續且共形的層。介電區域可藉由任何上述方法如網板印刷、旋轉塗佈，或者藉由沉積及圖案化而形成，例如，使得介電區域為不連續的。在一實施例中，介電區域可包含氮化矽、氧化矽、氮氧化矽、氧化鋁、非晶矽或多晶矽。在一實施例中，介電區域可從形成接觸區域的介電區域中部分地去除。在一實施例中，接觸區域可允許接觸如歐姆接觸的形成。
在方塊504，可部分地去除介電區域以露出/形成接觸區域。在一實施例中，接觸區域可允許接觸如歐姆接觸的形成。在一實施例中，介電區域係在特定區域上被部分地去除，其中特定區域係對準在太陽能電池結構的N型摻雜區或P型摻雜區域上。如同上述，注意的是，在一些實施例中，可不進行方塊504，並且因此可不部分地去除介電區域。
在方塊506，第一金屬層可形成在介電區域上。在一實施例中，第一金屬層係為第一圖案化金屬層，且第一圖案化金屬層可放置在介電區域上。注意的是，在一個實施例中，金屬層可在其施加/形成之後圖案化，而在其他實施例中，金屬層可以特定圖案來施加。在一個實施例中，第一金屬層係為由覆蓋沉積所形成的連續且共形的層。在一實施例中，形成金屬層可包含進行物理氣相沉積、網板印刷、燒結、電鍍、或雷射轉移製程。在一實施例中，第一金屬層也可稱為晶種金屬層。在一實施例中，形成第一金屬層可包含在介電區域上沉積晶種金屬層。在一實施例中，第一金屬層可包含金屬如銅、錫、鋁、銀、金、鉻、鐵、鎳、鋅、釕、鈀、或鉑及其合金，但不限於此。在一實施例中，可進行雷射剝蝕製程或蝕刻以形成第一圖案化金屬層。
在方塊508，黏著層可形成在第一金屬層及介電區域上。在一實施例中，黏著層可為絕緣的黏著層。在一實施例中，黏著層可藉由例如網板印刷、噴墨印刷、旋轉塗佈、澆鑄、層壓或藉由沉積及圖案化而形成。在一實施例中，黏著層可藉由化學氣相沉積(CVD)或物理氣相沉積(PVD)法而形成。在一實施例中，黏著層可為均勻的低黏度黏著層。在一實施例中，黏著層可為圖案化的黏著層。在一實施例中，形成黏著層可包含形成導電性黏著層。在一實施例中，形成黏著層可包含形成異向導電性黏著層。在一實施例中，黏著層可提供額外的結構支撐，如力學性地耦合第二金屬層至第一金屬層。
如方塊510中所示，第二金屬層可形成在黏著層上。在一實施例中，黏著層可提供結構的支撐，力學性地耦合第二金屬層至第一金屬層。在一個實施例中，第二金屬層係為由覆蓋沉積所形成的連續且共形的層。在一實施例中，第二金屬層可包含金屬箔。在一實施例中，第二金屬層可以包括金屬如銅、錫、鋁、銀、金、鉻、鐵、鎳、鋅、釕、鈀、或鉑及其合金，但不限於此。在一實施例中，黏著層可在第二金屬層形成之後固化。在一實施例中，形成第二金屬層可包含在黏著層上形成金屬箔。
在方塊512，金屬接合及接觸可藉由在第二金屬層上局部地加熱特定區域而形成。在一實施例中，局部地加熱第二金屬層的特定區域使得熱從第二金屬層傳送至形成金屬接合的第一金屬層與第二金屬層中間的特定區域。接著，熱可通過第一金屬層進一步傳送至形成接觸的第一金屬層與介電區域之間的特定區域。在一實施例中，局部地加熱包含引導雷射光束在第二金屬層上。在一實施例中，可使用任何上述的方法來形成金屬接合及接觸，分別地或者以單步驟製程。在一實施例中，形成的金屬接合可電性地及力學性地耦合第二金屬層至第一金屬層。在一實施例中，接觸可電性地及力學性地耦合第一金屬層至太陽能電池結構。
在方塊514，可部分地去除來自第二金屬層的金屬，以形成第二圖案化金屬層。在一實施例中，黏著層或絕緣的黏著層保護太陽能電池結構免於在所述部分地去除製程期間被損壞。在一實施例中，可使用雷射剝蝕製程以從第二金屬層中去除多餘的金屬。在一實施例中，黏著層從雷射光束中吸收了多餘的雷射輻射，以保護介電區域及太陽能電池結構免於被損壞。在一實施例中，黏著層可為免於雷射損壞的熱絕緣層；以及在第一金屬層與第二金屬層之間的電絕緣層。在一實施例中，可使用蝕刻製程來去除多餘的金屬。
上述實施例可進行用於多個太陽能電池。例如，在一個實施例中，金屬箔(例如，包含用於多個電池的接觸指)可對準並放置在第一太陽能電池及第二太陽能電池上。然後金屬箔可耦合至第一太陽能電池及第二太陽能電池兩者。此外，上述可進行用於各種類型的太陽能電池，如正接觸式太陽能電池及背接觸式太陽能電池。
第14圖至第19圖係示意性地繪示製備根據本揭露的實施例之太陽能電池的方法之截面圖。除非下面另有說明，否則用於指代第14圖至第19圖中的組件之數值符號，係類似於用於指代上面第9圖至第12圖中的組件或特徵者，除了指標數值增加了200以外。
第14圖繪示了在上述製備製程期間的太陽能電池。第14圖的太陽能電池包含形成在第一金屬層630及介電區域620上的黏著層670，其中第一金屬層630放置在太陽能電池結構600上。在一實施例中，黏著層670可藉由網板印刷、噴墨印刷、旋轉塗佈、澆鑄、層壓；或者藉由沉積(CVD或PVD)及圖案化而形成。如同所示，太陽能電池結構600可包含矽基板608、第一摻雜區域610或第二摻雜區域612以及介電區域620。在一實施例中，第一金屬層630也可稱為晶種金屬層。在一實施例中，形成第一金屬層630可包含在介電區域620上沉積晶種金屬層。在一實施例中，第一金屬層630可包含金屬如銅、錫、鋁、銀、金、鉻、鐵、鎳、鋅、釕、鈀、或鉑及其合金，但不限於此。在一實施例中，第一金屬層630可包含圖案化金屬層，如第一圖案化金屬層。在一實施例中，形成第一金屬層630可包含放置圖案化金屬層在介電區域620上。在一實施例中，可進行雷射剝蝕製程以形成圖案化的金屬層。在一實施例中，介電區域620可包含氮化矽、氧化矽、氮氧化矽、氧化鋁、非晶矽或多晶矽。在一實施例中，第一摻雜區域610或第二摻雜區域612可包含矽基板608的P型摻雜區域或N型摻雜區域。如同上述，黏著層670可為絕緣的黏著層。在一實施例中，黏著層670可為均勻的低黏度黏著層。在一實施例中，形成黏著層670可包含形成異向導電性黏著層。
參照第15圖，示出了在黏著層670上所放置之第二金屬層632。在一實施例中，黏著層670可提供結構的支撐，力學性地耦合第二金屬層632至第一金屬層630。在一實施例中，第二金屬層632可包含金屬箔。在一實施例中，第二金屬層632可包含金屬如銅、錫、鋁、銀、金、鉻、鐵、鎳、鋅、釕、鈀、或鉑及其合金，但不限於此。在一實施例中，黏著層670可在第二金屬層632形成之後固化680。在一實施例中，固化可包含加熱黏著層670。在一實施例中，固化可形成如第16圖中所示的固化的黏著層672。在一實施例中，形成第二金屬層632可包含在黏著層670上形成金屬箔。在一實施例中，第一金屬層630與第二金屬層632之間的直接接觸可藉由施加壓力至第二金屬層632來進行。
第16圖繪示固化的黏著層672、金屬接合642及接觸640。在一實施例中，金屬接合642及接觸640可分別地形成或者如同上面討論的以單步驟製程形成。
參照第17圖，可部分地去除來自第二金屬層632的金屬，以形成第二圖案化金屬層。在一實施例中，黏著層、固化的黏著層672或絕緣的黏著層保護太陽能電池結構600免於在所述部分地去除第二金屬層632的製程期間被損壞。在一實施例中，可使用雷射剝蝕製程以從第二金屬層632中去除多餘的金屬。在一實施例中，黏著層或固化的黏著層672從雷射源660的雷射光束662中吸收了多餘的雷射輻射，以保護介電區域620及太陽能電池結構600免於被損壞。在一實施例中，黏著層可為免於，即所示的雷射損壞的熱絕緣層；以及電絕緣層。
第18圖繪示了第14圖至第17圖中進行的製程之後的太陽能電池。第18圖的太陽能電池可包含係配置在太陽能電池的正常運作期間面向太陽的正面604；以及與正面相對的背面602。如同所示，第18圖的太陽能電池包含太陽能電池結構600。太陽能電池結構600可包含矽基板608、第一摻雜區域610及第二摻雜區域612及介電區域620。太陽能電池結構600係藉由接觸640如歐姆接觸而耦合至第一金屬層630。在一實施例中，接觸640可力學性地耦合第一金屬層630至太陽能電池結構600。第一金屬層630係藉由金屬接合642而耦合至第二金屬層632。在一實施例中，金屬接合642可力學性地耦合第二金屬層632至第一金屬層630。由第一金屬層630及第二金屬層632組成的接觸指係為分開的。黏著層如固化的黏著層672可於接觸指與相反極性的電性絕緣接觸指之間。在一實施例中，第一摻雜區域610及第二摻雜區域612可為P型摻雜區域及N型摻雜區域。第18圖的太陽能電池包含金屬接合642及接觸640。在一實施例中，金屬接合642及接觸640可使用雷射焊接製程而形成，分別地或者以如同上述的單步驟製程。在一實施例中，接觸640可為歐姆接觸。在一實施例中，介電區域620可被圖案化，使得在第一金屬層630下一些區域沒有介電區域。在一實施例中，第一金屬層630可具有在1微米至5微米的範圍內的厚度，例如第一金屬層630可在大約1微米至2微米的範圍內。在一實施例中，第二金屬層632可具有在1微米至100微米的範圍內的厚度(例如，金屬箔)，例如第二金屬層632可為大約50微米。
參照第19圖，示出了第14圖至第17圖中進行的製程之後的另一個太陽能電池。第19圖的太陽能電池可包含係配置在太陽能電池的正常運作期間面向太陽的正面604；以及與正面相對的背面602。如同所示，太陽能電池可包含太陽能電池結構600。太陽能電池結構600可包含矽基板608、第一摻雜區域610及第二摻雜區域612及介電區域620。在一個實施例中，第一金屬層631係由複數個金屬粒子組成。在一實施例中，複數個金屬粒子可包含鋁粒子。在一實施例中，太陽能電池結構600可藉由接觸640如歐姆接觸而耦合至第一金屬層631。在一實施例中，接觸640可力學性地耦合第一金屬層631至太陽能電池結構600。在一個實施例中，第一金屬層631與第二金屬層632係電性連接，其中黏著層，如固化的黏著層672允許沒有金屬接合或焊接的電性連接。在一實施例中，黏著層可力學性地耦合第二金屬層632至第一金屬層631。由第一金屬層631及第二金屬層632組成的接觸指係為分開的。黏著層如固化的黏著層672可為相反極性的電性絕緣接觸指。在一實施例中，第一摻雜區域610及第二摻雜區域612可為P型摻雜區域及N型摻雜區域。在一實施例中，介電區域620可被圖案化，使得在第一金屬層631下一些區域沒有介電區域。在一實施例中，第一金屬層631可具有在1微米至5微米的範圍內的厚度，例如第一金屬層631可在大約1微米至2微米的範圍內。在一實施例中，第二金屬層632可具有在1微米至100微米的範圍內的厚度(例如，金屬箔)，例如第二金屬層632可為大約50微米。
上述實施例可進行用於多個太陽能電池(例如，包含用於多個電池的接觸指)。此外，上述可進行用於各種類型的太陽能電池，如正接觸式太陽能電池及背接觸式太陽能電池。
儘管至少一個例示性實施例已在前面的實施方式中呈現，但是應當理解的是存在廣大的變化。還應該理解的是，本文所描述的例示性實施例或實施例並非旨在以任何方式限制所主張專利標的之範疇、適用性或配置。更確切地說，前面的實施方式將提供所屬技術領域的通常知識者用於實現所述的一或多個實施例之便利準則。應當理解的是，各種變化可以元件的功能及佈置進行而不脫離申請專利範圍所定義的範疇，其包含在提交本專利申請時的習知等效物及可預見的等效物。
102、104、106、108、110、302、304、306、308、502、504、506、508、510、512、514‧‧‧方塊
200、400、600‧‧‧太陽能電池結構
202、402、602‧‧‧背面
204、404、604‧‧‧正面
208、408、608‧‧‧矽基板
210、410、610、212、412、612‧‧‧摻雜區域
220、420、620‧‧‧介電區域
230、430、431、630、631‧‧‧第一金屬層
232、432、632‧‧‧第二金屬層
234、474‧‧‧間距
240、440、640‧‧‧接觸
242、442、642‧‧‧金屬接合
260、660‧‧‧雷射源
262、662‧‧‧雷射光束
264‧‧‧熱
470、472、670、672‧‧‧黏著層
680‧‧‧固化
200、400、600‧‧‧太陽能電池結構
202、402、602‧‧‧背面
204、404、604‧‧‧正面
208、408、608‧‧‧矽基板
210、410、610、212、412、612‧‧‧摻雜區域
220、420、620‧‧‧介電區域
230、430、431、630、631‧‧‧第一金屬層
232、432、632‧‧‧第二金屬層
234、474‧‧‧間距
240、440、640‧‧‧接觸
242、442、642‧‧‧金屬接合
260、660‧‧‧雷射源
262、662‧‧‧雷射光束
264‧‧‧熱
470、472、670、672‧‧‧黏著層
680‧‧‧固化
當搭配下列圖式考量時，可藉由參照實施方式及申請專利範圍而推導出專利標的之更完整的理解，其中在整個圖式中相同參考符號指代類似的元件。
第1圖係為根據一些實施例之用於製備太陽能電池的示例方法之表示流程圖；
第2圖係為太陽能電池結構上的第一金屬層及第二金屬層之截面圖；
第3圖係為根據一些實施例之局部地加熱第二金屬層之截面圖；
第4圖係為根據一些實施例之形成金屬接合之截面圖；
第5圖係為根據一些實施例之形成接觸之截面圖；
第6圖係為根據揭露的技術而製備的示例太陽能電池之截面圖；
第7圖係為根據一些實施例之金屬層的示例之示意性平面圖；
第8圖係為根據一些實施例之用於製備太陽能電池的另一示例方法之表示流程圖；
第9圖係為根據一些實施例之形成在第一金屬層上的黏著層之截面圖；
第10圖係為根據一些實施例之形成在黏著層上的第二金屬層之截面圖；
第11圖係為根據揭露的技術而製備的另一示例太陽能電池之截面圖；
第12圖係為根據揭露的技術而製備的又一示例太陽能電池之截面圖；
第13圖係為根據一些實施例之用於製備太陽能電池的又一示例方法之表示流程圖；
第14圖係為根據一些實施例之形成在第一金屬層上的黏著層之截面圖；
第15圖係為根據一些實施例之形成在黏著層上的第二金屬層之截面圖；
第16圖係為根據一些實施例之金屬接合、接觸及固化黏著層之截面圖；
第17圖係為根據一些實施例之形成圖案化金屬層之截面圖；
第18圖係為根據揭露的技術而製備的示例太陽能電池之截面圖；以及
第19圖係為根據揭露的技術而製備的又一示例太陽能電池之截面圖。
102、104、106、108、110‧‧‧方塊
Claims (20)
- 一種製備太陽能電池之方法，該方法包含： 在一太陽能電池結構的表面上形成一介電區域； 在該介電區域上形成一第一金屬層； 在該第一金屬層上形成一第二金屬層；以及 局部地加熱該第二金屬層的特定區域，其中加熱包含在該第一金屬層與該第二金屬層之間形成一金屬接合，並且在該第一金屬層與該太陽能電池結構之間形成一接觸。
- 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中局部地加熱包含引導一雷射光束在該第二金屬層上。
- 如申請專利範圍第2項所述之方法，其中引導該雷射光束包含引導具有在1奈秒至10毫秒的範圍內的脈衝期間之該雷射光束。
- 如申請專利範圍第2項所述之方法，其中引導該雷射光束包含使用選自由一連續波(CW)雷射及一脈衝雷射所組成的群組中的雷射。
- 如申請專利範圍第2項所述之方法，其中該雷射光束包含在100奈米至12微米的範圍內的波長。
- 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中在形成該第一金屬層之前，部分地去除對應至在該第一金屬層與該太陽能電池結構之間的該接觸的區域中的該介電區域。
- 如申請專利範圍第6項所述之方法，其中部分地去除該介電區域包含進行一雷射剝蝕製程。
- 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中形成該接觸包含在該第一金屬層與該太陽能電池結構之間形成一歐姆接觸。
- 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中形成該第一金屬層包含進行選自由一物理氣相沉積、一網板印刷、一電鍍、一燒結及一雷射轉移所組成的群組中的方法。
- 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中形成該第一金屬層包含在該介電區域上沉積一晶種金屬層。
- 一種製備太陽能電池之方法，該方法包含： 在一太陽能電池結構的表面上形成一介電區域； 在該介電區域上形成一第一金屬層； 在該第一金屬層上形成一黏著層；以及 在該黏著層上形成一第二金屬層，其中該黏著層力學性地耦合該第二金屬層至該第一金屬層，並且允許該第二金屬層至該第一金屬層之間的電性連接。
- 如申請專利範圍第11項所述之方法，其中進一步包含： 在形成該第一金屬層之前，部分地去除該介電區域以形成一接觸區域。
- 如申請專利範圍第11項所述之方法，其中形成該第一金屬層包含進行選自由一物理氣相沉積、一網板印刷、一電鍍、一燒結及一雷射轉移所組成的群組中的方法。
- 如申請專利範圍第11項所述之方法，其中形成該第一金屬層包含在該介電區域上沉積一晶種金屬層。
- 如申請專利範圍第11項所述之方法，其中形成該黏著層包含形成一絕緣黏著層。
- 如申請專利範圍第11項所述之方法，其中形成該黏著層包含形成一低黏度黏著層。
- 如申請專利範圍第11項所述之方法，其中形成該黏著層包含形成一圖案化黏著層。
- 如申請專利範圍第17項所述之方法，其中形成該圖案化黏著層包含固化該圖案化黏著層。
- 如申請專利範圍第18項所述之方法，其中形成該第二金屬層包含使用一直接物理氣相沉積(PVD)製程以在該第一金屬層上形成該第二金屬層。
- 如申請專利範圍第11項所述之方法，其中形成該黏著層包含形成一導電性黏著層。
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