TW202027285A - 用於太陽能電池金屬化之接合 - Google Patents

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理察漢莫頓 希沃
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馬修 摩爾斯
延斯 德克 馬歇涅爾
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Abstract

一種太陽能電池，其可包括基板及設置在基板內或基板上的半導體區域。太陽能電池也可包括以包括導電箔的導電接點接合於該半導體區域地設置在半導體區域上的導電接點。

Description

用於太陽能電池金屬化之接合
本發明是關於一種太陽能電池及其製造方法，特別是關於施加熱壓技術接合導電箔與半導體區域所形成的太陽能電池及其方法。
光伏電池，一般習知為太陽能電池，是用於太陽能輻射對電能直接轉換的公知裝置。一般地，太陽能電池係使用半導體製程技術形成靠近基板的表面的p-n接面而製造於半導體晶圓或基板上。撞擊在基板表面上，且進入基板的太陽能輻射創造出電子和電洞對於基板塊內。電子和電洞對移動至基板中的p摻雜和n摻雜區域，因而產生摻雜區域之間的電壓差動。摻雜區域連接至在太陽能電池上的導電區域以從電池引導電流到外部電路。
效能為太陽能電池重要的特質，因為其直接相關於太陽能電池產生能量的能力。同樣地，生產太陽能電池的效能直接相關於這些太陽能電池的成本效益。因此，普遍期望用於增加太陽能電池的效能的技術，或用於增加太陽能電池的製備的效能的技術。本發明的一些實施例藉由提供用於製造太陽能電池結構的新穎方法，使太陽能電池製備的效能增加。本發明的一些實施例藉由提供新穎的太陽能電池結構，使太陽能電池的效能增加。
本發明提供一種太陽能電池，包含基板、半導體區域及導電線。半導體區域係設置在基板上且與基板絕緣。導電線係熱壓至半導體區域
本發明又提供一種太陽能電池，包含單晶矽基板、摻雜矽區域、導電線、第一金屬及第二金屬。摻雜矽區域係設置於單晶矽基板中。導電線係熱壓至摻雜矽區域。第一金屬係位於導電線及摻雜矽區域之間。第二金屬係位於導電線及第一金屬之間。
本發明又提供一種太陽能電池，包含單晶矽基板、摻雜多晶矽層、氧化層及導電線。摻雜多晶矽層係設置於單晶矽基板上方。氧化層係位於單晶矽基板及摻雜多晶矽層之間。導電線係熱壓至摻雜多晶矽層。
本發明又提供一種太陽能電池，包含基板、半導體區域、導電線、第一金屬及第二金屬。半導體區域係設置於基板中或上方。導電線係熱壓至半導體區域。第一金屬係位於導電線及半導體區域之間。第二金屬係位於導電線及第一金屬之間。
本發明又提供一種太陽能電池，包含：單晶矽基板、摻雜矽區域及導電線。摻雜矽區域係設置於單晶矽基板中。導電線係熱壓至摻雜矽區域，其中導電線係為以銅塗佈的鋁線。
本發明又提供一種太陽能電池，包含：單晶矽基板、摻雜多晶矽層、導電線、第一金屬及第二金屬。摻雜多晶矽層係設置於單晶矽基板上方。導電線係熱壓至摻雜多晶矽層。第一金屬係位於導電線及摻雜多晶矽層之間。第二金屬係位於導電線及第一金屬之間。
下列詳細的描述僅為說明性質且不旨在限制本發明的申請標的實施例或這些實施例的應用。當用於本文中，字詞「示例性」表示「作為一個例示、範例、或描述」。任何本文中作為示例性所描述的實施方式皆不必然地被解釋優於或較佳於其他實施方式。此外，不意圖被先前技術領域、背景知識、發明內容或下列詳細描述中明示或暗示的任何理論束縛。
此說明書包括參考「一個實施例」或「一實施例」。如「在一個實施例中」或「在一實施例中」的這些片語的出現不必然指稱相同的實施例。特定的特徵、結構、或特性可以任何與本發明一致的合適方法來結合。
用語：下列段落提供在本發明(包括附加的申請專利範圍)中找到的用語之定義及/或含意。
「包含」：此用語是開放式的。當用於後附的申請專利範圍中時，此用語不排除其他的結構或步驟。
「配置以(Configured  to)」：各種單元或部件可被描述或申明為「配置以」執行一個任務或多個任務。在這樣的語境中，「配置以」被使用以藉由指明該單元/部件包括在操作期間執行這些任務的結構來意味著結構。如此，即便當特定的單元/部件目前不被操作(例如，不開啟/活化) ，單元/部件也可被說是被配置以執行任務。
「第一」、「第二」等：當用於本文中，這些用語被使用作標記其所前綴的名詞，且不暗示任何種類的順序(例如，空間、時間、邏輯等)。舉例來說，當被稱為導電接點的「第一」傳導部分不必然暗指此傳導部分是在順序上的第一個傳導部分；反而，用語「第一」是被使用在從另一個傳導部分(例如，一「第二」傳導部分)區別此傳導部分
「基於」：當用於本文中，此用語是使用以描述影響判定的一個或多個因素。此用語不排除可能影響判定的其他因素。亦即，判定可以是單獨地基於那些因素或至少一部分地基於那些因素。考慮片語「基於B來判定A」。雖然B可能為影響A的判定的因素，這樣的片語不排除A的判定也基於C。在其他情況中，A可單獨基於B來判定。
「耦合」：此下列描述指稱元件或節點特徵被「耦合」在一起。當用於本文中，除非示例性另有描述，「耦合」表示一個元件/節點/特徵直接或間接接合到另一個元件/節點/特徵(或直接或間接地與另一個元件/節點/特徵聯通)，且不必然機械上的。
此外，特定的用語也可僅為了參考的目的而被使用在下列的描述中，且此不旨在限制。舉例來說，用語諸如「上部」、「下部」、「以上」、以及「以下」指稱在據以參考的圖式中的方向。用語諸如「前」、「後」、「後方」、「側」、「外側的」、「內側的」描述在一致但任意的參考框架中的部件的部份的定向及/或位置，其該框架是藉由參考文本和描述所討論的部件相關聯的圖式來使其清楚。諸如用語可包括以上具體提到的字詞、其衍生、和相似意義的字詞。
儘管本文所描述的許多例示是背接觸太陽能電池，該技術和結構也同等地應用至其他(例如，前接觸)太陽能電池。此外，儘管本發明的揭露為了便於理解大多以太陽能電池的用語來描述，揭露的技術和結構同等地應用至其他半導體結構(例如，通常是矽晶圓)。
本發明揭露太陽能電池導電接點和形成太陽能電池導電接點的方法。在下列描述中，闡述各種具體的細節，諸如具體的製程流程工序，以提供對本發明的實施例的通透的了解。將對所屬領域具有通常知識者顯而易見的是，本發明的實施例可無這些具體細節地執行。在其他範例中，不詳細地描述已知的製造技術，諸如微影技術，以避免不必要模糊本發明的實施例。此外，被理解的是各種顯示在圖式的實施方式為描述性地表現且不必然按比例繪製。此說明書首先描述太陽能電池可包括所揭露的導電接點的示例太陽能電池，接著更詳細地解釋導電接點結構的各種實施例。本說明書接著包含用於形成本發明揭露的導電接點的示例方法的描述。通篇提供多種例示。
在第一例示太陽能電池中，導電箔被用以在具有在太陽能電池的基板上形成的射極區的太陽能電池製造接點，像是背側接點。舉例來說，第1A圖描述根據本發明的實施例，具有導電接點被形成在於基板以上形成的射極區上的太陽能電池的一部分的剖面圖。
參考第1A圖，太陽能電池100A的一部分包括圖案化介電層224，其設置於複數個n-型摻雜多晶矽區域220、複數個p-型摻雜多晶矽區域222、以及在被溝槽216暴露的基板200的部分上。導電接點228被設置在設置於介電層224內的複數個接觸開口中，且耦合至複數個n-型摻雜多晶矽區域220以及複數個p-型摻雜多晶矽區域222。
在一個實施例中，複數個n-型摻雜多晶矽區域220和複數個p-型摻雜多晶矽區域222可提供太陽能電池100A的射極區。如此，在一實施例中，導電接點228是設置在射極區上。在一實施例中，導電接點228是用於背側太陽能電池的背接點且位於相反於太陽能電池100A的光接收表面(如在第1A圖中被提供為201的方向)的太陽能電池表面。此外，在一個實施例中，該射極區被形成在薄的或穿隧介電層202上。
在一些實施例中，如第1A圖所顯示的，製造背接觸太陽能電池可包括形成薄介電層202在基板上。在一實施例中，薄介電層是以二氧化矽組成且具有大約在5-50埃的範圍內的厚度。在一實施例中，薄介電層實施為穿隧氧化層。在一實施例中，基板是塊狀單晶矽基板，諸如n-型摻雜單晶矽基板。然而，在另一個實施例中，基板包括設置在整個太陽能電池基板上的多晶矽層。
溝槽216可被形成在n-型摻雜多晶矽(或非晶矽)區域220和p-型摻雜多晶矽區域222之間。溝槽216的部分可被紋理化以具有紋理特徵。介電層224可被形成在複數個n-型摻雜多晶矽區域220、p-型摻雜多晶矽區域222、以及被溝槽216暴露的基板200的部分之上。在一實施例中，介電層224的下部表面可被形成為與複數個n-型摻雜多晶矽區域220、複數個p-型摻雜多晶矽區域222、以及基板200的暴露部分共形，而介電層224的上部表面是實質上平坦的。在一特定實施例中，介電層224是抗反射塗佈(ARC)層。
複數個接觸開口可被形成在介電層224中。複數個接觸開口可提供暴露複數個n-型摻雜多晶矽區域220及至複數個p-型摻雜多晶矽區域222。在一實施例中，複數個接觸開口係以雷射剝蝕來形成。在一實施例中，對n-型摻雜多晶矽區域220的接觸開口具有與對p-型摻雜多晶矽區域222的接觸開口大致上相同的高度。
形成背接觸太陽能電池的接點可包括形成導電接點228在複數個接觸開口226中，且耦合至複數個n-型摻雜多晶矽區域220以及至複數個p-型摻雜多晶矽區域222。如此，在一實施例中，導電接點228被形成在相反於塊狀N-型矽基板200的光接收表面201的塊狀N型矽基板200的表面上或之上。在一特定實施例中，導電接點被形成在基板200的表面之上的區域(222/220)上。
仍參考第1A圖，導電接點228可包括導電箔134。在多種實施例中，導電箔可包括鋁、銅、其他導電材料、及/或其組合。在一些實施例中，如第1A圖所示，導電接點228也可包括一個或多個導電(金屬或其他)區域，諸如第1A圖中的區域130和132，在導電箔134和個別的半導體區域之間。舉例來說，第一導電區域130可包括(例如，鋁、鋁/矽合金等)，其可被印刷、或毯覆性沉積(blanket deposited)(例如，濺射、蒸鍍等)。在一實施例中，第二導電區域可為接合區域以促進增進在金屬區域、導電箔和半導體區域之間的黏合。示例接合區域可包括矽(Si)、鎳(Ni)、鍺(Ge)、鑭系材料、鋁和Si、Ni、Ge、或鑭系材料等的合金等。在各種實施例中，在電池和箔接觸之前，第二導電區域可被沉積在第一導電區域上或被沉積至箔。在一實施例中，如本文所描述的，介金屬相/區/區域可從第二金屬區域132以及導電箔134的至少一部分形成，其可允許在熱壓期間較低溫度及/或較少壓力。
在一實施例中，導電箔134以及一個或多個導電區域130和132可熱壓至太陽能電池的半導體區域且因而與該太陽能電池100A的射極區電力接觸。如本文所描述的，在一些實施例中，如第1A圖和第1B圖所示，一個或多個導電區域(例如，濺鍍、蒸鍍、或印刷鋁、鎳、銅等)可存在於熱壓的導電箔和射極區之間。熱壓導電箔於本文中被使用以指已經在塑性變形可發生溫度中加熱，且機械性壓力已經以足夠的力施加，使得箔可更容易黏附至射極區及/或導電區域之導電箔。
在一些實施例中，導電箔134可為鋁(Al)箔，不論為純鋁或是合金(例如，鋁/矽(Al/Si)合金箔)。在一實施例中，導電箔134也可包括非Al金屬。諸如非Al金屬可被使用以與Al顆粒結合或代替Al顆粒。舉例來說，在一個實施例中，導電箔134是銅塗層的鋁箔，其可增進可焊性及/或其可助於進行後續的電鍍製程。雖然本發明揭露的大部分描述金屬箔和金屬導電區域，注意的是在一些實施例中，非金屬導電箔(例如，導電碳)以及非金屬導電區域可相似地被用於添加或代替金屬箔和金屬導電區域。如本文所描述的，在其他實例中，金屬箔可包括Al、Al-Si合金、錫、銅、及/或銀。在一些實施例中，導電箔可小於5微米厚度(例如，小於1微米)，而在其他實施例中，箔可為其他的厚度(例如，15微米、25微米、37微米等)。在一些實施例中，箔的類型(例如，鋁、銅、錫等)可影響達成傳輸足夠的電流橫跨太陽能電池所需的箔的厚度。此外，在具有一個或多個額外的導電區域130和132的實施例中，箔可薄於不具那些額外的導電區域的實施例中的箔。
在多種實施例中，導電箔134可具有一個或多個應變釋放(strain relief)特徵，其可幫助減少晶圓的曲折的風險和數量。本文也描述關於應變釋放特徵的其他細節。
在多種實施例中，導電區域130和132可由金屬貼膏(例如，貼膏包括金屬顆粒以及黏合劑，使得該貼膏是可印刷的)、由金屬粉末(例如，沒有黏合劑的金屬顆粒、Al顆粒的粉末、Al顆粒的層和Cu顆粒的層)、或由金屬貼膏和金屬粉末的組合形成。在一個使用金屬貼膏的實施例中，貼膏可藉由印刷(例如，網版印刷、噴墨印刷等) 貼膏於基板上地施加。貼膏可包括用於易於遞送貼膏的溶劑以及也可包括其他成分，諸如黏合劑或玻璃熔塊。
在多種實施例中，導電區域130和132的金屬顆粒可具有大約1-500微米的厚度。舉例來說，用於在金屬顆粒被印刷的實施例中，印刷的金屬顆粒可具有大約1-10微米的厚度。
在多種實施例中，金屬顆粒可被焚燒(在導電箔及導電區域被熱壓之前及/或之後)，也被稱為燒結，以將金屬顆粒聚結在一起，其可增進導電性並且降低線路電阻以增加太陽能電池的效能。注意的是一些數量的顆粒的聚結也可在熱壓期間發生。如本文所描述的，揭露的結構和技術可增進太陽能電池的導電接點的電性特性及/或減少成本。
雖然諸多敘述描述使用熱壓技術和結構(包括導電箔)而非電鍍金屬，在一些實施例中，額外的金屬可被電鍍至導電箔130。舉例來說，鎳及/或銅可根據無電或電解的電鍍技術來電鍍。注意的是在一實施例中，舉例來說，在鋅酸鹽製程中，可加入鋅，以導致在鋁上的電鍍。本文描述了可幫助促進電鍍的實施例的各種例示。
現在轉向第1B圖，描述根據一個實施例，具有導電接點被形成於在基板中形成的射極區上的例示太陽能電池的部分的剖面圖。舉例來說，在這第二例示性電池中，熱壓的導電箔可被使用於製造具有形成在太陽能電池的基板中的射極區的太陽能電池之接點，諸如背側接點，針對。
如第1B圖所示，太陽能電池100B的一部分包括圖案化的介電層124，其設置於複數個n-型摻雜擴散區域120、複數個p-型摻雜擴散區域122之上，以及在基板100的部分上，諸如塊狀結晶矽基板上。導電接點128被設置在設置於介電層124中的複數個接觸開口中，且耦合至複數個n-型摻雜擴散區域120和至複數個p-型摻雜擴散區域。在一實施例中，擴散區域120和122藉由以n-型摻質和p-型摻質分別摻雜矽基板的區域來形成。此外，在一實施例中，複數個n-型摻雜擴散區域120和複數個p-型摻雜擴散區域122可提供太陽能電池100B的射極區。如此，在一實施例中，導電接點128設置在射極區中。在一實施例中，導電接點128係為背接觸太陽能電池的背接點且位於相反於光接收表面的太陽能電池表面上，諸如相反於紋理化光接收表面101，如第1B圖中所示。
在一實施例中，再次參考第1B圖且與第1A圖類似，導電接點128可包括導電箔134，且在一些實施例中，一個或多個額外的導電接點，諸如導電區域130和132。導電箔134及一個或多個導電接點可被熱壓至太陽能電池的半導體區域及/或一個或多個在箔和半導體區域之間的導電區域且因而與太陽能電池110A的射極區電力接觸。第1A圖的導電接點描述同樣地應用於第1B圖的導電接點而為了描述的精簡不再重複。
現在轉向參考第2A圖，其描述太陽能電池包括與第1A圖的太陽能電池相同的特徵，除了第2A圖的例示太陽能電池不包括一個或多個額外的導電區域(第1A圖的區域130和132)。反而是，導電箔134是熱壓且直接接合在太陽能電池的半導體區域。
相似地，第2B圖描述的太陽能電池包括與第1B圖的太陽能電池相同的特徵，除了第2B圖的例示太陽能電池不包括一個或多個額外的導電區域(第1B圖的130和132)。反而是，導電箔134被直接熱壓至太陽能電池的半導體區域。
雖然本文描述特定的材料，一些材料可易於以其他材料來取代連，而其他此種實施例仍維持在本發明的實施例的精神和範疇內。舉例來說，在一實施例中，可使用不同的材料基板，諸如III-V族材料基板而非矽基板。
注意的是，在多種實施例中，形成的接點不需要直接地形成在整塊狀基板上，如在第1B和2B圖中描述的。舉例來說，在一個實施例中，諸如以上描述的那些導電接點，被形成在形成於塊狀基板(例如，在塊狀基板的背側)上的半導體區域上，如於第1A圖和第2A圖中描述的。
使用熱壓顆粒作為接點可降低接觸電阻且增進導電接點的傳導性且造成，太陽能電池效能的增進。此外，變形的顆粒可增加顆粒的凝聚和顆粒對太陽能電池的的黏附。此外，在其中使用Al顆粒(不論在第一或第二導電區域中或作為導電箔的一部分)的實施例中，變形Al顆粒可破壞在Al顆粒周圍的氧化殼，進而增加變形的Al顆粒的傳導性。當顆粒被變形，至顆粒接觸區的顆粒增加，如此助於在燒結期間原子的相互擴散，其最終可增加傳導性和顆粒的凝聚。
現在轉向第3圖，顯示根據一些實施例描述用於形成導電接點的方法的流程圖。在多種實施例中，第3圖中的方法可包括額外(或更少)於描述的模塊。舉例來說，在一些實施例中，焊接箔，如模塊306所示的，可不執行。
如在模塊302所顯示的，導電箔可置於半導體區域上。如本文所描述的，在其他實例中，導電箔可為鋁箔、銅箔、銅塗佈的鋁箔。雖然描述為箔，注意的是箔不必然具有片的形狀，反而可被預圖案化成線圈、帶、指等的形狀。第4A圖描述導電箔404被置於晶圓400上的例示剖面圖。注意的是，相較於第4A圖中的描述，在一些實施例中，導電箔404可完全地重疊晶圓400。進一步注意的是為了易於描述，實際的半導體區域不在第4A圖中描述，而將第2A或2B圖的半導體區域等同地應用至第4A圖的描述。如第4A圖中描述的，導電箔404可位於介電區域402a、402b、402c、以及402d上。
在一個實施例中，導電箔可為真空或其他方式緊密地維持在晶圓的表面以幫助確保箔適當的配合於晶圓。舉例來說，晶圓所座落的表面上(例如，在第4B圖中的板410)可包括數個孔洞，空氣透過這些孔洞從箔/晶圓介面移除。
在模塊304，熱壓技術可被應用至導電箔。熱壓技術可包括加熱和施加機械力至箔。加熱箔可藉由減少箔的降伏強度降低所需之機械力的量以及幫助增加接合。在一些實施例中，加熱導電箔可包括在攝氏200度以上加熱箔且施加機械力可包括施加至少1psi的壓力。
在一實施例中，機械力可包括垂直加壓及/或側向機械力。機械力可藉由工具412，諸如棍子、板、滾軸、以及其他工具來施加。工具可由石墨製成，具有石墨塗層，或由其他材料諸如Marinite A或Marinite C或其他製成，或具有來自其他材料諸如Marinite A或Marinite C或其他的塗層，以使得工具在熱壓期間將不附著至箔。作為工具的一例示，在一個實施例中，導電箔可被壓在大致上平行的兩個板之間，其受到加壓以使晶圓和箔在一起。在另一個實施例中，可使用可撓性膜，以加壓流體在膜的另一側上地將箔和晶圓壓在一起。流體壓力加壓可為乾袋或濕袋等靜壓，其可為冷或熱等靜壓。
在多種實施例中，加熱和機械力可一同施加或加熱可先發生，隨後施加機械力。舉例來說，在一個實施例中，晶圓400可放置在熱表面410上，諸如設於大約攝氏400-500度的熱板，如於第4B圖中所示。 在一個實施例中，工具412可被加熱，另外加熱晶圓位於其上的表面或是替代加熱晶圓位於其上的表面。注意的是大約 400-500度是使用於在20-40微米的範圍內的鋁系箔的例示，但亦存在其他實例。 舉例來說，用於不同類型和厚度的箔，可使用足以軟化箔的不同的溫度和時間。此外，當用於本文中，藉由使用可自其形成介金屬相之第二導電區域，於熱壓可使用較低的溫度和較少的力。
在一實施例中，除了形成熱壓接合或替代形成熱壓接合，可使用箔種介面的超音波震盪，其可造成較強的接合或接合壓焊的處理溫度。
在一個實施例中，用以加熱導電箔及/或導電區域的溫度可相似於用於太陽能電池的製造的混合氣體退火(FGA)製程的溫度。因此，在一實施例中，加熱箔及/或施加機械力可在相同工具中之FGA製程期間執行，其可導致較少的製造裝備部件且節省製造製程的時間。
在一些實施例中，工具、板、及/或表面可以較不可能與箔或晶圓形成接合的材料來製成。舉例來說，在其中導電箔包括鋁的實施例中，工具可包括石墨以使工具本身較不可能與箔相黏或接合。
在一些實施例中，導電箔可延展超過晶圓，使得經由冷卻，晶圓/箔組件可彎折為箔接觸多於晶圓。為了幫助緩和晶圓彎折，一個或多個應變釋放特徵可被添加至箔。舉例來說，在一個實施例中，機械例可選擇性地被施加(例如，不均勻地分布)。選擇性的力可以圖案化工具來施加，其在一些實施例中可為圖案化板或圖案化模具。藉由圖案化施加至箔的壓力場，箔的區域可選擇性地為強接合或弱接合。弱接合區可接著輕易地藉由蝕刻、雷射剝蝕、撕裂、蝕刻、剝蝕、及/或撕裂的組合等從電池移除。
在一些實施例中，箔可以在其他點箔遠離板或晶圓彎折(弱接合)地以離散的點或線(強接合)接合至晶圓。弱接合箔區域可從晶圓分層以使那些區域塑性變形(收縮)，其可從系統釋放壓力且減少晶圓彎折。應變釋放特徵的和圖案化模具的各種實例可見於第9圖、第10圖、第11A圖-第11C圖、及第12A圖-第12C圖。作為一個具體的例示，如於第11A圖-第11C圖所示，力可被施加在大約為太陽能電池指圖案的圖案中，其可不僅創造應變釋放特徵還也可集中機械力在相應於接點的區域中，使得施加至電池作為一個整體的的總體機械力可被減少。其他應變釋放特徵可包括箔中的孔洞和細縫，以及其他例示。
在一些實施例中，額外的導電材料可被添加至導電箔的頂部。舉例來說，額外的導電箔可在加熱和機械力被施加之前或之後被添加。作為一個具體例示，銅的區域(例如，銅貼膏、箔或粉末)可被添加在導電箔之上且與導電箔和基板熱壓在一起，以使接點的最外部分是銅，其可使焊接更有效，舉例來說，以使多個太陽能電池互相連接。在另一個實施例中，額外的導電材料可包括鍍敷材料，像是銅。
在模塊306，導電箔可在一些實施例中被焊接。在其他實施例中，可不執行在模塊306的焊接。在一實施例中，導電箔可被焊接至太陽能電池的區域而不執行在模塊304的熱壓技術。在另一個實施例中，導電箔可在執行模塊304之後焊接到半導體區域。焊接可為雷射焊接、摩擦焊接、其他類型的焊接且可以被施以點焊(例如，相應於指的位置)且可增加黏接的強度。
如模塊308顯示的，導電箔可被圖案化。存在多種圖案化例示且多種圖案化例示被更詳細地描述於以下。舉例來說，在模塊308的圖案化可包括遮罩和蝕刻圖案化、凹槽和蝕刻圖案化、遮罩、凹槽、和蝕刻圖案化及其他例示。在熱壓壓焊大致上延續於大面積的晶圓上的實施例中，可使用溼蝕刻作為圖案化的方法具有降低在結構中陷落蝕刻化學(trapping etch chemistry)的風險。
現在轉向第5圖，顯示根據本發明的一些實施例描述用於形成導電接點的方法的流程圖。在各種實施例中，相較於所述，第5圖的方法可包括額外的(或更少)模塊。舉例來說，在一些實施例中，可不執行如模塊508所示的焊接箔。或，在一些實施例中，可不執行熱壓技術在506的施用。此外，在各種實施例中，第3圖的方法的描述等同的應用於第5圖的方法的描述。因此，為了解釋上的清楚，描述的一些描述不被重複。
如模塊502所顯示的，第一金屬區域(或非金屬導電區域)可被形成於半導體區域上。在一實施例中，第一金屬區域可為貼膏、顆粒或薄連續層等，且可被以各種方法形成，諸如濺鍍、印刷金屬(例如，印刷成圖案，諸如指圖案)、蒸鍍、其他沉積方法等。第一金屬區域可包括金屬、溶劑、黏著劑、黏度調節劑等。金屬例示包括鋁、鋁-矽、其他鋁合金及其他例示。
在各種實施例中，第一金屬區域的厚度可小於5微米，且在一實施例中，可小於1微米。
在一實施例中，一個或多個額外的區域可被形成於第一金屬區域(例如，藉由濺鍍、印刷、蒸鍍等)上。在一實施例中，額外的區域(例如，第二金屬或非金屬導電區域)可包括可形成介金屬相或與導電箔形成合金的接合區域。這樣接合區域的實例包括鎳、鍺、矽、鑭系金屬、或至少鋁與那些材料中的一個的合金。在一實施例中，接合區域可在低於導電箔的熔點的溫度形成介金屬相(例如，對導電箔是鋁鉑的實施例而言，低於鋁的熔點)。藉由形成介金屬相或合金，即使在低熱壓溫度及/或較小壓力下，亦可在箔、介金屬相、第一金屬區域、和基板之間形成足夠的黏合。據此，藉由使用較小壓力和較低溫度，可降低晶圓損害的風險。此外，介金屬相能繞過整個熱壓技術並且藉由另一個技術提供足夠的黏合，諸如焊接。因此，在一實施例中，箔和第二金屬區域可被焊接且，在這樣做時，因此形成介金屬相。
在一實施例中，第一和第二金屬區域可以相同的工具(例如，PVD、工具、CVD工具，等) 形成且因此對製造製程添加最小處理時間和成本。
在額外的金屬區域為印刷種時，第一金屬區域可被焚燒以揮發溶劑以及活化任何黏著劑任何黏度調節劑。在焚燒之後，貼膏的的顆粒可彼此接合且接合到基板。 焚燒可在熱壓之前或之後執行。
如模塊504所顯示的，導電箔可置放於第一金屬區域上，且在額外的金屬區域是在第一金屬區域上的實施例中，是於額外的金屬區上。如本文所描述的，導電箔可為鋁箔、銅箔、銅塗佈的鋁箔及其他例示。此外，如本文所描述的，可使用導電箔的多重層 (例如，鋁箔的層、以及銅箔的層等)。
在一實施例中，熱壓技術可被應用至如在模塊506 所顯示的導電箔，以及如在第3圖中的模塊304所述。
在模塊508，在一實施例中，導電箔可被焊接為如第3圖的模塊306描述的。
如在模塊510所示，箔和任何金屬區域(例如，第一、第二等)可如第3圖的模塊308和本文所描述的被圖案化。
第6A圖和第6B圖描述在具有濺鍍第一金屬區之實施例中形成導電接點的剖面圖。如顯示於第6A圖，導電箔604是設置於第一金屬區域606上，其形成於晶圓600上。如所示，第一金屬圖案被濺鍍使得其至少一部分在介電區602a-d之間，且其至少一部分是在那些介電區域上。注意在一些實施例中，導電箔604可完全重疊晶圓600。進一步注意的是為描述的便利，實際半導體區域不被描述於第6A圖，而第1A圖或第1B圖的半導體區域等同地應用在第6A圖的描述。
如第6B圖中顯示的，晶圓600被設置在熱表面上，諸如設於大約攝氏400-500度之熱板610。壓力接著以工具612施力以施加於熱壓技術的加壓部分。其他也存在熱壓技術例示，如本文所描述的。舉例來說，工具612可施加熱和壓力兩者，代替以熱板施加熱、或另外以熱板施加熱。
第7A圖和第7B圖描述在具有印刷種第一金屬區域之實施例中形成導電接點的剖面圖。相比於第6A圖，在第7A圖中的第一金屬區域706是不覆蓋晶圓700的整體表面的印刷種區域。舉例來說，在其中種區域被印刷的圖案可為指圖案，以使得該第一金屬圖案706不需要被圖案化。雖然為了清楚起見，第6A和6B圖的介電區域不描述於第7A圖中，這些區域也可存猶然在於第7A圖的例示中。注意的是在第7A圖和第7B圖中，第一金屬區域706的顆粒已經具體地描述但所屬領域具有通常知識者將理解到第一金屬區域706的結構是相似於本文描述的其他金屬區域的結構。
第7B圖描述施加熱壓予第一金屬區域706和導電箔704。如所顯示的，第一金屬區域706的顆粒可被變形，其可造成顆粒更好地黏著至彼此且黏著至基板，且減少線路電阻，因而增進傳導性和太陽能電池效能。當是第6A圖-第6B圖和第7A圖-第7B圖的例示的情況時，存在用以加熱和施加壓力的其他例示。舉例來說，工具712可被加熱以替代熱板710或是除了熱板710以外地使用。或，工具和組件可被放置在烘箱中(例如，作為FGA製程或其他的部分)。
第8圖描述用於圖案化箔(以及在一些情況中金屬區域)以形成導電接點的圖案化順序的各種例示之剖面圖。雖然第8圖描述三個圖案化順序，可存在其他圖案化順序。首先，前面的三個圖可應用於三種順序中的全部。如所示，第一金屬區域806是形成於晶圓800上且導電箔設置於第一金屬區域806上。如本文所描述的，注意第一金屬區域806在一些實施例中可不存在(例如，如第2A圖、第2B圖和第3圖中所示)。且注意在一些實施例中，可存在一個或多個額外的金屬區域。不論一金屬區或多個金屬區存在於導電箔與半導體區域之間與否，皆可應用相似的圖案化序順序。
最左邊的圖案化序列描述遮罩、開槽和蝕刻順序。如顯示的，非圖案化遮罩816(例如，非圖案化蝕刻抗蝕劑、膜等)是施加在導電箔804上，舉例來說，實質上橫跨導電箔的整個表面。遮罩816接著被圖案化如順序中之下一個圖所示，不論是藉由雷射剝蝕、機械開槽或其他。在一實施例中，導電箔也可被圖案化或被開槽，舉例來說，藉由雷射剝蝕被圖案化或被開槽。接著，化學蝕刻被施加且遮罩以描述在最後順序的有著導電接點的產物電池地剝離。
中間圖案化順序是相似於遮罩、開槽和蝕刻順序，除了遮罩816以特定的圖案應用(例如，印刷)而非毯覆式遮罩。如顯示的，化學蝕刻被施加且遮罩816是以描述在順序最後視角的有著導電接點的產物電池地剝離。
最右邊的順序描述開槽和蝕刻圖案化技術，其不包括施加遮罩(毯覆式、圖案化的、或其他)。如所顯示的，實際的導電箔804可被開槽在相應於介電區域802(以及在指之間打算分開的地方)的位置中。在一實施例中，雷射開槽那些位置可移除在那些位置內的多數厚度。因此，凹槽不完全切穿整個箔，而是留下一部分。接著施加化學蝕刻，其移除開槽殘餘的部分因而分離箔(以及在箔和半導體區域之間的任何金屬區域)成圖案。
相似於開槽和蝕刻例示，在一些實施例中，導電箔804可包括抗蝕刻塗層在其外部表面上。抗蝕刻塗層可以雷射或其他方式來圖案化，伴隨著一個或多個化學蝕刻。
當考慮到各種圖案化技術時，本發明揭露之熱壓結構可提供許多優點。舉例來說，因為導電箔(以及如果可行，還有導電區域)被實質上均勻地壓橫跨太陽能電池，相反於在其中箔或金屬區域留下可陷落蝕刻化學的間隙的技術，濕蝕刻可被用以降低在太陽能電池中陷落蝕刻化學的風險。
第9圖和第10圖描述在形成導電接點中用於選擇性地施加壓力的各種例示順序的剖面圖。第9圖和第10圖的例示描述第一金屬區域906但注意在其他實施例中，其可被省略。選擇性的壓力如以朝下的箭頭顯示地被施加，藉由圖案化模具912/1012或其他工具以選擇性地施加壓力以接合箔、導電區域、以及半導體區域的挑選區域。舉例來說，挑選區域可相應於最終是導電接點或太陽能電池指者。如所述，挑選性的壓力可導致可幫助緩和晶圓彎折的趨勢的一個或多個應變釋放特徵918/1018，如本文所描述的。注意的是應變釋放特徵918/1018可不接合至第一導電區域，如所描述的，或其可相比於其他區域微弱地接合。
此外，在半導體區域被溝槽結構分開的實施例中，施加選擇性壓力可降低半導體區域的邊緣撕裂的風險且因而降低半導體區域的不想要的未經鈍化部分的存在(未經鈍化部分如果邊緣撕裂夠多的話會存在)。
相似於在第8圖中描述的圖案化技術，各種例示圖案化技術被描述在第9圖和第10圖。描述在第8圖的各種細節將不在第9圖和第10圖中重複描述。在一實施例中，顯示在第9圖的左側的圖案化技術描述圖案化遮罩916的應用，接著化學蝕刻(其移除不被遮罩916覆蓋之箔及第一金屬部分的部份)，以及剝離遮罩916。
顯示在第9圖的右側上的圖案化技術描述之開槽和蝕刻技術相似於第8圖的開槽和蝕刻技術。如所示，在個別的半導體區之間的箔的區域被開槽(例如，藉由雷射剝蝕)。雖然顯示為完整的箔的區域的開槽，在一些實施例中，在開槽的位置的開槽可移除少於箔的全部厚度。或，在一些實施例中，在開槽位置可移除箔的全部厚度且也可移除第一金屬區域的部分。在第9圖的右側中的最後的圖描述在施加化學蝕刻之後的所得之太陽能電池。當與第8圖的遮罩和蝕刻例示相比較時，描述之開槽和蝕刻例示可導致較寬的指且也可造成至少一部分的應變釋放特徵留在電池內。然而，注意較寬的凹槽區可使用在其他例示中，使得在開槽和蝕刻例示中的指的寬度可大致上相似於遮罩和蝕刻例示者。
第10圖描述與第9圖相似的主要順序，但有兩個不同於第9圖的圖案化技術。第10圖的左手邊圖案化技術描述非圖案化遮罩技術，相似於第8圖的非圖案化遮罩技術，然而第10圖的右手邊圖案化技術描述相似於第8圖的遮罩、開槽和蝕刻技術。
第8圖至第10圖的多種實例中，非圖案化遮罩、開槽和蝕刻技術可使遮罩的替代選擇的使用(例如，PET片，其不可被印刷)為可行以及可造成指頂部表面的較少蝕刻，因而在留下更多金屬完整地在指上。此外，遮罩、開槽和蝕刻技術可使蝕刻浴的金屬負擔(metal loading)較少。
第11A圖至第11C圖描述在形成導電接點中選擇性地施加壓力的例示順序的剖面圖。第11A圖至第11C圖的例示描述施加選擇性壓力至導電箔1100以達成其中導電箔的金屬是大致上平行於在第一金屬區域1102中的相應金屬的指圖案。這樣的圖案在本文中被稱為精細M2圖案。
第12A圖至第12C圖描述在形成導電接點中選擇性地施加壓力之另一例示順序的剖面圖。第12A圖至第12C圖的例示描述施加選擇性壓力至導電箔1200以達成其中導電箔的金屬是大致上垂直於在第一金屬區域1202中的相應金屬之指圖案。這樣的圖案在本文中被稱為粗糙M2圖案。如所示，為了達成這樣的圖案，高溫介電質1206可被形成於相應於自其箔指1200之相反的金屬類型的第一導電區域1202上。舉例來說，針對在該區內導電箔的p-型指重疊n-型第一金屬區域的區域來說，介電質1206可被施加至那些n-型第一金屬區域。且針對導電箔的n-型指重疊p-型第一金屬區域的地方，介電質1206可被施加至那些p-型第一金屬區域。
雖然第11A圖至第11C圖和第12A圖至第12C圖描述使用選擇性壓力施加之精細和粗糙M2圖案的概念，在其他實施例中，可使用大致上均勻地分布的壓力施加以達成描述的粗糙和精細M2圖案。
第13圖至第16圖描述在額外的金屬部分被添加至導電箔的實施例中用於形成導電接點的各種例示順序的剖面圖。
第13圖描具有額外的導電層1316在頂部之導電箔1304。在各種實施例中，額外的導電層1316可為濺鍍層或蒸鍍層，其可為導電箔的塗層，或在一些實施例中其可為在箔的熱壓或焊接期間被熱壓的獨立的箔。
在一個實施例中，導電箔1304是有著額外的銅的導電層1316的鋁箔。如所顯示的，電鍍遮罩1312可以特定圖型施加至在額外的導電層1316上的。銅1308及/或錫1310可被電鍍在額外的導電層1316。凹蝕製程可接著藉由以合適的蝕刻劑或導致遮罩移除的連續的蝕刻劑，移除電鍍遮罩1302和蝕刻金屬層1316、1304、和1306而提供，以及各種金屬層導致在第13圖的最後的圖中之圖案化太陽能電池。
藉由使用銅表面作為額外的導電層，可執行以銅電鍍及/或軟焊到電池至電池的佈線。
第14圖描述如第13圖的例示中的具有額外的導電層1416之導電箔1404。與第13圖不同的是，第14圖中的例示不包括額外的金屬區域(如在第13圖中的第一金屬區域1306中)。而是，導電箔1404可與在介電區域1402中的開口之間的矽直接接觸。第14圖的剩下的圖是相似於第13圖；因此，描述等同地應用於第14圖的圖。
第15圖描述具有額外的導電區域1516作為焊墊，諸如可焊接焊墊之導電箔1504。額外的導電區域的各種例示包括銅箔、鎳箔以及其他可焊接材料。如所示，額外的導電區域1516存在於焊盤，如第15圖所顯示的。焊盤可熱壓至導電箔1504，或其可被焊接以其他方式接合至導電箔1504。描述在第15圖中的左手邊的圖案化順序描述遮罩和蝕刻圖案化技術，然第15圖的右手邊描述開槽和蝕刻圖案化技術，兩者在本文中被描述。
第16圖描述在其中銅遮罩被施加至銅塗層箔的製程。如所示，銅蝕刻遮罩1602可被施加至額外的銅層1616，隨後是銅的部份的蝕刻(例如，藉由氯化鐵、過氧化物/HCl、或其他銅蝕刻劑等)，伴隨著剩餘的導電箔的部分的蝕刻，導致在第16圖的最後的圖的結構。
在一實施例中，在箔上的塗層可被圖案化(例如，雷射圖案化)以形成銅蝕刻遮罩，其可接著作為用於鋁的KOH蝕刻的硬蝕刻抗蝕劑遮罩來使用。
第17A圖和第17B圖描述具有介金屬區域的太陽能電池結構的剖面圖。第17A圖和第17B圖描述相似於第1A圖和第1B圖的結構的太陽能電池結構，其具有第一金屬區域1706和第二金屬區域1708以及導電箔1704。如所示，兩者結構具有介金屬區/相/區域1710，如本文所描述的，其從第二金屬區域1706和導電箔1704形成。在第17A圖和第17B圖之間的差異是第17A圖描述熱壓導電箔以及第一和第二金屬區域以形成介金屬相1710，然而第17B圖描述使用熱(例如，雷射熱)以局部地融化金屬以形成介金屬相1710。
在一實施例中，第二金屬區域1708可為鎳、鍺或矽。在各種實施例中，第一金屬區域1706的厚度可小於5微米(例如，小於1微米)，以及導電箔1704可在10和100微米之間(例如，30-60微米)。
在一實施例中，第二金屬區域1708的厚度是被挑選，使得所得的介金屬節的接合強度高，且轉換為介金屬相的導電箔的體積被限制，使得不減少其機械強度或其電力傳導性。
針對第17A圖的例示，介金屬區的形成可至少部分取決於第二導電區域的厚度。針對第17B圖的例示，被介金屬的形成所影響的體積可取決於導電箔的厚度以及熔區1715的橫向尺寸。如此，在一些實施例中，第二導電區域的厚度以及熔區1715的橫向尺寸可被使用以界定在介金屬混合物中的兩個材料的濃度比至適合產生機械穩定節的值的比例。
藉由使用允許介金屬區的創造的第二金屬區域，可使用較低的溫度及/或較小壓力，因而減少對太陽能電池的風險和損害。
雖然特定的實施例已經描述於上，這些實施例不旨在限制本發明的範疇，即使關於特定特徵只描述一個單一實施例時。在本發明中提供的特徵的例示是旨在描述而非限縮，除非另有說明。當對具有本發明的效益的所屬領域中具有通常知識者為顯而易見時，以上的描述旨在涵蓋這些的替換、修飾、以及均等物。
本發明的範疇包括本文揭露的任何特徵或特徵的組合(不論明示或暗示)，或任何其概括，不論其減輕任何或全部本文指出的問題與否。因此，新的申請專利範圍可在本發明(或其聲明優先權的本發明)的申請期間可制定成特徵的任何組合。尤其是，參考附錄的發明申請專利範圍，來自附屬項中的特徵可與那些獨立項中的特徵結合，且來自各別獨立項中的特徵可以任何合適的方式結合且不僅僅是列舉在附錄的發明申請專利範圍中的具體組合。
100A,100B:太陽能電池 120:n-型摻雜擴散區域 122:p-型摻雜擴散區域 130,132:導電區域 134,404,604,704,804,904,1004,1100,1200,1304,1404,1504,1604,1704:導電箔 100,200:基板 101,201:光接收表面 124,202,224:介電層 216:溝槽 220:n-型摻雜多晶矽區域 222:p-型摻雜多晶矽區域 128,228:導電接點 302,304,306,308,502,504,506,508,510:模塊 400,600,700,800,900,1000,1300,1400,1500,1600:晶圓 402a,402b,402c,402d,602a,602b,602c,602d,702,802,902,1002,1402,1502:介電區域 410,610,710:板 412,612,712,1720:工具 606,706,806,906,1006,1102,1202,1306,1506,1606,1706:第一金屬區域 816,916,1016,1602遮罩 912,1012:圖案化模具 918,1018:應變釋放特徵 1206:介電質 1302,1312,1412,1612:電鍍遮罩 1308,1408:銅 1310,1410,:錫 1316,1416:導電層 1516:導電區域 1616:銅層 1708:第二金屬區域 1710:介金屬相 1715:熔區
第1A圖和第2A圖描述根據一些實施例，具有導電接點形成於形成在基板之上的射極區上的例示太陽能電池的部分的剖面圖。 第1B圖和第2B圖描述根據一些實施例，具有導電接點形成於形成在基板中的射極區內的例示太陽能電池的部份的剖面圖。 第3圖是描述根據一實施例，形成導電接點的例示方法的流程圖。 第4A圖和第4B圖描述在具有濺鍍之第一金屬區域的實施例中形成導電接點的剖面圖。 第5圖是描述根據一實施例，形成導電接點的例示方法的流程圖。 第6A圖和第6B圖描述在具有濺鍍之第一金屬區域的實施例中形成導電接點的剖面圖。 第7A圖和第7B圖描述在具有印刷之第一金屬區域的實施例中形成導電接點的剖面圖。 第8圖描述圖案化箔(以及在一些情況中為金屬區域)以形成導電接點的多種例示圖案化順序之剖面圖。 第9圖和第10圖描述在形成導電接點中選擇性地施加壓力的多種例示順序的剖面圖。 第11A圖至第11C圖描述在形成導電接點中選擇性地施加壓力的例示順序的剖面圖。 第12A圖至第12C圖描述在形成導電接點中選擇性地施加壓力的另一例示順序的剖面圖。 第13圖至第16圖描述用於形成其中加入額外的金屬部分至導電箔的實施例中之導電接點的多種例示順序的剖面圖。 第17A圖和第17B圖描述具有介金屬區域的太陽能電池結構的剖面圖。
302,304,306,308:模塊

Claims (21)

  1. 一種太陽能電池，包含： 一基板； 一半導體區域，設置在該基板上且與該基板絕緣；以及 一導電線，熱壓至該半導體區域。
  2. 如請求項1所述之太陽能電池，進一步包含一第一金屬於該導電線和該半導體區域之間。
  3. 如請求項2所述之太陽能電池，進一步包含一第二金屬於該導電線和該第一金屬之間。
  4. 如請求項3所述之太陽能電池，進一步包含該第二金屬及該導電線的一介金屬相。
  5. 如請求項1所述之太陽能電池，其中該導電線包含鋁。
  6. 如請求項1所述之太陽能電池，其中該導電線係為以銅塗佈的一鋁線。
  7. 如請求項1所述之太陽能電池，進一步包含用於耦合該太陽能電池至另一個太陽能電池的一接觸區域，其中該接觸區域包含有別於該導電線的類型的金屬。
  8. 一種太陽能電池，包含： 一單晶矽基板； 一摻雜矽區域，設置於該單晶矽基板中； 一導電線，熱壓至該摻雜矽區域； 一第一金屬，位於該導電線及該摻雜矽區域之間；以及 一第二金屬，位於該導電線及該第一金屬之間。
  9. 如請求項8所述之太陽能電池，進一步包含該第二金屬及該導電線的一介金屬相。
  10. 如請求項8所述之太陽能電池，其中該導電線包含鋁。
  11. 如請求項8所述之太陽能電池，其中該導電線係為以銅塗佈的一鋁線。
  12. 如請求項8所述之太陽能電池，進一步包含用於耦合該太陽能電池至另一個太陽能電池的一接觸區域，其中該接觸區域包含有別於該導電線的類型的金屬。
  13. 一種太陽能電池，包含： 一單晶矽基板； 一摻雜多晶矽層，設置於該單晶矽基板上方； 一氧化層，位於該單晶矽基板及該摻雜多晶矽層之間；以及 一導電線，熱壓至該摻雜多晶矽層。
  14. 如請求項13所述之太陽能電池，進一步包含一第一金屬，位於該導電線及該摻雜多晶矽層之間。
  15. 如請求項14所述之太陽能電池，進一步包含一第二金屬，位於該導電線及該第一金屬之間。
  16. 如請求項15所述之太陽能電池，進一步包含該第二金屬及該導電線的一介金屬相。
  17. 如請求項13所述之太陽能電池，其中該導電線包含鋁。
  18. 如請求項13所述之太陽能電池，進一步包含用於耦合該太陽能電池至另一個太陽能電池的一接觸區域，其中該接觸區域包含有別於該導電線的類型的金屬。
  19. 一種太陽能電池，包含： 一基板； 一半導體區域，設置於該基板中或上方； 一導電線，熱壓至該半導體區域； 一第一金屬，位於該導電線及該半導體區域之間；以及 一第二金屬，位於該導電線及該第一金屬之間。
  20. 一種太陽能電池，包含： 一單晶矽基板； 一摻雜矽區域，設置於該單晶矽基板中；以及 一導電線，熱壓至該摻雜矽區域，其中該導電線係為以銅塗佈的一鋁線。
  21. 一種太陽能電池，包含： 一單晶矽基板； 一摻雜多晶矽層，設置於該單晶矽基板上方； 一導電線，熱壓至該摻雜多晶矽層； 一第一金屬，位於該導電線及該摻雜多晶矽層之間；以及 一第二金屬，位於該導電線及該第一金屬之間。
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