TWI262603B - Contact fabrication of emitter wrap-through back contact silicon solar cells - Google Patents

Description

Ί262603 五、發明說明（l) 【發明所屬之技術領域】 本申請案聲請美國專利臨時申請序號6 0 / 5 4 2，3 9 0以π 背面接點式石夕太陽能電池之製造（Fabrication of Back-Contact Silicon Solar Cells) π 為名，建檔於 2 0 0 4年2月5日者，以及美國專利臨時申請序號 6 0/542, 454以”利用自行—摻配的接點製造埋入接點式太陽 能電池之製程（process for Fabrication of

Buried-Contact Cells Using Self-Doping Contacts) ’’ 為名，建檔於2004年2月5日者，之優先權利。本申請案涉 •及美國公用專利申請法定代理人事項表編號（U. S.

Utility Patent Application Attorney Docket No.) 3 1 474- 1 006-UT，以”背面接點式太陽能電池及製作方法 (Back Contact Solar Cells and Methods for Fabrication)”為名，詹姆斯吉與彼得哈克（james M.

Gee and Peter Ha eke)所作，同時申請建檔於此者，以及 美國公用專利申請法定代理人事項表編號（U. S. Utility

Patent Application Attorney Docket No.) 3 1 4 7 4 - 1 0 0 4 - U T ’以n具有自行-摻配的接點之埋入接點式 太陽能電池（Buried-Contact Solar Cells With 羲 lf-Doping Contacts) ”為名，詹姆斯吉與彼得σ人克 (James Μ· Gee and Peter Hacke)所作，同時中請建 此者。所有上述申請案之詳述項目包含於此提供來考。； 本發明涉及製作背面接點式矽太陽能電池背面接點結 構的方法和製程，以及由此等方法製成的太陽能電池二…

第5頁 1262603 五、發明說明（2) 【先前技術】 請注意以 此對該等出版 背景，而非為 事項視為過往 現今廣泛 接面成形於前 光能時產生電 組電氣接點， 下之討論提到一些出版刊物和參考文獻。在 刊物的討論係為提供該等科學原理之更完整 了專利核准目的而解釋為將該等出版物發表 之技術。 使用中的太陽能電池其設計係具有一種p/n 表面（接收光線之表面）附近，並於電池吸 子流。普通常見的電池設計在其前側具有— 而弟^組，氣接點則位在該太陽能電池後 型的光電模組裡，這些個別的太 作電氣連接以增加電壓。此池以 錫焊法將一條傳導帶由某一太陽能電池前側 ^ $係藉 而成。 j谇至相鄰太 在一種典 串聯方式互相 能電池 與 池具有 轉換效 點袼栅 背面接 宜，這 將光電 成顯著 提供較 應用例 的後側 傳統石夕 某些優率，此 反射出 點式電 是因為 的光電 模組和 的費用 均勻的 而言很 而成。 …"八 太陽能電池相比較，背面接點 點。第-優點為背面接點式電池：太陽能 係由於降低或消除了接點遮蔽的^有較高 的太陽光無法轉換成電力）。、一貝失（由4 池要組成電氣電路比較容易，一個優點4 二個，接點都在相同表面 因此比較 模組組裝方式相比較，以背面接：例之-太陽能電池電路於單一少驟封ί ^式電池 節Π。背面接點式電池最ί完成’而 外表而有較佳的美學效果。美；：優點是 名物-整體光n统和汽^ 第 頁 1262603

光電活動車頂蓋等。 Μ所Ϊ 般的背面接點式太陽能電池構造。圖中的 貝基板月匕是n—型或P—型。在某些設計裡，受濃密摻配 的射體之一（P + +或n + +)可能會被省略。或者在其他設計 裡’受濃密摻配的射體可能在後表面上直接互相接觸。後 表面鈍化層則有助於減少後表面上光產載體的損失，並 且幫助減少金屬接點之間未受摻配的表面上之分電流造成 的電氣損失。 製作背面接點式矽太陽能電池有一些方法。這些方法 鲁包括金屬繞覆（MWA)、金屬全裹覆（MWT)、射體全裹覆 (EWT)，以及背側-接面結構等。a和腳τ在其前表面具有 電流收集金屬格栅。這些格栅，各別地，以纏繞於側邊或 將孔洞全裹覆方式覆蓋至背側表面而製作成背面接點式電 池。與MWT及MWA電池相比，EWT電池的獨特部分係其於前 侧並無金屬物貧覆I ’其意謂著沒有任何照射至電池的光 線被阻擔，因而導致較高的效率。E W T電池將電流收集接 面（π射體，，）由前表面裹覆至後表面，其間則通過矽晶圓内 已受摻配的傳導通道。’’射體’’和一種半導體裝置内受濃密 摻配的區域有關連。產生這樣的傳導通道可以藉由，譬如 t，利用雷射方式在砂質基板上鑽孔緊接著在孔洞内側形 成射體並同時在前與後表面形成射體。背側-接面式電池 則在該太陽能電池的後表面上同時擁有負極性與正極性的 電流收集接面。因為大部份光線都被吸收-也因此大多數 載體是光引起的-於别表面附近，背側〜接面式電池要求的

第7頁 1262603 五、發明說明（4) 〜一 1材料品質非常高以便使載體有足夠時間從前表面擴散到後 表面和後表面上的電流收集接面在一起。相較之下，Ew丁 電池將電流收集接面保留於前表面上，正是高電流收集效 率的優點所在。EWT電池公佈揭示於美國專利號碼 5，4 6 8，6 5 2 ’製作一種背面接點式太陽能電池的方法 (Method of Making A Back Contacted Solar Cell)，專 利權歸屬於詹姆斯吉（james Gee)者，其完整内容包含 於此。各種不同背面接點式電池之設計也已在許多技術刊 物上討論到。 瞻 除了美國專利5, 468, 652之外，另有兩個以詹姆斯吉 先生（G e e)為共同發明人的美國專利，其公佈揭示了利用 背面接點式太陽能電池的模組組合與疊層方法；其為美國 專利號碼5，9 5 1，7 8 6，使用背面接點式太陽能電池之疊層 光電模組（Laminated Photovoltaic Modules Using Back-Contact Solar Cells)，以及美國專利號碼 5,972,732，單塊整體模組組合之方法（Method of Monolithic Module Assembly)。該二專利所公佈揭示的 方法與相關事項可能和本發明於此所公佈揭示者一起被用 上’因而包含於此猶如全部提到以供參考。美國專利號碼 拳，384,3 1 6，太陽能電池及其製作程序（Solar Cell and Process of Manufacturing the Same)，公佈揭示另一種 背面接點式電池設計，但是係利用MWT，其中的孔洞或通 道之間隔相對比較遠，而且於其前表面具有金屬接點以幫 助傳導電流到達後表面，還有其中的孔洞係與金屬對齊成

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五、發明說明（5) 一直線。 任何背面接點々 成本的製作程序而工$陽能電池的關鍵問題為發展一種低 者。該等技術問題^處將負極性和正極性格柵與接面隔絕 負的和正的接點區^括摻配層（如果有的話）的圖案製樣、 正極性接點的施二等^間表面的鈍化作用，以及負極性與 【發明内容】 、等。 本發明係一種制从北 ^ 方法包括形成許夕月面接點式太陽能電池的方法，該 鲁前表面延伸至徭二^洞之步驟，其孔洞由一半導體基板的 在前表面、後ίί其基板包含了第―種導電型式者； 含相反導電型暂和圍住該等孔洞的表面上提供一種包 案的電介質μ .將人的擴散層，在後表面上沉積—種帶圖 導電型丄U金加入許多數和ι板-起包含第-種 而與該等接點作電气：第一種導電格柵佈置於電介質層上 播类而ρ t f 接觸；並且將第二種導電格柵佈置於 处& $ f 2 /、擴散層作電氣接觸。執行加合金的步驟時玎 =二貝層的現有區域或是除去電介質層的區域後露 的後表面區域。擴散層最好是輕淡地摻配雜質者。 在此方法中接點所佔後表面面積的比率以小於3 〇%者 優先更好的疋小於2 0 %，而最好的優先情況是小於 1 〇 % °大體上後表面未被接點佔據的所有部份最好是包含 擴散層。接點優先包含鋁金屬。構成第二導電格柵的材料 最好是至少要部份地填滿該等孔洞。第一導電袼柵的格線 寬度最好是比接點的寬度寬一些。第一導電格柵最好是與

第9頁 1262603 五、發明說明（6) 第二導電格柵互相叉合。該等導電柊少 先包含具有錐形寬度的格線。 ° ，、中之一應優 μ ί ί:月也是一種製作背面接點式太陽能電、、也的方、去 该方法包括的步驟如後：形成 ^ 、阿盆士 /勺方法， 之前表面延伸至基板的後表面， ;半導體基板 型式者；在後表面上沉積-種了第-種導電 j面、j表面上未被擴散障蔽層覆蓋的區：】主= m:上提供一種包含相反導電型式 ：專 將弟一種V電格柵佈置於擴散障蔽岸兮2政層， >份的基板作電氣接觸；並且將第-‘二3亥區域子集部 面上而與擴散層作電氣接觸上。柵佈置於後表 驟將該區域子集的導電型式實質大體：J J:卜包2:: 型式。沉積步驟優先包括使用網版轉印法(m 一種導電 域其中之-的寬度最好是比該區 蔽層部份重疊而且最好是盥第—格柵敢好是和擴散障 導電格栅至少其中之一應優先包互：又合。該等 *發明是另外—種製作背面接點:度的格線。 秦，該方法包括的步驟如後：形:、月b電池的方 基板之前表面延伸至基板的後表其由一半導體 導電型式者；在後表面上沉積！以；板包含了第-種 在前表面、後表面上未被擴散障蔽；覆蓋 該等孔洞的表面上提供一種包=盍的£域’和圍住 反$電型式物質的擴散

第10頁 1262603 五、發明說明（7) 層；去除擴散障蔽層· 柵，該金屬化的屏彳冊f表面上沉積一種金屬化的屏 域並且和孔洞對溆匕括了.第-種開口其小於第-種區 擴散障蔽層覆蓋的部份：J第二種口其小於後表面已被 第-種導電格栅部份地佑:二種區域亚且與其對齊者，·將 -種開口的擴散層；金屬:匕：屏，上而與穿過第 份地佈置於全屬化：”接觸；並且將弟二種導電格栅部 電氣接觸。屏栅上而與穿過第二種開口的基板作 參面$且匕ίί屬化的屏栅最好是提供鈍化作用給後 法。第二導電格栅優先包含。屬 宽一此。第-導雷格iflJf &故括^子疋比弟一種開口的寬度 ί由；： 拇的格線寬度最好是比第二種開口的 寬度寬-些。第二種開口所佔後表面面積的广=的 30%者為優先’更好的是小於繼’而最 曰、 於m。沒有被第二種開口佔據的大部份後二^兄疋小 含該擴散層。第一導電格柵最好是蛊镇— 合。該等導電格柵至少其中之-應優t2格拇互相叉 I格線。 優先包含具有錐形寬度 去所製作的一種背面接 式太陽能電池，包含了一 一擴散層 本發明同時為依據前面所述 點式太陽能電池。 本發明另外是一種背面接點 基板其含有第一種導電型式者； 1262603 ------- 五、發明說明（8) 面上包含一種相反導電型式物質 印的電介質層；電介質層中的許，—在後表面上網 t通過該等開口的區域含有第:其中該後表面露 4開口的導電接點；以及與該等導蕾電型式者；佈置於該 多格線，構成該等格線的寬度大$接點作電氣連接的許 質層係優先選自於純化I、氮化物^等開。的寬度。電介 金屬化的屏柵所構成的群組。該等3 、擴散障蔽層、以及 比率以小於3 〇%者為優先，更好的、曰開口包含後表面面積的 先情況是小於1 〇 %。沒有露出通過=士於2 〇 %，而最好的優 泰表面最好是包含擴散層。基板最好^等開口的大部份之後 伸至後表面的孔洞，其孔洞最好3疋包含由基板前表面延 金屬化材料至少部份地填滿。义被包含與擴散層接觸的 本發明的一項目標為提供一 匕 的後表面接點結構，包括了為抽力二面接點式太陽能電池 合為增加效率而有最少的p-型‘角::導能力的寬格線，結 層者。 尋面積和最大的η-型擴散 本發明的一項優點是它為製造程序提供了比較少數而 比較經濟的製程步驟’而產生高效率的太陽能電池。 j發明的其他目標、優點以及新穎的事項，還有其他適用 的範圍等，部分地將被提出於接下來的詳細說明上而與 相關伴隨之圖說結合；而有部分地將對於那些對接下來的 檢查技術熟悉者變得顯而易見，或者可能藉由實施本發明 而學習到。本發明的目標與優點可能以附錄專利申請範圍 所特別指出的手段工具及其組合而被實現與達到。 第12頁 1262603

五、發明說明（9) 【實施方式】 本發明公開揭示於此者提供製造为面接點式太陽能電 池的改進方法與製程，特別是就後表面接點和袼栅提供比 較經濟的製造方法與更為有效的構型。即將被瞭解的是儘 管有一些不同的個別方法揭示出來，相關領域的技巧之一 可能結合或變更成二或更多方法，因而提供另一種額外的 製造方法。同時即將被瞭解的是儘管附圖和製程順序範例 描述了背面接點式射體全裹覆太陽能電池的製造，這些製 程順序可被用來製造其他背面接點式電池結構例如M W T、 ¥WA、或是背側-接面太陽能電池。 利用加紹合金的接面在背面接點式_太陽重池P -型基底_ 本節所描述的製程可用來免除在電池的後表面上為η + 擴散層加圖案式樣之需求，這樣提供了較高的轉換效率。 通常典型者，在後側帶有暴露的ρ-型表面之區域（η + ρ結 構）具有的能源轉換效率比在後表面帶有η+擴散層之區域 者（η + ρη+結構）較低。帶有η + ρη+結構的區域具有較高的轉 換效率係因為光產的載體可以在任何表面的〇+接面被收集 ^來。這樣將電池後側的ρ —型表面面積最小化是有利的。 外因為Ρ -型表面必須被充分鈍化以獲得最大效率，在 H2t的鈍化作用層必需是高品質而相對無缺陷者， 任；二1 而難以達成者。•由將此面積的最小化， 任何鈍化作用的需求也大幅降檟= 、衣耘步驟的減少而造就成本的 ^ ^ J即名。請注意到P-型基底

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的選擇是任意的’假如任一莫雷刑；u a ^ 1dr ^笔型式的晶圓被用到的話本 方法即可適用。 可 示一種 者。P-壁面的 包含一 電池表 繞在後 •域40， 部份形 接著p-轉印法 外形構 最後成 以使用網版轉印法為“擴散層加圖案式樣。圖2顯 典型的EWT電池於其後側帶有網版轉印之擴散層 型矽晶圓1 0取好是在整個前電池表面i 5和孔洞3 〇的 大多部份包含了 n +擴散層2 〇。電介質層i 8，最好是 種氮化物包括但不限於氮化矽者，最好是佈置於前 面1 5上以便將表面鈍化並提供一種抗反射塗層。圍 表面^通道的n+擴散層形成—種高效率的n + pn+區 鄰接著η-型接點和格栅5〇佈置之處。後表面的剩餘 成η + ρ區域（ρ-型表面）60。ρ—型接點和格柵7〇係鄰 型表面6 0而佈置。如圖2中概要所示者，利用網版 的問題是，由於調準公差之故只有相對粗糙的幾何 造可能做到，以致粗略估計背侧表面約有3〇至5 〇0/〇 為Ρ -型表面。 ， 如圖3所示，一種EWΤ電池帶有依據本發明而製造的加 銘合金接點者比圖2所示之電池具有較高的轉換效率，這 是因為其後表面由高效率的η+擴散層20所覆蓋。鋁合金形 濃猎摻配的ρ -型接點9 0，其補償了 η +擴散層而允許和ρ 一 β矽基底接觸。鋁金屬或鋁合金和矽最好是在共炼溫度以 上發生反應。轉印的ρ-型接點和格柵7 〇，最好是包含銀 者，覆蓋了鋁合金接點而將電流攜帶至電池側邊。格柵7〇 在此情形下必須和η +擴散層作電氣絕緣。這最好是利用電 介質鈍化作用層8 〇達成之，其最好是包含一種氮化物，包

1262603 五、發明說明（11) 括但不限於氮化矽。 在大部份的電池具右歪接點90可以製作得足夠小以致現 域被D-型接點90 率的n + Pn+結構。整個後表面區 的是：而最 合金或純：屬含銘的合金為優先，其他各種 料，也可擇-替代Γ1Γ換配的p~型金屬化材 更多其他P-型摻雜物：、呂t f亦可隨意選擇地以-或 為濃密摻配的接面。接料不限於硼，而提供較 一和P-型基底作電氣材^ ”夠補_散層以 ' 乱得觸 每最好是在後表面卜I、卡古一 相對輕淡的n+擴散層（>80歐姆/平方），以 至 (加鋁合金的矽）接面的分向 至p+ 比較難以接觸。—種自行上'=，輕淡的n+擴散層 雜物並設計成在銀二接點—其包含_ %丹仏點以上的溫度烘 意選擇地用來接觸輕淡摻配的0+擴 广 二美國r專利申請法定代理人事項表配的接 utility Patent Applicatinn λ + + 31 474- 1 004-UT ^ , ^Γ； ； ^ Ν〇> } . 订4配的接點之埋入接點式 能電池（Buried-Contact Solar Cells With mif-Doping Contacts),,為名，詹姆斯吉與彼得哈克 (James M. Gee and Peter Hacke)所作，各中右争 * 敕 說明。自行-推配的接點在該接點下方產生：中種有摻更:雜〜的 的接面，其有助於降低接點電阻並且減少再結合作用的損 失。在前表面作更輕淡的摻配者也具有降低載體損失的優

第15頁 1262603 五、發明說明（12) 點。在EWT電池的特定例子中’其„_型種類者另外 功能可促進電子載體在孔洞或通道中的傳導作用 有一些製程順序說明於美國公用專利巾請法定代理1事項 表編號（U.S. utility Patent AppllCatl〇n Att〇rn 、 Docket No· ) 3 1 47 4- 1 0 0 6-UT，以”背面接 K 々士 阻处 + 芬制於女、土 π ! ρ丄 月曲接點式太陽能電池 A^^：MBack ontact Solar Cells and Methods 0ΓΓ rr:n) H為名，廣姆斯吉與彼得哈克（】繼s 上形成大量及少量摻配磷的矽：料、可：利用來在後表面 之輕淡掺配的n+區域在-起1呂5金的接點將被放置處 銘是？Πίίί夠經過後表面上的電介質層加合金。 鋁疋仔知此夠經由各種氧化物加合 鋁糊料中使得其能衝過電介質芦。式 塊也可被加入 過電介質層有困難的話，可將；通 接點區域去除之。嬖如說，^二貝層在要以加鋁合金的 乾式㈣，並且除去抗_了二 凌括了網版“ 一種抗：或：刻製程(典型者 負乾式姓刻，光日私+二案式樣、對電介質層作濕式 之 Ρ ~型格柵和加鋁合金的桩 電阻，而ϋ^ f 、的接2間之介面最好是具有低的 之間的= = = 效能。“… … 兄下餐生電化學腐蝕，所以作為 1262603 五、發明說明（13) 加。金的接點之其他金屬（例如錫摻配 铭和銀在-起時較穩定者也可用來取代之。物者）若比 一種銀以外的金屬當作格栅使用。 $ 可此用 如以上所討論者，P -型格柵接觸到加銘合金技 必肩要和矽表面隔離。大多數銀糊料户， ;;過任何表面氧化物(在某些製程順序裡 === ί目的Λ大約是奈米的厚度）的加合金作用。就本發明 、a ，此一熔塊以非常非—侵入性者為優先或者就 整個取消，以避免將p_型格柵衝過電介質絕緣層。戈者就 背面ϊ Π ί依據本發明所述生產帶有加鋁合金的接點之 ^政私3)，並產生一種帶有均質性射體的太陽能 射鑽泊Ϊ :將晶圓的前表面連接至後表面，而其優先以雷 刿、、'形，但也可以其他製程來成形，例如乾式蝕田 ^ .u、飯刻、機械鑽孔、或水刀加工（water jet 2g)等。若是採用雷射鑽孔，用到的雷射最好是在 ^ ^、有足夠功率或強度，以致能使孔洞於最短時間内 ^ 例=彳々大約每〇 · 5毫秒至5毫秒一個孔洞。有—種 j %用上的疋Q—開關的鈥：鏡鋁石榴石雷射（Nd : YAG 、ser)。用到的晶圓較薄每個孔洞引入的時間也成比例地 細短。通逼孔洞的直徑可能從大約2 5至丨2 5微米，最好是 大、力3 0至6 0彳政米。在一使用到薄晶圓的實施例中，例如曰 =厚fUO微米或更小者，通道孔洞的直徑大約是大於或8曰 ^於b曰圓的厚度。每單位表面積的通道孔洞密度係依，部

1262603 五、發明說明（14) 份地，由射體内傳送電流經過孔洞到達後表面其可接受的 總串聯電阻損失而定。這可以經驗或理論計算決定；以本 發明所述方法該通道孔洞密度可能由降低電阻而減少，例 如由歐姆/平方（Ω / sq )決定。通常典型的通道孔洞密度為 每1平方毫米至2平方毫米1個孔，但也可能是密度較低 者，例如每2至大約4平方毫米1個孔。 此實施例中的雷射鑽孔步驟，或是在此揭示公佈的任 何其他方法中所述者，可能隨意選擇地以另一種通道成形 的方法取代，包括但不限於一種梯度驅動製程例如熱遷移 φ作用。這樣的製程在一般承認的國際申請編號 PCT/US 2004/020370，建檔於2 004年6月24日，以”帶有整 體傳導通道之背面接點式太陽電池及其製作方法 11 (Back-Contacted solar Cells with Integral Conductive Vias and Method of Making)為名者，有更 完整的公開揭示，其内容包含於此以供參考。 1 ·在矽晶圓作雷射鑽孔 2 ·鹼性蝕刻 3·施行氣化磷醯（P0C13)擴散作用以在所有自由表面上產 生η +擴散層 $氟化氫蝕刻 5·前表面電漿輔助化學氣相沉積（pECVD)氮化物 6·後表面電漿輔助化學氣相沉積（pECVD)氮化物 7 ·作雷射鑽孔（切除）（或刻查,丨、# & ^，丨μ , _ V Χ % 並為Ρ-型接點蝕刻凹坑（隨 思選項）

1262603 五、發明說明（15) -__ 8·為P-型接點轉印鋁金 9.加鋁合金（可隨意選2 1 〇 ·為負導電型式格柵地經過P E C V D氮化物層） 11. 為正導電型式格::銀金屬 12. 烘焙接點 轉印銀金屬 :=能夠在步驟9適當地經過電介質層加 行了？：驟7亚非是必需的。反過來說，‘如步 仃了，在步驟Μ里鋁將會以Λ八八古斗、& 1又々乂驟7破執 必需經過PECVD氮化物層。 至1入矽晶圓而不用 =驟5沉積於前表面上的氮化物，最好 者，優先提供鈍化作用給前表面並且用作為一物 層。它也優先地作為一種擴散障蔽層給予任何接^子塗 散層’例如濃密的P0C13擴散層。 的擴 可任意選用者，構成負導電型式格栅的銀金屬可 Ϊΐ:圖示的孔洞中’ ®而增加了接觸面積也因此增加： 假如想要一種選擇性的射體結構，以上製程可以 ::。步驟1最好是刪除而矽晶圓裡的孔洞則在步驟7:: g方式鑽孔。在步驟7之後，施行一種濃密{5沉13 : 竭而對孔洞進行掺配，其接著最好是進㈣玻璃;政作 面接點式太陽能j池 ' ^ 妝r :為正導電型式（P一型）接點和格柵的優先金屬化枯 句（轉印和烘焙的銀：鋁或鋁糊料）可能在烘焙時不容易场

1262603 五、發明說明（16) 過某些後面的鈍化作用電介所 是比P-金屬與p—半導體基底；：：：氮化'◦同時想要的 性）P-金屬指狀覆蓋範圍，係"八奴大的。後側（高傳導 再結合速度（SRV)。如圖4所示/、、、孟屬介面處有高的表面 了通道以致使p—金屬接點i 〇 〇的’方法在擴八散障蔽層提供 範圍11 0的面積，同時還避# 了積小於P— i屬袼柵覆蓋 仆岛沾干避免了供培P—金屬通過後表面钻 化層的需求。接替後侧鈍化 八g 俊衣面鈍 加圖案的擴散障蔽>13{) 層者，P—金屬格柵110係藉由 裎徂A Γ 和P—型基板120隔離的，其同時 面鈍化作用。擴散障蔽層13。最好是二 ·‘地勺二更：氧化物及/或氮化物的化合物，並可隨意選 型摻雜物以便在後表面p-型區域中提供-種：：表面場土。如圖4A中所示，n+擴散層14〇最好是涵 ^電池的整個丽表面以及孔洞15〇的内側壁面，但是覆菩 令側表面的部份只有經由擴散障蔽層130的加圖案而暴= f來的區域。鈍化作用/抗反射層145最好是配置於電池的 剞側面如圖4 B中所示，後表面上n —型接點1 6 0的金屬係 鄰，著後表面上η+擴散層包含孔洞的暴露區域而佈置。最 好疋该η -金屬延伸進入孔洞之内如圖上所示，增加了接觸 j積也因此增加其傳導性。ρ —型接點丨丨〇的金屬係鄰接著 •表面上η +擴散層剩下的暴露區域丨28而佈置。本方法可 隨意選擇地使用鋁而不用銀/鋁作為ρ-型接點，因為鋁在 p i £域中形成好的背側表面場域比較令人滿意而有較高 的效率並提供較高的電壓。鋁將區域丨2 8中n _型擴散層作 過度摻配’而製成受ρ +摻配的矽】3 2。不同於先前的技藝

第20頁 1262603 五、發明說明（17) ，依據本方法所製的電池有較 ? 'm’而其最好是和擴散障蔽層13〇匕的上二 ^广"份區域(譬如p_金屬接點〗。。的區域)接= 至屬化造成線導電性的改進铲之 非限制性範例在此提出如下： 决中的步知之 1·在矽晶圓以雷射鑽出EWT的孔洞圖案式樣。 2.=刻去除鋸開造成的損傷和雷射造成的損 3處將巧"，二B)材料施用於後表面 ^下Π—和P_金屬化區域開放著），最好是利用網版轉印 4. =DB材料緻密化（高溫製程），也許在⑽ 一種熱的氧化物。 卜”、、員〜 5 ·將石朵擴政進入晶圓（氯 源擴散）。 _心，以喷塗、網印 '或固態 6.蝕刻磷玻璃（留下擴散障蔽層）。 7·施用氮化石夕或其他抗反射 池的前側面。 土層（AR )或純化作用塗層至電 8 ·施用紹~基底的今屬士 沒撕雷射孔洞者屬型接點區域；也就是， 4散層。熔塊&允 攸而形成一種Ρ+層以取代現存的η + 金屬化作用能延伸超過接點=L; 者以致使 9.施用銀一基底的金屬化 EWT雷射孔洞者。 n 1 &域，也冼是，帶有 中所示；然而，n /八疋屬/屬化材料不和DB重疊，如圖4 生至屬化的材料可任意選擇地延伸超過

第21頁 1262603 五、發明說明（18) 接點區域以外而和DB重疊，類似於卜型金屬化者。如果是 攻樣，熔塊的内容應該優先選擇為不會溶解抑材料者。 1 0 ·將接點一起烘培。 一對於依據本方法製作的電池而言，表面鈍化作用的利 盈在後側面上P-型晶圓/DB材料接面處達到’而商用太陽 能矽晶圓中朝向壽命較長的趨勢必定比在電池後侧上n+射 體覆蓋區域的損失更重要。 可隨意選用一鈍化作用層，其包含了譬如一種氧化物 3氮化物例如一氧化矽或是氮化矽者，其可以佈置於後表 ►面上’最好是在DB之下。 在前述方法的某些衍生變化例中，不採用只包括一種 P_ ^ 雜物者，P_金屬也可隨意選用地包含添加鋁或其他 p:里4雜物的銀。在某一這樣的衍生變化例中，位在p_型 接方的n+區域被成功地過度摻配；也就是，一種通過 ^域的穿刺接點以型基板作成了。在另一衍生變化例 I赴摻雜物的金屬在銀—矽共熔溫度以上被烘焙以致該 接點破以加合金方式加入了矽。 金屬化材料和 陽能電池 後側：：方法和前面的方法類似，但具有之優點是在電池 上覆葚：=的n+射體覆蓋範圍。纟此方法中射體在背側面 声加二乾圍的面積是利用一專用的擴散障蔽層（DB) 1 36而 石^觸s nt圖5請示，纟係沉積於後表面上該P—型接點將 曰曰囫表面之處以便能阻擋n+擴散’因而在表面上獲 1262603

五、發明說明（19) 狹窄的p -型通道。擴鸯 + 所示，此一設計也從1 ^敝層136接下來被移除。如圖5B 其最好是為表面鈍化的障蔽層（MB)180得到好處， 化的障蔽層（MB)優先^人^達成狹窄通這而最佳化。金屬 電介質材料，而且最好Γ#過渡金屬的氧化物或是其他 印施用之。MB允許利用；：：種低成本的方法例如網版轉 導電性，而仍能減的二型格拇而有改善的 120的面帛，其藉由降低 五葡化£域接觸到晶圓 地改進其效率。 k率而顯著 使用在本方法中的舟萌？ + 下： ^ V驟之非限制性範例在此提出如 1·在矽晶圓以雷射鑽出EWT的孔洞圖案式樣。 2·蝕刻因鋸開造成的損傷和雷射造成的損傷 3·將擴散障蔽層（DB)材料施用於狹窄通道或托、 型擴散層到達p -基底，最好是利用網版轉印2以防止n〜 4·將DB材料緻密化（高溫製程），也許在讪材料。 種熱的氧化物。 、之下顯影一 以喷塗、網印 、或固態 5 ·將磷擴散進入晶圓（氯化磷醯 源擴散）。 •蝕刻磷玻璃與擴散障蔽層。 7·施用金屬化的障蔽層（MB)。 8.將MB緻密化與氧化，也許在MB材料之下3 化物。 ㈣影-種熱的. •施用氮化石夕或其他抗反射塗層（A r )式叙 之層至f

第23頁 一飞純化作用 1262603 五、發明說明（20) __ 池的前側面（也可隨意選用# 中）。 用地知用於後表面-未顯示於圖 〇 ·施用p -金屬化材料至p〜型接 、 晶圓中沒有EWT雷射孔洞的區 點區域’·也就是，露出的 為不溶解MB材料者以致使金’。炼塊的内容物應該選擇 外。 、化作用能延伸超過通道以 1 1 ·施用η -金屬化的材料至n〜 口 、 的晶圓中包含EWT雷射孔洞的區接點區域；也就是，露出 擇為不溶解MB材料者以致#八品域。炼塊的内容物應該選 丨外。 孟化作用能延伸超過通道以 1 2 ·將接點一起烘焙。 縱使此方法為金屬化的障蘇M, p和烘焙的步驟，一妒而‘ θ ( )添加另外的網版轉 多的。 、又§這樣的步驟比較起來是花費不 曰 正如以本發明的所有方法，σ a 避_相；^ 1 人 性與正極性的接點和雷“气在背側表面上同妗具有 =包含氧化物或氮化物者）佈’可^用—種純化層（最好 改善背側表面的鈍化作，；側表面上或在上成長 或提起取走。 或者為讓DB材料較容易蝕刻 物 » 電最小化 員極性與正極性的接5占和；::\池在， ，生的格栅互相之間二=集格柵，該負極性與正 2將電流收集至結合塾或匯心的隔離。該等格栅也必 於結合勢或匯流排桿以便將通常係以金屬帶附接 文肝太㈣此電池與電氣電路結合。

第24頁 * 1262603 五、發明說明（21) 背面接點式電池裡的格柵有二種幾何構造。在背面 接”、、i相互叉合（I B C )幾何結構裡，負—和正-導電型式格拇 升y成互相叉合的似梳狀構造（圖6 a和6 B )。此構造在生產時 容易執行，但是由於在有限斷面積之内的長格線而受苦於 南串聯電阻。该專格線的長度，也因此是串聯的電阻，可 藉由將一或更多匯流排包含在内而降低（圖7)。然而，匯 流排桿會減少可用的有效面積，係因光電流收集作用在匯 流排桿以上的區域會降低之故。同時，連結相鄰的背面接 點式太陽能電池之幾何構造因為有匯流排桿置於電池中央 馨不是結合墊置於電池邊緣而變得比較複雜。IBC的圖案式 樣可以利用低成本的生產技術例如網版轉印法而輕易產 生。 背面接點式電池内格柵的第二種幾何構造使用一種多 層的金屬化材料（圖8)(李察μ·史旺生，”熱光電變換器與 其所用之電池” （Richard M· Swanson， 、

Therraophotovoltaic converter and cell f〇r use therein”），美國專利4, 234, 352，198〇 年^ 月 i8 日發 佈）。金屬層與提供電氣絕緣的電介質層一起沿垂直方向 ^隹疊之:多層的金屬化材料之幾何構造可以比ibc幾何構 遷達成較低的串聯電阻係因金屬覆蓋了整個後表面之故。 而此、、、°構除了金屬化步驟之外還需要兩次電介質 積（”第一"和"第二”層）以及加圖案的步驟。此外電 金屬化材枓要求非常昂貴的薄膜處裡技術以便於避免：電 介質層有針孔缺陷而造成電氣分路。 t免在電

1262603 -*----- 五、發明說明（22) 、本發明提供二個實施例，為背面接點式太陽能電池互 相叉合的背面接點格柵圖案中將優先的I BC格柵圖案（於電 池邊緣帶有接合墊者）之串聯電阻最小化。 ^ 在第一實施例中，格線係製作成錐形寬度—以致寬度 係沿著電流流動方向而增加直到抵達電池邊緣為止。這會 以固定的袼栅覆蓋範圍比例降低串聯電阻，因為格柵的斷 面面積係以該格栅攜載電流增加的相同比率而增加。一種 f正極性電流收集格柵5 1 0與負極性收集格栅5 2 0都是錐形 見度圖案式樣的優先實施例顯示於圖9 (圖上未按比例）。 •圖1 〇顯不在帶有鍍上金屬化材料之太陽能電池5 0 5背側表 面上圖9的IBC格栅之剖面視圖；也就是，金屬53〇被鍍於 整個接點的金屬化材料上。 二般而言，錐形斜度可能以經驗或計算方式決定，以 、疋隶it錐幵^斜度。此外，金屬覆蓋範圍比例和相同極性 、Π間隔可同樣被改變。在-種具有典型特性的I BC電 計算中，IBC格柵之串聯電阻係為125 算。同極性格栅的間隔被選為2毫米，而金 為40%，寬度ibc幾何構造的格線 IQ m 如只，而錐形幾何構造者其格線寬度由 定寬度IBC幾何構造者相歲何構造者的串聯電阻與固 來爐+ 則少了36 %。請注意到其他錐 形構k 了以視需求而被用上·疑 能由250微米變化至⑽微米之=如成m度之錐形可 在第二實施例中’可藉由將格線加厚一些而降低格柵 第26頁 的〇印的 ^^ 造要求質。允許t糊料袼柵之厚度係受限於糊料和網版 埯及大有相辦較2邊緣收集作用的I BC格栅之優先幾何構 殉容易f寸區埤:的格線（> 5 〇微米）以致於能夠傳導電流 種優先^印的厚卉又有可接受的電阻損失。這樣已超過2 法"）或/♦是·· ^。增加轉印之銀IBC格柵格線厚度的兩 名的製^將金屬鲈r叱電池浸泡於熔化的銲錫之中（π錫浸 電池的=而破某^電鍍或非電鍍）於格線上。錫浸法是著 ，常c : t陽能電池製造商用為傳統矽太陽能 用上以f25〇亡。的鲜錫溫度視該焊錫的組成而定，但 A 乾讓鉍 > 在某一實施例中，一鍤级· Μ力曰w、， 銀鲜料被 ί :魄讓轉二二在某—實施例中’ -種錫.....，入 上。銅注’有許 > 的銀格線之溶解最小化。 入 f教且:經由電鑛或非電鑛方式而被鑛 用，係。應力；Γ”。鑛金屬格線的另-優點是整 Λ取後的導i。一種轉印的薄銀線可能被優先使 。銀在古π 電性將由接下來的全屬π ^溫時琪梧(通常在700 1以:屬發展步驟所決 保持得很薄而減低高溫烘培帶來的應^，所以將此一層 在低溫下進行（〈1 〇 ΰ °C )。這樣格柵厚产=外，電鍍通常 •加，因而對整個電池引入的應力比低溫度下可以 雖然本發明已經特別就關於這些優先實心 述，其他實施例可能可以達成相同結果。 1 口"田4田 修改對於熟悉該技藝者顯得平淡無奇，而^ ^明之變動及 修改及其相專部分包含在附加的專利φ i主 、：斤有這二 明要求範圍内。以

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第28頁 •1262603 圖式簡單說明 【圖式簡單說明】 該等伴隨之圖說，係包含於規格說明内而成為其中一 部分；其以圖描述本發明之一或更多實施例，並連同其文 字說明而供作解釋本發明之原理所用。該等圖說僅供描述 本發明一或更多個優先實施例為目的，並非解釋為限制本 發明。於該圖說裡： 圖1係一般的背面接點式太陽能電池之示意圖，僅強 調背侧表面上之特徵外貌。 圖2係一種標準的射體全裹覆（E WT)電池之剖面示意 |圖，為通過一孔洞（π通道"）並垂直於格線方向之側視圖。 圖3係本發明的射體全裹覆（EWT )電池之剖面示意圖， 其帶有加鋁合金的接點之Ρ-型基板者。其為通過一孔洞（π 通道π )並垂直於格線方向之側視圖。 圖4Α係一剖面圖說明本發明一種矽太陽能電池實施例 的製造中某一中間製程步驟。 圖4Β係本發明一種矽太陽能電池之剖面圖，其帶有ρ-型通道的鋁-基金屬化材料和η-型通道的銀金屬化材料 者，例如以E WT雷射孔洞製作的η -型通道。 圖5 Α係一剖面圖說明本發明另一種矽太陽能電池實施 •的製造中某一中間製程步驟。 圖5 B係本發明一種石夕太陽能電池之剖面圖，其利用到 以專用的金屬化屏柵增加背侧面上的射體覆蓋面積。 圖6 A係一種帶有相互叉合的格栅圖案之背面接點式太 陽能電池的平面視圖。具有不同遮光性的格柵相當於負的

第29頁 1262603 圖式簡單說明 和正的導電型式格栅。電池的邊緣供應有結合墊，為的是 將太陽能電池連接於電氣電路之内。此示意圖並未符合真 實比例；通常典型的格線密度比圖示者高很多。 圖6 B係圖6 A的背面接點相互叉合式（I BC )電池中相互 叉合的格柵之剖面視圖。 圖7係一種在電池邊緣及中央帶有匯流排桿的背面接 點式太陽能電池的I B C格栅圖案之平面視圖。 圖8係背面接點式太陽能電池多層金屬化的剖面視 圖。 | 圖9係本發明背面接點式太陽能電池的I BC格柵圖案之 平面視圖。 圖1 0係背面接點式太陽能電池帶有鍍上金屬化材料的 I B C格栅之剖面視圖。 【主要元件符號說明】 10… .p -型碎晶圓 15.. ..電池表面 18… .電介質層 20· · ..η+擴散層 30… .孔洞 50.. ..η -型接點和格柵 70… .P -型接點和格柵 80.. ..電介質鈍化作用層 90… .P-型接點 40.. .·η+ρη+ 區域 ·〇· ·. .p-型表面 100. ...Ρ -金屬接點 110·· ..P -金屬格栅覆蓋範圍 120·· ..P -型基板 128. ...暴露區域 130.. ..擴散障蔽層 132. …矽 136·. ..擴散障蔽層 140. ...η +擴散層

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Claims (1)

1262603 六、申請專利範圍 1. 一種製作背面接點式太陽能電池的方法，該方法 包括以下步驟： 形成許多孔洞，其孔洞由一半導體基板的前表面延伸至後 表面，其基板包含了第一種導電型式者； 在前表面、後表面，和圍住該等孔洞的表面上提供一種包 含相反導電型式物質的擴散層； 在後表面上沉積一種帶圖案的電介質層； 將合金加入許多數和基板一起包含第一種導電型式的接點 中； φ將第一種導電格柵佈置於電介質層上而與該等接點作電氣 接觸；並且 將第二種導電格柵佈置於後表面上而與擴散層作電氣接 觸。 2. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中執行加 合金的步驟時穿過電介質層的現有區域 3. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中加合金 的步驟係執行於除去電介質層的區域而露出後表面區域之 後。 4. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中的擴散 %係輕淡地摻配雜質者。 5. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中的接點 所佔後表面面積的比率小於3 0 %。 6. 如申請專利範圍第5項所述之方法，其中的接點 所佔後表面面積的比率小於2 0 %。

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六、申請專利範圍 所佔圍第6項所述之方法’其中的接點 、J比车小於10 %。 德#品如凊專利範園第1項所述之方法，其中大I#上 後表：未被；點佔據的所有部份包含了擴散層。上 包含紹金：。清專利範圍第1項所述之方法，其中的接點 其中構成第 其中第一導 其中第一導 其中第一導 -遙1: k 士。申請專利範圍第1項所述之方法 -'電格栅的材料至少部份地填滿該等孔洞 Φ '如申請專利範圍第1項所述之方法 一格柵的格線寬度比接點的寬度寬-些。 電格栅與第二導電格互圍相u所34之方法 的袼線。 〃 包含具有錐形寬度 14· 一種依據申請專利範圍第1項所、十、士 面接點式太陽能電池。 、所逑方法製作之背 15· 一種製作背面接點式太陽能泰 法包括以下步驟： 电池的方法，該方 、成許多孔洞其由一半導體基板之 表面，其基板包含了第一種導電型式^ ·延伸至基板的後 在後表面上沉積一種帶圖案的擴散障蔽層· ίΪί = Ϊ面上未被擴散障蔽層覆】的區·，和圍住 …口的表面上提供一種包含相反導電型式物質的= 1麵

_ 第33頁 1262603 六、申請專利範圍 層； 將第一種導電格柵佈置於擴散障蔽層上而與該區域子集部 份的基板作電氣接觸；並且 將第二種導電格柵佈置於後表面上而與擴散層作電氣接 觸。 16. 如申請專利範圍第1 5項所述之方法，另外包括 一步驟將該區域子集的導電型式實質大體上改變成第一種 導電型式。 17. 如申請專利範圍第1 5項所述之方法，其中的沉 φ積步驟包括使用網版轉印法（screen printing)。 18. 如申請專利範圍第1 5項所述之方法，其中第一 種導電格柵包含鋁金屬。 19. 如申請專利範圍第1 5項所述之方法，其中構成 第二導電格柵的材料至少部份地填滿該等孔洞。 20. 如申請專利範圍第1 5項所述之方法，其中第一 導電格柵的格線寬度比該區域其中之一的寬度寬一些。 21. 如申請專利範圍第1 5項所述之方法，其中第二 導電格栅和擴散障蔽層部份重疊。 22. 如申請專利範圍第1 5項所述之方法，其中第一 $電格柵與第二導電格栅互相叉合。 23. 如申請專利範圍第1 5項所述之方法，其中第一 導電格柵與第二導電格栅的至少其中之一包含具有錐形寬 度的格線。 24. 一種依據申請專利範圍第1 5項所述方法製作之

第34頁 1262603 六、申請專利範圍 背面接點式太陽能電池。 25. 一種製作背面接點式太陽能電池的方法，該方 法包括以下步驟： 形成許多孔洞其由一半導體基板之前表面延伸至基板的後 表面，其基板包含了第一種導電型式者； 在後表面上沉積一種帶圖案的擴散障蔽層； 在前表面、後表面上未被擴散障蔽層覆蓋的區域，和圍住 該等孔洞的表面上提供一種包含相反導電型式物質的擴散 層； φ去除擴散障蔽層； 在後表面上沉積一種金屬化的屏柵，該金屬化的屏柵包括 了 ： 第一種開口其小於第一種區域並且和孔洞對齊者；以及 第二種開口其小於後表面已被擴散障蔽層覆蓋的部份之第 二種區域並且與其對齊者； 將第一種導電格柵部份地佈置於金屬化的屏柵上而與穿過 第一種開口的擴散層作電氣接觸；並且 將第二種導電格柵部份地佈置於金屬化的屏柵上而與穿過 第二種開口的基板作電氣接觸。 • 26. 如申請專利範圍第25項所述之方法，其中金屬 化的屏栅提供鈍化作用給後表面。 2 7. 如申請專利範圍第2 5項所述之方法，其中金屬 化的屏栅包含一種過渡金屬的氧化物。 28. 如申請專利範圍第25項所述之方法，其中的沉

第35頁 1262603 六、申請專利範圍 積步驟包含使用網版轉印法。 29. 如申請專利範圍第2 5項所述之方法，其中的第 二導電格柵包含鋁金屬。 30. 如申請專利範圍第2 5項所述之方法，其中構成 第一導電格柵的材料至少部份地填滿該等孔洞。 31. 如申請專利範圍第2 5項所述之方法，其中第一 導電格栅的格線寬度比第一種開口的寬度寬一些。 3 2. 如申請專利範圍第2 5項所述之方法，其中第二 導電格柵的格線寬度比第二種開口的寬度寬一些。 | 33. 如申請專利範圍第2 5項所述之方法，其中第二 種開口所佔後表面面積的比率小於3 0%。 34. 如申請專利範圍第33項所述之方法，其中第二 種開口所佔後表面面積的比率小於2 0%。 35. 如申請專利範圍第34項所述之方法，其中第二 種開口所佔後表面面積的比率小於1 0 %。 36. 如申請專利範圍第2 5項所述之方法，其中沒有 被第二種開口佔據的大部份後表面包含該擴散層。 37. 如申請專利範圍第25項所述之方法，其中第一 導電格柵與第二導電格柵互相叉合。 ® 38. 如申請專利範圍第2 5項所述之方法，其中第一 導電格栅或第二導電格柵至少其中之一包含了具有錐形寬 度的格線。 39. 一種依據申請專利範圍第2 5項所述方法製作之 背面接點式太陽能電池。

第36頁 1262603 六、申請專利範圍 一 11°盆八女種,b面接點式太陽能電池，包含了： 一基板/、έ有第一種導電型式者； 一擴散層在上述的某杯接主 質者； 表面上包含一種相反導電型式物 -在上述的後表面上以網版 電介質層中的許多開口，复由# Μ电"貝廣， a ^ ^ ^ it l , 〃、中δ亥後表面露出通過上述的開 口之區域含有上述的篦一絲 種導電型式者； 佈置於上述的開口之導電接點；以及 與上述的導電接點作雷U造妓 官产大 > 卜、+. Ζ 許多格線，構成上述的格 >線之覓度大於上述的開口之寬度。 + 請專利範圍第40項所述之太陽能電池，盆 中上述的電介質層係撰自μ 具 層、以及金屬化的屏栅所構成的群組。 〃政Ρ早蔽 42如申請專利範圍第4〇項所述之太陽能電池，1 中上述的接點包含銘金屬。 /、 φ Λ3的門如申—請專利範圍第40項所述之太陽能電池，其 ’l、歼口匕含上述的後表面之面積比率小於30%。 …·如申請專利範圍第43項所述之太陽能電池，農 f上述的開口包含表面面積的比率小於2〇%。 、 45. 如申請專利範圍第44項所述之太陽能電池，立 中上述的開口包含表面面積的比率小於1 〇 %。 '、 46. 如申請專利範圍第40項所述之太陽能電池，i 中未露出通過上述的開口之大部份後表面包含了擴散岸、 47·如申請專利範圍第40項所述之太陽能電池，^ 1262603 六、申請專利範圍 中上述的基板包含由基板前表面延伸至上述的後表面之孔 洞。 48. 如申請專利範圍第47項所述之太陽能電池，其 中包含與上述的擴散層接觸之金屬化材料至少部份地填滿 該等孔洞。

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