TWI672818B - 太陽能電池之金屬化 - Google Patents

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Abstract

描述了一種用於太陽能電池的金屬化之方法及所得到的太陽能電池。在實施例中，製造太陽能電池的方法包含在基板內或基板之上形成複數個交替的N型區域及P型區域。方法亦包含在複數個交替的N型區域及P型區域上形成金屬晶種層。方法亦包含在與交替的N型區域及P型區域之間的位置對準的區域，圖案化至少一部分的金屬晶種層。方法亦包含在圖案化之後，蝕刻以在交替的N型區域及P型區域之間的位置形成溝槽，將交替的N型區域及P型區域彼此隔離。

Description

太陽能電池之金屬化
本揭露的實施例係為可再生能源之領域，並且特別是，包含用於太陽能電池的金屬化之方法及所得到的太陽能電池。
光伏打電池，俗稱為太陽能電池，係為用於將太陽能輻射直接轉化成電能的公知裝置。一般來說，太陽能電池利用半導體處理技術形成靠近基板表面的p-n接面而製備在半導體晶圓或基板上。照射在基板表面上並且進入基板的太陽能輻射在塊狀(bulk)基板中產生電子及電洞對。電子及電洞對遷移至基板中的p-摻雜區域及n-摻雜區域，從而在摻雜區域之間產生電壓差。摻雜區域連接至太陽能電池上的導電區域，以從電池引導電流至連接至其的外部電路。
效率係為太陽能電池的重要特性，因為其直接關係到太陽能電池發電的能力。同樣地，在生產太陽能電池中的效率係直接關於這種太陽能電池的成本效益。據此，用於增加太陽能電池效率的技術，或用於增加太陽能電池製造中的效率的技術係為一般所期望的。本揭露的一些實施例藉由提供用於製造太陽能電池結構的新穎製程而允許增加太陽能電池的製造效率。本揭露的一些實施例藉由提供新穎的太陽能電池結構而允許增加太陽能電池的效率。
本發明之一態樣提供一種製造太陽能電池的方法，其包含：在基板內或基板之上形成複數個交替的N型區域及P型區域；在複數個交替的N型區域及P型區域上形成金屬晶種層；圖案化在與交替的N型區域及P型區域之間的位置對準的區域之至少一部分的金屬晶種層；以及在圖案化之後，蝕刻以在交替的N型區域及P型區域之間的位置形成溝槽，將交替的N型區域及P型區域彼此隔離。
本發明之另一態樣提供一種太陽能電池，其係根據上述製造太陽能電池的方法而製造。
本發明之又一態樣提供一種太陽能電池，其包含：基板；設置在基板內或基板之上的半導體射極區；以及電性連接至半導體射極區的接點結構。其中，接點結構包含：設置在半導體射極區的最高表面上，並覆蓋所述最高表面的金屬晶種材料；以及設置在整個金屬晶種材料上，並覆蓋整個金屬晶種材料的金屬箔材料。
本發明之又一態樣提供一種太陽能電池，其包含：基板；設置在基板內或基板之上的半導體射極區；以及電性連接至半導體射極區的接點結構。其中，接點結構包含：設置在半導體射極區的最高表面上，並覆蓋所述最高表面的金屬晶種材料；設置在金屬晶種材料上的光阻材料，光阻材料具有形成在其中的開口，而露出一部分的金屬晶種材料；以及設置在光阻材料的開口內，並與金屬晶種材料接觸的金屬結構。
100‧‧‧基板
101‧‧‧光接收表面
102‧‧‧薄介電材料
104‧‧‧半導體層
106‧‧‧N型區域
108‧‧‧P型區域
110‧‧‧金屬晶種層
112、114‧‧‧溝槽
118‧‧‧鈍化材料層
120、122‧‧‧接點結構
200‧‧‧流程圖
202、204、206、208‧‧‧操作
330‧‧‧光阻材料
332‧‧‧鈍化材料
440‧‧‧金屬箔層
442‧‧‧鈍化材料層
第1A圖、第1B圖、第1C(i)圖至第1C(iv)圖及第1D圖至第1F圖繪示了根據本揭露的實施例之太陽能電池製造中的各種階段之截面圖，其中：
第1A圖繪示了太陽能電池製造中，在基板之上形成的半導體層中形成複數個交替的N型區域及複數個P型區域之後的階段；第1B圖繪示了在半導體層上形成金屬晶種層之後的第1A圖之結構；第1C(i)圖至第1C(iv)圖繪示了圖案化在與交替的N型區域及P型區域之間的位置對準的區域之至少一部分的金屬晶種層之後第1B圖結構的四個方案；第1D圖繪示了在交替的N型區域及P型區域之間的位置的半導體層中形成溝槽之後的第1C(i)圖至第1C(iv)圖之結構；第1E圖繪示了在溝槽中形成鈍化材料之後的第1D圖之結構；以及第1F圖繪示了露出晶種層部分並在其上鍍上接點結構之後的第1E圖之結構。
第2圖係為根據本揭露的實施例，列出製造太陽能電池之方法中對應於第1A圖、第1B圖、第1C(i)圖至第1C(iv)圖及第1D圖之操作之流程圖。
第3A圖至第3C圖繪示了根據本揭露的另一個實施例之製造另一個太陽能電池中的各種階段之截面圖，其中：第3A圖繪示了在金屬晶種層上形成光阻層之後的第1B圖之結構； 第3B圖繪示了圖案化在與交替的N型區域及P型區域之間的位置對準的區域之至少一部分的金屬晶種層之後的第3A圖之結構；以及第3C圖繪示了在交替的N型區域及P型區域之間的位置的半導體層中形成溝槽、在溝槽中形成鈍化材料以及隨後露出晶種層部分並在其上鍍上接點結構之後的第3B圖之結構。
第4A圖至第4C圖繪示了根據本揭露的另一個實施例之製造另一個太陽能電池中的各種階段之截面圖，其中：第4A圖繪示了在金屬晶種層上形成金屬箔層之後的第1B圖之結構；第4B圖繪示了圖案化在與交替的N型區域及P型區域之間的位置對準的區域之至少一部分的金屬晶種層之後的第4A圖之結構；以及第4C圖繪示了在交替的N型區域及P型區域之間的位置的半導體層中形成溝槽以及在溝槽中形成鈍化材料之後的第4B圖之結構。
下列實施方式在本質上僅為說明性質，且並非旨在限制專利標的之實施例，或此實施例的應用及用途。如用於本文中，文字「例示性的(exemplary)」表示「作為一個實施例(example)、實例(instance)或說明(illustration)」。在本文中被描述為例示性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，並不意圖被先前技術領域、背景、發明內容或下列實施方式中提出的任何明示或暗示的理論束縛。
此說明書包含參照「一個實施例(one embodiment)」或「一實施例(an embodiment)」。慣用語「在一個實施例」或「在一實施例」的出 現並不必然表示相同實施例。特定的特徵、結構或性質可以與本揭露一致的任何合適之方式結合。
用語。下列段落提供在本揭露(包含所附的申請專利範圍)中發現的用語之定義及/或語境。
「包含(Comprising)」。此用語為開放式的。當用於所附的申請專利範圍中時，此用語並不排除其他結構或步驟。
「配置以(Configured To)」。各種單元或組成可描述或主張為「配置以」進行一個工作或多個工作。在這樣的語境中，使用「配置以」以藉由指出單元/組成包含在操作期間進行那些工作或那些多個工作的結構而暗示結構。因此，縱使當特定單元/組成並不是目前正在運作的(例如，並非導通/活動的)，單元/組成可以說是被配置以進行工作。將單元/電路/組成描述成被「配置以」進行一個或多個工作係明確地旨在對於所述單元/組成不援引35 U.S.C.§112，第六段。
「第一(First)」、「第二(Second)」等。如用於本文中，這些用語被用作為其所前綴之名詞的標籤，而不意味著任何類型的順序(例如，空間、時間、邏輯等)。例如，參照「第一」太陽能電池並不必然意味者此太陽能電池在順序上為第一太陽能電池，而是用語「第一」用於區分此太陽能電池與另一個太陽能電池(例如，「第二」太陽能電池)。
「耦接(Coupled)」-下列描述表示元件或節點或特徵被「耦接」在一起。如用於本文中，除非另有明確指出，否則「耦接」表示的是，一個元件/節點/特徵直接地或間接地連接至(或直接地或間接地相通於)另一個元件/節點/特徵，且不必然為機械性的。
此外，某些用語亦可僅為了參考之目的而使用在下列描述中，且因此不意圖為限制。例如，用語如「上(upper)」、「下(lower)」、「之 上(above)」及「之下(below)」表示進行參照之圖式中的方向。用語如「前(front)」、「後(back)」、「背(rear)」、「側(side)」、「外側(outboard)」及「內側(inboard)」描述在藉由討論下參照描述組成的說明及相關圖式而臻至明確之進行參照的一致但任意框架中之組成的部分之定向及/或位置。這樣的用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。
用於太陽能電池的金屬化之方法及所得到的太陽能電池被描述於本文中。在下列描述中，為了提供本揭露的實施例之徹底理解而闡述了許多具體細節，如具體的製程流程操作。對所屬技術領域中的通常知識者將顯而易見的是，本揭露的實施例可在沒有這些具體細節下實施。在其他實例中，為了避免不必要地模糊本揭露的實施例，而不詳細描述公知的製造技術，如微影法(lithography)及圖案化技術。此外，要理解的是，在圖式中所示出的各種實施例為說明性的表示，而不需要按比例繪製。
在本文中揭露了製造太陽能電池的方法。在一個實施例中，製造太陽能電池的方法包含在基板內或基板之上形成複數個交替的N型區域及P型區域。方法亦包含在複數個交替的N型區域及P型區域上形成金屬晶種層。方法亦包含圖案化在與交替的N型區域及P型區域之間的位置對準的區域之至少一部分的金屬晶種層。方法亦包含，在圖案化之後，蝕刻以在交替的N型區域及P型區域之間的位置形成溝槽，將交替的N型區域及P型區域與彼此隔離。
在本文中亦揭露了太陽能電池。在一個實施例中，太陽能電池包含基板。半導體射極區係設置在基板內或基板之上。接點結構係電性連接至半導體射極區，並包含設置在半導體射極區的最高表面上且覆蓋半導體射極區的最高表面的金屬晶種材料，以及設置在整個金屬晶種材料上且覆蓋整個金屬晶種材料的金屬箔材料。
在另一個實施例中，太陽能電池包含基板。半導體射極區係設置在基板內或基板之上。接點結構係電性連接至半導體射極區，並包含設置在半導體射極區的最高表面上且覆蓋半導體射極區的最高表面的金屬晶種材料，以及設置在金屬晶種材料上的光阻材料，光阻材料具有開口形成在其中，而露出一部分的金屬晶種材料。接點結構亦包含設置在光阻材料的開口內，並與金屬晶種材料接觸的金屬結構。
在本文中所描述的一個或多個實施例係針對用於結合金屬的太陽能電池之架構。實施例可包含紋理化濕蝕刻製程(texturizing wet etch process)的使用，以在矽溝槽蝕刻製程期間將部分切劃的金屬晶種層圖案化。其他實施例包含雷射切劃透過整個金屬晶種層的深度。常規製造方案可使用本文中所描述的方法而簡化。在一些實施例中，金屬化處理係在基板鈍化及紋理化操作之前進行。
為了提供上下文，包含在基板之上形成射極區的背接觸式太陽能電池製造可為複雜且昂貴的。此外，一個或多個高溫處理操作通常附屬於這樣的處理方案，例如，在用於磷(P)-驅動操作的高於攝氏800度溫度下的處理。由於在相關高溫爐中的擴散及污染，這樣的高溫處理通常排除了金屬的使用。據此，常規處理方案通常包含在已鈍化太陽能電池之後的金屬化。
對於一些高效率的背接觸式太陽能電池、背結合式太陽能電池，由P界面及N界面所形成的接面係高度再結合區域，並且必須由形成P區域及N區域之間的「溝槽」而去除，如在下面描述的第1F圖中由116描繪。在背面的矽中形成溝槽通常亦需要鈍化溝槽，以維持高效率。在隨後的主動半導體之金屬化期間，亦將金屬圖案化，並在P區域及N區域之間隔離。用於矽半導體的典型蝕刻劑係為氫氧化物水溶液。像是鋁的金屬 亦以此化學反應蝕刻，且因此若存在於此化學反應蝕刻期間的話，則需要被保護。然而，KOH類水溶液化學(作為實施例)可用於金屬化步驟期間，以將鋁金屬化圖案化。在本實施例中，KOH將在「前端(front-end)」期間用於將Si圖案化及紋理化，且其後在後端金屬化期間用於將鋁圖案化。結果係為一序列冗長的圖案化製程操作：Si溝槽形成、遮罩、蝕刻、接點開口、金屬隔離等，以形成指叉式背接觸電池。
根據本揭露的實施例，若在Si溝槽形成之前以覆蓋(blanket)形式沉積金屬的話，可以在Si中將P區域及N區域兩者，以及金屬的兩個極性同時隔離，並且在進行紋理化的同時，使用蝕刻化學反應結束圖案化，且從而消除這種冗餘。像是這樣的製程，可能需要在鈍化之前，移動至少部分的金屬化順序，可能限制了用於鈍化操作的溫度，例如，小於約攝氏400度。因此，根據本文中所描述的一個或多個實施例，描述低溫鈍化方法以能夠將消除冗餘操作的發射/金屬化製程方案結合。
如關於另一個實施例中所述的，對於描述具有前面紋理化及背面紋理化兩者的太陽能電池，由於溝槽的存在，在紋理化之前，產生至少部分的金屬化順序，例如，藉由氫氧化物類的蝕刻，使得能夠使用這種蝕刻完成隔離步驟，及/或去除由圖案化步驟引起的損壞。據此，使得可使用包含使用雷射的圖案化之潛在選項。
更具體地，在本文中所描述的實施例能夠簡化包含低應力、直接對準(straight forward alignment)及可能地，低溫(例如，小於約攝氏400度)處理的金屬化方案。在一個實施例中，結合溝槽及接點遮罩製程方案有助於圖案化並減輕與溝槽形成相關的其他風險。在一個實施例中，金屬晶種層的形成係在電池鈍化之前進行。在該實施例中，鈍化操作可用於將金屬晶種層退火，以提供對下層的矽射極區的良好附著，並且可能地，消除 其他的退火操作。在其他實施例中，金屬箔被併入製程流程中。
在第一態樣中，第1A圖、第1B圖、第1C(i)圖至第1C(iv)圖及第1D圖至第1F圖繪示了根據本揭露的實施例之太陽能電池製造中的各種階段之截面圖。第2圖係為根據本揭露的實施例，列出的製造太陽能電池之方法中對應於第1A圖、第1B圖、第1C(i)圖至第1C(iv)圖及第1D圖之操作之流程圖200。
第1A圖繪示了太陽能電池製造中在基板之上形成的半導體層中形成複數個交替的N型區域及P型區域之後的階段。參照第1A圖及流程圖200的對應操作202，複數個交替的N型區域106及P型區域108係形成在基板100之上形成的半導體層104中。特別是，基板100被設置，於其上N型半導體區域106及P型半導體區域108係設置在作為中間材料分別在N型半導體區域106或P型半導體區域108與基板100之間之薄介電材料102上。基板100具有相對背表面的光接收表面101，在背表面之上形成N型半導體區域106及P型半導體區域108。
在實施例中，基板100係為單晶矽基板，如塊狀單晶N型摻雜矽基板。然而，要理解的是，基板100可為層，如設置在總體太陽能電池基板上的多晶矽層。在實施例中，薄介電層102係為具有約2奈米或更小厚度的穿隧氧化矽層。在一個這樣的實施例中，用語「穿隧介電層」表示非常薄的介電層，通過介電層可實現電傳導。傳導可能是由於量子穿隧及/或通過在介電層中之薄點直接物理連接的小區域之存在。在一個實施例中，穿隧介電層係為薄氧化矽層或包含薄氧化矽層。
在實施例中，具有複數個交替的N型半導體區域106及P型半導體區域108之半導體層104係藉由，例如，使用電漿輔助化學氣相沉積(PECVD)製程而由形成的多晶矽形成。在一個這樣的實施例中，N型多晶 矽區域106係摻雜有N型雜質，如磷。P型多晶矽區域108係摻雜有P型雜質，如硼。
第1B圖繪示了在半導體層上形成金屬晶種層之後的第1A圖之結構。參照第1B圖及流程圖200的對應操作204，金屬晶種層110係形成在半導體層104上。
在實施例中，金屬晶種層110大於約97%的量的鋁及大約在1%至2%範圍內的量的矽。在一個這樣的實施例中，金屬晶種層110包含含有大於約97%的量的鋁及大約在1%至2%範圍內的量的矽之第一金屬層、含有鈦及鎢(TiW)的第二金屬層及含有銅的第三金屬層。在另一個實施例中，金屬晶種層110包含含有大於約97%的量的鋁及大約在1%至2%範圍內的量的矽之第一金屬層，以及含有鎳的第二金屬層。
在另一個實施例中，雖然並未描繪，介電層如氧化矽層係形成在半導體層104表面上，圖案化以部分露出半導體層104表面，且然後整個表面覆蓋於金屬晶種層110中。在該實施例中，薄氧化物層夾雜物(inclusion)可提高光學性質，因為氧化物與金屬晶種層相比之下，對Si具有更佳匹配的折射率。
第1C(i)圖至第1C(iv)圖繪示了圖案化在與交替的N型區域及P型區域之間的位置對準的區域之至少一部分的金屬晶種層之後的第1B圖結構的四個方案。參照第1C(i)圖至第1C(iv)圖及流程圖200的對應操作206，分別在交替的N型區域106及P型區域108之間的位置對準的區域之至少一部分的金屬晶種層110被雷射剝蝕。在交替的N型區域106及P型區域108之間圖案化形成溝槽112。在實施例中，圖案化係藉由使用雷射剝蝕而實現。
具體參照第1C(i)圖，在一個實施例中，金屬晶種層110的圖案 化係透過整個金屬晶種層110、透過整個半導體層104且可能透過薄介電材料102，並且進入基板100中。具體參照第1C(ii)圖，在另一個實施例中，金屬晶種層110的圖案化僅透過一部分的金屬晶種層110。具體參照第1C(iii)圖，在另一個實施例中，金屬晶種層110的圖案化係透過整個金屬晶種層110，但沒有延伸至整個半導體層104。具體參照第1C(iv)圖，在另一個實施例中，金屬晶種層110的圖案化係透過整個金屬晶種層110，並且延伸至半導體層104，但不透過半導體層104。
第1D圖繪示了在交替的N型區域及P型區域之間的位置的半導體層中形成溝槽之後的第1C(i)圖至第1C(iv)圖之結構。參照第1D圖及流程圖200的對應操作208，溝槽114係形成在交替的N型區域106及P型區域108之間的位置的半導體層104中，而將交替的N型區域106及P型區域108彼此隔離。
參照第1D圖，無論溝槽112深度的程度，其各種實施例係在第1C(i)圖至第1C(iv)圖中示出，溝槽114係透過整個金屬晶種層110、透過整個半導體層104、透過薄介電材料102、並且進入基板100中而形成。在一個實施例中，進行以形成溝槽114的蝕刻包含使用水性氫氧化物類溶液(aqueous hydroxide-based solution)而蝕刻。在實施例中，如同在第1D圖中所描繪，蝕刻以形成溝槽114包含將光接收表面101及溝槽114底部兩者紋理化，以形成紋理化表面116。在實施例中，蝕刻包含去除來自圖案化製程中的任何損壞，例如，來自雷射類圖案化中的熱影響區(heat-affected-zone)或任何光致光學損壞(photo-optical damage)，或來自任何機械類圖案化中的機械損壞。在實施例中，紋理化表面可為具有用於散射入射光的規則或不規則形狀的表面，降低太陽能電池露出的基板100表面之光反射出的量。在實施例中，金屬層110在蝕刻製程期間被用作抗蝕刻件，以用作用於蝕刻製程的遮罩。在實施例中，相對厚的金屬(例如， 大於約20微米(micron))被接合至金屬晶種層，並與金屬晶種層一起圖案化，使得厚金屬層作為抗蝕刻件。在具體的實施例中，選擇厚度以估算在蝕刻期間所消耗的部分，但最終厚度維持足以用於成品裝置的電性質及機械性質。
第1E圖繪示了在溝槽中形成鈍化材料之後的第1D圖之結構。參照第1E圖，鈍化材料層118形成在溝槽114中，並且在實施例中，覆蓋金屬晶種層110。在實施例中，鈍化材料層118係為底部抗反射塗層(BARC)材料或其他鈍化材料，如氮化矽。在實施例中，鈍化層進一步提供反向偏壓崩潰(reverse bias breakdown)，其通常透過高溫POCl3擴散操作而得到。沒有這樣的擴散步驟，溝槽不會被少量地摻雜，並且可能無法提供崩潰路徑。為了將反向偏壓崩潰維持在小於約5V的範圍內，可使用鈍化材料，如SiN結合a-Si、摻雜a-Si、AlOx或其他高能帶間隙之介電質。
第1F圖繪示了露出晶種層部分並在其上鍍上接點結構之後的第1E圖之結構。參照第1F圖，金屬晶種層部分110係藉由將鈍化材料層118圖案化而露出，例如，藉由雷射剝蝕。用於N型區域106的接點結構120及用於P型區域108的接點結構122然後，例如，藉由鍍上銅而形成在金屬晶種層110的露出部分上。再次參照第1F圖，其他的實施例可包含在光接收表面101上形成鈍化層及/或抗反射塗層(ARC)的層(共同地示出為層124)。要理解的是，形成鈍化層及/或ARC層的時間可有所變化。
參照第1F圖的結構，在實施例中，太陽能電池包含基板100。半導體射極區106或半導體射極區108係設置在基板100之上。在一個實施例中，在金屬化之前，活化了半導體中的摻質，例如，經由熱操作或雷射操作。在一個實施例中，半導體層的表面被製備以接觸至金屬，例如， 藉由局部去除或整個去除在任何摻質活化之後可能存在的任何氧化物。例如，在熱活化的情況下，可能存在對金屬接點將為障壁的薄氧化物。接觸結構係電性連接至半導體射極區106或半導體射極區108，並包含設置在半導體射極區106或半導體射極區108的最高表面上，且覆蓋所述最高表面的金屬晶種材料110。鈍化材料118係設置在金屬晶種材料110上。然後形成部分地或完全地透過晶種堆疊之溝槽116，以便將金屬的N型區域及P型區域與半導體兩者隔離。然後在結構中蝕刻，以將溝槽及前表面紋理化，並去除來自圖案化製程中之任何損壞。鈍化材料118具有形成於其中的開口，露出一部分的金屬晶種材料110。接點結構亦包含設置在鈍化材料118開口中的金屬結構120或金屬結構122，並與金屬晶種材料110接觸。在一個這樣的實施例中，基板100係為N型單晶矽基板，而半導體射極區106或半導體射極區108係為N型多晶矽射極區或P型多晶矽射極區。(一或複數個)金屬晶種材料110包含含有大於約97%的量的Ta、Ag或鋁及大約在1%至2%範圍內的量的矽之第一部分。金屬晶種層亦包含設置在第一部分之上，並含有鈦及鎢(TiW)或含有鎳的第二部分或第三部分。在一個實施例中，暴露於蝕刻劑的頂部金屬晶種層係為抗蝕刻件。對於氫氧化物類的蝕刻劑，這可包含Ni、Ta、Ag或類似物的露出部分。金屬結構120或金屬結構124包含鍍上銅，或通過鈍化層而接合至金屬晶種層的金屬箔(例如，Al)。
在第二態樣中，在圖案化金屬晶種層之前，在金屬晶種層上形成光阻層。例如，第3A圖至第3C圖繪示了根據本揭露的另一個實施例之製造另一個太陽能電池中的各種階段之截面圖。在金屬晶種層頂部上形成光阻層使得頂層晶種層金屬(例如，Al、Cu)能夠被保全，否則其將在，例如，氫氧化物類蝕刻劑中被蝕刻。以這種方式，可沉積對於隨後的Al箔接合步驟可較佳的之僅有Al的晶種層。相比之下，對於電鍍類的溶液，Cu 頂部晶種層可為較佳。並且，根據鈍化材料(332)及沉積方法，光阻材料330可提供免受侵蝕性氣體的腐蝕之保護。例如，習知的是，Cu晶種層的層可被氨類氣體腐蝕。氨氣可存在於某些鈍化層(例如，SiN)的形成中，頂部Cu晶種層必須在溝槽鈍化步驟期間被保護。
第3A圖繪示了在金屬晶種層上形成光阻層之後的第1B圖之結構。參照第3A圖，光阻層330係形成在金屬晶種層110上。在實施例中，光阻層330係為底部抗反射塗層(BARC)材料或其他鈍化材料，如氮化矽。光阻層材料的其他可能包含氧化物、聚合物，印刷、噴塗或沉積在片材中。
第3B圖繪示了圖案化在與交替的N型區域及P型區域之間的位置對準的區域之至少一部分的金屬晶種層之後的第3A圖之結構。參照第3B圖，溝槽112形成在光阻層330中，並且至少部分地進入金屬晶種層110。雖然在第3B圖中描繪的溝槽112具有與在第1C(i)圖中描繪的深度類似程度的深度，要理解的是，其他溝槽112的深度程度可能為合適的，如關於在第1C(ii)圖至第1C(iv)圖中所述的。在實施例中，圖案化係藉由使用雷射剝蝕而實現。
第3C圖繪示了在交替的N型區域及P型區域之間的位置的半導體層中形成溝槽、在溝槽中形成鈍化材料以及隨後露出晶種層部分並在其上鍍上接點結構之後的第3B圖之結構。參照第3C圖，溝槽(類似於關於在第1D圖所述的溝槽114)係形成在交替的N型區域106及P型區域108之間的位置的半導體層104中，將交替的N型區域106及P型區域108彼此隔離。可類似於鈍化材料層118的鈍化材料層332係形成在溝槽中，並且在實施例中，覆蓋光阻層330。金屬晶種層部分110係藉由將鈍化材料層332及光阻層330圖案化而露出，例如，藉由雷射剝蝕。或者，若在鈍化步驟期間不需要保護晶種的話，光阻層330可在鈍化之前完全地去除， 例如，藉由油墨去除(ink-strip)。然後用於N型區域106的接點結構120及用於P型區域108的接點結構122形成在金屬晶種層110的暴露部分上，例如，藉由鍍上銅。再次參照第3C圖，其他的實施例可包含在光接收表面101上形成鈍化層及/或抗反射塗層(ARC)的層(共同地示出如層124)。要理解的是，形成鈍化層及/或ARC層的時間可有所變化。
參照第3C圖的結構，在實施例中，太陽能電池包含基板100。半導體射極區106或半導體射極區108係設置在基板100之上。接點結構係電性連接至半導體射極區106或半導體射極區108(具有或不具有圖案化的表面氧化物)，並包含設置在半導體射極區106或半導體射極區108最高表面上並覆蓋所述最高表面的金屬晶種材料110。光阻330係設置在金屬晶種材料110上。溝槽被形成至少部分地通過光阻，以將半導體中的P型區域及N型區域與金屬晶種材料隔離。蝕刻劑可用於將前面、溝槽紋理化，並去除來自溝槽圖案化製程中任何殘留的損壞。在蝕刻之後，溝槽以鈍化材料，如SiN、摻雜的非晶形Si、AlOx鈍化。接著，具有開口形成在其中的光阻材料330及鈍化材料332，露出一部分的金屬晶種材料110。接點結構亦包含設置在光阻材料330開口中的金屬結構120或金屬結構122，並與金屬晶種材料110接觸。在一個這樣的實施例中，基板100係為N型單晶矽基板，而半導體射極區106或半導體射極區108係為N型多晶矽射極區或P型多晶矽射極區。金屬晶種材料110包含含有大於約97%的量的鋁及大約在1%至2%範圍內的量的矽之第一部分。金屬晶種層亦可包含設置在第一部分之上並含有鈦及鎢(TiW)或含有鎳的第二部分。金屬結構120或金屬結構124包含鍍在開口的銅，以及沉積或接合至金屬晶種層的其他金屬，如鋁(印刷或雷射接合)。在一個實施例中，鈍化層332被包含在光阻材料330上面。
在第三態樣中，金屬箔層在圖案化金屬晶種層之前係形成在金屬 晶種層上。例如，第4A圖至第4C圖繪示了根據本揭露的另一個實施例之製造另一個太陽能電池中的各種階段之截面圖。
第4A圖繪示了在金屬晶種層上形成金屬箔層之後的第1B圖之結構。參照第4A圖，金屬箔層440係形成在金屬晶種層110上。
在實施例中，金屬箔層440係為鋁箔層。在一個這樣的實施例中，金屬箔層440係為具有約在5微米至100微米範圍內的厚度之鋁(Al)箔，並且較佳地，約在50微米至100微米範圍內的厚度。在實施例中，金屬箔層440係藉由使用技術如，雷射焊接製程、熱壓接合(thermal compression)製程或超音波接合製程，但並不限於此，而附著至複數個金屬晶種材料區域114。
第4B圖繪示了圖案化在與交替的N型區域及P型區域之間的位置對準的區域之至少一部分的金屬晶種層之後的第4A圖之結構。參照第4B圖，溝槽112係形成在金屬箔層440中，並至少部分地進入金屬晶種層110。雖然在第4B圖中描繪的溝槽112具有與第1C(i)圖中描繪的深度類似程度的深度，要理解的是，其他溝槽112的深度程度可能為合適的，如關於第1C(ii)圖至第1C(iv)圖所述的。在實施例中，圖案化係藉由使用雷射剝蝕而實現。
第4C圖繪示了在交替的N型區域及P型區域之間的位置的半導體層中形成溝槽、在溝槽中形成鈍化材料以及隨後露出並接觸金屬箔層部分之後的第4B圖之結構。參照第4C圖，溝槽係形成在交替的N型區域106及P型區域108之間的位置的半導體層104中，將交替的N型區域106及P型區域108彼此隔離。可類似於鈍化材料層118的鈍化材料層442係形成在溝槽中，並且在實施例中，覆蓋金屬箔層440。要理解的是，在箔類實施例中可不需要傳統意義上的其他金屬接點，因為箔已經為主要導 體(primary conductor)，並且「在電池上(on-cell)」不需要進一步的金屬。對於箔可能需要的唯一接點係為用於電池與電池的接點，且用於測試。在實施例中，藉由將部分的鈍化材料層442穿孔(piercing)而製成對金屬箔層440之電氣接點。
參照第4C圖的結構，在實施例中，太陽能電池包含基板100。半導體射極區106或半導體射極區108係設置在基板100之上(具有或不具有形成在其上的薄氧化物)。接點結構係設置在半導體射極區上，並包含設置在半導體射極區106或半導體射極區108的最高表面上並覆蓋所述最高表面的金屬晶種材料110。金屬箔材料440係電性連接至整個金屬晶種材料110並覆蓋整個金屬晶種材料110。在一個這樣的實施例中，基板100係為N型單晶矽基板；半導體射極區106或半導體射極區108係為N型多晶矽射極區或P型多晶矽射極區；金屬晶種材料110包含大於約97%的量的鋁及大約在1%至2%範圍內的量的矽；以及金屬箔材料440係為鋁金屬箔。
雖然某些材料參照第1A圖、第1B圖、第1C(i)圖至第1C(iv)圖、第1D圖至第1F圖、第3A圖至第3C圖及第4A圖至第4C圖而在上面具體描述，一些材料可輕易地以具有其他如在本揭露的實施例之精神及範疇之內的其他實施例之其他材料取代。例如，在實施例中，不同的材料基板，如III-V族材料基板，可用來代替矽基板。在其他實施例中，基板係為單晶矽基板，而交替的N型半導體區域及P型半導體區域形成在單晶矽基板中，與形成在基板之上形成的多晶矽層中相對。在其他實施例中，上述方法可應用在除了太陽能電池之外的製造。例如，發光二極體(LEDs)的製造可從本文中所述的方法中得益。
因此，已揭露了用於太陽能電池的金屬化之方法及所得到的太陽 能電池。
雖然具體實施例已在上面描述，這些實施例並不旨在限制本揭露的範疇，即使其中關於特定的特徵僅描述單一實施例。在揭露中提供的特徵之實施例旨在為說明性的，而非限制性的，除非另有說明。將對具有本揭露益處的所屬技術領域中具有通常知識者而言將顯而易見的是，上面的描述旨在涵蓋這樣的替換、修改及等效物。
本揭露的範疇包含在本文中所揭露的任何特徵或特徵之組合(明示或暗示)，或其任何概括，無論其是否減輕了本文中所提出的任何或全部問題。據此，新的申請專利範圍可在本申請(或對其主張優先權的本申請)的申請過程期間制定成任何這樣的特徵之組合。特別是，參照所附的申請專利範圍，來自附屬項的特徵可與獨立項的特徵結合，並且來自各獨立項的特徵可以任何合適的方式結合，而非僅在所附的申請專利範圍中列舉的特定組合中。
在實施例中，製造太陽能電池的方法包含在基板中或基板之上形成複數個交替的N型區域及P型區域。方法亦包含在複數個交替的N型區域及P型區域上形成金屬晶種層。方法亦包含圖案化在與交替的N型區域及P型區域之間的位置對準的區域之至少一部分的金屬晶種層。方法亦包含在圖案化之後，蝕刻以在交替的N型區域及P型區域之間的位置形成溝槽，將交替的N型區域及P型區域彼此隔離。
在一個實施例中，方法亦包含在圖案化之前，在金屬晶種層上形成鋁箔層，其中圖案化進一步包含將在與交替的N型區域及P型區域之間的位置對準的區域之鋁箔層圖案化，留下在與交替的N型區域及P型區域對準的區域之剩餘部分的金屬晶種層及鋁箔層。
在一個實施例中，複數個交替的N型區域及P型區域係形成在 基板之上形成的半導體層中，並且圖案化至少一部分的金屬晶種層包含圖案化透過金屬晶種層，但不進入半導體層中，在交替的N型區域及P型區域之間的位置露出半導體層，並且蝕刻以形成溝槽包含蝕刻透過半導體層之露出的位置。
在一個實施例中，複數個交替的N型區域及P型區域係形成在基板之上形成的半導體層中，圖案化至少一部分的金屬晶種層包含圖案化透過金屬晶種層，並部分地透過半導體層，在交替的N型區域及P型區域之間的位置露出半導體層，並且蝕刻以形成溝槽包含蝕刻透過半導體層之露出的位置。
在一個實施例中，複數個交替的N型區域及P型區域形成在基板之上形成的半導體層中，並且圖案化至少一部分的金屬晶種層包含圖案化僅部分地透過金屬晶種層，並且蝕刻以形成溝槽進一步包含蝕刻透過與交替的N型半導體區域及P型半導體區域之間的位置對準之剩餘部分的金屬晶種層，以露出在交替的N型區域及P型區域之間的位置的半導體層，並且蝕刻以形成溝槽包含蝕刻透過半導體層之露出的位置。
在一個實施例中，形成金屬晶種層包含形成含有大於約97%的量的鋁及大約在1%至2%範圍內的量的矽之金屬層。
在一個實施例中，方法亦包含在圖案化之前，在金屬晶種層上形成光阻層，並且圖案化進一步包含圖案化在與交替的N型區域及P型區域之間的位置對準的區域的光阻層，留下在與交替的N型區域及P型區域對準的區域之剩餘部分的金屬晶種層及光阻層。
在一個實施例中，形成金屬晶種層包含形成含有大於約97%的量的鋁及大約在1%至2%範圍內的量的矽之第一金屬層、形成含有鈦及鎢(TiW)的第二金屬層以及形成含有銅的第三金屬層。
在一個實施例中，方法亦包含在蝕刻以形成溝槽之後，圖案化剩餘部分的光阻層，以露出金屬晶種層剩餘部分之區域；以及在金屬晶種層剩餘部分之露出區域上鍍上金屬接點特徵。
在一個實施例中，方法亦包含至少在溝槽中形成鈍化材料。
在一個實施例中，形成鈍化材料進一步包含在與交替的N型區域及P型區域對準的金屬晶種層剩餘部分上形成鈍化材料，並且方法進一步包含圖案化鈍化材料的部分，以露出金屬晶種層剩餘部分之區域；以及在金屬晶種層剩餘部分之露出區域上鍍上金屬接點特徵。
在一個實施例中，形成金屬晶種層包含形成含有大於約97%的量的鋁及大約在1%至2%範圍內的量的矽之第一金屬層，並且形成含有鎳的第二金屬層。
在一個實施例中，複數個交替的N型區域及P型區域係形成在基板上形成的薄介電層上的多晶矽層中。
在一個實施例中，蝕刻以在半導體層中形成溝槽包含使用水性氫氧化物類溶液蝕刻。
在一個實施例中，圖案化至少一部分的金屬晶種層包含雷射剝蝕部分的金屬晶種層。
在實施例中，太陽能電池包含基板。半導體射極區係設置在基板內或基板之上。接點結構電性連接至半導體射極區，並包含設置在半導體射極區的最高表面上，並覆蓋所述最高表面的金屬晶種材料；以及設置在整個金屬晶種材料上，並覆蓋整個金屬晶種材料的金屬箔材料。
在一個實施例中，基板係為N型單晶矽基板，半導體射極區係為形成在基板之上的N型多晶矽射極區或P型多晶矽射極區，金屬晶種材 料包含大於約97%的量的鋁及大約在1%至2%範圍內的量的矽，並且金屬箔係為鋁金屬箔。
在實施例中，太陽能電池包含基板。半導體射極區係設置在基板內或基板之上。接點結構係電性連接至半導體射極區，並包含設置在半導體射極區的最高表面上，並覆蓋所述最高表面的金屬晶種材料；光阻材料係設置在金屬晶種材料上，光阻材料具有形成在其中的開口，而露出一部分的金屬晶種材料；以及設置在光阻材料的開口內，並與金屬晶種材料接觸之金屬結構。
在一個實施例中，基板係為N型單晶矽基板，半導體射極區係為形成在基板之上的N型多晶矽射極區或P型多晶矽射極區，金屬晶種材料至少包含含有大於約97%的量的鋁及大約在1%至2%範圍內的量的矽之第一部分，及設置在第一部分之上並含有鈦及鎢(TiW)或含有鎳的第二部分，並且金屬結構包含銅。

Claims (19)

  1. 一種製造太陽能電池的方法，該方法包含：在一基板內或該基板之上形成複數個交替的N型區域及P型區域；在該複數個交替的N型區域及P型區域上形成一金屬晶種層；圖案化在與該交替的N型區域及P型區域之間的一位置對準的區域之僅一部分的該金屬晶種層；以及在圖案化之後，蝕刻該金屬晶種層之剩餘部分以及該複數個交替的N型區域及P型區域以在該交替的N型區域及P型區域之間的該位置形成一溝槽，將該交替的N型區域及P型區域彼此隔離；其中，蝕刻該金屬晶種層之剩餘部分以及該複數個交替的N型區域及P型區域之製程，與圖案化僅一部份的該金屬晶種層之製程係不相同。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之方法，進一步包含：在圖案化之前，在該金屬晶種層上形成一鋁箔層，其中圖案化進一步包含圖案化在與該交替的N型區域及P型區域之間的該位置對準的區域的該鋁箔層，留下在與該交替的N型區域及P型區域對準的區域之剩餘部分的該金屬晶種層及該鋁箔層。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之方法，其中形成該金屬晶種層包含形成含有大於約97%的量的鋁以及大約在1%至2%範圍內的量的矽之一金屬層。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之方法，進一步包含：在圖案化之前，在該金屬晶種層上形成一光阻層，其中圖案化進一步包含圖案化在與該交替的N型區域及P型區域之間的該位置對準的區域之該光阻層，留下在與該交替的N型區域及P型區域對準的區域的該金屬晶種層及該光阻層之剩餘部分。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之方法，其中形成該金屬晶種層包含形成含有大於約97%的量的鋁以及大約在1%至2%範圍內的量的矽之一第一金屬層、形成含有鈦及鎢(TiW)的一第二金屬層以及形成含有銅的一第三金屬層。
  6. 如申請專利範圍第4項所述之方法，進一步包含：在蝕刻以形成該溝槽之後，圖案化該光阻層的剩餘部分，以露出該金屬晶種層剩餘部分之區域；以及在該金屬晶種層剩餘部分之露出區域上鍍上一金屬接點特徵。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之方法，進一步包含：至少在該溝槽中形成一鈍化材料。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之方法，其中形成該鈍化材料進一步包含在與該交替的N型區域及P型區域對準的該金屬晶種層之剩餘部分上形成該鈍化材料，該方法進一步包含：圖案化該鈍化材料的部分，以露出該金屬晶種層剩餘部分之區域；以及在該金屬晶種層剩餘部分之露出區域上鍍上一金屬接點特徵。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之方法，其中形成該金屬晶種層包含形成含有大於約97%的量的鋁以及大約在1%至2%範圍內的量的矽之一第一金屬層，並且形成含有鎳的一第二金屬層。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該複數個交替的N型區域及P型區域係形成在該基板上形成的一薄介電層上的一多晶矽層中。
  11. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中蝕刻以在該半導體層中形成該溝槽包含使用一水性氫氧化物類溶液來蝕刻。
  12. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中圖案化至少一部分的該金屬晶種層包含雷射剝蝕部分的該金屬晶種層。
  13. 一種太陽能電池之製造方法，包含：在一基板內或該基板之上形成複數個半導體區域；在該複數個半導體區域上形成一金屬晶種層；圖案化在與該複數個半導體區域之間的一位置對準的區域之僅一部分的該金屬晶種層；以及在圖案化之後，蝕刻該金屬晶種層之剩餘部分以及該複數個半導體區域以在該複數個半導體區域之間的該位置形成一溝槽，將該複數個半導體區域彼此隔離；其中，蝕刻該金屬晶種層之剩餘部分以及該複數個半導體區域之製程，與圖案化僅一部份的該金屬晶種層之製程係不相同。
  14. 如申請專利範圍第13項所述太陽能電池之製造方法，進一步包含： 在圖案化之前，在該金屬晶種層上形成一鋁箔層，其中圖案化進一步包含圖案化在與該複數個半導體區域之間的該位置對準的區域的該鋁箔層，留下在與該複數個半導體區域對準的區域之剩餘部分的該金屬晶種層及該鋁箔層。
  15. 如申請專利範圍第13項所述之太陽能電池之製造方法，進一步包含：在圖案化之前，在該金屬晶種層上形成一光阻層，其中圖案化進一步包含圖案化在與該複數個半導體區域之間的該位置對準的區域之該光阻層，留下在與該複數個半導體區域對準的區域的該金屬晶種層及該光阻層之剩餘部分。
  16. 如申請專利範圍第15項之太陽能電池之製造方法，其中形成該金屬晶種層包含形成含有大於約97%的量的鋁以及大約在1%至2%範圍內的量的矽之一第一金屬層、形成含有鈦及鎢(TiW)的一第二金屬層以及形成含有銅的一第三金屬層。
  17. 如申請專利範圍第15項所述之太陽能電池之製造方法，進一步包含：在蝕刻以形成該溝槽之後，圖案化該光阻層的剩餘部分，以露出該金屬晶種層剩餘部分之區域；以及在該金屬晶種層剩餘部分之露出區域上鍍上一金屬接點特徵。
  18. 如申請專利範圍第15項所述之太陽能電池之製造方法，進一步包含：至少在該溝槽中形成一鈍化材料。
  19. 如申請專利範圍第18項所述之太陽能電池之製造方法，其中形成該鈍化材料進一步包含在與該複數個半導體區域對準的該金屬晶種層之剩餘部分上形成該鈍化材料，該方法進一步包含：圖案化該鈍化材料的部分，以露出該金屬晶種層剩餘部分之區域；以及在該金屬晶種層剩餘部分之露出區域上鍍上一金屬接點特徵。
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