無圖案化地形成矽太陽能電池之前觸點的方法

2023-04-22 22:39:46

專利名稱：無圖案化地形成矽太陽能電池之前觸點的方法
技術領域：
本發明通常涉及光電矽太陽能電池，並且更具體來說涉及在所述電池之前輻射-接收側上形成觸點。
背景技術：
光電太陽能電池主要包括具有鄰近於其前表面形成的淺p-n結(p-n junction) 的一種導電類型的半導體基板。當暴露於太陽輻射時，所述電池要求對於其前側和後側的電觸點以從所述電池獲得電流。太陽能電池前面的觸點通常是以柵格形式製造，所述柵格包括多個向同一方向延伸的狹窄、伸長、平行的副柵線(finger)和至少一個、但在大多數情況下兩個伸長的主柵線(bus bar)，主柵線與副柵線直角交叉。副柵線的寬度、數量和間隔經配置以將所述電池之前表面的最佳區域暴露於入射太陽輻射。現有技術中形成柵極的方法要求對前表面上的電極柵進行圖案化。一種方法是在沉積的氮化矽層上絲網印刷電極，用以形成抗反射(AR)塗層。通常由填銀漿形成的絲網印刷的電極柵在燒結時溶解氮化矽，形成觸點。這種方法形成約IOOym寬的柵線，其阻擋了大部分的入射陽光；和深幾千埃的觸點。寬柵線和深觸點適用於較低效率的電池，而不適用於需要狹窄的淺觸點的高效率裝置。對於這些裝置，圖案化通常涉及遮蔽，例如使用光刻法和蝕刻，以在太陽能電池之前表面上提供的抗反射塗層上提供開口，使得敷金屬的觸點可以被直接施用於太陽能電池之前表面。這種遮蔽增加了生產太陽能電池的時間和成本，而且在經濟上往往是不可行的。因此，需要一種可以整合到大量生產製造工藝中的針對狹窄淺柵線的觸點成形技術，其中所述觸點成形技術不利用圖案化，並且因此增加了形成觸點的速度並降低了形成觸點的複雜度。

發明內容
一種在矽太陽能電池上形成前觸點的方法包括紋路蝕刻(texture etching)所述太陽能電池之前表面；在所述太陽能電池之前表面上施用抗反射塗層；向此處施用摻雜材料；進行退火以將所述摻雜材料擴散到所述前表面中以提供相反導電類型的層；和對由所述紋路蝕刻形成的谷施用觸點金屬材料。本發明的實施例可進一步提供一種用於在晶體太陽能電池的表面上無圖案化地形成導電通路的方法，這種方法包括對所述太陽能電池的表面進行紋路蝕刻以提供峰和谷；將導電材料電鍍到經紋路蝕刻的表面上；和逆轉電鍍電流以從所述經紋路蝕刻的表面的峰而不是谷回蝕電鍍的材料。本發明的實施例還可提供一種用於在晶體矽基板的表面上形成導電通路的方法， 這種方法包括使所述晶體矽基板的表面紋路化(texturizing)；在所述晶體矽基板的表面上形成一發射極層，所述發射極層的導電類型與所述晶體矽基板相反；在所述晶體矽基板的紋路化表面上形成導電通路的一微圖案，其中所述導電通路的微圖案沿著所述發射極層的表面具有多個非連續柵格線；和在所述晶體矽基板的紋路化表面上形成一電介質層， 其中所述晶體矽基板的紋路化表面的至少一部分沒有被所述電介質層覆蓋，從而暴露出下面的非連續柵格線。


因此，可詳細理解本發明的上述特徵的方式，可參考實施例獲得上文簡要概述的本發明的更特定描述，其中某些實施例圖示於附圖中。然而，應注意，附圖僅圖示了本發明的典型實施例，並因此不欲視為本發明範圍的限制，因為本發明可容許其他同等有效的實施例。專利或申請文件包含至少一張製成彩色的圖。這種帶有彩色圖的專利或專利申請公開的拷貝將在作出請求並支付必要的費用之後由專利局提供。圖IA圖示包含前側敷金屬互連圖案的太陽能電池的等距視圖；圖IB是圖示根據本發明的一實施例利用間斷柵格線以降低矽太陽能電池的發射極的串聯電阻的示意圖；圖IC圖示根據本發明的一實施例包含前側敷金屬互連圖案的太陽能電池的平面圖；圖2A是展示根據本發明的一實施例在矽半導體基板的紋路化前表面上形成的柵格線的示意圖；圖2B是圖示根據本發明的一實施例形成在圖2A中所示的結構的工藝的流程圖；圖2C是圖示根據本發明的一實施例用於形成間斷柵格線的方法的示意圖；圖3A-3G圖示根據本發明的一實施例在結合圖4描述的工藝步驟的不同階段期間結構的示意性橫截面圖；圖4是圖示根據本發明的一實施例形成在圖3A-3G中所示的結構的工藝的流程圖；圖5是根據本發明的一實施例通過安放觸點材料用於在紋路化表面的谷中產生柵格線的硬體的示意圖；圖6是根據本發明的一實施例在電鍍觸點材料之後矽半導體基板的紋路化前表面的示意圖；圖7是根據本發明的一實施例在經回蝕而在通過表面紋路化形成的谷中留下觸點材料之後矽半導體基板的紋路化前表面的示意圖；圖8A-8D圖示根據本發明的一實施例在結合圖9描述的工藝步驟的不同階段期間結構的示意性橫截面圖；圖9是圖示根據本發明的一實施例形成在圖8A-8D中所示的結構的工藝的流程圖；圖10是根據本發明的一實施例的基板的紋路化前表面的一部分的掃描電子顯微鏡圖，其中在這種紋路化前表面上形成有抗反射塗層，這種抗反射塗層具有使用本文描述的工藝在多個谷中形成的多個暴露區域；和圖11是根據本發明的一實施例的基板的紋路化前表面的一部分的掃描電子顯微鏡圖，其中這種紋路化前表面具有布置在使用本文描述的工藝形成的暴露區域中的導電觸點材料。
為了便於理解，儘可能使用相同元件符號來指代附圖共有的相同元件。涵蓋一個實施例的元件和特徵可以有利地併入其他實施例，而無需進一步敘述。
具體實施例方式本發明通常提供一種用以在光電裝置之前表面上形成敷金屬結構的方法和設備。 圖IA圖示所形成的太陽能電池裝置100之前表面。在圖IA中圖示的太陽能電池裝置具有形成於其上的二條主柵線125和多條規則的柵格線126，以形成用以從所形成的太陽能電池裝置100收集電流的電極柵。當有太陽光照射時太陽能電池產生電流，電流流經布置在前表面15上的觸點，即光-接收側，並且流經太陽能電池100的背側(未圖示)。頂部的觸點結構通常構造為寬間隔的薄金屬條或規則的柵格線126，以向較大的主柵線125供應電流。背部觸點(未圖示)通常並不強制形成為多條薄金屬條，因為除了諸如雙面電池的特殊情況外，入射光並不穿透太陽能電池100的背部表面。太陽能電池100之前表面15通常用充當抗反射塗層或ARC的諸如Si3N4的電介質材料的薄層覆蓋，以最小化來自太陽能電池 100的頂表面的光反射。如上所述，當光照射到太陽能電池時，來自入射光子的能量在p-n 結區的兩側產生電子空穴對(electron-hole pairs)。電子擴散越過p_n結達到較低能級， 而空穴在相反方向上擴散，使得當電路布置在發射極和基極(base)之間並且p-n結暴露於一定波長的光時，電流將流動。在形成具有電極柵或柵格線類型結構的太陽能電池裝置時遇到的一個問題是由於互連元件中的串聯電阻，所形成的太陽能電池容易功率損耗。典型矽太陽能電池具有電阻率為約1歐姆/釐米的塊區(例如，P型矽區)。在所述塊區是P型區的情況下，η型發射極可以擴散到基板之前表面以形成P-n結。雖然一些電流是在所述裝置的發射極收集到，但是大部分電流是在基板的塊區收集到。在發射極中收集到的電流在所述發射極內流向柵格線1 並且隨後流出經主柵線125進入電路。如果對發射極使用重摻雜，則將降低發射極層的電阻。然而，這樣的重摻雜增加了發射極的複合損耗，因此降低了太陽能電池的效率。太陽能電池的效率還可以因減小柵格線1 之間隔而損耗，這是由於遮蔽了入射光。 柵格線1 通常間隔2到3毫米且通常寬50到100微米且厚10到15微米。在一些情況下，柵格線126由燒結的銀漿製成。已經發現了一種減小發射極電阻從而允許增大柵格線間隔的方法，這種方法是沿著矽太陽能電池之前表面提供間斷或非連續的柵格線。間斷柵格線118、120通常垂直於柵格線126(如圖IC所示)，並且通常具有比柵格線1 窄的尺寸。例如，間斷柵格線118、120 可寬10微米且厚5微米。這些柵線可以通過帶孔的印刷掩模進行絲網印刷，這種孔比正常解析度的絲網印刷工藝的孔更精細。在另一實施例中，金屬通過精細的電鍍掩模電鍍在表面上。所形成的柵線甚至可以比光波長窄，因此光阻擋大大降低。這種細柵線的形成在下文論述。這些非連續或間斷的柵格線並非旨在將電流直接傳導到柵格線和主柵線，而是提供平行於發射極的低電阻通路，如圖IB所示。參閱圖1B，基板10通常具有在其上形成的發射極層112，發射極層112形成了 p-n結114的一側。流經基板10和發射極層112的電流(即，元件符號116)用多個箭頭圖示。間斷柵格線118和120是沿著發射極的表面而提供，並且如所示一些電流自發射極流動，如122處所示，且流經間斷柵格線118、120，如IM 處所示。這提供穿過發射極112的平行傳導通路。由於這些平行傳導電路，發射極112的總電阻因此減小，並且太陽能電池的效率增加。已經發現在常規柵格結構(沒有間斷柵格線)的情況下，太陽能電池的效率為約18.5%。如果使用相同的電池，但沒有發射極電阻， 則效率增加到19. 49%。具有3. 8mm間隔之間斷柵格線的電池提供19. 32%的效率。因而認識到即使低密度下間斷柵格線也能幾乎消除發射極電阻的影響，否則發射極電阻會使電池效率降低約的絕對值。如上所述，本發明通常提供一種用以在光電裝置之前表面上形成敷金屬結構的方法和設備。在一實施例中，敷金屬結構形成在基板之前表面上，以形成用以改善所形成的太陽能電池裝置的效率之間斷柵格線結構的至少一部分。在另一實施例中，敷金屬結構形成在基板之前表面上，用以代替柵格線結構(例如，圖IA中的元件符號1 )，並且因此將電流提供給一或多條主柵線125。圖2A是具有根據本發明的方法之一形成之前觸點的諸如晶體矽基板的基板10的示意性側視截面圖。圖2B是圖示用以形成圖2A中所示的敷金屬結構的步驟的流程圖。基板10優選用ρ型矽材料構造，並且具有在基板之前表面15上形成的η型發射極區12以形成ρ-η結14。基板10之前表面15通過使用在所屬領域中熟知的技術紋路化，以形成峰 17和谷19。橫跨基板10之前表面而提供抗反射(AR)塗層16。例如，塗層16可為氮化矽 (SiNx)材料或其他熟知的抗反射塗層材料。發射極區12和AR塗層16可以用許多不同的方式形成。在一實施例中，AR塗層 16由其上沉積有SiNx層的摻雜有磷的薄(數量級為200 A) 二氧化矽層組成。隨後基板10被加熱到約850°C，以驅使氧化物層中的磷進入基板10以形成Ρ-η結14。在另一實施例中，AR塗層16摻雜有η型摻雜劑，例如通過離子注入磷摻雜劑，以形成η型發射極區 12和AR塗層16。在一實例中，離子注入使用可以從美國加利福尼亞州聖克拉拉市(Santa Clara California)的應用材料公司(Applied Materials, Inc.)購得的等離子體離子浸沒(plasma ion immersion, P3i)室執行。隨後所注入的結構通過加熱到約840°C的溫度達30分鐘的時段來退火以活化並導入摻雜劑。在一實施例中，摻雜工藝使用旋壓型工藝、 將液體摻雜劑源施用到表面型工藝或氣源型摻雜工藝(例如，熔爐摻雜工藝)來執行。圖2C圖示使用在本文中結合圖2-9論述的工藝形成之間斷柵格線結構的一實施例。圖2C是紋路化矽基板的頂表面的俯視圖，紋路化矽基板由於紋路蝕刻工藝而具有在其上形成的多個角錐體128-136。應注意到圖2C僅僅展示了基板的頂表面的一小部分。通過執行如下所述的各種處理步驟，在各角錐體之間的谷138中形成合適的金屬觸點材料。在一實施例中，穿過角錐體128-136的底部的所形成的亞微米柵格137可用於形成如上論述之間斷柵格線的微圖案。在一種構造中，柵格線是亞波長尺寸(例如，高度和寬度)的，並且因此提供穿透所形成太陽能電池基板的頂表面的光子的輕微光學遮蔽或沒有光學遮蔽。通過利用這種技術，各載流連接點之間的距離為約10微米，與常規處理中的典型距離Imm不同。因此，串聯電阻將減小。通過將這種微圖案用於間斷柵格，光收集的絕對得率為0.5%， 並且串聯電阻的絕對得率為約0. 5%。如圖2B所示，在一實施例中，用於形成如圖2A所示的結構的基本步驟是首先使用常規蝕刻化學紋路蝕刻基板10之前表面(即，步驟22)。此後，在步驟M，在紋路化前表面 15上沉積AR塗層。如上所述，AR塗層16可以濺射到基板10之前表面上。當這種濺射發生時，材料將聚集在峰17處，並且由於遮蔽沉積膜的厚度朝著谷19方向將逐漸減小。在一實施例中，由於遮蔽，濺射工藝在各峰17之間留下未被抗反射塗層覆蓋的谷19。在步驟沈，提供發射極區12的η型摻雜材料可以通過等離子體浸沒離子注入 (plasma immersion ion implantation,P3i)形成。等離子體浸沒離子注入可以通過使包含摻雜材料的合適氣體(諸如包含磷化氫的氫載氣)流動，並且隨後施加合適的電能場來產生等離子體來完成。等離子體產生磷離子，由於基板10適當偏壓，磷離子將衝擊基板10 之前表面15。如所熟知的，SiNx抗反射塗層16將作為掩模，但是因為AR塗層16 (例如， SiNx)沒有覆蓋谷中的一些區域，所以大量的離子注入將在用以形成重摻雜區20的那些區域中發生。在一實例中，重摻雜的η+區在重摻雜區20內形成。在等離子體浸沒離子注入工藝期間，一些磷原子將被抗反射塗層16所吸收。在一實施例中，摻雜工藝使用旋壓型工藝、將液體摻雜劑源施用到表面型工藝或氣源型摻雜工藝(例如，熔爐摻雜)來執行。然後，執行可選的導入步驟或步驟27，以使AR塗層16中所含的磷原子從AR塗層 16擴散到基板10的頂表面，以形成發射極12。隨後所注入的結構通過加熱到約840°C的溫度達30分鐘的時段來退火，這也將活化摻雜劑並導入摻雜劑。然後，在執行注入步驟(步驟26)之後，隨後可以在步驟28處施用諸如鎳(Ni)的金屬材料的塗層，以形成觸點18。觸點材料以如下方式施用到基板10之前表面15 觸點材料佔據在如元件符號18處圖示的紋路化前表面中的谷19，可用於形成矽太陽能電池之前表面的柵格線。觸點材料可為電鍍或濺射到基板的表面上的鎳。在一實例中，可以將鎳直接無電電鍍在暴露的矽上，並且隨後熔合形成矽化鎳觸點。可有利地用來形成敷金屬觸點18的無電沉積工藝和化學的實例在2006年10月27日提交的共同轉讓並同在申請中的美國專利申請第11/553，878號[代理機構案號APPM/010659. Pl]和2006年3月20日提交的共同轉讓的美國專利申請第11/385，043號[代理機構案號APPM 9916.04]中進一步論述，這兩個專利申請都以引用的方式全部併入本文。在一實例中，無電鎳沉積工藝使用無電溶液執行，這種無電溶液含有濃度為約60mM的硫酸鎳；濃度為約14mM的二甲氨基硼烷(DMAB)；濃度為約60mM的檸檬酸；濃度在約33mM和約115mM之間的二乙醇胺(DEA)；濃度在約5mM到約50mM之間的甘氨酸；濃度在約5mM和約IOmM之間的硼酸；濃度為約120mM 的乳酸；以將無電溶液的PH值調節在約8到約11、優選約9到約10且最優選約8. 0到約 8. 5範圍，諸如約8. 5的濃度的氫氧化四甲基銨(TMAH)。無電沉積工藝可以在約35°C到約120°C、優選約80°C到約85°C的範圍內的溫度下實施。在一實例中，可將去離子水(DI water)預熱並脫氣(例如，小於約IOOppm)，以降低隨後形成的無電溶液中的氧濃度。將水預熱到中等溫度允許無電溶液在預定溫度下形成，該預定溫度剛好低於用以開始沉積工藝的溫度，從而縮短沉積工藝的時間。在步驟沈的另一實施例中，將很薄的Ni層(數量級為100 A)濺射到前表面15 上並且加熱以在表面15上的暴露區域處形成矽化鎳層，因此可以形成敷金屬觸點18。布置在AR塗層16上的過量鎳隨後可以在王水硝酸(HNO3)溶液，或食人魚洗液(pirarmah)(硫酸和過氧化氫)化學品中被蝕刻掉，並且可含有銀的較厚金屬層隨後被無電電鍍到暴露的矽化鎳層上。在步驟觀的一實施例中，傳導材料的附加層隨後用在谷19中形成大量傳導材料沉積，以使用所形成的觸點18作為基底形成互連的柵格線結構。在一實施例中，附加層通過使用電鍍工藝形成。附加層的材料可包括銀、鎳、銅、鋁或其他類似的材料。如上所述，可能希望通過蝕刻該不需要的材料來去除布置在抗反射層16的外表面上的附加層的部分。 可以使用的蝕刻材料優選將包括硝酸(HNO3)或其他合乎需要的適於蝕刻金屬的蝕刻溶液。然後，在步驟30中，使基板10退火以在由互連觸點18形成的觸點材料和基板中的重摻雜區20之間形成合乎需要的電連接。如所屬領域的技術人員將認識到的，通過利用如上所述的方法，在不利用在利用現有技術的情況下常用的任何圖案化的情況下，已經形成可用於在基板10上形成前觸點的柵格線結構。在製造如圖2A所示且如上所述的結構之後，在所屬領域中熟知的主柵線可以絲網印刷到前表面15上，以在光的光子穿透太陽能電池裝置時收集在太陽能電池中產生的電流。因此電流可以通過使電流在形成的互連柵格線結構和主柵線之間流動來收集。替代處理方法圖3A-3G圖示根據本發明的一實施例形成柵格線的替代方法。圖3A-3G通常圖示在圖4中圖示的處理步驟400的不同時期或階段基板10之前表面15的一部分的一系列側視近距橫截面圖。如圖3A-3G所示，具有兩個表面34和36的單個谷19形成在兩個峰17 之間，其都是基板10的紋路蝕刻之前表面15的一部分。參閱圖3A和圖4，在步驟402處，基板10的表面經紋路蝕刻以形成谷19。如上所述，紋路蝕刻工藝可以使用常規的紋路蝕刻工藝執行，以在基板10的表面上形成在所屬領域中熟知的隨機金字塔形類型的結構(例如，角錐體)。然後，如圖;3B所示的電介質層38在步驟404期間形成於基板的表面36和34上。 在一實例中，電介質層38是通過使用在所屬領域中熟知的化學氣相沉積(CVD)工藝形成的 SiO2 層。在步驟406處，如圖3C所示，將電介質層38隨後摻雜合適的摻雜材料，諸如η型摻雜劑(例如，磷)，以形成摻雜的電介質層40。摻雜工藝可以通過使用如上所述的等離子體浸沒離子注入工藝或其他類似工藝執行。在一實施例中，摻雜工藝使用旋壓型工藝、將液體摻雜劑源施用到表面型工藝或氣源型摻雜工藝(例如，熔爐摻雜)來執行。在步驟408處，隨後使基板退火以將摻雜原子(例如，磷原子)擴散並導入基板10 中以形成發射極層40(例如，η型發射極)。退火工藝通常可以包括將基板加熱到約800°C 的溫度達30分鐘的時段。在步驟410處，且如圖3D所示，諸如SiNx的抗反射塗層42沉積在發射極層40的表面上。在一實例中，約200 A厚的氮化矽塗層通過使用濺射工藝沉積在發射極層40上。在步驟412處，在沉積抗反射塗層42之後，基板的頂表面經受用以去除谷19中的 SiO2層的緩衝HF (稀釋50 1)蝕刻劑，從而在矽基板10的表面36-34上形成暴露的區 44。然後，在步驟414中，隨後將附加摻雜材料(例如，η型摻雜劑)施用到基板10以形成重摻雜區46。在一實施例中，摻雜工藝通過使用等離子體浸沒離子注入工藝或諸如旋壓玻璃法(SOG)的其他類似工藝來執行。在步驟416處，隨後使基板退火以將摻雜原子(例如，磷原子)擴散並導入基板10 中，以形成重摻雜的區46 (例如，η+型區)。退火工藝通常可以包括將基板加熱到約800°C 的溫度達30分鐘的時段。此後，在步驟418，在重摻雜區46上形成合適的導電金屬層48。導電金屬層48可以通過如上論述的濺射或電鍍形成。在一實例中，導電金屬層48是施用到區域44的含鎳材料。在一實施例中，傳導材料的附加層隨後沉積在傳導金屬層48上以形成互連的柵格線結構。同樣如上所述，在執行步驟418之後，主柵線可以絲網印刷到前表面15上以在光的光子穿透太陽能電池裝置之前表面時收集在太陽能電池中產生的電流。在一種構造中，該電流可以通過使電流在形成的互連柵格線結構和主柵線之間流動來收集。在另一構造中， 電流可以通過使電流在形成之間斷柵格線結構、發射極層和主柵線之間流動來收集。第二替代處理方法在現參閱的圖5、圖6和圖7中展示在晶體矽太陽能電池基板的紋路化表面的谷中形成互連柵格線的替代方法。圖5圖示可適用於在紋路化基板上形成柵格線的常規電鍍室55。在將基板56插入電鍍室55中之前，導電層或晶種層通過使用諸如PVD、CVD、蒸發或其他類似技術的常規沉積技術沉積於紋路化前表面62上。在一實施例中，晶種層包括類似於在後續步驟中將電鍍到基板表面上的層的材料。在一實例中，沉積的晶種層由選自由銀、 鎳、銅、錫、鋁或其他類似材料組成的群的金屬製成。如所圖示，提供具有電鍍液的電解槽52 的容器50。鎳或其他適當傳導材料的電極M支撐在容器50內，並且連接到電能源58的第一末端。電能源58的第二末端連接到基板56。隨著電流在正極方向53(例如，基板為負極的)流動，電鍍層60在布置於半導體基板56的紋路化前表面62上的晶種層上形成。應該注意到，如區64和區66所示，在紋路化表面的谷中的電鍍材料60的厚度通常大於在紋路化表面的峰處的電鍍材料的厚度。可將電鍍抑制劑和化學製劑加入電解質溶液以進一步提高如在集成電路工藝中所熟知的「超填(superfill)」效應，從而形成鑲嵌結構。隨後逆轉電鍍電流57 (例如，基板是陽性的)，因此發生蝕刻過程，並且一定量的電鍍材料60被從基板56的表面68-78(圖7)去除。認為通過使用相對高的逆轉電鍍電流密度，電鍍材料可以優選從紋路化前表面62的峰，而非谷80中去除。將優選從紋路化前表面62的峰去除電鍍材料的合乎需要的電鍍電流通常將隨電解液傳導率、電鍍室陽的流體動力學性質、將要去除的沉積膜的傳導率而變。一方面，可以向電解液中添加一或多種常規添加劑(例如，抑制劑、催化劑、勻平劑、拋光劑)以促進電鍍材料60的優選蝕刻。電鍍的材料60隨後僅僅保留在谷80中，並且因此形成用於太陽能電池的柵格結構。在合適的主柵線被絲網印刷在適當位置之後，進行形成p-n結並提供抗反射塗層和如上所述的η+區的合適附加步驟。第三替代處理方法根據本發明的又一實施例，參閱圖8A-8D和圖9。圖8A-8D通常圖示具有通過使用紋路蝕刻工藝在表面84和86之間形成的單個谷19的基板10的部分的一系列側視近距橫截面圖。步驟902通常類似於如上論述的步驟402。在步驟904期間，如圖8Α和圖9所示，向經紋路蝕刻的基板10的表面86和84施用脆性薄膜88。脆性薄膜88可以包括含有例如二氧化矽(SiO2)、氮化矽(Si3N4)的薄膜或含碳薄膜(例如碳化矽(SiC))。這種沉積的脆性薄膜88可以是例如在300°C和500°C之間的溫度下在富H2環境中通過等離子體增強化學氣相沉積而沉積的SiN。通過在這些低溫下沉積層88，原子在著陸於基板的表面之後不再具有移動的遷移率，並且因此趨向於形成脆性層。在一實施例中，脆性薄膜88在如下溫度下沉積該溫度使得脆性薄膜88在冷卻時開裂，這是由於薄膜中因熱壓縮而產生的應力。然後，在步驟906處，如圖8B所示，隨後將具有沉積在其上的脆性薄膜88的基板10加熱，或暴露於紫外光，以排出所形成層內所含的氫。這種工藝在脆性薄膜88(例如， Si3N4)中產生張力，使得脆性薄膜88沿著谷19的底部開裂，以產生包含表面86和84的一部分的暴露區域82。如果需要，則在裂縫90形成之後，所述表面可以經受HF稀釋的6 1 緩衝蝕刻劑，以蝕刻沉積的膜並擴展裂縫90。去除脆性薄膜88的部分可以因此形成更大的開口，在下一步驟中摻雜原子可以經所述開口傳送。圖10為具有在多個角錐體1001上形成的脆性薄膜88 (例如，氮化矽)的基板的紋路化表面的一部分的近距掃描電子顯微鏡圖。如圖10所示，在脆性薄膜88中形成的裂縫產生了在多個角錐體1001之間的谷19中形成的多個暴露區82。在步驟908處，如圖8C所示，隨後對暴露區域82進行摻雜以形成重摻雜的區92。 在一實例中，假如基板10為P型基板，則摻雜劑為磷。摻雜可以通過等離子體浸沒離子注入(P3i)工藝或其他熟知的擴散技術來完成。磷離子可以被Si3N4層88所吸收，但是主要是通過裂縫90由矽基板吸收。在步驟910處，如圖8C所示，使具有包含於其中的磷離子的矽基板10退火，使得在谷19內形成重摻雜區92 (例如，η+區)，並且同時被Si3N4層所吸收的磷原子擴散到基板的表面中以形成發射極層94(例如，η型發射極)。在一替代實施例中，Si3N4層可以在沉積工藝期間摻雜磷，以提供附加量的磷從而幫助形成ρ-η結。如上所論述，在一實施例中，在執行步驟904之前，Si3N4層可以沉積在摻雜磷的SW2薄層上。在一些情況下，這種方法可以用來提供附加的磷摻雜，因為磷在S^2中擴散地更快，所以矽中可以摻雜更多的磷。此後，在步驟912處(圖8D)，將導電觸點材料96施用到重摻雜區92以提供柵格線，如以上類似地論述。如在所屬領域中所熟知，導電觸點材料96可以通過電鍍、濺射或類似工藝施用。如上所述，主柵線可以隨後沿著頂表面形成，以完成對於太陽能電池的頂表面的電接觸。應該注意到，先前描述的方法也可以用以在紋路化工藝期間形成的角錐體的底部形成一系列細柵格線(圖2C)。在另一實施例中，一系列細柵格線未必是連續的，因為其可用於形成提供平行於經摻雜的發射極的低電阻通路的一組間斷柵格線。圖11為基板的紋路化表面的一部分的近距掃描電子顯微鏡(SEM)圖，其中該基板具有在暴露區82中形成的導電觸點材料96，暴露區82在各角錐體1001之間形成的谷19中形成。如圖所示，導電觸點材料96或在這種情況下形成的鎳層沿在塗覆有脆性薄膜88的多個角錐體1001中的各角錐體之間形成的谷19分布。因此公開了一種在其上具有已形成的柵格線的矽太陽能電池，所述柵格線是在無圖案化的情況下提供。雖然先前內容是針對本發明的實施例，但是可在不脫離本發明的基本範圍的情況下設計本發明的其他和另外實施例，並且本發明的範圍由以上權利要求書來決定。
權利要求
1.一種用於在晶體太陽能電池的表面上無圖案化地形成導電通路的方法，包括使基板的表面紋路化以形成具有峰和谷的多個金字塔形類型的結構；在所述表面上形成抗反射層，其中在所形成的谷中的所述表面的至少一部分沒有被所形成的抗反射層覆蓋；將摻雜材料形成並擴散到沒有被所形成的抗反射層覆蓋的所述基板的所述表面的所述至少一部分中；將導電材料沉積在沒有被所形成的抗反射層覆蓋的所述基板的所述表面的所述至少一部分上；和加熱所述基板到所希望的溫度。
2.根據權利要求1所述的方法，進一步包括將摻雜材料從所述抗反射層擴散到所述基板的所述表面的至少一部分中。
3.根據權利要求1所述的方法，其中所述抗反射層是在約300°C和約500°C之間的溫度下在富氫環境中通過等離子體增強的化學氣相沉積而沉積的脆性薄膜。
4.根據權利要求3所述的方法，進一步包括去除所述抗反射層中所含的氫以使所述抗反射層在所述谷內開裂，從而在所述多個金字塔形類型的結構之間的所述谷中形成暴露區域的步驟。
5.根據權利要求4所述的方法，進一步包括蝕刻所述太陽能電池的所述表面以擴大所述暴露區域的步驟。
6.根據權利要求1所述的方法，其中沉積所述導電材料包括將所述金屬觸點材料沉積在所述所形成的金字塔形類型的結構之間，以形成間斷柵格線的一微圖案。
7.根據權利要求6所述的方法，其中所述金屬觸點材料濺射或電鍍於在所述所形成的金字塔形類型的結構之間的所述谷中。
8.根據權利要求1所述的方法，其中所述抗反射層通過選自由化學氣相沉積和濺射組成的群的工藝形成。
9.根據權利要求1所述的方法，其中所述摻雜材料通過使用等離子體浸沒離子注入工藝施用。
10.根據權利要求1所述的方法，其中所述摻雜材料從氣相或液相源傳送。
11.根據權利要求6所述的方法，其中所述間斷柵格線間隔約Imm到約IOmm的距離。
12.根據權利要求6所述的方法，其中所述間斷柵格線寬約0.Olmm且厚約0. 005mm。
13.根據權利要求1所述的方法，其中所述晶體太陽能電池為ρ型材料，並且所述摻雜材料為磷。
14.根據權利要求1所述的方法，進一步包括在所述太陽能電池的表面上形成平行於但實質上並不電連接到所述導電材料之間斷柵格線。
15.一種用於在晶體矽基板的表面上形成導電通路的方法，包括使所述晶體矽基板的表面紋路化；在所述晶體矽基板的所述表面上形成發射極層，所述發射極層具有與所述晶體矽基板相反的導電類型；在所述晶體矽基板的所述紋路化表面的所述表面中形成導電通路的一微圖案，其中導電通路的所述微圖案具有沿著所述發射極層的所述表面的多個非連續柵格線；和在所述晶體矽基板的所述紋路化表面上形成電介質層，其中所述晶體矽基板的所述紋路化表面的至少一部分沒有被所述電介質層覆蓋，以暴露下面的非連續柵格線。
16.根據權利要求15所述的方法，進一步包括在所述晶體矽基板的所述紋路化表面的所述表面中形成多個傳導線，其中所述多個傳導線實質上垂直於所述多個非連續柵格線。
17.根據權利要求15所述的方法，其中所述非連續柵格線間隔約Imm到約IOmm的距1 O
18.根據權利要求15所述的方法，其中所述非連續柵格線寬約0.01mm且厚約 0.005mm。
19.根據權利要求16所述的方法，其中所述傳導線間隔約2mm到約3mm的距離，且寬約 0. 05-0. Imm,並且厚約 0. 01-0. 015mm。
20.根據權利要求15所述的方法，其中導電通路的微圖案使用絲網印刷或光刻工藝形成。
21.一種用於在晶體太陽能電池的表面上無圖案化地形成導電通路的方法，包括 紋路蝕刻所述太陽能電池的表面以提供峰和谷；在所述紋路化表面上電鍍導電材料；和逆轉電鍍電流以優選從所述峰去除所述電鍍的導電材料並在所述紋路化表面的所述谷中留下一定量的所述導電材料。
22.根據權利要求21所述的方法，進一步包括將摻雜材料擴散到所述紋路化表面中。
全文摘要
一種用於在矽太陽能電池上形成前觸點的方法，包括紋路蝕刻太陽能電池的前表面，在所述表面上形成抗反射層，將摻雜材料擴散到所述表面中以在所述表面的紋路蝕刻期間形成的谷中形成重摻雜區，在所述谷中的所述重摻雜區上沉積導電材料並使所述太陽能電池退火。
文檔編號H01L31/042GK102217085SQ200980145655
公開日2011年10月12日 申請日期2009年11月12日 優先權日2008年11月13日
發明者J·杜科維克, L·徐, P·伯登 申請人:應用材料股份有限公司