專利名稱：包括金屬覆蓋穿通以及改進的鈍化的光生伏打電池的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及太陽能電池之類的光生伏打器件。更具體來說，本發(fā)明涉及由特別的 鈍化方案改進的金屬覆蓋穿通(metal wrap through)太陽能電池，還涉及用來制造所述太 陽能電池的有成本效益的方法。
背景技術：
根據一般結構，可以將現有技術中描述的大部分太陽能電池分為幾類。其中的一類是所謂的后接觸太陽能電池，這意味著與太陽能電池的兩個相反摻雜 區(qū)的歐姆接觸都設置在太陽能電池的背面，即未受照射的表面上。這一原理避免或減少標 準太陽能電池上的前金屬接觸格柵造成的遮蔽損失。制造后接觸太陽能電池的最直接的方法是將相反摻雜的半導體區(qū)之間的載流子 收集結設置在靠近電池的后表面(“背面結(back-junction) ”電池)。文獻“1127. 5%硅 聚能器太陽能電池(1127. 5-Percent Silicon ConcentratorSolar Cells) (R. A. Sinton, Y. Kwark, J. Y. Gan, R. Μ. Swanson, IEEE ElectronDevice Letters,第 ED-7 卷，第 10 其月，1986 年10月)描述了這樣的器件。因為大部分的光子總是在靠近電池前表面的位置被吸收的，在這些區(qū)產生的載流 子必須擴散通過太陽能電池的整個基區(qū)，朝向靠近后表面的載流子收集結移動。對于這個 原理，人們需要具有少數載流子擴散長度比電池厚度大的高質量的材料，因此，這一解決方 案不適合通常擴散長度短的大多數太陽能級的材料。另外，需要對包括接近后表面的載流 子收集結的電池進行完美的前表面鈍化。最大的一類太陽能電池的載流子收集結靠近其前表面。通過與前表面上的摻雜區(qū) 相連的金屬接觸件以及與背面上的相反摻雜區(qū)相連的第二接觸件，從這些太陽能電池收集 電流。盡管這種前格柵結構可以相對容易地進行優(yōu)化，從而獲得高收集效率，但是電阻損失 與遮蔽損失之間的折衷，結果是需要覆蓋占總面積6-12%的前表面。另一類太陽能電池將這兩種方法相結合。這類太陽能電池包括與后表面上相反摻 雜區(qū)相連的外部接觸件，同時收集結靠近前表面。從前表面收集到的電流被導引通過通孔 到達后表面，所述通孔穿過整個晶片。通過使用這種結構，顯著減少了前金屬化格柵通常會 造成的遮蔽損失。文獻WO 1998/054763 (EP O 985 233 Bi)描述了一種這樣的結構，下文稱為金屬 覆蓋穿通(Metal Wrap Through) (MWT)。盡管這些MWT太陽能電池的遮蔽區(qū)減小，但是由于會發(fā)生過多的分流，例如在通 孔中和后發(fā)射體匯流條下面發(fā)生的復合，因此這些MWT太陽能的效率通常仍受到限制(例 如參見以下文獻所述“絲網印刷的MC-Si金屬覆蓋穿通(MWT)太陽能電池的加工和全面表 征(Processing andcomprehensive characterisation of screen-printed MC-Si Metal Wrap Through (MWT) Solar cells) ”，Clement et等，第22屆歐洲光生伏打太陽能會議會 干(Proceedings of the 22nd European Photovoltaic Solar Energy Conference)，意
4大利，米蘭(2007)，第1400-1402頁；“對激光鉆出的通孔用于發(fā)射體-覆蓋-穿通-太 陽能電池白勺壽命石if究(Lifetime studies on laser drilled vias forapplication in Emitter-Wrap-Through-Solar Cells) ”，Mingirulli 等，第 22 屆歐洲光生伏打太陽能會議 會刊，意大利，米蘭(2007)，第1415-1418頁)。

發(fā)明內容
發(fā)明目的本發(fā)明的目的是提供光生伏打電池和制造光生伏打電池的方法，由此減輕或避免 現有技術的一些問題。發(fā)明概述在本發(fā)明的第一個方面，提供了一種光生伏打器件，例如太陽能電池，所述光生伏 打器件包括半導體層，該半導體層具有用來接受入射光，例如太陽光的前表面，以及與所 述前表面相背的后表面；前接觸件，也稱為發(fā)射體接觸件，用來在前表面上收集電流；位于 器件后面之上、例如位于后表面上的后匯流條，也稱為發(fā)射體匯流條，用來引出前側的電 流；穿過所述半導體層的通孔，所述通孔包括導電路徑，用來將所述前接觸件與后匯流條連 接；位于基片后表面上、即位于半導體層的后表面上的介電層；用于半導體層的后表面的 后接觸件，其穿過所述介電層，到達半導體層；所述介電層還覆蓋所述通孔的內表面，將所 述導電路徑與半導體層絕緣。與現有的包括通孔的設計相比，通過在通孔內提供相同的電介質，而不是在通孔 內包含一些其它的特別絕緣件，因此無需采用對準和掩蔽步驟，使該其它的特別絕緣件的 電介質遠離通孔。因此制造可以更廉價而且更快。另外，通孔內的電介質有助于減少在靠近 通孔以及后表面上包括結區(qū)的需要，因此在結區(qū)域之內或附近鉆通孔造成的損傷較小。這 有助于減少不希望出現的復合電流，因此提高效率。因此電介質可以用于多重目的，例如表 面和整體鈍化，保護其免受燒制造成的熱損傷，通過后表面反射以提高效率，使得通孔中的 金屬與半導體絕緣。后接觸太陽能電池造成的彎曲通常比常規(guī)的太陽能電池更多，這是因為在前面不 存在平衡后面的Al糊料引起的高應力的匯流條。此處，由于介電層疊件，制得的太陽能電 池顯示不利的彎曲問題少得多。本發(fā)明的另一個方面提供了一種制造光生伏打器件的方法，所述器件包括半導體 層，所述半導體層包括用來接受入射光，例如陽光的前表面，以及與所述前表面相背的后表 面，所述方法包括以下步驟形成穿過所述半導體層的通孔，在基片的后表面上，即在半導體層的后表面上形成介電層，使得所述介電層也覆 蓋通孔的內表面，形成通過所述通孔的導電路徑，用來從前表面收集電流，通過介電層將導電路徑 與半導體層絕緣，在器件的后面之上，例如在器件的后表面之上形成后匯流條，以連接通過通孔的 導電路徑，以及形成用于半導體層后表面的后接觸件，其穿過介電層，到達半導體層。在所附的獨立權利要求和從屬權利要求中提出了本發(fā)明的具體和優(yōu)選的方面。本 發(fā)明的任意方面的實施方式可以包括任意的附加特征，其中一些附加特征在從屬權利要求中提出，一些附加特征列于詳述部分的實施例中。在合適并且不只是如權利要求中清楚陳 述的時候可以將從屬權利要求中的特征與獨立權利要求中的特征以及其它從屬權利要求 中的特征合并。


圖1顯示了根據本發(fā)明的一個實施方式，光生伏打器件如太陽能電池的制造方法 的步驟的例子。圖2顯示根據本發(fā)明另外的實施方式的其它制造方法的步驟的圖示。圖3顯示根據本發(fā)明的一個實施方式的光生伏打器件的截面圖。圖4顯示根據另一個實施方式的類似的截面圖。圖5顯示根據本發(fā)明的另一個實施方式的光生伏打器件的截面圖。圖6顯示根據另一個實施方式的制造方法的步驟。
具體實施例方式下面可參照某些附圖，關于具體實施方式
描述如何實施本發(fā)明，但是本發(fā)明不限 于此。所述的附圖僅僅是示意性的，而非限制性的。在附圖中，為了說明，一些元件的尺寸 放大了，未按比例繪制。另外，在描述以及權利要求書中，術語“第一”、“第二”和“第三”等用來區(qū)別類似 的元件，而不一定描述次序或時間順序。要理解，在合適的情況下，這些術語可以互換使用， 本文所述的本發(fā)明實施方式能夠按照本文所述或例舉的次序以外的其它次序進行操作。另外，在說明書和權利要求書中，術語“頂部”、“底部”、“上方”、“下面”等是用來進 行描述，而不一定描述相對位置。要理解，在合適的情況下，這些術語可以互換使用，本文所 述的本發(fā)明實施方式能夠按照本文所述或例舉的取向以外的其它取向進行操作。所述的實施方式顯示了一種新穎的改進的結構，其包括一部分上述已知的MWT結 構的特征，以及文獻WO 2006/097303A1中描述的所謂i-perc結構的一些特征。這種新的 結構(稱為i-perc-BC)得益于不僅沉積于后側而且沉積于通孔內的i-perc的穩(wěn)定的鈍化 層疊件。至少一些實施方式與已知的MWT相比的一個重要區(qū)別在于，在通孔內以及后側上 不存在擴散。由此帶來的結果是可以減少或者避免通孔形成過程中產生的，存在于發(fā)射體 和/或耗盡區(qū)內的缺陷。這些缺陷會導致復合，由此降低性能。除了有益的鈍化性質以外， 所述層疊件還可以作為金屬糊料與下方的裸露基區(qū)之間的阻擋層，所述金屬糊料與發(fā)射體 電連接，并覆蓋通孔和后表面的一部分。在i-perc結構中，所述層疊件遍布整個基區(qū)，僅僅局部開放用來形成接觸，由此 為基側上的表面提供極佳的鈍化。類似地，在此新的結構中，所述層疊件在被基極覆蓋的區(qū) 內提供了鈍化，還在位于發(fā)射體和后側上的基極之間的類基區(qū)(base like regions)中提 供了鈍化。從工藝過程來看，所述新結構與最初的MWT結構相比的另一個優(yōu)點在于由于在 后側上沒有發(fā)射體區(qū)，因此在后側和前側上都無需存在結隔離，由此簡化了太陽能工藝過程。圖3-6，本發(fā)明的實施方式
圖3顯示了根據本發(fā)明實施方式的一種器件。圖中顯示了 P型硅29形式的半導 體層，和穿過晶片的孔25的形式的通孔。前側包括被SiNx鈍化層27覆蓋的擴散區(qū)20，和 穿過所述鈍化層的接觸件23，也稱為發(fā)射體接觸件。圖中未顯示所述接觸件如何與通孔中 的導電路徑連接起來，從而將前側電流通到后側的匯流條，也稱為發(fā)射體匯流條。在后側上 顯示了 i-perc型結構，其為介電層疊件的形式，由氧化層39形成，被SiNx層28覆蓋。這 可以使用W02006 097303所示的實施例來實施。背面接觸件Al-BSF 36也被稱為后接觸件 或基極接觸件(base contact)，圖中顯示Al (31)穿過介電層疊件中的孔，到達該背面接觸 件，將基極接觸件連接起來。所述介電層疊件延伸到通孔內。沉積的氧化物自始至終穿過 通孔，所述SiNx至少延伸進入通孔的一部分。通孔中的導電路徑被直接印刷在氧化物或 SiNx上，部分從前側印刷，部分從后側印刷。如果需要的話，也可以使用特別的真空條件從 后側或前側一步印刷，將糊料吸入通孔中。換而言之，光生伏打器件的這個實施方式包括半導體基片，該基片至少包括接受 輻射的前表面以及后表面，所述基片包括一種導電種類的第一區(qū)(29)(可以是基區(qū))，以及 與前表面相鄰的具有相反導電種類的第二區(qū)(20)(可以是發(fā)射體區(qū))，其被減反射層(27) 覆蓋。所述后表面被介電層(39)(例如沉積的氧化層)或者包括氧化物層和氮化硅層(28) 的介電層疊件覆蓋，所述介電層或者介電層疊件還覆蓋了所述通孔的內表面。前表面具有 與所述第二區(qū)(20)相接觸的收集電流的導電接觸件(23)以及延伸到通孔(25中)的導電 層，后表面具有穿過所述電介質、到達所述第一區(qū)(29)的收集電流的導電接觸件(31)以及 后導電終端電極(termination electrode)(匯流條)(33)。該終端電極延伸到通孔中，與 前導電層23—起形成導電路徑，使得光生電流從前表面流到后面上的終端電極(33)。通過 各處有電介質，無需對準和掩蔽，而且該電介質還用來絕緣，為半導體提供熱保護，以及幫 助表面和整體鈍化。由此還可以無需在通孔附近設置結區(qū)，所以減少了通孔制造過程對通 孔附近的結區(qū)造成的損傷，并因此減少了不希望出現的復合電流。圖4顯示了另一個實施方式，其中使用的編號與圖3的編號相對應。與圖3相比， SiNx在通孔中自始至終延伸，穿過所述晶片到達前表面。在一些情況下，可以在通孔中自始 至終沉積，在之后的制造步驟中，可以在靠近前表面的位置，從通孔中局部除去SiNx，留下 如圖3所示的SiNx層。該局部除去SiNx的操作可以例如通過以下方式進行施用前金屬 糊料，然后進行燒制步驟。圖4所示的實施例還顯示了在印刷前格柵(Ag絲網印刷的接觸 件23的形式)之前，以絲網印刷的Ag33的形式印刷后匯流條。圖5顯示了類似的實施方式，其中使用類似的編號，但是后側上的SiNx層沒有延 伸到通孔中。圖6顯示了根據一個實施方式的方法步驟。在步驟54中，通過激光或者任何其它 的硅機械加工或蝕刻方法，切割穿過晶片的通孔。在步驟52中，在P型Si的前側上形成N+ 擴散層。然后形成SiNx和其它的前側層(如果有的話)。原則上，這一步驟可以在切割通 孔之前進行。任意一種方式都是優(yōu)選的，以避免在通孔附近形成擴散層，以使其在通孔相鄰 之處不會延伸得較深。在步驟57中，在沒有進行對準或形成圖案的情況下，介電層在整個 后表面上形成，因此其會延伸到通孔中。在步驟59中，在介電層上形成介電層疊件的其它 層，任選延伸到通孔中。在步驟64，將介電層疊件局部開放。在步驟62和68，形成發(fā)射體 金屬化。在后側上形成發(fā)射體匯流條，將多個通孔連接起來，收集所有的前側電流，如步驟68所示。然后在前側形成發(fā)射體接觸件格柵。它們通過通孔互相連接。延伸到通孔中的所 述發(fā)射體電極在介電層上方通過介電層與半導體的基底(base)隔離?？梢酝ㄟ^本領域技 術人員已知的各種不同的方法，完成在通孔中形成這些導電路徑的操作。在步驟66，沉積金 屬以填充通過介電層到達半導體的后接觸件孔。這些通向半導體基底的通路互相連接在一 起。在步驟72中，對該器件進行燒制，對后接觸件和前接觸件進行熱處理。附加特征所述的實施方式顯示了硅基片形式的半導體層，但是本發(fā)明不限于此。也可以使 用其它合適的基片?？梢允褂脤拵栋雽w層作為電介質，來提供介電層?？梢允褂迷S多 小間距規(guī)則圖案的通孔，以將損失減至最小，將被前側上的金屬遮蔽的量減至最小。通常間 距可以為2毫米，但是也可以采用其它的值。前側接觸件可以以星形圖案，從各個通孔向外 輻射狀設置，或者可以根據已知的實施方式，采用其它的圖案。所述半導體層可以包括擴散 區(qū)，其通過從前表面擴散而形成，使形成的擴散區(qū)不會更深地延伸到通孔附近的半導體層 中?？梢栽诮殡妼盈B件內，在所述介電層頂部上提供包括氫化的SiN的鈍化層。所述鈍化 層可以延伸到通孔內。在后側上形成的發(fā)射體接觸件的匯流條可以在對所述前格柵和后接觸件進行燒 制之后，使用例如低溫糊料形成。可以在前格柵之前印刷所述發(fā)射體匯流條，使得匯流條的材料與介電隔離層直接 接觸。該材料提供了另外的保護，防止用于前格柵的糊料發(fā)生滲透，此種該糊料可能更有腐 蝕性，因為其需要在燒制的過程中滲透通過前側上作為ARC層沉積的SiNx0所述后SiN層 或SiN:H層的厚度可以大于lOOnm，優(yōu)選大于120nm，更優(yōu)選大于150nm，大于180nm，或大于 200nm。對于雙面太陽能電池的情況，前主表面和后表面都適于接受入射光。在此情況下， 前主表面是適合用來接受最大部分入射光的表面。氫化的SiN層起鈍化層的作用，因為其釋放出氫氣(在隨后的高溫步驟中)，誘發(fā) 出可供所述電介質/基片界面良好地進行表面鈍化之用的電荷。后表面上的介電層可以包括沉積低質量氧化物。所述低質量的氧化物可以包括低 質量的無定形氧化物，例如無定形氧化硅，與高質量氧化物的生產相比，所述低質量氧化物 可以降低生產成本。所述低質量無定形氧化物可以是的APCVD火成巖氧化物(pyrolithic oxide)，旋涂氧化物(spin-onoxide)，噴涂氧化物(spray-on oxide)或浸漬氧化物(dip oxide)中的任意一種。在本發(fā)明的實施方式中，所述介電層可以是沉積的介電層。沉積介 電層的質量通常比生長介電層的質量差。低質量介電層，例如無定形氧化物，可以例如是旋涂氧化物或APCVD(常壓化學氣 相沉積)火成巖氧化物(pyrox)，旋涂氧化物、噴涂氧化物或浸漬氧化物。例如可以是氧化 硅，TiO2 (例如通過溶膠-凝膠法沉積的TiO2)，或者Al203/Ti02偽二元合金(PBAs)。在特定溫度下沉積所述介電層或者寬帶隙半導體層可以帶來某些有益的效果，下 文將對其中一些有益效果進行描述。在本發(fā)明的實施方式中，沉積溫度可以低于600°C，從 而可以在不會使基片熱中毒的情況下進行加工。在本發(fā)明的實施方式中，所述電介質可以 在例如低于500°C的溫度下，通過PECVD沉積。在本發(fā)明的實施方式中，所述沉積溫度可以 低于410°C，可以通過例如使用例如pyrox實現(其常規(guī)沉積溫度為404°C )。在本發(fā)明的
8實施方式中，所述電介質或寬帶隙半導體層可以通過低溫PEV⑶(< 300°C )沉積。在本發(fā) 明的其它實施方式中，所述沉積可以在室溫下進行，例如使用液體、溶膠、溶膠-凝膠通過 旋涂、噴涂、浸漬、或者任意其它的沉積進行。制得的介電層或者寬帶隙半導體層可能需要 在較高的溫度下進一步固化，這可以在進一步的電池加工過程中進行。在本發(fā)明的一些實施方式中，如果使用硅基片，則可以使用任何種類的硅基片。一 些硅基片的例子是切克勞斯基法生長的硅(Czochralski Si) (cz-Si)晶片，懸浮區(qū)熔硅 (Float-Zone Si) (fz-Si)晶片，多晶硅(mc-Si)晶片和帶狀硅(Ribbon Si)晶片。層的一 些例子是可以置于玻璃或玻璃-陶瓷上的多晶硅層，或者可以通過剝離(lift-off)法制得 的單晶硅層。在本發(fā)明的一些實施方式中，所述介電層或寬帶隙半導體層或介電層和/或 寬帶隙半導體層的子層疊件的厚度可以為100-5000納米，優(yōu)選100-4000納米，更優(yōu)選 100-3000納米，更優(yōu)選100-2000納米，更優(yōu)選100-1500納米，更優(yōu)選150-1200納米，更優(yōu) 選200-1200納米，更優(yōu)選600-1200納米，或者800-1200納米。或者，所述介電層或寬帶隙 半導體層或介電層層疊件的厚度可以為400-800納米。在本發(fā)明的一些實施方式中，所述 介電層或者寬帶隙半導體層或介電層層疊件的最小厚度取決于所用的材料，由必須使用的 材料的量決定，所述材料的用量必須同時在在發(fā)射體擴散過程中起擴散掩模的作用，同時 還能夠用于表面鈍化和接觸件形成。對于pyrox氧化硅，其厚度通常約為300納米，對于通 過溶膠_凝膠法沉積的Al203/Ti02偽二元合金(PBAs)，其厚度約為150納米。這些厚度值 僅僅是一種陳述，與該給定值的偏差可以為10%，20%或更多。也可以使用不同材料的組 合，或者不同材料層的層疊件，得到預定的閾值厚度，用于組合的擴散掩模，表面鈍化，以及 接觸件形成工藝。根據本發(fā)明，將介電層或寬帶隙半導體層施加于光生伏打器件(例如太陽能電 池)的后表面的作用之一是增大后接觸材料與基片表面之間的距離。已經驚奇地發(fā)現，對 于100-5000納米的距離，光生伏打器件(例如太陽能電池)后表面上的接觸層和基片后表 面之間的距離越大，所獲得的鈍化結果越好，即使使用低質量介電材料或者寬帶隙半導體 層也是如此。本發(fā)明一些實施方式的一個優(yōu)點在于，可以在使用低質量電介質的同時獲得 充分的鈍化結果。另外，預期通孔中沉積的氧化物越厚造成在通孔內以及背面上的匯流條 區(qū)內發(fā)射體電極和半導體層基底之間的隔離越好。可以通過快速和成本低的沉積技術，進 行這些低質量介電層的沉積。在一些實施方式中，形成后接觸件可以包括在所述介電層或寬帶隙半導體層和所 述鈍化層、或所述介電層層疊件(可能提供有鈍化層)中形成孔，然后在所述鈍化層或所述 介電層層疊件上沉積接觸材料層，由此填充所述孔。可以通過例如施加蝕刻糊料，機械刻劃或激光燒蝕，形成孔。在本發(fā)明的一些實施方式中，可以通過蒸發(fā)、濺射或絲網印刷、噴墨印刷、模版印 刷，進行沉積接觸材料層的操作。可以使用金屬作為接觸材料，但是可優(yōu)選使用鋁。一些實 施方式包括使用鋁糊料，可以形成局部BSF (后表面場)接觸件?；蛘?，在沉積鈍化層并對其 進行燒制之后，可以不沉積金屬，而是通過例如PECVD沉積p+(或對于η型基片則使用η+) 半導體(例如a-Si)，然后在其上沉積金屬。在本發(fā)明的一些實施方式中，所述接觸材料的層可以是不連續(xù)的。在沉積接觸材料層的步驟中，所述接觸材料可以基本上沉積在所述孔內。可以有不同的沉積方法沉積所 述接觸材料的不連續(xù)層，本領域普通技術人員了解這些方法。在一些實施方式中，所述接觸材料層最初可以是不連續(xù)的。這意味著可以用接觸 材料覆蓋不同的區(qū)域，由此這些不同的區(qū)域未互相電連接?？梢院髞韺⑦@些區(qū)域電連接，以 允許最佳的電流通過器件和/或外部荷載。在本發(fā)明的一些實施方式中，可以以使光也可以從后側進入所述器件，從而可以 制得雙面太陽能電池的這種方式沉積所述接觸材料的層。在本發(fā)明的一些實施方式中，可以對接觸材料的層實施高溫步驟，即溫度為 600-1000°C的步驟，例如在快速熱處理工藝(數十秒)中對前接觸件和后接觸件進行燒 制。一般來說，本發(fā)明的方法是否使用高溫步驟并不是必需的，但是所述介電層或寬帶隙半 導體層或介電層層疊件可以耐受這樣的高溫步驟，這步驟是所有工業(yè)太陽能電池的常規(guī)步 驟。另外，在高溫步驟中，例如在一個具體實施方式
中，使用SiNx:H/介電層疊件，此時電介 質/硅界面的表面鈍化可以獲得改進。該高溫步驟可以是例如接觸件燒制步驟，可以在高 于730°C、低于960°C的溫度下進行最多大約數十秒。當前側接觸件和后側接觸件同時形成 的時候，所述燒制步驟可以是“共燒制”。當采取分別燒制的方式時，后側可以在高于800°C 的溫度下進行燒制，然后前接觸件可以在大約750°C的溫度下燒制(可能隨后進行形成氣 體退火-FGA-)。最后一段中的數字是陳述性的，可以有一定的偏差(例如約25%)。在本發(fā)明的一些實施方式中，可以通過以下方式進行形成后接觸件的過程施加 接觸材料(例如金屬)的連續(xù)層，然后例如通過使用激光器局部加熱對接觸材料層進行局 部燒制。在此情況下，所述接觸材料的連續(xù)層也可以作為后鏡。在本發(fā)明的其它實施方式中，形成后接觸件的操作可以通過以下方式進行在光 生伏打器件(例如太陽能電池)的鈍化的后表面上施加形成圖案的金屬層，然后進行常規(guī) 加熱步驟。所述方法的一些實施方式可以進一步包括以下步驟在沉積所述介電層或寬帶隙 半導體層或所述介電層層疊件之前，在待鈍化的表面(即后表面)上進行擴散和除去發(fā)射 體的步驟。但是，如果所述介電層或寬帶隙半導體層或所述介電層層疊件適合用作擴散掩 模，則也可以在形成發(fā)射體操作之前施加這些層。在此情況下，不會有摻雜劑從所述器件的 后表面進入所述基片，因此根據本發(fā)明的一些實施方式，可以避免從待鈍化的表面除去發(fā) 射體的操作是有利的。在根據本發(fā)明實施方式的一個方法中，例如根據本發(fā)明第一方面的第一實施方 式，可以在沉積介電層或寬帶隙半導體層的步驟之后，沉積鈍化層的步驟之前，進行擴散的步驟。在同一個實施方式中，所述介電層或寬帶隙半導體層可以用作擴散掩模。在本發(fā) 明的有利實施方式中，所述介電層或寬帶隙半導體層可以同時用作擴散掩模以及用于表面 鈍化的目的，由此簡化了電池工藝工序。所述介電層或寬帶隙半導體層可以用作擴散掩模， 無論其是否形成圖案均可。通常其不形成圖案，僅僅是在整個后表面上的掩模。但是，其也 可形成圖案，例如用于梳狀或后接觸的太陽能電池。之后，所述介電層或寬帶隙半導體層 (無論是否形成圖案)均可局部地除去，燒蝕，蝕刻或形成圖案，以形成用于與基片表面的 局部接觸的孔。
在本發(fā)明的一些實施方式中，當不可能使用鈍化層作為擴散掩模的時候，另外的 步驟可以包括使用另一個能夠被蝕刻除去的掩模進行擴散，或者進行無掩模擴散，隨后在 沉積所述介電層或寬帶隙半導體層之前除去后側寄生發(fā)射體。在本發(fā)明的一些實施方式中，所述前表面可能已經經歷了常規(guī)的太陽能電池前表 面加工。常規(guī)的太陽能電池前表面工藝可以包括對前表面進行織構化，在前側擴散磷原子， 蝕刻所述含磷玻璃，然后在前側上沉積氮化硅層。或者，也可以將上文所述的用于后表面的 方法步驟用于太陽能電池的前主表面。在本發(fā)明的一些實施方式中，所述基片，例如硅基片，可以是超薄的基片，其厚度 通常小于250微米，優(yōu)選小于200微米，更優(yōu)選小于150微米。減小基片的厚度可以更高效 地使用底涂材料，因此降低成本。但是超薄基片可能會在某些處理過程中或之后彎曲。本 發(fā)明的一些實施方式可以改進這些超薄基片的抗彎曲性，從而減少超薄基片在用于光生伏 打器件，例如太陽能電池制造過程中的至少一部分困難。在本發(fā)明的一個實施方式中，將厚SiN層沉積在硅基片的后表面上。所述SiN層 的厚度大于100納米，優(yōu)選其厚度至少為180納米。當形成太陽能電池的時候，此種結構對 于較高的電介質厚度顯示電池效率增大。另外，發(fā)現對于介電層厚度大于100納米的電池 效率優(yōu)于具有較小介電層厚度的現有技術電池的效率。圖 1，2 圖1顯示根據一個實施方式的制造方法中的步驟，圖中未顯示通孔。例如，將厚度 大于100納米、200納米、800納米的電介質1 (例如氧化物)沉積在基片表面4上，例如沉 積在硅表面上。在電介質1頂上，沉積了一個對釋放氫氣最佳的SiNx:H層3。通過氫化對 基片表面鈍化進行了改進。然后通過在由此形成的介電層層疊件1、3中形成孔6，使其開放，形成局部接觸 區(qū)。將一層接觸材料5施加在所述介電層層疊件1、3上，由此填充所述孔。這可通過絲網 印刷完成，例如通過同時或依次進行前側和后側絲網印刷完成。然后進行高溫步驟，例如共 燒制，以制造與基片2的接觸件?？梢砸赃B續(xù)層或如圖2所示以非連續(xù)層的形式施加所述 接觸材料5。這意味著可以用接觸材料5覆蓋不同的區(qū)域，由此這些不同的區(qū)域未互相電連 接?？梢院髞硎褂秒娺B接方法8將這些區(qū)域電連接，以便使最佳的電流通過器件和/或外 部荷載。由此開發(fā)了一種后側鈍化層，其具有以下特點；(a)在燒制步驟過程中，其表面鈍 化質量得以保持，或者獲得改進，(b)不會被工業(yè)鋁絲網印刷的糊料燒穿，同時損傷最少，能 夠在金屬化之前通過快速技術局部地除去該層，并且(c)在燒制加工過程中，或者在通過 其它方式形成穿過該后側鈍化層的局部接觸件的時候，不會與覆蓋的金屬層相互作用。由于該方法的特征，該方法具有以下優(yōu)點-提供了有效的表面鈍化，其中-可以制造局部(BSF)接觸件，以及-當使用超薄晶片或基片的時候，該方法消除了彎曲的問題(例如當超薄晶片上 結合使用Al絲網印刷糊料的時候存在的問題)。在太陽能電池的后側硅表面上，通過例如APCVD，或旋涂法，沉積原生的低質量無 定形氧化物(例如SiO2, Si0x，S0G，TiO2, Al2O3...或其偽合金，SiONx)。通過沉積最佳的氫化的介電層(即SiNx:H)，所述介電層的表面鈍化性質獲得改進。在短的高溫處理過程中， 這些層疊件保持鈍化性質。在此處理過程中，鈍化性質甚至獲得改進。這一特征是很重要 的，因為由此可以采用接觸件共燒制工藝，該工藝被用于大多數工業(yè)硅太陽能電池的工藝 工序中。另外，在本發(fā)明層疊件a)耐燒制；即不會喪失相關特性，b)不會被燒穿，但是c) 可以通過例如蝕刻糊料或者激光燒蝕之類的技術在其中形成局部的開口或者孔的條件下， 本發(fā)明能夠通過簡易的方法，在層疊件本身燒制過程中，通過選擇性產生合金形成局部后 表面場(Local Back SurfaceField) (LBSF)。所述產生合金工藝部分地修復了在層開口的 過程中可能遭受的任意表面損傷，從而進一步簡化了所述工藝。在產生合金過程中，一部分 表面和表面下的Si與金屬形成合金。因此表面終止并不決定性的，不像例如沉積另一半導 體，或電介質的情況那樣。形成后表面場，殘留的表面下?lián)p傷的影響將會得到一定程度的減 少。如圖1所示，在一個實施例中，通過常壓化學氣相沉積(APCVD)在硅基片2上沉積 氧化硅1。與常規(guī)的熱氧化物或濕氧化物(已知對于硅的表面鈍化，它們是極佳的)相反， APCVD氧化物具有很差的鈍化性質，其在微電子領域中用作廉價而便利的擴散掩?；驌诫s 劑源。實際上，其可以在大約400°C進行沉積，這意味著即使是低質量的硅材料也可以耐受 該沉積工藝而不會有熱中毒的風險。熱退火可以在某種程度上改進APCVD氧化物的表面鈍化質量。但是，長時間的處 理會導致樣品劣化。另外，已經觀察到在與空氣接觸的情況下，表面鈍化質量可能降低。可以使用氫化的氮化硅(SiNx:H)3穩(wěn)定地改進氧化物/硅界面4的質量。已 知氮化硅可以在硅上得到極佳的表面和整體鈍化性質，正是因為這樣，其廣泛用于太陽 能電池技術。但是，其用于工業(yè)太陽能電池的后側鈍化的應用并不簡單。氮化硅和金屬 覆蓋層(即太陽能電池的后表面接觸件)之間存在相互作用，這導致表面鈍化和電池效 率降低(如以下文獻所述，人們認為這一相互作用不僅僅是“分流(shunt)”作用=Dauwe S. , Mittelstadt L.，Metz A.，Hezel R.，“氮化硅后表面鈍化的太陽能電池中寄生分流 白勺實驗 i正據(Experimental evidence of parasitic shunting in silicon nitride rear surfacepassivated solar cells)Prog. Photovolt. Res. Appl. ,10 (4),271-278, (2002))。同樣地，人們已知的表面鈍化最佳的氮化物配方也無法耐受高溫處理，例如在接 觸件共燒制過程中進行的高溫處理。另一方面，已知氫化的氮化硅可以在高溫退火處理過 程中釋放氫氣。認為氮化硅用作下面的低質量氧化物的氫源，從而顯著提高其表面鈍化性質。一 個試驗中的氧化物層的厚度為800納米，排除了上面覆蓋的氮化硅帶來的任何場引起的鈍 化作用，而在現有技術中認為這些場引起的鈍化作用是獲得良好鈍化質量的原因。就在沉積之后，氧化物的表面鈍化質量非常差。在氮化物沉積在氧化物層頂上之 后，獲得有限的提高(路徑A)，最終當燒制樣品的時候，獲得極佳的表面鈍化。熱循環(huán)，例如 在POCl3擴散時發(fā)生的熱循環(huán)，導致表面鈍化改進有限，與氮化物沉積之后、燒制之前觀察 到的情況類似。再一次在氧化物頂上進行氮化物沉積，然后燒制，產生極佳的表面鈍化(路 徑B)。在頂上包括金屬層或者不包括金屬層的情況下進行燒制，產生同樣良好的結果。已 經表明單單進行燒制(而不首先進行SiN層沉積步驟)是不利的。如果單單對氧化物層進行燒制，則其表面鈍化性質有所降低。但是，可以通過隨后沉積氮化物并進行燒制來重新獲 得(路徑C)。所述技術的另一個優(yōu)點在于，由于其可以用于低質量氧化物，還可以直接用于擴 散掩模氧化物，因此大大簡化了太陽能電池工藝。沉積了介電層層疊件，其包括厚度為100-1500納米的介電層。當用于太陽能電池 的時候，測量開路電壓隨低質量電介質厚度而變化。相對于通過標準的現有技術完全覆蓋 鋁BSF法制得的電池的開路電壓，電介質厚度100-800納米提供了改進的開路電壓。不同于上述硅(基片)/低質量氧化物(介電層)/氮化硅(鈍化層)層疊件的其 它的層疊件可以是例如-硅(基片)/電介質或寬帶隙(>2eV，優(yōu)選> 3eV)半導體，例如碳化硅(SiC)， 氮化鋁(AlN)，氮化鎵(GaN)或氮化硼(BN)/氮化硅-硅(基片)/氮化硅/低質量氧化物-硅(基片)/氮化硅/寬帶隙(>2^，優(yōu)選>3^)半導體或電介質-硅(基片)/Al2O3/低質量氧化物-硅(基片VAl2O3/寬帶隙(>2eV，優(yōu)選> 3eV)半導體或電介質根據本發(fā)明，在上述各個層疊件中，介電層層疊件的厚度大于100納米。工藝工序的實施例常規(guī)的表面鈍化(包括通孔內部)的工藝工序可以包括以下步驟-化學清潔-沉積低質量氧化物(100-1500納米)-沉積氮化硅；例如使用SiH4和NH3前體，在400°C的溫度下低頻(450kHz)直接 PECVD沉積氫化的SiNx。-在三區(qū)帶式爐中進行燒制，使用高帶速(例如大于100英寸/分鐘)，帶式爐的 峰值設定溫度最高為960°C。在不同的情況下，可以將所述用于表面鈍化的方法結合入太陽能電池工藝工序 中A)在擴散后進行沉積-開通孔，例如通過激光鉆孔-前側織構化-通過擴散(例如磷擴散)，在整個基片上(即同時在前表面和后表面上)形成摻 雜的(例如η型摻雜的)區(qū)_除去玻璃，例如除去含磷-玻璃，-在后側蝕刻Si(充分地除去后側和通孔內的η型摻雜的區(qū))-化學清潔-低質量氧化物沉積-氮化硅沉積(后側，也可能前側)-開放局部接觸件(例如通過蝕刻糊料，刻劃或激光燒蝕)_形成后接觸件匯流條(通過通孔與前接觸件格柵相連的前接觸格柵的終端電 極)。
_形成前接觸件格柵。-形成基極接觸件(basecontacts)(例如通過蒸發(fā)、濺射、絲網印刷，在后表面上 進行金屬沉積，形成局部接觸件)。-在工業(yè)帶式爐內進行燒制B)在擴散之前-開通孔，例如通過激光鉆孔-化學清潔-在后側和通孔內進行低質量氧化物沉積-擴散(將僅在前表面發(fā)生，以形成發(fā)射體，因為在后表面上已經沉積了低質量氧 化物，并且該氧化物起了擴散的掩模的作用)-氮化硅沉積(后側，也可能前側)-開放局部接觸件(例如通過蝕刻糊料，刻劃或激光燒蝕)_形成后接觸件匯流條(通過通孔與前接觸件格柵相連的前接觸格柵的終端電 極)。_形成前接觸件格柵。-形成基極接觸件(basecontacts)(例如通過蒸發(fā)、濺射、絲網印刷，在后表面上 進行金屬沉積，形成局部接觸件)。-在工業(yè)帶式爐內進行燒制與其它技術的比較與標準的金屬覆蓋穿通(MWT)電池相比較，討論的至少一些實施方式顯示-Al-BSF層和Al電極用i_PERC介電層疊體和局部后接觸件代替，-在整個后側和通孔內沉積鈍化層疊件，以及-通孔內沒有η+擴散層與MWT電池相比，一些實施方式獲得了以下一些額外的特別的優(yōu)點激光鉆通孔造成深入整體內的結構損傷。在激光鉆孔之后直接進行的化學蝕刻過 程中，并非所有的損傷都可以被除去。因為η+層在損傷的主體內在通孔中擴散，因此經常 觀察到高的復合電流。對于在擴散步驟之前用介電層疊件覆蓋通孔的實施方式，后側上沒 有η+層。因為激光損傷層不再在結區(qū)附近，因此其對復合電流的貢獻最小。已知的MWT電池的另一個問題是由于通孔內和后側之上的金屬化都在“未覆蓋 的” η+層上進行直接印刷，而不是像前側那樣在氮化硅減反射涂層的頂上進行印刷而造成 的。很難找到正確的接觸件燒制方法，以使前側金屬化具有低接觸電阻，而通孔內的金屬化 不會產生分流。如果燒制溫度過高，則金屬尖峰化會產生顯著的分流。這又會降低性能。最后，在已知的MWT電池中，后側上的η+層與AlBSF層直接接觸，導致分流。施加 激光結隔離來分離η+區(qū)和ρ+區(qū)。該步驟中結隔離的任何不良都對分流有影響。在所述的 實施方式中，后表面上沒有η+層，兩種極性的電極都印刷在電介質上，因此無需任何另外 的隔離。在所述的實施方式中，兩種極性的接觸件對準的約束也得以放寬，這是因為金屬 印刷本身限定了接觸件隔離，而無需采用另外的激光步驟，所述另外的激光步驟必須與MWT 結構中的兩個接觸件之間的間隙對準。當前接觸金屬糊料非?？拷幕鶇^(qū)，并用沉積在通孔中(特別是在通孔和前表面的相交處)的氧化物層與其分離的時候，可能會造成困難或者引起缺陷。此處，電介 質有可能比后表面上的薄很多。在測試中，在燒制過程中，前側的Ag糊料確實通過了 SiNx 層，因此對Si造成了損傷。所以有理由預測其可能在通孔的前側邊緣通過SiNx層+相當 薄的(但是厚度極難量化)氧化物層。實際上，對基底鈍化最佳的iPERC層疊件證明了提 供出乎意料的有效保護層，防止Ag糊料的滲透。這種新的結構還證明能夠更好地避免填充因子(FF)損失，該問題是在擴散沿著 通孔延伸的時候發(fā)生的。另外，還值得注意的是如果不沿著通孔擴散，則用來保護匯流條區(qū) 所需的厚電介質也可用作i-PERC方法的后側所需的厚電介質。與已知的MWT電池相比，本發(fā)明方法有不同的織構化，兩個附加的電介質沉積的 步驟，但是可以除去激光隔離步驟。與i-PERC標準電池相比，本發(fā)明方法添加了鉆通孔的 步驟，和采用了一種多金屬化印刷步驟。設想權利要求書中可以包括其它的變化。
1權利要求
一種光生伏打器件，其包括半導體層(29)，該半導體層包括用來接受入射光的前表面，以及與所述前表面相背的后表面，位于所述前表面上的用來收集電流的前接觸件(23)，位于器件后側的后匯流條(33)，用于在前側上收集的電流；穿過半導體層的通孔(25)，所述通孔包括導電路徑，用來將所述前接觸件與后匯流條連接，位于半導體層的后表面上的介電層(39)，用于所述半導體層的后表面的后接觸件(31)，其延伸穿過所述介電層，到達半導體層，其中，所述介電層還覆蓋所述通孔的內表面，將所述導電路徑與所述半導體層絕緣。
2.如權利要求1所述的器件，其特征在于，所述半導體層包括擴散區(qū)(20)，擴散區(qū)通過 從前表面擴散而形成，以使所述擴散區(qū)在通孔附近不更深地延伸到半導體層中。
3.如權利要求1或2所述的器件，其特征在于，所述介電層包含低質量氧化物層，所述 低質量氧化物層包含以下材料中的任意一種=APCVD氧化物，火成巖氧化物，旋涂氧化物， 噴涂氧化物，浸漬氧化物，氧化硅，TiO2,通過溶膠-凝膠沉積的TiO2,或者Al203/Ti02偽二 元合金(PBA)。
4.如權利要求3所述的器件，其特征在于，該器件包括位于所述介電層上的后側鈍化 層(28)。
5.如權利要求4所述的器件，其特征在于，所述后側鈍化層至少延伸進入通孔的一部分。
6.如權利要求5所述的器件，其特征在于，所述后側鈍化層包含氫化的SiN。
7.如權利要求6所述的器件，其特征在于，所述氫化的SiN層的厚度大于100納米。
8.如以上權利要求中任一項所述的器件，其特征在于，在未形成圖案和未與通孔對準 的情況下，所述介電層在所述通孔周圍、在后表面上延伸。
9.一種制造光生伏打器件的方法，所述器件包括半導體層，所述半導體層包括用來接 受入射光的前表面，以及與所述前表面相背的后表面，所述方法包括以下步驟形成穿過所述半導體層的通孔，在所述半導體層的后表面上形成介電層，使得所述介電層也覆蓋所述通孔的內表面，形成通過所述通孔的導電路徑，用來從前表面收集電流，并用介電層將其與半導體層 絕緣，在所述器件的后側形成后匯流條，用來連接穿過通孔的導電路徑，形成用于所述半導體層的后表面的后接觸件，其延伸穿過所述介電層，到達半導體層。
10.如權利要求9所述的方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟通過從前表面擴 散，在所述半導體層中形成擴散區(qū)(20)，以使所述擴散區(qū)在通孔附近不更深地延伸到半導 體層中。
11.如權利要求9或10所述的方法，其特征在于，所述形成介電層的步驟包括沉積氧化 物層，所述氧化物層包含以下材料中的任意一種APCVD氧化物，火成巖氧化物，旋涂氧化 物，噴涂氧化物，浸漬氧化物，氧化硅，TiO2,通過溶膠-凝膠沉積的TiO2,或者Al203/Ti02偽 二元合金(PBA)。
12.如權利要求11所述的方法，其特征在于，其包括在所述介電層上形成后側鈍化層(28)的步驟。
13.如權利要求12所述的方法，其特征在于，所述后側鈍化層至少延伸進入通孔的一 部分。
14.如權利要求9-13中任一項所述的方法，其特征在于，在未形成圖案和未與通孔對 準的情況下，形成所述介電層以使其在所述通孔周圍、在后表面上延伸。
15.如權利要求9-14中任一項所述的方法，其特征在于，所述后接觸件是通過以下方 式形成的在所述介電層和鈍化層中形成孔，然后用導電性接觸材料填充所述孔。
16.如權利要求9-15中任一項所述的方法，其特征在于，所述方法包括對器件進行燒 制以形成后接觸件的步驟。
全文摘要
一種光生伏打器件，其包括半導體基片，所述基片包括接受輻射的前表面以及后表面，一種導電類型的第一區(qū)(29)，以及與前表面相鄰的具有相反導電類型的第二區(qū)(20)，以及減反射層(27)。后表面被介電層(39)覆蓋，所述介電層還覆蓋所述通孔的內表面。所述前表面包括收集電流的導電接觸件(23)，所述后表面包括穿過所述電介質的導電接觸件(31)。在通孔中提供了導電路徑，用來傳導來自前表面的光生電流。由于各處有電介質，無需對準和掩蔽，而且該電介質還用來絕緣，為半導體提供熱保護，以及幫助表面和整體鈍化。還避免了將結區(qū)設置在通孔附近的需求，因此減少了不希望出現的復合電流。
文檔編號H01L31/0224GK101889349SQ200880119239
公開日2010年11月17日 申請日期2008年12月2日 優(yōu)先權日2007年12月3日
發(fā)明者C·阿爾貝, F·德羅斯, G·博卡恩, J·什勒夫奇克 申請人:Imec公司;光伏技術公司