專利名稱：使用三維半導(dǎo)體吸收器的高效光伏背觸點(diǎn)太陽(yáng)能電池的結(jié)構(gòu)和制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明大體涉及光伏和太陽(yáng)能電池技術(shù)領(lǐng)域，更具體地涉及背結(jié)背觸點(diǎn)薄太陽(yáng)能電池及其制造方法。
背景技術(shù)：
目前，晶體硅在光伏(PV)產(chǎn)業(yè)的市場(chǎng)份額最大，占整個(gè)PV市場(chǎng)的80%以上。盡管 制造更薄的晶體硅太陽(yáng)能電池長(zhǎng)期以來被認(rèn)為是降低PV成本最有效的策略之一(因?yàn)樘?yáng)能電池中使用的晶體硅晶片的相對(duì)較高的材料成本占了 PV模塊總成本的一部分)，但是由于襯底尺寸較大較薄，這使得使用較薄的晶體的過程中存在很多機(jī)械破損問題。其他問題包括在薄結(jié)構(gòu)中存在光捕獲不充分，這是由于硅是一種間接能隙半導(dǎo)體材料。另外，在PV工廠中，在制造量較高的情況下很難以一種有效節(jié)約成本的方式取得高機(jī)械產(chǎn)量和降低的晶片破損率之間的平衡。對(duì)于無(wú)支撐的獨(dú)立式晶體硅太陽(yáng)能電池而言，比當(dāng)前的厚度范圍140 ii m-250 ii m再稍微降低一點(diǎn)也會(huì)在制造過程中嚴(yán)重危害到機(jī)械產(chǎn)量。薄膜硅尤其具有機(jī)械脆性，會(huì)造成制造和處理困難。因此，任何處理非常薄的太陽(yáng)能電池結(jié)構(gòu)的方案可采用在整個(gè)電池工藝中電池完全由主載體支撐的電池工藝，或者是采用新穎的自支撐、獨(dú)立、具有結(jié)構(gòu)創(chuàng)新的襯底的電池工藝。盡管過去太陽(yáng)能電池行業(yè)很多人嘗試使用諸如玻璃的載體來支撐薄襯底，然而這些載具有很嚴(yán)重的缺陷，包括最高處理溫度很低(在玻璃情況下)，這會(huì)潛在地影響太陽(yáng)能電池的效率。還有人嘗試制造小面積薄的電池，這樣就不會(huì)有嚴(yán)重的破損問題了 ；然而，商業(yè)可行性要求大的電池面積。以較低制造成本獲得較高的電池和模組效率對(duì)于太陽(yáng)能電池發(fā)展和制造而言很關(guān)鍵。背結(jié)/背觸點(diǎn)電池體系結(jié)構(gòu)非常高效，主要是由于電池正面無(wú)金屬遮擋，前面無(wú)發(fā)射極，無(wú)由此導(dǎo)致的高藍(lán)光響應(yīng)，并且還因?yàn)楸趁婵赡茌^低的金屬電阻。本領(lǐng)域的技術(shù)人員知道背觸點(diǎn)電池要求少數(shù)載流子擴(kuò)散長(zhǎng)度與襯底厚度的比值要非常高(同時(shí)任何太陽(yáng)能電池都要有好的標(biāo)準(zhǔn)，包括正面觸點(diǎn)電池，這對(duì)背觸點(diǎn)電池尤其重要)該比值典型地應(yīng)大于五。由于在不影響機(jī)械產(chǎn)量的情況下很難降低電池的厚度，因此目前的背結(jié)背觸點(diǎn)太陽(yáng)能電池的重點(diǎn)在于使用壽命很長(zhǎng)的材料。雖然這會(huì)產(chǎn)生較大的擴(kuò)散長(zhǎng)度，但是使用壽命長(zhǎng)的材料也會(huì)增加襯底的成本。然而，使用較薄的電池，其擴(kuò)散長(zhǎng)度不一定要要求如此高，這就使得材料質(zhì)量的要求很容易滿足，因此電池的成本也會(huì)降低。除這種成本降低之外，使用較少的硅成本會(huì)明顯降低。因此，在非常薄的晶體硅襯底上的背結(jié)/背觸點(diǎn)電池具有大的成本和性能優(yōu)勢(shì)。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明，提供了用于制造超薄晶體硅、大面積(適合于商業(yè)應(yīng)用)的、背結(jié)背觸點(diǎn)太陽(yáng)能電池的方法及其創(chuàng)新結(jié)構(gòu)。本發(fā)明提供了背結(jié)背觸點(diǎn)三維太陽(yáng)能電池及其制造方法。背結(jié)背觸點(diǎn)三維太陽(yáng)能電池包括三維襯底。該襯底包括具有鈍化層的光俘獲正面表面，摻雜的基極區(qū)域，和極性與摻雜的基極區(qū)域相反的摻雜的背面發(fā)射極區(qū)域。背面鈍化層置于摻雜的背面發(fā)射極區(qū)域上。背面發(fā)射極觸點(diǎn)和背面基極觸點(diǎn)，其連接至金屬互連件且選擇性地在三維太陽(yáng)能電池背面的三維特征上形成。由于此處提供的描述，本發(fā)明以及其它新穎特征會(huì)很明顯。本簡(jiǎn)要內(nèi)容不是要對(duì) 權(quán)利要求的主題進(jìn)行綜合描述，而是對(duì)本發(fā)明的功能性進(jìn)行簡(jiǎn)短的概述。在查閱以下圖表和詳細(xì)描述時(shí)，此處提供的其它系統(tǒng)、方法、特征和優(yōu)點(diǎn)對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說將變得明顯。本簡(jiǎn)要內(nèi)容的意圖是將所有包含在本描述內(nèi)的這些其它的系統(tǒng)、方法、特征和優(yōu)點(diǎn)包括在伴隨的權(quán)利要求的范圍內(nèi)。


現(xiàn)參考以下結(jié)合附圖的描述，以便對(duì)本發(fā)明及其優(yōu)點(diǎn)有一個(gè)更全面的理解，附圖中相似的標(biāo)號(hào)表示相似的特征，其中圖IA和IB是可重復(fù)使用的模板的側(cè)視圖和俯視圖；圖2A和2B是硅襯底的照片；圖3是示出制造背結(jié)背觸點(diǎn)薄太陽(yáng)能電池的工藝流程；圖4A-4C是制造可重復(fù)使用的模板的剖面圖；圖5A至是制造襯底的剖面6A至6H是經(jīng)過圖3流程中的關(guān)鍵制造工藝步驟后太陽(yáng)能電池的剖面圖；圖7是制造示例性太陽(yáng)能電池的工藝流程；圖8A至8H是經(jīng)過圖7中制造工藝流程的關(guān)鍵處理步驟后太陽(yáng)能電池的剖視圖；圖9是制造另一種示例性太陽(yáng)能電池的工藝流程；圖10是圖9中電池的最終結(jié)構(gòu)的剖面圖；圖11是制造另一種示例性太陽(yáng)能電池的工藝流程；圖12A-12H是圖示經(jīng)過圖11中工藝流程的關(guān)鍵制造步驟后電池的剖面圖；圖13圖示了制造另一種示例性太陽(yáng)能電池的工藝流程；圖14是圖13中電池的最終結(jié)構(gòu)的剖面圖；圖15圖示了制造另一種示例性太陽(yáng)能電池的工藝流程；圖16是圖15中電池的最終結(jié)構(gòu)的剖面圖；圖17圖示了制造另一種示例性太陽(yáng)能電池的工藝流程；圖18A-18F是經(jīng)過圖17中流程的關(guān)鍵處理步驟后太陽(yáng)能電池的剖視圖；圖19圖示了制造另一種示例性太陽(yáng)能電池的工藝流程；
圖20是圖19中電池的最終結(jié)構(gòu)的剖面圖；圖21圖示了制造另一種示例性太陽(yáng)能電池的工藝流程；圖22是圖21中電池的最終結(jié)構(gòu)的剖面圖；圖23圖示了制造另一種示例性太陽(yáng)能電池的工藝流程；和圖24是圖23中電池的最終結(jié)構(gòu)的剖面圖。
具體實(shí)施例方式以下描述沒有限制意義，其目的是為了描述本發(fā)明的一般原理。本發(fā)明的范圍應(yīng)該根據(jù)權(quán)利要求而定。本發(fā)明的示例性實(shí)施例在附圖中圖示，相同標(biāo)號(hào)在在附圖中表示相同或相應(yīng)部件。
本發(fā)明提供了背結(jié)背觸點(diǎn)薄半導(dǎo)體電池的結(jié)構(gòu)方案和制造工藝方案。盡管以上描述是針對(duì)硅這種薄膜硅襯底(TFSS)，但也可以使用其它半導(dǎo)體材料如鍺或砷化鎵，而不脫離本發(fā)明的結(jié)構(gòu)和方法的范圍。使用硅或其它半導(dǎo)體材料的異質(zhì)結(jié)和多結(jié)太陽(yáng)能電池也在本發(fā)明的范圍內(nèi)。另外，三維背結(jié)背觸點(diǎn)太陽(yáng)能電池及其制造方法適用于襯底上任何三維形狀/結(jié)構(gòu)或微觀結(jié)構(gòu)，但是所顯示并描述的是倒金字塔結(jié)構(gòu)。術(shù)語(yǔ)“PyCell”此處指的是倒金字塔型結(jié)構(gòu)的背結(jié)觸點(diǎn)太陽(yáng)能電池。在操作中，首先使用外延生長(zhǎng)在可重復(fù)使用的模板頂面制造一般厚度小于IOOum(尤其是在15um至50um范圍內(nèi))的大面積(在156mmX156mm的范圍內(nèi))薄太陽(yáng)能電池襯底，且隨后該襯底被移出。該可重復(fù)使用的模板可具有三維結(jié)構(gòu)，或在另一種實(shí)施例中大體上是平面的。它可重復(fù)使用多次用于外延生長(zhǎng)，這樣便可分?jǐn)偰０宄杀?。TFSS可利用犧牲層從模板上分離，該犧牲層不僅可以將結(jié)晶性從模板傳送到TFSS，而且與TFSS和可重復(fù)使用的模板相比還可以容易地、可選擇性地被去除。犧牲層的一個(gè)例子是多孔硅，其孔隙率可被調(diào)整或分級(jí)以便獲得上述兩個(gè)重要功能。使用上述方法制造薄太陽(yáng)能電池襯底之后，關(guān)鍵挑戰(zhàn)是在制造太陽(yáng)能電池的過程中處理這些TFSS，且不造成破損和分裂。從經(jīng)營(yíng)成本的角度來看，沉積非常薄的硅層是可取的。隨著層逐漸變薄，應(yīng)對(duì)薄層襯底進(jìn)行增強(qiáng)以保證通過此工藝流程可獲得較高的機(jī)械產(chǎn)量，例如帶有超薄(Ium到30um)硅層的大(156mmxl56mm近似方形)三維TFSS。以下結(jié)構(gòu)和方法用于解決TFSS加工問題并可增大總效率。圖IA和IB分別為PyCell可重復(fù)使用的硅模板的剖面圖和俯視圖。圖IA圖示了可重復(fù)使用的倒金字塔型模板的部分剖面圖，該金字塔型模板剖面由大金字塔型空腔和小金字塔型空腔組成。由于是通過各向異性硅蝕刻對(duì)金字塔型空腔進(jìn)行化學(xué)蝕刻，所以側(cè)壁和頂部橫向平面之間的角度是54. 7度，S卩(111)和(100)硅結(jié)晶平面之間的角度是54. 7度。圖IB圖示了本發(fā)明中所制造的模板的俯視圖。結(jié)構(gòu)化的硅模板由各向異性蝕刻的大金字塔型空腔和小金字塔型空腔組成。大空腔的頂部開口尺寸在IOiim到Imm的范圍內(nèi)，小空腔的頂部開口尺寸是大空腔開口尺寸的一部分。例如，大空腔開口大約是200 iim，而小空腔開口大約是100 iim。在這種情況下，大空腔的深度大約是140 iim，而小空腔的深度大約是7 0 u m。圖2A和2B是PyCell硅襯底背面視圖和正面視圖的照片。圖2A圖示了襯底背面，所有的基極和發(fā)射極觸點(diǎn)、結(jié)、金屬指狀電極和匯流條都在襯底背面上制造。由于背面表面不是平面，優(yōu)選地將觸點(diǎn)和金屬指狀電極放置在頂部表面，比如放置在脊的頂部。圖2B圖示了襯底正面，也就是太陽(yáng)能電池的向陽(yáng)面。規(guī)則的金字塔型結(jié)構(gòu)可提供有效的光捕獲效果。圖3是示出制造背結(jié)背觸點(diǎn)薄太陽(yáng)能電池，PyCell-I的制造工藝的工藝流程。工藝流程包括三個(gè)豎欄模板、襯底和電池，分別與模板、襯底和電池處理步驟相對(duì)應(yīng)。圖4A至4C是當(dāng)根據(jù)圖3中的模板制造工藝制造可重復(fù)使用的模板時(shí)在關(guān)鍵制造工藝步驟后制造可重復(fù)使用的模板的剖視圖。如圖4A所示，模板制作過程從使用單晶硅晶片(100)開始。起始的晶片可以是圓形、正方形或近似方形的形狀。此步驟包括在暴露的晶片表面形成薄而硬的掩蔽層。硬掩蔽層用于掩蔽后續(xù)步驟中不需要蝕刻的硅表面區(qū)域。硬度適當(dāng)?shù)难诒螌影?，但不局限于，熱生長(zhǎng)的硅氧化物和低壓汽相沉積的(LPCVD)氮化硅。下一個(gè)步驟包括光刻步驟，其光刻涂膠、烘焙、在光掩模上方進(jìn)行紫外線曝光、后烘焙、光刻膠顯影以及晶片清洗和干燥構(gòu)成。 經(jīng)過這些步驟，光掩模上的圖案，比如錯(cuò)開的正方形開口，被轉(zhuǎn)移到光刻層。圖案化的光刻 層在后續(xù)步驟中作為軟掩蔽層用于硬掩蔽層蝕刻。下一個(gè)步驟包括通過化學(xué)蝕刻將光刻圖案進(jìn)一步轉(zhuǎn)移到下面的硬掩蔽層，比如用緩沖HF溶液蝕刻薄硅氧化層。也可以使用其它已知的用于半導(dǎo)體和MEMS晶片處理的濕蝕刻方法和干蝕刻方法。在下一個(gè)步驟中，去除剩余的軟掩蔽層即光刻層，并清潔晶片。光刻去除工藝的例子包括濕法，如使用丙酮或食人魚溶液(硫酸和過氧化氫的混合液)，或干法，如氧等離子體灰化。在下一個(gè)步驟中，晶片被批量裝入各向異性的硅液體蝕刻劑中，如KOH溶液。典型的蝕刻溫度在50° C到80° C之間，蝕刻速率大約是0. 2 u m/min-1 u m/min。在一個(gè)實(shí)施例中，大金字塔型空腔的蝕刻深度在50 u m-200 u m的范圍內(nèi)。TMAH(四甲基氫氧化銨)是另一種選擇性的各向異性硅蝕刻化學(xué)品。KOH或TMAH硅蝕刻速率取決于對(duì)晶體硅平面的取向。結(jié)晶平面(111)族的蝕刻速率都非常慢，且對(duì)于用圖案化的硬掩膜對(duì)硅晶片(100)進(jìn)行各向異性蝕刻而言，這些結(jié)晶平面通常是“停止(stop)”面。結(jié)果，交叉的水平面(111)形成具有尖頭空腔底部和四個(gè)平面?zhèn)缺?111)的金字塔型空腔，如圖4B所示。在制造模板的最后一個(gè)步驟中，如圖4C所示，除去硬蝕刻掩膜。圖5A至為根據(jù)圖3中的襯底制造工藝,關(guān)鍵制造工藝步驟后制造襯底的剖面圖。圖5A至中的剖面圖描述的結(jié)構(gòu)特征是一致的，除非另行標(biāo)注。第一個(gè)步驟以預(yù)結(jié)構(gòu)化的模板開始，通過對(duì)模板表面的正面和背面的硅進(jìn)行電化學(xué)陽(yáng)極HF蝕刻，在該模板上形成多孔硅層。在HF/IPA(或HF/醋酸)溶液中形成多孔硅的過程中，周期性地將電流極性在正電流和負(fù)電流之間轉(zhuǎn)換，使得每一個(gè)模板面/表面都能被順序地蝕刻，以在模板的正面和背面形成雙層或多層多孔硅結(jié)構(gòu)。除了周期性的電流極性轉(zhuǎn)換，電流強(qiáng)度也以一種受控的方式被改變以形成優(yōu)選地由兩個(gè)孔隙率不同的(低和高)薄層組成的多孔硅層。第一薄多孔硅層在頂部，且首先由塊狀硅晶片制成。第一薄層優(yōu)選地具有較低的孔隙率，其孔隙率在15%到30%之間。第二薄多孔硅層被直接蝕刻到塊狀硅中，且位于第一薄多孔硅層下面。第二薄多孔硅層優(yōu)選地具有較高孔隙率，其孔隙率在40%到80%的范圍內(nèi)。頂部較低孔隙率多孔硅層用作為晶體種子層，以獲得高質(zhì)量的外延硅生長(zhǎng)，下面的較高孔隙率多孔硅層由于其物理連接(在外延硅和塊狀硅界面之間)密度較低以及機(jī)械強(qiáng)度弱，因此被用于促進(jìn)TFSS的分離。選擇性地，也可使用孔隙率從頂部到底部逐漸增大的單多孔分離層。在這種情況下，多孔硅層頂部的孔隙率較低，在15%到30%之間，而多孔硅層下部的孔隙率較高，在40%以80%之間。在下一個(gè)步驟中，在外延硅生長(zhǎng)之前，將晶片放入外延硅沉積反應(yīng)器內(nèi)，在高溫(950度到1200度，且優(yōu)選地在1050度到1150度的范圍內(nèi))氫環(huán)境下烘焙，以便在較高孔隙率掩埋的多孔硅層內(nèi)形成聯(lián)合結(jié)構(gòu)(空隙相對(duì)較大)，同時(shí)在孔隙率較低的多孔硅層頂部形成連續(xù)的晶體硅表面種子層。接下來，在模板上沉積單晶外延硅層，優(yōu)選地在生產(chǎn)量高，批量大的外延火爐中進(jìn)行。外延層可原位摻雜。在該工藝流程中，外延層的塊狀基極是N(磷)型摻雜，內(nèi)層可以是摻雜等級(jí)比n-型基極高的n+(磷)型摻雜，如此形成前表面場(chǎng)(FSF)，并且外層可以是P(硼)摻雜以形成太陽(yáng)能電池的發(fā)射極區(qū)域。外延層是薄的，優(yōu)選地100 Pm。更具體地，除了硅摻入(三氯氫硅-TCS)和其它必要的氣體外，基極摻雜可通過使用磷化氫(磷摻入)氣體獲得，且在外延工藝最后發(fā)射極生長(zhǎng)結(jié)束時(shí)，可按程序控制反應(yīng)器將其切換到乙硼烷(硼摻入)替代磷化氫。應(yīng)優(yōu)化基極和發(fā)射極區(qū)域的厚度以獲得最佳的太陽(yáng)能電池性能。在一個(gè)實(shí)施例中，優(yōu)選地基極厚度小于100 Ii m,摻雜在5el4和lel7cm_3之間，發(fā)射極厚度小于3 y m,摻雜在IelS和3e20Cm_3之間。發(fā)射極也可以分很多步驟，每一個(gè)步驟產(chǎn)生一個(gè)不同的濃度。這種外延結(jié)構(gòu)有利于太陽(yáng)能電池產(chǎn)生高的開路電壓，從而實(shí)現(xiàn)更高的效率。在下一個(gè)步驟中，薄 氧化層在外延表面熱生長(zhǎng)。薄氧化層用于太陽(yáng)能電池表面鈍化，以及用于后續(xù)選擇性表面開口的掩蔽層。圖5A圖示了薄氧化步驟后的剖面圖。在下一個(gè)步驟中，施加增強(qiáng)層以填充空腔且覆蓋整個(gè)頂部表面。增強(qiáng)層的材料須能承受高溫，比如200-300度，以用于后續(xù)的前表面PECVD氮化硅鈍化工藝。作為例子，聚酰亞胺可用于所述增強(qiáng)目的。增強(qiáng)層可通過噴霧涂覆，之后進(jìn)行固化或進(jìn)行薄膜真空分層工藝來施加。選擇性地，增強(qiáng)可通過夾緊載板來實(shí)現(xiàn)。夾緊可通過使用真空力來完成，或由靜電夾頭(ESC)或可移動(dòng)靜電載具(MESC)輔助或?qū)崿F(xiàn)。圖5B示出背面增強(qiáng)后的剖面圖。在如圖3所示，在下一個(gè)步驟中，對(duì)模板邊緣頂部表面以及斜表面進(jìn)行機(jī)械拋光以便在模板邊緣將外延硅層與模板進(jìn)行物理分離。通過進(jìn)行局部淺層激光切割穿越外延層而不損害下面模板的表面可進(jìn)一步在模板上限定PyCell TFSS的邊界。在下一個(gè)步驟中，被強(qiáng)化的娃外延層從模板上分離/分開。在一個(gè)公開的方法中，TFSS是在超聲波DI-水浴中被分離。然而在另一種公開的方法中，在晶片背面和頂部外延被真空吸緊的情況下，通過直接拉拔分離TFSS。分離的三維TFSS的厚度在50 ii m到200 u m的范圍內(nèi)(取決于可重復(fù)使用的模板上倒金字塔型空腔的深度)而無(wú)需考慮增強(qiáng)層。強(qiáng)化的三維TFSS的厚度在0.2mm到Imm的范圍內(nèi)。在下一個(gè)步驟中，通過使用KOH或TMAH溶液進(jìn)行短硅蝕刻來清潔被分離的TFSS背面表面以便去除硅碎片且完整地或局部地去除近似單晶硅(QMS)層。與此同時(shí)，且在邊緣外延硅層從模板上被去除后，使用稀釋的HF和稀釋的濕硅蝕刻溶液清潔模板，比如使用TMAH和/或KOH去除剩余的多孔硅層和硅粒子。然后，通過傳統(tǒng)的硅晶片清洗方法進(jìn)一步清洗模板，比如使用SCl和SC2濕法凈化(或所謂的RCA清洗工藝)去除可能的有機(jī)污染和金屬污染。最后，用去離子水進(jìn)行適當(dāng)?shù)臎_洗且干燥后，該模板便可用于另一個(gè)重復(fù)使用循環(huán)。如圖5C所示，強(qiáng)化的PyCell襯底，被稱為三維TFSS，已制成，并且準(zhǔn)備好進(jìn)行后續(xù)的電池制造工藝。圖6A到6H是當(dāng)根據(jù)圖3中的制造工藝制造太陽(yáng)能電池時(shí)在關(guān)鍵的電池制造工藝步驟后太陽(yáng)能電池PyCell-I的剖面圖。圖6A至6H中的剖面圖描述的結(jié)構(gòu)特征是一致的，除非另行標(biāo)注。圖6A至6H中，太陽(yáng)能電池的剖面圖顯示其正面(向陽(yáng)面)朝下，背面(非-向陽(yáng)/觸點(diǎn)面)朝上以便更好地圖示處理步驟。如圖6A所示，厚度優(yōu)選地在60nm到IOOnm之間的PECVD氮化硅層在正面沉積，該正面是PyCell襯底的金字塔面(向陽(yáng)面)。PECVD氮化硅層用作為表面鈍化層和抗反射涂層(ARC)。對(duì)于晶體硅太陽(yáng)能電池而言，降低表面載流子復(fù)合是獲得高效率的一項(xiàng)重要要求，且由于較大的面容比，這對(duì)于薄而大的硅襯底而言更加關(guān)鍵。用介電層進(jìn)行表面鈍化是一種降低表面載流子復(fù)合速率的有效方法，因?yàn)楹玫谋砻驸g化層不僅降低表面狀態(tài)的密度，使介電層產(chǎn)生固定絕緣體電荷，還可提供能將少數(shù)載流子從表面逐走的有源場(chǎng)，因此進(jìn)一步減低表面載流子復(fù)合率。氮化硅層也可在正面表面作為抗反射涂層(ARC)，以及作為增強(qiáng)物的內(nèi)部光學(xué)反射層以在前表面更好地捕獲光。在下一個(gè)步驟中，如圖6B所示，PyCell襯底正面通過施加一層支撐材料，比如PV-級(jí)EVA、Z68或硅樹脂而被強(qiáng)化。施加方法包括，但不局限于，熱噴涂和真空層壓。正面增強(qiáng)后，可完全去除背面增強(qiáng)層，比如通過松開MESC 或MOVAC載板，或去除沉積層，如所示的聚酰亞胺層。在另一種實(shí)施例中，可局部去除背面增強(qiáng)層(如聚酰亞胺層)以局部暴露襯底背面表面，以便形成結(jié)、觸點(diǎn)和金屬化。在下一個(gè)步驟中，使用對(duì)準(zhǔn)的激光燒蝕從背面的脊打開發(fā)射極觸點(diǎn)開口。要求激光燒蝕波長(zhǎng)、脈寬和能量劑量能選擇性地去除介電層(這種情況下為薄氧化層)而不損傷到下面的硅表面或造成最低損傷。背面增強(qiáng)層去除后且發(fā)射極觸點(diǎn)開口后的剖面圖在圖6C中示出。在下一個(gè)步驟中，通過覆蓋式噴涂或?qū)?zhǔn)印刷，在表面沉積磷液體摻雜物。在將磷液體摻雜物進(jìn)行固化后，將激光束指向基極觸點(diǎn)區(qū)域。通過在基極觸點(diǎn)區(qū)域頂部燒蝕介電層，受控的激光束將基極觸點(diǎn)打開并且驅(qū)入磷摻雜物來形成η++基極結(jié)。激光處理步驟的剖面圖在圖6D中示出。在下一個(gè)步驟中，在濕蝕刻工藝中，比如使用稀釋的HF蝕刻劑除去剩余的磷摻雜物。圖6Ε圖示了形成的發(fā)射極觸點(diǎn)開口、基極觸點(diǎn)開口和η++基極結(jié)。應(yīng)注意，在PyCell-I流程中發(fā)射極和基極觸點(diǎn)開口是離散的，這意味著這些開口沒有被連接起來以形成連續(xù)的交叉指狀線條開口。在下一個(gè)步驟中，在脊表面噴墨印刷金屬，比如鎳((Ni)納米粒子墨汁以將觸點(diǎn)開口連接到交叉指狀發(fā)射極和基極電極圖案。燒結(jié)后，印刷的鎳薄圖案也用作為種子層用于后續(xù)的較厚金屬電鍍工藝。印刷鎳的剖面圖在圖6F中示出，電鍍的厚Ni+Cu+Sn的剖面圖在圖6G中示出。在這個(gè)階段，太陽(yáng)能電池(PyCell-I)已完成，并可以接著進(jìn)行后續(xù)的測(cè)試和模塊組裝步驟。然而，在選擇性的實(shí)施例中，通過實(shí)施改良的鈍化層堆疊和背反射鏡來進(jìn)一步增大電池效率，背面增強(qiáng)層可被完整地除去，且可選擇性地在沒有金屬觸點(diǎn)的背面表面按順序沉積薄鋁氧化物鈍化層和薄PVD鋁鏡層。由于PECVD三氧化二鋁層內(nèi)部存在固定的電荷，該固定電荷可有效降低少數(shù)載流子表面復(fù)合率，因此PECVD沉積的三氧化二鋁層改善了背面表面鈍化效果。PVD鋁薄層被用作為背反射鏡以將光線反射回硅中。沉積PECVD氧化鋁和PVD鋁之前可使用蔭罩，將蔭罩適當(dāng)對(duì)準(zhǔn)地覆蓋到電鍍的發(fā)射極和基極匯流條觸點(diǎn)區(qū)域以避免氧化鋁和鋁層覆蓋?？稍趯?shí)施正面增強(qiáng)層之后，隨即去除整個(gè)背面增強(qiáng)層。圖6H示出具有改善的背面表面鈍化和增加的PVD鋁背反射鏡的PyCell-I太陽(yáng)能電池的剖面圖。圖7是根據(jù)本發(fā)明的制造PyCell太陽(yáng)能電池另一種示例(PyCell_2)的工藝流程。PyCell-2的可重復(fù)使用的模板和PyCell襯底的制作過程可與PyCell-I的模板和襯底的制作過程相同。電池工藝步驟在發(fā)射極觸點(diǎn)開口步驟之前也可以是相同的。然后，PyCell-2設(shè)計(jì)包括用于發(fā)射極和基極觸點(diǎn)的連續(xù)的交叉指狀線條開口，而非形成非連續(xù)的發(fā)射極和基極觸點(diǎn)開口。結(jié)果，噴墨印刷金屬納米粒子墨汁的步驟被取消，因?yàn)樵赑yCell-I中，噴墨印刷鎳的目的是用非連續(xù)的觸點(diǎn)開口來形成連續(xù)的交叉指狀線條基極和發(fā)射極圖案。圖8A至8H是經(jīng)過PyCell-2電池工藝流程的關(guān)鍵制造步驟后，太陽(yáng)能電池的剖面圖。圖8A至8C中的處理步驟和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與圖6A到6C中的相同。然而，如圖8D所示，用對(duì)準(zhǔn)的激光束掃描連續(xù)的交叉指狀線條以形成連續(xù)的交叉指狀線條基極和發(fā)射極觸點(diǎn)開口(如圖SE所示)。所示的基極結(jié)也具有連續(xù)的交叉指狀線條形狀。形成觸點(diǎn)開口和基極結(jié)之后，在暴露的硅表面對(duì)鎳進(jìn)行化學(xué)鍍，然后電鍍Cu和Sn以形成發(fā)射極和基極金屬指狀電極和匯流條，如圖8G所示。如圖6H所示的那樣，圖8H圖示了選擇性的實(shí)施例PyCell-2,其包括PECVD氧化鋁鈍化層和PVD鋁背反射鏡層。PECVD氧化鋁鈍化層和PVD鋁背反射鏡層未覆蓋發(fā)射極和基極匯流條觸點(diǎn)區(qū)域，此并未在圖8(h)中示出。圖9是用于制造PyCell太陽(yáng)能電池的另一種示例，PyCel 1-3A的工藝流程。與PyCell-I相比，PyCell_3A的一個(gè)不同之處在于背面增強(qiáng)層也用作為背面漫反射鏡。背面漫反射鏡將透過的光線在各個(gè)方向反射回硅材料中。例如，熱噴涂的PTFE背面增強(qiáng)層同時(shí)也可用作為漫反射鏡層。圖10是圖9中PyCell-3A電池工藝流程的最終結(jié)構(gòu)的剖面圖，示出有背面增強(qiáng)和漫反射鏡層。圖11是用于制造PyCell太陽(yáng)能電池的另一種示例，PyCel 1-3B的工藝流程。PyCell-3B的可重復(fù)使用的模板和PyCell襯底的制作過程可與PyCell-I的模板和襯底的制作過程相同。PyCell-3B的關(guān)鍵實(shí)施例為其具有選擇性發(fā)射極，且背面增強(qiáng)層也用作為背面漫反射鏡層?；鶚O和發(fā)射極觸點(diǎn)開口是離散的；因此需要噴墨印刷鎳納米粒子墨汁的步驟以便用離散的觸點(diǎn)開口形成連續(xù)的交叉指狀線條基極和發(fā)射極圖案。圖12A-12H是圖示經(jīng)過圖llPyCell_3B電池的工藝流程的關(guān)鍵制造步驟后，電池的剖面圖。剖面12A到-12H中描述的結(jié)構(gòu)特征是一致的，除非另行標(biāo)注。電池PyCell_3B的工藝從背面強(qiáng)化的襯底開始，且背面增強(qiáng)層也用作為背反射鏡。如圖12A所示，在電池正面沉積厚度在60nm至IOOnm之間的PECVD氮化硅層，它是PyCell襯底的金字塔型面。PECVD氮化硅層用作為表面鈍化層和抗反射涂層(ARC)。在下一個(gè)步驟中，如圖12B所示，PyCell襯底正面通過施加一層支撐材料，比如PV-級(jí)EVA、Z68或硅樹脂而被強(qiáng)化。沉積方法包括但不局限于熱噴涂和真空層壓。正面增強(qiáng)后，可局部去 除背面增強(qiáng)層，比如PTFE層，以局部暴露可以形成結(jié)、觸點(diǎn)和金屬化的襯底背面表面?？赏ㄟ^選擇性激光燒蝕來部分去除背面增強(qiáng)層。如圖12C所示，在下一個(gè)步驟中，通過覆蓋式噴涂或?qū)?zhǔn)印刷在表面沉積硼液體摻雜物。在將硼液體摻雜物進(jìn)行固化后，將激光束指向發(fā)射極觸點(diǎn)區(qū)域。通過燒蝕發(fā)射極區(qū)域頂部的介電層(薄硅氧化物)受控的激光束可打開發(fā)射極觸點(diǎn)，以及驅(qū)入硼摻雜物以便同時(shí)形成P++選擇性發(fā)射極結(jié)。在下一個(gè)步驟中，使用濕蝕刻工藝，比如使用稀釋的HF蝕刻劑，除去剩余的硼摻雜物，且制造了選擇性發(fā)射極結(jié)，在圖12D中示出。選擇性發(fā)射極p++結(jié)比p+外延發(fā)射極層的摻雜濃度高，且選擇性發(fā)射極結(jié)的深度可以比外延發(fā)射極層更深。接下來，如圖12E所示，進(jìn)行相似的工藝以形成選擇性基極結(jié)。這一工藝從通過覆蓋式噴涂或?qū)?zhǔn)印刷而在表面沉積磷液體摻雜物開始。將磷液體摻雜物進(jìn)行固化后，將激光束指向基極觸點(diǎn)區(qū)域。通過燒蝕基極發(fā)射極區(qū)域頂部的介電層(薄硅氧化物)使用受控的激光束打開基極觸點(diǎn)，以及驅(qū)入磷摻雜物以便同時(shí)形成η++選擇性發(fā)射極結(jié)。在下一個(gè)步驟中，使用濕蝕刻工藝，比如使用稀釋的HF蝕刻劑，除去剩余的硼摻雜物，并且制造了選擇性基極結(jié)，在圖12F中示出。通過反摻雜外延ρ+發(fā)射極層形成選擇性基極η++結(jié)，且基極結(jié)深度比外延發(fā)射極層更深。圖12F圖示了形成的發(fā)射極觸點(diǎn)開口、基極觸點(diǎn)開口、ρ++選擇性發(fā)射極結(jié)和η++基極結(jié)。應(yīng)注意，在PyCell-3B流程中發(fā)射極和基極觸點(diǎn)開口也是離散的，這意味著這些開口沒有被連接起來以形成連續(xù)的交叉指狀線條開口。在下一個(gè)步驟中，在脊表面噴墨印刷金屬，比如鎳((Ni)納米粒子墨汁以將觸點(diǎn)開口連接到交叉指狀發(fā)射極和基極電極圖案。燒結(jié)后，印刷的鎳薄圖案也用作為種子層用于后續(xù)的較厚金屬電鍍工藝。印刷鎳的剖面圖在圖12G中示出，電鍍的厚Ni+Cu+Sn的剖面圖在圖12H中示出。在此階段，PyCell-3B太陽(yáng)能電池已完成(在圖12H中示出)，并且可開始進(jìn)行后續(xù)的測(cè)試和模塊組裝步驟。圖13圖示了制造PyCell太陽(yáng)能電池的另一種示例，PyCell_4A的工藝流程。 PyCell-4A的可重復(fù)使用的模板和PyCell襯底的制作過程大體上與PyCell-I的模板和襯底的制作過程相同。不同的是，在PyCell-4A中，背面增強(qiáng)層也用作為背面漫反射鏡。背面漫反射鏡將透過的光線在各個(gè)方向反射回硅材料中。例如，熱噴涂的PTFE背面增強(qiáng)層同時(shí)也可用作為漫反射鏡層。電池工藝步驟在發(fā)射極觸點(diǎn)開口步驟之前也可以是相同的。然后，PyCel 1-4A設(shè)計(jì)制造用于發(fā)射極和基極觸點(diǎn)的連續(xù)的交叉指狀線條開口，而非制造非連續(xù)的發(fā)射極和基極觸點(diǎn)開口。結(jié)果，噴墨印刷鎳納米粒子墨汁的步驟被取消，因?yàn)樵赑yCell-I中，噴墨印刷鎳的目的是用非連續(xù)的觸點(diǎn)開口來形成連續(xù)的線條交叉的基極和發(fā)射極圖案。也就是說，除了觸點(diǎn)開口是連續(xù)的線條交叉的圖案，且取消了噴墨印刷鎳納米粒子的步驟之外，電池PyCell4A的工藝流程可與圖7和8中描述的相同。此外，由于背面增強(qiáng)層具有背反射鏡效果，因此在PyCell-4A設(shè)計(jì)中免去了在背面施加PECVD氧化鋁鈍化層和P⑶鋁層的需要。圖14是根據(jù)本發(fā)明的PyCell_4A電池工藝流程的最終結(jié)構(gòu)的剖面圖。圖中示出了背面增強(qiáng)和漫反射鏡層，且發(fā)射極和基極觸點(diǎn)開口和基極結(jié)為連續(xù)的線條交叉的圖案。圖15圖示了制造PyCell太陽(yáng)能電池的另一種示例，PyCel 1-4B的工藝流程。PyCell-4B的可重復(fù)使用的模板和PyCell襯底的制作過程大部分與PyCell-I的模板和襯底的制作過程相同。不同的是，背面增強(qiáng)層也用作為背面漫反射鏡。背面漫反射鏡將透過的光線在各個(gè)方向反射回硅材料中。例如，熱噴涂的PTFE背面增強(qiáng)層同時(shí)也可用作為漫反射鏡層。除了發(fā)射極和基極觸點(diǎn)開口和結(jié)是連續(xù)的線條交叉的圖案之外，電池PyCell-4B的工藝流程大部分與電池PyCell-3B的工藝流程相同。PyCell_4B也具有選擇性發(fā)射極(P++)結(jié)，除了 PyCell-4B的選擇性發(fā)射極設(shè)計(jì)是連續(xù)的線條交叉的圖案外，其制造方法與PyCell-3B電池工藝中選擇性發(fā)射極結(jié)的制造方法相同。圖16是圖15中PyCell_4B電池工藝流程的最終結(jié)構(gòu)的剖面圖。PyCell_4B電池具有形成的選擇性發(fā)射極。背面增強(qiáng)層也用作為漫反射鏡層。發(fā)射極和基極觸點(diǎn)開口和基極結(jié)為連續(xù)的線條交叉的圖案。圖17圖示了制造PyCell太陽(yáng)能電池的另一種示例，PyCell_4C的工藝流程。PyCel 1-4C的可重復(fù)使用的模板和PyCell襯底的制作過程大部分與PyCell-I的模板和襯底的制作過程相同。不同的是，背面增強(qiáng)層也用作為背面漫反射鏡。背面漫反射鏡將透過的光線在各個(gè)方向反射回硅材料中。例如，熱噴涂的PTFE背面增強(qiáng)層同時(shí)也可用作為漫反射鏡層。除了發(fā)射極和基極觸點(diǎn)開口和結(jié)是在單個(gè)激光燒蝕和摻雜工藝中形成的之外，電池PyCel 1-4C的工藝流程大部分與電池PyCel 1-4B的工藝流程相同。PyCel 1-4C也具有選擇性發(fā)射極(P++)結(jié)，其制造方法與PyCell-4B電池工藝中的選擇性發(fā)射極結(jié)的制造方法相同。圖18A-18F是經(jīng)過根據(jù)本發(fā)明的電池PyCel 1-4C工藝流程的關(guān)鍵處理步驟后的剖面圖。電池PyCell-4C的工藝從背面強(qiáng)化的襯底開始，且背面增強(qiáng)層也用作為背反射鏡。如圖18A所示,在正面沉積厚度在60nm至IOOnm之間的PECVD氮化娃層,它是PyCell襯底的金字塔型面。PECVD氮化硅層用作為表面鈍化層和抗反射涂層(ARC)。在下一個(gè)步驟中，如圖18B所示，PyCell襯底正面通過沉積一層支撐材料，比如PV-級(jí)EVA、Z68或硅樹脂而被強(qiáng)化。沉積方法包括，但不局限于，熱噴涂和真空層壓。正面增強(qiáng)后，可局部去除背面增強(qiáng)層，比如PTFE層，以局部暴露形成結(jié)、觸點(diǎn)和金屬化的襯底背面表面。可通過選擇性激光 燒蝕來部分去除背面增強(qiáng)層。如圖18C所示，在下一個(gè)步驟中，通過噴墨工藝在電池表面沉積硼液體摻雜物和磷液體摻雜物。印刷磷和硼液體可在單個(gè)印片(print load)上一次完成，其中，所述兩種液體分別從兩個(gè)分離的印刷噴嘴噴出。選擇性地，這兩種液體可以在先后兩個(gè)印片中印刷，中間有可選擇的干燥步驟。接下來，印刷的磷和硼摻雜物完全干燥和固化，比如在對(duì)流烘箱中進(jìn)行干燥和固化。在下一個(gè)步驟中，如圖18D所示，將對(duì)準(zhǔn)的激光束指向發(fā)射極觸點(diǎn)區(qū)域。通過燒蝕觸點(diǎn)區(qū)域頂部的介電層(薄硅氧化物)受控的激光束將發(fā)射極觸點(diǎn)打開，以及驅(qū)入硼摻雜物用于同時(shí)形成P++選擇性發(fā)射極結(jié)和η++基極結(jié)。在下一個(gè)步驟中，剩余的硼和磷摻雜物在濕蝕刻工藝中，比如使用稀釋的HF蝕刻劑，被去除，且形成了選擇性發(fā)射極結(jié)和基極結(jié)，在圖18Ε中示出。結(jié)和觸點(diǎn)開口為連續(xù)的交叉指狀線條圖案。選擇性發(fā)射極P++結(jié)比P+外延發(fā)射極層的摻雜濃度高，且選擇性發(fā)射極結(jié)的深度可以比外延發(fā)射極層更深。接下來，如圖18F所示，電鍍厚的Ni+Cu+Sb金屬層，且電鍍的金屬電極形成交叉指狀金屬線條以及基極和發(fā)射極匯流條。在此階段，PyCell-4C太陽(yáng)能電池已完成，在圖18F中示出，并且可進(jìn)行后續(xù)的測(cè)試和模塊組裝步驟。圖19圖示了制造PyCell太陽(yáng)能電池的另一種示例，PyCell_5A的工藝流程。PyCell-5A的可重復(fù)使用的模板和PyCell襯底的制作過程大部分與PyCell-I的模板和襯底的制作過程相同。例外的是，背面增強(qiáng)層也用作為背面漫反射鏡。背面漫反射鏡將透過的光線在各個(gè)方向反射回硅材料中。例如，熱噴涂的PTFE背面增強(qiáng)層同時(shí)也可用作為漫反射鏡層。電池PyCell-5A的工藝流程大部分與電池PyCell_4A的工藝流程相同。然而，為了進(jìn)一步改善背面漫反射鏡的效果，在電池背面施加了額外的漫反射鏡堆疊。在制造出所描述的電池PyCell-4A之后，噴涂低密度的PTFE層并且覆蓋除發(fā)射極和基極匯流條觸點(diǎn)區(qū)域以外的背面表面，那些區(qū)域由蔭罩覆蓋。接下來，在背面和增加的PTFE層頂部沉積薄PVD鋁層，該P(yáng)VD鋁用作為背反射鏡。在PVD鋁的沉積工藝過程中，發(fā)射極和基極匯流條觸點(diǎn)區(qū)域也被蔭罩覆蓋以便發(fā)射極和基極金屬不會(huì)因?yàn)镻VD鋁而產(chǎn)生分流。圖20是圖19中描述的PyCell-5A電池工藝流程的最終結(jié)構(gòu)的剖面圖。PyCell_5A電池背面具有連續(xù)的交叉指狀發(fā)射極和基極觸點(diǎn)線條開口、具有額外低密度PTFE層的增強(qiáng)型背面漫反射鏡，以及PVD鋁層。PTFE和PVD鋁層未覆蓋發(fā)射極和基極匯流條觸點(diǎn)區(qū)域，此并未在圖20中示出。PyCell-5A電池沒有選擇性發(fā)射極。圖21是用于制造PyCell太陽(yáng)能電池的另一種示例，PyCel 1-5B的工藝流程。PyCell-5B的可重復(fù)使用的模板和PyCell襯底的制作過程大部分與PyCell-I的模板和襯底的制作過程相同。例外的是，背面增強(qiáng)層也用作為背面漫反射鏡。背面漫反射鏡將透過的光線在各個(gè)方向反射回硅材料中。例如，熱噴涂的PTFE背面增強(qiáng)層同時(shí)也可用作為漫反射鏡層。電池PyCell-5B的工藝流程大部分與電池PyCell-4B的工藝流程相同。然而，為了進(jìn)一步改善背面漫反射鏡的效果，在電池背面施加了額外的漫反射鏡堆疊。在制造出所描述的電PyCel 1-4B之后，噴涂低密度的PTFE層并且覆蓋除發(fā)射極和基極匯流條觸點(diǎn)區(qū)域以外的背面表面，那些區(qū)域由蔭罩覆蓋。接下來，在背面且在增加的PTFE層頂部沉積薄PVD鋁層，該P(yáng)VD鋁用作為背反射鏡。在PVD鋁的沉積工藝過程中，發(fā)射極和基極匯流條觸點(diǎn)區(qū)域也被蔭罩覆蓋以便發(fā)射極和基極金屬不會(huì)因?yàn)镻VD鋁而產(chǎn)生分流。
圖22是圖21中PyCell_5B電池工藝流程的最終結(jié)構(gòu)的剖面圖。如所示，PyCell-5B電池背面具有連續(xù)的交叉指狀線條發(fā)射極和基極結(jié)以及觸點(diǎn)開口、具有額外低密度PTFE層的增強(qiáng)型背面漫反射鏡，以及PVD鋁層。PTFE和PVD鋁層未覆蓋發(fā)射極和基極匯流條觸點(diǎn)區(qū)域，此并未在圖22中示出。PyCell-5B電池沒有選擇性發(fā)射極。圖23是制造PyCell太陽(yáng)能電池的另一種示例，PyCell-5C的工藝流程。PyCell-5C的可重復(fù)使用的模板和PyCell襯底的制作過程大部分與PyCell-I的模板和襯底的制作過程相同。例外的是，背面增強(qiáng)層也用作為背面漫反射鏡。背面漫反射鏡將透過的光線在各個(gè)方向反射回硅材料中。例如，熱噴涂的PTFE背面增強(qiáng)層同時(shí)也可用作為漫反射鏡層。電池PyCell-5C的工藝流程大部分與電池PyCell_4C的工藝流程相同。然而，為了進(jìn)一步改善背面漫反射鏡的效果，在電池背面施加了額外的漫反射鏡堆疊。在制造出所描述的電PyCel 1-4C之后，噴涂低密度的PTFE層并且覆蓋除發(fā)射極和基極匯流條觸點(diǎn)區(qū)域以外的背面表面覆蓋，那些區(qū)域由蔭罩覆蓋。接下來，在背面且在增加的PTFE層頂部沉積薄PVD鋁層，PVD鋁用作為背反射鏡。在PVD鋁的沉積工藝過程中，發(fā)射極和基極匯流條觸點(diǎn)區(qū)域也被蔭罩覆蓋以便發(fā)射極和基極金屬不會(huì)因?yàn)镻VD鋁而產(chǎn)生分流。圖24圖示了圖23中的PyCell_5C電池工藝流程的最終結(jié)構(gòu)的剖面圖。如所示，PyCell-5C電池背面具有連續(xù)的交叉指狀線條發(fā)射極和基極結(jié)以及觸點(diǎn)開口、具有額外低密度PTFE層的增強(qiáng)型背面漫反射鏡，以及PVD鋁層。PTFE和PVD鋁層未覆蓋發(fā)射極和基極匯流條觸點(diǎn)區(qū)域，此并未在圖24中示出。PyCell-5C電池沒有選擇性發(fā)射極。在操作中，本發(fā)明描述了背結(jié)背觸點(diǎn)晶體三維太陽(yáng)能電池的結(jié)構(gòu)，該電池沉積在具有三維結(jié)構(gòu)的可重復(fù)使用的模板上，該模板作為耐高溫的載具可以使工藝在模板上進(jìn)行，且隨后通過使用分離層可使得三維晶體太陽(yáng)能電池與模板分離。進(jìn)一步，本發(fā)明描述了用于三維電池的增強(qiáng)結(jié)構(gòu)以及施加該增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的方法，這使得可將超薄半導(dǎo)體層用于三維電池，從而降低總成本并降低該層的整塊(bulk)壽命要求。此外，本發(fā)明描述了使用具有亞納秒脈沖寬度的短激光脈沖來完成以上描述的三維背結(jié)背觸點(diǎn)太陽(yáng)能電池觸點(diǎn)的至少一個(gè)極性，優(yōu)選地兩個(gè)極性的觸點(diǎn)開口。此外，描述了使用激光脈沖來完成以上描述的背結(jié)背觸點(diǎn)太陽(yáng)能電池觸點(diǎn)區(qū)域至少一個(gè)極，優(yōu)選地兩個(gè)極的觸點(diǎn)區(qū)域的摻雜。本發(fā)明描述了一些工藝流程，作為如何獲得增強(qiáng)、用于隔離的介電層形成、鈍化、反射鏡的形成、分離和金屬化的建議。該領(lǐng)域的技術(shù)人員可從所建議的示例的方法可推導(dǎo)出其它方法，推導(dǎo)出的方法也被認(rèn)為是在本發(fā)明的范圍內(nèi)。在一個(gè)實(shí)施例中，提供了使用外延硅層制造各種類型PyCell太陽(yáng)能電池的方法。術(shù)語(yǔ)“超薄(ultra-thin)”指的是在Ιμπι到50 μ m的范圍內(nèi)的生長(zhǎng)材料的厚度。與同樣是由超薄硅層制成的，大體上是平面的太陽(yáng)能電池相比，PyCell具有兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)(I)在給定特定范圍的厚度的話，PyCell襯底在機(jī)械上比具有相同厚度、大體上是平面的硅襯底更加堅(jiān)固。(2)PyCell微觀結(jié)構(gòu)提供自然光捕獲效果，因此不需要進(jìn)行正面表面織構(gòu)化工藝。事實(shí)上，進(jìn)行有效的表面織構(gòu)化(比如平均為5 μ m,平均金字塔高度)，在平面硅表面上，會(huì)消耗一些平面硅襯底中硅的厚度。因此，與大體上是平面的超薄外延硅太陽(yáng)能電池相比，超薄PyCell襯底節(jié)省了外延硅材料。提供了各種具有背結(jié)和背觸點(diǎn)的PyCell太陽(yáng)能電池的制造方法和結(jié)構(gòu)的描述。更具體地，PyCell的金字塔型面用作為向陽(yáng)面，被稱為正面；而PyCell的脊型面用作為觸 點(diǎn)、結(jié)和金屬化面，被稱為背面。此外，所有的基極和發(fā)射極觸點(diǎn)、結(jié)、金屬指狀電極以及金屬匯流條都在PyCell太陽(yáng)能電池的背面上制造。本發(fā)明的其它方面包括在外延硅生長(zhǎng)期間進(jìn)行原位摻雜步驟以形成原位摻雜的正面表面場(chǎng)(FSF)和發(fā)射極摻雜層。原位摻雜濃度分布可以是臺(tái)階形或梯形。短脈沖(比如亞納秒)激光燒蝕，用于產(chǎn)生離散的或連續(xù)的電介質(zhì)觸點(diǎn)開口。激光表面處理，用于對(duì)以上描述的三維背結(jié)背觸點(diǎn)太陽(yáng)能電池觸點(diǎn)區(qū)域至少一個(gè)極性，優(yōu)選地兩個(gè)極性的觸點(diǎn)區(qū)域進(jìn)行摻雜。背面和增強(qiáng)層用作為擴(kuò)散的背反射鏡。形成選擇性發(fā)射極(在發(fā)射極觸點(diǎn)區(qū)域內(nèi)部具有較高的發(fā)射極摻雜)以增大電池效率。使用噴墨印刷液體摻雜物以及直寫激光摻雜工藝，用于制造選擇性發(fā)射極和基極觸點(diǎn)。除了以上組合以外，本發(fā)明提供了使用脈沖激光的新穎制造方法。描述了一些工藝流程，作為如何獲得增強(qiáng)、用于隔離的介電層、鈍化、反射鏡的形成、分離和金屬化的建議。提供上述優(yōu)選地實(shí)施例的描述是為了使本領(lǐng)域的任何技術(shù)人員制造或使用所請(qǐng)求保護(hù)的主題。這些實(shí)施例的各種修改對(duì)本領(lǐng)域中的技術(shù)人員來說是很明顯的，且此處確定的基本原則可應(yīng)用于其它實(shí)施例，無(wú)需創(chuàng)造性勞動(dòng)。因此，所要求保護(hù)的主題不是要限于此處展示的實(shí)施例，而是要覆蓋與此處公開的原理和新穎特征相一致的最廣的范圍。
權(quán)利要求
1.一種背結(jié)背觸點(diǎn)三維薄太陽(yáng)能電池，包括 具有正面和背面的三維沉積的半導(dǎo)體層，包括 具有鈍化層的光俘獲正面表面， 摻雜的基極區(qū)域，和 摻雜的背面發(fā)射極區(qū)域，其極性與所述摻雜的基極區(qū)域相反； 在所述摻雜的背面發(fā)射極區(qū)域上的背面鈍化層； 背面發(fā)射極觸點(diǎn)和背面基極觸點(diǎn)，其連接至金屬互連件且選擇性地在所述三維沉積的半導(dǎo)體層背面的三維特征上形成；和 在所述背結(jié)背觸點(diǎn)三維薄太陽(yáng)能電池的正面設(shè)置的透明正面永久性支撐增強(qiáng)物。
2.如權(quán)利要求I所述的背結(jié)背觸點(diǎn)三維薄太陽(yáng)能電池，其中，所述沉積的半導(dǎo)體層是厚度在I到30微米范圍內(nèi)的外延硅層。
3.如權(quán)利要求I所述的背結(jié)背觸點(diǎn)三維薄太陽(yáng)能電池，其中，所述摻雜的背面發(fā)射極區(qū)域是外延原位摻雜發(fā)射極區(qū)域。
4.如權(quán)利要求I所述的背結(jié)背觸點(diǎn)三維薄太陽(yáng)能電池，其中，所述背面發(fā)射極觸點(diǎn)和背面基極觸點(diǎn)離散地位于所述三維沉積的半導(dǎo)體層背面的三維特征上。
5.如權(quán)利要求I所述的背結(jié)背觸點(diǎn)三維薄太陽(yáng)能電池，其中，所述背面發(fā)射極觸點(diǎn)和背面基極觸點(diǎn)在所述三維沉積的半導(dǎo)體層背面的三維特征上以連續(xù)的交叉指狀圖案形成。
6.如權(quán)利要求I所述的背結(jié)背觸點(diǎn)三維薄太陽(yáng)能電池，其中，所述具有鈍化層的光俘獲正面表面用作抗反射涂層。
7.如權(quán)利要求I所述的背結(jié)背觸點(diǎn)三維薄太陽(yáng)能電池，其中，所述具有鈍化層的光俘獲正面表面提供場(chǎng)輔助鈍化。
8.如權(quán)利要求I所述的背結(jié)背觸點(diǎn)三維薄太陽(yáng)能電池，還包括填充所述三維沉積的薄半導(dǎo)體層背面上的三維特征的空腔的背面增強(qiáng)層。
9.一種背結(jié)背觸點(diǎn)三維薄太陽(yáng)能電池，包括 具有正面和背面的三維沉積的半導(dǎo)體層，所述沉積的半導(dǎo)體層具有倒金字塔型結(jié)構(gòu)，其中，背面表面脊限定倒金字塔型空腔的開口，包括 具有鈍化層的光俘獲正面表面， 摻雜的基極區(qū)域，和 摻雜的背面發(fā)射極區(qū)域，其極性與所述摻雜的基極區(qū)域相反； 在所述摻雜的背面發(fā)射極區(qū)域上的背面鈍化層；和 背面發(fā)射極觸點(diǎn)和背面基極觸點(diǎn)，其選擇性地在所述三維沉積的半導(dǎo)體層的背面表面脊上形成且連接至金屬互連件。
10.如權(quán)利要求9所述的背結(jié)背觸點(diǎn)三維薄太陽(yáng)能電池，其中，在所述背結(jié)背觸點(diǎn)三維薄太陽(yáng)能電池的正面上有透明永久性正面支撐增強(qiáng)物。
11.如權(quán)利要求9所述的背結(jié)背觸點(diǎn)三維薄太陽(yáng)能電池，其中，所述沉積的半導(dǎo)體層是厚度在I到30微米范圍內(nèi)的外延硅層。
12.如權(quán)利要求9所述的背結(jié)背觸點(diǎn)三維薄太陽(yáng)能電池，其中，所述摻雜的背面發(fā)射極區(qū)域是外延原位摻雜發(fā)射極區(qū)域。
13.如權(quán)利要求9所述的背結(jié)背觸點(diǎn)三維薄太陽(yáng)能電池，其中，所述倒金字塔型空腔包括多個(gè)尺寸不同的倒金字塔型空腔。
14.如權(quán)利要求9所述的背結(jié)背觸點(diǎn)三維薄太陽(yáng)能電池，其中，所述倒金字塔型空腔包括一組較大的倒金字塔型空腔和一組較小的倒金字塔型空腔。
15.如權(quán)利要求9所述的背結(jié)背觸點(diǎn)三維薄太陽(yáng)能電池，其中，所述背面發(fā)射極觸點(diǎn)和背面基極觸點(diǎn)離散地位于所述三維沉積的薄半導(dǎo)體層背面的倒金字塔型空腔的背面表面脊上。
16.如權(quán)利要求9所述的背結(jié)背觸點(diǎn)三維薄太陽(yáng)能電池，其中，所述背面發(fā)射極觸點(diǎn)和背面基極觸點(diǎn)在所述三維沉積的薄半導(dǎo)體層背面的倒金字塔型空腔的脊上以連續(xù)的線條圖案形成。
17.如權(quán)利要求9所述的背結(jié)背觸點(diǎn)三維薄太陽(yáng)能電池，還包括背面增強(qiáng)層，其至少部分填充所述三維沉積的薄半導(dǎo)體層背面上的倒金字塔形空腔。
18.從晶體半導(dǎo)體層制造三維背結(jié)背觸點(diǎn)薄太陽(yáng)能電池的方法，所述方法為所述晶體半導(dǎo)體層提供連續(xù)的結(jié)構(gòu)性支撐，所述方法包括 在三維模板上形成保形多孔半導(dǎo)體層，所述三維模板具有倒金字塔型結(jié)構(gòu)，其具有背面表面脊，所述背面表面脊限定倒金字塔型空腔的開口，其中，所述模板提供結(jié)構(gòu)性支撐，且在背結(jié)背觸點(diǎn)太陽(yáng)能電池的背面處理步驟中充當(dāng)高溫臨時(shí)載具，所述背面處理步驟包括 在所述多孔半導(dǎo)體層上沉積保形的摻雜的基極晶體半導(dǎo)體層； 在所述摻雜的基極晶體半導(dǎo)體層上形成保形摻雜的發(fā)射極層； 沿著所述多孔半導(dǎo)體層將所述摻雜的基極晶體半導(dǎo)體層與所述模板分離，其中，在分離之前將電池背面增強(qiáng)層附著到所述太陽(yáng)能電池背面以為電池正面處理步驟提供支撐，所述正面處理步驟包括在所述晶體半導(dǎo)體層正面形成具有鈍化和抗反射層的光捕獲正面表面； 將透明永久性正面增強(qiáng)物附著到電池正面； 在所述摻雜的發(fā)射極層上沉積背面鈍化介電層； 在所述倒金字塔型空腔的脊上形成穿越所述介電層的選擇性背面基極和發(fā)射極觸點(diǎn)開口 ； 摻雜暴露的區(qū)域以形成發(fā)射極區(qū)域和基極區(qū)域；和 將所述電池背面金屬化以在所述倒金字塔型空腔的脊上形成背面基極和發(fā)射極觸點(diǎn)。
19.如權(quán)利要求18所述的方法，其中，所述電池背面增強(qiáng)層充當(dāng)所述背結(jié)背觸點(diǎn)三維薄太陽(yáng)能電池的背面漫反射鏡。
20.如權(quán)利要求18所述的方法，其中，所述沉積摻雜的基極晶體半導(dǎo)體層的步驟包括沉積厚度在I到30微米范圍內(nèi)的摻雜的基極外延硅層。
21.如權(quán)利要求18所述的方法，其中，在所述摻雜的基極晶體半導(dǎo)體層上形成摻雜的發(fā)射極層的所述步驟還包括形成原位摻雜的發(fā)射極外延層。
22.如權(quán)利要求18所述的方法，其中，使用脈沖寬度激光燒蝕在所述倒金字塔型空腔的脊上形成穿越所述介電層的選擇性背面基極和發(fā)射極觸點(diǎn)開口。
23.如權(quán)利要求18所述的方法，其中，使用亞納秒脈沖寬度的激光燒蝕在所述倒金字塔型空腔的脊上形成穿越所述介電層的選擇性背面基極和發(fā)射極觸點(diǎn)開口。
全文摘要
提供了背結(jié)背觸點(diǎn)三維太陽(yáng)能電池及其制造方法。背結(jié)背觸點(diǎn)三維太陽(yáng)能電池包括三維襯底。該襯底包括具有鈍化層的光捕獲正面表面，摻雜的基極區(qū)域，和極性與摻雜的基極區(qū)域相反的摻雜的背面發(fā)射極區(qū)域。背面鈍化層置于摻雜的背面發(fā)射極區(qū)域上。背面發(fā)射極觸點(diǎn)和背面基極觸點(diǎn)，其連接至金屬互連件且選擇性地在三維太陽(yáng)能電池背面的三維特征上形成。
文檔編號(hào)H01L31/18GK102782869SQ201080063496
公開日2012年11月14日 申請(qǐng)日期2010年12月9日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月9日
發(fā)明者D·X·王, K·J·克拉默, M·M·穆斯利赫, P·卡普爾, S·蘇特, V·V·雷納 申請(qǐng)人:速力斯公司