專(zhuān)利名稱(chēng)：光伏器件的金屬觸點(diǎn)及其低溫制造工藝的制作方法
光伏器件的金屬觸點(diǎn)及其低溫制造工藝發(fā)明背景發(fā)明領(lǐng)域本發(fā)明的實(shí)施方式大體涉及諸如太陽(yáng)能電池的光伏器件，以及制備這樣的光伏器件的方法。相關(guān)技術(shù)描述因?yàn)榛剂险匀找嬖鲩L(zhǎng)的速率耗盡，所以對(duì)替代能源的需要變得越來(lái)越明顯。源自風(fēng)、源自太陽(yáng)及源自流水的能量提供對(duì)諸如煤、石油和天然氣的化石燃料的可再生的、環(huán)境友好的替代物。由于太陽(yáng)能在地球上的幾乎任何地方都容易得到，所以太陽(yáng)能可能有朝一日成為可行的替代物。為了利用來(lái)自太陽(yáng)的能量，太陽(yáng)能電池的結(jié)吸收光子以產(chǎn)生電子-空穴對(duì)，這些電子-空穴對(duì)被結(jié)的內(nèi)部電場(chǎng)分離以產(chǎn)生電壓，從而將光能轉(zhuǎn)化為電能。所產(chǎn)生的電壓可通過(guò)串聯(lián)連接太陽(yáng)能電池而增加，且電流可通過(guò)并聯(lián)連接太陽(yáng)能電池而增加。太陽(yáng)能電池可在太陽(yáng)電池板上組合在一起。逆變器可耦接至若干太陽(yáng)電池板以將直流功率轉(zhuǎn)換為交流功率。然而，生產(chǎn)太陽(yáng)能電池的當(dāng)前高成本相對(duì)于當(dāng)代器件的低效率水平阻止太陽(yáng)能電池成為主流能源，并且限制太陽(yáng)能電池可適合的應(yīng)用。在光伏器件的常規(guī)制造工藝期間，金屬觸點(diǎn)常常通過(guò)氣相沉積工藝沉積，并且在熱退火工藝期間，通常被加熱到高于300°C的溫度。這些高溫過(guò)程由于過(guò)度消耗時(shí)間和能量而往往是昂貴的。此外，高溫過(guò)程經(jīng)常破壞光伏器件內(nèi)包含的敏化材料。因此，存在對(duì)具有提高的效率的光伏器件以及以與常規(guī)太陽(yáng)能電池相比降低的成本來(lái)制造這樣的光伏器件的方法的需求。發(fā)明概述本發(fā)明的實(shí)施方式大體涉及諸如光伏器件的光電子半導(dǎo)體器件，且更具體地涉及布置在諸如光伏電池的光伏器件上的金屬觸點(diǎn)，以及涉及形成這樣的金屬觸點(diǎn)的制造工藝。在一個(gè)實(shí)施方式中，提供了一種布置在諸如光伏電池的光伏器件上的金屬觸點(diǎn)， 且該金屬觸點(diǎn)包含布置在光伏電池的吸收層(absorber layer)上的鈀鍺合金層，及布置在鈀鍺合金層上的金屬覆蓋層。例如，覆蓋層可包含布置在鈀鍺合金層上的粘附層和布置在粘附層上的導(dǎo)電層。在一些實(shí)施例中，鈀鍺合金層可具有約100 A至約1,000 A范圍內(nèi)的厚度，例如約300 A至約600 A。粘附層可具有至少約20 A范圍內(nèi)的厚度。導(dǎo)電層可具有至少約1,000 A的厚度。在另一個(gè)實(shí)施方式中，提供了一種在光伏器件上形成金屬觸點(diǎn)的方法，且該方法包括在光伏電池的吸收層上沉積鈀層，在鈀層上沉積鍺層，在鍺層上沉積金屬覆蓋層，并且在退火工藝期間，將光伏電池加熱到約20°C至約275°C范圍內(nèi)的溫度。例如，沉積覆蓋層可包括在鍺層上沉積粘附層，并且在粘附層上沉積導(dǎo)電層。鈀層和鍺層形成布置在吸收層和粘附層之間鈀鍺合金。在一些實(shí)施例中，在退火工藝期間，可將光伏電池加熱到約20°C 至約175°C范圍內(nèi)的溫度，持續(xù)約5分鐘至約60分鐘范圍內(nèi)的時(shí)間段，例如從約100°C至約 150°C ；或加熱到約150°C至約275°C范圍內(nèi)的溫度，并且持續(xù)至少約0. 5分鐘的時(shí)間段。鈀層可具有約50 A至約300 A范圍內(nèi)的厚度，并且在沉積工藝期間，可在約20°c 至約200°c范圍內(nèi)的溫度下沉積。鍺層可具有約100 A至約1000 A范圍內(nèi)的厚度，并且在沉積工藝期間，可在約20°C至約200°C范圍內(nèi)的溫度下沉積。在一些實(shí)施例中，粘附層包含鈦或鈦合金，且具有至少約20 A的厚度。在其他實(shí)施例中，導(dǎo)電層包含金或金合金，且具有至少約1,000 A的厚度。在其他方面，光伏電池的吸收層通常包含η-型砷化鎵材料，而金屬觸點(diǎn)層可沉積在光伏電池的背面。附圖簡(jiǎn)述因此，可詳細(xì)理解本發(fā)明的上述特征的方式，上文簡(jiǎn)要概述的本發(fā)明的更具體的描述可參照實(shí)施方式進(jìn)行，一些實(shí)施方式在附圖中示出。然而，應(yīng)注意，附圖僅示出本發(fā)明的典型實(shí)施方式，且因此不應(yīng)被視為其范圍的限制，因?yàn)楸景l(fā)明可允許其它同等有效的實(shí)施方式。

圖1Α-1Β描繪了根據(jù)本文描述的一個(gè)實(shí)施方式的光伏單元的橫截面視圖；圖2描繪了根據(jù)本文描述的一些實(shí)施方式的雙面光伏電池的橫截面視圖；圖3描繪了根據(jù)本文描述的其他實(shí)施方式的單面光伏電池的橫截面視圖；以及圖4Α和4Β描繪了根據(jù)本文描述的一些實(shí)施方式的金屬觸點(diǎn)的橫截面視圖。詳述本發(fā)明大體涉及光伏器件和工藝，且更具體地涉及光伏電池、形成在光伏電池上的金屬觸點(diǎn)以及形成這樣的光伏電池和金屬觸點(diǎn)的制造工藝。一些制造工藝包括外延生長(zhǎng)薄膜型砷化鎵材料，該薄膜型砷化鎵材料通過(guò)外延層剝離(ELO)工藝被進(jìn)一步處理。本文描述的金屬觸點(diǎn)的實(shí)施方式包含在退火工藝期間在低溫下形成的鈀鍺合金。 在一些實(shí)施方式中，可將光伏電池加熱到約20°C至約275°C范圍內(nèi)的溫度。例如，在退火工藝期間，可將電池加熱到約20°C至約175°C范圍內(nèi)的溫度和/或加熱約5分鐘至約60分鐘的時(shí)間段；例如在約150°C下持續(xù)約30分鐘。在其他實(shí)施方式中，在退火工藝期間，可將光伏電池加熱到約150°C至約275°C范圍內(nèi)的溫度，持續(xù)至少約0. 5分鐘的時(shí)間段；例如在約 250°C下持續(xù)約1分鐘。在本文的實(shí)施方式中描述了與金屬觸點(diǎn)使用的合適的光伏電池的一些實(shí)施方式。 光伏電池可包括砷化鎵基電池，其包含布置在P-型膜堆棧(p-type film stack)上的η-型膜堆棧，使得η-型膜堆棧面向正面，而ρ-型膜堆棧在電池的背面上。在一個(gè)實(shí)施方式中，光伏電池為雙面光伏電池，且具有布置在正面上的η-金屬觸點(diǎn)，而ρ-金屬觸點(diǎn)布置在電池背面上。在另一個(gè)實(shí)施方式中，光伏電池為單面光伏電池，且具有布置在電池背面上的η-金屬觸點(diǎn)和P-金屬觸點(diǎn)。本發(fā)明的一些實(shí)施方式提供了以大于5 μ m/hr例如約10 μ m/hr或更大、約20 μ m/ hr或更大、約30 μ m/hr或更大、例如約60 μ m/hr或更大包括約100 μ m/hr或更大或約 120 μ m/hr或更大的高生長(zhǎng)速率外延生長(zhǎng)第III-V族材料的工藝。第III-V族材料為薄膜型外延生長(zhǎng)層，該薄膜型外延生長(zhǎng)層包含砷化鎵、砷化鋁鎵、磷化鋁鎵銦、磷化鋁鎵或其組合。在一些實(shí)施方式中，金屬觸點(diǎn)可包含在低溫下例如低于300°C且在一些實(shí)施例中在低于250°C或低于200°C例如從約20°C (或約室溫)至約150°C下形成的鈀鍺合金。這樣的創(chuàng)新可使本光伏器件的效率和韌性強(qiáng)于常規(guī)太陽(yáng)能電池。圖IA圖示了含砷化鎵基電池140的光伏單元90的橫截面視圖，砷化鎵基電池140 與生長(zhǎng)晶片101通過(guò)布置在其間的犧牲層104連接。在光伏單元90內(nèi)沉積含不同組成的多層外延材料，包括緩沖層102、犧牲層104及包含在砷化鎵基電池140內(nèi)的許多層。可通過(guò)沉積工藝?yán)缁瘜W(xué)氣相沉積(CVD)工藝、金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積(MOCVD)工藝或分子束外延(MBE)工藝來(lái)生長(zhǎng)或以其他方式來(lái)形成多層外延材料。在本文描述的另一個(gè)實(shí)施方式中，光伏單元90可暴露于濕蝕刻溶液，以在外延層剝離(ELO)工藝期間，蝕刻犧牲層104并且將砷化鎵基電池140與生長(zhǎng)晶片101分離。濕蝕刻溶液通常包含氫氟酸，并且還可包含各種添加劑、緩沖劑和/或表面活性劑。濕蝕刻溶液選擇性地蝕刻犧牲層104，而保留砷化鎵基電池140和生長(zhǎng)晶片101。一旦分離，如圖IB 所描述的，則可進(jìn)一步處理砷化鎵基電池140，以形成各種光伏器件，包括光伏電池和模塊， 如通過(guò)本文若干實(shí)施方式所描述的。第III-V族材料為薄膜型外延生長(zhǎng)層，其可包含砷化鎵、砷化鋁鎵及其他。一些層例如窗口層可包含包括磷化鋁鎵銦、磷化鋁鎵或其組合的另外的材料?？稍诟呱L(zhǎng)速率氣相沉積工藝期間通過(guò)生長(zhǎng)第III-V族材料來(lái)形成外延生長(zhǎng)層。與小于5 μ m/hr的通常觀察到的沉積速率相比，高生長(zhǎng)速率沉積工藝允許大于5 μ m/hr的生長(zhǎng)速率，例如約10 μ m/hr 或更大、約20 μ m/hr或更大、約30 μ m/hr或更大、例如約60 μ m/hr或更大包括約100 μ m/ hr或更大或約120 μ m/hr或更大。本工藝包括在處理系統(tǒng)內(nèi)，將晶片加熱到約550°C或更高的沉積溫度，將晶片暴露于含有化學(xué)前體的沉積氣體，例如用于砷化鎵沉積工藝的鎵前體氣體和砷化氫 (arsine)，并且將含有砷化鎵的層沉積在晶片上。可采用高生長(zhǎng)速率沉積工藝來(lái)沉積多種材料，包括砷化鎵、砷化鋁鎵、磷化鋁鎵、磷化鋁鎵銦、磷化鋁銦、其合金、其摻雜變體或其組合。在本沉積工藝的一些實(shí)施方式中，沉積溫度可在約550°C至約900°C的范圍內(nèi)。在其他實(shí)施例中，沉積溫度可在約600°C至約800°C的范圍內(nèi)。在其他實(shí)施例中，沉積溫度可在約 650°C至約750°C的范圍內(nèi)。在其他實(shí)施例中，沉積溫度可在約650°C至約720°C的范圍內(nèi)。在一個(gè)實(shí)施方式中，可通過(guò)在進(jìn)入或穿過(guò)噴頭之前在氣體歧管內(nèi)組合或混合兩種、三種或更多種化學(xué)前體來(lái)形成沉積氣體。在另一個(gè)實(shí)施方式中，可通過(guò)在穿過(guò)噴頭之后在反應(yīng)區(qū)內(nèi)組合或混合兩種、三種或更多種化學(xué)前體來(lái)形成沉積氣體。沉積氣體還可包含一種、兩種或更多種載氣，該載氣可在穿過(guò)噴頭之前或之后與前體氣體組合或混合。沉積氣體可包含鎵、鋁、銦、砷、磷或其他的一種或多種化學(xué)前體。沉積氣體可包含為烷基鎵化合物的鎵前體氣體，例如三甲基鎵或三乙基鎵。沉積氣體還可包含為烷基鋁化合物的鋁前體氣體，例如三甲基鋁或三乙基鋁。沉積氣體還可包含為烷基銦化合物的銦前體氣體，例如三甲基銦。在一些實(shí)施方式中，沉積氣體還包含載氣。載氣可包含氫氣(H2)、氮?dú)?N2)、氫氣和氮?dú)獾幕旌衔?、氬氣、氦氣或其組合。在許多實(shí)施例中，載氣包含氫氣、氮?dú)饣驓錃夂偷獨(dú)獾幕旌衔??？梢砸约s^⑶！!!(標(biāo)準(zhǔn)立方厘米每分鐘)至約300SCCH1的流速向處理室提供每一種沉積氣體?？梢砸约s500SCCm至約3，OOOsccm的流速向處理室提供載氣。在其他實(shí)施方式中，沉積氣體包含約3或更大、或可以為約4或更大、或可以為約5或更大、或可以為約6或更大、或可以為約7或更大的砷化氫/鎵前體比的砷化氫和鎵前體氣體。在一些實(shí)施例中，砷化氫/鎵前體氣體的比可在約5至約10的范圍內(nèi)。在其他實(shí)施方式中，第III-V族材料可由包含約30 1、或40 1、或50 1、或60 1或更大的第V族前體與第III族前體的比的沉積氣體形成或生長(zhǎng)。在一些實(shí)施例中，沉積氣體具有約50 1的磷化氫(phosphine)/第III族前體。處理系統(tǒng)可具有約20托至約1，000托范圍內(nèi)的內(nèi)部壓力。在一些實(shí)施方式中，內(nèi)部壓力可為環(huán)境壓力或大于環(huán)境壓力，例如在約760托至約1，000托的范圍內(nèi)。在一些實(shí)施例中，內(nèi)部壓力可在約800托至約1，000托的范圍內(nèi)。在其他實(shí)施例中，內(nèi)部壓力在約780 托至約900托的范圍內(nèi)，例如約800托至約850托。在其他實(shí)施方式中，內(nèi)部壓力可為環(huán)境壓力或小于環(huán)境壓力，例如在約20托至約760托、優(yōu)選為約50托至約450托、且更優(yōu)選為約100托至約250托的范圍內(nèi)。如本文描述的沉積或形成第III-V族材料的沉積工藝可在單晶片沉積室、多晶片沉積室、固定式沉積室或連續(xù)供給沉積室中進(jìn)行。在于2009年5月四日提交的共同轉(zhuǎn)讓的美國(guó)序列號(hào)12/475，131和12/475，169中描述了可用來(lái)生長(zhǎng)、沉積或以其他方式形成第 III-V族材料的一個(gè)連續(xù)供給沉積室，美國(guó)序列號(hào)12/475，131和12/475，169兩者在此通過(guò)引用并入本文。在一個(gè)實(shí)施方式中，可在生長(zhǎng)晶片101上形成一個(gè)或多個(gè)緩沖層102，以便開(kāi)始形成光伏單元90。生長(zhǎng)晶片101可包含η-型或半絕緣材料，且可包含與一個(gè)或多個(gè)隨后沉積的緩沖層相同或相似的材料。例如，當(dāng)產(chǎn)生砷化鎵或η-摻雜砷化鎵的緩沖層時(shí)，生長(zhǎng)晶片 101可包含砷化鎵或η-摻雜砷化鎵。ρ-摻雜物可選自碳、鎂、鋅或其組合，而η-摻雜物可選自硅、硒、碲或其組合。在一些實(shí)施方式中，P-型摻雜物前體可包括用于碳摻雜物的四溴化碳(CBr4)、用于鎂摻雜物的雙(環(huán)戊二烯基)鎂(Cp2Mg)及用于鋅摻雜物的二烷基鋅化合物包括二甲基鋅或二乙基鋅。在其他實(shí)施方式中，η-型摻雜物前體可包括用于硅摻雜物的硅烷(SiH4)或乙硅烷(Si2H6)、用于硒摻雜物的硒化二氫(H2Se)以及用于碲摻雜物的二烷基碲化合物包括二甲基碲、二乙基碲和二異丙基碲。緩沖層102可在生長(zhǎng)晶片101和最終光伏單元的半導(dǎo)體層之間提供中介物，當(dāng)形成多個(gè)外延層時(shí)，該中介物可適應(yīng)其不同的結(jié)晶結(jié)構(gòu)。一個(gè)或多個(gè)緩沖層102可沉積為約 IOOnm至約600nm的厚度，例如約500nm的厚度。一個(gè)或多個(gè)緩沖層102中的每個(gè)可包含第 III-V族化合物半導(dǎo)體，例如砷化鎵，這取決于最終光伏單元的期望組成。緩沖層102還可以是摻雜的，例如η-摻雜材料，如η-摻雜砷化鎵。犧牲層104可沉積在緩沖層102上。犧牲層104可包含合適的材料，例如砷化鋁或砷化鋁合金，且可以沉積為具有約3nm至約20nm范圍內(nèi)的厚度，例如從約5nm至約10nm， 如約lOnm。犧牲層104還可以是摻雜的，例如η-摻雜材料，如η-摻雜砷化鋁。當(dāng)在ELO工藝期間將砷化鎵基電池140與生長(zhǎng)晶片101分離時(shí)，蝕刻并移除犧牲層104(也被稱(chēng)為釋放層)。在被蝕刻之前，犧牲層104還用于形成在砷化鎵基電池140內(nèi)包含的隨后的且外延生長(zhǎng)的層例如η-型觸點(diǎn)層105的晶格結(jié)構(gòu)。砷化鎵基電池140包含含有布置在含ρ-摻雜砷化鎵材料的ρ-型膜堆棧130上的 η-摻雜砷化鎵材料的η-型膜堆棧120。η-型膜堆棧120和ρ-型膜堆棧130中的每個(gè)獨(dú)立地包含含有砷化鎵材料的不同組成材料的多層。在一個(gè)實(shí)施方式中，η-型膜堆棧120包含η-型觸點(diǎn)層105、η-型前窗口(n-type front window) 106、鄰近η-型前窗Π 106形成的η-型吸收層108以及任選的中間層114。ρ-型膜堆棧130包含ρ-型發(fā)射極層110和在 P-型發(fā)射極層110上形成的ρ-型觸點(diǎn)層112。如在一個(gè)實(shí)施方式中所描述的，在制造工藝期間，η-型觸點(diǎn)層105或界面層可沉積在犧牲層104上。η-型觸點(diǎn)層105包含第III-V族材料，例如砷化鎵，這取決于最終光伏單元的期望組成。η-型觸點(diǎn)層105是η-摻雜的，且對(duì)于一些實(shí)施方式，摻雜濃度可在大于約1 X IO18原子/cm3的范圍內(nèi)，例如大到6 X IO18原子/cm3,如大于約1 X IO18原子/cm3至約 IX IO19原子/cm3。η-型觸點(diǎn)層105可以形成為約IOnm至約1，OOOnm或約IOnm至約IOOnm 范圍內(nèi)的厚度，例如約25nm至約75nm如約50nm。諸如砷化鎵基電池140的一部分的η-型觸點(diǎn)層105可以在ELO工藝之前的該階段形成?？蛇x擇地，在另一個(gè)實(shí)施方式中，η-型觸點(diǎn)層105可在ELO工藝之后的稍后的階段形成。在ELO工藝之前形成η_型觸點(diǎn)層105作為砷化鎵基電池140的一部分的優(yōu)點(diǎn)是η-型觸點(diǎn)層105有助于保護(hù)η-型前窗口 106在后續(xù)處理步驟期間例如當(dāng)在ELO工藝期間蝕刻犧牲層104時(shí)免受不期望的破壞或材料污染?？稍跔奚鼘?04上或如果存在的話在任選的觸點(diǎn)層105上形成η-型前窗口 106(也稱(chēng)為鈍化層)。η-型前窗口 106可包含第III-V族材料，例如鋁鎵、砷化鋁鎵、其合金或其組合。η-型前窗口 106材料可以是η-摻雜的，且對(duì)于一些實(shí)施方式，摻雜濃度可以在大于約1 X IO18原子/cm3的范圍內(nèi)，例如大到3 X IO18原子/cm3，如大于約1 X IO18原子/ cm3至約IX IO19原子/cm3。n_型前窗口 106材料可以是未摻雜的。砷化鋁鎵可具有摩爾比的式，AlxGEihAs,例如Ala3GEta7As的摩爾比。η-型前窗口 106可沉積為具有約5nm至約 75nm范圍內(nèi)的厚度，例如約30nm或約40nm。η-型前窗口 106可以是透明的以允許光子穿過(guò)砷化鎵基電池140的正面上的η-型前窗口 106至其他下面的層?？蛇x擇地，η-型前窗口 106可包含諸如磷化鋁鎵、磷化鋁鎵銦、其合金、其衍生物或其組合的材料。這些磷化鋁鎵化合物提供大的帶隙，例如約2. 2eV,以及在η-型前窗口 106內(nèi)使用時(shí)在較低波長(zhǎng)下的高的收集器效率?？稍谇按翱?106上形成吸收層108。吸收層108可包含第III-V族化合物半導(dǎo)體， 例如砷化鎵。吸收層108可以是單晶。吸收層108可例如僅具有一種摻雜型，例如η-摻雜， 且對(duì)于一些實(shí)施方式，η-型吸收層108的摻雜濃度可以在約IX IO16原子/cm3至約IXlO19 原子/cm3的范圍內(nèi)，例如約1 X IO17原子/cm3。η-型吸收層108的厚度可以在約300nm至約 3，500nm 的范圍內(nèi)，例如從約 1，OOOnm 至約 2，OOOnm(約 1. 0 μ m 至約 2. 0 μ m)，如 2，OOOnm。如圖IB所圖示的，可鄰近吸收層108形成發(fā)射極層110，發(fā)射極層110在一些實(shí)施方式中還稱(chēng)為背窗口。發(fā)射極層Iio可例如是P-摻雜的。P-型發(fā)射極層110可包含與 η-型吸收層108—起形成異質(zhì)結(jié)的第III-V族化合物半導(dǎo)體。例如，如果η-型吸收層108 包含砷化鎵，則P-型發(fā)射極層110可包含不同的半導(dǎo)體材料，例如砷化鋁鎵。如果ρ-型發(fā)射極層110和η-型前窗口 106均包含砷化鋁鎵，則ρ-型發(fā)射極層110的AlxGai_xAs組成可以與η-型前窗口 106的AlyGai_yAs組成相同或不同。例如，ρ-型發(fā)射極層110可具有Ala A^l7As的摩爾比。ρ-型發(fā)射極層110可以是單晶。ρ-型發(fā)射極層110可以是重度 P-摻雜的，且對(duì)于一些實(shí)施方式，P-摻雜的發(fā)射極層的摻雜濃度可以在約IX IO17原子/cm3 至約1 X IO20原子/cm3的范圍內(nèi)，例如約1 X IO19原子/cm3。ρ-型發(fā)射極層110的厚度可以在約IOOnm至約500nm的范圍內(nèi)，例如約300nm。對(duì)于一些實(shí)施方式，η-型吸收層108的厚度可具有約800nm或更小的厚度，例如約500nm或更小，例如在約IOOnm至約500nm的范圍內(nèi)。在一些實(shí)施方式中，η-型吸收層108與ρ-型發(fā)射極層110的接觸產(chǎn)生用于吸收光子的ρ-η界面層。在本發(fā)明的η-型吸收層108包含一種材料(例如砷化鎵)而ρ_型發(fā)射極層110包含具有與吸收層108的材料不同帶隙的不同的材料(例如砷化鋁鎵)的實(shí)施方式中，Ρ-η界面層為異質(zhì)結(jié)。如在本文的實(shí)施方式中所描述的，觀察到異質(zhì)結(jié)具有比常規(guī)光伏材料的同質(zhì)結(jié)減小的暗電流、增大的電壓產(chǎn)出以及改進(jìn)的輻射復(fù)合。當(dāng)光在Ρ-η界面層附近被吸收以產(chǎn)生電子-空穴對(duì)時(shí)，Ρ-η結(jié)產(chǎn)生的內(nèi)建電場(chǎng)可迫使空穴到P-摻雜側(cè)且迫使電子到η-摻雜側(cè)。自由電荷的該位移導(dǎo)致η-型吸收層108與ρ-型發(fā)射極層110之間的電壓差，使得電子流可在負(fù)載連接在耦接至這些層的端子兩端時(shí)流動(dòng)。在本文描述的一些實(shí)施方式中，P-型發(fā)射極層110的材料具有比η-型吸收層108的材料高的帶隙。不同于如上所述的η-型吸收層108和ρ-型發(fā)射極層110，常規(guī)的光伏半導(dǎo)體器件通常具有P-摻雜的基極/吸收層和η-摻雜的背面/發(fā)射極層。在常規(guī)器件中，由于載流子的擴(kuò)散長(zhǎng)度，基極/吸收層通常是P-摻雜的。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式制造較薄的基極/ 吸收層允許變成η-摻雜的基極/吸收層。與P-摻雜層內(nèi)的空穴的遷移率相比，η-摻雜層內(nèi)的電子的較高遷移率導(dǎo)致如本文實(shí)施方式所描述的η-型吸收層108內(nèi)較低的摻雜密度。 其他實(shí)施方式可使用P-摻雜的基極/吸收層和η-摻雜的背面/發(fā)射極層?？蛇x擇地，如圖IB所示，可在η-型吸收層108和ρ-型發(fā)射極層110之間形成中間層114。中間層114可提供η-型吸收層108和ρ-型發(fā)射極層110之間的材料過(guò)渡。中間層可包含砷化鋁鎵，砷化鋁鎵可具有摩爾比的式AlxGEihAs,例如Ala3GEta7As的摩爾比， 并且以約1 X IO16原子/cm3至約1 X IO19原子/cm3的范圍例如1 X IO17原子/cm3被η-摻雜，且摻雜濃度優(yōu)選與η-型吸收層108相同或基本上相同。在中間層114的一個(gè)實(shí)施方式中，中間層114包含布置在η-型吸收層108和ρ-型發(fā)射極層110之間的緩變層(graded layer) 115和n_型背窗口 117。在η-型背窗口 117上形成ρ-型發(fā)射極層110之前，在η-型吸收層108上形成緩變層115，并在緩變層115上形成η-型背窗口 117。緩變層115可以是從鄰近η-型吸收層108的砷化鎵至鄰近η_型背窗口 117的砷化鋁鎵的緩變層。在許多實(shí)施例中，砷化鋁鎵可具有摩爾比的式AlxGivxAs A^nAla3Giia7As 的摩爾比。緩變層115的緩變可以是拋物線式或指數(shù)式或線性式緩變。在另一個(gè)實(shí)施方式中，中間層114僅包含緩變層115或η-型背窗口 117。η_型背窗口 117還可包含砷化鋁鎵，且可具有摩爾比的式AlxGEihAs,例如Ala^Eia7As的摩爾比。緩變層115和η-型背窗口 117中的每個(gè)可以是η-摻雜的，且對(duì)于一些實(shí)施方式，摻雜濃度可以在約IXlO16原子/cm3 至約1 X IO19原子/cm3的范圍內(nèi)，例如約1 X IO17原子/cm3，且摻雜濃度優(yōu)選與n_型吸收層 108相同或基本上相同。任選地，可在ρ-型發(fā)射極層110上形成ρ-型觸點(diǎn)層112。ρ-型觸點(diǎn)層112可包含第III-V族化合物半導(dǎo)體，例如砷化鎵。P-型觸點(diǎn)層112通常為單晶，且是P-摻雜的， 且對(duì)于一些實(shí)施方式，P-型觸點(diǎn)層112的摻雜濃度可以大于IX IO18原子/cm3，例如從約 6 X IO18原子/cm3至約2 X IO19原子/cm3,如約1 X IO19原子/cm3。ρ-型發(fā)射極層110可具有約IOnm至約IOOnm范圍內(nèi)的厚度，例如約50nm。一旦形成ρ-型發(fā)射極層110，就可在ρ-型發(fā)射極層110(或任選的ρ-型觸點(diǎn)層112)內(nèi)形成空腔或凹槽(未示出)，這些空腔或凹槽足夠深以到達(dá)下面的基極η-型吸收層 108。例如，可以通過(guò)，如使用光刻法將掩模應(yīng)用于ρ-型發(fā)射極層110(或任選的ρ-型觸點(diǎn)層112)，并使用諸如濕式或干式蝕刻的技術(shù)移除P-型發(fā)射極層110 (和任選的ρ-型觸點(diǎn)層 112)內(nèi)未被掩模覆蓋的材料來(lái)形成這樣的凹槽。以此方式，可經(jīng)由砷化鎵基電池140的背面接近η-型吸收層108。在其他實(shí)施方式中，在上述層中可使用相反的摻雜型，和/或可使用可以提供所描述的異質(zhì)結(jié)和ρ-η結(jié)的其他材料。此外，在其他實(shí)施方式中，可以以與上述順序不同的順序沉積或形成層。與可以是數(shù)微米厚的常規(guī)太陽(yáng)能單元相比，以此方式產(chǎn)生的光伏單元具有相當(dāng)薄的吸收層(例如，小于500nm)。吸收層的厚度與光伏單元內(nèi)的暗電流電平成比例(即，吸收層越薄，暗電流越低)。暗電流為即使沒(méi)有光子進(jìn)入器件時(shí)也流過(guò)光伏單元或其它類(lèi)似感光器件(例如，光電二極管)的小電流。該背景電流可作為熱離子發(fā)射或其它效應(yīng)的結(jié)果而存在。因?yàn)楫?dāng)暗電流在感光半導(dǎo)體器件內(nèi)減小時(shí)，開(kāi)路電壓(V。。)增加，所以對(duì)給定光強(qiáng)度而言，較薄的吸收層最可能產(chǎn)生較大的V。。，且因此導(dǎo)致效率提高。只要吸收層能夠捕集光， 則效率隨吸收層厚度的減小而提高。吸收層的薄度可能不僅僅受薄膜技術(shù)能力及ELO能力的限制。例如，效率隨著吸收層的薄度而提高，但吸收層應(yīng)足夠厚以承載電流。然而，較高摻雜程度可允許電流流動(dòng)， 甚至在極薄的吸收層內(nèi)流動(dòng)。因此，可利用增加的摻雜來(lái)制造極薄的吸收層，并具有甚至更大的效率。常規(guī)光伏器件可遭受體積復(fù)合效應(yīng)，因此這樣的常規(guī)器件未能在吸收層內(nèi)使用高摻雜。當(dāng)確定適當(dāng)厚度時(shí)，還可考慮吸收層的薄層電阻。包含如本文描述的薄吸收層的光伏器件通常比具有數(shù)微米厚度的常規(guī)太陽(yáng)能電池的韌性強(qiáng)。此外，本文描述的薄吸收層比常規(guī)太陽(yáng)能電池提供增大的效率。因此，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的光伏單元可比常規(guī)太陽(yáng)能電池適于更多種應(yīng)用。圖2描繪了光伏電池200的一個(gè)實(shí)施方式，該光伏電池200為雙面光伏器件，且因此包含布置在光伏電池200的相對(duì)面上的諸如ρ-金屬觸點(diǎn)層204和η-金屬觸點(diǎn)層208的觸點(diǎn)中的每個(gè)。η-金屬觸點(diǎn)層208布置在正面或太陽(yáng)面上以接收光210，而ρ-金屬觸點(diǎn)層 204布置在光伏電池200的背面上。光伏電池200可由如圖IB描述的及通過(guò)本文實(shí)施方式描述的砷化鎵基電池140形成。在一個(gè)實(shí)施方式中，在η-型觸點(diǎn)層105上沉積η-金屬觸點(diǎn)層208，且隨后通過(guò) η-金屬觸點(diǎn)層208和η-型觸點(diǎn)層105形成凹槽，以暴露光伏電池200的正面上的η_型前窗口 106。在可選擇的實(shí)施方式中，可在η-型觸點(diǎn)層105內(nèi)先形成凹槽，以暴露光伏電池 200的正面上的η-型前窗口 106。此后，可在η-型觸點(diǎn)層105的剩余部分上形成η-金屬觸點(diǎn)層208，同時(shí)留下暴露的η-型前窗口 106。η-型觸點(diǎn)層105包含η-摻雜的砷化鎵材料， 該η-摻雜的砷化鎵材料可具有大于約3 X IO18原子/cm3的摻雜濃度，例如在大于約6 X IO18 原子/cm3至約1 X IO19原子/cm3的范圍內(nèi)。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式，抗反射涂覆(ARC)層202可布置在暴露的η-型前窗口 106以及η-型觸點(diǎn)層105和η-金屬觸點(diǎn)層208上。ARC層202包含允許光通過(guò)而阻止光從ARC層202的表面反射的材料。例如，ARC層202可包含氟化鎂、硫化鋅、二氧化鈦、氧化硅、其衍生物或其組合?？赏ㄟ^(guò)諸如濺射的技術(shù)將ARC層202施于η-型前窗口 106。ARC層202可具有約25nm至約200nm范圍內(nèi)的厚度，例如約50nm至約150nm。對(duì)于一些實(shí)施方式，在涂覆ARC層202之前，η-型前窗口 106、ρ-型發(fā)射極層110、 和/或P-型觸點(diǎn)層112可被粗糙化或紋理化。可通過(guò)蝕刻工藝?yán)鐫袷轿g刻工藝或干式蝕刻工藝對(duì)η-型前窗口 106、ρ-型發(fā)射極層110和/或ρ-型觸點(diǎn)層112中的每個(gè)進(jìn)行粗糙化。紋理化可通過(guò)在涂覆ARC層202之前將小粒子(例如，聚苯乙烯球體)涂覆至η-型前窗口 106的表面來(lái)完成。通過(guò)將η-型前窗口 106、ρ-型發(fā)射極層110和/或ρ-型觸點(diǎn)層112粗糙化或紋理化，在ARC層202與η-型前窗口 106之間的界面處提供了不同的角度， 這可以具有不同的折射率。以此方式，根據(jù)斯涅爾定律，可使更多的入射光子透射入η-型前窗口 106中，而不是因?yàn)橐恍┕庾拥娜肷浣嵌冗^(guò)高而從ARC層202與η-型前窗口 106之間的界面反射。因此，將η-型前窗口 106、ρ-型發(fā)射極層110和/或ρ-型觸點(diǎn)層112粗糙化或紋理化可提供增強(qiáng)的光捕集。在一些實(shí)施方式中，η-型前窗口 106可包含多個(gè)窗口層。如圖2所圖示的，對(duì)于這些實(shí)施方式，在涂覆ARC層202之前，可如上所述將最外面的窗口層(例如，最靠近光伏電池200的正面的窗口層)粗糙化或紋理化。在一個(gè)實(shí)施方式中，η-型前窗口 106包含被布置成鄰近η-型吸收層108的第一窗口層(未示出)和置于第一窗口層與ARC層202之間的第二窗口層(未示出)。第一窗口層和第二窗口層可包含如上所述的適于η-型前窗口 106 的任何材料，例如砷化鋁鎵，但通常使用不同的組成。例如，第一窗口層可包含Ala3Ga0.7As, 而第二窗口層可包含AlaiGiia9Astj此外，對(duì)于一些實(shí)施方式，多個(gè)窗口層中的一些可以是摻雜的，而其它可以是未摻雜的。例如，第一窗口層可以是摻雜的，而第二窗口層可以是未摻雜的。ρ-金屬觸點(diǎn)層204和/或η-金屬觸點(diǎn)層208各自包含為導(dǎo)電材料的觸點(diǎn)材料，例如金屬或金屬合金。優(yōu)選地，在制造光伏電池200期間所使用的任何工藝步驟期間，包含在 P-金屬觸點(diǎn)層204和/或η-金屬觸點(diǎn)層208內(nèi)的觸點(diǎn)材料不擴(kuò)散穿過(guò)其他層，例如半導(dǎo)體層。通常，P-金屬觸點(diǎn)層204和η-金屬觸點(diǎn)層208中的每個(gè)包含相同的或不同的觸點(diǎn)材料的多層。觸點(diǎn)材料優(yōu)選具有IXlO-3Q-Cm2或更小的比接觸電阻。優(yōu)選的觸點(diǎn)材料還具有在約IX IOw原子/cm3的載流子濃度時(shí)約0. SeV或更大的肖特基勢(shì)壘高度(Φ。。合適的觸點(diǎn)材料可包括金、銅、銀、鋁、鈀、鉬、鈦、鋯、鎳、鉻、鎢、鉭、釕、鋅、鍺、鈀鍺合金、其衍生物、 其合金或其組合。在本文描述的一些實(shí)施方式中，可通過(guò)諸如通過(guò)光刻印、光刻法、絲網(wǎng)印刷的真空蒸發(fā)的方法將P-金屬觸點(diǎn)層204和/或η-金屬觸點(diǎn)層208制造在光伏電池200上，或僅沉積在光伏電池200的已被抗蝕劑掩模(resist mask)、蠟或另一種保護(hù)性材料部分覆蓋的暴露表面上。這些沉積工藝中的許多種包括覆蓋或保護(hù)光伏電池200的一部分表面，同時(shí)將觸點(diǎn)材料沉積、電鍍、印刷或以其他方式形成為光伏電池200的表面的未被覆蓋的、未被保護(hù)的或以其他方式暴露的表面上包含的設(shè)計(jì)圖案。在若干實(shí)施例中，絲網(wǎng)印刷可能是形成觸點(diǎn)材料最有成本效益的方式。在一些實(shí)施方式中，ρ-金屬觸點(diǎn)層204包含第一導(dǎo)電層、第二導(dǎo)電層和第三導(dǎo)電層，第一導(dǎo)電層具有約500 A至約2,000 A范圍內(nèi)的厚度，例如約1,000 A,第二導(dǎo)電層具有約10,000 A至約25,000 A范圍內(nèi)的厚度例如從約15,000 A至約20,000 A并且被布置在第一導(dǎo)電層上，第三導(dǎo)電層具有約500 A至約2,000 A范圍內(nèi)的厚度例如約1,000 A,并且被布置在第二導(dǎo)電層上。在一個(gè)實(shí)施方式中，P-金屬觸點(diǎn)層204包含含銀或鎳并具有約 1,000 A厚度的第一導(dǎo)電層、含銅并具有約18,000 A厚度的第二導(dǎo)電層以及含金并具有約1,000 A厚度的第三導(dǎo)電層。 在一些實(shí)施方式中，η-金屬觸點(diǎn)層208包含第一導(dǎo)電層、第二導(dǎo)電層和第三導(dǎo)電層，第一導(dǎo)電層具有約500 A至約2,000 A范圍內(nèi)的厚度，例如約1,000 Α,第二導(dǎo)電層具有約10,000 A至約25,000 A范圍內(nèi)的厚度例如從約15,000 A至約20,000 Α,并且被布置
在第一導(dǎo)電層上，第三導(dǎo)電層具有約500 A至約2,000 A范圍內(nèi)的厚度例如約1,000 Α,并且被布置在第二導(dǎo)電層上。在一個(gè)實(shí)施方式中，η-金屬觸點(diǎn)層208包含含金并具有約1,000 A厚度的第一導(dǎo)電層、含銀并具有約15,000 A至約20,000 A范圍內(nèi)的厚度的第二導(dǎo)電層以及含金、銅、鋁并具有約1,000 A厚度的第三導(dǎo)電層。在另一個(gè)實(shí)施方式中，P-金屬觸點(diǎn)層204可包含反射層，反射層被形成為包含在 P-金屬觸點(diǎn)層204內(nèi)的一個(gè)或多個(gè)層。P-金屬觸點(diǎn)層204可以為選自以下組的材料銀、 鋁、金、鉬、銅、鎳、其合金或其組合。在一個(gè)實(shí)施例中，P-金屬觸點(diǎn)層204包含銀或銀合金。 在另一個(gè)實(shí)施例中，P-金屬觸點(diǎn)層204為含銀觸點(diǎn)層。反射層可具有約0. 01 μ m至約1 μ m、 優(yōu)選為約0. 05 μ m至約0. 5 μ m、且更優(yōu)選為約0. 1 μ m至約0. 3 μ m范圍內(nèi)的厚度，例如，約 0.2μπι或約0. 1μπι(1,000 Λ)?？赏ㄟ^(guò)氣相沉積工藝?yán)缥锢須庀喑练e(PVD)、濺射、電子束沉積(電子束)、ALD、CVD、PE-ALD或PE-CVD或通過(guò)其他沉積工藝包括噴墨印刷、絲網(wǎng)印刷、蒸發(fā)、電鍍、化學(xué)鍍沉積(化學(xué)鍍的)或其組合來(lái)沉積反射層。任選地，可在ρ-金屬觸點(diǎn)層204上沉積金屬保護(hù)層或金屬粘附層。金屬保護(hù)層可包含包括鎳、鉻、鈦、其合金或其組合的材料。金屬保護(hù)層優(yōu)選呈現(xiàn)對(duì)P-摻雜的砷化鎵的良好的粘附。在一個(gè)示例性實(shí)施方式中，金屬保護(hù)層可沉積為約5 A至約20 A范圍內(nèi)的厚度，并且具有約80%或更大的反射度(reflectance)。優(yōu)選地，所沉積的金屬保護(hù)層的材料和沉積厚度使對(duì)P-金屬觸點(diǎn)層204的反射的任何干擾最小。例如，對(duì)于約870nm至約 1，OOOnm范圍內(nèi)的波長(zhǎng)，觀察到含鎳并具有約20 A厚度的膜具有約80%的反射度，且觀察到含鎳并具有約10 A厚度的膜具有約90%的反射度。在一個(gè)實(shí)施方式中，含鎳并具有約 10 A厚度的膜用作金屬P-金屬觸點(diǎn)層204的金屬保護(hù)層。金屬P-金屬觸點(diǎn)層204可包含金、銅、銀、鎳、鋁、其合金或其組合?？赏ㄟ^(guò)電子束沉積工藝或PVD工藝(也稱(chēng)為濺射工藝)來(lái)沉積金屬保護(hù)層。圖3描繪了光伏電池300，該光伏電池300為單面光伏器件，且因此包含布置在光伏電池300的同一面上的兩個(gè)觸點(diǎn)，例如，如通過(guò)本文其他實(shí)施方式所描述的ρ-金屬觸點(diǎn) 302和η-金屬觸點(diǎn)312。如圖3所示，ρ-金屬觸點(diǎn)302和η-金屬觸點(diǎn)312均在光伏電池 300的背面上，而ARC層202在光伏電池300的接受光320的太陽(yáng)面或正面上。在本文描述的一些實(shí)施方式中，P-金屬觸點(diǎn)302包含布置在ρ-金屬觸點(diǎn)層306上的ρ-金屬觸點(diǎn)層 304，而η-金屬觸點(diǎn)312包含布置在η-金屬合金觸點(diǎn)310上的η-金屬觸點(diǎn)層308。在一些實(shí)施方式中，光伏電池300可由圖IB的砷化鎵基電池140形成。在一個(gè)實(shí)施例中，可在光刻術(shù)工藝期間在P-型觸點(diǎn)層112的暴露表面上形成抗蝕劑掩模且可形成圖案凹槽和孔洞。圖案凹槽和孔洞延伸穿過(guò)P-型觸點(diǎn)層112、ρ-型發(fā)射極層110、η-型背窗口 117以及緩變層115，并且部分延伸入η-型吸收層108中。此后，將抗蝕劑掩模移除，以便當(dāng)以二維角度朝向光伏電池300的背面觀看時(shí)，將η-型吸收層108和ρ-型觸點(diǎn)層112 顯露為光伏電池300的背面上的暴露表面。凹槽和孔洞的側(cè)壁顯露P-型觸點(diǎn)層112、ρ-型發(fā)射極層110、η-型背窗口 117和緩變層115的暴露表面，并且部分顯露至η_型吸收層108中。在一個(gè)實(shí)施方式中，在暴露的ρ-型觸點(diǎn)層112的一部分上形成P-金屬觸點(diǎn)層 306，并且在暴露的η-型吸收層108的一部分上形成η-金屬合金觸點(diǎn)310。在此后，絕緣層216可沉積在光伏電池300的表面上，以覆蓋所有的暴露表面包括P-金屬觸點(diǎn)層306和 η-金屬合金觸點(diǎn)310。隨后，通過(guò)用光刻工藝將圖案孔洞蝕刻進(jìn)絕緣層216來(lái)顯露ρ-金屬觸點(diǎn)層306和η-金屬合金觸點(diǎn)310的暴露表面。在一些實(shí)施方式中，在ELO工藝期間將砷化鎵基電池140與生長(zhǎng)晶片101分離之前，形成ρ-金屬觸點(diǎn)層306和η-金屬合金觸點(diǎn) 310，而絕緣層216在繼ELO工藝之后形成。可在ρ-金屬觸點(diǎn)層306和絕緣層216的一部分上形成P-金屬觸點(diǎn)層304，且可在η-金屬合金觸點(diǎn)310和絕緣層216的其他部分上形成 η-金屬觸點(diǎn)層308，從而形成如圖3描繪的光伏電池300。在一些實(shí)施例中，如在每個(gè)和其他實(shí)施例中，可形成包含相同組成的材料層的P-金屬觸點(diǎn)層304和η-金屬觸點(diǎn)層308，可使P-金屬觸點(diǎn)層304和η-金屬觸點(diǎn)層308在相同的金屬化步驟期間同時(shí)形成在光伏電池 300 上。在可選擇的實(shí)施方式中，可整體地或部分地制造ρ-金屬觸點(diǎn)302和η-金屬觸點(diǎn) 312，并且隨后，絕緣層216可以形成遍布ρ-金屬觸點(diǎn)302和η-金屬觸點(diǎn)312之間的且圍繞P-金屬觸點(diǎn)302和η-金屬觸點(diǎn)312的凹槽的側(cè)壁且可以形成在該凹槽的側(cè)壁上。在另一個(gè)可選擇的實(shí)施方式中，在形成P-金屬觸點(diǎn)302和η-金屬觸點(diǎn)312之前，可在光伏電池 300上整體地或部分地形成絕緣層216。盡管所有觸點(diǎn)例如ρ-金屬觸點(diǎn)302和η-金屬觸點(diǎn)312都處于光伏電池300的背面上以減少太陽(yáng)陰影，但是當(dāng)設(shè)計(jì)有效的光伏器件例如光伏電池300時(shí)，暗電流以及其隨時(shí)間與溫度的穩(wěn)定性可能仍是問(wèn)題。因此，對(duì)于一些實(shí)施方式，絕緣層216可沉積或以其他方式形成在光伏電池300的背面上。絕緣層216包含有助于減小光伏電池300內(nèi)的暗電流的電絕緣材料或漿(grout)。絕緣層216可包含電絕緣材料或漿，例如氧化硅、二氧化硅、氮氧化硅、氮化硅、聚硅氧烷或硅酮、溶膠-凝膠材料、二氧化鈦、氧化鉭、硫化鋅、其衍生物或其組合?？赏ㄟ^(guò)鈍化方法例如通過(guò)濺射工藝、蒸發(fā)工藝、旋涂工藝或CVD工藝來(lái)形成絕緣層216。在另一個(gè)實(shí)施方式中，絕緣層216消除或基本上減少ρ-金屬觸點(diǎn)302和n_金屬觸點(diǎn)312之間發(fā)生電短路。絕緣層216包含具有至少0.5MΩ (百萬(wàn)歐姆)或更大電阻例如約1ΜΩ至約5ΜΩ或更大范圍內(nèi)的電阻的電絕緣漿和/或其他電絕緣材料。示例性的漿或其他電絕緣材料可包含聚合物材料，例如乙烯-乙酸乙烯酯共聚物(EVA)、聚酰亞胺、聚氨酯、其衍生物或其組合。在一個(gè)實(shí)施例中，電絕緣材料包含光敏聚酰亞胺涂層。在另一個(gè)實(shí)施例中，電絕緣漿包含熱固性聚合物材料。在許多實(shí)施方式中，可通過(guò)低溫工藝包括低溫沉積工藝隨后是低溫?zé)嵬嘶鸸に噥?lái)形成η-金屬合金觸點(diǎn)310。在一些實(shí)施方式中，低溫?zé)嵬嘶鸸に囋诩s20°C至約275°C范圍內(nèi)的溫度下進(jìn)行。例如，在一個(gè)實(shí)施方式中，低溫?zé)嵬嘶鸸に囋诘椭潦覝氐臏囟认吕缭诩s 20°C至約175°C的范圍內(nèi)進(jìn)行，而在另一個(gè)實(shí)施方式中，低溫?zé)嵬嘶鸸に囋诘椭?50°C的溫度下例如在約150°C至約275°C的范圍內(nèi)進(jìn)行。通常對(duì)于形成至砷化鎵材料的觸點(diǎn)，形成觸點(diǎn)的工藝溫度需要300°C至400°C或更高，以及需要觸點(diǎn)材料的復(fù)雜的冶金術(shù)。通過(guò)低溫沉積工藝沉積在η-金屬合金觸點(diǎn)310內(nèi)的合適的觸點(diǎn)材料可包括鈀、 鍺、鈀鍺合金、鈦、金、鎳、銀、銅、鉬、其合金或其組合及其他。認(rèn)為低溫沉積工藝的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是消除了常規(guī)工藝中的觸點(diǎn)材料沉積步驟之后的常規(guī)高溫沉積工藝(例如，300°C、40(TC 或更高)和退火步驟，這被認(rèn)為允許保留相鄰的材料例如η-型前窗口 106、ρ-型發(fā)射極層 110和/或η-型背窗口 117中的更高濃度的摻雜物。在另一個(gè)實(shí)施方式中，η-金屬合金觸點(diǎn)310可包含多層包括鈀鍺合金的導(dǎo)電材料。η-金屬合金觸點(diǎn)310布置在η-型吸收層108和η-金屬觸點(diǎn)層308之間，用于提供其間的強(qiáng)的歐姆接觸。η-金屬合金觸點(diǎn)310內(nèi)的鈀鍺合金允許從η-型吸收層108內(nèi)的砷化鎵材料，穿過(guò)η-金屬合金觸點(diǎn)310，并至η-金屬觸點(diǎn)層308的電勢(shì)的高導(dǎo)電率。η-金屬合金觸點(diǎn)310還包含可設(shè)置在例如鈀鍺合金層上的金屬覆蓋層。在一些實(shí)施方式中，覆蓋層可包含粘附層和高導(dǎo)電率層(high conductivity layer)。例如，粘附層可允許該導(dǎo)電率層粘附到合金層。在一些實(shí)施例中，粘附層可包含鈦、錫、鋅、其合金或其組合，并且高導(dǎo)電率層可包含金、銀、鎳、銅、鋁、其合金或其組合或多個(gè)不同金屬層和/或合金層的堆棧。在一個(gè)實(shí)施例中，η-金屬合金觸點(diǎn)310包含布置在含鈦的粘附層上的含金的高導(dǎo)電率層，該含鈦的粘附層布置在鈀鍺合金上。在一些實(shí)施方式中，可通過(guò)以下方式在η-金屬合金觸點(diǎn)310內(nèi)形成鈀鍺合金在下面的層例如η-型吸收層108上沉積含鈀層，在含鈀層上沉積含鍺層，且接著在含鍺層上沉積覆蓋層。沉積覆蓋層可包括例如在鍺層上沉積粘附層并且在粘附層上沉積高導(dǎo)電率層?？赏ㄟ^(guò)PVD工藝、室溫蒸發(fā)方法、電鍍工藝或化學(xué)鍍沉積工藝將含鈀層、含鍺層、粘附層和高導(dǎo)電率層中的每個(gè)獨(dú)立地沉積或以其他方式形成。例如，在沉積工藝期間，可在約20°C 至約200°C范圍內(nèi)的溫度下沉積鈀層。在另一個(gè)實(shí)施例中，在沉積工藝期間，可在約20°C至約200°C范圍內(nèi)的溫度下沉積鍺層。鈀鍺合金可形成在下面的層所包含的多種材料上，然而，在鈀鍺合金和砷化鎵材料例如存在于光伏吸收層內(nèi)的η-型砷化鎵材料之間形成強(qiáng)的歐姆接觸。因此，當(dāng)與η-型吸收層108歐姆接觸時(shí)，本文描述的實(shí)施方式采用鈀鍺合金。含鈀層可具有約50 A至約500 A范圍內(nèi)的厚度，例如從約50 A至約300 Α,如約 150 Α。含鍺層可以具有約50 A至約1,000 A范圍內(nèi)的厚度，例如從約100 A至約1000 A,, 如約300 Α。粘附層可具有至少約10 A或20 A的厚度，例如約10 A至約100 A或約20 A 至約80 A范圍內(nèi)的厚度，例如約50 Α。高導(dǎo)電率層可具有至少約500 A或1000 A的厚度， 例如約500 Λ至約5,000 A或約1,000 A至約2,000 A范圍內(nèi)的厚度，例如約1,500人。在一個(gè)實(shí)施例中，可形成具有以下的η-金屬合金觸點(diǎn)310 包含金屬鈀或鈀合金并具有約150 A厚度的含鈀層、包含金屬鍺或鍺合金并具有約300 Α .厚度的含鍺層、包含金屬鈦或鈦合金并具有約50 A厚度的粘附層以及包含金屬金或金合金并具有約1,500 A 厚度的高導(dǎo)電率層。之后，在η-金屬合金觸點(diǎn)310內(nèi)形成鈀鍺合金的方法包括對(duì)光伏電池300通過(guò)低溫?zé)嵬嘶鸸に囘M(jìn)行退火。在一個(gè)實(shí)施方式中，低溫?zé)嵬嘶鸸に囋诩s20°C至約275°C范圍內(nèi)的溫度下進(jìn)行，例如從約20°C至約175°C，如從約100°C至約150°C或約150°C至約275°C。在一些實(shí)施方式中，退火工藝可持續(xù)約5分鐘至約60分鐘范圍內(nèi)的時(shí)間段，例如約30分鐘，或持續(xù)至少30秒。在許多實(shí)施例中，低溫?zé)嵬嘶鸸に囋诩s100°C至約150°C范圍內(nèi)的溫度下進(jìn)行約5分鐘至約60分鐘范圍的時(shí)間段。在一個(gè)實(shí)施例中，低溫?zé)嵬嘶鸸に囋诩s125°C 的溫度下進(jìn)行約30分鐘的時(shí)間段。在其他實(shí)施例中，低溫?zé)嵬嘶鸸に囋诩s20°C至約175°C 范圍內(nèi)的溫度下進(jìn)行約5分鐘至約60分鐘范圍的時(shí)間段。在另一個(gè)實(shí)施方式中，低溫?zé)嵬嘶鸸に囋诩s150°C至約275°C范圍內(nèi)的溫度下進(jìn)行，例如從約200°C至約275°C或從約240°C至約260°C，并且持續(xù)至少約0. 5分鐘的時(shí)間段，例如約1分鐘。在另一個(gè)實(shí)施例中，低溫?zé)嵬嘶鸸に囋诩s250°C的溫度下進(jìn)行約1分鐘的時(shí)間段。在本文描述的一些實(shí)施方式中，在η-金屬合金觸點(diǎn)310內(nèi)形成的鈀鍺合金可具有均勻組成的鈀鍺材料，使得鈀和鍺原子在η-金屬合金觸點(diǎn)310內(nèi)基本上分布遍及鈀鍺合金。在本文描述的其他實(shí)施方式中，在η-金屬合金觸點(diǎn)310內(nèi)形成的鈀鍺合金可具有非均勻組成或漸變組成的鈀鍺材料。非均勻組成或漸變組成的鈀鍺材料在最靠近η-型吸收層 108處包含最高濃度的鈀和最低濃度的鍺，且具有延伸至η-金屬合金觸點(diǎn)310的相對(duì)側(cè)的梯度，η-金屬合金觸點(diǎn)310的相對(duì)側(cè)包含最高濃度的鍺和最低濃度的鈀。包含在η-金屬合金觸點(diǎn)310內(nèi)的鈀鍺合金可具有約100 A至約1,000 A范圍內(nèi)的厚度，例如從約300 A 至約600 Α,如約450 Α。雖然本文關(guān)于本文描述的結(jié)構(gòu)描述了 η-金屬合金觸點(diǎn)310，但低溫觸點(diǎn)形成工藝可用于形成另外的光伏器件，可在2009年10月23日提交的美國(guó)序列號(hào)12/605，108中找到光伏器件的另外結(jié)構(gòu)的實(shí)例，該美國(guó)序列號(hào)12/605，108在此通過(guò)引用被并入至未與本文詳細(xì)的描述和引用的權(quán)利要求不一致的程度。另外，雖然P-金屬觸點(diǎn)層304和η-金屬合金觸點(diǎn)310被描述為背面觸點(diǎn)，但用于ρ-金屬觸點(diǎn)層304和η-金屬合金觸點(diǎn)310的沉積工藝可用于形成在多種光伏結(jié)構(gòu)中的正面觸點(diǎn)和背面觸點(diǎn)兩者。包含ρ-金屬觸點(diǎn)層304和ρ-金屬觸點(diǎn)層306的ρ-金屬觸點(diǎn)302以及包含η_金屬觸點(diǎn)層308和η-金屬合金觸點(diǎn)310的η-金屬觸點(diǎn)312包含為導(dǎo)電材料的觸點(diǎn)材料，例如金屬或金屬合金。優(yōu)選地，在制造光伏電池300期間所使用的任何工藝步驟期間，包含在 P-金屬觸點(diǎn)302和/或η-金屬觸點(diǎn)312內(nèi)的觸點(diǎn)材料不擴(kuò)散穿過(guò)其他層，例如半導(dǎo)體層。 通常，P"金屬觸點(diǎn)層306和η-金屬觸點(diǎn)層308中的每個(gè)包含相同的或不同的觸點(diǎn)材料的多層。觸點(diǎn)材料優(yōu)選具有IXlO-3Q-Cm2或更小的比接觸電阻。優(yōu)選的觸點(diǎn)材料還具有在約IX IOw原子/cm3的載流子濃度時(shí)約0. SeV或更大的肖特基勢(shì)壘高度(Φ。?？砂?P-金屬觸點(diǎn)302和/或η-金屬觸點(diǎn)312內(nèi)的合適的觸點(diǎn)材料包括金、銅、銀、鋁、鈀、鉬、鈦、 鋯、鎳、鉻、鎢、鉭、釕、鋅、鍺、鈀鍺合金、其衍生物、其合金或其組合。在本文描述的一些實(shí)施方式中，ρ-金屬觸點(diǎn)層306可制造在光伏電池300上。例如，與上文關(guān)于光伏電池200上的ρ-金屬觸點(diǎn)層204和/或η-金屬觸點(diǎn)層208所描述的相似的制造方法和實(shí)施方式可用于光伏電池300上的ρ-金屬觸點(diǎn)層306。在一些實(shí)施方式中，ρ-金屬觸點(diǎn)層可包含與上文關(guān)于P-金屬觸點(diǎn)層204所描述的對(duì)應(yīng)層相似和/或相似形成的第一導(dǎo)電層、第二導(dǎo)電層和第三導(dǎo)電層。此外，例如，在一些實(shí)施方式中，P-金屬觸點(diǎn)層306可包含被形成為包含在P-金屬觸點(diǎn)層306內(nèi)的一個(gè)或多個(gè)層的反射層，該反射層與，如上文關(guān)于P-金屬觸點(diǎn)層204所描述的反射層相似和/或與上文關(guān)于P-金屬觸點(diǎn)層204所描述的形成這樣的反射層的方法相似。另外，在一些實(shí)施方式中，金屬保護(hù)層或金屬粘附層可任選地沉積在P-金屬觸點(diǎn)層306上，金屬保護(hù)層或金屬粘附層與上文關(guān)于P-金屬觸點(diǎn)層204所描述的金屬保護(hù)層相似和/或相似形成。另外，在一些實(shí)施方式中，ρ-金屬觸點(diǎn)層304和η-金屬觸點(diǎn)層308各自獨(dú)立地包含例如可與上述的P-金屬觸點(diǎn)層208的對(duì)應(yīng)層相似和/或相似形成的第一導(dǎo)電層、第二導(dǎo)電層和第三導(dǎo)電層。圖4Α描繪了在光伏器件402上形成的金屬觸點(diǎn)的第一結(jié)構(gòu)400的一個(gè)實(shí)施方式。 金屬觸點(diǎn)的一個(gè)實(shí)例是上文參考圖3所描述的η-金屬合金觸點(diǎn)310。結(jié)構(gòu)400包含沉積在器件402上的四層。可在器件402上沉積(例如在下面的層例如上文參考圖3所描述的器件300的吸收層108上沉積)含鈀層404。在一些實(shí)施方式中，可在含鈀層404上沉積含鍺層406?？稍阪N層404上沉積金屬覆蓋層407。在所示的實(shí)施方式中，金屬覆蓋層407包含沉積在含鍺層406上的粘附層408和沉積在粘附層408上的高導(dǎo)電率層410。在一些實(shí)施方式中，可使用上述技術(shù)并用上文參考觸點(diǎn)310所描述的厚度和材料來(lái)沉積這些層。圖4Β描繪了由圖4Α的第一結(jié)構(gòu)400形成的所得到的結(jié)構(gòu)420的一個(gè)實(shí)施方式。 在一些實(shí)施方式中，通過(guò)退火電池包括對(duì)結(jié)構(gòu)400進(jìn)行與上文參考η-金屬合金觸點(diǎn)310所描述的相似的低溫?zé)嵬嘶鸸に噥?lái)形成結(jié)構(gòu)420。結(jié)構(gòu)420包含鈀鍺合金層422和金屬覆蓋層407。合金層422包含通過(guò)應(yīng)用于包含圖4Α的含鈀層404和含鍺層406的電池的退火工藝得到的鈀鍺合金。例如，鈀鍺合金層 422的特征可以與上文參考η-金屬觸點(diǎn)310所描述的相同。金屬覆蓋層407位于鈀鍺合金層422上，且可包含如上所述的粘附層408和高導(dǎo)電率層410。金屬觸點(diǎn)層，例如圖3所描述的η-金屬觸點(diǎn)層308，可沉積在覆蓋層407上，以提供金屬觸點(diǎn)的觸點(diǎn)層。盡管上文是針對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式，但是可設(shè)計(jì)本發(fā)明的其他及另外的實(shí)施方式而不偏離本發(fā)明的基本范圍，且本發(fā)明的范圍由隨后的權(quán)利要求確定。
權(quán)利要求
1.一種在光伏器件上形成金屬觸點(diǎn)的方法，包括 在光伏電池的吸收層上沉積鈀層；在所述鈀層上沉積鍺層； 在所述鍺層上沉積金屬覆蓋層；并且將所述光伏電池加熱到約20°C至約275°C范圍內(nèi)的溫度，以形成布置在所述吸收層和所述金屬覆蓋層之間的鈀鍺合金。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中沉積所述金屬覆蓋層包括 在所述鍺層上沉積粘附層；并且在所述粘附層上沉積導(dǎo)電層。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述加熱進(jìn)行約5分鐘至約60分鐘范圍內(nèi)的時(shí)間段。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述溫度在約150°C至約275°C的范圍內(nèi)，并且所述加熱進(jìn)行至少約30秒的時(shí)間段。
5.如權(quán)利要求3所述的方法，其中所述溫度在約100°C至約150°C的范圍內(nèi)，并且所述加熱進(jìn)行約5分鐘至約60分鐘范圍內(nèi)的時(shí)間段。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述溫度在約20°C至約175°C的范圍內(nèi)，并且所述加熱持續(xù)約5分鐘至約60分鐘范圍內(nèi)的時(shí)間段。
7.如權(quán)利要求ι所述的方法，其中所述鈀層具有約50A至約300 A范圍內(nèi)的厚度，并且在沉積工藝期間，所述鈀層在約20°C至約200°C范圍內(nèi)的溫度下被沉積。
8.如權(quán)利要求ι所述的方法，其中所述鍺層具有約100A至約1000 A范圍內(nèi)的厚度， 并且在沉積工藝期間，所述鍺層在約20°C至約200°C范圍內(nèi)的溫度下被沉積。
9.如權(quán)利要求2所述的方法，其中所述粘附層包含鈦或鈦合金，且具有至少約20A的厚度。
10.如權(quán)利要求2所述的方法，其中所述導(dǎo)電層包含金或金合金，且具有至少約 1,000 A的厚度。
11.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述光伏電池的吸收層包含η-型砷化鎵材料。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其中所述金屬觸點(diǎn)布置在所述光伏電池的背面上。
13.一種在光伏器件上形成金屬觸點(diǎn)的方法，包括 在光伏電池的吸收層上沉積鈀層；在所述鈀層上沉積鍺層； 在所述鍺層上沉積粘附層； 在所述粘附層上沉積導(dǎo)電層；并且將所述光伏電池加熱到約150°c至約275°C范圍內(nèi)的溫度，持續(xù)至少0. 5分鐘的時(shí)間段，以形成布置在所述吸收層和所述粘附層之間的鈀鍺合金。
14.一種布置在光伏器件上的金屬觸點(diǎn)，包括 鈀鍺合金層，其布置在光伏電池的吸收層上；及金屬覆蓋層，其布置在所述鈀鍺合金層上。
15.如權(quán)利要求14所述的金屬觸點(diǎn)，其中所述金屬覆蓋層包含 粘附層，其布置在所述鈀鍺合金層上；及導(dǎo)電層，其布置在所述粘附層上。
16.如權(quán)利要求15所述的金屬觸點(diǎn)，其中所述粘附層包含鈦。
17.如權(quán)利要求15所述的金屬觸點(diǎn)，其中所述導(dǎo)電層包含金。
18.如權(quán)利要求14所述的金屬觸點(diǎn)，其中所述鈀鍺合金層具有約10()人至約1,000A范圍內(nèi)的厚度。
19.如權(quán)利要求18所述的金屬觸點(diǎn)，其中所述鈀鍺合金層的厚度在約300A至約 600 A的范圍內(nèi)。
20.如權(quán)利要求15所述的金屬觸點(diǎn)，其中所述粘附層具有至少約20A的厚度。
21.如權(quán)利要求15所述的金屬觸點(diǎn)，其中所述導(dǎo)電層具有至少約1,000A的厚度。
22.如權(quán)利要求14所述的金屬觸點(diǎn)，其中所述光伏電池的吸收層包含η-型砷化鎵材料。
23.如權(quán)利要求14所述的金屬觸點(diǎn)，其中所述金屬觸點(diǎn)布置在所述光伏電池的背面上。
全文摘要
本發(fā)明的實(shí)施方式大體涉及光伏器件，且更具體地涉及布置在諸如光伏電池的光伏器件上的金屬觸點(diǎn)，以及涉及形成這樣的金屬觸點(diǎn)的制造工藝。金屬觸點(diǎn)包含在退火工藝期間在低溫下形成的鈀鍺合金。在一些實(shí)施方式中，在退火工藝期間，可將光伏電池加熱到約20℃至約275℃范圍內(nèi)的溫度，例如在約150℃下持續(xù)約30分鐘。在其他實(shí)施方式中，在退火工藝期間，可將光伏電池加熱到約150℃至約275℃范圍內(nèi)的溫度，持續(xù)至少約0.5分鐘的時(shí)間段。
文檔編號(hào)H01L31/0224GK102456773SQ201110328908
公開(kāi)日2012年5月16日 申請(qǐng)日期2011年10月26日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月3日
發(fā)明者伊西克·C·奇吉爾亞里, 布蘭登·M·卡耶斯, 美利莎·J·艾契爾, 聶輝 申請(qǐng)人:奧塔裝置公司