用于形成高效率的背觸點(diǎn)太陽能電池的連續(xù)和非連續(xù)的基極區(qū)域的結(jié)構(gòu)和方法
【專利說明】用于形成高效率的背觸點(diǎn)太陽能電池的連續(xù)和非連續(xù)的基 極區(qū)域的結(jié)構(gòu)和方法
[0001] 相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
[0002] 本申請(qǐng)要求在2012年5月29日提交的序列號(hào)為61/658, 833、在2013年4月29 日提交的序列號(hào)為61/816, 830以及在2013年5月24日提交的序列號(hào)為61/827, 252的美 國臨時(shí)申請(qǐng)的優(yōu)先權(quán)，以上所有專利申請(qǐng)都通過引用全文的方式并入本文。
[0003] 本申請(qǐng)是2012年12月28日提交的序列號(hào)為13/807, 631的美國申請(qǐng)的部分延續(xù)， 該美國申請(qǐng)是2012年8月9日提交的PCT申請(qǐng)PCT/US12/00348的35U.S.C. 371國家階段 申請(qǐng)并且要求在2011年8月9日提交的序列號(hào)為61/521，754以及在2011年8月9日提 交的序列號(hào)為61/521，753的美國臨時(shí)專利申請(qǐng)的優(yōu)先權(quán)，以上所有專利申請(qǐng)都通過引用 全文的方式并入本文。
技術(shù)領(lǐng)域
[0004] 本發(fā)明一般涉及光伏領(lǐng)域。更具體地，本發(fā)明涉及與高效背觸點(diǎn)光伏太陽能電池 有關(guān)的方法、結(jié)構(gòu)和裝置。
【背景技術(shù)】
[0005] 在太陽能電池的發(fā)展和制造中，以低制作成本實(shí)現(xiàn)高效率的電池和模組成為關(guān) 鍵。在一些例子中，背觸點(diǎn)背結(jié)太陽能電池結(jié)構(gòu)（背觸點(diǎn)/背結(jié)或者BC/BJ)能夠?qū)崿F(xiàn)非常 高的轉(zhuǎn)換效率。通常，存在背觸點(diǎn)的背結(jié)太陽能電池具有形成在非向陽側(cè)（背側(cè)）的圖案 化發(fā)射極結(jié)和電池金屬化層，并且向陽側(cè)（前側(cè)）不具有金屬化，從而實(shí)現(xiàn)非阻隔的最大程 度的陽光親合。
[0006] 在典型的背觸點(diǎn)/背結(jié)晶體硅結(jié)構(gòu)（此后簡稱為，BC/BJ)太陽能電池中，可以在 太陽能電池背側(cè)（非向陽側(cè)）形成發(fā)射極結(jié)和高度摻雜的基極擴(kuò)散區(qū)域，以提供與大多數(shù) 太陽能電池的作為基極的襯底體的觸點(diǎn)。此外，在基極金屬觸點(diǎn)區(qū)域下面形成高度摻雜的 基極擴(kuò)散區(qū)域以減少觸點(diǎn)復(fù)合并且減少基極金屬觸點(diǎn)阻抗。在典型的高效率BC/BJ太陽能 電池中，通常對(duì)基極金屬和發(fā)射極金屬進(jìn)行圖案化并使其分別包含在基極和發(fā)射極擴(kuò)散區(qū) 中，使得基極金屬即使被氧化物分隔的時(shí)候也決不在發(fā)射極的頂部走線。此后將其稱作金 屬嵌套法，其中每一種金屬嵌套在它的對(duì)應(yīng)擴(kuò)散中。這種嵌套方法的優(yōu)點(diǎn)在于，對(duì)于向相對(duì) 極的擴(kuò)散的金屬分流提供免役。缺點(diǎn)在于，基極的最小金屬寬度決定了最小的基極擴(kuò)散寬 度，進(jìn)而使該基極擴(kuò)散成為太陽能電池的背側(cè)的相對(duì)較大的部分，從而導(dǎo)致發(fā)射體部分的 減少和電氣陰影的增加。這又需要硅片或者硅吸收體具有非常高的少數(shù)載流子壽命（例如 >1毫秒），以確保在基極擴(kuò)散的同時(shí)，少數(shù)載流子不會(huì)在基極中復(fù)合。因此，更高品質(zhì)的晶 片的更高成本導(dǎo)致太陽能電池的整體制造成本的增加。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 因此，產(chǎn)生了與太陽能電池的摻雜區(qū)域和金屬化有關(guān)的制作方法和設(shè)計(jì)的需求。 依照本發(fā)明的主題，提供了用于太陽能電池的非嵌套基極擴(kuò)散圖案和金屬化的方法、結(jié)構(gòu) 和裝置。這些創(chuàng)造措施顯著地減小或者消除當(dāng)前發(fā)展的太陽能電池的缺點(diǎn)和問題。
[0008] 根據(jù)本發(fā)明主題的一個(gè)方面，描述了與太陽能電池的多級(jí)金屬化有關(guān)的制作方法 和結(jié)構(gòu)。在一個(gè)實(shí)施例中，背觸點(diǎn)太陽能電池包括具有接收光的前側(cè)表面的襯底，以及用于 形成圖案化的發(fā)射極和非嵌套的基極區(qū)域的背側(cè)表面。在晶體半導(dǎo)體襯底的背側(cè)表面形成 叉指狀的摻雜的發(fā)射極和基極區(qū)域。在圖案化的摻雜的發(fā)射極和基極區(qū)域上形成圖案化的 電絕緣層堆疊，該電絕緣層堆疊至少包括摻雜層和非摻雜覆蓋層的組合。形成觸點(diǎn)金屬化 圖案，該觸點(diǎn)金屬化圖案包括接觸發(fā)射極區(qū)域的發(fā)射極金屬化電極和接觸基極區(qū)域的非嵌 套基極金屬化電極，其中，允許非嵌套基極金屬化電極超出基極區(qū)域，從而與至少一部分的 圖案化的電絕緣體重疊而不會(huì)在太陽能電池中引發(fā)電分流。
[0009] 根據(jù)此處提供的描述，本發(fā)明的這些和其它優(yōu)點(diǎn)，以及附加的新穎特征將是顯而 易見的。此概要的意圖不是要做到主題的全面描述，而是提供一些主題的功能性簡述。本 領(lǐng)域技術(shù)人員通過對(duì)以下附圖及詳細(xì)說明進(jìn)行試驗(yàn)后，在此提供的其它的系統(tǒng)、方法、特征 和優(yōu)勢將會(huì)變得顯而易見。其目的是將這些附加的系統(tǒng)、方法、特征和優(yōu)勢都包括在本說明 內(nèi)，并落入權(quán)利要求的范圍內(nèi)。
【附圖說明】
[0010] 根據(jù)下文的詳細(xì)描述并結(jié)合附圖，本發(fā)明主題的特征、特性以及優(yōu)勢會(huì)將會(huì)變得 更加明顯，其中相同的形狀表示相同的特征，并且其中：
[0011] 圖1A所示為展示嵌套的基極設(shè)計(jì)的太陽能電池背側(cè)的頂視圖；
[0012] 圖1B、圖1A所示為展示非嵌套的基極設(shè)計(jì)的太陽能電池背側(cè)的頂視圖；
[0013] 圖2A所示為展示均勻分布的連續(xù)的/非嵌套的基極設(shè)計(jì)的太陽能電池背側(cè)的頂 視圖；
[0014] 圖2B所示為展示均勻分布的選擇性的非連續(xù)的/非嵌套的基極設(shè)計(jì)的太陽能電 池背側(cè)的頂視圖；
[0015] 圖3A所示為展示帶有平行的均勻基極設(shè)計(jì)的基極圖案的太陽能電池背側(cè)的頂視 圖，并且圖3A'為對(duì)應(yīng)的用于形成圖3A的圖案的絲網(wǎng)印刷設(shè)計(jì)；
[0016]圖3B所示為展示帶有錯(cuò)開的均勻基極設(shè)計(jì)的替代的基極圖案的太陽能電池背側(cè) 的頂視圖，并且圖3B'為對(duì)應(yīng)的用于形成圖3A的圖案的絲網(wǎng)印刷設(shè)計(jì)；
[0017] 圖3C所示為展示替代的非嵌套的基極圖案的太陽能電池背側(cè)的頂視圖；
[0018]圖4所示為重點(diǎn)突出示例性尺寸的非嵌套的基極圖案的太陽能電池背側(cè)的頂視 圖；
[0019] 圖5所示為分布的發(fā)射極和基極激光圖案；
[0020] 圖6A所示為選擇性的發(fā)射極（SE)和基極的開口的照片；
[0021]圖6B所示為選擇性的發(fā)射極（SE)和基極的開口內(nèi)部的發(fā)射極和基極的觸點(diǎn)的照 片；
[0022] 圖7A所示為在選擇性的發(fā)射極開口中的激光退火損傷；
[0023] 圖7B所示為在選擇性的基極開口中的激光退火損傷；
[0024]圖7C所示為在選擇性的發(fā)射極開口中的觸點(diǎn)中的激光退火損傷；
[0025] 圖7D所示為在選擇性的基極開口中的觸點(diǎn)中的激光退火損傷；
[0026] 圖8A所示為退火前的激光燒蝕斑點(diǎn)的拍攝圖；
[0027] 圖8B所示為用30納秒的UV激光退火后的激光燒蝕斑點(diǎn)的照片；
[0028]圖9為氧化物燒蝕后的硅襯底的少數(shù)載流子壽命（MCL)圖，尤其所示為在燒蝕斑 點(diǎn)的激光退火后獲得的MCL改進(jìn)；
[0029] 圖10A為多工位的襯底激光處理工具的視圖，并且圖10B為圖10A的工具保持多 個(gè)晶片的視圖；
[0030] 圖11A至111所示為非晶硅掩膜工藝流程期間在處理步驟后的太陽能電池的橫切 面圖；
[0031] 圖12為氧化物燒蝕后的硅襯底的少數(shù)載流子壽命（MCL)圖，尤其所示為當(dāng)非晶硅 用作硬掩膜時(shí)獲得的MCL改進(jìn)；
[0032] 圖13A所示為一般用于形成背觸點(diǎn)背結(jié)太陽能電池的處理流程；以及
[0033] 圖13B代表性的用于形成背觸點(diǎn)背結(jié)太陽能電池的制造處理流程。
【具體實(shí)施方式】
[0034] 下面的描述并不作為本發(fā)明的限制，而是為了對(duì)本文公開技術(shù)進(jìn)行一般性描述。 本文公開技術(shù)的保護(hù)范圍應(yīng)由權(quán)利要求書確定。附圖中所描述的為本文公開的示例性實(shí)施 例，在多幅圖中，相同的數(shù)字代表相同或相應(yīng)的部分。
[0035] 并且，雖然此處公開技術(shù)利用特定實(shí)施例描述，如晶體硅及其它制作材料，但是本 領(lǐng)域技術(shù)人員可以將本文所述的原理，應(yīng)用到其他材料、技術(shù)領(lǐng)域、以及/或者實(shí)施例，而 無需過多的試驗(yàn)。
[0036] 本發(fā)明的主題提供了多種結(jié)構(gòu)和高效背結(jié)/背觸太陽能電池的制造方法，該太陽 能電池特別使用薄晶體半導(dǎo)體吸收體，比如帶有電池吸收層（或襯底）的單晶半導(dǎo)體，優(yōu)選 地，厚度范圍從大約小于1微米（1ym)到約100微米（100ym)，甚至尤其地，厚度范