形成太陽(yáng)能電池中的結(jié)構(gòu)的方法
【專利說(shuō)明】
[0001] 本申請(qǐng)為于2010年4月21日提交的申請(qǐng)?zhí)枮?01080022387. 0的名稱為"形成太 陽(yáng)能電池中的結(jié)構(gòu)的方法"的申請(qǐng)的分案申請(qǐng)。
[0002] 相關(guān)申請(qǐng)信息
[0003] 本申請(qǐng)要求于2009年4月21日提交的并且指定的申請(qǐng)?zhí)枮?1/171，187的題 為"MethodforFormingStructuresinaSolarCell"的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)的權(quán)利；并且與 于2009年4月21日提交的并且指定的申請(qǐng)?zhí)枮?1/171，194的題為"High-Efficiency SolarCellStructuresandMethodsofManufacture"的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)相關(guān)；還與備案號(hào) 為 3304. 001AW0 并且指定的申請(qǐng)?zhí)枮镻CT/US2010/031869 的題為"High-EfficiencySolar CellStructuresandMethodsofManufacture"的共同提交的國(guó)際專利申請(qǐng)有關(guān)。這些 申請(qǐng)均全文在此援引加入。本發(fā)明的所有方面可與任何上述申請(qǐng)的公開組合使用。
技術(shù)領(lǐng)域
[0004] 本發(fā)明涉及太陽(yáng)能電池。更具體地，本發(fā)明涉及改進(jìn)的太陽(yáng)能電池結(jié)構(gòu)及它們的 制造方法。
【背景技術(shù)】
[0005] 在太陽(yáng)能電池的正面（受照射面）上形成金屬化結(jié)構(gòu)，典型地為指形物（fingers) 和匯流條（bus-bars)，是許多電池設(shè)計(jì)中的必要步驟。通常期望這些結(jié)構(gòu)盡可能地細(xì)（最 小寬度）以使遮蔽和接觸復(fù)合損失最小。隨后可被金屬化的異質(zhì)接觸（Heterocontact)結(jié) 構(gòu)也可用來(lái)降低接觸復(fù)合損失。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明通過提供形成正面/背面金屬結(jié)構(gòu)和選擇性異質(zhì)接觸結(jié)構(gòu)的方法來(lái)滿足 這些要求。
[0007] -個(gè)方面，本發(fā)明包括在太陽(yáng)能電池的表面上形成導(dǎo)電接觸圖形的方法，其包括 在所述太陽(yáng)能電池的至少一層底層上形成導(dǎo)電薄層，并且用激光束燒蝕大部分的所述導(dǎo)電 薄層，由此留下所述導(dǎo)電接觸圖形?？稍谒鰧?dǎo)電接觸圖形上進(jìn)行自對(duì)準(zhǔn)金屬化。
[0008] 所述底層可包括在所述導(dǎo)電薄層之下的鈍化和/或抗反射層，其中所述導(dǎo)電接觸 圖形通過所述至少一層底層與太陽(yáng)能電池的半導(dǎo)體層形成電接觸。
[0009] 在燒蝕后可采用蝕刻或清洗所述導(dǎo)電接觸圖形來(lái)除去殘余物。
[0010] 另一個(gè)方面，本發(fā)明包括在太陽(yáng)能電池上形成異質(zhì)接觸圖形的方法，其包括在太 陽(yáng)能電池的至少一層底層上形成薄層；以及使用激光束燒蝕大部分的所述薄層，由此留下 所述異質(zhì)接觸圖形。可在所述異質(zhì)接觸圖形上進(jìn)行金屬化以促使通過所述異質(zhì)接觸圖形與 所述至少一層底層的導(dǎo)電連接。
[0011] 所述薄層可包含多層不同的層。
[0012] 可在燒蝕后蝕刻太陽(yáng)能電池的表面以形成表面紋理和/或除去任何激光燒蝕損 傷。所述異質(zhì)接觸圖形可通過現(xiàn)場(chǎng)熱處理進(jìn)行修改。
[0013] 全部或部分薄層可包含摻雜半導(dǎo)體材料或表面鈍化層。
[0014] 所述激光束可具有高帽形光束輪廓（tophatbeamprofile)，并且可通過掩模進(jìn) 行投射。由所述掩模產(chǎn)生的激光束形狀可以是規(guī)則的多邊形，可被貫穿該多邊形的細(xì)線阻 擋?？墒褂枚鄠€(gè)掩?；蛘邉?dòng)態(tài)變化的掩模。
[0015] 所述激光可在一定的波長(zhǎng)和脈沖寬度下進(jìn)行操作，在所述波長(zhǎng)和脈沖寬度下激光 能量在所述導(dǎo)電薄層中被強(qiáng)吸收，而在所述至少一層底層中被弱吸收。在一個(gè)實(shí)施方案中， 導(dǎo)電薄層大于80%的表面積被燒蝕，并且燒蝕后剩下的結(jié)構(gòu)是接觸指形物和/或匯流條的 圖形。
[0016] 此外，通過本發(fā)明的技術(shù)實(shí)現(xiàn)其它特征和優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明的其它實(shí)施方案和方面在 本文中詳述，并且視為要求保護(hù)的發(fā)明的一部分。
【附圖說(shuō)明】
[0017] 在本申請(qǐng)的權(quán)利要求書中特別指出并明確請(qǐng)求保護(hù)本發(fā)明的主題。結(jié)合附圖由以 下詳述顯而易見本發(fā)明的上述及其它目的、特征和優(yōu)點(diǎn)：
[0018] 圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面所述的激光加工系統(tǒng)的主要部件的功能結(jié)構(gòu)圖；
[0019] 圖2a_d描繪了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面使用正方形/矩形高帽形光束輪廓的太陽(yáng) 能電池構(gòu)造；
[0020] 圖3a_d描繪了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面使用正方形-加-線（square-with-line) 的高帽形光束輪廓的太陽(yáng)能電池構(gòu)造；
[0021] 圖4a_e描繪了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面使用兩種不同形狀的掩模的組合的太陽(yáng)能 電池構(gòu)造；和
[0022] 圖5描繪了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面在太陽(yáng)能電池的正面產(chǎn)生的完整的指形物/匯 流條結(jié)構(gòu)；
[0023] 圖6a_b顯示了根據(jù)本發(fā)明的Ti太陽(yáng)能電池指形物的一個(gè)實(shí)例；
[0024] 圖7顯示了根據(jù)本發(fā)明的Ni太陽(yáng)能電池指形物的一個(gè)實(shí)例；和
[0025] 圖8a_b顯示了圖7的指形物的自對(duì)準(zhǔn)金屬化的實(shí)例。
【具體實(shí)施方式】
[0026] 在一個(gè)方面，本發(fā)明提供太陽(yáng)能電池結(jié)構(gòu)的制造方法，其是利用負(fù)性激光燒蝕 (negative laser ablation)在太陽(yáng)能電池的正面（和/或背面）上形成線形結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生非 常細(xì)的特征，由此使入射光的干涉最小并提供其它優(yōu)點(diǎn)。
[0027]例如，通過例如使用掩模（或無(wú)掩模）投射的"高帽形"均勻光束輪廓進(jìn)行激光直 接刻寫進(jìn)行電池構(gòu)建，從而通過入射激光"刻寫"或燒蝕所需線圖的負(fù)圖（negative)。均勻 高帽形輪廓能夠控制薄膜燒蝕并且具有最低圖形重疊和高分辨率。這種圖形利用高斯型光 束輪廓系統(tǒng)是不可能得到的。
[0028] 圖1是顯示用于利用掩模的投射的高帽形均勻光束輪廓進(jìn)行激光燒蝕的系統(tǒng)的 主要部件的功能框圖。該示例的系統(tǒng)10包括激光源12、均化器和光學(xué)元件14、掩模16、掃描 器18 (在一個(gè)實(shí)施方案中包括透鏡），以及用于固定要燒蝕的太陽(yáng)能電池22的移動(dòng)臺(tái)20。
[0029] 高帽形激光輪廓（例如，已知為受控的平頂輪廓而不是Gaussian型）的形成可使 用極高功率的（>300W)激光與均化器、掩模、鏡面、移動(dòng)臺(tái)和/或掃描器一起實(shí)現(xiàn)，以能夠全 面曝光和直接刻寫重復(fù)特征，其中通過掩模、移動(dòng)臺(tái)和/或掃描器確定加工的特征。使用的 激光源可以是高功率的多模激光源。選擇激光源波長(zhǎng)、脈沖寬度、重復(fù)頻率和脈沖能量以最 佳地適應(yīng)加工要求。此類激光源的實(shí)例包括二極管栗浦固態(tài)NchYAG和準(zhǔn)分子激光。其它 實(shí)例包括脈沖（Q-開關(guān)）激光或連續(xù)波激光。可在一定波長(zhǎng)和脈沖寬度下操作所述激光， 在所述波長(zhǎng)和脈沖寬度下激光能量在薄膜層中被強(qiáng)吸收，而在半導(dǎo)體基底中被弱吸收，從 而實(shí)施上層的燒蝕。
[0030] 刻寫圖形的投射光束的精確尺寸和形狀取決于要與方法要求匹配的系統(tǒng)光學(xué)元 件和掩模。概括而非限制地說(shuō)，由所述掩模產(chǎn)生的激光束形狀可以是任何規(guī)則的多邊形，可 被貫穿該多邊形的細(xì)線阻隔。多個(gè)掩模或動(dòng)態(tài)變化的掩?？捎脕?lái)加工一個(gè)太陽(yáng)能電池。所 述激光可以是脈沖激光，具有高帽形光束輪廓，用單激光脈沖加工面積，其中掃描光束的重 疊低于該單脈沖加工面積的20 %。根據(jù)本發(fā)明，上層薄膜的大于80%的表面積隨后可被燒 蝕，留下必需的精細(xì)圖形。
[0031] 根據(jù)本發(fā)明，在圖2和3中顯示了可用來(lái)從太陽(yáng)能電池的大部分正面除去薄膜的 兩種示例性形狀和掃描圖形。
[0032] 作為一個(gè)實(shí)例，圖2a_d顯示了沿著轉(zhuǎn)換圖形130 (圖2c)移動(dòng)的簡(jiǎn)單正方形或矩 形曝光單元132 (圖2d)。所得薄膜126中的精細(xì)結(jié)構(gòu)通過在相對(duì)于彼此適當(dāng)移動(dòng)光束和/ 或太陽(yáng)能電池時(shí)負(fù)激光燒蝕而形成。更具體地，基底122(示于圖2a的側(cè)視圖中，并可包括 其它層）具有在其上形成的需要燒蝕的薄膜層124。在該膜上的平面轉(zhuǎn)換圖形130 (圖2c) 中移動(dòng)/步進(jìn)/掃描激光曝光單元132,避免區(qū)域140,產(chǎn)生精細(xì)圖形化的結(jié)構(gòu)126 (圖2b)。
[0033] 作為另一個(gè)實(shí)例，圖3a_d顯示了在掩模中具有中央隔段223的正方形或矩形曝光 單元232 (圖3d)，其沿著轉(zhuǎn)換圖形230移動(dòng)（圖3c)。此隔段可用來(lái)通過負(fù)燒蝕在薄膜中 形成精細(xì)結(jié)構(gòu)226。更具體地，基底222(示于圖3a的側(cè)視圖中，并可包括其它層）具有在 其上形成的需要燒蝕的薄膜層224。在該膜上的平面轉(zhuǎn)換圖形230 (圖3c)中移動(dòng)/步進(jìn) /掃描具有阻隔區(qū)233的激光曝光單元232,阻隔區(qū)域240,產(chǎn)生精細(xì)圖形化的結(jié)構(gòu)226 (圖 3b) 〇
[0034] 圖2d和3d中所示的曝光單元形狀可被組合到單個(gè)激光掃描序列中，如圖4a_e中 所示。更具體地，基底322(示于圖4a的側(cè)視圖中，并可包括其它層）具有在其上形成的需 要燒蝕的薄膜324。在該膜上的平面轉(zhuǎn)換圖形330 (圖4c)中移動(dòng)/步進(jìn)/掃描具有阻隔 區(qū)333 (圖4d)和矩形圖形334 (圖4e)的激光曝光單元332,避免區(qū)域340,產(chǎn)生精細(xì)圖形 化的結(jié)構(gòu)326 (圖4b)。極快速地改變掩模形狀332和334可通過例如使用高速檢流計(jì)實(shí) 現(xiàn)，其在（或非常接近于）所述掩模的平面插有屏蔽光束元件。因此，可非?？焖俚兀〝?shù)毫 秒）進(jìn)行圖2和3中所示形狀之間的轉(zhuǎn)換而不對(duì)總體加工時(shí)間產(chǎn)生不利影響。此類動(dòng)態(tài)掩 模轉(zhuǎn)變技術(shù)可與光束和/或移動(dòng)臺(tái)同步以賦予可經(jīng)濟(jì)地生產(chǎn)的圖形類型更多靈活性。
[0035] 圖5顯示了根據(jù)本發(fā)明的上述方面在其表面上形成有指形物426和匯流條427的 圖形的太陽(yáng)能電池422。所得結(jié)構(gòu)可以非常精細(xì)（線寬<10um)。最低圖形分辨率通過所述 系統(tǒng)的光學(xué)分辨率來(lái)確定。利用此技術(shù)，可對(duì)許多類型的薄膜經(jīng)濟(jì)有效地進(jìn)行圖形化以形 成太陽(yáng)能電池結(jié)構(gòu)。作為實(shí)例，考慮燒蝕閾值為3J/cm2的薄膜。300W激光源能夠在短至 2. 5秒內(nèi)對(duì)整個(gè)面積為250cm2的太陽(yáng)能電池進(jìn)行圖形化。如此高產(chǎn)量滿足了太陽(yáng)能電池生 產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)上的高要求。
[0036] -個(gè)改進(jìn)包括在基底（122、222、322)上使用任何形式的紋理，其中該紋理具有與 高帽形激光束的強(qiáng)度分布中存在的空間不均勻性相當(dāng)?shù)臉?biāo)度。此類紋理提供重要的光束均 勻化功能，因?yàn)橥ǔＦ谕僮骶哂械扔诨蚪咏鼘樱?24、224、324)的燒蝕閾值的流量的激光 束，由此局部均勻化的光束賦予更高程度的控制和精確度。
[0037] 本發(fā)明對(duì)于太陽(yáng)能電池的接收光的正面已經(jīng)進(jìn)行了描述，但是同樣可應(yīng)用于背面 上的結(jié)構(gòu)。將本發(fā)明應(yīng)用于太陽(yáng)能電池的雙面將得到雙面太陽(yáng)能電池，其能夠轉(zhuǎn)化入射在 正面和背面上的光子。
[0038] 參照以上圖，本發(fā)明提供用于在太陽(yáng)能電池中形成例如接觸金屬化或其它精細(xì)結(jié) 構(gòu)的方法，所述