用于背接触背结太阳能电池的钝化触点的制作方法

用于背接触背结太阳能电池的钝化触点的制作方法
【专利摘要】提供用于背接触背结太阳能电池的钝化触点结构和制造方法。根据一个示例性实施方案，描述具有半导体光吸收层的背接触背结光伏太阳能电池，所述半导体光吸收层具有正面和包括基极区和发射极区的背面。钝化介电绝缘层位于所述基极区和所述发射极区上。第一导电触点接触所述钝化介电绝缘层，两者一起具有适合于选择性收集电子的功函数，所述功函数紧密匹配所述光吸收层的导带。第二导电触点接触所述钝化介电绝缘层，两者一起具有适合于选择性收集电子的功函数，所述功函数紧密匹配所述光吸收层的价带。
【专利说明】用于背接触背结太阳能电池的钟化触点
[0001] 相关申请的交叉引用
[0002] 本申请要求2013年12月2日提交的美国临时专利申请61/910,936的权益，所述临 时专利申请特此W引用的方式整体并入。 发明领域
[0003] 本公开总体上设及光伏(PV)太阳能电池的领域，并且更具体地说设及用于太阳能 电池的纯化触点。
[0004] 背景
[0005] 随着光伏太阳能电池技术在日益广泛的规模上用作能源产生解决方案，需要与太 阳能电池效率、金属化、材料消耗W及制造有关的制造和效率改进。制造成本和转换效率因 素促使太阳能电池吸收体的厚度越来越薄并且面积越来越大，从而增加机械脆弱性、效率 并且使运些基于薄吸收体的太阳能电池的加工和处理复杂化，其中脆弱性的影响尤其相对 于晶体娃吸收体有所增加。
[0006] 通常，太阳能电池触点结构包括基极和发射极扩散区域上的导电金属化，例如侣 金属化，其分别通过相对重的憐和棚区域来连接基极和发射极触点区域中的娃。
[0007] 经常可能需要相对重的渗杂来得到与娃的低接触电阻（小于每平方厘米1毫欧姆 (mohm-cm2)的电阻率）。与娃直接接触的金属的费米能级可被固定在娃的带隙的中间，一定 程度上由于非常高的表面态密度而与金属的真空功函数无关。运可能对载流子穿过造成大 势垒，从而促成高接触电阻。为了应对运一问题，并得到良好的接触电阻，可采用重渗杂。运 允许载流子遂穿，尽管存在大势垒，运降低了接触电阻。除了帮助降低接触电阻之外，触点 下的重渗杂还可拒绝不促成光电流的载流子类型(拒绝基极触点区域中的空穴和发射极触 点区域中的电子）。然而，运种重渗杂可能要付出代价，例如，促成载流子损失的俄歇复合 (auger recombination)显著增加并且复合有所增加，运进而减少JscW及Voc。另外，因为 拒绝界面并不突然，所W拒绝比并不完美。
[0008] 图1是薄晶体娃太阳能电池的截面图。图1示出具有双级金属化的薄背板支撑式背 接触背结太阳能电池的截面，其具有第一级金属Ml和第二级金属M2。在2013年9月5日公布 的美国专利公布2013/0228221中详细描述了此电池的特征，所述专利公布W引用的方式整 体并入本文。图1的电池不具有纯化的基极或发射极触点，并且Ml与重n扩散和P扩散直接接 触。图1的电池具有背板，所述背板允许通过线W高产率支撑薄电池。可注意到，MU例如， 侣)分别通过相对重的憐和棚渗杂区域在基极和发射极触点区域中与娃连接。
[0009] 发明概述
[0010] 因此，已经出现对于改进背接触背结太阳能电池制造工艺并且提供提高的太阳能 电池性能的触点的需要。根据所公开主题，为背接触背结太阳能电池提供实质上消除或减 少与先前开发的触点相关联的缺点和不足的纯化触点。
[0011] 提供用于背接触背结太阳能电池的纯化触点结构和制造方法。根据一个示例性实 施方案，描述具有半导体光吸收层的背接触背结光伏太阳能电池，所述半导体光吸收层具 有正面和包括基极区和发射极区的背面。纯化介电绝缘层位于基极区和发射极区上。第一 导电触点接触纯化介电绝缘层，两者一起具有适合于选择性收集电子的功函数，所述功函 数紧密匹配光吸收层的导带。第二导电触点接触纯化介电绝缘层，两者一起具有适合于选 择性收集电子的功函数，所述功函数紧密匹配光吸收层的价带。
[0012] 根据本文所提供的描述，将明白所公开主题的运些和其他方面W及额外的新颖特 征。本概述的意图并非是对所主张主题的全面描述，而是提供对本主题的某些功能性的简 短综述。本领域技术人员在查阅W下图式和详述之后将明白运里提供的其他系统、方法、特 征和优点。
[0013] 附图简述
[0014] 结合附图来看，根据W下陈述的详述，所公开主题的特征、性质和优点可变得更明 白，在附图中，相同参考数字指示相同特征，并且其中：
[0015] 图1是薄晶体娃太阳能电池的截面图；
[0016] 图2是平带条件下的n型触点的带图；
[0017] 图3是平带条件下的P型触点的带图；
[0018] 图4是纯化触点实施方案的示意图；
[0019] 图5是用于制造薄背板支撑式背接触背结电池的代表性非纯化触点工艺流程;并 且
[0020] 图6是示例性纯化触点薄背板支撑式背接触背结太阳能电池的截面图。
[0021] 详述
[0022] W下描述不应在限制意义上理解，而是出于描述本公开的一般原理的目的而进 行。本公开的范围应参考权利要求书来确定。本公开的示例性实施方案在附图中示出，相同 数字用来指代各个附图的相同和对应部分。所提供附图的尺寸不是按比例示出的。
[0023] 并且，尽管参考特定实施方案和部件(诸如背接触背结(BCBJ)太阳能电池)来描述 本公开，但本领域技术人员可将本文所论述的原理应用到其他太阳能电池结构太阳能电池 半导体材料(诸如神化嫁，化合物III-V材料）、制造工艺(诸如各种沉积、触点开口 W及扩散 方法和材料），W及吸收体/纯化/金属化材料和形成、技术领域和/或实施方案而无需过度 实验。
[0024] 具体地说，所提供的基于背板的背接触背结工艺流程可扩展到CZ单晶或多晶起始 材料W及外延生长半导体(例如，娃)薄背板支撑式BCBJ太阳能电池。此外，运里描述的触点 类型一般也适用于使用CZ单晶或多晶起始材料W及外延生长薄半导体（例如，娃）的规则 (非基于背板的)互相交叉背接触（IBC)太阳能电池。
[0025] 所描述的具有纯化触点的基于薄晶体娃的背接触背结(BCBJ)太阳能电池提供了 设及使用绝缘体、宽带隙（且半绝缘的）半导体或运两者的组合的纯化方案。所描述的纯化 解决方案可提供W下两个关键优点:第一，纯化触点减少了触点下的复合，并且因此帮助增 加Voc;第二，如果纯化W高效方式执行，那么纯化可显著减少工艺步骤的数量并且减少某 些太阳能电池和制造加工的成本。
[0026] 所提供的用于薄BCBJ太阳能电池的纯化触点显著改进在电池金属化下的表面复 合速度而不损害接触电阻。所描述的创新方面包括并且可应用于：
[0027] -纯化触点的结构W及纯化触点与薄(例如，厚度在1 Oum至1 OOum之间）BCB J背板支 撑式太阳能电池的集成。
[0028] -用来实现所期望高效率太阳能电池性能的纯化及其与上覆金属的组合的各种不 同及特定的实施方案。例如，纯化可W是宽带隙半导体、薄绝缘体或者运两者的组合，其来 自诸如41203、11'02、1'10义、^0义^及2110义的材料。例如，有利的沉积方案是原子层沉积 (ALD)。金属例如可W是侣(A1)、铁(Ti)和儀(Ni),其与适合类型的纯化组合W获得产生期 望结果的装置物理性质。
[0029] -与制造基于纯化触点的BCBJ太阳能电池(具有前述材料组）（具体地，具有用于处 理的背板的基于纯化触点的薄BCBJ太阳能电池)相关的特定方法。运些方法常常具有减少 工艺步骤的额外益处。
[0030] 通常，所提供的用于基极和发射极的纯化触点满足W下关键条件。
[0031] -对促成光电流的载流子类型(针对n型基极的电子和针对P型发射极的空穴)提供 非常低的接触电阻。注意，本文在n型娃太阳能电池的情况下描述基极和发射极，对于P型太 阳能电池，基极和发射极的极性将反转。
[0032] -提供优异纯化，其中在一些情况下，表面复合速度(SRV)是lOcm/s-lOOcm/s。
[0033] -提供对不促成光电流的载流子类型（即，针对基极的空穴和针对发射极的电子） 的突然且优异的拒绝。
[0034] 另外，针对基极和/或发射极两者，在较重渗杂（大于lel7cm-3)或较轻渗杂（小于 lel7cm-3)的娃上提出纯化触点。在一些情况下，并且将是明显的，较轻渗杂衬底触点可减 少工艺步骤;然而，较重渗杂可能是实现接触电阻目标所期望的。提出=个种类的介电材 料。通过带隙加W区分的每个种类具有若干特定可能性并且通常将与特定金属一起工作。
[0035] 介电纯化触点。第一种类的纯化触点由已知会提供娃上的高质量纯化的绝缘体组 成(本文中被称为纯化触点I型或介电纯化触点）。1型背后的原则指导是在娃与金属之间沉 积非常薄的（例如，〇.5nm至4nm，并且在一些情况下，更具体地是Inm至2皿）、受控制的已知 高质量纯化绝缘层。尽管是超薄的，但是运个层足够厚来拔掉金属的费米能级并且将金属 从大致固定在娃带隙的中隙处带向其自然真空功函数级别。因此，通过正确选择金属的真 空功函数，可实质上减小载流子遂穿的势垒高度，从而实现低接触电阻。注意，绝缘体应保 持足够薄，使得绝缘体本身不成为遂穿的障碍和阻力。应优化绝缘体的厚度来获得最小接 触电阻。另外，多数绝缘体还在非常低厚度值范围内的较大厚度下表现出较好纯化质量。例 如，众所周知，在厚度开始下降到低于2nm时，诸如ALD沉积A1203SRV的电介质增加。因此，绝 缘体厚度的最优选择应考虑接触电阻优化W及纯化质量要求两者。
[0036] 提供娃上的高质量纯化的绝缘体的实例是诸如Al 203、Hf Ox、ZnOx W及Si 02的材 料。运些实例不应在限制意义上理解，而是被提供作为指导性材料选择，并且还可使用可形 成娃上的高质量纯化并且具有绝缘性质的替代材料。沉积运些电介质的有利方法是原子层 沉积(ALD)，因为它可允许对沉积厚度的埃级精确控制（诸如可能是隧穿电流控制所需要 的），并且对于此工艺当前存在高容量、太阳能级、价格低廉的制造工具。还可使用改进纯化 质量的各种表面预处理，例如HF最后工艺。
[0037] 在n型触点的情况下，其中触点必须提供对电子的低电阻，金属应被选择成具有接 近娃的导带的真空功函数。运些金属的若干实例包括侣（功函数为~4. lev)、铁(功函数为 ~4.3eV似及瓣射的氧化铜锡(~4.25eV)。对于P型触点的情况，金属的真空功函数应更接 近娃的价带W提供空穴的自由传输。在运里，诸如儀和销的材料可W是有利的，并且也可选 择具有接近娃的价带的功函数的金属。图2示出平带条件下的n型触点的带图，在所述条件 下电子容易遂穿。具体地，图2是示出平带条件、具有到n型区域的I型纯化触点的带图的图。 图3示出平带条件下的P型触点的此情况。具体地，图3是示出平带条件、具有到P型区域的I 型纯化触点的带图的图。
[0038] 基于宽带隙半导体的纯化触点。在此类型的纯化触点（本文中被称为纯化触点II 型或基于宽带隙半导体的纯化触点）中，使用诸如Ti化、NiOx或化0的宽带隙半导体来提供 娃上的纯化。触点堆叠由W下组成:娃(重或轻P或n型渗杂或无渗杂），之后是有利于如本文 描述的触点的特定宽带隙半导体，之后是所选择的金属。宽带隙半导体具有特定电中性级 (CNL)，所述C化是指材料的带隙中的能级，并且其中邻接的金属往往会独立于金属的真空 能级功函数将其费米能级排队。
[0039] 对于到n型娃的触点，其中电子需要在低电阻下流过触点，可选择具有接近娃的导 带的C化的宽带隙材料。例如，T i Ox可W是运种应用的理想材料，因为T i化具有几乎与娃对 准的导带，而在价带方面存在与娃的很大带不连续性。TiOx的C化级非常接近其导带边缘， 所述导带边缘也恰好接近娃的导带边缘。当诸如Al或Ti的金属沉积在TiOx的顶部上时，金 属的功函数与Ti化的C化对准，从而创建针对电子的非常小、甚至不存在的势垒，因此允许 对电子的非常低接触电阻。金属功函数趋近并接近C化的程度可取决于TiOx的厚度，例如， 随着Ti化变厚，金属功函数更接近其CNL。通常，在一些情况下，2皿至3皿的Ti化使金属的功 函数接近其CNL。另一方面，由于与娃的很大价带不连续性，TiOx提供针对空穴(在n型触点 内部不想要空穴)的优异拒绝势垒。因此，有非常高的可能性会妨碍和拒绝趋近运个界面的 空穴，将它们保持在娃内部并且使它们有机会朝向P型触点（其构成光电流)移动并且进入P 型触点。TiOx在退火时或者在Ti存在(在顶部上)时变得缺氧。运创建了氧空位，所述氧空位 继而具有渗杂Ti化的效果，使得其变为n型半导体并且导致Ti化成为导电的。另外，TiOx的 电阻率可W低至le-2ohm-cm的范围。
[0040] 如同绝缘纯化触点（I型)一样，TiOx的最优厚度可使接触电阻最小化。运种最优出 现，是因为随着厚度增加，金属的费米能级更接近Ti化的CNL，从而降低针对电子的遂穿势 垒。另一方面，太厚的Ti化层呈现高电阻遂穿势垒。不同于绝缘势垒的是，由于Ti化的导电 性，最小接触电阻的最优厚度趋于更大。为了运个目的，也可使用具有接近娃的导带的CNL 并且允许电子的高质量遂穿的其他宽带隙半导体。
[0041] 对于P型触点，合适的宽带隙材料是诸如Ni化的材料。NiOx价带趋于与娃的价带对 准，其中C化也接近/趋近运个级别，从而为空穴提供良好的传导路径。另一方面，由于比娃 大得多的带隙（在大约3.3eV的范围中），在价带中可能存在大的带不连续性。因此，从娃侧 撞击在运个界面上的娃中电子可能遇到非常大的势垒并且具有高拒绝。如同Ti化一样，存 在Ni化的使接触电阻最小化的最优厚度。例如，NiOx顶部上的合适金属是Ni。
[0042] 可使用例如原子层沉积(ALD)来沉积Ti化和NI化。n型顶部上的太阳能电池金属化 可W是例如Al和Ti,可使用诸如物理气相沉积、喷墨W及丝网印刷的许多技术来沉积所述 Al和TinP型触点顶部上的太阳能电池金属化可W是例如Ni,并且也可使用诸如PVD或喷墨 的技术加W沉积。
[0043] 宽带隙材料与绝缘材料的组合。一般用于太阳能电池和薄背接触背结太阳能电池 的另一种类的纯化触点解决方案是绝缘体与宽带隙半导体的组合，所述组合形成为金属与 娃之间的薄夹层(本文被称为III型纯化触点或组合触点）。如前文一样，娃可W是重渗杂、 轻渗杂或无渗杂的并且可W是P或n型。取决于娃的渗杂，应满足金属和组合堆叠的选择。因 此，触点由W下组成:娃层，之后是绝缘层，之后是有利于特定触点的类型的宽带隙半导体， W及顶部上(也被适当选择来获得良好的接触电阻）的金属(太阳能电池金属化）。
[0044] 经常，基于夹层的厚度，在纯化触点中存在纯化质量与接触电阻之间的权衡。因此 具有薄绝缘体与宽带隙半导体的组合开启了在运两个合乎期望的度量之间的工艺窗口。例 如，发现在非常薄的A1203(绝缘体)的顶部上沉积薄Ti化(宽带隙）层导致改进的纯化质量。 接触电阻可仍然非常合乎期望，因为Ti化是导电的并且其厚度仍然很小。例如，在运种情况 下，载流子将遂穿绝缘体并且将在Ti化的导带中行进。
[0045] 例如像之后是Ti或Al的A1203/Ti0x的材料可用作n型触点的堆叠。然而，例如像 A1203/Ni0x/Ni的材料可W是P型触点的堆叠。可选地，例如，还可考虑册化而不是A1203来 用于组合堆叠。并且例如H?)x或A1203顶部上的化0可用于n型触点。可在2014年11月11日提 交的美国专利申请号14/538760中发现组合纯化堆叠的细节，所述申请W引用方式整体并 入本文。
[0046] 图4是本文描述的纯化触点解决方案实施方案和制造工艺流程的示意图。如图4所 示，在顶级处对W下进行:使用对基极触点的轻渗杂n渗杂连同重渗杂的P型（发射极）的装 置（图4中示出为N-基极(低渗杂）），W及需要对基极触点的重渗杂n(例如，憐或神)渗杂连 同重渗杂P型触点(发射极)的太阳能电池（图帥示出为N+基极僅渗杂））。在运些类别的每 一个内，存在使用激光工艺来雕刻并且限定不同基极和触点区域的流程(图4中示出为基于 Ns激光），W及使用硬掩模和湿法工艺来实现相同结果的另外组（图4中示出为基于硬掩 膜）。在硬掩膜解决方案中，可使用激光来限定掩膜W减少或消除对娃衬底的损坏，因为烧 蚀是在远离娃表面处执行。根据纯化触点是用于n触点或P触点还是n触点和P触点两者来对 最后或最低级进行分类。本文描述运些变型W及若干其他组的变型，诸如1、11和HI型触 点。
[0047] 图5是用于制造薄背板支撑式背接触背结电池的代表性非纯化触点工艺流程并且 被提供用于参考，所述工艺流程使用在电池背面(或非光明面)上的APCVD Al2〇3纯化来进行 发射极形成，并且使用ALD或PECVD Ab化纯化来进行正面（即，电池光接收或光明面)纯化。 所述工艺流程遵循适合于使用背板和双级金属化制作薄娃太阳能电池的结构，诸如3014年 10月30日公布的美国专利公布号2014/0318611中详细描述的结构，所述专利公布W引用方 式整体并入本文。运包括层压诸如预浸材料的背板(步骤10)，使用预浸对娃进行回蚀并且 使其变薄到期望厚度W使得其变得有利于高效率(步骤11)，使用激光来隔离太阳能电池上 的子电池(步骤12)，运在2014年11月6日公布的美国专利公布号2014/0326295中详细描述， 并且是指在隔离之后隔离因预浸而黏合地保持在一起的若干单独起作用的较小面积太阳 能电池的行为。
[0048] 图5的流程被分成前端和后端。前端产生选择性发射极，其中基于侣的金属1直接 接触n型和P型两者的重扩散W及非纯化触点，并且可导致制造出诸如图1的截面图中所示 电池的电池。在2014年12月1日提交的美国专利申请号14/570096中详细描述运个流程的各 方面，所述申请W引用方式整体并入本文。本申请提供对工艺流程的前端(在图5中的层压 之前)的解决方案，其包括强调纯化触点结构和方法的工艺流程。
[0049] 参考图5,在金属化之后，工艺流程的后端遵循适合于使用背板和双级金属化制作 薄娃太阳能电池的结构，诸如3014年10月30日公布的美国专利公布号2014/0318611中详细 描述的，所述专利公布W引用方式整体并入本文。运包括层压诸如预浸材料的背板(步骤 10) ，使用预浸对娃进行回蚀并且使其变薄到期望厚度W使得其变得有利于高效率(步骤 11) ，使用激光来隔离太阳能电池上的子电池(步骤12)，运在2014年11月6日公布的美国专 利公布号2014/0326295中详细描述，并且是指在隔离之后隔离因预浸而黏合地保持在一起 的若干单独起作用的较小面积太阳能电池的行为。在岛状电池切割之后，可对电池进行纹 理化(步骤13)。纹理化行为还可移除碎片并且清除由岛状电池激光切割创建的任何激光损 坏。在纹理化之后，可使用许多技术来沉积前纯化(步骤14和15)。随后，使用C02激光W非常 高的速度在背部钻探出通孔(步骤16)。通孔在下面的侣浆处停止。运之后是，第二级金属沉 积(金属2或M2)的最后步骤，所述步骤例如通过使用激光的PVD和金属姻案化(在步骤17和 18中示出）进行。在一些情况下，沉积金属可W是侣，之后是儀。M2厚度可W在2um至6um的范 围中，如设计需要所指定的。M2图案化激光可W是例如纳秒绿色或UV激光。
[0050] 如先前指出的，本申请提供对工艺流程的前端(在图5中的层压之前）的解决方案 来显示形成纯化触点的各种方法。表1示出用于制作纯化触点(基于绝缘体/金属)薄背板支 撑式背接触背结太阳能电池的工艺流程的前端。所使用的纯化触点方案是在诸如A1203或 H?)x的绝缘体的情况下，使用具有n型基极上的Ti或ALW及P型发射极上的Ni的ALD。 「AAC 4 1
[0052] 表1 .n触点和P触点两者上的前端流程(ns激光)双纯化触点。
[0053] 表1的工艺流程是在n型晶片的情况下描述的，所述n型晶片稍后在后端流程中变 薄到一定厚度，运个厚度被优化来给出最好的可能效率(例如，变薄到小于IOOum的厚度）。 创新方面也适用于P型晶片，其中本领域技术人员可理解对应变化。
[0054] 图6是示例性纯化触点薄背板支撑式背接触背结太阳能电池(诸如可根据表1的工 艺流程来制造的太阳能电池)的截面图。图6的特定太阳能电池具有在P+区域和n-区域上的 纯化触点，W及具有对应的不同基极金属和发射极金属的第一级金属。注意，在此实施方案 中，基极触点和发射极触点均被纯化，并且纯化方案是I型。触点是到n-表面和P+表面，并且 绝缘材料(在图6中示出为A1203或H?)x)可具有大约0.5nm至3nm的范围中的厚度。图6是示 例性太阳能电池馈如可根据表1的工艺流程来制造的太阳能电池)的截面图。
[0055] 重要的是，在仅基极纯化的触点或仅发射极纯化的触点的情况下，金属1可W是相 同材料。例如，n型衬底具有仅利用A1203的纯化基极触点，并且侣Ml层具有图案化的电隔离 基极和发射极金属化。换句话讲，可使用丝网印刷或诸如喷墨或气溶胶印刷的其他手段来 沉积图案化的侣。也可使用PVD Al,之后是图案化(例如，通过激光)来雕刻基极和发射极金 属图案。
[0056] 参考表1，在步骤1中对娃衬底（例如，CZ晶片，或者在一些情况下是外延生长的娃 层，其不需要银损移除）执行银损移除SDR之后，在步骤2中沉积A1203的APCVD层。用棚对运 个层进行渗杂，使得其用作渗杂剂源。在表1中的工艺流程的给出实例中，运个层被示出为 棚渗杂的A1203,然而，其还可W是诸如棚渗杂的Si化层的材料，所述棚渗杂的SWx层也可 使用APCVD进行沉积。在步骤3中，用UV ns激光对渗杂剂源进行图案化W打开发射极和基极 触点区域两者。纳秒UV可W是有利的，因为其在与某一种类的APCVD A1203薄膜一起使用时 可对块状娃造成减少到零的损坏。如果使用APCVD来沉积棚渗杂的Si化层，那么可能需要皮 秒激光而不是纳秒激光来进行图案化。并且尽管可导致块状娃中的损坏，但是可在用皮秒 激光打开娃之后通过湿法蚀刻娃来在一定程度上修复运个损坏。纳秒UV激光在烧蚀渗杂的 AL203APCVD层时可留下具有大约4nm厚度的残留物，所述残留物是渗杂的但富含娃、非化学 计量的Al化。层厚度相对好控制并且是均匀的，因为界面A1203层的烧蚀阔值显著增加，其 中它里面的娃含量略有增加。尽管运个残留层可用于用作发射极触点的P型渗杂剂源，但是 对于n触点区域可将运个残留层完全移除W形成到原始n衬垫的触点。运可通过在n型基极 触点区域上使用皮秒激光（已知其在一些情况下完全烧蚀AL203而不留下残留物）来实现， 如表1的步骤4中所示出。皮秒激光不触碰发射极触点区域，并且因此发射极触点区域保留 残留的4nm的A1203层。与皮秒一起使用的功率的量可足够低，使得其不对娃造成损坏。在高 容量制造中，皮秒和ns激光可组合在单个激光工具中。在此烧蚀之后，执行高溫退火来驱动 图案化区域中的棚渗杂剂，如表1的步骤5中所示出。由于基极上的ns和选择性皮秒，用棚对 背表面进行连续渗杂，除了在皮秒激光完全移除Al 203时存在基极触点开口之处。发射极触 点区域中的渗杂量可比发射极的剩余部分中的渗杂量低，因为运些区域中的渗杂剂源(例 如，A1203)的厚度大约为4nm。然而，渗杂浓度仍然足够大/高来与顶部上的遂穿绝缘体/金 属组合进行高质量接触。
[0057] 在退火和棚被驱动之后，在各处，除了基部触点开口区域，部署湿法蚀刻来将大约 4nm的残留A1203层从发射极移除W便使区域对于薄绝缘体沉积是原始的（如表1的步骤6中 所示出）。注意，如果在湿法蚀刻期间发生轻微底切，那么运不是高结果。在相同湿法蚀刻期 间，使用HF最后工艺来预处理表面。运之后是沉积薄绝缘层，其发生在各处，包括基极和发 射极触点开口 W及场区域中（如表1的步骤7所示出）。绝缘层材料包括诸如A1203和Hf化的 材料，并且可使用例如像原子层沉积ALD的技术加W沉积。也可使用替代性高质量纯化绝缘 体，例如使用ALD对其进行沉积。如参考I型纯化触点所描述的，薄绝缘体层拔掉上覆金属的 费米能级并且将金属带向其真空功函数。取决于装置要求额外考虑和装置，〇.5nm至化m的 范围中的最优绝缘体厚度可使接触电阻最小化并且使纯化质量最大化。
[0058] 在绝缘体沉积之后，沉积太阳能电池金属化(也被称为第一级金属，金属1或Ml)， 如表1的步骤8中所示出。用于基极触点的理想金属是具有接近娃的导带的真空功函数的金 属，例如像Al和Ti的金属。用于发射极触点的理想功金属是真空功函数接近娃中价带的真 空功函数的金属，例如像Ni的金属。可使用各种沉积方案将金属沉积在基极和发射极触点 区域中。例如，诸如喷墨或气溶胶和丝网印刷的图案化沉积方案可W有利于减少工艺步骤 (即，不需要金属图案化）。然而，也可使用基于PVD的金属沉积。如表1步骤8的金属化方案中 所示出，使用喷墨印刷在n型基极区域的顶部上印刷图案化的Al并且在P型基极区域上印刷 图案化的Ni。运之后是热处理来激活两个薄膜。注意，在一些情况下，取决于溫度要求，热处 理可W是依序的。通常，运可构成前端工艺流程的结束，并且随后可部署常见后端工艺流 程，诸如图5中提供的后端工艺流程，来完成太阳能电池。然而，在一些情况下，可利用较厚 的金属1层来为后端工艺流程（图5)期间的通孔钻探步骤创建优越的通孔钻探停止层。并且 在一些情况下，较厚的金属1还可用来改进金属1层的线性电阻。在运些情况下，可在金属1 的顶部上添加丝网印刷的Al台阶，其利用仅在通孔钻探区域下的垫或者利用实线，如表1的 步骤9中所示出。
[0059] 变型种类1:存在金属1的若干可能变型。例如，在发射极上冲击图案化的喷墨Ni并 且将其激活，运之后是在基极和发射极两者上丝网印刷Al。或者可选地，发射极的图案化Ni 喷墨之后是Al的毯覆PVD。运之后可W是基于激光将PVD AK顶部上可能的Ni用作用于激光 的ARC)分成隔离的基极和发射极线。在金属1沉积的又一变型中，可使用Ni和AL的全PVD沉 积W及湿法蚀刻图案化。丝网印刷、喷墨（或气溶胶印刷）W及PVD的其他组合是隐含的。在 Ml金属化之后，可使用后端加工，诸如图5中描述的后端加工，来完成太阳能电池。
[0060] 变型种类2:在表2中示出的另一变型中，在高溫退火之前仅打开基极触点。运可确 保在基极触点将由n基极制成的情况下不存在P型渗杂剂源。在高溫退火和渗杂剂驱动之 后，使用皮秒激光打开发射极触点。皮秒激光可用于打开，因为A1203薄膜可因高溫退火而 致密化并且不再有利于使用皮秒(ns)激光打开。在打开发射极和基极触点两者并且驱进渗 杂剂之后，使用HF来清洁表面W移除自然氧化物并且确保随后的ALD沉积薄绝缘体(A1203 或H?)x)保留优异的表面质量。最后，如先前描述来执行金属化的，其包括变型。
[0061]
[0062]
[0063] 表2. n触点和P触点两者上的前端流程(ns激光)双纯化触点。
[0064] 变型种类3:表3示出前端流程的又一实施方案，其中仅基极(n-)触点被纯化。P+发 射极触点是正常触点，其中金属在直接接触娃而中间不存在任何绝缘体。重要的是，注意金 属化方案中的细微差异。因为发射极不是纯化触点，所W直接侣也可在重渗杂P型衬底上起 作用，换句话说，用于基极和发射极的第一级金属化可W是相同的材料，诸如侣，其中具有 图案化的电隔离基极和发射极金属化。可选地，发射极的其他选择是铁和儀。基极金属选择 类似于针对纯化触点所描述的:侣和铁。可W产生类似变型，其中仅发射极被纯化。 「OOASl
LUUOOJ 巧3.1 乂仕n舰点上的刖瑞'侃巧化S微化；州化舰点。
[0067] 变型种类4:在又一变型中，可使用硬掩膜和湿法加工来限定发射极和基极区域， 如表4中的工艺流程中所示出。表4示出使用硬掩膜来制造具有双纯化触点的薄背板支撑式 背接触背结太阳能电池的前端工艺流程。
[0068] 参考表4,第一步骤是沉积图案化的无渗杂层，所述层可用来仅在基极触点所在的 特定区域中阻挡棚渗杂剂(步骤2)。运个图案化的无渗杂层的宽度可与基极触点的预期宽 度大约相同，并且应覆盖基极触点预期所在的所有区域。所述层的最小厚度应使得其完全 阻挡来自随后上覆的渗杂氧化物的棚渗杂剂通过而到达娃。例如，SiOx层可具有在50nm至 IOOnm范围中的最小厚度，然而，最小厚度可W是取决于材料的。另一方面，最大厚度应使得 其可在随后加工中移除/取出而没有太大难度。例如，使用湿法工艺的移除应不引起严重底 切。沉积方法包括有利于在大约70um至IOOum图案宽度(例如，互相交叉的指宽度)的尺寸中 沉积图案化(或者毯覆，之后是图案化)50nm至500nm厚度薄膜的方法。无渗杂层材料选择包 括例如使用诸如喷墨和丝网印刷的方法来沉积的诸如无渗杂SWx、其他氧化物或者氮化物 的材料。
[0069] 在无渗杂层之后，沉积用于发射极的基于APCVD的棚渗杂层(步骤3)。运个棚渗杂 层可W是渗杂A1203(如表4中所示出）或者诸如棚渗杂SiOx的材料。在一些情况下，渗杂 A1203层可具有优越发射极饱和电流密度的优势。注意，尽管渗杂A1203相比前述渗杂Si化 层仍然具有优势，但在一些情况下，与使用激光进行图案化的情况(如表2中所示出）相比， 在硬掩膜加上湿法加工(如表4中所示出）的情况下使用A1203可能不太有利。例如，当使用 激光时，可仅用可能损坏下面娃的皮秒激光对渗杂Si化层进行图案化，而在一些情况下，使 用激光图案化的硬掩膜加上湿法加工，对娃的损坏是最小的，甚至是零。表4中的步骤4是高 溫渗杂剂从上覆渗杂剂源驱动到娃中W形成P型发射极区域。关键是在无渗杂层被沉积的 情况下，棚渗杂剂被阻挡并且表面在运些区域中保持n-。运之后是由硬掩膜沉积组成的步 骤5。例如，运可W是诸如阳CVD沉积的a-Si或a-Si/SIC的材料(例如，具有5皿至50皿范围中 的厚度)并且具有两个重要性质：1)其有利于通过脉冲激光被图案化成基极和发射极，而不 会通过渗杂剂源氧化物对下面娃造成损坏；W及2)选择性使用湿法蚀刻来图案化下面的渗 杂剂源(例如，基于HF的蚀刻化学）。例如，硬掩膜材料诸如阳CVD a-Si，并且在一些情况下， ALD沉积的氮化物。
[0070] 表4中的步骤6由使用皮秒激光来图案化硬掩膜组成。皮秒激光可W是最优的来选 择性烧蚀阳CVD a-SI/a-SiC，而不通过下面的渗杂剂源。步骤7由W下组成:使用a-Si层作 为硬掩膜来湿法蚀刻基极和发射极区域中的渗杂剂源，所述硬掩膜保护所述区域的剩余部 分免受蚀刻。步骤8和9分别由W下组成:清洁表面W使其处于原始状态(通常是HF浸溃），之 后是针对纯化触点沉积诸如A1203或HfOx的绝缘层。运之后是如步骤10和11中所示出的金 属沉积。注意，在表1上的情况下论述的金属1沉积的所有变型是同等适用的。在Ml金属化之 后，可使用后端加工，诸如图5中所描述的后端加工，来完成太阳能电池。
[0071]
[0072] 表4.针对发射极和基极两者的前端流程(硬掩膜)双纯化触点。
[0073] 变型种类5:注意，当仅一个类型的触点(n或P型）需要被纯化而另一个仍然是直接 金属到娃触点时，可容易从表4推论得出硬掩膜加上湿法工艺的变型。
[0074] 变型种类6:注意，所有前述的到基极的纯化触点设及接触轻渗杂(n-基极）。在粗 略检查中，到n-区的接触可能容易造成高电阻，然而，诸如A1203或H?)x的适当绝缘体的插 入可减少隧穿势垒，减少的程度即使在n衬底的情况下也足W产生低接触电阻（例如，减少 到lel5至lel7范围的电阻范围）。然而，如果需要较低接触电阻，那么可能通过使用具有纯 化触点的重渗杂n+基极层来进一步改进接触电阻。运将需要创建局部扩散的n+层，作为图5 中示出的太阳能电池结构的变型。表5到7中提供关于此变型的=个示例性工艺流程。并且 尽管每个流程使用基于激光的图案化并且可容易推断出到硬掩膜工艺的扩展。表5是示出 到P+发射极和n+基极两者的双触点纯化的示例性流程。表6是示出仅到基极n+的单个触点 纯化的示例性流程。表7是示出仅到P+发射极的单个触点纯化的示例性流程。
[0075]
[0076] 表5.针对基极和发射极两者的前端流程(激光)双纯化触点，到化的基极触点。
[0077] W上表5示出用于制作到发射极和基极两者的双纯化触点的前端工艺流程，其中 所述基极是重渗杂的。
[007引
[0079] 表6.仅针对基极的前端流程(激光)单个纯化触点，到化的基极触点。
[0080] W上表6示出用于制作仅到基极的纯化触点的前端工艺流程，其中基极是重渗杂 的。
[0081]
[0082] 表7.仅针对发射极的前端流程(激光)单个纯化触点。
[0083] W上表7示出用于制作仅到发射极的纯化触点的前端工艺流程，其中基极是重渗 杂的。
[0084] 重要的是，注意金属化方案可取决于两个触点均被纯化还是其中的一个被纯化而 改变。当P型材料顶部上存在纯化触点时，上覆材料应当是具有接近娃的价带的功函数的金 属，诸如儀。当P型材料上不存在纯化触点时，上覆金属可W是儀、侣或铁。对于基极，类似的 是，纯化触点应当是诸如侣或铁的材料。非纯化触点将金属化材料增加为除了侣和铁之外 还包括儀。在W上约束内，尽管未明确描述，但可使用金属类型和沉积方案两者的不同变 型。此外，可从表4、5、6和7容易理解用于n+纯化触点的工艺流程的硬掩膜和湿法加工版本。
[0085] 变型种类7:在前述工艺流程中，渗杂剂源层(侣和Si的氧化物)被保留并且成为太 阳能电池的永久部分。事实上，尽管W上渗杂剂源中大多数是基于APCVD的，但还可使用丝 网印刷的渗杂剂浆料来创建娃中的渗杂。然而，容易理解的是，在所有W上实施方案中，可 W剥除最初的渗杂层，并且可使用诸如ALD、APCVD或PECVD的方法来沉积诸如无渗杂A1203 或Si02的纯化层。此沉积之后将是湿法蚀刻（基于硬掩膜的）或者基于激光的触点打开。紧 随其后并且沿着W上描述的流程的线，可使用基于ALD的AL203或HfOx型绝缘体在P型、n型 或两种类型上创建纯化触点。运些绝缘体的PECVD沉积也可用于纯化触点。一般来说，并且 如之前所描述的，运些触点容易适用于基极是n渗杂的或重渗杂的两种一般情况。
[0086] 变型种类8:所有前述工艺流程是在I型纯化触点的情况下加^描述。如之前限定 的I型纯化触点具有夹在金属与半导体之间的单个薄绝缘层。重要的是，提出在所有W上流 程中，还可使用II型和HI型纯化触点。
[0087] 固有地，因为每个触点类型所需要的宽带隙半导体类型是不同的，所W在基极和 发射极中仅一个需要被纯化时，使用II型和III型触点（运两者均包含宽带隙半导体)可能 不那么复杂。当在两种触点上使用II型和HI型触点时，必须注意的是，对于电子(n型区 域），具有导带处的CNL的宽带隙半导体应单独使用或结合诸如A1203/Hf0x的薄绝缘体一起 使用。例如，TiOx本身或A1203/Ti0x的组合可在ALD反应器中原位沉积，并且仅由A1203或 册化ALD代替。然而，对于P型触点，例如，NiOx本身或结合A1203和H?)x应当是II型和HI型 纯化材料。另外，应注意，当同时纯化n型和P型触点两者时，由于不同宽带隙材料的要求，可 能需要增加宽带隙材料的图案化来将两个种类放在正确地方。运可能添加工艺流程步骤和 制造复杂性。因此，对于双纯化触点，I型纯化触点可W是有利的。对于单个纯化触点（基极 或发射极上），因为宽带隙材料是导电的，所W其还应当在场中被隔离，利用激光容易执行 隔离图案化。
[0088] W上所概述的工艺流程不应在限制意义上理解。从W上详细论述显而易见的是， 有若干可能方式来创建运些流程的更多变型。尽管未明确陈述，但是运类变型是隐含的。
【主权项】
1. 一种背接触背结光伏太阳能电池，其包括： 具有正面和背面的半导体光吸收层； 位于所述半导体光吸收层背面上的基极区和发射极区； 位于所述基极区和所述发射极区上的钝化介电绝缘层； 物理接触所述钝化介电绝缘层的第一导电触点，所述第一导电触点和所述钝化介电绝 缘层一起具有适合于选择性收集电子的功函数，所述功函数紧密匹配所述光吸收层的导 带；以及 物理接触所述钝化介电绝缘层的第二导电触点，所述第二导电触点和所述钝化介电绝 缘层一起具有适合于选择性收集空穴的功函数，所述功函数紧密匹配所述光吸收层的价 带。2. 如权利要求1所述的背接触背结光伏太阳能电池，其中所述钝化介电绝缘层是氧化 铝A1203。3. 如权利要求1所述的背接触背结光伏太阳能电池，其中所述钝化介电绝缘层是氧化 铪HfOx。4. 如权利要求1所述的背接触背结光伏太阳能电池，其中所述半导体光吸收层是η型， 并且所述第一导电触点是铝并且所述第二导电触点是镍。4. 一种背接触背结光伏太阳能电池，其包括： 具有正面和背面的半导体光吸收层； 位于所述半导体光吸收层背面上的基极区和发射极区； 位于所述基极区上的钝化介电绝缘层； 第一级金属化，所述第一级金属化接触所述发射极区并且接触位于所述基极区上的所 述钝化介电绝缘层，所述第一级金属化和所述钝化介电绝缘层一起具有适合于选择性收集 电子的功函数，所述功函数紧密匹配所述光吸收层的导带； 位于所述第一级金属化上的电绝缘背板； 第二级金属化，其通过所述电绝缘介质中的导电通孔来接触所述第一级金属化。5. 如权利要求4所述的背接触背结光伏太阳能电池，其中所述钝化介电绝缘层是氧化 铝Α1203。6. 如权利要求4所述的背接触背结光伏太阳能电池，其中所述钝化介电绝缘层是氧化 铪HfOx。7. 如权利要求4所述的背接触背结光伏太阳能电池，其中所述第一级金属化是铝。
【文档编号】H01L31/18GK105940503SQ201480074386
【公开日】2016年9月14日
【申请日】2014年12月2日
【发明人】P·卡普尔, H·德沙哲, M·伊斯拉姆, M·M·莫斯勒希
【申请人】索莱克赛尔公司