本公开的实施例涉及可再生能源领域，具体地讲，包括太阳能电池的箔基金属化的方法以及所得太阳能电池。
背景技术：
光伏电池(常被称为太阳能电池)是熟知的用于将太阳辐射直接转换为电能的装置。一般来讲，使用半导体加工技术在基板的表面附近形成p-n结，从而在半导体晶片或基板上制造太阳能电池。照射在基板表面上并进入基板内的太阳辐射在基板块体中形成电子和空穴对。电子和空穴对迁移至基板中的p掺杂区域和n掺杂区域，从而使掺杂区域之间生成电压差。将掺杂区连接至太阳能电池上的导电区，以将电流从电池引导至与其耦接的外部电路。
效率是太阳能电池的重要特性，因其直接与太阳能电池发电能力有关。同样，制备太阳能电池的效率直接与此类太阳能电池的成本效益有关。因此，提高太阳能电池效率的技术或提高制造太阳能电池效率的技术是普遍所需的。本公开的一些实施例允许通过提供制造太阳能电池结构的新工艺而提高太阳能电池的制造效率。本公开的一些实施例允许通过提供新型太阳能电池结构来提高太阳能电池效率。
附图说明
图1a至图1e示出根据本公开的一个实施例采用箔基金属化的太阳能电池制造中各个阶段的剖视图，其中：
图1a示出太阳能电池制造中在发射极区域上形成可选的金属晶种区域之后的一个阶段，所述发射极区域在太阳能电池基板背表面的一部分上方形成；
图1b示出可选地形成保护层之后的图1a结构；
图1c示出金属箔粘附至其背表面之后的图1b结构；
图1d示出在金属箔中形成激光凹槽之后的图1c结构；以及
图1e示出对金属箔的暴露表面进行阳极化处理之后的图1d结构。
图2为根据本公开的一个实施例的流程图，该流程图列出与图1a至图1e相对应的太阳能电池的制造方法中的操作。
图3a至图3c示出根据本公开的另一个实施例采用箔基金属化的太阳能电池制造中各个阶段的剖视图，其中：
图3a示出太阳能电池制造中涉及将阳极化金属箔放置在可选的金属晶种区域上方的一个阶段，所述金属晶种区域在太阳能电池基板背表面的一部分上方形成的发射极区域上形成；
图3b示出将阳极化金属箔焊接至其背表面之后的图3a结构；以及
图3c示出在阳极化金属箔中形成激光凹槽之后的图3b结构。
图4为根据本公开的一个实施例的流程图，该流程图列出与图3a至图3c相对应的太阳能电池的制造方法中的操作。
图5示出根据本公开的另一个实施例采用基于阳极化箔的金属化的另一种太阳能电池的制造中各个阶段的剖视图。
图6a示出根据本公开的一个实施例的太阳能电池的一部分的剖视图，该太阳能电池具有在形成于基板中的发射极区域上形成的基于箔的触点结构。
图6b示出根据本公开的一个实施例的太阳能电池的一部分的剖视图，该太阳能电池具有在形成于基板中的发射极区域上形成的基于阳极化箔的触点结构。
具体实施方式
以下具体实施方式本质上只是示例性的，并非意图限制所述主题的实施例或此类实施例的应用和用途。如本文所用，词语“示例性”意指“用作例子、实例或举例说明”。本文描述为示例性的任何实施未必理解为相比其他实施优选的或有利的。此外，并不意图受前述技术领域、背景技术、
技术实现要素：
或以下具体实施方式中提出的任何明示或暗示的理论的约束。
本说明书包括对“一个实施例”或“实施例”的提及。短语“在一个实施例中”或“在实施例中”的出现不一定是指同一实施例。特定的特征、结构或特性可以任何与本公开一致的合适方式加以组合。
术语。以下段落提供存在于本公开(包括所附权利要求书)中的术语的定义和/或语境：
“包括”。该术语是开放式的。如在所附权利要求书中所用，该术语并不排除另外的结构或步骤。
“被配置为”。各种单元或部件可被描述或主张成“被配置为”执行一项或多项任务。在这样的语境下，“被配置为”用于通过指示该单元/部件包括在操作期间执行一项或多项那些任务的结构而暗示结构。因此，即使当指定的单元/部件目前不在操作(例如，未开启/激活)时，也可将该单元/部件说成是被配置为执行任务。详述某一单元/电路/部件“被配置为”执行一项或多项任务明确地意在对该单元/部件而言不援用35u.s.c.§112第六段。
如本文所用的“第一”、“第二”等这些术语用作其之后的名词的标记，而并不暗示任何类型的顺序(例如，空间、时间和逻辑等)。例如，提及“第一”太阳能电池并不一定暗示该太阳能电池为某一序列中的第一个太阳能电池；相反，术语“第一”用于区分该太阳能电池与另一个太阳能电池(例如，“第二”太阳能电池)。
“耦接”–以下描述是指元件或节点或结构特征被“耦接”在一起。如本文所用，除非另外明确指明，否则“耦接”意指一个元件/节点/结构特征直接或间接连接至另一个元件/节点/结构特征(或直接或间接与其连通)，并且不一定是机械耦接。
此外，以下描述中还仅为了参考的目的使用了某些术语，因此这些术语并非意图进行限制。例如，诸如“上部”、“下部”、“上方”或“下方”之类的术语是指附图中提供参考的方向。诸如“正面”、“背面”、“后面”、“侧面”、“外侧”和“内侧”之类的术语描述部件的某些部分在一致但任意的参照系内的取向和/或位置，通过参考描述所讨论的部件的文字和相关的附图可以清楚地了解所述取向和/或位置。这样的术语可以包括上面具体提及的词语、它们的衍生词语以及类似意义的词语。
本文描述了太阳能电池的箔基金属化的方法以及所得太阳能电池。在下面的描述中，给出了许多具体细节，诸如具体的工艺流程操作，以便提供对本公开的实施例的透彻理解。对本领域的技术人员将显而易见的是可在没有这些具体细节的情况下实施本公开的实施例。在其他情况中，没有详细地描述熟知的制造技术，诸如平版印刷和图案化技术，以避免不必要地使本公开的实施例难以理解。此外，应当理解在图中示出的多种实施例是示例性的展示并且未必按比例绘制。
本文公开了制造太阳能电池的方法。在一个实施例中，制造太阳能电池的方法涉及在基板中或基板上方形成多个交替的n型半导体区域和p型半导体区域。该方法还涉及将金属箔粘附至所述交替的n型半导体区域和p型半导体区域。该方法还涉及在与交替的n型半导体区域和p型半导体区域之间的位置相对应的区域上激光烧蚀穿过金属箔的仅一部分。该方法还涉及在激光烧蚀之后对剩余金属箔进行阳极化处理，以隔离该剩余金属箔中与交替的n型半导体区域和p型半导体区域相对应的区域。
在另一个实施例中，制造太阳能电池的方法涉及在基板中或基板上方形成多个交替的n型半导体区域和p型半导体区域。该方法还涉及将阳极化金属箔粘附至所述交替的n型半导体区域和p型半导体区域，该阳极化金属箔具有阳极化顶部表面和阳极化底部表面，所述阳极化顶部表面和阳极化底部表面之间具有金属部分。将阳极化金属箔粘附至交替的n型半导体区域和p型半导体区域涉及穿透阳极化金属箔的阳极化底部表面的区域。所述方法还涉及在与交替的n型半导体区域和p型半导体区域之间的位置相对应的区域上激光烧蚀穿过阳极化金属箔的阳极化顶部表面和金属部分。激光烧蚀终止于阳极化金属箔的阳极化底部表面，以隔离与交替的n型半导体区域和p型半导体区域对应的剩余金属箔的区域。
本文还公开了太阳能电池。在一个实施例中，太阳能电池包括基板。多个交替的n型半导体区域和p型半导体区域设置在基板中或基板上方。在所述多个交替的n型半导体区域和p型半导体区域上方设置有导电触点结构。该导电触点结构包括多个金属晶种材料区域，使得所述交替的n型半导体区域和p型半导体区域中的每个区域上均设置有金属晶种材料区域。在所述多个金属晶种材料区域上设置有金属箔，该金属箔具有阳极化部分，所述阳极化部分隔离所述金属箔中与所述交替的n型半导体区域和p型半导体区域相对应的金属区域。
本文所述的一个或多个实施例涉及用于太阳能电池的基于金属(例如铝)阳极化的金属化。在一个实施例中，公开了一种用于叉指背接触(ibc)太阳能电池的铝金属化工艺。在一个实施例中，公开了阳极化处理和后续的激光刻槽方法。
在第一方面，激光刻槽和后续的阳极化处理方法为ibc太阳能电池提供了新的电极图案化方法，该方法基于对铝(al)箔(其已激光焊接至电池)进行激光图案化和阳极化处理，以形成接触指的叉指图案。可实施第一方法的实施例来为晶片上al箔的图案化提供一种无损的方法，避免复杂的对齐和/或掩蔽过程。
与上文提及的第一方面一致，图1a至1e示出根据本公开的一个实施例采用箔基金属化的太阳能电池制造中各个阶段的剖视图。图2为根据本公开的一个实施例的流程图，该流程图列出与图1a至图1e相对应的太阳能电池的制造方法中的操作。
图1a示出太阳能电池制造中在发射极区域上形成可选的金属晶种区域之后的一个阶段，所述发射极区域在太阳能电池基板背表面的一部分上方形成。参见图1a以及流程图200的对应操作202，在基板上方形成多个交替的n型半导体区域和p型半导体区域。具体地讲，基板100上方设置有设置在薄介电材料102上的n型半导体区域104和p型半导体区域106，所述薄介电材料作为n型半导体区域104或p型半导体区域106各自与基板100之间的居间材料。基板100具有与背表面相对的光接收表面101，n型半导体区域104和p型半导体区域106在所述背表面上方形成。
在一个实施例中，基板100是单晶硅基板，诸如块体单晶n型掺杂硅基板。然而，应当认识到，基板100可以是设置在整个太阳能电池基板上的层，诸如多晶硅层。在一个实施例中，薄电介质层102为厚约2纳米或更小的隧穿氧化硅层。在一个这样的实施例中，术语“隧穿介电层”是指非常薄的介电层，通过该介电层可实现电传导。传导可由于量子隧穿和/或通过介电层中的薄点直接物理连接的较小区域的存在而造成。在一个实施例中，隧穿介电层为薄氧化硅层或包括薄氧化硅层。
在一个实施例中，交替的n型半导体区域104和p型半导体区域106分别为成形的多晶硅，该多晶硅通过例如采用等离子体增强化学气相沉积(pecvd)法形成。在一个这样的实施例中，n型多晶硅发射极区域104掺有n型杂质，例如磷。p型多晶硅发射极区域106掺有p型杂质，例如硼。如图1a所示，交替的n型半导体区域104和p型半导体区域106可具有形成于两者之间的沟槽108，所述沟槽108部分地延伸到基板100中。另外，在一个实施例中，在交替的n型半导体区域104和p型半导体区域106上形成底部抗反射涂层(barc)材料110或其他保护层(例如非晶硅层)，如图1a所示。
在一个实施例中，光接收表面101是纹理化光接收表面，如图1a所示。在一个实施例中，采用基于氢氧化物的湿式蚀刻剂对基板100的光接收表面101进行纹理化处理，并且也可对沟槽108表面进行纹理化处理，同样如图1a所示。应当理解，对光接收表面纹理化处理的时间安排可以变化。例如，可在薄介电层102形成之前或之后进行纹理化处理。在一个实施例中，纹理化表面可为具有规则或不规则形状的表面，该表面用于散射入射光，从而减少从太阳能电池的光接收表面101反射离开的光量。再次参见图1a，附加实施例可包括在光接收表面101上形成钝化和/或抗反射涂(arc)层(共同示为层112)。应当理解，形成钝化和/或arc层的时间安排可以变化。
再次参见图1a并且现在参见流程图200的对应可选操作204，形成多个金属晶种材料区域114，从而分别在每个交替的n型半导体区域104和p型半导体区域106上形成金属晶种材料区域。金属晶种材料区域114与所述交替的n型半导体区域104和p型半导体区域106直接接触。
在一个实施例中，金属晶种区域114为铝区域。在一个这样的实施例中，铝区域各自具有大约在0.3至20微米范围内的厚度，并且包含的铝含量大于约97％，硅含量大约在0至2％范围内。在其他实施例中，金属晶种区域114包含金属，例如但不限于镍、银、钴或钨。
图1b示出可选地形成保护层之后的图1a结构。具体地讲，参见图1b，绝缘层116形成在多个金属晶种材料区域114上。在一个实施例中，绝缘层116为氧氮化硅材料层的氮化硅。
图1c示出金属箔粘附至其背表面之后的图1b结构。参见图1c以及流程图200的对应操作206，通过使金属箔118的部分与金属晶种材料区域114中每一个的对应部分直接耦接，将金属箔118粘附至交替的n型半导体区域和p型半导体区域。在一个这样的实施例中，将金属箔118的部分与金属晶种材料区域114中每一个的对应部分直接耦接涉及在这些位置中的每一个处形成金属焊接120，如图1c所示。在另一个实施例中，在该阶段的加工中使用未经图案化的毯覆式金属晶种层替代金属晶种区域114。在该实施例中，毯覆式金属晶种层可在后续的蚀刻工艺(诸如基于氢氧化物的湿式蚀刻工艺)中图案化。
在一个实施例中，金属箔118为铝(al)箔，其厚度大约在5至100微米范围内，优选地大约在50至100微米范围内。在一个实施例中，al箔为包含铝和第二元素(例如但不限于铜、锰、硅、镁、锌、锡、锂或它们的组合)的铝合金箔。在一个实施例中，al箔为回火级(tempergrade)箔，例如但不限于f级(自由状态)、o级(全软)、h级(应变硬化)或t级(热处理)。
在一个实施例中，通过使用例如但不限于激光焊接工艺、热压缩工艺或超声波粘合工艺的技术，将金属箔118直接粘附至多个金属晶种材料区域114。在一个实施例中，包括可选的绝缘层116，并且将金属箔118粘附至多个金属晶种材料区域114涉及穿透绝缘层116的区域，如图1c所示。
应当理解，根据另一个实施例，可实施一种无晶种的方法。在此类方法中，不形成金属晶种材料区域114，并且金属箔118被直接粘附至交替的n型半导体区域104和p型半导体区域106的材料。例如，在一个实施例中，金属箔118被直接粘附至交替的n型多晶硅区域和p型多晶硅区域。
图1d示出在金属箔中形成激光凹槽之后的图1c结构。参见图1d以及流程图200的对应操作208，金属箔118在与交替的n型半导体区域104和p型半导体区域106之间的位置相对应的区域上(例如，如图1d所示的沟槽108位置上方)被激光烧蚀穿过该金属箔118的仅一部分。激光烧蚀形成凹槽122，该凹槽部分地延伸到金属箔118中，但未完全穿过该金属箔。
在一个实施例中，形成激光凹槽122涉及激光烧蚀一定厚度的金属箔118，该厚度大约在金属箔118总厚度的80％至99％范围内。即，在一个实施例中，关键的是不穿透金属箔118的下部，使得金属箔118保护下面的发射极结构。
在一个实施例中，激光烧蚀是在无掩模的情况下进行的；然而，在其他实施例中，掩模层在激光烧蚀之前形成于金属箔118的一部分上，并在激光烧蚀之后被移除。在一个这样的实施例中，掩模形成于一部分或整个箔面上。在另一个实施例中，掩模随后在下文所述的阳极化过程期间保留在原位。在一个实施例中，掩模在该过程结束时不移除。然而，在另一个实施例中，掩模在该过程结束时不移除，并保留为保护层。
图1e示出对金属箔的暴露表面进行阳极化处理之后的图1d结构。参见图1e以及流程图200的对应操作210，在剩余金属箔118的暴露表面上对该金属箔进行阳极化处理，以隔离剩余金属箔118中与交替的n型半导体区域104和p型半导体区域106相对应的区域。具体地讲，对金属箔118的暴露表面(包括凹槽122的表面)进行阳极化处理，以形成氧化涂层124。在与交替的n型半导体区域104和p型半导体区域106相对应的位置126处，例如在沟槽108上方位置处的凹槽122中，对金属箔118的整个剩余厚度进行阳极化处理，以隔离金属箔118在n型半导体区域104和p型半导体区域106中每一个的上方剩余的区域。
在一个实施例中，金属箔118为铝箔，并且对金属箔进行阳极化处理涉及在金属箔118剩余部分的暴露部分和最外侧部分上形成氧化铝。在一个这样的实施例中，对铝箔进行阳极化处理涉及使铝箔的暴露表面氧化至大约1至20微米范围内的深度，优选地氧化至大约5至20微米范围内的深度。在一个实施例中，为了电隔离金属箔118的接触部分，将金属箔118在激光凹槽122底部的部分完全阳极化，如图1e所示。在一个实施例中，同样如图1e所示，可在氧化涂层124的部分中制作开口128，以使得能够接触金属箔118的某些区域。
再次参照图1e，在另一个实施例中，对图案化金属箔进行蚀刻以隔离金属箔的部分，而不是通过阳极化处理金属箔来隔离金属箔的部分。在一个这样的实施例中，图1d的结构被暴露于湿式蚀刻剂。虽然湿式蚀刻剂会蚀刻金属箔的全部暴露部分，但采用小心定时的蚀刻工艺可在不显著减少金属箔无凹槽区域厚度的情况下穿透激光凹槽122的底部。在一个具体实施例中，使用基于氢氧化物的蚀刻剂，例如但不限于氢氧化钾(koh)或四甲基氢氧化铵(tmah)。
在第二方面，阳极化处理和后续的激光刻槽方法涉及使用阳极化氧化铝(aao)作为激光着陆区对阳极化箔进行注入。然后保留着陆区，从而在最终太阳能电池中提供电绝缘。
与上文提及的第二方面一致，图3a至3c示出根据本公开的另一个实施例采用箔基金属化的太阳能电池制造中各个阶段的剖视图。图4为根据本公开的一个实施例的流程图，该流程图列出与图3a至图3c相对应的太阳能电池的制造方法中的操作。
图3a示出太阳能电池制造中涉及将阳极化金属箔放置在可选的金属晶种区域上方的一个阶段，所述金属晶种区域在太阳能电池基板背表面的一部分上方形成的发射极区域上形成。参见图3a以及流程图400的对应操作402，在基板上方形成多个交替的n型半导体区域和p型半导体区域。具体地讲，基板300上方设置有设置在薄介电材料302上的n型半导体区域304和p型半导体区域306，所述薄介电材料作为n型半导体区域304或p型半导体区域306各自与基板300之间的居间材料。基板300具有与背表面相对的光接收表面301，n型半导体区域304和p型半导体区域306在所述背表面上方形成。
在一个实施例中，基板300是单晶硅基板，诸如块体单晶n型掺杂硅基板。然而，应当认识到，基板300可以是设置在整个太阳能电池基板上的层，诸如多晶硅层。在一个实施例中，薄电介质层302为厚约2纳米或更小的隧穿氧化硅层。在一个这样的实施例中，术语“隧穿介电层”是指非常薄的介电层，通过该介电层可实现电传导。传导可由于量子隧穿和/或通过介电层中的薄点直接物理连接的较小区域的存在而造成。在一个实施例中，隧穿介电层为薄氧化硅层或包括薄氧化硅层。
在一个实施例中，交替的n型半导体区域304和p型半导体区域306分别为成形的多晶硅，该多晶硅通过例如采用等离子体增强化学气相沉积(pecvd)法形成。在一个这样的实施例中，n型多晶硅发射极区域304掺有n型杂质，例如磷。p型多晶硅发射极区域306掺有p型杂质，例如硼。如图3a所示，交替的n型半导体区域304和p型半导体区域306可具有形成于两者之间的沟槽308，所述沟槽308部分地延伸到基板300中。
在一个实施例中，光接收表面301是纹理化光接收表面，如图3a所示。在一个实施例中，采用基于氢氧化物的湿式蚀刻剂对基板300的光接收表面301进行纹理化处理，并且也可对沟槽308表面进行纹理化处理，同样如图3a所示。应当理解，对光接收表面纹理化处理的时间安排可以变化。例如，可在薄介电层302形成之前或之后进行纹理化处理。在一个实施例中，纹理化表面可为具有规则或不规则形状的表面，该表面用于散射入射光，从而减少从太阳能电池的光接收表面301反射离开的光量。再次参见图3a，附加实施例可包括在光接收表面301上形成钝化和/或抗反射涂(arc)层(共同示为层312)。应当理解，形成钝化和/或arc层的时间安排可以变化。
再次参见图3a并且现在参见流程图400的对应可选操作404，形成多个金属晶种材料区域314，从而分别在每个交替的n型半导体区域304和p型半导体区域306上形成金属晶种材料区域。金属晶种材料区域314与所述交替的n型半导体区域304和p型半导体区域306直接接触。
在一个实施例中，金属晶种区域314为铝区域。在一个这样的实施例中，铝区域各自具有大约在0.3至20微米范围内的厚度，并且包含的铝含量大于约97％，硅含量大约在0至2％范围内。在其他实施例中，金属晶种区域314包含金属，例如但不限于镍、银、钴或钨。
再次参见图3a，阳极化金属箔318被设置在金属晶种区域314上方。在一个实施例中，阳极化金属箔318为阳极化铝箔，其上形成有氧化铝涂层319。在一个这样的实施例中，阳极化铝箔318的总厚度大约在5至100微米范围内，优选地在50至100微米范围内，其中阳极化顶部表面319a和阳极化底部表面319b各占大约1至20微米范围内、优选地5至20微米范围内的厚度。因此，在一个实施例中，阳极化金属箔318具有阳极化顶部表面(涂层319a)和阳极化底部表面(涂层319b)，两者之间有导电金属部分。在一个实施例中，阳极化金属箔318为包含铝和第二元素(例如但不限于铜、锰、硅、镁、锌、锡、锂或它们的组合)的阳极化铝合金箔。在一个实施例中，阳极化金属箔318为回火级阳极化铝箔，例如但不限于f级(自由状态)、o级(全软)、h级(应变硬化)或t级(热处理)。
图3b示出将阳极化金属箔焊接至其背表面之后的图3a结构。参见图3b以及流程图400的对应操作406，通过使阳极化金属箔318的部分与金属晶种材料区域314中每一个的对应部分直接耦接，将阳极化金属箔318粘附至交替的n型半导体区域304和p型半导体区域306。在一个这样的实施例中，将阳极化金属箔318的部分与金属晶种材料区域314中每一个的对应部分直接耦接涉及在这些位置中的每一个处形成金属焊接320，如图3b所示。在一个具体实施例中，用真空系统使阳极化金属箔318的背表面变平，并在点焊基体后将该阳极化金属箔激光焊接到金属晶种层上。
在一个实施例中，通过使用例如但不限于激光焊接工艺、热压缩工艺或超声波粘合工艺的技术，将阳极化金属箔318粘附至多个金属晶种材料区域314。在一个实施例中，将阳极化金属箔318粘附至多个金属晶种材料区域314涉及穿透底部表面氧化涂层319b，如图3b所示。
在一个实施例中(未示出，但与图1b的描述类似)，在将阳极化金属箔318粘附至多个金属晶种材料区域314之前，在多个金属晶种材料区域314上形成绝缘层。在一个实施例中，将阳极化金属箔314粘附至多个金属晶种材料区域314涉及穿透绝缘层的居间区域。
应当理解，根据另一个实施例，可实施一种无晶种的方法。在此类方法中，不形成金属晶种材料区域314，并且阳极化金属箔318被直接粘附至交替的n型半导体区域304和p型半导体区域306的材料。例如，在一个实施例中，阳极化金属箔318被直接粘附至交替的n型多晶硅区域和p型多晶硅区域。在一个这样的实施例中，该工艺涉及穿透底部表面氧化涂层319b。
图3c示出在阳极化金属箔中形成激光凹槽之后的图3b结构。参见图3c以及流程图400的对应操作408，阳极化金属箔318在与交替的n型半导体区域304和p型半导体区域306之间的位置相对应的区域上(例如，如图3c所示的沟槽308位置上方)被激光烧蚀穿过该阳极化金属箔318的阳极化顶部表面319a和中央金属部分。激光烧蚀终止于阳极化金属箔318的阳极化底部表面319b，以隔离与交替的n型半导体区域和p型半导体区域对应的剩余金属箔318的区域。
如此，激光烧蚀形成凹槽322，该凹槽部分地延伸到阳极化金属箔318中，但未完全穿过该阳极化金属箔。在一个实施例中，关键的是不穿透阳极化金属箔318的阳极化底部表面319b，使得阳极化金属箔318保护下面的发射极结构。因此，沟槽深度受到精确控制，使得沟槽深入阳极化al箔的底部氧化层而又不完全切透底部氧化层。在一个实施例中，激光烧蚀是在无掩模的情况下进行的；然而，在其他实施例中，掩模层在激光烧蚀之前形成于阳极化金属箔318的一部分上，并在激光烧蚀之后被移除。
在一个实施例中，结合图3a至图3c所描述的方法还涉及，在将阳极化金属箔318粘附至交替的n型半导体区域304和p型半导体区域306之前，在阳极化金属箔318的阳极化底部表面319b上形成激光反射或吸收膜。在一个这样的实施例中，激光烧蚀涉及使用红外(ir)激光，并且形成激光反射或吸收膜涉及形成品红膜。更一般地说，应当理解，实施例涉及采用根据所用激光而设计的膜颜色。在此类方法中，膜颜色被选择用于反射或烧蚀。在所述具体实施例中，使用品红膜意味着其吸收绿色并反射蓝色和红色。在一个实施例中，对于激光为透明的顶部膜被应用于阳极化金属箔的上表面。然而，反射膜被应用于阳极化金属箔的底部表面。在另一个实施例中，底部表面为染色的阳极化氧化铝层，该层能够吸收大约或大于85％的激光脉冲。
再次参见图3c，通过形成遵循叉指图案的凹槽，用激光最后图案化阳极化al箔，该叉指图案可与晶种图案平行或垂直。上面的图解展示了一般方法，并且可直接适用于平行刻槽。在另一个实施例中，阳极化al箔的绝缘表面在粗金属二(coarsemetaltwo)(m2)方法中(即，用于垂直刻槽)可为一种益处，以便仅接触所选极性的指。在一个这样的实施例中，箔底部的阳极氧化铝层防止相反极性的指之间发生分流，并且电触点仅通过点焊加工制成。
图5示出根据本公开的另一个实施例采用基于阳极化箔的金属化的另一种太阳能电池的制造中各个阶段的剖视图。参见图5的(a)部分，阳极化铝箔518与基板500装配在一起，该基板上设置有多个金属晶种区域514。参见图5的(b)部分，进行激光焊接以生成焊点520，从而将箔518粘附至金属晶种区域514。参见图5的(c)部分，进行激光图案化以形成激光凹槽522。在一个实施例中，凹槽的图案与金属晶种区域514的图案垂直。在一个实施例中，激光烧蚀终止于金属箔518的阳极化底部表面。
本文所述的实施例可用于制造太阳能电池。在一些实施例中，参见图1e和3c，太阳能电池包括设置在基板100或300上方的多个交替的n型(104或304)和p型(106或306)半导体区域。在所述多个交替的n型半导体区域和p型半导体区域上方设置有导电触点结构。该导电触点结构包括多个金属晶种材料区域114或314，使得所述交替的n型半导体区域和p型半导体区域中的每个区域上均设置有金属晶种材料区域。金属箔118或318设置在多个金属晶种材料区域上。金属箔118或318具有阳极化部分124或319，这些阳极化部分隔离金属箔118或318中与交替的n型半导体区域和p型半导体区域相对应的金属区域。在一个这样的实施例中，金属箔118或113的所有暴露表面均被阳极化。然而，在另一个实施例中，可在阳极化部分中形成开口(例如，128)以用作金属触点，诸如结合图1e所述。在又一个实施例中，在激光烧蚀之前对箔进行阳极化处理，而不进行后续的阳极化处理。在该实施例中，激光凹槽322可使非阳极化表面暴露，如图3c所示。在一个实施例中，基板100或300为n型单晶硅基板，多个交替的n型(104或304)和p型(106或306)半导体区域被设置在设置于该基板上方的多晶硅材料中。
在又一个实施例中，基板为单晶硅基板，交替的n型半导体区域和p型半导体区域形成于该单晶硅基板中。在第一示例中，图6a示出根据本公开的一个实施例的太阳能电池的一部分的剖视图，该太阳能电池具有在形成于基板中的发射极区域上形成的基于箔的触点结构。参见图6a，太阳能电池包括设置在基板600中的多个交替的n型半导体区域604和p半导体区域型半导体区域606。在所述多个交替的n型半导体区域和p型半导体区域上方设置有导电触点结构。该导电触点结构包括多个金属晶种材料区域614，使得所述交替的n型半导体区域和p型半导体区域中的每个区域上均设置有金属晶种材料区域。金属箔618设置在多个金属晶种材料区域614上。金属箔618具有阳极化部分624，这些阳极化部分隔离金属箔618中分别与交替的n型半导体区域604和p型半导体区域606相对应的金属区域。
在第二示例中，图6b示出根据本公开的一个实施例的太阳能电池的一部分的剖视图，该太阳能电池具有在形成于基板中的发射极区域上形成的基于阳极化箔的触点结构。参见图6b，太阳能电池包括设置在基板650中的多个交替的n型半导体区域654和p半导体区域型半导体区域656。在所述多个交替的n型半导体区域和p型半导体区域上方设置有导电触点结构。该导电触点结构包括多个金属晶种材料区域664，使得所述交替的n型半导体区域和p型半导体区域中的每个区域上均设置有金属晶种材料区域。金属箔668设置在多个金属晶种材料区域664上。金属箔668具有阳极化部分669，这些阳极化部分隔离金属箔668中分别与交替的n型半导体区域664和p型半导体区域666相对应的金属区域。
在本公开的另一方面，提供了以结合上述示例性实施例所述的概念为基础的其他实施例。最普遍的考虑是，背接触式太阳能电池通常需要在太阳能电池的背面上具有两种极性的图案化金属。在由于成本、复杂性或效率原因而无法得到预图案化金属的情况下，毯覆式金属的低成本、低材料加工通常有利于基于激光的图案化方法。
就高效电池而言，对于电池背部的图案化金属通常具有两点要求：(1)金属完全隔离，以及(2)无损加工。对于大规模生产而言，可能还需要该过程为高产能过程，例如每小时产能大于500个晶片。对于复杂的图案，使用激光对硅顶部上的厚金属(例如，大于1微米)或高反射性金属(例如，铝)进行图案化可在生产中引起实质性的产能问题。以高速率烧蚀厚金属和/或高反射性金属所需的能量需要超过下面发射极的损伤阈值的激光能量(例如，大于1j/cm2)，因此可能产生产能问题。由于使金属完全隔离的必要性和金属厚度与激光能量的变化，金属图案化中常常发生过度蚀刻。特别是，似乎没有高产能/低成本的单一激光能量窗口可以完全移除金属而又不使发射极暴露于破坏性激光束下。
根据本公开的实施例，描述了多种金属图案化的方法。此外，应当理解，由于图案化工艺与金属粘合工艺的相互作用，同时考虑使第一金属层或晶种金属层(m1)与上金属层诸如箔(m2)结合的粘合方法很重要。如下文更详细地描述，一些粘合方法实现了各种图案化选项。
在一个实施例中，取决于粘合方法，在箔(m2)被粘合至气相沉积薄晶种金属(m1)并因此被粘合至下面器件晶片之中实现了不同强度的粘附力。此外，在粘附力测试期间观察到不同类型的失效模式。对于激光粘合，粘附力可取决于激光能量密度(每一聚焦面积的能量)。在较低的能量密度下，m1与m2之间的粘附力太弱，m2很容易分离。随着激光能量密度增大，通过在箔和下面的m1晶种层之间进行焊接而获得的粘附力变得强到足以在粘附力测试期间撕裂箔。当激光能量密度变得甚至更高时，下面的m1层开始受到影响，并在剥离测试中在箔被撕裂之前m1-器件晶片的粘合就已被破坏。为了利用上述不同撕裂模式，在一个实施例中，在激光粘合过程中使用空间形状的激光束。激光束可在外部区域具有较高强度(m1撕裂范围)，在内部具有较低强度(m2撕裂范围)，使得在焊接后，箔(m2)可与m1一起撕下，而完好地保留焊接点下的m2/m1区域。
在另一方面，当使用湿式化学蚀刻剂完成沿着凹槽的隔离时，m1可长期暴露于蚀刻剂。在此期间，可能发生不期望的蚀刻，或者如果m1和m2未完全粘合在一起，则化学物质可能会被截留在m1和m2之间。在这两种情形下，如果采用非连续粘合方法沿着金属指(例如，低密度粘合，诸如每10毫米一个粘合点)使铝箔与金属晶种层粘合，则蚀刻溶液可在箔/金属晶种交界面渗透，引起不期望的对m1指的蚀刻以及/或者对m1/m2粘合点的侵蚀，从而导致器件性能不良。粘合方法可包括激光焊接、局部热压缩、焊接和超声波粘合。因此，并非所有的粘合方法都能与基于蚀刻的图案化相容，并且特别地，任何低密度粘合方法诸如激光焊接都可变得特别具有挑战性。
在一个实施例中，可实施所述方法，以通过保护m1层免受化学侵蚀来解决与上述湿式化学蚀刻剂有关的问题，并允许使用基于蚀刻的图案化工艺。实施例可包括采用激光焊接作为粘合方法，以及在激光刻槽之后使用化学蚀刻作为图案化方法，但所述概念可适用于其他非线性粘合方法和基于化学蚀刻的图案化方法。
在第一个这样的实施例中，毯覆式保护层在金属晶种沉积后被沉积在基板上，或者在激光焊接过程之前被沉积在箔上。材料选择和层厚度确保可穿过保护层实现激光焊接。材料可以是对化学蚀刻处理(例如，koh溶液)具有抗性的。合适的材料示例包括但不限于粘合剂、有机硅、聚合物或薄电介质。在第二个这样的实施例中，薄封盖层(例如，厚度为大约100纳米)被沉积在金属晶种层顶部上。该薄封盖层由不同金属(例如，ni)构成，并且对化学蚀刻溶液具有抗性。在一个具体实施例中，薄封盖层与m1和m2之间的激光焊接过程相容。在第三个这样的实施例中，在激光焊接之前或之后将耐蚀刻材料指(与第一实施例类似)印刷于m1指之间并施以热处理，以确保保护指和m2箔之间具有持续的粘附力。在一个具体实施例中，由激光工艺生成的热量最终用于将保护材料指粘合到m2层上。箔和指之间的交界面充当抵抗蚀刻溶液的屏障。材料可足够薄且/或软，不影响箔装配和激光焊接过程(例如，需要紧密的m1/m2接触)。
在第一示例性工艺流程中，刻槽和蚀刻方法涉及使m1沉积(例如，能够与m2粘合的晶种导电层的沉积)至太阳能电池的器件侧。将m2层施加到m1/电池上，并保持适于粘合的接触。粘合的能量，例如热压缩或激光能量(例如，大于100微秒的长脉冲持续时间)应用于局部加热m2以及粘合m1和m2。然后，通过机械方式或通过另一激光工艺(例如，较短脉冲持续时间，小于大约1微秒)形成凹槽，从而得到深凹槽(例如，大于箔厚度的大约80％)，并从箔施加器修剪下箔。然后，例如通过给该结构施加蚀刻介质并选择性地蚀刻m2的剩余部分，以实现导电区域的隔离。在一个实施例中，为了提高选择性，选择预图案化的m1层来为蚀刻介质提供耐蚀刻性，例如耐koh蚀刻的ni金属。可能的m2材料包括但不限于铝、镍、铜、钛、铬或它们的多层组合。使用铝m1层时，蚀刻介质可包括碱性化学物质(诸如氢氧化钾)或者酸性化学物质(诸如磷酸或磷酸和硝酸的混合物)。然后，将蚀刻介质从晶片上彻底冲洗掉，从而完成蚀刻反应并避免在晶片上留下化学残留物。可利用水平喷淋冲洗和/或超声搅拌将化学物质从晶片上完全去除。
在第二示例性工艺流程中，采用基于高功率激光刻槽加上低功率激光隔离的双步图案化。该方法首先涉及在太阳能电池的器件侧上沉积m1(例如，适于与m2激光焊接的晶种导电层)并且对沉积的m1层进行图案化处理。然后，将m2层施加到m1/电池上，并保持适于激光焊接的直接接触。施加高能光束(例如，大于约100微秒的长脉冲持续时间激光或电子束)，以局部加热m2并粘合m1和m2。施加另外的激光(例如，较短脉冲持续时间，小于大约1微秒)，从而得到深凹槽(例如，大于箔厚度的大约80％)，并从箔施加器修剪下箔。然后，沿着激光凹槽施加第二低功率激光，以隔离剩余的m2。
应当理解，可通过其他方法实现刻槽。例如，在另一个实施例中，未采用激光工艺，而是使用机械工艺形成上述凹槽，例如但不限于一组拖曳跨过整个表面的硬头切削工具、吻切、cnc铣削、离子铣削或其他切削类机构。
应当理解，可通过其他方法移除剩余金属。例如，在另一个实施例中，在凹槽形成后，通过用电(例如，具有高电流的电)进行电阻加热来烧化剩余金属，从而移除剩余金属。在另一个实施例中，在凹槽形成后，经由非常温和的/低通量的激光烧蚀移除剩余金属。在另一个实施例中，在凹槽形成后，通过其他蚀刻法(例如等离子蚀刻或反溅射蚀刻)移除剩余金属。在另一个实施例中，在凹槽形成后，通过夹紧或粘附至要移除的金属区域，然后“撕掉”所述夹紧的或粘附的区段，来移除剩余金属。
在移除剩余金属的撕裂法的第一具体实施例中，形成了两个平行的凹槽，留下要撕下的金属条，该金属条的宽度大约在100至500微米范围内。在第二具体实施例中，凹槽线延伸到太阳能电池外部，将被用作后续撕裂工序的撕裂起始点。在第三具体实施例中，在刻槽之前，使用m1/m2粘合方法，例如激光焊接点(或线)、热压缩粘合或其他方法，这些方法提供比最终撕下的m2箔的剪切强度更强的粘附力。在第四具体实施例中，利用激光凹槽或激光粘合激光的激光束形状来改良金属的机械性能，例如，通过基于时间和温度调节光束轮廓，以定制冷却轮廓并改良颗粒结构。这种方式有利于凹槽后的隔离过程。在一个这样的实施例中，高斯光束的形状经过扭曲而使峰倒置，从而边缘轮廓具有更高的能量并用于形成缝焊。粘合部边缘处较高的局部加热造成更大的应力并改变冷却轮廓，并且焊接材料的边缘具有比整体更低的屈服强度或更不可延展。在这种情况下，在撕裂过程中交界面最先失效。在上述四个实施例的每一个中，金属晶种层可在刻槽前被图案化，也可在刻槽后被图案化，优选地与上述刻槽后隔离一起进行。
在其他实施例中，通过使用封盖层(例如，ni、聚合物、氧化物，或沉积在m1上的薄粘合剂，或m2)来保护m1层免受蚀刻剂侵蚀，该封盖层具有与焊接工艺相容的厚度或构成(例如，对于通过聚合物的焊接而言，小于大约10微米)。在其他实施例中，以适当高的密度(例如，自上而下看100％)实现粘合，以免蚀刻剂渗入间隙，并避免对m1进行过度蚀刻。可通过与整体m2集成来产生粘合(例如，线性焊接、热压缩粘合)。
虽然上文结合图1a-1e、图3a-3c、图5、图6a和图6b并结合其他所述实施例具体描述了某些材料，但是在其他此类实施例中，可容易地用其他材料来取代其中的一些材料，这些实施例仍然在本公开实施例的实质和范围内。例如，在一个实施例中，可使用不同材料的基板，诸如iii-v族材料的基板，用来代替硅基板。在其他实施例中，上述方法可适用于除太阳能电池制造之外的制造。例如，发光二极管(led)的制造可受益于本文所述的方法。
因此，已公开了太阳能电池的箔基金属化的方法以及所得太阳能电池。
尽管上面已经描述了具体实施例，但即使相对于特定的特征仅描述了单个实施例，这些实施例也并非旨在限制本公开的范围。在本公开中所提供的特征的例子除非另有说明否则旨在为说明性的而非限制性的。以上描述旨在涵盖将对本领域的技术人员显而易见的具有本公开的有益效果的那些替代形式、修改形式和等效形式。
本公开的范围包括本文所公开的任何特征或特征组合(明示或暗示)，或其任何概括，不管其是否减轻本文所解决的任何或全部问题。因此，可以在本申请(或对其要求优先权的申请)的审查过程期间对任何此类特征组合提出新的权利要求。具体地讲，参考所附权利要求书，来自从属权利要求的特征可与独立权利要求的那些特征相结合，来自相应的独立权利要求的特征可以按任何适当的方式组合，而并非只是以所附权利要求中枚举的特定形式组合。
在一个实施例中，制造太阳能电池的方法包括在基板中或基板上方形成多个交替的n型半导体区域和p型半导体区域。该方法还包括将金属箔粘附至所述交替的n型半导体区域和p型半导体区域。该方法还包括在与交替的n型半导体区域和p型半导体区域之间的位置相对应的区域上激光烧蚀穿过金属箔的仅一部分。该方法还包括在激光烧蚀之后隔离剩余金属箔中与交替的n型半导体区域和p型半导体区域相对应的区域。
在一个实施例中，隔离剩余金属箔的区域包括对该剩余金属箔进行阳极化处理。
在一个实施例中，隔离剩余金属箔的区域包括蚀刻该剩余金属箔。
在一个实施例中，所述方法还包括，在粘附金属箔之前形成多个金属晶种材料区域，从而在每个交替的n型半导体区域和p型半导体区域上形成金属晶种材料区域，其中将金属箔粘附至交替的n型半导体区域和p型半导体区域包括粘附金属箔至多个金属晶种材料区域。
在一个实施例中，所述方法还包括，在将金属箔粘附至多个金属晶种材料区域之前，在多个金属晶种材料区域上形成绝缘层，其中将金属箔粘附至多个金属晶种材料区域包括穿透绝缘层的区域。
在一个实施例中，将金属箔粘附至多个金属晶种材料区域包括使用选自激光焊接工艺、热压缩工艺和超声波粘合工艺的技术。
在一个实施例中，形成多个金属晶种材料区域包括形成铝区域，每个铝区域的厚度大约在0.3至20微米范围内，并且包含的铝含量大于约97％、硅含量大约在0至2％范围内，其中粘附金属箔包括粘附厚度大约在5至100微米范围内的铝箔，并且其中隔离剩余金属箔的区域包括通过使铝箔的暴露表面氧化至大约1至20微米范围内的深度来对该铝箔进行阳极化处理。
在一个实施例中，激光烧蚀穿过金属箔的仅一部分包括以金属箔总厚度的大约80％至99％范围内的厚度激光烧蚀该金属箔。
在一个实施例中，形成多个交替的n型半导体区域和p型半导体区域包括在形成于基板上方的多晶硅层中形成交替的n型半导体区域和p型半导体区域，并且该方法还包括在每个交替的n型半导体区域和p型半导体区域之间形成沟槽，该沟槽部分地延伸到基板中。
在一个实施例中，基板为单晶硅基板，并且形成多个交替的n型半导体区域和p型半导体区域包括在单晶硅基板中形成交替的n型半导体区域和p型半导体区域。
在一个实施例中，所述方法还包括在激光烧蚀之前在金属箔的至少一部分上进一步形成掩模层。
在一个实施例中，制造太阳能电池的方法包括在基板中或基板上方形成多个交替的n型半导体区域和p型半导体区域。该方法还包括将阳极化金属箔粘附至交替的n型半导体区域和p型半导体区域，该阳极化金属箔具有阳极化顶部表面和阳极化底部表面，所述阳极化顶部表面和阳极化底部表面之间具有金属部分，其中将阳极化金属箔粘附至交替的n型半导体区域和p型半导体区域包括穿透阳极化金属箔的阳极化底部表面的区域。该方法还包括在与交替的n型半导体区域和p型半导体区域之间的位置相对应的区域上激光烧蚀穿过阳极化金属箔的阳极化顶部表面和金属部分，其中所述激光烧蚀终止于阳极化金属箔的阳极化底部表面，以隔离与交替的n型半导体区域和p型半导体区域对应的剩余金属箔的区域。
在一个实施例中，所述方法还包括，在粘附阳极化金属箔之前形成多个金属晶种材料区域，从而在每个交替的n型半导体区域和p型半导体区域上形成金属晶种材料区域，其中将阳极化金属箔粘附至交替的n型半导体区域和p型半导体区域包括粘附阳极化金属箔至多个金属晶种材料区域。
在一个实施例中，所述方法还包括，在将阳极化金属箔粘附至多个金属晶种材料区域之前，在多个金属晶种材料区域上形成绝缘层，其中将阳极化金属箔粘附至多个金属晶种材料区域包括穿透绝缘层的区域。
在一个实施例中，将阳极化金属箔粘附至多个金属晶种材料区域包括使用选自激光焊接工艺、热压缩工艺和超声波粘合工艺的技术。
在一个实施例中，形成多个金属晶种材料区域包括形成铝区域，每个铝区域的厚度大约在0.3至20微米范围内，并且包含的铝含量大于约97％、硅含量大约在0至2％范围内，其中粘附阳极化金属箔包括粘附总厚度大约在5至100微米范围内的阳极化铝箔，所述阳极化顶部表面和阳极化底部表面各占大约1至20微米范围内的厚度。
在一个实施例中，所述方法还包括，在将阳极化金属箔粘附至交替的n型半导体区域和p型半导体区域之前，在阳极化金属箔的阳极化底部表面上形成激光反射或吸收膜。
在一个实施例中，形成多个交替的n型半导体区域和p型半导体区域包括在形成于基板上方的多晶硅层中形成交替的n型半导体区域和p型半导体区域，并且该方法还包括在每个交替的n型半导体区域和p型半导体区域之间形成沟槽，该沟槽部分地延伸到基板中。
在一个实施例中，基板为单晶硅基板，并且形成多个交替的n型半导体区域和p型半导体区域包括在单晶硅基板中形成交替的n型半导体区域和p型半导体区域。
在一个实施例中，所述方法还包括，在激光烧蚀之前在阳极化金属箔的一部分上形成掩模层，并在激光烧蚀之后移除该掩模层。
在一个实施例中，太阳能电池包括基板。多个交替的n型半导体区域和p型半导体区域设置在所述基板中或上方。在多个交替的n型半导体区域和p型半导体区域上方设置有导电触点结构，该导电触点结构包括多个金属晶种材料区域，使得所述交替的n型半导体区域和p型半导体区域中的每个区域上均设置有金属晶种材料区域，并且在多个金属晶种材料区域上设置有金属箔，该金属箔具有阳极化部分，所述阳极化部分隔离金属箔中与所述交替的n型半导体区域和p型半导体区域相对应的金属区域。
在一个实施例中，金属箔的所有暴露表面均被阳极化。