使用外延沉积以制造结晶硅太阳能电池的方法

专利名称：使用外延沉积以制造结晶硅太阳能电池的方法
使用外延沉积以制造结晶硅太阳能电池的方法发明背景发明领域本发明的实施例涉及太阳能电池以及太阳能电池的制造。具体地说，本发明的实施例涉及薄结晶硅膜太阳能电池。相关技术的描述光伏(photovoltaic, PV)器件或太阳能电池(solar cell)是将太阳光转换成直流(DC)电カ的器件。随着传统能源价格攀升，需要ー种使用低成本太阳能电池器件的生产电力的低成本的方法。传统太阳能电池制造エ艺高度劳カ密集，并且 具有许多可能影响生产线处理量、太阳能电池成本以及器件产量的阻碍。再者，结晶硅太阳能电池虽大体上较有效率，但在制造上也比其他类型的太阳能电池更昂贵。结晶硅太阳能电池的一种替代方案是薄膜太阳能电池，所述薄膜太阳能电池一般具有光电转换単元，所述光电转换单元可包括数种硅膜，所述硅膜包括微晶硅膜(U c-Si)、非晶硅膜(a-Si)和多晶硅膜(poly-Si)。虽然薄膜太阳能电池大体上在制造上较不昂贵，但所述薄膜太阳能电池大体上不如结晶硅太阳能电池那么有效率。结晶硅太阳能电池电连接成电路而产生系统性能所能接受的电压。所述太阳能电池电路也提供其他必须的功能(如旁路ニ极管(bypass diode))以在电路中的太阳能电池被遮蔽时限制内部加热。光伏模块将太阳能电池电路包在包装中以做环境上的保护。光伏模块一般以玻璃盖、粘结材料和背片封装太阳能电池电路。光伏模块一般也包括“接线盒(junction box)”,在所述接线盒处制做与完备的光伏系统的其他部件的电连接件。用于光伏模块的典型制造顺序包括组装太阳能电池电路、组装层状(Iayerd)结构(所述结构包括玻璃、粘结材料、太阳能电池电路、更多粘结材料以及背片)，以及层叠所述层状结构。最終步骤包括安装模块框架与接线盒以及对模块测试。一般使用自动化工具(串焊(stringer/tabber))制造太阳能电池电路,所述自动化工具用平坦的铜(Cu)带线(互连件(interconnect))以电串联方式连接太阳能电池。数串以串联连接的太阳能电池随后与宽铜带(总线(buss))电连接，而完成电路。这些总线也将电流从电路中的数点带到接线盒以供旁路ニ极管与对电缆的连接件所用。现今多数太阳能电池在相对表面上具有触点I, contact) o背触点太阳能电池在背表面上具有正极触点与负极触点两者。相同表面上两种极触点的位置简化了太阳能电池的电互连。也可有新的组装途径与新的模块设计，诸如“单件模块组装(monolithic module assembly)”或“MMA”, “单件模块组装”是指组装太阳能电池电路以及在相同步骤中层叠。典型的单件模块组装是开始于背片，所述背片具有图案化电导体层，所述图案化电导体层形成在所述背片上。已知在可挠的大面积衬底上生产此类图案化导体层是由印刷电路板与可挠电路エ业中获得。背触点电池是以拾放工具(pick-and-place tool)放置在此背片上。此类工具为已知，且非常准确并具高处理量。在层叠步骤期间，太阳能电池电连接到背片上的图案化电导体上；所述层叠包装与电路因而在单一歩骤中以简单自动化产生。背片包括类似焊接件或导电粘结剂(电连接材料)之类的材料，所述材料在层叠温度压カ循环期间形成电连接件。背片及/或电池能够视情况包括电绝缘体层，以防止背片上的电导体与太阳能电池上的导体短接(shorting)。聚合物层也可设于背片与太阳能电池之间以供封装。此层提供背片与太阳能电池的低应カ的粘结。开放通道可设于此封装层中，在此处，在太阳能电池与导体层之间制作电连接件。用于太阳能电池的结晶硅衬底普遍是通过生长晶块(ingot)且将晶块切片成“晶片”而制造。所述切片エ艺非常不经济，因为在切割操作期间材料会损耗，有时将此现象称作KERF或KERF损耗。此外，晶块生长需要相当多的能量并且晶块生长使用其他増加成本的消耗品。最后，晶块使用硅原料，硅原料普遍是由三氯硅烷的氢还原而产生。此还原反应是能量与资金密集的，而也增加了成本。最終结果是，在使用结晶硅太阳能电池的光伏模块中，硅晶片是成本最大的ー个部件。 因此，需要制造成本減少的改良性结晶硅太阳能电池与模块组件。

发明内容
本发明大体上提供太阳能电池器件以及形成太阳能电池器件的方法。在一个实施例中，所述方法包括在生长衬底上形成分裂平面，在所述分裂平面上形成外延层，在所述外延硅体层上和/或中形成太阳能电池结构的多个部分，将所述外延层附接到与所述生长衬底相対的机械性支撑件，从所述外延硅体层分离所述生长衬底，以及在与所述机械性支撑件相対的所述外延硅体层上和/或中形成其他太阳能电池特征，以完成所述太阳能电池结构的形成。在另ー实施例中，一种太阳能电池包括使用生长衬底形成的外延硅体层，所述外延硅体层具有前表面和背表面；包含P型掺杂剂的P型发射扱，且所述P型发射极形成在所述外延硅体层的所述背表面中；包含n型掺杂剂的n型发射扱，且所述n型发射极形成在所述外延硅体层的所述背表面中；连接到所述P型层的多个P型触点；以及连接到所述n型层的多个n型触点。在另ー实施例中，ー种形成太阳能电池的方法包括在生长衬底上形成具有分裂平面的多孔层；处理所述多孔层的至少一部分而形成结晶层；在所述结晶层上和/或中形成太阳能电池结构的多个部分以形成太阳能电池结构的多个部分；将机械性支撑件附接到与所述生长衬底相対的所述结晶层；沿所述分裂平面从所述结晶层分离所述生长衬底；以及在与所述机械性支撑件相対的所述结晶层上和/或中形成其他太阳能电池特征而完成所述太阳能电池结构的形成。附图简要说明通过參考本发明实施例(这些实施例中的一些实施例被图示于附图中)，可得到以上简要概述的本发明的更具体的描述，这是能够详细了解本发明于上文所记载的特征的方式。然而，应注意，附图仅图示此发明的典型实施例，而因此不应将附图视为限制本发明的范围，因本发明可容许其他等效实施例。图IA至图IK图示根据本发明的一个实施例的制造顺序中不同阶段期间的太阳能电池的概略剖面图。
图2A至图2F图示根据本发明的一个实施例的制造顺序中不同阶段期间的太阳能电池的概略剖面图。图3A至图3L图示根据本发明的另ー实施例的制造顺序中不同阶段期间的太阳能电池的概略剖面图。图4A至图4C图示根据本发明的另ー实施例的制造顺序中不同阶段期间的太阳能电池的概略剖面图。图5A至图5C图示根据本发明的另ー实施例的制造顺序中不同阶段期间的太阳能电池的概略剖面图。图6A至图6E图示根据本发明的另ー实施例的制造顺序中不同阶段期间的太阳能电池的概略剖面图。图7图示根据本发明的另ー实施例串联连接的具有前触点与后触点太阳能电池 结构的太阳能电池。为了助于理解，尽可能处使用相同元件符号指定各图共同的相同元件。应了解一个实施例中公开的元件可有利地用于其他实施例而无须特别叙述。具体描沭本发明的实施例大体上提供薄单晶硅膜太阳能电池与使用硅生长衬底、用于太阳能电池的薄单晶硅膜的制造。本发明的实施例利用生长衬底以在所述生长衬底上形成薄单晶硅膜，将所述薄单晶硅膜附接至与生长衬底相対的机械性支撑件(诸如“载体(carrier)”或“操纵件(handle)”)，以及在后续太阳能电池处理期间于某个点从所述生长衬底分离所述薄单晶硅膜。本发明的实施例描述数种用于制造太阳能电池的方法以及使用薄单晶硅膜的模块，而所述薄单晶硅膜是通过使用生长衬底来形成的。薄单晶硅膜被处理成太阳能电池，而也可用载体将太阳能电池组装成模块。一般而言，单晶硅太阳能电池具有密集的资金成本，如此经常是制造单晶硅晶块与处理所述晶块而形成单晶硅衬底的成本所致。大幅減少成本的ー种途径是使用薄单晶硅膜。此类膜可通过化学气相沉积(CVD)在单晶硅衬底上产生，且随后通过使用预先存在的脆弱层从衬底移除此类膜，所述预先存在的脆弱层用于将单晶硅膜从衬底分离。可使用各种方法产生所述预先存在的脆弱层，例如通过氢注入与退火，或是通过多孔硅蚀刻。这种エ艺甚不昂贵，因为所述エ艺消除了硅原料生产步骤的成本、消除了切片步骤中的KERF损耗，并且所述エ艺消除了晶块生长的成本。再者，可多次再使用生长衬底，以形成更多外延单晶硅膜。大体而言，本发明的实施例包括在硅生长衬底上外延式生长薄结晶硅膜，此举产生具有良好材料质量的单晶硅膜。薄外延单晶娃膜在厚度上可介于5微米(ii m)至50微米之间,所述薄外延单晶娃膜非常难以如独立衬底般处理。在施加金属化后，所述薄外延单晶硅膜也可能而非常容易具有应カ而弯曲。薄膜也可能难以组装成光伏模块。因此，在薄结晶硅膜仍处于生长衬底上时尽可能处理所述太阳能电池是有利的。以此方式，仍可将传统太阳能电池的制造エ艺用在薄硅膜上而形成完备的太阳能电池。在薄外延单晶硅膜移除并且接着粘结到载体后，用于太阳能电池与模块制造的温度与化学兼容性可能转为受限于载体及用于粘结薄结晶硅膜至载体的材料的性质。许多不同的可能的エ艺顺序可用于从薄外延单晶硅膜形成太阳能电池，而所述薄外延单晶硅膜是通过使用生长衬底而形成的。
具有玻璃上盖板的背面结电池在一个实施例中，高效能的背面结电池结构是使用薄单晶硅膜形成的，所述薄单晶硅膜形成在生长衬底上并且所述薄单晶硅膜随后粘结到玻璃上盖板(glasssuperstrate)。參考图IA至

图1K,将描述代表性エ艺顺序，图IA至图IK图示在用于形成太阳能电池180的处理顺序中不同阶段期间太阳能电池结构的概略剖面视图。用于形成太阳能电池的エ艺可在一个衬底处理腔室中执行的单ーエ艺中执行，或者所述エ艺可在一或多个处理腔室中执行的多重エ艺步骤中执行。所述エ艺大体上包括在生长衬底上形成掺杂的外延层，其中形成的所述外延层变成薄太阳能电池衬底，在所述衬底上形成太阳能电池器件结构的其他部分。因此，外延层及/或硅生长衬底可进ー步受处理而形成各种特征，所述特征例如为发射极与抗反射涂层/钝化层。生长衬底从外延层分离，之后完成太阳能电池生产エ艺(诸如形成背触点)。随后可再使用生长衬底以形成更多薄外延单晶硅膜以供更多太阳能电池所用。在一个实施例中，硅生长衬底可历经两打或更多个的用于太阳能电池的形成薄单晶硅膜的循环。生长衬底100可为单结晶切克劳斯基(Czochralski)生长p型硅衬底。也可使用 其他类型的掺杂或非掺杂单晶硅衬底。所述生长衬底180可为0. 7毫米厚或更厚，诸如I毫米厚。较厚的生长衬底容许更多次再使用生长衬底，因为每一次薄单晶硅膜形成在生长衬底上且随后从生长衬底移除时，生长衬底都有少量损耗。生长衬底100是p型衬底，所述衬底具有每平方约10欧姆(Q/ □)的电阻率。生长衬底100可为重度掺杂的p型衬底，诸如p+或p++。为了使生长衬底100可再使用，则形成机械性脆弱的平坦层，使得脆弱的预先存在层或“分裂平面”配置在生长衬底100与薄外延单晶硅膜之间，所述薄外延单晶硅膜形成在生长衬底上。为此，多孔层103形成在生长衬底100上(图1A)。所述多孔层103可通过电化学蚀刻生长衬底100而形成，此举是使用硅蚀刻エ艺，其中所述生长衬底100作为浸溃在电解质溶液中的阳极，而另一材料(诸如钼)作为阴扱。电解质溶液可包含约2重量百分比(wt%)的氢氟酸(HF)。当电流通过生长衬底100时，多孔层103形成。通过调整电化学蚀刻エ艺中的蚀刻化学物质与电流密度，可将具有变化的孔隙度的多重多孔层形成至生长衬底100的顶部表面中。例如，具有微孔隙(micro-pore)的顶多孔层104可形成在具有巨孔隙(macro-pore)的底多孔层102上。所述底多孔层是高孔隙度层，而所述顶多孔层是低孔隙度层。因而，所述底多孔层具有第一孔隙度，所述顶多孔层具有第二孔隙度，所述第一孔隙度大于所述第二孔隙度。高孔隙度层可视为具有5-10%的孔隙度，而低孔隙度层小于这个量。巨孔隙直径视为在微米尺度范围，而微孔隙直径则是低于微米尺度范围。低孔隙度顶层104可为介于约0.5微米(ym)至约15pm厚之间，诸如介于约Ium至约7 ii m厚之间，而高孔隙度底层102可介于约10纳米(nm)至约5 y m厚之间。在一个实施例中，低孔隙度顶层104的孔隙度半径在尺寸上为约I U m，而高孔隙度底层102的孔隙度半径在尺寸上大于约I U m。改变电化学硅蚀刻的电流密度可用于改变孔隙直径，以形成巨孔隙或微孔隙层。巨孔隙层可例如通过以下方法形成在20°C下施加约每平方厘米3毫安(3mA/cm2)的蚀刻电流密度达约30分钟以供孔隙成核,接着在约8分钟内从3mA/cm2到20mA/cm2线性增加电流密度。电流可維持在20mA/cm2达约12分钟以形成高度多孔层。也可使用此技术领域中已知的其他形成多孔硅的方法。在另ー实施例中，可使用“智切(smart cut)”エ艺在多孔层103中形成分裂平面。“智切”エ艺包括在高能量下将氢离子注入多孔层103中。在所有氢原子都沉积的深度范围的終端，当生长晶体100退火时氢原子重新结合成H2分子而在多孔层103中形成脆弱的分裂平面。多孔层103中弱化的层可用于稍后的エ艺顺序以使生长衬底100从膜分裂，所述膜形成在生长衬底100上。形成分裂平面之后，生长衬底100与多孔层103在从约1000°C至约1200°C的温度下于氢气(H2)中退火达约30分钟的时长。退火倾向聚结低孔隙度微孔隙顶层104，而形成单一晶体层或非常接近单一晶体的层，且所述层具有平滑表面。因此，低孔隙度顶多孔层104变成晶种层，以供形成外延单晶硅膜的硅体层(bulk layer) 108，同时所述高孔隙度底多孔层102变成机械性脆弱平面而用于使生长衬底100从后续形成的薄外延单晶硅膜的硅体层108分离。退火エ艺可在与用于形成硅体层108相同的腔室中进行。接着，薄外延单晶硅膜的硅体层108形成于多孔层103上(例如于低孔隙度顶层 104上)，如图IB所示。硅体层108可生长到介于10微米至50微米厚(诸如40微米厚)，且硅体层108可使用化学气相沉积(CVD)、物理气相沉积(PVD)，或原子层沉积(ALD)エ艺形成，所述エ艺包括等离子体增强エ艺(例如PECVD)以及其他类型的CVD、PVD，或ALD技术。硅体层108在形成エ艺期间是以n型掺杂剂掺杂。例如在CVDエ艺中，当沉积硅体层108时，掺杂剂气体(诸如用于n型掺杂剂的膦)可纳入エ艺气体混合物中。在PVDエ艺中，掺杂剂可以是靶材料的一部分而随硅体层108沉积。此外，PVD沉积硅膜的后热处理用于使所述膜再结晶而将硅体层108形成为单结晶膜。或者，硅体层108的形成可通过以下步骤达成将具有多孔层103的生长衬底100的表面浸泡在熔融硅中，而在多孔层103上沉积ー层单晶硅膜。在生长衬底100上外延式形成硅薄膜生成硅体层108，所述硅体层108具有与所述生长衬底100相同的晶体结构。因此，通过使用多孔层103作为晶种层，可在生长衬底上形成薄外延单晶硅膜。就作为硅体层108的形成エ艺的一部分而言，p型层106也可形成在低孔隙度顶层104上。p型层106可以是使用硼作为掺杂剂的重度掺杂P+层。p型层106形成p-n结，所述结具有硅体层108的n型区域，而所述p型层106将变成完备的太阳能电池的后表面上的发射扱。视太阳能电池的类型与结构而定，其他エ艺顺序可形成P型层或n型层。p型层106在最初形成时可为3-5微米厚,但后续处理后最终层可为1-2微米厚。最初与最終厚度的差可能是因为形成CVD外延硅膜时成核及形成高质量硅膜可能花费了ー些时间。此外，将硅生长衬底100从膜分离之后，可能有残余的多孔硅层，所述残余的多孔硅层需要被移除而不至于消耗整体P型层106。硅体层108的顶部表面随后可受到蚀刻而形成纹理化表面，以用于増加太阳能电池中的光学吸收度，如图IC所示。碱性蚀刻剂可用于形成纹理化表面。纹理化结构也可进ー步以n型掺杂剂(诸如磷)扩散，而在接近纹理化表面处形成重度掺杂的n+区域。此举可通过在介于830°C至900°C的温度下退火太阳能电池180而完成。退火磷掺杂区域后，磷硅酸玻璃(PSG)可形成在硅体层108的顶部表面上，随后可使用蚀刻剂(诸如HF酸)全面地蚀刻除去PSG。PSG从硅体层108蚀刻除去，以准备所述表面以供进ー步处理。抗反射涂(ARC)层110可随后形成于硅体层108上，如图IC所示。在一个实施例中，ARC层110是氮化硅层，所述氮化硅层也可受到氢化而形成钝化层。可例如使用CVD、PVD或ALDエ艺形成ARC层110。可使用低温エ艺形成ARC层110。机械性支撑件随后粘结到硅体层108的表面，为膜提供支撑，所述膜在移除生长衬底100的剥离エ艺期间形成。机械性支撑件可包含各种衬底,一些衬底可仅用做为载体，所述载体稍后在后续太阳能电池或太阳能模块エ艺和其他エ艺期间被抛弃，所述其他エ艺可形成完备的太阳能电池或太阳能模 块的一部分。例如，上盖板(诸如玻璃上盖板114)粘结到ARC层110，如图ID所示。玻璃上盖板114在此实施例中作为最终太阳能电池结构中的前侧玻璃。通过使用粘结剂(如硅胶)可将玻璃上盖板114粘结到ARC层110，因而形成粘结层112。当使用硅胶时，太阳能电池180随后可在炉(诸如烤箱)中于200°C烘烤，以完成粘结エ艺并且将粘结层112固化到玻璃上盖板114。所述烘烤可达更长的时间，以确保硅胶对ARC层110 (或硅体层108)与玻璃上盖板114的粘结。也可使用本技术领域中其他适合的粘结材料。玻璃上盖板114可为从100微米到1000微米厚的薄片。例如，ー些可能的类型的玻璃可为浮式玻璃以及用于平面显示器的玻璃。硅生长衬底100随后从部分形成的太阳能电池180分离，如图IE所示。此举可通过以下步骤完成从部分形成的太阳能电池180沿低孔隙度顶层104与高孔隙度底层102之间的边界与所述生长衬底分裂。可通过施加热梯度生成热应カ或使用机械手段生成机械性冲击而执行所述分裂エ艺，使得高孔隙度底层102从低孔隙度顶层104分离。硅生长衬底100随后可受到清洁并再使用，如图IF所示。之后，部分形成的太阳能电池的后表面(例如p型层106)可能在从硅生长衬底100分离后需要受到蚀刻与清洁以移除残余的多孔材料。任何残余的低孔隙度顶层104可从p型层106通过蚀刻与清洁暴露的后表面而移除，如图IF所示。之后，使用各种エ艺形成后发射扱，所述エ艺诸如通过图案化P型层106而形成P+发射极，如在图IG开始处所示。p型层106可经图案化而暴露硅体层108的几个部分。图案化P型层106可通过使用以下方法执行激光剥离、激光化学处理(其中水导激光束包括化学蚀刻剂)、光刻エ艺(诸如网板印刷光刻胶与标准化学蚀刻)、蚀刻胶(诸如喷墨蚀刻剂印刷膏)，或其他此技术领域中已知的适合图案化技木。一部分的P型层106因此移除，而于区域150中暴露出硅体层108，所述区域150选以形成n型发射极120。钝化介电层116随后形成于P型层106以及硅体层108暴露的部分上。触点开ロ 152、154经图案化深入介电钝化层，如图IH与图II所示。例如，钝化介电层116经图案化而形成触点开ロ 152并且暴露n型掺杂硅体层108，此举可通过激光图案化、水刀(water jet)、印刷蚀刻剂墨水,或其他图案化工艺而完成。n型发射极120是通过掺杂硅体层108的暴露部分而形成。n型掺杂剂可为磷。掺杂エ艺可使用等离子体掺杂エ艺(例如，P3i注入エ艺，可购自应用材料公司)或标准热扩散エ艺完成。或者，通过使用激光化学处理或激光图案化而在低衬底温度下执行掺杂。激光化学处理可包括水刀(作为用于激光束的光导件)以及在水刀内的掺杂剂化学物质(诸如磷掺杂剂化学物质)。当激光从表面剥离电介质时，激光瞬间熔融硅表面并且激光致使同时掺杂表面。在另ー实施例中，掺杂剂源可沉积在表面上，随后是致使同时的表面掺杂的激光剥离。钝化介电层116再度被图案化，以形成触点开ロ 154而暴露p型层106以供p型触点所用，此举也可诸如通过激光图案化或通过激光烧成触点(laser firedcontact (LFC))方法完成。背触点119随后如图IJ至图IK所示般形成，所述背触点119诸如是p型触点与n型触点。背触点可通过沉积薄膜金属化层118形成。薄膜金属化层可例如为铝(Al)，铝随后可被更可粘结的金属(诸如镍(Ni))所涂布。太阳能电池180的后表面的金属化可包括金属化钝化介电层116以及p型层(形成p型触点)与n型发射极120 (形成n型触点)的暴露部分。接着，金属化层118经图案化而形成开ロ 160，因此形成背触点119，并且形成正极与负极栅格。可使用适合的技术图案化金属化层118，所述技术诸如蚀刻剂胶、光刻胶光刻技术与蚀刻，或印刷具有蚀刻剂的光刻胶图案而随后剥除光刻胶。尽管传导率可能受限，薄膜金属化尽量减少应カ并且在相对低温下沉积。所述P型触点与n型触点因此被电连接到太阳能电池180中形成的各个p型发射极和n型发射扱。背触点119可经退火或烧结，所述退火或烧结是在与太阳能电池结构中所述膜的 其余部分兼容的温度下，诸如400°C以下，例如介于约300°C至约400°C之间进行。可使用非等温的快速热技术(诸如RTP系统)或来自ー个表面的短热脉冲或次能隙光与光学处理完成所述退火或烧结，使得光与所致的热选择性地被触点吸收。P型触点可以LFC制作(LFC可消除P型触点图案化步骤)，并且使用激光烧结步骤作为替代方案。太阳能电池随后经测试以确保功能性。在一个实施例中，介电层(未图示)可视情况印刷在金属化层与背触点119上，以提供模块组件中的电隔离。对于模块组装而言，可能需要电介质的电隔离层(有时称为中间层电介质层(interlayer dielectric (ILD)layer))。ILD层可为印刷焊料光刻胶型材料，所述材料防止模块组装期间电路短接。例如，在模块组装期间，可能会使用相对顺应的导电粘结剂(ECA)。ECA虽然具有散播的倾向但能够使太阳能电池/模块短路。ILD层可防止短接太阳能电池/模块。ILD材料可为UV固化材料，所述材料能致使低温固化。玻璃上盖板114与太阳能电池器件可随后组装成光伏模块。 替代的背面结电池形成エ艺在本发明另一实施例中，使用所述处理的变化形式形成薄的高效率背面结太阳能电池器件。以下将与图2A至图2F结合图及进ー步描述处理顺序，图2A至图2F是概略剖面图，图示用于形成太阳能电池180的处理顺序不同阶段期间的太阳能电池结构。用于形成太阳能电池的エ艺可在一个衬底处理腔室中执行的单ーエ艺中执行，或者所述エ艺可在一或多个处理腔室中执行的多重エ艺步骤中执行。所述エ艺大体上包括在多孔层上形成结晶层，所述多孔层在硅生长衬底上形成。所形成的结晶层及/或硅生长衬底可进ー步受处理而形成各种特征，所述特征例如为后发射极与抗反射涂层/钝化层。生长衬底从已形成的结晶层分离，之后完成太阳能电池生产エ艺(诸如形成背触点)。在此配置中，所形成的结晶层是例如介于10微米至约100微米之间厚的薄太阳能电池衬底，而太阳能电池器件结构的其余部分形成在所述薄太阳能电池衬底上。可再使用所述生长衬底多次以形成许多薄太阳能电池器件，如先前所述。在ー个实施例中，硅生长衬底可历经两打或更多个的用于太阳能电池的形成薄单晶硅膜循环。类似于先前的实施例，硅生长衬底100可为单晶Czochralski生长p型硅衬底，或也可使用其他类型的掺杂或非掺杂单晶硅衬底。为了使单晶硅生长衬底100可再使用，则在生长衬底100的表面之上形成机械性脆弱的平坦层，使得分裂平面配置在生长衬底100与在生长衬底上形成的薄单晶硅膜之间。多孔层103形成在生长衬底100上，如先前结合图IA所述。低孔隙度顶层104可为介于约10微米至约100微米之间厚，诸如介于约40微米至约50微米之间厚，而高孔隙度底层102可为介于约10纳米至约5微米之间厚。如先前所述，也可使用氢注入エ艺形成分裂平面。接着，低孔隙度顶层104的区域受热处理以形成再结晶层105。所述热处理可形成所述再结晶层，此举是通过固相致密化所述孔隙或熔融低孔隙度顶层104的材料达某深度，所述深度低于或等于低孔隙度顶层104的深度。相信再结晶层105会比低孔隙度顶层104的原始厚度更薄。再结晶层105是单晶层(或单一晶体层)，所述层介于低孔隙度顶层104厚度的约1%至约90%之间。在一个实施例中，再结晶层105是通过由能量源递送大量电磁能量“E”(图2B)到低孔隙度顶层104的表面107而形成。大体而言，递送到低孔隙度顶层104的表面107的 电磁能“E”用于熔融、烧结，及/或再结晶至少一部分的低孔隙度顶层104，使得单晶层形成。在此情况中，低孔隙度顶层104中所见的材料(也即多孔单晶材料)的结晶结构作为晶种层，以促进单晶再结晶层105的生长，所述单晶再结晶层105的形态类似于生长衬底100。大体而言，用于形成再结晶层105的能量源可为任何受引导的能量源，所述能量源能提供足够能量熔融、烧结及/或再结晶一部分的低孔隙度顶层104。例如，可使用激光退火エ艺热处理低孔隙度顶层。因此，通过以来自激光的能量照射低孔隙度顶层104的表面107而形成再结晶层105，同时生长衬底100配置在受控的气氛中并且维持在低于硅熔点的温度(例如，介于25°C至550°C的温度)。所述受控气氛(处理期间衬底可配置于所述受控气氛中)可为惰性气氛(例如总体为惰性气体)、还原气氛(例如含H2的气氛)，或前述气氛的组合。受控气氛也可处于次大气压。在一个实例中，使用脉冲激光，诸如绿波长激光(Nd: YAG/YV04)、红外线(IR)波长激光(CO2激光)，或紫外光波长激光(准分子激光)。可在波长约532nm处或约1064nm处递送激光能量，而所述脉冲激光的脉冲频率可介于约4kHz至约50kHz之间。在ー个配置中，递送到衬底表面的激光光的能量密度介于约450mJ/cm2至约900mJ/cm2之间，所述能量密度具有狭窄的半高全宽(full width at half maxima (FWHM))。在一个实施例中，能量源设以递送结合的波长的激光光到多孔层104的表面107，此举诸如是通过使用两个或更多个具有不同发射波长的激光源达成。将生长衬底100预先加热到期望的温度(诸如介于约25°C到约550°C之间)，以提高再结晶层105的形成。可使用电阻式加热元件预先加热生长衬底100，所述电阻式加热元件配置在一平台中，衬底于递送电磁能的エ艺期间定位在所述平台上面。相信预先加热生长衬底100可助于改善递送的电磁能的吸收(如此是由于硅材料的光学吸收度随处理温度増加而增加)，因而更易于在处理期间控制再结晶层105的厚度。可用于形成再结晶层105的其他能量源包括宽带(broadband)的光源(例如电弧灯)、闪光灯、电子束源、IR加热元件、微波源，或其他能够递送足够能量引发从多孔层104形成再结晶层105的类似装置。能量源可为线状源或点状源，此时仅有表面107的几个部分在不连续的时间下从能量源接收能量，此情况有时可称为区域熔融結晶。通过区域熔融再结晶エ艺可平整化孔隙。在一个实施例中，形成再结晶层105的エ艺是通过区域精炼类型的エ艺所完成，在所述区域精炼类型的エ艺中，能量源(即加热元件)扫描横跨衬底表面。此外，可利用其他诸如快速热处理(RTP)的技术提高再结晶速率及/或形成エ艺。因此，整体表面107可都在同一刻接收来自能量源的能量。再结晶层105也可在再结晶层105形成エ艺期间或形成再结晶层105之后受到掺杂，使得形成的层具有期望的掺杂程度。在一个实施例中，再结晶层105后续是以n型掺杂剂掺杂，以形成再结晶层105的重度掺杂(n+或n++)区域。低孔隙度顶层104中的材料的熔点可经改变以促进再结晶层105的形成。在一个配置中，在形成低孔隙度顶层104之前大量的锗(Ge)掺杂进入硅生长衬底100以降低硅生长衬底的熔点，因而容许优先形成再结晶层105。因此，为了降低低孔隙度顶层104的熔点，生长衬底100可包含具有一百分比的锗的硅衬底，所述锗均匀地分布于该所述生长衬 底中，或者生长基材100可包含硅锗合金。如图2C所示，所形成的再结晶层105的顶部表面可受蚀刻以形成纹理化表面。所述纹理化结构也可进ー步以n型掺杂剂(诸如磷)扩散，以在接近所述纹理化表面处形成重度掺杂的n+区域，之后移除形成在再结晶层105上的任何PSG。ARC层110可形成于再结晶层105的纹理化表面之上，全部的ARC层110可如上文与图IC结合所述般完成。可将ARC层110形成至一厚度，所述厚度使ARC层有助于在结构上支撑薄再结晶层105。机械性支撑件随后粘结至再结晶层105的表面，以给膜提供支撑，所述膜在移除生长衬底100的剥离エ艺期间形成。机械性支撑件可包含各种类型的衬底，ー些衬底可仅用做为稍后在后续太阳能电池或太阳能模块エ艺和其他エ艺期间抛弃的载体，所述其余エ艺可形成完备的太阳能电池或太阳能模块的一部分。例如，使用一或多个先前所述的エ艺将上盖板(诸如玻璃上盖板114)粘结到ARC层110，如图2D所示。玻璃上盖板114作为最终太阳能电池结构中的前侧玻璃。使用一或多个前文中与图IE —并描述的エ艺，随后将硅生长衬底100从部分形成的太阳能电池180分离，如图2E所示。硅生长衬底100可随后被清洁及再使用。随后通过在再结晶层105内或在再结晶层105上形成p型层106，而形成后发射极结构的一部分，如图2F所示。可使用等离子体掺杂エ艺(例如P3i注入エ艺，可购自应用材料公司)、标准扩散エ艺、掺杂硅层沉积エ艺(例如PECVD沉积エ艺)，或其他类似的掺杂层形成エ艺形成P型层106。在一个实施例中，所形成的p型层106具有高p型掺杂程度(例如P+掺杂程度)。P型层106将用于形成太阳能电池180中的P+发射扱。现在可在部分形成的太阳能电池180上执行后续的太阳能电池结构形成エ艺(诸如后发射极与背触点的形成)。那些エ艺与图IG至图IK中一并所述及所示的エ艺相同。太阳能电池随后受到测试以确保功能性。本发明的实施例大体上提供使用生长衬底而形成薄单晶硅膜的エ艺，所述薄单晶硅膜变成薄太阳能电池衬底，而太阳能电池器件的其余部分形成于所述薄太阳能电池衬底上。生长衬底用于形成外延单晶硅的硅体层或单晶硅的再结晶层，之后处理所述硅体层或再结晶层而形成太阳能电池的前侧，再之后是形成背侧。在其他实施例中(如在此所讨论)，背侧可在前侧处理前形成。于是，在硅生长衬底100上形成硅体层108或再结晶层105之后，可制造太阳能电池的前侧或背侧。现在，将描述前侧结构之前的太阳能电池的背侧结构的形成。
具有双重转移的背面结电池此实施例在移除硅生长衬底前产生背面结电池结构。此途径的优点在于，背面结太阳能电池的后表面上的临界结可在升高的温度下制造，而因此是在移除硅生长衬底之前。薄单晶硅膜被转移到暂时载体，以完成太阳能电池处理，而随后所述薄单晶硅膜粘结到玻璃上盖板。尽管后续的实施例与图使用硅体层208描述在从生长衬底分离薄单晶膜(以供前侧处理)之前完成的背侧太阳能电池处理，然而在图2A至图2F中所述的再结晶层105也可用于取代硅体层208。图3A至图3L图示用于形成太阳能电池280的处理顺序中不同阶段期间的太阳能电池衬底200的概略剖面图。如前文所述,娃生长衬底200可为单晶Czochralski生长p型硅衬底或其他类型的生长P型单晶衬底。用于形成太阳能电池280的エ艺顺序始于在生长衬底200上形成多孔层203 (图3A)，如前文所述。外延单晶硅的硅体层208形成在多孔层上(例如在低孔隙度顶层204上)，如图3B所示，此举是使用先前所述的エ艺的ー个或多个エ艺达成。外延硅体层208可从10微米至50微米厚(诸如40微米厚)并且在形成エ艺期间是以n型掺杂剂掺杂。在生长衬底200上外延形成硅薄膜创造出硅体层208，所述硅体层208具有与生长衬底200相同的晶体结构。因此，可使用多孔层103作为晶种层而将薄单晶硅膜形成在生长衬底200上。随后，使用如图3C至图3F所示的エ艺形成后发射扱。硼硅酸玻璃(BSG)层230形成在外延硅体层208上，如图3C所示。BSG层可通过大气压CVD (APCVD)、旋转涂布、印刷膏(printed paste)，或其他此技术领域中已知的方法形成。APCVD可为有利的，因为不需要有机化合物。BSG层是用于形成p型触点的硼扩散源。也可形成其他p型层来提供p型扩散源。触点开ロ 250形成在BSG层230中，而最终形成n型触点，如图3D所示。一部分的P型BSG层230被移除，而暴露出外延硅体层208。可通过使用激光剥离、图案化蚀刻剂、图案化光刻胶、光刻エ艺、蚀刻胶，或其他此技术领域中已知的适当图案化技术来图案化BSG层。当使用印刷膏时，欲形成触点开ロ不需要图案化步骤。接着，在BSG层230与开ロ 250之上形成PSG层232，如图3E所示。类似BSG层，PSG层可通过APCVD、旋转涂布、印刷膏等形成。在一个实施例中，未掺杂的玻璃层(诸如硅石)可形成在BSG层230与PSG层232任一者或两者上，以覆盖受掺杂的玻璃层且因此控制掺杂剂间的交互作用。PSG层232提供n型扩散源(诸如磷)，所述扩散源将用于形成n型触点。部分形成的太阳能电池280随后在约1000°C经受驱入/氧化工艺以将p型与n型掺杂剂驱入而在外延硅体层208的区域中(诸如靠近外延硅体层208的表面)形成p型发射极234与n型发射极236，如图3F所示。高温驱入/氧化工艺可提供约I微米至I. 5微米的标称扩散深度。在高温驱入/氧化之后，沉积的氧化物层(BSG与PSG)可用作钝化层。因此，所述沉积的氧化物层将留下作为后表面钝化层。在替代性实施例中，如前文所述的使用掺杂剂的图案化蚀刻可用于形成P型与n型发射扱。背触点219，诸如p型触点和n型触点如图3F至图3G所图示般形成。为了形成背触点219，BSG层230与PSG层232经图案化以形成p型触点开ロ 252与n型触点开ロ254，此举是通过使用激光剥离、印刷蚀刻剂、光刻胶与蚀刻剂，或其他适合的图案化技术达成。开ロ形成在BSG层230与PSG层232中而暴露出p型发射极234与n型发射极236，所述P型发射极234与所述n型发射极236在外延硅体层208的区域中(诸如，靠近外延硅体层208的表面)形成。背触点219可通过沉积薄膜金属化层218形成。薄膜金属化层可例如为铝，铝随后可被更可粘结的金属(诸如镍)涂布。太阳能电池280的后表面的金属化可包括金属化PSG层232与p型发射极234及n型发射极236。接着，金属化层218经图案化而形成开ロ 260，因而形成背触219，诸如p型触点和n型触点，所述背触点会变成电路层。开ロ 260可通过使用蚀刻剂胶或其他适合的技术形成。背触点219可在某些温度下退火或烧结，所述温度与太阳能电池结构中的膜的其余部分兼容，所述温度诸如低于400°C，例如介于约300°C至约400°C之间。通过使用非等温快速热技术(诸如RTP系统)或从ー个表面短暂热脉冲，或者是次能带隙光与光学处理使得光及所得的热选择性地被触点吸收，而完成退火或烧结。P 型触点可做成LFC，LFC可消除p型触点图案化步骤并且使用激光烧成步骤作为替代方案。P型触点和n型触点因次被电连接到太阳能电池280中形成的各个p型发射极和n型发射扱。部分形成的太阳能电池280之后耦接到暂时载体274，如图3H所示。暂时载体274可为另ー硅衬底或玻璃衬底。粘结层272用于将暂时载体274粘结到太阳能电池的后表面(诸如背触点219和PSG层232)。可使用与后续太阳能电池形成エ艺兼容的任何粘结材料。在一个实施例中，粘结层可以是蜡材料。因此，使用暂时载体274能够在生长衬底200从部分形成的太阳能电池280分离之后形成太阳能电池280的前侧结构。硅生长衬底200随后从硅体层208分离，如图31所示。此举是通过将生长衬底200沿低孔隙度顶多孔层204与高孔隙度底多孔层202之间的边界从太阳能电池280分裂而完成。硅生长衬底200移除后，例如通过蚀刻与清洁表面而将低孔隙度顶层204从硅体层208移除。硅生长衬底200随后可被再度使用。硅体层208的前表面(即与暂时载体274相対的表面)可随后受到蚀刻而形成纹理化表面(如图3J所示)，而之后抗反射涂(ARC)层210可在硅体层208的纹理化表面上形成，如图3J所示。ARC层210可为氮化硅层，所述氮化硅层如前文所述般形成。纹理化的硅体层208可包括ARC层210，所述纹理化的硅体层208随后附接到上盖板(诸如玻璃上盖板214)，如图3K所示。在一个实施例中，玻璃上盖板214可通过使用粘结剂(诸如硅)粘结到硅体层208，因而形成粘结层212。当使用硅胶时，太阳能电池280可随后在炉中于200°C烘烤而完成粘结エ艺并且将粘结层212固化到玻璃上盖板214。可使用此技术领域中已知的适合的其他粘结剂材料。所述玻璃上盖板可为从100微米至1000微米厚的薄片，并且所述玻璃上盖板类似前文所述的玻璃上盖板。所述玻璃上盖板214支撑硅体层208并且所述玻璃上盖板214可类似标准硅衬底般处置。暂时载体274随后从完备的太阳能电池280移除，而暴露出背触点219，如图3L所示。ILD层(未图示)可视情况而定被印刷在金属化层与背触点219之上，在此处提供模块组件中的电隔离，如前文所述。在将近エ艺的终端时形成ILD层的ー项优点在于，用于形成ILD层的光刻胶材料可能具有太阳能电池器件中任何材料中的最低温度容限。太阳能电池器件随后可用于形成太阳能模块。具有过孔(via hole)的衬底上的背面结太阳能电池
在此实施例中，背面结电池结构形成的同时，薄单晶硅膜仍在生长衬底上，而随后所述薄单晶硅膜粘结到衬底，所述衬底将结合至最終包装模块。可使用具有过孔的衬底，所述过孔对准太阳能电池上的背触点。使用单件模块组装法(MMA)将终结的背面结太阳能电池随后组装成模块。衬底中的孔将提供可对MMA可挠电路背片制作电附接的区域。MMA提供理想的エ艺以供将背面结薄单晶硅膜太阳能电池组装成模块。MMA是指模块电路的组装与层叠的建构是在相同的步骤中。MMA的可挠电路背片于许多分布点从太阳能电池提取电流，这使太阳能电池中的栅电阻(grid resistance)减至最小并且能使用薄膜金属化。MMA比传统使用串焊工具的模块组装法更与薄太阳能电池兼容，因为模块的建构更加平坦。MMA能够在模块中制作电路并且在整个供单步骤模块组装的层叠步骤期间完成封装。MMA的一些优点包括与薄太阳能电池膜更兼容的更平坦的几何形状、使用ECA的固有性质上更柔性(gentle)的互连件，以及可挠电路背片中的铜箔比标准太阳能电池器件中刚硬的铜带更可挠。
薄结晶硅膜太阳能电池上的薄膜金属化的高电阻需要在太阳能电池内部上许多点处提取电流。这样做使电流收集用的平均距离最小化，因而使金属化中的电阻损失减至最小。模块组装技术还应使薄单晶硅膜太阳能电池上的应カ最小化，并且利用背触点几何形状上的优势減少成本并且简化组装エ艺。针对图3A至图3G描述的背面结太阳能电池形成エ艺可用于形成太阳能电池280。然而，不将暂时载体耦接到太阳能电池280，而可将其他类型的衬底耦接到太阳能电池。例如，如图4A所示，所述衬底可以是具有过孔370 (所述过孔对准背触点)的衬底373以提供可对MMA可挠电路背片制作电附接的区域。可以粘结剂将衬底373粘结到太阳能电池280，因而形成粘结层272。如前文所述，此材料可为硅胶或其他粘结材料，所述粘结材料具有适合的电、化学和机械性质。粘结层较佳应不闭塞太阳能电池的电互连件成形(fashion)处的通路(via)。在将衬底373耦接到太阳能电池280之前，中间层电介质(ILD，未图示)也可通过例如网板印刷形成在背触点219之上。ILD层可经图案化而包括通路，所述通路将对准衬底中的过孔370并且容许与背触点219接触。通过使用任何适合的技术与材料(如前文所述者)将ILD附接到衬底373。例如，可使用各种聚合物作为粘结剂以将ILD层耦接到衬底373。在一个实施例中，衬底中的通路可提供电互连件的充分电隔离，以便消除ILD层的需求。类似前文所述，使用衬底373能够在生长衬底200从硅体层208分离之后形成太阳能电池280的前侧结构。硅生长衬底200从太阳能电池280分离，如图4B所示。在硅生长衬底200已经移除后，低孔隙度顶层204从硅体层移除，而准备使硅生长衬底200再使用于太阳能电池形成ェ艺。娃体层208的顶部表面(即，与衬底373相对的表面)随后可通过使用前文所述的エ艺加以蚀刻而形成纹理化表面，如图4C所示。ARC层210形成在外延硅体层208的纹理化表面上,如图4C所示。图中未图示最终的处理步骤,但最終的处理步骤可包括使用MMA组装成模块，其中衬底373中的孔370用于MMA可挠电路背片的电连接。MMA衬底上的背面结电池此エ艺形成背面结太阳能电池的同时，薄单晶硅膜仍在硅生长衬底上。薄单晶硅膜随后电粘结且机械性粘结到具有匹配电路(例如用于单个太阳能电池的MMA可挠电路背片)的衬底。图4A与图4B中图示使用MMA衬底的代表性背面结薄结晶硅膜太阳能电池制
造ェ艺。针对图3A至图3G描述的背面结太阳能电池形成エ艺可用于形成太阳能电池280。在此实施例中，耦接到背触点219的衬底可由刚硬材料形成。衬底有可能使用共同用于印刷电路板的相同衬底材料(FR4)。在一些实施例中，所述衬底可为印刷电路板(PCB)400，所述PCB具有电触点412与介电材料410 (诸如FR4)，如图5A所示。粘结剂可形成于印刷电路板400与太阳能电池280之间，因而形成粘结层372。导电材料可网板印刷在太阳能电池280上而形成电触点414以将PCB 400与太阳能电池280电连接。所述导电材料可以是ECA或低温焊接材料,前述材料可通过使用模板印刷(stencil print)、配料方法(微注射器分配器)或其他此技术领域中已知的方法形成。ECA可为载银的环氧树脂类型材料。其他
材料可以是载银粒子的硅胶以及环氧树脂材料，所述环氧树脂材料载以低温焊料粒子。粘结材料及/或封装物可用于将衬底耦接到太阳能电池，此举是通过固化或层叠所述组件达成。PCB 400与太阳能电池形成微型模块电路。ILD层(未图示)也可被施加到太阳能电池及/或被施加到印刷电路板，而改善电互连件414区域周围的电隔离。将太阳能电池280附接到PCB 400并且将生长衬底200从硅体层208分离之后，可如上文针对图3J至图3L所述及图5B至图5C所示的那样执行剩下的前表面形成エ艺。硅生长衬底200从太阳能电池280分离，如图4B所示。在硅生长衬底200已被移除后，低孔隙度顶层204从硅体层208移除而准备硅生长衬底200以便再使用。如图4B所示，外延硅体层208的顶部表面(即与PCB 400相対的表面)可使用先前所述的エ艺加以蚀刻而形成纹理化表面。ARC层210形成在硅体层208的纹理化表面上，如图5C所示。模块组装随后依循与传统结晶硅太阳能电池一井使用的类似程序，例如印刷电路板上的薄硅膜太阳能电池组装成串行(string)，以封装物片、玻璃片，及背片与所述串行铺叠，而随后层叠太阳能电池电路与材料的堆栈以形成完备的模块组件。模块规模整合至此为止所述的实施例包括机械性支撑件，所述机械性支撑件粘结到衬底尺寸大小的薄单晶硅膜。此エ艺顺序将多个部分形成的太阳能电池的薄单晶硅膜粘结到机械性支撑件，诸如MMA次组件，随后将所述膜从硅生长衬底分离，接着将模块玻璃附接到薄单晶硅膜。此エ艺消除了载体的成本。然而，欲完成电池的处理以及模块组装可能全部需要在模块尺寸的玻璃片上完成，所述模块尺寸的玻璃片一般是I. 5m2到2m2。模块可包括60或72个太阳能电池。制造背面结太阳能电池与使用MMA的代表性エ艺图示于图6A至图6E。如前文针对图3A至图3G于背面结太阳能电池形成エ艺中所述的那样执行后太阳能电池结构的形成。在一个实施例中，ILD层(未图示)可视情况印刷在金属化层与背触点219之上而提供模块组件中的电隔离。多个太阳能电池280可随后与衬底耦接，所述衬底比单个太阳能电池大，所述衬底诸如为MMA次组件505。所述衬底(诸如MMA次组件505)附接到多个部分形成的太阳能电池280。MMA次组件505可通过以下步骤形成将MMA背片515铺叠具有电触点512与介电材料510 (诸如FR4)的PCB 500，冲压封装物572而形成孔575，并且将封装物572铺叠MMA背片515与PCB 500而将孔575对准电触点512。背片515形成保护性平坦外层，所述层给太阳能电池模块提供环境上的保护并且具有与期望模块面积相同的面积。MMA次组件505随后对准多个部分形成的太阳能电池280，如图6A所示。粘结剂(诸如导电粘结剂(ECA))随后施加到太阳能电池上而形成电触点514，如图5B所示。随后层叠ECA、MMA次组件505及太阳能电池280并且加以固化而封装背触点219，如图6B所示。在将部分形成的太阳能电池280附接到MMA次组件505之后，可如前文所述及如图6C至图6D中所示的那样执行剰余的前表面形成エ艺以完成太阳能电池的形成。硅生长衬底200从多个太阳能电池280的硅体层206分离，如图6C所示。在硅生长衬底200已被移除后，低孔隙度顶层204从太阳能电池280的硅体层208移除，且准备硅生长衬底200以供再使用。每个太阳能电池280的外延硅体层208的顶部表面(S卩，与MMA次组件505相対的 表面)可通过使用前文所述的エ艺加以蚀刻而形成纹理化表面，如图6D中所示。ARC层210形成在外延硅体层208的纹理化表面上，如图6D中所示。所述模块如图6E中所示般完成。每个太阳能电池280的纹理化的外延硅体层208耦接到上盖板(诸如玻璃上盖板214)。玻璃上盖板214大得足以覆盖整个太阳能电池模块550。通过使用粘结剂(诸如硅胶)或其他封装物将玻璃上盖板214粘结到硅体层208，因而形成粘结层212。可使用已知技术与エ艺完成太阳能模块550的形成。例如，可层叠整个结构并且切除玻璃上盖板214周围的过剩材料。可使用已知エ艺完成模块550，所述已知エ艺包括通过将导线从电路带出并且将所述导线终结于接线盒(所述接线盒具有与系统中其他模块的电连接件)使模块终端部与接线盒(J-box)附接，之后对太阳能电池模块进行加框(framing)及测试。具有玻璃上盖板的前及后触点结构太阳能电池此エ艺使用具有前及后触点电池结构的薄结晶硅膜生产太阳能电池。太阳能电池的前表面受处理的同吋，单晶硅膜仍在硅生长衬底上。之后，在所述太阳能电池形成模块时使用铜互连件串联连接所述太阳能电池，如图7所图示。用于形成太阳能电池280的エ艺顺序大体上始于在生长衬底上形成多孔层203，之后在所述多孔层上形成硅体层208，如前文所述。执行进一歩的前侧エ艺，所述エ艺诸如为纹理化及形成钝化层。接着，在前表面上形成银(Ag)栅格，之后在前表面上形成铜互连件。银栅格可通过网板印刷与烧成使用银膏金属化工艺形成。铜互连件形成在太阳能电池的前表面之上以及银栅格之上，银栅格形成为太阳能电池表面上的前侧触点。因此，铜互连件可与太阳能电池的顶部表面连接。例如，前铜互连件可连接到银栅格前触点。铜互连件可为铜带或铜箔。随后将太阳能电池耦接上盖板。所述上盖板可为玻璃并且通过使用粘结剂粘结到太阳能电池，如前文所述。前表面铜互连件560因而放置在玻璃上盖板214与硅胶之间而可具有图ID所示类似的结构。铜互连件可在芯片的ー侧上延伸出少许距离且铜互连件可匹配芯片尺寸。例如，如图7所示,前铜互连件560在娃胶(未图示)中被夹(sandwich)在玻璃上盖板214与太阳能电池280之间，所述前铜互连件560从太阳能电池的前侧延伸而出并且朝向玻璃上盖板214的边缘延伸，但所述前铜互连件560不延伸到玻璃上盖板214的其余侧。
太阳能电池随后从硅生长衬底移除。钝化层与背触点施加于后表面上而完成所述电池。在此实施例中，背触点可全为ー种类型(例如P型触点)，而以银栅格制作的前触点可为相对的类型(例如η型触点)。后铜互连件随后形成在太阳能电池的后表面上。类似于前铜互连件560，后铜互连件562耦接太阳能电池280的后表面且可在与前侧互连件相対的芯片的另ー侧上延伸出少许距离。例如，如图7所示，后铜互连件562从太阳能电池280的后侧延伸而出并且超过玻璃上盖板214的边缘,但所述后铜互连件562可不延伸到具有前铜互连件560的玻璃上盖板214的其余侧。两个或更多个太阳能电池280随后串联连接。形成在后表面上的铜互连件562在诸如连接点565处连接到相邻的太阳能电池的前铜互连件560。相邻太阳能电池的负极触点与正极触点因而串联连接。所述模块可以类似传统模块组装的方式组装，例如将电池组装成串行，以封装物片、玻璃片及背片与所述串行铺叠，而随后层叠太阳能电池电路与材料的堆叠。应注意到此エ艺可与薄结晶硅膜ー并执行，所述薄结晶硅膜粘结到全模块尺寸的玻璃(而非电池尺寸·的玻璃)。前述者是针对本发明的实施例，可不背离本发明的基本范围而设计其他与进ー步的本发明实施例。
权利要求
1.ー种形成太阳能电池的方法，所述方法包含 在生长衬底上形成分裂平面； 在所述分裂平面上形成外延硅体层； 在所述外延硅体层上和/或中形成太阳能电池结构的多个部分； 将机械性支撑件附接到与所述生长衬底相対的所述外延硅体层； 沿所述分裂平面从所述外延硅体层分离所述生长衬底；以及 在与所述机械性支撑件相対的所述外延硅体层上和/或中形成其他太阳能电池特征而完成所述太阳能电池结构的形成。
2.如权利要求I的方法，其中在生长衬底上形成分裂平面包含 在所述生长衬底上形成多孔层。
3.如权利要求2的方法，其中在所述生长衬底上形成所述多孔层包含 在所述生长衬底上形成具有第一孔隙度的底多孔层；以及 在所述底多孔层上形成具有第二孔隙度的顶多孔层，其中所述第一孔隙度大于所述第ニ孔隙度。
4.如权利要求3的方法，其中形成所述外延硅体层进ー步包含 在所述顶多孔层上形成P型层。
5.如权利要求4的方法，其中在与所述机械性支撑件相対的所述外延硅体层上和/或中形成其他太阳能电池特征而完成所述太阳能电池结构的形成进ー步包含 在与所述机械性支撑件相対的所述外延硅体层中形成多个后发射极；以及 在所述多个后发射极上形成多个触点。
6.如权利要求4的方法，其中在所述外延硅体层上和/或中形成太阳能电池结构的多个部分进ー步包含 对与所述生长衬底相対的所述外延硅体层的表面进行纹理化； 在纹理化的所述外延硅体层上形成ARC层。
7.ー种形成太阳能电池的方法，所述方法包含 在生长衬底上形成具有分裂平面的多孔层； 处理所述多孔层的至少一部分而形成结晶层； 在所述结晶层上和/或中形成太阳能电池结构的多个部分； 将机械性支撑件附接到与所述生长衬底相対的所述结晶层； 沿所述分裂平面从所述结晶层分离所述生长衬底；以及 在与所述机械性支撑件相対的所述结晶层上和/或中形成其他太阳能电池特征而完成所述太阳能电池结构的形成。
8.如权利要求7的方法，其中所述结晶层包含单晶层。
9.如权利要求7的方法，其中处理所述多孔层的至少一部分而形成结晶层包含 将所述多孔层暴露至电磁辐射。
10.如权利要求7的方法，其中所述多孔层进一歩包含 具有第一孔隙度的底多孔层；以及 具有第二孔隙度的顶多孔层，其中所述顶多孔层具有比所述底多孔层小的孔隙，并且其中所述第一孔隙度大于所述第二孔隙度。
11.ー种形成太阳能电池的方法，所述方法包含 在生长衬底上形成具有分裂平面的多孔层； 在所述多孔层上形成外延硅体层； 在所述外延硅体层中形成多个后发射极； 在所述多个后发射极上形成多个背触点； 将所述多个背触点与机械性支撑件耦接； 沿所述分裂平面从所述机械性支撑件分离所述生长衬底； 在与所述机械性支撑件相対的所述外延硅体层上形成ARC层；以及 将所述ARC层与玻璃上盖板耦接。
12.如权利要求11的方法，其中所述机械性支撑件包含暂时载体、具有过孔的衬底以及印刷电路板中的ー种。
13.—种形成太阳能电池模块的方法，所述方法包含 形成两个或更多个太阳能电池，每ー个太阳能电池是由包含以下步骤的方法形成 在生长衬底上形成多孔层； 在所述多孔层上形成外延硅体层； 在所述外延硅体层上形成ARC层； 在所述太阳能电池的前表面上形成多个栅格，所述前表面具有形成在所述ARC层之上的多个前侧触点； 在所述前表面与所述多个栅格之上形成多个互连件； 将所述太阳能电池耦接到上盖板； 从所述外延硅体层分离所述生长衬底； 在与所述太阳能电池的所述前表面相对的后表面上形成多个背触点，其中所述多个背触点与所述多个前触点为不同的类型；以及 在所述多个背触点和所述后表面之上形成多个互连件； 通过将形成在所述两个或更多个太阳能电池的一者的后表面之上的互连件连接到形成在所述两个或更多个太阳能电池的另ー者的前表面之上的互连件，而串联连接所述两个或更多个太阳能电池。
14.ー种太阳能电池，所述太阳能电池包含 使用生长衬底形成的外延硅体层，所述外延硅体层具有前表面和后表面； 包含P型掺杂剂的P型发射极，所述P型发射极形成在所述外延硅体层的所述后表面中； 包含n型掺杂剂的n型发射扱，所述n型发射极形成在所述外延硅体层的所述后表面中； 连接到所述P型层的多个P型触点；以及 连接到所述n型层的多个n型触点。
15.ー种太阳能电池模块，所述太阳能电池模块包含 两个或更多个太阳能电池，每ー个太阳能电池包含 使用生长衬底形成的外延硅体层，所述外延硅体层具有前表面和后表面； 包含P型掺杂剂的P型发射极，所述P型发射极形成在所述外延硅体层的所述后表面中； 包含n型掺杂剂的n型发射极，所述n型发射极形成在所述外延硅体层的所述后表面中； 连接到所述P型层的多个P型触点；以及 连接到所述n型层的多个n型触点； 玻璃上盖板，所述玻璃上盖板附接到所述两个或更多个太阳能电池的所述外延硅体层；以及 单件模块组装次组件，所述单件模块组装次组件耦接到所述两个或更多个太阳能电池的所述多个背触点。
全文摘要
本发明的实施例提供一种薄单晶硅膜太阳能电池以及形成所述太阳能电池的方法。所述方法包括在硅生长衬底上形成薄单晶硅层，接着在所述薄单晶硅膜上和/或中形成前或后太阳能电池结构。所述方法也包括将所述薄单晶硅膜附接到机械载体上，然后沿分裂平面将所述生长衬底从所述薄单晶硅膜分离，所述分裂平面形成于所述生长衬底与所述薄单晶硅膜之间。随后在与所述机械载体相对的所述薄单晶硅膜上和/或中形成前或后太阳能电池结构，而完成所述太阳能电池的形成。
文档编号H01L31/0236GK102870229SQ201180021209
公开日2013年1月9日 申请日期2011年5月12日 优先权日2010年5月12日
发明者詹姆斯·M·吉, 查尔斯·盖伊, 奈格·B·帕蒂班德拉, 奥姆卡拉姆·诺拉马苏, 考施·K·辛格 申请人:应用材料公司