形成太阳能电池中的结构的方法
【专利说明】
[0001] 本申请为于2010年4月21日提交的申请号为201080022387. 0的名称为"形成太 阳能电池中的结构的方法"的申请的分案申请。
[0002] 相关申请信息
[0003] 本申请要求于2009年4月21日提交的并且指定的申请号为61/171，187的题 为"MethodforFormingStructuresinaSolarCell"的美国临时申请的权利；并且与 于2009年4月21日提交的并且指定的申请号为61/171，194的题为"High-Efficiency SolarCellStructuresandMethodsofManufacture"的美国临时申请相关；还与备案号 为 3304. 001AW0 并且指定的申请号为PCT/US2010/031869 的题为"High-EfficiencySolar CellStructuresandMethodsofManufacture"的共同提交的国际专利申请有关。这些 申请均全文在此援引加入。本发明的所有方面可与任何上述申请的公开组合使用。
技术领域
[0004] 本发明涉及太阳能电池。更具体地，本发明涉及改进的太阳能电池结构及它们的 制造方法。
【背景技术】
[0005] 在太阳能电池的正面（受照射面）上形成金属化结构，典型地为指形物（fingers) 和汇流条（bus-bars)，是许多电池设计中的必要步骤。通常期望这些结构尽可能地细（最 小宽度）以使遮蔽和接触复合损失最小。随后可被金属化的异质接触（Heterocontact)结 构也可用来降低接触复合损失。
【发明内容】
[0006] 本发明通过提供形成正面/背面金属结构和选择性异质接触结构的方法来满足 这些要求。
[0007] -个方面，本发明包括在太阳能电池的表面上形成导电接触图形的方法，其包括 在所述太阳能电池的至少一层底层上形成导电薄层，并且用激光束烧蚀大部分的所述导电 薄层，由此留下所述导电接触图形。可在所述导电接触图形上进行自对准金属化。
[0008] 所述底层可包括在所述导电薄层之下的钝化和/或抗反射层，其中所述导电接触 图形通过所述至少一层底层与太阳能电池的半导体层形成电接触。
[0009] 在烧蚀后可采用蚀刻或清洗所述导电接触图形来除去残余物。
[0010] 另一个方面，本发明包括在太阳能电池上形成异质接触图形的方法，其包括在太 阳能电池的至少一层底层上形成薄层；以及使用激光束烧蚀大部分的所述薄层，由此留下 所述异质接触图形。可在所述异质接触图形上进行金属化以促使通过所述异质接触图形与 所述至少一层底层的导电连接。
[0011] 所述薄层可包含多层不同的层。
[0012] 可在烧蚀后蚀刻太阳能电池的表面以形成表面纹理和/或除去任何激光烧蚀损 伤。所述异质接触图形可通过现场热处理进行修改。
[0013] 全部或部分薄层可包含掺杂半导体材料或表面钝化层。
[0014] 所述激光束可具有高帽形光束轮廓（tophatbeamprofile)，并且可通过掩模进 行投射。由所述掩模产生的激光束形状可以是规则的多边形，可被贯穿该多边形的细线阻 挡。可使用多个掩模或者动态变化的掩模。
[0015] 所述激光可在一定的波长和脉冲宽度下进行操作，在所述波长和脉冲宽度下激光 能量在所述导电薄层中被强吸收，而在所述至少一层底层中被弱吸收。在一个实施方案中， 导电薄层大于80%的表面积被烧蚀，并且烧蚀后剩下的结构是接触指形物和/或汇流条的 图形。
[0016] 此外，通过本发明的技术实现其它特征和优点。本发明的其它实施方案和方面在 本文中详述，并且视为要求保护的发明的一部分。
【附图说明】
[0017] 在本申请的权利要求书中特别指出并明确请求保护本发明的主题。结合附图由以 下详述显而易见本发明的上述及其它目的、特征和优点：
[0018] 图1是根据本发明的一个方面所述的激光加工系统的主要部件的功能结构图；
[0019] 图2a_d描绘了根据本发明的一个方面使用正方形/矩形高帽形光束轮廓的太阳 能电池构造；
[0020] 图3a_d描绘了根据本发明的一个方面使用正方形-加-线（square-with-line) 的高帽形光束轮廓的太阳能电池构造；
[0021] 图4a_e描绘了根据本发明的一个方面使用两种不同形状的掩模的组合的太阳能 电池构造；和
[0022] 图5描绘了根据本发明的一个方面在太阳能电池的正面产生的完整的指形物/汇 流条结构；
[0023] 图6a_b显示了根据本发明的Ti太阳能电池指形物的一个实例；
[0024] 图7显示了根据本发明的Ni太阳能电池指形物的一个实例；和
[0025] 图8a_b显示了图7的指形物的自对准金属化的实例。
【具体实施方式】
[0026] 在一个方面，本发明提供太阳能电池结构的制造方法，其是利用负性激光烧蚀 (negative laser ablation)在太阳能电池的正面（和/或背面）上形成线形结构，产生非 常细的特征，由此使入射光的干涉最小并提供其它优点。
[0027]例如，通过例如使用掩模（或无掩模）投射的"高帽形"均匀光束轮廓进行激光直 接刻写进行电池构建，从而通过入射激光"刻写"或烧蚀所需线图的负图（negative)。均匀 高帽形轮廓能够控制薄膜烧蚀并且具有最低图形重叠和高分辨率。这种图形利用高斯型光 束轮廓系统是不可能得到的。
[0028] 图1是显示用于利用掩模的投射的高帽形均匀光束轮廓进行激光烧蚀的系统的 主要部件的功能框图。该示例的系统10包括激光源12、均化器和光学元件14、掩模16、扫描 器18 (在一个实施方案中包括透镜），以及用于固定要烧蚀的太阳能电池22的移动台20。
[0029] 高帽形激光轮廓（例如，已知为受控的平顶轮廓而不是Gaussian型）的形成可使 用极高功率的（>300W)激光与均化器、掩模、镜面、移动台和/或扫描器一起实现，以能够全 面曝光和直接刻写重复特征，其中通过掩模、移动台和/或扫描器确定加工的特征。使用的 激光源可以是高功率的多模激光源。选择激光源波长、脉冲宽度、重复频率和脉冲能量以最 佳地适应加工要求。此类激光源的实例包括二极管栗浦固态NchYAG和准分子激光。其它 实例包括脉冲（Q-开关）激光或连续波激光。可在一定波长和脉冲宽度下操作所述激光， 在所述波长和脉冲宽度下激光能量在薄膜层中被强吸收，而在半导体基底中被弱吸收，从 而实施上层的烧蚀。
[0030] 刻写图形的投射光束的精确尺寸和形状取决于要与方法要求匹配的系统光学元 件和掩模。概括而非限制地说，由所述掩模产生的激光束形状可以是任何规则的多边形，可 被贯穿该多边形的细线阻隔。多个掩模或动态变化的掩模可用来加工一个太阳能电池。所 述激光可以是脉冲激光，具有高帽形光束轮廓，用单激光脉冲加工面积，其中扫描光束的重 叠低于该单脉冲加工面积的20 %。根据本发明，上层薄膜的大于80%的表面积随后可被烧 蚀，留下必需的精细图形。
[0031] 根据本发明，在图2和3中显示了可用来从太阳能电池的大部分正面除去薄膜的 两种示例性形状和扫描图形。
[0032] 作为一个实例，图2a_d显示了沿着转换图形130 (图2c)移动的简单正方形或矩 形曝光单元132 (图2d)。所得薄膜126中的精细结构通过在相对于彼此适当移动光束和/ 或太阳能电池时负激光烧蚀而形成。更具体地，基底122(示于图2a的侧视图中，并可包括 其它层）具有在其上形成的需要烧蚀的薄膜层124。在该膜上的平面转换图形130 (图2c) 中移动/步进/扫描激光曝光单元132,避免区域140,产生精细图形化的结构126 (图2b)。
[0033] 作为另一个实例，图3a_d显示了在掩模中具有中央隔段223的正方形或矩形曝光 单元232 (图3d)，其沿着转换图形230移动（图3c)。此隔段可用来通过负烧蚀在薄膜中 形成精细结构226。更具体地，基底222(示于图3a的侧视图中，并可包括其它层）具有在 其上形成的需要烧蚀的薄膜层224。在该膜上的平面转换图形230 (图3c)中移动/步进 /扫描具有阻隔区233的激光曝光单元232,阻隔区域240,产生精细图形化的结构226 (图 3b) 〇
[0034] 图2d和3d中所示的曝光单元形状可被组合到单个激光扫描序列中，如图4a_e中 所示。更具体地，基底322(示于图4a的侧视图中，并可包括其它层）具有在其上形成的需 要烧蚀的薄膜324。在该膜上的平面转换图形330 (图4c)中移动/步进/扫描具有阻隔 区333 (图4d)和矩形图形334 (图4e)的激光曝光单元332,避免区域340,产生精细图形 化的结构326 (图4b)。极快速地改变掩模形状332和334可通过例如使用高速检流计实 现，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，可非常快速地（数毫 秒）进行图2和3中所示形状之间的转换而不对总体加工时间产生不利影响。此类动态掩 模转变技术可与光束和/或移动台同步以赋予可经济地生产的图形类型更多灵活性。
[0035] 图5显示了根据本发明的上述方面在其表面上形成有指形物426和汇流条427的 图形的太阳能电池422。所得结构可以非常精细（线宽<10um)。最低图形分辨率通过所述 系统的光学分辨率来确定。利用此技术，可对许多类型的薄膜经济有效地进行图形化以形 成太阳能电池结构。作为实例，考虑烧蚀阈值为3J/cm2的薄膜。300W激光源能够在短至 2. 5秒内对整个面积为250cm2的太阳能电池进行图形化。如此高产量满足了太阳能电池生 产的经济上的高要求。
[0036] -个改进包括在基底（122、222、322)上使用任何形式的纹理，其中该纹理具有与 高帽形激光束的强度分布中存在的空间不均匀性相当的标度。此类纹理提供重要的光束均 匀化功能，因为通常期望操作具有等于或接近层（124、224、324)的烧蚀阈值的流量的激光 束，由此局部均匀化的光束赋予更高程度的控制和精确度。
[0037] 本发明对于太阳能电池的接收光的正面已经进行了描述，但是同样可应用于背面 上的结构。将本发明应用于太阳能电池的双面将得到双面太阳能电池，其能够转化入射在 正面和背面上的光子。
[0038] 参照以上图，本发明提供用于在太阳能电池中形成例如接触金属化或其它精细结 构的方法，所述