个开始沉 积电位之间的间隙。表1示出了电解质的成分的一个实例。电解质的pH值由盐酸和氢氧 化铵调整，以保持电解质清澈，没有沉淀物。金属成分比率随着电镀电流密度变化。通过控 制电流密度，可以沉积共晶成分。优选地，通过20mA/cm 2的电流密度在25°C下或者通过其 他电镀温度与合适的电流密度进行电镀。涂层24的厚度必须足够厚，以减小接触电阻并且 在导电金属电线12与导电半导体通道11之间提供充足的粘合力。
[0103]
[0104] 表1-电镀电解质成分
[0105] 在光伏模块层压的典型工艺中，施加压力，并且温度提高为150°c。由于电线12或 半导体通道11 (参照以下图7的描述）或者这两者涂有低熔化温度合金，该合金优选地具 有低于150°C的熔化温度，所以金属合金熔化，从而在这两者每次互连时，能够在太阳能电 池的表面上在导电金属电线母线12与半导体通道11之间进行电接触。
[0106] 为了在太阳能电池的表面上在导电金属电线母线12与半导体通道11之间进行可 靠的电接触和粘附，可取地在半导体通道11之上电镀金属25的中间层，如图7中所示。由 于半导体通道11的形成直接在半导体通道之上的介电质钝化层14内产生开口，所以在重 掺杂的n型通道上的电镀是自动对准工艺。这个中间层25可以包括（例如）镍、银、锡、或 低熔化温度合金、或这些金属的层状组合，优选地具有低熔化温度合金的最终层。具有足够 低的熔化温度的金属或金属合金的实例包括锡和诸如铟或铋等元素的合金。通过选择与共 晶成分对应的金属成分比率，可以尽可能减小合金的熔化温度，在该共晶成分下，合金具有 最低的恪化温度。
[0107] 在作为具有n型发射极的太阳能电池的图7的实例中，可以执行电镀方法（例如， 光诱导电镀（LIP))，以电镀中间层25。为了获得锡-铋合金的共晶成分，优选地，通过20mA/ cm 2的电流密度在25°C下进行电镀，或者优选地，通过与取决于照明强度的太阳能电池的操 作温度对应的电流密度执行LIP。在p型发射极（在图9中的105)的情况下，可以使用场 诱导电镀（FIP)，如后所述。
[0108] 在图8中示意性示出了用于图7的n型发射极的敷金属25的LIP的电镀设备31， 并且该设备包括浴槽室（bath chamber) 32,该浴槽室连接至阳极35所在的阳极室33并且 共同包含电镀溶液34。电路36经由电源39将阳极连接至激光掺杂的选择性发射极（LDSE) 太阳能电池38的背面铝电极37。电镀溶液34根据表1，并且由于电镀溶液具有高酸性，所 以如果电池完全浸入电镀溶液内，那么在电镀溶液内的HC1腐蚀LDSE电池38的背面铝电 极37。因此，电池的背面铝电极37保持干燥，同时电镀正面接触金属25 (见图7)。Sn-Bi 电镀溶液34保持在透明容器内，该容器允许光源41从浴槽的底部照亮LDSE电池38的正 面。电源39在恒流模式中操作，以控制偏置电流实现共晶Sn-Bi成分。
[0109] 图9示出了具有包括重掺杂的p型接触区域125和p型接触敷金属100的p型发 射极105的太阳能电池。如上所述，场诱导电镀（FIP)可以用于在形成在n型衬底上的太 阳能电池（例如，LDSE电池）的p型发射极的接触区域125上电镀金属（例如，在图9中 的敷金属100)。可替换地，这种方法可以用于通过在覆盖的介电层130内的开口直接电镀 到轻掺杂的发射极中，而不形成重掺杂的区域125。与上述实例一样，多个电线140与敷金 属100接触。图10描述了制备图9的太阳能电池所需要的工序步骤。这个结构需要使用n 型硅晶圆110。该工艺以在步骤205中清洗硅衬底开始。这去除了在晶圆的表面上的任何 电线锯切损害，并且从表面中去除了任何金属杂质。优选地，这个步骤还包括表面的纹理， 以减少从照明的表面中反射的光量。
[0110] 通常使用碱性纹理工艺，使单晶晶圆具有纹理，该工艺使用氢氧化钾或钠[3-5% (w/v)]和异丙醇[3-5% (v/v)]的水溶液，这在表面之上产生随机定位的小金字塔。酸性 蚀刻液更常用来使多晶硅晶圆具有纹理。在包含氢氟酸和硝酸的溶液内进行酸性纹理，硝 酸负责将硅表面氧化，并且氢氟酸负责溶解所形成的氧化物。通常，酸性纹理溶液包括~ 45% (w/v)的硝酸以及~15% (w/v)的氢氟酸，并且执行纹理化，没有先前的锯切损害蚀刻 步骤，这是因为纹理工艺需要具有锯切损害缺陷，用于纹理效应。
[0111] 在接下来的步骤210中，通过硼的炉扩散，以形成太阳能电池的p-n结，在正面上 形成P型发射极105。在热扩散工艺期间，在晶圆的表面上形成硼硅酸盐玻璃（氧化物）。 然后，由第二清洗步骤215去除氧化物。这优选地在氢氟酸的溶液中进行。这个清洗步骤 还对沉积的钝化介电层制备电池的正面和背面。优选地，在步骤220中，使用PECVD，在正面 和背面晶圆之上沉积~75nm厚度的氮化硅层，以形成正面130和背面120介电层。正面氮 化硅层130用作ARC并且帮助钝化太阳能电池的正面，并且减少该表面的总体反射。而且， 还在稍后描述的FIP步骤中，在金属接触的形成期间，还形成绝缘势皇。一层氧化铝或者氧 化铝和氮化硅的某种组合还可以用于钝化P型表面。
[0112] 形成在背面120之上的氮化硅层提供钝化层。由PECVD沉积的氮化硅层的有利性 能在于，它们包含储存的正电荷，正电荷将在n型硅内的电子吸引到硅-氮化硅界面。这造 成形成累积层，该累积层降低了该界面的表面复合速率。所形成的累积层可以视为用作弱 背面场（BSF)，其用于从背面中排除少数载流子空穴。通过在整个背面之上扩散n型层，可 替代的处理顺序可以直接形成BSF。
[0113] 在步骤225中，优选地，在旋涂一层硼掺杂源（例如，由Filmtronics等公司提供 的）之后，P型激光掺杂的区域125形成在p型发射极105的表面上。替换地，如果氧化铝 用作前钝化介电质，那么可以提供铝原子的源，用于P+激光掺杂。优选地，在P型激光掺杂 的区域的基底的片电阻至多是50欧姆/平方。替换地，激光掺杂的区域125可以省略，并 且可以通过在氮化硅层130内制备的开口（通过激光或化学蚀刻），直接在轻掺杂的p型发 射极105上执行下面描述的电镀步骤。
[0114] 然后，在步骤230中，大体上使用上面为LDSE电池的p型发射极接触描述的工艺， 在电池的背面上形成N型激光掺杂的接触区域135。点接触具有以下优点：减小金属硅区 域，从而降低饱和电流密度，并且增大最终装置的隐含开路电压，然而，点激光掺杂区域的 形成通常需要使用Q开关激光器或者与连续波激光器一起使用的掩模，后者具有与使掩模 与太阳能电池对准相关的问题。优选地，在n型激光掺杂的区域的基底的片电阻至多是20 欧姆/平方且更优选< 10欧姆/平方。背面指或点接触的间隔促使重掺杂不超过10%的 表面面积，优选地在1 %附近。而且，更深的激光掺杂区域是可取的，以便实现更有效的局部 BSF，以从高表面复合速度金属-硅表面中排斥（repel)少数载流子。虽然激光掺杂是在电 池内形成重掺杂区域的优选方式，但是也可以使用形成开口（例如，图案化蚀刻）的其他方 法。
[0115] 然后，在步骤235中，通过在整个背面之上溅射铝，对n型（背面）激光掺杂区域 制作金属接触。优选地，铝层115具有至少2ym的厚度。替换地，背面电极可以由铝的热 或电子束蒸发或者铝浆的丝网印刷来形成。在使用丝网印刷膏的变化中，需要短热固化工 艺，以驱逐出在膏内使用的溶剂。这种情况下，如果晶圆被加热高于577°C的温度（铝和硅 的共晶温度）加热，那么n型硅必须充分地重掺杂，以便铝的烧制不造成在与n型硅形成整 流结的铝之下形成局部P+区域。后铝层在激光掺杂开口内与硅接触，以形成局部接触。使 用铝覆盖整个表面，给电池提供后反射器，这是一个重要的属性，尤其在晶圆变得更薄并且 更大比例的更长波长光穿过电池（无吸收）时。可以将少量硅（例如，〈1% )加入用于形 成背面金属层的铝内，以尽可能减少硅扩散到铝内造成的装置劣化的风险。替换地，在这个 背面金属电极中，可以使用沉积的金属的堆积，与包括镍、钛或钨等金属的势皇层，用于限 制硅和铝的相互扩散。
[0116] 在通过背面氮化硅层120形成背面接触的上述方法的变化中，在电镀工艺之前， 可以丝网印刷并且然后通过氮化硅层120烧制银膏指状物，大体上如现有技术的丝网印刷 的硅太阳能电池所述。优选地，烧制温度保持为低于700°C，以避免损坏由氮化硅层提供的 氢钝化。然后，丝网印刷的金属网格可以用作背面金属电极（即，在图9中，115的等同物）。 在这个变化中，电池的背面优选地由反射后板密封，以尽可能增大在电池内的光陷阱。替换 地，可以整合到有两面的模块内，其中，可以从两个表面中捕捉光。
[0117] 现在，制备晶圆，用于在步骤240中执行的FIP工艺。将晶圆放入用于执行FIP的 设备内，如图11中所示。FIP工艺造成在形成在p型发射极105中所形成的p+激光掺杂 的区域125上形成电镀的金属接触100。该设备促使在图9中描述的太阳能电池的正面p 型发射极105和背面铝电极115电隔离。这可以使用不透水材料345 (例如，腈泡沫）来实 现，允许仅仅在电镀溶液325内浸没表面的正面，而背面115保持干燥。此外，不透水材料 345必须避免在水上具有不均匀的压力，以避免破坏。不透水材料345优选地与可以移动晶 圆穿过电镀路径的晶圆支架350接触，晶圆支架350的速度确定有效的电镀时间。
[0118] 在太阳能电池115上的背面金属接触放置成与的导电电极305进行物理接触。导 电界面材料355放在电池115的背面电极与导电电极305之间。这个界面材料355优选地 是膨胀的石墨材料，以提供所需要的导电性，而不损坏晶圆的表面。导电界面材料355和电 极305优选地密封在晶圆支架350内。而且，界面材料355可以由其他泡沫材料的堆叠构 成，以控制施加到晶圆的表面中的直接压力的量。
[0119] 优选地，导电界面材料355的厚度在1与20mm之间，并且更优选地在1与10mm之 间，并且该材料具有在40%与80%之间的压缩性。实例材料包括膨胀的石墨织带（例如， 由宜昌新成石墨有限责任公司提供）、柔性石墨箱和层压板（例如，由SGL集团提供，销售的 产品名称是Sigraflex)、导电聚合物塑料（例如，导电尼龙、聚酯聚氨酯、聚醚聚氨酯（例 如，由3M提供）或导电粘性电解液、油墨或膏（例如，由Dow Chemicals提供）。
[0120] 在与石墨相关的材料的情况下，优选地，界面材料355在与压缩性的轴垂直的平 面内具有300到1400S/cm的导电性，更优选地800到1200S/cm。如果具有充足的压缩性， 那么还可以使用具有各向同性导电性的材料，以能够与在形成在介电层内的凹槽的基底中 露出的硅进行电接触。
[0121] 电极305连接至可以在电流控制模式或电压控制模式中操作的电源360的负端 子。然后，电源的负端子连接电极330 (阳极），该电极浸没在电镀电解质325内。一旦给这 两个电极305和330施加电压，在电极之间的电场就在太阳能电池110的二极管中引起正 向偏压。正向偏压减小了二极管的内置电位，并且能够允许电流自由地流过半导体装置的 结点。电子通过发射极105的激光掺杂的区域125吸引到暴露到电解质325中的p型区域 中。在暴露的P型硅区域的表面上的负电荷的这个浓度将带正电荷的金属离子（例如，铜、 镍、银、锡或低熔化温度合金，例如，锡与诸如铟或铋等元素的合金、或者这些金属和/或合 金的层状组合）吸引到表面中，其中，这些金属离子减少，以形成（电镀的）金属沉积100。 金属不在覆盖P型发射极105的氮化硅表面130上电镀，这是因为氮化硅提供绝缘势皇。为 了获得合金（例如，锡-铋合金）的共晶成分，优选地通过电流密度20mA/cm 2在25°C下执 行电镀。
[0122] 在n型表面上，背面铝电极115经由导电界面材料355和电极305与电源360的负 端子电接触。电子通过这个连接流入电池内，从而完成电化学电路。由于二极管通过在电 源的电极之间的电场正向偏压，所以一旦超过P_n结的电位势皇，电流即可以自由地流过 装置，有效的电镀电流由施加电位、硅晶圆的块电阻、电镀电解质的欧姆电阻、与在电极305 与电池115的铝背面之间的界面相关联的电阻、以及在太阳能电池的阴极表面上的过电位 确定。
[0123] 电镀的低熔化温度合金25或100 (在图7与图9中）在表面上形成自然生长的金 属氧化物。自然氧化物可以不利地影响在半导体通道11或125与导电母线12之间的接 触，这是因为这增大了接触电阻并且减小了粘合力。可以在低熔化温度合金25或100的表 面上应用焊剂（例如，"免清洗焊剂"）或异丙醇和ADIPIC酸的混合物，以去除自然生长的 金属氧化物。在焊剂内的激活剂可以包含腐蚀酸（例如，氯化锌）、盐酸和磷酸或羧酸（例 如，戊二酸）、癸二酸以及己二酸。激活剂溶解金属氧化物，以便提高湿润性并且促进回流过 程。在熔化之后，低熔化温度合金可以在高于低熔化温度合金的熔化温度的温度下回流，该 温度优选地在20°C到50°C的范围内。如果电镀步骤不均匀地沉积金属，那么低熔化温度合 金的回流还用于混合合金金属。这还允许依次沉积金属，然后，混合金属。
[0124] 可以在环境空气、氮气或惰性气体中在电炉上或者在烤箱、带式炉或快速热退火 系统内进行回流工艺。在电镀、熔化以及回流的工艺之间的时间延迟应尽可能减少，以限制 自然氧化物的过度生长或再生长。
[0125] 由于从太阳能电池发射极13到多个导电母线的传导性由半导体通道11提供，所 以中间金属层25的功能仅仅是提供从导电母线12到半导体通道11的低电阻欧姆接触，从 而可以非常薄。由于具有短电镀时间并且在半导体通道11与中间金属层25之间并且在中 间金属层25与导电母线12之间提供良好的粘合性，所以大约1-3微米的厚度可取。
[0126] 替换地，仅仅通过激光、蚀刻机的喷墨印刷或其他方式在介电层14内制备开口， 并且在开口的区域之上电镀一层金属25,从而可以形成在太阳能电池上的导电通道11，如 图12中所示。这个金属层25再次可以由（例如）镍、银、锡、或低熔化温度合金、或这些金 属的层状组合，并且再次自动对准。这种情况下，虽然从太阳能电池发射极到多个导电母线 12的传导性由这些电镀的金属层25提供，但是在导电母线12之间的距离保持足够短，以便 在金属层25内仅仅需要少量电镀金属。大约1-3微米的厚度再次可取，以允许具有短电镀 时间并且在硅16与中间层25之间并且在中间层25与导电母线12之间提供良好的粘合性， 并且低熔化温度合金熔化，以去除自然氧化物，然后，在高于低熔化温度合金的熔化温度的 温度下回流，该温度优选地在20°C到50°C的范围内。
[0127] 在太阳能电池发射极13的表面上期望地电镀薄层（~1-3微米）金属25的情况 下，这可以是一层低熔化温度合金。这可以更换在多个导电母线12上的低熔化温度合金涂 层24,或者替换地，可以在太阳能电池发射极13的表面上并且在多个导电母线12上，电镀 低恪化温度合金。
[0128] 替换地，在发射极13或者重掺杂的通道13上或者在电线12上可以没有低熔化温 度金属，在这种情况下，电线仅仅与半导体表面接触，以进行电连接。
[0129] 上述各种结构代表用于形成太阳能电池的新方法，该方法通过以下方式提高了装 置性能：
[0130] 1、通