太阳能电池中金属结构的形成的制作方法
【技术领域】
[0001]本文所述主题的实施例整体涉及太阳能电池。更具体地讲，所述主题的实施例涉及太阳能电池制造工艺和结构。
【背景技术】
[0002]太阳能电池是熟知的用于将太阳辐射转换成电能的装置。太阳能电池具有正面和与正面相对的背面，所述正面在正常操作期间面向太阳以收集太阳辐射。照射在太阳能电池上的太阳辐射产生可用于为外部电路(诸如负载)供电的电荷。可通过金属触点将外部电路电连接到太阳能电池的扩散区。
【发明内容】
[0003]在一个实施例中，通过电镀铜形成了太阳能电池的金属触点，所述电镀使用形成于电介质层上的电镀晶种。该电镀晶种包括铝层，该铝层通过电介质层中的接触孔连接到太阳能电池的扩散区。在铝层上形成镍层，镍层-铝层堆叠形成所述电镀晶种。铜是在镀铜液中被电镀的，所述镀铜液使用甲磺酸代替硫酸作为支持电解质。
[0004]本领域的技术人员在阅读包括附图和权利要求书的本公开全文之后，本公开的这些和其他特征对于他们而言将是显而易见的。
【附图说明】
[0005]当结合以下附图考虑时，通过参见【具体实施方式】和权利要求书可以更完全地理解所述主题，其中在所有附图中，类似的附图标记是指类似的元件。
[0006]图1至图3示出铝电镀晶种的显微图，其中铝电镀晶种暴露于硫酸。
[0007]图4至图7示出剖视图，这些剖视图示意性地示出根据本发明实施例的太阳能电池的制造。
[0008]图8示出根据本发明实施例的形成太阳能电池金属结构的方法的流程图。
[0009]图9至图11示出电镀铝晶种的显微图，其中电镀铝晶种暴露于甲磺酸而非硫酸。
【具体实施方式】
[0010]在本发明中，提供了许多具体的细节，诸如材料、工艺步骤和结构的例子，以提供对实施例的全面理解。然而，所属领域的技术人员将认识到，可在不具有这些具体细节中的一个或多个的情况下实践本发明。在其他情况下，未示出或描述为人们所熟知的细节，以避免使本发明的方面模糊不清。
[0011]为了使太阳能比其他能源更具商业利益，需要以相对低的成本和高的产率来制造太阳能电池。降低太阳能电池制造成本的一种方法是使用印刷铝作为铜金属触点的电镀晶种。然而，当铝暴露于电镀铜工艺中通常采用的高酸性镀铜液时，铝会存在粘合性问题。
[0012]图1至图3以铝的显微图的形式示出了粘合性问题。印刷铝暴露于200g/l的硫酸，这是一些工业镀铜液的硫酸含量。图1是铝的平面图；图2和图3是铝的剖视图。如图1至图3所示，铝(参见箭头103)受到了严重的攻击，而与铝一起形成电镀晶种的镍(见箭头101)和糊状粘合剂(参见箭头102)并没有受到影响。此结果可通过铝和硫酸的如下反应来解释:
2A1 (s) +3H2S04 (aq) — 2A13 (aq) +3S042 (aq) +3H2 (g)
其中 AG(rxn) = -971.0kJ/mol
[0013]电镀晶种中的铝具有薄而致密的氧化铝层，可能需要先将该氧化铝层渗透才能发生上述化学反应。氧化铝与硫酸的反应由下式给出:
A1203+3H2S04— A12 (S04) 3+3H20其中 AG(rxn) = -100.5kJ/mol
[0014]铝和氧化铝反应的负的AG(rxn) ( S卩，负的吉布斯自由能)表明当铝和氧化铝暴露于硫酸时将发生腐蚀。
[0015]图4至图7示出剖视图，这些剖视图示意性地示出根据一个实施例的太阳能电池200的制造。图4至图7未按比例绘制，以便更清楚地说明该实施例的特征。
[0016]参见图4，太阳能电池200包括太阳能电池基板201和扩散区202。基板201可以包含单晶硅，例如N型硅片。为了图示清晰起见，仅示出了一种类型的扩散区202。正如可以理解的，太阳能电池通常包括多个P型扩散区和多个N型扩散区。在一个实施例中以及如图4所示，扩散区202在基板201内形成。在另一个实施例中(未示出)，扩散区202在基板201的外部。例如，扩散区202可包含形成在基板201背侧表面上的掺杂多晶硅。在该例子中，可在多晶硅和基板201之间形成薄的电介质层(例如，热氧化物)。
[0017]太阳能电池200具有正面121和与正面121相对的背面122，所述正面在正常操作期间面向太阳以收集太阳辐射。在一个实施例中，太阳能电池200是完全背接触式的太阳能电池，即所有扩散区和连接到扩散区的金属触点都在背面122上。然而应当注意，本发明所公开的技术可同样应用于其他类型的太阳能电池。例如，在其他实施例中，太阳能电池200在背面122上具有一种极性的扩散区202，在正面121上具有另一种极性的另一扩散区。
[0018]仍然参见图4，电介质层203在扩散区202上形成。电介质层203可包括一层或多层介电材料。例如，电介质层203可包含形成约40nm厚度的氮化娃或氧化娃。穿过电介质层203形成有多个接触孔204，以暴露出太阳能电池200的扩散区202和其他扩散区在不减损本发明优点的前提下，可通过激光烧蚀、光刻和其他接触孔形成工艺形成接触孔204。
[0019]在图5中，在背面122上形成铝层205以电连接到扩散区202。在一个实施例中，铝层205被印刷在电介质层203上并印刷到接触孔204中。例如，通过丝网印刷，铝层205可形成1至50 μ m，诸如约10 μ m的厚度。然后可直接在铝层205的背侧表面上形成氧化铝层123。可直接在扩散区202上形成铝层205。
[0020]在图6中，在铝层205上形成镍层206，使得镍层206的表面直接在氧化铝层123上。可通过无电镀、电解电镀，或其他沉积工艺形成镍层206。可在铝层205上形成厚度为0.1至10 μ m，诸如约2 μ m的镍层206。镍层206和铝层205在诸如形成连接到扩散区202的金属触点的过程中，形成用于电镀铜的电镀晶种124。镍层206作为粘合层，促进电镀的铜粘合到电镀晶种124。
[0021]在图7中，在太阳能电池200的背面122上形成铜层207，以电连接到扩散区202。在一个实施例中，通过在含有甲磺酸但不含硫酸的镀铜液中进行电镀而形成铜层207。更具体地讲，甲磺酸取代了硫酸，作为镀铜液的支持电解质。例如，可将镀铜液中的硫酸替换为等量的甲磺酸以保持相同的镀液酸度。甲磺酸与铝的反应由下式给出:
2Al(s)+6CH3S03H(aq) — 2A13+ (aq) +6CH3S03 (aq) +3? (g)
其中 Δ G (rxn) = -1039.4kJ/mol
[0022]甲磺酸与氧化铝的反应由下式给出:
A1203+3CH3S04H 一 Al2 (S04) 3+3CH4
其中 Δ G (rxn) = 459.3kJ/mol
[0023]尽管甲磺酸与铝的反应仍然得到负的AG(rxn)，但甲磺酸与氧化铝的反应得到正的AG(rxn)。正的AG(rxn)表示甲磺酸不会