專利名稱：具有集成導(dǎo)電通孔的背面接觸太陽(yáng)能電池以及制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
總的來(lái)說(shuō)，本發(fā)明涉及光電太陽(yáng)能電池和制造光電太陽(yáng)能電池的方法，更具體而言，涉及具有集成到p型半導(dǎo)體襯底上的n++導(dǎo)電通路或通道陣列的背面接觸的太陽(yáng)能電池，該太陽(yáng)能電池優(yōu)選使用梯度驅(qū)動(dòng)遷移方法制造，如熱遷移或電遷移，以制作將電池正面上的n+發(fā)射體表面導(dǎo)電連接到位于電池背面的歐姆接觸的柵極上的n++導(dǎo)電通孔陣列。
背景技術(shù)：
背面接觸硅太陽(yáng)能電池(光電電池)與傳統(tǒng)的在前背面上都有歐姆接觸的硅太陽(yáng)能電池相比由幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)。一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是背面接觸的電池由于減小(或消除)了接觸-遮蔽損失(例如從正面接觸柵極反射的陽(yáng)光不可用于轉(zhuǎn)化成電)，從而具有更高的轉(zhuǎn)化效率。另一優(yōu)點(diǎn)是將背面接觸電池組裝成電路更容易且更便宜，因?yàn)閮煞N極性接觸都在同一面上(即背面)。舉例而言，與目前的光電模件組裝相比，使用背面接觸電池，通過(guò)一個(gè)步驟將光電模件密封并將太陽(yáng)能電池組裝成電路，從而顯著節(jié)約了成本。背面接觸電池的另一優(yōu)點(diǎn)是提供更加均勻的外觀(例如全黑背面)而具有更好的美感。對(duì)于某些應(yīng)用而言，美感是很重要的，如集成到建筑物上的光電系統(tǒng)(例如太陽(yáng)能瓦)以及用于汽車的光電活動(dòng)頂篷。
背面接觸硅太陽(yáng)能電池的一個(gè)重要問(wèn)題是確認(rèn)電池設(shè)計(jì)和制造方法是制作便宜的，并且可以使用便宜的較低品質(zhì)的硅襯底。使用廉價(jià)硅襯底的太陽(yáng)能電池含有更大量的雜質(zhì)和結(jié)晶缺陷，從而限制了光產(chǎn)生的載流子的內(nèi)收集深度。因此，使用廉價(jià)襯底的硅太陽(yáng)能電池通常在正面(大多數(shù)光在此處被吸收)具有載流子-收集結(jié)(即“發(fā)射體層”)，以獲得高的光生載流子收集效率。對(duì)于硅太陽(yáng)能電池，整體Si襯底通常是p-型摻雜的，而發(fā)射體層通常是薄的重?fù)诫s的n+層，該層是在“發(fā)射體擴(kuò)散”步驟中通過(guò)高溫下磷的固態(tài)擴(kuò)散而形成的。
目前的背面接觸太陽(yáng)能電池使用激光鉆鑿的孔的陣列以有效地將發(fā)射體層從正面“繞”回到背面(因此，稱作“發(fā)射體繞過(guò)(Emitter WrapThrough)”或EWT)。這些激光鉆鑿的孔僅隔開約1-2mm，并且典型地具有約50-150微米的直徑(化學(xué)蝕刻后)。發(fā)射體擴(kuò)散步驟(即用磷摻雜)將暴露在外的前后硅表面都n-型摻雜(任何掩蓋區(qū)域除外)，并且將位于中空的激光鉆孔內(nèi)部的暴露的內(nèi)部硅表面也n-型摻雜(即n-摻雜的)?？椎膬?nèi)部n-摻雜的表面形成將n-摻雜的發(fā)射正面和n-摻雜的背面導(dǎo)電連接的導(dǎo)電通孔或路徑(即“通道”)，從而可以在背面上形成負(fù)歐姆接觸(即電流收集柵極(current-collection grids))。激光鉆孔的n-摻雜還提供導(dǎo)電通孔與p-型散塊半導(dǎo)體(bulk半導(dǎo)體)的電絕緣。如在Gee的US專利5,468,652中公開的，該專利通過(guò)引用結(jié)合在此，使用擴(kuò)散有磷的激光鉆孔，即具有EWT構(gòu)造，已經(jīng)顯示了使用光刻法限定的和絲網(wǎng)印刷的金屬噴鍍的有效的背面接觸太陽(yáng)能電池。背面接觸正和負(fù)網(wǎng)格線是互相交叉的，并且被最優(yōu)化，以將電阻和載流子復(fù)合最小化。
使用激光鉆孔來(lái)制造導(dǎo)電通孔的EWT設(shè)計(jì)的缺點(diǎn)包括需要鉆大量的孔(例如100孔/cm2)，由大量的孔導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)完整性的喪失，以及進(jìn)行激光鉆孔步驟的成本增加和制造費(fèi)時(shí)。另外，激光鉆孔通道的傳導(dǎo)率受到可獲得的n-型摻雜物濃度的限制，并且受到在激光鉆孔內(nèi)表面上獲得的發(fā)射體擴(kuò)散層的深度限制。換言之，激光鉆孔的/擴(kuò)散的EWT電池的性能受到需要進(jìn)行單個(gè)重?cái)U(kuò)散以在激光鉆孔通道中獲得足夠高的傳導(dǎo)率的限制。
熱遷移(即索雷效應(yīng))是梯度驅(qū)動(dòng)的遷移過(guò)程，是指液體溶質(zhì)(例如滴、小滴、線)在溫度梯度(即熱梯度)的存在下，穿過(guò)固體基質(zhì)的移動(dòng)。該過(guò)程的物理現(xiàn)象包括固體基質(zhì)在液滴的前(熱)表面處更快的溶解，這造成液滴后(冷)表面處的溶質(zhì)的過(guò)飽和，在此溶質(zhì)沉積。換言之，由于固體基質(zhì)的原子溶解到液滴的熱界面處的液體中，液滴(典型地，金屬)在固體基質(zhì)內(nèi)部向著熱梯度方向遷移(從冷向熱遷移)，擴(kuò)散通過(guò)小滴，并且沉積在小滴的冷界面上。所產(chǎn)生的溶解的固體基質(zhì)原子從液體小滴熱側(cè)向冷側(cè)的流動(dòng)使小滴向相反方向遷移，即，向基質(zhì)的熱端遷移。對(duì)于金屬小滴，為了進(jìn)行熱遷移，半導(dǎo)體襯底的最低溫度必需超過(guò)半導(dǎo)體/金屬共晶溫度。
通過(guò)熱遷移過(guò)程，合適的金屬液體的片、線或滴在熱梯度的影響下，可以移動(dòng)通過(guò)半導(dǎo)體材料的主體，留下包含重結(jié)晶固體基質(zhì)材料的痕跡，所述重結(jié)晶固體基質(zhì)材料摻雜有液相通過(guò)后留下的摻雜物材料的固體溶液。如果液態(tài)金屬滴含有(或者本身就是)具有和襯底相反極性的摻雜物，熱遷移可以形成重?fù)诫s硅的導(dǎo)電溝道(通道)。當(dāng)小滴和平面區(qū)域的大小足夠小時(shí)，它們的熱遷移(也稱作溫度梯度或熱梯度區(qū)域熔化(TGZM))已經(jīng)被證明是穩(wěn)定的方法。TGZM法是由Pfann于1957年首次申請(qǐng)專利的。還可參見H.E.Cline和T.R.Anthony，Journal of Applied Physics，Vol.47，No.6，June 1976。Cline和Anthony測(cè)量了在施加了約50℃/cm的熱梯度下，以約1mm/小時(shí)的速度遷移通過(guò)1200℃的n-型硅的富含鋁的液線和液點(diǎn)/液滴。在該實(shí)驗(yàn)中，沉積在遷移的富含鋁的小滴后的重結(jié)晶硅被殘留的鋁固體溶液(p-摻雜物)充分摻雜，而將最初的n-型硅基體/基質(zhì)轉(zhuǎn)化成所留下的重結(jié)晶的柱狀/圓柱狀小滴痕跡內(nèi)部的p-型硅。已知鋁、金和鎵可以熱遷移通過(guò)硅、鍺或者砷化鎵。
熱遷移已經(jīng)被用于制造太陽(yáng)能電池中的p-n結(jié)。例如，參見Anthony等的US專利3,936,319；Warner的US專利4,190,852和Chaing等的US專利4,173,496。但是，該技術(shù)還沒(méi)有被用于制造完全背面接觸的太陽(yáng)能電池，或者用于制造背面接觸太陽(yáng)能電池中的n-摻雜的導(dǎo)電通孔。
在梯度驅(qū)動(dòng)運(yùn)輸過(guò)程中，如熱遷移(或電遷移)中，溫度(或電場(chǎng))梯度決定了溶質(zhì)材料的運(yùn)輸/遷移方向。在硅太陽(yáng)能電池制造中，熱梯度的方向是典型地橫跨硅襯底/晶片的厚度定向的(即在垂直于硅襯底平面的方向上)。這樣的熱梯度可以通過(guò)加熱襯底的一側(cè)而產(chǎn)生，而不是加熱兩側(cè)(這會(huì)產(chǎn)生均勻的溫度)。
在典型的半導(dǎo)體生產(chǎn)線中，有時(shí)需要均勻地快速升高硅晶片的溫度，然后短時(shí)間保持，例如60秒，用于退火或擴(kuò)散處理。這經(jīng)常是用快速熱處理(Rapid Thermal Processing，簡(jiǎn)稱RTP)設(shè)備完成的，該設(shè)備典型地由一排雙邊的鎢鹵素石英加熱燈組成，這些燈均勻地加熱晶片兩側(cè)，從而晶片上或其厚度方向上基本上沒(méi)有溫度變化。不能接受的大的溫度變化將產(chǎn)生不均勻的退火速度、擴(kuò)散速度等，并且導(dǎo)致可靠性差、產(chǎn)量下降等。因此，RTP設(shè)備是經(jīng)過(guò)仔細(xì)涉及的，以盡可能均勻地加熱硅晶片，并且使晶片厚度方向上的任何溫度梯度最小化。
電遷移是類似于熱遷移的另一類梯度驅(qū)動(dòng)遷移方法，可以用于移動(dòng)金屬小滴通過(guò)半導(dǎo)體材料。至于更多細(xì)節(jié)，參見Anthony的US專利4,377,423，該專利通過(guò)引用結(jié)合在此。在這種方法中，電場(chǎng)梯度(電勢(shì))提供使液體金屬小滴移動(dòng)通過(guò)半導(dǎo)體材料厚度方向，如液態(tài)鋁滴通過(guò)硅的驅(qū)動(dòng)力。
因此，需要一種經(jīng)濟(jì)并且可靠的方法，該方法使用熱遷移(或一些其它類型的梯度驅(qū)動(dòng)溶質(zhì)運(yùn)輸技術(shù)，如電遷移)產(chǎn)生密集的n++導(dǎo)電通孔陣列，所述n++導(dǎo)電通孔在不需要穿過(guò)太陽(yáng)能電池襯底的物理孔的情況下，將太陽(yáng)能電池正面上的n+發(fā)射體層導(dǎo)電連接到位于電池背面的歐姆接觸上?；诖吮尘埃M(jìn)行了本發(fā)明。

發(fā)明內(nèi)容
總的來(lái)說(shuō)，本發(fā)明涉及制造光電太陽(yáng)能電池的方法，更具體而言，涉及用梯度驅(qū)動(dòng)溶質(zhì)運(yùn)輸方法制造的背面接觸硅太陽(yáng)能電池，所述方法如熱遷移或電遷移，以制作將太陽(yáng)能電池正面上的n+發(fā)射體層導(dǎo)電連接到位于電池背面的歐姆接觸上的密集的n++導(dǎo)電通孔陣列。
本發(fā)明還涉及光電硅太陽(yáng)能電池，更具體地，涉及背面接觸硅太陽(yáng)能電池，其中包括在硅結(jié)構(gòu)體中形成的n++摻雜痕跡的密集的n++導(dǎo)電通孔陣列將太陽(yáng)能電池正面上的n+發(fā)射體層導(dǎo)電連接到位于電池背面的歐姆接觸上。
本發(fā)明的某些實(shí)施方案使用梯度驅(qū)動(dòng)遷移法(例如熱遷移或電遷移)，在一個(gè)步驟中制作導(dǎo)電溝道(即通道)，而不是先激光鉆孔形成孔陣列，接著摻雜磷以提供導(dǎo)電通路的兩步方法。使用梯度驅(qū)動(dòng)遷移法同時(shí)制造密集的導(dǎo)電通孔陣列(如本發(fā)明)，減少了制造背面接觸太陽(yáng)能電池所需的成本和時(shí)間，因?yàn)榭梢酝瑫r(shí)制造多個(gè)通道(而不是等待每次一個(gè)地通過(guò)單獨(dú)的激光鉆孔形成每個(gè)孔)。進(jìn)行熱遷移的設(shè)備比用于激光鉆孔的設(shè)備便宜。而且，使用熱遷移制造的通道與激光鉆孔相比，具有更高的傳導(dǎo)率。
此外，熱遷移背面接觸電池可以具有更加優(yōu)化摻雜的正面，用于獲得更高的轉(zhuǎn)化效率。在標(biāo)準(zhǔn)前接觸的電池中，前發(fā)射體必須充分重?fù)诫s以獲得低電阻。由于發(fā)射體中復(fù)合損失增加，在重?fù)诫s發(fā)射體中有一些光電流損失。使用EWT幾何結(jié)構(gòu)和激光鉆孔的背面接觸電池的最簡(jiǎn)單加工順序使用重反射體擴(kuò)散，將孔內(nèi)部的串聯(lián)電阻和與柵極的接觸電阻最小化。在使用熱遷移通道的背面接觸電池中，可以在分開的步驟中進(jìn)行正面n+擴(kuò)散和導(dǎo)電通孔摻雜——因而可以將每個(gè)步驟單獨(dú)優(yōu)化。因此，可以將包含更低摻雜濃度的更加優(yōu)化摻雜的正面用于熱遷移電池，從而導(dǎo)致光電流收集提高。
熱遷移的通道的另一優(yōu)點(diǎn)是更低的串聯(lián)電阻。與EWT電池中的擴(kuò)散孔相比，熱遷移導(dǎo)電通孔的串聯(lián)電阻更低，因?yàn)闊徇w移通道是摻雜的實(shí)心圓柱體或者其它實(shí)心結(jié)構(gòu)，而EWT電池僅在激光鉆孔的壁上有薄的表面n+擴(kuò)散。如果熱遷移后的地方留下熱遷移金屬，則還得到低得多的接觸電阻。此外，如果熱遷移通道是線型圖案而不是孔形，則由反射體中電流造成的損失可減少。而且，如果熱遷移通道圖案是線圖，背面上的熱遷移金屬就可能會(huì)留在表面上并被用作n-型柵極。
本發(fā)明的再一優(yōu)點(diǎn)是，在不需要任何孔或者其它對(duì)半導(dǎo)體襯底大的物理改變的情況下，在諸如硅結(jié)構(gòu)體的p-型半導(dǎo)體襯底中形成包括n++摻雜痕跡的n++導(dǎo)電通孔。如此，在半導(dǎo)體襯底的結(jié)構(gòu)內(nèi)部形成n++摻雜的痕跡。


結(jié)合到說(shuō)明書中并形成其一部分的附圖舉例說(shuō)明了本發(fā)明的不同實(shí)施例，并且和詳細(xì)描述一起，用于解釋本發(fā)明的原理。
圖1A所示的是根據(jù)本發(fā)明的背面接觸硅太陽(yáng)能電池的第一實(shí)施例的示意性橫截面?zhèn)纫晥D。
圖1B所示的是根據(jù)本發(fā)明的背面接觸硅太陽(yáng)能電池的第一實(shí)施例的示意性等距視圖(isometric view)。
圖1C顯示的是根據(jù)本發(fā)明的背面接觸硅太陽(yáng)能電池的第二實(shí)施例的示意性橫截面?zhèn)纫晥D。
圖1D顯示的是根據(jù)本發(fā)明的背面接觸硅太陽(yáng)能電池的第三實(shí)施例的示意性橫截面?zhèn)纫晥D。
圖2A-2I所示的是根據(jù)本發(fā)明使用梯度驅(qū)動(dòng)遷移法制造背面接觸硅太陽(yáng)能電池的加工步驟順序的第一實(shí)施例的示意性橫截面?zhèn)纫晥D。
圖3A-3E所示的是根據(jù)本發(fā)明使用梯度驅(qū)動(dòng)遷移法制造背面接觸硅太陽(yáng)能電池的加工步驟順序的第二實(shí)施例的示意性橫截面?zhèn)纫晥D。
具體實(shí)施例方式
請(qǐng)注意，在附圖中，不同絕緣、半導(dǎo)體和金屬材料層的厚度，以及其它尺寸，如接觸墊的寬度，不是按比例畫的，而是為了舉例說(shuō)明和便于識(shí)別而示意性地顯示的。
在說(shuō)明書和權(quán)利要求中，稱作“熱遷移”的方法包括任何梯度驅(qū)動(dòng)的遷移方法，包括熱遷移和電遷移。
圖1A顯示的是根據(jù)本發(fā)明的背面接觸硅太陽(yáng)能電池的第一實(shí)施例的示意性橫截面?zhèn)纫晥D。背面接觸太陽(yáng)能電池10包含p-型整體硅襯底12；位于襯底12正面11上的正面n+擴(kuò)散發(fā)射體層14；位于襯底12背面13上的背面n+擴(kuò)散發(fā)射體層15；位于襯底12背面13上并和背面發(fā)射體層15接觸的n-網(wǎng)格線負(fù)歐姆接觸20；穿過(guò)襯底12厚度安置的n++導(dǎo)電通孔18，通道18將正面發(fā)射體層14導(dǎo)電連接到位于背面13上的負(fù)歐姆接觸20和位于背面13上的p-網(wǎng)格線正歐姆接觸20上，所述p-網(wǎng)格線正歐姆接觸20和p-型硅襯底12導(dǎo)電連接。導(dǎo)電通孔18還接觸背面發(fā)射體層15。正面n+擴(kuò)散發(fā)射體層14可以包含磷n+擴(kuò)散層。在一個(gè)實(shí)施方案中，正面發(fā)射體層14可以是輕摻雜的，而背面n+發(fā)射體15可以是重?fù)诫s的。備選地，在另一實(shí)施方案中，發(fā)射體層14和15都被n-摻雜近似相等的量。導(dǎo)電通孔18可以包含重結(jié)晶的n++摻雜痕跡，該痕跡是在梯度驅(qū)動(dòng)遷移完全通過(guò)溶質(zhì)材料襯底12后形成的，所述溶質(zhì)材料是或者含有n++摻雜物材料。本說(shuō)明書中，“重結(jié)晶”是指諸如硅的襯底至少部分溶解和結(jié)晶結(jié)構(gòu)的至少部分再生長(zhǎng)的過(guò)程，所述結(jié)晶結(jié)構(gòu)如由熔融溶質(zhì)材料通過(guò)襯底的熱遷移形成的結(jié)晶結(jié)構(gòu)。梯度驅(qū)動(dòng)的遷移過(guò)程可以包括熱遷移(例如TGZM)、電遷移或者兩者的組合。梯度驅(qū)動(dòng)遷移的方向可以是從正面11向背面13，或者備選地，可以從背面13指向正面11。n-型和p-型歐姆接觸20和22都位于襯底12的背面13上。導(dǎo)電通孔18是實(shí)心構(gòu)件(例如圓柱體、桿、平面)，并且不是空心的激光鉆孔?？梢栽诒趁?3上加上電介質(zhì)層(未顯示)以將n-柵極20與p-型襯底12并且與p-柵極22電學(xué)隔離。
圖1B所示的是根據(jù)本發(fā)明的背面接觸硅太陽(yáng)能電池的第一實(shí)施例的示意性等距視圖。參考數(shù)字和圖1A相同。背面接觸太陽(yáng)能電池10包括密集的用梯度驅(qū)動(dòng)遷移方法制造的導(dǎo)電通孔18、18′等的陣列。相鄰導(dǎo)電通孔18、18′等的間隔可以為1-2mm，導(dǎo)電通孔18、18′等的直徑可以為25-150微米。n-網(wǎng)格線20、20′等以及p-網(wǎng)格線22、22′等在背面13上相互交叉，并且進(jìn)行優(yōu)化以使電阻和載流子復(fù)合最小化。P-匯流條24連接單獨(dú)的p-網(wǎng)格線22、22′等。n-型匯流條在該圖中沒(méi)有顯示。
圖1C顯示的是根據(jù)本發(fā)明的背面接觸硅太陽(yáng)能電池的第二實(shí)施例的示意性橫截面?zhèn)纫晥D。參考數(shù)字和圖1A和1B相同。但是，在該實(shí)施方案中，沒(méi)有背面n+擴(kuò)散發(fā)射體層。而且，導(dǎo)電通孔18比n-柵極接觸20寬很多，以防止n-柵極接觸20和p-型襯底12之間短路。在該實(shí)施方案中，導(dǎo)電通孔18可以包含寬的金屬線或條紋(例如＞100微米)，而不是小滴。
有幾種制造這些背面接觸電池的方法，此處討論的這些實(shí)施例的改變都是可能的。
圖2A-2I所示的是根據(jù)本發(fā)明，使用梯度驅(qū)動(dòng)遷移法制造背面接觸硅太陽(yáng)能電池24的加工步驟順序的第一實(shí)施例的示意性橫截面?zhèn)纫晥D。圖2A中，提供薄的p-型整體硅襯底26。然后，將晶片清潔并蝕刻。接著，在圖2B中，制作形成圖案的擴(kuò)散阻隔層32，以遮蔽襯底26背面30的一部分。擴(kuò)散阻隔層32可以包含絲網(wǎng)印刷的氧化物層(例如SiO2)，或者可以包含沉積層，如Si3N4，或者通過(guò)PECVD、APCVD或其它方式沉積的其它合適材料，隨后通過(guò)絲網(wǎng)印刷抗蝕劑形成圖案并進(jìn)行蝕刻。接著，在圖2C中，進(jìn)行磷擴(kuò)散步驟(例如POCl3)，該步產(chǎn)生正面n+發(fā)射體層34和背面n+發(fā)射體層36。擴(kuò)散阻隔層32的存在防止了底下的襯底26的區(qū)域摻雜磷。接著，在圖2D中，例如通過(guò)進(jìn)行氫氟酸蝕刻除去擴(kuò)散阻隔層32。該步暴露出p-型硅襯底26的未摻雜區(qū)域38，該區(qū)域隨后將被歐姆接觸網(wǎng)格線覆蓋。
接著，在圖2E中，將金屬載流子小滴40，該小滴含有(或者本身就是)n-型摻雜物材料，沉積在正面n+發(fā)射體層34上。載流子小滴40可以用多種沉積方法沉積，包括但不限于絲網(wǎng)印刷，噴墨印刷，蒸發(fā)，濺射，CVD，PECVD，冷噴射沉積(金屬粉的動(dòng)力學(xué)沉積)，等離子體-電弧噴射沉積，LIGA，電鍍，非電解鍍層，以及這些方法的組合。密集的小滴的陣列(參見，例如，圖1B)可以同時(shí)沉積。任選地，在沉積小滴40前，可以激光鉆孔、化學(xué)蝕刻或者以其它方式產(chǎn)生用于保持小滴40的潛“坑”或凹陷(未顯示)。然后，可以通過(guò)不用絲網(wǎng)的絲網(wǎng)印刷用溶質(zhì)金屬填充淺坑，即，使用涂刷器將負(fù)載有金屬的膏劑推過(guò)背面，使其填充淺坑。淺坑的使用可以通過(guò)改善潤(rùn)濕性，并且通過(guò)將熔化金屬小滴40保持并居中于井型凹陷中，而有助于改善隨后的熱遷移過(guò)程的可靠性。否則，熔化的小滴40可能在潤(rùn)濕和滲透硅襯底26之前環(huán)繞該面有一些移動(dòng)。任選地，可以將薄電介質(zhì)層(例如PECVD Si3N4)沉積在如此沉積的小滴40上方(即在開始熱遷移處理前)，以幫助穩(wěn)定熔化的小滴；防止小滴蒸發(fā)；并且便于熔化的小滴進(jìn)入硅襯底12(并稍后充當(dāng)抗反射涂層)。在備選實(shí)施方案中，在沉積小滴40前，可以將薄電介質(zhì)層沉積在背面上和淺坑中，在另一備選實(shí)施方案中，可以提供用于保持載流子線或條紋的潛槽或線形凹陷。
接著，在圖2F中，將襯底26放在特殊設(shè)計(jì)的快速熱處理器(RTP)41中，在RTP 41中將其加熱到高到足以熔化小滴40的溫度。RTP 41還在襯底厚度方向上產(chǎn)生溫度梯度。熱梯度越大且平均溫度越高，則熱遷移越快。典型的溫度梯度可以為約50℃/cm。這可以通過(guò)例如用一排鎢鹵素或等離子體電弧燈50加熱背面30，并且使用具有黑化的輻射吸收表面的水或氣冷散熱片52冷卻正面28而實(shí)現(xiàn)。根據(jù)熱遷移方法(或者使用電場(chǎng)梯度的電遷移)，在襯底26厚度方向上產(chǎn)生的溫度梯度驅(qū)使熔化的小滴40在向著更熱面的方向上(例如向著背面30)移動(dòng)。在小滴40通過(guò)后形成的重結(jié)晶的圓柱形區(qū)域42包含足夠高的在小滴痕跡中留下的n++摻雜物殘余濃度，以使通道42和n-型發(fā)射體層28和30導(dǎo)電連接，同時(shí)還與p-型整體硅襯底26電絕緣。快速熱處理器41可以使用大功率等離子體電弧燈，如Vancouver BC，Canada的Vortek，Inc.制造的氬電弧燈，該燈產(chǎn)生具有其中UV/可見光占大部分(大百分比)的光譜的強(qiáng)光束，這與主要產(chǎn)生IR光的鎢鹵素?zé)粝喾础Ｓ蓺宓入x子體電弧燈產(chǎn)生的大百分比的UV/可見光更加有效地耦合到硅襯底中(并且因而更加快速和有效地加熱硅襯底)，因?yàn)楣柙赨V譜而不是IR譜中有高吸收。
用于小滴40的熱遷移金屬必須n-型(例如n++)摻雜硅，以在正面和背面上的磷擴(kuò)散層之間形成導(dǎo)電通孔。合適的n-型摻雜金屬的實(shí)例包括磷、砷和銻，以及它們的組合或合金。這些摻雜金屬可以以元素形式使用，或者與可以在相對(duì)低的溫度下和硅形成共晶相的載體金屬組合、形成合金或混和。合適的載體金屬實(shí)例包括銀、鉑、鎵、鎂、銦、鋁、錫、銅和金，以及它們的組合或合金(例如銀/鋁、銀/錫)。備選地，可以使用三元合金作為載流子小滴40。例如，可以使用銀-金-銻和銀-錫-銻對(duì)硅進(jìn)行n-型摻雜。根據(jù)TGZM處理溫度和小滴組成，可以使用銀-鋁-銻對(duì)硅進(jìn)行n-型或p-型摻雜。Ag-10原子％ Sb-10原子％ Al在1200℃下n-型摻雜硅。但是，通常，TGZM處理應(yīng)當(dāng)在比半導(dǎo)體材料與摻雜材料和/或載流子摻雜材料之間形成金屬間化合物的溫度高的溫度下進(jìn)行。
對(duì)于由鍺制成的半導(dǎo)體襯底，合適的n-型摻雜金屬實(shí)例包括磷、銻和砷。合適的載流子小滴金屬的實(shí)例包括鋁、鎵、鉛、銀、鎘、鉈、鋅、錫、金和銦。有關(guān)合適的摻雜金屬/載體金屬組合的額外信息可以在Anthony的US專利4,184,897中找到，該專利通過(guò)引用包含在此。
接著，在圖2G中，金屬小滴40已經(jīng)完全遷移通過(guò)襯底26并且再次出現(xiàn)在背部表面30上。通過(guò)滲透穿過(guò)背面發(fā)射體層36，從而n++摻雜的導(dǎo)電通孔18將正面發(fā)射體層34和背面發(fā)射體層36導(dǎo)電連接。
接著，在圖2H中，通過(guò)例如化學(xué)拋光將再次出現(xiàn)的小滴40除去。備選地，可以將再次出現(xiàn)的小滴40留在適當(dāng)?shù)奈恢枚怀?，在那兒小?0可以形成背面歐姆接觸或其一部分。而且，在圖2H中，將氮化硅或其它合適的保護(hù)材料的保護(hù)涂層44沉積在電池24的正面28上，從而覆蓋發(fā)射體層34?？梢圆捎美绲入x子體-增強(qiáng)的化學(xué)氣相沉積(PECVD)或其它本領(lǐng)域公知的技術(shù)來(lái)沉積氮化硅涂層44。涂層44可以包含SiNx抗反射(ARC)涂料。涂層44可以用作抗反射涂層，還可以提供表面鈍化和本體缺陷的一些鈍化。備選地，層40可以包含通過(guò)大氣壓CVD、噴射熱解、絲網(wǎng)印刷或其它技術(shù)沉積的TiO2抗反射涂層。與PECVD Si3N4ARC膜相比，TiO2ARC膜通常得到較低效率的太陽(yáng)能電池，因?yàn)門iO2膜不提供任何表面缺陷或本體缺陷的鈍化。
接著，在圖2I中，可以在沉積歐姆接觸之前，將任選的電介質(zhì)鈍化層45應(yīng)用到電池24的背面上，以防止接觸間的短路或分流。理想的表面鈍化層使表面重組以及表面導(dǎo)電溝道最小化。可以使用具有良好表面鈍化性質(zhì)的不同電介質(zhì)層(例如沉積的SiNx，沉積的SiO2或熱生長(zhǎng)的SiO2)作為背面鈍化層45。請(qǐng)注意，鈍化層45可以形成或不形成圖案，這取決于后繼的用于制造歐姆接觸的方法(如下所述)。
最后，在圖2J中，制作n-網(wǎng)格線負(fù)歐姆接觸46和p-網(wǎng)格線正歐姆接觸48。這些接觸通常是以相互交叉圖案形式安置的，并且可以通過(guò)如下方法應(yīng)用蒸發(fā)；含有銀、鋁或銀-鋁化合物的膏劑的絲網(wǎng)印刷；或者其它公知技術(shù)，如非電解鍍層等。例如，可以使用絲網(wǎng)印刷的鋁或銀/鋁膏劑來(lái)形成p-接觸48，并且可以使用絲網(wǎng)印刷的銀來(lái)形成n-接觸46。印刷后，可以將接觸在帶爐(belt furnace)中在約730℃下共燒制，以促進(jìn)和硅的良好接觸。如果在接觸印刷前已經(jīng)形成了鈍化層45，并且如果鈍化層45還沒(méi)有形成圖案，則必須在需要在下面的導(dǎo)電表面上形成歐姆接觸的區(qū)域穿透層45。可以用如下方法實(shí)現(xiàn)這點(diǎn)，例如，使用包含一些侵蝕性氧化物玻璃料粒子的Ag-膏劑，幫助蝕刻穿透用于層45的任何表面氧化物，并且將Ag-粒子附著在下面的表面上。Ag-膏劑為焙燒Ag-柵極通過(guò)70-nm厚的SiNx層提供特定的膏組合物。這樣的特定膏組合物的使用可以消除掩飾背面鈍化層45或?qū)⑵湫纬蓤D案的需要；但是，這種方法趨向于限制層45的厚度。
可以將圖2A-2J所示第一實(shí)施方案中所述的制作步驟總結(jié)如下
1.提供薄的p-型硅襯底2.清潔和蝕刻硅3.絲網(wǎng)印刷用于擴(kuò)散阻隔層的氧化物4.磷擴(kuò)散5.除去氧化物(例如氫氟酸蝕刻)7.絲網(wǎng)印刷熱遷移金屬小滴陣列8.在特殊設(shè)計(jì)的快速熱處理器中進(jìn)行熱遷移9.用等離子體-增強(qiáng)的CVD在正面沉積氮化硅形成抗反射涂層10.絲網(wǎng)印刷用于負(fù)極性n-接觸的銀膏劑11.絲網(wǎng)印刷用于正極性p-接觸的銀膏劑12.焙燒接觸，使其與硅良好接觸13.測(cè)試太陽(yáng)能電池。
在圖2A-2J所示制作過(guò)程的第一實(shí)施例中，小滴40的熱遷移方向是從正面28到背面20(即從冷到熱)。如果不將再次出現(xiàn)的小滴40除去，并且用于形成歐姆接觸，這種方向選擇是有用的。但是，如果將要除去再次出現(xiàn)的小滴，則可以通過(guò)在相反方向上產(chǎn)生熱梯度而逆轉(zhuǎn)熱遷移方向。在這種情況下，運(yùn)行快速熱處理器使正面28比背面30熱。而且，將最初的金屬小滴40沉積在背面30上。從而，小滴40在向著更熱的正面28的方向上遷移，最終，小滴40再次出現(xiàn)在正面28上，在此可以將小滴40除去。
圖3A-3E所示的是根據(jù)本發(fā)明，使用梯度驅(qū)動(dòng)遷移法制造背面接觸硅太陽(yáng)能電池124的加工步驟順序的第二實(shí)施例的示意性橫截面?zhèn)纫晥D。在圖3A中，提供p-型整體硅襯底126。然后，將該晶片清潔并且蝕刻。接著，在圖3B中，進(jìn)行磷擴(kuò)散步驟(例如POCl3)，產(chǎn)生正面n+發(fā)射體層134和背面n+發(fā)射體層136。在第二實(shí)施方案中沒(méi)有使用擴(kuò)散阻隔層，這與先前在圖2A-2J中所示的第一實(shí)施例不同。
接著，在圖3C中，在襯底126的部分背面130上沉積抗蝕劑層131(例如，通過(guò)絲網(wǎng)印刷)，然后干燥。將抗蝕劑層131形成圖案，將隨后放置p-型歐姆接觸的區(qū)域暴露出來(lái)。
接著，在圖3D中，將襯底126的背面蝕刻(即化學(xué)蝕刻或等離子體蝕刻)，以從隨后放置p-型歐姆接觸的區(qū)域138上除去該部分背面n+發(fā)射體層136。
接著，在圖3E中，除去抗蝕劑層131，從而暴露背面n+發(fā)射體層136。而且，將金屬小滴140沉積在正面n+發(fā)射體層134上，該小滴140稍后將熱遷移形成導(dǎo)電通孔。在這個(gè)階段，圖3E所示的半成品組件和圖2E所示的一樣。同樣地，余下的加工步驟與圖2F-2J所示的相同。
可以將圖3A-2E所示第二實(shí)施例中所述的制作步驟總結(jié)如下1.提供薄的p-型硅襯底2.清潔和蝕刻硅3.隨處的磷擴(kuò)散(沒(méi)有擴(kuò)散阻隔層)4.將抗蝕劑絲網(wǎng)印刷在背面上，但將要制成p-型歐姆接觸的區(qū)域除外5.干燥抗蝕劑6.從p-接觸區(qū)域除去n+擴(kuò)散發(fā)射體層(化學(xué)蝕刻、等離子體蝕刻)7.除去抗蝕劑層8.絲網(wǎng)印刷熱遷移金屬小滴陣列9.在特殊設(shè)計(jì)的快速熱處理器中進(jìn)行熱遷移10.用等離子體-增強(qiáng)的CVD在正面沉積氮化硅形成抗反射涂層11.絲網(wǎng)印刷用于負(fù)極性n-接觸的銀膏劑12.絲網(wǎng)印刷用于正極性p-接觸的銀膏劑13.焙燒接觸，使其與硅良好接觸14.測(cè)試太陽(yáng)能電池。
可以用除硅或鍺以外的半導(dǎo)體襯底實(shí)施本發(fā)明，如磷化鎵銦，砷化鎵，銻化銦，銅銦鎵聯(lián)硒化物，碲化鎘和硫化鋅。因此，此處涉及的“硅”半導(dǎo)體襯底包括上述每一種。
還可以將強(qiáng)烈還原表面氧化物的金屬加入到熱遷移合金中來(lái)實(shí)施本發(fā)明。強(qiáng)烈還原表面氧化物的金屬本身起到增強(qiáng)表面潤(rùn)濕作用?？梢匀绱耸褂玫慕饘侔ˋl和Mg。
還可以在印刷或其它熱遷移金屬沉積之前，將非常薄的金屬層非電解鍍層到暴露的Si表面上，來(lái)實(shí)施本發(fā)明。非電解鍍層的金屬薄層起到增強(qiáng)潤(rùn)濕的作用。這樣的金屬可以包括，例如Ni或Pd。在使用該方法的一實(shí)施方案中，將暴露的Si表面用成圖案的電介質(zhì)覆蓋，其中電介質(zhì)只存在于用于表面潤(rùn)濕的非電解鍍層金屬和將要沉積熱遷移金屬的地方。在使用該方法的另一實(shí)施方案中，可以將非電解鍍層，包括任選使用形成圖案的電介質(zhì)，容易且迅速地結(jié)合到所用方法中，所述方法中采用激光鉆孔、化學(xué)蝕刻或其它用于在表面上形成坑或其它凹陷的手段。因此，可以用電介質(zhì)材料，用向其加入的非電解鍍層金屬薄層，用沉積在非電解鍍層金屬上的熱遷移金屬小滴或線，將表面上的淺坑或其它凹陷部分或完全填充。
引用上面討論的具體實(shí)例是用于舉例說(shuō)明本發(fā)明具體的實(shí)施方案。對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，本發(fā)明儀器和方法的其它應(yīng)用和實(shí)施方案將是顯而易見的。例如，可以使用金屬細(xì)線或條紋代替小液滴，使用熱遷移(或電遷移)方法來(lái)制作摻雜的導(dǎo)電通孔。備選地，可以熱遷移(電遷移)線和小滴(即點(diǎn))的組合。備選地，可以多次重復(fù)熱遷移過(guò)程，每次加入額外的載體金屬(例如線或小滴)。備選地，可以將幾個(gè)密集的線(或小滴)在同一步驟中進(jìn)行熱遷移，因?yàn)榭梢詿徇w移的單個(gè)線的最大實(shí)際線寬(或者，小滴的最大直徑)是受到表面張力不穩(wěn)定性效應(yīng)限制的。
硅太陽(yáng)能電池制作領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解，可以在仍然實(shí)施本發(fā)明的基本特征的同時(shí)，對(duì)加工步驟進(jìn)行與上面討論的實(shí)施例和實(shí)施方案不同的許多變化。例如，可以在磷擴(kuò)散步驟之前進(jìn)行熱遷移步驟。
應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明的應(yīng)用不限于說(shuō)明書中所闡述或者附圖中所示的構(gòu)造、所用材料和組件的安排的細(xì)節(jié)限制。
本發(fā)明的范圍由后附權(quán)利要求限定。
權(quán)利要求
1.一種太陽(yáng)能電池，其包含基本上是平面的p-型散塊半導(dǎo)體襯底，該襯底具有正面和背面；沉積在至少部分半導(dǎo)體襯底正面上的正面n+擴(kuò)散發(fā)射體層；沉積在半導(dǎo)體襯底背面的至少一個(gè)負(fù)歐姆接觸；和具有基本上是實(shí)心的橫截面并且包含半導(dǎo)體襯底材料的至少一個(gè)n++摻雜的導(dǎo)電通路，其中所述導(dǎo)電通路被安置在半導(dǎo)體襯底內(nèi)并且穿過(guò)半導(dǎo)體襯底，而且將正面n+發(fā)射體層導(dǎo)電連接到位于半導(dǎo)體襯底背面的負(fù)歐姆接觸上。
2.權(quán)利要求1的太陽(yáng)能電池，還包含位于半導(dǎo)體襯底背面的至少一個(gè)正歐姆接觸。
3.權(quán)利要求1或2的太陽(yáng)能電池，其中所述的至少一個(gè)負(fù)歐姆接觸包括n-網(wǎng)格線負(fù)歐姆接觸。
4.權(quán)利要求2或3的太陽(yáng)能電池，其中所述的至少一個(gè)正歐姆接觸包括p-網(wǎng)格線正歐姆接觸。
5.權(quán)利要求1到4中任何一項(xiàng)的太陽(yáng)能電池，其中所述的正面n+擴(kuò)散發(fā)射體層包括磷n+擴(kuò)散層。
6.權(quán)利要求1到5中任何一項(xiàng)的太陽(yáng)能電池，還包括沉積在至少部分半導(dǎo)體襯底背面上的n+擴(kuò)散發(fā)射體層。
7.權(quán)利要求6的太陽(yáng)能電池，其中所述的正面n+擴(kuò)散發(fā)射體層是輕摻雜的，并且背面n+擴(kuò)散發(fā)射體層是重?fù)诫s的。
8.權(quán)利要求1到7中任何一項(xiàng)的太陽(yáng)能電池，還包括沉積在半導(dǎo)體襯底正面上、覆蓋正面n+擴(kuò)散發(fā)射體層和導(dǎo)電通孔的抗反射涂層。
9.權(quán)利要求1到8中任何一項(xiàng)的太陽(yáng)能電池，其中所述的n++摻雜的導(dǎo)電通路包含選自磷、砷和銻的一種或多種n-型摻雜材料。
10.權(quán)利要求1到8中任何一項(xiàng)的太陽(yáng)能電池，其中所述的至少一個(gè)負(fù)歐姆接觸包含選自鉑、鎳、鈀、鈦、鎢、銀、銅、鋁、錫和金的一種或多種金屬。
11.權(quán)利要求6的太陽(yáng)能電池，還包括沉積在半導(dǎo)體襯底背面上，并且沉積在正和負(fù)歐姆接觸中間的鈍化層。
12.權(quán)利要求1到11中任何一項(xiàng)的太陽(yáng)能電池，還包括密集的n++摻雜的導(dǎo)電通路陣列。
13.權(quán)利要求12的太陽(yáng)能電池，其中所述的n++摻雜的導(dǎo)電通路的橫截面是近似圓形的。
14.權(quán)利要求13的太陽(yáng)能電池，其中所述的導(dǎo)電通路近似圓形橫截面的直徑為約25微米到約150微米。
15.權(quán)利要求12的太陽(yáng)能電池，其中所述的n++摻雜的導(dǎo)電通路的橫截面是近似矩形的，具有短軸和長(zhǎng)軸。
16.權(quán)利要求15的太陽(yáng)能電池，其中所述的近似矩形的導(dǎo)電通路的短軸長(zhǎng)度為約25微米到約150微米。
17.權(quán)利要求16的太陽(yáng)能電池，其中所述的近似矩形的導(dǎo)電通路的長(zhǎng)軸的長(zhǎng)度基本上長(zhǎng)于短軸的長(zhǎng)度。
18.權(quán)利要求16的太陽(yáng)能電池，其中所述的近似矩形的導(dǎo)電通路的長(zhǎng)軸延伸跨過(guò)超過(guò)基本上平面的p-型散塊半導(dǎo)體襯底尺寸的一半。
19.權(quán)利要求13或15的太陽(yáng)能電池，其中所述的相鄰導(dǎo)電通孔之間的間隔為約1mm到約2mm。
20.權(quán)利要求1到19中任何一項(xiàng)的太陽(yáng)能電池，其中所述的半導(dǎo)體襯底包含選自硅、鍺、磷化鎵銦、砷化鎵、銻化銦、銅銦鎵聯(lián)硒化物、碲化鎘和硫化鋅的一種或多種半導(dǎo)體材料。
21.權(quán)利要求1到20中任何一項(xiàng)的太陽(yáng)能電池，其中所述的至少一個(gè)n++摻雜導(dǎo)電通路是通過(guò)梯度驅(qū)動(dòng)遷移方法制成的。
22.權(quán)利要求21的太陽(yáng)能電池，其中所述的梯度驅(qū)動(dòng)遷移方法包括熱遷移方法、電遷移方法或者兩者的組合。
23.權(quán)利要求1到22中任何一項(xiàng)的太陽(yáng)能電池，其中所述的基本上平面的p-型散塊半導(dǎo)體襯底在正面和背面之間沒(méi)有連接孔。
24.一種背面接觸太陽(yáng)能電池，其包含p-型散塊半導(dǎo)體襯底，該襯底具有正面和背面；位于半導(dǎo)體襯底正面上的正面n+擴(kuò)散發(fā)射體層；位于半導(dǎo)體襯底背面的負(fù)歐姆接觸；被安置穿過(guò)半導(dǎo)體襯底厚度的實(shí)心n++摻雜的導(dǎo)電通孔，該導(dǎo)電通孔將正面n+發(fā)射體層導(dǎo)電連接到位于半導(dǎo)體襯底背面的負(fù)歐姆接觸上；和位于半導(dǎo)體襯底背面的正歐姆接觸；其中所述導(dǎo)電通孔包含重結(jié)晶的n++摻雜的痕跡，該痕跡是在用梯度驅(qū)動(dòng)遷移方法驅(qū)動(dòng)的表面沉積的n++摻雜溶質(zhì)材料從一面到另一面遷移通過(guò)半導(dǎo)體襯底后形成的。
25.權(quán)利要求24的太陽(yáng)能電池，其中所述梯度驅(qū)動(dòng)遷移方法包括熱遷移方法、電遷移方法或者兩者的組合。
26.權(quán)利要求24的太陽(yáng)能電池，其中所述的正面n+擴(kuò)散發(fā)射體層包括磷n+擴(kuò)散層。
27.權(quán)利要求24的太陽(yáng)能電池，還包括位于半導(dǎo)體襯底背面的背面n+擴(kuò)散發(fā)射體層。
28.權(quán)利要求27的太陽(yáng)能電池，其中所述的正面n+擴(kuò)散發(fā)射體層是輕摻雜的，并且背面n+擴(kuò)散發(fā)射體層是重?fù)诫s的。
29.權(quán)利要求24的太陽(yáng)能電池，還包括沉積在半導(dǎo)體襯底正面上、覆蓋正面n+擴(kuò)散發(fā)射體層和導(dǎo)電通孔正面的抗反射涂層。
30.權(quán)利要求24的太陽(yáng)能電池，其中所述的溶質(zhì)材料包含選自磷、砷和銻的一種或多種n-型摻雜材料。
31.權(quán)利要求30的太陽(yáng)能電池，其中所述的溶質(zhì)材料還包含選自鉑、鎵、鉛、鎂、銦、銀、銅、鋁、錫和金的一種或多種載體金屬。
32.權(quán)利要求31的太陽(yáng)能電池，其中所述的溶質(zhì)材料包含選自銀-金-銻、銀-錫-銻和銀-鋁-銻的一種或多種三元合金。
33.權(quán)利要求32的太陽(yáng)能電池，其中所述的溶質(zhì)材料包含具有約10原子％銻和約10原子％鋁的銀。
34.權(quán)利要求27的太陽(yáng)能電池，還包括沉積在半導(dǎo)體襯底背面上，和沉積在正和負(fù)歐姆接觸中間的鈍化層。
35.權(quán)利要求24的太陽(yáng)能電池，還包括通過(guò)梯度驅(qū)動(dòng)遷移方法制成的密集的實(shí)心n++摻雜導(dǎo)電通孔陣列。
36.權(quán)利要求35的太陽(yáng)能電池，其中所述的相鄰導(dǎo)電通孔之間的間隔為約1mm到約2mm。
37.權(quán)利要求35的太陽(yáng)能電池，其中所述的導(dǎo)電通孔通常是直徑為約25微米到約150微米的圓柱體。
38.權(quán)利要求35的太陽(yáng)能電池，其中所述的導(dǎo)電通孔形成寬度約25微米到約150微米的延長(zhǎng)側(cè)。
39.權(quán)利要求24的太陽(yáng)能電池，其中所述的半導(dǎo)體襯底包含選自硅、鍺、磷化鎵銦、砷化鎵、銻化銦、銅銦鎵聯(lián)硒化物、碲化鎘和硫化鋅的一種或多種半導(dǎo)體材料。
40.一種制作背面接觸半導(dǎo)體太陽(yáng)能電池的方法，其包括如下步驟提供具有正面和背面的p-型半導(dǎo)體襯底；在p-型半導(dǎo)體襯底的至少部分所述正面和背面上形成n+發(fā)射體層；在p-型半導(dǎo)體襯底一個(gè)表面的一部分上沉積n-型摻雜溶質(zhì)材料；使n-型摻雜溶質(zhì)材料遷移通過(guò)p-型半導(dǎo)體襯底，從而形成將正面n+發(fā)射體層導(dǎo)電連接到背面n+發(fā)射體層上的一個(gè)或多個(gè)基本上實(shí)心的n++摻雜導(dǎo)電通孔；和提供一個(gè)或多個(gè)負(fù)接觸背面歐姆接觸，其中每個(gè)負(fù)接觸背面歐姆接觸和至少一個(gè)基本上實(shí)心的n++摻雜導(dǎo)電通孔是導(dǎo)電連接的。
41.權(quán)利要求40的方法，其中所述的半導(dǎo)體襯底包含選自硅、鍺、磷化鎵銦、砷化鎵、銻化銦、銅銦鎵聯(lián)硒化物、碲化鎘和硫化鋅的一種或多種半導(dǎo)體材料。
42.權(quán)利要求40的方法，其中所述的形成n+發(fā)射體層的步驟包括擴(kuò)散磷。
43.權(quán)利要求40的方法，其中所述的形成n+發(fā)射體層的步驟包括以下步驟提供覆蓋將要形成p-型歐姆接觸的區(qū)域的形成圖案的擴(kuò)散阻隔層；將磷擴(kuò)散到半導(dǎo)體襯底的正面和背面中，形成正面和背面n+發(fā)射體層；和除去形成圖案的擴(kuò)散阻隔層。
44.權(quán)利要求43的方法，其中所述的提供形成圖案的擴(kuò)散阻隔層的步驟包括絲網(wǎng)印刷形成圖案的擴(kuò)散阻隔層。
45.權(quán)利要求43的方法，其中所述的提供形成圖案的擴(kuò)散阻隔層的步驟包括熱生長(zhǎng)的、氮化物沉積的、激光形成圖案的或者噴墨打印的擴(kuò)散阻隔層。
46.權(quán)利要求40的方法，其中所述的n-型摻雜溶質(zhì)材料包括密集的溶質(zhì)材料小滴的陣列。
47.權(quán)利要求40的方法，其中所述的n-型摻雜溶質(zhì)材料包括密集的溶質(zhì)材料線的陣列。
48.權(quán)利要求40的方法，其中所述的n-型摻雜溶質(zhì)材料步驟是從p-型半導(dǎo)體襯底的正面遷移到背面。
49.權(quán)利要求40的方法，其中所述的n-型摻雜溶質(zhì)材料步驟是從p-型半導(dǎo)體襯底的背面遷移到正面。
50.權(quán)利要求40、48或49的方法，其中所述的遷移n-型摻雜溶質(zhì)材料的步驟包括在熱處理器中熱遷移溶質(zhì)材料。
51.權(quán)利要求50的方法，其中所述的熱處理器包括一排等離子體電弧燈，以加熱半導(dǎo)體襯底的一面。
52.權(quán)利要求40、48或49的方法，其中所述的遷移n-型摻雜溶質(zhì)材料的步驟包括電遷移溶質(zhì)材料。
53.權(quán)利要求40的方法，還包括，在沉積陣列之前，在半導(dǎo)體襯底正面上將要沉積n-型摻雜溶質(zhì)材料的位置上形成一個(gè)或多個(gè)淺壓痕。
54.權(quán)利要求53的方法，其中所述的一個(gè)或多個(gè)淺壓痕包括坑，并且所述的n-型摻雜溶質(zhì)材料包括溶質(zhì)材料小滴。
55.權(quán)利要求53的方法，其中所述的一個(gè)或多個(gè)淺壓痕包括凹槽，并且所述的n-型摻雜溶質(zhì)材料包括溶質(zhì)材料線。
56.權(quán)利要求40的方法，其中提供一個(gè)或多個(gè)負(fù)接觸背面歐姆接觸的步驟包括絲網(wǎng)印刷用于負(fù)極性n-型歐姆接觸陣列的銀膏劑。
57.權(quán)利要求40的方法，還包括提供正接觸背面歐姆接觸陣列。
58.權(quán)利要求57的方法，其中提供正接觸背面歐姆接觸陣列的步驟包括絲網(wǎng)印刷用于正極性p-型歐姆接觸的銀膏劑。
59.權(quán)利要求57的方法，其中提供正接觸背面歐姆接觸陣列的步驟包括由穿過(guò)背面n+發(fā)射體層合金化鋁形成正接觸。
60.權(quán)利要求56或58的方法，還包括焙燒襯底。
61.權(quán)利要求40的方法，還包括在遷移n-型摻雜溶質(zhì)材料后，在半導(dǎo)體襯底正面上沉積覆蓋正面n+發(fā)射體層和導(dǎo)電通孔的抗反射涂層的步驟。
62.權(quán)利要求61的方法，其中沉積抗反射涂層的步驟包括使用PECVD沉積氮化硅。
63.權(quán)利要求40的方法，還包括，在提供一個(gè)或多個(gè)負(fù)接觸背面歐姆接觸之前，在半導(dǎo)體襯底背面上沉積電介質(zhì)鈍化層。
64.權(quán)利要求63的方法，其中所述的鈍化層是形成圖案的，以不覆蓋將要形成歐姆接觸的區(qū)域。
65.權(quán)利要求40的方法，其中所述的使n-型摻雜溶質(zhì)材料遷移通過(guò)p-型半導(dǎo)體襯底的步驟是在以下步驟之前進(jìn)行的在p-型半導(dǎo)體襯底的至少部分所述正面和背面上形成n+發(fā)射體層。
66.權(quán)利要求40的方法，其中所述的使n-型摻雜溶質(zhì)材料遷移通過(guò)p-型半導(dǎo)體襯底的步驟是在以下步驟之后進(jìn)行的在p-型半導(dǎo)體襯底的至少部分所述正面和背面上形成n+發(fā)射體層。
67.一種制作背面接觸半導(dǎo)體太陽(yáng)能電池的方法，其包括a)提供具有正面和背面的p-型半導(dǎo)體襯底；b)清潔和蝕刻半導(dǎo)體襯底；c)絲網(wǎng)印刷覆蓋將要形成p-型歐姆接觸的區(qū)域的形成圖案的擴(kuò)散阻隔層；d)將磷擴(kuò)散到半導(dǎo)體襯底的正面和背面中，形成正面和背面n+發(fā)射體層；e)除去形成圖案的擴(kuò)散阻隔層；f)沉積密集的包含n-型摻雜溶質(zhì)材料的陣列；g)在熱處理器中熱遷移溶質(zhì)材料，從而形成將正面n+發(fā)射體層導(dǎo)電連接到背面n+發(fā)射體層的實(shí)心n++摻雜的導(dǎo)電通孔；h)絲網(wǎng)印刷用于負(fù)極性n-型歐姆接觸的銀膏劑；i)絲網(wǎng)印刷用于正極性p-型歐姆接觸的銀膏劑；和j)焙燒襯底。
68.一種制作背面接觸硅太陽(yáng)能電池的方法，其包括a)提供具有正面和背面的p-型半導(dǎo)體襯底；b)清潔和蝕刻半導(dǎo)體襯底；d)將磷擴(kuò)散到硅襯底的正面和背面中，形成正面和背面n+發(fā)射體層；e)將抗蝕劑絲網(wǎng)印刷在背面上，但將要制成p-型歐姆接觸的區(qū)域除外；f)除去沒(méi)有被抗蝕劑覆蓋的部分背面n+發(fā)射體層；g)除去抗蝕劑層；h)沉積密集的包含n-型摻雜溶質(zhì)材料的陣列；i)在熱處理器中熱遷移溶質(zhì)材料，從而形成將正面和背面n+發(fā)射體層導(dǎo)電連接的實(shí)心n++摻雜的導(dǎo)電通孔；j)絲網(wǎng)印刷用于負(fù)極性n-型歐姆接觸的銀膏劑；k)絲網(wǎng)印刷用于正極性p-型歐姆接觸的銀膏劑；和l)焙燒襯底。
全文摘要
制造背面接觸的p－型半導(dǎo)體襯底太陽(yáng)能電池(10)的方法，所述太陽(yáng)能電池(10)是用梯度驅(qū)動(dòng)的溶質(zhì)運(yùn)輸方法制作的，如熱遷移或電遷移，以產(chǎn)生連接正面n－型發(fā)射體層(14)和位于背面的n－型歐姆接觸(20)的n－型導(dǎo)電通孔(18)，以及例如通過(guò)梯度驅(qū)動(dòng)的溶質(zhì)運(yùn)輸方法制作的具有集成的n－型導(dǎo)電通孔的背面接觸太陽(yáng)能電池。
文檔編號(hào)H01L21/768GK1813356SQ200480018071
公開日2006年8月2日 申請(qǐng)日期2004年6月24日 優(yōu)先權(quán)日2003年6月26日
發(fā)明者詹姆斯·M·吉, 呂塞爾·R·施米特 申請(qǐng)人:日出能源公司, 三帝公司