使用硅納米顆粒制造太陽(yáng)能電池的激光接觸工藝、激光系統(tǒng)和太陽(yáng)能電池結(jié)構(gòu)的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種激光接觸工藝，采用所述激光接觸工藝以形成到達(dá)太陽(yáng)能電池發(fā)射極的接觸孔(402)。在所述太陽(yáng)能電池的基板上形成摻雜硅納米顆粒。用納米顆粒鈍化膜涂覆硅納米顆粒的單個(gè)顆?；蝾w粒簇的所述表面(403)。通過(guò)將激光束照射到所述已鈍化的硅納米顆粒上而形成到達(dá)所述太陽(yáng)能電池的所述發(fā)射極的接觸孔(404)。例如，所述激光接觸工藝可以是激光燒蝕工藝。在該情況下，可通過(guò)使來(lái)自所述硅納米顆粒的摻雜物擴(kuò)散來(lái)形成所述發(fā)射極，隨后形成到達(dá)所述發(fā)射極的所述接觸孔。作為另一個(gè)例子，所述激光接觸工藝可以是激光熔融工藝，借此將所述硅納米顆粒的一部分熔融以形成所述發(fā)射極和到達(dá)所述發(fā)射極的接觸孔。
【專(zhuān)利說(shuō)明】使用硅納米顆粒制造太陽(yáng)能電池的激光接觸工藝、激光系統(tǒng)和太陽(yáng)能電池結(jié)構(gòu)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本文所述主題的實(shí)施例整體涉及太陽(yáng)能電池。更具體地講，所述主題的實(shí)施例涉及用于制造太陽(yáng)能電池的設(shè)備、工藝和結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]太陽(yáng)能電池是熟知的用于將太陽(yáng)輻射轉(zhuǎn)換成電能的裝置。太陽(yáng)能電池包括P型擴(kuò)散區(qū)和N型擴(kuò)散區(qū)，所述擴(kuò)散區(qū)也稱(chēng)為“發(fā)射極”。在制造過(guò)程中，執(zhí)行接觸工藝以形成到達(dá)發(fā)射極的接觸孔。在接觸孔中形成金屬觸點(diǎn)以電連接于相應(yīng)的發(fā)射極。金屬觸點(diǎn)允許將外部電路聯(lián)接到太陽(yáng)能電池并由太陽(yáng)能電池提供電力。
[0003]接觸工藝形成穿過(guò)材料層的接觸孔，以將發(fā)射極暴露出來(lái)。接觸工藝不得干涉已在位的特定材料結(jié)構(gòu)或材料層，并且不得以降低電性能的方式損害發(fā)射極。由于接觸工藝涉及滲透穿過(guò)發(fā)射極之上的多個(gè)材料層，因此，這是本身就存在損害太陽(yáng)能電池的高風(fēng)險(xiǎn)的工藝。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]在一個(gè)實(shí)施例中，來(lái)形成太陽(yáng)能電池接觸孔的方法包括在太陽(yáng)能電池基板上形成摻雜硅納米顆粒。摻雜納米顆粒被涂覆上納米顆粒鈍化膜。在激光接觸工藝中將激光束照射到摻雜硅納米顆粒 上，以形成穿過(guò)摻雜硅納米顆粒到達(dá)太陽(yáng)能電池發(fā)射極的接觸孔。
[0005]在另一個(gè)實(shí)施例中，太陽(yáng)能電池包括太陽(yáng)能電池基板、位于太陽(yáng)能電池基板上的多個(gè)摻雜硅納米顆粒、具有納米顆粒鈍化膜的多個(gè)摻雜硅納米顆粒的單個(gè)顆?；蝾w粒簇的表面、穿過(guò)所述多個(gè)摻雜硅納米顆粒的接觸孔、發(fā)射極，以及通過(guò)接觸孔電連接于發(fā)射極的金屬觸點(diǎn)。
[0006]在另一個(gè)實(shí)施例中，來(lái)形成太陽(yáng)能電池接觸孔的方法涉及在太陽(yáng)能電池基板上形成摻雜硅納米顆粒。使來(lái)自摻雜硅納米顆粒的摻雜物擴(kuò)散以形成發(fā)射極。摻雜納米顆粒被涂覆上納米顆粒鈍化膜。在激光接觸工藝中將激光束照射到摻雜硅納米顆粒上，以形成穿過(guò)摻雜硅納米顆粒到達(dá)發(fā)射極的接觸孔。
[0007]在另一個(gè)實(shí)施例中，來(lái)形成太陽(yáng)能電池接觸孔的方法包括在太陽(yáng)能電池的基板上形成摻雜硅納米顆粒。摻雜納米顆粒被涂覆上納米顆粒鈍化膜。使用激光束將摻雜硅納米顆粒的一部分熔融，以形成具有摻雜硅納米顆粒的熔融部分的太陽(yáng)能電池發(fā)射極，并形成到達(dá)太陽(yáng)能電池發(fā)射極的接觸孔。
[0008]本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在閱讀包括附圖和權(quán)利要求書(shū)的本公開(kāi)全文之后，本發(fā)明的這些和其他特征對(duì)于他們而言將是顯而易見(jiàn)的。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0009]當(dāng)結(jié)合以下附圖考慮時(shí)，通過(guò)參見(jiàn)【具體實(shí)施方式】和權(quán)利要求書(shū)可以更完全地理解所述主題，其中在所有附圖中，類(lèi)似的附圖標(biāo)記是指類(lèi)似的元件。附圖未按比例繪制。
[0010]圖1示意說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的太陽(yáng)能電池激光系統(tǒng)。
[0011]圖2-7示出了剖視圖，其示意說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例通過(guò)激光燒蝕硅納米顆粒來(lái)形成太陽(yáng)能電池接觸孔的方法。
[0012]圖8-12示出了剖視圖，其示意說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例通過(guò)激光熔融硅納米顆粒來(lái)形成太陽(yáng)能電池接觸孔的方法。
[0013]圖13示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例使用激光接觸工藝來(lái)形成太陽(yáng)能電池接觸孔的方法的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0014]在本發(fā)明中，提供了許多具體的詳細(xì)情況，例如設(shè)備、組件和方法的例子，從而獲得對(duì)本發(fā)明實(shí)施例的全面理解。然而，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將會(huì)認(rèn)識(shí)到，本發(fā)明可以在沒(méi)有所述具體細(xì)節(jié)中的一者或多者的情況下實(shí)施。在其他情況下，未示出或描述熟知的詳細(xì)情況，以避免混淆本發(fā)明的方面。
[0015]圖1示意說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的太陽(yáng)能電池激光系統(tǒng)100。在圖1的例子中，激光系統(tǒng)100包括激光源102和激光掃描器104。激光源102可以是市售的激光源。激光掃描器104可以包括檢流計(jì)激光掃描器。操作中，激光源102根據(jù)配置101產(chǎn)生預(yù)定波長(zhǎng)的激光束103。配置101可以包括開(kāi)關(guān)/旋鈕布置、計(jì)算機(jī)可讀的程序代碼、軟件界面設(shè)置和/或設(shè)置激光源102的可配置參數(shù)的其他方式。配置101可以設(shè)置脈沖重復(fù)率、每次重復(fù)發(fā)射的脈沖數(shù)、脈沖形 狀、脈沖振幅、脈沖強(qiáng)度或能量，以及激光源102的其他參數(shù)。激光掃描器104在整個(gè)被制造的太陽(yáng)能電池上掃描激光脈沖103，以在其中形成接觸孔。例如，圖1的太陽(yáng)能電池可以是圖2-7的太陽(yáng)能電池200或圖8-12的太陽(yáng)能電池300。
[0016]圖2-7示出了剖視圖，其示意說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例通過(guò)激光燒蝕硅納米顆粒形成太陽(yáng)能電池200的接觸孔的方法。
[0017]在圖2中，太陽(yáng)能電池基板包括晶體硅基板203。硅基板203的表面可在硅基板203上形成納米顆粒201之前被鈍化。可通過(guò)以下方式將硅基板203的表面鈍化:形成到納米顆粒201的連續(xù)界面，或?qū)褰缑孢M(jìn)行摻雜以排斥少數(shù)載流子。納米顆粒201也可充當(dāng)鈍化層。在圖2的例子中，通過(guò)鈍化膜202將硅基板203的表面鈍化。鈍化膜202可包含二氧化硅。作為具體的例子，鈍化膜202可包含熱生長(zhǎng)或沉積在硅基板203的表面上的二氧化硅。一般來(lái)講，鈍化膜202可包含任何合適的鈍化材料，例如氧化物。鈍化膜202也可以根據(jù)太陽(yáng)能電池的特性來(lái)選擇。
[0018]在一個(gè)實(shí)施例中，納米顆粒201包括粒度小于500nm的摻雜娃納米顆粒?？墒褂肗型摻雜物(如，磷)來(lái)?yè)诫s硅納米顆粒201以形成N型發(fā)射極，或可使用P型摻雜物(如，硼)來(lái)?yè)诫s硅納米顆粒201以形成P型發(fā)射極。下文更顯而易見(jiàn)的是，硅納米顆粒201可充當(dāng)用于形成發(fā)射極的摻雜物源(參見(jiàn)圖3)。
[0019]使用硅納米顆粒形成的發(fā)射極允許相對(duì)長(zhǎng)的少數(shù)載流子壽命Olms)，從而提高了太陽(yáng)能電池的效率。然而，使用硅納米顆粒作為摻雜物源或作為太陽(yáng)能電池中多晶硅發(fā)射極的替代物并不是成熟的技術(shù)，并且迄今為止形成穿過(guò)硅納米顆粒的接觸孔并不是熟知的工藝。[0020]在圖2的例子中，硅納米顆粒201在鈍化膜202上形成。可通過(guò)印刷工藝(例如通過(guò)絲網(wǎng)印刷或噴墨打印)形成硅納米顆粒201。鈍化膜202是可選的結(jié)構(gòu)，其可能適用可能不適用，具體取決于太陽(yáng)能電池的特性。例如，硅納米顆粒201可以直接形成在基板203的表面上。
[0021]在圖3中，來(lái)自硅納米顆粒201的摻雜物擴(kuò)散穿過(guò)鈍化膜202并進(jìn)入硅基板203，從而在硅基板203中形成發(fā)射極204。用于形成發(fā)射極204的擴(kuò)散過(guò)程可包括(例如)在爐中進(jìn)行的加熱步驟。太陽(yáng)能電池200包括具有不同導(dǎo)電類(lèi)型的多個(gè)發(fā)射極，但為了圖示清晰起見(jiàn)，圖3和后續(xù)的圖中僅示出了一個(gè)發(fā)射極。發(fā)射極204可具有P型導(dǎo)電性，在這種情況下，硅納米顆粒201包含P型摻雜物。作為另外一種選擇，發(fā)射極204可具有N型導(dǎo)電性，在這種情況下，硅納米顆粒201包含N型摻雜物。一般來(lái)講，具有P型摻雜物的硅納米顆粒201在基板203的形成P型發(fā)射極的區(qū)域上方形成，并且具有N型摻雜物的硅納米顆粒201在基板203的形成N型發(fā)射極的區(qū)域上方形成。擴(kuò)散過(guò)程將來(lái)自硅納米顆粒201的摻雜物擴(kuò)散進(jìn)硅基板203中，從而形成具有相應(yīng)導(dǎo)電類(lèi)型的發(fā)射極204。 [0022]在圖4中，硅納米顆粒201被鈍化以使電子-空穴對(duì)的復(fù)合減到最少并使激光燒蝕工藝得到優(yōu)化。硅納米顆粒201被重新標(biāo)記為已鈍化的硅納米顆粒205，以表明鈍化工藝使用納米顆粒鈍化膜206對(duì)熔融或聚結(jié)的硅納米顆粒201的單個(gè)顆?；蝾w粒簇進(jìn)行涂覆。納米顆粒鈍化膜206可包含在硅納米顆粒201的單個(gè)顆?；蝾w粒簇的表面上形成的二氧化硅、氮化硅或其他合適的鈍化材料。例如，納米顆粒鈍化膜206可包含氧化物，該氧化物通過(guò)在氧化環(huán)境中加熱硅納米顆粒201而熱生長(zhǎng)在硅納米顆粒201的表面上。取決于硅納米顆粒201的多孔性，納米顆粒鈍化膜206也可通過(guò)化學(xué)氣相沉積(CVD)(包括通過(guò)原子層沉積(ALD))沉積在硅納米顆粒201的表面上。例如，納米顆粒鈍化膜206可包含氮化硅，該氮化硅通過(guò)ALD沉積在硅納米顆粒201的表面上。
[0023]在圖4的例子中，硅納米顆粒201在形成發(fā)射極204的擴(kuò)散過(guò)程之后被鈍化。由于來(lái)自硅納米顆粒201的摻雜物可以擴(kuò)散穿過(guò)納米顆粒鈍化膜206，因此，硅納米顆粒201也可在形成發(fā)射極204的擴(kuò)散過(guò)程之前被鈍化。在擴(kuò)散過(guò)程之前將硅納米顆粒201鈍化可防止硅納米顆粒201在擴(kuò)散過(guò)程期間會(huì)聚結(jié)的情況。另一方面，在擴(kuò)散過(guò)程之前將硅納米顆粒201鈍化對(duì)于一些應(yīng)用可以抑制擴(kuò)散過(guò)程。擴(kuò)散過(guò)程和硅納米顆粒鈍化過(guò)程的進(jìn)行順序?qū)⑷Q于整個(gè)制造工藝的詳細(xì)情況。一般來(lái)講，納米顆粒鈍化膜206可在合成(即，形成硅納米顆粒201)期間、合成之后但在基板203上形成硅納米顆粒201之前、或在基板203上形成硅納米顆粒201之后(如圖4中那樣)生長(zhǎng)或沉積在硅納米顆粒201的單個(gè)顆?；蝾w粒簇的表面上。
[0024]在圖5中，在已鈍化的硅納米顆粒205上形成覆蓋層207。覆蓋層207可包含沉積的氮化硅或其他覆蓋材料。覆蓋層207防止水分滲入下面的材料，所述滲入可能使已鈍化硅納米顆粒205和鈍化膜202的界面退化。覆蓋層207還有利地防止摻雜物在發(fā)射極204于覆蓋層207形成之后形成的工藝中逃逸到處理室內(nèi)。具體地講，用于將來(lái)自硅納米顆粒201的摻雜物驅(qū)動(dòng)到基板203的擴(kuò)散步驟可在覆蓋層207已形成之后執(zhí)行。在這種情況下，覆蓋層207防止摻雜物逃逸到處理室內(nèi)以及擴(kuò)散到太陽(yáng)能電池200的其他結(jié)構(gòu)內(nèi)。在一些工藝中，覆蓋層207是任選的并且可省略。
[0025]在圖6中，激光接觸工藝將激光束103照射到形成于發(fā)射極204上的材料上，以形成接觸孔208并暴露發(fā)射極204。為了圖示清晰起見(jiàn)，僅示出了一個(gè)接觸孔208。太陽(yáng)能電池200包括多個(gè)發(fā)射極204，并且可以對(duì)每個(gè)發(fā)射極204形成接觸孔208。
[0026]在圖6的例子中，激光接觸工藝包括用于形成穿過(guò)硅納米顆粒的接觸孔的激光燒蝕工藝。一般來(lái)講，激光接觸工藝可涉及一個(gè)或多個(gè)激光源、一個(gè)或多個(gè)激光脈沖、一個(gè)或多個(gè)激光步驟，并且可包括除燒蝕以外的激光工藝。激光接觸工藝可涉及使激光束103移除覆蓋層207、已鈍化的硅納米顆粒205和鈍化膜202的一部分，以形成接觸孔208并暴露發(fā)射極204。在一個(gè)實(shí)施例中，通過(guò)激光燒蝕移除已鈍化的硅納米顆粒205的一部分而形成從其中通過(guò)的接觸孔208。移除覆蓋層207和鈍化膜202的一部分可以通過(guò)激光燒蝕進(jìn)行，但也可以通過(guò)單獨(dú)的激光步驟中的其他激光工藝進(jìn)行。
[0027]就激光燒蝕而言，納米顆粒鈍化膜206的厚度可相對(duì)于硅納米顆粒201的粒度在較寬范圍內(nèi)，但較之(例如)激光熔融工藝通常要厚一些。激光源102被選擇為具有最佳的功率、波長(zhǎng)和脈沖時(shí)間，以實(shí)現(xiàn)對(duì)納米顆粒的燒蝕。由于納米顆粒的物理性質(zhì)(包括光學(xué)和熱學(xué)行為)具有尺寸依賴(lài)性，所以這些激光特性可能不同于就塊狀硅而言的那些?？蓪⒓す庠?02的激光束103導(dǎo)向到要形成接觸孔208的區(qū)域上。該區(qū)域可具有小于或等于被已鈍化的硅納米顆粒205覆蓋的區(qū)域的任何尺寸。
[0028]對(duì)于具體的激光源102，可定制納米顆粒鈍化膜206相對(duì)于硅納米顆粒201的粒度的厚度。例如，由于硅吸收綠激光而氧化物對(duì)于綠激光來(lái)說(shuō)是透明的，因此可調(diào)整氧化物(如，二氧化硅、氧化鈦、氧化鋁、氧化鉿)納米顆粒鈍化膜206的厚度以主要透射或吸收綠色波長(zhǎng)的激光束103。即，可調(diào)整納米顆粒鈍化膜206的厚度以使燒蝕達(dá)到最佳效果。納米顆粒鈍化膜206的厚度、硅納米顆粒201的粒度以及激光源102的特性將取決于太陽(yáng)能電池的詳細(xì)情況。
[0029]各個(gè)納米顆粒鈍化膜206起到隔熱體作用，從而對(duì)硅納米顆粒201引起離散的燒蝕事件。這導(dǎo)致能夠直接燒蝕硅納米顆粒201并將對(duì)發(fā)射極204和基板203的損害降至最低，從而開(kāi)出到達(dá)發(fā)射極204表面的接觸孔208。接觸孔208僅在暴露于激光束103的那些娃納米顆粒201處開(kāi)出，而其余的娃納米顆粒201保持原樣。這些剩余的娃納米顆粒201具有較高的電阻率，并且不能傳導(dǎo)載流子也就是不能顯著地有助于載流子復(fù)合。
[0030]在圖7中，金屬觸點(diǎn)209在每個(gè)接觸孔208內(nèi)形成，以電連接于相應(yīng)發(fā)射極204的表面。
[0031]圖8-12示出了剖視圖，其示意說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例通過(guò)激光熔融硅納米顆粒來(lái)形成太陽(yáng)能電池300的接觸孔的方法。激光熔融包括涉及退火、燒結(jié)、聚結(jié)，或提高顆粒溫度以引起顆粒凝聚成團(tuán)的激光工藝。一般來(lái)講，激光熔融涉及具有相對(duì)長(zhǎng)的脈沖寬度(如，一納秒以及更長(zhǎng))的激光脈沖。與此形成鮮明對(duì)比的是，激光燒蝕涉及具有相對(duì)短的脈沖寬度(其可為一皮秒以及更短)的激光脈沖。
[0032]在圖8中，太陽(yáng)能電池基板包括晶體硅基板303?？稍诠杌?03上形成納米顆粒301之前將硅基板303的表面鈍化?？赏ㄟ^(guò)以下方式將硅基板303的表面鈍化:形成到納米顆粒301的連續(xù)界面，或?qū)褰缑孢M(jìn)行摻雜以排斥少數(shù)載流子。納米顆粒301也可充當(dāng)鈍化層。在圖8的例子中，通過(guò)鈍化膜302將硅基板303的表面鈍化。鈍化膜302可包含二氧化硅。作為具體的例子，鈍化膜302可包含熱生長(zhǎng)或沉積在硅基板303的表面上的二氧化硅。一般來(lái)講，鈍化膜302可包含任何合適的鈍化材料，例如氧化物。取決于太陽(yáng)能電池的特性，鈍化膜302也可以是任選的。例如，硅納米顆粒301可以直接形成在基板303的表面上。
[0033]在一個(gè)實(shí)施例中，納米顆粒301包括粒度小于500nm的摻雜娃納米顆粒?？墒褂肗型摻雜物(如，磷)摻雜硅納米顆粒301以形成N型發(fā)射極，或可使用P型摻雜物(如，硼)摻雜硅納米顆粒301以形成P型發(fā)射極。硅納米顆粒301在鈍化膜302上形成。可通過(guò)印刷工藝(例如通過(guò)絲網(wǎng)印刷或噴墨打印)形成硅納米顆粒301。
[0034]在圖9中，硅納米顆粒301被鈍化以使電子-空穴對(duì)的復(fù)合減到最少并使激光熔融工藝得到優(yōu)化。硅納米顆粒301被重新標(biāo)記為已鈍化的硅納米顆粒305，以表明鈍化過(guò)程給熔融或聚結(jié)的娃納米顆粒301的單個(gè)顆?；蝾w粒簇涂覆上納米顆粒鈍化膜306。納米顆粒鈍化膜306可包含在硅納米顆粒301的單個(gè)顆?；蝾w粒簇的表面上形成的二氧化硅、氮化硅或其他合適的鈍化材料。例如，納米顆粒鈍化膜306可包含通過(guò)在氧化環(huán)境中加熱硅納米顆粒301而熱生長(zhǎng)在硅納米顆粒301的表面上的氧化物。取決于硅納米顆粒301的多孔性，納米顆粒鈍化膜306也可通過(guò)CVD (包括通過(guò)ALD)沉積在硅納米顆粒301的表面上。例如，納米顆粒鈍化膜306可包含通過(guò)ALD沉積在娃納米顆粒301的表面上的氮化娃。
[0035]在圖10中，覆蓋層307在已鈍化的硅納米顆粒305上形成。覆蓋層307可包含沉積的氮化硅或其他覆蓋材料。覆蓋層307防止水分滲入下面的材料，所述滲入可能使已鈍化硅納米顆粒305和鈍化膜302的界面退化。在一些工藝中，覆蓋層307是任選的并且可省略。 [0036]在圖11中，激光接觸工藝將激光束103照射到基板303的形成發(fā)射極304的區(qū)域上。激光接觸工藝將覆蓋層307的一部分移除、使已鈍化的硅納米顆粒305熔融，并將鈍化膜302的一部分移除，從而形成接觸孔308和發(fā)射極304。一般來(lái)講，激光接觸工藝可涉及一個(gè)或多個(gè)激光源、一個(gè)或多個(gè)激光脈沖、一個(gè)或多個(gè)激光步驟，并且可包括除熔融以外的激光工藝。在一個(gè)實(shí)施例中，已鈍化硅納米顆粒305的熔融通過(guò)激光熔融進(jìn)行，而覆蓋層307的一部分的移除以及鈍化膜302的一部分的移除通過(guò)激光燒蝕進(jìn)行。發(fā)射極304的大部分包含已熔融的硅納米顆粒301，該已熔融的硅納米顆粒301被摻雜，因而具有導(dǎo)電性。
[0037]太陽(yáng)能電池300包括具有不同導(dǎo)電類(lèi)型的多個(gè)發(fā)射極304，但為了圖示清晰起見(jiàn)，圖11和后續(xù)的圖中僅示出了一個(gè)發(fā)射極。發(fā)射極304可具有P型導(dǎo)電性，在這種情況下，硅納米顆粒301包含P型摻雜物。作為另外一種選擇，發(fā)射極304可具有N型導(dǎo)電性，在這種情況下，硅納米顆粒301包含N型摻雜物。一般來(lái)講，具有P型摻雜物的硅納米顆粒301在基板303的形成P型發(fā)射極的區(qū)域上方形成，并且具有N型摻雜物的硅納米顆粒301在基板303的形成N型發(fā)射極的區(qū)域上方形成。激光熔融工藝將硅納米顆粒301熔融，以形成具有相應(yīng)導(dǎo)電類(lèi)型的發(fā)射極304。
[0038]就激光熔融而言，納米顆粒鈍化膜306的厚度可相對(duì)于硅納米顆粒301的粒度在較寬范圍內(nèi)，但較之(例如)激光燒蝕工藝通常要薄一些。激光源102被選擇為具有最佳的功率、波長(zhǎng)和脈沖時(shí)間，以實(shí)現(xiàn)對(duì)納米顆粒的熔融。由于納米顆粒的物理性質(zhì)(包括光學(xué)和熱學(xué)行為)具有尺寸依賴(lài)性，所以這些激光特性可能不同于就塊狀硅而言的那些?？蓪⒓す庠?02的激光束103導(dǎo)向到要形成接觸孔308和發(fā)射極304的區(qū)域上。該區(qū)域可具有小于或等于為已鈍化硅納米顆粒305所覆蓋的區(qū)域的任何尺寸。各個(gè)納米顆粒鈍化膜306均較薄，以便于納米顆粒鈍化膜306在激光熔融過(guò)程中破裂，使得那些已熔融的硅納米顆粒301不被限制在納米顆粒鈍化膜306形成的各個(gè)殼體內(nèi)?？赏ㄟ^(guò)納米顆粒鈍化膜、納米顆粒和激光工藝(例如間接燒蝕或熔融納米顆粒鈍化膜)的各種相互作用導(dǎo)致納米顆粒鈍化膜的破裂。
[0039]在進(jìn)行激光熔融時(shí)，硅納米顆粒301將熔融并重結(jié)晶，從而要么形成多晶硅層，要么形成外延硅層。再生長(zhǎng)層(其為高度摻雜的多晶硅或單晶硅)充當(dāng)發(fā)射極304。由于將來(lái)自硅納米顆粒301的摻雜物驅(qū)出以形成發(fā)射極304，所以發(fā)射極304的該再生長(zhǎng)區(qū)域可存在于具有大炔基板摻雜的結(jié)晶硅區(qū)域內(nèi)，或存在于摻雜率高于基板的區(qū)域內(nèi)。取決于用于激光熔融的位于適當(dāng)位置的特定薄膜疊堆，該疊堆可在激光熔融硅納米顆粒301過(guò)程中燒蝕，或可能需要第二激光條件以在激光熔融硅納米顆粒301之前或之后將薄膜疊堆燒蝕。這導(dǎo)致在退火區(qū)域的表面上形成接觸孔308，該接觸孔308具有導(dǎo)電性并且僅在硅納米顆粒301的暴露于激光束103的區(qū)域內(nèi)形成。硅納米顆粒301的剩余部分(即，未暴露于激光束103的那些部分)具有較高的電阻率，并且將不會(huì)傳導(dǎo)載流子或顯著地有助于載流子復(fù)合。
[0040]如之前那樣，對(duì)于具體的激光源102，可定制納米顆粒鈍化膜306相對(duì)于硅納米顆粒301的粒度的厚度。即，可調(diào)整納米顆粒鈍化膜306的厚度以獲得最佳的熔融。納米顆粒鈍化膜306的厚度、硅納米顆粒301的粒度以及激光源102的特性取決于太陽(yáng)能電池的詳細(xì)情況。
[0041]在圖12中，金屬觸點(diǎn)309在每個(gè)接觸孔308內(nèi)形成，以電連接于相應(yīng)發(fā)射極304的表面。
[0042]圖13示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例使用激光接觸工藝來(lái)形成太陽(yáng)能電池接觸孔的方法的流程圖。在圖13的例子中，硅納米顆粒被摻雜以合適的摻雜物，例如摻雜N型摻雜物以形成到達(dá)N型發(fā)射極的接觸孔，或摻雜P型摻雜物以形成到達(dá)P型發(fā)射極的接觸孔(步驟401)。在太陽(yáng)能電池基板上形成硅納米顆粒(步驟402)。例如，硅納米顆?？梢灾苯映练e在太陽(yáng)能電池基板上或沉積在位于基板上的另一個(gè)層(如，鈍化膜)上。
[0043]將硅納米顆粒鈍化(步驟403)。硅納米顆粒可在合成過(guò)程中、合成之后但在太陽(yáng)能電池基板上形成之前，或在太陽(yáng)能電池基板上形成之后進(jìn)行鈍化。硅納米顆?？稍谛纬商?yáng)能電池的發(fā)射極之前或之后在太陽(yáng)能電池基板上進(jìn)行鈍化?？赏ㄟ^(guò)用納米顆粒鈍化膜涂覆硅納米顆粒的單個(gè)顆?；蝾w粒簇的表面來(lái)將硅納米顆粒鈍化。作為具體的例子，氧化物可以熱生長(zhǎng)在硅納米顆粒的單個(gè)顆粒或顆粒簇的表面上。作為另一個(gè)例子，氮化硅可以沉積在硅納米顆粒的單個(gè)顆?；蝾w粒簇的表面上。有利地，可針對(duì)具體激光源定制納米顆粒鈍化膜的厚度，以滿足具體激光接觸工藝的需求。
[0044] 在激光接觸工藝中通過(guò)將激光束照射到硅納米顆粒上而形成到達(dá)太陽(yáng)能電池發(fā)射極的接觸孔(步驟404)。例如，激光接觸工藝可包括用于形成穿過(guò)硅納米顆粒的接觸孔的激光燒蝕工藝，以及用于形成穿過(guò)其他材料的接觸孔的其他或相同的燒蝕工藝。在該情況下，可通過(guò)使來(lái)自硅納米顆粒的摻雜物擴(kuò)散到太陽(yáng)能電池基板內(nèi)來(lái)形成發(fā)射極，隨后形成將發(fā)射極暴露出來(lái)的接觸孔。作為另一個(gè)例子，激光接觸工藝可包括激光熔融工藝，借此將硅納米顆粒熔融以形成到達(dá)包含已熔融的硅納米顆粒的發(fā)射極的接觸孔。接觸孔可穿過(guò)覆蓋層、硅納米顆粒和鈍化膜形成。穿過(guò)除硅納米顆粒之外的材料的接觸孔可通過(guò)激光燒蝕或其他激光工藝形成；穿過(guò)硅納米顆粒的接觸孔可通過(guò)激光熔融形成。使用激光便于形成穿過(guò)硅納米顆粒的相對(duì)小的點(diǎn)接觸孔，用于提高太陽(yáng)能電池效率。
[0045]如可從上述內(nèi)容理解的那樣，可使用多種激光、硅納米顆粒尺寸和納米顆粒鈍化膜厚度來(lái)執(zhí)行本發(fā)明的實(shí)施例，從而滿足具體的工藝要求。例如，對(duì)于激光燒蝕和激光熔融兩者，可以采用具有Ifs至IOns脈沖寬度的綠激光或紅外(或其他波長(zhǎng))激光。納米顆粒鈍化膜的厚度將取決于硅納米顆粒的尺寸和激光工藝的類(lèi)型(即，是燒蝕、還是熔融)。一般來(lái)講，厚度大于硅納米顆粒直徑的25%的納米顆粒鈍化膜往往采用激光燒蝕，且厚度等于或小于硅納米顆粒直徑的25%的納米顆粒鈍化膜往往采用激光熔融。例如，涂覆有IOnm厚納米顆粒鈍化膜的200nm直徑的硅納米顆粒更適合于激光熔融。作為另一個(gè)例子，具有IOnm厚納米顆粒鈍化膜的15nm直徑的娃納米顆粒更適合于激光燒蝕。
[0046]已公開(kāi)了使用硅納米顆粒制造太陽(yáng)能電池的激光接觸工藝、激光系統(tǒng)和太陽(yáng)能電池結(jié)構(gòu)。雖然已提供了本發(fā)明的具體實(shí)施例，但是應(yīng)當(dāng)理解，這些實(shí)施例是用于舉例說(shuō)明的目的，而不用于限制。通過(guò)閱讀本發(fā)明，許多另外的實(shí)施例對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言將是顯而 見(jiàn)的。
【權(quán)利要求】
1.一種形成太陽(yáng)能電池的接觸孔的方法，所述方法包括: 在太陽(yáng)能電池基板上形成摻雜硅納米顆粒； 用納米顆粒鈍化膜涂覆所述摻雜硅納米顆粒；以及 在激光接觸工藝中將激光束照射到所述摻雜硅納米顆粒上，以形成穿過(guò)所述摻雜硅納米顆粒到達(dá)所述太陽(yáng)能電池的發(fā)射極的接觸孔。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述基板包括硅基板。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括: 在所述太陽(yáng)能電池基板上形成所述摻雜硅納米顆粒之前，在所述太陽(yáng)能電池基板上形成鈍化膜。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中所述摻雜硅納米顆粒在所述鈍化膜上形成。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中所述鈍化膜包含二氧化硅。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中用所述納米顆粒鈍化膜涂覆所述摻雜硅納米顆粒包括: 在所述摻雜硅納米顆粒的單個(gè)顆粒或顆粒簇的表面上形成二氧化硅。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中用所述納米顆粒鈍化膜涂覆所述摻雜硅納米顆粒包括: 在所述摻雜娃納米顆粒的單個(gè)顆?；蝾w粒簇的表面上沉積氮化硅。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括: 將來(lái)自所述摻雜硅納米顆粒的摻雜物擴(kuò)散到所述太陽(yáng)能電池基板內(nèi)以形成所述發(fā)射極，之后在所述激光接觸工藝中將所述激光束照射到所述摻雜硅納米顆粒上以形成到達(dá)所述太陽(yáng)能電池的所述發(fā)射極的所述接觸孔。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中當(dāng)在所述激光接觸工藝中將所述激光束照射到所述摻雜硅納米顆粒上以形成到達(dá)所述發(fā)射極的所述接觸孔時(shí)，所述發(fā)射極由熔融的摻雜硅納米顆粒形成。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括: 在所述摻雜硅納米顆粒上形成覆蓋層，并且其中所述接觸孔穿過(guò)所述覆蓋層。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括使金屬觸點(diǎn)形成在所述接觸孔內(nèi)，以電連接于所述發(fā)射極。
12.—種太陽(yáng)能電池，所述太陽(yáng)能電池包括: 太陽(yáng)能電池基板； 位于所述太陽(yáng)能電池基板上的多個(gè)摻雜硅納米顆粒，所述多個(gè)摻雜硅納米顆粒的單個(gè)顆?；蝾w粒簇的表面上具有納米顆粒鈍化膜； 穿過(guò)所述多個(gè)摻雜硅納米顆粒的接觸孔； 發(fā)射極；以及 通過(guò)所述接觸孔電連接于所述發(fā)射極的金屬觸點(diǎn)。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的太陽(yáng)能電池，其中所述發(fā)射極位于所述太陽(yáng)能電池基板內(nèi)。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的太陽(yáng)能電池，其中所述太陽(yáng)能電池基板包括硅基板。
15.根據(jù)權(quán)利要求12所述的太陽(yáng)能電池，還包括介于所述太陽(yáng)能電池基板和所述多個(gè)摻雜硅納米顆粒之間的鈍化膜。
16.根據(jù)權(quán)利要求12所述的太陽(yáng)能電池，還包括位于所述摻雜硅納米顆粒之上的覆蓋層。
17.一種形成太陽(yáng)能電池的接觸孔的方法，所述方法包括: 在太陽(yáng)能電池基板上形成摻雜硅納米顆粒； 使來(lái)自所述摻雜硅納米顆粒的摻雜物擴(kuò)散以形成發(fā)射極； 用納米顆粒鈍化膜涂覆所述摻雜硅納米顆粒；以及 在激光接觸工藝中將激光束照射到所述摻雜硅納米顆粒上，以形成穿過(guò)所述摻雜硅納米顆粒到達(dá)所述發(fā)射極的接觸孔。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中在將來(lái)自所述摻雜硅納米顆粒的所述摻雜物擴(kuò)散以形成所述發(fā)射極之前，用所述納米顆粒鈍化膜涂覆所述摻雜硅納米顆粒。
19.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中用所述納米顆粒鈍化膜涂覆所述摻雜硅納米顆粒包括: 在所述摻雜硅納米顆粒的單個(gè)顆?；蝾w粒簇的表面上形成二氧化硅。
20.根據(jù)權(quán)利要求17 所述的方法，其中用所述納米顆粒鈍化膜涂覆所述摻雜硅納米顆粒包括: 在所述摻雜硅納米顆粒的單個(gè)顆粒或顆粒簇的表面上沉積氮化硅。
21.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，還包括在所述摻雜硅納米顆粒上形成覆蓋層，并且其中所述接觸孔穿過(guò)所述覆蓋層。
22.—種形成太陽(yáng)能電池的接觸孔的方法，所述方法包括: 在太陽(yáng)能電池的基板上形成摻雜硅納米顆粒； 用納米顆粒鈍化膜涂覆所述摻雜硅納米顆粒；以及 用激光束將所述摻雜硅納米顆粒的一些部分熔融，以形成具有所述摻雜硅納米顆粒的所述熔融部分的所述太陽(yáng)能電池的發(fā)射極，并形成到達(dá)所述太陽(yáng)能電池的所述發(fā)射極的接觸孔。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其中用所述納米顆粒鈍化膜涂覆所述摻雜硅納米顆粒包括: 在所述摻雜硅納米顆粒的單個(gè)顆粒或顆粒簇的表面上形成二氧化硅。
24.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其中用所述納米顆粒鈍化膜涂覆所述摻雜硅納米顆粒包括: 在所述摻雜硅納米顆粒的單個(gè)顆?；蝾w粒簇的表面上沉積氮化硅。
25.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，還包括在所述摻雜硅納米顆粒上形成覆蓋層，并且其中所述接觸孔穿過(guò)所述覆蓋層。
【文檔編號(hào)】H01L31/00GK104025303SQ201280063535
【公開(kāi)日】2014年9月3日 申請(qǐng)日期:2012年12月5日 優(yōu)先權(quán)日:2011年12月22日
【發(fā)明者】保羅·盧斯科托福, 斯蒂夫·莫里薩, 金泰錫 申請(qǐng)人:太陽(yáng)能公司