專利名稱：太陽能電池及其制造方法
太陽能電池及其制造方法技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明的實施方式涉及太陽能電池，更具體地說，本發(fā)明的實施方式涉及太陽能電池及在制造過程中使用激光的太陽能電池的制造方法。
背景技術(shù)：
多年以來，人們致力于利用太陽能來發(fā)電。在一個晴天，太陽為地球表面的幾乎任何地方提供的能量約為1000瓦特/平方米。長期以來，人們試圖利用適當(dāng)?shù)奶柲馨雽?dǎo)體裝置收集太陽能。收集到的太陽能通過產(chǎn)生適當(dāng)?shù)碾妷簛戆l(fā)電和使電流強(qiáng)度最大化，電流強(qiáng)度通過電子流表示。但是，迄今為止，許多光伏電池或太陽能電池的總體效率低下。
因為太陽能電池的制造和使用缺乏效率，所以太陽 能電池工業(yè)的成功受阻。例如， 目前用于太陽能電池及其制造方法的半導(dǎo)體材料的制造成本高昂。一種現(xiàn)有太陽能電池的制造方法包括，通過處理低質(zhì)太陽能電池的已知技術(shù)(包括晶片的蝕刻和后續(xù)硅晶片的處理)將低質(zhì)硅晶片制成太陽能電池，使晶片可用作太陽能電池。另一種現(xiàn)有太陽能電池的制造方法包括，在適當(dāng)?shù)幕迳闲纬杀〉墓杈雍?或非晶硅層，隨后通過處理技術(shù)最終制成太陽能電池/太陽電池板。但是，上述方法中的各種處理效率不高，導(dǎo)致太陽能電池工業(yè)發(fā)展不理想。
有鑒于此，確有必要提供一種太陽能電池及其制造方法，以解決現(xiàn)有太陽能電池工業(yè)中存在的缺陷和/或不足。發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明提供了一種太陽能電池及其制造方法。本發(fā)明的實施方式提供了制造太陽能電池的一些優(yōu)點，可以減少太陽能電池的生產(chǎn)時間、降低太陽能電池的生產(chǎn)成本。 本發(fā)明的一些實施方式提供了一種太陽能電池的制造方法，其使用激光消融形成貫穿覆蓋在半導(dǎo)體晶片的前面上的介質(zhì)層的通道，使半導(dǎo)體晶片的至少部分表面裸露。根據(jù)本發(fā)明太陽能電池制造方法的一些實施方式，自摻雜金屬漿料隨后被施加于通道，半導(dǎo)體晶片和施加的自摻雜金屬漿料被加熱，以在單一步驟中在半導(dǎo)體晶片的前面形成選擇發(fā)射區(qū)和位于選擇發(fā)射區(qū)上并與選擇發(fā)射區(qū)自對準(zhǔn)的觸點。在本發(fā)明的一些實施方式中，自摻雜金屬漿料包括無玻璃金屬漿料。因為前面介質(zhì)層的區(qū)域的消融有助于自摻雜金屬漿料與半導(dǎo)體晶片裸露部分的直接接觸，所以無需使用玻璃粉侵蝕介質(zhì)層，減少玻璃粉對摻雜劑的消耗。
本發(fā)明的一個實施方式提供了一種太陽能電池的制造方法，其包括提供一個基板。本實施方式的基板包括一個半導(dǎo)體晶片，半導(dǎo)體晶片包括一個前面和一個后面，半導(dǎo)體晶片的前面上形成至少一個介質(zhì)層。本實施方式的半導(dǎo)體晶片最初與第一類電荷載體摻雜并包括一個P-N接面，P-N接面通過用第二類電荷載體摻雜半導(dǎo)體晶片的前面形成，第二類電荷載體與第一類電荷載體相反。本實施方式的太陽能電池的制造方法還包括，使用激光消融至少一個介質(zhì)層的區(qū)域形成一個貫穿至少一個介質(zhì)層的通道，半導(dǎo)體晶片的部分前面通過通道裸露。本實施方式的太陽能電池的制造方法還包括，在部分基板上施加自摻雜金屬漿料，使得施加的自摻雜金屬漿料施加于通道。本實施方式的自摻雜漿料包括含有第二類電荷載體的摻雜劑。本實施方式的太陽能電池的制造方法還包括，加熱基板和自摻雜金屬漿料，使至少一些來自自摻雜金屬漿料的摻雜劑進(jìn)入通過通道裸露的半導(dǎo)體晶片的前面，形成一個選擇發(fā)射區(qū)和位于選擇發(fā)射區(qū)上并與選擇發(fā)射區(qū)自對準(zhǔn)的觸點。
本發(fā)明的另一個實施方式提供了一種太陽能電池，本實施方式的太陽能電池至少部分通過包括提供一個基板的方法形成。本實施方式提供的基板包括一個半導(dǎo)體晶片，半導(dǎo)體晶片包括一個前面和一個后面，且包括至少一個形成于半導(dǎo)體晶片的前面上的介質(zhì)層。本實施方式的半導(dǎo)體晶片最初與第一類電荷載體摻雜，且包括一個通過用第二類電荷載體摻雜半導(dǎo)體晶片的前面形成的P-N接面，第二類電荷載體與第一類電荷載體相反。本實施方式的方法還包括通過激光消融至少一個介質(zhì)層的區(qū)域形成貫穿至少一個介質(zhì)層的通道，使得半導(dǎo)體晶片的部分前面通過通道裸露。本實施方式的方法還包括，對部分基板施加自摻雜金屬漿料，使得施加的自摻雜金屬漿料施加于通道，本實施方式的自摻雜金屬漿料包括含有第二類電荷載體的摻雜劑。本實施方式的方法還包括，加熱基板和自摻雜金屬漿料，使得至少一些來自自摻雜金屬漿料的摻雜劑進(jìn)入通過通道裸露的半導(dǎo)體晶片的前面，形成一個選擇發(fā)射區(qū)和位于選擇發(fā)射區(qū)上并與選擇發(fā)射區(qū)自對準(zhǔn)的觸點。
本發(fā)明的再一個實施方式提供了一種太陽能電池，本實施方式的太陽能電池包括一個半導(dǎo)體晶片，半導(dǎo)體晶片包括一個前面和一個后面。本實施方式的半導(dǎo)體晶片最初與第一類電荷載體摻雜，且包括一個通過用第二類電荷載體摻雜半導(dǎo)體晶片的前面形成的 P-N接面，第二類電荷載體與第一類電荷載體相反。本實施方式的太陽能電池還包括一個位于半導(dǎo)體晶片的前面上的一個介質(zhì)層。本實施方式的太陽能電池還包括若干個貫穿介質(zhì)層的不連續(xù)通道。本實施方式的太陽能電池還包括一個大致位于若干個不連續(xù)的通道上的金屬觸點網(wǎng)格。本實施方式的半導(dǎo)體晶片的前面包括若干個不連續(xù)的選擇發(fā)射區(qū)，本實施方式的每個選擇發(fā)射區(qū)大致位于一個通道下，且第二類電荷載體的摻雜濃度高于相鄰半導(dǎo)體晶片的前面區(qū)域的第二類電荷載體的摻雜濃度。本實施方式的金屬觸點網(wǎng)格通過選擇發(fā)射區(qū)若干個不連續(xù)的通道與P-N接面電接觸。
以上的發(fā)明內(nèi)容僅僅概括了本發(fā)明的一些實施方式，提供了本發(fā)明的一個基本理解。因此，可以理解的是，以上 描述的實施方式僅僅是示例性的，并不對本發(fā)明的范圍構(gòu)成限制。應(yīng)當(dāng)理解的是，本發(fā)明的范圍還包括許多其他實施方式，以下將進(jìn)一步描述前面概括的實施方式之外的其他一些實施方式。


已經(jīng)大概描述了本發(fā)明的實施方式，以下將結(jié)合附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的實施方式，附圖并非嚴(yán)格按尺寸繪制，其中
圖1為根據(jù)本發(fā)明的實施方式制造的太陽能電池的剖視圖。
圖2為本發(fā)明太陽能電池的制造方法的一個實施方式的流程圖。
圖3為根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式形成的通道的沿深度摻雜分布圖。
圖4A至4D為使用一系列激光能量水平消融氮化硅介質(zhì)層形成的一系列通道。
圖5為根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式形成的貫穿氮化硅介質(zhì)層的大致圓形的通道。
圖6為根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式形成的貫穿氮化硅介質(zhì)層的大致線性的通道。
圖7為根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式，燒結(jié)前面觸點并形成與前面觸點自對準(zhǔn)的選擇發(fā)射區(qū)的溫度曲線。
圖8為根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式，燒結(jié)前面觸點并形成與前面觸點自對準(zhǔn)的選擇發(fā)射區(qū)的另一個溫度曲線。
圖9A至9E為本發(fā)明太陽能電池的制造方法的一個實施方式中，不同階段的半導(dǎo)體晶片的一系列剖視圖。
圖1Oa為根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式制造的太陽能電池的剖視圖。
圖1Ob為根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式制造的太陽能電池的俯視圖(top-down view)。
具體實施方式
以下將結(jié)合附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的一些實施方式，其中，附圖僅僅示出了本發(fā)明的部分實施方式，并非所有實施方式。事實上，本發(fā)明還可以體現(xiàn)為其他不同形式的實施方式，并不局限于說明書中給出的實施方式，說明書中給出的實施方式僅僅是為了使揭示滿足法律要求。在附圖中，相同的附圖標(biāo)記表示相同的元件。
太陽能電池是將光能轉(zhuǎn)化為電能的裝置，太陽能電池也經(jīng)常被稱為光伏電池(PV 電池)。太陽能電池是由各種半導(dǎo)體材料制成，其中一種常見的半導(dǎo)體材料為結(jié)晶硅。
太陽能電池包含三個主要元件⑴基板；⑵半導(dǎo)體接面；和⑶導(dǎo)電觸點。半導(dǎo)體，例如硅，可以與電荷載體摻雜，電荷載體可以是N-型或P-型。當(dāng)N-型硅和P-型硅接合時，太陽能電池中N-型硅和P-型硅接觸的區(qū)域為半導(dǎo)體接面，或P-N接面。半導(dǎo)體可吸收光，來自光的能量可轉(zhuǎn)移至硅層原子的價電子上，使得價電子逃逸其束縛狀態(tài)而留下一個電洞。光生電子和電洞由與P-N接面相關(guān)的電場分離。導(dǎo)電觸點允許電流自太陽能電池流向外電路。
圖1示出了太陽能電池的一個實施方式的基本元件，圖1所示的太陽能電池可以在半導(dǎo)體晶片上制造，例如在硅晶片上制造。太陽能電池5包括一個P-型硅基體10、一個 N-型硅發(fā)射器20、一個底部導(dǎo)電觸點40，以及一個頂部導(dǎo)電觸點50。P-型硅基體10和 N-型硅發(fā)射器20接觸形成接面，N-型硅20連接于頂部導(dǎo)電觸點50，P-型硅10連接于底部導(dǎo)電觸點40。頂部導(dǎo)電觸點50和底部導(dǎo)電觸點40連接負(fù)載75，并為其供電。
頂部導(dǎo)電觸點50( “前觸點”)含有銀，使得電流可以流入太陽能電池5。但是，頂部導(dǎo)電觸點50并不覆蓋太陽能電池5的整個表面，因為所需厚度的銀不透光。因此，頂部導(dǎo)電觸點50具有網(wǎng)格狀線，使得光可以進(jìn)入太陽能電池5。電子自頂部導(dǎo)電觸點50流出， 經(jīng)過負(fù)載75，然后通過底部導(dǎo)電觸點40與電洞結(jié)合。
底部導(dǎo)電觸點40( “后觸點”或“背觸點”)通常包含鋁-硅共晶，底部導(dǎo)電觸點40 通常覆蓋P-型硅10的整個底部，以時導(dǎo)電率最大化。鋁和硅在高于鋁-硅共晶溫度577 攝氏度的溫度下合金化，例如，可以在約750攝氏度下合金化。 合金反應(yīng)可以在基體的底部形成高度摻雜的P-型區(qū)并在那里產(chǎn)生強(qiáng)電場，強(qiáng)電場有助于阻止光生電子與電洞在背觸點再結(jié)合，以在P-N接面更有效地收集光生電子。
圖1所示的太陽能電池可獲益于本發(fā)明的揭示，如此，本發(fā)明的實施方式提供了一種改進(jìn)的太陽能電池的制造方法。圖2所示為本發(fā)明太陽能電池的制造方法的一個實施方式的流程圖，操作200包括在半導(dǎo)體晶片形成P-N接面。為了示例性說明，并不是為了限定，本說明書中將僅以硅晶片為例進(jìn)行說明。但是，可以理解的是，根據(jù)本發(fā)明的其他實施方式，其他的半導(dǎo)體晶片材料，如鍺、硅-鍺，也可以替代硅。硅晶片可以包括結(jié)晶硅，其可以通過直拉法形成。
在形成過程中，娃晶片可以最初與含有第一類電荷載體(如P-型電荷載體或 N-型電荷載體)的摻雜劑摻雜。為了形成P-型硅晶片，硅晶片可以與P-型摻雜劑，如鋁、 鎵、硼、銦形成和/或摻雜。類似地，為了形成N-型硅晶片，硅晶片可以與N-型摻雜劑，如砷、銻、磷形成和/或摻雜。為了示例性說明，而不是為了限定，圖2所示的方法將僅以P-型硅晶片為例進(jìn)行說明。但是，可以理解的是，圖2所示的方法也可以用于N-型硅晶片。
在操作200中，P-N接面可以通過用N-型摻雜劑摻雜硅晶片的前面形成?？梢岳斫獾氖牵诠杈∟-型硅晶片的實施方式中，P-N接面可以通過用P-型摻雜劑(含有與硅晶片最初摻雜使用的第一類電荷載體相反的第二類電荷載體的摻雜劑)摻雜硅晶片的前面形成。硅晶片的前面可以通過離子注入、熱擴(kuò)散、外延生長和/或其他用于摻雜半導(dǎo)體晶片的技術(shù)進(jìn)行摻雜。
在操作210，至少在硅晶片的前面形成一個或多個介質(zhì)層。例如，一個或多個介質(zhì)層可以包括氮化硅層、二氧化硅層、氧化鋁層、氧化鈦層、碳化硅層、氫化非晶硅層、合金化氫化非晶硅層(如與鍺、碳合金化)、氮氧化硅層，或其組合層。例如，在一個通過離子注入形成P-N接面的實施方式中，一個或多個介質(zhì)層可以包括一個第一層和一個位于第一層頂部的第二層，第一層包括設(shè)置于娃晶片的前面上的二氧化娃，第二層包括氮化娃，其可以充當(dāng)抗反射涂層。在另一個通過熱擴(kuò)散形成P-N接面的實施方式中，至少一個介質(zhì)層可以僅包括氮化硅層。一個或多個介質(zhì)層可以使用任何適于形成介質(zhì)層的方法形成，例如，介質(zhì)層可以通過旋涂工藝形成，在旋涂工藝中，液態(tài)介質(zhì)沉積在晶片上，晶片隨后旋轉(zhuǎn)分配液體。 在另一個實施方式中，介質(zhì)層可以通過物理氣相沉積方法(如濺鍍)形成，通過化學(xué)氣相沉積方法(如原子層沉積)形成，通過等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(PECVD)方法形成，或通過其他一些適當(dāng)?shù)姆椒ㄐ纬伞?br> 形成一個或多個介質(zhì)層之后，操作220包括形成貫穿一個或多個介質(zhì)層的一個或多個通道。通道可以包括通過開孔或其他方式形成的至少沿著部分介質(zhì)層延伸的孔或開口，通道的截面可以為任意形狀，如圓形、橢圓形、正方形或其他不規(guī)則形狀。在本發(fā)明的一個實施方式中，使用激光消融至少一個介質(zhì)層的區(qū)域形成通道，使得硅晶片的部分前面 (如N-型摻雜面)通過通道裸露，形成的通道可以包括盲通道。
在啟動激光形成通道之前，硅晶片被放在一個激光外殼的容器中(如托盤中)，使得激光可以聚焦在硅晶片的區(qū)域上，硅晶片可以通過裝載機(jī)、連鎖等放置在激光外殼的容器中。在本發(fā)明的一個實施方式中，激光包括4級、高功率、紫外線激光。可以使用的激光包括 COHERENT AVIA 激光、NEWPORT HIPPO 激光或 Lumera Super-RAPID 激光。激光可以包括一個護(hù)罩，護(hù)罩在啟動激光之前扣合在硅 晶片上。護(hù)罩可以設(shè)置為，惰性氣體(如氮氣、 氬氣)可以在激光啟動時吹過硅晶片，以抑制因一個或多個介質(zhì)層部分消融而在裸露的硅上形成氧化層。
一個或多個硅晶片或激光隨后被對準(zhǔn)，以便在啟動激光時可以在理想的位置形成通道。硅晶片可以通過邊對齊來對準(zhǔn)，此時，硅晶片的邊需被識別，隨后硅晶片根據(jù)被識別的邊位置來對準(zhǔn)。在本發(fā)明的另一個實施方式中，硅晶片可以通過中央對齊來對準(zhǔn)。中央對齊時，采用光學(xué)檢測裝置(如相機(jī))來識別硅晶片的中央，隨后硅晶片的中央與預(yù)定位置對準(zhǔn)。或者，激光聚焦與理想位置對齊，如通過激光發(fā)射器的機(jī)械移動將激光聚焦于理想位置。在本發(fā)明的另一個實施方式中，激光還可以包括具有光學(xué)元件的振鏡掃描頭，其可以調(diào)整以便于將激光聚焦于理想位置上。
硅晶片和/或激光對準(zhǔn)后，激光聚焦于形成通道的理想位置，激光啟動使得至少一個介質(zhì)層的區(qū)域消融，露出下層硅晶片的部分前面。根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式，通道包括一個貫穿至少一個介質(zhì)層的孔。圖3示出了使用266納米納秒激光貫穿氮化硅介質(zhì)層形成的通道的沿深度摻雜分布圖，通道的深度約為100納米，不足以刺穿硅晶片的P-N接面。 沿深度摻雜分布圖還示出了，冷卻后，通過氮化硅介質(zhì)層消融裸露的通道中央的硅表面升至比通道周圍的氮化硅表面高。
可以理解的是，根據(jù)想要的通道尺寸和形狀、待消融的介質(zhì)層的類型和厚度，激光的設(shè)置可以調(diào)整，可以調(diào)整的設(shè)置之一為激光能量水平(激光脈沖單位面積的能量)。圖 4A至4D示出了使用一系列能量水平的激光消融氮化硅介質(zhì)形成的一系列通道，通道系列按照從圖4A使用具有最高能量水平的激光脈沖形成的通道至圖4D使用最低激光能量水平的激光脈沖形成的通道排列。如圖4所示，能量水平可能影響氮化物(黑)自硅(白)消融。高能量水平可能導(dǎo)致下層硅的融化，如移除氮化硅后的白色區(qū)域中的環(huán)所示。不希望出現(xiàn)下層硅的融化，因為其可能導(dǎo)致在融化的硅表面生成氧化層。因此，使用的能量水平的上限取決于硅表面的融化超過可忍受水平時對應(yīng)的能量水平。在本發(fā)明的一個實施方式中， 待消融的介質(zhì)層包括氮化硅層，使用的激光能量水平大于I焦耳/平方厘米。但是，可以理解的是，I焦耳/平方厘米僅僅是為了示例說明。在本發(fā)明的其他實施方式中，待消融的介質(zhì)層包括氮化硅層，可使用的激光能量水平的范圍為O. 12焦耳/平方厘米至5. O焦耳/平方厘米。
另一個可以調(diào)整的設(shè)置為使用的激光脈沖分布的類型，在本發(fā)明的一個實施方式中，使用了頂帽分布，其可以防止理想通道位置以外的介質(zhì)層的部分消融，頂帽分布還有助于防止在因介質(zhì)層消融而裸露的硅上生成氧化層。但是，可以理解的是，也可以使用頂帽分布之外的其他激光脈沖分布，如高斯分布。用于消融所使用的激光脈沖的持續(xù)時間也可以調(diào)整，在本發(fā)明的一個實施方式中，使用的激光脈沖的持續(xù)時間約為I 皮秒至30納秒。
在本發(fā)明的一些實施方式中，通道的尺寸受到一些因素制約。例如，通道尺寸的下限可能受到隨后施加于通道的自摻雜金屬漿料中的顆粒尺寸的影響，如下面的操作230所描述。此時，通道的尺寸應(yīng)當(dāng)設(shè)置為足夠允許自摻雜金屬漿料中的顆粒通過通道并與下層硅晶片接觸。此外，如果通道的尺寸過小，通過燒結(jié)自摻雜金屬漿料(如下面描述的操作 250)形成的觸點的電阻可能過高，不能有效傳輸根據(jù)圖2所示的方法制造的太陽能電池產(chǎn)生的電流。通道尺寸的上限可能受到通過在通道上施加和燒結(jié)自摻雜金屬漿料形成的金屬網(wǎng)格狀線的影響，過大的網(wǎng)格狀線會遮住高百分比的太陽能電池表面，并對太陽能電池的效率造成不良影響。
在本發(fā)明的一些實施方式中，使用單激光脈沖形成大致圓形的通道，大致圓形的通道的直徑約20至100微米。在本發(fā)明的一個實施方式中，大致圓形的通道的直徑約為75 微米。圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式，在氮化硅介質(zhì)層(黑色背景)形成大致圓形的通道(白環(huán))。但是，可以理解的是，本發(fā)明的實施方式并不局限于大致圓形的通道。 例如，在本發(fā)明的一個替代實施方式中，形成的通道大致為線形，圖6示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式使用重疊激光脈沖形成的大致線形的通道。
根據(jù)圖2所示的方法形成的太陽能電池可能需要形成多個通道，因此，在形成每個通道之間，激光焦點需要調(diào)整，以使激光聚焦于下一個理想的通道位置。如前所述，晶片和/或激光可以機(jī)械移動，但是，晶片和/或激光的機(jī)械移動不利于太陽能電池的商業(yè)化生產(chǎn)，因為機(jī)械移動需要占用額外的時間。因此，在本發(fā)明的一個實施方式中，通過調(diào)整掃描頭來重新聚焦激光，其比硅晶片和/或激光的機(jī)械移動更迅速，可以增加產(chǎn)量。掃描頭可以包括振鏡掃描頭、多邊形掃描頭(如多邊形掃描系統(tǒng))。使用掃描頭聚焦激光有時也稱為光柵激光。此外，可以平行使用多個激光，以同時形成多個通道，增加產(chǎn)量。
完成操作220后，可以對硅晶片的前面進(jìn)行濕式蝕刻清洗步驟(未在圖2中示出)。但是，根據(jù)操作220中使用的激光類型和/或下面描述的操作230中使用的自摻雜金屬漿料的類型，可能不需要進(jìn)行濕式蝕刻清洗。因此，在本發(fā)明的一些實施方式中，在操作 220之后不進(jìn)行濕式蝕刻清洗步驟。
操作230包括對部分前面施加自摻雜金屬漿料，使得自摻雜金屬漿料施加于操作 220中形成的通道，自摻雜金屬漿料可以以任意適于在硅晶片上形成前面觸點的方式施加。 在本發(fā)明的一個實施方式中，自摻雜金屬漿料以網(wǎng)格狀線的形式施加于通道上，形成貫穿介質(zhì)層的觸點，且根據(jù)本發(fā)明的實施方式制造的太陽能電池產(chǎn)生的電流被網(wǎng)格狀線傳輸。
自摻雜金屬漿料可以包括銀漿料，但是，可以理解的是，說明書中給出的銀漿料僅僅是示例性的，其可以被用于形成前面觸點的其他導(dǎo)電漿料替代。自摻雜金屬漿料還包括摻雜劑，自摻雜金屬漿料中的摻雜劑的電荷載體的類型最好與操作200中用于摻雜硅晶片的前面以形成P-N接面的電荷載體的類型相同。如果形成的通道短接P-N接面，對通過通道裸露的硅晶片的部分前面施加自摻雜金屬漿料可以再摻雜裸露的晶片表面。施加自摻雜金屬漿料還可以進(jìn)一步在通道位置形成選擇發(fā)射區(qū)，選擇發(fā)射區(qū)的摻雜劑濃度高于鄰近通道位置的硅的前面的摻雜劑濃度。在本發(fā)明的一個實施方式中， 如結(jié)合操作200進(jìn)行示例性描述的方式中，P-型硅晶片的前面摻雜N-型摻雜劑形成P-N接面，自摻雜金屬漿料包括 N-型摻雜劑。與金屬漿料混合形成N-型自摻雜金屬漿料的N-型摻雜劑包括磷、砷、銻或其組合。根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式，可以使用的N-型自摻雜銀漿料包括杜邦公司生產(chǎn)的 PV167和PV168銀漿料。但是，可以理解的是，根據(jù)本發(fā)明的其他實施方式，也可以施加含有 P-型摻雜劑的自摻雜金屬漿料，以最初與N-型摻雜劑摻雜的硅晶片作為起始基板。與金屬漿料混合形成P-型自摻雜金屬漿料的P-型摻雜劑包括銦、鋁、鎵、硼或其任意組合。自摻雜金屬漿料可以根據(jù)美國專利 US 6，737，340、US 6，703，295、US 6，664，631、US 6,632,730、 US 6，262，359和US 6，180，869的揭示制備，各個美國專利的全部內(nèi)容通過引用結(jié)合于本說明書。
在本發(fā)明的一個實施方式中，采用了無玻璃自摻雜金屬漿料。因為通道貫穿至少一個介質(zhì)層開設(shè)，所以無需玻璃粉侵蝕至少一個介質(zhì)層。使用無玻璃自摻雜金屬漿料(如杜邦公司生產(chǎn)的PV167型無玻璃自摻雜銀漿料)的優(yōu)點在于玻璃粉會充當(dāng)消氣劑，消耗與漿料混合的摻雜劑。因此，無玻璃自摻雜金屬漿料的使用可以避免摻雜劑的消耗，并通過施加漿料為通過通道裸露的硅表面區(qū)域提供更好的摻雜。但是，可以理解的是，本發(fā)明的實施方式并不局限于使用無玻璃自摻雜金屬漿料。除了無玻璃自摻雜金屬漿料，作為無玻璃自摻雜金屬漿料的替代，也可以使用燒結(jié)自摻雜金屬漿料或部分燒結(jié)自摻雜金屬漿料。當(dāng)使用無玻璃自摻雜金屬漿料時，在施加自摻雜金屬漿料之前，需要執(zhí)行清洗步驟(如濕式蝕刻清洗步驟)。
可以通過任意適當(dāng)?shù)姆椒ㄊ┘幼該诫s金屬漿料，在本發(fā)明的一個實施方式中，通過設(shè)置適當(dāng)?shù)慕z網(wǎng)印刷機(jī)對硅晶片的部分前面絲網(wǎng)印刷自摻雜金屬漿料。根據(jù)本發(fā)明的實施方式，可以用于施加自摻雜金屬漿料的絲網(wǎng)印刷機(jī)為ASYS公司的STS X5型絲網(wǎng)印刷機(jī)。
在絲網(wǎng)印刷自摻雜金屬漿料之前，硅晶片置于托盤或絲網(wǎng)印刷機(jī)的其他容器中， 使得自摻雜金屬漿料可以被印刷在硅晶片的至少部分前面上。晶片和/或印刷機(jī)屏幕隨后對準(zhǔn)，使得自摻雜金屬漿料被印刷至硅晶片的理想部位形成觸點。例如，晶片和/或印刷機(jī)屏幕的對準(zhǔn)至少部分通過邊對齊實現(xiàn)，此時，硅晶片的邊被識別，隨后晶片根據(jù)已識別的邊位置對準(zhǔn)。在本發(fā)明的另一個實施方式中，通過至少部分使用中央對齊實現(xiàn)硅晶片的對準(zhǔn)， 此時，可以使用光學(xué)檢測裝置(如相機(jī))識別硅晶片的中央，隨后晶片的中央與預(yù)定位置對準(zhǔn)。在本發(fā)明的又一個實施方式中，晶片可以包括基準(zhǔn)標(biāo)記，其可以通過光學(xué)檢測裝置(如相機(jī))被識別，識別的基準(zhǔn)標(biāo)記可被用于對準(zhǔn)晶片。
印刷自摻雜金屬漿料的印刷設(shè)置可以根據(jù)一些因素調(diào)整，如晶片的厚度、使用的自摻雜金屬漿料的類型、使用的屏幕的類型、使用的絲網(wǎng)印刷機(jī)的型號和/或可能影響自摻雜金屬漿料印刷的其他因素。至少在本發(fā)明的一些實施方式中，使用的印刷機(jī)刮刀的肖氏硬度約為60至80。絲網(wǎng)印刷機(jī)使用的一個屏幕的網(wǎng)目數(shù)約290，絲網(wǎng)的直徑約O. 8毫米，乳劑厚度約I毫米，絲網(wǎng)張力約為20至25牛頓。此外，印刷速度約為100至200毫米 /秒，印刷機(jī)的刮刀施加的印刷壓力約為50至80牛頓，離網(wǎng)設(shè)置約為1. O至2. O毫米。離網(wǎng)設(shè)置可以調(diào)整，以優(yōu)化自摻雜金屬漿料的印刷?？梢赃x擇離網(wǎng)設(shè)置，使得在印刷過程中在施加刮刀之前屏幕不與硅晶片接觸，但仍足以便于在晶片上印刷理想的自摻雜金屬漿料的細(xì)線。但是，可以理解的是，提供的這些打印設(shè)置和結(jié)構(gòu)僅僅是為了示例性說明，并不構(gòu)成限制。因此，根據(jù)實際條件和應(yīng)用的具體要求，在本發(fā)明的范圍內(nèi)也可以使用不同的打印設(shè)置和結(jié)構(gòu)。
施加自摻雜金屬漿料后，在操作240，自摻雜金屬漿料被烘干?？梢岳斫獾氖?，自摻雜金屬漿料的烘干可以以任意方式進(jìn)行，如將晶片放置足夠長的時間，以在對晶片進(jìn)行加工之前允許自摻雜金屬漿料干燥。但是，為了減少采用本發(fā)明的實施方式制造太陽能電池所需的時間，可以使用熱源主動烘干自摻雜金屬漿料。在本發(fā)明的一個實施方式中，晶片被置于帶式爐中以便于自摻雜金屬漿料的烘干。可以在任意溫度下將晶片在帶式爐中放置任意時間，以充分烘干自摻雜金屬漿料。在本發(fā)明的一個實施方式中，根據(jù)帶式爐的傳送帶的行進(jìn)速度，晶片被放置在具有標(biāo)準(zhǔn)空氣氣氛、溫度范圍為200至250攝氏度的帶式爐中，放置的時間為30秒至I分鐘。可以理解的是，帶式爐的設(shè)置和條件僅僅是為了示例性說明， 并不構(gòu)成限制。根據(jù)本發(fā)明的其他實施方式，也可以使用其他設(shè)置來烘干施加的自摻雜金屬漿料。此外，在本發(fā)明的一些實施方式中，自摻雜金屬漿料的烘干可以與下面描述的操作 25 0同時進(jìn)行。
操作250包括加熱硅晶片和施加的自摻雜金屬漿料，形成前面觸點和選擇發(fā)射區(qū)，選擇發(fā)射區(qū)位于前面觸點下面并與前面觸點自對準(zhǔn)。此時，硅晶片和施加的自摻雜金屬漿料被加熱至一定溫度，使得至少一些來自自摻雜金屬漿料的摻雜劑進(jìn)入通過通道裸露的半導(dǎo)體晶片的部分前面，形成選擇發(fā)射區(qū)和位于選擇發(fā)射區(qū)上并與選擇發(fā)射區(qū)自對準(zhǔn)的觸點。觸點可以與位于通道位置的P-N接面電接觸，使得根據(jù)本發(fā)明的實施方式制造的太陽能電池產(chǎn)生的電流可通過觸點被輸出。操作250中進(jìn)行的加熱工序也可以稱為燒結(jié)，可以在燒結(jié)爐(如迪斯派奇工業(yè)公司的⑶F-7210型燒結(jié)爐)中進(jìn)行。
晶片和施加的自摻雜金屬漿料可以在燒結(jié)爐的惰性氣氛氣體中燒結(jié)，如在氮氣或氬氣氣氛下燒結(jié)，以抑制氧化物的形成。晶片和自摻雜金屬漿料最好加熱至一個最高溫度， 最高溫度超過半導(dǎo)體材料和自摻雜金屬漿料中的導(dǎo)電材料的共晶溫度。在使用硅晶片和自摻雜銀漿料的實施方式中，晶片加熱至一個最高溫度，最高溫度超過硅和銀的共晶溫度 (835攝氏度)。此處的最高溫度可以不包括一個固定的最高溫度，而是包括一個描述位于或高于共晶溫度的可變溫度。因此，晶片在最高溫度下加熱的時間可以定義晶片在位于或高于共晶溫度下加熱的時間，而不是在固定溫度下加熱的時間。在整個加熱期間，晶片和施加的自摻雜金屬漿料的燒結(jié)溫度可以不超過共晶溫度。燒結(jié)溫度可以根據(jù)溫度曲線控制， 在溫度曲線中，溫度可以上升至最高溫度，在最高溫度保溫一段時間，隨后在冷卻過程中溫度下降。在自摻雜銀漿料施加于硅晶片的實施方式中，晶片的燒結(jié)總時間約為I至5分鐘， 包括在最高溫度下保溫約10至30秒。在自摻雜銀漿料施加于硅晶片的實施方式中，最高溫度可以包括約835至980攝氏度溫度區(qū)間的任意溫度。圖7示出了用于燒結(jié)前面觸點并形成與前面觸點自對準(zhǔn)的選擇發(fā)射區(qū)的溫度曲線的一個實施方式的示意圖，圖7示出了在實驗室條件下用于燒結(jié)硅晶片和自摻雜銀漿料的溫度曲線。圖8示出了用于燒結(jié)前面銀觸點并在硅晶片形成與前面觸點自對準(zhǔn)的選擇發(fā)射區(qū)的溫度曲線的一個實施方式的示意圖， 圖8示出的溫度曲線有利于根據(jù)本發(fā)明的實施方式商業(yè)化生產(chǎn)太陽能電池。
因此，完成操作250后，在通過通道裸露的半導(dǎo)體晶片的區(qū)域形成選擇發(fā)射區(qū)，并在單一步驟中形成與下層選擇發(fā)射區(qū)自對準(zhǔn)的前面觸點。選擇發(fā)射區(qū)的摻雜濃度高于鄰近選擇發(fā)射區(qū)的半導(dǎo)體晶片的前面區(qū)域的摻雜濃度，以為P-N接面提供理想的低電阻，并允許觸點區(qū)域以外的低摻雜濃度以提供更好的電池效率。此外，如果在任意通道位置的P-N 接面短接，如因貫穿晶片的P-N接面的孔消融過深而短接，燒結(jié)時自自摻雜 金屬漿料進(jìn)入晶片的摻雜劑可以改善P-N接面。
可以理解的是，雖然圖2所示的操作240和操作250被描述成兩個分開的操作，但是，在本發(fā)明的一些實施方式中，施加的自摻雜金屬漿料可以在單一操作中烘干和燒結(jié)，如在燒結(jié)爐中烘干和燒結(jié)。此時，燒結(jié)爐加熱至最高溫度的升溫期間也可以對自摻雜金屬漿料進(jìn)行部分烘干。此外，盡管未在圖2中示出，后面觸點也可以形成和燒結(jié)。后面觸點可以在操作250之前形成，以使得前面觸點和后面觸點在操作250中被燒結(jié)?；蛘?，后面觸點也可以在一個獨立的燒結(jié)操作中燒結(jié)。
圖9A至9E示出了本發(fā)明太陽能電池的制造方法的一個實施方式中，各個階段的半導(dǎo)體晶片的一系列剖視圖。圖9A示出了最初與第一類電荷載體摻雜的半導(dǎo)體晶片的P-N 接面，此時，在半導(dǎo)體晶片900上形成層910，層910位于與第一類電荷載體相反的第二類電荷載體摻雜的半導(dǎo)體晶片的前面上，層900與層910之間的接面包括P-N接面。
圖9B示出了位于層910上的半導(dǎo)體晶片的前面上形成的介質(zhì)層920。此外，介質(zhì)層930也可以形成于半導(dǎo)體晶片的后面上?？梢岳斫獾氖牵橘|(zhì)層920和/或介質(zhì)層930可以包括若干個介質(zhì)層。
如圖9C所示，通過消融介質(zhì)層920的區(qū)域形成通道940。圖9D示出了將自摻雜漿料950施加于通道。最后，圖9E示出了半導(dǎo)體晶片和施加的自摻雜金屬漿料燒結(jié)后的燒結(jié)觸點960，如在操作250中所描述，半導(dǎo)體晶片和施加的自摻雜金屬漿料950的燒結(jié)形成了觸點960和位于觸點960下并與觸點960自對準(zhǔn)的高度摻雜的選擇發(fā)射區(qū)970。
圖1Oa示出了根據(jù)本發(fā)明的實施方式制造的太陽能電池的剖視圖，圖1Oa所示的太陽能電池包括半導(dǎo)體晶片基板1000和位于其上的介質(zhì)層1004。金屬觸點網(wǎng)格狀線1006 位于部分介質(zhì)層1004上，可以使用自摻雜金屬漿料形成。如圖所示，在選擇發(fā)射區(qū)1002，金屬網(wǎng)格狀線1006與半導(dǎo)體晶片基板1000的P-N接面電接觸。選擇發(fā)射區(qū)1002不連續(xù)，并大致位于介質(zhì)層1004中形成的通道下，不連續(xù)的選擇發(fā)射區(qū)1002可以通過在介質(zhì)層1004 中形成的通道上施加用于形成金屬觸點網(wǎng)格狀線1006的自摻雜金屬漿料形成。
圖1Ob示出了根據(jù)本發(fā)明的實施方式制造的太陽能電池的俯視示意圖(top-down view)，圖1Ob可以包括一個圖1Oa所示的太陽能電池的俯視圖。圖1Ob所示的太陽能電池包括在太陽能電池的前面(如頂面)上的介質(zhì)層1004。金屬觸點網(wǎng)格狀線1006位于介質(zhì)層1004的部分表面上。金屬觸點網(wǎng)格狀線1006可以通過若干個不連續(xù)的通道與位于半導(dǎo)體晶片基板下的P-N接面電接觸。盡管從根據(jù)本發(fā)明的實施方式制造的太陽能電池的前面 (頂面)看不到這些通道，但是，圖1Ob示出了若干個不連續(xù)的通道1008，以顯示大致位于金屬觸點網(wǎng)格狀線1006下的不連續(xù)的通道的位置，這些不連續(xù)的通道1008可以通過使用上面描述的激光消融實現(xiàn)。
本發(fā)明的一個方面涉及一種方法，其包括
提供一個包括一個半導(dǎo)體晶片的基板，半導(dǎo)體晶片包括一個前面和一個后面且包括至少一個形成于半導(dǎo)體晶片 的前面上的介質(zhì)層，其中，半導(dǎo)體晶片最初與第一類電荷載體摻雜且包括通過使用第二類電荷載體摻雜半導(dǎo)體晶片的前面形成的P-N接面，第二類電荷載體與第一類電荷載體相反；
激光消融至少一個介質(zhì)層的區(qū)域形成一個貫穿至少一個介質(zhì)層的通道，使得半導(dǎo)體晶片的部分前面通過通道裸露；
對部分基板施加自摻雜金屬漿料，使得施加的自摻雜金屬漿料施加于通道，其中， 自摻雜金屬漿料包括含有第二類電荷載體的摻雜劑；以及
加熱基板和自摻雜金屬衆(zhòng)料，使得至少一些來自自摻雜金屬衆(zhòng)料的摻雜劑進(jìn)入通過通道裸露的半導(dǎo)體晶片的部分前面，形成一個選擇發(fā)射區(qū)和一個位于選擇發(fā)射區(qū)上的觸點，通道位置觸點與P-N接面電接觸，其中，選擇發(fā)射區(qū)的第二類電荷載體的摻雜濃度高于鄰近選擇發(fā)射區(qū)的半導(dǎo)體晶片的前面區(qū)域的第二類電荷載體的摻雜濃度。
根據(jù)本發(fā)明方法的一個實施方式，自摻雜金屬衆(zhòng)料包括無玻璃自摻雜金屬衆(zhòng)料。
根據(jù)本發(fā)明方法的一個實施方式，半導(dǎo)體晶片包括最初與P-型摻雜劑摻雜的娃晶片，其中，P-N接面通過用N-型摻雜劑摻雜半導(dǎo)體的前面形成，且自摻雜金屬漿料包括 N-型摻雜劑。
根據(jù)本發(fā)明方法的一個實施方式，自摻雜金屬衆(zhòng)料包括自摻雜銀衆(zhòng)料，自摻雜銀漿料包含磷、銻、砷摻雜劑中的一種或多種。
根據(jù)本發(fā)明方法的一個實施方式，激光消融至少一個介質(zhì)層的區(qū)域包括，使用具有頂帽分布或高斯分布的單脈沖激光消融至少一個介質(zhì)層的區(qū)域。
根據(jù)本發(fā)明方法的一個實施方式，單脈沖的持續(xù)時間約為I皮秒至30納秒，能量水平約為O. 12至5焦耳/平方厘米。
根據(jù)本發(fā)明方法的一個實施方式，形成通道包括形成直徑約20至100微米的通道。
根據(jù)本發(fā)明方法的一個實施方式，進(jìn)一步包括對準(zhǔn)基板、激光中的一個或多個，使得通道可以形成于理想的位置。
根據(jù)本發(fā)明方法的一個實施方式，施加自摻雜金屬漿料包括在部分基板上絲網(wǎng)印刷自摻雜金屬漿料。
根據(jù)本發(fā)明方法的一個實施方式，進(jìn)一步包括對準(zhǔn)基板、絲網(wǎng)印刷機(jī)的屏幕中的一個或多個，使得絲網(wǎng)印刷時自摻雜金屬漿料施加于通道。
根據(jù)本發(fā)明方法的一個實施方式，絲網(wǎng)印刷自摻雜金屬漿料包括，使用絲網(wǎng)印刷機(jī)絲網(wǎng)印刷自摻雜金屬漿料，絲網(wǎng)印刷機(jī)包括肖氏硬度約為60至80的刮刀和屏幕，屏幕的網(wǎng)目數(shù)約為290，網(wǎng)線的直徑約為O. 8毫米，乳劑厚度為I毫米，絲網(wǎng)張力約為20至25牛頓。
根據(jù)本發(fā)明方法的一個實施方式，絲網(wǎng)印刷自摻雜金屬漿料包括，使用印刷速度約為100至200毫米/秒，印刷壓力約為50至80牛頓，離網(wǎng)設(shè)置約為1. O至2. O毫米絲網(wǎng)印刷自摻雜金屬漿料。
根據(jù)本發(fā)明方法的一個實施方式，加熱基板和自摻雜金屬衆(zhòng)料包括，加熱基板和自摻雜金屬漿料至最高溫度，最高溫度等于或高于半導(dǎo)體晶片和自摻雜金屬漿料中的金屬的共晶溫度。
根據(jù)本發(fā)明方法的一個實施方式，半導(dǎo)體晶片包括硅晶片，自摻雜金屬漿料包括自摻雜銀漿料，其中，加熱基板和自摻雜金屬漿料包括將基板和自摻雜金屬漿料加熱至等于或高于835攝氏度的最高溫度。
根據(jù)本發(fā)明方法的一個實施方式，加熱基板和自摻雜金屬衆(zhòng)料包括，加熱基板和自摻雜金屬漿料的總時間約為I至5分鐘，總時間包括約10至30秒位于約835至980攝氏度的最高溫度的時間。
根據(jù)本發(fā)明方法的一個實施方式，至少一個介質(zhì)層包括氮化娃層、二氧化娃層、碳化硅層、氮氧化硅層、氫化非晶硅層、氫化非晶硅與鍺或碳的合金層、氧化鈦層、氧化鋁層中的一個或多個，或其組合層。
根據(jù)本發(fā)明方法的一個實施方式，通過使用離子注入、熱擴(kuò)散中的一種或多種摻雜半導(dǎo)體晶片的前面形成P-N接面。
本發(fā)明的一個方面涉及一種太陽能電池，太陽能電池至少部分通過以下方法制造:
提供一個包括一個半導(dǎo)體晶片的基板，半導(dǎo)體晶片包括一個前面、一個后面和形成于半導(dǎo)體晶片的前面上的至少一個介質(zhì)層，其中，半導(dǎo)體晶片最初與第一類電荷載體摻雜且包括一個P-N接面，P-N接面通過用第二類電荷載體摻雜半導(dǎo)體晶片的前面形成，第二類電荷載體與第一類電荷載體相反；
激光消融至少一個介質(zhì)層的區(qū)域形成貫穿至少一個介質(zhì)層的通道，使得半導(dǎo)體 晶片的部分前面通過通道裸露；
對部分基板施加自摻雜金屬漿料，使得施加的自摻雜金屬漿料施加于通道，其中， 自摻雜金屬漿料包括含有第二類電荷載體的摻雜劑；以及
加熱基板和自摻雜金屬衆(zhòng)料，使得至少一些來自自摻雜金屬衆(zhòng)料的摻雜劑進(jìn)入通過通道裸露的半導(dǎo)體晶片的部分前面，形成選擇發(fā)射區(qū)和位于選擇發(fā)射區(qū)上的觸點，通道位置觸點與P-N接面電接觸，其中，選擇發(fā)射區(qū)的第二類電荷載體的摻雜濃度高于鄰近選擇發(fā)射區(qū)的半導(dǎo)體晶片的前面區(qū)域的第二類電荷載體的摻雜濃度。
根據(jù)本發(fā)明太陽能電池的一個實施方式，自摻雜金屬衆(zhòng)料包括無玻璃自摻雜金屬漿料。
根據(jù)本發(fā)明太陽能電池的一個實施方式，半導(dǎo)體晶片包括一個最初摻雜P-型摻雜劑的硅晶片，其中，P-N接面通過用N-型摻雜劑摻雜半導(dǎo)體的前面形成，自摻雜金屬漿料包括N-型摻雜劑。
本發(fā)明的一個方面涉及一種太陽能電池，其包括
包括前面和后面的半導(dǎo)體晶片，其中，半導(dǎo)體晶片最初與第一類電荷載體摻雜且包括P-N接面，P-N接面通過用第二類電荷載體摻雜半導(dǎo)體晶片的前面形成，第二類電荷載體與第一類電荷載體相反；
位于半導(dǎo)體晶片的前面上的介質(zhì)層；
貫穿介質(zhì)層的若干個不連續(xù)的通道；以及
大致位于若干個不連續(xù)的通道上的金屬觸點網(wǎng)格；
其中，半導(dǎo)體晶片的前面包括若干個不連續(xù)的選擇發(fā)射區(qū)，每個選擇發(fā)射區(qū)大致位于一個通道下，且每個選擇發(fā)射區(qū)的第二類電荷載體的摻雜濃度高于鄰近半導(dǎo)體晶片的前面區(qū)域的第二類電荷載體的摻雜濃度；
其中，金屬觸點網(wǎng)格通過若干個不連續(xù)的選擇發(fā)射區(qū)通道與P-N接面電接觸。
根據(jù)本發(fā)明太陽能電池的一個實施方式，金屬網(wǎng)格僅通過若干個不連續(xù)的通道與 P-N接面電接觸，或位于介質(zhì)層上。
根據(jù)前面的描述和相關(guān)附圖的揭示和教導(dǎo)，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以變更說明書中給出的實施方式或給出其他實施方式。因此，可以理解的是，本發(fā)明的實施方式并不局限于說明書中揭示的具體實施方式
，對具體實施方式
的變更和其他實施方式也應(yīng)當(dāng)落入權(quán)利要求的保護(hù)范圍。此外，盡管前面的描述和相關(guān)的附圖結(jié)合了一些元件和/或功能示例性地描述了一些實施方式，可以理解的是，在不偏離本發(fā)明的權(quán)利要求范圍的情形下，元件和/ 或功能的不同組合也可以作為本發(fā)明的替代實施方式。例如，與上面明確描述的實施方式不同的步驟、元件和/或材料的組合也應(yīng)被視為落入權(quán)利要求的保護(hù)范圍。因此，說明書和附圖僅僅是示例性的，并非限制性的。盡管說明書中使用了具體的術(shù)語，但是，這些術(shù)語僅僅用于一般性描述，并不構(gòu)成任何限制。
權(quán)利要求
1.一種方法，包括 提供一個包括一個半導(dǎo)體晶片的基板，半導(dǎo)體晶片包括一個前面、一個后面和至少一個形成于半導(dǎo)體晶片的前面上的介質(zhì)層，其中，半導(dǎo)體晶片最初與第一類電荷載體摻雜且包括一個P-N接面，P-N接面通過用第二類電荷載體摻雜半導(dǎo)體晶片的前面形成，第二類電荷載體與第一類電荷載體相反； 激光消融至少一個介質(zhì)層的區(qū)域形成一個貫穿至少一個介質(zhì)層的通道，使得半導(dǎo)體晶片的部分前面通過通道裸露； 對部分基板施加自摻雜金屬漿料，使得施加的自摻雜金屬漿料施加于通道，其中，自摻雜金屬漿料包括含有第二類電荷載體的摻雜劑；以及 加熱基板和自摻雜金屬漿料，使得至少一些來自自摻雜金屬漿料的摻雜劑進(jìn)入通過通道裸露的半導(dǎo)體晶片的部分前面，形成一個選擇發(fā)射區(qū)和一個位于選擇發(fā)射區(qū)上的觸點，通道位置觸點與P-N接面電接觸，其中，選擇發(fā)射區(qū)的第二類電荷載體的摻雜濃度高于鄰近選擇發(fā)射區(qū)的半導(dǎo)體晶片的前面區(qū)域的第二類電荷載體的摻雜濃度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述自摻雜金屬漿料包括無玻璃自摻雜金屬漿料。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述半導(dǎo)體晶片包括最初與P-型摻雜劑摻雜的硅晶片，其中，P-N接面通過用N-型摻雜劑摻雜半導(dǎo)體的前面形成，自摻雜金屬漿料包括N-型摻雜劑。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于所述自摻雜金屬漿料包括自摻雜銀漿料，其含有磷、鋪、砷摻雜劑中的一種或多種。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于使用激光消融至少一個介質(zhì)層的區(qū)域包括，使用具有頂帽分布或高斯分布的單脈沖激光消融至少一個介質(zhì)層的區(qū)域。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于所述單脈沖的持續(xù)時間約I皮秒至30納秒，能量水平約為0. 12焦耳/平方厘米至5焦耳/平方厘米。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于形成所述通道包括形成直徑約20至100微米的通道。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括對準(zhǔn)基板、激光中的一個或多個，使得通道可以在理想的位置形成。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述施加自摻雜金屬漿料包括，在部分基板上絲網(wǎng)印刷自摻雜金屬漿料。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，進(jìn)一步包括對準(zhǔn)基板、絲網(wǎng)印刷機(jī)的屏幕中的一個或多個，使得絲網(wǎng)印刷時自摻雜金屬漿料可施加于通道。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于所述絲網(wǎng)印刷自摻雜金屬漿料包括，使用絲網(wǎng)印刷機(jī)絲網(wǎng)印刷自摻雜金屬漿料，絲網(wǎng)印刷機(jī)包括 肖氏硬度約為60至80的刮刀；以及 屏幕，屏幕的網(wǎng)目數(shù)約為290，網(wǎng)線的直徑約為0. 8毫米，乳劑厚度為I毫米，絲網(wǎng)張力約為20至25牛頓。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于所述絲網(wǎng)印刷自摻雜金屬漿料包括，采用印刷速度約為100至200毫米/秒，印刷壓力約為50至80牛頓，離網(wǎng)設(shè)置約為1.0至·2.O毫米絲網(wǎng)印刷自摻雜金屬漿料。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述加熱基板和自摻雜金屬漿料包括，加熱基板和自摻雜金屬漿料至最高溫度，最高溫度等于或高于半導(dǎo)體晶片和自摻雜金屬漿料中的金屬的共晶溫度。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于所述半導(dǎo)體晶片包括硅晶片，自摻雜金屬漿料包括自摻雜銀漿料，其中，加熱基板和自摻雜金屬漿料包括將基板和自摻雜金屬漿料加熱至等于或聞于835攝氏度的最聞溫度。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于所述加熱基板和自摻雜金屬漿料包括，加熱基板和自摻雜金屬漿料的總時間約為I至5分鐘，總時間中包括約10至30秒位于約835至980攝氏度的最高溫度的時間。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述至少一個介質(zhì)層包括氮化硅層、二氧化硅層、碳化硅層、氮氧化硅層、氫化非晶硅層、氫化非晶硅與鍺或碳的合金層、氧化鈦層、氧化鋁層中的一個或多個，或其組合層。
17.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于通過使用離子注入、熱擴(kuò)散中的一種或多種摻雜半導(dǎo)體晶片的前面形成所述P-N接面。
18.一種太陽能電池，至少部分通過以下方法制造 提供一個包括一個半導(dǎo)體晶片的基板，半導(dǎo)體晶片包括一個前面、一個后面和形成于半導(dǎo)體晶片的前面上的至少一個介質(zhì)層，其中，半導(dǎo)體晶片最初與第一類電荷載體摻雜且包括一個P-N接面，P-N接面通過用第二類電荷載體摻雜半導(dǎo)體晶片的前面形成，第二類電荷載體與第一類電荷載體相反； 使用激光消融至少一個介質(zhì)層的區(qū)域，形成貫穿至少一個介質(zhì)層的通道，使得半導(dǎo)體晶片的部分前面通過通道裸露； 對部分基板施加自摻雜金屬漿料，使得施加的自摻雜金屬漿料施加于通道，其中，自摻雜金屬漿料包括含有第二類電荷載體的摻雜劑；以及 加熱基板和自摻雜金屬漿料，使得至少一些來自自摻雜金屬漿料的摻雜劑進(jìn)入通過通道裸露的半導(dǎo)體晶片的部分前面，形成選擇發(fā)射區(qū)和位于選擇發(fā)射區(qū)上的觸點，通道位置觸點與P-N接面電接觸， 其中，選擇發(fā)射區(qū)的第二類電荷載體的摻雜濃度高于鄰近選擇發(fā)射區(qū)的半導(dǎo)體晶片的前面區(qū)域的第二類電荷載體的摻雜濃度。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的太陽能電池，其特征在于所述自摻雜金屬漿料包括無玻璃自摻雜金屬漿料。
20.根據(jù)權(quán)利要求18所述的太陽能電池，其特征在于所述半導(dǎo)體晶片包括最初用P-型摻雜劑摻雜的硅晶片，其中，P-N接面通過用N-型摻雜劑摻雜半導(dǎo)體的前面形成，自摻雜金屬漿料包括N-型摻雜劑。
21.一種太陽能電池，包括 包括前面和后面的半導(dǎo)體晶片，其中，半導(dǎo)體晶片最初用第一類電荷載體摻雜且包括P-N接面，P-N接面通過用第二類電荷載體摻雜半導(dǎo)體晶片的前面形成，第二類電荷載體與第一類電荷載體相反； 位于半導(dǎo)體晶片的前面上的介質(zhì)層；貫穿介質(zhì)層的若干個不連續(xù)的通道；以及 大致位于若干個不連續(xù)的通道上的金屬觸點網(wǎng)格； 其中，半導(dǎo)體晶片的前面包括若干個不連續(xù)的選擇發(fā)射區(qū)，每個選擇發(fā)射區(qū)大致位于一個通道下，且每個選擇發(fā)射區(qū)的第二類電荷載體的摻雜濃度高于鄰近半導(dǎo)體晶片的前面的第二類電荷載體的摻雜濃度；且 其中，金屬觸點網(wǎng)格通過若干個不連續(xù)的選擇發(fā)射區(qū)通道與P-N接面電接觸。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的太陽能電池，其特征在于所述金屬網(wǎng)格僅通過若干個不連續(xù)的通道與P-N接面電接觸或位于介質(zhì)層上。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種太陽能電池及其制造方法。太陽能電池的制造方法包括使用激光消融至少一個介質(zhì)層的區(qū)域以貫穿半導(dǎo)體晶片上形成的至少一個介質(zhì)層形成一個通道，使得半導(dǎo)體晶片的至少部分表面通過通道裸露。太陽能電池的制造方法還包括對通道施加自摻雜金屬漿料。太陽能電池的制造方法還包括加熱半導(dǎo)體晶片和自摻雜金屬漿料，使得自摻雜金屬漿料中的至少一些摻雜劑進(jìn)入半導(dǎo)體晶片通過通道裸露的部分表面，形成選擇發(fā)射區(qū)和位于選擇發(fā)射區(qū)上并與選擇發(fā)射區(qū)自對準(zhǔn)的觸點。
文檔編號H01L31/18GK103026505SQ201180017867
公開日2013年4月3日 申請日期2011年1月13日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月8日
發(fā)明者丹尼爾·L·邁耶, 維諾德·錢德拉塞卡朗, 亞當(dāng)姆·M·佩恩 申請人:桑艾維公司