專(zhuān)利名稱(chēng)：適用于硅太陽(yáng)能電池及其它器件的自摻雜負(fù)電極和正電極的方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及硅太陽(yáng)能電池及其它硅器件的金屬接觸，其中接觸材料包括摻雜原子源，從而它們作為自身的摻雜源促進(jìn)了接觸材料與硅之間的低阻歐姆接觸的形成。
背景技術(shù)：
在一恰當(dāng)設(shè)計(jì)的p-n結(jié)太陽(yáng)能電池中，電子移向與n型硅接觸的金屬電極，而空穴移向與p型硅接觸的金屬電極。這些接觸對(duì)于電池的性能是非常重要的，因?yàn)閺?qiáng)制電流流經(jīng)高阻硅/金屬界面或高阻電極材料會(huì)消耗電池的有效功率。電池的總串聯(lián)電阻率，包括界面和電極材料，不應(yīng)超過(guò)1Ω-cm2。
低阻接觸的需求對(duì)于半導(dǎo)體表面的摻雜原子的濃度有相當(dāng)嚴(yán)格的要求。對(duì)于n型硅，該摻雜濃度必須≥1×1019個(gè)原子/cm3(即基于硅濃度為5×1022個(gè)原子/cm3的百萬(wàn)分之200(ppma))。對(duì)于p型硅，該要求不很?chē)?yán)格，要求表面濃度為≥1×1017個(gè)原子/cm3(2ppma)。另外，為使太陽(yáng)能電池的電效率最高，通常希望每處具有低的表面摻雜濃度，只金屬電極正下方除外。
因此，希望接觸材料具有如下特性在硅正下方提供充足量的摻雜劑的能力(也稱(chēng)為自摻雜)、具有高電導(dǎo)、與硅機(jī)械結(jié)合牢固、不會(huì)由于引入重組合電子和空穴的點(diǎn)位而降低硅的電性能、廉價(jià)并且使其可采用經(jīng)濟(jì)的工藝加工(如絲網(wǎng)印刷)。
一種在很大程度上具有上述介紹的所希望特性的已知接觸材料是鋁。當(dāng)在硅太陽(yáng)能中被用作接觸p型硅并形成正電極時(shí)，鋁具有這些特性。這是因?yàn)殇X本身在硅中是一種p型摻雜劑。假定加工溫度超過(guò)鋁-硅的低共熔溫度577℃，鋁就能摻雜進(jìn)硅，作為鋁與硅合金化過(guò)程的一部分。鋁-硅相圖如

圖1所示。圖1縱軸為溫度，以攝氏度為單位，水平軸為硅百分比。水平軸有兩種尺度下端為硅原子百分比，上端為硅重量百分比。圖1中示出低共熔點(diǎn)102位于577℃，此處硅鋁重量百分比分別為12.5％、87.5％(重量比)。線(xiàn)100表示577℃，因此低共熔點(diǎn)102位于這條線(xiàn)上。102點(diǎn)正下方的數(shù)表示在低共熔處，硅為11.3％(原子)和11.7％(重量)，詳圖101中更準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)表明它為12.1％(原子)和12.5％(重量)。從曲線(xiàn)103(從點(diǎn)102向右延伸)中可以看出，當(dāng)溫度進(jìn)一步升高至低共熔點(diǎn)以上時(shí)，保留在熔融硅鋁混合物中的硅百分比也升高。在低共熔溫度以上的硅鋁合金化產(chǎn)生(i)充分摻雜鋁的近表面硅區(qū)以得到低接觸電阻；(ii)具有很高電導(dǎo)的鋁硅低共熔組成的電極材料以傳導(dǎo)太陽(yáng)能電池電流；(iii)低共熔導(dǎo)體與硅襯底之間良好的結(jié)合。鋁同時(shí)是一種可采用大批供應(yīng)漿料進(jìn)行絲網(wǎng)印刷的廉價(jià)材料。
對(duì)于常規(guī)的太陽(yáng)能電池結(jié)構(gòu)，缺少一種與鋁相當(dāng)、用于接觸n型硅以形成太陽(yáng)能電池的負(fù)電極的材料，這也使得簡(jiǎn)單、符合成本效益的太陽(yáng)能電池的制備變得困難。在常規(guī)的p型基極的太陽(yáng)能電池結(jié)構(gòu)中，負(fù)電極(接觸n型發(fā)射極)通常位于電池的正面(受照)，而正電極位于背面。為了提高這種電池的能量轉(zhuǎn)換效率，希望在n型硅的金屬接觸之下為深摻雜，在這些接觸之間為淺摻雜。一種被采用來(lái)實(shí)現(xiàn)這種想法的方法，稱(chēng)為“發(fā)射極內(nèi)腐蝕”是首先在整個(gè)正表面進(jìn)行深摻雜，然后在加上接觸金屬后腐蝕掉發(fā)射極的一部分。由于深摻雜層一般僅具有約為0.3μm的深度，所以這種內(nèi)腐蝕工藝費(fèi)時(shí)且難于控制。
“發(fā)射極”在太陽(yáng)能電池技術(shù)中是一被摻雜的薄層，是為了產(chǎn)生能夠在照射時(shí)形成電流的整流(也稱(chēng)為“p-n”)結(jié)?！盎鶚O”是形成p-n結(jié)另一半的區(qū)域，因此可被摻雜成與發(fā)射極相反的半導(dǎo)體類(lèi)型?；鶚O從發(fā)射極區(qū)域的邊界擴(kuò)展至與基極形成歐姆電接觸的那些接觸區(qū)域。相對(duì)基極而言發(fā)射極較薄。
因此，常規(guī)的太陽(yáng)能電池結(jié)構(gòu)目前存在著或者增加工藝復(fù)雜性(去掉n+層)或者損失性能(如保留n+層)的問(wèn)題，這是由于接觸金屬之下的高摻雜濃度與接觸金屬區(qū)域之間低摻雜濃度的相互對(duì)應(yīng)的需求所致。
發(fā)明概述本發(fā)明論述制備自摻雜電極的材料與工藝條件的結(jié)合。
自摻雜電極主要來(lái)自于一種與硅形成低共熔的金屬(主成分)。
摻雜劑隨后與主成分合金化。選擇主成分與摻雜劑的相對(duì)組成，以使形成的合金是i)單一均勻固相；ii)直接轉(zhuǎn)變成液相。如果所需為p型摻雜，與主成分形成合金化的摻雜劑選自周期表第III族。如果所需為n型摻雜，與主成分形成合金化的摻雜劑選自周期表第V族。
主成分與摻雜劑的合金可通過(guò)濺射，如采用漿料可通過(guò)絲網(wǎng)印刷敷于硅襯底上。在絲網(wǎng)印刷漿料中，每個(gè)單個(gè)微粒本身即為主成分與摻雜劑的合金。
施加完成后，將合金和襯底加熱至主成分-硅低共熔溫度以上的溫度，以使i)主成分熔化多于硅襯底的低共熔比例；ii)主成分與摻雜劑的合金至少部分熔融。
然后將溫度降至低共熔溫度，當(dāng)溫度降低時(shí)，熔融硅通過(guò)液相外延生長(zhǎng)重新組合，同時(shí)這樣使得摻雜劑原子進(jìn)入重生成的晶格。
一旦溫度降低到主成分-硅低共熔溫度以下，尚未通過(guò)外延重新生長(zhǎng)而重進(jìn)入襯底的硅與主成分和殘余未使用摻雜劑形成一固相合金。這種由主成分、硅和未使用摻雜劑組成的合金為最終接觸材料。該最終接觸材料包含低共熔比例的硅和主成分。希望在低共熔比例下，在最終接觸材料中主成分明顯多于硅，進(jìn)而確保最終接觸材料的良好電導(dǎo)。
另外，自摻雜的負(fù)電極可由純金屬銀形成，銀可以通過(guò)濺射、絲網(wǎng)印刷漿料或蒸發(fā)施加于硅襯底之上。
施加完成后，在引入一磷(p)蒸汽源的環(huán)境氣氛下，將銀和襯底加熱至銀-硅低共熔溫度(但低于硅的熔融點(diǎn))以上的溫度，銀熔化多于硅襯底的低共熔比例。銀-硅熔融混合物吸收的周?chē)鷼怏w中的磷原子的量比固態(tài)硅表面吸收的量要多得多。
然后將溫度降至低共熔溫度附近，當(dāng)溫度降低時(shí)，熔融硅通過(guò)液相外延生長(zhǎng)重新組合，同時(shí)這樣使得磷摻雜劑原子進(jìn)入重生成的晶格。
一旦溫度降低到銀-硅低共熔溫度以下，尚未通過(guò)外延過(guò)程重新生長(zhǎng)而重進(jìn)入襯底的硅與銀形成一固相合金，這種銀和硅合金為最終接觸材料。該最終接觸材料包含低共熔比例的硅和銀。在低共熔比例下，最終接觸材料中銀明顯多于硅，進(jìn)而確保最終接觸材料的良好電導(dǎo)。
除了銀，其它金屬(如錫)也是適合的。除了磷，周期表第V族其它成員也可用作摻雜劑蒸汽以形成負(fù)電極。除了磷，周期表第III族成員可用作摻雜劑蒸汽以形成正電極。
本發(fā)明的優(yōu)勢(shì)將會(huì)部分在以下說(shuō)明書(shū)中顯示出來(lái)，部分可從說(shuō)明書(shū)中為熟練的技術(shù)人員所理解或者通過(guò)實(shí)施本發(fā)明而掌握。本發(fā)明的優(yōu)勢(shì)將會(huì)借助附帶的權(quán)利要求及等效物中特別指出的要點(diǎn)和組合而實(shí)現(xiàn)和獲得。
附圖簡(jiǎn)述插入的并構(gòu)成本說(shuō)明書(shū)一部分的附圖示出了本發(fā)明的幾個(gè)實(shí)施例，它們與說(shuō)明書(shū)用于解釋本發(fā)明的主旨。
圖1描繪了本發(fā)明中使用的鋁-硅相圖。
圖2A-E反映了n+層形成和去除的過(guò)程。
圖3示出了根據(jù)本發(fā)明使用的銀-硅相圖。
圖4描繪了根據(jù)本發(fā)明使用的銀-銻相圖。
圖5A-B反映了根據(jù)本發(fā)明使用一種自摻雜合金的工藝；圖6描繪了根據(jù)本發(fā)明使用的銀-鎵相圖；圖7示出了一枝狀網(wǎng)硅IBC太陽(yáng)能電池的電特性；圖8A-E反映了根據(jù)本發(fā)明制備枝狀網(wǎng)硅IBC太陽(yáng)能電池的過(guò)程；圖9A-D描繪了根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造的枝狀網(wǎng)硅IBC太陽(yáng)能電池。
圖10示出了由根據(jù)本發(fā)明的點(diǎn)產(chǎn)生的幾條摻雜劑濃度隨深度的變化曲線(xiàn)，是采用二次離子質(zhì)量分譜儀技術(shù)測(cè)定的；圖11描繪了由根據(jù)本發(fā)明的點(diǎn)產(chǎn)生的總摻雜劑濃度隨橫向距離的變化，是采用擴(kuò)展電阻技術(shù)測(cè)定的；圖12反映了一線(xiàn)性且因而是歐姆性的I-V曲線(xiàn)，該曲線(xiàn)是對(duì)根據(jù)本發(fā)明形成的點(diǎn)接觸進(jìn)行測(cè)定的。
優(yōu)選實(shí)施方案的詳細(xì)描述現(xiàn)在將詳細(xì)介紹本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例及附圖中示出的實(shí)例。并將盡量在所有圖中采用相同的參考號(hào)表示相同或相似的部分。
缺少一種與鋁相當(dāng)、接觸n型硅以形成太陽(yáng)能電池的負(fù)電極的材料，這也使得簡(jiǎn)單、符合成本效益的叉指背接觸(IBC)太陽(yáng)能電池的制備變得特別困難。IBC太陽(yáng)能電池特征在于電池的同一面具有正電極和負(fù)電極。用來(lái)確保與IBC電池的負(fù)電極歐姆接觸的深摻雜的n+層(＞1×1019cm-3)，能夠作為電池正電極與負(fù)電極間的電分流器。為避免這個(gè)問(wèn)題，正電極與負(fù)電極間的n+層必須通過(guò)酸刻蝕或反應(yīng)離子刻蝕去除。
形成IBC電池負(fù)電極的工藝過(guò)程相當(dāng)麻煩，需要至少不同的五步(如圖2A-E所示)。這種復(fù)雜性是由產(chǎn)生和去除n+層的需要導(dǎo)致的。先將摻雜劑源200，如包含磷的液體涂于硅襯底201的表面(圖2A)。例如，液態(tài)摻雜劑源200可通過(guò)旋轉(zhuǎn)涂于襯底201的表面。摻雜劑200通過(guò)在高溫(≈900℃)步驟(圖2B)中擴(kuò)散，進(jìn)而從所述源中部分轉(zhuǎn)移到硅中，形成n+層202。隨后是去除摻雜劑源200，以顯現(xiàn)硅襯底201的表面(圖2C)。接著采用一些方法如濺射、蒸發(fā)或絲網(wǎng)印刷(如果采用漿料)，淀積金屬接觸203(圖2D)。如果使用濺射或蒸發(fā)，金屬薄膜必須通過(guò)典型的光刻工藝(未示出)飾以圖案。如果使用絲網(wǎng)印刷，二次高溫(燒結(jié))步驟(≈700℃)是必需的，以在該點(diǎn)加強(qiáng)與硅的接觸。最后，腐蝕掉不需要的金屬接觸區(qū)域203以外的n+層(圖2E)，以使負(fù)電極與正電極分離開(kāi)來(lái)。
圖2A-E中描繪的工藝已經(jīng)用來(lái)從枝狀網(wǎng)硅襯底制備IBC電池，其中采用絲網(wǎng)印刷的鋁作為正電極材料而采用絲網(wǎng)印刷的銀作為負(fù)電極材料。這樣的IBC電池在美國(guó)專(zhuān)利第5,641,362號(hào)中公開(kāi)(Meier)。在這種結(jié)構(gòu)中，叉指線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)寬度對(duì)于鋁為1000μm，對(duì)于銀為100μm，線(xiàn)間距為100μm。由位于Large，PA的EBARA Solar公司制造的，這種最好的絲網(wǎng)印刷的網(wǎng)式IBC電池的面積為2.5cm2，測(cè)量的能量轉(zhuǎn)換效率為10.4％，電池由異丙醇覆蓋以模仿EVA/Tefzel封裝，并且數(shù)據(jù)校正至25℃。該電池是在一電阻率為8.1Ω-cm、厚度為114μm的襯底上制備的，其前表面和后表面均有磷擴(kuò)散，每面的平均方電阻28Ω/□，絲網(wǎng)印刷的鋁合金結(jié)是在800℃、空氣環(huán)境、帶式爐中形成的(帶式爐是Radiant Technology公司或簡(jiǎn)寫(xiě)RTC制造的)，絲網(wǎng)印刷的銀負(fù)電極是在750℃、空氣環(huán)境、RTC帶式爐中燒結(jié)的，并采用常壓化學(xué)氣相淀積法(APCVD)淀積上了二氧化鈦抗反射涂層。這種電池的鋁和銀電極間的分流通路是通過(guò)采用酸濕腐蝕電極間的n+層來(lái)打破的。太陽(yáng)能電池的參數(shù)及照射的I-V曲線(xiàn)如圖7所示。
圖7的縱軸為太陽(yáng)能電池的電流密度(J)，以每cm2太陽(yáng)能電池面積的毫安數(shù)來(lái)表示。水平軸表示太陽(yáng)能電池的電壓輸出。如圖7右上角所示，太陽(yáng)能電池的測(cè)試條件為一個(gè)太陽(yáng)照度(100mW/cm2)、光譜容量近似為1.5氣團(tuán)(AM)。電池的總面積為2.5cm2，Jsc為太陽(yáng)能電池的短路電流密度，其值為I-V曲線(xiàn)與J軸的交點(diǎn)27.9mA/cm2，Voc為太陽(yáng)能電池的開(kāi)路電壓，其值為I-V曲線(xiàn)與V軸的交點(diǎn)0.581V。當(dāng)電池在曲線(xiàn)的“膝點(diǎn)”處運(yùn)行時(shí)，有最大的功率輸出。該最大功率點(diǎn)定義了一個(gè)實(shí)際最大功率矩形，該矩形是通過(guò)i)從最大功率點(diǎn)垂直于J軸向J軸畫(huà)線(xiàn)，ii)從最大功率點(diǎn)垂直于V軸向V軸畫(huà)線(xiàn)而形成的。電池的最大理論輸出通過(guò)理論最大功率矩形來(lái)定義，是這樣產(chǎn)生的i)從Jsc點(diǎn)垂直于J軸向右畫(huà)線(xiàn)，并ii)從V垂直于V軸向上畫(huà)線(xiàn)。實(shí)際最大功率矩形填充理論最大功率矩形的程度稱(chēng)之為“填充因子”(FF)，對(duì)于這個(gè)電池該值為0.641。填充因子取決于i)電池的總比串聯(lián)電阻(其值應(yīng)盡量接近零)ii)電池正電極與負(fù)電極之間的并聯(lián)電阻(其值應(yīng)盡量接近無(wú)窮大)。電池的效率，即光能轉(zhuǎn)化成電能的百分比為10.4％。圖7中還表明合金化后，鋁電極厚度為30μm，而銀電極厚度為10μm。
因此，IBC結(jié)構(gòu)(以及上面討論的常規(guī)硅太陽(yáng)能電池結(jié)構(gòu))目前存在者一個(gè)或者增加工藝復(fù)雜性(去掉n+層)或者損失性能(如保留n+層)的問(wèn)題，這是由于接觸金屬之下的高摻雜濃度與接觸金屬區(qū)域之間低摻雜濃度的相反的需求所致。
本發(fā)明詳細(xì)說(shuō)明了制備用于硅太陽(yáng)能的自摻雜負(fù)電極的材料與加工條件的組合，這種負(fù)電極在功能上與廣泛采用的鋁自摻雜正電極相似。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明銻作為n-型摻雜劑、銀作為主要的接觸金屬的組合滿(mǎn)足作為自摻雜負(fù)電極的基本需要。另外，這些結(jié)果也指明了一條采用鎵和銀制備類(lèi)似的自摻雜正電極的清晰路徑，該電極在幾方面均優(yōu)于已有的鋁電極。均按照本發(fā)明制備的自摻雜負(fù)電極與正電極的使用，使得制備工藝可實(shí)現(xiàn)流水線(xiàn)化，該工藝中負(fù)電極、正電極和二氧化硅表面鈍化層可在單一高溫步驟中同時(shí)形成。下面給出針對(duì)IBC電池的這樣一個(gè)工藝過(guò)程。
圖3給出了銀-硅相圖。圖3縱軸為溫度，以攝氏度為單位，水平軸為硅百分比。水平軸有兩種尺度下端為硅原子百分比，上端為硅重量百分比。圖3中示出低共熔點(diǎn)301位于830℃，其中銀、硅重量百分比分別為95.5％Ag、4.5％Si(重量)。低共熔點(diǎn)301位于表示溫度為830℃的線(xiàn)300上。從曲線(xiàn)302(從點(diǎn)301向右延伸)中可以看出，當(dāng)溫度進(jìn)一步升高至低共熔點(diǎn)以上時(shí)，保留在熔融硅銀混合物中的硅百分比也升高。請(qǐng)注意圖3與圖1中鋁硅相圖的相似性。兩種情況中金屬與硅均形成了低共熔體(鋁的低共熔溫度為577℃，對(duì)于銀則為830℃)。所以銀在高于830℃的溫度下能夠溶解硅，隨后冷卻中通過(guò)液相外延生長(zhǎng)使硅重結(jié)晶，類(lèi)似于鋁的行為。然而，與鋁又有所不同，銀在硅中不是摻雜劑，所以必須往銀中添加一種摻雜劑，該摻雜劑的一部分將會(huì)在外延重生長(zhǎng)時(shí)存留于硅中。
銻是一種可選的摻雜劑，因?yàn)槠湓诠柚芯哂懈呷芙舛?、低成本、以及銻和銀在銻的低濃度時(shí)存在單一均勻相。這可以從圖4的銀-銻相圖中看出。圖4縱軸為溫度，以攝氏度為單位，水平軸為銻百分比。水平軸有兩種尺度下端為銻原子百分比，上端為銻重量百分比。特別是重量百分比分別為銻5％、銀95％的合金位于圖4中的單一相(固態(tài)相)區(qū)400內(nèi)部(也標(biāo)為2)。相區(qū)400左邊以溫度軸為界限，右邊以線(xiàn)401和線(xiàn)402為界限。銻含量為5％的合金相對(duì)溫度的相變由線(xiàn)404表示?？梢钥闯?，線(xiàn)404始終保持在相區(qū)400之內(nèi)，直至溫度超過(guò)790℃，并在該點(diǎn)與線(xiàn)402相交。所以，這種合金在熔融開(kāi)始溫度790℃之前，一直為均勻固態(tài)。在線(xiàn)404上的線(xiàn)402以上、但在線(xiàn)403以下部分，合金為固相與液相的兩相混合物。當(dāng)線(xiàn)404在920℃到達(dá)線(xiàn)403，合金成為完全液相。
銻-銀相變的兩個(gè)關(guān)鍵因素以及選擇銻濃度為5％的原因是i)熔融開(kāi)始之前，它為均勻固相，ii)它從均勻固相直接過(guò)渡到熔融相。
銀-硅低共熔組成中銀、硅重量百分比分別為95.5％和4.5％。銀-硅低共熔比例給出了一種確定給定厚度的銀所能溶解硅的量，進(jìn)而提供了一種估算外延重生長(zhǎng)硅與其下未變化的硅襯底之間的連接深度的方法。當(dāng)采用銻銀合金時(shí)正是外延重生長(zhǎng)硅形成了n+層。溶解的硅的厚度(tSi)與淀積銀的厚度(tAg)的比值在合金化溫度(T)處可表示為(tSi)/(tAg)＝(ρAg)/(ρSi)*[WSi(T)/(1-WSi(T))](1)其中ρAg為銀密度(10.5g/cm3)，ρSi為硅密度(2.33g/cm3)，WSi(T)為加工溫度處硅的重量百分比。采用相圖中WSi(T＝900℃)為0.04，從等式(1)中計(jì)算得到的厚度比為0.19。例如，10μm厚的銀層在900℃將溶解1.9μm的硅，并在外延重生長(zhǎng)時(shí)產(chǎn)生連接深度(相對(duì)最初的硅襯底表面)為1.9μm。
如果知道了銻的分凝系數(shù)(生長(zhǎng)固相中銻濃度與液相中銻濃度之比)，就能夠估算重生長(zhǎng)層的摻雜濃度。在1415℃銻在切可勞斯基(Czochralski)硅熔體中的分凝系數(shù)為0.023。這里所考慮的熔體材料的組成以原子百分比表示，在900℃近似為76％銀、20％硅、4％銻。然而，由于銀不能被硅晶格大量接收，所以在一級(jí)近似上銻的引入被認(rèn)為與銀的出現(xiàn)無(wú)關(guān)。在這種情況下，在硅中預(yù)計(jì)的銻摻雜濃度可估計(jì)為NSb＝KSb*fSb*NSi(2)其中KSb為銻分凝系數(shù)(對(duì)于液相外延重生長(zhǎng)，從900℃開(kāi)始估計(jì)保持為0.023)，fSb為熔融材料中銻原子的分?jǐn)?shù)(0.04)，NSi為固體中硅原子的原子密度(5×1022cm-3)。因此，在重生長(zhǎng)固體中銻的摻雜濃度(NSb)估計(jì)為5×1019cm-3。該值超過(guò)了與n-型硅易形成歐姆接觸所需的最小值(1×1019cm-3)。
實(shí)施公開(kāi)的本發(fā)明所必需的簡(jiǎn)單工序如圖5A-B所示。形成的均勻(單相)合金500包含i)一種高電導(dǎo)率的金屬(主組分)，和ii)一種選自周期表第V族的n-型摻雜劑。這種合金500淀積于n-型硅襯底501的表面，如圖5A所示。合金500可通過(guò)多種標(biāo)準(zhǔn)方法淀積，如濺射、如采用漿料則通過(guò)絲網(wǎng)印刷。合金500在其與硅合金化的過(guò)程中必須能夠溶解一些硅，以使在加工溫度下形成導(dǎo)電金屬、摻雜劑原子和硅的熔融組合物。冷卻時(shí)硅從熔融混合物中外延重生長(zhǎng)，并且摻雜劑原子大量進(jìn)入重生長(zhǎng)的硅中，產(chǎn)生了圖5B中的n+區(qū)502。僅在合金500下面產(chǎn)生的n+區(qū)502形成了歐姆接觸。因?yàn)樵谶@個(gè)過(guò)程中有新鮮硅暴露，所以最終接觸材料503(從圖5A中的銀銻合金500發(fā)展到圖5B中的銀銻硅合金503)與硅襯底的n+區(qū)502(該區(qū)已摻入了Sb)的結(jié)合將會(huì)很好。與圖5A中的合金500一樣，圖5B中的合金503大部分仍為銀。
本發(fā)明中優(yōu)選的導(dǎo)電金屬為銀，優(yōu)選摻雜劑為銻。除了高電導(dǎo)率外，銀還具有所希望的特性，即其氧化物在略高于室溫的溫度下是不穩(wěn)定的，這就是說(shuō)即使合金化是在空氣中或在氧氣中進(jìn)行的，圖5中合金化過(guò)程將形成具有無(wú)氧化物的表面的接觸。當(dāng)電池相互連接以形成一個(gè)組件時(shí)，無(wú)氧化物銀接觸非常適合于釬焊。另外，自摻雜負(fù)電極在800℃至1000℃溫度范圍內(nèi)形成意味著其可與暴露的硅襯底上生長(zhǎng)的熱氧化物層一起生成，這個(gè)氧化物層將鈍化硅襯底表面，進(jìn)而降低因表面的重組合而造成的光電子和空穴的損失。
本發(fā)明不僅限于形成與n-型硅的接觸，由于接觸系統(tǒng)中的高導(dǎo)電組分(如銀)能與硅發(fā)生合金化進(jìn)而被選中，添加到該組分中的摻雜劑可從第V族(與n-型硅接觸)或從第III族(與p-型硅接觸)中選擇。通過(guò)觀察描繪每個(gè)第III族元素與銀組合的二元相圖，可知鎵或銦的功能與銻類(lèi)似。由于鎵的分凝系數(shù)比銦大(0.0080比0.0004)，并且受主能級(jí)更接近價(jià)帶邊緣(0.065eV比0.16eV)，所以與銦相比更優(yōu)選鎵。采用等式(2)中使用的方法，并假定熔融材料中鎵的原子分?jǐn)?shù)為0.04，在重生長(zhǎng)的硅中估計(jì)鎵摻雜濃度為2×1019cm-3。這明顯超過(guò)了與p-型硅形成歐姆接觸所需的最小值1×1017cm-3。銀-鎵體系的相圖如圖6所示。圖6縱軸為溫度，以攝氏度為單位，水平軸為鎵百分比。水平軸有兩種尺度下端是鎵原子百分比，上端是鎵重量百分比。圖6表明組成為5％鎵、95％銀(重量)的組合物位于單相區(qū)600內(nèi)。區(qū)600左邊以溫度軸為界限、右邊以線(xiàn)601、602和603為界。含鎵5％的合金相對(duì)溫度的相變以線(xiàn)605表示。可以看出，線(xiàn)605始終保持在相區(qū)600之內(nèi)，直至溫度超過(guò)800℃，并在該點(diǎn)與線(xiàn)603相交。所以，這種合金在熔融開(kāi)始溫度800℃之前，一直為均勻固相。在線(xiàn)603以上、但在線(xiàn)604以下時(shí)，合金為固相與液相的兩相混合物。當(dāng)線(xiàn)605在920℃到達(dá)線(xiàn)604，合金成為完全液相。
請(qǐng)注意圖6與圖4中銀-銻相圖的相似性，對(duì)于兩者中高銀濃度的合金，在熔融開(kāi)始之前均為均勻固相，并且合金從均勻固相直接過(guò)渡到熔融相。
在硅襯底如枝狀網(wǎng)硅中，采用自摻雜負(fù)電極和正電極制備IBC電池的工藝在下面六步中進(jìn)行了介紹，同時(shí)通過(guò)圖8A-E也進(jìn)行了說(shuō)明1.使n+層801擴(kuò)散進(jìn)任一導(dǎo)電型的硅襯底800上表面(或受光面)。圖8A-E針對(duì)n-型襯底的情形。在枝狀網(wǎng)硅的情況下，在晶體生長(zhǎng)過(guò)程中采用固態(tài)平面擴(kuò)散源(原位磷擴(kuò)散)進(jìn)行n+摻雜是可能的，這正如名稱(chēng)為“晶帶的枝狀網(wǎng)生長(zhǎng)過(guò)程中摻雜劑的原位擴(kuò)散”的美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)中所介紹的，該專(zhuān)利系列號(hào)為08/725,454，是由Balakrishnan R.于10/04/96提交的。另外，還可以通過(guò)絲網(wǎng)印刷含磷漿料或在襯底的上端施加液態(tài)含磷摻雜劑，并在快速熱加工(RTP)裝置或其它電爐中，在800℃至1000℃溫度下，促使磷進(jìn)入硅中。2.從襯底的上端剝?nèi)U(kuò)散玻璃(該玻璃是由步驟1的含磷摻雜劑液體或漿料所致)，在背面(沒(méi)有磷擴(kuò)散的面)絲網(wǎng)印刷銀-鎵漿料并在大約200℃溫度下干燥。圖8B中的區(qū)802-805畫(huà)出了銀-鎵漿料。3.在背面按叉指圖形絲網(wǎng)印刷銀-銻漿料(如圖8C中區(qū)806-808所描繪的)，并在大約400℃“燒掉”銀-鎵和銀-銻漿料中的有機(jī)粘合劑。4.當(dāng)生長(zhǎng)熱氧化物(SiO2)以鈍化暴露的硅襯底時(shí)，同時(shí)形成自摻雜正電極(Ag-Ga)、自摻雜負(fù)電極(Ag-Sb)和p-n結(jié)(Ga用于n-基或Sb用于p-基)。該過(guò)程能在RTP裝置中、大約900℃、氧氣氛下2分鐘完成。對(duì)n-型硅襯底的情形，在由自摻雜正電極產(chǎn)生的p+發(fā)射極與n-型襯底之間形成p+n結(jié)。對(duì)p-型硅襯底的情形，在由自摻雜負(fù)電極產(chǎn)生的n+發(fā)射極與p-型襯底之間形成n+p結(jié)。圖8D描繪了這個(gè)同時(shí)形成的步驟?？梢钥闯?，在n-型襯底800中，銀-鎵漿料區(qū)802形成p+區(qū)810，因而產(chǎn)生p+n結(jié)。在漿料區(qū)803-805發(fā)生同樣的過(guò)程。為了與n-型襯底800形成歐姆接觸，銀-銻漿料區(qū)806形成了n+區(qū)811。所有暴露的Si區(qū)域也形成SiO2層。尤其是上端n+層801被氧化物層809所覆蓋。另外，在銀-鎵漿料區(qū)805與銀-銻漿料區(qū)808之間的暴露硅之上形成了氧化物層812。存在于銀-鎵漿料區(qū)802-804與銀-銻漿料區(qū)806-808之間的其它暴露硅區(qū)域發(fā)生了同樣的過(guò)程。5.在電池正面(沒(méi)有金屬接觸的面)淀積抗反射涂層813(如采用常壓化學(xué)氣相淀積法淀積的二氧化鈦)。由于金屬接觸區(qū)位于對(duì)面，請(qǐng)注意該涂層不覆蓋它們。6.在無(wú)氧化物的銀基正電極和負(fù)電極上焊接相互連接的接頭以將電池相互連接在一個(gè)組件內(nèi)。第4步后，銀-鎵漿料區(qū)802-805現(xiàn)在成為銀、硅和鎵的合金(在襯底的外延重生長(zhǎng)中鎵作為一種摻雜劑淀積的情況除外)。同樣是在第4步后，銀-銻漿料區(qū)806-808現(xiàn)在成為銀、硅和銻的合金(在襯底的外延重生長(zhǎng)中銻作為一種摻雜劑淀積的情況除外)。
圖9A-D示出了按照以上步驟1-6構(gòu)造的完整的IBC電池，但是采用鋁形成正電極。
圖9A描繪了IBC電池的整體結(jié)構(gòu)。存在上端面900(受光面)未被電極遮蓋。電池背面包括由工藝導(dǎo)線(xiàn)901連接在一起的正電極，以及由工藝導(dǎo)線(xiàn)902連接在一起的負(fù)電極。
圖9B描繪了IBC電池沿圖9A中切割線(xiàn)914的橫斷面。從圖9B中一區(qū)域的近視圖，即在圖9C中可以看出橫斷面包含交替的鋁-硅低共熔物的寬的正電極(如906、907)，以及銀-硅-銻合金的窄的一負(fù)電極(如910)。在正電極與負(fù)電極之間的暴露硅上形成的氧化物如區(qū)909所示。鋁正摻雜了襯底903，產(chǎn)生了p+n結(jié)，如p+區(qū)904和905所示；銀-銻負(fù)摻雜了襯底，如n+區(qū)908所示。
從圖9B中一區(qū)域的另一近視圖，即從圖9D中可以看出IBC電池的上端面為多層結(jié)構(gòu)，從上至下為二氧化鈦抗反射層911、二氧化硅鈍化層912、n+抗重組層913以及n-型襯底903。
然而，采用鋁形成正電極的缺點(diǎn)是產(chǎn)生的鋁硅低共熔接觸材料電導(dǎo)性不如銀硅好，鋁表面不可釬焊且發(fā)生氧化。
上面介紹的步驟1-6的工藝過(guò)程也可用來(lái)指導(dǎo)常規(guī)太陽(yáng)能電池結(jié)構(gòu)中自摻雜正電極和負(fù)電極的使用。
其它摻雜劑，如砷(n-型摻雜劑)和銦(p-型摻雜劑)可考慮用于銀基體系。另外，銀可采用其它能與硅合金化的導(dǎo)電金屬取代，比如錫。然而，錫導(dǎo)電性不如銀，并且從典型加工溫度(≈900℃)冷卻時(shí)會(huì)形成氧化物。這表明在串聯(lián)電阻和可焊性方面，錫基接觸系統(tǒng)將比不上銀基系統(tǒng)。
過(guò)去曾采用與硅的金基接觸，金-硅低共熔溫度很低(370℃)。然而對(duì)于太陽(yáng)能電池而言，已知在高溫下加工金接觸會(huì)嚴(yán)重降低少數(shù)載流子的壽命，而這是太陽(yáng)能電池的最重要的特性。這就是說(shuō)，金不象銀，金基接觸摻雜與硅表面的同時(shí)氧化是不相容的，因?yàn)檫@種氧化必須在800℃以上的溫度進(jìn)行。在這種溫度下，金將會(huì)大量擴(kuò)散進(jìn)入硅以致嚴(yán)重降低少數(shù)載流子壽命。另外，由于金成本高，對(duì)于太陽(yáng)能電池使用金也是不經(jīng)濟(jì)的。
II.實(shí)驗(yàn)結(jié)果已經(jīng)對(duì)上述公開(kāi)的本發(fā)明典型材料體系進(jìn)行了研究。該研究包括各種淀積方法的使用(濺射或絲網(wǎng)印刷)、各種高溫工藝的使用(快速熱加工或帶有輻射加熱的帶式爐加工)、所制備材料的表征(測(cè)定外延重生長(zhǎng)硅層的組成及合金化的顯微證據(jù))以及電學(xué)表征(通過(guò)模擬接觸測(cè)定的電流-電壓曲線(xiàn)和接觸材料電阻的測(cè)量)。這些結(jié)果證實(shí)了本發(fā)明適合于各種硅器件形成自摻雜接觸，尤其適合于如本公開(kāi)所示的低成本、高性能、叉指背接觸太陽(yáng)能電池結(jié)構(gòu)。該研究的這些結(jié)果如下所示。
II.A.濺射結(jié)果II.A.1.測(cè)試結(jié)構(gòu)的建造在輕摻雜(1×1015cm-3)的n-型CZ硅晶片(直徑3英尺、<111>取向、磷摻雜至3-15Ω-cm、厚度為13-17密耳)上面濺射含有n-型摻雜劑銻的金屬薄膜。濺射靶所需組成為95％Ag-5％Sb和93％Ag-2％Ti-5％Sb(重量百分比)。(然而，正如下面所討論的，從銀-銻靶淀積得到的薄膜的測(cè)定組成為98.9％Ag和1.1％Sb(重量百分比)，而并非所希望的95％Ag和5％Sb)。Ag-Sb和Ag-Ti-Sb薄膜的標(biāo)稱(chēng)厚度分別為1.6μm和1.2μm，濺射是在ULVAC RFS-200裝置中進(jìn)行的。在濺射開(kāi)始之前，先將反應(yīng)室抽真空至低于5.0×10-6乇的壓力。進(jìn)行濺射的條件是純氬氣氛、壓力為1Pa(7.5×10-3乇)、功率為150W、襯底與靶相距40mm。對(duì)于Ag-Sb和Ag-Ti-Sb，濺射時(shí)間為25分鐘，并將襯底加熱至300℃以改善濺射薄膜與晶片之間的結(jié)合。
為了測(cè)量根據(jù)本發(fā)明在晶片前表面形成的接觸的電特性，在晶片的背面旋涂一種含磷液態(tài)摻雜劑(Filmtronics P-507，未稀釋)。隨后在AG Associates HeatPulse NMG-01快速熱加工(RTP)設(shè)備中，于900℃或950℃的溫度下，在純氬氣中熱處理2分鐘。熱處理的目的是為了使晶片前面的主要金屬銀與硅合金化，并同時(shí)使含磷摻雜劑擴(kuò)散進(jìn)入晶片背面。
合金化的前面金屬采用光刻膠保護(hù)，而背面的擴(kuò)散玻璃在氫氟酸中腐蝕掉。去除光刻膠后，在背面通過(guò)蒸發(fā)Ti/Pd/Al層(0.05/0.05/2.0微米)形成歐姆接觸，先蒸發(fā)Ti層以使其與硅直接接觸，隨后為Pd和Al。進(jìn)而所希望的最終測(cè)試結(jié)構(gòu)，從上至下包括如下這些層i)前面的金屬和硅合金(由本發(fā)明中已與硅形成低共熔合金的摻銻金屬合金形成)；ii)n+區(qū)(由本發(fā)明中摻銻金屬合金的銻摻雜液相外延重生長(zhǎng)的硅形成)；iii)n-型襯底，由起始晶片輕磷摻雜獲得n-型襯底；iv)n+區(qū)(由旋涂上的含磷摻雜劑形成)和v)背面金屬多層接觸(蒸發(fā)的Ti/Pd/Al)。
對(duì)于測(cè)試晶片，采用電子探針微分析(EPMA)技術(shù)測(cè)量通過(guò)標(biāo)稱(chēng)的95％Ag-5％Sb靶濺射的淀積態(tài)摻銻金屬合金薄膜的組成。發(fā)現(xiàn)薄膜中銻的濃度僅為1.1％(重量比)，而并非預(yù)計(jì)的5％，該差異可能是由于濺射靶中銻不足或者可能是銻的濺射產(chǎn)生量明顯低于銀的產(chǎn)生量。由于淀積態(tài)薄膜中的銻濃度低于規(guī)定值，進(jìn)而在合金化后保留在外延重生長(zhǎng)硅中的銻濃度也將相應(yīng)低一些。淀積態(tài)薄膜的其余部分為銀98.9％(重量百分比)。
在幾片晶片的RTP加工過(guò)程中，Ag-Sb或Ag-Ti-Sb金屬有滾成小島區(qū)域或“點(diǎn)”狀的趨勢(shì)，使得接觸不均勻。然而也產(chǎn)生了大面積連續(xù)接觸。這些厚度相當(dāng)均勻的連續(xù)接觸面積大至1cm2。回想滾成球狀也不奇怪，因?yàn)锳g-Sb相圖(圖4)表明，例如銻濃度為5％的組成在790℃開(kāi)始熔融，到920℃完全熔融。Ag-Si低共熔體直至830℃才形成。由于Ag-Sb或Ag-Ti-Sb的RTP加工是在900℃或950℃的溫度下進(jìn)行的，所以接觸金屬在金屬與硅襯底之間的顯著相互作用發(fā)生之前，很可能已熔融并由于表面張力而滾成球狀。
與大連續(xù)面積相對(duì)照，形成點(diǎn)狀區(qū)域的時(shí)候，這些銀-銻樣品的金屬島或“點(diǎn)”的側(cè)向尺寸通常為200μm至700μm，與晶片的厚度(360μm)相當(dāng)，這些小點(diǎn)厚度約為15μm。由于最初銀-銻金屬厚度為1.6μm，合金化后襯底中某些區(qū)域中點(diǎn)的15μm等效厚度意味著這些區(qū)域中大約11％的面積被金屬點(diǎn)所覆蓋，而剩余的89％沒(méi)有金屬。
Ag-Sb或Ag-Ti-Sb金屬點(diǎn)的放大100倍的光學(xué)照片清楚表明，這些接觸金屬與硅襯底發(fā)生交互作用，這些金屬點(diǎn)的邊緣通常為三角型或六角型，這反映了<111>硅表面的影響。
由于點(diǎn)的接觸與非接觸區(qū)域界限明確，所以對(duì)樣品中接觸的形狀為孤立點(diǎn)的區(qū)域研究得比大連續(xù)區(qū)域要詳細(xì)一些。
II.A.2.測(cè)定摻雜濃度采用化學(xué)浸蝕法去除某些合金化的Ag-Sb點(diǎn)，并采用二次離子質(zhì)譜測(cè)定法(SIMS)測(cè)量位于下面的外延重生長(zhǎng)硅的從硅表面至大約5μm的深度的組成，結(jié)果如圖10所示。兩條近乎疊加的曲線(xiàn)示出了銻和磷，對(duì)磷的曲線(xiàn)1001和對(duì)銻的曲線(xiàn)1002表示離子自身(如Sb)的探測(cè)結(jié)果，而對(duì)磷的曲線(xiàn)1000和對(duì)銻的曲線(xiàn)1003表示分子性離子(如Sb+Si)的探測(cè)結(jié)果。銀也出現(xiàn)了并以曲線(xiàn)1004來(lái)表示。圖10的縱軸尺度是以原子數(shù)/cm3為單位的摻雜劑濃度，水平軸尺度是以微米為單位的距硅表面的深度?？梢钥闯?，重生長(zhǎng)硅層的深度約為3.4μm，這是因?yàn)樗袚诫s劑濃度在該深度處迅速下降。這也暗示當(dāng)采用等式(1)計(jì)算時(shí)，金屬點(diǎn)高度為18μm(3.4μm/0.19)，這也是實(shí)際觀測(cè)到的近似高度。
SIMS分布圖表明在整個(gè)重生長(zhǎng)區(qū)銻的平均濃度約為2×1018cm-3，該值比所希望的與n-型硅形成歐姆接觸所需的最小值1×1019cm-3小5倍，然而，濺射薄膜中(如上所討論)的銻濃度也比所希望的低5倍(1.1％重量百分比而并非5％)。這就意味著具有所希望銻濃度(5％重量百分比)的金屬薄膜將產(chǎn)生足以形成良好歐姆接觸的摻雜濃度(1×1019cm-3)，所以SIMS數(shù)據(jù)支持這種與硅產(chǎn)生自摻雜負(fù)接觸的方法。
SIMS分布圖中未料到的結(jié)果是重生長(zhǎng)硅層中磷的高濃度(4×1019cm-3到2×1020cm-3)。這些磷的來(lái)源一定是旋涂在晶片相對(duì)面上的液態(tài)摻雜劑，正如上面所介紹的。施加磷摻雜劑以促進(jìn)與晶片背面的歐姆接觸(磷擴(kuò)散進(jìn)入晶片背面預(yù)計(jì)與前面硅和銀-銻之間的合金化同時(shí)發(fā)生)以使銀-銻與硅接觸的電流-電壓特性可以被測(cè)量。好像在RTP過(guò)程中，來(lái)自摻雜層的一部分磷被傳輸?shù)骄那岸酥車(chē)?，并在那里被金屬吸收并進(jìn)入硅。硅襯底的起初摻雜磷是少量的(通過(guò)下面討論的擴(kuò)展電阻摻雜劑測(cè)量法測(cè)定的濃度為1×1015cm-3)，不可能成為SIMS探測(cè)到的大量磷的來(lái)源。金屬點(diǎn)旁邊的硅表面也摻雜至一定程度(7×1016cm-3表面濃度，如下面討論的擴(kuò)展電阻測(cè)量法所指示的)，但是這比重生長(zhǎng)層發(fā)現(xiàn)的摻雜磷少1000多倍。所以重生長(zhǎng)層對(duì)于歐姆接觸被而言是過(guò)于充分摻雜了，但是只有2％的摻雜劑原子為銻，而98％為磷。
雖然這種磷摻雜是無(wú)意識(shí)和意外的，但是它可以用來(lái)作為產(chǎn)生自摻雜接觸的一種替代方法。
總之，上面介紹的磷摻雜產(chǎn)生與n-型硅形成自摻雜n+接觸的工藝過(guò)程如下1.在n-型硅襯底的前端面施加磷摻雜劑(為上面介紹的一種旋涂上的液態(tài)摻雜劑，但其它方法，如可絲網(wǎng)印刷的漿料預(yù)計(jì)也可以使用)并干燥。
2.在硅襯底的背面上，在那些希望形成n+接觸的區(qū)域施加銀(如上面所介紹的濺射銀，但其它方法，如可絲網(wǎng)印刷的銀漿料預(yù)計(jì)也可以使用)，并將襯底放入加熱爐中。當(dāng)在上面介紹的工藝中實(shí)際應(yīng)用1.1％銻、98.9％銀(重量百分比)的混合物時(shí)，預(yù)計(jì)銻的出現(xiàn)與這里介紹的工藝無(wú)關(guān)，在該工藝中磷起摻雜劑作用。
3.將被加熱爐中環(huán)境氣體所包圍的硅襯底的溫度升高至銀與硅發(fā)生合金化、及磷摻雜劑蒸發(fā)的溫度。上面采用的環(huán)境氣體為純氬，然而其它惰性氣體預(yù)計(jì)也可以接受。另外，考慮到暴露的硅表面是否需要氧化，可以將氧氣混合進(jìn)環(huán)境氣體中。上面介紹的加熱溫度或者為900℃、或者為950℃，但850℃至1000℃范圍內(nèi)的溫度預(yù)計(jì)是可以接受的。蒸發(fā)的磷原子與加熱爐的環(huán)境氣體混合，其中一部分遷移至熔融銀處，并于那里被銀所吸附。
4.在該溫度處保持足夠長(zhǎng)的時(shí)間以使充足量的的摻雜劑原子為銀所吸收，但也不要太長(zhǎng)以致與銀相鄰的硅表面吸附大量摻雜劑原子。在上面介紹的工藝過(guò)程中，加熱時(shí)間為兩分鐘。
5.隨后將硅襯底溫度降到銀-硅低共熔溫度以下，隨著硅重新凝固，摻雜劑磷原子通過(guò)液相外延生長(zhǎng)進(jìn)入重組的晶格。
這五步工藝能夠概括成與硅產(chǎn)生自摻雜n+接觸的如下方法1.在硅襯底的第一端面上，在那些需要n+接觸的區(qū)域，施加銀并將襯底放入加熱爐中。
2.將被加熱爐中環(huán)境氣體所包圍的硅襯底的溫度升高到硅-銀低共熔溫度以上，以使銀與硅形成熔融合金。
3.在加熱爐的環(huán)境氣體中引入磷蒸氣源；4.汽化的磷原子隨后與加熱爐的環(huán)境氣體混合，并且其中一部分遷移至熔融銀處，并于那里被熔融銀-硅混合物所吸收，其吸收量比固體硅表面所吸收的量要顯著地多；5.在該溫度處保持足夠長(zhǎng)的時(shí)間以使充足量的的摻雜劑原子為銀所吸收，但也不要太長(zhǎng)以致與銀相鄰的硅表面吸附大量摻雜劑原子。
6.隨后將硅襯底溫度降到銀-硅低共熔溫度以下，隨著硅重新凝固，摻雜劑磷原子通過(guò)液相外延生長(zhǎng)進(jìn)入重組的晶格。
上述過(guò)程還能夠進(jìn)一步概括。當(dāng)采用P作為摻雜源時(shí)，來(lái)自周期表第III族的摻雜劑原子(如硼、鎵或銦)可用來(lái)產(chǎn)生正接觸，而來(lái)自周期表第V族的摻雜劑原子(如砷或銻、還有磷)可用來(lái)產(chǎn)生負(fù)接觸。雖然銀被介紹作為接觸金屬，其它金屬(如錫)預(yù)計(jì)也可以使用。在硅表面施加金屬的方法可為下面幾種方法中的任何一種，這幾種方法包括蒸發(fā)、濺射或絲網(wǎng)印刷。
IBC結(jié)構(gòu)可以采用下面步驟形成
1.在n-型硅襯底的前端面施加磷摻雜劑(例如使用液態(tài)摻雜劑，或可絲網(wǎng)印刷的漿料)，并干燥；2.在襯底的背面絲網(wǎng)印刷銀柵格線(xiàn)并干燥；3.將溫度升高到大約850℃至1000℃(高于銀-硅低共熔溫度830℃)，保持幾分鐘，并同時(shí)i)在前端面產(chǎn)生所需的n+層，ii)產(chǎn)生銀和硅的熔融混合物，和iii)使前端摻雜源的一部分磷被背面的熔融銀所吸收；4.將溫度降至銀-硅低共熔溫度以下，以使磷原子進(jìn)入重生長(zhǎng)的硅層，以形成歐姆接觸；5.通過(guò)將襯底浸入氫氟酸中，剝?nèi)デ岸嗣媪讚诫s劑產(chǎn)生的擴(kuò)散玻璃；6.在背面的所述銀之間以叉指狀方式絲網(wǎng)印刷自摻雜正接觸金屬(如鋁或銀-鎵)；7.在含有少量氧的惰性氣體中，將溫度升高到大約850℃至1000℃(高于鋁-硅或銀-硅低共熔溫度，這取決于采用的自摻雜正電極的種類(lèi))，保持幾分鐘，以同時(shí)i)產(chǎn)生氧化硅表面鈍化層，并ii)產(chǎn)生鋁和硅或銀和硅的熔融混合物；8.將溫度降至低共熔溫度以下，以同時(shí)形成i)p+n結(jié)以及ii)太陽(yáng)能電池的正接觸；并且9.在前端面淀積抗反射涂層。
所有上述程序的關(guān)鍵問(wèn)題是常規(guī)磷摻雜源能夠選擇性地給銀接觸材料提供磷摻雜劑。期望這樣一種工藝形成自摻雜負(fù)接觸，而并不過(guò)多摻雜與負(fù)接觸相鄰的硅表面。在該方法中，采用了標(biāo)準(zhǔn)材料(液態(tài)磷摻雜劑、銀可絲網(wǎng)印刷的漿料)，并避免了負(fù)接觸與正接觸之間的低并聯(lián)電阻。
在II.A.測(cè)試結(jié)構(gòu)的建造一節(jié)介紹的試驗(yàn)結(jié)構(gòu)中，有關(guān)測(cè)試摻雜劑濃度的方法，除了上面介紹的SIMS技術(shù)以外，還采用了擴(kuò)展電阻的方法。通過(guò)在950℃與銀-銻合金化2分鐘的晶片上的三點(diǎn)進(jìn)行擴(kuò)展電阻測(cè)量同時(shí)也測(cè)量在900℃與銀-銻合金化2分鐘的晶片上三點(diǎn)的擴(kuò)展電阻來(lái)測(cè)量硅表面的總的銻和磷濃度。通過(guò)將樣品浸入濃硝酸大約30分鐘，去除前面的金屬(銀-銻)以及背面的金屬(Ti/Pd/Al)。以前被銀-銻金屬覆蓋的硅表面區(qū)域暴露出來(lái)。
這種硅區(qū)域的擴(kuò)展電阻掃描給出的總表面摻雜濃度在所述點(diǎn)旁邊近似為7×1016摻雜劑原子/cm3，在所述點(diǎn)下方近似為1×1020摻雜劑_原子/cm3，如圖11所示為一典型點(diǎn)的結(jié)果。圖11縱軸以原子數(shù)/cm3為單位示出了摻雜濃度(范圍為1×1016至1×1021個(gè)原子/cm3)，水平軸為沿硅表面掃描的距離，以微米為單位。這些擴(kuò)展電阻結(jié)果表明在先前為銀-銻金屬點(diǎn)覆蓋的區(qū)域中，測(cè)量的表面濃度超過(guò)了歐姆接觸所需的值1×1019摻雜劑原子/cm3。如下所述，這與從I-V曲線(xiàn)中導(dǎo)出的接觸電阻的低值是一致的。請(qǐng)注意在所述點(diǎn)下方采用擴(kuò)展電阻方法測(cè)量的摻雜劑濃度與采用SIMS方法測(cè)量的摻雜劑濃度符合的很好并如圖10所示。
金屬點(diǎn)旁邊的硅表面摻雜劑濃度比金屬點(diǎn)下方的硅表面摻雜劑濃度要低三個(gè)數(shù)量級(jí)，該事實(shí)表明摻雜劑是由金屬傳輸進(jìn)硅中的。
同樣對(duì)斜晶片樣品的擴(kuò)展電阻進(jìn)行了測(cè)量，襯底摻雜濃度測(cè)量值為1×1015摻雜劑原子/cm3，該值相應(yīng)于5Ω-cm的電阻率，與測(cè)量的起始晶片的值4.3Ω-cm符合得很好。請(qǐng)注意測(cè)量的金屬點(diǎn)旁邊的表面濃度約比襯底摻雜高70倍，雖然固態(tài)硅吸收氣態(tài)磷的程度不如熔融金屬，但這仍表明了固態(tài)硅吸收氣態(tài)形式硅的趨勢(shì)。
II.A.3.電測(cè)量接觸材料(銀、銻和硅合金，其中大部分為銀)自身的電阻率是很重要的，因?yàn)樵搮?shù)決定著太陽(yáng)能電池為傳輸光致電流而沒(méi)有過(guò)多歐姆電阻損耗所必需的接觸大小。在濺射銀-銻并然后在950℃合金化溫度處理過(guò)的晶片上，測(cè)量?jī)牲c(diǎn)(15μm等效厚度)的電阻率為7±1μΩ-cm。這與在特定晶片上淀積上的銀-銻薄膜測(cè)得的電阻率6.9μΩ-cm相比，是很不錯(cuò)的。與另一晶片上淀積上銀-鈦-銻的薄膜測(cè)得的電阻率4.8μΩ-cm相比，也是很不錯(cuò)的。這表明與硅襯底的合金化很少或不會(huì)導(dǎo)致電阻率的劣化，這可能因?yàn)榻佑|材料的大部分為銀(如圖3所示，為95.5％(重量比))。為對(duì)比起見(jiàn)，塊狀銀的電阻率的手冊(cè)值為1.6μΩ-cm。
采用探針裝置與銀-銻或銀-鈦-銻上的各個(gè)點(diǎn)進(jìn)行電接觸是可能的，測(cè)量電流-電壓(I-V)曲線(xiàn)以決定點(diǎn)接觸是電阻性(線(xiàn)性I-V)或整流性(非線(xiàn)性I-V)的。所得I-V曲線(xiàn)，如圖12中的典型曲線(xiàn)，直至電流密度達(dá)到測(cè)量的最高值(±11A/cm2)均是高度線(xiàn)性的，從而表明銀-銻接觸的阻性行為(測(cè)量了十個(gè)點(diǎn))。圖12的縱軸為電流密度(從-20A/cm2至+20A/cm2的范圍)，水平軸為電壓(從-0.4V至+0.4V的范圍)。圖12中的銀-銻點(diǎn)經(jīng)過(guò)900℃、2分鐘的加工，面積為.89×10-3cm2，歸一化電阻為0.028歐姆-cm2。11A/cm2的電流密度近似為太陽(yáng)能電池在一個(gè)太陽(yáng)照度下所需傳輸?shù)牡湫碗娏髅芏鹊?0倍。由于銀在硅中不是一種摻雜劑，銀中的銻(由來(lái)自液態(tài)摻雜劑層的磷加強(qiáng))明顯能夠摻雜底層n-型硅以獲得所需的歐姆接觸。
尤其是對(duì)于銀-銻樣品，通過(guò)探針裝置測(cè)量的點(diǎn)電阻從10Ω至71Ω，這樣的電阻對(duì)應(yīng)著點(diǎn)接觸面積范圍為從1.9×10-3cm2至0.4×10-3cm2。探針裝置測(cè)量的電阻是通過(guò)一個(gè)回路，該回路流經(jīng)測(cè)試結(jié)構(gòu)的所有層(如前所述)i)與硅按低共熔比例合金化的銀-銻點(diǎn)；ii)所述點(diǎn)下面的n+區(qū)(由本發(fā)明中銻摻雜金屬合金的銻、以及背面摻雜源層的磷摻雜液相外延重生長(zhǎng)硅形成)；iii)由起始晶片的輕磷摻雜的使之成為n-型的n-型襯底；iv)n+區(qū)(由旋涂含磷摻雜劑而形成)，它覆蓋晶片的整個(gè)背面和；v)背面的金屬層狀接觸(蒸發(fā)的Ti/Pd/Al)，同樣覆蓋了晶片的整個(gè)背面。在這些層中，所有顯著的電阻源為i)銀-銻-硅點(diǎn)與其下n+區(qū)之間的接觸電阻，以及ii)n-型襯底的電阻。所述點(diǎn)的電阻與面積的乘積具有平均值和標(biāo)準(zhǔn)偏差0.026±0.007Ω-cm2。有益的是該電阻-面積乘積可以與硅晶片電阻率(先前測(cè)定的值為3.7Ω-cm)和厚度(0.0365cm)的乘積相比，其電阻-面積乘積的值為0.135Ω-cm2。
由于電流流動(dòng)結(jié)構(gòu)的差異，所述點(diǎn)的電阻-面積乘積比單獨(dú)襯底的值低(約為襯底值的20％)。0.135Ω-cm2的襯底值是基于在相關(guān)區(qū)域中兩等尺寸平面接觸之間電流流動(dòng)。0.026±0.007Ω-cm2的點(diǎn)值是基于電流流動(dòng)從晶片前面相對(duì)針尖大小的點(diǎn)流出至覆蓋整個(gè)晶片背面的大平面金屬接觸(蒸發(fā)的Ti/Pd/Al)。事實(shí)上，有限元計(jì)算方法被用來(lái)測(cè)定與點(diǎn)結(jié)構(gòu)類(lèi)似的電流流動(dòng)結(jié)構(gòu)的單獨(dú)襯底的電阻-面積乘積，這些計(jì)算測(cè)定的單獨(dú)襯底的電阻-面積乘積實(shí)際上與測(cè)定的點(diǎn)的值相同。這些結(jié)果有力地說(shuō)明銀-銻-硅點(diǎn)與其下n+區(qū)之間的接觸電阻是很低的，我們能夠推測(cè)，作為一個(gè)粗略的上限，接觸電阻低于點(diǎn)的測(cè)量電阻率的10％，如小于3mΩ-cm2。
II.B.漿料的絲網(wǎng)印刷為施加銀-銻合金，作為濺射的替代方法，制備包含銀顆粒和銻顆粒、其大小近似為10μm、并按照95％銀-5％銻的重量百分比混合的漿料。該混合顆粒與適當(dāng)有機(jī)粘結(jié)劑和溶劑混合，以形成適于絲網(wǎng)印刷的漿料。所采用的每個(gè)硅晶片具有特定摻雜劑濃度的預(yù)擴(kuò)散n-型層。作為n型摻雜劑濃度的粗略指示，晶片預(yù)擴(kuò)散n-型層的方電阻大約為三個(gè)不同的值35、80、500Ω/□(高Ω/□值表示低摻雜劑濃度)，在硅晶片(這些晶片沒(méi)有摻雜劑，如磷，其背面情形如上述第II.A.節(jié)濺射結(jié)果)的預(yù)擴(kuò)散n-型表面印刷傳輸線(xiàn)方法中的平行金屬條測(cè)試圖案，并在950℃、在具有輻射加熱的帶式爐中燒結(jié)2分鐘。金屬條厚度為14μm、連續(xù)、電阻率約為21μΩ-cm、與硅襯底適當(dāng)結(jié)合并沒(méi)有與硅襯底發(fā)生合金化。
對(duì)于所述950℃步驟處理后的典型樣品，傳輸線(xiàn)方法金屬測(cè)試圖案測(cè)得的比接觸電阻(銀-銻金屬條與其下n+區(qū)之間)分別為10、15和68mΩ-cm2。在經(jīng)過(guò)隨后的形成氣體退火處理后(每分鐘3標(biāo)準(zhǔn)升流量，氣體為10％氫氣和90％氮?dú)猓谝怀Ｒ?guī)石英管式0爐中在400℃處理15分鐘)，接觸電阻下降大約6倍分別至1.9、2.2、和10mΩ-cm2。低于約50mΩ-cm2的接觸電阻值適合于設(shè)計(jì)運(yùn)行于正常(未聚焦)太陽(yáng)光條件的太陽(yáng)能電池的接觸。對(duì)于在無(wú)預(yù)擴(kuò)散的n-型層晶片上絲網(wǎng)印刷金屬漿料，雖然接觸電阻值不滿(mǎn)意，但是以上結(jié)果表明通過(guò)絲網(wǎng)印刷漿料并經(jīng)帶式爐燒結(jié)可以得到連續(xù)、附著的金屬接觸。
樣品分析也表明這種具有相互獨(dú)立的銀和銻顆粒的漿料不與硅發(fā)生合金化。然而，確實(shí)好象該漿料產(chǎn)生了一很薄的n+層，該層局限在單個(gè)銻顆粒周?chē)?，用于形成在其下襯底已充足摻雜時(shí)獲得的增強(qiáng)歐姆接觸。這種漿料好象不適合產(chǎn)生一個(gè)結(jié)。
優(yōu)選的絲網(wǎng)印刷漿料基于這樣的顆粒，其中每個(gè)顆粒自身為合金組成95％銀-5％銻(重量百分比)，而并非這里采用的單個(gè)銀顆粒和銻顆粒。預(yù)計(jì)這樣的漿料將與硅發(fā)生合金化并形成深摻雜區(qū)域，該區(qū)域在一定程度上類(lèi)似上面II.A.濺射結(jié)果一節(jié)所討論的結(jié)果。
已經(jīng)對(duì)本發(fā)明用特定實(shí)施例進(jìn)行了介紹，顯然對(duì)于那些本領(lǐng)域的熟練人員來(lái)說(shuō)，根據(jù)前面的介紹進(jìn)行替代、改進(jìn)和變更是容易的，所以，本發(fā)明包容所有這樣的替代、改進(jìn)和變更，使其落入附帶的權(quán)利要求及其等效物的精神和領(lǐng)域中。
權(quán)利要求
1.一種制造太陽(yáng)能電池的方法，包括形成第一種金屬與第一種摻雜劑的第一種合金，其中第一種摻雜劑能夠摻雜一種半導(dǎo)體材料形成為第一種類(lèi)型的半導(dǎo)體材料；在第一半導(dǎo)體的第一表面施加第一種合金，其中第一半導(dǎo)體已經(jīng)摻雜成為第二種類(lèi)型的半導(dǎo)體材料，并且該第二種類(lèi)型與所述第一種類(lèi)型相反；將第一種合金和第一半導(dǎo)體加熱至第一溫度點(diǎn)以上，以使至少第一種合金的一部分和第一半導(dǎo)體的一部分形成熔融的第二種合金；將第二種合金冷卻，以使包含在熔融的第二種合金中的第一種摻雜劑的至少一部分，加入到第一種半導(dǎo)體的外延重生長(zhǎng)區(qū)域中，其中外延重生長(zhǎng)區(qū)域的至少一部分與第一半導(dǎo)體形成整流結(jié)，并且其中整流結(jié)的至少一部分可暴露在太陽(yáng)照射之下，該太陽(yáng)照射并未通過(guò)外延重生長(zhǎng)區(qū)域；將第二種合金冷卻至第一溫度點(diǎn)以下，其中第二種合金形成與所述重生長(zhǎng)區(qū)域的至少一部分為歐姆電接觸的固態(tài)第一接觸；并對(duì)第一種半導(dǎo)體施加歐姆接觸，以形成太陽(yáng)能電池的第二種電接觸。
2.一種制造太陽(yáng)能電池的方法，包括在第一半導(dǎo)體中形成具有第一和第二半?yún)^(qū)的整流結(jié)，該半導(dǎo)體在暴露于太陽(yáng)照射時(shí)能夠產(chǎn)生電流；形成與第一半?yún)^(qū)為歐姆電接觸的第一接觸；形成第一金屬和第一摻雜劑的第一種合金，其中第一摻雜劑能夠摻雜半導(dǎo)體材料使其成為第一種類(lèi)型，而第一金屬不能顯著摻雜半導(dǎo)體材料；在第一半導(dǎo)體的第一表面的第一區(qū)域施加第一種合金，其中第一半導(dǎo)體的至少第一區(qū)域已被摻雜成為第一種類(lèi)型的半導(dǎo)體材料；將第一種合金和第一半導(dǎo)體加熱至第一溫度點(diǎn)以上，以使至少第一種合金的一部分和第一半導(dǎo)體的一部分形成熔融的第二種合金；將第二種合金冷卻，以使包含在熔融的第二種合金中的第一種摻雜劑的至少一部分，加入到第一種半導(dǎo)體的外延重生長(zhǎng)區(qū)域，以使該重生長(zhǎng)區(qū)域摻雜濃度高于所述第一區(qū)域；將第二種合金冷卻至第一溫度點(diǎn)以下，其中第二種合金形成與重生長(zhǎng)區(qū)域的至少一部分為歐姆電接觸的固態(tài)第二接觸；其中該第二接觸為與第二半?yún)^(qū)之間的歐姆電接觸。
3.一種制造接觸的方法，包括形成第一種漿料，其中該漿料包含第一種顆粒，該顆粒為第一種金屬與第一種摻雜劑的合金，其中第一種摻雜劑能夠摻雜半導(dǎo)體材料；在第一半導(dǎo)體的第一表面上施加第一漿料；將第一漿料和第一半導(dǎo)體加熱至第一溫度點(diǎn)以上，以使至少第一漿料的一部分和第一半導(dǎo)體的一部分形成熔融的第二種合金；將第二種合金冷卻，以使包含在熔融的第二種合金中的第一種摻雜劑的至少一部分，加入到第一種半導(dǎo)體的外延重生長(zhǎng)區(qū)域；并將第一種合金冷卻至第一溫度點(diǎn)以下，其中第二種合金形成具有與重生長(zhǎng)區(qū)域的至少一部分為歐姆電接觸的固態(tài)第一接觸。
4.一種制造接觸的方法，包括在第一半導(dǎo)體表面的第一區(qū)域施加第一金屬；在環(huán)境氣氛下加熱第一金屬和第一半導(dǎo)體至第一溫度點(diǎn)以上，以使至少第一金屬的一部分和第一半導(dǎo)體的一部分形成熔融的第二種合金；在環(huán)境氣體中引入蒸發(fā)的第一種摻雜劑源，其中第一種摻雜劑能夠摻雜半導(dǎo)體材料；在該溫度下保持足夠長(zhǎng)的時(shí)間以使充足量的蒸發(fā)的第一摻雜劑為熔融的第二種合金所吸收；將第二種合金冷卻，以使包含在熔融的第二種合金中的第一種摻雜劑的至少一部分，加入到第一種半導(dǎo)體的外延重生長(zhǎng)區(qū)域；并將第二種合金冷卻至第一溫度點(diǎn)以下，其中第二種合金形成與重生長(zhǎng)區(qū)域的至少一部分為歐姆電接觸的固態(tài)第一接觸。
5.一種太陽(yáng)能電池，包括一個(gè)整流結(jié)，該整流結(jié)至少部分可暴露于太陽(yáng)照射下以產(chǎn)生電流，它由第一半導(dǎo)體材料制成，包含第一半?yún)^(qū)和第二半?yún)^(qū)；與第一半?yún)^(qū)形成歐姆接觸的第一電極；與第二半?yún)^(qū)形成歐姆接觸的第二電極；其中第一半?yún)^(qū)已摻入第一摻雜劑形成第一種類(lèi)型的半導(dǎo)體材料；其中第二半?yún)^(qū)已摻入第二種摻雜劑形成與第一種類(lèi)型相反的第二種類(lèi)型的半導(dǎo)體材料；其中第二半?yún)^(qū)與第二電極對(duì)齊；其中第二電極包含第一金屬、第二種摻雜劑和第一半導(dǎo)體材料的合金；其中第一金屬能夠與第一半導(dǎo)體材料形成低共熔物；并且其中包含第一金屬和第一半導(dǎo)體的第二電極的那一部分包括低共熔比例的第一金屬和第一半導(dǎo)體材料。
6.一種太陽(yáng)能電池，包括一個(gè)整流結(jié)，該整流結(jié)至少部分可暴露于太陽(yáng)照射下以產(chǎn)生電流，它由第一半導(dǎo)體材料制成，包含第一半?yún)^(qū)和第二半?yún)^(qū)；與第一半?yún)^(qū)形成歐姆接觸的第一電極；與第二半?yún)^(qū)形成歐姆接觸的第二電極；其中第一半?yún)^(qū)已摻入第一摻雜劑形成第一種類(lèi)型的半導(dǎo)體材料；其中第二半?yún)^(qū)已摻入第二種摻雜劑形成與第一種類(lèi)型相反的第二種類(lèi)型的半導(dǎo)體材料；其中第二半?yún)^(qū)包括一個(gè)第一區(qū)域，該區(qū)域比第二半?yún)^(qū)其余部分的至少一部分已用第二摻雜劑更深摻雜；其中該第一區(qū)域與第二電極對(duì)齊；其中第二電極包含第一金屬、第二種摻雜劑和第一半導(dǎo)體材料的合金；其中第一金屬能夠與第一半導(dǎo)體材料形成低共熔物，并且第一金屬不能顯著摻雜半導(dǎo)體材料；并且其中包含第一金屬和第一半導(dǎo)體的第二電極的那一部分包括低共熔比例的第一金屬和第一半導(dǎo)體材料。
7.權(quán)利要求1的方法，其中第一種合金按比例包含第一金屬和第二種摻雜劑，以使第二種合金能夠以固態(tài)、單一均勻相在第一溫度范圍內(nèi)存在，并在第二溫度范圍內(nèi)直接轉(zhuǎn)化為液相，其中第二溫度范圍直接位于第一溫度范圍之上。
8.權(quán)利要求2的方法，其中第一種合金按比例包含第一金屬和第二種摻雜劑，以使第二種合金能夠以固態(tài)、單一均勻相在第一溫度范圍內(nèi)存在，并在第二溫度范圍內(nèi)直接轉(zhuǎn)化為液相，其中第二溫度范圍直接位于第一溫度范圍之上。
9.權(quán)利要求3的方法，其中每個(gè)顆粒按比例包含第一金屬和第二種摻雜劑，以使第二種合金能夠以固態(tài)、單一均勻相在第一溫度范圍內(nèi)存在，并在第二溫度范圍內(nèi)直接轉(zhuǎn)化為液相，其中第二溫度范圍直接位于第一溫度范圍之上。
10.權(quán)利要求5的太陽(yáng)能電池，其中第二電極的第一金屬與第二電極的第二種摻雜劑以及第二半?yún)^(qū)的第二種摻雜劑的總和成正比例，以使包含第一金屬與第二種摻雜劑的總和的所述比例的合金能夠以固態(tài)、單一均勻相在第一溫度范圍內(nèi)存在，并在第二溫度范圍內(nèi)直接轉(zhuǎn)化為液相，其中第二溫度范圍直接位于第一溫度范圍之上。
11.權(quán)利要求6的太陽(yáng)能電池，其中第二電極的第一金屬與第二電極的第二種摻雜劑以及第一區(qū)域的第二種摻雜劑的總和成正比例，以使包含第一金屬與第二種摻雜劑的總和的所述比例的合金能夠以固態(tài)、單一均勻相在第一溫度范圍內(nèi)存在，并在第二溫度范圍內(nèi)直接轉(zhuǎn)化為液相，其中第二溫度范圍直接位于第一溫度范圍之上。
12.權(quán)利要求1的方法，其中包含第一金屬和第一半導(dǎo)體的第一接觸的那一部分包括低共熔比例的第一金屬和第一半導(dǎo)體。
13.權(quán)利要求2的方法，其中包含第一金屬和第一半導(dǎo)體的第二接觸的那一部分包括低共熔比例的第一金屬和第一半導(dǎo)體。
14.權(quán)利要求3的方法，其中包含第一金屬和第一半導(dǎo)體的第一接觸的那一部分包括低共熔比例的第一金屬和第一半導(dǎo)體。
15.權(quán)利要求4的方法，其中包含第一金屬和第一半導(dǎo)體的第一接觸的那一部分包括低共熔比例的第一金屬和第一半導(dǎo)體。
16.權(quán)利要求4的方法，其中不將所述溫度不保持很長(zhǎng)，從而使得暴露于蒸發(fā)摻雜劑中的第一半導(dǎo)體表面不吸收大量的摻雜劑原子。
17.權(quán)利要求4的方法，還包括在第一半導(dǎo)體的表面的第二區(qū)域施加第一摻雜劑，其中該第二區(qū)域與所述第一區(qū)域是分離的；并且其中加熱步驟還包括使第一摻雜劑蒸發(fā)，進(jìn)而還完成在環(huán)境氣體中引入蒸發(fā)的第一摻雜劑源的步驟。
18.權(quán)利要求1的方法，其中第一種半導(dǎo)體為硅。
19.權(quán)利要求2的方法，其中第一種半導(dǎo)體為硅。
20.權(quán)利要求3的方法，其中第一種半導(dǎo)體為硅。
21.權(quán)利要求4的方法，其中第一種半導(dǎo)體為硅。
22.權(quán)利要求5的太陽(yáng)能電池，其中第一種半導(dǎo)體為硅。
23.權(quán)利要求6的太陽(yáng)能電池，其中第一種半導(dǎo)體為硅。
24.權(quán)利要求1的方法，其中第一種金屬為銀。
25.權(quán)利要求2的方法，其中第一種金屬為銀。
26.權(quán)利要求3的方法，其中第一種金屬為銀。
27.權(quán)利要求4的方法，其中第一種金屬為銀。
28.權(quán)利要求5的太陽(yáng)能電池，其中第一種金屬為銀。
29.權(quán)利要求6的太陽(yáng)能電池，其中第一種金屬為銀。
30.權(quán)利要求1的方法，其中第一種金屬為錫。
31.權(quán)利要求2的方法，其中第一種金屬為錫。
32.權(quán)利要求3的方法，其中第一種金屬為錫。
33.權(quán)利要求4的方法，其中第一種金屬為錫。
34.權(quán)利要求5的太陽(yáng)能電池，其中第一種金屬為錫。
35.權(quán)利要求6的太陽(yáng)能電池，其中第一種金屬為錫。
36.權(quán)利要求1的方法，其中第一種摻雜劑為銻。
37.權(quán)利要求2的方法，其中第一種摻雜劑為銻。
38.權(quán)利要求3的方法，其中第一種摻雜劑為銻。
39.權(quán)利要求4的方法，其中第一種摻雜劑為銻。
40.權(quán)利要求5的太陽(yáng)能電池，其中第一種摻雜劑為銻。
41.權(quán)利要求6的太陽(yáng)能電池，其中第一種摻雜劑為銻。
42.權(quán)利要求1的方法，其中第一種摻雜劑為鎵。
43.權(quán)利要求2的方法，其中第一種摻雜劑為鎵。
44.權(quán)利要求3的方法，其中第一種摻雜劑為鎵。
45.權(quán)利要求4的方法，其中第一種摻雜劑為鎵。
46.權(quán)利要求5的太陽(yáng)能電池，其中第一種摻雜劑為鎵。
47.權(quán)利要求6的太陽(yáng)能電池，其中第一種摻雜劑為鎵。
48.權(quán)利要求4的方法，其中第一種摻雜劑為磷。
49.權(quán)利要求5的太陽(yáng)能電池，其中第一種摻雜劑為磷。
50.權(quán)利要求6的太陽(yáng)能電池，其中第一種摻雜劑為磷。
51.權(quán)利要求1的方法，其中所述施加步驟是通過(guò)絲網(wǎng)印刷完成的。
52.權(quán)利要求2的方法，其中所述施加步驟是通過(guò)絲網(wǎng)印刷完成的。
53.權(quán)利要求3的方法，其中所述施加步驟是通過(guò)絲網(wǎng)印刷完成的。
54.權(quán)利要求4的方法，其中所述施加步驟是通過(guò)絲網(wǎng)印刷完成的。
55.權(quán)利要求1的方法，其中所述施加步驟是通過(guò)濺射完成的。
56.權(quán)利要求2的方法，其中所述施加步驟是通過(guò)濺射完成的。
57.權(quán)利要求4的方法，其中所述施加步驟是通過(guò)濺射完成的。
58.權(quán)利要求1的方法，其中第一種摻雜劑為周期表第III族元素。
59.權(quán)利要求2的方法，其中第一種摻雜劑為周期表第III族元素。
60.權(quán)利要求3的方法，其中第一種摻雜劑為周期表第III族元素。
61.權(quán)利要求4的方法，其中第一種摻雜劑為周期表第III族元素。
62.權(quán)利要求5的太陽(yáng)能電池，其中第一種摻雜劑為周期表第III族元素。
63.權(quán)利要求6的太陽(yáng)能電池，其中第一種摻雜劑為周期表第III族元素。
64.權(quán)利要求1的方法，其中第一種摻雜劑為周期表第V族元素。
65.權(quán)利要求2的方法，其中第一種摻雜劑為周期表第V族元素。
66.權(quán)利要求3的方法，其中第一種摻雜劑為周期表第V族元素。
67.權(quán)利要求4的方法，其中第一種摻雜劑為周期表第V族元素。
68.權(quán)利要求5的太陽(yáng)能電池，其中第一種摻雜劑為周期表第V族元素。
69.權(quán)利要求6的太陽(yáng)能電池，其中第一種摻雜劑為周期表第V族元素。
70.權(quán)利要求1的方法，其中第一種金屬為鋁并且第一種類(lèi)型為p-型。
71.權(quán)利要求3的方法，其中第一種金屬為鋁并且第一種摻雜劑能夠?qū)雽?dǎo)體材料摻雜成p-型。
72.權(quán)利要求5的太陽(yáng)能電池，其中其中第一種金屬為鋁并且第二種類(lèi)型為p-型。
全文摘要
一種硅的自摻雜電極主要由與硅形成低共熔的一種金屬(主成分)構(gòu)成。P－型摻雜劑(對(duì)于正電極)或n－型摻雜劑(對(duì)于負(fù)電極)與主成分熔成合金。在硅襯底上施加主成分與摻雜劑的合金,在施加以后,將合金和襯底加熱至高于主成分—硅低共熔溫度,以使主成分比硅襯底的低共熔比例熔化得多。隨后將溫度向低共熔點(diǎn)方向下降,使熔融硅通過(guò)液相外延重整,并同時(shí)使摻雜劑原子進(jìn)入重生長(zhǎng)晶格。在溫度降至低于主成分—硅低共熔點(diǎn)的溫度以后,未重生長(zhǎng)進(jìn)入晶格的硅與主成分和剩余未使用的摻雜劑形成固相合金,這使得主成分、硅和未使用的摻雜劑成為最終接觸材料?；蛘?自摻雜電極可由施加于硅襯底上的未合金化的金屬形成。在已引入蒸發(fā)的摻雜劑原子源的環(huán)境氣體中,將金屬和襯底加熱至金屬—硅低共熔溫度以上,環(huán)境氣體中摻雜劑原子被金屬—硅熔融混合物所吸收的量要比它們被固態(tài)硅襯底表面所吸收的量明顯地多,隨后將溫度降至金屬—硅低共熔溫度以下,在溫度下降過(guò)程中,摻雜的重生長(zhǎng)硅層和金屬—硅合金最終接觸材料是在如上所述的相同過(guò)程中產(chǎn)生的。
文檔編號(hào)H01LGK1272226SQ98805800
公開(kāi)日2000年11月1日 申請(qǐng)日期1998年5月5日 優(yōu)先權(quán)日1997年5月6日
發(fā)明者D·L·枚爾, H·P·戴維斯 申請(qǐng)人:埃伯樂(lè)太陽(yáng)能公司