用于形成金屬硅化物層的方法
【專利說明】用于形成金屬硅化物層的方法 發(fā)明領(lǐng)域
[0001] 所公開的技術(shù)涉及形成金屬硅化物層的方法，尤其涉及在用于硅光伏電池的金屬 化工藝中的形成圖案化的金屬硅化物層的方法。
[0002] 背景
[0003] 用于硅光伏電池的前側(cè)金屬化的當(dāng)前工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)工藝基于需要進(jìn)行燒結(jié)以獲得良 好的接觸形成的銀膏或銀墨的印刷。銀膏的傳統(tǒng)的絲網(wǎng)印刷被限于具有60到90歐姆/平 方量級的薄膜電阻的發(fā)射極，且發(fā)射極表面濃度高于1020原子/cm3以允許足夠的Ag晶體 形成。
[0004] 由于其優(yōu)異的接觸性質(zhì)，可使用硅化鎳層來在具有低于1020原子/cm3的表面濃 度的低摻雜的發(fā)射極上形成良好的接觸。硅化鎳層可通過在硅表面上提供薄鎳層（例如， 通過無電鍍覆），然后執(zhí)行退火或燒結(jié)步驟以誘發(fā)硅化（從而導(dǎo)致形成鎳硅合金（鎳硅化 物））來形成。退火步驟通常在惰性環(huán)境（例如，N2)中通過快速熱退火（RTA)或在帶式燒 結(jié)爐中完成。
[0005] 涉及在發(fā)射極結(jié)頂上形成硅化鎳的主要挑戰(zhàn)是避免發(fā)射極結(jié)的分流。分流可能是 由硅化工藝期間鎳擴(kuò)散到硅中而導(dǎo)致。
[0006] 在用于制造光伏電池的工藝中，可以在電池前側(cè)在防反射涂層中產(chǎn)生的開口中形 成圖案化的硅化鎳層。在硅化鎳層頂上，通常鍍覆（將硅化鎳層用作晶種層）至少一個附加 金屬層（諸如Cu層）以形成低電阻接觸路徑。在工業(yè)制造工藝中，防反射涂層中的開口通 常通過激光燒蝕（例如使用ps UV激光）來形成。這一激光燒蝕步驟對硅表面造成破損或破 壞，從而增加了后續(xù)硅化工藝期間的鎳擴(kuò)散的風(fēng)險，由此增加了例如由鎳尖峰化（spiking) 引起的發(fā)射極分流的風(fēng)險。
[0007] 在紋理化硅表面上，在錐體尖和邊緣處出現(xiàn)增加的激光燒蝕，如由A.Knorz等 人在"SelectiveLaserAblationofSiNxLayersonTexturedSurfacesforLow TemperatureFrontSideMetallizations(用于低溫前側(cè)金屬化的對紋理化表面上的 SiNx層的選擇性激光消融）"，Prog.Photovolt:Res.Appl. 2009, 17, 127-136 中報告的。該 文獻(xiàn)示出在用具有355nm波長的激光的照射下，紋理化表面導(dǎo)致電磁場的局部放大，從而 導(dǎo)致對該表面的不均勻照射并因此妨礙了對防反射涂層的完全無害的激光消融。
[0008] 發(fā)明概述
[0009] 特定發(fā)明方面涉及用于在硅襯底上形成圖案化的金屬硅化物層（例如，硅化鎳 層）的方法，其中與現(xiàn)有技術(shù)中的方法相比避免或顯著地降低了金屬（例如，鎳）尖峰化的 風(fēng)險。根據(jù)一發(fā)明方面的方法可被應(yīng)用于紋理化硅表面上，諸如光伏電池的紋理化表面，而 基本上不破壞表面紋理。在一方面，能夠有利地使用一種方法來在光伏電池的前側(cè)（例如 在介電層，例如，防反射涂層，中產(chǎn)生的開口中）選擇性地（甚至在開口是通過激光消融來 產(chǎn)生的時候）形成電接觸，且不使該介電層的表面鈍化質(zhì)量劣化。
[0010] 在一方面，一種用于在硅襯底上形成圖案化的金屬硅化物層的方法包括：在紋理 化的硅襯底上提供金屬層；以及執(zhí)行脈沖激光退火步驟，該步驟提供具有范圍在0.Ij/cm2 和I. 5J/cm2之間的激光能量密度以及范圍在Ins和IOms之間的激光脈沖歷時的至少一個UV激光脈沖，由此將金屬層的至少一部分轉(zhuǎn)換成金屬硅化物層。
[0011] 在一方面，一種用于在硅襯底上形成圖案化的金屬硅化物層的方法包括：在硅襯 底上提供介電層；在需要形成金屬硅化物層的位置形成穿過該介電層的開口；至少在開口 的位置提供構(gòu)成襯底上的金屬的薄金屬層；以及使用具有范圍大約在0.Ij/cm2和I. 5J/ cm2之間（具體而言在大約0. 3J/cm2和0. 7J/cm2之間）的激光能量密度的UV激光來執(zhí)行 脈沖激光退火，由此將金屬層的至少一部分轉(zhuǎn)換成金屬硅化物層。金屬可以是例如Ni、Co、 Ti、TiW或Pt。
[0012] 在一方面，金屬是鎳且金屬硅化物層是硅化鎳層。
[0013] 在一方面，使用單個激光脈沖，其具有范圍在大約Ins和IOms之間（例如在大約 Ins和Ims之間，具體而言在大約Ins和250ns之間）的脈沖歷時。
[0014] 在不受任何理論束縛的情況下，以具有合適的脈沖長度的合適的能量密度值使用 一個脈沖準(zhǔn)分子激光退火可以在金屬層下生成硅襯底熔體，并只在熔區(qū)中產(chǎn)生金屬硅化 物。
[0015] 激光束光斑尺寸的范圍可以在大約2mmx2mm和IOcmxlOcm之間，諸如大約Icm xlcm。然而，本發(fā)明不限于此。例如，可以使用多個激光脈沖和/或激光束光斑尺寸可以大 于IOcmxlOcm(例如，等于或大于襯底尺寸）或小于2mmx2mm?？墒褂靡环N步進(jìn)掃描方法 來照射整個襯底表面。例如，如在WO2010/115763中描述的系統(tǒng)可用于以高吞吐量執(zhí)行激 光退火步驟。
[0016] 在執(zhí)行激光退火步驟后，執(zhí)行用于移除未反應(yīng)的金屬（例如，未反應(yīng)的鎳）的蝕刻 步驟。該蝕刻步驟可包括例如濕蝕刻溶液（包括HN03、H202:H2S04或HCl:HN03或本領(lǐng)域 技術(shù)人員已知的任何其它合適的蝕刻溶液）中的蝕刻。該蝕刻步驟之后是至少一個鍍覆步 驟，由此例如在金屬娃化物層頂上形成Ni/Cu疊層或Ni/Cu/Ag疊層或Ni/Cu/Sn疊層或本 領(lǐng)域技術(shù)人員已知的任何其它合適的疊層。
[0017] 在一方面，硅襯底上所提供的介電層可以是單個介電層（諸如SiNx、Si02或AlOx 層），或者是包括至少兩個介電層的疊層，諸如Si02/SiNx疊層或AlOx/SiNx疊層。在光伏 電池中，介電層或介電疊層可提供表面鈍化和/或可用作防反射涂層。
[0018] 在一方面，形成穿過介電層的開口例如可通過激光消融來完成。然而，本公開并不 受限于此，并且可以使用任何其它合適的方法。例如，形成穿過介電層的開口可包括（諸如 通過噴墨打?。┨峁﹫D案化掩模層以及之后的介電層的濕蝕刻。
[0019] 在一方面，提供薄金屬層可通過本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的任何合適的方法來完成， 諸如通過物理汽相沉積（PVD)或優(yōu)選地通過鍍覆（例如無電鍍覆、電鍍、光誘無電鍍覆 (LIEP))或甚至更優(yōu)選地通過光誘鍍覆。
[0020] 薄金屬層的厚度的范圍可以在大約Inm和2000nm之間，具體而言在大約IOnm和 200nm之間，更具體而言在大約20nm和IOOnm之間且優(yōu)選地在大約40nm和50nm之間。
[0021] 在一方面，方法的優(yōu)點(diǎn)是與現(xiàn)有技術(shù)中的方法相比，避免或顯著降低了甚至在被 激光消融破壞的表面上的發(fā)射極結(jié)分流的風(fēng)險。
[0022] 在一方面，方法的優(yōu)點(diǎn)是可固化由于激光消融而導(dǎo)致的表面損壞。
[0023] 在一方面，方法的優(yōu)點(diǎn)是可實(shí)現(xiàn)對光伏電池的更好的厚度控制。
[0024] 在一方面，方法的優(yōu)點(diǎn)是在一個步驟中允許單硅化物NiSi的受控形成。
[0025] 在一方面，方法的優(yōu)點(diǎn)是激光能量密度在合適的范圍內(nèi)以便對紋理化表面執(zhí)行該 方法，而基本上不破壞表面紋理。
[0026] 在一方面，方法的優(yōu)點(diǎn)是基本上維持介電層的表面鈍化質(zhì)量，從而無需將激光照 射束與介電層中所形成的開口對準(zhǔn)。
[0027] 在一方面，方法的優(yōu)點(diǎn)是激光脈沖的歷時非常短，從而導(dǎo)致劣化效應(yīng)減少，由此避 免了在惰性環(huán)境中工作的需求。
[0028] 在一方面，例如在用于形成光伏電池的前側(cè)接觸時，方法的優(yōu)點(diǎn)是只在前側(cè)加熱 襯底，由此例如允許在電池的后側(cè)使用諸如多晶硅或ALOx等溫度敏感表面鈍化層。
[0029] 在一方面，方法的優(yōu)點(diǎn)是該方法能夠例如在工業(yè)環(huán)境中以高吞吐量執(zhí)行。
[0030] 已經(jīng)在上文中描述了本發(fā)明各方面的某些目標(biāo)及優(yōu)點(diǎn)。當(dāng)然，應(yīng)理解，不一定所有 此類目的或優(yōu)勢都可根據(jù)本公開的任何特定實(shí)施例實(shí)現(xiàn)。因此，例如，本領(lǐng)域的技術(shù)人員將 認(rèn)識到本公開可按實(shí)現(xiàn)或優(yōu)化本文所教導(dǎo)的一個優(yōu)勢或一組優(yōu)勢的方式來具體化或執(zhí)行， 而不一定要同時實(shí)現(xiàn)本文可能教導(dǎo)或提出的其他目的或優(yōu)勢。此外，可理解的是這個概述 僅僅是示例且并不意在限制本公開的內(nèi)容。關(guān)于組織和操作方法兩者的本公開，連同其特 征和優(yōu)勢一起，通過結(jié)合附圖而閱讀參考以下詳細(xì)描述可被最好地理解。
[0031] 附圖簡述
[0032] 圖1示意性地示出了一個實(shí)施例中的方法。
[0033] 詳細(xì)描述
[0034] 在本說明書的上下文中，光伏電池的前表面或前側(cè)是適于被取向面向光源并由此 用于接收照明的表面或側(cè)面。光伏電池的背表面、背側(cè)、后表面或后側(cè)是與前表面相對的表 面或側(cè)面。襯底的前側(cè)是該襯底的與將要制造的光伏電池的前側(cè)相對應(yīng)的側(cè)面，而襯底的 后側(cè)或背側(cè)對應(yīng)于將要制造的光伏電池的背側(cè)。
[0035] 特定實(shí)施例涉及一種用于在硅襯底上形成圖案化的金屬硅化物層的方法，該方 法包括：在硅襯底上提供介電層；在需要形成金屬硅化物層的位置形成穿過該介電層的 開口；至少在開口的位置提供構(gòu)成襯底上的金屬的薄金屬層；以及使用具有范圍大約在 0.Ij/cm2和I. 5J/cm2之間（具體而言在大約0. 3J/cm2和0. 7J/cm2之間）的激光能量密 度的UV激光來執(zhí)行脈沖激光退火，由此將金屬層的至少一部分轉(zhuǎn)換成金屬硅化物層。在一 個實(shí)施例中，使用單個激光脈沖，其具有范圍在大約Ins和IOms之間，例如在大約Ins和 Ims之間，優(yōu)選地在Ins和250ns之間的脈沖歷時，且具有范圍在大約2mmX2mm和IOcmx IOcm之間（諸如大約Icmxlcm)的激光束斑點(diǎn)尺寸。
[0036] 該方法還被描述為用于其中金屬是鎳并且其中金屬硅化物層是硅化鎳層的實(shí)施 例。然而，本公開不受限于此?？墒褂弥T如Co、Ti、TiW或Pt等其它金屬并且可形成其它金 屬硅化物。
[0037] 該方法還被描述為用于一說明性實(shí)施例，其中圖案化的硅化鎳層是作