具有共面背侧金属化物的太阳能电池.pdf

本发明涉及具有共面背侧金属化物的太阳能电池。太阳能电池包括两种背侧金属化材料，所述背侧金属化材料同时地挤出沉积在半导体衬底上，使得背面场(BSF)金属层(例如Al)和焊料焊盘金属结构(例如AgAl)两者是共面且非重叠的，并且这两种金属彼此毗邻以形成在所述衬底的背侧表面上延伸的连续金属层。在一个实施例中，或者通过以连续带的形式将两种材料共同挤出、或者通过沉积间隔开的结构继而通过空气喷射装置将其平坦化以彼此接触来将焊料焊盘金属直接形成于衬底的背侧表面上。在另一个实施例中，使用共同挤出头将焊料焊盘金属沉积在BSF金属的BSF金属薄层上(即，或者直接沉积在BSF金属上，或者沉积在插入阻挡层上)。

1.  一种太阳能电池，包括：
具有背侧表面的半导体衬底；
设置在所述背侧表面的第一部分上的背面场金属化层，所述背面场金属化层具有背对所述背侧表面的平面的第一表面部分、以及从所述平面的第一表面部分向所述背侧表面延伸的第一边缘部分；以及
设置在所述背侧表面的第二部分上的焊料焊盘金属化层，所述焊料焊盘金属化层具有背对所述背侧表面的平面的第二表面部分、以及从所述平面的第二表面部分向背侧表面延伸的第二边缘部分；
其中设置所述背面场金属化层和所述焊料焊盘金属化层，使得所述背面场金属化层的第一边缘部分与所述焊料焊盘金属化层的第二边缘部分按照非重叠的方式毗邻，使得所述平面的第一表面部分与所述平面的第二表面部分基本上共面。

2.  一种太阳能电池，包括：
具有背侧表面的半导体衬底；
基本上覆盖所述背侧表面的连续区域的背面场金属化层；以及
嵌入在所述背面场金属化层内的焊料焊盘金属化层，使得所述背面场金属化层和所述焊料焊盘金属化层具有基本上在相同平面内的表面。

3.  一种在半导体衬底上制作背侧金属化结构的方法，包括：
相对于所述半导体衬底移动具有至少一个喷嘴孔的印刷头；以及
通过所述印刷头馈送Al钝化层墨水和AgAl焊接焊盘墨水，使得所述Al钝化层墨水和所述AgAl焊接焊盘墨水同时从所述至少一个喷嘴孔挤出并且沉积到所述半导体衬底上。

具有共面背侧金属化物的太阳能电池
技术领域
本发明涉及太阳能电池的生产，并且更具体地，涉及H型图案太阳能电池的背侧金属化物(metal1ization)的生产。
背景技术
图10是示出了示范性的传统H型图案接触太阳能电池40的简化图，所述H型图案接触太阳能电池40通过内光电效应将太阳光转化为电。在使用公知技术处理以包括n型掺杂上部区域41A和p型掺杂下部区域41B的半导体(例如，多晶硅)衬底41上形成太阳能电池40，使得在衬底41中形成pn结。在半导体衬底41的前侧表面42上沉积的是一系列平行的金属格线(指状物)44(如端视图所示)，所述金属格线44与n型区域41A电连接。在衬底41的背侧表面43上形成基本上固态导电层46，并且所述固态导电层46与p型区域41B电连接。抗反射涂层47典型地形成于衬底41的上表面42上。当来自太阳光束L1的光子通过上表面42进入衬底41、并且用比半导体带隙更大的能量撞击半导体材料原子时，太阳能电池40产生电，在价带中激发出电子(“-”)到导带，允许电子和相关联的空穴(“+”)在衬底41内流动。将n型区域41A和p型区域41B分离的pn结用于防止受激电子与空穴的复合，从而产生如图10所示的电势差，可以通过格线44和导电层46将所述电势差施加到负载。
图11(A)和11(B)是更加具体地分别示出了太阳能电池40的前侧和背侧接触图案的透视图。如图11(A)所示，前侧接触图案太阳能电池40由均设置在上表面42上的平行窄格线44的直线阵列以及一个或更多较宽收集线(汇流条(bus bar))45组成，所述汇流条45与格线44相垂直地延伸。格线44收集如上所述来自衬底41和汇流条45的电子(电流)，而汇流条45搜集来自格线44的电流。在光伏模块中，汇流条45成为金属带(ribbon)(未示出)所附接的点，典型地通过焊接，其中带用于将电池彼此电连接。如图11(B)所示，背侧接触图案太阳能电池40由设置在背侧表面43上的两个间隔开的焊料焊盘(solder pad)金属化结构48和基本上连续的背面场(BSF：back surfacefield)金属化层46组成。与在上表面42上形成的汇流条45类似，焊料焊盘金属化结构48作为金属带(未示出)所焊接的点，其中带用于将电池彼此电连接。
用于生产太阳能电池40的传统方法包括在单独的三个印刷步骤中将导体墨水丝网印刷到硅衬底41上：1)银(Ag)，用于前侧表面42上的格线44和汇流条45，2)银-铝(Ag-Al)，用于背侧表面(后表面)43上的焊料焊盘金属化结构，3)铝，用于背侧表面43上的BSF金属化物。为了在背侧表面43上形成焊接焊盘和BSF金属化层两者，丝网印刷第一AgAl墨水，并且在100-200℃下进行干燥，然后丝网印刷和干燥Al墨水。
图12是示出了在完成上述印刷工艺之后、在衬底41的背侧表面43上形成的示范性焊料焊盘金属化结构48和示范性BSF金属化层46的简化局部截面图(为了简单起见省略了前侧结构)。作为两步连续印刷方法的结果，对用于形成BSF金属化层46的Al墨水进行印刷，使得其与AgAl焊料焊盘金属化结构48重叠。为了确保在连续网版(screen)的对准对齐(alignment registration)容限内两个金属化物彼此接触，这种重叠是必须的。典型地，一个网版与下一个网版的对准约100微米，因此需要在焊料焊盘金属化结构48的相应的边缘部分48-1和48-2上形成具有约100微米宽度的重叠部分46-1和46-2，以便避免电接触中的间隙。
图12中描述的两阶段丝网印刷背侧金属化结构产生了一些增加生产成本的问题。首先，所得到的重叠布置产生非平面的地形(topography)(即，由于BSF重叠部分46-1和46-2产生的脊状物)，使得通过真空吸盘(未示出)夹持衬底41更加困难，从而增加了模块组装期间的成本。此外，在很多太阳能电池生产线中，通常在每一个独立的处理步骤上要损失约0.5％的晶片(衬底)。背面金属化步骤占两个这种处理操作(即，每一次丝网印刷工艺一个)；因此，对于单独的印刷，成品率损失(yield loss)约1％。当然希望将所述处理最小化为尽可能少的工艺步骤，以便最大化成品率并且减少处理时间、劳动和占地面积成本。第三，重叠布置要求太多量的AgAl，即由Al BSF金属化物覆盖的焊料焊盘金属化结构48的边缘部分48-1和48-2。因为它们被Al覆盖，边缘部分48-1和48-2不能用于焊接金属带，然而它们却增加了太阳能电池40的材料成本。另外，因为Al生成抵制少数载流子的背面场，而AgAl不会产生，在太阳能电池40上存在AgAl(即，代替Al)的每一个地方都会由于复合而损失电流。
所需要的是一种用于在太阳能电池上形成背侧金属化物的方法，避免与传统两阶段丝网印刷生产工艺相关联的上述问题。
发明内容
在此公开了如下实施方案：
方案1.一种太阳能电池，包括：
具有背侧表面的半导体衬底；
设置在所述背侧表面的第一部分上的背面场金属化层，所述背面场金属化层具有背对所述背侧表面的平面的第一表面部分、以及从所述平面的第一表面部分向所述背侧表面延伸的第一边缘部分；以及
设置在所述背侧表面的第二部分上的焊料焊盘金属化层，所述焊料焊盘金属化层具有背对所述背侧表面的平面的第二表面部分、以及从所述平面的第二表面部分向背侧表面延伸的第二边缘部分；
其中设置所述背面场金属化层和所述焊料焊盘金属化层，使得所述背面场金属化层的第一边缘部分与所述焊料焊盘金属化层的第二边缘部分按照非重叠的方式毗邻，使得所述平面的第一表面部分与所述平面的第二表面部分基本上共面。
方案2.根据方案1所述的太阳能电池，其中所述背面场金属化层基本上由Al组成。
方案3.根据方案1所述的太阳能电池，其中所述焊料焊盘金属化层包括Ag。
方案4.根据方案1所述的太阳能电池，其中所述背面场金属化层基本上由A1组成，并且其中所述焊料焊盘金属化层基本上由AgAl组成。
方案5.根据方案1所述的太阳能电池，其中所述焊料焊盘金属化层与所述半导体衬底的背侧表面相接触。
方案6.根据方案1所述的太阳能电池，其中所述背面场金属化层的一部分设置在所述焊料焊盘金属化层和所述背侧表面之间。
方案7.根据方案6所述的太阳能电池，其中阻挡层设置在所述背面场金属化层的所述部分和所述焊料焊盘金属化层之间。
方案8.一种太阳能电池，包括：
具有背侧表面的半导体衬底；
基本上覆盖所述背侧表面的连续区域的背面场金属化层；以及
嵌入在所述背面场金属化层内的焊料焊盘金属化层，使得所述背面场金属化层和所述焊料焊盘金属化层具有基本上在相同平面内的表面。
方案9.根据方案8所述的太阳能电池，其中所述焊料焊盘金属化层和所述背面场金属化层共享共同的边缘。
方案10.根据方案8所述的太阳能电池，其中所述背面场金属化层包括Al。
方案11.根据方案8所述的太阳能电池，其中所述焊料焊盘金属化层包括Ag和Al的至少一种。
方案12.一种在半导体衬底上制作背侧金属化结构的方法，包括：
相对于所述半导体衬底移动具有至少一个喷嘴孔的印刷头；以及
通过所述印刷头馈送Al钝化层墨水和AgAl焊接焊盘墨水，使得所述Al钝化层墨水和所述AgAl焊接焊盘墨水同时从所述至少一个喷嘴孔挤出并且沉积到所述半导体衬底上。
方案13.根据方案12所述的方法，其中馈送所述Al钝化层墨水和所述AgAl焊接焊盘墨水包括：促成所述Al钝化层墨水和所述AgAl焊接焊盘墨水在离开所述印刷头之前，在所述至少一个喷嘴孔中表现为层流。
方案14.根据方案12所述的方法，其中馈送所述Al钝化层墨水和所述AgAl焊接焊盘墨水包括：在所述Al钝化层墨水和所述AgAl焊接焊盘墨水从在所述印刷头中限定的共同狭缝孔离开之前，融合所述Al钝化层墨水和所述AgAl焊接焊盘墨水。
方案15.根据方案12所述的方法，其中馈送所述Al钝化层墨水和所述AgAl焊接焊盘墨水包括：在所述A l钝化层墨水和所述AgAl焊接焊盘墨水从在所述印刷头中限定的单独间隔开的孔离开之前，促成所述Al钝化层墨水和所述AgAl焊接焊盘墨水，使得所述Al钝化层墨水在所述衬底上形成第一液滴，而所述AgAl焊接焊盘墨水在所述衬底上形成第二液滴，并且所述方法还包括：使用气体喷射平坦化所述第一和第二液滴。
方案16.根据方案12所述的方法，其中馈送所述Al钝化层墨水和所述AgAl焊接焊盘墨水包括促成所述Al钝化层墨水的部分与所述AgAl焊接焊盘墨水的相应部分重叠。
方案17.根据方案12所述的方法，还包括：通过所述印刷头馈送阻挡材料，使得当同时从所述至少一个喷嘴孔挤出所述Al钝化层墨水和所述AgAl焊接焊盘墨水、并且将其沉积到所述半导体衬底上时，将所述阻挡材料两者设置在所述AgAl焊接焊盘墨水和所述Al钝化层墨水的部分之间。
本发明关注于各种太阳能电池及其相关生产方法，其中将背侧金属化物是沉积到半导体衬底(例如，晶体硅晶片)的背侧表面上的挤出物(extrusion)，使得背面场(BSF)金属(例如Al)和焊料焊盘金属(例如AgAl)的上表面是共面的并且非重叠的，并且这两种金属彼此毗邻，以形成在所述衬底的背侧表面上延伸的连续金属层。在一个实施例中，焊料焊盘金属(例如AgAl)从衬底的平面的上表面延伸至衬底的背侧表面(即，焊料焊盘和BSF金属具有共同的厚度)。在另一个实施例中，将焊料焊盘金属(例如AgAl)设置到BSF金属的薄层上(即，或者直接沉积到BSF金属上，或者沉积在插入阻挡层上)。在这两个实施例中，本发明提供了一种平面的表面，当与通过传统重叠方法(如上所述)生产的太阳能电池相比时，所述平面的表面促使对太阳能电池更加容易的处理(例如，使用真空吸盘)。此外，本发明通过避免将焊料焊盘金属与BFS金属重叠的需要，促使昂贵的焊料焊盘金属(例如Ag)量的减少，从而使得在生产太阳能电池面板中用于焊接到金属带的焊料焊盘金属的暴露表面最大化，同时使得接触衬底表面的焊料焊盘金属的量最小化，从而通过减小表面复合速度来增加太阳能电池的效率。
根据本发明的第一实施例，具有本发明所需特征的太阳能电池是通过将BSF金属和焊料焊盘金属两者同时沉积到太阳能电池衬底的背侧表面上来生产的。通过同时地沉积BSF和焊料焊盘金属，本发明通过将处理最小化为尽可能少的工艺步骤以便最大化成品率，减小了总的制造成本，也减小了处理时间和复杂度，从而减小了设备、劳动和占地面积成本。在一个特定的实施例中，使用新颖的印刷头设备，其中在单次通过中在横跨整个衬底背侧表面的连续薄片中侧向地一起挤出Al和Ag墨水。在另一个实施例中，将Al和Ag墨水的平行、间隔开的液滴(bead)印刷到衬底背侧表面上，然后使用空气喷射机构来平坦化(塌落)所述液滴，使得它们融合并形成连续的薄片。所公开的方法通过同时沉积两种墨水，减小了太阳能电池的工艺步骤和时间，并且通过所减小的晶片处理而增加了生产成品率。
根据本发明的第二实施例，通过将BSF金属(例如Al)沉积为太阳能电池衬底背侧表面上的连续薄片、并且将焊料焊盘金属(例如AgAl)沉积到BSF金属的减薄部分上来生产具有本发明所需特征的太阳能电池。利用这种方法，由于在AgAl金属焊盘下面存在Al-BSF(即，接近100％的背面表面将被Al-BSF覆盖，与其中表面部分被AgAl焊料焊盘金属焊盘接触的现有技术方法相比，改进了背侧表面复合速度和电池性能)，将减小背侧表面的载流子复合速度。在一个实施例中，通过在印刷头内的Al墨水顶部上首先形成垂直的AgAl双材料层流或纯Ag墨水，然后将这种流体与Al墨水的侧向层流融合(即将所述墨水同时一起挤出)，来实现Al上AgAl结构。该实施例的潜在问题是Al扩散到焊料焊盘区域，由于Al不是一种可焊接材料，如果这种情况发展到一定程度将致使焊盘不可焊接。可以补救这种问题的实施例是一起挤出期间在AgAl和Al墨水之间引入阻挡层。
附图说明
就以下描述、所附权利要求和附图，本发明的这些和其他特征、方面和优点将会变得更好理解，其中：
图1是示出了根据本发明通用化实施例生产的太阳能电池的背侧金属化物的透视图；
图2是示出了包括根据本发明另一个实施例所利用的一起挤出印刷头组件的微型挤出系统的前视图；
图3是示出了在操作期间图2的微型挤出系统的一部分的简化侧视图；
图4是示出了与根据本发明的特定实施例的图2的微型挤出系统结合使用的一起挤出印刷头组件的分解透视图；
图5是示出了图4的一起挤出印刷头组件的分层喷嘴层的简化图；
图6是通过图4的一起挤出印刷头组件形成的示范性背侧金属化层的截面端视图；
图7是示出了根据本发明另一实施例的微型挤出系统的一部分的侧视图；
图8是示出了利用图7的微型挤出系统的背侧金属化物的形成的简化透视顶视图；
图9(A)和9(B)是示出了根据本发明可选实施例形成的示范性背侧金属化层的截面端视图；
图10是示出了传统太阳能电池的简化截面侧视图；
图11(A)和11(B)是分别示出了传统H型图案太阳能电池的顶部和底部透视图；
图12是示出了与图11(A)和11(B)的传统H型图案太阳能电池相关联的背侧金属化结构的简化截面侧视图。
具体实施方式
本发明涉及微型挤出系统的改进。提出以下描述以使得一个本领域普通技术人员能够制作和使用如该具体申请的上下文中所提出的本发明及其要求。如这里所使用的，诸如“上部”、“顶部”、“下部”、“底部”、“前面”、“背面”和“侧面”之类的方向术语意欲提供用于描述目的的相对位置，而并非是指定绝对的参照系。对于优选实施例的各种改进对于本领域技术人员而言是显而易见的，并且这里所限定的一般原理可以应用于其他实施例。因此，本发明并非意欲受限于所示和描述的具体实施例，而是依照与这里公开的原理和新颖特征相一致的最宽的范围。
图1是示出了根据本发明通用化实施例形成的太阳能电池40-1的背侧金属化物的简化截面侧视图。需要注意的是，根据所述通用化实施例，太阳能电池40-1的前侧金属化物(未示出)与参考图10(A)所示和所述的金属化物类似。背侧金属化物形成于半导体衬底(例如多晶硅晶片)41的背侧表面43上，并且包括背面场(BSF)金属化层46-1和一对焊料焊盘金属层48-1。BSF金属层46-1是在背侧表面43的相应(第一)部分43-1上形成的连续金属(例如Al)薄片，并且具有基本上平面的上表面(第一表面部分)46-11，所述上表面背对所述背侧表面43。BFS金属化层46-1包括在与焊料焊盘金属化层48-1的每一个界面处的边缘部分46-12，其中每一个边缘部分46-12从所述平面的第一表面部分46-11向背侧表面43延伸(即，边缘部分46-12相对于表面46-11和背侧表面43形成基本上为90°角)。焊料焊盘金属化层48-1是在背侧表面43的相应(第二)部分43-2上设置的伸长结构，其中每一个焊料焊盘金属化层48-1具有背对背侧表面43的相应平面的(第二)表面部分48-11，并且外围(第二)边缘部分48-12在表面部分48-11和背侧表面43之间延伸。
根据本发明的一个方面，BSF金属化层46-1和焊料焊盘金属化层48-1的上表面共同协作限定了基本上整个背侧表面43上的基本上平面的连续薄片。即，设置BSF金属化层46-1和焊料焊盘金属化层48-1，使得每一个BSF边缘部分46-12按照非重叠的方式与焊料焊盘金属化层48-1的相应边缘部分48-12毗邻，从而与每一个界面(即，每一个边缘部分46-12与相应的边缘部分48-12毗邻的地方)相邻的每一个平面的第一表面部分46-11基本上与相关联的焊料焊盘金属化层48-1的相邻平面的表面部分48-11共面。通过按照图1所描述的非重叠方式形成BSF金属化层46-1和焊料焊盘金属化层48-1，本发明提供了一种具有平面的表面的背侧金属化结构，当与通过传统重叠方法(如上所述)生产的太阳能电池相比时，促进了太阳能电池的更加容易的处理(例如，使用真空吸盘)。此外，通过消除焊料焊盘金属的重叠部分(例如，参考图11所述的部分xxx)，本发明促进了昂贵的焊料焊盘金属(即，Ag)量的减少，并且将可用于在生产太阳能电池面板时焊接到金属带的焊料焊盘金属的暴露表面部分48-11的量最大化，同时将接触背侧表面43的焊料焊盘金属的量最小化，从而通过表面复合速度的减小增加了太阳能电池40-1的效率。
如图1所示并且下面参考本发明各种可选实施例的附加详细描述，将每一个焊料焊盘金属化层48-1设置在零个或多个可选层49上(即，当存在时，将一个或多个可选层49设置在焊料焊盘金属化层48-1和背侧表面43之间)。例如，根据以下描述的一个实施例，可选层49包括焊料焊盘金属化物(即，可选层49是焊料焊盘金属化层48-1的一部分，所述焊料焊盘金属化层48-1从其上表面48-11延伸至背侧表面43，使得焊料焊盘金属化层48-1和BSF金属化层46-1具有共同的厚度T)，并且在另一个实施例中，可选层49由BSF金属(例如Al)薄层(设置在焊料焊盘金属化层48-1和背侧表面43之间)来实现。在以下所描述的又一个实施例中，可选层49由BSF金属薄层和设置在BSF金属和焊料焊盘金属化层48-1之间的插入阻挡层来实现。这些实施例的每一个的益处如下所述。
图2和图3示出了根据本发明可选实施例所使用的通用化一起挤出系统50。一起挤出系统50包括用于将两种挤出材料(即，包含这里所述的焊料焊盘和BSF金属化物的墨水)提供到印刷头组件100的材料馈送系统60，并且印刷头组件100包括用于按照以下描述的方式一起挤出这两种挤出材料的机构和构件。
参考图2，材料馈送系统60代表用于小规模生产太阳能电池的示范性实验结构，本领域技术人员将认识到，其他布置将典型地用于大规模生产太阳能电池。参考图2的上半部分，材料馈送系统60包括一对分别支撑气压缸64-1和64-2的外壳62-1和62-2，所述气压缸可操作地与卡头(cartridge)66-1和66-2耦合，使得从这些卡头压出的材料分别通过馈送管68-1和68-2进入印刷头组件100。如图2的下半部分所示，微型挤出系统50还包括z轴定位机构(部分示出)，所述z轴定位机构包括z轴平台72，所述z轴平台是可以使用公知技术通过外壳/致动器74(部分示出)沿z轴(垂直)方向移动的。安装板76与z轴平台72的下端刚性地连接，并且支撑印刷头组件100，并且安装框(未示出)与z轴平台72刚性地连接，并且从所述Z轴平台72向上延伸，并且支撑气压缸64-1和64-2以及卡头66-1和66-2。
图3是示出了微型挤出系统50的通用化部分的侧视图，该微型挤出系统50用于将BSF和焊料焊盘金属化层46-1和48-1挤出到衬底41的背侧表面43上以形成BSF金属化层46-1和焊料焊盘金属化层48-1。印刷头组件100通过馈送管68-1/2(如上所述)和相关联的扣件69与材料馈送系统60可操作地耦合。通过推动和/或抽取技术(例如热和冷)涂覆挤出的材料(墨水)，其中通过挤出印刷头组件100并从一个或多个出口孔(出口)169推动(例如挤压等)和/或抽取(例如，经由真空等)出所述材料，所述出口孔分别限定于印刷头组件100的下部部分中。X-Y-Z轴定位机构70的安装板76相对于衬底41刚性地支撑和定位印刷头组件100，并且设置包括平台82的底座80，当沿预定方向(例如Y轴)在衬底41上移动印刷头组件100时，所述平台82用于将衬底41支撑在固定的位置。在可选实施例中(未示出)，印刷头组件100是固定的，并且底座80包括X-Y定位机构，用于在印刷头组件100下面移动衬底41。
如图3所示，印刷头组件100包括背板结构110、前板结构130和连接在其间的分层喷嘴结构150。背板结构110和前板结构130用于分别通过流体通道115和125，将BSF和焊料焊盘挤出材料从入口116-1和116-2导引到分层喷嘴结构150，并且导引入分层喷嘴结构150内，使得将沿着挤出喷嘴163向下行进的挤出材料按照预定的倾斜角度θ1(例如，45°)向衬底41引导。
图4是示出了根据本发明特定实施例的微型挤出印刷头100A的分解透视图。微型挤出印刷头100A包括背板结构110A、前板结构130A和连接在其间的分层喷嘴结构150A。背板结构110A和前板结构130A用于将挤出材料从相应入口116-1和116-2导引到分层喷嘴结构150A，并且导引到刚性地支撑分层喷嘴结构150A，使得在分层喷嘴结构150E中限定的挤出喷嘴162-1和162-2按照预定的倾斜角度θ1(例如，45°)指向衬底51，从而使得沿着每一个挤出喷嘴162-1和162-2向下朝向其相应的喷嘴孔169行进的挤出材料引导向目标衬底51。
参考图4的上半部分，背板结构110a包括模制的或机械加工的金属(例如铝)成角度背板111、背增压装置(back plenum)120和设置在其间的背垫圈121。成角度背板111限定了一对钻孔(未示出)，所述钻孔分别从螺纹埋头钻孔(countersunk bore)入口116-1和116-2延伸至在下表面114中限定的相应钻孔出口。背增压装置120包括平行的前表面122和背表面124，并且限定了一对导管(未示出)，所述导管从通过前表面122限定的相应入口126-1和126-2延伸至在后表面124中限定的相应出口(未示出)。与上述描述类似，通过背板结构110A限定的钻孔/导管将挤出材料馈送至分层喷嘴结构150。
参考图4的下半部分，前板结构130A包括模制的或机械加工的金属(例如铝)的前板131、前增压装置(front plenum)140和设置在其间的前垫圈141。前板131包括前表面132、侧表面133和有斜面的背表面134，其中前表面132和背表面134形成预定角度。前板131限定了几个洞，用于粘附到印刷头组件100A的其他部分，但是不引导挤出材料。前增压装置140包括平行的前表面142和后表面144，并且限定了从相应的入口148延伸至相应的出口149的导管(未示出)，这二者均限定通过前表面142。如下所述，在前增压装置140中限定的导管用于将BSF(Al)金属化墨水馈送至分层喷嘴结构150A。
如图4所示以及图5示意性地所示，分层喷嘴结构150A包括顶部馈送层151、顶部喷嘴板152、底部喷嘴板153、底部馈送层154和夹在顶部喷嘴板152和底部喷嘴板153之间的喷嘴出口板160。顶部馈送层151包括伸长的顶部增压装置开口155-1，所述开口155-1将焊料焊盘材料馈送至在顶部喷嘴板152中限定的两个通道155-2，所述顶部喷嘴板152依次将焊料焊盘材料馈送至相对较窄的喷嘴162-1，所述相对较窄的喷嘴162-1导引所述材料通过由喷嘴出口板160的前边缘168限定的相应狭缝开口。应该注意的是，在狭缝开口之间设置的三角形间隔物(divider)167向每一个狭缝孔的端部延伸但是没有到其端部，从而允许两种不同的墨水当它们离开印刷头组件100A时按所需的方式而毗邻。如图4中的虚线箭头所表示的，将BSF材料通过一系列开口126-1、159-1、159-2、159-3、159-4、159-5和148馈送到前增压装置140，所述前增加装置通过出口149将材料再引导进入在底部馈送层154中限定的底部增压开口156-1，并且进入底部馈送通道156-2，所述底部馈送通道156-2将BSF材料传递到喷嘴162-2，所述喷嘴162-2将材料导引通过喷嘴出口板160的前边缘168限定的相应狭缝开口。应该注意的是，印刷头组件100A是层流一起挤出印刷装置，其将Al和Ag墨水两者沉积到具有突变材料组分的金属化墨水的连续薄片中。连续的金属化物是必须的，以便从电池的整个面积上收集太阳能电池的基极电流，并且将所述电流输送到所焊接的带金属化物，该带金属化物将来自电池的电流输送到太阳能面板或模块。
图6示出了太阳能电池40-1A的一部分，描述了通过在硅衬底41A上的印刷头组件100A形成的背侧金属化结构。根据特定实施例，将Al墨水和AgAl墨水两者同时直接沉积在连续薄片中的硅晶片41的背侧表面43的各个表面部分43-1和43-2上，以分别形成BSF材料层46-1A和焊料焊盘金属化层48-1A，其中所述AgAl和Al金属化物形成共同的边缘(即，焊料焊盘金属化层46-1的相对侧边缘48-12与焊料焊盘金属化层48-1的相应侧边缘48-12毗邻)。BSF材料层46-1A和焊料焊盘金属化层48-1A的上表面46-11和48-11背对背侧表面43，并且侧边缘46-12和48-12在上表面46-11和48-11以及背侧表面43之间延伸。在这种结构中，因为使得AgAl接触面积最小化(即省略了在传统结构中存在的重叠部分)，相对于传统重叠丝网印刷结构(如上所述)，减小了背侧表面43处的载流子复合速度。因为通过所消除的重叠区域的面积减小了AgAl迹线所要求的宽度，在焙烧时将所述Al墨水融合进入硅中，以形成铝背面场(Al-BSF)金属化物，用于减小较大晶片面积上的载流子复合速度。由于减小了昂贵的银的量，带来了与该结构相关联的成本的减小。
图7和8是分别示出了根据本发明另一实施例的微型挤出系统50B的部分的侧视图和简化部分透视图。如图7所示，微型挤出系统50B包括Z轴定位机构70B、印刷头组件100B和与上述情况类似的其他构件，区别在于：将印刷头组件100B的喷嘴169B分离以沉积挤出材料作为间隔开的液滴46B-2A、48B-2A(即，如以下参考图8进行描述的)，并且系统50B也包括安装到Z轴定位机构70B上的气体喷射阵列90，使得气体喷射阵列90在加压气体(例如，空气、干氮气、或其他气态流体)95接触到目标衬底41的背侧表面43之后，马上(即在所挤出的材料仍然是“湿”的时候)将所述增压气体95向下导引到所挤出的液滴46B-2A和48B-2A上。气体喷射阵列90包括在一个或更多金属空气喷射板98-3的相对侧面上设置的夹具部分98-1和98-2，并且通过螺丝钉99将所述气体喷射阵列90紧固到Z轴定位机构70B上。如所示出的，背夹具部分98-2包括通过管道91接收增压气体的带螺纹的入口93。增压气体通过与一个或更多伸长喷嘴出口96相通的通道(未示出)。如图8所示，将增压气体95向下导引到液滴46B-2A和48B-2A使得这些液滴们变得平坦并且流动到一起，从而在具有与参考图6所述的类似的横截面的背表面43上形成连续的材料薄片。也就是说，增压气体95向平坦的(坍落的)液滴46B-2A和48B-2A施加了足够的力，从而使用相对较窄且高的挤出喷嘴促进了宽且平的结构的形成。利用这种技术，可以将单独的液滴扩展到其沉积宽度的许多倍。例如，利用这种布置，本发明人已经发现可以将所挤出的材料线从约0.4mm的宽度平坦化(塌落)为大于2mm的宽度、以及0.010至0.020mm的湿厚度。利用用于挤出印刷的墨水的装载和粘性，不可能直接生产这些尺度的线，甚至即便允许墨水在重力和润湿力下较长时间的塌落。
应该注意的是，参考图7和图8所讨论的方法不能使用丝网印刷的传统(即相对较大触变性的)墨水，而能很好地使用更改为易于流动的墨水，例如在2008年11月18日递交的题目为“EASILY FLOWING INKSFOR EXTRUSION THROUGH SMALL CROSS-SECTION CHANNELS/DIES/NOZZLES”的共有、共同待决美国专利申请No.12/273,113(代理人编号：20080173-US-NP)中所公开的，将其全部内容结合在此作为参考。另外，通过将Al墨水分离为多个较小的液滴，减小了在背侧表面43上沉积的墨水的量，进而减小了所焙烧的Al的厚度，从而减小了引起晶片翘曲的应力。在优选实施例中，喷嘴具有50微米或更高的高度以避免过度的堵塞。更加合意的是将墨水用于具有较低金属颗粒加载的背侧金属化物，以减小焙烧厚度，并且在使用Ag的情况下用来减小制造成本。如果仅仅采用重力和表面张力，近距离间隔的线的塌落和连接需要约10-30秒(取决于融合的程度)，由于在单一步骤中进行背侧印刷，并且当晶片从印刷机到干燥器依次向下经过传送带时、并且在必要时可以使用晶片缓冲器，印刷晶片无论如何总会受到这种延迟，这不是什么问题。如上所述，气体喷射可以大大加速塌落过程并且减小对于缓冲晶片的需要。
尽管已经参考特定的实施例描述了本发明，本领域技术人员清楚的是本发明的发明特征也可以应用于其他实施例，其意欲全部落在本发明的范围之内。例如，可以将本发明应用于通过沉积两种不同类型的掺杂墨水和/或电极以形成n掺杂和p掺杂的区域和金属接触来进行的交叉状背接触电池的制造。此外，使用Al墨水的BSF金属化物和使用AgAl墨水的焊料接触金属化物的形成仅仅是说明目的。其他金属和合金也可以用于形成这些结构，而没有落在本发明意思和范围之外。在单独的实施例中，可以用Al和Ag墨水的单独狭缝孔来构成印刷头，并且这些孔可以稍微重叠。这种结构将产生与所示以说明图12中的现有技术的丝网印刷结构近似相同的重叠结构。可以通过采用在2008年11月7日递交的、题目为“DIRECTIONAL EXTRUDED BEAD CONTROL”的共有、共同待决美国专利申请No.12/267,069、以及2008年11月7日递交的、题目为“MICRO-EXTRUSION SYSTEM WITH BEAD DEFLECTING MECHANISM”的共有、共同待决美国专利申请No.12/267,223中所述的定向控制结构，将墨水液滴导引向衬底，将这两个申请的全部内容结合在此作为参考。可以使用除了Ag之外的其他金属。例如，铜也可以焊接，并且可以适合于与诸如镍之类的适当阻挡金属一起使用。