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1、(10)申请公布号 CN 102939183 A(43)申请公布日 2013.02.20CN102939183A*CN102939183A*(21)申请号 201180028121.1(22)申请日 2011.03.2412/795,526 2010.06.07 USB23K 26/36(2006.01)(71)申请人太阳能公司地址美国加利福尼亚州(72)发明人加布里埃尔哈利 金太锡彼得约翰卡曾斯(74)专利代理机构北京天昊联合知识产权代理有限公司 11112代理人陈源 崔利梅(54) 发明名称太阳能电池制造工艺中膜叠堆的烧蚀(57) 摘要本发明涉及用激光烧蚀太阳能电池(105)的介电膜叠堆。。
2、所述介电膜叠堆包括在激光源(102)的工作波长下具有吸收性的层。以一定的脉冲重复率发射激光脉冲(103)的所述激光源(102)被配置成烧蚀所述膜叠堆，以暴露下面的材料层。所述激光源(102)可被配置成在单个脉冲重复内发射两个激光脉冲的脉冲串或单个时间不对称的激光脉冲，从而在单个步骤中实现完全烧蚀。(30)优先权数据(85)PCT申请进入国家阶段日2012.12.07(86)PCT申请的申请数据PCT/US2011/029741 2011.03.24(87)PCT申请的公布数据WO2011/156043 EN 2011.12.15(51)Int.Cl.权利要求书2页 说明书4页 附图4页(19)。
3、中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请权利要求书 2 页 说明书 4 页 附图 4 页1/2页21.一种制造太阳能电池的方法，所述方法包括：提供膜叠堆，所述膜叠堆包括第一膜和第二膜，所述第一膜在所述第二膜上形成，所述第一膜包含在激光源的工作波长下具有吸收性的材料；在以一定脉冲重复率发射的所述激光源的单个脉冲重复内，形成穿过所述第一膜和所述第二膜的孔，从而暴露所述第二膜下面的另一材料层。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一膜包含硅。3.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一膜包含非晶硅。4.根据权利要求1所述的方法，还包括：在所述单个脉冲重复内，形成穿过所述第一膜、所述第二膜和第。
4、三膜的孔。5.根据权利要求4所述的方法，其中所述第一膜包含硅，所述第二膜包含二氧化硅，并且所述第三膜包含氮化硅，所述第三膜在所述第一膜上形成。6.根据权利要求1所述的方法，其中所述孔暴露所述太阳能电池的扩散区。7.根据权利要求1所述的方法，其中第一激光脉冲和第二激光脉冲在所述单个脉冲重复内发射，所述第二激光脉冲在发射所述第一激光脉冲后的一定延迟时间之后发射。8.根据权利要求1所述的方法，其中具有第一峰和第二峰的时间不对称激光脉冲在所述单个脉冲重复内发射，所述第一峰的能量高于所述第二峰的能量。9.一种制造太阳能电池的方法，所述方法包括：在以一定重复率发射激光脉冲的激光源的单个重复内发射一个激光脉。
5、冲，所述激光脉冲在时间上是不对称的并具有第一峰和第二峰，在所述单个重复内所述第一峰比所述第二峰先出现，所述第一峰的能量高于所述第二峰的能量；用所述激光脉冲的所述第一峰烧蚀膜叠堆的第一膜和第二膜，以形成穿过所述第一膜和所述第二膜的孔，所述第二膜是导电的；以及用所述激光脉冲的所述第二峰烧蚀第三膜，以形成穿过所述膜叠堆的所述第一膜、所述第二膜和所述第三膜的孔，从而通过所述孔暴露所述太阳能电池的扩散区。10.根据权利要求9所述的方法，还包括形成通过所述孔到达所述扩散区的金属触点。11.根据权利要求9所述的方法，其中所述第二膜包含非晶硅，并且所述第三膜包含二氧化硅。12.根据权利要求9所述的方法，其中所。
6、述第二膜包含非晶硅。13.根据权利要求9所述的方法，其中所述扩散区在多晶硅层中形成。14.根据权利要求9所述的方法，其中所述第一膜包含一层氮化硅，并且所述第二膜包含非晶硅。15.一种制造太阳能电池的方法，所述方法包括：在以一定重复率发射激光脉冲的激光源的单个重复内发射第一激光脉冲和第二激光脉冲；用所述第一激光脉冲烧蚀膜叠堆的第一膜和第二膜，以形成穿过所述第一膜和所述第二膜的孔，所述第二膜是导电的；以及用所述第二激光脉冲烧蚀所述膜叠堆的第三膜，以形成穿过所述膜叠堆的所述第一膜、所述第二膜和所述第三膜的孔，从而通过所述孔暴露所述太阳能电池的扩散区。16.根据权利要求15所述的方法，还包括形成通过所。
7、述孔到达所述扩散区的金属触权 利 要 求 书CN 102939183 A2/2页3点。17.根据权利要求15所述的方法，其中所述第二激光脉冲由所述激光源在发射所述第一激光脉冲后1ns与1s之间发射。18.根据权利要求15所述的方法，其中所述第二膜包含非晶硅，并且所述第三膜包含二氧化硅。19.根据权利要求15所述的方法，其中所述第二激光脉冲的能量等于或小于所述第一激光脉冲的能量。20.根据权利要求15所述的方法，其中所述扩散区在一硅层中形成。21.根据权利要求15所述的方法，其中所述第一膜包含一层氮化硅，并且所述第二膜包含非晶硅。权 利 要 求 书CN 102939183 A1/4页4太阳能电池。
8、制造工艺中膜叠堆的烧蚀0001 与联邦政府资助的研究或开发相关的声明0002 本公开在政府支持下根据美国能源部授予的第DEFC36-07GO17043号合同进行。0003 发明背景1. 技术领域0004 本发明整体涉及太阳能电池，更具体地讲但不排他地涉及太阳能电池制造工艺和结构。2. 背景技术0005 太阳能电池是熟知的用于将太阳辐射转换成电能的装置。它们可以在半导体晶片上用半导体加工技术制造而成。太能电池括P型和N型扩散区。投射在太阳能电池上的太阳辐射产生迁移至扩散区的电子和空穴，从而在扩散区之间形成电压差。在背接触太阳能电池中，扩散区和与它们相连的金属触指均位于太阳能电池的背面上。触指允许。
9、将外部电路连接到太阳能电池上并由太阳能电池提供电力。0006 太阳能电池介电膜可以包括多个不同性质的层，以满足制造和操作要求。在制造过程中将这些层移除，以形成通往太阳能电池扩散区的金属触点。这些层的性质会影响这些层的移除并可加大移除这些层的难度。发明内容0007 在一个实施例中，将太阳能电池的介电膜叠堆用激光进行烧蚀。介电膜叠堆包括在激光源工作波长下具有吸收性的层。以脉冲重复率发射激光脉冲的激光源被配置成烧蚀膜叠堆，以暴露下面的材料层。激光源可被配置成在单个脉冲重复内发射两个激光脉冲的脉冲串或单个时间不对称的激光脉冲，以便在单个步骤中实现完全烧蚀。0008 本领域的普通技术人员在阅读包括附图和。
10、权利要求书的本公开全文之后，本发明的这些和其他特征对于他们而言将是显而易见的。附图说明0009 图1示意性地示出了根据本发明实施例的太阳能电池烧蚀系统100。0010 图2-图4示出根据本发明实施例的正在制造的太阳能电池的剖视图。0011 图5示意性地示出了根据本发明实施例的用于烧蚀太阳能电池膜叠堆的激光脉冲串。0012 图6示意性地示出了根据本发明另一实施例的用于烧蚀太阳能电池膜叠堆的时间不对称激光脉冲。0013 图7示出了对使用两个激光脉冲的脉冲串、具有高脉冲能量的单个激光脉冲和具有不同脉冲能量的三个激光脉冲烧穿介电膜进行比较的测试汇总。0014 在不同的附图中使用相同的参考标记表示相同或。
11、类似的元件。附图不是按比例绘说 明 书CN 102939183 A2/4页5制的。具体实施方式0015 在本公开中，提供了许多具体的细节，例如设备、工艺参数、材料、工艺步骤和结构的例子，以提供对本发明实施例的全面理解。然而，本领域的普通技术人员将会认识到，本发明可以在没有所述具体细节中的一者或多者的情况下实施。在其他情况下，未示出或描述熟知的细节，以避免使本发明的方面模糊不清。0016 图1示意性地示出了根据本发明实施例的太阳能电池烧蚀系统100。在图1的例子中，烧蚀系统100包括激光源102和激光扫描器104。激光源102可以是市售的激光源。激光扫描器104可以包括电流计激光扫描器，例如可从。
12、德国ScanLabs商购获得的那些。操作中，激光源102根据配置101产生预定波长的激光脉冲103。配置101可以包括开关/旋钮布置、计算机可读的程序代码、软件界面设置和/或设置激光源102的可配置参数的其他方式。配置101可以设置脉冲重复率、每次重复发射的脉冲数、脉冲形状、脉冲振幅、脉冲强度或能量以及激光源102的其他参数。激光扫描器104跨过正在制造的太阳能电池105而扫描激光脉冲103，以便从太阳能电池105上移除材料。0017 图2示出了根据本发明实施例的正在制造的太阳能电池105的剖视图。在图2的例子中，太阳能电池105包括含有N型硅片的太阳能电池基板201。介电膜叠堆210在层20。
13、2上形成，在该例子中层202包含多晶硅。膜叠堆210包括多个材料层，在图2的例子中，这些层包括膜211、膜212和膜213。如图2所示，膜211可以在膜212上形成，膜212又在膜213上形成。在一个实施例中，膜211包含一层形成厚度为300至1000埃的氮化硅，膜212包含一层形成厚度为30至50埃的非晶硅，膜213包含形成厚度为约120埃的二氧化硅。根据应用，膜212还可以包含多晶硅或称mc-silicon。0018 在一个实施例中，层202包含形成厚度为约2000埃的多晶硅。P型扩散区203和N型扩散区204在层214中形成。太阳能电池中有若干个扩散区，但为了清楚地说明，在图2中每种导电。
14、型只示出了一个。太阳能电池105为背接触太阳能电池的例子，因为扩散区203和204，包括与它们电连接的金属触点（参见图4）在太阳能电池背面的基板201背面上形成。太阳能电池105的正面与背面相对，它在正常工作时面向太阳以收集太阳辐射。在图2的例子中，基板201的正面表面通过无规棱锥230纹理化。包含氮化硅的抗反射层231在正面的纹理化表面上形成。0019 除了其他有利的功能，非晶硅膜212还防止HV降解，并提供UV稳定性。非晶硅还增强膜叠堆210的传导性，从而提供防止有害极化的侧向导电通路。在太阳能电池中使用非晶硅还在提交于2010年3月30日、标题为Leakage Pathway Layer。
15、 for Solar Cell（太阳能电池的泄漏通路层）的共同拥有的美国专利申请No.12/750,320中有所公开。0020 一般来讲，典型的太阳能电池包括在UV-IR范围内具有吸收性的半导体材料，具有用于提供钝化和可靠性的透明介电膜叠堆。为了在高效率半导体器件上进行低损害的介电膜烧蚀，需要用具有短脉冲长度和长波长的激光来尽量减小热和光学吸收。透明膜叠堆的这种烧蚀被称为非热型间接诱导烧蚀，借此，激光能量穿过膜叠堆，在半导体中被吸收，从而引起烧蚀。这产生突破介电膜的烧蚀力，并可以在单个脉冲内实现。0021 在其他太阳能电池中，如太阳能电池105，介电膜叠堆中的薄吸收膜增强传导性或说 明 书CN。
16、 102939183 A3/4页6其他对太阳能电池有益的电性质。如果薄膜在用于烧蚀的激光波长内具有足够的吸收性，则薄膜的烧蚀过程可能变成直接诱导的烧蚀，这意味着薄膜将会首先烧蚀，并会因此干扰和防止薄膜与半导体之间的任何剩余层的烧蚀。这将导致不完全烧蚀，从而需要用后激光步骤移除剩余的层，或需要另一个烧蚀步骤或转换到具有不同波长的激光。这些解决方案需要另外的加工步骤和/或另外的设备，从而增加制造成本。0022 使用可透过膜叠堆中的所有层的激光波长是理想的潜在解决方案。然而，如果膜叠堆中的吸收性材料与半导体基板类似，如太阳能电池105中的非晶硅和硅，则可透过薄膜的波长也会透过半导体基板。这使得难以在。
17、不损坏基板材料（即，诱发发射极复合）的情况下实现间接烧蚀。虽然这在具有其他复合形式的低效率太阳能电池结构中是可接受的，但在高效率太阳能电池中则需要尽量减小光学和热吸收。0023 一种解决不完全烧蚀问题的可能解决方案是使用多个激光脉冲穿透膜叠堆的层。然而，穿透晶片是相对困难的，通过增加多次穿透操作或通过保持激光固定在具体的点上均不会提高通量。这在基于电流计的系统上尤其困难，因为激光脉冲需要出现在同一位置，并且要获得高通量需要高速移动激光束。此外，当使用多个脉冲时，必须对热预算进行良好的管理，以防止任何复合缺陷和对基板的机械损坏。0024 在图2的例子中，用图1的烧蚀系统100烧蚀氮化硅膜211、。
18、非晶硅膜212和氧化物膜213，形成穿过它们并暴露扩散区203和204的孔。图3示出了烧蚀方法，其中烧蚀步骤形成暴露出扩散区203和204的孔220。这允许在孔220中形成金属触点221，如图4所示。金属触点221允许外部电路电连接到扩散区203和204。0025 在一个实施例中，非晶硅膜212在激光源102产生的激光波长内具有吸收性。也就是说，非晶硅膜212在激光源102的工作波长下吸收激光脉冲103的能量，使得在一个重复内用单个激光脉冲相对难以实现氧化物膜213的完全烧蚀。在一个实施例中，激光源102为532nm激光，因为它产生波长为532nm的激光束。0026 在一个实施例中，激光源10。
19、2被配置成在单个脉冲重复中发射激光脉冲串，以便在单个烧蚀步骤中形成孔220。图5示意性地示出了根据本发明实施例的由激光源102发射的激光脉冲串。在图5的例子中，激光脉冲510和511的脉冲串由激光源102相继发出。激光源102被配置成以一定的重复率发射激光脉冲510和511。在图5中将每个脉冲重复标记为501（即501-1、501-2等）。注意，虽然图5和6中示出了两个重复，但本发明的实施例允许在一个重复内实现膜叠堆的完全烧蚀。在单个重复501内，激光脉冲511在激光脉冲510之后延迟一定的时间（标记为502）发出。例如，延迟时间502可以在1ns与1s之间。通常，选择激光脉冲510与511之。
20、间的延迟时间使得激光脉冲510和511不会由于激光扫描器104的运动相对较慢而在太阳能电池上的烧蚀点上明显分离。激光脉冲511的振幅低于激光脉冲510的振幅。也就是说，激光脉冲511具有比激光脉冲510更小的脉冲能量（如，能量小约37%至50%）。激光脉冲510烧蚀氮化硅膜211和非晶硅膜212，形成穿过它们的孔。激光脉冲511在延迟时间502后以相同的重复烧蚀氧化物膜213，完成贯穿膜叠堆210的孔，从而使多晶硅层202暴露。激光脉冲511较小的能量将对氧化物膜213下面的材料的损害降至最低。根据应用，激光脉冲511的能量也可以等于或小于激光脉冲510的能量。0027 激光脉冲510和511。
21、的脉冲能量可以根据进行烧蚀的膜的类型和厚度而有所不说 明 书CN 102939183 A4/4页7同。在一个实施例中，在氮化硅膜211的厚度为300埃，非晶硅膜212的厚度为40埃并且氧化物膜213的厚度为120埃的情况下，激光脉冲510的脉冲能量为10J。在该例子中，激光脉冲511的脉冲能量被设置为激光脉冲510的脉冲能量的大约37%。0028 仍参见图5，激光脉冲510具有脉冲宽度503，激光脉冲511具有脉冲宽度504。激光脉冲510和503为“脉冲串”，因为它们彼此相对接近地被发射出来。市售的具有脉冲串模式的激光器103可得自德国Lumera LaserGmbH。在一个实施例中，脉冲宽。
22、度503为14ps，脉冲宽度504也为14ps，而延迟时间502为20ns，脉冲重复率为200kHz（501-1的间距）。0029 在另一个实施例中，激光源102被配置成在单个脉冲重复内发射单个时间不对称激光脉冲，以便在单个烧蚀步骤中形成孔220。图6示意性地示出了该实施例，其中以一定的脉冲重复率发射的激光源102在单个脉冲重复601（即601-1、601-2等）内发射单个时间不对称的激光脉冲610。顾名思义，激光脉冲610在时间上不对称，在激光脉冲610的早期部分具有第一峰605，在该脉冲的后期部分具有第二峰606。通常，如图6所示，激光脉冲610的早期时间部分被配置为具有比激光脉冲610的。
23、后期时间部分更高的强度。控制激光脉冲610的两个部分之间的相对强度，使得在后期部分中移除早期部分之后的残余部分，从而在不引起激光损害的情况下实现完全的激光烧蚀。因为在烧蚀过程中持续保持激光能量，所以早期部分留下的残余部分仍处于高温，并可以采用比室温烧蚀更低的注量将它们移除。可配置成在每个重复内产生单个时间不对称脉冲的示例激光源102可从SPI Lasers商购获得。0030 在一个实施例中，峰605烧蚀氮化硅膜211和非晶硅膜212，形成穿过它们的孔，而峰606烧蚀氧化物膜213，完成贯穿膜叠堆210的孔，从而使多晶硅层202暴露。峰606的较低强度将对氧化物膜213下面的材料的损害降至最低。。
24、在一个实施例中，激光脉冲610具有532nm的波长。0031 峰605和606的强度可以根据进行烧蚀的膜的类型和厚度而有所不同。在一个实施例中，在氮化硅膜211的厚度为300埃，非晶硅膜212的厚度为40埃并且氧化物膜213的厚度为120埃的情况下，峰605的强度为10J，峰606的强度为3J。脉冲610具有脉冲宽度604，而峰605具有宽度602，峰606具有宽度603。在刚提到的例子中，脉冲宽度604为20ns，脉冲宽度602为10ps，脉冲宽度603为20ns，脉冲重复率为200kHz。0032 图7示出了对使用图5的两个激光脉冲的脉冲串、具有高脉冲能量的单个激光脉冲和具有不同脉冲能量的。
25、三个激光脉冲烧穿介电膜210进行比较的测试汇总。在图7中，纵轴代表测得的对暴露的扩散区的接触电阻，而目标值表示用于进行相对比较的对照接触电阻。标为“1”的列表示单个脉冲激光的测试结果，“2”表示两个激光脉冲的脉冲串的测试结果，以及“3”表示三个激光脉冲的测试结果。如图7所示，以脉冲串模式发射的两个激光脉冲有利地产生了最小的接触电阻。0033 本发明已公开了太阳能电池制造工艺中用于烧蚀膜叠堆的技术。虽然已提供了本发明的具体实施例，但是应当理解，这些实施例是用于举例说明的目的，而不用于限制。通过阅读本公开，许多另外的实施例对于本领域的普通技术人员而言将是显而易见的。说 明 书CN 102939183 A1/4页8图1图2说 明 书 附 图CN 102939183 A2/4页9图3图4说 明 书 附 图CN 102939183 A3/4页10图5图6说 明 书 附 图CN 102939183 A10。