形成用于光伏电池的触头的方法.pdf

本公开内容提供了一种形成用于光伏(PV)电池的触头的方法。所述方法包括提供半导体材料的基板的步骤。所述基板具有第一区域，所述第一区域具有第一掺杂特性并且位于第一表面部分。所述方法还包括在基板的包括第一表面部分的表面上沉积钝化层。此外，所述方法包括在钝化层上沉积导电层，使得钝化层的材料夹在第一区域与导电层之间。此外，所述方法包括以使得局部地诱发被夹的钝化层材料的电介质击穿的方式在第一区域与导电层之间施加电场。第一区域具有掺杂特性，并且实施所述方法使得钝化层在第一区域处的电阻减小并且形成电触头。

权利要求书1.  一种形成用于光伏(PV)电池的触头的方法，所述方法包括以下 步骤： 提供半导体材料的基板，所述基板具有至少一个第一区域，所述至少 一个第一区域具有第一掺杂特性并且位于第一表面部分； 在所述基板的包括所述至少一个第一表面部分的表面的至少一部分 上沉积钝化层； 在所述钝化层上沉积导电层，使得所述钝化层的材料夹在所述基板的 所述至少一个第一区域与所述导电层之间；以及 以使得局部地诱发被夹的钝化层材料的电介质击穿的方式在所述至 少一个第一区域与所述导电层之间施加电场； 其中，实施所述方法使得所述钝化层在所述至少一个第一区域处的电 阻减小并且形成电触头。 2.  根据权利要求1所述的方法，其中，所述基板包括至少一个第二 区域，所述至少一个第二区域与所述至少一个第一区域相邻并且具有与所 述至少一个第一区域的掺杂特性不同的掺杂特性。 3.  根据权利要求2所述的方法，其中，实施所述方法使得电击穿仅 在所述至少一个第一区域与所述导电层之间诱发而不在所述至少一个第 二区域与所述导电层之间诱发。 4.  根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，实施所述方法使 得与形成的触头相邻的钝化层材料的钝化特性基本上不受影响。 5.  根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，实施所述方法使 得在所述PV电池的背面上形成所述触头。 6.  根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述掺杂特性包 括掺杂浓度。 7.  根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述掺杂特性包 括掺杂材料的类型。 8.  根据权利要求2或3中的任一项或者从属于权利要求2或3时的 权利要求5至7中的任一项所述的方法，其中，所述至少一个第一区域具 有比所述至少一个第二区域的掺杂浓度高的掺杂浓度。 9.  根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，实施所述方法使 得形成多个触头。 10.  根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，提供所述基板的 步骤包括形成所述至少一个第一区域。 11.  根据权利要求10所述的方法，其中，使用热扩散形成所述至少 一个第一区域。 12.  根据权利要求11所述的方法，其中，使用激光掺杂形成所述至 少一个第一区域。 13.  根据权利要求12所述的方法，其中，形成所述至少一个第一区 域包括： 针对所述至少一个第一表面部分沉积起到掺杂剂源作用的层；以及 将激光束选择性地导向所述第一表面部分，使得掺杂剂材料扩散到所 述基板中并且由此形成所述至少一个第一区域。 14.  根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述钝化层包括 非晶硅。 15.  根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，基于所述至少一 个第一区域的掺杂特性来选择所述导电层的材料。 16.  根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述基板包括至 少一个第二区域，所述至少一个第二区域与所述至少一个第一区域相邻并 且具有与所述至少一个第一区域的掺杂特性不同的掺杂特性，所述至少一 个第一区域和所述至少一个第二区域具有相同的极性。 17.  根据权利要求2或从属于权利要求2时的权利要求3至15中的 任一项所述的方法，其中，所述至少一个第二区域具有p-n结，并且其中， 所述至少一个第一区域穿过所述p-n结。 18.  一种形成光伏电池的方法，包括使用根据前述权利要求中的任一 项所述的方法形成用于PV电池的触头。 19.  一种通过权利要求18所述的方法形成的光伏电池。

说明书形成用于光伏电池的触头的方法
技术领域
本发明涉及形成用于光伏(PV)电池的触头的方法，并且具体涉及 但不仅限于在PV电池的背面上形成触头的方法。
背景技术
通常，第一代的PV电池包括在掺杂硅中形成的大面积p-n结。这样 的PV电池在背面上具有钝化层并且电触头穿过钝化层以接触所选择的硅 的高掺杂区。
触头相对于所选择的硅的高掺杂区的对准和触头材料的电特性对太 阳能电池的效率产生影响，从而需要改进。
发明内容
在本发明的第一方面中，提供了一种形成用于光伏(PV)电池的触 头的方法，所述方法包括以下步骤：
提供半导体材料的基板，所述基板具有至少一个第一区域，所述至少 一个第一区域具有第一掺杂特性并且位于第一表面部分；
在基板的包括所述至少一个第一表面部分的表面的至少一部分上沉 积钝化层；
在钝化层上沉积导电层，使得钝化层的材料夹在基板的所述至少一个 第一区域与所述导电层之间；以及
以使得局部地诱发被夹的钝化层材料的电介质击穿的方式在所述至 少一个第一区域与所述导电层之间施加电场；
其中，实施所述方法使得所述钝化层在所述至少一个第一区域处的电 阻减小并且形成电触头。
在一个具体实施方式中，基板包括与所述至少一个第一区域相邻的并 且至少部分包围所述至少一个第一区域的至少一个第二区域。所述至少一 个第一区域可以具有与所述至少一个第一区域的掺杂特性不同的掺杂特 性。所述至少一个第一区域和所述至少一个第二区域可以具有相同的极 性。替代地，所述至少一个第二区域可以具有p-n结，并且所述至少一个 第一区域可以穿过所述p-n结。
通常实施该方法使得电击穿仅在所述至少一个第一区域与所述导电 层之间诱发而不在所述至少一个第二区域与所述导电层之间诱发。通常实 施该方法使得与形成的触头相邻的钝化层材料的钝化特性基本上不受影 响。
本发明的实施方式具有显著优点。由于电击穿仅在所述至少一个第一 区域的位置处诱发，所以触头被有效地自对准。
通常实施该方法使得形成多个触头。
此外，通常实施该方法使得在PV电池的背面上形成触头。
在一个实施方式中，掺杂特性为掺杂浓度。替代地，掺杂特性可以为 掺杂材料的类型。
在具体实施方式中，所述至少一个第一区域具有比所述至少一个第二 区域的掺杂浓度高的掺杂浓度。例如，所述至少一个第一区域可以掺杂硼 或任何其它适合的掺杂剂材料。所述至少一个第一区域的掺杂剂浓度可以 在从1e18/cm3至1e21/cm3的范围内，例如为约1e20/cm3。所述至少一个 第二区域也可以掺杂硼或任何其它适合的掺杂剂材料。所述至少一个第二 区域的掺杂剂浓度可以在从1e15/cm3至1e17/cm3的范围内，例如为约 1e16/cm3。
在一个实施方式中，提供基板的步骤包括形成所述至少一个第一区 域。形成所述至少一个第一区域可以包括热扩散。在一个具体示例中，形 成所述至少一个第一区域包括激光掺杂。
形成所述至少一个第一区域可以包括针对所述至少一个第一表面部 分沉积起到掺杂剂源作用的层。所述层可以包含掺杂剂材料，例如硼或任 何其它适合的材料。所述层可以通过旋涂沉积(spin-on deposition)来形 成。此外，形成所述至少一个第一区域可以包括将激光束选择性地导向所 述至少一个第一表面部分使得掺杂剂材料扩散到基板中，并且由此形成所 述至少一个第一区域。
该方法还可以包括当已经形成所述至少一个第一区域时移除起到掺 杂剂源作用的层。移除该层可以包括漂洗、RCA清洗和/或选择性蚀刻。
在一个具体实施方式中，基板为p型基板，例如p型硅晶片。此外， 基板可以选择性地以上述方式掺杂，并且因此所述至少一个第一区域可以 具有比基板的一些剩余区域或全部剩余区域的p型掺杂剂浓度高的p型掺 杂剂浓度。
替代地，基板也可以为n型基板并且所述至少一个第一区域可以具有 比基板的一些剩余区域或全部剩余区域的n型掺杂剂浓度高的n型掺杂剂 浓度。
在一个实施方式中，借助于化学气相沉积例如等离子体增强化学气相 沉积来实施在基板的至少一部分上沉积钝化层的步骤。
钝化层可以包括非晶硅或任何其它适合的介电材料。
在钝化层上沉积导电层的步骤可以使用热蒸发来实施。替代地，可以 使用溅射或任何其它物理或化学沉积技术在钝化层上沉积导电层。
可以基于所述至少一个第一区域的掺杂特性来选择导电层的材料。例 如，如果所述至少一个第一区域为p型掺杂，则导电层的材料可以选自适 合的受体材料并且可以例如为铝。
替代地，如果所述至少一个第一区域为n型掺杂，则导电层的材料可 以选自适合的给体材料例如砷。
该方法还可以包括移除导电层的至少一部分的步骤。
在本发明的第二个方面中，提供了一种形成光伏电池的方法，该方法 包括形成根据本发明的第一方面的触头。
在本发明的第三个方面中，提供了一种通过根据本发明的第二个方面 的方法形成的光伏电池。
附图说明
为了充分理解本发明，现在将参照附图仅以示例的方式对本发明的实 施方式进行描述，在附图中：
图1为示出根据本发明的实施方式的形成用于光伏电池的触头的方 法的流程图；以及
图2至图7示出了根据本发明的实施方式形成的光伏电池的部件的形 成。
具体实施方式
参照附图，示出了根据本发明的具体实施方式的形成用于光伏(PV) 电池的触头的方法10。在这个实施方式中，在PV电池的将不会接收主照 射的背面上形成触头。在这个实施方式中，PV电池包括适当掺杂的硅。
图1示出了图示在PV电池的背面上形成触头的方法10的流程图。 图2至图7示出了PV电池的形成并且部分地示出了制造的部件。
在第一步骤11中，提供基板22。在这个实施方式中，基板22为p 型硅晶片。P型硅晶片的掺杂浓度为约1e16/cm3。
PV电池还包括在基板22的正面部分上的层(未示出)，当PV电池 在使用时该层接收主(太阳光)照射。该层与基板22一起被布置成形成 p-n结，该层可以为例如薄n型层。
在进一步的步骤12中，在基板22内形成多个第一区域24(图2至 图7中仅示出了一个第一区域)。如图3中示例性地所示，第一区域24 位于基板22的各个第一(背)表面部分。第一区域为岛屿形式。
第一区域24具有与p型硅晶片22的相邻区域的掺杂浓度不同的掺杂 浓度。在这个实施方式中，第一区域为p型重掺杂并且具有比p型硅晶片 22的相邻区域的p型掺杂浓度高的p型掺杂浓度。在这个示例中，p型 重掺杂区域24具有约1e20/cm3的p型掺杂浓度。
本领域的技术人员将认识到，在所描述的实施方式的变型中，第一区 域还可以具有除了与相邻区域的掺杂浓度不同的掺杂浓度之外的掺杂特 性。例如，掺杂特性可以与掺杂剂类型或材料有关。
可以使用任何适合的方法形成p型重掺杂区域24，并且在这个示例 中使用激光掺杂形成这些区域。形成p型重掺杂区域24包括在p型重掺 杂区域24的表面部分上沉积起到掺杂剂源作用的材料。在这个示例中， 在p型硅晶片22的背面部分上沉积包含硼的旋涂液体。然后，以使得硼 选择性地扩散到硅晶片22中以形成p型重掺杂区域24的方式将激光束引 导到形成的膜上。随后，例如通过漂洗或RCA清洗将膜从基板22的表 面部分移除。
步骤13在硅晶片22的背面部分上沉积钝化层26。在这个示例中， 钝化层26是非晶硅层并且具有在30nm至120nm的范围内的厚度，特 别是在50nm至70nm的范围内的厚度，例如约50nm的厚度。
步骤14在非晶硅层26上沉积导电层28。在这个特定实施方式中， 导电层28为铝层。借助于热蒸发来沉积铝层28。然而，本领域的技术人 员将认识到，可以设想其它适合的方法例如溅射来沉积导电层。此外，导 电层可以不必由金属材料形成。
步骤15在铝层28与硅晶片22之间施加电场。这样，以反向偏置来 施加电压30。在这个示例中，基板22为p型，并且如图6所示，正电压 30被施加至铝层28。在其中基板包括n型材料的替代实施方式中，负电 压被施加至导电层。
通过以反向偏置来施加电压30，在铝层28与p型硅基板22之间的 钝化层26中产生了电场。位于p型重掺杂区域24正上方的区域32中产 生的电场的强度高于在钝化层的相邻区域中产生的电场的强度。在这个实 施方式中，p型重掺杂区域24形成了耗尽区，该耗尽区足够窄以致发生 遂穿。因此，电场主要施加在第一区域24处的钝化层26中。钝化层26 足够薄，使得相对大的施加场导致介电特性的击穿和钝化层26在区域32 中的电阻的相关永久性局部减小。电介质击穿是“硬”击穿，使得非晶硅 层26局部失去其绝缘性。区域32的局部电特性的永久改变导致了电触头 的形成。
硬电介质击穿限于直接处于p型重掺杂区域24处的局部区域32。钝 化层26的与区域32相邻的区域不受施加的电压30的显著影响，并且因 此这些区域保持非晶硅的钝化特性。
诱发介电材料26的硬击穿需要的偏置电压通常取决于p型重掺杂区 域24和介电材料26的材料特性。偏置电压通常在5V至30V的范围内， 例如约10V。通常偏置电压随着介电材料26的电阻率增加。偏置电压受 介电材料26的厚度的影响并且在介电材料26的厚度增加时增加。
本发明人已经发现，诱发64nm厚的非晶硅层的硬击穿需要的偏置 电压在2V至5V的范围内；诱发10nm厚的铝氧化物层的硬击穿需要的 偏置电压在5V至10V的范围内；诱发80nm厚的富含硅的氮化硅层的 硬击穿需要的偏置电压在13V至18V的范围内；以及诱发200nm厚的 氮化硅层的硬击穿需要的偏置电压在23V至28V的范围内。
通过实施根据本发明的具体实施方式的方法10，在不需要对非晶硅 层26进行图案化或对非晶硅层26形成掩模的情况下形成自对准电触头。 另外，由于与钝化层26的区域32相邻的区域的介电特性不受显著影响， 所以可以减少在PV电池的背面处的电荷载体的复合。
在这个特定的示例中，铝层28形成了如图7所示的PV电池的背触 头的一部分。
方法10还可以包括移除铝层28的步骤。
可以使用方法10的有利实施方式来形成经由PV器件的发射极至PV 器件的基极的触头。在这些具体实施方式中，在包括p-n结的半导体基板 如硅晶片上执行方法10的步骤。半导体基板可以为p型硅晶片11(基极)， 并且可以通过n型原子如磷原子的扩散在p型硅晶片11的表面上形成n 型区域(发射极)。在硅晶片11的n型表面上执行方法10的剩余步骤。 通过使用方法10经由PV器件的发射极来接触PV器件的基极的一些优 点包括浮动结钝化(floating junction passivation)、实施指叉式背触头设 计(inter-digitated rear contact designs)以及最小化分流(minimisation of  shunts)。
本领域的技术人员将认识到，所描述的本发明的与在p型基板上实现 的PV器件相关的实施方式适用于在n型基板上实现的PV器件。此外， 本领域的技术人员将认识到，为了实现完整的功能，需要PV器件的另外 的工艺步骤。这些另外的工艺步骤在本领域是已知的。
对本领域技术人员来说的明显的修改和变型被视为在本发明的范围 内。例如，本领域的技术人员将认识到，基板22可以为n型晶片并且所 述至少一个第一区域可以为n型重掺杂区。此外，可以使用所描述的方法 的变型在PV电池的正面形成选择性触头。