[发明专利]用于形成金属接触的改进方法

说明书

相关申请的交叉引用

本申请根据35U.S.C§119(e)要求于2010年10月14日提交的、申请号为No.61/393，295的美国临时申请的优先权，在此引用其全部内容作为参考。

根据美国能源部和可持续能源联盟有限责任公司(作为国家可恢复能源实验室的合约实施者)所签订的合约No.DE-AC36-08GO28308，美国政府在本发明中拥有权利。

技术领域

本发明涉及一种在制造光电器件时采用金属墨来形成金属接触的方法。通过喷墨或气溶胶装置将金属墨有选择地沉积到半导体涂层上。加热合成物至其中金属墨烧穿涂层从而与半导体形成导电接触的选定温度。然后通过光诱导或光辅助电镀将多个金属层沉积到导电接触上。

背景技术

如位于光电装置中的半导体的金属基接触包括在通过入射光来照亮的半导体的前侧或侧面和在不通过入射光来照亮的半导体的背侧或侧面形成导电接触。金属涂层与半导体器件形成欧姆接触，使得电荷载流子在不存在损耗且具有长寿命的情况下从半导体进入到导电接触中。为了避免电流损耗，金属化接触格栅具有适当的电导率，例如高电导率或者足够大的导电轨迹横截面。

符合上述需求的许多工艺用于金属被覆到太阳能电池的背侧。例如为了改善太阳能电池背侧的电流传导，直接在背侧上增加p掺杂。通常铝用于此目的。例如通过气相沉积或者印刷将铝施加到背侧上且分别驱入或掺杂入背侧中。当金属被覆前侧或者发光侧时，目标是获得最小量的有源半导体表面的遮蔽，以便使用尽可能多的表面来捕获光子。

商业上用于形成太阳能电池中的前侧接触的方法是通过丝网印刷来施加金属性膏状物。膏状物包括提供导电的金属粒子、以及玻璃粉、流变调节剂、和高沸点溶剂，例如松油醇。在印刷后，干燥电池，然后优选地在约600-1000℃温度范围在带式炉内进行焙烧。焙烧时，玻璃粉将与前侧上的抗反射涂层(通常为氮化硅)反应或“烧穿”抗反射涂层(通常为氮化硅)且有助于提供至电池的粘附。使用丝网印刷膏是工业标准但是具有缺点。丝网印刷是一种接触的印刷方法，要求有效地加工易碎的硅太阳能电池，这引起大量的附加损害。这也会产生化学废物、城市垃圾、以及形式为丝网损坏的成本增加。最后，可以在生产中产生的最小线宽通过丝网技术物理限定至约80-100微米的范围内。通过丝网印刷形成的更小线宽在实验室中存在物理上的可能，但是现在在大量生产时存在更大困难。

用于制造前侧接触的更复杂的工艺使用激光器或者光刻技术来定义电流迹线结构。当前这些技术能够制造出更窄线路但是会影响产能。然后金属化电流迹线。通常，经常使用不同的金属被覆步骤，以便施加金属涂层尝试获得足够的粘附强度和用于导电的所需厚度。例如，当使用湿化学金属涂覆工艺时，通过钯催化剂将第一精细金属涂层沉积到金属迹线上。这通常采用无电镀沉积镍来加固。为了增大电导率，可通过无电镀或者电解沉积在镍上沉积铜。然后可以在铜上被覆一层精细的锡或者银以防止它被氧化。

可选地，可以采用光诱导电镀技术来金属化电流迹线。这种金属化工艺包括首先在惰性气氛中采用传统的印刷和烧结方法在金属化太阳能电池的背侧形成一导电膏状物来进行第一金属化。这种膏状物可以包括银、铝以及具有有机粘结剂的玻璃料。其它金属，例如镍、钯、铜、锌和锡也可以在膏状物中焙烧。太阳能电池的前侧被覆有氧化硅或氮化硅构成的钝化或者抗反射层。用于电流迹线的沟道形成在延伸进半导体的抗反射层中。可以采用光刻、激光直写或化学腐蚀来形成沟道。然后通过光诱导电镀采用镍来电镀前侧的电流迹线。太阳能电池被放置在镍电镀液内且将光施加到太阳能电池，在大约1-2分钟后在半导体材料上形成一镍层。更多的金属层，例如铜，可以直接形成在这层镍层上用于加固。可以通过在铜层上施加一薄层的银或锡来防止铜层被氧化。

下面是另一种在太阳能电池上形成金属接触的方法。通过使用激光器来形成电流迹线，其中激光器有选择地移除一部分抗反射层以暴露下面的半导体材料。然而，使用激光器是昂贵的且通常工业中优选使用不昂贵的方法。含有尺寸介于约20nm至1000nm范围的金属粒子的油墨通过喷墨或气溶胶装置施加到暴露的半导体材料上。在持续1秒至30分钟的周期、约100℃至900℃的温度范围内加热器件以驱走任何溶剂以形成金属接触。然后通过电镀采用额外的金属层来加固这些接触。

虽然存在用于在半导体上形成金属接触的方法，但是仍然对用于在半导体上制造初始金属接触的改进的方法存在需求。

发明内容