[发明专利]用于太阳能电池的金属触点方案

说明书

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发明技术领域

本发明总体涉及器件制造领域并且，尤其是，涉及用于太阳能电池器件尤其是硅太阳能电池器件的背点触点的形成。

发明背景

太阳能电池半导体器件的制造典型地包括与p-n结器件的金属触点的形成。半导体材料(例如，硅)吸收光并且产生之后可以由器件中的p-n结分离的电子和空穴载流子。多数载流子(例如，n型半导体材料中的电子)通过形成至器件的p型和n型材料两者的金属触点收集。在标准的丝网印刷硅太阳能电池中，n型金属触点(其收集电子)通过丝网印刷和随后烧制在基于晶片的器件的前侧(照射侧)上的栅格图案中的银浆料形成。p型接触通过用铝浆料丝网印刷器件的整个背侧p型表面形成。该浆料，当在780-870℃的温度烧制时，形成减少电子少数载流子(p型材料中)在硅-金属界面的复合并且能够收集空穴多数载流子的背面电场(BSF)。

丝网印刷硅太阳能电池已经工业生产了25-30年，具有分别对于单晶和多晶晶片基板向17-18％和16-17％持续提高的驱动效率。然而，这些效率仍然显著低于由实验室制造的太阳能电池获得的值。例如，对于最高效率的单结硅太阳能电池的世界纪录是由新南威尔士大学(the University ofNew South Wales)在1999年获得的25％。为什么这些实验室制造的太阳能电池获得更高的效率的一个原因是它们典型地使用点金属触点与背表面上的硅接触。在新南威尔士大学(the University of New South Wales)制造的世界纪录钝化发射体背侧局域扩散(Passivated Emitter RearLocally-Diffused，PERL)电池的情况下，在背侧二氧化硅电介质层中制成尺寸10μm×10μm的小开口。之后将金属经由这些小面积点尺寸开口蒸发以形成至电池的p型金属触点。

通过限制金属硅界面的总面积，可以显著地减少少数和多数载流子的复合以对于得到的器件得到更高的开路电压。通过在金属化之前进行穿过接触开口的硼扩散以在开口的底部产生重掺杂区域，进一步增强PERL电池的性能。这些重掺杂区域进一步减少载流子复合并减少接触电阻，导致最终的器件中降低的串联电阻。

大部分PERL电池使用p型晶片制造，其中在前侧(照明侧)通过进行磷固态扩散处理形成p-n结。该制造方法需要使用高品质浮点区(FZ)晶片，其中在1Ωcm p型晶片中少数载流子寿命可以高至500μs。此外典型地使用厚晶片以确保出色的入射光吸收。经由电池前侧上形成的窄金属栅格收集电子，并且通过背表面上的点状触点收集空穴。为了限制当从触点开口上面的p型硅的半球形区域收集载流子时经历的扩展电阻，可以给出的是有益的是具有位于彼此尽可能接近处的点状触点。此外，需要的是在可实行情况下尽可能最小化全部金属-硅界面面积以便保持载流子的复合最小。在世界纪录高效PERL电池中，点状触点间隔250μm。

用于制造硅太阳能电池的大部分工业工艺仍然依赖于使用整个背表面金属触点，如上对于丝网印刷电池所述，证明在获得用于背触点方案的紧密间隔的小面积点状触点存在实际困难。对于PERL电池，使用光刻制造点状触点，这被认为用于商业制造实施是过于昂贵的。已经试验了通过蒸发的铝层的点状触点的激光-烧制，然而该过程可以对硅产生材料损坏并从而降低电压。同样，因为激光器是基本上连续的流器件，点状触点的烧制需要某些形式的掩模或模板。此外，如果点状触点空间上彼此接近，那么为跨越整个背表面扫描用于图案化处理是耗时的。也测试了点状触点的喷墨蚀刻。虽然这种方法典型地不对光活性材料产生任何损坏，作为激光烧蚀触点它遭受相同的处理吞吐量问题。因此，硅太阳能电池的背表面上形成点状触点的图案用于金属接触的目的仍然是用于硅太阳能电池制造的研究的活跃领域。

概述

在第一方面，提供一种对半导体器件的半导体表面形成点金属电触点的方法，所述方法包括：

i)在所述半导体表面上形成第一金属层；

ii)阳极氧化所述第一金属层以产生在所述半导体表面上形成的多孔氧化物层，从而所述多孔金属氧化物层中的孔形成穿过所述多孔金属氧化物层的开口阵列；

iii)在所述多孔金属氧化物层上形成触点金属层，并且其一部分延伸至所述开口阵列的开口中以使得所述触点金属层经由所述多孔金属氧化物层中的所述开口阵列电接触所述半导体表面。