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      激光轉印IBC太陽能電池的制作方法

      文檔序號:11934358閱讀:1289來源:國知局
      激光轉印IBC太陽能電池的制作方法與工藝

      本申請要求于2014年7月15日提交的美國臨時專利申請?zhí)?2/024,784的權益,所述申請通過引用結合在此。

      發(fā)明領域

      本發(fā)明涉及叉指型背觸(IBC)式太陽能電池。更具體地,涉及用于制備IBC的系統和方法。

      發(fā)明背景

      所期望的被稱為叉指型背觸(IBC)式電池的太陽能電池幾何結構包括半導體晶片以及具有p型和n型摻雜的區(qū)域的交替線(叉指型條)。這種電池幾何結構具有通過將兩個觸頭都放在晶片的一側上來消除陰影損失的優(yōu)點。進一步地,觸頭易于與后面上的這兩個觸頭互連。在于1999年2月16日發(fā)布的題為“Proximity Laser Doping Technique for Electronic Materials(用于電子材料的接近激光摻雜技術)”的美國專利號5,871,826中討論了由Mei等人在施樂帕羅奧多研究中心(PARC)開發(fā)的激光轉印工藝。本專利描述了一種通過激光燒蝕工藝更改材料的電特性的方法,所述方法可在低溫下實現高摻雜水平和淺結。本發(fā)明利用激光器與沉積在透明板(典型地玻璃或石英)上的非透明薄源膜之間的快速交互,所述透明板與襯底被放置地極為接近(典型地大約幾微米)。描述了一種工藝,其中,具有典型地大約50ns的脈沖時長的激光器(諸如YAG激光器)可用于通過使用從16到400次激光能量密度范圍從150到450mJ/cm的發(fā)射來形成深度大約為0.1μm的半導體結。這種接近激光燒蝕技術可用于在低溫下通過大面積襯底來沉積薄膜,并且也可以使用掩模來阻擋不期望沉積的區(qū)域中的激光能量。

      最近,斯圖加特大學的羅德爾(Roder)等人(第35屆IEEE光伏專家會議議論文集(Proc.of the 35th IEEE Photovoltaic Specialists Conference),第3597-3599頁,(2010))使用相似的工藝,他們將所述工藝稱為“激光轉印觸頭(Laser Transferred Contacts,LTC)”或“激光誘發(fā)前向轉印(LIFT)”以便通過氮化硅防反射涂層對一薄層Ni進行激光轉印從而形成到激光摻雜的選擇性發(fā)射極區(qū)域的觸頭。然后利用3μm的Ni對激光轉印Ni觸頭進行電鍍,并且然后利用Cu繼續(xù)進行電鍍以便增加指狀物的導電性。利用這種技術,使用30μm寬的指狀觸頭來制備17.4%的高效硅太陽能電池。

      斯圖加特大學的科學家(霍夫曼(Hoffmann)等人,第38屆IEEE光伏專家會議議論文集(Proc.of the 38th IEEE Photovoltaic Specialists Conference),第1059-1062頁(2012))也說明了自摻雜激光轉印觸頭工藝,其中,通過氮化硅防反射涂層對Sb觸頭進行激光轉印以便提供自對準的n型選擇性發(fā)射極并且同時形成到太陽能電池的前側的觸頭。銻摻雜觸頭被用作晶種層以用于后續(xù)的鎳和銅電鍍,并且能夠在110Ω/sq的發(fā)射極上產生細線正面金屬噴鍍,所述細線正面金屬噴鍍的指狀物寬度為20μm并且接觸電阻率盡可能低至30μΩ-cm。結合將光束整形為線形聚焦以便在對Si進行再結晶過程中最小化缺陷產生,使用脈沖時長為30ns的綠色(532nm)Nd:YAG激光器以及脈沖時長為6ns的綠色Nd:YVO4激光器。獲得寬度為約7μm的觸頭線,并且Ni/Cu電鍍用于增加指狀物的導電性。展示了具有高達17.5%的效率的太陽能電池。

      目前,具有最高效率的Si太陽能電池是基于將叉指型全背觸式結構與硅異質結觸頭相結合的那些太陽能電池。松下最近報告了利用這種設備結構獲得了創(chuàng)紀錄的25.6%的轉換效率(馬蘇克(Masuko)等人,第40界IEEE光伏專家會議(40IEEE Photovoltaic Specialists Conference),2014年6月8日-13日,科羅拉多丹佛)。在同一會議上,夏普報告利用相似的設備結構獲得了25.1%的效率(納卡穆拉(Nakamura)等人,第40界IEEE光伏專家會議(40th IEEE Photovoltaic Specialists Conference),2014年6月8日-13日,科羅拉多丹佛),并且日能利用使用常規(guī)擴散工藝制作的叉指型背觸(IBC)式硅太陽能電池獲得了25.0%的效率(史密斯(Smith)等人,第40界IEEE光伏專家會議(40th IEEE Photovoltaic Specialists Conference),2014年6月8日-13日,科羅拉多丹佛)。雖然未以任何細節(jié)討論對這些高效率IBC太陽能電池的加工,但是制造成本有可能相對較高,因為在每種情況下的加工看起來有點復雜,需要各種掩模和真空加工步驟。

      激光加工也已經被用于制備相對高效的硅太陽能電池。貝尼克(Benick)等人(第40界IEEE光伏專家會議(40th IEEE Photovoltaic Specialists Conference),2014年6月8日-13日,科羅拉多丹佛)通過對局部后觸頭進行激光摻雜而在PERL(鈍化發(fā)射極和后局部擴散的)太陽能電池結構中獲得高達23.2%的轉換效率。在這種工藝中,利用由作為摻雜源的磷摻雜的非晶碳化硅(a-SiCx:P)組成的后表面鈍化層。通過硼擴散形成前表面發(fā)射極,并且使用光刻并且對晶種層Ti/Pd/Ag進行蒸發(fā)并且然后利用Ag進行電鍍來形成前側觸頭。

      達林格爾(Dahlinger)等人(Energy Procedia 38,250-253(2013))使用激光摻雜來制備效率為22.0%的叉指型背觸式硅太陽能電池。使用具有線形光束(<10μm寬)和約50ns的脈沖時長的、頻率雙倍(532nm)的Nd:YAG激光器。在晶片的后側上濺射薄硼前體層,并且然后形成激光摻雜的p+發(fā)射極圖案。在濕式化學清潔之后,使用POCl3爐擴散在晶片的兩側上均形成摻雜低濃度磷的區(qū)域。另一種激光摻雜工藝(將在POCl3擴散工藝中生長的硼磷硅玻璃用作摻雜源)用于在晶片的后側上創(chuàng)建n+圖案。熱氧化用于在擴散區(qū)域中的進行驅動并且用于對表面進行鈍化,并且離子增強型化學氣相沉積(PECVD)氮化硅用于在前側形成抗反射涂層并且還在晶片的后側形成紅外反射涂層。

      霍夫曼(Hofmann)等人(光伏材料的進展:研究與應用;16 509-518(2008))制備了通過非晶硅和PECVD氧化硅的后表面鈍化棧對Al進行激光發(fā)射而使用的硅太陽能電池的21.7%,以便形成局部p+觸頭。在升高的溫度下使用磷擴散形成前表面發(fā)射極,并且使用還用作前鈍化層的熱氧化抗反射涂層。通過蒸發(fā)TiPdAg指狀圖案來形成前觸頭。

      雖然清楚激光加工可用于制造相對高效的硅太陽能電池,但是迄今為止所使用的加工有點復雜,并且在所有情況下將真空加工與某個高溫加工一起使用。高溫加工可產生硅晶片缺陷,這可能會限制太陽能電池的性能,并且真空加工需要相對昂貴的真空設備,這可能會限制產出并增加制造成本。



      技術實現要素:

      在一個實施例中,使用利用窄線形激光束的激光轉印工藝,通過借助于電介質鈍化對p+和n+指狀圖案晶種層兩者進行激光轉印而在鈍化太陽能襯底中形成叉指型背觸頭??梢岳脤щ娊饘賹ХN層進行電鍍。

      在另一實施例中,在經良好鈍化的太陽能襯底上使用激光轉印工藝以便通過電介質鈍化發(fā)射p+和n+點觸頭。另一種激光轉印工藝則用于使用窄線形激光束在電介質鈍化的頂部以及通過適當的點觸頭來沉積適當金屬的叉指型圖案。

      在又另一實施例中,通過使用線形激光束對隧道氧化物發(fā)射極進行激光燒蝕并且對基極觸頭指狀圖案進行激光轉印在經良好鈍化的太陽能襯底上形成指狀圖案,其中,后表面的大部分包含隧道氧化物發(fā)射極。

      在其他實施例中,激光轉印系統可以利用窄線形激光束或者小高斯激光束,其中的任何一項可被時間整形以便對摻雜劑、金屬或其他材料進行燒蝕、轉??;或者對局部的p+或n+觸頭進行激光摻雜或激光發(fā)射。

      上文非常概略地給出了本公開的各個特征,以便可以更好地理解隨后的詳細描述。下文將描述本公開的附加特征和優(yōu)點。

      附圖說明

      為了更完整地理解本公開及其優(yōu)點,現在結合描述本公開的具體實施例的附圖參考以下描述,其中:

      圖1是線(例如,Al和Sb)的說明性實施例,通過分別作為叉指型p+和n+指狀圖案的鈍化層對所述線進行激光轉?。?/p>

      圖2是使用晶種層形成的叉指型圖案的說明性實施例;

      圖3是使用高斯激光束制作的以便通過鈍化層分別對n+和p+材料(例如,Sb和Al)的小光點進行激光轉印的n+和p+點觸頭的說明性實施例;

      圖4是說明性實施例,示出了在鈍化層的頂部上以及在n+和p+點觸頭的頂部上所激光轉印的叉指型晶種層(例如,Ni);

      圖5是具有隧道氧化物發(fā)射極的設備結構的說明性實施例,其中,激光束用于對襯底的線區(qū)域進行燒蝕并且然后對中心區(qū)域中的基本摻雜劑進行激光轉印;以及

      圖6是激光轉印系統的示意圖的說明性實施例,所述激光轉印系統使用掃描線形激光束。

      具體實施方式

      現在參考附圖,其中,所描繪的元件不一定是按比例示出的,并且其中,貫穿若干視圖,相同或相似的元件由相同的參考號來表示。

      總體上參考附圖,將理解的是,圖示是出于描述本公開的具體實施例的目的,并且并不旨在限制于此。雖然在此使用的大多數術語將是本領域普通技術人員可識別的,但應當理解的是,當未被明確限定時,術語應當被解釋為采用本領域普通技術人員目前可接受的意義。

      應當理解的是,前述概括描述和以下詳細描述都僅是示例性和解釋性的,并且不限制所要求保護的本發(fā)明。在這種應用中,除非另外特別聲明,否則使用單數包括復數,單詞“一個(a)”或“一種(an)”意指“至少一個”,并且使用“或”意指“和/或”。而且,使用術語“包括(including)”以及其他形式(諸如“包括(includes)”和“包括(included)”)是非限制性的。同樣,除非另外特別聲明,否則術語諸如“元件”或“部件”涵蓋包括一個單元的元件或部件以及包括多于一個單元的元件或部件兩者。

      在此討論了用于使用激光轉印工藝來生產在低溫下以低制造成本制備的高性能叉指型背觸(IBC)式太陽能電池的系統和方法。激光轉印工藝可以利用經空間和/或時間整形的激光束。在一些實施例中,在此討論的系統或方法可以具有以下元素:(1)通過激光轉印工藝來供應摻雜劑;(2)由激光轉印工藝供應一種或多種摻雜劑以避免對用于執(zhí)行摻雜劑擴散的晶片進行加熱;和/或(3)在加工背觸(IBC)式電池時進行沉積。使用線束是制作IBC電池的一種特別有吸引力的方式(因為IBC的電極是細線),并且因此,可利用減少的激光脈沖曝光次數對叉指型指狀進行圖案化。作為非限制性示例,可使用適當的光學器件將來自高功率激光器的高斯光束變換成長的較窄線形光束。如果線束的長度為1cm并且寬度為8微米,則15個脈沖可用于對單個指狀的導電材料進行激光轉印,所述單個指狀物在叉指型圖案中的長度為15cm。如果使用直徑為100微米的高斯光束并且所述高斯光束重疊率為10%,則將需要1875個脈沖來創(chuàng)建15cm長的指狀物。因此,脈沖的急劇減少(>99%)從以上示例中是顯而易見的。在一些實施例中,以上(1)-(3)的組合可以與線和/或時間整形一起使用。

      術語“太陽能襯底”在此可以用于描述已經被部分加工并且將在完成所有加工步驟時變成功能性太陽能電池的硅晶片。應當理解的是,太陽能襯底在以下有時可以被稱為太陽能電池,盡管在形成功能性太陽能電池之前其處于中間狀態(tài)。

      在一些實施例中,激光束可被空間整形為窄線形激光束或整形為非常小的直徑的高斯激光束(例如,<20μm或<10μm)陣列。在一些實施例中,激光轉印工藝是低熱工藝,其中,大部分晶片仍然處于室溫下,并且對激光能量進行調節(jié)從而使得具有足夠的能量將材料轉印至晶片。在一些實施例中,低熱工藝可以允許對晶片進行局部加熱,所述晶片被限于遠低于硅的熔點的溫度(或者小于等于1414℃)。如以上討論的,在斯圖加特大學進行的工作指示寬度<10μm的線形激光束展示了很少的激光誘發(fā)損害,而常規(guī)的環(huán)形高斯激光束(例如,直徑為約30μm-130μm)展示了微裂紋和位錯。在一些實施例中,在此討論的改進后的激光工藝可以利用小直徑(<20μm或<10μm)的高斯激光束,所述小直徑的高斯激光束也不太可能展示由于僅對Si的非常小的區(qū)域進行融化和再結晶而造成的延伸缺陷(諸如微裂紋和位錯)。在一些實施例中,脈沖線形激光束可以能夠每秒加工大約150米或更大的指狀長度或者每秒大約1硅晶片或更多,所述脈沖線形激光束具有比脈沖高斯激光束更大的近似100X的加工產出。

      在一些實施例中,可以通過沿著硅晶片襯底掃描所述激光器系統并且使激光器脈動期望次數來對激光束進行時間整形從而形成期望圖案,諸如用于叉指型背觸頭的指狀圖案。出于對材料進行激光轉印、對電介質鈍化層進行激光燒蝕和破壞、對Si晶片的所選擇的局部區(qū)域進行激光熔化、對具有適當摻雜劑原子的融化Si區(qū)域進行激光摻雜、通過電介質鈍化層對接觸金屬進行激光發(fā)射以及對Si晶片上的局部處理區(qū)域進行激光退火的目的,可選擇時間脈沖形狀。通常,激光轉印材料需要相對短的脈沖(幾ns到幾十ns),而激光退火需要相對長的脈沖(0.1μs到若干μs)。激光摻雜的脈沖時長將取決于所需的摻雜劑深度并且可從幾十ns到幾百ns發(fā)生變化。作為非限制性示例,在局部區(qū)域中將激光轉印、電介質鈍化的破壞、融化、Si的摻雜和退火進行組合的激光工藝可以采用以下時間整形的線形波束(例如,8μm寬和1cm長):脈沖以超過若干ns的能量密度約1J/cm2為開始以便將摻雜劑材料(例如,Al)轉印至襯底(例如,Si表面)并且破壞電介質鈍化(在后表面上,5nm的ALD A12O3/90nm的PECVD SiOx);能量密度然后在約50ns內降至約0.5J/cm2以便局部融化襯底表面并且在摻雜劑中擴散;并且然后脈沖能量密度在約500ns內從0.5J/cm2降至0.1J/cm2以便對襯底表面的局部區(qū)域進行退火。

      在第一實施例中,經鈍化的太陽能電池提供叉指型背觸頭,所述叉指型背觸頭是通過以下方式形成的:使用利用窄線形激光束的激光轉印工藝通過電介質鈍化對p+和n+指狀圖案晶種層兩者進行激光轉印,并且然后利用導電金屬對晶種層進行電鍍。例如,在一些實施例中,線形激光束可以是<20μm或者<10μm。圖1是線10、20的說明性實施例,通過作為叉指型的p+和n+指狀圖案的鈍化層30、50對所述線進行激光發(fā)射或激光轉印。作為非限制性示例,可以在激光束破壞電介質鈍化層30、50、融化襯底40(例如,Si)以及將摻雜劑擴散到襯底中的條件下通過對摻雜劑材料進行激光轉印來形成p+指狀圖案晶種層10。進一步地,可以在激光束破壞電介質鈍化層30、50、融化襯底40(例如,Si)以及將摻雜劑擴散到襯底中的條件下通過對摻雜劑材料進行激光轉印來形成n+指狀圖案晶種層20。在n+指狀圖案晶種層20的情況下,可選擇激光條件以便在更寬的范圍上促進對電介質鈍化層30、50的破壞從而最小化從由氧化鋁50產生的反轉層60到n+指狀的當前泄露(注意圖1中示出的鈍化層50與n+晶種層20之間的空隙)。作為非限制性示例,摻雜劑材料可以是任何合適的n型或p型材料,Al、Sb、III族或V族元素等。在激光轉印工藝中,在包含或涂覆有包括捐贈者原子的摻雜劑材料的捐贈者襯底40上引入摻雜劑原子。摻雜劑材料可以是純形式的摻雜劑,諸如III族或V族原子的涂層。可替代地,摻雜劑材料可以是包含摻雜劑的化合物,諸如氧化物、氮化物、或捐贈者的氧屬化物。摻雜劑材料還可以由包含摻雜劑的主體材料組成,諸如重摻雜有摻雜劑的非晶硅。主體材料中的摻雜劑的濃度可以大于0.5%,優(yōu)選地大于2%??墒沟眉す廪D印線觸頭IBC電池中的叉指型的間隔相對較小(例如,100微米至300微米),從而使得設備中的橫向電阻(電陰影)較小。

      在一些實施例中,使用利用窄線形激光束或小直徑高斯激光束的激光轉印工藝在低溫下以低制造成本制備叉指型背觸(IBC)式硅太陽能電池。在一些實施例中,通過使用利用窄線形激光束的激光轉印工藝通過電介質鈍化對p+和n+指狀圖案晶種層兩者進行激光轉印、并且然后利用導電金屬對晶種層進行電鍍來形成用于經良好鈍化的太陽能電池的叉指型背觸頭。在一些實施例中,在經良好鈍化的太陽能襯底上使用激光轉印工藝以便通過電介質鈍化發(fā)射p+和n+點觸頭,并且然后另一激光轉印工藝用于使用窄線形激光束在電介質鈍化的頂部以及通過適當的點觸頭來沉積適當金屬的叉指型圖案。在一些實施例中,良好鈍化的太陽能電池的后表面的大部分包含隧道氧化物發(fā)射極,所述隧道氧化物發(fā)射極與通過對隧道氧化物發(fā)射極進行激光燒蝕而形成的指狀圖案以及使用線形激光束對其進行激光轉印的基極觸頭指狀圖案的歐姆基極觸頭的平行線穿插。在各實施例中,利用窄線形激光束或小高斯激光束(其中的任何一項可被時間整形)的激光轉印系統可用于對摻雜劑、金屬或其他材料進行燒蝕、轉印、和/或對局部的p+或n+觸頭進行激光摻雜或激光發(fā)射。

      在一些實施例中,通過分別作為叉指型的p+和n+指狀圖案的鈍化層30、50對Al和Sb線10、20進行激光轉印。在一些實施例中,A12O3鈍化層50包括反轉層60,所述反轉層與激光轉印Al發(fā)射極線10電觸頭。在一些實施例中,在局部破壞A12O3層50的條件下沉積激光轉印Sb n+線20以便防止分流。進一步地,激光燒蝕還可用于在對Sb線20進行激光轉印之前局部移除鈍化層50。在一些實施例中,然后可利用金屬(諸如Ni、Ti等)對晶種層進行電鍍。進一步地,這可以可選地跟隨在利用更具導電性的金屬(諸如Al、Ag、Cu等)進行電鍍之后,以便形成高導電性叉指型圖案。

      圖2是利用晶種層(諸如圖1中示出的晶種層)形成的叉指型圖案210、220的說明性實施例。如示出的,指狀圖案提供間隔開小空隙的不同材料的交替的、近似平行的水平線,其中,相同材料的水平線的一端由匹配材料的豎直線連接。在一些實施例中,介電鈍化層可包括后表面上的ALD Al2O3和PECVD SiOx:H。在激光轉印工藝之后,可以適度溫度(200℃-450℃)對太陽能電池進行退火以便通過促進硅化物構成并將來自PECVD SiOx:H的原子氫運動包括在Si中以對任何激光誘發(fā)缺陷進行鈍化來提高觸頭的電特性。在此示例中,以低激光功率對Ti匯流條晶種層260進行激光轉印,從而使得它們位于電介質鈍化層的頂部。激光轉印Al 210和Sb 220線、以及Ti匯流條260形成用于電鍍導電金屬(諸如,Ag、Al或Cu)的晶種層。

      在圖3中示出的另一實施例中,在經鈍化的太陽能襯底上使用激光轉印工藝以便通過電介質鈍化330發(fā)射n+和p+點觸頭310、320,并且然后另一激光轉印工藝用于使用窄線形激光束在電介質鈍化的頂部以及通過適當的點觸頭來沉積適當金屬370的叉指型圖案。圖3是使用高斯激光束制作的以便通過鈍化層330分別對n+和p+材料的小光點進行激光轉印的n+和p+點觸頭310、320的說明性實施例。例如,在一些實施例中,高斯激光束可以是小直徑光束,諸如<20μm或<10μm。如果使用小直徑光束,則小光點的密度應當足夠高以確??傆|頭電阻小于1Ω-cm。在一些實施例中,所有小光點的總面積應當大于等于太陽能襯底的后表面總面積的大約1%。同一標準也可以應用于線形激光束(即所有線形觸頭區(qū)域的總面積應當大于太陽能襯底的后表面總面積的大約1%。通過使用線形激光束來沉積晶種層以便在鈍化上形成叉指型圖案,所述晶種層可以電鍍有高導電性的金屬。圖4是說明性實施例,示出了在鈍化層的頂部以及在n+和p+點觸頭410、420的頂部對其進行激光轉印的叉指型晶種層470(例如,Ni)。在另一實施例中,可以在n+和p+材料(例如,Al和Sb)位于電介質鈍化層的頂部的條件下對其指狀圖案進行激光轉印,并且然后通過電介質鈍化層對p+和n+點觸頭410、420進行激光發(fā)射。又另一實施例用于在對晶片進行鈍化之前對n+和p+點觸頭410、420進行激光轉印、然后在電介質鈍化層的頂部對Ni IBC圖案470進行激光轉印、并且然后將Ni激光發(fā)射到點觸頭中。然而,這種方式需要準確的對準以便將Ni激光發(fā)射到點觸頭中。

      作為非限制示例,使用高斯激光束來制作n+和p+點觸頭以便通過鈍化層分別對Sb和Al的小光點進行激光轉印。通過使用線形激光束來沉積晶種層Ni以便在鈍化上形成叉指型圖案,然后利用Cu對所述晶種層Ni進行電鍍。在此示例中,后表面鈍化層是a-Si:H/PECVD SiOx,所述后表面鈍化層最小化由于缺乏能帶彎曲而造成的分流。在此示例中,在鈍化層的頂部以及在n+和p+觸頭410、420的頂部對叉指型Ni晶種層進行激光轉印。一種替代性方式是對Al的指狀圖案和Sb的叉指型圖案進行激光轉印,并且然后對點觸頭410、420進行激光發(fā)射。另一種方式是在對晶片進行鈍化之前對n+和p+觸頭410、420進行激光轉印、然后對Ni IBC圖案進行激光轉印、并且然后將Ni激光發(fā)射到點觸頭中。

      另一實施例是經鈍化的太陽能電池,其中,后表面的大部分包含隧道氧化物發(fā)射極,所述隧道氧化物發(fā)射極與通過對隧道氧化物發(fā)射極進行激光燒蝕以及使用線形激光束對基極觸頭指狀圖案進行激光轉印而形成的指狀圖案的歐姆基極觸頭的平行線穿插。雖然這種實施例討論了隧道氧化物發(fā)射極,但是其他實施例可以提供是擴散發(fā)射極或非晶硅異質結發(fā)射極。圖5是說明性實施例中,其中,首先通過原子層沉積將隧道氧化物層510沉積在后表面上,并且然后沉積一層薄的(多個)金屬氧化物520(例如,MoOx和ZnO)。線形激光束用于對線區(qū)域進行燒蝕530,并且然后在中心區(qū)域(例如,Sb)中對線540進行激光轉印和摻雜。在一些實施例中,可能的是,在局部破壞摻雜區(qū)域之外的隧道氧化物層的條件下對Sb進行激光轉印,從而使得無需單獨的激光燒蝕步驟,從而將以上指出的激光加工步驟組合成一個步驟。如圖5所示,激光燒蝕530的區(qū)域大于線540的寬度,從而使得單獨的激光燒蝕步驟對于提供線540與(多個)金屬氧化物520之間的分隔是不必要的。在此情況下,隧道氧化物層和Sb基極觸頭兩者均可以電鍍有導電材料(例如,Ni/Cu)以便增加觸頭的導電性。

      例如,隧道氧化物層首先由ALD沉積在后表面上。線形激光束對線區(qū)域進行燒蝕,并且然后在中心區(qū)域中對Sb的線進行激光轉印和摻雜。另一種可能性是在局部破壞隧道氧化物層的條件下對Sb進行激光轉印。對所述結構進行退火&將Ni/Cu電鍍到Sb和隧道氧化物層。

      在示出的示例中,隧道氧化物發(fā)射極被示出為薄(1.4nm)的涂覆有高工作函數MoOx層(10nm厚)且頂部具有導電ZnO層(約90nm厚)的SiO2層以便增強來自后續(xù)電鍍的后金屬觸頭的反射。將使用p型a-Si:H或另一高工作函數材料來代替MoOx層。針對p型晶片,將使用低工作函數層。隧道氧化物發(fā)射極將覆蓋后表面的大部分(例如,95%),其中,n+基線觸頭覆蓋約5%(包括任何被破壞或燒蝕的區(qū)域)。因此,n+線可以相對細(例如,8微米寬)以便最小化激光損害,并且間隔約200微米(被破壞的鈍化區(qū)域可能使有效線寬增加至約10微米)。激光轉印線觸頭IBC太陽能電池的前表面可以用高質量的Al2O3鈍化層進行鈍化以便誘發(fā)累積層(針對p型晶片)或反轉層(針對n型晶片)。由于激光轉印線觸頭IBC電池中的叉指的間隔相對較小(例如,100微米至300微米),因此設備中的橫向電阻(電陰影)較小。

      圖6是激光轉印系統的示意圖的說明性實施例,所述激光轉印系統使用提供線形光束610的掃描激光器600。在又另一實施例中,提供了一種激光轉印系統,其利用窄線形激光束或小高斯激光束(例如,<20μm或<10μm)的陣列,其中的任何一種可以被時間和/或空間整形以便對摻雜劑、材料或其他材料進行燒蝕、轉印;或者對局部的p+或n+觸頭620進行激光摻雜或激光發(fā)射。這種系統使用經空間/時間整形的激光束610以便通過太陽能襯底640上的高質量電介質鈍化層來轉印和激光發(fā)射(或激光摻雜)待轉印630的材料(例如,p+和n+摻雜劑兩者),從而在低溫下形成低成本、高性能、叉指型背觸式太陽能電池,而無需任何真空加工設備。激光轉印系統可以包括具有時間可調脈沖的激光束610,所述時間可調脈沖被優(yōu)化以便生產高質量的局部發(fā)射極和基極觸頭620。例如,當系統掃描襯底640時,可當激光器在待圖案化的面積之上時以期望次數激發(fā)激光器以便對材料進行燒蝕、激光轉印、或者對感興趣的區(qū)域中的襯底進行激光摻雜。透明轉印襯底650(例如,薄玻璃板)被定位和/或固持在由間隔物660與Si晶片640(例如,5微米至50微米)間隔開的固定距離處。轉印襯底650可以提供沉積有一層或多層各種材料630(例如,金屬(例如,Sb、Al)、摻雜劑材料(例如,包含墨的旋涂磷或硼)、輔助燒蝕的材料等)的區(qū)域,從而使得激光可將這些材料轉印至晶片640或者燒蝕Si晶片640上的電介質表面。在一些實施例中,轉印襯底650可以不涂覆有任何材料或者其可以被移除,因此其對于涉及燒蝕的工藝可能不是必要的。通過設計具有可互換的光學器件的系統,可激光轉印和摻雜p+和n+點觸頭620并且然后切換至低功率激光轉印將位于介電鈍化的頂部的叉指型圖案??梢钥缤该鬓D印襯底650和硅晶片640來掃描激光束610以便在晶片的表面上形成所期望的觸頭圖案。

      除經時間整形的脈沖之外,激光轉印系統還可利用多種脈沖。例如,第一脈沖可包括在10ns內的相對高的能量密度(例如,約1j/cm2)的第一分段、以及然后在500ns內的緩慢下降的分段(在所述分段中,能量密度從0.7J/cm2降至0.1J/cm2)。然后則可以在10μs之后施加到相同位置的第二脈沖(100kHz的重復速率),其中,能量密度在10μs內斜升到約0.3J/cm2,并且然后在500ns內緩慢降至0.05J/cm2以便進一步對處理區(qū)域進行退火。針對大多數應用,激光束的波長可以在IR(例如,1064nm)中,但是在綠色(532nm)中操作的激光束也可被使用并且將更有效地僅加熱曝光的Si表面的前幾μm。IR光束將初始地加熱Si晶片至幾百μm的深度,但是隨著激光快速地對Si進行局部加熱,IR中的吸收系數快速地增加并且加熱在靠近表面區(qū)域處變得局部化。

      在一些實施例中,激光轉印系統的轉印襯底650可取決于應用而涂覆有多個層。例如,激光轉印襯底650可以首先涂覆有薄的易于蒸發(fā)的材料630(例如,a-Si:H)以便充當沉積在a-Si:H上的耐火材料(例如,Mo)或透明材料(例如,SiO2)的釋放層。另一非限制性示例涉及在一層Sb之后首先將一層Ni沉積在激光轉印襯底上,從而使得激光將轉印用于n+摻雜的Sb以及用于低電阻硅化鎳觸頭的Ni。

      例如,激光轉印系統可以使用窄線形激光束和/或小高斯激光束以便通過高質量電介質鈍化層來轉印和激光發(fā)射(或激光摻雜)p+和n+摻雜劑從而在低溫下形成低成本、高性能、叉指型背觸式太陽能電池,而無需任何真空加工設備。激光轉印系統包括具有時間可調脈沖的激光束。透明轉印襯底(例如,薄玻璃板)固持在與Si晶片的固定距離處(例如,5微米至50微米)并且可在包含材料(諸如Sb、Al)或無涂層的區(qū)域之間被移動,從而使得激光可轉印材料(例如,Sb或Al)或者燒蝕Si晶片上的電介質表面。通過設計具有可互換的光學器件的系統,可激光轉印和摻雜p+和n+點觸頭并且然后切換至低功率激光轉印將位于介電鈍化的頂部的叉指型圖案。可以跨透明轉印襯底和硅晶片來掃描激光束以便在晶片的表面上形成所期望的觸頭圖案??赏ㄟ^利用導電金屬(諸如Al、Ag或Cu)對晶種層進行電鍍來增加轉印的觸頭圖案的導電性。激光轉印襯底可以首先涂覆有薄的易于蒸發(fā)的材料(例如,a-Si:H)以便充當沉積在a-Si:H上的耐火材料(例如,Mo)或透明材料(例如,SiO2)的釋放層。

      對激光轉印加工具有若干種優(yōu)點。首先,窄線形或非常小的直徑的環(huán)形激光束產生比常規(guī)高斯激光束更少的激光誘發(fā)損害。進一步地,與以脈沖的或高斯激光束獲得的加工產出相比,利用線形激光束的加工產出可增加至大約100X。可通過使用與大功率激光相結合以便控制線形激光束或高斯激光束的形狀和/或創(chuàng)建多個并行的線形光束或多個小直徑高斯光束的衍射光學器件或分束光學器件,可進一步增加加工產出。激光轉印線觸頭可緊密地間隔開(例如,100微米至300微米)從而使得IBC太陽能電池中的橫向電阻最小化。由于激光加工系統具有更小的工廠排放并且使用比常規(guī)擴散爐少得多的能量,因此可降低加工成本。可消除危險化學品,諸如POCl3和BBr3。由于激光轉印工藝在最小晶片加工的室溫下發(fā)生,因此加工產量將增加。激光技術的不間斷發(fā)展應當繼續(xù)增加激光加工系統的功率并且降低成本。

      在此描述的實施例被包括以便展示本公開的具體方面。本領域技術人員應認識到,在此描述的實施例僅表示本公開的示例性實施例。根據本公開,本領域技術人員應認識到,在所描述的具體實施例中可作出許多變化,并且在不脫離本公開的精神和范圍的情況下仍然能得到一個相同或類似的效果。通過前文描述,本領域技術人員可容易地確定本公開的必要特征,并且在不脫離本公開的精神和范圍的情況下可做出各種變化和修改以使本公開適應各種用途和條件。以上所描述的實施例僅旨在是說明性的并且不應當被視為限制本公開的范圍。

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