用于制造太陽(yáng)能電池的方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及用于制造MWT-PERC太陽(yáng)能電池的方法，其中在太陽(yáng)能電池的襯底中的孔被貫通接觸，并在貫通接觸部之外完全去除在太陽(yáng)能電池的背側(cè)上所具有的發(fā)射極區(qū)域，并在背側(cè)上涂覆電介質(zhì)層，其中為了貫通接觸使用相對(duì)于該襯底不電氣接觸的膏體。
【專(zhuān)利說(shuō)明】用于制造太陽(yáng)能電池的方法
[0001]本發(fā)明涉及用于由第一導(dǎo)電類(lèi)型的、具有前側(cè)和背側(cè)的半導(dǎo)體襯底、尤其P型或n型硅基半導(dǎo)體襯底來(lái)制造太陽(yáng)能電池的方法，該方法至少具有以下的方法步驟，
A)構(gòu)造多個(gè)從前側(cè)延伸至背側(cè)的通孔，
B)沿著前側(cè)通過(guò)摻雜物源的摻雜物的擴(kuò)散生成導(dǎo)電類(lèi)型與第一導(dǎo)電類(lèi)型相反的層，
C)從前側(cè)穿過(guò)通孔直至在背側(cè)限制通孔的連接區(qū)域地制造導(dǎo)電連接。
[0002]本發(fā)明的主題是用于由第一導(dǎo)電類(lèi)型的半導(dǎo)體襯底、尤其p型或n型摻雜的單晶或多晶娃襯底來(lái)制造太陽(yáng)能電池的方法，該方法對(duì)于概念EWT (emitter wrap through,發(fā)射極穿孔卷繞)、MWT (metal wrap through,金屬穿孔卷繞)以及MWT與PERC (passivatedemitter and rear cell,鈍化發(fā)射極和背面電池)的組合實(shí)現(xiàn)了通孔中的良好絕緣。
[0003]太陽(yáng)能電池的效率尤其取決于不遮擋所出現(xiàn)的輻射的前表面。但是因?yàn)榍皞?cè)接觸部限制了有效面積，所以開(kāi)發(fā)了背側(cè)接觸電池，其作為金屬穿孔卷繞(MWT)和發(fā)射極穿孔卷繞(EWT)電池已知。在背側(cè)接觸電池中相反導(dǎo)電類(lèi)型的前側(cè)層、也即在具有p型摻雜襯底的太陽(yáng)能電池中n型摻雜的發(fā)射極(EWT)和/或連接到該發(fā)射級(jí)(MWT)的金屬連接端穿過(guò)從前側(cè)延伸至背側(cè)的通孔，以然后實(shí)現(xiàn)在背側(cè)上的接觸部。在此在MWT電池中附加地在前側(cè)上敷設(shè)了金屬化部，如此使得所需的通孔的數(shù)量明顯減少。然后在背側(cè)上發(fā)射極接觸部與至基極的接觸部電氣隔離，以避免短路。在沒(méi)有這種隔離的情況下，在標(biāo)準(zhǔn)MWT電池中可能由于背側(cè)發(fā)射極而產(chǎn)生短路，這種短路可以借助激光鐫刻或通過(guò)局部回蝕來(lái)消除。在理想情況下，發(fā)射極僅應(yīng)該位于前側(cè)上、孔內(nèi)以及在背側(cè)相應(yīng)貫通接觸孔的周?chē)?，以避免發(fā)射極接觸部(包括貫通接觸部)與基極之間的短路。在MWT-PERC電池中——所述電池在背側(cè)的發(fā)射極接觸部的區(qū)域中被絕緣層覆蓋，在貫通接觸孔周?chē)鷽](méi)有必要設(shè)置背側(cè)的發(fā)射極區(qū)域。在EWT電池中，原則上不需要在通孔中進(jìn)行金屬化。但是出于改善導(dǎo)電性的實(shí)際原因，通常對(duì)通孔進(jìn)行部分的或完全的金屬化。本發(fā)明同樣可應(yīng)用于EWT電池的這種實(shí)施方式，其中需要對(duì)發(fā)射極而不是對(duì)基極進(jìn)行選擇性的電氣接觸。
[0004]在MWT電池中尤其可能由于發(fā)射極接觸部與基極的直接接觸而產(chǎn)生短路，這種短路不僅在背側(cè)、而且在貫通接觸孔內(nèi)部都可能產(chǎn)生。在MWT-PERC電池中，可以通過(guò)在背側(cè)上以及在貫通接觸部的內(nèi)側(cè)上增加鈍化層作為在基極材料和發(fā)射極接觸部之間的絕緣來(lái)避免這種短路(W0-A-2009/071561)。
[0005]常用的MWT-PERC太陽(yáng)能電池的制造方法(例如Dross等人的“ MPACT OFREAR SURFACE PASSIVATION ON MWT-PERFORMANCES”，1291-1294 頁(yè)，2006 IEEE 4thWorld Conference on Photovoltaic Energy Conversion, Hilton Waikoloa Village,Waikoloa，Hawaii,2006 年 5 月 7-12 ；Romijn 等人的 “ASPIRE: A NEW INDUSTRIAL MWTCELLTECHN0L0GY ENABLING HIGH EFFICIENCIES ON THIN AND LARGE MC-SI WAFERS”，22ndEuropean Photovoltaic Solar Energy Conference，2007 年 9 月 3_7，Milan， Italy，1043至 1049 頁(yè)；Romi jn 等人的 An overview of MWT cells and evolution to the ASPIReconcept:A new integrated mc-si cell and module design for high—efficiencies，23rd European Photovoltaic Solar Energy Conference (s.2007)，2008 年 9 月 1-5，Valencia, Spain, 1000-1005頁(yè)；Van den Donker等人的“The Starfire project:Towardsin-line massproduction of thin high efficiency back-contacted multicrystallinesilicon solar cells，，，23rd European Photovoltaic Solar Energy Conference,2008年 9 月 1-5, Valencia, Spain, 1048-1050 頁(yè)；Clement 等人的 “Pilotline processingof highly-efficient MWT silicon solar cells，， ,25th European Photovoltaic SolarEnergy Conference, 2010 年 9 月 6-10, Valencia, Spain, 1097-1101 頁(yè))包括以下的方法步驟，而步驟順序不必強(qiáng)制對(duì)應(yīng)于以下所示的順序:
a)在第一導(dǎo)電類(lèi)型的半導(dǎo)體襯底(晶片)中構(gòu)造多個(gè)、例如16個(gè)從前側(cè)延伸至背側(cè)的通孔(Durchgangs5ffnung,也稱(chēng)為Via5ffnung,或簡(jiǎn)稱(chēng)為Vias),或稱(chēng)為鉆孔或孔。
[0006]b)使該晶片紋理化，必要時(shí)去除通過(guò)切割晶片和/或通過(guò)制造通孔造成的損壞。
[0007]c)通過(guò)利用內(nèi)聯(lián)擴(kuò)散的例如POC13擴(kuò)散或H3PO4涂覆，通過(guò)沿著前側(cè)擴(kuò)散來(lái)自摻雜物源的摻雜物生成導(dǎo)電類(lèi)型與第一導(dǎo)電類(lèi)型相反的層。作為替換摻雜物源可以考慮用于太陽(yáng)能電池的每種解決方案。尤其還可以采用選擇性的發(fā)射極，也即在不同區(qū)域中具有不同摻雜特性的發(fā)射極(US-A-2010/243040 )。
[0008]d)去除由該擴(kuò)散產(chǎn)生的玻璃層。
[0009]e)在應(yīng)當(dāng)用作基極的背側(cè)區(qū)域中，必要時(shí)在整個(gè)背側(cè)上，去除還由摻雜物源的摻雜物在背側(cè)上構(gòu)造的背側(cè)發(fā)射極。在此可以采用掩模化，以保護(hù)正面發(fā)射極和/或用于保護(hù)在通孔中以及在背側(cè)上的發(fā)射極接觸部區(qū)域中的發(fā)射極層(W0-A-2010/081505)。替換地可以在擴(kuò)散(步驟c))之前就已經(jīng)通過(guò)掩模/擴(kuò)散屏障來(lái)保護(hù)背側(cè)，如此使得發(fā)射極僅在所定義區(qū)域中產(chǎn)生(例如參見(jiàn)EP-A-2 068 369、Thaidigsmann-EUPVSEC-2010)。可以同時(shí)或者在單獨(dú)的步驟中對(duì)背側(cè)進(jìn)行打磨(拋光)。
[0010]f)在背側(cè)的基極區(qū)域或整個(gè)背側(cè)上敷設(shè)鈍化層，也即單個(gè)層或多層系統(tǒng)，該鈍化層例如由具有大帶隙的電介質(zhì)或半導(dǎo)體組成。接著在稍后用于接觸基極的子區(qū)域中打開(kāi)該鈍化層。所述接觸例如可以在激光處理中或借助腐蝕膏體來(lái)進(jìn)行。也可以根據(jù)其他的工藝而不進(jìn)行鈍化層的打開(kāi)，尤其在燒透招膏體和LFC(laser-fired contacts,激光燒制接觸)中。
[0011]g)在正面上敷設(shè)防反射層。
[0012]h)制造金屬連接，并且所述金屬連接被連接到相應(yīng)的半導(dǎo)體區(qū)域。該金屬通常以絲網(wǎng)印刷膏體的形式來(lái)敷設(shè)，其通過(guò)隨后的燒結(jié)(高溫步驟)來(lái)構(gòu)造其最終的導(dǎo)電性以及與半導(dǎo)體材料的連接。替換地也可以考慮另外的、例如熱/物理或化學(xué)方法來(lái)進(jìn)行金屬化。劃分為以下三種金屬化區(qū)域:
hi)穿過(guò)通孔(Via)直至在背側(cè)限制通孔的接觸區(qū)域來(lái)制造導(dǎo)電連接(通孔金屬化部)。至發(fā)射極的接觸區(qū)域(發(fā)射極接觸墊片)以及至背側(cè)、也即基極側(cè)的接觸區(qū)域的制造可以在一個(gè)步驟中以及同時(shí)隨著通孔金屬化部的制造進(jìn)行，或者也可以分開(kāi)地在多個(gè)步驟中、例如通過(guò)絲網(wǎng)印刷來(lái)進(jìn)行。通常這些通孔從背側(cè)被填充，其中同時(shí)可以敷設(shè)金屬區(qū)域作為發(fā)射極接觸墊片和基極接觸墊片。
[0013]h2)制造沿前側(cè)延伸的前側(cè)接觸部，并將該前側(cè)接觸部與該通孔金屬化部連接。
[0014]h3)制造沿背側(cè)延伸的導(dǎo)電層。該層至基極的接觸通常局部地在其中鈍化層具有至基極的開(kāi)口的區(qū)域中進(jìn)行。這可以通過(guò)在部分背側(cè)上或整個(gè)背側(cè)上敷設(shè)非燒透膏體來(lái)進(jìn)行，該非燒透膏體然后在該鈍化層的之前開(kāi)口的區(qū)域中生成接觸部(Dross 2006)。替換地可以在其上應(yīng)該產(chǎn)生接觸部的區(qū)域上敷設(shè)燒透膏體(Romijn 2007)?；蛘咴谡麄€(gè)背側(cè)或部分背側(cè)上敷設(shè)該材料，并借助LFC (激光燒制接觸)來(lái)生成局部接觸部(Clement 2010)。
[0015]i)在一個(gè)或多個(gè)步驟中，必要時(shí)在不同的溫度下來(lái)燒結(jié)金屬接觸部。由此尤其在背側(cè)上在該鈍化層的開(kāi)口區(qū)域中產(chǎn)生局部背側(cè)場(chǎng)，即所謂的局部BSF (back surfacefield，背面場(chǎng))。
[0016]對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)MWT電池(無(wú)PERC)省略了步驟e)和f)。在步驟h3)中至基極的接觸部整面地通過(guò)發(fā)射極接觸墊片的限制以及必要時(shí)還通過(guò)基極接觸墊片的限制來(lái)構(gòu)造。在燒結(jié)時(shí)，相應(yīng)地背面場(chǎng)不僅局部地、而且在背側(cè)表面的絕大部分上構(gòu)造出。因?yàn)楸硞?cè)發(fā)射極在接觸墊片區(qū)域中沒(méi)有被去除，或者通過(guò)電介質(zhì)與基極相絕緣，所以附加地在接觸墊片周?chē)缃柚す膺M(jìn)行背側(cè)發(fā)射極區(qū)域的完全分離。在剩余的背側(cè)區(qū)域中，現(xiàn)有的發(fā)射極層由整面敷設(shè)的導(dǎo)電層、如鋁層來(lái)過(guò)補(bǔ)償。
[0017]用于制造MWT太陽(yáng)能電池的方法可以參見(jiàn)US-A-2010/70243040或W0-A-2010/081505。
[0018]在很多公開(kāi)文獻(xiàn)中都提及了例如通過(guò)選擇性產(chǎn)生或去除來(lái)對(duì)背側(cè)發(fā)射極結(jié)構(gòu)化的必要性。在此，為了能夠利用電介質(zhì)層的鈍化效果，需要事先去除必要時(shí)存在的相反導(dǎo)電類(lèi)型的背側(cè)層，也即在P型硅基晶片中去除n型摻雜的發(fā)射極層。然而在化學(xué)回蝕背側(cè)發(fā)射極時(shí)出現(xiàn)如下的問(wèn)題，即腐蝕劑進(jìn)入到孔中。從而不能避免發(fā)射極在孔中被局部地腐蝕，而導(dǎo)致對(duì)電池的效率造成負(fù)面影響。通過(guò)完全或部分地去除背側(cè)發(fā)射極和/或孔發(fā)射極產(chǎn)生了短路的危險(xiǎn)，因?yàn)橥捉饘倩靠赡艽┻^(guò)殘缺的發(fā)射極而與基極相接觸。
[0019]在用于MWT電池的通孔的情況下，建議在腐蝕步驟之前使用耐腐蝕的填充物。從而保護(hù)在晶片上側(cè)上、在通孔側(cè)壁-也稱(chēng)為鉆孔壁-上以及在下側(cè)上的鉆孔(通孔)周?chē)男A圈(n型接觸面)中的發(fā)射極免遭腐蝕。
[0020]填充物的敷設(shè)以及其在腐蝕之后的去除意味著在制造序列中的附加耗費(fèi)。對(duì)于這種電池結(jié)構(gòu)，精密定義的發(fā)射極區(qū)域是有必要的，即使在背側(cè)上。
[0021]為了不必去除背側(cè)發(fā)射極，可以避免在局部或在整個(gè)背側(cè)上產(chǎn)生背側(cè)發(fā)射極。這例如可以借助擴(kuò)散屏障來(lái)進(jìn)行。
[0022]用于制造所定義的發(fā)射極區(qū)域的另一方法是在擴(kuò)散之前就已經(jīng)敷設(shè)屏障層(EP-A-2 068 369)。
[0023]倘若應(yīng)該借助電介質(zhì)使用通孔絕緣來(lái)避免短路，那么就帶來(lái)了如下的缺點(diǎn)。該電介質(zhì)必須在孔的整個(gè)內(nèi)側(cè)上以足夠的厚度來(lái)敷設(shè)。在氣相沉積時(shí)典型地對(duì)入口側(cè)涂覆得更厚，并在進(jìn)入通孔中該厚度一直下降直至另一側(cè)。由此為了在最薄位置上也達(dá)到必要的絕緣厚度而造成了大的材料消耗。附加地該過(guò)程可能難以控制。
[0024]根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的MWT電池的片段可參見(jiàn)圖1a至ld，其中在圖1c和Id的實(shí)施例中應(yīng)用了 PERC技術(shù)。
[0025]以片段所示的MWT電池在該實(shí)施例中具有P型硅基晶片，該晶片構(gòu)成基極12。在構(gòu)造出通孔16之后以及在對(duì)晶片背側(cè)進(jìn)行紋理化以及可選的拋光腐蝕之后，典型地借助磷摻雜物源在前側(cè)構(gòu)造發(fā)射極層14，該發(fā)射極層同樣也被構(gòu)造在事先所構(gòu)造的通孔16中以及背側(cè)上。通孔16中的該區(qū)域用14A來(lái)表示。在圍繞通孔16的區(qū)域中位于晶片背側(cè)上的發(fā)射極區(qū)域14B被用于防止至基極12的短路。在PERC電池(圖lc、ld)中沿著晶片背側(cè)延伸的發(fā)射極被去除。在發(fā)射極制造中所產(chǎn)生的磷硅酸鹽玻璃(PSG)同樣被去除。然后在MWT-PERC電池中在晶片的背側(cè)上敷設(shè)電介質(zhì)24，該電介質(zhì)也可以部分寄生地延伸到通孔16中。在背側(cè)上敷設(shè)該電介質(zhì)之前或之后，在晶片的正面上沉積防反射層，如氮化硅層22。附加地可以進(jìn)行清潔步驟。然后可以在通孔16中直至襯底背側(cè)引入導(dǎo)電材料，其中同時(shí)在背側(cè)上敷設(shè)焊接墊片。然后在MWT電池中，貫穿該通孔16的、可以以膏體的形式來(lái)引入的金屬化部在前側(cè)連接到前側(cè)或正面金屬化部17，該前側(cè)或正面金屬化部自身與發(fā)射極14在前側(cè)接觸。在EWT電池中該通孔金屬化部、也即在通孔中存在的金屬化部直接與發(fā)射極14接觸，而不存在前側(cè)金屬化部。然后在背側(cè)上，但與貫穿通孔16的導(dǎo)電貫通接觸部電氣絕緣地，該背側(cè)設(shè)置有諸如鋁背側(cè)層的導(dǎo)電層，其中在PERC電池中通過(guò)之后的燒結(jié)過(guò)程在事先打開(kāi)的電介質(zhì)區(qū)域中構(gòu)造背面場(chǎng)(區(qū)域20B)。在無(wú)PERC技術(shù)的MWT電池(圖la、Ib)中，該背面場(chǎng)在所敷設(shè)的背側(cè)金屬化部20的整個(gè)面上延伸。相應(yīng)的背面場(chǎng)用20A來(lái)表示。把鋁引入到該襯底中對(duì)背側(cè)發(fā)射極進(jìn)行過(guò)補(bǔ)償。背側(cè)金屬化部20在用于通孔金屬化部的連接端接觸部區(qū)域中例如通過(guò)掩模技術(shù)或絲網(wǎng)印刷而被留出空隙。為了避免在背側(cè)延伸的發(fā)射極區(qū)域14B與背側(cè)金屬化部20之間的短路，例如通過(guò)激光或濕化學(xué)地進(jìn)行絕緣(區(qū)域23)。
[0026]在EWT電池中在前側(cè)不存在單獨(dú)的金屬化部。而是在貫穿通孔16的貫通接觸部與前側(cè)延伸的發(fā)射極區(qū)域之間進(jìn)行直接的接觸。
[0027]前述的方法步驟在制造背側(cè)接觸太陽(yáng)能電池時(shí)是常見(jiàn)的，其中各個(gè)方法步驟在其順序上可以互換。一種典型的方法流程可參見(jiàn)圖4a。
[0028]因?yàn)樵谪炌ń佑|孔中的發(fā)射極避免了在通孔金屬化部與基極12之間的接觸，所以原則上不需要去除在通孔16中所構(gòu)造的發(fā)射極層。但是在對(duì)該發(fā)射極層的背側(cè)化學(xué)腐蝕時(shí)產(chǎn)生了問(wèn)題，即腐蝕溶液進(jìn)入到通孔16中，如此使得發(fā)射極層14A在孔中被部分地腐蝕掉。
[0029]由未提前公開(kāi)的W0-A-2012/026812已知，用塞子填滿(mǎn)MWT電池的通孔，該塞子的電導(dǎo)率從通孔的中間區(qū)域到側(cè)壁而下降。
[0030]本發(fā)明所基于的任務(wù)是，提供用于制造背側(cè)接觸太陽(yáng)能電池的方法，其中利用制造技術(shù)簡(jiǎn)單而成本有利的措施保證在太陽(yáng)能電池的前側(cè)金屬化部與背側(cè)之間的貫通接觸部、也即至發(fā)射極的導(dǎo)電連接與基極不接觸。
[0031]尤其應(yīng)當(dāng)提供一種簡(jiǎn)單的MWT或MWT-PERC電池結(jié)構(gòu)以及一種相應(yīng)簡(jiǎn)單的制造該電池結(jié)構(gòu)的方法，其中對(duì)于所述電池結(jié)構(gòu)不需要在背側(cè)上以及在孔內(nèi)側(cè)上的精密定義的發(fā)射極區(qū)域。應(yīng)當(dāng)省略掩模和結(jié)構(gòu)化步驟。
[0032]為了解決這些方面之一，本發(fā)明主要規(guī)定，用于由第一導(dǎo)電類(lèi)型的、具有前側(cè)和背側(cè)的半導(dǎo)體襯底、尤其P型或n型硅基半導(dǎo)體襯底制造太陽(yáng)能電池的方法至少包含以下的方法步驟
A)構(gòu)造多個(gè)從前側(cè)延伸至背側(cè)的通孔，
B)至少沿著前側(cè)，例如通過(guò)摻雜物源的摻雜物的擴(kuò)散來(lái)生成導(dǎo)電類(lèi)型與第一導(dǎo)電類(lèi)型相反的層，
C)從前側(cè)穿過(guò)該通孔地直至背側(cè)地制造導(dǎo)電連接，其特征在于，
D)為了按照方法步驟C)制造該導(dǎo)電連接而使用構(gòu)造出在第一導(dǎo)電類(lèi)型的區(qū)域中相對(duì)于該半導(dǎo)體襯底(基極)絕緣的特性的材料。
[0033]本發(fā)明尤其涉及用于制造MWT-PERC太陽(yáng)能電池的方法，其中在太陽(yáng)能電池襯底中的孔被貫通接觸，并在貫通接觸部外部完全去除由于擴(kuò)散產(chǎn)生的、存在于太陽(yáng)能電池背側(cè)上的發(fā)射極區(qū)域，并在背側(cè)上涂覆電介質(zhì)層，并且其特征在于，為了進(jìn)行貫通接觸而使用相對(duì)于孔壁作用為不電氣接觸的膏體。
[0034]根據(jù)本發(fā)明，在通孔中生成了絕緣，該絕緣不是基于在該通孔內(nèi)以及在背側(cè)發(fā)射極接觸區(qū)域中的發(fā)射極構(gòu)造，而基于的是，在燒結(jié)期間在通孔內(nèi)的金屬化部形成了至襯底的導(dǎo)電差的或不導(dǎo)電的接觸，如此使得可以稱(chēng)為不接觸的膏體。該材料尤其是在至襯底的接觸區(qū)域中構(gòu)造出所需介電特性的膏體。從而在MWT-PERC電池中另外還省略了給通孔涂敷電介質(zhì)的任何必要。
[0035]本發(fā)明尤其特征在于，作為貫穿通孔的材料采用含有玻璃顆粒、銀顆粒和有機(jī)材料的膏體。
[0036]在此尤其規(guī)定，作為膏體采用如下一種，其中銀顆粒的80%至100%由薄片組成，這些薄片具有利用激光衍射所確定的在I U m至20 ii m范圍內(nèi)的D90尺寸分布，優(yōu)選在2 y m至1511111范圍內(nèi)，并尤其在511111和12 iim之間的范圍內(nèi)。
[0037]本發(fā)明優(yōu)選地建議，作為膏體采用如下一種，其中玻璃顆粒具有利用激光衍射所確定的在0.5iim至20iim范圍內(nèi)的D90尺寸分布，優(yōu)選在Iiim和10 y m之間的范圍內(nèi)，尤其在3 um和8 um之間的范圍內(nèi)。
[0038]在改進(jìn)方案中建議，對(duì)于玻璃顆粒采用如下一種玻璃，其是無(wú)鉛的并具有在350°C和550 °C之間范圍內(nèi)的玻璃軟化溫度，尤其在400 0C和500 °C之間范圍內(nèi)。
[0039]另外本發(fā)明還規(guī)定，采用如下一種膏體,其固體份額在80%重量比和95%重量比之間的范圍內(nèi)，優(yōu)選在84%重量比和90%重量比之間的范圍內(nèi)。
[0040]還應(yīng)強(qiáng)調(diào)的是，采用如下一種膏體，其玻璃份額在1%重量比和15%重量比之間的范圍內(nèi)，優(yōu)選在4%重量比和12%重量比之間的范圍內(nèi)，尤其在8%重量比和10%重量比之間的范圍內(nèi)。對(duì)于具有薄片形式的銀顆粒應(yīng)注意的是，其被理解為鱗片狀或板狀幾何形狀。
[0041]在此該膏體可以從背側(cè)開(kāi)始被引入到通孔中。一旦相對(duì)于半導(dǎo)體襯底具有絕緣特性的該導(dǎo)電材料被引入并通過(guò)熱處理-如在典型的燒結(jié)過(guò)程中-被硬化，那么就以常見(jiàn)的方式構(gòu)造出前側(cè)金屬化部和背側(cè)鋁層，其中如前所述用于制造前側(cè)金屬化部和背側(cè)接觸部的方法步驟的順序不必通過(guò)前述順序來(lái)預(yù)先給定。在隨后的熱處理中-如在典型的燒結(jié)過(guò)程中，絕緣膏體也被硬化。
[0042]從而也存在不用掩模來(lái)去除背側(cè)發(fā)射極的可能性。通過(guò)該絕緣膏體避免了在去除背側(cè)發(fā)射極和孔中發(fā)射極時(shí)首先產(chǎn)生的至基極的短路危險(xiǎn)。
[0043]由此與利用電介質(zhì)進(jìn)行絕緣相反，沒(méi)有必要利用背側(cè)敷設(shè)的電介質(zhì)來(lái)完全涂敷整個(gè)孔內(nèi)側(cè)。這尤其在小的孔直徑或大的長(zhǎng)寬比(晶片厚度/孔直徑)情況下是有利的。
[0044]該膏體尤其在1秒與20秒之間的時(shí)間上在晶片溫度T為≥700 °，尤其750°C≤T ≤ 850°C情況下在氮?dú)鈿夥栈蛘哂傻獨(dú)夂椭敝?0%氧氣組成的氣氛中被硬化/燒結(jié)。[0045]不用進(jìn)一步的解釋?zhuān)景l(fā)明的教導(dǎo)顯然不僅適用于MWT或MWT-PERC電池，而且還適用于EWT電池。
[0046]本發(fā)明的其他細(xì)節(jié)、優(yōu)點(diǎn)和特征不僅從權(quán)利要求書(shū)、從權(quán)利要求書(shū)中所提取的單獨(dú)和/或組合的特征，而且還從以下對(duì)附圖中提取的實(shí)施例的說(shuō)明得出。
[0047]圖1a-1d示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的MWT太陽(yáng)能電池片段，
圖2a、2b示出了根據(jù)本發(fā)明的MWT太陽(yáng)能電池片段，
圖3a、3b示出了根據(jù)本發(fā)明的MWT-PERC電池片段，
圖4a、4b示出了用于制造MWT或MWT-PERC太陽(yáng)能電池的流程圖，
圖5示出了具有通孔金屬化部的MWT-PERC電池的原理圖，其中該通孔金屬化部與基極絕緣，
圖6示出MWT太陽(yáng)能電池的原理圖，其為了去除發(fā)射極而經(jīng)受背側(cè)上的腐蝕過(guò)程，以及 圖7示出了具有本發(fā)明犧牲層的MWT電池的原理圖。
[0048]在圖2a、2b、3a、3b中示出了根據(jù)本發(fā)明所制造的MWT或MWT-PERC太陽(yáng)能電池的片段，其中原則上對(duì)于相同的元件采用相同的附圖標(biāo)記。另外出于簡(jiǎn)化的原因而把P型硅基半導(dǎo)體材料假定為襯底或晶片，并且具有n型摻雜的層被稱(chēng)作發(fā)射極。在意義上，下文的措施也適用于另外的半導(dǎo)體材料和導(dǎo)電性，而不需進(jìn)一步的解釋。
[0049]在圖2a、2b中示出了 MWT電池片段，該MWT電池可以被稱(chēng)作標(biāo)準(zhǔn)MWT電池，在背側(cè)沒(méi)有延伸電介質(zhì)層，如同在PERC電池中的情況。
[0050]如結(jié)合圖la、lb所述，按照?qǐng)D2a、2b在構(gòu)成基極112 (p型導(dǎo)電)的襯底中首先借助例如激光處理來(lái)構(gòu)造通孔116。然后進(jìn)行紋理化。接著借助磷摻雜物源、如氣態(tài)POCl3或液態(tài)H3PO4溶液在前側(cè)構(gòu)造發(fā)射極層114，該發(fā)射極層受制于制造也在基極112的背側(cè)上以及在通孔116中產(chǎn)生，必要時(shí)具有不同的厚度。
[0051]與在襯底前側(cè)上是否敷設(shè)犧牲層無(wú)關(guān)，在擴(kuò)散過(guò)程期間產(chǎn)生的PSG (磷硅酸鹽玻璃)層在含HF的溶液中被去除。然后可以在前側(cè)敷設(shè)防反射層122。最后在通孔116中引入膏體，該膏體封閉了通孔116并從襯底的前側(cè)延伸至背側(cè)并沿背側(cè)延伸，如原理圖所示。在此該膏體具有如下的特征，使得該膏體在硬化或燒結(jié)之后相對(duì)于P型導(dǎo)電襯底112、也即基極作用為絕緣的，此外還如在MWT電池中所需的那樣形成所需的通孔金屬化部，以制造從前側(cè)發(fā)射極到背側(cè)的導(dǎo)電連接。然后以常見(jiàn)的方式敷設(shè)前側(cè)金屬化部117，該前側(cè)金屬化部與通孔膏體相接觸，并在背側(cè)上在與通孔金屬化部的接觸部之外整面地敷設(shè)諸如鋁層的導(dǎo)電層120，如此使得能夠構(gòu)造出背面場(chǎng)(BSF層)120a。
[0052]倘使對(duì)應(yīng)于圖la、lb的實(shí)施例該發(fā)射極穿過(guò)通孔116并沿著背側(cè)延伸，那么就通過(guò)激光來(lái)進(jìn)行鋁層120與背側(cè)延伸的發(fā)射極層的電氣絕緣，如已借助圖la、lb所闡述的。
[0053]按照?qǐng)D2a的實(shí)施例，可看到發(fā)射極114僅僅沿著太陽(yáng)能電池的前側(cè)延伸。在背側(cè)上以及在通孔116中不具有發(fā)射極層。盡管如此，但在貫通接觸部與基極、也即p型導(dǎo)電襯底112之間不可能出現(xiàn)短路，因?yàn)樵谕?16中所引入的膏體在硬化或燒結(jié)之后相對(duì)于襯底而作用為電氣絕緣。
[0054]在圖2b的實(shí)施例中，該發(fā)射極局部地在該通孔116中延伸。
[0055]示出了 PERC電池片段的圖3a、3b的實(shí)施例與圖2a、2b的實(shí)施例的不同之處在于，電介質(zhì)層224至少沿著襯底212的背側(cè)延伸。該電介質(zhì)層224可以是氧化物，如從EP-A-2068 369得到的，具體參見(jiàn)其公開(kāi)。該電介質(zhì)層224尤其由具有氮化硅覆蓋層的氧化硅或氧化鋁組成，其中該電介質(zhì)層也可以是層系統(tǒng)。
[0056]從圖4b得出與圖3a、3b相對(duì)應(yīng)的用于制造MWT-PERC電池的方法流程。從而在敷設(shè)防反射層222之后，背側(cè)被鈍化，其中該層224被沉積。然后在通孔216中引入本發(fā)明的膏體215b，該膏體可以完全填滿(mǎn)該通孔216。但也存在該膏體被構(gòu)造為使得在中心區(qū)域中產(chǎn)生通孔，也即存在所謂的“Seele (靈魂)”的可能性，該通孔也可以從圖1b得到。接著以常見(jiàn)的方式來(lái)敷設(shè)前側(cè)金屬化部217以及背側(cè)金屬化部(金屬層220)，其中在電介質(zhì)層224中的開(kāi)口致使形成局部背面場(chǎng)區(qū)域220B。此外以常見(jiàn)的方式來(lái)進(jìn)行熱處理，以實(shí)現(xiàn)燒結(jié)。
[0057]借助圖5至7應(yīng)該再次解釋本發(fā)明的重要方面。
[0058]MWT (metal wrap through,金屬穿孔卷繞)太陽(yáng)能電池是其中從背側(cè)來(lái)對(duì)正面金屬化部進(jìn)行接觸的電池，即所謂的背側(cè)接觸電池。在MWT電池中為此把金屬連接從正面開(kāi)始穿過(guò)電池中的孔而引至背側(cè)上，如圖5所示。
[0059]PERC (passivated emitter and rear cell,純化發(fā)射極和背面電池)的特征尤其在于通過(guò)電介質(zhì)層對(duì)背側(cè)的鈍化。為了能夠有意義地敷設(shè)該層，必須事先完全地或至少在其中有意進(jìn)行鈍化的區(qū)域中去除必要時(shí)存在的背側(cè)發(fā)射極。
[0060]本發(fā)明尤其還涉及PERC概念對(duì)MWT電池的應(yīng)用。
[0061]目前未解決的一個(gè)問(wèn)題是因?yàn)?，在化學(xué)回蝕該背側(cè)發(fā)射極時(shí)正面通過(guò)孔與背側(cè)相連。典型地從背側(cè)施加的腐蝕劑也會(huì)穿過(guò)孔到達(dá)正面。由此尤其在孔區(qū)域中不能避免腐蝕劑與正面的接觸，如此使得在那里同樣發(fā)生對(duì)電池性能有負(fù)面影響的發(fā)射極回蝕，如圖6所示。
[0062]MWT技術(shù)和PERC技術(shù)是已有的。在孔中引入防止至基極的接觸的絕緣層是已知的。在現(xiàn)有技術(shù)中未解決在背側(cè)上發(fā)射極回蝕的問(wèn)題。
[0063]在MWT太陽(yáng)能電池中，金屬接觸部必須從背側(cè)穿過(guò)襯底中的孔貫通接觸到正面。在此該金屬不允許與半導(dǎo)體的基極導(dǎo)電接觸。在標(biāo)準(zhǔn)MWT電池中基極通過(guò)發(fā)射極與金屬接觸部屏蔽開(kāi)，如圖5中所示。
[0064]但是，對(duì)于背側(cè)鈍化(PERC)太陽(yáng)能電池，必須完全去除在背側(cè)上貫通接觸部之外可能存在的發(fā)射極擴(kuò)散，通常通過(guò)面腐蝕。
[0065]根據(jù)本發(fā)明的第一解決方案，在孔中生成絕緣，這種絕緣不是基于孔中的涂層，而是例如基于膏體的電氣絕緣特性。從而在基極部分或完全暴露的情況下，尤其即使在孔區(qū)域中沒(méi)有涂層或者在涂層不均勻、沒(méi)有完全覆蓋發(fā)射極接觸部的所有區(qū)域時(shí)該膏體也能發(fā)揮作用。從而根據(jù)本發(fā)明，通過(guò)不電氣接觸的膏體來(lái)實(shí)現(xiàn)這種絕緣。在這種情況下，可以明顯降低對(duì)孔中絕緣的要求。
[0066]通過(guò)一種合適的保護(hù)方法來(lái)避免在去除背側(cè)發(fā)射極時(shí)對(duì)正面的腐蝕，其中該保護(hù)方法防止或減少了對(duì)發(fā)射極的腐蝕。
[0067]另一獨(dú)創(chuàng)性的解決方案的特征在于，在正面上和/或在孔中的發(fā)射極在回蝕時(shí)通過(guò)優(yōu)選合適厚度的PSG (磷硅酸鹽玻璃)層而被保護(hù)。該P(yáng)SG層例如可以在長(zhǎng)的(也即例如長(zhǎng)于25分鐘)(內(nèi)聯(lián))擴(kuò)散過(guò)程中或在氧化步驟中被生成。于是該P(yáng)SG犧牲層首先將影響對(duì)正面和/或孔的可能腐蝕，如此使得發(fā)射極被保護(hù)足夠長(zhǎng)的時(shí)間，如在圖7中所示。
[0068]又一獨(dú)創(chuàng)性的解決方案的特征在于，在正面上和/或在孔中的發(fā)射極在回蝕時(shí)通過(guò)另外的技術(shù)變化方案而被保護(hù)，使得穿過(guò)孔在正面處出現(xiàn)的少量腐蝕溶液不或者僅稍微導(dǎo)致對(duì)正面上和/或孔中的發(fā)射極的腐蝕。這例如可以借助敷設(shè)在正面上的合適溶液對(duì)所述腐蝕溶液的稀釋或中和來(lái)進(jìn)行。
[0069]所述三種變化方案或解決方案，也即相對(duì)于襯底不電氣接觸、也即絕緣的膏體，但該膏體保證了將前側(cè)延伸的發(fā)射極導(dǎo)電連接至背側(cè)所需的電導(dǎo)率，在腐蝕背側(cè)延伸的發(fā)射極區(qū)域時(shí)被腐蝕掉的前側(cè)敷設(shè)的犧牲層，以及對(duì)穿過(guò)通孔出現(xiàn)的腐蝕溶液減弱其腐蝕作用的可能性，可以以任意組合地被組合，以及附加地還可以相互獨(dú)立地應(yīng)用。
【權(quán)利要求】
1. 用于由第一導(dǎo)電類(lèi)型的、具有前側(cè)和背側(cè)的半導(dǎo)體襯底、尤其n型或p型硅基半導(dǎo)體襯底來(lái)制造太陽(yáng)能電池的方法，至少包括以下的方法步驟 A)構(gòu)造多個(gè)從前側(cè)延伸到背側(cè)的通孔， B)至少沿前側(cè)通過(guò)摻雜源的摻雜物的擴(kuò)散來(lái)生成導(dǎo)電類(lèi)型與第一導(dǎo)電類(lèi)型相反的層， C)從前側(cè)穿過(guò)通孔直至在背側(cè)限制通孔的接觸區(qū)域地生成導(dǎo)電連接， 其特征在于， D)為了按照方法步驟C)來(lái)制造導(dǎo)電連接使用相對(duì)于半導(dǎo)體襯底構(gòu)造出絕緣特性的材料。
2.用于制造MWT-PERC太陽(yáng)能電池的方法，其中在該太陽(yáng)能電池的襯底中的孔被貫通接觸，并且在該太陽(yáng)能電池的背側(cè)上所具有的發(fā)射極區(qū)域在貫通接觸部之外被完全去除，并且在背側(cè)上涂覆電介質(zhì)層，其中為了貫通接觸采用相對(duì)于該襯底作用為不電氣接觸的膏體。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法， 其特征在于， 作為相對(duì)于該半導(dǎo)體襯底具有絕緣作用的材料或膏體采用如下膏體，該膏體為了同時(shí)在與襯底相接觸的區(qū)域中形成絕緣層的情況下構(gòu)造出導(dǎo)電連接而經(jīng)受高溫處理。
4.根據(jù)至少權(quán)利要求1或2所述的方法， 其特征在于， 與第一導(dǎo)電類(lèi)型相反的導(dǎo)電類(lèi)型的、在背側(cè)以及通孔上延伸的層通過(guò)晶片底側(cè)與腐蝕溶液相接觸而被濕化學(xué)腐蝕。
5.根據(jù)至少權(quán)利要求1或2所述的方法， 其特征在于， 作為具有相對(duì)于該半導(dǎo)體襯底絕緣的特性的材料采用通過(guò)熱處理被硬化的膏體，其中所述硬化優(yōu)選在I秒和20秒之間的持續(xù)時(shí)間上在襯底溫度至少為700°C，優(yōu)選7000C _900°C，尤其750°C至850°C的情況下，在氮?dú)饣虻?氧氣氛中來(lái)執(zhí)行。
6.根據(jù)至少權(quán)利要求1或2所述的方法， 其特征在于， 作為貫穿通孔的材料采用含有玻璃顆粒、銀顆粒和有機(jī)材料的膏體。
7.根據(jù)至少權(quán)利要求6所述的方法， 其特征在于， 作為膏體采用如下一種，其中銀顆粒的80%至100%由薄片組成，這些薄片具有利用激光衍射所確定的在I U m至20 ii m范圍內(nèi)的D90尺寸分布，優(yōu)選在2iim至15iim范圍內(nèi)，并尤其在5iim和12 iim之間的范圍內(nèi)。
8.根據(jù)至少權(quán)利要求6或7所述的方法， 其特征在于， 作為膏體采用了如下一種，其中玻璃顆粒具有利用激光衍射所確定的在0.5 至20 iim范圍內(nèi)的D90尺寸分布，優(yōu)選在Iiim和10 y m之間的范圍內(nèi)，尤其在3 y m和8 y m之間的范圍內(nèi)。
9.根據(jù)權(quán)利要求6至8至少之一所述的方法，其特征在于， 對(duì)于玻璃顆粒采用了如下玻璃，該玻璃是無(wú)鉛的并具有在350 0C和550 °C之間范圍內(nèi)的玻璃軟化溫度，尤其在400°C和500°C之間的范圍內(nèi)。
10.根據(jù)至少權(quán)利要求6所述的方法， 其特征在于， 采用如下膏體，該膏體的固體份額在80%重量比和95%重量比之間的范圍內(nèi)，優(yōu)選在84%重量比和90%重量比之間的范圍內(nèi)。
11.根據(jù)至少權(quán)利要求6所述的方法， 其特征在于， 采用如下膏體，該膏體的玻璃份額在1%重量比和15%重量比之間的范圍內(nèi)，優(yōu)選在4%重量比和12%重量比之間的范圍內(nèi)，尤其在8%重量比和10%重量比之間的范圍內(nèi)。
12.根據(jù)權(quán)利要求1至11至少之一所制造的太陽(yáng)能電池。
【文檔編號(hào)】H01L31/0224GK103620800SQ201280019065
【公開(kāi)日】2014年3月5日 申請(qǐng)日期:2012年4月19日 優(yōu)先權(quán)日:2011年4月19日
【發(fā)明者】C.邁爾, T.德羅斯特, Y.加森鮑爾, J.D.莫施納, P.羅特 申請(qǐng)人:弗勞恩霍弗實(shí)用研究促進(jìn)協(xié)會(huì)