用于金属化半导体元件背面的基于激光的方法和加工台技术

本发明专利技术涉及将半导体元件的背面金属化的方法，该半导体元件是光伏太阳能电池的一部分或在光伏太阳能电池制造工艺中的前体，包括以下方法步骤：A.将至少一个至少单层的金属箔膜施加到半导体元件背面；B.局部加热至少金属箔膜，从而在局部区域暂时实现金属箔膜熔化。重要的是，在金属箔膜和半导体元件背面之间至少在局部形成空隙，该空隙填充有填料，该填料具有小于1.4的光学折射率。本发明专利技术还涉及尤其采用这种方法而制造的太阳能电池以及用于执行这种方法的加工台。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于金属化半导体元件背面的基于激光的方法和加工台本专利技术涉及根据权利要求1的前序部分的将半导体元件的背面金属化的方法以及执行这种方法的加工台，该半导体元件是光电太阳能电池或在光伏太阳能电池制造过程中的前体。在光伏太阳能电池中，载流子一般经金属结构被送走。在此知道了这样的金属结构，其整面地导通半导体元件的一侧。在最简单形式中，半导体元件由带有p掺杂区和n掺杂区的半导体层构成。该半导体元件还可以包括绝缘层或其它层，尤其是半导体层。另外，除了电子特性如表面的复合特性和半导体层材料品量外，对太阳能电池效率重要的还有光效率。光效率表示因光入射至太阳能电池而产生的在电子空穴对中的所有电子与抵达正面的电磁辐射之比。为了提高光效率，延长太阳能电池中的光路尤其也是重要的：因为吸收性能低，长波光的一部分穿透太阳能电池并抵达太阳能电池背面。因此为了提高光效率而知道了，以镜面形式构成该背面，从而抵达背面的光线又被反射向正面。对此已知的是，利用整面的背面金属化结构作为背面反射器来涂覆半导体元件背面。此外也知道了在结构化的或粗糙的金属层中出现寄生吸收。因此缘故，光滑(例如蒸镀)的金属层具有比之较粗糙的层更高的反射(例如借助丝网印刷制造)。获得在太阳能电池内的内部光路延长的另一个可能性在DE102009042018A1中有描述。在此，在太阳能电池背面实现衍射表面结构。这造成在背面所反射的光子以离散的衍射角度被反射。通过这种方式，也可以通过内部光路延长来加强长波辐射吸收。本专利技术的任务在于提供一种将半导体元件的背面金属化的方法，其应用改善了太阳能电池背面的内反射性能并且同时允许获得尽量平的背面金属化结构以尽量减小寄生吸收。本专利技术的任务还在于提供一种太阳能电池，其中，背面金属化结构在反射性能和平面性方面得到改善。另外，本专利技术应该提供一种用于制造这种太阳能电池且执行这种方法的加工台。该任务将通过根据权利要求1的方法、根据权利要求12的光伏太阳能电池和根据权利要求13的用于执行这种方法的加工台来完成。在权利要求2-11中找到该方法的有利实施方式。在权利要求14和15中找到用于执行该方法的加工台的有利实施方式。兹通过明确援引将权利要求的语句纳入说明书。本专利技术的方法用于将半导体元件背面金属化。该半导体元件是光伏太阳能电池或者制造工艺中的光伏太阳能电池的前体并且包括至少一个半导体层。此时在本专利技术范围内的是，半导体层以半导体衬底且尤其是硅晶圆形式构成。该方法包括以下方法步骤：在方法步骤A中，至少一个至少单层的金属箔膜被施加到半导体元件的背面。在方法步骤B中，在方法步骤A中施加的金属箔膜被局部加热。由此一来，在局部区域中短暂地实现至少金属箔膜的熔化。重要的是，在金属箔膜和半导体元件背面之间至少在局部形成空隙，该空隙填充有填料，该填料具有小于1.4的光学折射率n。在这里以及下文，参数n描述折射率的实部。本专利技术基于申请人的以下认识，在金属箔膜和半导体元件的背面之间形成空隙导致了在大于1000nm的波长范围内的长波电磁辐射的反射增强。通过多次附加的光反射，在半导体元件内的光程增大，进而吸收概率和太阳能电池效率也提高。在物理上，这基于在半导体和金属层之间的更高的折射率对比。这按照菲涅尔公式导致了内反射增强和出现内全反射的临界角度的减小。后者尤其结合纹路结构化的正面是重要的，因为在此情况下光以倾斜角度入射太阳能电池背面。如果在背面的入射角度大于全反射角度，则已经在半导体和介电材料之间的过渡部或者半导体和外观较薄的填料之间几乎反射全部的辐射，甚至不必首先被金属反射面有损耗地反射。在粗糙的或纹路结构化的半导体背面中，通过常见的方法(如丝网印刷、溅射或蒸镀)直接施加金属层导致了也被结构化的金属背面。这一般没有通过具有小于100nm常见厚度的介电钝化层的施加来显著改变。如上所述，在结构化金属中出现了在此应用场合中被视为寄生的吸收，这是因为它是无法被用于太阳能电池的吸收。在本专利技术中描述了一种方法，它尽量减小了在纹路结构化的背面中的损耗，因为一方面该内反射因为有空隙而被加强，另一方面，存在该箔膜的妥善规定的平坦金属面，从而寄生金属吸收可被尽量减弱。本专利技术的另一个应用领域是与在太阳能电池背面上的衍射结构的使用相结合。为了形成这样的衍射结构，例如在钝化的半导体背面上实现光结构。在太阳能电池背面形成衍射结构本身是已知的并且例如在DE102009042018A1中有描述。类似于上述情况，在这里也通过在该结构和金属箔膜实现填充有例如空气的空隙来加强内反射。还有，设置在背侧的金属箔膜起到光学反射器作用并且能有利地进一步增强内反射。而当金属层或介电层被直接蒸镀到太阳能电池背面上的结构时，该金属层匹配于该结构。由此可能出现非常不利的、与该光结构相一致的金属表面调制。此时，除了所述的寄生吸收外，还因为格栅效应而出现射束入射至金属，这加强了所述不利作用。此问题可通过采用金属箔膜和形成空隙来金属化太阳能电池背面基本得以避免。进一步的正面作用是，在采用所述方法的情况下，在所实现的例如由非晶硅构成的格栅结构上可以实现与已知方法相比更高的格栅折射率对比(例如在光结构和金属反射面之间的由氧化物构成的介电缓冲层)。这首先导致更高的衍射效率，由此加强了内光路延长。而且，在采用光结构时出现的、在介电缓冲层中不能传播的瞬间即逝的波在空隙内被最佳衰减，由此又可以尽量减弱在金属中的寄生吸收。利用本专利技术的方法，可以如此将太阳能电池背面金属化，即在钝化层和金属箔膜之间留下足够大的空隙，该空隙造成对入射射束的反射增强。由此可以实现钝化层厚度显著减小。因为迄今在尝试通过相应厚地构成钝化层来实现增强的背面反射。但较厚的钝化层导致了更高的加工成本和较长的工艺时间。较薄的钝化层的另一个优点是，它体现为对导通加工过程的较微弱的阻碍：为了形成导通结构而必须穿透该钝化层导通，以建立与半导体材料的直接接触。这在钝化层厚度减小情况下更简单。因此，本专利技术的方法第一次提供了低成本的、在采用薄钝化层情况下将半导体元件背面金属化的可行方案，没有由此出现明显的效率损失。相比于已知的背面金属化方法，可以制造出其钝化层厚度可被缩减到大约5nm的太阳能电池。在本说明书的范围内，在半导体元件背面出现的空隙被填充填料。在一个优选实施方式中，作为填料，采用气体优选是空气和/或惰性气体，尤其优选是稀有气体。由此得到以下优点，该填充有填料的空隙以简单且低成本的方式具有小于1.4的折射率n。在另一个优选实施方式中，胶被用作填料。由此得到以下优点，空隙得到稳定并且金属箔膜被附加固定。此时可以采用折射率n小于1.4的商业上惯用的胶，例如来自供货商PolytecPT有限公司(Waldbronn)的MY系列的胶，例如MY-132或者MY-133。在本专利技术的范围内的是，在方法步骤A和/或B之前施加其它的中间层。优选在方法步骤A之前的一个附加方法步骤A-1中将至少一个中间层施加到半导体元件的一侧上。该中间层最好是介电层。由此得到以下优点，中间层可被构造用于提高太阳能电池效率，尤其通过以钝化层形式构成该中间层以减小在半导体层表面上的载流子复合和/或通过作为光学层构成该中间层以改善太阳能电池的反射性能和进而光吸收。因此尤其优选的是，以介电层、尤其最好以二氧化硅层、氮本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种将半导体元件(1)的背面(5)金属化的方法，该半导体元件(1)是光伏太阳能电池的一部分或者是在光伏太阳能电池的制造工艺中的前体，该方法包括以下方法步骤：A、将至少一个至少单层的金属箔膜(7)施加到该半导体元件(1)的背面(5)；B、按如下方式局部加热至少该金属箔膜(7)，即在局部区域短时间地实现该金属箔膜(7)的熔化，其特征是，在该金属箔膜(7)和该半导体元件(1)的背面(5)之间至少在局部形成空隙(8)，该空隙(8)填充有填料，该填料具有小于1.4的光学折射率n。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.08.10 DE 102012214253.31.一种将半导体元件(1)的背面(5)金属化的方法，该半导体元件(1)是光伏太阳能电池的一部分或者是在光伏太阳能电池的制造工艺中的前体，该方法包括以下方法步骤：A、将至少一个至少单层的金属箔膜(7)施加到该半导体元件(1)的背面(5)；B、按如下方式局部加热至少该金属箔膜(7)，即在局部区域短时间地实现该金属箔膜(7)的熔化，其特征是，在该金属箔膜(7)和该半导体元件(1)的背面(5)之间至少在局部形成空隙(8)，该空隙(8)填充有填料，该填料具有小于1.4的光学折射率n，采用气体或胶作为填料。2.根据权利要求1的方法，其特征是，采用空气或惰性气体作为填料。3.根据权利要求2所述的方法，其特征是，采用稀有气体作为填料。4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征是，在方法步骤B中，该空隙(8)由金属箔膜(7)、该半导体元件(1)的背面(5)和熔化的区域来界定。5.根据权利要求4所述的方法，其特征是，至少一个熔化的区域绕该空隙(8)环绕构成。6.根据权利要求5所述的方法，其特征是，该熔化的区域不间断地沿着该半导体元件(1)的一个外边缘延伸。7.根据权利要求5所述的方法，其特征是，该熔化的区域不间断地沿着该半导体元件(1)的所有外边缘延伸。8.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征是，在方法步骤B中采用激光用于熔化。9.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征是，在方法步骤B中，在熔化过程中，在该金属箔膜(7)中同时至少产生预定断裂点。10.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征是，在一个附加的方法步骤C中，在该金属箔膜(7)中至少产生预定断裂点。11.根据权利要求10所述的方法，其特征是，该金属箔膜(7)在方法步骤C的熔化区域处被分断。12.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征是，在方法步骤A-a中，该金属箔膜(7)通过局部加热以点的方式被固定在该半导体元件上，并且在方法步骤B之前的一个附加的方法步骤A-b中，主动将填料引入该半导体元件(1)和金属箔膜(7)之间。13.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：H·豪泽，J·内卡尔达，R·普罗伊，B·布拉西，
申请(专利权)人：弗劳恩霍弗实用研究促进协会，
类型：发明
国别省市：德国;DE