形成太阳能电池中的结构的方法技术

本发明专利技术涉及在太阳能电池的表面上形成导电接触图形，这是通过在所述太阳能电池的至少一个底层上形成导电薄层，并使用激光束烧蚀大部分的所述导电薄层，由此留下所述导电接触图形。所述激光具有高帽形轮廓，使得能够在扫描和烧蚀所述表面上的薄层时达到精确度。还类似地形成异质接触图形。

【技术实现步骤摘要】
【专利说明】 本申请为于2010年4月21日提交的申请号为201080022387. 0的名称为"形成太 阳能电池中的结构的方法"的申请的分案申请。 相关申请信息 本申请要求于2009年4月21日提交的并且指定的申请号为61/171，187的题 为"MethodforFormingStructuresinaSolarCell"的美国临时申请的权利；并且与 于2009年4月21日提交的并且指定的申请号为61/171，194的题为"High-Efficiency SolarCellStructuresandMethodsofManufacture"的美国临时申请相关；还与备案号 为 3304. 001AW0 并且指定的申请号为PCT/US2010/031869 的题为"High-EfficiencySolar CellStructuresandMethodsofManufacture"的共同提交的国际专利申请有关。这些 申请均全文在此援引加入。本专利技术的所有方面可与任何上述申请的公开组合使用。
本专利技术涉及太阳能电池。更具体地，本专利技术涉及改进的太阳能电池结构及它们的 制造方法。
技术介绍
在太阳能电池的正面（受照射面）上形成金属化结构，典型地为指形物（fingers) 和汇流条（bus-bars)，是许多电池设计中的必要步骤。通常期望这些结构尽可能地细（最 小宽度）以使遮蔽和接触复合损失最小。随后可被金属化的异质接触（Heterocontact)结 构也可用来降低接触复合损失。
技术实现思路
本专利技术通过提供形成正面/背面金属结构和选择性异质接触结构的方法来满足 这些要求。 -个方面，本专利技术包括在太阳能电池的表面上形成导电接触图形的方法，其包括 在所述太阳能电池的至少一层底层上形成导电薄层，并且用激光束烧蚀大部分的所述导电 薄层，由此留下所述导电接触图形。可在所述导电接触图形上进行自对准金属化。 所述底层可包括在所述导电薄层之下的钝化和/或抗反射层，其中所述导电接触 图形通过所述至少一层底层与太阳能电池的半导体层形成电接触。 在烧蚀后可采用蚀刻或清洗所述导电接触图形来除去残余物。 另一个方面，本专利技术包括在太阳能电池上形成异质接触图形的方法，其包括在太 阳能电池的至少一层底层上形成薄层；以及使用激光束烧蚀大部分的所述薄层，由此留下 所述异质接触图形。可在所述异质接触图形上进行金属化以促使通过所述异质接触图形与 所述至少一层底层的导电连接。 所述薄层可包含多层不同的层。 可在烧蚀后蚀刻太阳能电池的表面以形成表面纹理和/或除去任何激光烧蚀损 伤。所述异质接触图形可通过现场热处理进行修改。 全部或部分薄层可包含掺杂半导体材料或表面钝化层。 所述激光束可具有高帽形光束轮廓（tophatbeamprofile)，并且可通过掩模进 行投射。由所述掩模产生的激光束形状可以是规则的多边形，可被贯穿该多边形的细线阻 挡。可使用多个掩模或者动态变化的掩模。 所述激光可在一定的波长和脉冲宽度下进行操作，在所述波长和脉冲宽度下激光 能量在所述导电薄层中被强吸收，而在所述至少一层底层中被弱吸收。在一个实施方案中， 导电薄层大于80%的表面积被烧蚀，并且烧蚀后剩下的结构是接触指形物和/或汇流条的 图形。 此外，通过本专利技术的技术实现其它特征和优点。本专利技术的其它实施方案和方面在 本文中详述，并且视为要求保护的专利技术的一部分。【附图说明】 在本申请的权利要求书中特别指出并明确请求保护本专利技术的主题。结合附图由以 下详述显而易见本专利技术的上述及其它目的、特征和优点： 图1是根据本专利技术的一个方面所述的激光加工系统的主要部件的功能结构图； 图2a_d描绘了根据本专利技术的一个方面使用正方形/矩形高帽形光束轮廓的太阳 能电池构造； 图3a_d描绘了根据本专利技术的一个方面使用正方形-加-线（square-with-line) 的高帽形光束轮廓的太阳能电池构造； 图4a_e描绘了根据本专利技术的一个方面使用两种不同形状的掩模的组合的太阳能 电池构造；和 图5描绘了根据本专利技术的一个方面在太阳能电池的正面产生的完整的指形物/汇 流条结构； 图6a_b显示了根据本专利技术的Ti太阳能电池指形物的一个实例； 图7显示了根据本专利技术的Ni太阳能电池指形物的一个实例；和 图8a_b显示了图7的指形物的自对准金属化的实例。【具体实施方式】 在一个方面，本专利技术提供太阳能电池结构的制造方法，其是利用负性激光烧蚀 (negative laser ablation)在太阳能电池的正面（和/或背面）上形成线形结构，产生非 常细的特征，由此使入射光的干涉最小并提供其它优点。例如，通过例如使用掩模（或无掩模）投射的"高帽形"均匀光束轮廓进行激光直 接刻写进行电池构建，从而通过入射激光"刻写"或烧蚀所需线图的负图（negative)。均匀 高帽形轮廓能够控制薄膜烧蚀并且具有最低图形重叠和高分辨率。这种图形利用高斯型光 束轮廓系统是不可能得到的。 图1是显示用于利用掩模的投射的高帽形均匀光束轮廓进行激光烧蚀的系统的 主要部件的功能框图。该示例的系统10包括激光源12、均化器和光学元件14、掩模16、扫描 器18 (在一个实施方案中包括透镜），以及用于固定要烧蚀的太阳能电池22的移动台20。 高帽形激光轮廓（例如，已知为受控的平顶轮廓而不是Gaussian型）的形成可使 用极高功率的（>300W)激光与均化器、掩模、镜面、移动台和/或扫描器一起实现，以能够全 面曝光和直接刻写重复特征，其中通过掩模、移动台和/或扫描器确定加工的特征。使用的 激光源可以是高功率的多模激光源。选择激光源波长、脉冲宽度、重复频率和脉冲能量以最 佳地适应加工要求。此类激光源的实例包括二极管栗浦固态NchYAG和准分子激光。其它 实例包括脉冲（Q-开关）激光或连续波激光。可在一定波长和脉冲宽度下操作所述激光， 在所述波长和脉冲宽度下激光能量在薄膜层中被强吸收，而在半导体基底中被弱吸收，从 而实施上层的烧蚀。 刻写图形的投射光束的精确尺寸和形状取决于要与方法要求匹配的系统光学元 件和掩模。概括而非限制地说，由所述掩模产生的激光束形状可以是任何规则的多边形，可 被贯穿该多边形的细线阻隔。多个掩模或动态变化的掩模可用来加工一个太阳能电池。所 述激光可以是脉冲激光，具有高帽形光束轮廓，用单激光脉冲加工面积，其中扫描光束的重 叠低于该单脉冲加工面积的20 %。根据本专利技术，上层薄膜的大于80%的表面积随后可被烧 蚀，留下必需的精细图形。 根据本专利技术，在图2和3中显示了可用来从太阳能电池的大部分正面除去薄膜的 两种示例性形状和扫描图形。 作为一个实例，图2a_d显示了沿着转换图形130 (图2c)移动的简单正方形或矩 形曝光单元132 (图2d)。所得薄膜126中的精细结构通过在相对于彼此适当移动光束和/ 或太阳能电池时负激光烧蚀而形成。更具体地，基底122(示于图2a的侧视图中，并可包括 其它层）具有在其上形成的需要烧蚀的薄膜层124。在该膜上的平面转换图形130 (图2c) 中移动/步进/扫描激光曝光单元132,避免区域140,产生精细图形化的结构126 (图2b)。 作为另一个实例，图3a_d显示了在掩模中具有中央隔段本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种方法，所述方法包括在太阳能电池的表面上形成接触图形，所述太阳能电池包括纹理化半导体基底，所述形成包括：在所述太阳能电池的层上形成至少一层膜层，所述至少一层膜层包括具有烧蚀阈值的材料；用激光照射所述至少一层膜层的第一部分而不照射所述至少一层膜层的第二部分，所述激光具有至少部分均匀化的光束轮廓，所述照射烧蚀所述至少一层膜层的整个第一部分，留下至少一层膜层的第二部分作为所述接触图形，所述激光在等于或接近至少一层膜层的所述材料的烧蚀阈值的流量下操作，其中在所述照射期间，所述纹理化半导体基底进一步均匀化所述至少部分均匀化的光束轮廓以有助于在等于或接近至少一层膜层的所述材料的烧蚀阈值的流量下操作激光。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：A·B·特纳，
申请(专利权)人：泰特拉桑有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US