利用丝网印刷的局部背场形成高质量背接触制造技术

描述了一种薄硅太阳能电池，其包括背面介电钝化层和具有局部背场的背接触。特别地，该太阳能电池可由厚度为５０～５００微米的结晶硅制成。至少在硅晶片的背表面上涂覆阻挡层和介电层，以在形成背接触时防止硅晶片变形。对介电层形成至少一个开口。在开口中和介电层上形成提供背场的铝接触。可通过丝网印刷具有１～１２原子％硅的铝浆料并接着在７５０℃对其进行热处理来施加铝接触。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术一般性涉及硅太阳能电池。 限制特性的背接触或后接触的形成。更具体地，本专利技术涉及提供背表面钝化和光学
技术介绍
太阳能电池是将光能转化为电能的装置。这些装置也经常被称为光伏(PV)电池。 太阳能电池由多种半导体制造而成。 一种常用的半导体材料是结晶硅。 太阳能电池具有三个主要元件(l)半导体；(2)半导体结；和(3)导电接触。诸 如硅的半导体可以为n型掺杂或p型掺杂。如果n型硅和p型硅形成为相互接触，则它们 在太阳能电池中接触的区域就是半导体结。半导体吸收光。来自光的能量可传输至硅层中 原子的价电子，使得价电子得以从其束缚态逃逸，从而留下空穴。这些光生电子和空穴通过 与P_n结相关的电场而分离。导电接触使得电流得以从太阳能电池流向外部电路。 图1示出了现有技术的太阳能电池的基本元件。太阳能电池可以在硅晶片上制 造。太阳能电池5包括p型硅基区10、n型硅发射体20、底部导电接触40和顶部导电接触 50。 p型硅基区10和n型硅发射体20彼此接触形成结。n型硅20连接到顶部导电接触 50。 p型硅10连接到底部导电接触40。顶部导电接触50和底部导电接触40连接到负载 75以为其供电。 含有银的顶部导电接触50(前接触)使电流能够流入太阳能电池5。但是，因 为银不完全透光，所以顶部导电接触50没有覆盖电池5的整个表面。因此，顶部导电接触 50具有栅格图案以使光得以进入太阳能电池5。电子从顶部导电接触50流出并穿过负载 75，然后经由底部导电接触40与空穴结合。 底部导电接触40(后接触或背接触)通常包括铝-硅共晶体。该导电接触 40通常覆盖p型硅10的整个底部，以使传导最大化。铝和硅在约750°C的高温下形成合 金，此温度远高于铝_硅共晶温度577°C 。该合金反应在基区底部产生重掺杂p型区域，并 在该处产生强电场。该电场有助于防止光生电子与空穴在背接触处复合，以使它们可更有 效地聚集在p-n结处。 硅和导电接触之间的界面通常是具有高复合的区域。例如，在整个背表面上，铝背 场的背表面复合速率是500厘米/秒或更高。高的背表面复合速率使电池效率降低。
技术实现思路
已经使用的一种降低背接触处复合的方法是在硅晶片的背表面上形成二氧化硅4介电层。这种介电层改善钝化，但会引发其他问题，例如如何形成从介电层到硅的开口以及 优化各个窗口的尺寸和间距。此外，介电层无法在接触形成期间防止硅晶片的铝-硅合金 化。薄膜硅晶片特别容易变形。现有技术中用于减少背表面处复合的方案未充分解决其他 问题，例如防止薄膜硅的变形、确定介电开口的尺寸和间距、清洁介电开口以及在介电开口 处形成高质量的背场(back surfacefield)。 本文提出的方案包括一种太阳能电池结构，其具有介电钝化层以及具有局部铝背 场的背接触。本专利技术提供一种形成背接触的方法。在一个实施方案中，在具有n区和p区 的薄结晶晶片的背表面上形成介电层。通过丝网印刷蚀刻浆料并接着进行第一热处理，在 介电层中形成开口。可利用氢氟酸溶液移除由蚀刻浆料留下的任何残留物。通过在整个背 表面上丝网印刷接触浆料并接着进行第二热处理来形成背接触。接触浆料由铝和1 12 原子％的硅组成。接触浆料中硅的存在使得在第二热处理期间铝对硅的需要得到满足，并 在局部开口处提供高质量的背场接触。在铝中使用少量或不使用玻璃料有助于避免使装置 性能降低的显著的铝穿透(spiking)介电层。 以上内容为专利技术概要，因此根据需要包含简述、概括并省略了细节；因此，本领域 技术人员应理解上述
技术实现思路
仅仅是说明性的，并非意图以任何方式对本专利技术进行限制。 单独由权利要求限定的本专利技术的其他方面、专利技术特征和优点将通过下文的非限制性的详述 变得显而易见。附图说明 图1是现有技术的太阳能电池的截面图。 图2是用于形成具有局部背场的背接触的方法的一个实施方案的流程图。 图3A是用于线状背接触的DESSIS模拟区域。 图3B是用于点状背接触的DESSIS模拟区域。 图4A是DESSIS输出图，其示出宽度为75微米的接触的间距与效率的关系。 图4B是DESSIS输出图，其示出宽度为150微米的接触的间距与效率的关系。 图5A 5D是不同的铝接触浆料的局部背场在电子显微镜下的截面图。 图6A 6E是在背接触制造方法的各个阶段的硅晶片的一个实施方案的截面图。 图7A是具有点状图案的硅的窗口的一个实施方案的底视图。 图7B是具有线状图案的硅的窗口的一个实施方案的底视图。 图8是利用丝网印刷蚀刻浆料暴露出的介电层的开口在电子显微镜下的顶视图。 专利技术详述 在以下详述中，阐述了许多具体细节以提供对本专利技术的全面理解。但是，本领域技 术人员应理解，本专利技术可以在没有这些具体细节的情况下实施。在其他情况下，公知的方 法、程序、组件和电路并未详细说明，以免混淆本专利技术。 图2示出形成高质量背接触的流程图，该背接触保护硅晶片在合金化过程中免受 损伤并提供局部背场。需要局部背场(BSF)是因为其有助于减少在太阳能电池背表面处的 电子复合。如果太阳能电池具有高质量的局部BSF，则由此提高太阳能电池的效率。 在操作200中，在硅晶片上形成p型或n型层。该硅晶片可以是结晶的。该硅晶 片可具有200 250微米的厚度。对于另一个实施方案，硅晶片可具有50 500微米的厚度。在硅晶片整个背表面的铝-硅合金化会使薄硅晶片变形。因此，在操作210中，不是在 硅晶片上直接形成全部区域的接触，而是在硅晶片的前表面和背表面上生长阻挡层和介电 层。介电层可并行或同时生长。对于本专利技术的一个实施方案，介电层是二氧化硅。对于本 专利技术的另一实施方案，介电层可以是氧化铝。 可通过旋涂工艺形成二氧化硅以在各个面上达到1000 5000A的厚度。在旋涂过程中，将液体形式的电介质沉积在旋转的晶片上。旋涂前体可以是二氧化硅溶胶凝胶。二 氧化硅溶胶凝胶可从Filmtronicslnc.购买，商品名为20B。在旋涂过程之后，将晶片在 150 250。C的温度下干燥10 20分钟。二氧化硅可在常规管式炉中于875 925。C的温 度下在氧气氛中进行固化。旋涂工艺可形成更厚更均匀的二氧化硅层，这使得电介质成为 用于单侧扩散的扩散掩模。 作为替代方案，二氧化硅可通过化学气相沉积或等离子体增强化学气相沉积 (PECVD)方法形成。这些方法可利用硅烷和氧气作为前体，并在300 50(TC的温度下进行 10 20分钟。可使用反应室来控制用于该过程的反应物。 在操作215中，在晶片的前表面和背表面上形成阻挡层。该阻挡层可由厚度为 100 700A的氮化硅构成。氮化硅层可利用PECVD形成。硅烷和氨可分别为硅和氮化物 的PECVD前体。作为替代方案，可利用低压化学气相沉积方法在合适的反应室中形成氮化 硅层。前表面上的阻挡层提供抗反射涂层以有助于吸收光。阻挡层还保护介电层。如果背 表面上没有阻挡层，则背表面介电层可能受到铝穿透和经由空气引入的杂质的影响。而且， 在没有阻挡层的情况下，在丝网印刷接触的焙烧期间，介电层更容易被高温所损伤。 在操作220中，在硅晶片的背表面上的介电层和阻挡层中形成至少一个开口。如 果形成多个开口，则开口可在硅晶片的整个表面上均匀分布。对于本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种太阳能电池，包括：厚度小于２００微米的薄结晶硅晶片，其包含连接至ｎ－区的ｐ－区；连接至所述硅晶片的背表面的第一介电层；连接至所述第一介电层以保护所述介电层的第一阻挡层，其中所述第一阻挡层和所述第一介电层限定通向所述硅晶片的开口，和连接至所述硅晶片、所述第一介电层和所述第一阻挡层以传导电荷的背接触，其中所述背接触包含铝和硅的合金，其中所述合金在所述开口处形成厚度为６～１５微米的背场。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2007-5-7 60/916,327一种太阳能电池，包括厚度小于200微米的薄结晶硅晶片，其包含连接至n-区的p-区；连接至所述硅晶片的背表面的第一介电层；连接至所述第一介电层以保护所述介电层的第一阻挡层，其中所述第一阻挡层和所述第一介电层限定通向所述硅晶片的开口，和连接至所述硅晶片、所述第一介电层和所述第一阻挡层以传导电荷的背接触，其中所述背接触包含铝和硅的合金，其中所述合金在所述开口处形成厚度为6～15微米的背场。2. 根据权利要求1的太阳能电池，其中所述合金含有1 12原子％的硅。3. 根据权利要求1的太阳能电池，其中所述背接触具有至少85%的背表面反射率。4. 根据权利要求1的太阳能电池，其中所述背接触具有125厘米/秒或更低的背表面 复合速率。5. 根据权利要求1的太阳能电池，其中所述铝为非烧结的铝。6. 根据权利要求1的太阳能电池，其中所述铝为低烧结的铝。7. 根据权利要求1的太阳能电池，其中所述第一介电层的厚度为1000 5000A。8. 根据权利要求l的太阳能电池，其中所述第一介电层包含二氧化硅。9. 根据权利要求l的太阳能电池，其中所述第一阻挡层的厚度为100~7001。10. 根据权利要求l的太阳能电池，其中所述第一阻挡层包含氮化硅。11. 根据权利要求1的太阳能电池，还包括 连接至所述硅晶片的前表面以钝化所述前表面的第二介电层。12. 根据权利要求11的太阳能电池，还包括 连接至所述第二介电层以提供抗反射涂层的第二阻挡层。13. —种装置，包括厚度为200微米或更低的薄硅晶片，其包含连接至n-区的p-区； 连接至所述硅晶片的背表面的第一介电层；连接至所述第一介电层以保护所述介电层的阻挡层，其中所述阻挡层和所述介电层限 定通向所述硅晶片的至少第一开口 ，和通过所述至少第一开口连接至所述阻挡层、所述第一介电层和所述硅晶片的背接触， 其中所述背接触包含具有1 12原子％硅的铝。14. 根据权利要求13的装置，还包括连接至所述硅晶片的前表面以钝化所述硅晶片的第二介电层。15. 根据权利要求13的装置，其中通向所述硅晶片的所述至少第一开口为点状。16. 根据权利要求13的装置，其中通向所述硅晶片的所述至少第一开口为线状。17. 根据权利要求13的装置，其中所述背接触具有至少85%的背表面反射率。18. —种方法，包括在薄硅晶片的掺杂基板上形成扩散层，其中所述硅晶片...

【专利技术属性】
技术研发人员：阿吉特罗哈吉，威猜米蒙空革，
申请(专利权)人：佐治亚科技研究公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]