本发明专利技术披露了由升级的冶金级硅形成太阳能电池器件，其已接受至少一种缺陷设计工艺，并包括低接触电阻电路径。抗反射涂层形成于发射极层上而背接触形成于本体硅衬底的背面上。该光伏器件可以在可避免先前缺陷设计工艺逆转的足够低的温度下烧制形成背面电场。该工艺进一步在抗反射涂层中形成开口并在该涂层中的开口上形成低接触电阻金属层，如镍层。该工艺可以对低接触电阻金属层退火而形成ｎ－掺杂部分并完成ｎ－掺杂层的电传导路径。这种低温金属化（例如，＜７００℃）支持使用ＵＭＧ硅用于太阳能器件形成而不存在逆转早期缺陷设计工艺的风险。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术总体上涉及光伏器件，并更具体地涉及用于制造源自基于低等级原料材 料的晶体硅的改进太阳能电池的系统和方法。
技术介绍
光伏太阳能电池将来自太阳的辐射能直接转化成电能。光伏电池能够排列成阵 列，该阵列将多个电池排列以提供更大的电力输出。这使得太阳能电力成为为小型住宅 (small home)和商店(businesses)供电的可行选择。光伏太阳能电池的制造涉及使用邻近通常称为“前侧(frantside)”的一个表面 的、具有浅p-n结的薄板或晶片形式的半导体衬底。太阳能电池衬底可以是具有ρ-型传 导性和位于距其前侧约0.3 0.5 μ m的p-n结的多晶硅，并具有覆盖前侧约SOnm厚(根 据所实施的结构化作用(texturization)和所使用涂层的折射率)的氮化硅涂层。工作时，撞击在太阳能电池上的太阳能辐射产生的电子和空穴迁移至ρ-掺杂和 η-掺杂区域，由此在掺杂区域之间产生电压差(voltage differential)。太阳能电池的前侧 (在那里连接至外部电路)可以在金属性表面和掺杂区域之间包括若干层材料。这些材料 可以被图案化，经过蚀刻而形成内部器件。太阳能电池晶片通过在半导体衬底的前后表面(即，ρ-和η-结)上都提供金 属化作用而转化成最终的太阳能电池，以容许回收在其暴露于太阳辐射时来自电池的电 流。这些接触(contacts，触点)典型地由铝、银、镍或其它金属或金属合金制成。通常 优选的安排是为硅太阳能电池提供由铝制成的背接触和由银制成的前接触。为了改善电池的转化效率，涂覆抗反射涂层(ARC)并粘合至前侧中未被前侧接 触所覆盖的那些区域。背接触可覆盖太阳能电池晶片的整个后表面，但更常见的是，将 背接触形成为终止于接近太阳能电池的边缘，但却达不到太阳能电池的边缘。在现今太阳能电池制造业中正在发展的最令人振奋的一个领域涉及利用升级冶 金级(UMG)硅的更丰富和经济的用途用于太阳能电池本体硅区域。采用UMG硅以实现 高效工作的太阳能电池，使得产生太阳能的成本能够开始在能量市场上与石油和其它形 式的能量展开充分竞争。在使用UMG或硅原料中，对于相似的质量，对工艺可能产生 额外的限制。例如，在形成太阳能电池时，一般实施烧制工艺会涉及将太阳能电池器件温度 升高到约800°C或更高。这种工艺力图实现三个独特效果。首先，该工艺力图定位与 太阳能电池的η-掺杂发射极层接触的前侧接触。第二，该工艺力图从ARC将氢扩散到 ρ-掺杂本体硅内而产生缺陷钝化(defect passivation)。而最后，该工艺力图对具有ρ-掺 杂本体硅的太阳能电池器件的铝背面退火而建立排斥朝向p-n结的电子并称为BSF(背面 电场)的更重度的ρ-掺杂区域。尽管期望实现所有三个结果，但是一般这些结果在非常窄的工艺窗口中部分产生。S卩，这三个热-响应性工艺要求不同的温度范围和加热持续时间。同样地，采用单 个工艺实现期望结果一般是不切实际的或不理想的。具体而言，形成前侧接触需要一个短持续期(例如，IOs)的高温过程(例如，约 800°c)o如果温度过程并未正确调节，则将会导致高串联电阻和/或低并联电阻。这种 情况的出现是因为几个物理原因。这些原因包括金属渗透到本体硅中、在η-掺杂区域较 差地形成Ag微晶和/或Ag微晶与Ag指粒(fingers)共生较差。这些不期望的现象被称 为过烧或烧制不足现象。相反，具有P-掺杂本体硅的铝背面层退火已经能够在较低温度下实现。Al-Si 二元体系的共熔温度是所需的最低温度。然而，根据Al/Si合金的液/固曲线，更高的温 度提供的Al掺杂会增加，而因此获得更有效的背面电场(BSF)。如果温度太高(例如， > 850°C), BSF质量一般会降低，主要是因为不均质性问题，而晶片翘曲可能会变得严 重。尽管可能有Al粉浆容许更高的烧制温度，但即使采用这些改进，在这个温度下的持 续时间也只能是在几秒钟的范围内。因为温度和持续时间限制的冲突，采用单一烧制工艺形成太阳能电池一般会产 生性能欠佳的器件。同时，采用两个烧制工艺也会导致无效(ineffe)的太阳能电池。已知的太阳能电池形成工艺的另一限制涉及以采用UMG硅的太阳能电池的烧 制工艺的使用。然而，为了使用UMG硅，要求新型缺陷设计工艺(或称“缺陷工程方 法”)。有效的缺陷设计常常需要使用热活化工艺，如吸杂和退火工艺，这些工艺促进杂 质和缺陷影响的局限化(局部化，localization)或者在其他情况下最小化。将这些吸杂和 退火工艺谨慎控制在约800°C的温度下进行。一旦这些工艺已完成，则高度期望采用这种 缺陷设计的硅的太阳能电池在延长的时间段内不再加热超过这些温度。之所以如此，是 因为如果这样可能会逆转或不良影响缺陷设计的结果。因此，需要一种工艺在基于低等级原料材料的晶体硅上形成太阳能电池而避免 在发射极层形成之后的高温工艺步骤。这种工艺将会消除或基本降低所述对于已知太阳 能电池制造工艺存在的温度_持续时间的失调问题。另外，万一对于材料改进实施另外的缺陷设计如氢化作用，则提供特制的 (tailored)时间-温度预算。在这种情况下，高温仅仅容许存在非常短的时间(例如，最 多几秒钟)。温度越高，该温度的持续期将会越短。同样地，可以考虑有益的权衡时间 和温度步骤。例如，不同的背面钝化(介电层)可帮助降低氢化和背面金属化的最佳温度。此外，需要在低于可能影响先前成功的UMG硅缺陷设计工艺温度的温度下形成 更重度P-掺杂的铝-硅太阳能电池层的改进太阳能电池金属化工艺。还需要用于提供本体硅缺陷的氢钝化和在低于可能危及缺陷设计逆转温度的温 度下形成背面电场，以及提供前侧太阳能电池金属化的太阳能电池形成工艺。
技术实现思路
本文中公开了在基于低等级原料材料的晶体硅上形成太阳能电池的技术。这些 技术在电池的加工过程中使用了特别的热预算。这导致更有效和更经济的生产太阳能电 池器件，尤其是在使用缺陷设计的UMG硅晶片时。根据所公开的主题的一方面，公开了用于形成低接触电阻太阳能电池的方法或 工艺和所得到的太阳能电池。太阳能电池可以在包括UMG或其它低等级原料硅、以及 更高等级的硅的本体硅(bulksilicone)衬底上实现，对于更高等级的硅而言本文中公开的 低电阻性质可能是有益的。太阳能电池包括在本体硅衬底上形成发射极层，如磷基发射极形成工艺，和除 去由发射极层形成步骤产生的绝大部分的任何磷玻璃(phosphorus glass)。该工艺进一步 在发射极层上形成抗反射涂层和在本体硅衬底背面上形成多个背接触以获得通过本文中 描述的工艺最终产生太阳能电池的光伏器件。随后采用足够低而避免早期通过一个或多 个缺陷设计工艺实现的结果逆转的时间-温度预算来烧制光伏器件而形成背面电场。然 后，该工艺包括分离光伏器件的边缘以降低光伏器件的边缘分流(edge shunts)和进一步 在抗反射涂层中形成多个开口以至少部分暴露发射极层的η-掺杂部分。该工艺包括用低接触电阻金属层如选择性无电镀镍(electrolessselectivenickel)对 抗反射层的开口区域进行涂层。该工艺进一步对具有η-掺杂部分的选择性无电镀镍层退 火以形成镍-硅化物层并在镍-硅化物层上电镀多个接触本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于形成包括低电阻金属化层的太阳能电池的方法，所述太阳能电池包括升级冶金级硅，所述方法包括以下步骤： 形成包括升级冶金级硅的本体硅衬底，所述升级冶金级硅已接受至少一种缺陷设计工艺； 采用磷基发射极形成工艺在所述本体硅衬底上形成发射极层； 除去大部分由所述发射极层形成步骤产生的任何磷玻璃； 在所述发射极层上形成抗反射涂层； 在所述本体硅衬底的背面上形成背接触区域以产生光伏器件； 在避免所述至少一种缺陷设计工艺逆转的足够低的温度下烧制所述光伏器件而形成背面电场；分离所述光伏器件的边缘而降低所述光伏器件的边缘分流； 在所述抗反射涂层中形成至少一个开口而至少部分暴露所述发射极层的ｎ－掺杂部分； 用低接触电阻金属层对所述至少一个开口涂层；以及 在所述低接触电阻金属层上电镀多个金属接触，由此形成将所述光伏电池器件转换成含升级冶金级硅的太阳能电池的低电阻接触路径。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：卡梅尔奥纳德杰拉，让帕特里斯拉科托尼爱纳，马丁卡斯，迪尔克齐克克尔曼，阿兰布洛斯，阿布德尔拉蒂夫策尔加，马蒂亚斯霍伊尔，弗里茨基尔施特，
申请(专利权)人：卡里太阳能公司，
类型：发明
国别省市：US
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