TW200939510A - Solar cell contact formation process using a patterned etchant material - Google Patents

Description

200939510 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明之實施例一般涉及光電電池（ph〇t〇v〇ltaie cell) 之製造。 【先前技術】 《陽能電池為光電元件，其係將太陽光直接轉換為電 0 力。最常用的太陽能電池材料為⑦，其呈現單晶或多晶 基板的形式，有時稱之為晶圓。由於形成矽系 (silicon-based )太陽能電池以產生電力之償還性花費高 於使用傳統方法產生電力之花費，因此已針對減少形成 太陽能電池的花費付出了努力。 存在有多種方法以製造太陽能電池之主動區（ Μ-)以及太陽能電池之載流（㈣rent carrying)金屬 • 収或導體)'然而，這些習知製造方法存在有許多問題。 舉例來說，形成之製程為複雜的多步驟製程，因此增加 了形成太陽能電池所需之花費。 因此，針對在基板的表面上形成主動區及載流區以形 成太陽能電池的改良式方法及設備存在有需求。 【發明内容】 本發明一般係提供—種形成太陽能電池元件的方法， 該方法包括··在-基板的至少一表面上形成一介電層,· 200939510 將-㈣劑物質設置在該介電層的複數個區域上；加熱 該基板至一期望溫度，以使得該蝕刻劑物質將至少一部 分之該介電層移| 價秒陈，以及在該至少一含矽區域上沉積— 導電層。 本發明亦提供-種形成一太陽能電池元件的方法，該 方法包括：在一基板的至少一表面上形成一介電層，其 中該介電層包含-摻雜物質；將—^刻劑物“置在該

介電層的複數個區域上，其中該敍刻劑物質包括“ 銨；加熱該基板至-期望溫度，以使得該蝕刻劑物質將 至y部"刀之该介電層移除；以及在該含矽區域上沉積 一導電層。 【實施方式】 本發明之實施例預期了使用新穎方法以形成高效率太 陽能電池，而該方法係形成太陽能電池元件的主動區及 金屬接點結構。在-實施例中，該方法包括使用多種钱 刻及圖案化製程’該些製程係用以界定穿過覆蓋太陽能 電池基板的表面之毯覆介電層的點觸（p〇int c〇ntact)。 該方法一般包括沉積一蝕刻劑物質，而該物質係使得在 介電層中形成期望圖案，且通過該圖案可形成至太陽能 電池元件的電性接點.可使用各種技術以形成太陽能電 池之主動區及金屬接點結構。受益於本發明之太陽能電 池基板（例如，「第1A圖」的基板n〇)包括具有主動 200939510 區之撓性（flexible )基板’而該主動區包含有機物質、 單晶石夕、多晶碎、複晶矽、鍺（Ge )、石申化鎵（GaAs )、 碲化锡（CdTe )、硫化錫（CdS )、砸化銅銦鎵（ciGS )、 硒化銅銦（CuInSe2)、磷化鎵銦（Gainp2)、以及異質接 - 面電池（heter〇juncti〇n cell )，例如：GalnP/GaAs/Ge 或

ZnSe/GaAs/Ge基板，其係用於將太陽光轉換為電力。在 一實施例中，基板110包括ρ·η接合區（p_n juncti〇n) 0 型結構’而該結構係近似於位於基板3 1 0中的結構類型 (將結合「第4A〜4D圖」而討論如下），而該基板i 1〇 具有形成於其上之介電層（例如元件符號或311)。 灰陽能電池形# y f 「第1A〜1G圖」係繪示用以在太陽能電池1〇〇之表 面120上形成接點結構之製程順序的不同階段中之太陽 能電池基板110的剖面視圖。「第2圖」繪示用於在太陽 月b電池上形成主動區及/或接點結構之製程順序2〇〇。「第 _ 2圖」t的順序係相應於在此將討論之「第1A〜1(}圖」 的多個階段。 在步驟202’介電層lu係形成在基板11〇的至少一表 Φ上（如第圖」所示）。在一實施例中，介電層m 為氧化矽層，例如二氧化矽層，其係形成在含矽基板的 表面120上。可以使用習知的熱氧化製程而形成含有氧 化矽的介電層111，而該熱氧化製程係例如為：爐退火製 程、快速熱氧化製程、大氣壓或低壓CVD製程、電聚輔 助CVD製程、PVD製程，或者使用喷塗（sprayed_on )、 6 200939510 旋塗（spin-on )、滾塗 < r〇u_〇n )、 或其他類似的沉積類型而施加該 網印（screen printed) 含有氧化矽的介電層 111。在一實施例中，介電層111 氧化矽層，其厚度 為約50 A〜蘭A。在另一實施例中，介電層ιη、為^ 度小於2_ Α的二氧切層。在一實施例中，表面

為所形成之太陽能電池的㈣。纽意針對氧切型介 電層之形成的討論並未欲於限制本發明之範_，因為介 電層111亦可使用其他習知的沉積製程(例如找㈣沉 積）形成，及/或由其他介電材料製成。在一實施例中， 介電層111為形成在含矽基板的表面u 層^厚度為⑽人〜胸人。在—實施例中，^石; 或氮化硬形a製程係在購自加州聖克拉拉之應用材料公 司（Applied Materials Inc.)的 Vantage RadiancepiusTM Rtp、vantage RadOX丁μ RTp 或是 Appued pr〇d_r DARC®，或是其他類似的腔室中進行。

在另一實施例中，介電層i〗包括一多層薄膜堆疊， 例如·氧化矽/氮化矽層堆疊（例如：厚度為〜20 A至〜 3/00 A的氧化矽層，以及厚度為〜ι〇〇Α至〜A的 氮匕夕層）、非晶矽/氧化矽層堆疊（例如··厚度為〜 A的非晶矽層，以及厚度為〜至a的氧 化夕層），或是非晶矽/氮化矽堆疊（例如：厚度為〜3〇 至100 A的非晶矽層，以及厚度為〜〗〇〇至1 〇〇〇 A的氮 衫^層）〇 一》 , 在一貫例中，使用CVD製程而在矽基板上沉 積50 A的非晶矽層，並接著使用cVD或pvD製程沉積 7 200939510 75〇A的氮化梦層。 ^ ^ ^ 在另一實例中，使用快速熱氧化製 程在發基板上形成5 A #

的乳化矽層，並接著使用CVD ^ PVD製程在氧化矽層上沉積750 A的氮化矽。可適於 形成此處所述之非晶石夕層、氮化梦或氧化石夕的沉積室及/ 或製程的實例係進一步在 ’在，、问受讓且同時另案待審之美 國專利申請序號第12/178,289號（申請日厕年了月 2 3日）以及共同登夕μ 又讓之美國專利申請序號第12/202,213 ❹ ❹ 號（申請日為2_年8月29日）中討論，在此將其整 體併入以做為參考。 在步驟204,餘刻劑物質121係選擇性地沉積在介電 層⑴上’其係利用習知的嘴墨印刷、橡膠衝印（_ 咖Ping)、網版印刷或其他類似之製程以形成並界定期 望的圖案’而該圖案即為通往下方基板表φ (例如：矽） 之電性接點的形成處（「第1Β圖」）。在一實施例中，藉 由網版印刷製程而將蝕刻劑物質設置在介電層丨丨丨上， 而在製程中，係透過具有尺寸介於約1〇〇〜約ι〇〇〇μιη 且中心距離小於2 mm的特徵結構陣列之聚醋遮罩而印 刷餘刻劑物質。在-實例中，特徵結構為圓形孔洞、狹 縫、矩形孔洞、六角形孔洞或其他期望形成在介電層^ 中的形狀。在一實例中，係透過具有尺寸大於約i〇〇pm 且中心距離小於約1〜2mm的特徵結構陣列之聚酯遮罩 而印刷蝕刻劑物質。在另一實例中，特徵結構的尺寸係 小於約1000 μπι且中心距離小於約【〜2 mm。在—實例 中，網版印刷製程係在購自加州聖克拉拉之應用材料公 8 200939510 司的分公司Baccini S.p.A.的SoftLineTM中進行 在一實施例中，蝕刻劑物質121為含有氟化銨（ΝΗ4〇 之物質，其係經配製以蝕刻介電層丨丨丨。在—實例中，蝕 刻劑物質含有：200 g/1的敗化銨（NH4F )、Μ的 0MW聚乙二醇（PEG)、5Gg/1的乙醇以及剩餘以 去離子水補滿i公升體積。「第1C圖」繪示已沉積在介 電層111上的蝕刻劑物質121的量之近視圖。舉例來說， ❹ 1公升的蝕刻劑物質包括：90毫升的6 : i之B〇E蝕刻 溶液、5g的500MW聚乙二醇（PEG)、5g的乙醇，以及 剩餘以去離子水補滿〗公升體積。蝕刻溶液中的額外成 分通常係經選擇以促進介電層lu的「濕潤」，並同時使 得會影響形成在介電層1U中的圖案之散佈 的量最小化。當聚氧化乙烯（即，聚乙二醇）系的物質 以及其他相關物質扮演好蝕刻劑物質中的界面活性劑之 角色匕們亦會在尚於250C之溫度分解，以形成揮發 ©&的副產物’藉以避免在下-步驟的加熱基板之後而清 洗基板表面的後清洗（post-rinse )步驟之需求。 在一實施例中，蝕刻劑物質1 21包括氟化銨（NH4F )、 與氟化銨形成均質混合物的溶劑、pH調整劑（例如 B0E、HF )以及界面活性劑/濕潤劑。在一實施例中，溶 劑為二甲胺、二乙胺、三乙胺或乙醇胺，而其係配製在 水溶液申。一般來說，亦可使用會與氟化銨形成均質混 合物的任何其他胺類。在一實例中，界面活性劑/濕潤劑 可以為聚乙二醇（PEG)、聚丙二醇、聚乙二醇-聚丙二醇 200939510

之塊狀共聚合物’或是甘油…般來說，可以使用能與 氟化銨及溶劑混合物均質地混合，且亦會「濕潤」介電 表面之任何其他界面活性劑。在一實例令，蝕刻劑物質 κι包括與5 mL的二甲胺混合之2〇 g的氟化銨，以及 25 g的甘油，其會接著加熱至1〇〇<t直到混合物的pH值 達到約7並形成均質混合物為止。在另-實例中，5“ 氟化銨與5mL的乙醇胺混合’並接著將2mL的hfm 入^化銨與乙醇胺的混合物中，以使pH下降至約7，並 接著加入聚乙二醇-聚丙二醇之塊狀共聚合物〆 在步驟206，基板加熱至約2〇〇〜3〇〇t：，而此會導致 蝕刻劑物質中的化學物質對於形成在基板上的介電層 進行蝕刻，以在基板110上形成暴露區域125。暴露 區域125在介電層111中提供開口 ’通過開口則可形成 通往基板m的電料接。在—實_中，基板表面上 的暴露區域U5之直徑係介於約5μιη〜約2〇〇叫。相化 在溫度介於約100〜如ot下，將含有氧化破之介電層m 如厚度為1000A)暴露於含有氟化錢（NH4F)的姓 刻劑物質121約2分鐘，則介電層m會被银刻以產生 揮發14的姓刻產物，而該些姓刻產物會在製程過程中由 :板11二表面蒸發（例如，「第1D圖」中的元件符號 在-實例中’基板係放置在熱製程室中，而在該製 程室甲’係施加約50〜綱。C的逐漸升溫至基板約6分 :的循環’以餘刻介電層"1。因此，在期望溫度下進行 期望的持續時間（例如〜2分鐘）之製程之後，揮發性 200939510 的蝕刻產物將會被移除，並在暴露區域125中留下乾淨 的表面110A，則可在該些區域中形成可靠的背側電性接 點°相信反應將會循著式（1 )而進行：

Si〇2+4NH4F— SiF4+2H20 + 4NH, Ο 「第ΙΕ圖」繪示在執行了「第1A〜1D圖」及「第2圖」 所不之步驟202〜206之後，所形成之經圖案化的介電層 111。在此處所討論之蝕刻劑配方及製程順序的一實施熊 樣為能夠在介電層111中形成暴露區域125,而不需要^ 行任何的後清潔處理，此乃因為❹】產物及殘留的餘刻 劑物質藉由蒸發而移除，因此留下乾淨的表面而可直接 在製程的步驟210進行金屬化。因此，在一實施例中， 製程順序包括在介電層⑴中形成暴露區域125，並 進行沉積導電層114的步驟（步驟21〇)。在部分實例中， 係期望避免延長的等待時間，或是在步驟咖及⑽之 :執行其他長時間的中間製程步驟，以防止導電層114 沉積在暴露的基板（例如結晶矽基板）表面上之前 其上形成實質氧化物層（例如陶。在部分實例令，俘 月在步驟2〇6〗210之間避免執行濕式製程步驟，以 1 方止清洗及乾燥基板所需的額外時間、與執行濕式製程 步驟相關的擁有成本（c〇<jt f 暴露—hip)之增加，以及 暴紅域125之氧化或污染的增加機會。 '在實施例中，於步驟206所執行的製程完成 200939510 之後’於基板110上執行—選用的清潔處理（步驟2〇8)， 以移除任何不期發六+ k ν 望存在的殘留物及/或形成一鈍化表 〜在實施例中，清潔處理之執行可以藉由：以清潔 命液m板’藉以移除在步驟鹰t後所殘留的物 、在基板上之各區域執行接續之沉積步驟之前，清 潔基板的表面β可以藉由噴m、浸潰、浸沒或其他適合 技術乂進行潤濕之步驟。後蝕刻清潔溶液可以為s。清

❹ 潔溶液、SC2清潔溶液、稀釋的咖抓型清潔溶液、臭 氧化的水*液、稀釋的氫氧化錄（νΗ4〇η ) |液、過氧 化氫（H2Q2 )溶液、去離子水，或使用其他適合且具成 本效益之清潔處理以清潔含矽基板。 在步驟210，如第1F圖」所示，導電層係沉積 在基板110的表φ 12〇上，而其係電連接基板11〇表面 上的暴露區域（例如··乾淨表面11〇A)。在一實施例中’ 所形成的導電層114的厚度為約5〇〇〜約5〇〇〇〇〇人，並含 有例如銅（Cu)、銀（Ag)、錫（Sn)、钻（c〇)、銖（Rh)、 鎳（Ni)、鋅（Zn)、錯（Pb)及/或铭（A1)之金屬。在 -實施例中’導電$ 114含有兩層’其係藉由首先利用 物理氣相沉積（PVD)製程或蒸鍍製程而沉積鋁（A1) 層112’並接著藉由使用PVD沉積製程以沉積釩鎳（Niv) 罩蓋層113而形成。在部分實例中，當導電層1丨4係施 加在叉型全黑接觸（interdigitated all black contact)太 1¼能電池結構上時，係期望將沉積的導電層i丨4圖案化 以形成兩個分離的區域，其係藉由使用物質移除處理來 12 200939510 達成’例如雷射剝離法、圖案化及乾式餘刻或其他類似 之技術。 在一實施例中，藉由使用無電沉積製程而在基板1 10 的暴露區域12 5上形成含錄層。不範性之辞沉積化學作 用、沉積方法及形成導電層的製程係進一步描述在美國 臨時申請案第61/003,754號中（申請曰為2007年11月 19日）’在此將其併入以做為參考。在錦沉積步驟之後， Ο 導電層114的其他部分可以形成在鎳層上。 在一實施例中’於沉積導電層114 (步驟21 〇 )之後， 係執行一選用的熱處理步驟，以確保在導電層114與表 面120之間的界面形成良好的電性接觸。在一實施例 中’基板係加熱至約300°C〜約8〇(TC並持續約i分鐘〜 約30分鐘，以形成良好的歐姆接點（例如形成矽化物）。 在步驟210之後，可執行多種步驟以製備及/或紋理化 基板的相對表面101 (「第1G圖」）。在一實施例中，基 © 板U〇的相對表面101為太陽能基板的前側，其在形成 太陽能電池之後係適以接收太陽光。在一實例中，相對 表面101係經紋理化，並接著使用喷塗或氣相的高溫擴 散製程以進行選擇性地摻雜，並再利用應層119 (例 氣化石夕）來純化之。在—實施例中，具有一或多個主 動層118的異皙垃& ", 开負接面116型之太陽能電池結構係形成在 經過紋理化的相斟矣 , 相對表面101上。應注意的是，相對表面 之製備亦可以在執行步驟2〇2或是製程順序2〇〇中 的其他步驟之贺寂夕& 衣狂 < 則進行，且不偏離在此所揭露之本 13 200939510 發明的範疇。示範性之紋理化製程的實例係進—步描述 在美國臨時申請案第61/039,384號中（申請日為2〇〇8 年3月25曰），在此將其併入以做為參考。另外，在一 實施例中，於製備相對表面1〇1之後，可以使用習知的 製程以在其上形成一或多個導電前接觸線（圖中未示）， 藉以形成太陽能電池i 〇〇之前接觸結構。 摻雜製程 在一實施例中’於步驟202、204及/或206所執行的 製程係經改變以提供在執行製程順序200之後，而可用 於在基板110的乾淨表面11〇A上或其下方形成圖案化的 介電層及摻雜區域（「第1D〜1E圖」）的製程。—般來 說，造些技術係用於在執行接續之高溫熱製程之後所暴 露的基板區域中形成高度摻雜區域。在一實施例中，蝕 刻物質係設置在未摻雜之介電層部分的上方，以餘刻並 形成暴露區域’而可使用此處所述之製程而輕易的對暴 ❹露區域進行掺雜。含有摻質（—Μ)的物質可因而加 入蝕刻劑配方中’以增加殘留物的掺質濃度，並最終增 加在接點下方之不同的摻雜程度。在此配置中，可藉由 此處所述之製程而形《選擇性接雜的點觸或者是選擇性 射極接觸型（emitter c〇ntacts type)太陽能電池，以形 成高效率之太陽能電池。 在步驟202之替換形式令，介電層ηι係形成且已含 有期望量的η型或p型摻質原子，並在介電層⑴成分 (例如^氧）揮發之後，其仍然為表面上的富含有推 14 200939510 質之殘留物。在形成摻質殘留物之後，則於接續的高溫 製程步驟（即，㈣206 )過程中，摻質物質被驅動： 入基板表面中。殘留在摻質殘留物中的高濃度掺質原子 可因此有利地用於形成高度摻雜區域，其係藉由在接續 的高溫擴散步驟中，將殘留的摻雜原子驅動進入鄰近所 形成之暴露區域的下方基板中。在部分實例中，必須要 小心地處理基板，以預防輕度附著之摻質殘留物移動至 基板表面的其他區域，因而在擴散步驟之後產生不期望 的摻雜區域。在一實施财，㈣2〇6中的製程係在爐 管中或RTP室中高於約800t的溫度進行。在步驟2〇6 中所執行的製程之其他實施例中，係使用二步驟之加熱 製程，其中基板係首先加熱至約300<»c的溫度約5分 鐘，並接著加熱至約800〜約12〇〇t：的溫度一段期望的 時間，以允許形成摻質殘留物，並接著將摻質驅動進入 基板表面中。在步驟206之製程的又另一實施例中，係 φ 使用二步驟之加熱製程，其中基板係首先加熱至小於約 3 00 C的/jdl度約1〜5分鐘，並接著加熱至大於約 的溫度一段期望的時間。因此，由於在摻質殘留物中的 高濃度摻雜原子之故，則可較輕易地擴散進入基板表面 中’以在暴露區域形成高度摻雜區域。 在步驟204之替換形式中，蝕刻劑物質} 2丨含有期望 量的摻質物質’而該些摻質物質可在步驟2〇6所執行的 製程過程中被驅動進入基板丨丨〇的乾淨表面n 〇 A中。如 上所討論者，在一實施例中，於步驟2〇6所執行的製程 15 200939510 係在爐S中或RTP室中高於約800°C的溫度且在存在有 還原氧體（例如：氮氫混合氣體、空氣或氧氣）之條件 下進行，以驅動摻質物質進入。

Ο 在製程順序2〇〇的一實施例中，蝕刻劑物質121含有 n型摻質物質，例如含有填（P )、# ( Sb )或;Bt ( As ) 之化合物，而該些化合物係在步驟204所執行的製程中 叹置在基板的表面上。加入蝕刻劑物質121中的摻質原 子可用於形成局部的n+區域，以提供對於n型基板的較 佳電性接觸’或是形成在基板11G中的η型擴散區域。 在一實例中，蝕刻物質121的摻雜成分可包括選自由下 列物質所組成之群組之其中一者，該些物質為磷酸 ^Η3Ρ〇4)、亞碟酸（Η3Ρ〇3)、次鱗酸（Η3Ρ〇2)、亞填酸 銨（ΝΗ4Η2Ρ〇3)以及次填酸二氫銨（ΝΗ4Η2Ρ〇2)。 β I擇地，蝕刻劑物質1 2 1可含有Ρ型摻質物質，例 如3有蝴（Β )、铭（A1)、铜（Ιη)或錄（Ga)之化合物， 藉以形成局部的P+區域，以提供對於P型基板的較佳電 性接觸，或是形成在基板11G中的p型擴散區域。在一 實施例中，摻質前驅物可包括 ( Η3Β〇3)、四說领酸 錢（NH4BF4)及/或其組合。 隻_代性摻雜舉释 程的另一實施 206 )之前， 例如含有一或 介電層為含有 在步驟202、204及/或206所執行之製 例中，在執行高溫熱製程步驟（例如步驟 蝕刻物質係施加在含有摻質之介電層上， 多個換質原子的介電層111。在一實例中， 16 200939510 ύ ❹ 磷石夕酸鹽玻璃（咖）或是_酸鹽玻璃（bsg)之物質。 在將大部分的二氧切成分於步驟撕轉變為叫並使 其揮發之後（由於介電材料與㈣物質反應），則捧質物 質的濃縮殘留物係形成，或是殘留在暴露表面上。在步 驟206過程中’或是在一接續之高溫擴散步驟中，在（未 钱刻）摻雜層（例如BSG或pSG層）中的摻質以及存在 於蝕刻開口之表面上的更為濃縮之摻質殘留物，皆被驅 動進入太陽能電池基板中。在—實施例中，#刻物質中 的捧質含有不同於摻雜介電層中含有之摻質（例如B、p) 的摻質類型（例如As、AhGa、In)。因此，在一實施 例中’在暴露區域處可形成更高度及/或更深人的換雜區 域，且在未蝕刻之摻雜介電層下方具有較淺之摻雜分佈 (profile )。相信由於在基板表面之摻雜原子的較高濃 度，以及殘留的摻質原子可較輕易（相較於通過摻雜層） 擴散進入基板表面之故，則可在暴露區域處達到較深之 換雜分佈。 是复身C Ink Deposition )製盘 「第3A及3B圖」係繪示在太陽能基板31〇上製造的 矽太陽能電池300之一實施例。基板31〇包括p型基極 區域301、n型射極區域302以及設置在其間的ρ·η接合 區（P-η junction ) 303。η型區域或η型半導體之形成係 藉由將特定之元素種類，例如磷（Ρ )、砷（As )或銻（Sb )， 接雜至半導體，藉以增加負電荷載子（即，電子）的數 里。在一配置中，係藉由使用包括含有摻質之氣體的非 17 200939510 曰曰、微晶或複晶矽CVD沉積製程以形成n型射極區域 3〇2。相似的，ρ型區域或ρ型半導體之形成係藉由將三 價原子添加入結晶晶格中，而造成正常矽晶格之4個共 價鍵之其中一者的電子短缺。因此，摻質原子可以接受 來自相鄰原子的共價鍵之電子，以完成第4個鍵。摻質 原子接受電子，導致相鄰原子之半個鍵遺失’因而造成 「電洞」。在一配置中，ρ型基極區域3〇1為太陽能電池 • 基板，例如結晶矽基板（例如單晶、多晶、複晶）或是 其他結合「第1Α圖」之基板所討論於上之相似基板材 料。繪示於「第3Α〜3Β圖」中的太陽能電池元件配置 以及下方所述之其他配置並未欲於限制本發明之範_， 因為也可使用此處所述之方法及設備而對其他的基板及 太陽能元件區域配置進行金屬化，且不偏離本發明之基 本範*#。 當太陽光落在太陽能電池300上，來自入射光子的能 © 量會在Ρ-η接合區303之兩側產生電子-電洞對。電子擴 散跨越ρ-η接合區至較低的能階’電洞則往相反方向擴 散’藉以在射極產生負電’並在基極上產生相應之正電。 當在射極與基極之間產生電路，且ρ-η接合區暴露於光 的部分波長，則電流將會流動。當照射時，由半導體產 生的電流會流經設置在表面320 (即，光接收側）的接 點，以及太陽能電池300的背側321。如「第3Β圖」所 示之頂部接點結構308係通常配置為具有寬間隔之薄金 屬線（或指狀物）309Α，而其係供應電流給與指狀物為 18 200939510 橫向定位之匯流排（bus bar) 309Β β背接點3〇6通常不 會限制於形成為多個薄金屬線，因為其不用預防入射光 線照射太陽能電池300。太陽能電池300係覆蓋有介電 材料之薄層，例如氮化矽（ShN* )或氮化矽之氫化物 (SixNy:H) ’以作為抗反射塗層311或是arc層311， 其係用以使得由太陽能電池300之頂表面反射的光最小 化。可使用物理氣相沉積（PVD )製程、化學氣相沉積 _ 製程或其他相似技術而形成ARC層311。可使用退火步 驟（> 600 C )以進一步鈍化已沉積的arc層3 11 » 接點結構308係與基板接觸，並適於與摻雜區域（例 如.π型射極區域3 02)形成歐姆連接。歐姆接點是半導 體元件上的一個區域，其係經製備以使得元件的電流-電 壓（I-V )曲線為線性並對稱，也就是說，在半導體元件 及金屬接點之間沒有高電阻界面。低電阻且穩定的接點 係確保太陽能電池的效能及在太陽能電池製造過程中所 © 形成的電路之可靠性。背接點306係完成了太陽能電池 300所需的電路，並藉由形成與基板之p型基極區域301 為歐姆接觸的導電層而產生電流。 第4A〜40圖」繪示在太陽能電池之表面上形成導 電層之製程順序的不同階段之太陽能電池剖面示圖，而 該導電層係例如為「第3A圖」的接點結構308。「第5 圖」繪不製程順序500或是一系列的方法步驟，其係用 於形成太陽能電池上的接點結構308。在「第5圖」中 的方法步驟係相應於「第4A〜4D圖」所繪示之階段， 19 200939510 在此係討論之。 在步驟502,如上所討論者，透過習知方法，太陽能 電池係形成而在基板31〇的表面上形成有arc層3丨丨（參 見「第3A及4A圖」）。應注意到如在上方所討論之任何 步驟中的背接點306 (「第3A圖」）並不需要在基板31〇 的部分表面320進行金屬化之前形成。 to

在下一步驟（或步驟504 )’藉由習知的噴墨印刷、網 版印刷、橡膠衝印或其他類似之製程而將含金屬油墨39〇 物質選擇性地沉積在ARC層311上，藉以形成並界定待 形成接點結構308 (即’指狀物309A及匯流排309B) 之區域。在一實施例中，含金屬油墨39〇為含鎳油墨， 其係經配製以蚀刻ARC層311 ’並使得基板31〇的下方 表面302A金屬化。在一實施例中，含錄油墨包含：1〇呂 的醋酸鎳（Ni(OOCCH3)2 · 4H20 )、1〇 g 的 42% 次填酸 (H3P〇2 )、1〇 g 的聚破酸（H6P4〇13 )、3 g 的氟化錄（nh4F ) 以及2 g的500MW聚乙二醇（PEG)。在另一實施例中， 含鎳油墨係主要含有：10 g的醋酸鎳（Ni(〇〇CCH3)2. 4H2〇)、10g的42%次磷酸（H3P〇2)以及3 g的氟化銨 (NH4F )。在一實施例中，係期望將期望量的甲醇或乙 醇添加至含鎳溶液中。 在接點層形成步驟中（或步驟506 )，基板係加熱至介 於約250〜3 00X：，而其會使得含金屬油墨390中的化學 物質去蝕刻ARC層311’並使得基板的下方表面3〇2A 金屬化。在一實施例中，加熱含鎳之含金屬油墨390的 20 200939510 製程係使得含氫切（SiN)之術層川被㈣，並 使矽化鎳（NixSiy)形成在基板 2 域斯）的上方表面上。「第4^^_如1型射極區 Μ M ^ 」係不出形成在η型 射極£域302上的接點層3〇“在— M 杜實施例中，係使用 積製程以形成接點層3〇4，而該接點層3〇4係 匕括厚度為約10〜約2000A的主要鎳層。 在一實施例中，於步驟506執行之製程完成之後，可 心 C MOUh選用的清潔處理’以移除任何不期 望存在的殘留物’及/或形成鈍化表面。在—實施例中， 可藉由清潔溶液潤濕基板以進行清潔處理，而該清潔溶 液係用以移除任何在執行步驟506之製程之後所殘留的 物質。在—實例中，係期望移除來自含金屬油墨390的 殘留物’例如來自經姓刻之ARC層311的殘留物、聚磷 酸殘留物及/或P E G殘留物。可以藉由噴灌、浸潰、浸沒 或其他適合技術以進行潤濕之步驟。清潔溶液可以為 sc’i清潔溶液、SC2清潔溶液、稀釋的则如型清潔溶 液臭氧化的水溶液、稀釋的氫氧化錄（NH4〇H )溶液、 過氡化氫（H202 )溶液、去離子水，或使用其他適合且 具成本效益之清潔處理以清潔含矽基板。 在一實施例中，係期望在步驟506之製程執行之後， 以及在步驟5〇7及/或508之製程執行之前，不要對基板 進行清力或清潔，卩避免清洗及乾燥基板所需的額 外時間、與執行濕式製程步驟相關的擁有成本之增加， 以及基板表面之氧化或污染的增加機會。在一實例中， 21 200939510 當含金屬油墨390之配方不含有形成殘留物之物質，例 如：聚磷酸、PEG或其他類似物質，則基板表面不進I 清潔。 行 在步驟507,如「第4C圖」所繪示，導電層3〇5係選 擇性地沉積在接點層304上，以形成接點結構3〇8之主 要導電部分。在一實施例中，所形成之導電層3〇5厚度 為約2000〜約50000A，並含有金屬，例如：銅（a)、 銀（Ag)、金（Au)、錫（Sn)、鈷（c〇)、鍊（灿）、鎳 (N〇、鋅（Zn)、鉛（Pb)、鈀（pd)及/或鋁（ai)。在 —實施例中，係使用本質地會在接點層3〇4上形成金屬 層之無電銀沉積製程而在接點層3〇4上沉積銀以形成導 電層305。 在步驟508，如「第4D圖」所示，可選地，匯流排線 路330係附接至接點結構3〇8之至少一部分，以允許部 分的太陽能電池元件可以連接至其他太陽能電池或外部 © 元件。一般來說，匯流排線路33〇係使用焊接物質331 (含有例如Sn/Pb、Sn/Ag之焊接物質）而連接至接點結 構308。在一實施例中，匯流排線路33〇的厚度為約2 微米’並含有一金屬，例如為銅（Cu)、銀（Ag)、金（Au)、 錫（Sn )、鈷（Co )、銖（Rh )、鎳（Ni )、辞（Zn )、鉛 (Pb )、le ( pd )及/或鋁（Ai )。在一實施例中，匯流排 線路330係塗覆有一焊接物質，例如Sn/pb或Sn/Ag之 焊接物質。 在一貫施例中，可改變步驟5〇4、5〇6以提供用於形成 200939510 接點結構308之替代技術。在步驟5 04之替代形式中， 並非將含金屬油墨390選擇性沉積在ARC層3 11的表面 上，而是藉由簡單的旋塗、噴塗、浸潰或其他相似技術 而跨越基板310的表面320或是基板的期望區域上方散 佈或沉積油墨。在步驟506之替代形式中，將能量束， 例如：光照射（如雷射束）或電子束，傳送至基板的表 I)

面以選擇性地加熱基板的區域，而使得在該些區域中 的油墨之化學物質去蝕刻ARC層311，並使基板的下方 表面302A金屬化。在一實施例中，能量束的傳送會使得 在加熱區域中之含有鎳的含金屬油墨39〇去蝕刻含氮化 石夕（SiN)的ARC層311，並在基板31〇 (例如n型射極 區域302 )之上表面上形成梦化錄（队以小而若期望 的話’可以將油墨之未加熱區域自基板的表面清洗去除。 接雜接點之金馮化y科 在製程順序5〇0之實施例中，银刻劑及/或含摻質之物 質（例如含磷物質）係設置在基板的表面上，以在接續 之步驟刻基板的表面及/或摻雜下方表面地八的 區域。在-實施例中，將摻雜物質添加入含金屬油請 溶液中，如上所討論者，藉此， 的界面。 成改良之金屬與石夕 m:!」，在步驟5°5係藉由簡單的旋塗、 的期望5域相似技術而跨越基板的表面或在基板 在冑例中，η型摻雜物質包括聚丙缔 23 200939510 酸（（CH2CHCO〇H)x)以及次磷酸（H3p〇2)，其係散佈 在基板表面上。在一實施例中，摻雜物質可以含有染料 或色素物質，其係用於突顯出設置在基板表面上之不同 摻質物質類型（例如：η型或p型摻質）。 接著，在步驟506之替代形式中，將能量束，例如： 光照射（如雷射束）或電子束，傳送至基板的表面，以 選擇性地加熱基板的區域，以將基板表面上的ARc層 311移除，並同樣使摻雜物質中的化學物質與基板3ι〇 之下方表面302A中的物質反應及摻雜。 在下-步驟，導電接點層3〇4係形成在基板的暴露區 域上。在一實施例中，係使用無電鎳沉積製程以形成接 層304,而該接點層3〇4包括位於摻雜區域上方之厚 度為力1 〇〜約3 5 0 A的主要純鎳層。在部分實例中，沉 積的薄膜可含有高含量的磷（例如約再者，用 於無電鎳沉積製程的浸潰浴（bath )包括硫酸鎳 (NiS〇4)、氣化錄（NH4F)、氣化氫（hf)以及次亞碟 酸根（H2P〇2-)。|例來$，浸潰浴的溫度為⑽，並包 括15 g/L的NiS04、25 g/L的NH4F以及25g/L的次磷酸 虱銨（NI^HaPO2 )，並將其暴露於基板表面約2分鐘。 不範性製備及無電鎳沉積製程之實例係進一步描述在共 同&讓之美國專利申請序號第1 1/553,878號（申請曰為 2006年1〇月27日），以及共同受讓之美國專利申請序 號第11/385,041號（申請曰為2〇〇6年3月2〇曰），在此 將其併入以做為參考。在一實施例中，無電鎳沉積製程 24 200939510 係在溫度約75〜851之間完成，並使用含有約25g的醋 酸鎳（犯（〇〇(^113)2.41|2〇)、50§的42%次鱗酸（1{3?〇2) 以及足夠的乙二胺以達到pH 6.0 (加入至6. : 1 BOE溶 液）的溶液，則可達到介於約250〜300 A/min的沉積速 率。在此併入以做為參考之共同受讓的美國專利公開號 第2007/0099 806號，以及第2007/0108404號，係描述了 可與在此所述之一或多個實施例一同使用的示範性B〇e 溶液及蝕刻製程。 在下一步驟中’導電層305係選擇性地沉積在接點層 3〇4上，以形成接點結構3〇8之主要導電部分。在一實 施例中，所形成之導電層305的厚度為約2〇〇〇〜約 50000A’並含有金屬，例如··銅（Cu)、銀（Ag)、金（Au)、 錫（Sn)、鈷（Co)、銖（Rh)、鎳（Ni)、辞（Zn)、鉛 (Pb )、鈀（Pd )及/或鋁（A1 )。在一實施例中，係使用 電化學電鍍製程（例如銅沉積、銀沉積）而將含銅（cu) ❹ 的導電層305沉積在接點層304上。示範性的電鍍製程 之實例係進一步描述在共同受讓之美國專利申請序號第 11/552,497號（申請曰為2006年1〇月24曰），以及共 同受讓之美國專利申請序號第11/566,205號（申請曰為 2006年12月1曰），在此將兩者皆併入以做為參考。一 般來說，係期望在電化學電鍍製程中於接近基板31〇之 邊緣處產生至匯流排3G9B (「第3B圖」）之電性接觸， 此乃因為匯流排309B 一般係按照一定尺寸製作以攜帶 電流，並因此允許在寬間隔設置之薄金屬線3〇9A及較大 25 200939510 的匯流排3携上方產生導電層3〇5之均勻沉積。在另一 實施例中’係使用本質地會在接點層3Q4上形成金屬層 之無電銀沉積製程，而在接點層304上沉積銀（Ag)以 形成導電層305。 ❹ 在下-步驟中’匯流排線路33()係附接至接點結構烟 之至少—部分’以允許部分的太陽能電池it件連接至其 他的太陽能電池或外部元件。—般純，匯流排線路33〇 係使用焊接物f 331 (含有例如W WAg之焊接物 質）而連接至接點結構在—實施例中，匯流排線 路330的厚度為約200微米，並含有-金屬，例如為銅 (CU)、i(Ag)KAu)、^(Sn)、^(c〇)^(Rhh 錄（叫、鋅（Zn)u(pb)、說（pd)及 / 或銘（ai)。 在一實施例中，各個匯流排線路33〇係由尺寸約線徑 (gauge ) ( AWG :〜0·254職）或更小的線形成。在一 實施例中，匯流排線路33〇係塗覆有—焊接物質，例如 Sn/Pb或Sn/Ag之焊接物質。 〜惟本發明雖以較佳實施例說明如上，然其並非用以限 疋本發月，任何熟習此技術人員，在不脫離本發明的精 神和範圍内所作的更動與潤飾，仍應屬本發明的技術範 疇。 【圖式簡單說明】 為讓本發明之上述特徵更明顯易t董，可配合參考實施 26 200939510 例說明而了解簡單摘要如上之特定㈣，而部分之該些 實施例乃緣示如附圖式。 第1A〜1G @ ’緣示根據本發明之一實施例的在不同 製程順序階段的太陽能電池之剖面示圖。 第2圖，緣示根據本發明之-實施例而金屬化太陽能 電池之方法的流程圖。

，第3A圖’繪示根據本發明之一實施例而具有導電圖案 形成在基板表面上之太陽能電池的剖面側視圖。 第3B圖，繪示根據本發明之-實施例在完成前側金屬 化内連線圖案之後的太陽能電池之等角視圖。 第4A〜4D圖’繪示根據本發明之一實施例的在製程 頃序之不同1¾段的太陽能電池之剖面視圖。 第5圖，緣示根據本發明之實施例的太陽能電池之金 屬化方法的流程圖。 示相同的元 而可應用到 為便於了解，圖式中相同的元件符號表 件。某一實施例採用的元件當不需特別詳述 其他實施例。 【主要元件符號說明】 100 太陽能電池 101 表面 110 基板 110A 表面 111 _介電層 112 在呂層 113 罩蓋層 114 導電層 27 200939510 116 異質接面 118 主動層 119 ARC層 120 表面 121 姓刻劑物質 125 暴露區域 200 製程順序 202,204,206,208,210 步 300 太陽能電池 301 基極區域 302 射極區域 302A 表面 303 p-n接合區 304 接點層 305 導電層 306 背接點 308 接點結構 309A 金屬線/指狀物 309Β 匯流排 310 基板 311 抗反射塗層/ARC層 320 表面 321 背側 330 匯流排線路 331 焊接物質 390 含金屬油墨 500 製程順序 5 02,5 04,505,506,507,508 步驟 〇 28

Claims (1)

1. 200939510 七、申請專利範圍： 1. 一種形成一太陽能電池元件（solar cell device)的方 法，包括： 在一基板的一表面上形成一介電層； 將一蝕刻劑物質設置在該介電層的複數個區域上； 加熱該基板至一期望溫度’以使得該钱刻劑物質將 該些區域中的至少一部分之該介電層移除，以暴露出該 基板的該表面之複數個區域；以及 在該表面之暴露出的該些區域上沉積一導電層。 2. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該導電層包 括鋁、鎳、鈦、鈕、鉻、鎢、銅、銀、錫、鋅、鉛及鉬。 3. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該加熱之步 驟包括將該基板加熱至約100〜300°C之一溫度。 ❿ 4. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該蝕刻劑物 質包括氟化錢β 申專利範圍第4項所述之方法，其中該蝕刻劑物 質更包括—4Α */. 一 得雜物質，而該摻雜物質包含一元素，且該 元素係選自由电 ’、蝴、砷、銻、鋁、銦及鎵所組成之群 29 200939510 6_如申請專利範圍第4項所述之方法，其中該蝕刻劑物 質更包括一界面活性劑’該界面活性劑係選自由聚乙_ 醇、聚丙二醇、聚乙二醇-聚丙二醇之塊狀共聚合物（M〇ck copolymer)及甘油所組成之群組。 7. 如申請專利範圍第4項所述之方法，其中該摻雜物質 ❹ 係為一物質，該物質係選自由磷酸（HJO4 )、亞磷酸 (H3P〇3)、次磷酸（H3P〇2)、亞磷酸銨（NH4H2P〇3)、 次磷酸二氫銨（N^I^PO2)、硼酸（HJO3)及四氟硼酸 録（NH4BF4 )所組成之群組。 8. 如申請專利範圍第5項所述之方法，其中該加熱之步 驟包括將該基板加熱至大於約8〇〇艽之一溫度。 ® 9.如申請專利範圍第5項所述之方法，其中該加熱之步 驟包括將該基板加熱至約5(rc〜3〇(rc之一第一溫度， 並且接著加熱該基板至大於約8〇(rc之一第二溫度。 10.如申請專利範圍第！項所述之方法，其中該介電層包 括一非晶矽層，以及氧化矽層或氮化矽層。 U.如申請專利範圍帛！項所述之方法，其中該介電層包 括氧化石夕或氮化石夕’其形成在該基板的該表面上，而該 30 200939510 基板包括一結晶矽基板。 12. 如申請專利範圍第^項所述之方法，其中該介電層 更包括一非晶矽層。 13. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該些區域包 括特徵結構（feature )之，陣列’而該些特徵結構之尺 〇 寸係大於約1 〇〇微米，並且中心間隔小於約2 mm。 14. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該些區域包 括特徵結構之一陣列，而該些特徵結構之尺寸係小於約 1000微米。 15. 如申請專利範圍第i項所述之方法，其f該在該表面 上之暴露出的該些區域上沉積該導電層之步驟係實質為 該加熱S亥基板至該期望溫度之步驟之後的用於形成該太 陽能電池元件之下一步驟。 16.種形成一太陽能電池元件的方法，包括： 在一基板的至少一表面上形成一介電層，其中該介 電層包含一或多個摻雜元素； 將一姓刻劑物質設置在該介電層的複數個區域上， 其中該蝕刻劑物質包括氟化銨； U基板至-期望溫度，以使得該餘刻劑物質將 31 200939510 至少一部分之該介電層移除；以及 在該含矽區域上沉積一導電層。 17.如申請專利範圍第μ項所述之方法’其中該導電層 包括鋁、鎳、鈦、钽、鉻、鎢、銅、銀、錫、鋅、鉛及 鉬。 ❾ 18·如申請專利範圍第16項所述之方法，其中該加熱之 步驟包括將該基板加熱至大於約800它之一溫度。 19 ·如申凊專利範圍第16項所述之方法，其中該餘刻劑 物質更包括一物質’且該物質係選自由磷酸（h3p〇4 )、 亞鱗酸（h3p〇3 )、次磷酸（h3P〇2 )、亞磷酸銨 (nh4h2po3 )、次磷酸二氫銨（NH4H2p〇2)、硼酸（h3B〇3 ) 及四氟硼酸銨（NH4BF4 )所組成之群組。 項所述之方法’其中該一或多 銻、鋁、銦及鎵所組 20.如申請專利範圍第1( 個摻雜元素係選自由磷、 成之群組。 21.如申請專利範圍第16习 16項所述之方法，其中該餘刻劑

   甘油所組成之群組。 32 200939510 22. 如申請專利範圍第16項所述之方法，其中該加熱之 步驟包括將該基板加熱至約5〇 t〜3〇〇 °C之一第一溫 度’並且接著加熱該基板至大於約8〇〇它之一第二溫度。 23. 如申請專利範圍第16項所述之方法，其中該介電層 係形成在一結晶矽基板上，且該介電層包括氧化矽或氮 4匕。 ❹ 24·如申請專利範圍第23項所述之方法，其中該介電層 更包括一非晶矽層。 25. 如申請專利範圍第16項所述之方法，其中該些區域 包括特徵結構之一陣列，而該些特徵結構之尺寸係大於 約1 〇〇微米，並且中心間隔小於約2 mm。 26. 如申請專利範圍第16項所述之方法，其中該些區域 包括特徵結構之一陣列，而該些特徵結構之尺寸係小於 約1 0 0 〇微米。 面如申请專利範圍第〗6項所述之方法，其中該在該表 面上之暴露出的該些區域上沉積該導電層之步驟係實質 熱D亥基板至該期望溫度之步驟之後的用於形成該 太陽能電池元件之下一步驟。 33