利用蚀刻与沉积工艺制造改进式薄膜型太阳能电池互连的方法技术

本发明专利技术提供一种在太阳光电模块内形成互连的方法。根据本发明专利技术的一个方面，该方法包含类似制作现有集成电路的工艺步骤。例如，该方法可包含屏蔽与蚀刻以在电池之间形成隔离凹槽，以及额外的蚀刻以形成邻接该凹槽的导电阶梯，其中该导电阶梯可形成电池之间的互连。根据本发明专利技术的另一个方面，用以形成导电阶梯的方法可为自对准，诸如将一镜子定位于模块上方以及由基材下方以一角度曝光光刻胶一或多次，并蚀刻以显露出该导电阶梯。根据另一个方面，该工艺可包含于模块中形成网格线的步骤，以改善在结构中的电流传导。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术关于一种太阳光电装置(photovoltaic device)，尤其关于一种 于薄膜太阳光电装置中制作改善式互连的系统与方法。
技术介绍
薄膜太阳能模块可提供合理效能以及低制造成本。这些模块是由各种 材料所制成，包含非晶珪(amorphous silicon )、非晶石圭4者(amorphous silicon germanium ) 、 4同4因《家石西(copper indium gallium selenide (CIGS)) 与镉碲(cadmium telluride)。这些太阳能模块的共同特征为沉积作用发 生在诸如玻璃片的大面积绝缘体上。另一个共同特征在于这些模块使用划线(scribes)与互连，以将大面 积沉积层切割成数个电池(cell)以及/或子电池(sub-cell)。以上述方式 切割的现有模块显示于图1中。如图1所示，模块100是切割成数个电池 102 (即，长条)，其通过互连104而串联(例如，在此图中是以水平方 向电性连接)。通常利用划线与导体而于模块上形成互连。然而，需声明 的是，上述模块100的长度L可为一米或更长。此时，跨过整个模块长度 L的互连宽度(相当于图2中的宽度W)通常约为700- 1000微米，以及 电池的宽度(即，长条)通常约为1公分。如同此领域的技艺人士所知， 图1显示简化、非实际大小的现有模块，且此模块进一步包含其它未显示 于图1中的主动与被动组件，诸如电极、保护二极管与接头(terminal)。 此外，此模块通常亦包含外部接触以及/或可为环境包覆(environmentally encapsulated )。已知互连104是用以提供不易有连续电阻损耗的高压、低电流输出。 例如， 一个具12%效率的1平方公尺面板可提供120瓦功率。若电池操作 电压为0.6伏特，那么电流为200安培。因为欧姆损耗为^R(其中I表示 电流而R表示电阻)，所以薄导电膜具有相当高的电阻，因此大部分功率5都浪费。不过，若模块被分成例如三百个长条，那么电压可为180伏特而电流可为0.56安培。因此，可减少约89000倍的欧姆损耗。受让予本案的同 一 专利权人的美国专利申请案11/245620(AMAT-10468)中阐述形成薄膜太阳光电模块的互连的方法，在此以参 考方式纳入该案的内容。该专利技术的方面包含使用单一激光划线以形成包含 阶梯结构的切口 ，以使底电极(base electrode)显露。该专利技术的另一个方 面为其产生的互连比现有的较窄，所以为更有效率的模块结构。在该申请案中所述的工艺是显示于图2A至图2E，其与图1的一部份 互连区域106有关。在图2A的第一步骤中，整个导体、半导体与接触堆 栈202 ~ 206沉积在诸如玻璃的基材208上。在另 一个实施例中，层202 为诸如钼(molybdenum)的金属或i^如氧化锌(ZnO)的透明导电氧化物(TCO);层204为诸如铜铟镓硒的半导体；以及层206是为诸如氧化锌 的透明导电氧化物。在一些实施例中，整个堆栈的厚度是大约2-3微米。 在图2B所示的下个步骤中，划线210是在底部导体202上。如图2C 所示，第二划线212是以较小切口构成，而显露出导电突出部(ledge)214。 两个划线210与212是以激光或机械划线或由上述二者的组合所构成。在一个同时制作划线的实施例中，使用具有偏斜强度轮廓(skewed intensity profile)的激光束，其在左边的密度大于在右边的密度(以附图 的方位而言)。此造成左边的切口比右边的深，而形成突出部(ledge )214。 在另一个实施例中，两个激光源是耦接至单一纤维。其中一个为红外线激 光源，例如波长为1064纳米的钕雅铬(Nd:YAG),因为其光子能量低于 半导体的能带所以可穿透堆栈。其首先切穿导体202。第二个为较短波长 的激光源，例如波长为532纳米的倍频钕雅铬(doubled Nd:YAG )，其切 穿半导体204 (诸如，CIGS)但不会切穿导体202。第二切口的宽度大约 在20至50微米左右，且总宽度W可降至0.01至0.2公分，较现有的更 窄。如图2D所示，在划线之后，绝缘体216沉积在壁上。在一个较佳实 施例中，以后续的自对准方法以沉积绝缘体216。利用一些现有方式将诸 如聚亚醯胺或光刻胶的光感聚合物涂敷于整个模块上，现有方法例如有喷墨、喷雾或滚轮。由模块背側穿透玻璃后而曝光聚合物。此自对准曝光是 在凹槽中进行(即，除了在凹槽中的部分光刻胶之外，导体层202阻挡所 有光刻胶的曝光)。接着显影聚合物，仅留下涂布层在左壁上(以图中的 方位而言)，而左壁因光线穿透凹槽而曝光。最后，如图2E所示，导体218沉积在绝缘体216上以连接左电池220 顶部与右电池222底部。此使得电池220与222之间有连续接触。接着以 绝缘与导体材料涂敷整个切口的长度(例如，在图1中模块的切口的长度 L)以形成互连。虽然该申请案的方法提供可接受的结果与更窄的互连，但是其具有一 些缺点。例如，用于图2B与图2C步骤中的激光剥离(laser ablation )具 有差的选择性，所以其具有窄的工艺条件，其中剥离作用在右侧的下层导 体处停止，同时切穿左侧的玻璃。再者，对具有大量窄长条(其中需要数 百个切口，每个为一米长)的面板而言，激光剥离具有低产量。还有，激 光剥离会造成边缘受损，特别是进行高速率剥离作用时。共同受让予本案专利权人的申请案(AMAT-10668)中阐述形成棵露 导电阶梯的另一种方法，在此是以参考方式纳入该案的内容。在较佳实施 例中，其使用单一层光刻胶与二次曝光。此实施例中的一个方面为来自背 侧的曝光反射自位于基材上方的镜子，以产生自对准的曝光区域，其可被 侵蚀以形成导电阶梯。然而， 一旦凹槽形状的阶梯形成，即需要数个其它 工艺步骤以绝缘側壁并沉积导体。还有，美国专利6300594、 6559441与 6919530中阐述使用激光划线穿透薄膜太阳光电材料的工艺，而因此避免 上述缺点形成。虽然这些参考文件显示出在隔离凹槽中的绝缘体，但并未 揭露用于完成此绝缘的特定方法，因此不能当作可改善该申请案的工艺。因此，本专利技术的目的在克服上述于薄膜太阳光电装置中形成互连方法 所面临的缺点。
技术实现思路
本专利技术提供一种在太阳光电模块中形成互连的方法。根据一方面，本 专利技术方法包含类似制作现有集成电路的工艺。例如，本方法包含屏蔽与蚀刻步骤以形成电池之间的隔离凹槽，以及包含额外蚀刻步骤以形成邻接凹 槽的导电阶梯，该导电阶梯可用于形成电池间的互连。根据另一方面，本 专利技术用以形成导电阶梯的方法可为自对准，诸如将一镜子定位于模块上方 以及由基材下方以一个角度一次或多次曝光光刻胶，并进行蚀刻以使导电阶梯露出。根据本专利技术另一个方面，工艺可包含在模块中形成网格线(grid line)的步骤，以改善结构中的电流传导。在本专利技术的这些与其它目的中， 一种用于在薄膜太阳光电模块中形成 互连的方法包含制备太阳光电模块层的堆栈于基材的顶表面上；形成具 有完全穿透堆栈的第一与第二实质平行边缘的隔离凹槽；同时留下邻接该 凹槽的第一与第二边缘的光刻胶于堆栈的顶部；曝光邻接该凹槽的第一边 缘的光刻胶区域；以及，通过该曝本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在薄膜太阳光电模块中形成互连的方法，包含：　制备太阳光电模块层的堆栈于基材的顶表面上；　形成隔离凹槽，其具有完全穿透该堆栈的第一与第二实质平行的边缘，同时在邻接该凹槽的该第一与该第二边缘处留下光刻胶于该堆栈的顶部；　曝 光邻接该凹槽的该第一边缘的光刻胶区域；以及　利用该曝光的光刻胶来蚀穿该堆栈的一或多层，以形成邻接该凹槽的该第一边缘的接触阶梯。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2006-3-31 11/394,7231. 一种在薄膜太阳光电模块中形成互连的方法，包含制备太阳光电模块层的堆栈于基材的顶表面上；形成隔离凹槽，其具有完全穿透该堆栈的第一与第二实质平行的边缘，同时在邻接该凹槽的该第一与该第二边缘处留下光刻胶于该堆栈的顶部；曝光邻接该凹槽的该第一边缘的光刻胶区域；以及利用该曝光的光刻胶来蚀穿该堆栈的一或多层，以形成邻接该凹槽的该第一边缘的接触阶梯。2. 如权利要求1所述的方法，其中该曝光步骤包含 设置反射体于该堆栈上；以及由下方以角度穿过该凹槽以照射该基材，由此使光反射离开该反射体 并曝光邻接该第 一 边缘的该光刻胶。3. 如权利要求1所述的方法，更包含沉积绝缘体于该凹槽中。4. 如权利要求1所述的方法，其中形成该隔离凹槽的步骤包含 提供该光刻胶于该堆栈的顶部；利用光微影技术曝光并显影该光刻胶部分；以及 利用该未显影光刻胶当作屏蔽层以蚀穿该堆栈。5. 如权利要求1所述的方法，更包含由下方以第二角度穿透该凹槽以第二次照射该基材，由此使光反射离 开该反射体并曝光邻接该第二边缘的该光刻胶；以及移除该曝光的光刻胶以于该堆栈顶部上形成邻接该凹槽的该第二边缘 的接触区域。6. 如权利要求1所述的方法，其中该堆栈包含导体层，该导体层具有底表面邻接该基材，以及其中该蚀刻步骤在该导体层的顶表面停止。7. 如权利要求1所述的方法，其中该堆栈包含导体层与半导体材料层， 该导体层具有底表面邻接该基材，该半导体材料层位于该导体层的顶表面 上方，以及其中该蚀刻步骤于到达该下层导体的顶表面前即于该半导体材 料层中停止。8. 如权利要求1所述的方法，更包舍以实质垂直该凹槽的...

【专利技术属性】
技术研发人员：PG伯登，
申请(专利权)人：应用材料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]