用于太阳能电池的金属触点方案制造技术

提供一种对半导体器件的半导体表面形成点金属电触点的方法。在第一步骤中，在半导体表面上形成第一金属层。之后将第一金属层阳极氧化以产生形成在半导体表面上的多孔金属氧化物层。多孔金属氧化物层中的孔将从而在多孔金属氧化物层中形成开口阵列。之后将触点金属层形成在多孔金属氧化物层上以使得触点金属层的一部分延伸至开口阵列的开口中。触点金属层经由多孔金属氧化物层中的开口阵列电接触半导体表面。电介质层可以任选地形成在半导体表面上并且多孔金属氧化物层形成在电介质层上，并且触点金属之后经由电介质层接触半导体表面。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术总体涉及器件制造领域并且，尤其是，涉及用于太阳能电池器件尤其是硅太阳能电池器件的背点触点的形成。
技术介绍
太阳能电池半导体器件的制造典型地包括与p-n结器件的金属触点的形成。半导体材料(例如，硅)吸收光并且产生之后可以由器件中的P-n结分离的电子和空穴载流子。多数载流子(例如，η型半导体材料中的电子)通过形成至器件的P型和η型材料两者的金属触点收集。在标准的丝网印刷硅太阳能电池中，η型金属触点(其收集电子)通过丝网印刷和随后烧制在基于晶片的器件的前侧(照射侧)上的栅格图案中的银浆料形成。P型接触通过用铝浆料丝网印刷器件的整个背侧P型表面形成。该浆料，当在780-870°C的温度烧制时，形成减少电子少数载流子(P型材料中)在硅-金属界面的复合并且能够收集空穴多数载流子的背面电场(BSF)。丝网印刷硅太阳能电池已经工业生产了 25-30年，具有分别对于单晶和多晶晶片基板向17-18%和16-17%持续 提高的驱动效率。然而，这些效率仍然显著低于由实验室制造的太阳能电池获得的值。例如，对于最高效率的单结硅太阳能电池的世界纪录是由新南威尔士大学(the University ofNew South Wales)在1999年获得的25%。为什么这些实验室制造的太阳能电池获得更高的效率的一个原因是它们典型地使用点金属触点与背表面上的娃接触。在新南威尔士大学(the University of New South Wales)制造的世界纪录纯化发射体背侧局域扩散(Passivated Emitter RearLocally-Diffused, PERL)电池的情况下，在背侧二氧化硅电介质层中制成尺寸10 μ mX 10 μ m的小开口。之后将金属经由这些小面积点尺寸开口蒸发以形成至电池的P型金属触点。通过限制金属硅界面的总面积，可以显著地减少少数和多数载流子的复合以对于得到的器件得到更高的开路电压。通过在金属化之前进行穿过接触开口的硼扩散以在开口的底部产生重掺杂区域，进一步增强PERL电池的性能。这些重掺杂区域进一步减少载流子复合并减少接触电阻，导致最终的器件中降低的串联电阻。大部分PERL电池使用P型晶片制造，其中在前侧(照明侧)通过进行磷固态扩散处理形成P-n结。该制造方法需要使用高品质浮点区(FZ)晶片，其中在IQcm p型晶片中少数载流子寿命可以高至500μ S。此外典型地使用厚晶片以确保出色的入射光吸收。经由电池前侧上形成的窄金属栅格收集电子，并且通过背表面上的点状触点收集空穴。为了限制当从触点开口上面的P型硅的半球形区域收集载流子时经历的扩展电阻，可以给出的是有益的是具有位于彼此尽可能接近处的点状触点。此外，需要的是在可实行情况下尽可能最小化全部金属-硅界面面积以便保持载流子的复合最小。在世界纪录高效PERL电池中，点状触点间隔250 μ m。用于制造硅太阳能电池的大部分工业工艺仍然依赖于使用整个背表面金属触点，如上对于丝网印刷电池所述，证明在获得用于背触点方案的紧密间隔的小面积点状触点存在实际困难。对于PERL电池，使用光刻制造点状触点，这被认为用于商业制造实施是过于昂贵的。已经试验了通过蒸发的铝层的点状触点的激光-烧制，然而该过程可以对硅产生材料损坏并从而降低电压。同样，因为激光器是基本上连续的流器件，点状触点的烧制需要某些形式的掩模或模板。此外，如果点状触点空间上彼此接近，那么为跨越整个背表面扫描用于图案化处理是耗时的。也测试了点状触点的喷墨蚀刻。虽然这种方法典型地不对光活性材料产生任何损坏，作为激光烧蚀触点它遭受相同的处理吞吐量问题。因此，硅太阳能电池的背表面上形成点状触点的图案用于金属接触的目的仍然是用于硅太阳能电池制造的研究的活跃领域。概述在第一方面，提供一种对半导体器件的半导体表面形成点金属电触点的方法，所述方法包括i)在所述半导体表面上形成第一金属层；ii)阳极氧化所述第一金属层以产生在所述半导体表面上形成的多孔氧化物层，从而所述多孔金属氧化物层中的孔形成穿过所述多孔金属氧化物层的开口阵列；iii)在所述多孔金属氧化物层上形成触点金属层，并且其一部分延伸至所述开口阵列的开口中以使得所述触点金属层经由所述多孔金属氧化物层中的所述开口阵列电接触所述半导体表面。在第二方面，提 供一种半导体器件，所述半导体器件具有其上形成电触点的半导体表面，所述器件包括i)多孔金属氧化物层，所述多孔金属氧化物层形成在所述半导体表面上，从而所述多孔金属氧化物层中的孔形成穿过所述多孔金属氧化物层的开口阵列；ii)触点金属层，所述触点金属层形成在所述多孔金属氧化物层上并且其一部分延伸至所述开口阵列的开口中，以使得所述触点金属层经由所述多孔金属氧化物层中的所述开口阵列电接触所述半导体表面，从而形成所述电触点。在一个实施方案中，在半导体表面上形成第一金属层，以使得在烧结之后多孔氧化物层与半导体表面接触。然而中间电介质层可以任选地在第一金属层的形成之前形成在半导体表面上，从而在所述第一金属层的氧化之后，电介质层插入在所述多孔金属氧化物层与所述半导体表面之间。根据第三方面，提供一种对半导体器件的半导体表面形成点金属电触点的方法，所述方法包括i)在所述半导体表面上形成电介质层ii)在所述电介质层上形成第一金属层；iii)阳极氧化所述第一金属层以产生在所述电介质层上形成的多孔金属氧化物层，从而所述多孔金属氧化物层中的孔形成在所述金属氧化物层中的开口阵列；iv)在所述多孔金属氧化物层上形成触点金属层；以及v)加热所述触点金属层以驱使所述触点金属层的一部分穿过所述电介质层，从而经由所述金属氧化物层中的所述开口阵列和所述电介质层电接触所述半导体表面。根据第三方面，提供一种半导体器件，所述半导体器件具有其上形成电触点的半导体表面，所述器件包括i)电介质层，所述电介质层形成在所述半导体表面上；ii)多孔金属氧化物层，所述多孔金属氧化物层形成在所述电介质层上，从而所述多孔金属氧化物层中的孔形成穿过所述多孔金属氧化物层的开口阵列；iii)触点金属层，所述触点金属层形成在所述多孔金属氧化物层上，以使得所述触点金属层经由所述多孔金属氧化物层中的所述开口阵列和所述电介质层电接触所述半导体表面，从而形成所述电触点。本专利技术的实施方案将优选基于娃半导体技术并且电介质层将优选包含Si02、SiNx, SiONx, SiC、Al2O3或其两种以上的组合。电介质层厚度可以在以下范围内10_85nm或 10_20nm、或 20_20nm、或 30_40nm、或 40_50nm、或 50_60nm、或 60_70nm、或 70_80nm、或80_85nm。所述电介质层可以通过PECVD之后通过形成气体退火形成。所述半导体表面优选是带纹路的。所述纹路可以达到1-8 μ m或2_5 μ m或1_2 μ m或 2-3 μ m 或 3-4 μ m 或 4-5 μ m 或 5-6 μ m 或 6-7 μ m 或 7-8 μ m 的深度优选控制所述金属触点层的所述加热以将所述触点金属层与所述半导体表面的接触限制至仅经由位于或邻近所述半导体表面的所述纹路的峰或脊的那些孔。第一金属层优选由铝组成以使得金属氧化物层是氧化铝层，然而可以经历阳极处理的其他金本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.07.02 AU 20109029641.一种对半导体器件的半导体表面形成点金属电触点的方法，所述方法包括 i)在所述半导体表面上方形成第一金属层； )阳极氧化所述第一金属层以产生在所述半导体表面上方形成的多孔金属氧化物层，从而所述多孔金属氧化物层中的孔形成在所述多孔金属氧化物层中的开口阵列； iii)在所述多孔金属氧化物层上方形成触点金属层，并且所述触点金属层的一部分延伸到所述开口阵列的开口中以使得所述触点金属层经由所述多孔金属氧化物层中的所述开口阵列电接触所述半导体表面。2.如权利要求1所述的方法，其中在所述半导体表面上形成所述第一金属层以使得在所述阳极氧化步骤之后，所述多孔金属氧化物层接触所述半导体表面。3.如权利要求1所述的方法，其中在所述半导体表面上方形成电介质层，并且在所述电介质层上方形成所述多孔金属氧化物层。4.一种对半导体器件的半导体表面形成点金属电触点的方法，所述方法包括 i)在所述半导体表面上形成电介质层 )在所述电介质层上方形成第一金属层； iii)阳极氧化所述第一金属层以产生在所述电介质层上方形成的多孔金属氧化物层，从而所述多孔金属氧化物层中的孔形成在所述多孔金属氧化物层中的开口阵列； iv)在所述多孔金属氧化物层上方形成触点金属层；以及 V)加热所述触点金属层以驱使所述触点金属层的一部分穿过所述电介质层，以经由所述多孔金属氧化物层中的所述开口阵列和所述电介质层电接触所述半导体表面。5.权利要求3或4所述的方法，其中所述电介质层包含Si02、SiNx,SiONx, SiC、Al2O3或它们的两种以上的组合。6.权利要求3、4或5所述的方法，其中所述电介质层的厚度在10-85nm的范围内。7.权利要求3、4、5或6所述的方法，其中所述电介质层的厚度在10-20nm、或20-20nm、或 30_40nm、或 40_50nm、或 50_60nm、或 60_70nm、或 70_80nm、或 80_85nm 的范围内。8.如权利要求3至7中的任一项所述的方法，其中所述电介质层通过PECVD并随后通过形成气体退火而形成。9.如权利要求3至8中的任一项所述的方法，其中所述半导体表面是带纹路的。10.权利要求9所述的方法，其中所述半导体表面的所述纹路达到1-8μ m、或2-5 μ m、或 1-2 μ m、或 2-3 μ m、或 3-4 μ m、或 4-5 μ m、或 5-6 μ m、或 6-7 μ m、或 7-8 μ m 的深度。11.权利要求9或10所述的方法，其中控制所述金属触点层的加热以将所述触点金属层与所述半导体表面的接触限制为仅仅经由位于或邻近所述半导体表面的所述纹路的峰或脊的那些孔。12.如权利要求1至11中的任一项所述的方法，其中所述第一金属层是包含铝的层。13.如权利要求1至12中的任一项所述的方法，其中将所述金属层在阳极氧化以形成所述多孔金属氧化物层之前烧结。14.如权利要求1至13中的任一项所述的方法，其中在所述触点金属层的形成之前，蚀刻所述多孔金属氧化物层以扩大形成穿过所述多孔金属氧化物层的所述开口阵列的所述孔。15.如权利要求1至14中的任一项所述的方法，其中在所述触点金属层的施加之前将所述多孔金属氧化物层进一步蚀刻，以确保在穿过所述多孔金属氧化物层的所述开口阵列的所述开口的底部将任意阻挡层氧化物从所述半导体表面移除。16.如权利要求1至15中的任一项所述的方法，其中将所述第一金属层预处理以使得由所述阳极氧化步骤产生的所述孔在所选位置优先形成。17.权利要求16所述的方法，其中所述预处理包括在每一个所需的位置产生缺陷、压痕或弱点的流体的逐点沉积。18.权利要求17所述的方法，其中使用喷墨或气溶胶喷注打印机沉积所述流体。19.权利要求18所述的方法，其中沉积蚀刻剂以在所述第一金属层中在所需的孔的位置形成凹陷。20.权利要求16所述的方法，其中所述预处理包括用在每一个所需的位置产生凹痕的模具压印所述第一金属层的表面。21.如权利要求1至20中的任一项所述的方法，其中平均孔间距小于500μ m。22.如权利要求1至20中的任一项所述的方法，其中平均孔间距小于200μ m。23.如权利要求1至20中的任一项所述的方法，其中平均孔间距为100μ m以下。24.如权利要求1至23中的任一项所述的方法，其中在所述阳极氧化工序中使用的酸选自硫酸、草酸、磷酸，或一起或依次使用的这些酸的组合。25.如权利要求1至24中的任一项所述的方法，其中在所述阳极氧化工序中使用的酸是O. 3-1. 5M硫酸和I 10% (wt/wt)憐酸。26.如权利要求1至24中的任一项所述的方法，其中在所述阳极氧化工序中使用的酸是O. 3M硫酸。27.如权利要求1至26中的任一项所述的方法，其中将所沉积的第一金属层阳极氧化3-30分钟、或3-4分钟、或4-5分钟、或5-6分钟、或6_7分钟、或7_8分钟、或8_9分钟、或9-10分钟、或10-11分钟、或11-12分钟、或12-13分钟、或13-14分钟、或14-15分钟、或15-16分钟、或16-17分钟、或17-18分钟、或18-19分钟、或19-20分钟、或20-21分钟、或21-22分钟、或22-23分钟、或23-24分钟、或24-25分钟、或25-26分钟、或26-27分钟、或27-28分钟、或28-29分钟、或29-30分钟。28.如权利要求1至27中的任一项所述的方法，其中通过溅射或热蒸发法中的一种沉积所述第一金属层。29.如权利要求1至28中的任一项所述的方法，其中所述第一金属层的厚度在O.2-1. O μ m、或 O. 2-0. 5 μ m、或 O.1-O. 2 μ m、或 O. 2-0. 3 μ m、或 O. 3-0. 4 μ m、或 O. 4-0. 5 μ m、或 O. 5-0. 6 μ m、或 O. 6-0. 7 μ m、或 0· 7-0. 8 μ m、或 O. 8-0. 9 μ m、或 O. 9-1. 05 μ m 的范围内。30.如权利要求1至29中的任一项所述的方法，其中在阳极氧化之前将所沉积的第一金属层在350-450°C (额定400°C )烧结25-35分钟。31.如权利要求1至30中的任一项所述的方法，其中经阳极氧化的第一金属层的蚀刻在所述阳极氧化步骤之后进行并且进行直至所述孔的直径为至少200或250nm。32.如权利要求1至30中的任一项所述的方法，其中经阳极氧化的第一金属层的蚀刻在所述阳极氧化步骤之后进行并且进行直至所述孔的直径在450-550nm的范围内。33.如权利要求1至32中的任一项所述的方法，其中使用选自溅射、电子束蒸发或热蒸发或丝网印刷的方法，将所述触点金属层沉积在所述孔中以及所述多孔金属氧化物层的整个表面上方。34.如权利要求33所述的方法，其中，所述触点金属层是包含铝的层。35.如权利要求1至32中的任一项所述的方法，其中所述触点金属层通过金属镀覆而形成在所述开口中以及所述多孔金属氧化物层的整个表面上方。36.如权利要求35所述的方法，其中通过用镍、铜、锡和/或银镀覆来形成所述触点金属层。37.如权利要求1至36中的任一项所述的方法，其中所述触点金属层在所述孔之间的厚度在1-4 μ m的范围内。38.如权利要求1至36中的任一项所述的方法，其中所述触点金属层在所述孔之间的厚度在1-2 μ m、或2-3 μ m、或3_4 μ ...

【专利技术属性】
技术研发人员：艾莉森·琼·列农，吕珮玄，陈洋，
申请(专利权)人：新南创新私人有限公司，
类型：
国别省市：