TW201203589A - A method for forming a selective contact - Google Patents

Description

201203589 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種用於使用雷射退火形成—光伏打電池 之一選擇性接觸的方法。 另外’本發明亦關於一種包含藉由該方法形成之一選擇 性接觸的光伏打電池。 【先前技術】 在習知光伏打電池製造中，發射極接觸形成含有三個主 要步驟，即：形成一發射極層，該發射極層為在塊狀矽基 板前面之相對較高摻雜層，該相對較高摻雜層具有不同於 塊狀矽基板之摻雜劑類型的摻雜劑類型；在該發射極層之 上形成一抗反射塗層（ARC);及經對準之金屬化。 如熟習此項技術者所已知，光伏打電池製造者為獲得較 高電池效能而開發了所謂的選擇性發射極技術。選擇性發 射極接觸含有在特定位置處展示不同摻雜等級及接面深度 之為給定類型之發射極層。在該發射極接觸中，僅重摻雜 位置將被金屬覆蓋且實現執行光產生電荷至外部電路之提 取所必要的接觸。因此’與具有完全覆蓋光伏打電池之前 側之咼摻雜發射極層的習知發射極接觸相比，光伏打電池 之效率改良了 0.5%至1%。 用以達成在特定位置處展示不同摻雜等級及接面深度之 發射極層的常見技術為雷射退火，因為此技術藉由致能非 常快速且非常局部之熱處理（從而在經加熱部分處導致接 面的受控深度，同時維持非常低之總的熱預算)而提供優 154232.doc 201203589 於習知熱處理之明顯優點。因此，詳言之，雷射退火很適 合於處理在100微米或甚至更低之範圍中的極薄太陽能電 池。 舉例而言，WO 2〇〇9/128679描述選擇性發射極層之雷射 退火，其中多個準分子雷射束通過一包括多個孔（雷射束 群組接著自該#孔_照射發射極層之對應於指狀電極的 各部分）之料，且其中料雷射束在指&電極之延伸方 向上移動。 顯然’以上技術之第一缺點為如下事實：同時照射發射 極之對應於指狀電極之各部分需要若干雷射束，此在技術 上為複雜的且不具成本效益。 第二缺點為，該系統之產量非常低，因為該等雷射束以 連續方m狀f極之整個延伸方向進行掃描。 第三缺點為，關於待照射之發射極層之部分之形狀及大 小的靈活性有限。因為習知雷射束之直徑小於習知指狀電 極線之寬度或與習知指狀電極線之寬度處於相同數量級， 所以不進行以下操作就無法 遮罩之一孔的雷射束群組中 愈複雜且昂責之雷射系統； 重複該退火製程某數目次， 較高之光電製造成本。 考慮到以上缺點，存在對 的明確需要。 顯著增大該寬度：⑴增大通過 的雷射束之數目，此導致愈來 或（ii)沿指狀電極之延伸方向 此導致重疊效應、較少產量及 一種旨在克服此等缺點之方法 因此’作為第一 目標’本發明提供一 種用於形成一選擇 154232.doc 201203589 性接觸之方法，該方法不需要用於同時照射一經摻雜接觸 層之複數個部分的複數個雷射束，且該方法可導致較不複 雜且較不昂貴之雷射設備。 作為第二目標，本發明提供__種用於形成—選擇性接觸 之方法’與習知方法相比，該方法可允許較高產量及減小 之光伏打電池製造成本。 作為第一目；，本發明提供一種用於形成一選擇性接觸 之方法，該方法可減少重疊效應或甚至使重疊效應最小 化。 作為第四目標，本發明提供一種用於形成一選擇性接觸 之方法，該方法致能整個接觸區上之接面深度的一較佳局 部控制範圍’此導致增大之光伏打電池效率。 作為第五目標，本發明提供一種用於形成一選擇性接觸 之方法，其中與習知方法相比，經退火之經摻雜接觸層可 展示較少缺陷’從而亦導致增大之光伏打電池效率。 另外，本發明之一目標為提供一種用於形成一選擇性接 觸之方法，其中與習知方法相比，總的製程步驟之數目得 以減小。 作為一額外目標，本發明提供一種具有減小之製造成本 及較高效率之光伏打電池。 本發明藉由藉助於一脈衝式雷射束來退火接觸層之一部 分而滿足以上目標，該脈衝雷射束係成形為對應於各別選 擇性接觸網格之至少一部分的一 2D圖案。 【發明内容】 154232.doc 201203589 本發明係關於一種用於形成一光伏打電池之一選擇性接 觸的方法，該方法包含： a.在一半導體基板之表面處形成一經摻雜接觸層； b_藉由一雷射束退火該經摻雜接觸層之一部分，該部分具 有對應於一各別選擇性接觸網格之至少一部分的一 2d圖 案； 該方法之特徵在於，該雷射束為脈衝式且成形為該2D圖 另外，本發明亦關於一種包含藉由該方法形成之一選擇 性接觸的光伏打電池。 【實施方式】 根據本發明之第-實施例，提供-種用於形成-光伏打 電池之一選擇性接觸的方法，該方法包含： 案； 5亥方法之特徵在於，該雷射束 案。 在半導體基板之表面處形成一經捧雜接觸層； b.藉由一雷射束退火該經摻雜接觸層之一部分，該部分具 有對應於一各別選擇性接觸網格之至少一部分的一 2 D圖 該雷射束為脈衝式且成形為該2D圖

之一雷射束（其中該2D

此可導致較不複雜且較不昂貴之 之雷射設 藉由使用脈衝式且成形為2D圖案 圖案對應於各別選擇性接觸網格 數個部分。顯然 備0 154232.doc 201203589 本發明之另一優點為，因為可藉由一個脈衝來退火經摻 雜接觸層之大部分，所以與習知方法相比，產量可增大至 工業製造等級且因此光伏打電池製造成本可減小。 另外藉由以下事實之組合可減少重疊效應或甚至使重 疊效應最小化.可藉由一個脈衝來退火經摻雜接觸層之大 部分，及2D圖案之形狀不受限制。 、在本發明之上下文中，將經摻雜接觸層理解為在塊狀光 、打電池基板之則側或後側的任何種類之經摻雜層，該經 摻雜層#有不同於塊狀基板之摻雜劑類型的摻雜劑類型 γ例如，在發射極接觸之情況下），或該經摻雜層具有顯著 高於塊狀基板中之摻雜劑濃度的摻雜劑濃度（例如，在背 面昜(BSF)之情況下)。在兩種情況下’經摻雜接觸層形成 (或作用就像)與塊狀基板之接面，且充當塊狀基板與接觸 電極之間的導電層。 在本發明之上T文中’將選擇性接觸理解為在經換雜接 觸層根據2D圖案在特定位置處展示不同摻雜等級及接面深 度的光電應用中之任何種類的接觸，例如，前接觸式電池 之選擇性發射極接觸、在鈍化發射極後局部擴散式太陽能 電池（PERL)上的背面場、在後接觸式電池（Rcc)、背接觸 式電池（BCC)、指狀交又背接觸式電池（IBC)或純化發射極 後接觸式電池（PERC)之後側上的選擇性發射極接觸。 2-D圖案可具有任何形狀，該形狀對應於任何類型之光 伏打電池的各別選擇性接觸網格之至少一部分之佈局，以 使得在退火之後，經摻雜接觸層在特定位置處展示不同摻 154232.doc 201203589 雜等級及接面深度。 詳言之，2-D圖案可包含複數個平行接點，例如，一選 擇性發射極接觸網格之指狀電極。 在根據本發明之另一實施例中，提供一種方法，其中該 選擇性接觸網格可包含複數個平行接點，且其中可藉由每 -脈衝來照射-部分’該部分具有對應於該複數個平行接 點之至少一部分之2D圖案。 可藉由任何種類之射束成形系統(例如’具有對應於該 2D圖案之孔隙的遮罩）來達成使雷射束成形為該圖案。 該遮罩可為製造有孔隙之實心板。本質上，該孔隙於是為 雷射束所通過且界定射束光點之形狀及/或大小的孔或開 Ό 〇 或者’該射束成形系統可包含—鏡面或透鏡總成，該鏡 面或透鏡總成包含-部分透射塗層，該部分透射塗層具有 對應於2D圖案之—較高透射率區，該較高透射率區係由一 較低透射率區圍繞。 在另-實施例中，該射束成形系統可包含如 仍2_231718中所揭示之―光㈣統，該光學系統經組態 以在單-雷射脈衝中退火單一細長區域，藉此退火包含若 干細長接點之一各別選擇性接觸網格的至少一部分。 或者，該射束成形系統可包含—繞射光學元件，該繞射 光學元件用於使射束成形為多條平行線，藉此在單一雷射 脈衝中退火包含若干平行接點之_各别選擇性接觸網格的 至少一部分。 154232.doc 201203589 該雷射可為波長、能量及脈衝持續時間係針對製程予以 調適之任何雷射’諸如’固態雷射，或準分子雷射。較佳 地，該雷射可為準分子雷射，更佳地，該雷射可為氣化氣 準分子雷射。 該雷射之波長可在190 nm至600 nm、190 111„至55〇 nm、 190 nm至480 nm之範圍中（歸因於矽在彼等波長處之高能 量吸收），且較佳為308 nm » 雷射能量可在1焦耳至25焦耳之範圍中。為了達成此等 月b量’通常將雷射放電量最佳化為1〇 cm(電極間的間 距）x7至10 cm(放電寬度）xl〇〇至2〇〇 cm(放電長度）。 在本發明之一實施例中，該雷射可經調適以產生具有在 0.1 J/cm2與1〇 j/cm2之間（較佳在} J/cm2與1〇 J/cm2之間）的 能量密度之預計雷射束。 在一較佳實施例中，該雷射可為準分子雷射經調適以產 生大於60 cm2、大於80 cm2、較佳為100 cm2之大面積輸出 射束的準分子雷射，該大面積輸出射束具有通常為至少1 cm2、 至少5 cm2且至多1〇 cm2的預計射束光點，該預計射束光點 具有在0.1 J/cm2與10 J/cm2之間的能量密度。 在根據本發明之一特定實施例中，可藉由每一脈衝來照 射至少1 cm2、至少5 cm2、至少8 cm2或至少1〇 cm2的一部 分’此使得本發明適合於光伏打電池之高產量工業製造。 脈衝持續時間對應於介於快速加熱（為了減少掺雜劑之 擴散）與相對較慢冷卻（為了減少缺陷之形成）之間的最佳 值’且可在100 ns至1000 ns之範圍中，或在1〇〇⑽與]^ ns 154232.doc 201203589 之間，或較佳在100毫微秒與200毫微秒之間。 藉由使用該長脈衝，可使經摻雜接觸層之切除最小化， 同時在材料中足夠深地活化摻雜元h較長脈衝持續時間 亦致能整個接觸區上的接觸接面深度之較佳控制範圍。此 外，與較短脈衝相比，長脈衝在經退火材料中產生較少缺 陷，且與較短脈衝下遇到的情況相&匕，長脈衝產生較少小 滴或材料損耗。 在本發明之一較佳實施例中，雷射可具有為308 nm之波 長、在100毫微秒與200毫微秒之間的脈衝持續時間及在 0.5 "(^^與10 J/cm2之間的預計射束能量密度。 半導體基板表面可為適合於光電應用之任何材料，諸如 但不限於，結晶矽、無摻雜矽或摻雜矽、多晶矽、植入 矽、碳化矽' 非晶矽、矽鍺、m_v族化合物半導體（諸如 砷化鎵、鎵鋁砷、氮化鎵）、⑴…族化合物半導體（如碲化 鎘、銅銦硒（CulnSe2)或銅銦鎵硒（Cu(ln，Ga)Se2)及其類似 者）、多接面半導體堆疊及其類似者。 在根據本發明之一實施例中，可提供一種用於形成一選 擇性接觸之方法，該方法進一步包含：在經摻雜接觸層之 上形成一抗反射塗層及/或一鈍化介電質，及經由該抗反 射塗層及/或鈍化介電質來退火該經摻雜接觸層。 該抗反射塗層或鈍化介電質可為在光伏打電池製造使用 之任何抗反射材料或鈍化介電質，諸如，氮化矽及/或氧 化石夕及/或兩者之組合。 根據本發明，可提供一種用於形成一選擇性接觸之方 154232.doc 201203589 法’其中可雷射切除該抗反射塗層及/或鈍化介電質之至 少一部分’該至少一部分對應於經摻雜接觸層之該部分。 藉由在形成金屬接觸電極之前自對應於各別選擇性接觸網 格之至少該部分切除該抗反射塗層及/或鈍化介電質，在 經切除層下方之經摻雜接觸層與隨後沈積之金屬電極之間 的接觸電阻得以減小’從而導致較高之電池效率。 另外’因為接觸電極至少部分地嵌入於抗反射塗層及/ 或鈍化介電質中，所以可使得該等接觸電極較薄。此外， 因為抗反射塗層及/或鈍化介電質可以具有極有限寬度之 線（該等線可充當用於自對準式金屬電鍍之圖案）的形式經 雷射切除，所以接觸電極可形成為具有減小之寬度。較薄 及/或不太寬之接觸電極導致獲得較少陰影損耗及較高之 短路電流密度（JSC)。 另外，因為現可在較低溫度下及在不接觸之情況下（亦 即，藉由自對準式金屬電鍍）進行接觸形成，所以晶圓破 損之風險得以減小（考慮到減小晶圓厚度之趨勢）。 在根據本發明之-較佳方法t，可與雷射退火同時地雷 射切除抗反射塗層及/或鈍化介電f之__部分，該部分對 應於經摻雜接觸層之至少哕部八 t 1 夕°亥邛分。藉由同時退火經摻雜接 觸層及切除抗反射塗層及/赤 至嘈及/或鈍化介電質，總的製程步驟 之數目與習知方法相比得以減小。 如熟習此項技術者所已知址 心照慣例，經摻雜接觸層係

藉由高溫構或蝴擴散、咬藉士甘A 4藉由其他摻雜製程步驟後續接著 向溫鍋爐退火而形成，以#媒彡曰 便獲侍一咼摻雜接觸層。然而， 154232.doc ，12· 201203589 根據本發明，歸因於後續選擇性雷射退火，僅需要一輕微 摻雜接觸層。因此，可藉由以一摻雜製程步驟處理塊狀半 導體基板之前或後表面來形成經摻雜接觸層，該推雜製程 步驟諸如，離子植入、電漿摻雜、自磷前驅物之較低溫擴 散獲得之磷矽酸鹽玻璃（PSG)形成、自硼前驅物之較低溫 擴散獲得之硼矽酸鹽玻璃（BSG)形成、經摻雜之旋塗式玻 璃形成’及經摻雜之介電質沈積。 或者，根據本發明之另一實施例提供一種用於形成一選 擇陡接觸之方法’纟中在半導體基板之表面處形成經換雜 接觸層可包含：在半導體基板上形成一經摻雜之抗反射塗 層及/或經摻雜之鈍化介電質，及雷射退火該抗反射塗層 及/或該鈍化介電質。較佳與雷射退火同時，可雷射切除 抗反射塗層及/或鈍化介電質之一部分，該部分對應於經 摻雜接觸層之該部分。 因而，在後一種情況下，選擇性經摻雜接觸層係藉由退 火且同時切除抗反射塗層及/或鈍化介電質而形成，而不 需要分開之經摻雜接觸層形成。與習知方法相比，此情形 明顯減小用以形成選擇性接觸之總的製程步驟之數目。 根據本發明之—方法可進一步包含在XYZ方向上對準預 計雷射束與待照射之部分。 根據本發明之-方法可進—步包含藉助於—接物鏡將20 圖案之影像聚焦於待照射之區域上。 根據本發明之—方法可進一步包含匹配2D圖案之影像的 大小與待照射部分之大小。此可藉助於一可變影像放大系 154232.doc -13· 201203589 統而獲得。 藉由使用相機顯現半導體材料層上之射束光點、量測1 射束光點之大小及調整放大率，可執行進—步調整。 本發明之一方法亦可包含圖案辨識。此可藉由一包含相 機之圖案辨識系統來達成，該相機以機械方式連接至—用 於固持半導體材料之台且定位於材料層表面上方。在特定 實施例中’可處理來自相機之影像以定位已在半導體材料 上触刻或雷射切除之若干（通常為3個）對準標記。該等對準 標記提供該半導體材料在雷射設備之座標系統中之精確位 置。 另外’本發明提供一種光伏打電池’該光伏打電池包含 一藉由根據以上技術方案中之任一者的方法所形成之選擇 性接觸。該光伏打電池可為（例如）標準單晶及多晶太陽能 電池、N型及P型太陽能電池、生長於不同類型之基板上的 蟲晶矽太陽能電池、異接面太陽能電池、純化發射極後局 部擴散式太陽能電池（PERL)、鈍化發射極後接觸式電池 (PERC)、背接觸式或後接觸式太陽能電池（RCC、BCC)及 指狀交叉背接觸式電池（IBC)。 實例1 習知發射極接觸形成製程： 1) 在高溫下於p型塊狀矽上之P〇CI3鍋爐擴散，其用於 形成重摻雜η型發射極層 2) 磷矽酸鹽玻璃蝕刻 3) SiNx ARC/鈍化層之沈積 154232.doc 201203589 4)藉由網板印刷進行之經對準的前側金屬化 如（例如）W〇 2009/128679中所描述之先前技術選擇性發 射極形成製程： 1) 在較低溫下於P型塊狀矽上之POCI3鍋爐擴散，其用 於形成輕微摻雜η型發射極層 2) 發射極層之選擇性雷射退火 3) 麟石夕酸鹽玻璃餘刻 4) SiNxARC/鈍化層之沈積 5) 藉由網板印刷進行之經對準的前側金屬化 根據本發明之選擇性發射極形成製程： 1) 在較低溫下於p型塊狀矽上之POCU鍋爐擴散，其用 於形成輕微摻雜η型發射極層 2) 藉由經成形為選擇性發射極接觸網格之2D圖案之脈 衝式雷射束進行的選擇性雷射退火 3) 磷矽酸鹽玻璃飯刻 4) SiNx ARC/鈍化層之沈積 5) 藉由網板印刷進行之經對準的前側金屬化 根據本發明之替代選擇性發射極形成製程： U在較低溫下於p型塊狀矽上之p〇CI3鍋爐擴散，其用 於形成輕微摻雜η型發射極層 2) 藉由經成形為選擇性發射極接觸網格之2D圖案之脈 衝式雷射束進行的選擇性雷射退火； 3) 鱗石夕酸鹽玻璃钮刻 4) SiNx ARC/鈍化層之沈積 154232.doc 15 201203589 5) 藉由經成形為選擇性發射極接觸網格之2d圖案之脈 衝式雷射束進行的雷射切除； 6) 藉由自對準式金屬化電鍍進行之前側金屬化 根據本發明之另一替代選擇性發射極形成製程： U在較低溫下於p型塊狀矽上之POCI3鍋爐擴散，其用 於形成輕微摻雜η型發射極層 2) 磷矽酸鹽玻璃蝕刻 3) SiNx ARC/鈍化層之沈積 4) 藉由經成形為選擇性發射極接觸網格之2d圖案之脈 衝式雷射束進行的選擇性雷射退火及雷射切除； 5) 藉由自對準式金屬化電鍍進行之前側金屬化 根據本發明之另一替代選擇性發射極形成製程： 1) 經摻雜之SiNx ARC/鈍化層之沈積 2) 藉由經成形為選擇性發射極接觸網格之2d圖案之脈 衝式雷射束進行的選擇性雷射退火及雷射切除； 3) 藉由自對準式金屬化電鍍進行之前側金屬化 實例2 以下使用光微影術之ό個步驟及一最終燒結及退火步驟 (如在光電基礎及應用實用手冊（Tom Markvart及Luis Castaner，Elsevier)中所描述）來描述習知指狀交叉背接觸 式（IBC)太陽能電池製造過程： 1) 高壽命<100>FZ石夕晶圓之初始氧化 2) N+發射極光微影術 3) 打開N+發射極區域之氧化物钱刻 154232.doc •16· 201203589 4) 磷的預先沈積 5) P+發射極光微影術 6) 打開P+發射極區域之氧化物蝕刻 7) 硼的預先沈積 ， 8)紋理化晶圓（太陽能電池前側）之背面 • 9)生長薄的氧化物或介電質 1 〇)接點光微影術 11) 打開接觸區域之氧化物或介電質蝕刻 12) 等級1金屬化 13) 金屬1光微影術 14) 金屬1蝕刻 15) 沈積金屬間介電質 16) 介層孔光微影術 17) 金屬間介電質蝕刻 18) 等級2金屬化 19) 金屬2光微影術 20) 金屬2蝕刻 21) 沈積抗反射塗層 , 22)燒結及退火 23)切塊及測試 a 在根據本發明之指狀交又背接觸式（IBC)太陽能電池製 造過程流程中，可使用藉由成形為2D圖案之脈衝式雷射束 進行的選擇性雷射退火而非使用光微影術來形成N+發射極 區域或P+發射極區域或兩者。 154232.doc •17·

Claims (1)

1. 201203589 七、申請專利範圍： l 一種用於形成一光伏打電池之一選擇性接觸之方法，其 包含： a.在一半導體基板之表面處形成— b -藉由一 經摻雜接觸層； 部分，該部分 具有對應於一各別選擇性接觸網格之至少一部分的一 2D圖案； 該方法之特徵在於，該雷射束為脈衝式且成形為該2D圖 案。 2·如4求項1之方法’其中該選擇性接觸網格包含複數個 平行接點’且其中藉由每一脈衝來照射一部分該部分 具有對應於該複數個平行接點之至少一部分之一 2d圖 案。 3. 如明求項1或2之方法，其中藉由每__脈衝來$射m 1 cm2之一部分。 4. 如請求項1或2之方法，其中藉由在〇」心2與1〇 j/cm^ 間的一預計射束能量密度來執行該雷射退火。 5. 如《月求項1或2之方法，其令該脈衝式雷射束具有在剛 毫微秒與200毫微秒之間的—脈衝持續時間。 6. 如請求項⑷之方法’其中藉由一準分子雷射來執行退 火。 7·如請求項1或2之方法’其包含：在該經摻雜接觸層之上 形成-抗反射塗層及/或一純化介電質，及雷射切除該抗 反射塗層及/或該鈍化介電質之至少―部分，該至卜部 154232.doc 201203589 分對應於該經摻雜接觸層之該部分β 8·如請求項1或2之方法，其包含：在該經摻雜接觸層之上 形成一抗反射塗層及/或一鈍化介電質，及經由該抗反射 塗層及/或該純化介電質執行該雷射退火。 9.如請求項8之方法，其中與該雷射退火同時’雷射切除 該抗反射塗層及/或該鈍化介電質之一部分，該部分對應 於該經摻雜接觸層之該部分。 10.如請求項1或2之方法，其中在該半導體基板之該表面處 形成該經摻雜接觸層包含：在該半導體基板上形成一經 摻雜之抗反射塗層及/或一經摻雜之鈍化介電質，及雷射 退火該抗反射塗層及/或該經摻雜之鈍化介電質。 11·如請求項Η)之方法，其中與該t射退火同時 該抗反射塗層及/或該鈍化介電質之一部分， 於該經摻雜接觸層之該部分。 ’雷射切除 s亥部分對應 1 ·。月求項1或2之方法，其中該經摻雜接觸層為 層，且其中該選擇性接觸層為一選擇性發 / 13. 一種光伏打電池1包含藉由如以上請求項Λ項 方法所形成之一選擇性接觸。 154232.doc 201203589 四、指定代表圖： (一) 本案指定代表圖為：（無） (二) 本代表圖之元件符號簡單說明·· 五、本案若有化學式時，請揭示最能顯示發明特徵的化學式： (無） 154232.doc