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TWI644445B - 無阻障金屬種晶堆疊及接點 - Google Patents

無阻障金屬種晶堆疊及接點 Download PDF

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TWI644445B
TWI644445B TW103144663A TW103144663A TWI644445B TW I644445 B TWI644445 B TW I644445B TW 103144663 A TW103144663 A TW 103144663A TW 103144663 A TW103144663 A TW 103144663A TW I644445 B TWI644445 B TW I644445B
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默可 埃格拉沃
林承
麥克 庫辛諾維克
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美商太陽電子公司
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Abstract

本發明描述了形成無阻障種晶堆疊及接點的方法。在示例中，太陽能電池包含基板以及設置在基板上的導電接點。導電接點包含直接接觸基板的銅層。在另一個示例中，太陽能電池包含基板以及直接設置在基板上的種晶層。種晶層主要由一或多個非擴散阻障金屬層構成。導電接點包含直接設置在種晶層上的銅層。製備太陽能電池的例示性方法包含提供基板，以及在基板上形成種晶層。種晶層包含一或多個非擴散阻障金屬層。方法進一步包含從種晶層形成太陽能電池的導電接點。

Description

無阻障金屬種晶堆疊及接點
本揭露的實施例係在再生能源的領域，且特別是包含形成無阻障金屬種晶堆疊及接點的方法。
光伏打電池，俗稱為太陽能電池，為用於直接轉換太陽輻射成電能的習知裝置。通常，太陽能電池是使用半導體處理技術形成鄰近基板表面的p-n接面而製備在半導體晶圓或基板上。太陽輻射衝擊(impinging)在基板表面上且進入基板，基板在基板整體中產生電子及電洞對。電子及電洞對遷移至基板中的p型摻雜區及n型摻雜區，從而在摻雜區之間產生電壓差。摻雜區連接至太陽能電池上的導電區，以引導(direct)來自電池的電流至耦合至其的外部電路。
普遍期望有用於在太陽能電池製造中提升效率的技術。本揭露的一些實施例允許經由提供製備太陽能電池結構的新穎製程而提升太陽能電池的製造效率。
本發明之一態樣提供一種太陽能電池，其包含：基板以及導電 接點。其中導電接點係設置在基板上，且包含直接接觸基板的銅層。
本發明之另一態樣提供一種太陽能電池，其包含：基板、種晶層以及導電接點。其中種晶層係直接設置在基板上，且主要由一或多個非擴散阻障金屬層構成。導電接點包含直接設置在種晶層上的銅層。
本發明之又一態樣提供一種製備太陽能電池的方法，其包含：提供基板；在基板上形成種晶層；以及從種晶層形成太陽能電池的導電接點。其中種晶層主要係由一或多個非擴散阻障金屬層構成。
100A、100B、100C、250、300‧‧‧太陽能電池
100、102、200、252、302、502、702‧‧‧基板
101‧‧‧光接收表面
104、254、304、708‧‧‧導電接點
114、124、202、214、224、314、514、714‧‧‧介電層
201‧‧‧方向
216‧‧‧溝槽
120、220‧‧‧n型摻雜多晶矽區
122、222‧‧‧p型摻雜多晶矽區
256、306、308、704、706‧‧‧種晶層
400、600‧‧‧流程
402、404、602、604、606‧‧‧操作
504‧‧‧銅層
第1A圖、第1B圖及第1C圖繪示根據本揭露實施例的具有包含直接接觸基板的銅層的導電接點的太陽能電池之部分的剖面圖。
第2圖繪示根據本揭露實施例的具有包含設置在基板上的金屬種晶層的導電接點的太陽能電池之部分的剖面圖。
第3圖繪示根據本揭露實施例的具有包含設置在基板上的複數個金屬種晶層的導電接點的太陽能電池之部分的剖面圖。
第4圖係為繪示根據本揭露實施例的製備太陽能電池方法中的操作的流程圖。
第5A圖及第5B圖繪示對應至第4圖的流程操作且根據本揭露實施例的製備太陽能電池的方法中之處理操作的剖面圖。
第6圖係為繪示根據本揭露實施例的製備太陽能電池方法中的操作的流程圖。
第7A圖、第7B圖、第7C圖及第7D圖繪示對應至第6圖的流 程操作且根據本揭露實施例的製備太陽能電池方法中的處理操作的剖面圖。
第8A圖繪示根據本揭露實施例的在退火具有銅種晶層的例示性基板之後漏電電流密度的變化之圖表。
第8B圖繪示根據本揭露實施例的在退火具有銅種晶層的例示性基板之後整體復合率(bulk recombination rate)的變化之圖表。
第8C圖繪示根據本揭露實施例的在退火具有銅種晶層的例示性基板之後漏電電流密度的變化之圖表。
第8D圖繪示根據本揭露實施例的在退火具有銅種晶層的例示性基板之後整體復合率的變化之圖表。
下列實施方式在本質上係僅為說明性，且不意圖限制專利標的或本申請之實施例，及這些實施例的使用。如同在本文中所使用的，文字「例示性」表示「作為一個示例、實例或說明」。在本文中所描述的作為例示性的任何實現方式不必然被詮釋為較佳於或優於其他實現方式。此外，並不意圖由在先前技術領域、背景、發明內容或下列實施方式中所提出的任何明示或暗示的理論所束縛。
此說明書包含參照「一個實施例(one embodiment)」或「一實施例(an embodiment)」。用語「在一個實施例中」或「在一實施例中」之表述並不一定表示相同實施例。具體的特徵、結構或性質可以任何與本揭露相符的合適方式結合。
用語：下列段落提供在本揭露中所見用語的定義及/或內容(包含 所附申請專利範圍)：「包含」：此用語為開放式的。當使用在所附申請專利範圍中時，此用語不排除其他結構或步驟。
「配置以」：各種單元或組成可描述或主張為「配置以」進行一個工作或多個工作。在這樣的內容中，使用「配置以」以藉由指出包含在操作期間進行那些工作或工作的結構的單元/組成而暗示結構。因此，甚至在特定單元/組成目前不運作(例如，未導通/活動)時，仍可闡述單元/組成被配置以進行工作。描述單元/電路/組成被「配置以」進行一個或多個工作，係為明示地單元/組成不意圖援引35 U.S.C.§112的第六段。
「第一」、「第二」等：如在本文中使用，這些用語用作為其所前綴的名詞之標示，且不意味著任何類型的順序(例如，空間、時間、邏輯等)。例如，參照「第一」太陽能電池並不一定意味著此太陽能電池在順序上為第一個太陽能電池；相反地，用語「第一」係用以區分出此太陽能電池與另一個太陽能電池(例如，「第二」太陽能電池)。
「耦合」：下列描述表示元件或節點或特徵「耦合」在一起。如同在本文中所使用的，除非另有明確指出，否則「耦合」表示一個元件/節點/特徵直接地或間接地連接至另一個元件/節點/特徵(或直接地或間接地與另一個元件/節點/特徵相通)，且不一定為機械性地。
此外，一些用語也可僅為了參考目的而使用在下列描述中，且因此不意圖為限制性的。例如，用語如「上(upper)」、「下(lower)」、「上面(above)」及「下面(below)」表示在進行參照之圖式中的方向。用語如「前(front)」、「後(back)」、「背(rear)」、「側(side)」、「外部(outboard)」及「內部(inboard)」描述藉由參照以下討論描述組件之內文及相關圖式，於變得明確之參照的一致但任意框架中的組件部分的方向及 /或位置。這樣的用語可包含上面具體提到的文字、其衍生物及類似含意的文字。
在本文中描述形成太陽能電池之無阻障金屬種晶堆疊及接點的方法及所得的太陽能電池。在下列描述中，為了提供本揭露的實施例透徹的理解，闡述了許多具體的細節，如具體處理流程的操作。將對所屬技術領域中的通常知識者為顯而易見的是，本揭露的實施例可在沒有這些具體細節下實踐。在其他實例中，為了不會不必要地模糊了本揭露的實施例，不詳細描述習知的製備技術，如銅鍍技術。此外，要理解的是在圖式中示出的各種實施例為說明性的表示且不一定按比例繪製。
在本文中揭露的是製備太陽能電池的方法。在實施例中，製備太陽能電池的方法包含提供基板，且直接在基板上鍍覆銅層以形成導電接點。
在另一個實施例中，製備太陽能電池的方法包含提供基板，且在基板上形成種晶層。種晶層主要由一或多個非擴散阻障金屬層構成。方法進一步包含從種晶層形成太陽能電池的導電接點。
在本文中也揭露太陽能電池。在實施例中，太陽能電池包含基板。導電導件(conductive conduct)設置在基板上且包含直接接觸基板的銅層。
在另一個實施例中，太陽能電池包含基板。種晶層直接設置在基板上，且主要由一或多個非擴散阻障金屬層構成。導電接點包含直接設置在種晶層上的銅層。
因此，本揭露的實施例包含具無擴散阻障導電接點的太陽能電池。形成接點的現有方法通常包含複數個種晶層的沉積，包含銅層與矽之間的擴散阻障層。擴散至矽的銅可損壞裝置，且因此現有的接點包含擴散 阻障金屬層，以防止不想要的銅至矽的擴散。擴散阻障材料的示例為鈦-鎢合金(TiW)。用於形成具擴散阻障層的接點的種晶堆疊的一個示例包含設置在矽基板上的鋁(Al)種晶層；設置在鋁(Al)種晶層上的TiW阻障層；以及設置在TiW阻障層上的銅(Cu)種晶層。TiW阻障層因此限制了銅擴散至矽基板。
包含阻障層沉積的方法可包含其他處理步驟且需要複雜的處理工具。例如，包含TiW阻障層的複數個金屬層沉積可需要一個單獨的基板邊緣塗佈操作，以防止金屬被沉積在太陽能電池基板的邊緣上。包含在沉積阻障層的其他處理步驟可降低產量。相對於現有的方法，揭露的實施例包含不具擴散阻障層但限制銅擴散至矽的太陽能電池接點。
第1A圖至第1C圖、第2圖及第3圖繪示根據本揭露實施例的太陽能電池的剖面圖。
第1A圖繪示根據本揭露實施例的具有包含直接接觸基板的銅層之導電接點的太陽能電池之部分的剖面圖。太陽能電池100A的部分包含基板102。導電接點104設置在基板102上。根據實施例，導電接點104包含直接接觸基板102的銅層。第1A圖繪示具設置在基板102上的圖案化介電層114的太陽能電池100A之部分。在描述的實施例中，導電接點104通過介電層114中的間隙或接觸開口接觸基板102。基板102可包含一或多個半導體及/或介電層。例如，第1B圖及第1C圖繪示導電接點104可設置在其上之例示性基板。
第1B圖繪示根據本揭露實施例的具導電接點的太陽能電池之部分的剖面圖，導電接點形成在基板上面形成的射極區上。
參照第1B圖，太陽能電池100B的部分包含圖案化的介電層224，其設置在複數個n型摻雜多結晶矽(多晶矽)區220、複數個p型摻雜多晶 矽區222及由溝槽216所露出的基板200的部分上面。多晶矽區220及多晶矽區222從設置在基板200內或者在基板200上面的多晶矽層形成。根據一個這樣的實施例，多晶矽層具有在每立方公分至少1018範圍內的摻雜濃度。在一個這樣的實施例中，摻雜濃度係在每立方公分1019至每立方公分1020的範圍內。在一個實施例中，基板200包含單晶矽基板。雖然描述為多晶矽區220及多晶矽區222，在替代的實施例中，多晶矽區220及多晶矽區222從非晶矽層形成。
導電接點104包含直接接觸多晶矽區220及多晶矽區222的銅層。在說明的實施例中，導電接點104直接設置在介電層224中設置的複數個接觸開口中，且耦合至複數個n型摻雜多晶矽區220及複數個p型摻雜多晶矽區222。在一個實施例中，複數個n型摻雜多晶矽區220及複數個p型摻雜多晶矽區222可提供太陽能電池100B的射極區。因此，在實施例中，導電接點104設置在射極區上。在實施例中，導電接點104為背接觸式太陽能電池的背面接點，且位於相對太陽能電池100B光接收表面(在第1B圖中提供為方向201的方向)的太陽能電池表面上。此外，在一個實施例中，射極區形成在薄或穿隧介電層202上。在一個實施例中，其中射極區從非晶矽層形成，非晶矽射極設置在本質非晶矽層上。
第1B圖繪示具有設置在多晶矽區220及多晶矽區222上的一個介電層224的太陽能電池100B的部分，但其他實施例可不包含介電層，或可包含超過一個介電層。在具有設置在多晶矽區220及多晶矽區222上的一或多個介電層的實施例中，導電接點的銅層通過一或多個介電層中的間隙或接觸開口而直接接觸多晶矽層。
因此，第1B圖繪示具有形成射極區上之導電接點的太陽能電池，其中射極區形成在基板上。在另一個實施例中，太陽能電池包含直接設置 在射極區上的導電接點，射極區形成在太陽能電池基板中。例如，第1C圖繪示根據本揭露的實施例之具有形成在射極區之導電接點的太陽能電池之部分的剖面圖，其中射極區形成在基板中。
參照第1C圖，太陽能電池100C的部分包含圖案化的介電層124，其設置在複數個n型摻雜擴散區120、複數個p型摻雜擴散區122及基板100的部分上面，如整體結晶(例如，單晶矽)矽基板。導電接點104設置在於介電層124中設置之複數個接觸開口中，且耦合至複數個n型摻雜擴散區120及複數個p型摻雜擴散區122。
在實施例中，導電接點104包含直接接觸太陽能電池100C的基板之銅層。在一個具有單晶矽基板的實施例中，導電接點104的銅層直接接觸單晶矽基板。例如，在實施例中，擴散區120及擴散區122分別由具有n型摻質及p型摻質的矽基板摻雜區域形成。此外，在一個實施例中，複數個n型摻雜擴散區120及複數個p型摻雜擴散區122可提供太陽能電池100C的射極區。因此，在實施例中，導電接點104設置在射極區上。在實施例中，導電接點104為背接觸式太陽能電池的背面接點，且如同第1C圖中所描繪的，位於相對光接收表面的太陽能電池表面上，如相對紋理化(texturized)的光接收表面101。在實施例中，再次參照第1C圖，各導電接點104包含設置在射極區(即，擴散區)上與太陽能電池100C的基板直接接觸的銅層。導電接點104可與結合第1A圖及第1B圖描述於上的導電接點104類似或者相同。
雖然一些材料參照第1A圖及第1B圖具體描述於上，一些材料可容易地以其他材料取代，而其餘這樣的實施例仍屬於本揭露實施例的精神及範圍之內。例如，在實施例中，可使用不同材料的基板，如III-V族材料的基板取代矽基板。
此外，如同在第1C圖中所描述的，形成的接點不需要直接形成在整體基板上。例如，在一個實施例中，如同在第1B圖所描述的，導電接點如上述的導電接點為形成在於整體基板上面形成的(例如，在整體基板背側上)半導體區上。
如同第1B圖，第1C圖繪示具有一個介電層124的太陽能電池100C的部分，但其他實施例可不包含介電層，或者可包含超過一個介電層設置在基板100上。在具有一或多個介電層設置在基板100上的一個實施例中，導電接點的銅層通過一或多個介電層中的間隙或接觸開口而直接接觸單晶矽基板。
第1A圖至第1C圖繪示根據本揭露的實施例之沒有金屬種晶層，具有直接設置在基板上的導電接點的太陽能電池之部分。形成太陽能電池，如第1A圖至第1C圖中繪示的太陽能電池，的例示性製備製程係在下面參照第4圖、第5A圖及第5B圖描述。
第2圖及第3圖繪示根據本揭露的實施例之具有包含設置在基板上的一或多個金屬種晶層的導電接點的太陽能電池之示例。例如，第2圖繪示根據本揭露的實施例，具有包含設置在基板上的金屬種晶層之導電接點的太陽能電池之部分的剖面圖。
太陽能電池250的部分包含基板252。種晶層256直接設置在基板252上。在一個實施例中，種晶層256主要由一或多個非擴散阻障金屬層構成。因此，在一個這樣的實施例中，種晶層256包含一或多個金屬層，而沒有中間的擴散阻障金屬層。導電接點254包含直接設置在種晶層256上的銅層。
在一個實施例中，基板包含具有設置在單晶矽基板內或者在單晶矽基板上面的多晶矽層之單晶矽基板。例如，導電接點254可形成在於 基板上面形成的射極區上，如同上面參照於第1B圖所描述的。在一個這樣的實施例中，種晶層256直接接觸多晶矽層。基板252可進一步包含設置在多晶矽層上之一或多個介電層，如圖案化的介電層214。在一個這樣的實施例中，種晶層256通過介電層214中的間隙或接觸開口而直接接觸多晶矽層。
在另一個實施例中，基板252包含單晶矽基板，且種晶層256直接接觸單晶矽基板。例如，導電接點254可形成在如同上面參照第1C圖所描述的於基板中形成的射極區上。基板252可進一步包含設置在單晶矽層上之一或多個介電層，如圖案化的介電層214。在一個這樣的實施例中，種晶層通過介電層214中的間隙或接觸開口而直接接觸單晶矽基板。因此，在實施例中，種晶層256設置在其上之基板可包含各種半導體及/或介電層。
金屬種晶層256可包含，例如，銅種晶層、鋁種晶層、銀種晶層、鎳種晶層或任何其他的非擴散阻障金屬層。「非擴散阻障金屬」為不具有低銅擴散性的金屬，如銅、鋁、銀或任何其他的非擴散阻障金屬。在一個實施例中，銅種晶層設置在基板302上且直接接觸基板302，且導電接點304包含直接設置在銅種晶層上的銅層。
根據實施例，種晶層256包含複數個金屬種晶層如，如同第3圖中繪示的。第3圖繪示根據本揭露的實施例之具有包含設置在基板上的複數個金屬種晶層之導電接點的太陽能電池之部分的剖面圖。太陽能電池300的部分包含基板302。基板302可與上面討論的基板(例如，第1A圖的基板102)類似或者相同。如同第3圖中所繪示的，介電層314設置在基板302上，且種晶層306通過介電層314中的間隙或接觸開口接觸基板302。
金屬種晶層306及金屬種晶層308設置在基板302上。如同第3圖中所繪示的，第一金屬種晶層306直接接觸基板302。第二金屬種晶層308直接接觸第一金屬種晶層306及導電接點304。金屬種晶層306及金屬種晶層308可包含，例如，一或多個銅種晶層、鋁種晶層及銀種晶層或任何其他的非擴散阻障金屬層。
在一個實施例中，第一種晶層306為設置在基板302上且直接接觸基板302的鋁種晶層或銀種晶層。鋁能夠與p型矽及n型矽兩者形成良好的電接觸。此外，鋁種晶層可具有增加光反射回太陽能電池的益處。在一個這樣的實施例中，直接接觸第一金屬種晶層306的第二金屬種晶層308為銅種晶層。在一個這樣的實施例中，銅種晶層也直接接觸導電接點304的銅層。銅種晶層可使鍍覆導電接點304的銅層變得容易。在其他實施例中，金屬種晶層306及金屬種晶層308可包含其他非擴散阻障金屬層。
雖然第3圖繪示從兩個金屬種晶層形成之導電接點304，其他實施例可包含超過兩個金屬種晶層。例如，在一個實施例中，鋁種晶層直接設置在基板302上，鎳種晶層直接設置在鋁種晶層上，且銅種晶層直接設置在鎳種晶層上。其他實施例可不包含金屬種晶層(如同上面參照於第1A圖至第1C圖所描述的)，或者包含單一金屬種晶層(如同參照於第2圖所描述的)。
第4圖係為繪示根據本揭露實施例的製備太陽能電池方法中的操作的流程圖。第5A圖及第5B圖繪示根據本揭露的實施例之第4圖的流程400的操作的剖面圖。
參照第5A圖，且對應流程400的操作402，製備太陽能電池的方法包含提供基板502。如同上面解釋的，提供基板可包含提供一或多個 半導體及/或介電層。例如，提供基板可包含提供具有多晶矽層設置在單晶矽基板內或者在單晶矽基板上面的單晶矽基板。在另一個示例中，提供基板可包含提供單晶矽基板。提供基板可進一步包含提供設置在單晶矽基板及/或多晶矽層上之一或多個圖案化的介電層。如同在第5A圖及第5B圖中所繪示的，圖案化的介電層514設置在基板502上。
參照第5B圖，且對應流程400的操作404，方法進一步包含直接在基板502上鍍覆銅層504以形成導電接點。其他實施例可包含直接在基板502上鍍覆以形成銅層504來形成導電接點之外的技術。在具有包含多晶矽層設置在單晶矽基板內或者在單晶矽基板上面的單晶矽基板的實施例中，鍍覆銅層可包含直接在多晶矽層上鍍覆銅層。在具有單晶矽基板的實施例中，鍍覆銅層可包含直接在單晶矽基板上電鍍銅層。在其他實施例中，鍍覆銅層可包含形成導電接點的任何其他合適的方法。在具有設置在複晶矽層及/或單晶基板上的一或多個介電層，如介電層514的實施例中，鍍覆銅層可通過介電層514中的間隙或接觸開口而接觸下面的矽。
方法可進一步包含退火銅層。退火銅層能夠在銅層與基板之間形成良好的接點。在一個實施例中，退火銅層可包含加熱銅層至大於50℃且小於500℃的溫度。在一個這樣的實施例中，銅層被加熱至50℃至450℃的範圍中的溫度。根據實施例，加熱銅層至50℃至450℃範圍中的溫度可使得在沒有導致明顯的銅遷移至矽下形成良好的接點。在高於500℃溫度的退火可導致足夠的銅遷移至矽以短路太陽能電池上的接點或導致其他裝置缺陷。第8A圖至第8D圖繪示根據實施例，在不同時間長度的不同溫度下示出退火效果的圖表。在一個實施例中，退火銅層時間的量取決於退火溫度。較高溫度(例如，500℃)可包含退火銅層10分鐘至30分鐘。較低溫度(例如，300℃)可包含退火銅層大於30分鐘(例如，1小時)。其他實施例可包含其他溫度及退火時間。在較低溫度及/或較短時 間週期下退火銅層可防止銅大幅的擴散至基板，且因此防止或限制對基板中形成的裝置損壞。
根據實施例，擴散至下面的基板的銅原子傾向於在結晶缺陷上、基板表面上偏析(segregate)，或形成具有摻質原子的錯合物。在具有設置在單晶矽基板內或者在單晶矽基板上面的多晶矽層的實施例中(例如，如在第1B圖的太陽能電池100B的部分中)，銅原子可在多晶矽層內析出，因此防止單晶矽基板大幅的銅汙染。然而，沒有這樣的多晶矽層(例如，第1C圖的太陽能電池100C部分)的其他實施例也可包含直接在基板上的導電接點。
因此，一個實施例包含直接在基板上鍍覆銅層以形成太陽能電池的導電導件。直接在基板上鍍覆銅層使得太陽能電池製備相較於現有的製備方法具有較少的處理操作。例如，實施例可消除形成金屬種晶層的沉積操作及蝕刻操作，及/或消除邊緣塗佈操作。較簡單的處理流程反過來可允許較高的製造產量。此外，在沒有金屬種晶層下直接在基板上鍍覆銅層，可使得使用以形成太陽能電池接點的材料減少。
第6圖係為繪示根據本揭露的實施例之製備太陽能電池方法中的操作的流程圖。第7A圖、第7B圖、第7C圖及第7D圖繪示根據本揭露的實施例之第6圖的流程600的操作之剖面圖。
參照第7A圖，且對應流程600的操作602，製備太陽能電池的方法包含提供基板702。如同上面參照第4圖的操作402所解釋的，提供基板702可包含提供一或多個半導體及/或介電層。如同第7A圖至第7D圖中所繪示的，圖案化的介電層714設置在基板702上。基板702可與上述基板(例如，第1A圖的基板102)類似或者相同。
方法進一步包含在操作604，在基板上形成種晶層。在具有設置 在多晶矽層及/或單晶基板上的一或多個介電層，如介電層714的實施例中，種晶層可通過介電層714中的間隙或接觸開口而接觸在下面的矽。在一個實施例中，種晶層主要由一或多個非擴散阻障金屬層構成。第7B圖繪示單一個非擴散阻障金屬種晶層704。第7C圖繪示兩個非擴散阻障金屬種晶層704及706。在一個實施例中，在基板上形成種晶層可包含直接在基板上沉積鋁層以形成金屬種晶層704，且直接在鋁層上沉積銅層以形成金屬種晶層706。金屬種晶層704及金屬種晶層706的沉積可包含，例如，化學氣相沉積(CVD)、物理氣相沉積(PVD)或任何其他能夠沉積金屬種晶層的沉積方法。雖然第7C圖及第7D圖繪示兩個金屬種晶層，其他實施例可包含單一個金屬種晶層，或者超過兩個金屬種晶層的沉積。
方法進一步包含在操作606，從種晶層形成太陽能電池的導電接點708。形成導電接點708可包含退火非擴散阻障金屬層704及非擴散阻障金屬層706。退火種晶層可包含加熱種晶層至大於50℃且小於500℃的溫度。在一個這樣的實施例中，銅層被加熱至50℃至450℃的範圍中的溫度。如同上面參照於第4圖所討論的，根據實施例，退火種晶層時間的量取決於退火溫度。例如，方法可包含在50℃至450℃範圍中的溫度退火種晶層小於1小時。在一個這樣的實施例中，方法包含在50℃至450℃範圍中的溫度退火種晶層小於10分鐘。在一個實施例中，方法可進一步包含施加圖案化的鍍覆抗蝕(resist)至種晶層。方法可進一步包含在圖案化的種晶層上鍍覆金屬以在種晶層上形成複數個金屬接點。
根據實施例，方法可進一步包含蝕刻複數個金屬接點之間的種晶層704及種晶層706的部分，以得到如同在第7D圖中繪示的太陽能電池的部分。蝕刻種晶層704及種晶層706的部分可包含濕式蝕刻或者任何其他蝕刻金屬種晶層的方法。在具有種晶層包含複數個不同金屬種晶層的實施例中，蝕刻可包含以不同化學物質(chemistries)的複數個蝕刻操作。 兩個金屬種晶層之間的擴散阻障層的缺少可導致在種晶層退火期間金屬種晶層704及金屬種晶層706的混合。因此，蝕刻種晶層的部分可包含適合蝕刻金屬合金的化學物質。例如，其中金屬種晶層704為鋁層，且金屬種晶層706為銅層時，蝕刻種晶層可包含使用用於銅-鋁合金的化學物質來蝕刻。
第8A圖至第8D圖繪示根據本揭露的實施例，在退火之後具有銅種晶層的例示性基板的圖表。在第8A圖至第8D圖中的圖表繪示來自對測試晶圓進行測試的數據，該測試晶圓具有直接設置在基板上的銅種晶層，類似於第2圖中繪示的太陽能電池之部分。第8A圖至第8D圖中的數據係為來自使用設置在校正好的工具上的瞬態光電導衰變(transient photo conductive decay,PCD)測量於對稱測試裝置上所為的測量。在做出第8A圖至第8D圖中部分繪示的測量之前，工具校正的確認，部分係經由測試不同的大量多種類型的控制裝置，包含一些類型的控制裝置，其具有已知預期結果的銅擴散阻障；以及一些沒有受到熱應力的裝置。第8A圖及第8B圖繪示來自於具有設置在n型摻雜多晶矽區(例如，第1B圖的n型摻雜多晶矽區220)上的銅種晶層之測試晶圓上進行之測試的圖表。第8C圖及第8D圖繪示來自於具有設置在p型摻雜多晶矽區(例如，第1B圖的p型摻雜多晶矽區222)上的銅種晶層之測試晶圓上進行之測試的圖表。
第8A圖繪示在不同溫度下退火不同時間週期之後，漏電電流密度(△Jo)的變化之圖表800A。圖表800A包含保持在約室溫(25℃)下的測試晶圓的數據；以及在200℃、300℃、400℃及500℃的溫度下退火的測試晶圓的數據。備註802示出表示測試晶圓在給定溫度下退火的時間長度的符號。保持在25℃的測試晶圓在50小時之後被測量。在200℃退火的測試晶圓在10小時、17小時及25小時之後被測量。在300℃、400℃及500℃退火的測試晶圓在2小時、4小時及6小時之後被測量。 如同可在圖表800A中看到的，保持在25℃的測試晶圓以及在200℃、300℃及400℃退火的測試晶圓在漏電電流密度經歷了小變化。然而，在500℃退火的測試晶圓導致漏電電流密度的增加，其可表示品質上的減少或者有缺陷的裝置。
第8B圖繪示在參照於第8A圖描述於上的溫度及時間下退火的測試晶圓的整體復合率(△BRR)的變化之圖表800B。類似於第8A圖的圖表800A，圖表800B示出的是，當保持在25℃或者在200℃、300℃及400℃退火時，測試晶圓在整體復合率沒有經歷明顯的變化。然而，在500℃退火的測試晶圓在整體復合率經歷了增加，也表示品質上的減少或者有缺陷的裝置。
第8C圖及第8D圖繪示可與第8A圖及第8B圖中的圖表比較的圖表，但用於具有設置在p型摻雜多晶矽區上的銅種晶層的測試晶圓。圖表800C及圖表800D包含保持在約室溫(25℃)下的測試晶圓的數據；以及在200℃、300℃、400℃及500℃的溫度下退火的測試晶圓的數據。圖表800C繪示在不同溫度下退火之後，漏電電流密度(△Jo)的變化；且圖表800D繪示在第8C圖中示出的溫度及時間下退火的測試晶圓的整體復合率(△BRR)的變化。如同第8A圖及第8B圖中的圖表，第8C圖的圖表800C以及第8D圖的圖表800D對於保持在25℃的測試晶圓，或者在200℃、300℃及400℃退火的測試晶圓示出相對不明顯的變化，但是在500℃退火時示出較大的變化。然而，縱使在500℃退火較短時間週期(例如，2小時或4小時)時，圖表800C及圖表800D在漏電電流密度以及在整體復合率示出相對較少的變化。
因此，在第8A圖至第8D圖中的圖表繪示的是具有銅種晶層，但在銅種晶層與基板之間沒有阻障層的實施例，可進行退火而無明顯改變 的漏電電流密度或者整體復合率。例如，在低溫(例如，低於500℃)下退火，或者在高溫(例如，500℃)但較短時間週期下退火，可使得在沒有明顯增加漏電電流密度或者整體復合率下形成良好的接點。在第8A圖至第8D圖中繪示的漏電電流密度及整體復合率中的小變化表示的是，具有無阻障銅種晶層的實施例可被退火，以製造太陽能電池接點而不造成裝置缺陷。
根據實施例，在沒有擴散阻擋層下形成種晶層，使得太陽能電池製備相較於現有的製備方法具有較少的處理操作。例如，實施例可消除阻障層的沉積操作及蝕刻操作，及/或消除邊緣塗佈操作。較簡單的處理流程反過來可造成較高的製造產量。此外，在沒有阻障層下形成種晶層，可使得使用以形成太陽能電池接點的材料減少。
因此，已揭露了形成太陽能電池的無阻障金屬種晶堆疊及接點的方法及所得的太陽能電池。
雖然具體實施例已在上面描述，縱使其中關於特定特徵僅描述單一實施例，這些實施例並不意圖限制本揭露的範圍。除非另有說明，揭露中所提供的特徵示例意圖為說明而非限制。上面的描述意圖涵蓋對於受有本揭露利益之技術領域中的通常知識者為顯而易見的替代方案、修改及等效物。
本揭露的範圍包含在本文中所揭露的任何特徵或特徵組合(不是明顯地就是隱含地)，或者其任何概括，而不論其是否減輕了本文中所提出的任何問題或所有問題。據此，在本申請(或主張優先權的本申請)的審查期間可將新的申請專利範圍制定成任何這樣的特徵組合。特別是，參照所附的申請專利範圍，來自附屬項的特徵可與獨立項的特徵結合，且來自各獨立項的特徵可以任何適當的方式結合，且不僅為在所附的申請專利範圍 中所列舉的特定組合。

Claims (20)

  1. 一種太陽能電池，其包含：一基板，包含設置在該基板內或者在該基板上面之一多晶矽層；以及一導電接點，包含直接接觸該多晶矽層的一銅層。
  2. 如同申請專利範圍第1項所述之太陽能電池，其中：該基板包含一單晶矽基板，該單晶矽基板具有設置在該單晶矽基板內或者在該單晶矽基板上面之該多晶矽層。
  3. 如同申請專利範圍第2項所述之太陽能電池，其中：該基板進一步包含設置在該多晶矽層上之一或多個介電層，其中該銅層通過該一或多個介電層中的間隙直接接觸該多晶矽層。
  4. 如同申請專利範圍第1項所述之太陽能電池，其中：該基板包含一單晶矽基板；以及該銅層直接接觸該單晶矽基板。
  5. 如同申請專利範圍第4項所述之太陽能電池，其中：該基板進一步包含設置在該單晶矽基板上之一或多個介電層，其中該銅層通過該一或多個介電層中的間隙直接接觸該單晶矽基板。
  6. 如同申請專利範圍第1項所述之太陽能電池，其中：該基板包含一單晶矽基板，該單晶矽基板具有設置在該單晶矽基板內或者在該單晶矽基板上面之一多晶矽層，且其中該多晶 矽層具有至少每立方公分1018的摻雜濃度。
  7. 一種太陽能電池，其包含：一基板；一種晶層，直接設置在該基板上，該種晶層主要由一或多個非擴散阻障金屬層構成；以及一導電接點，其包含直接設置在該種晶層上的一銅層。
  8. 如同申請專利範圍第7項所述之太陽能電池，其中：該基板包含一單晶矽基板，該單晶矽基板具有設置在該單晶矽基板內或者在該單晶矽基板上面之一多晶矽層；以及該種晶層直接接觸該多晶矽層。
  9. 如同申請專利範圍第8項所述之太陽能電池，其中該基板進一步包含設置在該多晶矽層上之一或多個介電層，其中該種晶層通過該一或多個介電層中的間隙直接接觸該多晶矽層。
  10. 如同申請專利範圍第7項所述之太陽能電池，其中：該基板包含一單晶矽基板；該種晶層直接接觸該單晶矽基板。
  11. 如同申請專利範圍第10項所述之太陽能電池，其中：該基板進一步包含設置在該單晶矽基板上之一或多個介電層，其中該種晶層通過該一或多個介電層中的間隙直接接觸該單晶矽基板。
  12. 如同申請專利範圍第7項所述之太陽能電池，其中該一或多個非擴散阻障金屬層包含直接接觸該基板的一鋁種晶層或一銀 種晶層，且直接接觸該鋁種晶層或該銀種晶層之一銅種晶層。
  13. 一種製備太陽能電池的方法，該方法包含：提供一基板；在該基板上形成一種晶層，該種晶層主要由一或多個非擴散阻障金屬層構成；以及從該種晶層形成一該太陽能電池的一導電接點。
  14. 如同申請專利範圍第13項所述之方法，其中：提供該基板包含提供一單晶矽基板，且在該單晶矽基板內或者在該單晶矽基板上面形成一多晶矽層；以及在該基板上形成該種晶層包含直接在該多晶矽層上形成該種晶層。
  15. 如同申請專利範圍第14項所述之方法，其中：提供該基板進一步包含提供設置在該多晶矽層上之一或多個圖案化的介電層；以及形成該種晶層包含通過在該一或多個圖案化的介電層中的間隙，直接在該多晶矽層上形成該種晶層。
  16. 如同申請專利範圍第13項所述之方法，其中：提供該基板包含提供一單晶矽基板；以及形成該種晶層包含直接在該單晶矽基板上形成該種晶層。
  17. 如同申請專利範圍第16項所述之方法，其中：提供該基板進一步包含提供設置在該單晶矽基板上之一或多個圖案化的介電層；以及 形成該種晶層包含通過在該一或多個圖案化的介電層中的間隙，直接在該單晶矽基板上形成該種晶層。
  18. 如同申請專利範圍第13項所述之方法，其中從該種晶層形成該太陽能電池的該導電接點包含在50℃至450℃範圍中的溫度退火該種晶層。
  19. 如同申請專利範圍第13項所述之方法，其中：提供該基板包含提供一單晶矽基板，該單晶矽基板具有設置在該單晶矽基板內或者在該單晶矽基板上面之一多晶矽層，其中該多晶矽層具有至少每立方公分1018的摻雜濃度。
  20. 如同申請專利範圍第13項所述之方法，其中從該種晶層形成該太陽能電池的該導電接點包含：退火該種晶層；施加一圖案化的鍍覆抗蝕至該種晶層；在圖案化的該種晶層上鍍覆一金屬，以在該種晶層上形成複數個金屬接點；以及蝕刻該複數個金屬接點之間的該種晶層的部分。
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