專利名稱：具有共面背側(cè)金屬化物的太陽(yáng)能電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及太陽(yáng)能電池的生產(chǎn)，并且更具體地，涉及H型圖案太陽(yáng)能電池的背側(cè) 金屬化物(metallization)的生產(chǎn)。
背景技術(shù)：
圖10是示出了示范性的傳統(tǒng)H型圖案接觸太陽(yáng)能電池40的簡(jiǎn)化圖，所述H型圖 案接觸太陽(yáng)能電池40通過(guò)內(nèi)光電效應(yīng)將太陽(yáng)光轉(zhuǎn)化為電。在使用公知技術(shù)處理以包括n 型摻雜上部區(qū)域41A和p型摻雜下部區(qū)域41B的半導(dǎo)體(例如，多晶硅)襯底41上形成太 陽(yáng)能電池40，使得在襯底41中形成pn結(jié)。在半導(dǎo)體襯底41的前側(cè)表面42上沉積的是一 系列平行的金屬格線(指狀物)44(如端視圖所示)，所述金屬格線44與n型區(qū)域41A電 連接。在襯底41的背側(cè)表面43上形成基本上固態(tài)導(dǎo)電層46，并且所述固態(tài)導(dǎo)電層46與p 型區(qū)域41B電連接?？狗瓷渫繉?7典型地形成于襯底41的上表面42上。當(dāng)來(lái)自太陽(yáng)光 束Ll的光子通過(guò)上表面42進(jìn)入襯底41、并且用比半導(dǎo)體帶隙更大的能量撞擊半導(dǎo)體材料 原子時(shí)，太陽(yáng)能電池40產(chǎn)生電，在價(jià)帶中激發(fā)出電子("-")到導(dǎo)帶，允許電子和相關(guān)聯(lián)的 空穴("+ ")在襯底41內(nèi)流動(dòng)。將n型區(qū)域41A和p型區(qū)域41B分離的pn結(jié)用于防止受 激電子與空穴的復(fù)合，從而產(chǎn)生如圖10所示的電勢(shì)差，可以通過(guò)格線44和導(dǎo)電層46將所 述電勢(shì)差施加到負(fù)載。 圖11(A)和11(B)是更加具體地分別示出了太陽(yáng)能電池40的前側(cè)和背側(cè)接觸圖 案的透視圖。如圖11(A)所示，前側(cè)接觸圖案太陽(yáng)能電池40由均設(shè)置在上表面42上的平行 窄格線44的直線陣列以及一個(gè)或更多較寬收集線(匯流條(bus bar))45組成，所述匯流 條45與格線44相垂直地延伸。格線44收集如上所述來(lái)自襯底41和匯流條45的電子(電 流)，而匯流條45搜集來(lái)自格線44的電流。在光伏模塊中，匯流條45成為金屬帶(ribbon) (未示出)所附接的點(diǎn)，典型地通過(guò)焊接，其中帶用于將電池彼此電連接。如圖11(B)所示， 背側(cè)接觸圖案太陽(yáng)能電池40由設(shè)置在背側(cè)表面43上的兩個(gè)間隔開(kāi)的焊料焊盤(pán)(solder pad)金屬化結(jié)構(gòu)48和基本上連續(xù)的背面場(chǎng)(BSF :back surfacefield)金屬化層46組成。 與在上表面42上形成的匯流條45類似，焊料焊盤(pán)金屬化結(jié)構(gòu)48作為金屬帶(未示出)所 焊接的點(diǎn)，其中帶用于將電池彼此電連接。 用于生產(chǎn)太陽(yáng)能電池40的傳統(tǒng)方法包括在單獨(dú)的三個(gè)印刷步驟中將導(dǎo)體墨水絲 網(wǎng)印刷到硅襯底41上1)銀(Ag)，用于前側(cè)表面42上的格線44和匯流條45，2)銀-鋁 (Ag-Al)，用于背側(cè)表面(后表面)43上的焊料焊盤(pán)金屬化結(jié)構(gòu)，3)鋁，用于背側(cè)表面43上 的BSF金屬化物。為了在背側(cè)表面43上形成焊接焊盤(pán)和BSF金屬化層兩者，絲網(wǎng)印刷第一 AgAl墨水，并且在100-20(TC下進(jìn)行干燥，然后絲網(wǎng)印刷和干燥Al墨水。
圖12是示出了在完成上述印刷工藝之后、在襯底41的背側(cè)表面43上形成的示范 性焊料焊盤(pán)金屬化結(jié)構(gòu)48和示范性BSF金屬化層46的簡(jiǎn)化局部截面圖(為了簡(jiǎn)單起見(jiàn)省 略了前側(cè)結(jié)構(gòu))。作為兩步連續(xù)印刷方法的結(jié)果，對(duì)用于形成BSF金屬化層46的Al墨水進(jìn) 行印刷，使得其與AgAl焊料焊盤(pán)金屬化結(jié)構(gòu)48重疊。為了確保在連續(xù)網(wǎng)版(screen)的對(duì)
3準(zhǔn)對(duì)齊(alignment registration)容限內(nèi)兩個(gè)金屬化物彼此接觸，這種重疊是必須的。典 型地， 一個(gè)網(wǎng)版與下一個(gè)網(wǎng)版的對(duì)準(zhǔn)約100微米，因此需要在焊料焊盤(pán)金屬化結(jié)構(gòu)48的相 應(yīng)的邊緣部分48-1和48-2上形成具有約100微米寬度的重疊部分46-1和46-2，以便避免 電接觸中的間隙。 圖12中描述的兩階段絲網(wǎng)印刷背側(cè)金屬化結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了一些增加生產(chǎn)成本的問(wèn) 題。首先，所得到的重疊布置產(chǎn)生非平面的地形(topogr即hy) (S卩，由于BSF重疊部分46-1 和46-2產(chǎn)生的脊?fàn)钗?，使得通過(guò)真空吸盤(pán)(未示出)夾持襯底41更加困難，從而增加了 模塊組裝期間的成本。此外，在很多太陽(yáng)能電池生產(chǎn)線中，通常在每一個(gè)獨(dú)立的處理步驟上 要損失約0.5%的晶片(襯底)。背面金屬化步驟占兩個(gè)這種處理操作(即，每一次絲網(wǎng)印 刷工藝一個(gè))；因此，對(duì)于單獨(dú)的印刷，成品率損失(yield 1oss)約H當(dāng)然希望將所述 處理最小化為盡可能少的工藝步驟，以便最大化成品率并且減少處理時(shí)間、勞動(dòng)和占地面 積成本。第三，重疊布置要求太多量的AgAl，即由Al BSF金屬化物覆蓋的焊料焊盤(pán)金屬化 結(jié)構(gòu)48的邊緣部分48-1和48-2。因?yàn)樗鼈儽籄l覆蓋，邊緣部分48_1和48_2不能用于焊 接金屬帶，然而它們卻增加了太陽(yáng)能電池40的材料成本。另外，因?yàn)锳1生成抵制少數(shù)載流 子的背面場(chǎng)，而AgAl不會(huì)產(chǎn)生，在太陽(yáng)能電池40上存在AgAl (即，代替Al)的每一個(gè)地方 都會(huì)由于復(fù)合而損失電流。 所需要的是一種用于在太陽(yáng)能電池上形成背側(cè)金屬化物的方法，避免與傳統(tǒng)兩階 段絲網(wǎng)印刷生產(chǎn)工藝相關(guān)聯(lián)的上述問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
在此公開(kāi)了如下實(shí)施方案
方案1. 一種太陽(yáng)能電池，包括
具有背側(cè)表面的半導(dǎo)體襯底； 設(shè)置在所述背側(cè)表面的第一部分上的背面場(chǎng)金屬化層，所述背面場(chǎng)金屬化層具有 背對(duì)所述背側(cè)表面的平面的第一表面部分、以及從所述平面的第一表面部分向所述背側(cè)表 面延伸的第一邊緣部分；以及 設(shè)置在所述背側(cè)表面的第二部分上的焊料焊盤(pán)金屬化層，所述焊料焊盤(pán)金屬化層 具有背對(duì)所述背側(cè)表面的平面的第二表面部分、以及從所述平面的第二表面部分向背側(cè)表 面延伸的第二邊緣部分； 其中設(shè)置所述背面場(chǎng)金屬化層和所述焊料焊盤(pán)金屬化層，使得所述背面場(chǎng)金屬化 層的第一邊緣部分與所述焊料焊盤(pán)金屬化層的第二邊緣部分按照非重疊的方式毗鄰，使得 所述平面的第一表面部分與所述平面的第二表面部分基本上共面。 方案2.根據(jù)方案1所述的太陽(yáng)能電池，其中所述背面場(chǎng)金屬化層基本上由Al組 成。 方案3.根據(jù)方案1所述的太陽(yáng)能電池，其中所述焊料焊盤(pán)金屬化層包括Ag。
方案4.根據(jù)方案1所述的太陽(yáng)能電池，其中所述背面場(chǎng)金屬化層基本上由Al組 成，并且其中所述焊料焊盤(pán)金屬化層基本上由AgAl組成。 方案5.根據(jù)方案l所述的太陽(yáng)能電池，其中所述焊料焊盤(pán)金屬化層與所述半導(dǎo)體 襯底的背側(cè)表面相接觸。
方案6.根據(jù)方案l所述的太陽(yáng)能電池，其中所述背面場(chǎng)金屬化層的一部分設(shè)置在所述焊料焊盤(pán)金屬化層和所述背側(cè)表面之間。 方案7.根據(jù)方案6所述的太陽(yáng)能電池，其中阻擋層設(shè)置在所述背面場(chǎng)金屬化層的
所述部分和所述焊料焊盤(pán)金屬化層之間。
方案8. —種太陽(yáng)能電池，包括
具有背側(cè)表面的半導(dǎo)體襯底； 基本上覆蓋所述背側(cè)表面的連續(xù)區(qū)域的背面場(chǎng)金屬化層；以及 嵌入在所述背面場(chǎng)金屬化層內(nèi)的焊料焊盤(pán)金屬化層，使得所述背面場(chǎng)金屬化層和所述焊料焊盤(pán)金屬化層具有基本上在相同平面內(nèi)的表面。 方案9.根據(jù)方案8所述的太陽(yáng)能電池，其中所述焊料焊盤(pán)金屬化層和所述背面場(chǎng)金屬化層共享共同的邊緣。 方案10.根據(jù)方案8所述的太陽(yáng)能電池，其中所述背面場(chǎng)金屬化層包括A1。
方案11.根據(jù)方案8所述的太陽(yáng)能電池，其中所述焊料焊盤(pán)金屬化層包括Ag和Al的至少一種。 方案12. —種在半導(dǎo)體襯底上制作背側(cè)金屬化結(jié)構(gòu)的方法，包括 相對(duì)于所述半導(dǎo)體襯底移動(dòng)具有至少一個(gè)噴嘴孔的印刷頭；以及 通過(guò)所述印刷頭饋送A1鈍化層墨水和AgAl焊接焊盤(pán)墨水，使得所述A1鈍化層墨
水和所述AgAl焊接焊盤(pán)墨水同時(shí)從所述至少一個(gè)噴嘴孔擠出并且沉積到所述半導(dǎo)體襯底上。 方案13.根據(jù)方案12所述的方法，其中饋送所述Al鈍化層墨水和所述AgAl焊接焊盤(pán)墨水包括促成所述Al鈍化層墨水和所述AgAl焊接焊盤(pán)墨水在離開(kāi)所述印刷頭之前，在所述至少一個(gè)噴嘴孔中表現(xiàn)為層流。 方案14.根據(jù)方案12所述的方法，其中饋送所述Al鈍化層墨水和所述AgAl焊接焊盤(pán)墨水包括在所述A1鈍化層墨水和所述AgAl焊接焊盤(pán)墨水從在所述印刷頭中限定的共同狹縫孔離開(kāi)之前，融合所述Al鈍化層墨水和所述AgAl焊接焊盤(pán)墨水。
方案15.根據(jù)方案12所述的方法，其中饋送所述Al鈍化層墨水和所述AgAl焊接焊盤(pán)墨水包括在所述A 1鈍化層墨水和所述AgAl焊接焊盤(pán)墨水從在所述印刷頭中限定的單獨(dú)間隔開(kāi)的孔離開(kāi)之前，促成所述Al鈍化層墨水和所述AgAl焊接焊盤(pán)墨水，使得所述Al鈍化層墨水在所述襯底上形成第一液滴，而所述AgAl焊接焊盤(pán)墨水在所述襯底上形成第二液滴，并且所述方法還包括使用氣體噴射平坦化所述第一和第二液滴。
方案16.根據(jù)方案12所述的方法，其中饋送所述Al鈍化層墨水和所述AgAl焊接焊盤(pán)墨水包括促成所述Al鈍化層墨水的部分與所述AgAl焊接焊盤(pán)墨水的相應(yīng)部分重疊。
方案17.根據(jù)方案12所述的方法，還包括通過(guò)所述印刷頭饋送阻擋材料，使得當(dāng)同時(shí)從所述至少一個(gè)噴嘴孔擠出所述Al鈍化層墨水和所述AgAl焊接焊盤(pán)墨水、并且將其沉積到所述半導(dǎo)體襯底上時(shí)，將所述阻擋材料兩者設(shè)置在所述AgAl焊接焊盤(pán)墨水和所述Al鈍化層墨水的部分之間。 本發(fā)明關(guān)注于各種太陽(yáng)能電池及其相關(guān)生產(chǎn)方法，其中將背側(cè)金屬化物是沉積到半導(dǎo)體襯底(例如，晶體硅晶片)的背側(cè)表面上的擠出物(extrusion)，使得背面場(chǎng)(BSF)金屬(例如A1)和焊料焊盤(pán)金屬(例如AgAl)的上表面是共面的并且非重疊的，并且這兩種金屬彼此毗鄰，以形成在所述襯底的背側(cè)表面上延伸的連續(xù)金屬層。在一個(gè)實(shí)施例中，焊料焊盤(pán)金屬(例如AgAl)從襯底的平面的上表面延伸至襯底的背側(cè)表面(S卩，焊料焊盤(pán)和BSF金屬具有共同的厚度)。在另一個(gè)實(shí)施例中，將焊料焊盤(pán)金屬(例如AgAl)設(shè)置到BSF金屬的薄層上(即，或者直接沉積到BSF金屬上，或者沉積在插入阻擋層上)。在這兩個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明提供了一種平面的表面，當(dāng)與通過(guò)傳統(tǒng)重疊方法(如上所述)生產(chǎn)的太陽(yáng)能電池相比時(shí)，所述平面的表面促使對(duì)太陽(yáng)能電池更加容易的處理(例如，使用真空吸盤(pán))。此外，本發(fā)明通過(guò)避免將焊料焊盤(pán)金屬與BFS金屬重疊的需要，促使昂貴的焊料焊盤(pán)金屬(例如Ag)量的減少，從而使得在生產(chǎn)太陽(yáng)能電池面板中用于焊接到金屬帶的焊料焊盤(pán)金屬的暴露表面最大化，同時(shí)使得接觸襯底表面的焊料焊盤(pán)金屬的量最小化，從而通過(guò)減小表面復(fù)合速度來(lái)增加太陽(yáng)能電池的效率。 根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例，具有本發(fā)明所需特征的太陽(yáng)能電池是通過(guò)將BSF金屬和焊料焊盤(pán)金屬兩者同時(shí)沉積到太陽(yáng)能電池襯底的背側(cè)表面上來(lái)生產(chǎn)的。通過(guò)同時(shí)地沉積BSF和焊料焊盤(pán)金屬，本發(fā)明通過(guò)將處理最小化為盡可能少的工藝步驟以便最大化成品率，減小了總的制造成本，也減小了處理時(shí)間和復(fù)雜度，從而減小了設(shè)備、勞動(dòng)和占地面積成本。在一個(gè)特定的實(shí)施例中，使用新穎的印刷頭設(shè)備，其中在單次通過(guò)中在橫跨整個(gè)襯底背側(cè)表面的連續(xù)薄片中側(cè)向地一起擠出Al和Ag墨水。在另一個(gè)實(shí)施例中，將Al和Ag墨水的平行、間隔開(kāi)的液滴(bead)印刷到襯底背側(cè)表面上，然后使用空氣噴射機(jī)構(gòu)來(lái)平坦化(塌落)所述液滴，使得它們?nèi)诤喜⑿纬蛇B續(xù)的薄片。所公開(kāi)的方法通過(guò)同時(shí)沉積兩種墨水，減小了太陽(yáng)能電池的工藝步驟和時(shí)間，并且通過(guò)所減小的晶片處理而增加了生產(chǎn)成品率。
根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例，通過(guò)將BSF金屬(例如A1)沉積為太陽(yáng)能電池襯底背側(cè)表面上的連續(xù)薄片、并且將焊料焊盤(pán)金屬(例如AgAl)沉積到BSF金屬的減薄部分上來(lái)生產(chǎn)具有本發(fā)明所需特征的太陽(yáng)能電池。利用這種方法，由于在AgAl金屬焊盤(pán)下面存在A1-BSF(即，接近100X的背面表面將被Al-BSF覆蓋，與其中表面部分被AgAl焊料焊盤(pán)金屬焊盤(pán)接觸的現(xiàn)有技術(shù)方法相比，改進(jìn)了背側(cè)表面復(fù)合速度和電池性能)，將減小背側(cè)表面的載流子復(fù)合速度。在一個(gè)實(shí)施例中，通過(guò)在印刷頭內(nèi)的A1墨水頂部上首先形成垂直的AgAl雙材料層流或純Ag墨水，然后將這種流體與Al墨水的側(cè)向?qū)恿魅诤?即將所述墨水同時(shí)一起擠出)，來(lái)實(shí)現(xiàn)Al上AgAl結(jié)構(gòu)。該實(shí)施例的潛在問(wèn)題是A1擴(kuò)散到焊料焊盤(pán)區(qū)域，由于Al不是一種可焊接材料，如果這種情況發(fā)展到一定程度將致使焊盤(pán)不可焊接?？梢匝a(bǔ)救這種問(wèn)題的實(shí)施例是一起擠出期間在AgAl和A1墨水之間引入阻擋層。


就以下描述、所附權(quán)利要求和附圖，本發(fā)明的這些和其他特征、方面和優(yōu)點(diǎn)將會(huì)變得更好理解，其中 圖1是示出了根據(jù)本發(fā)明通用化實(shí)施例生產(chǎn)的太陽(yáng)能電池的背側(cè)金屬化物的透視圖； 圖2是示出了包括根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例所利用的一起擠出印刷頭組件的微型擠出系統(tǒng)的前視圖； 圖3是示出了在操作期間圖2的微型擠出系統(tǒng)的一部分的簡(jiǎn)化側(cè)視圖； 圖4是示出了與根據(jù)本發(fā)明的特定實(shí)施例的圖2的微型擠出系統(tǒng)結(jié)合使用的一起擠出印刷頭組件的分解透視圖； 圖5是示出了圖4的一起擠出印刷頭組件的分層噴嘴層的簡(jiǎn)化圖； 圖6是通過(guò)圖4的一起擠出印刷頭組件形成的示范性背側(cè)金屬化層的截面端視
圖； 圖7是示出了根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的微型擠出系統(tǒng)的一部分的側(cè)視圖； 圖8是示出了利用圖7的微型擠出系統(tǒng)的背側(cè)金屬化物的形成的簡(jiǎn)化透視頂視
圖； 圖9 (A)和9 (B)是示出了根據(jù)本發(fā)明可選實(shí)施例形成的示范性背側(cè)金屬化層的截面端視圖； 圖10是示出了傳統(tǒng)太陽(yáng)能電池的簡(jiǎn)化截面?zhèn)纫晥D； 圖11(A)和11(B)是分別示出了傳統(tǒng)H型圖案太陽(yáng)能電池的頂部和底部透視 圖12是示出了與圖11(A)和11(B)的傳統(tǒng)H型圖案太陽(yáng)能電池相關(guān)聯(lián)的背側(cè)金屬化結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)化截面?zhèn)纫晥D。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明涉及微型擠出系統(tǒng)的改進(jìn)。提出以下描述以使得一個(gè)本領(lǐng)域普通技術(shù)人員能夠制作和使用如該具體申請(qǐng)的上下文中所提出的本發(fā)明及其要求。如這里所使用的，諸如"上部"、"頂部"、"下部"、"底部"、"前面"、"背面"和"側(cè)面"之類的方向術(shù)語(yǔ)意欲提供用于描述目的的相對(duì)位置，而并非是指定絕對(duì)的參照系。對(duì)于優(yōu)選實(shí)施例的各種改進(jìn)對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言是顯而易見(jiàn)的，并且這里所限定的一般原理可以應(yīng)用于其他實(shí)施例。因此，本發(fā)明并非意欲受限于所示和描述的具體實(shí)施例，而是依照與這里公開(kāi)的原理和新穎特征相一致的最寬的范圍。 圖1是示出了根據(jù)本發(fā)明通用化實(shí)施例形成的太陽(yáng)能電池40-1的背側(cè)金屬化物的簡(jiǎn)化截面?zhèn)纫晥D。需要注意的是，根據(jù)所述通用化實(shí)施例，太陽(yáng)能電池40-l的前側(cè)金屬化物(未示出)與參考圖10 (A)所示和所述的金屬化物類似。背側(cè)金屬化物形成于半導(dǎo)體襯底(例如多晶硅晶片)41的背側(cè)表面43上，并且包括背面場(chǎng)(BSF)金屬化層46-1和一對(duì)焊料焊盤(pán)金屬層48-1。 BSF金屬層46-1是在背側(cè)表面43的相應(yīng)(第一 )部分43_1上形成的連續(xù)金屬(例如A1)薄片，并且具有基本上平面的上表面(第一表面部分)46-11，所述上表面背對(duì)所述背側(cè)表面43。 BFS金屬化層46-1包括在與焊料焊盤(pán)金屬化層48-1的每一個(gè)界面處的邊緣部分46-12，其中每一個(gè)邊緣部分46-12從所述平面的第一表面部分46-11向背側(cè)表面43延伸(即，邊緣部分46-12相對(duì)于表面46-11和背側(cè)表面43形成基本上為90°角)。焊料焊盤(pán)金屬化層48-1是在背側(cè)表面43的相應(yīng)(第二 )部分43-2上設(shè)置的伸長(zhǎng)結(jié)構(gòu)，其中每一個(gè)焊料焊盤(pán)金屬化層48-1具有背對(duì)背側(cè)表面43的相應(yīng)平面的(第二)表面部分48-11，并且外圍(第二)邊緣部分48-12在表面部分48-11和背側(cè)表面43之間延伸。 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，BSF金屬化層46-1和焊料焊盤(pán)金屬化層48_1的上表面共同協(xié)作限定了基本上整個(gè)背側(cè)表面43上的基本上平面的連續(xù)薄片。S卩，設(shè)置BSF金屬化層46-1和焊料焊盤(pán)金屬化層48-1 ，使得每一個(gè)BSF邊緣部分46-12按照非重疊的方式與焊料焊盤(pán)金屬化層48-1的相應(yīng)邊緣部分48-12毗鄰，從而與每一個(gè)界面(即，每一個(gè)邊緣部分46-12與相應(yīng)的邊緣部分48-12毗鄰的地方)相鄰的每一個(gè)平面的第一表面部分46-11基本上與相關(guān)聯(lián)的焊料焊盤(pán)金屬化層48-1的相鄰平面的表面部分48-11共面。通過(guò)按照?qǐng)D1所描述的非重疊方式形成BSF金屬化層46-1和焊料焊盤(pán)金屬化層48-1，本發(fā)明提供了一種具有平面的表面的背側(cè)金屬化結(jié)構(gòu)，當(dāng)與通過(guò)傳統(tǒng)重疊方法(如上所述)生產(chǎn)的太陽(yáng)能電池相比時(shí)，促進(jìn)了太陽(yáng)能電池的更加容易的處理(例如，使用真空吸盤(pán))。此外，通過(guò)消除焊料焊盤(pán)金屬的重疊部分(例如，參考圖ll所述的部分xxx)，本發(fā)明促進(jìn)了昂貴的焊料焊盤(pán)金屬(即，Ag)量的減少，并且將可用于在生產(chǎn)太陽(yáng)能電池面板時(shí)焊接到金屬帶的焊料焊盤(pán)金屬的暴露表面部分48-11的量最大化，同時(shí)將接觸背側(cè)表面43的焊料焊盤(pán)金屬的量最小化，從而通過(guò)表面復(fù)合速度的減小增加了太陽(yáng)能電池40-1的效率。 如圖1所示并且下面參考本發(fā)明各種可選實(shí)施例的附加詳細(xì)描述，將每一個(gè)焊料焊盤(pán)金屬化層48-1設(shè)置在零個(gè)或多個(gè)可選層49上(S卩，當(dāng)存在時(shí)，將一個(gè)或多個(gè)可選層49設(shè)置在焊料焊盤(pán)金屬化層48-1和背側(cè)表面43之間)。例如，根據(jù)以下描述的一個(gè)實(shí)施例，可選層49包括焊料焊盤(pán)金屬化物(即，可選層49是焊料焊盤(pán)金屬化層48-1的一部分，所述焊料焊盤(pán)金屬化層48-1從其上表面48-11延伸至背側(cè)表面43，使得焊料焊盤(pán)金屬化層48-1和BSF金屬化層46-1具有共同的厚度T)，并且在另一個(gè)實(shí)施例中，可選層49由BSF金屬(例如A1)薄層(設(shè)置在焊料焊盤(pán)金屬化層48-l和背側(cè)表面43之間)來(lái)實(shí)現(xiàn)。在以下所描述的又一個(gè)實(shí)施例中，可選層49由BSF金屬薄層和設(shè)置在BSF金屬和焊料焊盤(pán)金屬化層48-1之間的插入阻擋層來(lái)實(shí)現(xiàn)。這些實(shí)施例的每一個(gè)的益處如下所述。
圖2和圖3示出了根據(jù)本發(fā)明可選實(shí)施例所使用的通用化一起擠出系統(tǒng)50。 一起擠出系統(tǒng)50包括用于將兩種擠出材料(即，包含這里所述的焊料焊盤(pán)和BSF金屬化物的墨水)提供到印刷頭組件100的材料饋送系統(tǒng)60，并且印刷頭組件100包括用于按照以下描述的方式一起擠出這兩種擠出材料的機(jī)構(gòu)和構(gòu)件。 參考圖2，材料饋送系統(tǒng)60代表用于小規(guī)模生產(chǎn)太陽(yáng)能電池的示范性實(shí)驗(yàn)結(jié)構(gòu)，本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，其他布置將典型地用于大規(guī)模生產(chǎn)太陽(yáng)能電池。參考圖2的上半部分，材料饋送系統(tǒng)60包括一對(duì)分別支撐氣壓缸64-1和64-2的外殼62-1和62_2，所述氣壓缸可操作地與卡頭(cartridge) 66_1和66_2耦合，使得從這些卡頭壓出的材料分別通過(guò)饋送管68-1和68-2進(jìn)入印刷頭組件100。如圖2的下半部分所示，微型擠出系統(tǒng)50還包括z軸定位機(jī)構(gòu)(部分示出)，所述z軸定位機(jī)構(gòu)包括z軸平臺(tái)72，所述z軸平臺(tái)是可以使用公知技術(shù)通過(guò)外殼/致動(dòng)器74(部分示出)沿z軸(垂直)方向移動(dòng)的。安裝板76與z軸平臺(tái)72的下端剛性地連接，并且支撐印刷頭組件100，并且安裝框(未示出)與z軸平臺(tái)72剛性地連接，并且從所述Z軸平臺(tái)72向上延伸，并且支撐氣壓缸64-1和64-2以及卡頭66-1和66-2。 圖3是示出了微型擠出系統(tǒng)50的通用化部分的側(cè)視圖，該微型擠出系統(tǒng)50用于將BSF和焊料焊盤(pán)金屬化層46-1和48-1擠出到襯底41的背側(cè)表面43上以形成BSF金屬化層46-1和焊料焊盤(pán)金屬化層48-1 。印刷頭組件100通過(guò)饋送管68-1/2 (如上所述)和相關(guān)聯(lián)的扣件69與材料饋送系統(tǒng)60可操作地耦合。通過(guò)推動(dòng)和/或抽取技術(shù)(例如熱和冷)涂覆擠出的材料(墨水)，其中通過(guò)擠出印刷頭組件IOO并從一個(gè)或多個(gè)出口孔(出口)169推動(dòng)(例如擠壓等)和/或抽取(例如，經(jīng)由真空等)出所述材料，所述出口孔分別限定于印刷頭組件100的下部部分中。X-Y-Z軸定位機(jī)構(gòu)70的安裝板76相對(duì)于襯底41剛性地支撐和定位印刷頭組件100，并且設(shè)置包括平臺(tái)82的底座80，當(dāng)沿預(yù)定方向(例如Y軸)在襯底41上移動(dòng)印刷頭組件100時(shí)，所述平臺(tái)82用于將襯底41支撐在固定的位置。在可選實(shí)施例中(未示出)，印刷頭組件100是固定的，并且底座80包括X-Y定位機(jī)構(gòu)，用于在印刷頭組件100下面移動(dòng)襯底41。 如圖3所示，印刷頭組件100包括背板結(jié)構(gòu)110、前板結(jié)構(gòu)130和連接在其間的分層噴嘴結(jié)構(gòu)150。背板結(jié)構(gòu)110和前板結(jié)構(gòu)130用于分別通過(guò)流體通道115和125，將BSF和焊料焊盤(pán)擠出材料從入口 116-1和116-2導(dǎo)引到分層噴嘴結(jié)構(gòu)150，并且導(dǎo)引入分層噴嘴結(jié)構(gòu)150內(nèi)，使得將沿著擠出噴嘴163向下行進(jìn)的擠出材料按照預(yù)定的傾斜角度9 l(例如，45° )向襯底41引導(dǎo)。 圖4是示出了根據(jù)本發(fā)明特定實(shí)施例的微型擠出印刷頭100A的分解透視圖。微型擠出印刷頭IOOA包括背板結(jié)構(gòu)110A、前板結(jié)構(gòu)130A和連接在其間的分層噴嘴結(jié)構(gòu)150A。背板結(jié)構(gòu)IIOA和前板結(jié)構(gòu)130A用于將擠出材料從相應(yīng)入口 116-1和116-2導(dǎo)引到分層噴嘴結(jié)構(gòu)150A，并且導(dǎo)引到剛性地支撐分層噴嘴結(jié)構(gòu)150A，使得在分層噴嘴結(jié)構(gòu)150E中限定的擠出噴嘴162-1和162-2按照預(yù)定的傾斜角度9 1 (例如，45° )指向襯底51，從而使得沿著每一個(gè)擠出噴嘴162-1和162-2向下朝向其相應(yīng)的噴嘴孔169行進(jìn)的擠出材料引導(dǎo)向目標(biāo)襯底51。 參考圖4的上半部分，背板結(jié)構(gòu)110a包括模制的或機(jī)械加工的金屬(例如鋁)成角度背板111、背增壓裝置(back ple皿m)120和設(shè)置在其間的背墊圈121。成角度背板lll限定了一對(duì)鉆孔(未示出)，所述鉆孔分別從螺紋埋頭鉆孔(countersunk bore)入口 116-1和116-2延伸至在下表面114中限定的相應(yīng)鉆孔出口。背增壓裝置120包括平行的前表面122和背表面124，并且限定了一對(duì)導(dǎo)管(未示出)，所述導(dǎo)管從通過(guò)前表面122限定的相應(yīng)入口 126-1和126-2延伸至在后表面124中限定的相應(yīng)出口 (未示出)。與上述描述類似，通過(guò)背板結(jié)構(gòu)110A限定的鉆孔/導(dǎo)管將擠出材料饋送至分層噴嘴結(jié)構(gòu)150。
參考圖4的下半部分，前板結(jié)構(gòu)130A包括模制的或機(jī)械加工的金屬(例如鋁)的前板131、前增壓裝置(front plenum) 140和設(shè)置在其間的前墊圈141。前板131包括前表面132、側(cè)表面133和有斜面的背表面134，其中前表面132和背表面134形成預(yù)定角度。前板131限定了幾個(gè)洞，用于粘附到印刷頭組件100A的其他部分，但是不引導(dǎo)擠出材料。前增壓裝置140包括平行的前表面142和后表面144，并且限定了從相應(yīng)的入口 148延伸至相應(yīng)的出口 149的導(dǎo)管(未示出)，這二者均限定通過(guò)前表面142。如下所述，在前增壓裝置140中限定的導(dǎo)管用于將BSF(A1)金屬化墨水饋送至分層噴嘴結(jié)構(gòu)150A。
如圖4所示以及圖5示意性地所示，分層噴嘴結(jié)構(gòu)150A包括頂部饋送層151、頂部噴嘴板152、底部噴嘴板153、底部饋送層154和夾在頂部噴嘴板152和底部噴嘴板153之間的噴嘴出口板160。頂部饋送層151包括伸長(zhǎng)的頂部增壓裝置開(kāi)口 155-1，所述開(kāi)口155-1將焊料焊盤(pán)材料饋送至在頂部噴嘴板152中限定的兩個(gè)通道155-2，所述頂部噴嘴板152依次將焊料焊盤(pán)材料饋送至相對(duì)較窄的噴嘴162-1，所述相對(duì)較窄的噴嘴162-1導(dǎo)引所述材料通過(guò)由噴嘴出口板160的前邊緣168限定的相應(yīng)狹縫開(kāi)口。應(yīng)該注意的是，在狹縫開(kāi)口之間設(shè)置的三角形間隔物(divider) 167向每一個(gè)狹縫孔的端部延伸但是沒(méi)有到其端部，從而允許兩種不同的墨水當(dāng)它們離開(kāi)印刷頭組件100A時(shí)按所需的方式而毗鄰。如圖4中的虛線箭頭所表示的，將BSF材料通過(guò)一系列開(kāi)口 126-1、 159-1、 159-2、 159-3、 159-4、159-5和148饋送到前增壓裝置140，所述前增加裝置通過(guò)出口 149將材料再引導(dǎo)進(jìn)入在底 部饋送層154中限定的底部增壓開(kāi)口 156-1，并且進(jìn)入底部饋送通道156-2，所述底部饋送 通道156-2將BSF材料傳遞到噴嘴162-2，所述噴嘴162-2將材料導(dǎo)引通過(guò)噴嘴出口板160 的前邊緣168限定的相應(yīng)狹縫開(kāi)口 。應(yīng)該注意的是，印刷頭組件100A是層流一起擠出印刷 裝置，其將Al和Ag墨水兩者沉積到具有突變材料組分的金屬化墨水的連續(xù)薄片中。連續(xù) 的金屬化物是必須的，以便從電池的整個(gè)面積上收集太陽(yáng)能電池的基極電流，并且將所述 電流輸送到所焊接的帶金屬化物，該帶金屬化物將來(lái)自電池的電流輸送到太陽(yáng)能面板或模 塊。 圖6示出了太陽(yáng)能電池40-1A的一部分，描述了通過(guò)在硅襯底41A上的印刷頭組 件IOOA形成的背側(cè)金屬化結(jié)構(gòu)。根據(jù)特定實(shí)施例，將A1墨水和AgAl墨水兩者同時(shí)直接沉 積在連續(xù)薄片中的硅晶片41的背側(cè)表面43的各個(gè)表面部分43-1和43-2上，以分別形成 BSF材料層46-lA和焊料焊盤(pán)金屬化層48-lA，其中所述AgAl和Al金屬化物形成共同的邊 緣(即，焊料焊盤(pán)金屬化層46-1的相對(duì)側(cè)邊緣48-12與焊料焊盤(pán)金屬化層48-1的相應(yīng)側(cè) 邊緣48-12毗鄰)。BSF材料層46-1A和焊料焊盤(pán)金屬化層48-1A的上表面46-11和48-11 背對(duì)背側(cè)表面43，并且側(cè)邊緣46-12和48-12在上表面46-11和48-11以及背側(cè)表面43之 間延伸。在這種結(jié)構(gòu)中，因?yàn)槭沟肁gAl接觸面積最小化(即省略了在傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)中存在的重 疊部分)，相對(duì)于傳統(tǒng)重疊絲網(wǎng)印刷結(jié)構(gòu)(如上所述)，減小了背側(cè)表面43處的載流子復(fù)合 速度。因?yàn)橥ㄟ^(guò)所消除的重疊區(qū)域的面積減小了 AgAl跡線所要求的寬度，在焙燒時(shí)將所述 Al墨水融合進(jìn)入硅中，以形成鋁背面場(chǎng)(A1-BSF)金屬化物，用于減小較大晶片面積上的載 流子復(fù)合速度。由于減小了昂貴的銀的量，帶來(lái)了與該結(jié)構(gòu)相關(guān)聯(lián)的成本的減小。
圖7和8是分別示出了根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的微型擠出系統(tǒng)50B的部分的側(cè)視 圖和簡(jiǎn)化部分透視圖。如圖7所示，微型擠出系統(tǒng)50B包括Z軸定位機(jī)構(gòu)70B、印刷頭組件 100B和與上述情況類似的其他構(gòu)件，區(qū)別在于將印刷頭組件100B的噴嘴169B分離以沉 積擠出材料作為間隔開(kāi)的液滴46B-2A、48B-2A(即，如以下參考圖8進(jìn)行描述的)，并且系 統(tǒng)50B也包括安裝到Z軸定位機(jī)構(gòu)70B上的氣體噴射陣列90，使得氣體噴射陣列90在加 壓氣體(例如，空氣、干氮?dú)?、或其他氣態(tài)流體)95接觸到目標(biāo)襯底41的背側(cè)表面43之后， 馬上(即在所擠出的材料仍然是"濕"的時(shí)候)將所述增壓氣體95向下導(dǎo)引到所擠出的液 滴46B-2A和48B-2A上。氣體噴射陣列90包括在一個(gè)或更多金屬空氣噴射板98_3的相對(duì) 側(cè)面上設(shè)置的夾具部分98-1和98-2，并且通過(guò)螺絲釘99將所述氣體噴射陣列90緊固到Z 軸定位機(jī)構(gòu)70B上。如所示出的，背夾具部分98-2包括通過(guò)管道91接收增壓氣體的帶螺 紋的入口93。增壓氣體通過(guò)與一個(gè)或更多伸長(zhǎng)噴嘴出口96相通的通道(未示出)。如圖8 所示，將增壓氣體95向下導(dǎo)引到液滴46B-2A和48B-2A使得這些液滴們變得平坦并且流動(dòng) 到一起，從而在具有與參考圖6所述的類似的橫截面的背表面43上形成連續(xù)的材料薄片。 也就是說(shuō)，增壓氣體95向平坦的(對(duì)落的)液滴46B-2A和48B-2A施加了足夠的力，從而 使用相對(duì)較窄且高的擠出噴嘴促進(jìn)了寬且平的結(jié)構(gòu)的形成。利用這種技術(shù)，可以將單獨(dú)的 液滴擴(kuò)展到其沉積寬度的許多倍。例如，利用這種布置，本發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)可以將所擠出的 材料線從約0. 4mm的寬度平坦化(塌落)為大于2mm的寬度、以及0. 010至0. 020mm的濕 厚度。利用用于擠出印刷的墨水的裝載和粘性，不可能直接生產(chǎn)這些尺度的線，甚至即便允 許墨水在重力和潤(rùn)濕力下較長(zhǎng)時(shí)間的塌落。
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應(yīng)該注意的是，參考圖7和圖8所討論的方法不能使用絲網(wǎng)印刷的傳統(tǒng)(即相 對(duì)較大觸變性的)墨水，而能很好地使用更改為易于流動(dòng)的墨水，例如在2008年11月18 日遞交的題目為"EASILY FLOWING INKSFOR EXTRUSION THROUGH SMALL CROSS-SECTION CHANNELS/DIES/NOZZLES"的共有、共同待決美國(guó)專利申請(qǐng)No. 12/273， 113(代理人編號(hào) 20080173-US-NP)中所公開(kāi)的，將其全部?jī)?nèi)容結(jié)合在此作為參考。另外，通過(guò)將A1墨水分離 為多個(gè)較小的液滴，減小了在背側(cè)表面43上沉積的墨水的量，進(jìn)而減小了所焙燒的A1的厚 度，從而減小了引起晶片翹曲的應(yīng)力。在優(yōu)選實(shí)施例中，噴嘴具有50微米或更高的高度以 避免過(guò)度的堵塞。更加合意的是將墨水用于具有較低金屬顆粒加載的背側(cè)金屬化物，以減 小焙燒厚度，并且在使用Ag的情況下用來(lái)減小制造成本。如果僅僅采用重力和表面張力， 近距離間隔的線的塌落和連接需要約10-30秒(取決于融合的程度)，由于在單一步驟中進(jìn) 行背側(cè)印刷，并且當(dāng)晶片從印刷機(jī)到干燥器依次向下經(jīng)過(guò)傳送帶時(shí)、并且在必要時(shí)可以使 用晶片緩沖器，印刷晶片無(wú)論如何總會(huì)受到這種延遲，這不是什么問(wèn)題。如上所述，氣體噴 射可以大大加速塌落過(guò)程并且減小對(duì)于緩沖晶片的需要。 盡管已經(jīng)參考特定的實(shí)施例描述了本發(fā)明，本領(lǐng)域技術(shù)人員清楚的是本發(fā)明的發(fā) 明特征也可以應(yīng)用于其他實(shí)施例，其意欲全部落在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。例如，可以將本發(fā) 明應(yīng)用于通過(guò)沉積兩種不同類型的摻雜墨水和/或電極以形成n摻雜和p摻雜的區(qū)域和 金屬接觸來(lái)進(jìn)行的交叉狀背接觸電池的制造。此外，使用Al墨水的BSF金屬化物和使用 AgAl墨水的焊料接觸金屬化物的形成僅僅是說(shuō)明目的。其他金屬和合金也可以用于形成 這些結(jié)構(gòu)，而沒(méi)有落在本發(fā)明意思和范圍之外。在單獨(dú)的實(shí)施例中，可以用Al和Ag墨水 的單獨(dú)狹縫孔來(lái)構(gòu)成印刷頭，并且這些孔可以稍微重疊。這種結(jié)構(gòu)將產(chǎn)生與所示以說(shuō)明圖 12中的現(xiàn)有技術(shù)的絲網(wǎng)印刷結(jié)構(gòu)近似相同的重疊結(jié)構(gòu)?？梢酝ㄟ^(guò)采用在2008年11月7 日遞交的、題目為"DIRECTIONAL EXTRUDED BEAD CONTROL"的共有、共同待決美國(guó)專利申 請(qǐng)No. 12/267， 069、以及2008年11月7日遞交的、題目為"MICRO-EXTRUSION SYSTEM WITH BEAD DEFLECTING MECHANISM"的共有、共同待決美國(guó)專利申請(qǐng)No. 12/267,223中所述的定 向控制結(jié)構(gòu)，將墨水液滴導(dǎo)引向襯底，將這兩個(gè)申請(qǐng)的全部?jī)?nèi)容結(jié)合在此作為參考?？梢允?用除了 Ag之外的其他金屬。例如，銅也可以焊接，并且可以適合于與諸如鎳之類的適當(dāng)阻 擋金屬一起使用。
權(quán)利要求
一種太陽(yáng)能電池，包括具有背側(cè)表面的半導(dǎo)體襯底；設(shè)置在所述背側(cè)表面的第一部分上的背面場(chǎng)金屬化層，所述背面場(chǎng)金屬化層具有背對(duì)所述背側(cè)表面的平面的第一表面部分、以及從所述平面的第一表面部分向所述背側(cè)表面延伸的第一邊緣部分；以及設(shè)置在所述背側(cè)表面的第二部分上的焊料焊盤(pán)金屬化層，所述焊料焊盤(pán)金屬化層具有背對(duì)所述背側(cè)表面的平面的第二表面部分、以及從所述平面的第二表面部分向背側(cè)表面延伸的第二邊緣部分；其中設(shè)置所述背面場(chǎng)金屬化層和所述焊料焊盤(pán)金屬化層，使得所述背面場(chǎng)金屬化層的第一邊緣部分與所述焊料焊盤(pán)金屬化層的第二邊緣部分按照非重疊的方式毗鄰，使得所述平面的第一表面部分與所述平面的第二表面部分基本上共面。
2. —種太陽(yáng)能電池，包括 具有背側(cè)表面的半導(dǎo)體襯底；基本上覆蓋所述背側(cè)表面的連續(xù)區(qū)域的背面場(chǎng)金屬化層；以及嵌入在所述背面場(chǎng)金屬化層內(nèi)的焊料焊盤(pán)金屬化層，使得所述背面場(chǎng)金屬化層和所述 焊料焊盤(pán)金屬化層具有基本上在相同平面內(nèi)的表面。
3. —種在半導(dǎo)體襯底上制作背側(cè)金屬化結(jié)構(gòu)的方法，包括 相對(duì)于所述半導(dǎo)體襯底移動(dòng)具有至少一個(gè)噴嘴孔的印刷頭；以及通過(guò)所述印刷頭饋送A1鈍化層墨水和AgAl焊接焊盤(pán)墨水，使得所述A1鈍化層墨水和 所述AgAl焊接焊盤(pán)墨水同時(shí)從所述至少一個(gè)噴嘴孔擠出并且沉積到所述半導(dǎo)體襯底上。
全文摘要
本發(fā)明涉及具有共面背側(cè)金屬化物的太陽(yáng)能電池。太陽(yáng)能電池包括兩種背側(cè)金屬化材料，所述背側(cè)金屬化材料同時(shí)地?cái)D出沉積在半導(dǎo)體襯底上，使得背面場(chǎng)(BSF)金屬層(例如Al)和焊料焊盤(pán)金屬結(jié)構(gòu)(例如AgAl)兩者是共面且非重疊的，并且這兩種金屬彼此毗鄰以形成在所述襯底的背側(cè)表面上延伸的連續(xù)金屬層。在一個(gè)實(shí)施例中，或者通過(guò)以連續(xù)帶的形式將兩種材料共同擠出、或者通過(guò)沉積間隔開(kāi)的結(jié)構(gòu)繼而通過(guò)空氣噴射裝置將其平坦化以彼此接觸來(lái)將焊料焊盤(pán)金屬直接形成于襯底的背側(cè)表面上。在另一個(gè)實(shí)施例中，使用共同擠出頭將焊料焊盤(pán)金屬沉積在BSF金屬的BSF金屬薄層上(即，或者直接沉積在BSF金屬上，或者沉積在插入阻擋層上)。
文檔編號(hào)H01L31/068GK101752439SQ200910252988
公開(kāi)日2010年6月23日 申請(qǐng)日期2009年12月8日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月9日
發(fā)明者D·K·富克, K·納卡亞施基, S·E·索爾伯格 申請(qǐng)人:帕洛阿爾托研究中心公司