用于金屬化半導(dǎo)體元件背面的基于激光的方法和加工臺技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)涉及將半導(dǎo)體元件的背面金屬化的方法，該半導(dǎo)體元件是光伏太陽能電池的一部分或在光伏太陽能電池制造工藝中的前體，包括以下方法步驟：A.將至少一個至少單層的金屬箔膜施加到半導(dǎo)體元件背面；B.局部加熱至少金屬箔膜，從而在局部區(qū)域暫時實現(xiàn)金屬箔膜熔化。重要的是，在金屬箔膜和半導(dǎo)體元件背面之間至少在局部形成空隙，該空隙填充有填料，該填料具有小于1.4的光學(xué)折射率。本發(fā)明專利技術(shù)還涉及尤其采用這種方法而制造的太陽能電池以及用于執(zhí)行這種方法的加工臺。

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
【國外來華專利技術(shù)】用于金屬化半導(dǎo)體元件背面的基于激光的方法和加工臺本專利技術(shù)涉及根據(jù)權(quán)利要求1的前序部分的將半導(dǎo)體元件的背面金屬化的方法以及執(zhí)行這種方法的加工臺，該半導(dǎo)體元件是光電太陽能電池或在光伏太陽能電池制造過程中的前體。在光伏太陽能電池中，載流子一般經(jīng)金屬結(jié)構(gòu)被送走。在此知道了這樣的金屬結(jié)構(gòu)，其整面地導(dǎo)通半導(dǎo)體元件的一側(cè)。在最簡單形式中，半導(dǎo)體元件由帶有p摻雜區(qū)和n摻雜區(qū)的半導(dǎo)體層構(gòu)成。該半導(dǎo)體元件還可以包括絕緣層或其它層，尤其是半導(dǎo)體層。另外，除了電子特性如表面的復(fù)合特性和半導(dǎo)體層材料品量外，對太陽能電池效率重要的還有光效率。光效率表示因光入射至太陽能電池而產(chǎn)生的在電子空穴對中的所有電子與抵達正面的電磁輻射之比。為了提高光效率，延長太陽能電池中的光路尤其也是重要的：因為吸收性能低，長波光的一部分穿透太陽能電池并抵達太陽能電池背面。因此為了提高光效率而知道了，以鏡面形式構(gòu)成該背面，從而抵達背面的光線又被反射向正面。對此已知的是，利用整面的背面金屬化結(jié)構(gòu)作為背面反射器來涂覆半導(dǎo)體元件背面。此外也知道了在結(jié)構(gòu)化的或粗糙的金屬層中出現(xiàn)寄生吸收。因此緣故，光滑(例如蒸鍍)的金屬層具有比之較粗糙的層更高的反射(例如借助絲網(wǎng)印刷制造)。獲得在太陽能電池內(nèi)的內(nèi)部光路延長的另一個可能性在DE102009042018A1中有描述。在此，在太陽能電池背面實現(xiàn)衍射表面結(jié)構(gòu)。這造成在背面所反射的光子以離散的衍射角度被反射。通過這種方式，也可以通過內(nèi)部光路延長來加強長波輻射吸收。本專利技術(shù)的任務(wù)在于提供一種將半導(dǎo)體元件的背面金屬化的方法，其應(yīng)用改善了太陽能電池背面的內(nèi)反射性能并且同時允許獲得盡量平的背面金屬化結(jié)構(gòu)以盡量減小寄生吸收。本專利技術(shù)的任務(wù)還在于提供一種太陽能電池，其中，背面金屬化結(jié)構(gòu)在反射性能和平面性方面得到改善。另外，本專利技術(shù)應(yīng)該提供一種用于制造這種太陽能電池且執(zhí)行這種方法的加工臺。該任務(wù)將通過根據(jù)權(quán)利要求1的方法、根據(jù)權(quán)利要求12的光伏太陽能電池和根據(jù)權(quán)利要求13的用于執(zhí)行這種方法的加工臺來完成。在權(quán)利要求2-11中找到該方法的有利實施方式。在權(quán)利要求14和15中找到用于執(zhí)行該方法的加工臺的有利實施方式。茲通過明確援引將權(quán)利要求的語句納入說明書。本專利技術(shù)的方法用于將半導(dǎo)體元件背面金屬化。該半導(dǎo)體元件是光伏太陽能電池或者制造工藝中的光伏太陽能電池的前體并且包括至少一個半導(dǎo)體層。此時在本專利技術(shù)范圍內(nèi)的是，半導(dǎo)體層以半導(dǎo)體襯底且尤其是硅晶圓形式構(gòu)成。該方法包括以下方法步驟：在方法步驟A中，至少一個至少單層的金屬箔膜被施加到半導(dǎo)體元件的背面。在方法步驟B中，在方法步驟A中施加的金屬箔膜被局部加熱。由此一來，在局部區(qū)域中短暫地實現(xiàn)至少金屬箔膜的熔化。重要的是，在金屬箔膜和半導(dǎo)體元件背面之間至少在局部形成空隙，該空隙填充有填料，該填料具有小于1.4的光學(xué)折射率n。在這里以及下文，參數(shù)n描述折射率的實部。本專利技術(shù)基于申請人的以下認識，在金屬箔膜和半導(dǎo)體元件的背面之間形成空隙導(dǎo)致了在大于1000nm的波長范圍內(nèi)的長波電磁輻射的反射增強。通過多次附加的光反射，在半導(dǎo)體元件內(nèi)的光程增大，進而吸收概率和太陽能電池效率也提高。在物理上，這基于在半導(dǎo)體和金屬層之間的更高的折射率對比。這按照菲涅爾公式導(dǎo)致了內(nèi)反射增強和出現(xiàn)內(nèi)全反射的臨界角度的減小。后者尤其結(jié)合紋路結(jié)構(gòu)化的正面是重要的，因為在此情況下光以傾斜角度入射太陽能電池背面。如果在背面的入射角度大于全反射角度，則已經(jīng)在半導(dǎo)體和介電材料之間的過渡部或者半導(dǎo)體和外觀較薄的填料之間幾乎反射全部的輻射，甚至不必首先被金屬反射面有損耗地反射。在粗糙的或紋路結(jié)構(gòu)化的半導(dǎo)體背面中，通過常見的方法(如絲網(wǎng)印刷、濺射或蒸鍍)直接施加金屬層導(dǎo)致了也被結(jié)構(gòu)化的金屬背面。這一般沒有通過具有小于100nm常見厚度的介電鈍化層的施加來顯著改變。如上所述，在結(jié)構(gòu)化金屬中出現(xiàn)了在此應(yīng)用場合中被視為寄生的吸收，這是因為它是無法被用于太陽能電池的吸收。在本專利技術(shù)中描述了一種方法，它盡量減小了在紋路結(jié)構(gòu)化的背面中的損耗，因為一方面該內(nèi)反射因為有空隙而被加強，另一方面，存在該箔膜的妥善規(guī)定的平坦金屬面，從而寄生金屬吸收可被盡量減弱。本專利技術(shù)的另一個應(yīng)用領(lǐng)域是與在太陽能電池背面上的衍射結(jié)構(gòu)的使用相結(jié)合。為了形成這樣的衍射結(jié)構(gòu)，例如在鈍化的半導(dǎo)體背面上實現(xiàn)光結(jié)構(gòu)。在太陽能電池背面形成衍射結(jié)構(gòu)本身是已知的并且例如在DE102009042018A1中有描述。類似于上述情況，在這里也通過在該結(jié)構(gòu)和金屬箔膜實現(xiàn)填充有例如空氣的空隙來加強內(nèi)反射。還有，設(shè)置在背側(cè)的金屬箔膜起到光學(xué)反射器作用并且能有利地進一步增強內(nèi)反射。而當(dāng)金屬層或介電層被直接蒸鍍到太陽能電池背面上的結(jié)構(gòu)時，該金屬層匹配于該結(jié)構(gòu)。由此可能出現(xiàn)非常不利的、與該光結(jié)構(gòu)相一致的金屬表面調(diào)制。此時，除了所述的寄生吸收外，還因為格柵效應(yīng)而出現(xiàn)射束入射至金屬，這加強了所述不利作用。此問題可通過采用金屬箔膜和形成空隙來金屬化太陽能電池背面基本得以避免。進一步的正面作用是，在采用所述方法的情況下，在所實現(xiàn)的例如由非晶硅構(gòu)成的格柵結(jié)構(gòu)上可以實現(xiàn)與已知方法相比更高的格柵折射率對比(例如在光結(jié)構(gòu)和金屬反射面之間的由氧化物構(gòu)成的介電緩沖層)。這首先導(dǎo)致更高的衍射效率，由此加強了內(nèi)光路延長。而且，在采用光結(jié)構(gòu)時出現(xiàn)的、在介電緩沖層中不能傳播的瞬間即逝的波在空隙內(nèi)被最佳衰減，由此又可以盡量減弱在金屬中的寄生吸收。利用本專利技術(shù)的方法，可以如此將太陽能電池背面金屬化，即在鈍化層和金屬箔膜之間留下足夠大的空隙，該空隙造成對入射射束的反射增強。由此可以實現(xiàn)鈍化層厚度顯著減小。因為迄今在嘗試通過相應(yīng)厚地構(gòu)成鈍化層來實現(xiàn)增強的背面反射。但較厚的鈍化層導(dǎo)致了更高的加工成本和較長的工藝時間。較薄的鈍化層的另一個優(yōu)點是，它體現(xiàn)為對導(dǎo)通加工過程的較微弱的阻礙：為了形成導(dǎo)通結(jié)構(gòu)而必須穿透該鈍化層導(dǎo)通，以建立與半導(dǎo)體材料的直接接觸。這在鈍化層厚度減小情況下更簡單。因此，本專利技術(shù)的方法第一次提供了低成本的、在采用薄鈍化層情況下將半導(dǎo)體元件背面金屬化的可行方案，沒有由此出現(xiàn)明顯的效率損失。相比于已知的背面金屬化方法，可以制造出其鈍化層厚度可被縮減到大約5nm的太陽能電池。在本說明書的范圍內(nèi)，在半導(dǎo)體元件背面出現(xiàn)的空隙被填充填料。在一個優(yōu)選實施方式中，作為填料，采用氣體優(yōu)選是空氣和/或惰性氣體，尤其優(yōu)選是稀有氣體。由此得到以下優(yōu)點，該填充有填料的空隙以簡單且低成本的方式具有小于1.4的折射率n。在另一個優(yōu)選實施方式中，膠被用作填料。由此得到以下優(yōu)點，空隙得到穩(wěn)定并且金屬箔膜被附加固定。此時可以采用折射率n小于1.4的商業(yè)上慣用的膠，例如來自供貨商PolytecPT有限公司(Waldbronn)的MY系列的膠，例如MY-132或者MY-133。在本專利技術(shù)的范圍內(nèi)的是，在方法步驟A和/或B之前施加其它的中間層。優(yōu)選在方法步驟A之前的一個附加方法步驟A-1中將至少一個中間層施加到半導(dǎo)體元件的一側(cè)上。該中間層最好是介電層。由此得到以下優(yōu)點，中間層可被構(gòu)造用于提高太陽能電池效率，尤其通過以鈍化層形式構(gòu)成該中間層以減小在半導(dǎo)體層表面上的載流子復(fù)合和/或通過作為光學(xué)層構(gòu)成該中間層以改善太陽能電池的反射性能和進而光吸收。因此尤其優(yōu)選的是，以介電層、尤其最好以二氧化硅層、氮本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護點】
一種將半導(dǎo)體元件(1)的背面(5)金屬化的方法，該半導(dǎo)體元件(1)是光伏太陽能電池的一部分或者是在光伏太陽能電池的制造工藝中的前體，該方法包括以下方法步驟：A、將至少一個至少單層的金屬箔膜(7)施加到該半導(dǎo)體元件(1)的背面(5)；B、按如下方式局部加熱至少該金屬箔膜(7)，即在局部區(qū)域短時間地實現(xiàn)該金屬箔膜(7)的熔化，其特征是，在該金屬箔膜(7)和該半導(dǎo)體元件(1)的背面(5)之間至少在局部形成空隙(8)，該空隙(8)填充有填料，該填料具有小于1.4的光學(xué)折射率n。

【技術(shù)特征摘要】
【國外來華專利技術(shù)】2012.08.10 DE 102012214253.31.一種將半導(dǎo)體元件(1)的背面(5)金屬化的方法，該半導(dǎo)體元件(1)是光伏太陽能電池的一部分或者是在光伏太陽能電池的制造工藝中的前體，該方法包括以下方法步驟：A、將至少一個至少單層的金屬箔膜(7)施加到該半導(dǎo)體元件(1)的背面(5)；B、按如下方式局部加熱至少該金屬箔膜(7)，即在局部區(qū)域短時間地實現(xiàn)該金屬箔膜(7)的熔化，其特征是，在該金屬箔膜(7)和該半導(dǎo)體元件(1)的背面(5)之間至少在局部形成空隙(8)，該空隙(8)填充有填料，該填料具有小于1.4的光學(xué)折射率n，采用氣體或膠作為填料。2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征是，采用空氣或惰性氣體作為填料。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征是，采用稀有氣體作為填料。4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項所述的方法，其特征是，在方法步驟B中，該空隙(8)由金屬箔膜(7)、該半導(dǎo)體元件(1)的背面(5)和熔化的區(qū)域來界定。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征是，至少一個熔化的區(qū)域繞該空隙(8)環(huán)繞構(gòu)成。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征是，該熔化的區(qū)域不間斷地沿著該半導(dǎo)體元件(1)的一個外邊緣延伸。7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征是，該熔化的區(qū)域不間斷地沿著該半導(dǎo)體元件(1)的所有外邊緣延伸。8.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項所述的方法，其特征是，在方法步驟B中采用激光用于熔化。9.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項所述的方法，其特征是，在方法步驟B中，在熔化過程中，在該金屬箔膜(7)中同時至少產(chǎn)生預(yù)定斷裂點。10.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項所述的方法，其特征是，在一個附加的方法步驟C中，在該金屬箔膜(7)中至少產(chǎn)生預(yù)定斷裂點。11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其特征是，該金屬箔膜(7)在方法步驟C的熔化區(qū)域處被分斷。12.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項所述的方法，其特征是，在方法步驟A-a中，該金屬箔膜(7)通過局部加熱以點的方式被固定在該半導(dǎo)體元件上，并且在方法步驟B之前的一個附加的方法步驟A-b中，主動將填料引入該半導(dǎo)體元件(1)和金屬箔膜(7)之間。13.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項所述的方法，其...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：H·豪澤，J·內(nèi)卡爾達，R·普羅伊，B·布拉西，
申請(專利權(quán))人：弗勞恩霍弗實用研究促進協(xié)會，
類型：發(fā)明
國別省市：德國;DE