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CN102428565A - 用于在热扩散掺杂区域中带有激光烧结接触的太阳能电池的设备和方法 - Google Patents

用于在热扩散掺杂区域中带有激光烧结接触的太阳能电池的设备和方法 Download PDF

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CN102428565A
CN102428565A CN2010800216805A CN201080021680A CN102428565A CN 102428565 A CN102428565 A CN 102428565A CN 2010800216805 A CN2010800216805 A CN 2010800216805A CN 201080021680 A CN201080021680 A CN 201080021680A CN 102428565 A CN102428565 A CN 102428565A
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CN
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CN2010800216805A
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大卫·E·卡尔森
邹连城
默里·S·贝内特
乔治·黄
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BP Corp North America Inc
Original Assignee
BP Corp North America Inc
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Publication date
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Abstract

本发明涉及用于在热扩散掺杂区域中带有激光烧结接触的太阳能电池的设备和方法。该电池包括掺杂晶片和具有第一导电类型的多个第一高掺杂区域。该电池还包括具有与第一导电类型相反的导电类型的多个第二高掺杂区域和被布置在多个第一高掺杂区域和多个第二高掺杂区域中的每一个的至少一部分之上的钝化层。该电池还包括具有第一导体和第二导体的导体网络和将第一高掺杂区域与第一导体电连接并且将第二高掺杂区域与第二导体电连接的多个接触。

Description

用于在热扩散掺杂区域中带有激光烧结接触的太阳能电池的设备和方法
相关申请的交叉引用
该申请要求在2009年3月26日提交的美国临时专利申请No.61/163687的优先权，其全部内容通过引用并入这里。
技术领域
本发明涉及用于在热扩散掺杂区域中带有激光烧结接触的太阳能电池的设备和方法。
背景技术
光伏电池将入射光转换成电能。已知的光伏电池使用包括若干高温处理的很多高成本并且耗时的制造步骤。
Carlson的美国专利申请公开2006/0130891(Carlson 891)公开了背接触光伏电池。Carlson 891公开了一种光伏电池，其包括由第一导电类型的半导体材料制成的晶片。该晶片包括第一光接收表面、晶片上与第一表面相反的第二表面、和扩散段。该光伏电池包括位于晶片的第一表面之上的第一钝化层、位于晶片的第二表面之上的第一电接触、和位于晶片的第二表面之上并且与第一电接触电分离的第二电接触。该光伏电池包括在至少在第一电接触和晶片的第二表面之间的区域中位于晶片的第二表面之上的第二钝化层。该光伏电池包括由与晶片的导电性相反的导电性的半导体材料制成并且位于在第二钝化层和第一电接触之间的区域中的层。美国专利申请公开2006/0130891的整体教导由此通过引用其整体并入。
Carlson的美国专利申请公开2007/0137692(Carlson 692)公开了背接触光伏电池。Carlson 692公开了一种光伏电池，该光伏电池包括由第一导电类型的半导体材料制成的晶片、第一光接收表面和与第一表面相反的第二表面。该光伏电池包括位于晶片的第一表面之上的第一钝化层和第一电接触，第一电接触包括位于晶片的第二表面之上的点接触并且具有与晶片的相反的导电性。该光伏电池包括第二电接触，第二电接触包括位于晶片的第二表面之上并且与第一电接触电分离的点接触并且具有与晶片相同的导电性。美国专利申请公开2007/0137692的全部教示由此通过引用而整体并入。
Carlson等人的国际专利申请公开WO2008/115814公开了太阳能电池。Carlson等人公开了一种包括带有前光接收表面和相反的后表面的半导体晶片的光伏电池。该光伏电池包括至少在后表面上的钝化层、在钝化层之上并且导电类型与晶片相反的掺杂层、感应反型层、和在掺杂层之上的介电层。该光伏电池至少在至少延伸通过介电层的后表面上包括一个或者多个局部发射极接触和一个或者多个局部基极接触。优选地，局部发射极接触和局部基极接触都在光伏电池的后表面上。局部发射极接触和局部基极接触是适当地激光烧结接触。
Carlson等人还公开了一种中性表面光伏电池，该中性表面光伏电池包括带有前光接收表面和相反的后表面的半导体晶片、在至少后表面上的中性钝化层、在钝化层之上的介电层、和至少在至少延伸通过介电层的后表面上的一个或者多个局部发射极接触和一个或者多个局部基极接触。优选地，局部发射极接触和局部基极接触都在光伏电池的后表面上。局部发射极接触和局部基极接触是适当地激光烧结接触。中性表面指的是电池不具有有意感应反型层或者积累层并且优选地不具有反型层或者积累层。国际专利申请公开WO2008/115814的全部教导由此通过引用整体并入。
需要并且期望使用比传统光伏电池更少的制造步骤制成的光伏电池。还需要并且期望使用更少的高温处理制成的光伏电池。还需要并且期望带有高质量激光烧结接触的光伏电池。还需要并且期望更快速地并且成本有效地制成的光伏电池。
发明内容
本发明涉及用于在热扩散掺杂区域中带有激光烧结接触的太阳能电池的设备和/或方法。本发明包括使用比传统光伏电池更少的制造步骤制成的光伏电池。本发明还包括使用更少的高温处理制成的光伏电池。本发明还包括带有高质量激光烧结接触的光伏电池。本发明还包括更快速地和/或成本有效地制成的光伏电池。
根据第一实施例，本发明包括一种背接触光伏电池。该电池包括具有前表面和后表面的半导体材料的掺杂晶片。该电池还包括相对于后表面布置并且具有第一导电类型的多个第一高掺杂区域。该电池还包括相对于后表面布置并且具有与第一导电类型相反的导电类型的多个第二高掺杂区域。该电池还包括布置在多个第一高掺杂区域、多个第二高掺杂区域和/或其余后表面中的每一个的至少一部分之上的钝化层。该电池还包括相对于钝化层布置并且具有第一导体和第二导体的导体网络。该电池还包括将第一高掺杂区域与第一导体电连接并且将第二高掺杂区域与第二导体电连接的多个接触。
根据第二实施例，本发明包括一种光伏电池。该电池包括具有前表面和后表面的半导体材料的掺杂晶片。该电池还包括相对于前表面布置并且具有与掺杂晶片相反的导电类型的多个高掺杂区域。该电池还包括布置在多个高掺杂区域之间并且具有与高掺杂区域相同的导电类型的浅结发射极。该电池还包括刚好在后表面之下的后表面场区域。该后表面场区域由具有与掺杂晶片相同的导电类型的高掺杂区域或者由无定形硅合金的非掺杂层和与掺杂晶片相同的导电类型的高掺杂层形成。该电池还包括相对于高掺杂区域和/或浅结发射极布置的前钝化层。该电池还包括相对于后表面场区域布置的后钝化层。该电池还包括相对于前钝化层布置并且电连接到高掺杂区域的电流收集栅格。该电池还包括相对于后钝化层布置的导体。该电池还包括将后表面场区域与导体电连接的多个接触。
根据第三实施例，本发明包括一种制造背接触光伏电池的方法。该方法包括将第一掺杂剂源施加到半导体材料的掺杂晶片的后表面的一部分的步骤。该第一掺杂剂源具有第一导电类型。该方法还包括将第二掺杂剂源施加到半导体材料的掺杂晶片的后表面的不同部分的步骤。该第二掺杂剂源具有与第一导电类型相反的导电类型。该方法还包括将第一掺杂剂源和/或第二掺杂剂源扩散到掺杂晶片中以形成多个第一高掺杂区域和/或多个第二高掺杂区域的步骤。该方法还包括清洁后表面的步骤。该方法还包括在后表面、多个第一高掺杂区域和/或多个第二高掺杂区域之上放置钝化层的步骤。该方法还包括将导体网络施加到钝化层的一部分的步骤。该方法还包括在导体网络与第一高掺杂区域和第二高掺杂区域之间形成接触的步骤。
根据第四实施例，本发明包括一种制造光伏电池的方法。该方法包括将掺杂剂源施加到半导体材料的掺杂晶片的前表面的一部分的步骤。该掺杂剂源具有与掺杂晶片相反的导电类型。该方法还包括将具有与掺杂晶片相反的导电类型的稀释掺杂剂源施加到掺杂晶片的前表面的其余部分的步骤。该方法还包括将掺杂剂源施加到掺杂晶片的后表面的一部分的步骤，并且该掺杂剂源具有与掺杂晶片相同的导电类型。该方法还包括将掺杂剂源和/或稀释掺杂剂源扩散到掺杂晶片中以形成高掺杂区域、浅结发射极和/或后表面场区域的步骤。该方法还包括在高掺杂区域、浅结发射极、后表面和/或后表面场区域之上放置钝化层以形成前钝化层和/或后钝化层的步骤。该方法还包括在前钝化层上或者相对于前钝化层施加电流收集栅格的步骤。该方法还包括在后钝化层上施加导体的步骤。该方法还包括在高掺杂区域和电流收集栅格之间形成前接触的步骤。该方法还包括在后表面场区域和导体之间形成后接触的步骤。
附图说明
并入并且构成本说明书的一部分的附图、本发明的示出实施例以及说明一起用于解释本发明的特征、优点和原理。在图中：
图1A示出根据一个实施例的背接触光伏电池的局部侧截面视图；
图1B示出根据一个实施例的图1A的背接触光伏电池的后平面视图；
图2示出根据一个实施例的带有浅结发射极的背接触光伏电池的局部侧截面视图；
图3示出根据一个实施例的带有浅结发射极的背接触光伏电池的局部侧截面视图；
图4A示出根据一个实施例的带有浅结发射极的背接触光伏电池的局部侧截面视图；
图4B示出根据一个实施例的图4A的带有浅结发射极的背接触光伏电池的后平面视图；
图5示出根据一个实施例的带有反型层的背接触光伏电池的局部侧截面视图；
图6示出根据一个实施例的光伏电池的局部侧截面视图；
图7示出根据一个实施例的光伏电池的局部侧截面视图；
图8示出根据一个实施例的导体网络的后平面视图；
图9示出根据一个实施例的光伏电池的局部侧截面视图；
图10示出根据一个实施例的带有选择性发射极区域和电流收集指的晶片的前平面视图；
图11示意性地示出根据一个实施例的用于并行激光烧结接触的设备；
图12A示意性地示出根据一个实施例的用于并行激光烧结接触的一维扫描；
图12B示意性地示出根据一个实施例的用于并行激光烧结接触的一维载物台；
图13A示意性地示出根据一个实施例的用于并行激光烧结接触的二维扫描；
图13B示意性地示出根据一个实施例的用于并行激光烧结接触的二维扫描；
图13C示意性地示出根据一个实施例的用于并行激光烧结接触的二维载物台；并且
图13D示意性地示出根据一个实施例的用于并行激光烧结接触的二维载物台。
具体实施方式
本发明涉及用于在热扩散掺杂区域中带有激光烧结接触的太阳能电池的设备和方法。通过在结晶硅或者其它适当的基底中的热扩散掺杂区域中和/或向其中激光烧结金属或者其它高传导性材料，本发明可以包括高质量接触。本发明允许使用诸如不带激光诱发缺陷和/或带有最小激光诱发缺陷的激光烧结形成高质量发射极或者局部发射极，其中所述激光诱发缺陷能够通过将相反的导电类型的掺杂剂激光烧结到轻度掺杂基底中而形成。
铝到n型硅晶片中的激光烧结能够形成发射极接触但是常常可以在发射极的附近导致激光诱发损坏。特别是在具有在大约1欧姆-厘米到大约10欧姆-厘米的范围中的电阻率的晶片中，激光诱发损坏能够限制太阳能电池性能(效率)。然而，如果能够首先通过热扩散和/或其它适当的方法形成发射极区域，则到该扩散发射极区域中的激光烧结能够使激光诱发损坏的影响最小化，这是因为激光烧结接触仅需要到和/或与扩散发射极区域形成欧姆接触。一旦少数载流子被热扩散发射极收集，则少数载流子便在发射极区域内变成多数载流子并且不会强烈地受到在激光烧结接触附近的激光诱发缺陷的影响。
根据一个实施例，诸如n++和p++材料的掺杂剂墨水能够被喷墨印刷、气溶胶喷射印刷、喷射分配(微观分配)等到晶片的后表面上的局部区域上，并且掺杂剂能够热扩散到晶片中。带有n+标签的掺杂剂指的是负型掺杂剂并且带有p+标签的掺杂剂指的是正型掺杂剂。带有n++标签的掺杂剂指的是重度掺杂负型掺杂剂并且带有p++标签的掺杂剂指的是重度掺杂正型掺杂剂。通常，在掺杂有n+或者n++掺杂剂的区域中，电子是多数载流子，并且在掺杂有p+或者p++掺杂剂的区域中，空穴是多数载流子。
钝化介电层能够被施加到前表面和后表面。交叉金属指能够被喷墨印刷从而一种指图案位于n++扩散区域之上并且其它种指图案位于p++扩散区域之上。能够使用激光器来将金属激光烧结到局部热扩散区域中。各种激光器均能够被用于该应用，例如但是不限于：1064纳米、532纳米、355纳米、266纳米的Nd:YAG激光器；351纳米、308纳米、248纳米、193纳米的受激准分子激光器；等。在该实施例中使用p型晶片，后面上的钝化层能够包括i-n+a-Si:H/SiOy(感应反型层的无定形硅和氧化硅)。可选地，能够在围绕p++扩散区域的区域中印刷隔离墨水以防止在p++区域和反型层之间分流或者发生泄漏电流。
根据一个实施例，该光伏电池能够使用浅扩散n+发射极区域来替代感应反型层从而不必包括i-n+a-Si:H层。
利用n型晶片的实施例可以与围绕局部基极(n++)接触的隔离墨水结合地使用i-p+a-Si:H/SiOy等离子体增强化学气相沉积层。替代地，能够使用与围绕局部基极接触的隔离墨水结合的浅扩散p+发射极区域。
根据一个实施例，能够通过将铝通过电介质激光烧结到浅后表面场区域中而形成高质量局部后接触。对于p型晶片，能够通过用包含硼、铝、铟、镓等的墨水涂覆后表面而形成后表面场区域。该制造处理可以包括将顶部银电流收集栅格激光烧结到在前表面上的热扩散n++指中。
本发明可以包括使用激光器以通过将金属通过钝化介电层烧结(熔融和/或扩散)到通过热扩散形成的局部和/或延伸掺杂区域中来形成高质量局部接触。
诸如在太阳能板和/或太阳能模块中，光伏电池有时可以被称作太阳能电池并且可以将电磁辐射转换或者变换成电能或者电子流。电磁辐射一般包括诸如来自太阳的红外波长、可见光波长、紫外线波长等。
根据一个实施例，本发明可以包括形式为激光烧结选择性发射极的前太阳能电池接触和形式为激光烧结局部后表面场接触的后太阳能电池接触。该选择性发射极可以包括浅结发射极，诸如具有大约100欧姆每平方的片电阻的轻度掺杂发射极。诸如通过在例如大约850摄氏度下使用三氯氧化磷(POCl3)，能够通过将少量的磷或者其它适当的掺杂剂扩散到晶片中而形成或者制成浅结发射极。
能够从晶片的表面移除残余磷硅酸盐玻璃或者其它杂质。诸如使用等离子体增强化学气相沉积等能够获得氮化硅涂层或者其它适当的抗反射涂层的沉积。优选的是，能够使用喷墨打印机、气溶胶喷射打印机等来在抗反射涂层的顶部上沉积n+掺杂墨水，诸如重度地掺杂有磷的硅墨水的局部区域。喷墨打印机、气溶胶喷射打印机等还可以沉积导电指栅格和/或电流收集栅格，例如其均由银或者其它适当的导电材料制成。可以通过将导电材料(银)激光烧结到局部n+掺杂墨水中和硅晶片中而使用激光器来形成选择性发射极接触。
根据一个实施例，本发明可以包括无定形硅异质结来在带有p型晶片的太阳能电池的前表面处感应发射极层。这个实施例可以进一步包括作为过敷层施加到异质结的介电抗反射涂层。该太阳能电池还可以包括利用喷墨打印机、气溶胶喷射打印机等沉积的局部掺杂墨水和导电电极。该太阳能电池还可以包括激光烧结选择性发射极接触。感应发射极的结构可以包括诸如具有大约10纳米厚度的薄的本征无定形硅层。感应发射极的结构可以进一步包括诸如带有磷掺杂剂和大约15纳米的厚度的薄的掺杂无定形硅层。该太阳能电池还可以包括诸如具有大约80纳米的厚度的氮化硅的层的介电材料。
替代地，对于n型晶片，能够使用类似的结构，但是掺杂无定形硅层能够包含p型掺杂剂，诸如硼。该太阳能电池还可以包括通过激光烧结导电材料通过p+掺杂墨水形成的选择性发射极接触。
根据一个实施例，能够通过使用包含固定电荷的介电层形成感应发射极。例如，在p型晶片的情形中，等离子体增强化学气相沉积的氮化硅能够包含大约1012每平方厘米的固定正电荷密度。该电荷密度能够在太阳能电池的前表面附近感应发射极。还例如，在n型晶片的情形中，原子层沉积氧化铝(Al2O3)能够包含大约1013每平方厘米的负固定电荷密度。该电荷密度能够在太阳能电池的前表面附近感应发射极。任何适当的电荷密度都是在本发明的范围内的。
根据一个实施例，本发明可以包括在硅晶片的大部分前表面之上形成的浅结发射极或者感应发射极。能够利用介电钝化层涂覆该前表面。能够使用喷墨打印机或者气溶胶喷射打印机来在电介质之上沉积发射极掺杂墨水。能够在电介质和掺杂墨水区域的顶部上形成栅格或者指图案。可以使用激光器以通过在包含发射极掺杂墨水的那些区域中将金属激光烧结到硅晶片中而形成选择性发射极接触和/或局部发射极接触。
诸如为了更好的蓝色响应，能够通过使用浅结发射极改进太阳能电池。还能够通过使用选择性发射极接触(较低串联电阻)并且通过使用掺杂硅指以帮助光生载流子的收集，诸如为了由于较少的遮蔽损耗(shading losses)导致的更好的短路电流密度(Jsc)而改进太阳能电池。
能够通过使用喷墨打印机、气溶胶喷射打印机等在硅晶片上沉积掺杂墨线图案而制造选择性发射极太阳能电池。能够通过例如使用磷酸气相沉积或者三氯氧化磷掺杂而在晶片的大部分前表面之上形成浅结发射极。能够沉积氮化硅层或者其它适当的抗反射层。该太阳能电池可以包括具有直接位于选择性发射极区域之上的电流收集指和母线的电流收集栅格并且将诸如银釉膏或者银墨水的导电材料烧结到硅晶片中。替代地，还能够在形成浅结发射极之后并且在氮化硅沉积之前沉积掺杂墨线。掺杂墨线能够被以诸如相对于彼此以基本上直角(大约垂直)形成两组线的图案沉积。第一组线能够形成n+选择性发射极接触，其用于直接地位于导电(银)指和/或母线下面的p型发射极。第二组线能够形成帮助光电流的收集的薄的重度掺杂n+硅线。掺杂墨线可以形成网络、栅格、矩阵、网等。
能够使用非接触印刷、喷墨印刷、气溶胶喷射及印刷等沉积掺杂墨线。能够使用热处理、快速热处理(RTP)等将掺杂剂扩散到硅晶片中。可以在形成浅结发射极之前使用快速热处理以确保重度掺杂选择性发射极区域和重度掺杂电流收集指。
根据一个实施例，本发明可以包括在用于电流收集指的掺杂墨水能够被以连续线沉积时在局部区域中沉积用于选择性发射极的掺杂墨水。在沉积抗反射涂层之后，能够在覆在局部选择性发射极区域上面的那些区域中沉积或者施加能够通过抗反射涂层烧结的导电熔块。能够为覆在包含通过墨水和选择性发射极区域烧结的区域上面的连续金属指和电流收集栅格施加没有通过抗反射涂层烧结的额外的导电墨水。
根据一个实施例，本发明可以包括使用喷墨印刷和/或气溶胶喷射印刷以在于太阳能电池的大部分前表面之上形成浅结发射极之前或者之后沉积选择性发射极区域和/或掺杂电流收集指。在沉积氮化硅或者其它适当的抗反射层之后，能够在选择性发射极区域之上直接地沉积电流收集指和/或母线。
用于良好的或者高质量激光烧结接触的一个因素或者参数能够是晶片上的激光强度。该强度由激光功率、脉冲重复频率(PRF)、晶片上的光束尺寸等确定。我们已经利用1064纳米的Nd:YAG激光器在19×19激光烧结斑点阵列上的20毫米乘20毫米区域中获得了低接触电阻接触(＜0.5欧姆)。例如，我们为该应用使用的一个激光器在500赫兹下是0.51瓦，并且另一个激光器在10千赫下是1.5瓦。脉冲能量分别是1.02毫焦耳和0.15毫焦耳。接触斑点尺寸能够例如从大约40到大约150微米的范围。
利用在100赫兹具有250瓦到1600瓦的1064纳米Nd:YAG激光器，在125毫米乘125毫米晶片上的124×124斑点阵列能够被同时地或者并行地激光烧结。更高的接触密度可以使用额外数目的分裂激光束和/或额外的功率。并行激光烧结接触可以包括对应于不同的激光器、光学系统、接触设计等的任何适当的波长、功率、脉冲重复频率、持续时间和/或任何其它参数。
根据一个实施例，能够使用检流计和/或移动载物台利用飞行模式以大约10秒或者更长时间在125毫米乘125毫米晶片上制成激光烧结接触。诸如由于在每一根线和/或点处的加速和/或减速，串行激光处理会限制速度和/或准确度。飞行模式的准确度能够小于所期准确度。并行激光烧结接触能够将处理时间减少为小于大约1秒(10倍的增加或者更高)。还能够改进准确度，因为并不需要移动光束和/或晶片。优选地，能够以适当的图案和/或输出诸如顶帽(tophat)等控制激光束的形状。优选地，但是并不是必需地；能够在无额外的光束整形器构件和/或组件的情况下实现光束整形。
激光并行处理技术可以包括任何适当的动作或者步骤以在晶片上的比较大的区域上调制激光束分布。激光束分布能够被调制为二维图案(阵列)、一维图案(线)等。
根据一个实施例，该调制可以包括在晶片上形成多个小的离散斑点。能够通过衍射光学器件和/或微透镜阵列的成像系统实现光束调制。
根据一个实施例，该调制可以包括诸如太阳能电池和/或多个太阳能电池的宽度或者部分宽度上的一维处理。相对较低功率激光器能够在一维斑点阵列的情况下使用并且与一维扫描器和/或一维载物台组合。例如，13瓦、100赫兹激光功率能够在125毫米晶片的情况下使用。多个激光器构造是在本发明的范围内的。
其它适当的调制也是在本发明的范围内的，诸如部分区域处理。利用二维扫描器和/或二维载物台，较低功率激光处理可以包括部分区域或者部分线。替代地，较高功率激光同时地烧结用于一个或者多个太阳能电池的所有的接触。
根据一个实施例，利用衍射光栅和/或微透镜阵列的成像系统，本发明可以包括并行激光烧结接触。本发明可以包括在硅晶片的整个区域上的并行激光烧结接触、在与一维运动组合的线上的并行激光烧结接触、在与二维运动组合的部分区域或者部分线上的并行激光烧结接触等。并行激光烧结接触可以使用具有足够的功率和足够的波长的任何适当的激光器。适当的激光器可以包括固态激光器、纤维激光器、受激准分子激光器、二氧化碳(CO2)激光器等。
图1A示出根据一个实施例的背接触光伏电池12的局部侧截面视图。光伏电池10可以是诸如在前或者入射侧上无接触的背接触光伏电池12。背接触光伏电池12包括掺杂晶片14。掺杂晶片14具有与后表面18相反的前表面16。一种适当的掺杂晶片14是具有大约100微米的厚度和在0.1到20欧姆-厘米的范围中的电阻率的p型浮区硅晶片。
诸如使用由喷墨打印机施加并且然后热扩散到掺杂晶片14中的n++掺杂墨水和p++掺杂墨水，掺杂晶片14能够被处理以形成热扩散区域20。掺杂墨水和扩散处理形成高掺杂区域22，诸如第一高掺杂区域24(由n+掺杂剂形成)和第二高掺杂区域26(由p+掺杂剂形成)。高掺杂区域22的厚度可以为大约0.1到大约10微米。
钝化层28覆盖光伏电池10的一部分。钝化层28能够形成前钝化层30和/或后钝化层32。例如钝化层可以是氮化硅并且具有大约0.1微米的厚度。
后表面18还可以包括导体网络34，诸如第一导体36和第二导体38的网络。第一导体36对应于第一高掺杂区域24并且能够通过接触40电接合到第一高掺杂区域24。第二导体38对应于第二高掺杂区域26并且能够通过接触40电接合到第二高掺杂区域26。导体网络34可以包括例如具有大约2微米厚的厚度的银金属层。导体网络34可以形成交叉指42，其带有在交叉指42之间的间隙44。接触40可以被激光烧结并且在后表面18中形成大约2微米深或者更浅的坑或者凹陷。
用于生产图1的光伏电池10的主要处理步骤可以包括喷墨印刷掺杂墨水并且热扩散掺杂剂以形成高掺杂区域22。诸如在多腔室系统中通过等离子体增强化学气相沉积，钝化层28可以被施加到两侧。导体网络34可以喷墨印刷到钝化层28上并且然后被激光烧结以形成接触40。其它适当的处理步骤可以包括纹理化、退火、激光烧蚀、清洁、测试等。
图1B示出根据一个实施例的图1A的背接触光伏电池12的后平面视图。光伏电池10包括如上所述带有后表面18的掺杂晶片14。图1B示出移除了钝化层28(未示出)和导体网络34(未示出)或者在形成钝化层28(未示出)和导体网络34(未示出)之前的图1A的光伏电池。看到热扩散区域20和高掺杂区域22形成第一高掺杂区域24和第二高掺杂区域26的矩阵、网格、阵列等。n++掺杂剂墨水形成第一高掺杂区域24并且p++掺杂剂墨水形成第二高掺杂区域26。高掺杂区域22可以以基本矩形形状、基本正方形形状、带有大约200微米的直径的基本圆形形状等具有大约200微米乘大约200微米的表面面积。例如，在相同种类和/或类型的区域之间的距离能够是大约2毫米并且在不同种类和/或类型的区域之间的距离能够是大约1.4毫米。
图2示出根据一个实施例的带有浅结发射极46的背接触光伏电池12的局部侧截面视图。光伏电池10包括带有前表面16和后表面18的掺杂晶片14。热扩散区域20和高掺杂区域22能够被布置在后表面18上，例如以形成第一高掺杂区域24和第二高掺杂区域26。与形成第一高掺杂区域24同时地，能够诸如在后表面18的其余部分之上形成浅结发射极46。浅结发射极46可以不完全延伸到第二高掺杂区域26，例如以形成或者获得隔离间隙48。替代地，可以省略隔离间隙48。
钝化层28可以被施加到掺杂晶片14，例如以形成前钝化层30和后钝化层32。前钝化层30可以是具有大约0.08微米的厚度的氮化硅。后钝化层32可以是具有大约0.1微米的厚度的氧化硅。替代地，后钝化层可以厚于大约0.1微米以确保在接触第二高掺杂区域26的第二导体38和覆盖大部分后表面的浅结发射极46之间的电隔离。导体网络34可以被布置在后钝化层32上并且包括第一导体36和第二导体38。
接触40将第一高掺杂区域24与第一导体36电连接并且接触还将第二高掺杂区域26与第二导体38电连接。导体网络34可以包括交叉指42，在交叉指42之间存在间隙44。
用于生产图2的光伏电池10的主要处理步骤可以包括喷墨印刷p++掺杂墨水并且使用快速热处理以形成第二高掺杂区域26。该处理可以包括喷墨印刷n++掺杂墨水和浅结发射极墨水，随后进行快速热处理以形成第一高掺杂区域24和/或浅结发射极46。该处理还可以包括利用它们各自的前体化合物敷设钝化层28。该处理还可以包括气溶胶喷射印刷导体网络34和激光烧结接触40。
图3示出根据一个实施例的带有浅结发射极46的背接触光伏电池12的局部侧截面视图。图3的光伏电池10在结构上与图2的电池的不同之处在于添加了诸如利用隔离墨水印刷的隔离层50以掩蔽或者阻挡浅结发射极墨水接触具有相反的导电类型的掺杂剂。
用于生产图3的光伏电池10的主要处理步骤可以包括喷墨印刷n++掺杂墨水、p++掺杂墨水和/或隔离墨水。扩散处理能够形成高掺杂区域22和浅结发射极46。该处理还可以包括利用它们各自的前体化合物敷设钝化层28。该处理还可以包括喷墨印刷接触网络34和激光烧结接触40。
图4A示出根据一个实施例的带有浅结发射极46的另一个背接触光伏电池12的局部侧截面视图。光伏电池10具有带有前表面16和后表面18的掺杂晶片14。掺杂晶片14具有热扩散区域20和高掺杂区域22，诸如多个第一高掺杂区域24和多个第二高掺杂区域26。光伏电池10还包括浅结发射极46。
图4A的光伏电池10与上述电池的不同之处在于，钝化层28的前钝化层30和后钝化层32均包括多于一个的层。钝化层28包括第一钝化层52和第二钝化层54。第一钝化层52可以是例如非掺杂无定形硅。第二钝化层54可以例如是具有大约80微米的厚度的氮化硅。光伏电池10包括带有第一导体36和第二导体38的导体网络34。接触40将高掺杂区域22和导体网络34电连接。导体网络34可以包括交叉指42，在交叉指42之间存在间隙44。
用于生产图4A的光伏电池10的主要处理步骤可以包括喷墨印刷n++掺杂墨水和p++掺杂墨水，随后热扩散掺杂墨水以形成高掺杂区域和/或浅结发射极。该处理还可以包括在喷墨印刷导体网络34之前添加钝化层52和54。接触40能够被激光烧结。
图4B示出根据一个实施例的图4A的带有浅结发射极46的背接触光伏电池12的后平面视图。例如，相同类型的高掺杂区域22之间的间隔能够是大约1毫米并且不同种类的区域的高掺杂区域之间的距离能够是大约0.7毫米。
图5示出根据一个实施例的带有反型层56的背接触光伏电池12的局部侧截面视图。光伏电池10包括带有前表面16和后表面18的掺杂晶片14。掺杂晶片14包括热扩散区域20和高掺杂区域22，诸如第一高掺杂区域24和第二高掺杂区域26。在该实施例中，能够将反型层56形成或者感应到掺杂晶片14中。
反型层56包括第一层反型层结构58和第二层反型层结构60。第一层反型层结构58能够被施加到后表面18并且可以包括具有大约10纳米的厚度的非掺杂无定形硅。还可以施加隔离墨水，例如以形成隔离层50以电隔离和/或绝缘与掺杂晶片14相同的导电类型的高掺杂区域22。第二层反型层结构60能够被施加在第一层反型层结构58之上并且可以包括具有大约20纳米的厚度的高掺杂无定形硅材料。第二层反型层结构60能够具有与掺杂晶片14相反的导电类型。
光伏电池10还可以包括诸如前钝化层30的钝化层28和后介电层32。后介电层32可以包括具有大约100纳米的厚度的氧化硅。导体网络34能够被施加在后介电层32之上。导体网络34可以包括第一导体36，诸如具有大约1微米的厚度的银。导体网络34可以包括第二导体38，诸如具有大约1微米的厚度的铝。导体网络34可以通过第一导体36和第二导体38包括交叉指42，在交叉指42之间存在间隙44。
用于生产图5的光伏电池10的主要处理步骤可以包括喷墨印刷n++掺杂墨水、p++掺杂墨水和/或隔离墨水，随后热扩散掺杂墨水以形成高掺杂区域22。该处理还可以包括清洁前表面16和后表面18以及沉积钝化层28。该处理还可以包括喷墨印刷导体网络34和激光烧结接触40。
图6示出根据一个实施例的光伏电池10的局部侧截面视图。图6的光伏电池10与以上讨论的电池的不同之处在于它包括前接触和后接触。光伏电池10包括带有前表面16和后表面18的掺杂晶片14。掺杂晶片14包括热扩散区域20和高掺杂区域22。高掺杂区域22例如在前表面16上包括指64。光伏电池10还可以在指64之间包括浅结发射极46，例如包括磷。后表面场区域62可以被施加在后表面18上，例如包括硼。
光伏电池10包括例如由氮化硅制成并且具有前钝化层30和后钝化层32的钝化层28。电流收集栅格66能够被施加在前钝化层30之上，例如包括能够通过钝化层30热烧结的银熔块或者糊膏。电流收集栅格66通常包括在前表面16之上施加的导电材料的阵列或者丝网。电流收集栅格66在图6中以截面示出并且不是在前表面16上的实体(solid)或者离散层。片状导体68能够施加在后钝化层32之上，例如包括铝。接触40能够将热扩散区域20与片状导体68电连接。接触40能够形成坑或者凹陷70。
用于生产图6的光伏电池10的主要处理步骤可以包括利用墨水和/或稀释墨水气溶胶喷射印刷指64、浅结发射极46和/或后表面场区域62。该处理还可以包括扩散指64、浅结发射极46和/或后表面场区域62。使用盐酸和/或氢氟酸的清洁步骤移除不想要的或者不期望的部分或者颗粒。钝化层28能够被施加到两侧。气溶胶喷射印刷能够通过电流收集栅格66和片状导体68沉积或者形成烧结。该处理可以包括快速热处理步骤，例如以将指64与电流收集栅格66电连接。该处理可以包括激光烧结接触40。
图7示出根据一个实施例的光伏电池10的局部侧截面视图。光伏电池10包括具有前表面16和后表面18的掺杂晶片14。掺杂晶片14包括热扩散区域20和高掺杂区域22。浅结发射极46可以例如通过使用磷掺杂剂而在前表面16上连接指64和/或高掺杂区域22。后表面场区域62可以例如通过使用硼而施加到后表面18。钝化层28可以例如通过使用氮化硅而形成前钝化层30和后钝化层32。电流收集栅格66可以被施加在前钝化层30之上并且通过诸如形成凹陷70的激光烧结银接触的接触40电连接到指64。片状导体68可以被施加在后钝化层32之上并且通过诸如激光烧结的银和/或铝接触的接触电连接到后表面场区域62。
用于生产图7的光伏电池10的主要处理步骤可以包括在前表面16上非接触印刷用于指62和浅结发射极46的n++墨水。该处理还可以包括非接触印刷用于后表面场区域62的p+墨水。扩散步骤形成高掺杂区域22、浅结发射极46和/或后表面场区域62。利用氢氟酸的清洁步骤移除玻璃。钝化层28能够被施加到两侧。非接触印刷能够沉积或者形成电流收集栅格66和片状导体68。该处理可以包括通过钝化层28激光烧结接触40。
图8示出根据一个实施例的导体网络34的后平面视图。光伏电池10可以是背接触光伏电池12。导体网络34能够被布置在后表面18上并且能够包括第一导体36和第二导体38。导体网络34形成交叉指42，在交叉指42之间存在间隙44。
图9示出根据一个实施例的光伏电池10的局部侧截面视图。光伏电池10包括带有前表面16和后表面18的掺杂晶片14。晶片14包括激光扩散区域20和高掺杂区域22。该晶片还包括钝化层28，诸如前钝化层30和后介电或者钝化层32。光伏电池10还在前表面16和后表面18上包括接触40，诸如激光烧结接触。该光伏电池还包括浅结发射极46和后表面场区域62。指64能够收集在前表面16上的电流并且片状导体68能够收集在后表面18上的电流。该光伏电池还包括凹陷70和诸如用于形成接触的掺杂墨水72。
图10示意性地示出根据一个实施例的带有选择性发射极区域74和电流收集指76的晶片14。选择性发射极区域74形成来自主干或者主线(母线)的基本平行的一组线。电流收集指76被布置为基本垂直于选择性发射极区域74布置的另一组基本平行的线。
图11示意性地示出根据一个实施例的用于在晶片14上并行激光烧结接触40(未示出)的设备。该设备包括激光器78，该激光器78产生一个或者多个光束以进入衍射光栅82或者微透镜阵列84中和/或从其通过，例如以产生多个激光束80。该多个激光束80可以在碰到晶片14之前通过成像系统86。
图12A示意性地示出根据一个实施例的用于利用多个光束80在晶片14上并行激光烧结接触40(未示出)的一维扫描。多个光束80在晶片14上形成线或者区段并且在由扫描方向箭头88示出的方向相对于晶片14移动。
图12B示意性地示出根据一个实施例的用于利用多个光束80在晶片14上并行激光烧结接触40(未示出)的一维载物台。多个光束80在晶片14上形成线或者区段并且晶片14在由载物台方向箭头90示出的方向相对于多个光束80移动。
图13A示意性地示出根据一个实施例的用于利用多个光束80在晶片14上并行激光烧结接触40(未示出)的二维扫描。多个光束80在晶片14的一部分上形成阵列或者栅格并且在由扫描方向箭头88示出的方向上(例如相对于彼此基本成直角地)相对于晶片14移动。
图13B示意性地示出根据一个实施例的用于利用多个光束80在晶片14上并行激光烧结接触40(未示出)的二维扫描。多个光束80在晶片14的一部分上形成线或者区段并且在由扫描方向箭头88示出的方向上(例如相对于彼此基本成直角地)相对于晶片14移动。
图13C示意性地示出根据一个实施例的用于利用多个光束80在晶片14上并行激光烧结接触40(未示出)的二维载物台。该多个光束80在晶片14的一部分上形成阵列或者栅格并且晶片14在由载物台方向箭头90示出的方向上(例如相对于彼此基本成直角地)相对于多个光束80移动。
图13D示意性地示出根据一个实施例的用于利用多个光束80在晶片14上并行激光烧结接触40(未示出)的二维载物台。多个光束80在晶片14的一部分上形成线或者区段并且晶片14在由载物台方向箭头90示出的方向上(例如相对于彼此基本成直角地)相对于多个光束80移动。扫描和移动载物台的组合是在本发明的范围内的。
根据一个实施例，本发明可以包括一种背接触光伏电池。该电池可以包括具有前表面和后表面的半导体材料的掺杂晶片。该掺杂晶片可以包括任何适当的半导体材料，诸如硅、锗、砷化镓、硅锗、镓铟砷化物、锑化铟、其它半导体等。半导体材料可以包括任何适当的处理或者制造步骤，诸如定向固化、定向结晶、浮区处理、Czochralski处理等。关于硅，硅的适当形式可以包括单晶硅、近单晶硅、多晶硅、几何多晶硅等。
掺杂晶片可以包括任何适当的尺寸和/或形状。掺杂晶片可以包括布置为至少基本上彼此相反的前表面和后表面。掺杂晶片优选地包括具有比长度和/或宽度小得多的厚度的基本平面形式或者形状。晶片的形状可以包括直线段和/或弧线段的任何适当的组合，诸如基本正方形形状、基本矩形形状、基本圆形形状等。
掺杂晶片可以包括任何适当的掺杂剂类型和/或适当的掺杂剂浓度。掺杂剂或者掺杂剂一般地指以较低的浓度添加到晶格和/或半导体以例如更改或者改变半导体的电气性质的杂质元素或者化合物。在不受理论约束的情况下，向半导体材料添加掺杂剂可以移位材料内的费密能级，例如以根据掺杂剂种类获得具有主要负(n型)电荷载流子或者主要正(p型)电荷载流子的材料。掺杂晶片可以包括任何适当的导电类型，诸如n型和/或p型。
在硅的情形中用于掺杂晶片的适当的掺杂剂可以包括硼、铝、镓、铟、磷、砷、锑等。在晶片中的适当的掺杂剂浓度可以包括：对于硅中的n型掺杂剂(诸如磷)，在大约7×1014原子每立方厘米和大约8×1016原子每立方厘米之间；并且对于硅中的p型掺杂剂(诸如硼)，在大约2×1015原子每立方厘米和大约3×1017原子每立方厘米之间等。
掺杂晶片可以包括任何适当的电阻率，诸如在大约0.1欧姆-厘米到大约20欧姆-厘米之间、在大约0.5欧姆-厘米到大约5欧姆-厘米之间等。一个适当的掺杂晶片可以包括具有大约100微米的厚度的p型掺杂硅。
前表面基本对应于当在太阳能面板或者太阳能模块中使用时用于接收入射光的表面或者取向。后表面基本对应于与前表面相反的表面。
根据相同实施例，该电池还可以包括在后表面上或者相对于后表面布置并且具有第一导电类型的多个第一高掺杂区域。多个一般指多个或者多于一个的项目或者单元。第一高掺杂区域可以包括任何适当的材料、尺寸、形状、导电类型和/或浓度。第一高掺杂区域的掺杂剂可以包括以上关于用于掺杂晶片的掺杂剂讨论的材料中的任何材料。高掺杂区域可以具有大约10微米到大约1000微米之间、大约50微米到大约400微米之间、大约200微米的尺寸等。
高掺杂区域可以是基本正方形、基本矩形、基本三角形、基本圆的等。高掺杂区域可以包括n型和/或p型掺杂剂。高掺杂区域可以覆盖任何适当百分比的后表面，例如大约百分之0.5和大约百分之50之间、大约百分之2和大约百分之10之间等。高掺杂区域可以以任何适当的距离相互隔开，例如大约0.1毫米和大约10毫米之间、大约0.3毫米和大约2毫米之间等。
高掺杂区域可以被以任何适当的图案布置，例如栅格、矩阵、阵列等。高掺杂区域可以包括任何适当的深度，例如在扩散到掺杂晶片之后，深度为大约0.01微米和大约10微米之间、大约0.1微米和大约1微米之间、大约0.5微米等。高掺杂区域可以通过任何适当的处理形成，例如热扩散、快速热处理等。高掺杂区域可以包括热扩散区域。
靠近高掺杂区域的表面的掺杂剂的适当浓度可以包括：硅中的n型掺杂剂(诸如磷)，大约5×1018原子每立方厘米和大约2×1021原子每立方厘米之间；硅中的p型掺杂剂(诸如硼)，大约8×1018原子每立方厘米和大约1.6×1021原子每立方厘米之间等。用于高掺杂区域的掺杂剂源可以通过任何适当的处理或者装置施加或者形成，例如接触印刷、丝网印刷、非接触印刷、喷墨印刷、气溶胶喷射印刷等。高掺杂区域的表面电阻可以在大约5欧姆每平方和大约50欧姆每平方之间和大约20欧姆每平方等。重度掺杂区域的深度、掺杂剂浓度和掺杂分布能够得进行调节以获得想要的表面电阻。
根据相同实施例，电池还可以包括相对于后表面布置并且具有与第一导电类型相反的导电类型的多个第二高掺杂区域。除了具有不同的或者相反的导电类型之外，第二高掺杂区域可以包括如以上讨论的第一高掺杂区域的全部特征和/或特性。优选地，第二高掺杂区域与第一高掺杂区域交织或者分散于第一高掺杂区域中，例如以形成交替的行和/或列。第一高掺杂区域和第二高掺杂区域的布置可以被描述为棋盘格图案。
一种类型的第一高掺杂区域和另一类型的第二高掺杂区域之间的距离与在一种类型的第一高掺杂区域和相同类型的第二高掺杂区域之间的距离的比率可以包括任何适当的数字，例如大约0.1到大约1.0之间、大约0.5到大约0.8之间、大约0.7等。该比率能够被表达为不同区域之间的距离与相同区域之间的距离的比。
优选地，第一高掺杂区域和第二高掺杂区域形成例如用于太阳能面板和/或太阳能模块中的光伏电池的接触。一个高掺杂区域将形成p/n结而另一类型将与硅晶片的基础材料形成欧姆接触。在后侧上形成p-n结和欧姆接触提供了用于在前侧上的诸如来自太阳的电磁光谱的一部分的收集的能量收集的增加的前表面面积。另外，在后侧上形成p-n结可以减少处理步骤和/或制造成本。
可以在任何适当的条件中，诸如在惰性气氛中、在还原气氛中、在氧化气氛中等执行非接触印刷、喷墨印刷、气溶胶喷射印刷等。印刷处理可以包括用于晶片、基板、墨水、印刷腔室等的升高的温度。在不受理论约束的情况下，升高的温度例如可以有助于干燥溶剂和/或固定墨水。升高的温度可以包括至少大约20摄氏度、至少大约50摄氏度、至少大约100摄氏度、至少大约250摄氏度、至少大约500摄氏度等。
根据相同实施例，该电池可以包括被布置在多个第一高掺杂区域、多个第二高掺杂区域和/或后表面中的每一个的至少一部分之上的钝化层。可选地，该电池还可以包括被布置在前表面之上的钝化层。该钝化层可以包括保证低表面复合的任何适当的电绝缘材料或者介电材料，诸如无定形硅、二氧化硅(氧化硅)、氮化硅等。
钝化层可以包括任何适当的厚度，诸如大约0.01微米和大约10微米之间、大约0.1微米和大约1微米之间、大约0.1微米等。优选地，钝化层均匀地覆盖多个第一高掺杂区域、多个第二高掺杂区域和/或后表面的任何暴露部分(不是高掺杂区域的部分)。该钝化层可以通过诸如等离子体增强化学气相沉积、磁控溅射、热丝化学气相沉积等的任何适当的处理或者装置形成。用于形成钝化层的适当的温度可以包括大约50摄氏度和大约1000摄氏度之间、大约150摄氏度和大约400摄氏度之间等。
另外地和/或可选地，该钝化层可以包括至少两个层(复合)，诸如抵靠掺杂晶片的无定形硅的层和在无定形硅之上的氮化硅的层。在钝化层之间的变化是在本发明的范围内的，诸如替代离散层和/或边界的相对于深度而改变组成。为了制造的简单起见，带有复合钝化层的电池也可以在前表面上包括复合钝化层。优选地，钝化层形成良好钝化表面。
根据相同实施例，该电池可以包括相对于钝化层或者在其上布置并且具有第一导体和第二导体的导体网络。网络一般指相互连接或者相互关联的组、网、系统等。导体一般指用于促进或者使得电流、电子等能够流动的任何适当的材料。导体可以包括任何适当的材料、尺寸和/或形状。银、铝、铂、铜、金等可以被用作导体。导体可以被以任何适当的厚度施加，诸如大约0.1微米和大约10微米之间、大约1微米和大约5微米之间、大约2微米等。
优选地，第一导体与多个第一高掺杂区域对齐和/或覆盖多个第一高掺杂区域并且第二导体与多个第二高掺杂区域对齐和/或覆盖多个第二高掺杂区域。导体可以覆盖后表面钝化层的任何适当的部分，诸如大约百分之1和大约百分之100之间、大约百分之50和百分之98之间、大约百分之90等。导体之间的间隙或者间隔可以包括任何适当的距离，诸如大约1微米和大约1000微米之间、大约10微米和大约200微米之间、大约80微米等。
第一导体和第二导体可以基本上相互平行，例如以形成例如互锁或者交叉指。指可以从诸如被布置在电池一侧和/或边缘上的主干或者主线延伸。第一导体和/或第二导体的其它构造是在本发明的范围内的。
根据相同实施例，电池可以包括将第一高掺杂区域与第一导体电连接并且将第二高掺杂区域与第二导体电连接的多个接触。接触一般指例如用于允许电流流动的任何适当的结合或者结点。接触可以包括任何适当的尺寸、形状、密度(单位面积的数目)等。接触可以包括大约10微米和大约300微米之间、大约50微米和大约150微米之间、大约100微米等的尺寸(有效直径)。接触可以包括掺杂晶片和/或高掺杂区域中的任何适当的深度，诸如大约0.01微米和大约10微米之间、大约0.1微米和大约1.0微米之间、大约0.5微米等。
接触可以是点接触。通常，一个或者多个接触对应于高掺杂区域中的每一个。接触可以被以任何适当的方式制成，诸如激光烧结、在沉积导体之前激光烧蚀过孔、在沉积导体之前蚀刻过孔等。接触可以包括任何适当的后表面部分，诸如大约百分之0.1和大约百分之50之间、大约百分之1和大约百分之10之间、大约百分之2等。接触可以包括例如在后表面上并且延伸通过钝化层到高掺杂区域中和/或掺杂晶片中的坑和/或凹陷。坑可以包括任何适当的深度，例如大约0.01微米和大约3微米之间、大约0.1微米和大约1微米之间、大约0.3微米等。可以通过激光烧结形成坑。
激光烧结接触可以包括并行激光烧结接触，例如将一个或者多个激光束分裂成多个光束以在相同和/或基本相同的时间处理或者制成另外的接触。可以通过使得激光束通过衍射光栅和/或微透镜阵列以形成多个光束并且可选地使得多个光束通过成像系统而形成激光烧结接触。优选地，成像系统提供在整个截面上具有基本均匀强度的多个光束，例如以生产均匀地贯穿到晶片或者基板中的接触。激光束可以被分成任何适当的数目的光束，例如至少大约16个、至少大约100个、至少大约500个、至少大约1000个等。多个激光束可以具有例如基本对应于至少某些重度掺杂区域的任何适当的间隔。可选地和/或替代地，该多个光束能够通过衍射光学器件、微透镜阵列、成像系统等整形。
该多个激光束可以形成任何适当的形状，诸如线、区段、栅格、阵列等。该多个激光束可以接触由成行的多个光束形成的晶片的宽度的任何适当的部分，例如至少大约百分之1、至少大约百分之20、至少大约百分之50、至少大约百分之75、大约百分之100等。替代地，多个激光束可以接触由多个光束的周边形成的晶片的任何适当的部分，例如至少大约百分之1、至少大约百分之20、至少大约百分之50、至少大约百分之75、大约百分之100等。每一组的多个光束能够使用任何适当的强度用于例如形成适当的接触。
相对于晶片移动多个激光束可以通过任何适当的装置或者系统实现，例如通过扫描(移动光束)和/或载物台(移动晶片)。运动可以是一维的、二维的、三维的等。两个或者更多方向上的运动可以相对于彼此基本上垂直。
根据一个实施例，电池可以包括刚好在后表面以下和/或在钝化层下面的浅结发射极。浅结发射极可以被布置在多个第一高掺杂区域和多个第二高掺杂区域之间。在不受理论约束的情况下，浅结发射极可以提供收集少数载流子的另外的表面面积。刚好在以下一般指位于和/或扩散到掺杂晶片中。浅发射一般包括掺杂剂并且包括高掺杂区域外部的区域，例如以覆盖后表面的全部其余部分。
浅结发射极可以包括任何适当的深度，例如大约0.01微米和大约1.0微米之间、大约0.05微米和大约0.5微米之间、大约0.2微米等。浅结发射极可以包括任何适当的掺杂剂或者稀释掺杂剂的浓度，例如大约1018原子每立方厘米和大约1021原子每立方厘米之间、大约1020原子每立方厘米等，其中浓度是表面处的浓度。与浅结发射极相关的表面电阻能够在大约70欧姆每平方和大约300欧姆每平方之间、大约100欧姆每平方等。浅结发射极的深度、掺杂剂浓度和掺杂分布能够得进行调节以获得想要的表面电阻。
高掺杂区域中表面上或者附近的掺杂剂浓度与浅结发射极中表面上或者附近的掺杂剂浓度的比率可以包括任何适当的值，例如大约20比1和大约1.5比1之间、大约10比1和大约2比1之间、大约3比1等。浅结发射极中的表面电阻与重度掺杂区域中的表面电阻的比率能够是任何适当的值，例如大约40比1和大约1.5比1之间、大约20比1和大约3比1之间、大约10比1等。
浅结发射极可以包括任何适当的导电类型。优选地，浅结发射极可以包括与掺杂晶片相反的导电类型。还优选地，浅结发射极与具有相同的导电类型的高掺杂区域电连接和/或耦接。
另外地和/或选地，电池可以包括在浅结发射极和相反的导电类型的高掺杂区域之间的隔离间隙。隔离间隙可以包括任何适当的距离或者长度，例如大约5微米和大约500微米之间、大约10微米和大约200微米之间、大约100微米等。该隔离间隙可以防止浅结发射极和与浅结发射极相反导电类型的高掺杂区域之间的交叉部或者边界处的相反的类型的载流子的复合。该隔离间隙可以由掺杂晶片区域或者其一部分形成。通常，该隔离间隙围绕或者界定高掺杂区域的周边，例如以形成环形或者其它适当的边界。
替代地，该电池可以包括在浅结发射极和与浅结发射极相反的导电类型的高掺杂区域之间的隔离层。隔离层可以包括任何适当的非导电材料，诸如二氧化硅、氮化硅等。该隔离层可以在形成浅结发射极之前施加，例如以掩蔽或者阻挡浅结发射极接触相反导电类型的高掺杂区域。该隔离层可以包括任何适当的厚度，诸如大约0.1微米和大约100微米之间、大约0.5微米和大约20微米之间、大约2微米等。如以上关于隔离间隙讨论的，该隔离层可以具有任何适当的距离。
根据一个实施例，该电池可以包括刚好在后表面和钝化层之下的反型层。该反型层可以在不必将掺杂剂扩散到基板中的情况下提供p-n结的部分的功能和/或能力。在不受理论约束的情况下，反型层可以由诸如无定形硅的非掺杂层和在非掺杂层之上具有与掺杂晶片相反的导电类型的高掺杂层形成。高掺杂层通过非掺杂层并且在掺杂晶片的一部分中，诸如在以上讨论的高掺杂区域之间感应发射极。
非掺杂层可以包括任何适当的厚度，诸如大约0.005微米和大约0.1微米之间、大约0.01微米和大约0.05微米之间、大约0.02微米等。高掺杂层可以包括任何适当的厚度，诸如大约0.01微米和大约0.1微米之间、大约0.03微米等。
可选地和/或另外地，作为反型层的一部分，可以相对于非掺杂层和与掺杂晶片相同(与反型层的高掺杂层相反)的导电类型的高掺杂区域布置隔离间隙或者隔离层。
反型层可以包括和/或通过无定形硅合金的非掺杂层和具有与掺杂晶片相反的导电类型的高掺杂层感应。
本发明的光伏电池可以包括其它特征和/或特性，诸如抗反射涂层和/或纹理化表面。
根据一个实施例，本发明的光伏电池包括至少大约百分之15、至少大约百分之18、至少大约百分之20、至少大约百分之22等的效率(供应的能量与产生的能量的比)。
根据一个实施例，本发明可以包括一种光伏电池。光伏电池的这个实施例与以上讨论的不同之处在于，它可以包括前接触和后接触。将在下面描述该电池的结构。如贯穿本说明书地一致地，关于以上讨论的电池的任何公共的描述可以允许读者将所讨论的那个元件的任何和/或全部特征和/或特性应用于这个或者其它的实施例(例如以避免重复)。
该电池可以包括具有前表面和后表面的半导体材料的掺杂晶片。该电池还可以包括相对于前表面布置并且具有与掺杂晶片相反的导电类型的多个高掺杂区域。该电池还可以包括被布置在该多个高掺杂区域之间并且具有与高掺杂区域相同的导电类型的浅结发射极。高掺杂区域可以有时被称作高掺杂指。
根据相同实施例，该电池还可以包括刚好在后表面之下的后表面场区域。后表面场区域可以在电池的后侧上提供电路径。后表面场区域能够由具有与掺杂晶片相同的导电类型的高掺杂区域或者由无定形硅合金的非掺杂层和与掺杂晶片相同导电类型的高掺杂层形成。
该电池还可以包括相对于高掺杂区域和浅结发射极布置的前钝化层。该电池还可以包括相对于后表面场区域布置的后钝化层。
根据相同实施例，该电池可以包括相对于前钝化层布置并且电连接到高掺杂区域的电流收集栅格。电流收集栅格可以以任何适当的方式电连接，诸如激光烧结接触和/或热处理。电流收集栅格一般指用于电收集和/或分布的任何适当的装置或者构造。如以上讨论的，电流收集栅格可以包括一个或者多个导体。
根据相同实施例，该电池还可以包括相对于后钝化层布置的导体和/或片状导体。该电池还可以包括将后表面场区域与导体电连接的多个接触，诸如激光烧结接触。
根据一个实施例，该电池可以包括相对于前表面布置的选择性发射极区域和电流收集指的栅格。优选地，该选择性发射极区域包括一系列基本平行的线。该电流收集指可以包括相对于选择性发射极区域基本垂直的一系列基本平行的线。选择性发射极区域和电流收集指可以在多个交叉部或者结点处相互电接触。
根据一个实施例，该电池可以包括相对于前表面布置的选择性发射极区域和电流收集指的栅格。
如在这里所使用地，术语“具有”、“包括”是开放式和非排他性表达。替代地，术语“构成”是闭合式和排他性表达。如果在理解权利要求或者说明书中的任何术语时存在任何含糊，则撰写人的意图在于开放式和非排他性表达。
关于对于在方法或者处理中的步骤的次序、数目、顺序和/或重复限制，撰写人不意在对于本发明的范围的步骤施加任何暗示的次序、数目、顺序和/或重复限制，除非明确地给出。
根据一个实施例，本发明可以包括一种制造背接触光伏电池的方法。该方法可以包括向半导体材料的掺杂晶片的后表面的一部分施加第一掺杂剂源的步骤。第一掺杂剂源具有第一导电类型。
施加一般可以包括任何适当的动作，诸如印刷、接触印刷、丝网印刷、非接触印刷、喷墨印刷、气溶胶喷射印刷、刷、涂覆等。掺杂剂源一般包括任何适当的掺杂剂原子和/或分子的源或者供应。掺杂剂源可以包括墨水、浆液、乳液、糊膏、粉末、颗粒、纳米颗粒、溶液等。掺杂剂源可以包括溶剂、结合剂、流动改性剂等。一种适当的掺杂剂源是从在美国宾夕法尼亚州的伯特拉的Filmtronics供应的硼墨水。另一种适当的掺杂剂源是从在美国罗得岛的普罗维登斯的Cooksonelectronics供应的磷墨水。适当的喷墨印刷机包括来自在美国加利福尼亚州的圣克拉那的FujiFilm Dimatix的Dimatix DMP型喷墨打印机。适当的气溶胶喷射印刷机可以包括来自在美国新墨西哥州阿尔伯克基的Optomec的M3D 300SL型喷射印刷机。
根据相同实施例，该方法还可以包括向半导体材料的掺杂晶片的后表面的不同部分施加第二掺杂剂源的步骤。第二掺杂剂源具有与第一导电类型相反的导电类型。
该方法还可以包括将第一掺杂剂源和/或第二掺杂剂源扩散到掺杂晶片中以分别形成多个第一高掺杂区域和/或多个第二高掺杂区域的步骤。扩散可以包括任何适当的步骤从而以分子方式和/或原子方式将掺杂剂散布或者分散到基板或者掺杂晶片中(驱动到其中)。热扩散能够以任何适当的时间(持续时间)和例如至少大约700摄氏度、至少大约900摄氏度、至少大约1200摄氏度等的任何适当的升高的温度使用。热处理可以包括加热或者上升时间或者时段、保持或者温度驻留时间或者时段和/或缓慢冷却时间或者时段。加热和冷却速率可以包括任何适当的值，例如从几摄氏度每分钟到数十摄氏度每秒。
可选地和/或另外地，可以使用快速热退火或者处理来扩散材料。快速热处理包括至少大约20摄氏度每秒、至少大约100摄氏度每秒等的温度变化。快速热处理可以提供更短的制造时间、减少的热致缺陷、增加的产率等。快速热处理可以包括通过对流、传导、辐射等的热传递。快速热处理可以是任何适当的持续时间(加热和冷却)，例如大约15秒和大约5分钟之间、大约30秒和2分钟之间等。
该处理还可以包括清洁后表面的步骤。清洁一般可以包括用于移除碎屑或者制备表面以用于另外的处理的任何适当的步骤。清洁可以包括用水漂洗、用溶剂漂洗、化学蚀刻(酸和/或腐蚀剂)、等离子体蚀刻等。
根据相同实施例，该方法可以包括在后表面、前表面、多个第一高掺杂区域和/或多个第二高掺杂区域之上放置钝化层的步骤。放置可以一般包括形成或者沉积钝化层的任何适当的动作，例如化学气相沉积、等离子体增强化学气相沉积、溅射、磁控溅射、热丝化学气相沉积等。可选地和/或另外地，放置钝化层的步骤可以包括形成多于一个层和/或梯度，例如无定形硅的层和氮化硅的层。
该方法还可以包括向钝化层的一部分施加导体网络，例如以形成第一导体和第二导体的步骤。该导体网络可以由例如包含铝、铜、银、等的导电墨水形成。一种适当的导体墨水是来自在美国俄亥俄州独立城的Five Star Technologies的银墨水。
该方法还可以包括在导体网络和第一高掺杂区域与第二高掺杂区域这两者之间形成接触的步骤，例如以将第一高掺杂区域相互电连接并且将第二高掺杂区域相互电连接。接触可以由任何适当的处理形成，例如激光烧结、热处理、快速热处理等。激光烧结可以包括例如利用扫描系统或者运动载物台的单一(顺序)光束激光烧结或者处理。替代地，激光烧结可以包括多光束激光烧结或者处理，例如使得激光束通过衍射光学器件或者微透镜阵列以形成多个光束并且可选地使得多个光束在接触晶片以形成接触之前通过成像系统。
根据一个实施例，施加导体网络的步骤可以包括形成交叉指和/或任何其它适当的结构。
根据一个实施例，该方法还可以包括下述步骤：在多个第一高掺杂区域和多个第二高掺杂区域之间的后表面上施加与掺杂晶片相反导电类型的稀释掺杂剂源。该方法还可以包括将稀释掺杂剂源扩散到掺杂晶片中以形成浅结发射极的步骤。适当的稀释掺杂剂源可以包括例如来自在美国宾夕法尼亚州的伯特拉的Filmtronics的磷墨水。
可选地和/或另外地，该方法还可以包括下述步骤：在浅结发射极和与浅结发射极相反导电类型的高掺杂区域之间施加隔离层或者确保隔离间隙。隔离层可以从或者由任何适当的材料形成，例如隔离墨水或者糊膏。适当的隔离墨水可以例如包括来自在加拿大安大略湖米西索加的Datec Coating Corporation的氧化硅涂层。
根据一个实施例，该方法还可以包括刚好在后表面和钝化层之下形成反型层的步骤。形成反型层可以通过放置或者形成层的任何适当的组合实现。形成反型层的步骤可以包括在后表面上沉积无定形硅合金的非掺杂层的步骤。形成反型层的步骤还可以包括在非掺杂层上沉积具有与掺杂晶片相反的导电类型的高掺杂层的步骤。
根据一个实施例，本发明可以包括一种制造光伏电池的方法。该方法可以包括向半导体材料的掺杂晶片的前表面的一部分施加掺杂剂源的步骤。掺杂剂源具有与掺杂晶片相反的导电类型。该方法还可以包括向掺杂晶片的前表面的其余部分施加具有与掺杂晶片相反的导电类型的稀释掺杂剂源的步骤。该方法还可以包括向掺杂晶片的后表面的一部分施加掺杂剂源的步骤。掺杂剂源具有与掺杂晶片相同的导电类型。
根据相同实施例，该方法还可以包括将掺杂剂源和/或稀释掺杂剂源扩散到掺杂晶片中以形成高掺杂区域、浅结发射极和/或后表面场区域的步骤。该方法还可以包括下述步骤：在高掺杂区域、浅结发射极、前表面、后表面和/或后表面场区域之上放置钝化层以形成前钝化层和/或后钝化层。该方法还可以包括在前钝化层上施加电流收集栅格的步骤。该方法还可以包括在后钝化层上施加导体的步骤。该方法还可以包括在高掺杂区域和电流收集栅格之间形成前接触的步骤。该方法还可以包括在后表面场区域和导体之间形成后接触的步骤。
优选地，但是不是必须地，形成前接触和/或形成后接触的步骤可以包括激光烧结接触，诸如并行激光烧结。
根据一个实施例，该方法可以进一步包括形成相对于前表面布置的选择性发射极区域和电流收集指的栅格的步骤。
根据一个实施例，该方法可以包括向掺杂晶片的前表面的一部分施加掺杂剂源的步骤，其包括在前钝化层之上施加掺杂墨水，并且扩散掺杂剂源的步骤包括在可选地执行在高掺杂区域和电流收集栅格之间形成前接触的步骤时通过前钝化层激光烧结掺杂墨水。
示例
通过使用激光将铝接触通过氮化硅层烧结到铝掺杂后表面场区域中而制成一批太阳能电池。令人惊讶并且意外的是，效率高达百分之15.8(转换的能量与施加的能量的比)。不具有激光烧结接触的传统的太阳能电池具有百分之15.3的效率。与传统的电池相比，本发明的电池具有功率的百分之3.3的相对增加。
本领域技术人员将会清楚，在不偏离本发明的范围或者精神的情况下，能够在所公开的结构和方法中作出各种修改和变化。特别地，任何一个实施例的说明能够自由地与其它实施例的说明组合以实现两个或者更多元件或者限制的组合和/或更改。通过考虑在这里所公开的说明书和本发明的实践，对于本领域技术人员而言，本发明的其它实施例将是明显的。说明书和实例旨在被视为仅仅是示例性的，本发明的真正范围和精神由权利要求示意。

Claims (40)

1.一种背接触光伏电池，所述电池包括：
具有前表面和后表面的半导体材料的掺杂晶片；
相对于所述后表面布置并且具有第一导电类型的多个第一高掺杂区域；
相对于所述后表面布置并且具有与所述第一导电类型相反的导电类型的多个第二高掺杂区域；
被布置在所述多个第一高掺杂区域、所述多个第二高掺杂区域和所述后表面中的每一个的至少一部分之上的钝化层；
相对于所述钝化层布置并且具有第一导体和第二导体的导体网络；和
将所述第一高掺杂区域与所述第一导体电连接和将所述第二高掺杂区域与所述第二导体电连接的多个接触。
2.根据权利要求1的电池，其中所述第一高掺杂区域和所述第二高掺杂区域是通过非接触印刷形成的。
3.根据权利要求2的电池，其中所述非接触印刷包括喷墨印刷、气溶胶喷射印刷或者喷射分配。
4.根据权利要求1的电池，其中所述第一高掺杂区域和所述第二高掺杂区域包括热扩散区域。
5.根据权利要求1的电池，其中所述钝化层是通过等离子体增强化学气相沉积、磁控溅射或者热丝化学气相沉积形成的。
6.根据权利要求1的电池，其中所述导体网络包括交叉指。
7.根据权利要求1的电池，其中所述多个接触包括激光烧结接触。
8.根据权利要求7的电池，其中所述激光烧结接触包括并行激光烧结接触。
9.根据权利要求1的电池，进一步包括刚好在所述后表面和所述钝化层之下的浅结发射极，并且所述浅结发射极被布置在所述多个第一高掺杂区域和所述多个第二高掺杂区域之间。
10.根据权利要求9的电池，其中所述浅结发射极包括与所述掺杂晶片相反的导电类型。
11.根据权利要求9的电池，进一步包括在所述浅结发射极和与所述浅结发射极相反的导电类型的高掺杂区域之间的隔离层或者隔离间隙。
12.根据权利要求1的电池，其中所述钝化层包括至少两个层。
13.根据权利要求13的电池，其中所述钝化层包括无定形硅层和氮化硅层。
14.根据权利要求1的电池，进一步包括刚好在所述后表面和所述钝化层之下的反型层。
15.根据权利要求14的电池，其中所述反型层由无定形硅合金的非掺杂层和具有与所述掺杂晶片相反的导电类型的高掺杂层感应。
16.一种光伏电池，所述电池包括：
具有前表面和后表面的半导体材料的掺杂晶片；
相对于所述前表面布置并且具有与所述掺杂晶片相反的导电类型的多个高掺杂区域；
被布置在所述多个高掺杂区域之间并且具有与所述高掺杂区域相同的导电类型的浅结发射极；
刚好在所述后表面之下的后表面场区域，所述后表面场区域由具有与所述掺杂晶片相同的导电类型的高掺杂区域，或者由无定形硅合金的非掺杂层和与所述掺杂晶片相同的导电类型的高掺杂层形成；
相对于所述高掺杂区域和所述浅结发射极布置的前钝化层；
相对于所述后表面场区域布置的后钝化层；
相对于所述前钝化层布置并且电连接到所述高掺杂区域的电流收集栅格；
相对于所述后钝化层布置的导体；和
将所述后表面场区域与所述导体电连接的多个接触。
17.根据权利要求16的电池，其中所述多个接触包括激光烧结接触。
18.根据权利要求17的电池，其中通过下面所述制作所述激光烧结接触：
使激光束通过衍射光学器件或者微透镜阵列以形成多个光束；和
可选地使所述多个光束通过成像系统。
19.根据权利要求18的电池，其中所述多个光束被所述衍射光学器件、所述微透镜阵列或者所述成像系统整形。
20.根据权利要求16的电池，进一步包括相对于所述前表面布置的电流收集指和选择性发射极区域的栅格。
21.根据权利要求16的电池，其中所述高掺杂区域是通过从所述前钝化层的顶部并且通过所述前钝化层将掺杂墨水激光烧结到所述掺杂晶片中而形成的。
22.一种制造背接触光伏电池的工艺，所述工艺包括：
向半导体材料的掺杂晶片的后表面的一部分施加第一掺杂剂源，所述第一掺杂剂源具有第一导电类型；
向半导体材料的所述掺杂晶片的所述后表面的不同部分施加第二掺杂剂源，所述第二掺杂剂源具有与所述第一导电类型相反的导电类型；
将所述第一掺杂剂源和所述第二掺杂剂源扩散到所述掺杂晶片中以形成多个第一高掺杂区域和多个第二高掺杂区域；
清洁所述后表面；
在所述后表面、所述多个第一高掺杂区域和所述多个第二高掺杂区域之上放置钝化层；
向所述钝化层的一部分施加导体网络；和
在所述导体网络与所述第一高掺杂区域和所述第二高掺杂区域之间形成接触。
23.根据权利要求22的工艺，其中施加所述第一掺杂剂源的步骤和施加所述第二掺杂剂源的步骤包括喷墨印刷、气溶胶喷射印刷或者喷射分配。
24.根据权利要求22的工艺，其中扩散所述第一掺杂剂源和所述第二掺杂剂源的步骤包括热扩散。
25.根据权利要求24的工艺，其中所述热扩散包括快速热处理。
26.根据权利要求22的工艺，其中放置所述钝化层的步骤包括等离子体增强化学气相沉积、磁控溅射沉积或者热丝化学气相沉积。
27.根据权利要求22的工艺，其中施加所述导体网络的步骤包括形成交叉指。
28.根据权利要求22的工艺，其中形成接触的步骤包括激光烧结接触。
29.根据权利要求22的工艺，其中激光烧结接触的步骤包括：
使激光束通过衍射光学器件或者微透镜阵列以形成多个光束；和
可选地使所述多个光束通过成像系统。
30.根据权利要求29的工艺，其中所述多个光束被所述衍射光学器件、所述微透镜阵列或者所述成像系统整形。
31.根据权利要求22的工艺，进一步包括：
在所述多个第一高掺杂区域和所述多个第二高掺杂区域之间的后表面上施加与所述掺杂晶片相反的导电类型的稀释掺杂剂源；和
将所述稀释掺杂剂源扩散到所述掺杂晶片中以形成浅结发射极。
32.根据权利要求31的工艺，进一步包括在所述浅结发射极和与所述浅结发射极相反的导电类型的高掺杂区域之间施加隔离层或者确保隔离间隙。
33.根据权利要求22的工艺，其中放置所述钝化层的步骤包括形成无定形硅层和形成氮化硅层。
34.根据权利要求22的工艺，进一步包括刚好在所述后表面和所述钝化层之下形成反型层。
35.根据权利要求22的工艺，其中形成反型层的步骤包括：
在所述后表面上沉积无定形硅合金的非掺杂层；和
在所述非掺杂层上沉积具有与所述掺杂晶片相反的导电类型的高掺杂层。
36.一种制造光伏电池的工艺，所述工艺包括：
向半导体材料的掺杂晶片的前表面的一部分施加掺杂剂源，所述掺杂剂源具有与所述掺杂晶片相反的导电类型；
向所述掺杂晶片的所述前表面的其余部分施加具有与所述掺杂晶片相反的导电类型的稀释掺杂剂源；
向所述掺杂晶片的后表面的一部分施加掺杂剂源；所述掺杂剂源具有与所述掺杂晶片相同的导电类型；
将所述掺杂剂源和所述稀释掺杂剂源扩散到所述掺杂晶片中以形成高掺杂区域、浅结发射极和后表面场区域；
在所述高掺杂区域、所述浅结发射极、所述后表面和所述后表面场区域之上放置钝化层以形成前钝化层和后钝化层；
在所述前钝化层上施加电流收集栅格；
在所述后钝化层上施加导体；
在所述高掺杂区域和所述电流收集栅格之间形成前接触；和
在所述后表面场区域和所述导体之间形成后接触。
37.根据权利要求36的工艺，其中形成所述前接触或者形成所述后接触的步骤包括激光烧结接触。
38.根据权利要求37的工艺，其中形成所述前接触或者形成所述后接触的步骤包括并行激光烧结接触。
39.根据权利要求36的工艺，进一步包括形成相对于所述前表面布置的电流收集指和选择性发射极区域的栅格的步骤。
40.根据权利要求36的工艺，其中：
向所述掺杂晶片的前表面的一部分施加掺杂剂源的步骤包括在所述前钝化层之上施加掺杂墨水；并且
扩散所述掺杂剂源的步骤包括在可选地执行在所述高掺杂区域和所述电流收集栅格之间形成前接触的步骤时，通过所述前钝化层激光烧结所述掺杂墨水。
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