[发明专利]用于生产金属半导体接触的半导体元件和方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种半导体元件，该半导体元件包括由半导体材料组 成的作为衬底的第一层、在第一层上延伸的第二层、在该第一层和第 二层之间延伸的由第一层和第二层的材料形成的至少第一中间层和 第二中间层，以及形成与第一层的导电连接并始于第二层或者通过第 二层的导电接触(elektrisch leitenden Kontakt)。

本发明还涉及用于生产比如太阳能电池的半导体元件的金属半 导体接触的方法，包括由半导体材料制成的作为衬底的第一层以及施 加(aufgebrachte)在第一层之上的由金属组成或者包含金属的基接触材 料(Basis-Kontaktmaterial)制成的第二层。

背景技术

在半导体工艺中，尤其是太阳能电池的制造中，出于产品成本的 原因，在电池的正面或者背面上装入烧结的金属接触(Metallkontakt)。

通常在硅太阳能电池的背面上有大面积的铝层，该铝层在太阳能 电池生产期间通过热处理受到了烧结过程(Sinterprozess)，通过这种方 法同时通过所谓的背面场(BSF)完成太阳能电池背面的钝化。

在烧结时，与被称作第一层的硅衬底直接接触的铝层在铝层和硅 衬底之间的交界面上熔化并和邻接的第一层熔成合金。在冷却时，掺 杂了许多铝的硅层在面对硅的晶片的背面(即衬底)上取向附生 (epitaktisch)凝固。此外，同时富含了硅的铝层在面对铝层侧凝固，并 且在冷却过程结束时铝硅共晶体凝固在掺杂了许多铝的层和富含硅 的层之间。太阳能电池背面的钝化是由掺杂了许多铝的取向附生的扩 大的硅层负责的。通过掺杂许多铝在该层的半导体材料中载入多余的 负离子，形成了位置固定的铝制接收器，由其产生了驱退少数载流子 的电场，即所谓的背面场(Back-Surface-Field)。

当铝层在太阳能电池即衬底的整个背面上延长时，却存在焊接技 术问题，因为显而易见如下情况是不可能的，比如将镀锡或者未镀锡 的金属连接器，尤其是铜连接器直接焊接到铝背面上。为了不考虑这 些而执行必需的电接触，通常通过丝网打印、塞子打印或者其它适当 的打印方法将银制接触线路或者焊接点直接施加衬底表面上并将其 焊接到镀锡的铜带。所以在焊接接触区域中的铝层空隙造成以下结 果，在该区域中不能够构成背面场，而使太阳能电池背面面积没有完 全被电钝化并且由此出现局部的较少的光电流。这对于效率的高低具 有负面影响。

因为银是贵金属原料，为了减少生产成本也应该放弃银。因此完 全避免银接触是所希望的。

出于许多原因，接触带在铝层上的直接焊接是不太可能的。一个 原因在于铝颗粒的氧化表面。另一原因在于烧结过程没有在足够的范 围内连续地构成铝上表面。因此，烧结过程中，在掺杂了硅的合金层 上形成了由单个球状一起烧结成的铝颗粒(烧结层)的形式的铝层，在 该层中存在的不是紧凑结合地而是相对松散地由铝制成的烧结连接， 该连接依赖于铝制原料(Aluminiumpaste)的组成以及在烧结时的过程 参数或多或少都是有孔的。这些孔能够用玻璃成分填充。

如果不考虑这些而在烧结铝层上焊接，基于多孔性及由此造成的 该层的不稳定性，就仅给出非常少量的固定部(Halt)。该少量的固定部 表现为大概2-8N的较小脱离强度(Abzugskraeften)，这时烧结层断裂， 使人们在断裂位置的两面上看出颗粒的球结构。由此存在以下风险， 在尝试除去接触带时，烧结层遭到破坏。当在铝层上的焊接连接受到 在模型中于运行条件下起作用的拉力时，同样情况也会发生。可能产 生小裂口，裂口导致焊接位置的较差的牢固性并同时能够引起高的结 电阻。

发明内容

本发明是在以下任务基础上，即继续形成用于生产开头提及方式 的金属半导体接触的半导体元件和/或方法，从而在第二层的材料的区 域中产生机械上牢固的电气方面完好的可焊接接触，第二层的材料尤 其是由铝制成的或者包含铝的，而与钝化相关的背面场不会被中断或 者受损害。