[发明专利]在基片上形成复合纳米颗粒金属的金属化触点的方法

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求于2008年3月18日提交的名为“Methods for FormingComposite Nanoparticle-Metal Metallization Contacts on a Substrate”的美国专利申请号12/050,635的权益，并通过引用将其结合在此。

发明领域

本披露涉及半导体薄膜的制造，并且更具体地涉及在一个基片上形成多个复合纳米颗粒金属区域的方法。

背景

太阳能(光伏)电池将阳光转换成电力。使用一种取之不尽的能源，太阳能电池的使用可以替代石油，而石油产生的污染促成了全球变暖。然而，为了在经济上可行，由太阳能电池所发的电力必须或者通过降低制造成本或者同样通过增加效率而使得成本实质性地降低。

现在参见图1，在此示出了一个简化的属类光伏电池。在此，一个太阳能电池被构造为具有集电结的一个吸收器。在一个典型的硅光伏电池中，吸收器103是由一个发射极104和一个基极区域构成的。典型地，该基极区域被掺杂有一些形成受体位点的原子(例如，硼)，被称为p型硅，而发射极区域被掺杂有产生供体位点的原子(例如，磷)，被称为n型硅。在这两个区域之间的静电势的差异在它们的界面处形成了集电结。

在一个被称为光激发的过程中，所吸收光线的光子产生多个电子空穴对，然后这些电子空穴对通过一种扩散过程自由移动穿过该吸收器103。如果一个扩散载流子到达该p-n结的边缘，它被收集并且将产生电流。为了从该装置提取这个电流，有必要在发射极和基极区域上都包括金属触点。当位于正面侧时，这些金属电极必须被形成图案以允许入射光进入该电池。此外，一个太阳能电池的前表面典型地覆盖有一个介电层。这个层的作用是既要减少由于在前表面复合而损失的载流子数量又要减少从该器件的前表面所反射的光的量。因为一个电介质不传导电流，有必要使正面金属电极直接接触该层之下的硅。

太阳能电池器件的性能至少部分地取决于电极105(通常定位在该介电层之上)与发射极层104(通常定位在该介电层之下)之间的电接触件(优选为一种欧姆接触)。高接触电阻通常导致该太阳能电池高的总串联电阻，这倾向于负面地影响太阳能电池的填充因数(FF)并因此负面地影响该太阳能电池的总效率。此外，不希望的寄生性损失机制，如由正面金属与基极之间的直接物理接触所形成的结点分流，将倾向于导致低结点并联电阻，这也可以降低该器件的效率。

为了进一步改进对来自该体积的载流子的收集，还可以增加一个BSF(背表面场)层106。通过将后表面复合的影响最小化，BFS层106倾向于排斥更靠近背侧而定位的那些带反电荷的载流子。这就是说，对于流向该后表面的少数载流子，BSF层106与晶片吸收器103之间的界面倾向于引入一种阻隔，从而导致晶片接收器中更高的少数载流子浓度水平。例如，对于一个p型晶片，可以添加Al(铝)或B(硼)来排斥电子。相反，对于一个n型晶片，可以添加P(磷)来排斥空穴。通过增强对来自该体积中的载流子的收集，该器件的效率得到改进。

在太阳能电池中应用金属来形成前侧和后侧电极(或金属化)通常是太阳能电池工艺中确定效率和成本的重要步骤之一。例如，制备前侧金属栅的一个方法是通过例如由光刻术所制备的预先限定的遮蔽模版来蒸发形成高导电性的金属层。尽管得到了高质量的触点，但是在要求低成本和高生产量的制造环境中这些方法并不实用。形成前侧金属栅的一个替代方法包括使用镍和铜电镀槽，被称作隐埋触点。然而，使用这一方法的问题在于它也是成本密集型的。

而对于正面金属栅的第三种广泛使用的方法涉及使用丝网印刷技术。参见，例如J.H.Wohlgemuth，S.Narayanan，和R.Brenneman，Proc.21st IEEEPVSC，221-226(1990)；J.F.Nijs，J.Sclufcik，J.Poortmans，S.Sivoththaman，和R.P.Mertens，IEEE Trans.on Elect.Dev.46，1948-1969(1999)。在此，该正面金属栅是由一种银基浆料形成的，它通过一个胶辊而沉积在基片(或其上的材料层)上，以迫使浆料穿透包括导线网孔和一种图案化乳剂的丝网。这种银基浆料典型地包括几种主要组分，包括(1)尺寸通常小于约1μm的Ag颗粒，(2)一种玻璃原料，该玻璃料包含多种金属氧化物，以及(3)一种有机粘合剂。