[发明专利]用于金属化半导体元件背面的基于激光的方法和加工台

说明书

本发明涉及根据权利要求1的前序部分的将半导体元件的背面金属化的方法以及执行这种方法的加工台，该半导体元件是光电太阳能电池或在光伏太阳能电池制造过程中的前体。

在光伏太阳能电池中，载流子一般经金属结构被送走。在此知道了这样的金属结构，其整面地导通半导体元件的一侧。

在最简单形式中，半导体元件由带有p掺杂区和n掺杂区的半导体层构成。该半导体元件还可以包括绝缘层或其它层，尤其是半导体层。

另外，除了电子特性如表面的复合特性和半导体层材料品量外，对太阳能电池效率重要的还有光效率。光效率表示因光入射至太阳能电池而产生的在电子空穴对中的所有电子与抵达正面的电磁辐射之比。为了提高光效率，延长太阳能电池中的光路尤其也是重要的：因为吸收性能低，长波光的一部分穿透太阳能电池并抵达太阳能电池背面。因此为了提高光效率而知道了，以镜面形式构成该背面，从而抵达背面的光线又被反射向正面。

对此已知的是，利用整面的背面金属化结构作为背面反射器来涂覆半导体元件背面。此外也知道了在结构化的或粗糙的金属层中出现寄生吸收。因此缘故，光滑(例如蒸镀)的金属层具有比之较粗糙的层更高的反射(例如借助丝网印刷制造)。

获得在太阳能电池内的内部光路延长的另一个可能性在DE 10 2009 042 018 A1中有描述。在此，在太阳能电池背面实现衍射表面结构。这造成在背面所反射的光子以离散的衍射角度被反射。通过这种方式，也可以通过内部光路延长来加强长波辐射吸收。

本发明的任务在于提供一种将半导体元件的背面金属化的方法，其应用改善了太阳能电池背面的内反射性能并且同时允许获得尽量平的背面金属化结构以尽量减小寄生吸收。本发明的任务还在于提供一种太阳能电池，其中，背面金属化结构在反射性能和平面性方面得到改善。另外，本发明应该提供一种用于制造这种太阳能电池且执行这种方法的加工台。

该任务将通过根据权利要求1的方法、根据权利要求12的光伏太阳能电池和根据权利要求13的用于执行这种方法的加工台来完成。在权利要求2-11中找到该方法的有利实施方式。在权利要求14和15中找到用于执行该方法的加工台的有利实施方式。兹通过明确援引将权利要求的语句纳入说明书。

本发明的方法用于将半导体元件背面金属化。该半导体元件是光伏太阳能电池或者制造工艺中的光伏太阳能电池的前体并且包括至少一个半导体层。此时在本发明范围内的是，半导体层以半导体衬底且尤其是硅晶圆形式构成。

该方法包括以下方法步骤：

在方法步骤A中，至少一个至少单层的金属箔膜被施加到半导体元件的背面。

在方法步骤B中，在方法步骤A中施加的金属箔膜被局部加热。由此一来，在局部区域中短暂地实现至少金属箔膜的熔化。

重要的是，在金属箔膜和半导体元件背面之间至少在局部形成空隙，该空隙填充有填料，该填料具有小于1.4的光学折射率n。在这里以及下文，参数n描述折射率的实部。

本发明基于申请人的以下认识，在金属箔膜和半导体元件的背面之间形成空隙导致了在大于1000nm的波长范围内的长波电磁辐射的反射增强。通过多次附加的光反射，在半导体元件内的光程增大，进而吸收概率和太阳能电池效率也提高。

在物理上，这基于在半导体和金属层之间的更高的折射率对比。这按照菲涅尔公式导致了内反射增强和出现内全反射的临界角度的减小。后者尤其结合纹路结构化的正面是重要的，因为在此情况下光以倾斜角度入射太阳能电池背面。如果在背面的入射角度大于全反射角度，则已经在半导体和介电材料之间的过渡部或者半导体和外观较薄的填料之间几乎反射全部的辐射，甚至不必首先被金属反射面有损耗地反射。

在粗糙的或纹路结构化的半导体背面中，通过常见的方法(如丝网印刷、溅射或蒸镀)直接施加金属层导致了也被结构化的金属背面。这一般没有通过具有小于100nm常见厚度的介电钝化层的施加来显著改变。如上所述，在结构化金属中出现了在此应用场合中被视为寄生的吸收，这是因为它是无法被用于太阳能电池的吸收。在本发明中描述了一种方法，它尽量减小了在纹路结构化的背面中的损耗，因为一方面该内反射因为有空隙而被加强，另一方面，存在该箔膜的妥善规定的平坦金属面，从而寄生金属吸收可被尽量减弱。