[发明专利]在太阳能电池基板上脉冲电镀低应力膜层的方法

说明书

发明背景

发明领域

本发明大致有关于制造光电电池，且更尤其有关于利用电化学沉积工艺而在基板上形成多层的技术。

相关技术描述

太阳能电池是可直接将阳光转换为电能的光电装置。最常见的太阳能电池材料为硅，其为单晶或多晶晶片的形式。不过，使用硅系太阳能电池产生电力的成本高于利用传统方法产生电力的成本。因此，长久以来希望能降低太阳能电池的制造成本。

图1A及图1B绘示出制造在晶片110上的标准硅晶片100。晶片100包括p-型底部区101、n-型发射区102以及介于其间的p-n结区103。利用特定类型元素(如，磷(P)、砷(As)或锑(Sb))掺杂半导体而制成n-型区或n-型半导体，用以提高负电荷载流子(即，电子)的数量。类似的，通过添加三价原子到晶格中而制成p-型区或p-型半导体，使得一般硅晶格中四个共价键的其中一个共价键会缺少电子。因此，该掺杂原子可从其周围原子的共价键中接收电子来完成其第4个键结。由于此掺杂原子接收电子，导致周围原子会损失一个键结内的半数电子并因而形成所谓的“空穴”。

当光线落在太阳能电池上时，入射光子能量会在该p-n结区103的两侧形成电子-空穴对(electron-hole pair)。电子扩散通过该p-n结区而到达较低的能级，空穴则会朝相反方向扩散，而在发射层上产生负电荷并且在底部累积出相应的正电荷。当在发射层与底部之间制造出一电子电路，并且将p-n结区暴露在特定波长的光线下时，即会产生电流。照光时，由半导体所产生的电流会流过太阳能电池100的前侧120(亦即，光接收侧)以及背侧121上的多个接点。顶部接触结构一般设计成彼此相距一段距离的多个薄金属条或指状物104，可提供电流到大型汇流条(bus bar)105上。背部接点106一般不限于只形成在多个薄条上，因背部接点不会阻挡入射光照射在太阳能电池100上。太阳能电池100一般会覆盖有一薄层的介电材料，例如Si₃N₄，作为抗反射涂层(anti-reflection coating，ARC)111，以使太阳能电池100顶面的反射光降至最低。

为了简化设计及提高太阳能电池的效率，已研发出一种太阳能电池，其具有多个穿过太阳能基板的孔洞，以作为能使用插销(pin)来连接顶部接点结构与背侧导体结构的导孔(via)。这类型太阳能电池的设计被称为“插销连接模块”(pin up module)，即PUM)。PUM概念的优点之一在于不再需要使用总线(例如图1A所示的汇流条105)来覆盖基板的光接受侧，因此可提高电池效率。另一项优点是由于可通过基板上多个均匀间隔设置在基板上的孔洞，而非延伸横越太阳能电池表面的连接结构(connection)，来收集太阳能电池所产生的电流，因此可减少电阻性损耗(resistive loss)。此外，PUM连接装置的电阻性损耗不会随着太阳能电池表面积的增加而增加，因此，可在不减损效率的情况下制造出大型太阳能电池。

图1C为一PUM电池130的部份截面示意图，其中示出一接点134。与标准太阳能电池(如，太阳能电池100)类似，PUM电池130包括一单晶硅晶片110，其具有p-型底部区101、n-型发射区102以及介于其间的p-n结区103。PUM电池130也包括多个通孔131，其形成在PUM电池130的光接收表面132与背侧133之间。该些通孔131容许在光接收表面132与背侧133之间形成接点134。在每个通孔131中设置有一接点134，接点134包括设于光接收表面132上的一顶接触结构135、设于背板133上的一背侧接点136，以及充填该通孔131且电连接顶接触结构135与背侧接点136的互连结构137。也可在光接收表面132上形成一抗反射涂层107以减小从光接收表面132反射的光能。

与晶片110接触的接点134表面适以和n-型发射区102形成欧姆连结(接点)。欧姆接点(ohmic contact)是半导体元件上可让元件的电流-电压曲线(I-Vcurve)为直线且对称(亦即，在半导体元件已掺杂的硅区与金属接点之间没有高电阻界面)的区域。低电阻又稳定的接点是太阳能电池效能及太阳能电池制作工艺中所形成的电路是否可靠的关键因素。因此，在通孔131中、发光表面132及背侧上形成接点134之后，一般会实施适当温度及时间长度的退火处理(annealing)，以在接点/半导体界面之间产生必须的低电阻金属硅化物。背侧接点139完成PUM电池130所需的电路，以通过与晶片110的p-型底部区101形成欧姆接点来产生电流。