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KR20140146633A - Back contact solar cells using aluminum-based alloy metallization - Google Patents

Back contact solar cells using aluminum-based alloy metallization Download PDF

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KR20140146633A
KR20140146633A KR1020147030233A KR20147030233A KR20140146633A KR 20140146633 A KR20140146633 A KR 20140146633A KR 1020147030233 A KR1020147030233 A KR 1020147030233A KR 20147030233 A KR20147030233 A KR 20147030233A KR 20140146633 A KR20140146633 A KR 20140146633A
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KR
South Korea
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silicon
layer
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paste
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Application number
KR1020147030233A
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Korean (ko)
Inventor
션 엠. 슈터
메흐르더드 엠. 모슬레히
아난드 데쉬펜드
비렌드라 브이. 라나
파완 카푸르
카를-조셉 크래머
안토니 캘카테라
데이비드 더턴
타카오 요네하라
Original Assignee
솔렉셀, 인크.
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Publication date
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Abstract

적어도 하나의 알루미늄-실리콘 합금 금속화층을 갖는 다중 레벨 금속화를 갖는 광기전 후면 접촉 태양 전지 구조물 및 방법이 개시된다.A photovoltaic rear-facing solar cell structure and method having multi-level metallization with at least one aluminum-silicon alloy metallization layer is disclosed.

Description

알루미늄계 합금 금속화를 이용하는 후면 접촉 태양 전지{BACK CONTACT SOLAR CELLS USING ALUMINUM-BASED ALLOY METALLIZATION}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a back contact solar cell using an aluminum-based alloy metallization. BACKGROUND OF THE INVENTION [

관련 출원의 상호 참조Cross reference of related application

본 출원은 2012년 3월 28일에 출원된 미국 가출원 61/617,023 및 2012년 11월 13일에 출원된 61/725,981의 이익을 주장하는 것이며, 이 내용은 전체가 여기에 참조로 인용된다.
This application claims the benefit of U.S. Provisional Application No. 61 / 617,023, filed March 28, 2012, and 61 / 725,981, filed November 13, 2012, the entire contents of which are incorporated herein by reference.

본 출원은 2011년 8월 5일에 출원된 미국 일부 계속 출원 13/204,626 및 2012년 12월 31일에 출원된 13/731,112의 이익을 주장하는 것이며, 이 내용은 전체가 여기에 참조로 인용된다.
This application claims the benefit of US Provisional Application No. 13 / 204,626, filed on August 5, 2011, and 13 / 731,112, filed December 31, 2012, the entire contents of which are incorporated herein by reference .

본 발명은 일반적으로 광기전(PV) 전지, 더욱 구체적으로 후면 접촉 태양 전지에 관한 것이다.
The present invention relates generally to photovoltaic (PV) cells, and more specifically to back-contacting solar cells.

낮은 제조 비용과 함께 높은 전환 효율은 재생 가능한 에너지 해결 방법 및 탄소계 연료의 대안으로 태양 광기전(PV) 시스템의 세계적 급증을 가속화하기 위한 주요한 필요 조건이다. 동등하게 중요한 것은 PV 모듈로부터 높은 에너지 수확을 위해 태양 전지 에너지 수율을 증가시키는 것이다. 수년 동안 표준 결정 실리콘 태양 전지의 기술은 150 내지 200 마이크로미터 두께의 실리콘 기판을 사용해왔고, 이는 종종 우세한 비용 및 상대적으로 높은 비용의 실리콘 태양 PV 전지 및 모듈에 주요한 기여자로서 작용한다. 잉곳 또는 캐스트 브릭으로부터 와이어 소잉에 의해 형성되는 표준 실리콘 웨이퍼의 비용은, 이러한 웨이퍼의 제조에 요구되는 비싸고, 에너지가 강한 다중의 가공 단계(예컨대 폴리실리콘, 잉곳, 와이어 소우 웨이퍼링) 때문에 상대적으로 높다.
High conversion efficiency, along with low manufacturing costs, is a key requirement to accelerate the worldwide growth of photovoltaic (PV) systems as an alternative to renewable energy solutions and carbon-based fuels. Equally important is increasing solar cell energy yields for high energy harvesting from PV modules. Over the years, the technology of standard crystal silicon solar cells has used silicon substrates 150-200 micrometers thick, which often serve as a major contributor to silicon solar PV cells and modules at high cost and relatively high cost. The cost of standard silicon wafers formed by wire sawing from ingots or cast bricks is relatively high because of the expensive, energy-intensive multiple fabrication steps (e.g., polysilicon, ingot, wire saw wafering) required for manufacturing such wafers .

다수의 현재의 표준 전면 접촉 결정 실리콘 태양 전지 기술에서 두번째로 비싼 물질은, 귀금속이기 때문에 특히 비싼 은 금속이다. 은 페이스트는 종종 p형 베이스 태양 전지의 전측 n형 에미터를 접촉하기 위해 사용된다.
The second most expensive material in a number of current standard over-contact crystalline silicon solar cell technologies is silver, which is particularly expensive because it is a precious metal. The silver paste is often used to contact the front n-type emitter of a p-type base solar cell.

또한, 고효율 맞물려진 후면 접촉/후면 접합(IBC) 결정 태양 전지에서, 금속화 가공은 종종 전기-화학 플레이팅(상대적으로 두꺼운, 약 30 내지 60 미크론의 구리 플레이팅 증착)만큼 상대적으로 비싼 진공 증착 및 리소그래피/스크린 인쇄 웨트-에칭 패터닝을 사용한다. 이러한 금속화 가공 시퀀스(진공 가공: 물리 기상 증착, 패터닝, 에칭 및 플레이팅을 포함함)에 필요한 제조 공정 툴은 높은 자본비를 가지고, 화학 플레이팅/패터닝 공정은 희생 소모품(예컨대 레지스트 패터닝)을 사용하고, 위험한 폐기물(예컨대, 구리 플레이팅 동안)의 대용량 아웃풋을 일으킨다. 또한, IBC에서 두꺼운 구리 금속화에 사용되는 상대적으로 많은 양의 구리는 전체 전지 및 모듈 제조 비용에 더 기여할 수 있다. 따라서, 낮은 비용의 태양 전지를 가능하게 하기 위해서, 더 낮은 비용의 금속화 물질 및 공정이 필요하다.
In addition, in highly efficient interfaced back-to-back / backside bonded (IBC) crystal solar cells, metallization is often relatively expensive, such as electro-chemical plating (relatively thick, approximately 30-60 microns copper plating deposition) And lithography / screen printing wet-etch patterning. Manufacturing process tools required for these metallization processing sequences (including vacuum processing: physical vapor deposition, patterning, etching, and plating) have a high capital ratio and chemical plating / patterning processes use sacrificial consumables (e.g., resist patterning) And produce large output of hazardous waste (e.g., during copper plating). In addition, the relatively large amount of copper used in thick copper metallization in IBC can further contribute to the overall battery and module manufacturing costs. Thus, in order to enable low cost solar cells, lower cost metallization materials and processes are needed.

따라서, 개선된 후면 접촉 태양 전지 구조물 및 제조 방법에 대한 필요가 증가하고 있다. 개시된 주제에 따라, 알루미늄-실리콘 합금층 금속화를 갖는 광기전 후면 접촉 태양 전지를 제조하기 위한 방법, 구조물이 개시되고, 이는 이전에 개발된 후면 접촉 태양 전지 구조물 및 제조 방법과 관련된 비용 및 제조 단점을 실질적으로 제거 또는 감소시킨다.
Therefore, there is an increasing need for improved back-contacting solar cell constructions and fabrication methods. A method, structure, for manufacturing an photovoltaic back-contacting solar cell having an aluminum-silicon alloy layer metallization, according to the disclosed subject matter, is disclosed, which relates to the cost and manufacturing disadvantages associated with the previously- Substantially eliminates or reduces < / RTI >

상기 개시된 주제의 일 측면에 따라, 결정 반도체 흡수층 상에 맞물려진(interdigitated) 후면 접촉 태양 전지 구조물을 형성하는 방법이 개시된다. 일 실시예에서, 패시베이션 및 반사 방지 코팅층은 반도체 흡수체의 전측 상에 형성되고, 더 두꺼운 가볍게 도핑된 n형 베이스층(a thicker lightly doped n-type base layer) 및 더 얇은 무겁게 도핑된 p형 에미터 접합(and a thinner heavily doped p-type emitter junction)은 상기 반도체 흡수체의 후측 상에 형성된다. 후측 구조물은 이하 단계에 의해 상기 반도체 흡수체의 후측 상의 더 두꺼운 가볍게 도핑된 n형 베이스층 및 더 얇은 무겁게 도핑된 p형 에미터 접합 상에 형성되고: 베이스 및 에미터 접촉 개구부를 갖는 패시베이션 구조물 및 패터닝된 후측 유전체 도펀트원(dopant source)을 형성하는 단계; 상기 베이스 및 에미터 접촉 개구부를 통해 베이스 및 에미터 영역을 접촉하고, 패시베이션 구조물 및 상기 패터닝된 후측 유전체 도펀트원 바로 위에 복수의 직접 인쇄된(direct- write printed) 실리콘 함유 알루미늄 핑거를 포함하는 제1 맞물려진 베이스 및 에미터 금속화층을 형성하는 단계; 상기 제1 맞물려진 베이스 및 에미터 금속화층 상에 랜딩된(landing) 복수의 비아 홀(via holes)을 포함하는 전기 절연 백플레인(backplane)층을 형성하는 단계로, 상기 백플레인층은 상기 제1 패터닝된 맞물려진 베이스 및 에미터 금속화층 및 표면 패시베이션 구조물 및 상기 패터닝된 후측 유전체 도펀트원에 부착되는 것인, 단계; 및 상기 전기 절연 백플레인층 상에 상기 제1 맞물려진 베이스 및 에미터 금속화층에 실질적으로 직각으로 얼라이닝된(aligned) 패터닝된 컨덕터를 포함하는 제2 맞물려진 베이스 및 에미터 금속화층을 형성하는 단계.
According to an aspect of the disclosed subject matter, a method of forming an interdigitated back-contacting solar cell structure on a crystalline semiconductor absorber layer is disclosed. In one embodiment, the passivation and anti-reflective coating is formed on the front side of the semiconductor absorber and comprises a thicker lightly doped n-type base layer and a thinner heavily doped p-type emitter And a thinner heavily doped p-type emitter junction is formed on the rear side of the semiconductor absorber. The backside structure is formed on the thicker lightly doped n-type base layer and the thinner heavily doped p-type emitter junction on the back side of the semiconductor absorber by the following steps: passivation structure with base and emitter contact openings and patterning Forming a rear side dielectric dopant source; Contacting the base and emitter regions through the base and emitter contact openings and contacting the base and emitter regions through the base and emitter contact openings through a passivation structure and a plurality of directly printed silicon containing aluminum fingers directly over the patterned rear dielectric dopant source Forming a meshed base and emitter metallization layer; Forming an electrically insulated backplane layer including a plurality of via holes landing on the first intertwined base and the emitter metallization layer, the backplane layer including a first patterned Bonded to the meshed base and the emitter metallization layer and the surface passivation structure and to the patterned rear dielectric dopant source; And forming a second interlocked base and emitter metallization layer on the electrically insulated backplane layer, the second interlocked base comprising a patterned conductor aligned substantially perpendicularly to the first interlocked base and emitter metallization layer .

상기 개시된 주제의 다른 일 측면에 따라, 결정 반도체 흡수층 상에 맞물려진 후면 접촉 태양 전지 구조물을 형성하는 방법이 개시된다. 일 실시예에서, 다중 레벨 금속화 구조물(a multi-level metallization structure)을 포함하는 후면 접촉 태양 전지가 개시된다. 상기 다중 레벨 금속화 구조물은 반도체 태양 전지 기판의 후측면 상에 위치되는 제1 알루미늄-실리콘 합금층을 가지고, 상기 알루미늄-실리콘 합금층은 태양 전지 기판 상의 베이스 영역 및 에미터 영역에 접속되는 베이스 전극 및 에미터 전극을 포함한다. 전기 절연 백플레인층은 상기 제1 알루미늄-실리콘 합금층 상에 위치되고, 상기 백플레인층은 상기 백플레인층을 통해 드릴링되고, 상기 제1 알루미늄-실리콘 합금층을 통해 펀칭되지 않고 제1 금속층에 베이스 접촉 및 에미터 접촉을 형성하도록 선택적인 위치에서 상기 제1 알루미늄-실리콘 합금층에서 중단되는, 상기 제1 알루미늄 실리콘 합금층에 접근하도록 비아 홀을 포함한다. 전기 절연 금속의 제2층은 비아 홀을 통해 제1 알루미늄 실리콘 합금층에 전기 접촉 및 전기 절연 백플레인층 상에 위치된다.
According to another aspect of the disclosed subject matter, a method of forming a back-contacting solar cell structure meshed on a crystalline semiconductor absorber layer is disclosed. In one embodiment, a back-contacting solar cell is disclosed that includes a multi-level metallization structure. The multi-level metallization structure has a first aluminum-silicon alloy layer positioned on a backside of a semiconductor solar cell substrate, the aluminum-silicon alloy layer having a base region on the solar cell substrate and a base electrode And an emitter electrode. Wherein the backplane layer is drilled through the backplane layer and is contacted to the first metal layer without being punched through the first aluminum-silicon alloy layer, Silicon alloy layer in the first aluminum-silicon alloy layer at an optional location to form an emitter contact. A second layer of electrically insulating metal is placed on the electrical contact and electrically insulating backplane layer through the via hole to the first aluminum silicon alloy layer.

또한, 상기 개시된 주제의 또 다른 일 측면에 따라, 맞물려진 후면 접촉 베이스 및 에미터 접촉 금속화 구조물을 형성하기 위한 실질적으로 플레이크상 입자와 구상 입자의 혼합과 같은 형태의 알루미늄-실리콘 합금 입자를 포함하는 실리콘 함유 알루미늄 합금이 개시된다.
In addition, according to another aspect of the subject matter disclosed above, aluminum-silicon alloy particles in the form of a mixture of substantially flake-like particles and spherical particles to form an engaging rear contact base and an emitter contact metallization structure Containing aluminum alloy is disclosed.

추가적인 새로운 특징들뿐만 아니라 개시된 주제의 이러한 및 다른 이점은 여기에 제공되는 설명으로부터 명백해질 것이다. 이 요약의 목적은, 주제의 포괄적인 설명을 하려는 것이 아니라, 주제의 기능의 일부의 간략한 오버뷰를 제공하기 위한 것이다. 여기에 제공되는 다른 시스템, 방법, 특징 및 이점은 이하 도면들 및 상세한 설명을 검토하면서 당업자에게 명백해질 것이다. 이 설명 내에 포함되는 추가적인 시스템, 방법, 특징 및 이점 모두는 청구항의 범위 내가 되도록 하였다.
These and other advantages of the disclosed subject matter as well as additional novel features will become apparent from the description provided herein. The purpose of this summary is not to provide a comprehensive description of the subject, but to provide a brief overview of some of the subject's features. Other systems, methods, features and advantages provided herein will become apparent to those skilled in the art upon review of the following drawings and detailed description. All the additional systems, methods, features, and advantages contained within this description are within the scope of the claims.

개시되는 주제의 특징, 특성 및 이점은, 유사한 참조 번호는 유사한 특징을 나타내는 도면과 함께 취해지는 경우에 이하에 설명되는 상세한 설명으로부터 더욱 명백해질 것이다:
도 1은 유전체 백플레인 지지체 및 Al(Si) 페이스트를 갖는 IBC 박형 실리콘 태양 전지의 단면도이다;
도 2는 유전체 백플레인 지지체 및 Al(Si) 페이스트 상에 오직 Al 페이스트를 갖는 IBC 실리콘 태양 전지의 단면도이다;
도 3은 Al(Si) 페이스트 에미터 및 베이스 분리된 핑거 상에 인쇄된 오직 Al 페이스트 패드의 상면도이다;
도 4는 유전체 백플레인 상의 백플레인 금속 에미터 및 베이스 분리된 핑거의 상면도이다;
도 5a 및 5b는 각각 금속 1 층(M1) 및 비아를 갖는 유전체 백플레인층의 후측도를 나타내는 도식이다;
도 6은 금속 2 층(M2)의 후측도를 나타내는 도식이다;
도 7은 Al(Si) 페이스트 인쇄 및 어닐링을 위한 2개의 공정 흐름 도식 옵션을 갖는다;
도 8은 재사용 가능한 실리콘 지지 웨이퍼로부터 박형 실리콘층의 레이저 스플리팅 및 리프트 오프 분리에 의해 박형 실리콘 태양 전지를 제조하기 위한 공정 흐름 도식이다;
도 9는 재사용 가능한 실리콘 지지 웨이퍼로부터 박형 에피택셜 실리콘층의 레이저 스플리팅 및 리프트 오프 분리에 의해 박형 실리콘 태양 전지를 제조하기 위한 공정 흐름 도식이다;
도 10은 다공성 실리콘층으로부터 에피택셜 실리콘층의 레이저 스플리팅 및 리프트 오프 분리에 의해 박형 실리콘 태양 전지를 제조하기 위한 공정 흐름 도식이다;
도 11은 재사용 가능한 실리콘 지지 웨이퍼 상에 희생 다공성 실리콘 이중층으로부터 박형 에피택셜 실리콘층의 기계적 리프트 오프 분리에 의해 박형 실리콘 태양 전지를 제조하기 위한 공정 흐름 도식이다;
도 12는 실리콘 웨이퍼의 전측 실리콘 에칭 및 텍스처링에 의해 박형 실리콘 태양 전지를 제조하기 위한 공정 흐름 도식이다;
도 13은 백플레인 금속화를 위한 공정 흐름 옵션이다;
도 14는 각각의 공정 흐름 옵션 및 선택적 에미터에 대한 전지 후측 공정 흐름 옵션의 표 요약이고, 수는 APCVD 툴의 총 수, 산화물 제거를 위한 레이저 툴의 수, 및 전지 후측 상에 인쇄의 수로 나타낸다;
도 15는 전지 후측 공정 흐름 옵션 130A. 인접한 접합 및 APCVD 보론 산화물을 이용하는 엑스시투 에미터(Ex-Situ Emitter with APCVD Boron Oxide and Abutted Junction)의 공정 흐름 도식이다;
도 16은 전지 후측 공정 흐름 옵션 130B. 인접한 접합 및 APCVD 보론 산화물을 이용하는 엑스시투 에미터의 공정 흐름 도식이다;
도 17은 전지 후측 공정 흐름 옵션 130C. 인접한 접합 및 APCVD 보론 산화물을 이용하는 엑스시투 에미터의 공정 흐름 도식이다;
도 18은 전지 후측 공정 흐름 옵션 130D. 인접한 접합 및 APCVD 보론 산화물을 이용하는 엑스시투 에미터의 공정 흐름 도식이다;
도 19는 전지 후측 공정 흐름 옵션 130E. 인접한 접합 및 APCVD 보론 산화물을 이용하는 엑스시투 에미터의 공정 흐름 도식이다;
도 20은 전지 후측 공정 흐름 옵션 130F. 인접한 접합 및 APCVD 보론 산화물을 이용하는 엑스시투 에미터의 공정 흐름 도식이다;
도 21은 전지 후측 공정 흐름 옵션 130G. 인접한 접합 및 APCVD 보론 산화물을 이용하는 엑스시투 에미터의 공정 흐름 도식이다;
도 22는 전지 후측 공정 흐름 옵션 130H. 인접한 접합 및 APCVD 보론 산화물을 이용하는 엑스시투 에미터의 공정 흐름 도식이다;
도 23은 전지 후측 공정 흐름 옵션 131A. APCVD 언도핑된 산화물에 의해 분리된 접합 및 APCVD 보론 산화물을 이용하는 엑스시투 에미터(Ex-Situ Emitter with APCVD Boron Oxide and Isolated Junction by APCVD Undoped Oxide)의 공정 흐름 도식이다;
도 24는 전지 후측 공정 흐름 옵션 131B. APCVD 언도핑된 산화물에 의해 분리된 접합 및 APCVD 보론 산화물을 이용하는 엑스시투 에미터의 공정 흐름 도식이다;
도 25는 전지 후측 공정 흐름 옵션 131C. APCVD 언도핑된 산화물에 의해 분리된 접합 및 APCVD 보론 산화물을 이용하는 엑스시투 에미터의 공정 흐름 도식이다;
도 26은 전지 후측 공정 흐름 옵션 131D. APCVD 언도핑된 산화물에 의해 분리된 접합 및 APCVD 보론 산화물을 이용하는 엑스시투 에미터의 공정 흐름 도식이다;
도 27은 전지 후측 공정 흐름 옵션 132A. 인쇄된 USG에 의해 분리된 접합 및 APCVD 보론 산화물을 이용하는 엑스시투 에미터(Ex-Situ Emitter with APCVD Boron Oxide and Isolated Junction by Printed USG)의 공정 흐름 도식이다;
도 28은 전지 후측 공정 흐름 옵션 132B. 인쇄된 USG에 의해 분리된 접합 및 APCVD 보론 산화물을 이용하는 엑스시투 에미터의 공정 흐름 도식이다;
도 29는 전지 후측 공정 흐름 옵션 132C. 인쇄된 USG에 의해 분리된 접합 및 APCVD 보론 산화물을 이용하는 엑스시투 에미터의 공정 흐름 도식이다;
도 30은 전지 후측 공정 흐름 옵션 132D. 인쇄된 USG에 의해 분리된 접합 및 APCVD 보론 산화물을 이용하는 엑스시투 에미터의 공정 흐름 도식이다;
도 31은 전지 후측 공정 흐름 옵션 132E. 인쇄된 USG에 의해 분리된 접합 및 APCVD 보론 산화물을 이용하는 엑스시투 에미터의 공정 흐름 도식이다;
도 32는 전지 후측 공정 흐름 옵션 132F. 인쇄된 USG에 의해 분리된 접합 및 APCVD 보론 산화물을 이용하는 엑스시투 에미터의 공정 흐름 도식이다;
도 33은 전지 후측 공정 흐름 옵션 132G. 인쇄된 USG에 의해 분리된 접합 및 APCVD 보론 산화물을 이용하는 엑스시투 에미터의 공정 흐름 도식이다;
도 34는 전지 후측 공정 흐름 옵션 132H. 인쇄된 USG에 의해 분리된 접합 및 APCVD 보론 산화물을 이용하는 엑스시투 에미터의 공정 흐름 도식이다;
도 35는 전지 후측 공정 흐름 옵션 133A. 레이저 Si 제거에 의해 분리된 접합 및 보론 도핑된 에피(Epi)를 이용하는 인시투 에미터(In-Situ Emitter with Boron-Doped Epi and Isolated Junction by Laser Si Ablation)의 공정 흐름 도식이다;
도 36은 전지 후측 공정 흐름 옵션 133B. 레이저 Si 제거에 의해 분리된 접합 및 보론 도핑된 에피(Epi)를 이용하는 인시투 에미터의 공정 흐름 도식이다;
도 37은 전지 후측 공정 흐름 옵션 133C. 레이저 Si 제거에 의해 분리된 접합 및 보론 도핑된 에피(Epi)를 이용하는 인시투 에미터의 공정 흐름 도식이다.
The features, characteristics, and advantages of the disclosed subject matter will become more apparent from the detailed description set forth below when taken in conjunction with the drawings in which like reference numerals represent like features:
1 is a cross-sectional view of an IBC thin silicon solar cell having a dielectric backplane support and Al (Si) paste;
Figure 2 is a cross-sectional view of an IBC silicon solar cell having a dielectric backplane support and Al paste only on Al (Si) paste;
Figure 3 is a top view of an Al (Si) paste emitter and only an Al paste pad printed on a base separated finger;
Figure 4 is a top view of backplane metal emitter and base separated fingers on a dielectric backplane;
Figures 5A and 5B are schematics showing a back-side view of a dielectric backplane layer with metal first layer (M1) and vias, respectively;
Fig. 6 is a schematic showing a rear view of the metal two-layer (M2);
Figure 7 has two process flow schematic options for Al (Si) paste printing and annealing;
8 is a process flow diagram for fabricating thin silicon solar cells by laser splitting and lift-off separation of a thin silicon layer from a reusable silicon support wafer;
9 is a process flow diagram for fabricating thin silicon solar cells by laser splitting and lift-off separation of a thin epitaxial silicon layer from a reusable silicon support wafer;
10 is a process flow diagram for fabricating thin silicon solar cells by laser splitting and lift-off separation of an epitaxial silicon layer from a porous silicon layer;
11 is a process flow diagram for fabricating thin silicon solar cells by mechanical lift-off separation of a thin epitaxial silicon layer from a sacrificial porous silicon bilayer on a reusable silicon support wafer;
12 is a process flow diagram for fabricating a thin silicon solar cell by front side silicon etching and texturing of a silicon wafer;
Figure 13 is a process flow option for backplane metallization;
Figure 14 is a table summarization of the battery back side process flow options for each process flow option and optional emitter, the number is represented by the total number of APCVD tools, the number of laser tools for oxide removal, and the number of prints on the back side of the cell ;
15 illustrates the battery rear process flow option 130A. A schematic of a process flow of an Ex-Situ Emitter with APCVD Boron Oxide and Abutted Junction using adjacent junctions and APCVD boron oxides;
FIG. 16 illustrates a battery rear process flow option 130B. A schematic flow diagram of an X-ray diffuser using adjacent junctions and APCVD boron oxide;
FIG. 17 illustrates the battery rear process flow option 130C. A schematic flow diagram of an X-ray diffuser using adjacent junctions and APCVD boron oxide;
18 illustrates the battery rear process flow option 130D. A schematic flow diagram of an X-ray diffuser using adjacent junctions and APCVD boron oxide;
19 illustrates the battery rear process flow option 130E. A schematic flow diagram of an X-ray diffuser using adjacent junctions and APCVD boron oxide;
20 shows a battery rear process flow option 130F. A schematic flow diagram of an X-ray diffuser using adjacent junctions and APCVD boron oxide;
FIG. 21 illustrates a battery rear process flow option 130G. A schematic flow diagram of an X-ray diffuser using adjacent junctions and APCVD boron oxide;
FIG. 22 illustrates a battery rear process flow option 130H. A schematic flow diagram of an X-ray diffuser using adjacent junctions and APCVD boron oxide;
23 shows the battery rear process flow option 131A. APCVD Boron Oxide and Isolated Junction by APCVD Undoped Oxide (APCVD) using an APCVD undoped oxide and an APCVD boron oxide;
FIG. 24 illustrates a battery rear process flow option 131B. APCVD is a process flow diagram of an X-situ emitter using bonded oxide separated by undoped oxide and APCVD boron oxide;
25 illustrates the battery rear process flow option 131C. APCVD is a process flow diagram of an X-situ emitter using bonded oxide separated by undoped oxide and APCVD boron oxide;
FIG. 26 shows the battery rear process flow option 131D. APCVD is a process flow diagram of an X-situ emitter using bonded oxide separated by undoped oxide and APCVD boron oxide;
27 illustrates the battery rear process flow option 132A. A schematic of a process flow of an Ex-Situ Emitter with APCVD Boron Oxide and Isolated Junction by Printed USG using junction separated by printed USG and APCVD boron oxide;
28 illustrates the battery rear process flow option 132B. A process flow diagram of an X-ray diffractor using junctions separated by printed USG and APCVD boron oxide;
FIG. 29 illustrates a battery rear process flow option 132C. A process flow diagram of an X-ray diffractor using junctions separated by printed USG and APCVD boron oxide;
30 shows the battery rear process flow option 132D. A process flow diagram of an X-ray diffractor using junctions separated by printed USG and APCVD boron oxide;
FIG. 31 illustrates the battery rear process flow option 132E. A process flow diagram of an X-ray diffractor using junctions separated by printed USG and APCVD boron oxide;
32 illustrates the battery rear process flow option 132F. A process flow diagram of an X-ray diffractor using junctions separated by printed USG and APCVD boron oxide;
33 illustrates the battery rear process flow option 132G. A process flow diagram of an X-ray diffractor using junctions separated by printed USG and APCVD boron oxide;
34 shows the battery rear process flow option 132H. A process flow diagram of an X-ray diffractor using junctions separated by printed USG and APCVD boron oxide;
FIG. 35 shows the battery rear process flow option 133A. A process flow diagram of an In-Situ Emitter with a Boron-Doped Epi and an Isolated Junction by Laser Si Ablation using a junction separated by laser Si removal and a boron doped Epi;
36 shows the battery rear process flow option 133B. A process flow diagram of an in-situ emitter using a junction separated by laser Si removal and a boron doped epi (Epi);
37 shows the battery rear process flow option 133C. A process flow diagram of an in-situ emitter using a junction separated by laser Si removal and a boron doped epi (Epi).

이하 설명은 제한의 의미로 받아들여지는 것이 아니라, 본 발명의 일반적인 원리를 설명하기 위해 만들어진 것이다. 본 발명의 범위는 청구항을 참조하여 결정되어야 한다. 본 발명의 실시예는, 유사한 숫자는 유사한 것 및 각종 도면의 대응 부위를 참조하도록 사용되는 도면에 설명된다.
The following description is not meant to be taken in a limiting sense, but rather to illustrate the general principles of the invention. The scope of the invention should be determined with reference to the claims. Embodiments of the present invention are illustrated in the figures, wherein like numerals are used to refer to like and corresponding parts in the various figures.

중요하게, 특정 실시예와 관련되어 개시된 예시적인 공정 흐름, 물질, 및 치수는 개시된 주제에 따라 태양 전지가 형성 및 고안되는 경우에 일반적으로 사용되는 것이고, 특정 실시예에 상세한 설명과 같이 제공된다. 당업자는 개시된 공정 흐름 및 구조물의 일 측이 개시된 주제에 따라 태양 전지를 제조하기 위해 많은 다양한 방법으로 조합 및/또는 추가 및 제거될 수 있는 것을 인지할 것이다.
Significantly, the exemplary process flows, materials, and dimensions disclosed in connection with specific embodiments are those generally used when a solar cell is formed and devised according to the disclosed subject matter, and are provided as detailed in the specific embodiments. Those skilled in the art will recognize that the disclosed process flow and one side of the structure can be combined and / or added and removed in many different ways to fabricate solar cells according to the disclosed subject matter.

또한, 본 발명은 다른 기재된 제조 물질 금속화층 및 10 내지 200 미크론 범위의 두께를 갖는 단결정 실리콘 기판을 이용하여 후면 접촉 태양 전지와 같은 특정 실시예를 참조하여 기재되지만, 당업자라면 과도한 실험 없이도 다른 반도체 물질(예컨대 갈륨 비소, 게르마늄, 다결정 실리콘 등)을 포함하는 다른 제조 물질, 금속화 스택을 포함하는 금속화층, 기술 분야, 및/또는 실시예에 개시되는 원리를 적용할 수 있을 것이다.
Further, although the present invention is described with reference to specific embodiments such as back contact solar cells using a single layer metallization layer of a disclosed material and a monocrystalline silicon substrate having a thickness in the range of 10-200 microns, those skilled in the art will appreciate that other semiconductor materials (E.g., gallium arsenide, germanium, polycrystalline silicon, etc.), metallization layers comprising metallization stacks, techniques, and / or the principles set forth in the examples.

종종, 산업 표준 전면 접촉 태양 전지 디자인에 사용되는 알루미늄 페이스트는 고효율 IBC 태양 전지를 제조하기 위해 직접적으로 통합될 수 있다. 일반적인 산업 표준 알루미늄 페이스트는 실리콘으로 알루미늄의 깊은 확산을 생성하기 위해 단시간에 고온에서 소성, 즉 어닐링되도록 고안된다. p형 결정 실리콘 흡수체를 갖는 표준 태양 전지에서, 깊은 확산된 알루미늄은 바람직한 후면 전계(back surface field)를 제공할 수 있다. n형 IBC 태양 전지에서, 표준 알루미늄 페이스트 및 파이어 어닐링은 전지 효율의 열화 또는 심한 전기 단락을 일으킨다.
Often, aluminum pastes used in industry standard front contact solar cell designs can be integrated directly to fabricate high efficiency IBC solar cells. General industry standard aluminum pastes are designed to be fired, or annealed, at high temperatures in a short time to produce a deep diffusion of aluminum into the silicon. In a standard solar cell having a p-type crystalline silicon absorber, deep diffused aluminum can provide a desirable back surface field. In n-type IBC solar cells, standard aluminum paste and fire annealing cause deterioration of battery efficiency or severe short circuit.

이하 본 발명은 알루미늄계 페이스트/잉크를 갖는 고효율 n형 IBC 태양 전지를 제조하기 위한 공정 및 해결 방안을 제공한다. 실리콘 조성물을 갖는 알루미늄 합금 페이스트/잉크와 함께 어닐링 공정 옵션 및 전지 통합 공정 흐름 옵션은 고효율 태양 전지를 가능하게 하고, 실리콘으로 확산 및 스파이킹을 최소화하도록 개시된다.
The present invention provides a process and a solution for manufacturing a high efficiency n-type IBC solar cell having an aluminum based paste / ink. Annealing process options with aluminum alloy paste / ink with silicone composition and battery integrated process flow options are disclosed to enable high efficiency solar cells and to minimize diffusion and spiking into silicon.

또한, 박형 결정 실리콘 기판과 더 간단한 가공 및 알루미늄계 금속화를 조합하는 제조 방법은 결정 실리콘 태양 전지의 비용을 현저히 감소시킬 수 있다. 또한, 지구의 지각에서 가장 일반적인 금속으로서 알루미늄은 은 또는 구리와 비교하여 상대적으로 저렴한 금속이다. 더 간단하고 더 저렴한 비용의 방법과 함께 형성되고, 여기서 설명되는 후면 접촉 IBC 구조물과 같이 제공되는 고효율 전지 구조물 및 공정 흐름은 태양 전지 제조 공정에서 가공 비용(및 일부 예에서 실리콘 두께)를 감소시키고, 결정 실리콘 태양 전지 및 모듈의 현저한 비용 감소 및 성능 향상을 제공할 수 있다.
In addition, a manufacturing method combining a thin crystal silicon substrate with a simpler process and an aluminum-based metallization can significantly reduce the cost of a crystalline silicon solar cell. In addition, aluminum is the most common metal in Earth's crust and is a relatively inexpensive metal compared to silver or copper. The high efficiency battery structures and process flows that are formed with the simpler, lower cost method and which are provided with the backside IBC structures described herein reduce the processing cost (and silicon thickness in some instances) in the solar cell manufacturing process, Crystal silicon solar cells and modules. ≪ Desc / Clms Page number 2 >

본 발명은 고효율 태양 전지의 에미터 및 베이스 접촉 및 맞물려진 후면 접촉(IBC) 상에 접촉 금속화를 형성하기 위해, 예컨대 스크린 인쇄 가능한 알루미늄계 합금 페이스트-더욱 구체적으로 알루미늄-실리콘 Al(Si) 합금 페이스트를 이용하여 고효율 박형 실리콘 태양 전지의 각종 구조물 및 제조 방법을 개시 및 기재한다. 구체예는 n형 베이스 흡수체 및 p형 후측 에미터 접합을 갖는 단결정 실리콘 태양 전지가 제공된다. 공정은 더욱 고효율을 얻기 위해 에미터 접촉 하에서 더욱 무겁게 도핑된 p형 도핑된 영역(에미터 영역의 상대적으로 작은 부분을 커버함)과 함께 더 가벼운 p형을 갖는 에미터 접합 영역(대부분의 에미터 영역을 커버함)을 포함하는 선택적인 에미터의 형성이 기재된다. 여기에 기재되는 모든 공정은, 약 1 마이크로미터만큼 얇은 두께, 약 100 마이크로미터만큼 두꺼운 두께를 갖는 결정 실리콘 흡수체를 제조하는 것과 양립될 수 있고, 이는 재사용 가능한 실리콘 지지체 웨이퍼 및/또는 라미네이팅된 유전체 지지체 백플레인 구조물(예컨대 유연한 백플레인)에 의해 제조 동안 지지된다. 최종 태양 전지 실리콘 흡수층은 레이저 가공에 의해 실리콘 지지 웨이퍼로부터 직접 스플리팅될 수 있다. 또는, 박형 실리콘 흡수체는 그 위에 증착되고, 이어서 실리콘 지지 웨이퍼 상에 형성되는 희생 다공성 실리콘층으로부터 기계적으로 분리되고, 기계적 분리/리프트 오프 공정을 이용하여 나눠지는 에피택셜층일 수 있다. 또는, 여기에 개시되는 구조물, 물질 및 공정은, 단결정 잉곳(ingot) 또는 캐스트 쿼시-모노 브릭(cast quasi-mono bricks)으로부터 와이어 소잉(wire saw)에 의해 형성되는 결정 웨이퍼를 이용하여 제조되는 태양 전지 상에 사용될 수 있다. 또한, 태양 전지 상에 형성되는(온-셀) 제1 레벨 알루미늄-합금계 인쇄된 페이스트 금속화(금속 1 또는 M1) 이외에, 전기 절연 지지 백플레인, 예컨대 유전체층 상에 제2층 모놀리식 금속화(monolithic metallization; 금속 2 또는 M2)를 위한 저비용 공정 옵션이 제공된다.
The present invention relates to a method and apparatus for producing contact metallization on, for example, screen-printable aluminum-based alloy pastes, more particularly aluminum-silicon Al (Si) alloys, to form contact metallizations on emitter and base contacts and interfaced back- Various structures and manufacturing methods of a high-efficiency thin-type silicon solar cell using a paste are disclosed and described. An embodiment provides a monocrystalline silicon solar cell having an n-type base absorber and a p-type back emitter junction. The process requires a heavily doped p-type doped region (covering a relatively small portion of the emitter region) under the emitter contact to achieve a higher efficiency and an emitter junction region with a lighter p-type Lt; RTI ID = 0.0 > region). ≪ / RTI > All of the processes described herein may be compatible with producing a crystalline silicon absorber having a thickness as low as about 1 micrometer and a thickness as high as about 100 micrometers, which can be achieved using a reusable silicon support wafer and / or a laminated dielectric support Backplane structure (e.g., a flexible backplane). The final solar cell silicon absorbing layer can be splitted directly from the silicon supporting wafer by laser machining. Alternatively, the thin silicon absorber may be an epitaxial layer that is deposited thereon and then mechanically separated from the sacrificial porous silicon layer formed on the silicon support wafer and divided using a mechanical isolation / lift-off process. Alternatively, the structures, materials, and processes disclosed herein may be fabricated using crystalline wafers formed by wire sawing from single crystal ingots or cast quasi-mono bricks. Can be used on a battery. In addition to the first-level aluminum-alloy based printed paste metallization (metal 1 or M1) formed on the solar cell (on-cell), an electrically insulated backplane, such as a second layer monolithic metallization a low cost process option for monolithic metallization (Metal 2 or M2) is provided.

또한, 본 발명에 기재되는 예시적인 제조 방법 및 구조물은 약 1 미크론 내지 약 100 마이크로미터(미크론) 범위의 실리콘 흡수체 두께를 갖는 고효율 단결정 실리콘 태양 전지를 제조하기 위한 것이지만, 여기에 개시되는 양태 및 방법은 CZ 잉곳 또는 캐스트 브릭으로부터 제조되는 시작 실리콘 웨이퍼(starting silicon wafers)에 근거하여 더 두꺼운 흡수체를 이용하여 태양 전지에 사용될 수 있다. 많은 예에서, 기재된 태양 전지는 전지(IBC 전지 디자인에서)의 후측 상에 형성되는 p형 에미터와 n형 베이스를 갖는다. 에미터 및 베이스에의 전기 접촉은 전지의 후측 상에 만들어지므로, 전측은 전기적 접촉을 갖지 않고, 광학 셰이딩이 없다. 박형 실리콘 전지는, 그 위에 또는 그것으로부터 두꺼운 재사용 가능한 실리콘 지지 웨이퍼 및/또는 라미네이팅된 유전체 백플레인에 의해 제조 공정 동안 모든 시간에 지지될 수 있다. 재사용 가능한 실리콘 지지 웨이퍼를 이용하는 공정 흐름 옵션에서, 태양 전지 후측 가공은 실리콘 지지 웨이퍼로부터 박형 실리콘 흡수층의 분리 전에 완성될 수 있다. 중요하게, 여기에 개시되는 방법 및 구조는 표준 시작 실리콘 웨이퍼를 이용하여(및 재사용 가능한 임의의 템플레이트를 사용하지 않고) 제조되는 태양 전지에 적용될 수 있다.
In addition, the exemplary fabrication methods and structures described herein are for producing high efficiency single crystal silicon solar cells having a silicon absorber thickness in the range of about 1 micron to about 100 microns (microns), although the embodiments and methods disclosed herein Can be used in solar cells using thicker absorbers based on starting silicon wafers made from CZ ingots or cast bricks. In many instances, the disclosed solar cell has a p-type emitter and an n-type base formed on the back side of the cell (in an IBC cell design). Since electrical contact to the emitter and base is made on the back side of the cell, the front side has no electrical contact and there is no optical shading. A thin silicon cell can be supported at any time during the fabrication process by a thick reusable silicon support wafer and / or a laminated dielectric backplane on or from it. In the process flow option using a reusable silicon support wafer, the solar cell backside machining can be completed prior to separation of the thin silicon absorbing layer from the silicon support wafer. Significantly, the methods and structures disclosed herein can be applied to solar cells manufactured using standard starting silicon wafers (and without the use of any reusable template).

또한, 태양 전지의 후측 상에 IBC 금속화층 및 패시베이션 및 에미터 접합을 제조 및 패터닝하기 위한 공정 흐름 대안 및 변형이 제공된다. 기재된 공정 흐름 변형은, n형 베이스 및 p형 에미터에 전기적 접촉을 만들고, 온-셀 IBC 금속화 핑거를 형성하기 위해, 인쇄 가능한 알루미늄계 금속화, 예컨대 알루미늄-실리콘 Al(Si) 합금 페이스트를 사용한다. 기재된 공정 흐름의 실시예는 더 높은 전지 효율을 얻기 위해서, 에미터 접촉(에미터 영역의 상대적으로 더 작은 부분을 커버하는) 하에 매우 무겁게 도핑된 p형 도핑된 실리콘 영역과 함께 에미터 영역의 상대적으로 큰 부분에 걸쳐 선택적으로 더 가벼운 도핑된 에미터를 야기한다.
Process flow alternatives and variations for fabricating and patterning IBC metallization layers and passivation and emitter junctions on the back side of solar cells are also provided. The described process flow variants include a printable aluminum based metallization, such as an aluminum-silicon Al (Si) alloy paste, to make electrical contact to the n-type base and p-type emitters and to form an on- use. Embodiments of the described process flow may be used to achieve higher cell efficiency by providing a relatively heavily doped p-type doped silicon region under the emitter contact (covering a relatively smaller portion of the emitter region) Lt; RTI ID = 0.0 > lighter < / RTI > doped emitter.

공정 흐름 변형은 전지의 후측 상에 인접한 접합(abutted junction) 또는 분리된 접합을 제조하기 위해 기재된다. 인접한 접합은 p형 에미터와 무겁게 도핑된 n형 접촉 사이에 작은 공간 영역을 가로질러 일어나는 도핑의 급작스런 변화도를 갖는다. 분리된 접합은 일반적으로 100 마이크로미터 미만의 거리를 갖고, p형 에미터 및 무겁게 도핑된 n형 접촉을 분리하는 낮게 도핑된 측면 갭 영역을 갖는다. 인접한 접합을 갖는 전지의 공정 흐름의 실시예는, 분리된 접합을 갖는 전지의 공정 흐름 변형과 비교하여 더 간단할 수 있다(적어도 하나의 공정 단계로); 그러나, 전지 효율은 급작스런 인접한 접합(an abrupt abutted junction)에서 소수 캐리어의 더 높은 재조합 속도에 의해 타협될 수 있다.
Process flow deformation is described to produce abutted junctions or separate junctions on the back side of the cell. Adjacent junctions have a sudden change in doping that occurs across a small void region between a p-type emitter and a heavily doped n-type contact. Separate junctions generally have a distance of less than 100 micrometers and have a low doped side-gap region separating the p-type emitter and the heavily doped n-type contact. Embodiments of the process flow of a cell having adjacent junctions can be simpler (at least one process step) as compared to process flow variations of a cell having a separate junction. However, cell efficiency can be compromised by the higher recombination rate of minority carriers at an abrupt abutted junction.

기재된 제조 공정 흐름은 깨끗한 단결정 실리콘 지지 웨이퍼로 시작한다. 웨이퍼는, 예컨대 희석된 수산화칼륨(KOH) 및 염산(HCl)과 불화수소산(HF)의 희석 혼합물을 이용하여 웨트 세정된다. 실리콘 지지 웨이퍼는 최소 또는 무시해도 될 정도의 파손의 믿을만한 기계적 처리를 가능하게 하는 시작 두께(예컨대 156 mm x 156 mm의 태양 전지에 대해서 적어도 약 150 내지 200 미크론의 두께)를 가질 수 있다.
The described manufacturing process flow begins with a clean monocrystalline silicon support wafer. The wafers are wet cleaned, for example, using a dilute mixture of diluted potassium hydroxide (KOH) and hydrochloric acid (HCl) and hydrofluoric acid (HF). The silicon support wafer may have a starting thickness (e.g., a thickness of at least about 150-200 microns for a solar cell of 156 mm x 156 mm) that allows for a reliable mechanical treatment of the disruption to a minimum or negligible.

박형 실리콘 흡수층(예컨대 약 100 마이크로미터 미만, 더욱 구체적으로 약 25 내지 75 미크론 범위 또는 더 얇은 두께를 갖는)은 실리콘 지지 웨이퍼를 통해 통과하는 포커싱된 레이저의 스캐닝을 이용함으로써 실리콘 지지 웨이퍼로부터 직접적으로 스플리팅 및 분리될 수 있다(또는 선택적으로 최종 소망되는 흡수체 두께까지 더 두꺼운 시작 웨이퍼를 에칭 백(etching back) 함으로써 형성될 수 있다).
A thin silicon absorbing layer (e.g., having a thickness of less than about 100 micrometers, more specifically, in the range of about 25 to 75 microns, or thinner) can be used to directly scan silicon supported wafers (Or alternatively may be formed by etching back a thicker starting wafer to the ultimate desired absorber thickness).

최종 실리콘 흡수층의 적어도 일부분(또는 전체)은 에피택셜 증착된 실리콘층을 함유할 수 있다. 에피택셜 실리콘층이 희생 다공성 실리콘 이중층을 갖는 실리콘 지지 웨이퍼 상에 증착되는 경우, 상대적으로 얇은(예컨대 약 20 내지 80 미크론 범위의 두께) 에피택셜 실리콘층은, 백플레인 시트의 부착을 통해 전지 가공 부분의 완성 후에 실리콘 지지 웨이퍼로부터 기계적으로 리프트 및 분리될 수 있다. 다공성 실리콘의 이중층은 실리콘 지지 웨이퍼(템플레이트라고도 함)의 일측 상에 웨트 양극성 에칭 공정에 의해 형성될 수 있다. 다공성 실리콘 이중층은, 5 마이크로미터 미만 두께의 더 높은 공극률(예컨대 약 50% 초과의 공극률)의 다공성 실리콘층의 상부 상에 5 마이크로미터 미만 두께의 더 낮은 공극률(예컨대 약 40% 미만의 공극률)의 다공성 실리콘층을 포함할 수 있다. 예컨대, 총 다공성 실리콘 이중층의 두께는 1 미크론 미만 내지 약 5 미크론까지의 범위일 수 있다. 대기압 화학 기상 증착(APCVD) 에피택셜 공정은, 예컨대 약 80 마이크로미터 미만의 두께를 갖는 에피택셜 실리콘층을 증착하기 위해 사용된다. APCVD 에피택셜 실리콘 툴(tool)은 종종 진공 기반의 증착 툴과 비교하여 저비용의 하드웨어 선택이다. 트리클로로실란(TCS)은 실리콘 전구체로 사용될 수 있다. 실리콘 지지 웨이퍼가 다공성 실리콘 이중층을 갖는 경우에, 최초 수소 프리베이크 공정 및 이후 에피택셜 증착 공정 동안, 다공성 실리콘 이중층 구조는, 이것이 우수한 에피택셜 시드 및 분리층이 되도록 하기 위해 발달 및 변형된다. 다공성 실리콘 이중층 부분(더 낮은 공극률 부분)은 더 높은 공극률의 분리층의 상부 상에 쿼시 단결정 실리콘(QMS) 층으로 변형된다. 최초 인시투 수소 프리베이크 공정(예컨대, 약 1000 ℃ 내지 1150 ℃의 웨이퍼 온도에서 수행되는) 동안, 다공성 실리콘 표면 상의 기공은 폐쇄되고(QMS 층이 형성되기 때문에) 및 다공성 실리콘 표면은 다공성 실리콘 이중층을 통해 언더라잉(underlying) 템플레이트 웨이퍼의 단결정 구조에 따르는 에피택셜 실리콘 증착에 우수한 시드로서 작용한다. 다공성 실리콘 이중층은, 실리콘 지지 웨이퍼에서 에피택셜 실리콘층으로 도펀트 및 불순물의 확산을 억제하고, 배리어로서 작용한다. 또한, 다공성 실리콘 이중층은 금속성 불순물을 포획하기 위해 개더링 싱크(gettering sink)로서 작용하여, 고효율 전지 제조를 가능하게 한다. 15 마이크로미터 미만의 두께 및 약 1×1017 cm-3 내지 1×1019 cm-3의 인시투 인 도핑 농도를 갖는 n형 전면 전계(FSF) 층은, 예컨대 약 1050 ℃ 내지 1150 ℃의 온도 범위에서 공정에서의 에피택셜 실리콘 증착 동안 TCS와 포스핀 가스(PH3)를 혼합함으로써, 우선 에피택셜 증착될 수 있다. 그 후, n형 에피택셜 베이스층은 약 30 내지 80 마이크로미터의 바람직한 범위의 총 두께까지 총 에피택셜층 두께를 증가시키기 위해 약 8×1014 cm-3 내지 약 3×1016 cm-3 범위의 인시투 인 도핑 농도로 성장된다.
At least a portion (or all) of the final silicon absorbing layer may contain an epitaxially deposited silicon layer. When the epitaxial silicon layer is deposited on a silicon support wafer having a sacrificial porous silicon bilayer, a relatively thin (e.g., a thickness in the range of about 20 to 80 microns) epitaxial silicon layer may be deposited on the silicon- And can be mechanically lifted and separated from the silicon support wafer after completion. The bilayer of porous silicon can be formed by a wet bipolar etching process on one side of a silicon support wafer (also referred to as a template). The porous silicon bilayer may have a lower porosity (e.g., less than about 40% porosity) of less than 5 micrometres thick on top of a porous silicon layer of a higher porosity (e.g., greater than about 50% porosity) A porous silicon layer. For example, the thickness of the total porous silicon bilayer may range from less than 1 micron to about 5 microns. An atmospheric pressure chemical vapor deposition (APCVD) epitaxial process is used to deposit an epitaxial silicon layer having a thickness of, for example, less than about 80 micrometers. The APCVD epitaxial silicon tool is often a low cost hardware choice compared to a vacuum based deposition tool. Trichlorosilane (TCS) can be used as a silicon precursor. In the case where the silicon support wafer has a porous silicon bilayer, during the initial hydrogen prebaking process and subsequent epitaxial deposition process, the porous silicon bilayer structure is developed and transformed to make it an excellent epitaxial seed and isolation layer. The porous silicon bilayer portion (lower porosity portion) is transformed into a quasi- monocrystalline silicon (QMS) layer on top of the higher porosity separating layer. During the initial in situ hydrogen pre-bake process (e.g., performed at a wafer temperature of about 1000 ° C to 1150 ° C), the pores on the porous silicon surface are closed (because the QMS layer is formed) and the porous silicon surface has a porous silicon bilayer Lt; RTI ID = 0.0 > epitaxial < / RTI > silicon deposition along with the single crystal structure of the underlying template wafer. The porous silicon bilayer suppresses the diffusion of dopants and impurities from the silicon supporting wafer into the epitaxial silicon layer and acts as a barrier. In addition, the porous silicon bilayer acts as a gettering sink to trap metallic impurities, enabling high-efficiency cell fabrication. An n-type front-field electric field (FSF) layer having a thickness of less than 15 micrometers and an in-situ doping concentration of between about 1 x 10 17 cm -3 and 1 x 10 19 cm -3 can be formed at a temperature of, for example, about 1050 캜 to about 1150 캜 Can be epitaxially deposited first by mixing TCS with phosphine gas (PH3) during epitaxial silicon deposition in the process. The n-type epitaxial base layer is then deposited to a thickness ranging from about 8 × 10 14 cm -3 to about 3 × 10 16 cm -3 in order to increase the total epitaxial layer thickness to a total thickness of the preferred range of about 30 to 80 micrometers Of the doping concentration.

전지 후측 상의 넓은 필드 영역에서 p형 에미터는 에피택셜 실리콘 증착 동안 인시투 형성되거나, 증착된 도핑 산화물 박막으로부터 드라이브 인 확산(drive-in diffusion)에 의해 엑스시투 형성될 수 있다. 에미터의 인시투 에피택셜 형성에서, 에피택셜 증착 공정은, 예컨대 1 마이크로미터 미만의 두께를 갖는 p형 에미터를 형성하기 위해 포스핀 가스로부터 디보란(B2H6)과 같은 p형 도펀트 가스로 변경함으로써 행해진다. 인시투 필드 에미터에서 피크 보란 표면 농도는 선택적 에미터에서 약 1×1018 cm-3 내지 1×1019 cm-3의 범위일 수 있지만, 더 높은 도핑 농도는 선택적 에미터 없이 사용될 수 있다.
In the wide field region on the back side of the cell, the p-type emitter can be formed in situ during epitaxial silicon deposition or can be ex-situ by drive-in diffusion from the deposited doped oxide thin film. In the in-situ epitaxial formation of the emitter, the epitaxial deposition process is changed from a phosphine gas to a p-type dopant gas such as diborane (B2H6) to form a p-type emitter having a thickness of, for example, . The peak borane surface concentration in the in-situ field emitter may range from about 1 x 10 18 cm -3 to 1 x 10 19 cm -3 in the selective emitter, but higher doping concentrations can be used without the optional emitter.

에미터를 형성하기 위한 엑스시투 도핑은, APCVD(예컨대, 실란 및 산소를 이용함)에 의해 증착되는, 20 내지 100 나노미터 범위의 두께를 갖는 보론 도핑된 산화물 박막으로부터 보론의 확산에 의해 수행될 수 있다. APCVD 산화물 박막은 보로실리케이트 유리(borosilicate glass, BSG) 또는 보론 도핑된 알루미늄 산화물(Al203)일 수 있다. 일반적인 보론 함량은 APCVD 보론 도핑된 산화물 막에서 약 0.5% 내지 5%이다. 또한, 50 나노미터 미만 두께의 박형 언도핑된 산화물층은, 도핑된 산화물의 하이그로스코픽 표면(hygroscopic surface)을 캡슐화하기 위해 도핑된 산화물의 상부 상에 증착될 수 있다. APCVD 산화물의 두께와 함께 오버라잉(overlying) 후속 APCVD 산화물막의 두께는, 고체원(solid source) 도핑 및 후측 패시베이션의 필요 조건을 충족하면서, 최대 후측 광학 (IR) 반사율에 최적화될 수 있다. 보론의 확산 또는 드라이브 인은 고온 열 어닐링 및 산화 공정으로 로에서 수행될 수 있다. 로 어닐링 온도 및 시간은 필드 에미터의 도핑 및 확산을 최적화하도록 세팅된다. 로 어닐링 공정에서 온도 및 시간은 질소 (N2) 분위기 하에서 10 내지 90분 이후 선택적으로 산소 (02) 분위기 하에서 5 내지 15분 동안 약 900 ℃ 내지 1150 ℃의 범위이다. 엑스시투 필드 에미터의 피크 보란 표면 농도는, 선택적 에미터에서 드라이브인 확산 후 1×1018 cm-3 내지 1×1019 cm-3의 범위이지만, 더 높은 도핑 농도는 선택적 에미터 없이 사용될 수 있다.
Ex-situ doping to form an emitter can be performed by diffusion of boron from a boron-doped oxide film having a thickness in the range of 20 to 100 nanometers, deposited by APCVD (e.g., using silane and oxygen) have. The APCVD oxide thin film may be borosilicate glass (BSG) or boron doped aluminum oxide (Al 2 O 3). Typical boron content is about 0.5% to 5% in the APCVD boron doped oxide film. A thinned undoped oxide layer less than 50 nanometers thick may also be deposited on top of the doped oxide to encapsulate the hygroscopic surface of the doped oxide. The thickness of the subsequent APCVD oxide film overlying the APCVD oxide thickness can be optimized for maximum backside optical (IR) reflectance while meeting the requirements of solid source doping and back passivation. The diffusion or drive of boron can be performed in a furnace with a high temperature thermal annealing and oxidation process. The annealing temperature and time are set to optimize the doping and diffusion of the field emitter. The temperature and time in the annealing process range from about 900 DEG C to 1150 DEG C for 10 to 90 minutes in a nitrogen (N2) atmosphere and optionally in an oxygen (02) atmosphere for 5 to 15 minutes. The peak boron surface concentration of the X-situ field emitter ranges from 1 × 10 18 cm -3 to 1 × 10 19 cm -3 after drive diffusion in the selective emitter, but higher doping concentrations can be used without the optional emitter have.

또한, APCVD 산화물 박막은 에미터 상에 전지 후측 패시베이션층으로 작용할 수 있다. 패시베이션에 대해서, 자연적인 내부의 네거티브 고정 전하(natural internal negative fixed charge)를 갖는 알루미늄 산화물(Al203 또는 비화학량론적 AlOx)은, 전자가 소수 전류 캐리어(minority current carriers)인 언더라잉 p형 에미터의 향상된 전계 효과 패시베이션을 가능하게 할 수 있다. 고온 어닐링 및 단시간 열 산화는 APCVD 막의 밀도를 높이고, 패시베이션을 더 개선하기 위해 계면을 산화시킨다.
In addition, the APCVD oxide thin film can act as a cell rear passivation layer on the emitter. For passivation, aluminum oxide (Al2O3 or non-stoichiometric AlOx) with a natural internal negative fixed charge is a well-known example of an underlying p-type emitter in which electrons are minority current carriers Thereby enabling enhanced field effect passivation. High temperature annealing and short time thermal oxidation oxidize the interface to increase the density of the APCVD film and further improve the passivation.

패터닝된 에미터 형성은, 확산 어닐링(엑스시투 에미터를 갖는 전지에서) 전에 산화물층을 패터닝하기 위해 APCVD 보론 도핑된 산화물막의 펄스(예컨대 피코세컨 또는 펨토세컨) 레이저 제거에 의해, 또는 에피택셜 성장된 보론 도핑된 인시투 에미터(에미터가 실리콘 에피택시 동안 인시투로 형성되는 경우에)의 펄스 레이저 제거에 의해 수행될 수 있다. 펄스 레이저 툴은 열에 영향을 받는 영역(Heat-Affected Zone, HAZ)을 최소화하기 위해 피코세컨 또는 펨토세컨 레이저 펄싱할 능력을 가질 수 있다. "저온(cold)" 펄스된 피코세컨 또는 펨토세컨 레이저 제거 공정은 레이저 제거 공정 동안 도펀트의 실리콘으로 확산을 방지하고, HAZ의 형성을 최소화한다. 레이저 제거 공정은, 더욱 비싼 리소그래피 및 웨트 에칭 패터닝 공정과 비교하여 대부분의 소모품의 사용을 없애고, 더 적은 전지 제조 공정 단계를 가능하게 한다.
Patterned emitter formation may be achieved by pulsed (e.g., picosecond or femtosecond) laser ablation of the APCVD boron doped oxide film to pattern the oxide layer prior to diffusion annealing (in a cell having an X-ray emitter), or by epitaxial growth Doped in-situ emitter (when the emitter is formed in situ during the silicon epitaxy). Pulsed laser tools can have the ability to pulse picosecond or femtosecond laser pulses to minimize Heat-Affected Zone (HAZ). A "cold" pulsed pico second or femtosecond laser ablation process prevents diffusion of the dopant to silicon during the laser ablation process and minimizes the formation of HAZ. The laser ablation process eliminates the use of most consumables and enables fewer battery manufacturing process steps compared to the more expensive lithography and wet etch patterning processes.

전지의 후측 상에 n형 베이스 접촉의 도핑은, 예컨대 인쇄되거나 또는 APCVD에 의해 증착되는 도핑된 산화물로부터 인의 확산에 의해 수행될 수 있다. APCVD에서, 예컨대 약 20 내지 100 나노미터 범위의 두께를 갖는 증착된 막은, 인 실리케이트 유리(PSG: 이것은 인으로 도핑된 실리콘 디옥시드임) 또는 인 도핑된 Al203 (또는 AlOx)일 수 있다. 인 함량은 인 도핑된 산화물에서 약 3% 내지 7%의 범위일 수 있다. 또한, 50 나노미터 미만 두께의 박형 언도핑된 산화물(실리콘 디옥시드 및/또는 알루미늄 산화물) 캡층은 APCVD 도핑된 산화물의 하이그로스코픽 표면을 캡슐화하기 위해 APCVD 도핑된 산화물의 상부 상에 증착될 수 있다. 피크 표면 인 농도는 드라이브 인 확산 후에 베이스 접촉에서 약 3×1019 cm-3 (예컨대 적어도 1×1020 cm-3) 초과일 수 있다. 인쇄-기반의 가공에서, 이용 가능한 페이스트(또는 잉크)는 예컨대 도핑된 PSG 실리케이트 페이스트(또는 잉크)이다. 직접 패턴 인쇄의 선택적 툴은 스크린 인쇄, 잉크젯 인쇄, 에어로졸젯 인쇄, 또는 레이저 트랜스퍼 인쇄를 포함한다. PSG 페이스트가 APCVD의 대안으로 직접 패턴 인쇄되는 경우, 레이저 패턴 가공 단계는, 제조 공정 흐름의 비용을 잠재적으로 감소시키기 위해 제거될 수 있다.
Doping of the n-type base contact on the back side of the cell can be performed by diffusion of phosphorus from a doped oxide that is deposited, for example, by printing or APCVD. In APCVD, for example, a deposited film having a thickness in the range of about 20 to 100 nanometers may be a phosphorous silicate glass (PSG: this is phosphorus doped silicon dioxide) or phosphorus doped Al203 (or AlOx). The phosphorus content may range from about 3% to 7% in the phosphorus doped oxide. In addition, a thin undoped oxide (silicon dioxide and / or aluminum oxide) cap layer of less than 50 nanometers thick may be deposited on top of the APCVD doped oxide to encapsulate the hygroscopic surface of the APCVD doped oxide . The peak surface concentration may be greater than about 3 x 10 19 cm -3 (eg, at least 1 x 10 20 cm -3 ) at the base contact after diffusion of the drive. In print-based processing, the available paste (or ink) is, for example, a doped PSG silicate paste (or ink). Optional tools for direct pattern printing include screen printing, inkjet printing, aerosol jet printing, or laser transfer printing. When the PSG paste is directly pattern printed as an alternative to APCVD, the laser pattern processing step can be eliminated to potentially reduce the cost of the manufacturing process flow.

엑스시투 에미터를 갖는 전지의 베이스 및 에미터 접합의 분리는, 배치 로 어닐링 전에, 실리콘과 접촉되는 인 도핑된 산화물 주변에 실리콘 영역 상에 언도핑된 산화물층의 패터닝된 얼라인먼트에 의해 수행될 수 있다. APCVD 언도핑된 산화물은 확산 배리어로서 작용하고, 베이스 확산과 에미터 접합 사이의 얇게 도핑된 공간 영역 또는 측면 갭을 유지하기 위해 실리콘으로 도펀트의 확산을 막는다. 언도핑된 산화물층은 APCVD 언도핑된 실리케이트 유리 (USG) 또는 APCVD 언도핑된 Al203 (또는 AlOx), 또는 이들의 조합일 수 있다. 또한, 언도핑된 산화물은 인쇄된 USG 실리케이트 페이스트(또는 잉크)일 수 있다. 직접 패턴 인쇄의 선택적 툴은 스크린 인쇄, 잉크젯 인쇄, 에어로졸젯 인쇄, 또는 레이저 트랜스퍼 인쇄를 포함한다. USG 페이스트가 APCVD 언도핑된 산화물의 대안으로 직접 패턴 인쇄되는 경우, 레이저 패턴 가공 단계는, 더 낮은 제조 비용을 잠재적으로 확립하기 위해 제거될 수 있다.
The separation of the base and emitter junctions of the cell with the X-situ emitter can be performed by patterned alignment of the undoped oxide layer on the silicon region around the phosphorus doped oxide in contact with silicon prior to annealing in batch have. The APCVD undoped oxide acts as a diffusion barrier and prevents diffusion of the dopant into the silicon to maintain a thinly doped space region or side gap between the base diffusion and the emitter junction. The undoped oxide layer may be APCVD undoped silicate glass (USG) or APCVD undoped Al2O3 (or AlOx), or a combination thereof. In addition, the undoped oxide may be a printed USG silicate paste (or ink). Optional tools for direct pattern printing include screen printing, inkjet printing, aerosol jet printing, or laser transfer printing. If the USG paste is directly pattern printed as an alternative to the APCVD undoped oxide, the laser patterning step can be removed to potentially establish a lower manufacturing cost.

인시투 에미터를 이용하는 전지에서, 고온 로 어닐링은 에피택셜 보론 에미터의 확산 및 재분산을 방지하기 위해 사용되지 않을 수 있다. 인시투 에미터를 갖는 전지에서, 고온 레이저 제거 공정(예컨대 펄스 나노세컨 레이저 툴을 이용하는)은 도핑된 산화물을 동시에 제거하고, 베이스 접촉 영역으로 도펀트(예컨대 PSG로부터 인)를 드라이브 인하기 위해 접촉 개방 동안 사용될 수 있다. 인시투 에미터를 이용하는 전지에서 베이스 및 에미터 접합의 분리는 보론 도핑된 실리콘의 저온 펄스 레이저 제거 동안 개구부를 오버사이즈 한 후 고온 레이저 제거 동안 오버라잉 인 도핑된 산화물에서 더 작은 우묵한 베이스 접촉 개구부를 제조함으로써 수행될 수 있다.
In cells using an in-situ emitter, high temperature annealing may not be used to prevent diffusion and redispersion of the epitaxial boron emitter. In a cell with an in-situ emitter, a high-temperature laser ablation process (e.g., using a pulsed nano-second laser tool) simultaneously removes the doped oxide and exposes contact openings to drive the dopant (e.g., from PSG) ≪ / RTI > The separation of the base and emitter junctions in a cell using an in-situ emitter can be accomplished by oversizing the openings during the low temperature pulsed laser removal of boron doped silicon and then by using a smaller recessed base contact opening in the overlying doped oxide ≪ / RTI >

주요 에미터 영역의 도핑과 비교하여 에미터 접촉의 더 높은 도핑과 함께 선택적 에미터(더 가벼운 보론 도핑된 에미터)의 사용은, 에미터에 접촉 저항을 낮추고, 에미터 패시베이션을 개선하고, 태양 전지 효율을 증가시킬 수 있다. 4개의 예시적인 방법이 선택적 에미터를 실행하기 위해 제공된다. 하나의 방법은, 접촉 개방 동안 보론 도핑된 산화물(APCVD BSG)의 고온 레이저 제거(예컨대 펄스 나노세컨 레이저 가공을 이용함)를 포함한다. BSG로부터 보론은 보론 도핑된 산화물(BSG)의 고온 제거 동안 동시에 에미터 접촉으로 드라이빙된다.
The use of selective emitters (lighter boron-doped emitters) with higher doping of the emitter contacts, as compared to doping of the main emitter regions, reduces contact resistance to the emitters, improves emitter passivation, The battery efficiency can be increased. Four exemplary methods are provided for implementing an optional emitter. One method includes high temperature laser ablation of boron doped oxide (APCVD BSG) during contact opening (e.g., using pulsed nano-second laser processing). Boron from BSG is driven to emitter contact simultaneously during high temperature removal of boron doped oxide (BSG).

엑스시투 에미터를 이용하는 제2 가공 방법은, 전지 후측 상에 약 20 내지 100 나노미터 범위 두께 및 약 6 내지 10%의 상대적으로 높은 보론 함량을 갖는 제2 APCVD 보론 도핑된 산화물(APCVD BSG)층을 증착하고, 이러한 제2 BSG 층은 언더라잉 제1 APCVD 보론 도핑된 산화물층에 패터닝된 개구부를 통해 선택적으로 언더라잉 실리콘과 접촉하게 되고, 그 후 주요한 덜 무겁게 도핑된 필드 에미터(대부분의 에미터 영역을 커버함) 및 더욱 무겁게 도핑된 에미터 접촉(에미터 영역의 더 작은 부분을 커버함)을 형성하기 위해 실리콘으로 보론을 동시에 드라이브 인하도록 고온 로 어닐링을 이용하는 것을 포함한다. 약 50 나노미터 미만 두께의 박형 언도핑된 산화물층은 도핑된 산화물의 하이그로스코픽 표면을 캡슐화하기 위해 도핑된 산화물의 상부 상에 증착될 수 있다. 이러한 도식에서, 제2 APCVD 보론 도핑된 산화물 (BSG)층에 더 높은 보론 함량은 3×1019 cm-3(예컨대, 적어도 1×1020 cm-3) 초과의 피크 표면 보론 농도를 갖는 에미터 접촉 상에 더 높은 도핑 농도를 얻기 위해 최적화된다.
A second processing method using the X-situ emitter is a second APCVD boron doped oxide (APCVD BSG) layer having a thickness in the range of about 20 to 100 nanometers on the rear side of the cell and a relatively high boron content of about 6 to 10% And this second BSG layer is selectively in contact with the underlying silicon through the patterned openings in the underlying first APCVD boron doped oxide layer and then the major less heavily doped field emitter (To cover a smaller area of the emitter region) and to drive the boron to silicon simultaneously to form a heavily doped emitter contact (covering a smaller portion of the emitter region). A thin undoped oxide layer less than about 50 nanometers thick may be deposited on top of the doped oxide to encapsulate the high-grayscopic surface of the doped oxide. In this scheme, the emitter having a first 2 APCVD boronic higher boron content of the boron peak surface concentration of greater than 3 × 10 19 cm -3 (e.g., at least 1 × 10 20 cm -3) on the doped oxide (BSG) layer emitter And is optimized to obtain a higher doping concentration on the contact.

전지 후측 상에 산화물층이 증착, 패터닝, 또는 인쇄된 후, 및 미리 고안된 에미터 및 베이스 패턴에 따라 도펀트(보론 및 인)의 확산을 로 드라이브 인한 후, 및 에미터 및 베이스 영역과 개구부의 접촉을 위해 산화물층의 최종 레이저 제거 공정 후, 알루미늄계 페이스트, 예컨대 Al(Si) 합금(상대적으로 적은 실리콘 함량, 예컨대 약 1% 내지 20중량%의 실리콘 함량, 일부 예에서 12% 미만의 실리콘 함량을 갖는 알루미늄을 대부분 포함하는) 페이스트 핑거 라인은 에미터 및 베이스 접촉 개구부 상에 직접 얼라이닝 및 인쇄된다. 인쇄된 Al(Si) 핑거 라인의 두께는 약 30 마이크로미터 미만(예컨대 약 1 마이크로미터 내지 약 15 마이크로미터 범위)일 수 있다. 직접 패턴 인쇄의 선택적 툴은 스크린 인쇄, 잉크젯 인쇄, 에어로졸젯 인쇄, 또는 레이저 트랜스퍼 인쇄를 포함한다. 고효율 IBC 전지의 Al(Si) 페이스트는 실리콘 흡수층으로 스파이킹 및 후 인쇄 열 어닐링 가공 동안 언더라잉 실리콘 접촉에서 실리콘과 알루미늄의 혼합을 최소화하기 위해, 1% 내지 20%(예컨대 약 1% 내지 3%의 범위)의 실리콘 함량(Al-Si 합금 입자로서 알루미늄 입자 내에 임베딩 및 합금되거나 또는 실리콘 입자로 알루미늄 입자와 혼합되는)을 갖는 고순도 알루미늄 입자를 가질 수 있다.
After the oxide layer is deposited, patterned, or printed on the back side of the cell, and after driving the diffusion of the dopant (boron and phosphorus) according to a previously designed emitter and base pattern, and after contact of the emitter and base region with the openings (A relatively low silicon content, for example, a silicon content of about 1% to 20% by weight, and in some cases, a silicon content of less than 12%, after the final laser removal process of the oxide layer for the oxide layer) The paste finger line (which contains most of the aluminum it has) is aligned and printed directly on the emitter and base contact openings. The thickness of the printed Al (Si) finger line may be less than about 30 micrometers (e.g., in the range of about 1 micrometer to about 15 micrometers). Optional tools for direct pattern printing include screen printing, inkjet printing, aerosol jet printing, or laser transfer printing. The Al (Si) paste of the high-efficiency IBC cell is a silicon absorbent layer that is between 1% and 20% (e.g., between about 1% and 3%) to minimize mixing of silicon and aluminum at the under-silicon contact during spiking and post- Purity aluminum particles having a silicon content in the range of from 0.1 to 20 wt% (Al-Si alloy particles embedded and alloyed in aluminum particles or mixed with aluminum particles as silicon particles).

또한, 실리콘 없이 오직 알루미늄(Al-only) 페이스트는 Al(Si) 페이스트(실리콘 접촉과 직접적으로 접촉하지 않는 오직 Al 페이스트를 갖는) 상에 직접 얼라이닝 및 인쇄될 수 있다. 오직 Al 페이스트 인쇄 패턴은 언더라잉 Al(Si) 핑거 패턴에 맞춘 핑거 라인일 수 있고, 또는 백플레인의 레이저 드릴링된 홀로 얼라이닝된 패드일 수 있다. 오직 Al 페이스트는 백플레인의 홀의 레이저 드릴링을 중단하고, 라인 저항을 감소시키고, 백플레인 금속화에 대한 접촉 저항을 감소시키는 것을 도울 수 있다. 상기 형태의 오직 Al 핑거 라인 또는 패드의 두께는 약 25 마이크로미터 미만이 되도록 선택될 수 있다.
Also, without silicon, only the Al-only paste can be aligned and printed directly on an Al (Si) paste (having only Al paste that does not directly contact the silicon contact). Only the Al paste print pattern may be a finger line tailored to an underlying Al (Si) finger pattern, or it may be a laser drilled, hollaized pad of a backplane. Only Al paste can help to stop laser drilling of holes in the backplane, reduce line resistance, and reduce contact resistance to backplane metallization. The thickness of the Al finger lines or pads of this type may be selected to be less than about 25 micrometers.

인쇄 후, Al(Si) 페이스트 오직 Al 페이스트는 용매를 건조 또는 증발시키고, 바인더를 번 아웃(burn-out)하고, 낮은 라인 저항(line resistance)을 위해 소결하도록 열 어닐링될 수 있다.
After printing, Al (Si) paste only Al paste can be thermally annealed to dry or vaporize the solvent, burn-out the binder, and sinter for low line resistance.

선택적 에미터(에미터 영역의 더 큰 부분을 설명하는 주요 에미터 영역의 가벼운 보론 도핑 및 에미터 영역의 더 작은 부분을 설명하는 에미터 접촉 영역의 무거운 보론 도핑을 갖는)를 형성하는 제3 및 제4 방법은 인쇄된 Al(Si) 페이스트로부터 알루미늄의 열 공융 혼합(thermal eutectic mixing)을 포함한다. 알루미늄은 실리콘에서 p형 도펀트이고, 선택적 에미터 구조 및 공정의 일부로 무겁게 도핑된 에미터 접촉 영역을 제조하기 위해 사용될 수 있다.
The third and fourth portions forming a selective emitter (with a light boron doping in the main emitter region describing a larger portion of the emitter region and a heavy boron doping in the emitter contact region to account for a smaller portion of the emitter region) The fourth method involves thermal eutectic mixing of aluminum from printed Al (Si) paste. Aluminum is a p-type dopant in silicon and can be used to fabricate heavily doped emitter contact regions as part of selective emitter structures and processes.

선택적 에미터 구조물에서 무겁게 도핑된 접촉을 형성하기 위한 제3 방법은, 베이스 상의 Al(Si) 페이스트와 비교하여 더 높은 온도(알루미늄-실리콘의 공융 온도 이상)까지 에미터 접촉(패터닝된 어닐링) 상에 Al(Si) 페이스트를 선택적으로 가열하기 위해 펄스 레이저 빔, 예컨대 펄스 나노세컨 레이저 빔을 사용한다. 에미터 접촉 위에 Al(Si) 상의 더 높은 온도(이러한 영역 상의 펄스 나노세컨 레이저 조사 때문에)는 언더라잉 실리콘 에미터 접촉 영역에서 알루미늄에 의해 무거운 p+ 도핑을 야기할 것이다. 실리콘에서 현저한 알루미늄 도핑에서, Al(Si) 페이스트와 언더라잉 실리콘 사이 계면의 온도는 알루미늄-실리콘 공융 온도에 가깝거나 더 높을 필요가 있고, 이는 약 577 ℃이다.
A third method for forming heavily doped contacts in selective emitter structures is to use an emitter contact (patterned anneal) phase to a higher temperature (above the eutectic temperature of the aluminum-silicon) compared to an Al (Si) A pulsed laser beam, for example, a pulsed nano-second laser beam, is used to selectively heat the Al (Si) paste. The higher temperature on the Al (Si) over the emitter contact (due to the pulse nano second laser irradiation on this region) will cause heavy p + doping by the aluminum in the underlying silicon emitter contact region. In a significant aluminum doping in silicon, the temperature at the interface between the Al (Si) paste and the underlying silicon needs to be close to or higher than the aluminum-silicon eutectic temperature, which is about 577 ° C.

덜 무겁게 도핑된 선택적 에미터와 함께 무겁게 도핑된 에미터 접촉을 형성하기 위한 제4 방법은 Al(Si) 페이스트의 이중 인쇄 및 이중 어닐링에 의한다. 이 방법에서, Al(Si) (또는 잉크)는 에미터 접촉 개구부(더 높은 온도, 예컨대 알루미늄-실리콘의 공융 온도보다 높은 온도에서) 상에 우선 인쇄 및 어닐링된다. 그 후, 제2 Al(Si)는 베이스 접촉 개구부 상에 인쇄 및 어닐링된다(더 낮은 온도, 예컨대 알루미늄-실리콘의 공융 온도보다 살짝 낮은 온도에서). 2개의 어닐링을 이용하는 에미터 접촉 상의 Al(Si)의 총 열 예산이 더 높아지고, 이는 선택적으로 도핑된 에미터와 함께 더욱 무겁게 도핑된 접촉 영역을 형성하기 위해 더욱 그리고 무겁게 알루미늄 도핑을 야기할 수 있다(주요 에미터 영역에서 더 가벼운 도핑과 함께). 또한, 에미터 상에 Al(Si)를 갖는 제1 어닐링은, 일반적으로 600 ℃ 미만, 종종 577 ℃의 알루미늄-실리콘 공융 온도 미만인 제2 어닐링과 비교하여 에미터 접촉(P++ 무겁게 도핑된 에미터 접촉을 형성하기 위해)의 더욱 무거운 알루미늄 도핑을 위해 더 높은 온도, 예컨대 약 577 ℃ 내지 650 ℃의 온도에서 수행될 수 있다.
A fourth method for forming heavily doped emitter contacts with less heavily doped selective emitters is by double printing and double annealing of Al (Si) paste. In this method, Al (Si) (or ink) is first printed and annealed on the emitter contact openings (at a higher temperature, e.g., at a temperature higher than the eutectic temperature of the aluminum-silicon). The second Al (Si) is then printed and annealed on the base contact opening (at a lower temperature, e.g., slightly lower than the eutectic temperature of the aluminum-silicon). The total thermal budget of Al (Si) on the emitter contact using the two anneals is higher, which can cause more and heavier aluminum doping to form a heavily doped contact region with the selectively doped emitter (With lighter doping in the main emitter region). In addition, the first anneal with Al (Si) on the emitter has an emitter contact (P < ++ > heavily doped emitter contact), typically less than 600 < 0 > C, For example, at a temperature of about 577 [deg.] C to 650 [deg.] C for a heavier aluminum doping of the catalyst (e.g.

Al(Si) 페이스트 및 선택적 오직 Al 페이스트의 인쇄 및 어닐링 후, 실리콘 흡수층 상의 전지 후측의 가공이 완료될 수 있다. 다음으로, 백플레인 시트(예컨대 약 20 내지 300 마이크로미터 범위의 두께를 갖는, 예컨대 50 내지 100 마이크로미터 범위의 프리프레그 시트)는 전지 후측 상에 얼라이닝, 영구 라미네이팅 및 경화된다. 적합한 특성(열팽창계수, 열 및 화학 안정성 등)을 갖는 저비용(및 실리콘과 비교하여 매우 낮은 비용) 전기 절연 백플레인 물질은 전지의 후측 상에 우수한 접착성을 위해 및 실리콘에 기계적 스트레스를 줄이기 위해 선택된다. 전기 도전성이 없는 백플레인 물질은 에미터 및 베이스 금속화의 전기 단락을 방지하고, 이중 레벨의 전지 금속화 구조가 가능하도록 선택된다. 선택적인 백플레인 물질은, 실리콘의 CTE(예컨대 약 2 내지 5 ppm/℃의 백플레인 시트 물질 CTE)에 근접한 상대적으로 낮은 평면내 열팽창계수(CTE)를 가지고, 실리콘 전지 상의 계면에서 일부 유연성/탄력성을 포함하는 적어도 약간의 탄력적이고/유연할 수 있는 컴포지트, 페이스트, 및/또는 유연한 폴리머의 수지 및 플라스틱을 포함한다. 또한, 박형 실리콘 태양 전지의 후 백플레인 라미네이션 가공에서, 백플레인 물질은, 내화학성을 가지고, 실리콘의 세정 및 텍스처링을 위한 웨트 화학과 양립 가능하고, 진공 플라즈마 향상된 화학 기상 증착(PECVD) 공정에서 적어도 200 ℃ 내지 300 ℃까지 열안정성 및 내성이 있고, 비아 홀을 제조하기 위해 레이저 드릴링과 양립 가능하고, 마지막으로 산업-표준 태양 모듈 신뢰성 및 안전 요건을 충족시키도록 선택된다.
After printing and annealing of the Al (Si) paste and the selective only Al paste, processing of the rear side of the battery on the silicon absorbing layer can be completed. Next, a backplane sheet (e.g., a prepreg sheet having a thickness in the range of about 20 to 300 micrometers, e.g., in the range of 50 to 100 micrometers) is aligned, permanently laminated, and cured on the back side of the cell. Low cost (and very low cost compared to silicon) electrically insulated backplane materials with suitable properties (such as thermal expansion coefficient, thermal and chemical stability, etc.) are selected for good adhesion on the back side of the cell and to reduce mechanical stress on the silicon . Backplane materials without electrical conductivity are chosen to prevent electrical shorting of the emitter and base metallization and to enable a dual level of battery metallization structure. The optional backplane material has a relatively low in-plane thermal expansion coefficient (CTE) close to the CTE of silicon (e.g., backplane sheet material CTE of about 2 to 5 ppm / 占 폚) and includes some flexibility / resilience at the interface on the silicon cell At least some resilient / flexible plastic, paste, and / or flexible polymer resins and plastics. Further, in the post-backplane lamination process of thin silicon solar cells, the backplane material is chemically resistant, compatible with wet chemistry for cleaning and texturing of silicon, and is at least 200 [deg.] C Thermal stability and tolerance up to 300 ° C, compatible with laser drilling to make via holes, and finally selected to meet industry-standard solar module reliability and safety requirements.

실리콘 상에 백플레인의 라미네이션 및 경화 후, 적당한 레이저(예컨대 펄스 레이저원)는 박형 실리콘 전지의 에지 보더(edge borders)를 정의하고 스크라이브/커팅하기 위해 사용된다. 또한, 레이저는 실리콘 지지 웨이퍼(재사용 가능한 웨이퍼/템플레이트를 이용하는 경우)로부터 리프트 오프 및 분리되는 박형 실리콘 전지의 에지 보더를 정의할 것이다.
After laminating and curing the backplane on the silicon, a suitable laser (e.g., a pulsed laser source) is used to define and scribe / cut the edge borders of the thin silicon cell. In addition, the laser will define the edge borders of the thin silicon cells that are lifted off and separated from the silicon support wafer (when using a reusable wafer / template).

태양 전지용 벌크 웨이퍼(예컨대 CZ 웨이퍼)를 이용하는 경우, 리프트 오프 분리 공정이 없고, 재사용 가능한 템플레이트가 없다. 시작 웨이퍼는 임의의 재사용 없이 태양 전지 흡수체로 작용한다.
When a bulk wafer for a solar cell (for example, a CZ wafer) is used, there is no lift-off separation step, and there is no reusable template. The starting wafer acts as a solar cell absorber without any reuse.

재사용 가능한 웨이퍼/템플레이트 공정의 경우에, 분리 공정 및 툴은 실리콘 웨이퍼 템플레이트로부터 직접적으로 박형 실리콘층의 레이저 스플리팅에 의할 수 있다. 리프트 오프 동안 박형 실리콘의 분리는, 투과 가능한 포커싱된 스캐닝 레이저 툴에 의해 스플리팅되는 실리콘 지지 웨이퍼 내의 평면에서 일어난다.
In the case of a reusable wafer / template process, the separation process and tool can be done by laser splitting of the thin silicon layer directly from the silicon wafer template. The separation of the thin silicon during lift off occurs in a plane in the silicon support wafer that is splitted by a transmissive, focused scanning laser tool.

또는, 실리콘 지지 웨이퍼(재사용 가능한 템플레이트) 상의 다공성 실리콘 이중층 상의 에피택셜 실리콘층의 경우, 분리 공정은, 예컨대 실리콘 지지 웨이퍼 측 상의 하나의 진공-클램프(또는 정전기 클램프) 척(chuck), 및 에피택셜 실리콘의 백플레인 지지체 상의 제2 진공-클램프(또는 정전기 클램프) 척을 가지고, 그 후 실리콘 지지 웨이퍼로부터 박형 실리콘을 기계적으로 리프트 오프하는 것에 의할 수 있다. 리프트 오프 분리 동안 에피택셜 실리콘 흡수체를 갖는 라미네이팅된 태양 전지의 분리는 재사용 가능한 템플레이트를 갖는 더 높은 공극률의 다공성 실리콘 계면에서 일어난다.
Alternatively, in the case of an epitaxial silicon layer on a porous silicon bilayer on a silicon support wafer (reusable template), the isolation process may be performed using a single vacuum-clamp (or electrostatic clamp) chuck, for example on the silicon support wafer side, A second vacuum-clamp (or electrostatic clamp) chuck on the silicon back plane support, and then mechanically lifting off the thin silicon from the silicon support wafer. The separation of a laminated solar cell having an epitaxial silicon absorber during lift-off separation occurs at a higher porosity porous silicon interface with a reusable template.

백플레인 라미네이팅된 박형 실리콘 태양 전지의 분리 후에, 실리콘 웨이퍼 지지체는 일련의 다중 재사용 사이클에서 다음 재사용을 위해 정비(reconditioned)/세정될 수 있다. 정비 및 세정 가공은 에지 그라인딩 및 폴리싱, 표면 그라인딩 및 폴리싱 및/또는 웨트 세정 중 하나 또는 조합을 포함할 수 있다. 템플레이트 정비/세정 후에, 실리콘 지지 웨이퍼(또는 템플레이트)는 다른 태양 전지를 제조하기 위해 재사용된다. 태양 전지 제조 비용은 실리콘 웨이퍼 지지체(또는 템플레이트)의 템플레이트 재사용의 수를 증가시킴으로써 더 감소될 수 있다.
After separation of the backplane laminated thin silicon solar cell, the silicon wafer support can be reconditioned / cleaned for subsequent reuse in a series of multiple reuse cycles. Maintenance and cleaning may include one or a combination of edge grinding and polishing, surface grinding and polishing and / or wet cleaning. After template maintenance / cleaning, the silicon supporting wafer (or template) is reused to make another solar cell. The solar cell manufacturing cost can be further reduced by increasing the number of template reuse of the silicon wafer support (or template).

라미네이션 및 분리 후(재사용 가능한 템플레이트에 근거한 에피택셜 실리콘 태양 전지 또는 레이저-스플리트 태양 전지의 경우에), 또는 임의의 분리 없이(재사용 가능한 웨이퍼 없이) 태양 전지 흡수체로 동일한 시작 웨이퍼를 이용하여 제조된 태양 전지를 위한 라미네이션 후, 실리콘 태양 전지의 전측은 알칼리성(예컨대 KOH 또는 NaOH를 포함함)으로 웨트 에칭/텍스처링되고, 세정된다. 산업 표준 웨트 화학 용액은 표면 텍스처링 및 세정에 사용될 수 있다. 예컨대, HF 침지, 탈이온 웨이퍼(DI) 린싱, 고온의 KOH 및 적당한 계면활성제(예컨대 IPA)의 용액으로 텍스처링 에칭 및 DI 린싱의 웨트 공정 시퀀스는, 실리콘 에칭을 야기하고, 임의의 피라미드형 텍스처링된 표면을 형성한다. 웨트 에칭 텍스처링 후, 린싱, 희석된 HF/HCl 용액(또는 다른 입증된 표면 세정 화학 물질, 예컨대 이른바 RCA 세정)으로 세정, 최종 DI 린싱 및 건조의 웨트 공정 시퀀스는, 이후 패시베이션이 준비되는 세정된 표면을 만든다. 일부 경우에, 텍스처링된 실리콘 표면의 세정, 린싱 및 건조의 최적화는 우수한 표면 패시베이션을 얻는데 중요할 수 있다.
After lamination and separation (in the case of an epitaxial silicon solar cell or a laser-split solar cell based on a reusable template), or without any separation (without reusable wafers) After lamination for the solar cell, the front side of the silicon solar cell is wet etched / textured with alkalinity (including, for example, KOH or NaOH) and cleaned. Industry standard wet chemical solutions can be used for surface texturing and cleaning. For example, a wet process sequence of texturing and DI rinsing with a solution of HF dipping, deionized wafer (DI) rinsing, hot KOH and a suitable surfactant (such as IPA) results in silicon etching and any pyramidal- To form a surface. After the wet etch texturing, the wet process sequence of cleaning, final DI rinsing and drying with rinsing, diluted HF / HCl solution (or other proven surface cleaning chemicals, such as RCA cleaning) Lt; / RTI > In some cases, optimization of cleaning, rinsing, and drying of the textured silicon surface may be important to achieve good surface passivation.

그 후, 전지의 텍스처링 및 세정된 전측은 반사 방지(AR) 및 표면 패시베이션(매우 낮은 표면 재조합 속도를 야기함)에 최적화된 PECVD 박막에 의해 코팅될 수 있다. PECVD 공정 온도는 백플레인 지지 물질(예컨대 ≤300 ℃의 온도에서)의 열 안정성과 양립되도록 충분히 낮은 온도에서 선택될 수 있다. 제1 증착은, 결정 실리콘 상에 향상된 표면 패시베이션(감소된 표면 재조합 속도)을 위한 헤테로접합 계면을 형성하기 위해 고유한 (언도핑된) 비정질 실리콘 (α-Si:H), 비정질 실리콘 산화물 (α-SiOx:H), 또는 비정질 실리콘 옥시카바이드 (α-SiOxCy:H) 층(예컨대, 약 1 nm 내지 5 나노미터 범위의 두께를 갖는 것)이다. 그 후, 이러한 제1층의 증착은 계면의 결함 상태 밀도 (Dit)를 최소화하도록 최적화될 수 있다. 제2 증착은 향상된 전면 패시베이션 품질 및 안정성을 위해 최적화되는 약 0.001-0.1 Siemens/cm 범위의 전기 전도성을 갖는 n형(인 도핑된) 비정질 실리콘(α-Si:H), 비정질 실리콘 산화물 (α-SiOx:H), 또는 비정질 실리콘 옥시카바이드 (α-SiOxCy:H) (두께 < 10 나노미터)이다. 이러한 넓은 밴드갭 도핑된 제2층은, 표준 비정질 실리콘, α-Si:H에 공통 이슈인 청색 파장(400-600 나노미터)에서 감소된 광학 흡수를 가능하게 할 수 있다. 제3 및 최종층은 언더라잉 n형 결정 실리콘 상에 향상된 전계 효과 패시베이션을 위해 포지티브 고정 전하를 갖는 비정질 실리콘 니트라이드, α-SiNx:H (30 내지 100 나노미터 범위의 두께)이고, 광학 반사를 최소화하도록 최적화된다. 선택적으로, α-SiNx:H 상의 선택적 제4층, 비정질 실리콘 산화물, α-SiOx:H(30 내지 100 나노미터의 두께)는 광학 반사율을 더 감소시키고, 전체 흑색 태양 전지 외관을 유도하기 위해 사용될 수 있다.
The textured and cleaned front of the cell can then be coated with a PECVD film optimized for antireflective (AR) and surface passivation (resulting in very low surface recombination rates). The PECVD process temperature may be selected at a temperature low enough to be compatible with the thermal stability of the backplane support material (e.g., at a temperature of < RTI ID = 0.0 &gt; 300 C). The first deposition may be performed using a combination of intrinsic (undoped) amorphous silicon (? -Si: H), amorphous silicon oxide (? -SiOx: H), or an amorphous silicon oxycarbide (? -SiOxCy: H) layer (e.g., having a thickness in the range of about 1 nm to 5 nanometers). The deposition of this first layer can then be optimized to minimize the defect state density (Dit) at the interface. The second deposition is an n-type (doped) amorphous silicon (? -Si: H) with an electrical conductivity in the range of about 0.001-0.1 Siemens / cm which is optimized for improved front passivation quality and stability, an amorphous silicon oxide SiOx: H), or amorphous silicon oxycarbide (? -SiOxCy: H) (thickness <10 nanometers). This wide bandgap doped second layer can enable reduced optical absorption at blue wavelengths (400-600 nanometers), a common issue for standard amorphous silicon, alpha -Si: H. The third and final layer is an amorphous silicon nitride, a-SiNx: H (thickness in the range of 30 to 100 nanometers) with positive fixed charge for improved field effect passivation on the underlying n-type crystalline silicon, Is optimized to minimize. Alternatively, a selective fourth layer on the? -SiNx: H phase, amorphous silicon oxide,? -SiOx: H (30-100 nanometers thick) .

300 ℃까지의 열 어닐링은 패시베이션을 더 개선하기 위해 PECVD 증착 후에 수행될 수 있다. 이러한 열 어닐링은 PECVD 툴에서 인시투 또는 이어서 후속(follow-on) 어닐링 공정으로 수행될 수 있다.
Thermal annealing to 300 캜 may be performed after PECVD deposition to further improve passivation. Such thermal annealing may be performed in an in-situ or subsequent follow-on annealing process in a PECVD tool.

다음으로, 레이저 툴은 언더라잉 Al(Si) 또는 오직 Al 소결된 페이스트에 전기 접속을 가능하게 하기 위해 백플레인을 통해 비아 홀을 드릴링한다. 최적화된 레이저 드릴링 공정 또는 종점 검출기는 Al(Si) 또는 오직 Al 페이스트 상에 또는 내에 중단을 위해 사용될 수 있다.
Next, the laser tool drills the via hole through the backplane to enable electrical connection to the underlying Al (Si) or only Al sintered paste. Optimized laser drilling processes or endpoint detectors can be used for interruption either on or within Al (Si) or only Al paste.

그 후, 비도전성 백플레인은 에미터 Al(Si) 핑거에 서로 접속하고, 따로 베이스 Al(Si) 핑거에 서로 접속하기 위해 금속화된다. 예컨대, 4개의 이하 백플레인 금속화 공정 흐름 옵션 중 하나 또는 조합이 사용될 수 있다: 금속 페이스트, 열 스프레이, 오직 물리 기상 증착(PVD), 및 PVD 시드층과 플레이팅. 금속 페이스트 및 열 스프레이를 이용하는 백플레인 금속화 옵션에서, 선택적 드라이 또는 웨트 에칭은, 비아 개구부로부터 탄소 잔여물 및 산화물을 세정 및 제거하기 위해 백플레인 금속화 전에 수행될 수 있다.
The non-conductive backplane is then metallized to connect to the emitter Al (Si) fingers and to each other to the base Al (Si) fingers. For example, one or a combination of the following four backplane metallization process flow options may be used: metal paste, thermal spray, only physical vapor deposition (PVD), and plating with PVD seed layer. In backplane metallization options using metal pastes and thermal spray, selective dry or wet etching may be performed prior to backplane metallization to clean and remove carbon residues and oxides from the via openings.

금속 페이스트를 이용하는 백플레인 금속화에서, 플럭스를 갖는 Al(Zn) 합금 또는 Cu(Sn) 또는 솔더 페이스트는 언더라잉 Al(Si) 핑거에 직각으로 얼라이닝되는 핑거 패턴을 갖는 비아 개구부 및 백플레인 상에 직접 인쇄될 수 있다. 금속 페이스트의 두께는 충분한 전기 전도성을 제공하기 위해 적어도 몇 마이크로미터(예컨대 수십 마이크로미터)일 수 있다. 핑거 및 연결한 부스바의 직접 패턴 인쇄의 선택적 툴은 스텐실 인쇄, 스크린 인쇄, 잉크젯 인쇄, 에어로졸젯 인쇄, 또는 레이저 트랜스퍼 인쇄를 포함한다. 금속 페이스트 내의 플럭스, 예컨대 염소계 플럭스는 비아 홀의 바닥에서 Al(Si) 또는 오직 Al 페이스트로부터 알루미늄 산화물을 제거하고, 비아 홀을 세정하기 위해 사용될 수 있다. 금속 페이스트의 인쇄 후, 어닐링은 금속 페이스트를 소결하기 위해 수행될 수 있다. 금속 솔더 페이스트를 소결하기 위한 일반적인 어닐링 온도는 250 ℃ 미만이다.
In backplane metallization using metal pastes, Al (Zn) alloys or Cu (Sn) or solder pastes with flux have via openings with finger patterns aligned at right angles to the underlying Al (Si) fingers and directly on the backplane Can be printed. The thickness of the metal paste may be at least a few micrometers (e.g., a few tens of micrometers) to provide sufficient electrical conductivity. Optional tools for direct pattern printing of fingers and connected busbars include stencil printing, screen printing, inkjet printing, aerosol jet printing, or laser transfer printing. Fluxes in metal pastes, such as chlorinated fluxes, can be used to remove aluminum oxide from Al (Si) or only Al paste at the bottom of via holes and to clean via holes. After printing of the metal paste, annealing may be performed to sinter the metal paste. The typical annealing temperature for sintering the metal solder paste is less than 250 ° C.

열 스프레이를 이용하는 백플레인 금속화에서, 대기 열 스프레이 공정은 비아 개구부 및 백플레인 상의 알루미늄-아연(AlZn) 합금 핑거와 같은 알루미늄 및/또는 구리 합금을 얼라이닝하고, 직접 패터닝하기 위해 사용될 수 있다. Al(Zn) 합금은 더욱 쉬운 솔더링이 가능하도록 사용될 수 있다. 직각 패턴이라고도 불리는 언더라잉 Al(Si) 핑거의 방향에 직각인 Al(Zn) 핑거의 방향으로 얼라이닝함으로써, Al(Zn) 핑거의 폭은 증가될 수 있고, Al(Zn) 핑거의 수는, 더욱 제조 가능한 열 스프레이 패터닝 공정을 만들기 위해, 상당한 인자에 의해, 예컨대 약 5x 내지 약 30x(온-셀 인쇄된 페이스트 금속화 M1과 비교하여)의 인자에 의해 감소될 수 있다. 백플레인에서 레이저-드릴링된 비아 홀은 언더라잉 Al(Si) 핑거 패턴과 오버라잉 Al(Zn) 핑거 패턴을 얼라이닝 및 접속하도록 고안된다는 것을 주목한다. 또한, 에미터 라인을 연결하기 위한 Al(Zn) 부스바 및 베이스 라인을 연결하기 위한 Al(Zn) 부스바는 솔더링 점의 수를 감소시키기 위해 백플레인 상에 직접 패턴 스프레잉될 수 있다.
In backplane metallization using thermal spray, the atmospheric thermal spray process may be used to align and directly pattern aluminum and / or copper alloys such as aluminum-zinc (AlZn) alloy fingers on the via openings and backplane. Al (Zn) alloys can be used to make soldering easier. The width of the Al (Zn) fingers can be increased and the number of Al (Zn) fingers can be increased by aligning in the direction of the Al (Zn) fingers perpendicular to the direction of the underlying Al (Si) Can be reduced by considerable factors, such as from about 5x to about 30x (compared to on-cell printed paste metallization M1), to make a more manufacturable thermal spray patterning process. Note that the laser-drilled via holes in the backplane are designed to align and connect the underlying Al (Si) finger pattern and the overlying Al (Zn) finger pattern. In addition, the Al (Zn) busbar for connecting the emitter lines and the Al (Zn) busbar for connecting the baseline can be pattern sprayed directly onto the backplane to reduce the number of soldering points.

오직 PVD 공정을 이용하는 백플레인 금속화에서, 선택적 스퍼터 에칭은 비아 홀을 세정하기 위해 우선 수행될 수 있다. 그 후, 몇 마이크로미터(총 두께는 10 마이크로미터만큼 클 수 있음)의 두께를 갖는 알루미늄, 니켈 바나듐, 구리 및 주석 중 하나 또는 조합은, 플라즈마 스퍼터링 또는 증발(또는 그 조합)에 의해 증착될 수 있다. 그 후, PVD 층은 분리된 베이스 및 에미터 핑거 및 연결 부스바를 형성하기 위해 패터닝될 수 있다. 백플레인 상의 금속 핑거는 언더라잉 Al(Si) 핑거에 직각으로(수직으로) 패터닝될 수 있다. 직접 패터닝은 금속층의 레이저 제거에 의해 행해질 수 있다. 또한, 패터닝은 패터닝된 희생 마스크 및 웨트 에칭을 적용함으로써 행해질 수 있다.In backplane metallization using only PVD processes, selective sputter etching may be performed first to clean via holes. Then, one or a combination of aluminum, nickel vanadium, copper and tin having a thickness of a few micrometers (the total thickness may be as large as 10 micrometers) may be deposited by plasma sputtering or evaporation (or a combination thereof) have. The PVD layer can then be patterned to form separate base and emitter fingers and connecting bus bars. The metal fingers on the backplane can be patterned (perpendicularly) at right angles to the underlying Al (Si) fingers. Direct patterning can be done by laser removal of the metal layer. Patterning can also be done by applying a patterned sacrificial mask and wet etch.

플레이팅 및 PVD 시드층을 이용하는 백플레인 금속화에서, 스퍼터 에칭은 비아 홀을 세정하기 위해 우선 행해진다. 그 후, 알루미늄 상에서 니켈 바나듐(NiV)과 같은 적당한 금속의 플레이팅 시드는 몇 마이크로미터(예컨대 총 두께 5 마이크로미터 미만)의 두께로 증착된다. 분리된 베이스 및 에미터 핑거 및 연결 부스바를 형성하기 위한 금속 패터닝은 PVD 시드의 레이저 제거에 의해 행해질 수 있다. 또한, 패터닝은 PVD 시드층 상에 패터닝된 희생 레지스트 마스크를 적용함으로써 행해질 수 있다. 백플레인 상의 금속 핑거는 언더라잉 핑거에 직각으로(금속 1 또는 M1에 직각으로) 패터닝된다. 플레이팅 전에, 희생 배리어층은 전지 전측 상에 적용될 수 있다. 그 후, 일렉트로 플레이팅 공정은, 몇 마이크로미터에서 수십 마이크로미터(예컨대 100 마이크로미터 미만)까지 두께를 갖는 구리, 이후 몇 마이크로미터(예컨대 10 마이크로미터 미만)의 두께를 갖는 주석 캡핑층을 플레이팅하기 위해 사용될 수 있다. 일렉트로 플레이팅 공정은 태양 전지의 휨(bowing)을 감소시키고 스트레스를 감소시키도록 최적화될 수 있다. 일렉트로 플레이팅 후, 희생층 및 마스크는 웨트 에칭에 의해 제거될 수 있다(시드층이 플레이팅 공정 전에 레이저 제거를 이용하여 패터닝되지 않는 경우).
In backplane metallization using plating and PVD seed layers, sputter etching is first performed to clean the via holes. Plating seeds of a suitable metal such as nickel vanadium (NiV) on aluminum are then deposited to a thickness of a few micrometers (e.g., total thickness less than 5 micrometers). Metal patterning to form isolated base and emitter fingers and connecting bus bars can be done by laser ablation of the PVD seed. In addition, patterning can be done by applying a patterned sacrificial resist mask on the PVD seed layer. The metal fingers on the backplane are patterned (perpendicular to the metal 1 or M1) at right angles to the underlying fingers. Prior to plating, a sacrificial barrier layer may be applied on the front side of the cell. The electroplating process is then followed by plating a tin capping layer having a thickness from a few micrometers to a few tens of micrometers (e.g., less than 100 micrometers), followed by a thickness of a few micrometers (e.g., less than 10 micrometers) Lt; / RTI &gt; The electroplating process can be optimized to reduce the bowing of solar cells and reduce stress. After electroplating, the sacrificial layer and the mask can be removed by wet etching (if the seed layer is not patterned using laser ablation prior to the plating process).

필요하다면, 공정 흐름에서 최종 공정 단계는 태양 전지 효율을 개선하기 위해 선택적 어닐링될 수 있다(패시베이션을 개선 및/또는 금속화 구조물의 전체 전기 전도성을 개선함으로써). 어닐링 온도는 백플레인 지지 물질과 양립되도록 낮아진다. 어닐링 온도는 300 ℃ 미만(예컨대 약 100 ℃ 내지 300 ℃의 범위)일 수 있고, 전지는 공기, 질소(N2), 또는 3% 내지 5% 퍼센트 수소 (H2)와 혼합된 N2를 갖는 포밍 가스(forming gas)의 분위기 또는 진공에서 어닐링될 수 있다.
If necessary, the final process steps in the process flow can be selectively annealed to improve solar cell efficiency (by improving passivation and / or improving the overall electrical conductivity of the metallized structure). The annealing temperature is lowered to be compatible with the backplane support material. The annealing temperature may be less than 300 ° C. (eg, in the range of about 100 ° C. to 300 ° C.) and the cell may be a foaming gas having N 2 mixed with air, nitrogen (N 2), or 3% to 5% forming gas atmosphere or a vacuum.

그 후, 완성된 IBC 박형 실리콘 태양 전지는 산업 표준 모듈 빌딩 기술을 이용하여 태양 모듈로 전기 시험 및 분류, 및 라미네이션 할 준비가 되었다.
The finished IBC thin silicon solar cell was then ready for electrical testing, sorting, and lamination to the solar module using industry standard module building techniques.

도 1은 전기 절연 백플레인 지지체(9), 및 Al(Si) 페이스트 (2) 및 (3)을 갖는 백플레인-라미네이팅된 IBC 박형 실리콘 태양 전지의 단면도이다. n형 실리콘 흡수체 베이스층(1)은 약 80 마이크로미터 미만의 두께일 수 있고(또는 일부 예에서, 백플레인-라미네이팅된 전지가 임의의 리프트 오프 분리 없이 재사용 없이 시작 웨이퍼를 이용하여 제조되는 경우에 약 150 마이크로미터만큼 두꺼울 수 있음), 약 8×1014 cm-3 내지 약 3×1016 cm-3의 농도로 인 도핑된다. p형 필드 에미터(5)는 1 마이크로미터 미만의 깊이를 가지고, 약 1×1018 cm-3 내지 1×1019 cm-3 (선택적 에미터에서; 더 높은 도핑 농도는 선택적 에미터 없이 사용될 수 있음)의 피크 농도로 보론 도핑된다. 보론 도핑된 산화물(7)은 p형 필드 에미터(5)로 보론의 드라이브 인 확산을 위한 도펀트원이다. 예컨대 약 3 마이크로미터 미만의 깊이를 갖는, 선택적 에미터 구조물에서, 무겁게 도핑된 p형 접촉 영역(4)은 3×1019 cm-3 초과(또한 일부 예에서 1×1020 cm-3 초과)의 보론 또는 알루미늄 피크 농도로 도핑된다. 무겁게 도핑된 n형 베이스 접촉 영역(6)은 약 3 마이크로미터 미만의 깊이를 가지고, 3×1019 cm-3 초과(또한 예컨대 1×1020 cm-3 초과)의 인 피크 농도로 도핑된다. 인 도핑된 산화물(8)은 무겁게 도핑된 n형 베이스 접촉 영역(6)을 제조하기 위해 인의 드라이브 인 확산을 위한 도펀트원이다. 선택적 에미터에서 선택적 필드 에미터 영역(5), 무겁게 도핑된 에미터 접촉 영역(4), 및 베이스 접촉 영역(6)을 제조하기 위한 일부 방법이 도 14에 기재된다. Al(Si) 페이스트(2)는 무겁게 도핑된 에미터 접촉 영역(4)과 접촉되고, Al(Si) 페이스트(3)는 n형 베이스 접촉 영역(6)과 접촉된다. 전기 절연 백플레인(9)은 약 20 내지 300 마이크로미터 범위의 두께를 가질 수 있고(예컨대, 50 내지 100 마이크로미터), 박형 실리콘 흡수체(1)의 기계적 지지로 작용할 수 있다. 에미터 금속(15)은, 백플레인(9)의 비아 홀을 통해 Al(Si) 페이스트(2)와 연결되는 금속 2로 알려진 제2 레벨 금속의 일부인 백플레인 금속(10)으로 이루어진다. 베이스 금속(16)은 백플레인(9)의 비아 홀을 통해 Al(Si) 페이스트(3)와 연결되는 금속 2로 알려진 제2 레벨 금속의 일부인 백플레인 금속(11)으로 이루어진다. 에미터 금속(15) 및 베이스 금속(16)은 전기 절연된다. 백플레인 금속층(10) 및 (11)을 제조하는 몇가지 방법이 도 13에 기재된다. 실리콘 흡수체(1)의 전측은 표면 텍스처링되고, 고유한 α-Si:H 또는 α-SiOx:H 또는 α-SiOxCy:H 및 n형 α-Si:H 또는 α-SiOx:H 또는 α-SiOxCy:H로 패시베이션되고, α-SiN:H 및 α-SiO:H의 이중층 반사 방지 코팅 또는 α-SiN:H의 오버라잉 단일층 반사 방지 코팅을 갖는다.
1 is a cross-sectional view of a backplane-laminated IBC thin silicon solar cell having an electrically insulated backplane support 9 and Al (Si) pastes 2 and 3. The n-type silicon absorber base layer 1 may be of a thickness of less than about 80 micrometers (or, in some instances, less than about 80 micrometers) when the backplane-laminated cell is made using a starting wafer without re- And may be as thick as 150 micrometers) and doped to a concentration of about 8 x 10 14 cm -3 to about 3 x 10 16 cm -3 . The p-type field emitter 5 has a depth of less than 1 micrometer and has a thickness between about 1 x 1018 cm- 3 and 1 x 1019 cm- 3 (in an optional emitter; a higher doping concentration can be used without an optional emitter) Lt; RTI ID = 0.0 &gt; of &lt; / RTI &gt; The boron-doped oxide 7 is a dopant source for diffusion of boron as a p-type field emitter 5. Heavily doped p-type contact region 4 has a thickness greater than 3 x 10 19 cm -3 (and in some cases greater than 1 x 10 20 cm -3 ), for example, in selective emitter structures having a depth of less than about 3 micrometers, Of boron or aluminum peak concentration. The heavily doped n-type base contact region 6 has a depth of less than about 3 micrometers and is doped with a phosphorus concentration of greater than 3 x 10 19 cm -3 (also greater than, for example, 1 x 10 20 cm -3 ). Phosphorous doped oxide 8 is a dopant source for phosphorous diffusion to produce a heavily doped n-type base contact region 6. Some methods for fabricating selective field emitter regions 5, heavily doped emitter contact regions 4, and base contact regions 6 in selective emitters are described in FIG. The Al (Si) paste 2 is contacted with the heavily doped emitter contact region 4 and the Al (Si) paste 3 is contacted with the n-type base contact region 6. The electrically insulated backplane 9 can have a thickness in the range of about 20 to 300 micrometers (e.g., 50 to 100 micrometers) and can act as a mechanical support for the thin silicon absorber 1. The emitter metal 15 is comprised of a backplane metal 10 which is a part of a second level metal known as metal 2 which is connected to the Al (Si) paste 2 through a via hole in the backplane 9. The base metal 16 consists of a backplane metal 11 which is part of a second level metal known as metal 2 which is connected to the Al (Si) paste 3 through a via hole in the backplane 9. The emitter metal 15 and the base metal 16 are electrically insulated. Several methods of making the backplane metal layers 10 and 11 are described in FIG. The front side of the silicon absorber 1 is surface textured and has a unique surface roughness such as a-Si: H or? -SiOx: H or? -SiOxCy: H and n-type? -Si: H or? H and have a bilayer antireflective coating of? -SiN: H and? -SiO2: H or an overlying single layer antireflective coating of? -SiN: H.

도 2는 각각 Al(Si) 페이스트 (2) 및 (3) 상에 추가적인 오직 Al 페이스트(13) 및 (14)를 갖는 백플레인-라미네이팅된 IBC 박형 실리콘 태양 전지의 단면도이다. 도 2의 모든 다른 특성은 도 1과 동일하다.
2 is a cross-sectional view of a backplane-laminated IBC thin silicon solar cell having additional Al pastes 13 and 14 on Al (Si) pastes 2 and 3, respectively. All other characteristics of FIG. 2 are the same as in FIG.

도 3은 표면 산화물층 (7) 및 (8)을 갖는 태양 전지 실리콘 흡수체(1) 상에 형성되는, Al(Si) 페이스트 에미터(2) 및 베이스(3) 분리된 핑거 상에 얼라이닝 및 인쇄되는 오직 Al 페이스트(13) 및 (14) 패드를 포함하는 M1 층의 상면도이다.
Figure 3 shows the alignment and alignment of the Al (Si) paste emitter 2 and base 3 separated fingers, which are formed on the solar cell silicon absorber 1 with surface oxide layers 7 and 8, Lt; RTI ID = 0.0 &gt; M1 &lt; / RTI &gt;

도 4는 유전체 백플레인(9) 상에 에미터 분리된 핑거(10) 및 백플레인 금속 베이스 분리된 핑거(11)를 포함하는 백플레인 금속(M2층)의 상면도이다. 백플레인 금속(금속 2) 핑거는 백플레인의 비아를 통해 오직 Al 페이스트 패드(13) 및 (14) 및 Al(Si) 페이스트 핑거(2) 및 (3)을 모놀리식으로 서로 접속한다. 도 4에 나타낸 바와 같이, M2 핑거는 M1 핑거와 직각으로 패터닝될 수 있다-즉 M1 및 M2 핑거는 직각이다.
4 is a top view of a backplane metal (M2 layer) including emitter-separated fingers 10 and backplane metal-base separated fingers 11 on a dielectric backplane 9. [ The backplane metal (metal 2) fingers monolithically interconnect only Al paste pads 13 and 14 and Al (Si) paste fingers 2 and 3 via vias in the backplane. As shown in FIG. 4, the M2 finger can be patterned at right angles to the M1 finger-that is, the M1 and M2 fingers are right angled.

도 5a 및 5b는 태양 전지의 후측 레벨을 나타내는 도식이다-즉 비아를 갖는 유전체 백플레인 및 금속 1 층(M1)의 상면도. 도 6은 태양 전지의 금속 2 층(M2) 후측 레벨을 나타내는 도식이다. 일반적인 예로, 금속 1은 스택 또는 산화물층을 통해 태양 전지 기판 상에 베이스(N+) 및 에미터 (P+) 영역과 접촉한다(예컨대 에피택셜 실리콘 기판 상에 베이스 및 에미터 영역을 형성하기 위해 선택적 도핑을 제공하는 언도핑된 실리케이트 유리 USG, 보로실리케이트 유리 BSG, 및/또는 인 실리케이트 유리 스택). 도 5a는 맞물려진 금속 1 베이스 핑거 및 금속 1 에미터 핑거를 포함하는 금속 1 패턴(금속 1 패터닝 또는 금속 1 인쇄 후)의 후측 태양 전지를 나타내는 도식이다. 도 5b는 언더라잉 금속 1 층에 접촉/접촉하는 금속 2 층을 제공하는 패터닝된 레이저 드릴링된 비아 및 유전체 백플레인(예컨대 프리프레그)의 후측 태양 전지를 나타내는 도식이다.
5A and 5B are schematic diagrams showing the back level of the solar cell-that is, the top view of the dielectric backplane with vias and the first metal layer M1. 6 is a diagram showing the level of the rear side of the metal two-layer (M2) of the solar cell. As a general example, metal 1 is in contact with the base (N +) and emitter (P +) regions on the solar cell substrate through a stack or oxide layer (e.g., selective doping to form base and emitter regions on the epitaxial silicon substrate Undoped silicate glass USG, borosilicate glass BSG, and / or silicate glass stack). 5A is a schematic representation of a rear solar cell of a metal 1 pattern (metal 1 patterning or metal 1 printing) comprising a metal 1 base finger and a metal 1 emitter finger. Figure 5b is a schematic representation of a patterned laser drilled via and a back side solar cell of a dielectric backplane (e.g., prepreg) that provides a two-layer metal contact / contact with the underlying metal one layer.

도 6은 금속 2 형성(예컨대 플레이팅, 열 스프레이 아크 플라즈마 스프레이, 스퍼터링, 또는 증발 후 패터닝에 의해) 후, 맞물려진 금속 2 에미터 핑거 및 금속 2 베이스 핑거 및 대응하는 금속 2 베이스 및 에미터 부스바를 포함하는 금속 2 층의 후측 태양 전지를 나타내는 도식이다. M2는 유전체 백플레인에서 비아를 통해 금속 1의 노출된 영역과 접촉한다. 도시된 바와 같이, 금속 2 층은 언더라잉 금속 1 층에 직각으로 패터닝된다-즉 금속 1 핑거 및 금속 2 핑거는 2차원적으로 직각이다. 또한, M2 패턴은 M1과 비교하여 실질적으로 적은 핑거를 포함할 수 있고, 일반적으로 더 거친 패턴으로 형성될 수 있다.
FIG. 6 shows a schematic view of a metal 2 emitter fingers and metal 2 base fingers and corresponding metal 2 base and emitter booth (not shown) after metal 2 formation (e.g., by plating, thermal spray arc plasma spraying, sputtering, 2 is a schematic diagram showing a back side solar cell of a metal two-layer structure including a bar. M2 contacts the exposed area of metal 1 through the via in the dielectric backplane. As shown, the two metal layers are patterned at right angles to the underlying metal layer - the metal one finger and the metal two finger are two-dimensionally right angled. In addition, the M2 pattern may comprise substantially fewer fingers compared to M1, and may generally be formed in a coarser pattern.

이하는 고효율 맞물려진 후면 접촉 (IBC) 태양 전지용 인쇄 가능한 Al(Si) 합금 페이스트에 대한 고려사항 및 제안이다; 그러나 소정의 물질은 모든 제안을 충족할 수 없을 수 있고, 다른 고려사항은 페이스트 특성을 결정할 수 있기 때문에, 이러한 리스트는 가이드라인으로 사용되어야 한다. Al(Si) 페이스트는 스크린 인쇄 가능하거나 스텐실 인쇄 가능할 수 있다. 고효율 IBC 전지의 Al(Si) 페이스트는 후 어닐링 가공(post anneal processing) 동안 언더라잉 실리콘 접촉에서 실리콘과 알루미늄의 혼합 및 스파이킹을 최소화하기 위해 1% 내지 20%(예컨대 1% 내지 3%)의 실리콘 함량을 가질 수 있다. Al(Si) 페이스트의 다른 주요한 제안 필요조건은 약 10 마이크로미터 미만(예컨대 약 2 마이크로미터 미만)의 최대 입자 사이즈; 소결 어닐링 후 300 마이크로-옴-cm 미만(예컨대 30 마이크로-옴-cm 미만)의 라인 저항률; Si02 또는 Al203을 통한 Al(Si) 페이스트 단절이 없고, 실리콘 접촉(6) 및 실리콘 에미터 접촉(4) 상에 0.001 ohm.cm 미만의 접촉 비저항(contact specific resistivity); 엘리먼트 당 500 ppm 미만(예컨대, 엘리먼트 당 10 ppm 미만)의 Fe, Cu, Zn, Cr 및 다른 실리콘 오염물질의 추적 금속 농도를 갖는 고순도; 실리콘, Si02, Al203, Al-페이스트 및 백플레인 물질과의 우수한 접착성; 및 백플레인 물질을 통해 홀을 레이저 드릴링 하기 위해 사용되는 레이저 파장의 최대화된 반사율을 포함한다. Al(Si) 입자는 대략 구 또는 플레이크와 같은 형태일 수 있고, 이러한 형태의 혼합은 어닐링 후 인쇄 및 경화된 금속 저항률을 낮추는데 사용될 수 있다. 소결 어닐링 온도는 650 degrees C 미만(더욱 구체적으로는 600 degrees C 미만)일 수 있다. 선택적으로, Ge, Co, Sr, V와 같은 소정의 첨가제는, 페이스트 저항률을 더 감소시키기 위해 Al(Si) 페이스트와 혼합될 수 있다. 일반적인 IBC 전지 디자인의 Al(Si) 페이스트의 인쇄된 두께는 30 마이크로미터 미만이다(예컨대 약 1 마이크로미터 내지 약 15 마이크로미터의 범위).
The following are considerations and suggestions for printable Al (Si) alloy pastes for high efficiency meshed back contact (IBC) solar cells; However, this list should be used as a guideline because certain materials may not meet all the proposals and other considerations may determine the paste characteristics. The Al (Si) paste may be screen printable or stencil printable. The Al (Si) paste of the high efficiency IBC cell may be used in an amount ranging from 1% to 20% (e.g., 1% to 3%) to minimize spiking and mixing of silicon and aluminum at the under- Silicon content. Another major prerequisite for the Al (Si) paste is a maximum particle size of less than about 10 micrometers (e.g., less than about 2 micrometers); Line resistivity of less than 300 micro-ohm-cm (e.g., less than 30 micro-ohm-cm) after sinter annealing; Contact specific resistivity less than 0.001 ohm.cm on silicon contact 6 and silicon emitter contact 4 without Al (Si) paste break through Si02 or Al2O3; High purity with trace metal concentrations of Fe, Cu, Zn, Cr, and other silicon contaminants of less than 500 ppm per element (e.g., less than 10 ppm per element); Excellent adhesion to silicon, Si02, Al2O3, Al-paste and backplane materials; And maximized reflectivity of the laser wavelength used to laser drill holes through the backplane material. The Al (Si) particles may be approximately spherical or flake-like, and this type of mixing may be used to lower the printed and cured metal resistivity after annealing. The sintering annealing temperature may be less than 650 degrees C (more specifically less than 600 degrees C). Optionally, certain additives such as Ge, Co, Sr, V may be mixed with Al (Si) paste to further reduce the paste resistivity. The printed thickness of the Al (Si) paste in a typical IBC battery design is less than 30 micrometers (e.g., in the range of about 1 micrometer to about 15 micrometers).

이하는 Al(Si) 합금 페이스트 상에 선택적 인쇄를 위한 인쇄 가능한 오직 Al 페이스트에 대한 고려사항 및 제안이다; 그러나 소정의 물질은 모든 제안을 충족할 수 없을 수 있고, 다른 고려사항은 페이스트 특성을 결정할 수 있기 때문에, 이러한 리스트는 가이드라인으로 사용되어야 한다. 일반적으로, 오직 Al 페이스트(예컨대 순수한 오직 Al 입자를 포함하는 페이스트)는 Al(Si) 합금 페이스트와 유사한 인쇄, 접착, 순도 및 어닐링 제안/필요 조건을 갖지만, 최대 사이즈를 갖는 더 큰 사이즈의 입자-예컨대 15 마이크로미터 미만, 더욱 특히 약 5 내지 10 마이크로미터의 범위-를 가질 수 있고, 이는 백플레인(9) 및 백플레인 금속 또는 금속-2(10) 및 (11)과 통합을 개선할 수 있다. 오직 Al 페이스트는 스크린 인쇄 가능하거나 스텐실 인쇄가능할 수 있다. 오직 Al 페이스트의 인쇄 패턴은 Al(Si) 핑거 상에 얼라인드되는 핑거 또는 패드(비아 드릴 패턴에 따르는 패드 패턴을 갖는)일 수 있다. 오직 Al 핑거는 금속-1 금속화를 위해 인쇄된 금속 핑거의 총 라인 저항을 감소시키는 것을 도울 수 있다. 더 큰 오직 Al 입자는 프리프레그 백플레인 물질(9)을 통해 비아 홀의 레이저 드릴링을 위해 사용되는 파장에서 레이저 빔의 반사율을 더 증가시킬 수 있고, 오직 Al 물질은 오버라잉 백플레인 금속(10) 및 (11)에 더 낮은 접촉 저항률을 가능하게 할 수 있다. 오직 Al 패드의 저항률 필요조건은 500 micro-ohm-cm 미만이고, 오직 Al 패드(13) 및 (14)를 통한 전기 전류는 패드(13) 및 (14)를 통해 및 도전성 비아 플러그를 통해 수직으로 상대적으로 짧은 거리를 이동해야할 필요가 있기 때문에, Al(Si) 페이스트보다 더 높다. 오직 Al 페이스트의 인쇄된 두께는 약 30 마이크로미터 미만, 더욱 특히 약 25 마이크로미터 미만일 수 있다. 소결 어닐링 온도는 약 650 degrees C 미만(더욱 특히 600 degrees C 미만)일 수 있다. 오직 Al 페이스트에 대한 다른 고려사항/필요조건은 이하를 포함한다:The following are considerations and suggestions for a printable only Al paste for selective printing on Al (Si) alloy paste; However, this list should be used as a guideline because certain materials may not meet all the proposals and other considerations may determine the paste characteristics. Generally, only Al paste (e.g., pure Al particles) paste has similar printing, adhesion, purity and annealing proposals / requirements to Al (Si) alloy paste, but larger size particle- Such as less than 15 micrometers, more particularly in the range of about 5 to 10 micrometers, which can improve integration with backplane 9 and backplane metal or with metal-2 10 and 11. Only the Al paste can be screen printable or stencil printable. Only the print pattern of the Al paste can be a finger or pad (with a pad pattern conforming to the via drill pattern) that is aligned on the Al (Si) finger. Only the Al fingers can help reduce the total line resistance of the printed metal fingers for metal-one metallization. The larger Al particles alone can further increase the reflectivity of the laser beam at the wavelengths used for laser drilling of the via holes through the prepreg backplane material 9 and only the Al material can be deposited on the overlaid backplane metals 10 and 11 Lt; RTI ID = 0.0 &gt; contact resistivity. &Lt; / RTI &gt; The resistivity requirement of the Al pad is less than 500 micro-ohm-cm and only the electrical current through the Al pads 13 and 14 passes through the pads 13 and 14 and through the conductive via plugs vertically It is higher than Al (Si) paste because it needs to travel a relatively short distance. The printed thickness of the Al paste may be less than about 30 micrometers, more particularly less than about 25 micrometers. The sintering annealing temperature may be less than about 650 degrees C (more particularly less than 600 degrees C). Other considerations / requirements for Al paste only include:

-소결 어닐링 후 저항률 < 500 μohm-cm;- resistivity after sinter annealing < 500 ohm-cm;

-Al203 또는 Si02을 통해 오직 Al 페이스트의 단절 없음;- no break of Al paste only through Al2O3 or Si02;

-Al(Si) 페이스트 상의 접촉 저항 <0.001 ohm/cm2;Contact resistance on Al (Si) paste < 0.001 ohm / cm2;

-고순도 →추적 금속 오염물질 엘리먼트 당 < 500 ppm(예컨대 < 10 ppm)- High purity → Trap <500 ppm (eg <10 ppm) per metal contaminant element

-Al(Si) 페이스트, Si02, Al203 및 백플레인 물질에 우수한 접착성.
Good adhesion to Al (Si) paste, Si02, Al203 and backplane materials.

여기서 사용되는, 용어 페이스트는 스크린 인쇄될 수 있는 물질을 기재하고, 용어 잉크는 잉크젯 인쇄 또는 에어로졸젯 인쇄될 수 있고, 둘다 적용될 수 있는 물질을 기재한다. 따라서, 페이스트는 잉크와 비교해서 더 높은 점도를 가질 것이다; 페이스트 합금 또는 잉크 합금은 M1 금속화에 적용될 수 있기 때문에, 대부분의 경우에 용어는 상호 교환하여 사용될 수 있다. 또한, 여기에 기재되는 Al(Si) 합금(잉크 및 페이스트)은 유기 용매 및 유기 바인더(바인딩) 물질과 조합하여 플레이크상 Al(Si) 입자 합금 및 구상 Al(Si) 입자 합금의 조합으로부터 형성될 수 있다. 일부 예에서, 다른 형태의 입자-혼합된 플레이크상 및 구상 입자-Al(Si) 합금은 저항률을 더 감소시킬 수 있다. 추가적으로, M1 층으로 적용/증착 후, Al(Si) 합금, 예컨대 혼합된 플레이크상 및 구상 입자 Al(Si) 합금은 용매 물질을 증발시키기 위해 건조될 수 있고, 그 후 바인더 잔여물을 번 오프하기 위해 산화 분위기를 함유하는 로에서 가열될 수 있다. 또한, Al(Si) 합금-예컨대 혼합된 입자 형태의 Al(Si) 합금은 합금 밀도를 증가시키기 위해 함께 입자를 융합하기 위해 열 처리될 수 있다.
As used herein, the term paste describes a substance that can be screen printed, and the term ink describes materials that can be either ink jet printed or aerosol jet printed, and both can be applied. Thus, the paste will have a higher viscosity compared to the ink; Since paste alloys or ink alloys can be applied to M1 metallization, in most cases the terms can be used interchangeably. In addition, the Al (Si) alloy (ink and paste) described herein may be formed from a combination of a flake Al (Si) particle alloy and a spherical Al (Si) particle alloy in combination with an organic solvent and an organic binder . In some instances, other types of particle-mixed flake phases and spherical particle-Al (Si) alloys may further reduce the resistivity. Additionally, after application / deposition with the M1 layer, an Al (Si) alloy, such as a mixed flake phase and a spherical particle Al (Si) alloy, can be dried to evaporate the solvent material and then burn off the binder residue Can be heated in a furnace containing a reducing oxidation atmosphere. In addition, Al (Si) alloys, for example Al (Si) alloys in the form of mixed particles, can be heat treated to fuse the particles together to increase the alloy density.

이하 공정 흐름은 Al(Si) 금속화로 후면 접촉 태양 전지를 형성하기 위해 상세한 설명으로 제공된다. 당업자는, 개시된 주제에 따라 태양 전지를 형성하기 위해 수많은 그리고 다양한 방법으로 기재된 공정 흐름 및 구조 양태가 조합 및/또는 첨가 또는 제거될 수 있다는 것을 알 수 있다.
The process flow below is provided in detail to form a rear contact solar cell with Al (Si) metallization. Those skilled in the art will recognize that process flows and structural aspects described in numerous and various ways to form solar cells according to the disclosed subject matter may be combined and / or added or removed.

도 7은 Al(Si) 페이스트 인쇄 및 어닐링 옵션을 나타낸다. 제1 공정 흐름 옵션(20)-하나의 번 아웃 어닐링 및 소결 어닐링-은 각각 Al(Si) 페이스트 에미터 및 베이스 분리 핑거 (2) 및 (3)의 인쇄 #1 (21)를 포함한다. 약 300 ℃ 미만의 온도의 깨끗한 건조한 공기로, 약 30초 내지 5분 범위의 건조 시간의 건조 #1 (22)은 인쇄된 Al(Si) 페이스트로부터 용매를 제거한다. 인쇄 #2 (23)는 선택적 오직 Al 페이스트 패드 (13) 및 (14) 또는 Al(Si) 페이스트 핑거 (2) 및 (3) 상에 얼라이닝된 오직 Al 핑거를 위한 것이다. 건조 #1 (22)과 유사한 조건의 건조 #2 (24)는 오직 Al 페이스트로부터 용매를 제거한다. 약 550 ℃ 미만의 온도, 약 30초 내지 5분 범위의 시간으로 깨끗한 건조한 공기(또는 산화 분위기)에서 번 아웃 어닐링(25)은, 인쇄 및 건조된 페이스트로부터 잔여 유기물을 번 오프 및 제거한다. 약 600 ℃ 미만의 온도(예컨대 약 550 ℃ 초과 및 약 600 ℃ 미만 범위), 약 5 내지 30분 범위의 시간에, 질소 가스 또는 질소와 수소 가스의 혼합물(즉, 포밍 가스 분위기)에서 최종 소결 어닐링(26)은, 실리콘 접촉 (4) 및 (5)로 알루미늄의 확산 또는 스파이킹, 또는 표면 산화물층 (7) 및 (8)을 통해 알루미늄의 단절 없이, 감소된 경화된 페이스트 저항률을 얻기 위해 금속 입자를 합친다(coalesces).
Figure 7 shows Al (Si) paste printing and annealing options. First process flow option 20-one burn-out anneal and sinter anneal- includes printing # 1 21 (21) of Al (Si) paste emitter and base separating fingers 2 and 3, respectively. With clean dry air at a temperature less than about 300 ° C, drying # 1 (22) at a drying time in the range of about 30 seconds to 5 minutes removes the solvent from the printed Al (Si) paste. Print # 2 23 is for only Al fingers that are aligned on Al paste pads 13 and 14 or Al (Si) paste fingers 2 and 3, respectively. Dry # 2 (24) under conditions similar to Dry # 1 (22) removes the solvent from the Al paste only. Burnout annealing (25) in a clean dry air (or oxidizing atmosphere) at a temperature of less than about 550 ° C, for a time in the range of about 30 seconds to 5 minutes, burns off and removes residual organics from the printed and dried paste. Annealing in a nitrogen gas or a mixture of nitrogen and hydrogen gas (i.e., a forming gas atmosphere) at a temperature in a range of less than about 600 占 폚 (for example, in a range of more than about 550 占 폚 and less than about 600 占 폚) The metal layer 26 may be formed of a metal such as aluminum or aluminum to achieve reduced cured paste resistivity without diffusion or spiking of the aluminum to the silicon contacts 4 and 5 or aluminum break through the surface oxide layers 7 and 8. [ Coalesces the particles.

제2 공정 흐름 옵션(30)-선택적 에미터 형성을 위한 2개의 번 아웃 및 2개의 소결 어닐링-은, 선택적 에미터 공정 및 구조와 함께 실리콘에 무겁게 도핑된 접촉 영역(4)의 형성을 가능하게 한다. 인쇄 #1 (31)는 Al(Si) 페이스트 에미터 분리된 핑거(2)를 위한 것이다. 건조 #1 (32)는 Al(Si) 페이스트로부터 용매를 제거한다. 번 아웃 어닐링 #2 (33)은 Al(Si) 페이스트로부터 유기물을 번 및 제거한다. 약 650 ℃ 미만의 온도, 약 30초 내지 30분 범위의 시간에, 질소 가스 또는 질소와 수소 가스의 혼합(포밍 가스)에서 소결 어닐링 #1 (35)은, 에미터 접촉 영역으로 알루미늄을 드라이브 인 및 확산하기 위해 최적화되고, 에미터 접촉 영역에서 공융 알루미늄-실리콘 형성을 통해 에미터 실리콘 접촉 영역(4)을 선택적으로 도핑한다. 인쇄 #2는 Al(Si) 페이스트 베이스 분리된 핑거(3)를 위한 것이다. 건조 #2 (36)는 Al(Si) 페이스트 베이스 핑거(3)로부터 용매를 제거한다. 인쇄 #3 (37)은 오직 Al 페이스트 패드 (13) 및 (14) 또는 Al(Si) 페이스트 핑거 (2) 및 (3) 상에 얼라이닝된 오직 Al 핑거를 위한 것이다. 건조 #3 (38)은 오직 Al 페이스트로부터 용매를 제거한다. 번 아웃 #2 (39)은 Al(Si) 페이스트 베이스 핑거 (3) 및 오직 Al 페이스트로부터 유기물을 번 및 제거한다. 약 600 ℃ 미만의 온도(예컨대 577 ℃의 알루미늄-실리콘 공융 온도 미만)의 최종 소결 어닐링 (40)은 실리콘 접촉 (4) 및 (5)로 알루미늄의 확산 또는 스파이킹, 또는 표면 산화물층 (7) 및 (8)을 통해 알루미늄의 단절 없이, 최소 페이스트 저항률을 얻기 위해 최적화된다.
The second process flow option 30 - two burnout and two sinter anneal for selective emitter formation - enables the formation of a heavily doped contact region 4 in silicon with optional emitter process and structure do. Print # 1 31 is for Al (Si) paste emitter separated fingers 2. Dry # 1 32 removes the solvent from the Al (Si) paste. Burnout annealing # 2 33 burns and removes organic matter from the Al (Si) paste. Sinter annealing # 1 (35) in a nitrogen gas or a mixture of nitrogen and hydrogen gas (forming gas) at a temperature of less than about 650 ° C, for a time in the range of about 30 seconds to 30 minutes, And to selectively diffuse the emitter silicon contact region 4 through the eutectic aluminum-silicon formation in the emitter contact region. Print # 2 is for the Al (Si) paste-based fingers 3. Dry # 2 36 removes the solvent from the Al (Si) paste base finger 3. Print # 3 37 is only for Al fingers aligned on Al paste pads 13 and 14 or Al (Si) paste fingers 2 and 3. Dry # 3 (38) removes the solvent from the Al paste only. Burnout # 2 39 burns and removes organics from Al (Si) paste base fingers 3 and only Al paste. The final sinter anneal 40 at a temperature less than about 600 캜 (e.g., less than the aluminum-silicon eutectic temperature of 577 캜) diffuses or spikes aluminum into the silicon contacts 4 and 5, And (8), without breaking aluminum.

도 8은 재사용 가능한 실리콘 지지 웨이퍼(예컨대 약 300 내지 1000 마이크로미터 범위의 두께를 갖는 지지 웨이퍼)로부터 박형 실리콘층의 레이저 스플리팅 및 리프트 오프 분리에 의해 실리콘 태양 전지를 제조하기 위한 공정 흐름 도식을 나타낸다. 또한, 도의 변형은 재사용 가능한 실리콘 지지 웨이퍼 없이 임의의 리프트 오프 분리 없이 (시작 웨이퍼는 최종 백플레인-라미네이팅된 태양 전지의 일부로 작용하면서) 시작 실리콘 웨이퍼로부터 박형 실리콘 태앙 전지를 제조하기 위해 적용한다. 우선, 실리콘 웨이퍼는, 예컨대 수산화칼륨(KOH) 용액 후 염산(HCl)과 불화수소산(HF)의 혼합 용액으로 웨트 세정 (50)된다. 또한, 이러한 최초 에칭 공정은 SDR(Saw Damage Removal) 공정 단계로 작용할 수 있다. 그 후, 전지 후측은, 후측 산화물 패시베이션층(7)(8) 및 패터닝된 도핑 영역: 선택적 에미터 접촉 영역(4), 필드 에미터 영역(5), 베이스 접촉 영역(6)을 형성하도록 가공되고(51); 그 후 Al(Si) 페이스트 (2)(3), 및 선택적 오직 Al 페이스트 (13)(14)의 패터닝 인쇄 및 어닐링(20) 및 (30)이 이어진다. 도 14는 전지 후측 공정 흐름 옵션(51)을 요약한다. 전지 후측 가공이 완료되는 경우, 유전체 백플레인(9)은 전지 후측 상에 얼라이닝, 부착, 라미네이팅, 및 경화된다.
8 illustrates a process flow diagram for fabricating a silicon solar cell by laser splitting and lift-off separation of a thin silicon layer from a reusable silicon support wafer (e.g., a support wafer having a thickness in the range of about 300 to 1000 micrometers) . In addition, the deformation of the drawing is applied to produce a thin silicon wafer cell from the starting silicon wafer without any lift-off separation (acting as part of the final backplane-laminated solar cell) without any re-usable silicon wafer support. First, the silicon wafer is subjected to wet cleaning 50 with a mixed solution of hydrochloric acid (HCl) and hydrofluoric acid (HF), for example, after a potassium hydroxide (KOH) solution. In addition, this initial etching process can act as a SDR (Saw Damage Removal) process step. The rear side of the battery is then processed to form a rear oxide passivation layer 7 and patterned doped regions: selective emitter contact region 4, field emitter region 5, (51); Followed by patterning printing and annealing 20 and 30 of Al (Si) paste 2 (3) and selective Al paste 13 (14). FIG. 14 summarizes the battery rear process flow option 51. When the battery rear side processing is completed, the dielectric backplane 9 is aligned, adhered, laminated, and cured on the rear side of the battery.

재사용 가능한 지지 웨이퍼(템플레이트)로부터 리프트 오프 분리를 이용하여 태양 전지를 제조하는 경우, 레이저는 에지 분리 보더(edge release border)를 정의하기 위해 트렌칭(trench)할 수 있다. 그 후, 투과 가능한 스캐닝 레이저는 실리콘 지지 웨이퍼로부터 박형 실리콘층을 스플리팅하기 위해 사용된다. 그 후, 박형 실리콘 전지는 재사용 가능한 지지 웨이퍼로부터 리프트 및 분리되고, 실리콘 전지 및 백플레인의 에지는 레이저 커팅 및 트리밍될 수 있다. 분리 후, 실리콘 지지 웨이퍼는 재사용되고, 예컨대 에지 및/또는 표면을 그라인딩 및 폴리싱함으로써 정비 후 세정될 수 있다. 실리콘 지지 웨이퍼는 몇 번의 재사용 사이클(58)을 겪을 수 있다. 박형 실리콘(59)의 분리 후, 실리콘 전지 전측은 이후에 기재되는 바와 같이 가공된다. 리프트 오프 분리를 이용하지 않고, 재사용 가능한 지지 웨이퍼(템플레이트) 없이 시작 웨이퍼로부터 태양 전지를 제조하는 경우, 상기 레이저 스플리팅, 리프트 오프 분리, 및 에지 트리밍 공정은 수행되지 않고, 이후에 기재되는 바와 같이 백플레인 라미네이션 공정부터 실리콘 전지 전측 가공까지 직접 진행한다.
When manufacturing a solar cell using lift-off separation from a reusable support wafer (template), the laser can be trenched to define an edge release border. A transmissive scanning laser is then used to split the thin silicon layer from the silicon support wafer. The thin silicon cell is then lifted and separated from the reusable support wafer and the edges of the silicon cell and backplane can be laser cut and trimmed. After detachment, the silicon support wafer is reused and can be cleaned after maintenance, e.g., by grinding and polishing the edge and / or surface. The silicon support wafer may undergo several reuse cycles 58. After the separation of the thin silicon 59, the front side of the silicon cell is processed as described hereinafter. In the case of manufacturing a solar cell from a starting wafer without using a lift-off separation and without a reusable supporting wafer (template), the laser splitting, lift-off separation and edge trimming processes are not performed, Likewise, it proceeds directly from the backplane lamination process to the front side processing of the silicon battery.

실리콘 전지 전측은 우선 표면 산화물을 제거하기 위해 예컨대 HF 침지 및 DI 수세 후, 실리콘 에칭 및 임의의 피라미드형 표면 텍스처링을 위해 KOH와 계면활성제의 고온 50 ℃ 내지 100 ℃ 혼합 용액에 의해 웨트 에칭/텍스처링된(54) 후, 예컨대 HF와 HCl의 혼합 용액으로 린싱 및 세정되고 최종 DI 수세 및 건조된다. 그 후, 실리콘 전지 전측은 패시베이션 및 반사 방지를 위해 저온(≤ 300 ℃) PECVD 박막으로 코팅된다(55). 제1 박막은, 우수한 표면 패시베이션, 예컨대 헤테로접합 및 낮은 Dit을 위해 10 나노미터 미만의 두께의 고유한 (언도핑된) 비정질 실리콘 (α-Si:H) 또는 α-SiOx:H 또는 α-SiOxCy:H일 수 있다. 제2층 박막은 향상된 전계 효과 패시베이션 및 안정한 패시베이션을 위해 10 나노미터 미만 두께의 n형 (인) 도핑된 비정질 실리콘 (α-Si:H) 또는 α-SiOx:H 또는 α-SiOxCy:H일 수 있다. 캡핑은 최소화된 반사율을 위해 최적화되는 두께 및 굴절률로 비정질 SiOxNy:H 또는 이중층 SiNx:H 상의 SiOx:H일 수 있다. 전지 전측 가공이 완료되는 경우, 백플레인은 임베딩된 Al(Si) 및 오직 Al 페이스트까지 접촉을 개방하는 비아 홀을 드릴링하기 위해 레이저에 의해 가공된다(56). 유전체 백플레인 및 비아 홀 상의 패터닝된 금속화(금속 2)(57)는 임베딩된 Al(Si) 및 오직 Al 페이스트로부터 전류를 연결 및 수집하기 위해 제2 금속층을 형성한다. 도 13은 백플레인 금속화 공정 흐름 옵션(57)을 요약한다. 백플레인을 갖는 박형 실리콘 전지는 최종 레이저 에지 트리밍, 시험 및 분류를 위해 가공할 것이다. 박형 실리콘 전지는 분리 전에 공정 단계를 통해 실리콘 지지 웨이퍼에 의해 기계적으로 지지되고, 분리 후 공정 단계를 통해 유전체 백플레인(9)으로 기계적으로 지지된다는 것을 주목한다.
The front side of the silicon cell is wet etched / textured, for example, by HF dipping and DI water rinsing to remove the surface oxide first, followed by a high temperature 50 to 100 占 폚 mixed solution of KOH and a surfactant for silicon etching and arbitrary pyramidal surface texturing (54), it is rinsed and washed with, for example, a mixed solution of HF and HCl, and finally subjected to DI water washing and drying. The front side of the silicon cell is then coated with a low temperature (≤ 300 ° C) PECVD thin film for passivation and anti-reflection (55). The first thin film may be formed from an intrinsic (undoped) amorphous silicon (a-Si: H) or a-SiOx: H or a-SiOxCy : H can be. The second layer thin film may be n-type (doped) amorphous silicon (? -Si: H) or? -SiOx: H or? -SiOxCy: H thinner than 10 nm thick for improved field effect passivation and stable passivation have. The capping may be amorphous SiOxNy: H with a thickness and refractive index optimized for a minimized reflectivity or SiOx: H on a bilayer SiNx: H. When the cell frontside machining is complete, the backplane is machined (56) by a laser to drill the buried Al (Si) and the via holes to open contact up to Al paste only. The patterned metallization (metal 2) 57 on the dielectric backplane and via holes forms a second metal layer to connect and collect current from the embedded Al (Si) and only Al paste. Figure 13 summarizes the backplane metallization process flow option (57). Thin silicon cells with backplanes will be processed for final laser edge trimming, testing and sorting. Note that the thin silicon cell is mechanically supported by the silicon support wafer through the process step prior to separation and is mechanically supported by the dielectric backplane 9 through the post-separation process step.

도 9는 실리콘 지지 웨이퍼(예컨대 300 내지 1000 마이크로미터 범위의 두께)로부터 에피택셜 실리콘층의 레이저 스플리팅 및 리프트 오프 분리에 의해 박형 실리콘 태양 전지를 제조하기 위한 공정 흐름 도식을 나타낸다. 공정 흐름은 실리콘 지지 웨이퍼의 웨트 세정(50)을 이용하는 도 8과 동일하게 시작한다. 그 후, 에피택셜 박막은 총 두께 80 마이크로미터로 증착된다(71). 에피택셜층은 우선, 박형 실리콘 전지에서 선택적 인시투 전측 표면 전계(FSF)를 제조하기에 최적인 15 마이크로미터 미만의 두께, n형 도핑 농도 약 1×1017 cm-3 내지 1×1019 cm-3로 증착될 수 있다. FSF 에피택셜층 상에, 에피택셜 공정은 8×1014 cm-3 내지 3×1016 cm-3 범위의 최적화된 n형 베이스 도핑 농도를 위해 변경된다. 에피택셜층의 총 두께는 약 80 마이크로미터 미만이다. 에피택셜 증착(71) 후, 공정 흐름은 도 8에 도시된 바와 동일하다.
9 shows a process flow diagram for fabricating thin silicon solar cells by laser splitting and lift-off separation of an epitaxial silicon layer from a silicon supporting wafer (e.g., a thickness in the range of 300 to 1000 micrometers). The process flow begins in the same manner as in Fig. 8 using the wet cleaning 50 of the silicon support wafer. The epitaxial film is then deposited to a total thickness of 80 micrometers (71). The epitaxial layer is first formed to a thickness of less than 15 micrometers which is optimal for fabricating a selective in-situ surface field (FSF) in a thin silicon cell, with an n-type doping concentration of about 1 x 10 17 cm -3 to 1 x 10 19 cm -3 . &Lt; / RTI &gt; On the FSF epitaxial layer, the epitaxial process is changed for an optimized n-type base doping concentration ranging from 8 × 10 14 cm -3 to 3 × 10 16 cm -3 . The total thickness of the epitaxial layer is less than about 80 micrometers. After epitaxial deposition 71, the process flow is the same as shown in Fig.

도 10은 다공성 실리콘층으로부터 에피택셜 실리콘층의 레이저 스플리팅 및 리프트 오프 분리에 의해 박형 실리콘 태양 전지를 제조하기 위한 공정 흐름 도식을 나타낸다. 공정 흐름은 실리콘 지지 웨이퍼의 웨트 세정(50)을 이용하는 도 8 및 9와 동일하게 시작한다. 그 후, 다공성 실리콘의 이중층은, 흡수층의 에피택셜 증착(71) 전에, 실리콘 지지 웨이퍼의 일측 상에 형성된다(70). 다공성 실리콘의 이중층은, 에피택셜층이 실리콘 지지 웨이퍼로부터 분리될 평면을 정의한다. 또한, 다공성 실리콘 이중층은 박형 실리콘층의 레이저 스플리팅(52)에 사용되는 레이저 에너지의 흡수를 향상시킬 수 있다. 도 10의 후속 공정 단계는 도 9와 동일하다.
10 shows a process flow diagram for fabricating thin silicon solar cells by laser splitting and lift-off separation of an epitaxial silicon layer from a porous silicon layer. The process flow begins in the same manner as Figures 8 and 9 using the wet cleaning 50 of the silicon support wafer. A bi-layer of porous silicon is then formed 70 on one side of the silicon support wafer prior to epitaxial deposition 71 of the absorber layer. The bilayer of porous silicon defines the plane on which the epitaxial layer is to be separated from the silicon supporting wafer. In addition, the porous silicon bilayer can improve the absorption of laser energy used in the laser splitting 52 of the thin silicon layer. The subsequent process steps in FIG. 10 are the same as in FIG.

도 11은 다공성 실리콘층으로부터 에피택셜 실리콘층의 기계적 리프트 오프 분리에 의해 박형 실리콘 태양 전지를 제조하기 위한 공정 흐름 도식을 나타낸다. 도 11은, 박형 실리콘 전지가 실리콘 지지 웨이퍼로부터 기계적으로 리프트 및 분리되는 단계(72)를 제외하고 도 10과 동일하다. 이러한 공정 흐름에서, 다공성 실리콘 이중층의 두께 및 다공성 밀도는 에피택셜 실리콘층의 기계적 분리가 가능하도록 최적화된다.
11 shows a process flow diagram for fabricating a thin silicon solar cell by mechanical lift-off separation of an epitaxial silicon layer from a porous silicon layer. 11 is the same as FIG. 10 except that step 72 in which the thin silicon cell is mechanically lifted and separated from the silicon support wafer. In this process flow, the thickness and the porous density of the porous silicon bilayer are optimized to enable mechanical separation of the epitaxial silicon layer.

도 12는 실리콘 웨이퍼(예컨대 약 100 내지 200 마이크로미터 범위의 두께)의 전측 실리콘 에칭 및 텍스처링에 의해 박형 실리콘 태양 전지를 제조하기 위한 공정 흐름 도식을 나타낸다. 도 12는, 박형 실리콘층의 스플리팅이 없는 단계(73)를 제외하고 도 8과 동일하다. 도 12의 공정 흐름을 위한 공정 단계(54)는 최대 전지 효율을 위해 최적화된 예컨대 30 내지 70 마이크로미터 박형 실리콘 두께까지 실리콘 웨이퍼의 전측을 에칭하도록 최적화된다.
12 shows a process flow diagram for fabricating a thin silicon solar cell by front side silicon etching and texturing of a silicon wafer (e.g., a thickness in the range of about 100 to 200 micrometers). Fig. 12 is the same as Fig. 8 with the exception of step 73 in which there is no splitting of the thin silicon layer. Process step 54 for the process flow of FIG. 12 is optimized to etch the front side of the silicon wafer to a thin silicon thickness of, for example, 30 to 70 microns optimized for maximum cell efficiency.

도 13은 4개의 선택적 백플레인 금속화 공정 흐름을 나타낸다. 공정 흐름 옵션 #1 (57A)는 인쇄 가능한 금속 페이스트를 사용한다. 공정 흐름은 비아 홀을 세정하기 위해 선택적 웨트 또는 드라이 에칭(84)을 시작한다. 세정은 레이저 드릴링 공정(56)으로부터 남은 예컨대 유기 백플레인 잔여물을 제거하도록 고안될 수 있다. 또한, 세정은 Al(Si) 페이스트 (2) 및 (3) 또는 오직 Al 페이스트 (13) 및 (14)로부터 예컨대 표면 산화물을 제거하도록 고안될 수 있다. 그 후, 솔더 금속 페이스트는 비아 개구부 및 백플레인(9) 상에 직접 인쇄된다. 백플레인 금속 분리된 에미터(10) 및 베이스(11) 핑거의 인쇄된 패턴은 언더라잉 에미터 및 베이스 Al(Si) 및 오직 Al 페이스트 핑거를 서로 접속하기 위해 비아 개구부 및 백플레인 상에 얼라이닝된다. 금속 솔더 페이스트는 Al(Zn)(알루미늄-아연) 합금 입자 또는 Cu(Sn)(구리-주석) 합금 입자로 이루어질 수 있다. 또한, 더 낮은 접촉 저항을 위해, 금속 솔더 페이스트는 언더라잉 Al(Si) 또는 오직 Al 페이스트 상에 표면 산화물을 감소시키기 위해 첨가된 염소 함유 플럭스를 가질 수 있다. 300C 미만의 온도의 최종 어닐링(86)은 낮은 저항을 위해 금속 솔더 페이스트를 소결하기 위해 행해진다. 또한, 최종 어닐링(86)은 전측 SiOxCy:H 박막(12)에 의해 표면 패시베이션을 개선할 수 있다. 공정 흐름 옵션 #2 (57B)은 백플레인 금속을 적용하기 위해 열 스프레이를 이용한다. 공정 흐름은 비아 홀을 세정하기 위해 선택적 웨트 또는 드라이 에칭(84)을 이용하는 (57A)와 동일하게 시작한다. 그 후, 열 스프레이 공정은 백플레인 및 비아 개구부 상에 Al(Zn)(알루미늄-아연) 합금 금속을 직접 패터닝 및 얼라이닝하기 위해 사용된다. 섀도우 마스크는 백플레인 금속 분리된 에미터 (10) 및 베이스 (11) 핑거를 직접 패터닝하기 위해 사용될 수 있다. 선택적 최종 어닐링(86)은 전측 표면 패시베이션을 개선할 수 있다. 공정 흐름 옵션 #3 (57C)은 백플레인 금속화를 위한 PVD 층을 사용한다. PVD 가공(88)은 비아 홀 내에 있는 Al(Si) 또는 오직 Al 페이스트로부터 표면 산화물을 제거하기 위해 스퍼터 에칭을 이용하여 시작할 수 있다. 그 후, PVD 이중층은 2 내지 5 마이크로미터 두께의 알루미늄, 그 후 10 내지 400 나노미터의 니켈-바나듐(NiV)을 포함하여 증착된다. 선택적으로, 구리 (Cu)의 PDV 이중층은 1 내지 3 마이크로미터의 두께로 증착된 후 10 내지 400 나노미터의 두께의 주석 (Sn)으로 증착된다. 더 두꺼운 PVD 금속은 증발될 수 있고, 더 얇은 PVD 금속은 스퍼터링될 수 있다. PVD 후, 선택적 어닐링(86)은 전측 패시베이션을 개선하기 위해 행해질 수 있다. 그 후, PVD 금속층은 희생 마스크를 이용함으로써 또는 유전체 백플레인으로부터 레이저 제거함으로써 패터닝되고, 백플레인 금속 분리된 에미터(10) 및 베이스(11) 핑거를 형성하기 위해 웨트 에칭된다. 공정 흐름 옵션 #4는 백플레인 금속화를 위한 플레이팅 및 PVD 시드층을 사용한다. PVD 가공(90)은 스퍼터 에칭을 시작할 수 있다. 그 후, PVD 이중층은 0.1 내지 2 마이크로미터 두께의 Al, 그 후 10 내지 100 나노미터 두께의 NiV를 포함하여 증착된다. PVD 후, 선택적 어닐링(86)은 전측 패시베이션을 개선하기 위해 행해질 수 있다. 그 후, 금속은 나중에 제거되는 패터닝된 희생 유전체 마스크의 적용에 의해 또는 백플레인으로부터 레이저 제거에 의해 패터닝된다. 희생 유전체 배리어층(92)은, 구리층(10 내지 50 마이크로미터의 두께) 및 주석 캡핑층(1 마이크로미터 미만의 두께)의 일렉트로 플레이팅(93) 전에, 전지 전측 상에 적용된다. 마지막으로, 웨트 에칭은 선택적으로 희생층을 제거한다(94).
Figure 13 shows four selective backplane metallization process flows. Process Flow Option # 1 (57A) uses a printable metal paste. The process flow begins with a selective wet or dry etch 84 to clean the via holes. The cleaning may be designed to remove any remaining organic backplane residue from the laser drilling process 56, for example. The cleaning can also be designed to remove surface oxides, for example, from Al (Si) pastes 2 and 3 or only Al pastes 13 and 14. The solder metal paste is then printed directly on the via openings and the backplane 9. The printed pattern of the backplane metal separated emitter 10 and base 11 fingers is aligned on the via openings and the backplane to connect the underlay emitter and base Al (Si) and only Al paste fingers to each other. The metal solder paste may consist of Al (Zn) (aluminum-zinc) alloy particles or Cu (Sn) (copper-tin) alloy particles. Also, for lower contact resistance, the metal solder paste may have a chlorine containing flux added to reduce the surface oxide on the underlying Al (Si) or only Al paste. A final anneal 86 at a temperature less than 300C is performed to sinter the metal solder paste for low resistance. In addition, the final anneal 86 can improve surface passivation by the front side SiOxCy: H thin film 12. Process Flow Option # 2 (57B) uses thermal spray to apply backplane metal. The process flow begins the same as (57A) using selective wet or dry etch 84 to clean the via holes. The thermal spray process is then used to directly pattern and align Al (Zn) (aluminum-zinc) alloy metal on the backplane and via openings. The shadow mask may be used to directly pattern the backplane metal discrete emitter 10 and base 11 fingers. Selective final annealing 86 may improve front surface passivation. Process Flow Option # 3 (57C) uses a PVD layer for backplane metallization. The PVD process 88 can be initiated using sputter etching to remove surface oxide from Al (Si) or only Al paste in the via hole. The PVD double layer is then deposited with a thickness of 2 to 5 micrometers of aluminum followed by 10 to 400 nanometers of nickel-vanadium (NiV). Alternatively, the PDV bilayer of copper (Cu) is deposited to a thickness of 1 to 3 micrometers and then to tin (Sn) of a thickness of 10 to 400 nanometers. Thicker PVD metals can be evaporated, and thinner PVD metals can be sputtered. After PVD, selective annealing 86 may be performed to improve forward passivation. The PVD metal layer is then patterned by using a sacrificial mask or by laser removal from the dielectric backplane and wet etched to form the backplane metal separated emitter 10 and base 11 fingers. Process flow option # 4 uses plating and PVD seed layers for backplane metallization. PVD machining 90 can begin sputter etching. The PVD double layer is then deposited with Al of 0.1 to 2 micrometers in thickness, followed by NiV of 10 to 100 nanometers in thickness. After PVD, selective annealing 86 may be performed to improve forward passivation. The metal is then patterned by application of a patterned sacrificial dielectric mask that is later removed or by laser removal from the backplane. The sacrificial dielectric barrier layer 92 is applied on the front side of the cell, prior to the electroplating 93 of a copper layer (thickness of 10 to 50 micrometers) and a tin capping layer (thickness of less than 1 micrometer). Finally, the wet etch selectively removes the sacrificial layer (94).

도 14는 선택적 에미터를 위한 전지 후측 공정 흐름 옵션(51)의 표 요약을 나타낸다. 표 요약은 도펀트원 옵션(100), 접합 분리 옵션(101), Al(Si) 페이스트 인쇄 및 어닐링 옵션(102), 및 공정 흐름에서 공정 툴의 수(103)로 분류된다. 도펀트원 옵션(100)은 필드 에미터 영역(104), 선택적 에미터 접촉 영역(105), 및 베이스 접촉 영역(106)으로 더 분류된다. 표는 이후 도면에 더욱 상세하게 설명되는 공정 흐름 이름(129)과 함께 흐름 옵션 수(128)를 나열한다.
Figure 14 shows a tabular summary of the battery rear process flow option 51 for an optional emitter. The tabular summary is divided into the dopant source option 100, the bond separation option 101, the Al (Si) paste printing and annealing option 102, and the number of process tools 103 in the process flow. The dopant circle option 100 is further classified into a field emitter region 104, an optional emitter contact region 105, and a base contact region 106. The table lists the number of flow options 128 along with the process flow name 129, which will be described in more detail later in the drawings.

도 15는 인접한 접합(116) 및 APCVD 보론 도핑된 산화물을 이용하는 엑스시투 에미터를 위한 전지 후측 공정 흐름 옵션 130A를 나타낸다. 이러한 공정 흐름 옵션 130A에서, 선택적 에미터 접촉 영역은 APCVD 보론 도핑된 산화물의 고온 레이저 제거에 의해 도핑되고(109), 베이스 접촉 영역은 APCVD 인 도핑된 산화물의 로 어닐링에 의해 도핑된다(113). 공정 흐름은, 보로실리케이트 유리(BSG) 또는 보론 도핑된 Al203의 후 언도핑된 실리케이트 유리 (USG) 또는 언도핑된 Al203의 언도핑된 산화물 캡핑층의 대기압 화학 기상 증착 (APCVD)(150)을 시작한다. 언도핑된 캡핑층은 대기압에서 수분을 갖는 화학 반응으로부터 언더라잉 도핑된 층을 보호한다. 그후, APCVD 보론 산화물층 스택은 실리콘 상에 베이스 접촉 영역을 개방하기 위해 펄스 레이저 저온 제거에 의해 패터닝된다(151). 실리콘의 손상은 펨토세컨에서 몇 피코세컨까지의 펄스 시간과 함께 최적화된 레이저 공정에 의해 감소될 수 있다. 그 후, APCVD 포스포-실리케이트 유리 (PSG) 또는 인 도핑된 Al203, 후 언도핑된 층은 베이스 접촉 개구부 및 보론 도핑된 층 스택 상에 증착된다(152). 그 후, 전지는 필드 에미터 영역으로 보론을, 베이스 접촉 영역으로 인을 드라이브 인하기 위해 온도 및 시간과 함께 로에서 어닐링 및 산화된다(153). 열 산화는 APCVD 층에 의해 후측 표면 패시베이션을 향상시킬 수 있다. APCVD 보론 산화물층에서 0.5% 내지 3%의 보론 농도는, 열 확산 후 필드 에미터 영역에서 100 내지 300 ohm/square의 시트 저항을 형성하도록 최적화된다. 인 APCVD 산화물층에서 5% 내지 10%의 인 농도는, 열 확산 후 베이스 접촉 영역에서 20 ohm/square 미만의 시트 저항을 형성하도록 최적화된다. 산화물 스택의 패터닝 및 펄스된 레이저 고온 제거는 실리콘 상의 에미터 접촉 영역을 선택적으로 보론 도핑하고, 개방하기 위해 다음에 행해진다(154). 고온 레이저 제거 공정은 에미터 접촉 영역에서 20 ohm/square 미만의 시트 저항을 형성하고, 보론을 드라이브 인하도록 최적화된다. 산화물 스택의 패터닝 및 펄스된 레이저 저온 제거는 베이스 접촉 영역을 재개방하기 위해 행해진다(155). 전지 후측 가공은 도 7에 도시된 바와 같이 Al(Si) 인쇄 및 어닐링 옵션 #1 (20)에 의해 완료된다. Al(Si) 페이스트는 에미터 및 베이스에 접촉을 만들고, 전지 후측 리플렉터를 가능하게 한다.
15 shows a battery backside process flow option 130A for an ex situ emitter using an adjacent junction 116 and APCVD boron doped oxide. In this process flow option 130A, the selective emitter contact region is doped (109) by high temperature laser ablation of the APCVD boron doped oxide (109) and doped (113) by annealing to the base contact region of APCVD doped oxide. The process flow begins at atmospheric pressure chemical vapor deposition (APCVD) 150 of an undoped silicate glass (USG) of borosilicate glass (BSG) or boron doped Al2O3 or an undoped oxide capping layer of undoped Al2O3 do. The undoped capping layer protects the under-doped layer from chemical reactions with moisture at atmospheric pressure. The APCVD boron oxide layer stack is then patterned (151) by pulsed laser desorption to open the base contact area on the silicon. Damage to silicon can be reduced by optimized laser processes with pulse times from femtosecond to few picoseconds. APCVD phospho-silicate glass (PSG) or phosphorus doped Al2O3, then undoped layer, is deposited 152 on the base contact opening and the boron doped layer stack. The cell is then annealed and oxidized (153) in the furnace with temperature and time to drive the boron to the field emitter region, phosphorus to the base contact region. Thermal oxidation can improve rear surface passivation by APCVD layers. A boron concentration of 0.5% to 3% in the APCVD boron oxide layer is optimized to form a sheet resistance of 100-300 ohm / square in the field emitter region after thermal diffusion. Phosphorus concentration in the APCVD oxide layer is optimized to form a sheet resistance of less than 20 ohm / square at the base contact region after thermal diffusion. Patterning of the oxide stack and pulsed laser desorption are then performed (154) to selectively boron-dope and open the emitter contact region on the silicon. The high temperature laser ablation process is optimized to drive the boron to form a sheet resistance of less than 20 ohm / square at the emitter contact area. Patterning of the oxide stack and pulsed laser desorption are performed 155 to reopen the base contact area. The battery backside machining is completed by Al (Si) printing and annealing option # 1 (20) as shown in FIG. The Al (Si) paste makes contact with the emitter and base, and enables the battery rear reflector.

도 16은 인접한 접합(116) 및 APCVD 보론 도핑된 산화물을 이용하는 엑스시투 에미터를 위한 전지 후측 공정 흐름 옵션 130B를 나타낸다. 이러한 공정 흐름 옵션 130B에서, 선택적 에미터 접촉 영역은 높은 보론 농도를 갖는 제2 보론 도핑된 APCVD 산화물층의 로 어닐링에 의해 도핑되고(110), 베이스 접촉 영역은 APCVD 인 도핑된 산화물의 로 어닐링에 의해 도핑된다(113). 공정 흐름은, 필드 에미터 영역을 도핑하기 위해 최적화된 보론 농도 0.5% 내지 3%의 보론 도핑된 산화물층 후 언도핑된 산화물 캡핑층의 APCVD(150)를 시작한다. 그 후, APCVD 보론 산화물층 스택은 실리콘 상의 에미터 접촉 영역을 개방하기 위해 펄스 레이저 저온 제거에 의해 패터닝된다(163). 제2 APCVD 보론 도핑된 산화물층은 에미터 접촉 영역의 도핑을 위해 최적화된 5% 내지 10%의 더 높은 보론 농도로 증착된다(156). 그 후, APCVD 보론 산화물층 스택은 실리콘 상에 베이스 접촉 영역을 개방하기 위해 펄스 레이저 저온 제거에 의해 패터닝되고(151), APCVD 인 도핑된 산화물층은 베이스 접촉 개구부 및 보론 산화물층 스택 상에 증착된다(152). 그 후, 전지는, 실리콘 필드 에미터 영역 및 실리콘 에미터 접촉 영역으로 실리콘을, 실리콘 베이스 접촉 영역으로 인을 드라이브 인 하기 위해 온도 및 시간과 함께 로에서 어닐링 및 산화된다(157). 로 어닐링 및 APCVD 도핑 농도는, 열 확산 후 실리콘 에미터 및 베이스 접촉 영역에서 20 ohm/square 미만의 시트 저항, 실리콘 필드 에미터 영역에서 100 내지 300 ohm/square의 시트 저항을 형성하도록 최적화된다. 산화물 스택의 패터닝 및 펄스된 레이저 저온 제거는, 에미터 접촉 영역을 재개방하고, 베이스 접촉 영역을 재개방하기 위해 행해진다(158). 전지 후측 가공은 도 7에 나타낸 바와 같이 Al(Si) 인쇄 및 어닐링 옵션 #1 (20)에 의해 완료된다.
FIG. 16 shows a battery backside process flow option 130B for an adjacent junction 116 and for an X-ray emitter employing APCVD boron doped oxide. In this process flow option 130B, the selective emitter contact region is doped 110 by annealing of a second boron doped APCVD oxide layer having a high boron concentration and the base contact region is annealed to APCVD doped oxide (113). The process flow begins with APCVD 150 of an undoped oxide capping layer followed by a boron doped oxide layer with a boron concentration between 0.5% and 3% optimized for doping the field emitter region. The APCVD boron oxide layer stack is then patterned 163 by pulsed laser desorption to open the emitter contact area on the silicon. A second APCVD boron doped oxide layer is deposited (156) at a higher boron concentration of 5% to 10%, which is optimized for doping the emitter contact region. The APCVD boron oxide layer stack is then patterned 151 by pulsed laser desorption to open the base contact area on the silicon, and a doped oxide layer, APCVD, is deposited on the base contact opening and the boron oxide layer stack (152). The cell is then annealed and oxidized (157) in a furnace along with temperature and time to drive the silicon into the silicon field emitter region and the silicon emitter contact region to phosphorus into the silicon base contact region. Annealing and APCVD doping concentrations are optimized to form a sheet resistance of less than 20 ohm / square at the silicon emitter and base contact regions after thermal diffusion, and a sheet resistance of 100 to 300 ohm / square at the silicon field emitter region. Patterning of the oxide stack and pulsed laser desorption are done 158 to reopen the emitter contact area and reopen the base contact area. The battery backside processing is completed by Al (Si) printing and annealing option # 1 (20) as shown in FIG.

도 17은 인접한 접합(116) 및 APCVD 보론 도핑된 산화물을 이용하는 엑스시투 에미터를 위한 전지 후측 공정 흐름 옵션 130C를 나타낸다. 이러한 공정 흐름 옵션 130C에서, 선택적 에미터 접촉 영역은 Al(Si) 페이스트의 레이저 어닐링에 의해 도핑되고(111), 베이스 접촉 영역은 APCVD 인 도핑된 산화물의 로 어닐링에 의해 도핑된다(113). 공정 흐름은, 보론 산화물층의 APCVD(150), 베이스 접촉 영역을 개방하기 위해 산화물의 펄스 레이저 저온 제거(151), 인 산화물층의 APCVD(152), 및 베이스 접촉 도핑 및 필드 에미터 도핑 형성을 위한 로 어닐링 및 산화(153)를 시작한다. 그 후, 산화물 스택의 패터닝 및 펄스된 레이저 저온 제거는, 실리콘 상의 베이스 접촉 영역을 재개방하고, 실리콘 상의 에미터 접촉 영역을 개방하기 위해 행해진다(159). 이어서, Al(Si) 인쇄 및 어닐링 옵션 #1 가공(20)은 도 7에 나타낸 바와 같이 행해진다. 전치 후측 가공은 실리콘으로 알루미늄을 드라이브 인하고, 선택적 에미터를 형성하기 위해 Al(Si) 에미터 핑거를 선택적으로 레이저 어닐링함으로써 완료된다(160). 레이저 어닐링 공정은 에미터 접촉 영역에서 20 ohm/square 미만의 시트 저항을 형성하고 알루미늄을 드라이브 인하도록 최적화된다.
Figure 17 shows a battery backside process flow option 130C for an adjacent junction 116 and for an x-ray emitter employing APCVD boron doped oxide. In this process flow option 130C, a selective emitter contact region is doped 111 by laser annealing of the Al (Si) paste and doped 113 by doping of the doped oxide which is the APCVD base contact region. The process flow includes APCVD 150 of the boron oxide layer, pulsed laser desorption 151 of oxide to open the base contact region, APCVD 152 of phosphorus oxide layer, and base contact doping and field emitter doping formation Lt; RTI ID = 0.0 &gt; 153 &lt; / RTI &gt; Patterning of the oxide stack and pulsed laser desorption are then performed to reopen the base contact region on silicon and to open the emitter contact region on silicon (159). Al (Si) printing and annealing option # 1 processing 20 is then performed as shown in FIG. The anterior and posterior processing is completed by selectively annealing the Al (Si) emitter fingers to drive the aluminum to silicon and form optional emitters (160). The laser annealing process is optimized to form a sheet resistance of less than 20 ohm / square in the emitter contact area and to drive the aluminum.

도 18은 인접한 접합(116) 및 APCVD 보론 도핑된 산화물을 이용하는 엑스시투 에미터를 위한 전지 후측 공정 흐름 옵션 130D를 나타낸다. 이러한 공정 흐름 옵션 130D에서, 선택적 에미터 접촉 영역은 Al(Si) 페이스트의 로 소결 어닐링에 의해 도핑되고(112), 베이스 접촉 영역은 APCVD 인 도핑된 산화물의 로 어닐링에 의해 도핑된다(113). 공정 흐름은, 보론 산화물층의 APCVD(150), 베이스 접촉 영역을 개방하기 위해 산화물의 펄스 레이저 저온 제거(151), 인 산화물층의 APCVD(152), 및 베이스 접촉 도핑 및 필드 에미터 도핑 형성을 위한 로 어닐링 및 산화(153)를 시작한다. 그 후, 산화물 스택의 패터닝 및 펄스된 레이저 저온 제거는, 실리콘 상의 베이스 접촉 영역을 재개방하고, 실리콘 상의 에미터 접촉 영역을 개방하기 위해 행해진다(159). Al(Si) 인쇄 및 어닐링 옵션 #2 가공(30)은 도 7에 나타낸 바와 같이 행해진다. 소결 #1 어닐링(34)은 에미터 접촉 영역에서 20 ohm/square 미만의 시트 저항을 형성하고 알루미늄을 드라이브 인하도록 최적화된다.
FIG. 18 shows a battery backside process flow option 130D for an adjacent junction 116 and an X-ray emitter employing APCVD boron doped oxide. In this process flow option 130D, a selective emitter contact region is doped 112 by sintering annealing of Al (Si) paste, and the base contact region is doped 113 by AP annealing to a doped oxide. The process flow includes APCVD 150 of the boron oxide layer, pulsed laser desorption 151 of oxide to open the base contact region, APCVD 152 of phosphorus oxide layer, and base contact doping and field emitter doping formation Lt; RTI ID = 0.0 &gt; 153 &lt; / RTI &gt; Patterning of the oxide stack and pulsed laser desorption are then performed to reopen the base contact region on silicon and to open the emitter contact region on silicon (159). Al (Si) printing and annealing option # 2 processing 30 is performed as shown in FIG. The sintered # 1 anneal 34 is optimized to form a sheet resistance of less than 20 ohm / square at the emitter contact area and drive the aluminum.

도 19는 인접한 접합(116) 및 APCVD 보론 도핑된 산화물을 이용하는 엑스시투 에미터를 위한 전지 후측 공정 흐름 옵션 130E를 나타낸다. 이러한 공정 흐름 옵션 130E에서, 선택적 에미터 접촉 영역은 APCVD 보론 도핑된 산화물의 고온 레이저 제거에 의해 도핑되고(109), 베이스 접촉 영역은 인쇄된 포스포실리케이트 유리(PSG) 페이스트의 로 어닐링에 의해 도핑된다(115). 공정 흐름은, 실리콘의 베이스 접촉 영역 상에 PSG 페이스트 분리된 핑거의 직접 패터닝 및 얼라이닝 인쇄(162)를 시작한다. 인쇄된 PSG 페이스트 핑거의 폭은 150 마이크로미터 미만이다. 직접 패턴 인쇄 선택적 툴은 스크린 인쇄, 잉크젯 인쇄, 에어로졸젯 인쇄, 또는 레이저 트랜스퍼 인쇄를 포함한다. 인쇄 후, PSG 페이스트는 유기 바인더 물질을 번 아웃하기 위해 공기 중에서 건조 및 어닐링된다. 다음으로, APCVD 보론 도핑된 산화물층은 증착(150)된 후, 베이스 접촉 도핑 및 필드 에미터 도핑 형성을 위해 로 어닐링 및 산화가 이어진다(153). PSG 페이스트에서 인 농도는, 열 확산 후, 실리콘 베이스 접촉 영역에서 20 ohm/square 미만의 시트 저항에 최적화된다. 산화물 스택의 패터닝 및 펄스된 레이저 고온 제거는, 실리콘 상의 에미터 접촉 영역을 선택적으로 보론 도핑하고, 개방하기 위해 행해진다(154). 산화물 스택의 패터닝 및 펄스된 레이저 저온 제거는, 베이스 접촉 영역을 개방하기 위해 행해진다(151). 전지 후측 가공은 도 7에 나타낸 바와 같이 Al(Si) 인쇄 및 어닐링 옵션 #1 (20)에 의해 완료된다.
19 shows a battery backside process flow option 130E for an ex situ emitter using an adjacent junction 116 and APCVD boron doped oxide. In this process flow option 130E, the selective emitter contact region is doped (109) by high temperature laser ablation of the APCVD boron doped oxide (109) and the base contact region is doped by doping of the printed phosphosilicate glass (115). The process flow begins with direct patterning and alignment printing 162 of PSG paste-separated fingers on the base contact area of silicon. The width of printed PSG paste fingers is less than 150 micrometers. Direct pattern printing Optional tools include screen printing, inkjet printing, aerosol jet printing, or laser transfer printing. After printing, the PSG paste is dried and annealed in air to burn out the organic binder material. Next, the APCVD boron doped oxide layer is deposited (150) and then annealed and oxidized (153) for base contact doping and field emitter doping formation. The phosphorus concentration in the PSG paste is optimized for a sheet resistance of less than 20 ohm / square in the silicon base contact region after thermal diffusion. Patterning of the oxide stack and pulsed laser high temperature removal is done to selectively boron-doped and open the emitter contact region on the silicon (154). Patterning of the oxide stack and pulsed laser desorption are performed to open the base contact area (151). The battery backside processing is completed by Al (Si) printing and annealing option # 1 (20) as shown in FIG.

도 20은 인접한 접합(116) 및 APCVD 보론 도핑된 산화물을 이용하는 엑스시투 에미터를 위한 전지 후측 공정 흐름 옵션 130F를 나타낸다. 이러한 공정 흐름 옵션 130F에서, 선택적 에미터 접촉 영역은 높은 보론 농도의 제2 보론 도핑된 APCVD 산화물층의 로 어닐링에 의해 도핑되고(110), 베이스 접촉 영역은 인쇄된 포스포실리케이트 유리(PSG) 페이스트의 로 어닐링에 의해 도핑된다(115). 공정 흐름은, 실리콘의 베이스 접촉 영역 상에 PSG 페이스트 분리된 핑거의 직접 패터닝 및 얼라이닝 인쇄(162) 후, 필드 에미터 영역을 도핑하도록 최적화된 0.5% 내지 3%의 보론 농도로 보론 도핑된 산화물층의 APCVD(150)를 시작한다. 그 후, APCVD 보론 산화물층 스택은 실리콘 상에 에미터 접촉 영역을 개방하기 위해 펄스 레이저 저온 제거에 의해 패터닝된다(163). 제2 APCVD 보론 도핑된 산화물층은, 에미터 접촉 영역을 도핑하기 위해 최적화되는 더 높은 보론 농도로 증착된다(156). 그 후, 전지는, 실리콘 필드 에미터 영역 및 실리콘 에미터 접촉 영역으로 보론을, 실리콘 베이스 접촉 영역으로 인을 드라이브 인하기 위해 온도 및 시간과 함께 로에서 어닐링 및 산화된다(157). 산화물 스택의 패터닝 및 펄스된 레이저 저온 제거는, 베이스 접촉 영역을 개방하고, 에미터 접촉 영역을 재개방하기 위해 행해진다(164). 전지 후측 가공은 도 7에 나타낸 바와 같이 Al(Si) 인쇄 및 어닐링 옵션 #1 (20)에 의해 완료된다.
FIG. 20 shows a battery backside process flow option 130F for an adjacent junction 116 and an X-ray emitter employing APCVD boron doped oxide. In this process flow option 130F, the selective emitter contact region is doped 110 by annealing of a second boron doped APCVD oxide layer of high boron concentration, and the base contact region is doped with a printed phosphosilicate glass (PSG) paste (115). &Lt; / RTI &gt; The process flow is followed by direct patterning and alignment printing 162 of the PSG paste-separated fingers on the base contact area of the silicon to form a boron-doped oxide &lt; RTI ID = 0.0 &gt; Layer APCVD &lt; RTI ID = 0.0 &gt; 150 &lt; / RTI &gt; The APCVD boron oxide layer stack is then patterned 163 by pulsed laser desorption to open the emitter contact area on the silicon. A second APCVD boron doped oxide layer is deposited (156) at a higher boron concentration that is optimized to dope the emitter contact region. The cell is then annealed and oxidized 157 to the silicon field emitter region and the silicon emitter contact region, along with the temperature and time to drive the boron to the silicon base contact region. Patterning of the oxide stack and pulsed laser desorption are performed 164 to open the base contact area and reopen the emitter contact area. The battery backside processing is completed by Al (Si) printing and annealing option # 1 (20) as shown in FIG.

도 21은 인접한 접합(116) 및 APCVD 보론 도핑된 산화물을 이용하는 엑스시투 에미터를 위한 전지 후측 공정 흐름 옵션 130G를 나타낸다. 이러한 공정 흐름 옵션 130G에서, 선택적 에미터 접촉 영역은 Al(Si) 페이스트의 레이저 어닐링에 의해 도핑되고(111), 베이스 접촉 영역은 인쇄된 포스포실리케이트 유리(PSG) 페이스트의 로 어닐링에 의해 도핑된다(115). 공정 흐름은, 실리콘의 베이스 접촉 영역 상에 PSG 페이스트 분리된 핑거의 직접 패터닝 및 얼라이닝 인쇄(162) 후, 필드 에미터 영역을 도핑하도록 최적화된 보론 도핑된 산화물층의 APCVD(150)를 시작한다. 그 후, 로 어닐링 및 산화는, 베이스 접촉 도핑을 위해 인을, 필드 에미터 도핑 형성을 위해 보론을 드라이브 인한다(153). 그 후, 산화물 스택의 패터닝 및 펄스된 레이저 저온 제거는, 실리콘 상의 베이스 접촉 영역을 개방하고, 실리콘 상의 에미터 접촉 영역을 개방하기 위해 행해진다(165). 이어서, Al(Si) 인쇄 및 어닐링 옵션 #1 가공 (20)은 도 7에 나타낸 바와 같이 행해진다. 전지 후측 가공은, 실리콘으로 알루미늄을 드라이브 인하고, 선택적 에미터를 형성하기 위해 Al(Si) 에미터 핑거를 선택적으로 레이저 어닐링함으로써 완료된다(160).
Figure 21 shows a battery backside process flow option 130G for an ex situ emitter using an adjacent junction 116 and APCVD boron doped oxide. In this process flow option 130G, the selective emitter contact region is doped 111 by laser annealing of Al (Si) paste and the base contact region is doped by annealing to a printed phosphosilicate glass (PSG) paste (115). The process flow begins with APCVD 150 of the boron doped oxide layer optimized to dope the field emitter region after direct patterning and alignment printing 162 of the PSG paste isolated finger on the base contact region of silicon . Subsequently, furnace annealing and oxidation drive boron for the base contact doping (153) to form the field emitter doping. Patterning of the oxide stack and pulsed laser desorption are then performed to open the base contact region on silicon and open the emitter contact region on silicon (165). Al (Si) printing and annealing option # 1 processing 20 is then performed as shown in FIG. The battery backside machining is completed (160) by selectively annealing the Al (Si) emitter fingers to drive the aluminum with silicon and form an optional emitter.

도 22은 인접한 접합(116) 및 APCVD 보론 도핑된 산화물을 이용하는 엑스시투 에미터를 위한 전지 후측 공정 흐름 옵션 130H를 나타낸다. 이러한 공정 흐름 옵션 130H에서, 선택적 에미터 접촉 영역은, Al(Si) 페이스트의 로 소결 어닐링에 의해 도핑되고(112), 베이스 접촉 영역은 인쇄된 포스포실리케이트 유리(PSG) 페이스트의 로 어닐링에 의해 도핑된다(115). 공정 흐름은, 실리콘의 베이스 접촉 영역 상에 PSG 페이스트 분리된 핑거의 직접 패터닝 및 얼라이닝 인쇄(162) 후, 필드 에미터 영역을 도핑하도록 최적화된 보론 도핑된 산화물층의 APCVD(150)를 시작한다. 그 후, 로 어닐링 및 산화는, 베이스 접촉 도핑을 위해 인을, 필드 에미터 도핑 형성을 위해 보론을 드라이브 인한다(153). 그 후, 산화물 스택의 패터닝 및 펄스된 레이저 저온 제거는, 실리콘 상의 베이스 접촉 영역을 개방하고, 실리콘 상의 에미터 접촉 영역을 개방하기 위해 행해진다(165). Al(Si) 인쇄 및 어닐링 옵션 #2 가공 (30)은 도 7에 나타낸 바와 같이 행해진다. 소결 #1 어닐링(34)은 알루미늄을 드라이브 인하고, 에미터 접촉 영역에 20 ohm/square 미만의 시트 저항을 형성하도록 최적화된다.
FIG. 22 shows a cell rear side process flow option 130H for an adjacent junction 116 and an X-ray diffuser using APCVD boron doped oxide. In this process flow option 130H, a selective emitter contact region is doped 112 by sintering annealing of Al (Si) paste and the base contact region is doped by annealing to a printed phosphosilicate glass (PSG) paste (115). The process flow begins with APCVD 150 of the boron doped oxide layer optimized to dope the field emitter region after direct patterning and alignment printing 162 of the PSG paste isolated finger on the base contact region of silicon . Subsequently, furnace annealing and oxidation drive boron for the base contact doping (153) to form the field emitter doping. Patterning of the oxide stack and pulsed laser desorption are then performed to open the base contact region on silicon and open the emitter contact region on silicon (165). Al (Si) printing and annealing option # 2 processing 30 is performed as shown in FIG. The sintered # 1 anneal 34 is optimized to drive the aluminum and form a sheet resistance of less than 20 ohm / square in the emitter contact area.

도 23은 APCVD 언도핑된 산화물(117)에 의해 분리된 접합 및 APCVD 보론 산화물을 이용하는 엑스시투 에미터를 위한 전지 후측 공정 흐름 옵션 131A을 나타낸다. 이러한 공정 흐름 옵션 131A에서, 선택적 에미터 접촉 영역은 APCVD 보론 도핑된 산화물의 고온 레이저 제거에 의해 도핑되고(109), 베이스 접촉 영역은 APCVD 인 도핑된 산화물의 로 어닐링에 의해 도핑된다(113). 공정 흐름은, 보론 산화물층의 APCVD(150)을 시작한다. 그 후, 산화물 스택의 패터닝 및 펄스된 레이저 저온 제거는 실리콘 상에 에미터-베이스 분리 영역을 개방하기 위해 행해진다(166). 언도핑된 실리케이트 유리(USG) 또는 언도핑된 Al203의 언도핑된 APCVD 산화물층이 증착된다(167). 언도핑된 산화물층은, 실리콘 상에 에미터-베이스 분리 영역으로 도펀트의 드라이브 인 확산을 방지하기 위해 패시베이션층 및 배리어층일 수 있다. 그 후, APCVD 산화물층 스택은 실리콘 상에 베이스 접촉 영역을 개방하기 위해 펄스 레이저 저온 제거에 의해 패터닝되고(151), APCVD 인 도핑된 산화물층이 증착된다(152). 그 후, 로 어닐링 및 산화는, 베이스 접촉 도핑을 위해 인을, 필드 에미터 도핑 형성을 위해 보론을 드라이브 인하고(153), 언도핑된 실리콘 상에 베이스-에미터 분리 영역을 남긴다. 산화물 스택의 패터닝 및 펄스된 레이저 고온 제거는, 실리콘 상에 에미터 접촉 영역을 선택적으로 보론 도핑하고, 개방하기 위해 행해진다(154). 그 후, APCVD 보론 산화물층 스택은, 실리콘 상에 베이스 접촉 영역을 재개방하기 위해 펄스 레이저 저온 제거에 의해 패터닝된다(155). 전지 후측 가공은 도 7에 나타낸 바와 같이 Al(Si) 인쇄 및 어닐링 옵션 #1 (20)에 의해 완료된다.
23 shows a cell rear side process flow option 131A for an X-ray emitter using APCVD undoped oxide 117 separated junctions and APCVD boron oxide. In this process flow option 131A, the selective emitter contact region is doped (109) by high temperature laser ablation of the APCVD boron doped oxide (109) and doped (113) by annealing to the base contact region of APCVD doped oxide. The process flow starts APCVD 150 of the boron oxide layer. The patterning of the oxide stack and pulsed laser desorption are then performed 166 to open the emitter-base isolation region on the silicon. An undoped APCVD oxide layer of undoped silicate glass (USG) or undoped Al2O3 is deposited (167). The undoped oxide layer may be a passivation layer and a barrier layer to prevent diffusion of the dopant into the emitter-base isolation region on the silicon. The APCVD oxide layer stack is then patterned (151) by pulsed laser desorption to open the base contact area on silicon (152) and a doped oxide layer, APCVD, is deposited (152). The furnace annealing and oxidation then drives the boron for the base contact doping (153) and the base-emitter isolation region on the undoped silicon to form the field emitter doping. Patterning of the oxide stack and pulsed laser high temperature removal is done to selectively boron-doped and open the emitter contact region on silicon (154). The APCVD boron oxide layer stack is then patterned (155) by pulsed laser desorption to reopen the base contact region on the silicon. The battery backside processing is completed by Al (Si) printing and annealing option # 1 (20) as shown in FIG.

도 24는 APCVD 언도핑된 산화물(117)에 의해 분리된 접합 및 APCVD 보론 산화물을 이용하는 엑스시투 에미터를 위한 전지 후측 공정 흐름 옵션 131B를 나타낸다. 이러한 공정 흐름 옵션 131B에서, 선택적 에미터 접촉 영역은, 높은 보론 농도의 제2 보론 도핑된 APCVD 산화물층의 로 어닐링에 의해 도핑되고(110), 베이스 접촉 영역은 APCVD 인 도핑된 산화물의 로 어닐링에 의해 도핑된다(113). 공정 흐름은, 보론 산화물층의 APCVD(150)을 시작하고, 그 후 실리콘 상의 에미터 접촉 영역을 개방하기 위해 펄스 레이저 저온 제거에 의해 패터닝된다(163). 제2 APCVD 보론 도핑된 산화물층은, 에미터 접촉 영역을 도핑하도록 최적화되는 더 높은 보론 농도로 증착된다(156). 그 후, 산화물 스택의 패터닝 및 펄스된 레이저 저온 제거는 실리콘 상에 에미터-베이스 영역을 개방하기 위해 행해진다(166). 다음으로, 언도핑된 APCVD 산화물층이 증착되고(167), 실리콘 상의 베이스 접촉 영역을 개방하기 위해 산화물 스택의 패터닝 및 펄스된 레이 저온 제거가 이어진다(151). APCVD 인 도핑된 산화물층은 베이스 접촉 개구부 및 보론 산화물층 스택 상에 증착된다(152). 그 후, 전지는 실리콘 필드 에미터 영역 및 실리콘 에미터 접촉 영역으로 보론을, 실리콘 베이스 접촉 영역으로 인을 드라이브 인하기 위해 온도 및 시간과 함께 로에서 어닐링 및 산화되고(157), 언도핑된 실리콘 상에 베이스-에미터 분리 영역을 남긴다. 산화물 스택의 패터닝 및 펄스된 레이저 저온 제거는 에미터 접촉 영역을 재개방하고, 베이스 접촉 영역을 재개방하기 위해 행해진다(158). 전지 후측 가공은 도 7에 나타낸 바와 같이 Al(Si) 인쇄 및 어닐링 옵션 #1 (20)에 의해 완료된다.
FIG. 24 shows a cell rear process flow option 131B for an X-ray diffuser using APCVD undoped oxide 117 and APCVD boron oxide. In this process flow option 131B, the selective emitter contact region is doped 110 by annealing to a second boron doped APCVD oxide layer of high boron concentration and the base contact region is annealed to APCVD doped oxide (113). The process flow begins with APCVD 150 of the boron oxide layer and is then patterned 163 by pulsed laser desorption to open the emitter contact area on the silicon. A second APCVD boron doped oxide layer is deposited (156) at a higher boron concentration that is optimized to be doped with the emitter contact region. The patterning of the oxide stack and pulsed laser desorption are then performed to open the emitter-base region on silicon (166). Next, an undoped APCVD oxide layer is deposited (167) followed by patterning of the oxide stack and pulsed laser desorption to open the base contact area on silicon (151). A doped oxide layer, APCVD, is deposited on the base contact opening and the boron oxide layer stack (152). The cell is then annealed and oxidized 157 with the temperature and time to drive the boron to the silicon field emitter region and the silicon emitter contact region to drive the phosphorus to the silicon base contact region (157), the undoped silicon Leaving a base-emitter isolation region on the substrate. Patterning of the oxide stack and pulsed laser desorption are performed to reopen the emitter contact area and reopen the base contact area (158). The battery backside processing is completed by Al (Si) printing and annealing option # 1 (20) as shown in FIG.

도 25는 APCVD 언도핑된 산화물(117)에 의해 분리된 접합 및 APCVD 보론 도핑된 산화물을 이용하는 엑스시투 에미터를 위한 전지 후측 공정 흐름 옵션 131C를 나타낸다. 이러한 공정 흐름 옵션 131C에서, 선택적 에미터 접촉 영역은 Al(Si) 페이스트의 레이저 어닐링에 의해 도핑되고(111), 베이스 접촉 영역은 APCVD 인 도핑된 산화물의 로 어닐링에 의해 도핑된다(113). 공정 흐름은, 보론 산화물층의 APCVD(150)를 시작한다. 그 후, 산화물 스택의 패터닝 및 펄스된 레이저 저온 제거는 실리콘 상에 에미터-베이스 영역을 개방하기 위해 행해진다(166). 그 후, 언도핑된 APCVD 산화물층은 증착되고(167), APCVD 산화물층 스택은 실리콘 상에 베이스 접촉 영역을 개방하기 위해 펄스 레이저 저온 제거에 의해 패터닝된다(151). APCVD 인 도핑된 산화물층이 증착된(152) 후, 로 어닐링 및 산화는 베이스 접촉 도핑을 위해 인을, 필드 에미터 도핑 형성을 위해 보론을 드라이브 인하고(153), 언도핑된 실리콘 상에 베이스 에미터 분리 영역을 남긴다. 그 후, 산화물 스택의 패터닝 및 펄스된 레이저 저온 제거는 실리콘 상에 에미터 접촉 영역을 개방하고, 실리콘 상에 베이스 접촉 영역을 재개방하기 위해 행해진다(159). Al(Si) 인쇄 및 어닐링 옵션 #1 가공(20)은 도 7에 나타낸 바와 같이 행해진다. 전지 후측 가공은, 선택적 에미터를 형성하고, 실리콘으로 알루미늄을 드라이브 인하기 위해 Al(Si) 에미터 핑거를 선택적으로 레이저 어닐링함으로써 완료된다(160).
FIG. 25 shows a cell rear side process flow option 131C for an X-ray emitter using junctions separated by APCVD undoped oxide 117 and APCVD boron doped oxide. In this process flow option 131C, the selective emitter contact region is doped 111 by laser annealing of the Al (Si) paste and doped 113 by doping of the doped oxide, which is APCVD, with the base contact region. The process flow starts APCVD 150 of the boron oxide layer. The patterning of the oxide stack and pulsed laser desorption are then performed to open the emitter-base region on silicon (166). An undoped APCVD oxide layer is then deposited (167) and the APCVD oxide layer stack is patterned (151) by pulsed laser desorption to open the base contact area on the silicon. After the APCVD doped oxide layer is deposited 152, furnace annealing and oxidation may be performed for the base contact doping, driving the boron for field emitter doping formation 153, Leaving an emitter isolation region. Patterning of the oxide stack and pulsed laser desorption are then performed 159 to open the emitter contact region on the silicon and reopen the base contact region on the silicon. Al (Si) printing and annealing option # 1 processing 20 is performed as shown in FIG. The battery backside machining is completed (160) by forming a selective emitter and selectively annealing the Al (Si) emitter fingers to drive the aluminum into silicon.

도 26은 APCVD 언도핑된 산화물(117)에 의해 분리된 접합 및 APCVD 보론 도핑된 산화물을 이용하는 엑스시투 에미터를 위한 전지 후측 공정 흐름 옵션 131D를 나타낸다. 이러한 공정 흐름 옵션 131C에서, 선택적 에미터 접촉 영역은 Al(Si) 페이스트의 로 소결 어닐링에 의해 도핑되고(112), 베이스 접촉 영역은 APCVD 인 도핑된 산화물의 로 어닐링에 의해 도핑된다(113). 공정 흐름은, 도 7에 나타낸 바와 같이 마지막 두단계가 Al(Si) 인쇄 및 어닐링 옵션 #2 가공 (30)으로 대체되는 것을 제외하고 공정 흐름 옵션 131C과 동일하다. 소결 #1 어닐링 (34)은 에미터 접촉 영역에서 20 ohm/square 미만의 시트 저항을 형성하고 알루미늄을 드라이브 인하도록 최적화된다.
FIG. 26 shows a battery rear process flow option 131D for an X-ray diffuser using APCVD undoped oxide 117 separated junction and APCVD boron doped oxide. In this process flow option 131C, the selective emitter contact region is doped 112 by sintering annealing of the Al (Si) paste, and the base contact region is doped 113 by doping of the doped oxide which is APCVD. The process flow is the same as process flow option 131C except that the last two steps are replaced by Al (Si) printing and annealing option # 2 processing (30), as shown in FIG. The sintered # 1 anneal 34 is optimized to form a sheet resistance of less than 20 ohm / square at the emitter contact area and drive the aluminum.

도 27은 인쇄된 USG에 의해 분리된 접합(118) 및 APCVD 보론 도핑된 산화물을 이용하는 엑스시투 에미터를 위한 전지 후측 공정 흐름 옵션 132A를 나타낸다. 이러한 공정 흐름 옵션 132A에서, 선택적 에미터 접촉 영역은 APCVD 보론 도핑된 산화물의 고온 레이저 제거에 의해 도핑되고(109), 베이스 접촉 영역은 APCVD 인 도핑된 산화물의 로 어닐링에 의해 도핑된다(113). 공정 흐름은, 실리콘의 베이스 접촉 영역 상에 USG 페이스트 분리된 핑거의 직접 패터닝 및 얼라이닝 인쇄(168)를 시작한다. 인쇄된 USG 핑거의 폭은 50 내지 300 마이크로미터이고, 실리콘 상에 에미터 베이스 분리 영역을 형성하도록 최적화된다. 직접 패턴 인쇄의 선택적 툴은 스크린 인쇄, 잉크젯 인쇄, 에어로졸젯 인쇄, 또는 레이저 트랜스퍼 인쇄를 포함한다. 인쇄 후, USG 페이스트는 유기 바인더 물질을 번 아웃하기 위해 공기 중에서 건조 및 어닐링된다. USG 인쇄 후, 공정 흐름은 공정 흐름 옵션 130A와 동일하다. USG 페이스트는 실리콘 상에 에미터-베이스 분리 영역으로 도펀트의 드라이브 인 확산을 방지하기 위해 로 어닐링 동안 배리어층이고, 어닐링 후 USG 페이스트는 실리콘 상의 에미터-베이스 분리 영역 상의 패시베이션층이다.
FIG. 27 shows a cell rear side process flow option 132A for an X-ray emitter using junction 118 separated by a printed USG and APCVD boron doped oxide. In this process flow option 132A, the selective emitter contact region is doped (109) by high temperature laser ablation of the APCVD boron doped oxide (109) and doped (113) by annealing to the base contact region of APCVD doped oxide. The process flow begins with direct patterning and alignment printing 168 of USG paste-separated fingers on the base contact area of silicon. The width of the printed USG finger is 50 to 300 micrometers and is optimized to form an emitter base isolation region on silicon. Optional tools for direct pattern printing include screen printing, inkjet printing, aerosol jet printing, or laser transfer printing. After printing, the USG paste is dried and annealed in air to burn out the organic binder material. After USG printing, the process flow is the same as process flow option 130A. The USG paste is a barrier layer during annealing to prevent diffusion of the dopant into the emitter-base isolation region on silicon, and after annealing, the USG paste is a passivation layer on the emitter-base isolation region on silicon.

도 28은 인쇄된 USG에 의해 분리된 접합(118) 및 APCVD 보론 도핑된 산화물을 이용하는 엑스시투 에미터를 위한 전지 후측 공정 흐름 옵션 132B를 나타낸다. 이러한 공정 흐름 옵션 132B에서, 선택적 에미터 접촉 영역은 높은 보론 농도를 갖는 제2 보론 도핑된 APCVD 산화물층의 로 어닐링에 의해 도핑되고(110), 베이스 접촉 영역은 APCVD 인 도핑된 산화물의 로 어닐링에 의해 도핑된다(113). 공정 흐름은, 실리콘의 베이스 접촉 영역 상에 50 내지 300 마이크로미터의 폭을 갖는 USG 페이스트 분리된 핑거의 직접 패터닝 및 얼라이닝 인쇄(168)를 시작한다. USG 인쇄 후, 공정 흐름은 공정 흐름 옵션 130B와 동일하다. USG 페이스트는 도펀트의 드라이브 인 확산을 방지하기 위해 로 어닐링 동안 배리어층이고, 실리콘 상에 에미터-베이스 영역을 정의한다.
28 shows the junction 118 separated by the printed USG and the battery backside process flow option 132B for the X-ray emitter using APCVD boron doped oxide. In this process flow option 132B, the selective emitter contact region is doped 110 by annealing of a second boron doped APCVD oxide layer having a high boron concentration and the base contact region is annealed to APCVD doped oxide (113). The process flow begins with direct patterning and alignment printing 168 of USG paste separated fingers having a width of 50 to 300 micrometers on the base contact area of silicon. After USG printing, the process flow is the same as process flow option 130B. The USG paste is a barrier layer during low annealing to prevent diffusion of the dopant, which is the drive, and defines an emitter-base region on silicon.

도 29는 인쇄된 USG에 의해 분리된 접합(118) 및 APCVD 보론 도핑된 산화물을 이용하는 엑스시투 에미터를 위한 전지 후측 공정 흐름 옵션 132C를 나타낸다. 이러한 공정 흐름 옵션 132C에서, 선택적 에미터 접촉 영역은 Al(Si) 페이스트의 레이저 어닐링에 의해 도핑되고(111), 베이스 접촉 영역은 APCVD 인 도핑된 산화물의 로 어닐링에 의해 도핑된다(113). 공정 흐름은, 실리콘의 베이스 접촉 영역 상에 50 내지 300 마이크로미터의 폭을 갖는 USG 페이스트 분리된 핑거의 직접 패터닝 및 얼라이닝 인쇄를 시작한다(168). USG 인쇄 후, 공정 흐름은 공정 흐름 옵션 130C와 동일하다. USG 페이스트는 도펀트의 드라이브 인 확산을 방지하기 위해 로 어닐링 동안 배리어층이고, 실리콘 상에 에미터-베이스 분리 영역을 정의한다.
FIG. 29 shows a junction 118 separated by a printed USG and a battery backside process flow option 132C for an X-ray emitter using APCVD boron doped oxide. In this process flow option 132C, the selective emitter contact region is doped 111 by laser annealing of the Al (Si) paste and the base contact region is doped 113 by doping of the doped oxide which is APCVD. The process flow begins (168) with direct patterning and alignment printing of a USG paste separated finger having a width of 50 to 300 micrometers on the base contact area of silicon. After USG printing, the process flow is the same as process flow option 130C. The USG paste is a barrier layer during furnace annealing to prevent drift, which is the drive of the dopant, and defines an emitter-base isolation region on silicon.

도 30은 인쇄된 USG에 의해 분리된 접합(118) 및 APCVD 보론 도핑된 산화물을 이용하는 엑스시투 에미터를 위한 전지 후측 공정 흐름 옵션 132D를 나타낸다. 이러한 공정 흐름 옵션 132D에서, 선택적 에미터 접촉 영역은 Al(Si) 페이스트의 로 소결 어닐링에 의해 도핑되고(112), 베이스 접촉 영역은 APCVD 인 도핑된 산화물의 로 어닐링에 의해 도핑된다(113). 공정 흐름은, 실리콘의 베이스 접촉 영역 상에 50 내지 300 마이크로미터의 폭을 갖는 USG 페이스트 분리된 핑거의 직접 패터닝 및 얼라이닝 인쇄를 시작한다(168). USG 인쇄 후, 공정 흐름은 공정 흐름 옵션 130D와 동일하다. USG 페이스트는 도펀트의 드라이브 인 확산을 방지하기 위해 로 어닐링 동안 배리어층이고, 실리콘 상에 에미터-베이스 분리 영역을 정의한다.
Figure 30 shows a junction 118 separated by a printed USG and a battery backside process flow option 132D for an X-ray emitter using APCVD boron doped oxide. In this process flow option 132D, a selective emitter contact region is doped 112 by sintering annealing of Al (Si) paste and the base contact region is doped 113 by AP annealing to a doped oxide. The process flow begins (168) with direct patterning and alignment printing of a USG paste separated finger having a width of 50 to 300 micrometers on the base contact area of silicon. After USG printing, the process flow is the same as process flow option 130D. The USG paste is a barrier layer during furnace annealing to prevent drift, which is the drive of the dopant, and defines an emitter-base isolation region on silicon.

도 31은 인쇄된 USG에 의해 분리된 접합(118) 및 APCVD 보론 도핑된 산화물을 이용하는 엑스시투 에미터를 위한 전지 후측 공정 흐름 옵션 132E를 나타낸다. 이러한 공정 흐름 옵션 132E에서, 선택적 에미터 접촉 영역은 APCVD 보론 도핑된 산화물의 고온 레이저 제거에 의해 도핑되고(109), 베이스 접촉 영역은 인쇄된 PSG 페이스트의 로 어닐링에 의해 도핑된다(115). 공정 흐름은, 실리콘의 베이스 접촉 영역 상의 150 마이크로미터 미만의 폭을 갖는 PSG 페이스트 분리된 핑거의 직접 패터닝 및 얼라이닝 인쇄를 시작한다(169). PSG 페이스트는 인쇄 후 건조된다. 그 후, USG 페이스트 라인은 PSG 핑거 상에 얼라이닝 및 인쇄된다(170). USG 페이스트 라인의 인쇄는 PSG 페이스트 라인을 완전히 캡슐화하기 위해 최소 두께 및 폭으로 최적화된다. 그 후, USG 페이스트는 건조되고, PSG 및 USG 페이스트는 유기 바인더 물질을 번 아웃하기 위해 공기 중에서 어닐링된다. 실리콘 상의 에미터-베이스 분리 영역의 폭은 언더라잉 PSG 페이스트의 에지 너머로 연장되는 여분의 USG 라인 폭에 의해 정의된다. 인쇄 및 어닐링 후, 공정 흐름은 제1 단계를 제외하고 공정 흐름 옵션 130E와 동일하다(162). USG 페이스트는 로 어닐링 동안 배리어층이고, 에미터-베이스 분리 영역으로 도펀트의 드라이브 인 확산을 방지한다.
31 shows a cell rear side process flow option 132E for an X-ray emitter using junction 118 separated by a printed USG and APCVD boron doped oxide. In this process flow option 132E, the selective emitter contact region is doped (109) by high temperature laser ablation of the APCVD boron doped oxide (109) and the base contact region is doped (115) by annealing of the printed PSG paste. The process flow begins (169) with direct patterning and alignment printing of PSG paste-separated fingers having a width less than 150 micrometers on the base contact area of silicon. PSG paste is dried after printing. The USG paste lines are then aligned and printed 170 on the PSG finger. Printing of the USG paste line is optimized to a minimum thickness and width to fully encapsulate the PSG paste line. The USG paste is then dried, and the PSG and USG paste are annealed in air to burn out the organic binder material. The width of the emitter-base isolation region on the silicon is defined by the extra USG line width extending beyond the edge of the underlying PSG paste. After printing and annealing, the process flow is identical to process flow option 130E, except for the first step (162). The USG paste is a barrier layer during furnace annealing and prevents drive diffusion of the dopant into the emitter-base isolation region.

도 32는 인쇄된 USG에 의해 분리된 접합(118) 및 APCVD 보론 도핑된 산화물을 이용하는 엑스시투 에미터를 위한 전지 후측 공정 흐름 옵션 132F를 나타낸다. 이러한 공정 흐름 옵션 132F에서, 선택적 에미터 접촉 영역은 높은 보론 농도를 갖는 제2 보론 도핑된 APCVD 산화물층의 로 어닐링에 의해 도핑되고(110), 베이스 접촉 영역은 인쇄된 PSG 페이스트의 로 어닐링에 의해 도핑된다(113). 공정 흐름은, 실리콘의 베이스 접촉 영역 상에 PSG 페이스트 분리된 핑거의 직접 패터닝 및 얼라이닝 인쇄를 시작한다(169). PSG 페이스트는 인쇄 후 건조되고, 그 후 USG 페이스트 라인은 PSG 핑거를 캡슐화하기 위해 얼라이닝 및 인쇄된다(170). 그 후, USG 페이스트는 건조되고, PSG 및 USG 페이스트는 유기 바인더 물질을 번 아웃하기 위해 공기 중에서 어닐링된다. 실리콘 상의 에미터-베이스 분리 영역의 폭은 언더라잉 PSG 페이스트의 에지 너머로 연장되는 여분의 USG 페이스트 라인 폭에 의해 정의된다. 인쇄 및 어닐링 후, 공정 흐름은 제1 단계를 제외하고 공정 흐름 옵션 130F와 동일하다(162). USG 페이스트는 로 어닐링 동안 배리어층이고, 에미터-베이스 분리 영역으로 도펀트의 드라이브 인 확산을 방지한다.
32 shows the junction 118 separated by the printed USG and the battery backside process flow option 132F for the X-ray emitter using APCVD boron doped oxide. In this process flow option 132F, the selective emitter contact region is doped 110 by annealing of a second boron doped APCVD oxide layer having a high boron concentration, and the base contact region is annealed by annealing of the printed PSG paste (113). The process flow begins (169) with direct patterning and alignment printing of PSG paste-separated fingers on the base contact area of silicon. The PSG paste is dried after printing, after which the USG paste line is aligned and printed 170 to encapsulate the PSG finger. The USG paste is then dried, and the PSG and USG paste are annealed in air to burn out the organic binder material. The width of the emitter-base isolation region on the silicon is defined by the extra USG paste line width extending beyond the edge of the underlying PSG paste. After printing and annealing, the process flow is identical to process flow option 130F except for the first step (162). The USG paste is a barrier layer during furnace annealing and prevents drive diffusion of the dopant into the emitter-base isolation region.

도 33은 인쇄된 USG에 의해 분리된 접합(118) 및 APCVD 보론 도핑된 산화물을 이용하는 엑스시투 에미터를 위한 전지 후측 공정 흐름 옵션 132G를 나타낸다. 이러한 공정 흐름 옵션 132G에서, 선택적 에미터 접촉 영역은 Al(Si) 페이스트의 레이저 어닐링에 의해 도핑되고(111), 베이스 접촉 영역은 인쇄된 PSG 페이스트의 로 어닐링에 의해 도핑된다(115). 공정 흐름은, 실리콘의 베이스 접촉 영역 상에 PSG 페이스트 분리된 핑거의 직접 패터닝 및 얼라이닝 인쇄를 시작한다(169). PSG 페이스트는 인쇄 후 건조되고, 그 후 USG 페이스트 라인은 PSG 핑거를 캡슐화하기 위해 얼라이닝 및 인쇄된다(170). 그 후, USG 페이스트는 건조되고, PSG 및 USG 페이스트는 유기 바인더 물질을 번 아웃하기 위해 공기 중에서 어닐링된다. 실리콘 상의 에미터-베이스 분리 영역의 폭은 언더라잉 PSG 페이스트의 에지 너머로 연장되는 여분의 USG 페이스트 라인 폭에 의해 정의된다. 인쇄 및 어닐링 후, 공정 흐름은 제1 단계를 제외하고 공정 흐름 옵션 130G와 동일하다(162). USG 페이스트는 로 어닐링 동안 배리어층이고, 에미터-베이스 분리 영역으로 도펀트의 드라이브 인 확산을 방지한다.
33 shows a cell rear side process flow option 132G for an X-ray emitter using junction 118 separated by a printed USG and APCVD boron doped oxide. In this process flow option 132G, the selective emitter contact region is doped 111 by laser annealing of the Al (Si) paste and the base contact region is doped 115 by annealing of the printed PSG paste. The process flow begins (169) with direct patterning and alignment printing of PSG paste-separated fingers on the base contact area of silicon. The PSG paste is dried after printing, after which the USG paste line is aligned and printed 170 to encapsulate the PSG finger. The USG paste is then dried, and the PSG and USG paste are annealed in air to burn out the organic binder material. The width of the emitter-base isolation region on the silicon is defined by the extra USG paste line width extending beyond the edge of the underlying PSG paste. After printing and annealing, the process flow is identical to process flow option 130G except for the first step (162). The USG paste is a barrier layer during furnace annealing and prevents drive diffusion of the dopant into the emitter-base isolation region.

도 34는 인쇄된 USG에 의해 분리된 접합(118) 및 APCVD 보론 도핑된 산화물을 이용하는 엑스시투 에미터를 위한 전지 후측 공정 흐름 옵션 132H를 나타낸다. 이러한 공정 흐름 옵션 132H에서, 선택적 에미터 접촉 영역은 Al(Si) 페이스트의 로 소결 어닐링에 의해 도핑되고(112), 베이스 접촉 영역은 인쇄된 PSG 페이스트의 로 어닐링에 의해 도핑된다(115). 공정 흐름은, 실리콘의 베이스 접촉 영역 상에 PSG 페이스트 분리된 핑거의 직접 패터닝 및 얼라이닝 인쇄를 시작한다(169). PSG 페이스트는 인쇄 후 건조되고, 그 후 USG 페이스트 라인은 PSG 핑거를 캡슐화하기 위해 얼라이닝 및 인쇄된다(170). 그 후, USG 페이스트는 건조되고, PSG 및 USG 페이스트는 유기 바인더 물질을 번 아웃하기 위해 공기 중에서 어닐링된다. 실리콘 상의 에미터-베이스 분리 영역의 폭은 언더라잉 PSG 페이스트의 에지 너머로 연장되는 여분의 USG 페이스트 라인 폭에 의해 정의된다. 인쇄 및 어닐링 후, 공정 흐름은 제1 단계를 제외하고 공정 흐름 옵션 130H와 동일하다(162). USG 페이스트는 로 어닐링 동안 배리어층이고, 에미터-베이스 분리 영역으로 도펀트의 드라이브 인 확산을 방지한다.
Figure 34 shows a junction 118 separated by a printed USG and a battery backside process flow option 132H for an X-ray emitter using APCVD boron doped oxide. In this process flow option 132H, the selective emitter contact region is doped 112 by sintering annealing of the Al (Si) paste and the base contact region is doped 115 by annealing of the printed PSG paste. The process flow begins (169) with direct patterning and alignment printing of PSG paste-separated fingers on the base contact area of silicon. The PSG paste is dried after printing, after which the USG paste line is aligned and printed 170 to encapsulate the PSG finger. The USG paste is then dried, and the PSG and USG paste are annealed in air to burn out the organic binder material. The width of the emitter-base isolation region on the silicon is defined by the extra USG paste line width extending beyond the edge of the underlying PSG paste. After printing and annealing, the process flow is identical to process flow option 130H except for the first step (162). The USG paste is a barrier layer during furnace annealing and prevents drive diffusion of the dopant into the emitter-base isolation region.

도 35는 보론 도핑된 실리콘 에피택시로부터 인시투 에미터(108) 및 보론 도핑된 실리콘의 레이저 제거에 의해 분리된 접합(119)을 위한 전지 후측 공정 흐름 옵션 133A를 나타낸다. 이러한 공정 흐름 옵션 133A에서, 선택적 에미터 접촉 영역은 APCVD 보론 도핑된 산화물의 고온 레이저 제거에 의해 도핑되고(109), 베이스 접촉 영역은 APCVD 인 도핑된 산화물의 고온 레이저 제거에 의해 도핑된다(114). 공정 흐름은, 최종 전지 내에 전면 전계로 작용할 15 마이크로미터 미만의 두께, 도핑 농도 약 1×1017 cm-3 내지 1×1019 cm-3로 선택적 인시투 인 도핑된 실리콘층의 에피택셜 증착을 시작한다. 그 후, 8×1014 cm-3 내지 3×1016 cm-3의 도핑 농도로 인 도핑된 에피택셜 베이스층은 80 마이크로미터 미만까지 총 에피택셜 두께를 증가시키도록 증착된다. 최종 인시투 보론 도핑된 필드 에미터는 1×1018 cm-3 내지 1×1019 cm-3의 보론 농도, 1 마이크로미터 미만의 두께로 증착된다(180). 그 후, APCVD 보론 도핑된 산화물층은 에미터 접촉 영역을 도핑하기에 최적인 5% 내지 10%의 보론 농도로 증착된다(150). 그 후, 산화물 스택 및 보론 도핑된 실리콘의 패터닝 및 펄스된 레이저 저온 제거는 실리콘 상의 에미터-베이스 분리 영역을 개방하기 위해 행해진다(190). 제거된 실리콘 두께는 인 도핑된 베이스 실리콘을 노출하는 1 마이크로미터 미만이다. 그 후, APCVD 인 도핑된 산화물은 보론 도핑된 산화물 및 실리콘 개구부 상에 증착된다(152). 산화물 스택의 패터닝 및 펄스된 레이저 고온 제거는 실리콘 상의 에미터 접촉 영역을 선택적으로 보론 도핑하고, 개방하기 위해 다음에 행해진다(154). 인 도핑된 산화물 스택의 패터닝 및 펄스된 레이저 고온 제거는 이전에 제거된 실리콘 영역 상에 베이스 접촉 영역을 선택적으로 인 도핑 및 개방하기 위해 행해진다(200). 고온 레이저 제거 공정은 에미터 및 베이스 접촉 영역에 20 ohm/square 미만의 시트 저항을 형성하기 위해 보론 및 인을 드라이브 인하도록 최적화된다. 전지 후측 가공은 도 7에 나타낸 바와 같이 Al(Si) 인쇄 및 어닐링 옵션 #1 (20)에 의해 완료된다.
35 shows a battery rear process flow option 133A for a junction 119 separated by a laser ablation of an in-situ emitter 108 and a boron doped silicon from a boron doped silicon epitaxy. In this process flow option 133A, the selective emitter contact region is doped (109) by high temperature laser ablation of the APCVD boron doped oxide (109) and the base contact region is doped (114) by high temperature laser ablation of doped oxide which is APCVD, . The process flow may include epitaxial deposition of a selective insitu doped silicon layer at a doping concentration of about 1 x 10 17 cm -3 to 1 x 10 19 cm -3 that will act as a front field in the final cell, Start. The doped epitaxial base layer with a doping concentration of 8 x 10 14 cm -3 to 3 x 10 16 cm -3 is then deposited to increase the total epitaxial thickness to less than 80 micrometers. The final in situ boron doped field emitter is deposited 180 to a boron concentration of 1 x 10 18 cm -3 to 1 x 10 19 cm -3 , less than 1 micrometer. The APCVD boron doped oxide layer is then deposited 150 to a boron concentration of 5% to 10%, which is optimal for doping the emitter contact region. Patterning of the oxide stack and boron doped silicon and pulsed laser desorption are then performed 190 to open the emitter-base isolation region on the silicon. The removed silicon thickness is less than one micrometer exposing the doped base silicon. A doped oxide, APCVD, is then deposited (152) on the boron doped oxide and silicon openings. Patterning of the oxide stack and pulsed laser desorption are then performed (154) to selectively boron-dope and open the emitter contact region on the silicon. Patterning of the phosphorus doped oxide stack and pulsed laser desorption are performed 200 to selectively doping and opening the base contact region on the previously removed silicon region. The high temperature laser ablation process is optimized to drive boron and phosphorus to form a sheet resistance of less than 20 ohm / square at the emitter and base contact regions. The battery backside processing is completed by Al (Si) printing and annealing option # 1 (20) as shown in FIG.

도 36은 보론 도핑된 실리콘 에피택시로부터 인시투 에미터(108) 및 보론 도핑된 실리콘의 레이저 제거에 의해 분리된 접합(119)을 위한 전지 후측 공정 흐름 옵션 133B를 나타낸다. 이러한 공정 흐름 옵션 133B에서, 선택적 에미터 접촉 영역은 Al(Si) 페이스트의 레이저 어닐링에 의해 도핑되고(111), 베이스 접촉 영역은 APCVD 인 도핑된 산화물의 고온 레이저 제거에 의해 도핑된다(114). 공정 흐름은, 선택적 전면 전계층 후, 베이스층 및 인시투 에미터층의 에피택셜 실리콘 증착을 시작한다(180). 그 후, APCVD 언도핑된 산화물층은 증착된다(167). 다음으로, 산화물 스택 및 보론 도핑된 실리콘의 패터닝 및 펄스된 레이저 저온 제거는 실리콘 상의 에미터-베이스 분리 영역을 개방하기 위해 행해진다(190). 제거된 실리콘 두께는 인 도핑된 베이스 실리콘을 노출하는 1 마이크로미터 미만이다. 그 후, APCVD 인 도핑된 산화물은 APCVD 산화물 및 실리콘 개구부 상에 증착된다(152). 그후, APCVD 산화물층 스택은 실리콘 상의 에미터 접촉 영역을 개방하기 위해 펄스 레이저 저온 제거에 의해 패터닝된다(163). 인 도핑된 산화물 스택의 패터닝 및 펄스된 레이저 고온 제거는 이전에 제거된 실리콘 영역 상에 베이스 접촉 영역을 선택적으로 인 도핑 및 개방하기 위해 행해진다(200). 고온 레이저 제거 공정은 베이스 접촉 영역에 20 ohm/square 미만의 시트 저항을 형성하기 위해 인을 드라이브 인하도록 최적화된다. Al(Si) 인쇄 및 어닐링 옵션 #1 (20)은 도 7에 나타낸 바와 같이 행해진다. 전지 후측 가공은 실리콘으로 알루미늄을 드라이브 인하고, 선택적 에미터를 형성하기 위해 Al(Si) 에미터 핑거를 선택적으로 레이저 어닐링함으로써 완료된다(160). 레이저 어닐링 공정은 에미터 접촉 영역에 20 ohm/square 미만의 시트 저항을 형성하기 위해 알루미늄을 드라이브 인하도록 최적화된다.
36 shows a cell rear process flow option 133B for a junction 119 separated by an in-situ emitter 108 and a boron doped silicon laser removal from boron doped silicon epitaxy. In this process flow option 133B, the selective emitter contact region is doped 111 by laser annealing of Al (Si) paste and doped 114 by a high temperature laser ablation of the doped oxide which is APCVD. The process flow begins (180) with the epitaxial silicon deposition of the base layer and the in-situ emitter layer after the selective front entire layer. The APCVD undoped oxide layer is then deposited (167). Patterning of the oxide stack and boron doped silicon and pulsed laser desorption are then performed 190 to open the emitter-base isolation region on the silicon. The removed silicon thickness is less than one micrometer exposing the doped base silicon. A doped oxide, APCVD, is then deposited (152) on the APCVD oxide and silicon openings. The APCVD oxide layer stack is then patterned (163) by pulsed laser desorption to open the emitter contact area on the silicon. Patterning of the phosphorus doped oxide stack and pulsed laser desorption are performed 200 to selectively doping and opening the base contact region on the previously removed silicon region. The high temperature laser ablation process is optimized to drive phosphorus to form a sheet resistance of less than 20 ohm / square at the base contact area. Al (Si) printing and annealing option # 1 (20) is performed as shown in FIG. The battery backside machining is completed 160 by driving the aluminum with silicon and selectively laser annealing the Al (Si) emitter fingers to form a selective emitter. The laser annealing process is optimized to drive the aluminum to form a sheet resistance of less than 20 ohm / square in the emitter contact area.

도 37은 보론 도핑된 실리콘 에피택시로부터 인시투 에미터(108) 및 보론 도핑된 실리콘의 레이저 제거에 의해 분리된 접합(119)을 위한 전지 후측 공정 흐름 옵션 133C를 나타낸다. 이러한 공정 흐름 옵션 133C에서, 선택적 에미터 접촉 영역은 Al(Si) 페이스트의 로 소결 어닐링에 의해 도핑되고(112), 베이스 접촉 영역은 APCVD 인 도핑된 산화물의 고온 레이저 제거에 의해 도핑된다(114). 공정 흐름은, 도 7에 나타낸 바와 같이 마지막 두단계가 Al(Si) 인쇄 및 어닐링 옵션 #2 가공 (30)으로 대체되는 것을 제외하고 공정 흐름 옵션 133B와 동일하다. 소결 #1 어닐링 (34)은 에미터 접촉 영역에서 20 ohm/square 미만의 시트 저항을 형성하고 알루미늄을 드라이브 인하도록 최적화된다.
37 shows a cell rear process flow option 133C for a junction 119 separated by an in-situ emitter 108 from boron doped silicon epitaxy and by laser ablation of boron doped silicon. In this process flow option 133C, the selective emitter contact region is doped 112 by sintering annealing of Al (Si) paste and the base contact region is doped 114 by high temperature laser ablation of doped oxide, APCVD, . The process flow is the same as the process flow option 133B except that the last two steps are replaced by Al (Si) printing and annealing option # 2 processing (30) as shown in FIG. The sintered # 1 anneal 34 is optimized to form a sheet resistance of less than 20 ohm / square at the emitter contact area and drive the aluminum.

실시예의 앞선 설명은 당업자가 청구된 주제를 이용하거나 제조를 가능하게 하기 위해 제공된다. 이 실시예에 각종 변경은 당업자에게 명백하고, 여기에 정의되는 일반적인 원리는 혁신적인 노력을 이용하지 않고 다른 실시예에 적용될 수 있다. 따라서, 청구된 주제는 여기에 나타낸 실시예에 한정되는 것이 아니고, 여기에 개시된 원리 및 새로운 특징과 일치하는 가장 넓은 범위에 따르는 것이다.The foregoing description of the embodiments is provided to enable those skilled in the art to make or use the claimed subject matter. Various modifications to this embodiment will be readily apparent to those skilled in the art, and the generic principles defined herein may be applied to other embodiments without resorting to innovative efforts. Accordingly, the claimed subject matter is not limited to the embodiments shown herein but is to be accorded the widest scope consistent with the principles and novel features disclosed herein.

Claims (22)

반도체 태양 전지 기판 상에 베이스 영역 및 에미터 영역에 접속되는 베이스 전극 및 에미터 전극을 포함하는, 반도체 태양 전지 기판의 후측면 상의 제1 알루미늄-실리콘 합금층;
상기 제1 알루미늄-실리콘 합금층에 접근하도록 비아 홀을 포함하는, 상기 제1 알루미늄-실리콘 합금층 상의 전기 절연 백플레인 층으로, 상기 비아 홀은 상기 제1 금속층에 베이스 접촉 및 에미터 접촉을 형성하도록 상기 백플레인 층을 통해 드릴링되고, 상기 제1 알루미늄-실리콘 합금층을 통해 펀칭되지 않고 선택적인 위치에서 상기 제1 알루미늄-실리콘 합금층에서 중단되는 것인, 전기 절연 백플레인 층; 및
상기 비아 홀을 통해 상기 제1 알루미늄 실리콘 합금층에 전기적으로 접촉되는, 상기 전기 절연 백플레인 층 상의 전기 전도성 금속의 제2 금속층;
을 포함하는, 후면 접촉 태양 전지 구조물.
A first aluminum-silicon alloy layer on the rear side of the semiconductor solar cell substrate, the first aluminum-silicon alloy layer including a base electrode and an emitter electrode connected to the base region and the emitter region on the semiconductor solar cell substrate;
An electrically insulated backplane layer on said first aluminum-silicon alloy layer, said via-hole including a via-hole approaching said first aluminum-silicon alloy layer, said via hole forming base contact and emitter contact to said first metal layer Wherein the first aluminum-silicon alloy layer is drilled through the backplane layer and is interrupted at the first aluminum-silicon alloy layer at an optional location without being punched through the first aluminum-silicon alloy layer; And
A second metal layer of electrically conductive metal on the electrically insulated backplane layer that is in electrical contact with the first aluminum silicon alloy layer through the via hole;
/ RTI &gt; solar cell structure.
반도체 흡수체의 전측 상의 표면 패시베이션 및 반사 방지 코팅층;
상기 반도체 흡수체의 후측 상에 더 두꺼운 약하게 도핑된 n형 베이스층 및 더 얇은 무겁게 도핑된 p형 에미터 접합; 및
후측 구조물;
을 포함하는 결정 반도체 흡수층을 포함하는 맞물려진 후면 접촉 태양 전지 구조물로,
상기 후측 구조물은, 패터닝된 후측 유전체 도펀트원 및 베이스 및 에미터 접촉 개구부를 갖는 표면 패시베이션 구조물;
상기 베이스 및 에미터 접촉 개구부를 통해 상기 베이스 및 에미터 영역과 접촉하고, 상기 패시베이션 구조물 및 패터닝된 후측 유전체 도펀트원 바로 위에 복수의 직접 인쇄된 실리콘 함유 알루미늄 핑거를 포함하는 제1 맞물려진 베이스 및 에미터 금속화층;
상기 제1 맞물려진 베이스 및 에미터 금속화층 상에 랜딩된 복수의 비아 홀을 포함하는, 상기 제1 패터닝된 맞물려진 베이스 및 에미터 금속화층 및 상기 표면 패시베이션 구조물 및 패터닝된 후측 유전체 도펀트원 상에 상기 태양 전지 구조물에 부착되는 전기 절연 백플레인 층; 및
상기 제1 맞물려진 베이스 및 에미터 금속화층에 실질적으로 직각으로 얼라이닝된 패터닝된 컨덕터를 포함하는, 상기 전기 절연 백플레인층 상에 형성되는 제2 맞물려진 베이스 및 에미터 금속화층을 포함하는 것인,
맞물려진 후면 접촉 태양 전지 구조물.
A surface passivation and antireflective coating layer on the front side of the semiconductor absorber;
A heavily doped n-type base layer and a thinner heavily doped p-type emitter junction on the back side of the semiconductor absorber; And
Rear structure;
And a crystal semiconductor absorber layer formed on the semiconductor substrate,
The rear structure comprising: a surface passivation structure having a patterned backside dielectric dopant source and a base and an emitter contact opening;
A first interlocked base and emitter contacted with the base and emitter regions through the base and emitter contact openings and comprising a plurality of directly printed silicon containing aluminum fingers directly over the passivation structure and the patterned rear dielectric dopant source, Metal layer;
The first patterned meshing base and emitter metallization layer including a plurality of via holes landed on the first meshed base and emitter metallization layers and a second patterned mesated base and emitter metallization layer on the surface passivation structure and the patterned rear dielectric dopant source An electrically insulated backplane layer attached to the solar cell structure; And
A second interlocked base and an emitter metallization layer formed on the electrically insulated backplane layer, the patterned conductor including a patterned conductor aligned substantially perpendicular to the first interlocked base and the emitter metallization layer ,
Engaged back contact solar cell structure.
제2항에 있어서,
상기 제1 맞물려진 베이스 및 에미터 금속화층은 상기 제2 맞물려진 베이스 및 에미터 금속화층과 비교하여 더 많은 수의 베이스 및 에미터 금속화 핑거를 갖는 것인, 맞물려진 후면 접촉 태양 전지 구조물.
3. The method of claim 2,
Wherein the first interlocked base and emitter metallization layer has a greater number of base and emitter metallization fingers as compared to the second interlocked base and emitter metallization layer.
제2항에 있어서,
상기 반도체 흡수체 전측 패시베이션 및 반사 방지 코팅층은 비정질 실리콘 수소 화합물, 비정질 실리콘 니트라이드 화합물, 및 비정질 실리콘 디옥시드 화합물의 적어도 하나의 조합을 포함하는 것인, 맞물려진 후면 접촉 태양 전지 구조물.
3. The method of claim 2,
Wherein the semiconductor absorber front passivation and anti-reflective coating layer comprises at least one combination of an amorphous silicon hydrogen compound, an amorphous silicon nitride compound, and an amorphous silicon dioxide compound.
제2항에 있어서,
상기 반도체 흡수체 전측 패시베이션 및 반사 방지 코팅층은 비정질 실리콘 옥시드 화합물 및 비정질 실리콘 니트라이드 화합물의 적어도 하나의 조합을 포함하는 것인, 맞물려진 후면 접촉 태양 전지 구조물.
3. The method of claim 2,
Wherein the semiconductor absorber front passivation and antireflective coating layer comprises a combination of at least one of an amorphous silicon oxide compound and an amorphous silicon nitride compound.
제2항에 있어서,
상기 반도체 흡수체 전측 패시베이션 및 반사 방지 코팅층은 비정질 실리콘 카바이드 화합물 및 비정질 실리콘 니트라이드 화합물의 적어도 하나의 조합을 포함하는 것인, 맞물려진 후면 접촉 태양 전지 구조물.
3. The method of claim 2,
Wherein the semiconductor absorber front passivation and anti-reflective coating layer comprises a combination of at least one of an amorphous silicon carbide compound and an amorphous silicon nitride compound.
제2항에 있어서,
상기 반도체 흡수체 전측 패시베이션 및 반사 방지 코팅층은 수소, 산소, 및 탄소원자 중 하나 또는 조합을 갖는 비정질 실리콘 화합물의 적어도 하나의 층, 및 비정질 실리콘 니트라이드 및 비정질 실리콘 디옥시드 화합물의 적어도 하나의 층을 포함하는 것인, 맞물려진 후면 접촉 태양 전지 구조물.
3. The method of claim 2,
Wherein the semiconductor absorber front passivation and antireflective coating layer comprises at least one layer of an amorphous silicon compound having one or a combination of hydrogen, oxygen, and carbon atoms, and at least one layer of an amorphous silicon nitride and an amorphous silicon dioxide compound Interfaced solar cell structure.
제2항에 있어서,
상기 반도체 흡수체 전측 패시베이션 및 반사 방지 코팅층은 비정질 실리콘 수소 화합물 및 비정질 실리콘 니트라이드 수소 화합물의 조합을 포함하는 것인, 맞물려진 후면 접촉 태양 전지 구조물.
3. The method of claim 2,
Wherein the semiconductor absorber front passivation and antireflective coating layer comprises a combination of an amorphous silicon hydrogen compound and an amorphous silicon nitride hydride compound.
반도체 흡수체의 전측 상에 패시베이션 및 반사 방지 코팅층을 형성하는 단계;
상기 반도체 흡수체의 후측 상에 더 두꺼운 가볍게 도핑된 n형 베이스층 및 더 얇은 무겁게 도핑된 p형 에미터 접합을 형성하는 단계;
상기 반도체 흡수체의 후측 상에 더 두꺼운 가볍게 도핑된 n형 베이스층 및 더 얇은 무겁게 도핑된 p형 에미터 접합 상에 후측 구조물을 형성하는 단계로,
상기 단계는,
베이스 및 에미터 접촉 개구부를 갖는 패시베이션 구조물 및 패터닝된 후측 유전체 도펀트원을 형성하는 단계;
상기 베이스 및 에미터 접촉 개구부를 통해 상기 베이스 및 에미터 영역과 접촉하고, 상기 패시베이션 구조물 및 패터닝된 후측 유전체 도펀트원 바로 위에 복수의 직접 인쇄된 실리콘 함유 알루미늄 핑거를 포함하는 제1 맞물려진 베이스 및 에미터 금속화층을 형성하는 단계;
상기 제1 맞물려진 베이스 및 에미터 금속화층 상에 랜딩된 복수의 비아 홀을 포함하는, 상기 제1 패터닝된 맞물려진 베이스 및 에미터 금속화층 및 상기 표면 패시베이션 구조물 및 패터닝된 후측 유전체 도펀트원 상에 상기 태양 전지 구조물에 부착되는 전기 절연 백플레인 층을 형성하는 단계; 및
상기 제1 맞물려진 베이스 및 에미터 금속화층에 실질적으로 직각으로 얼라이닝된 패터닝된 컨덕터를 포함하는, 상기 전기 절연 백플레인층 상에 제2 맞물려진 베이스 및 에미터 금속화층을 형성하는 단계를 포함하는 것인, 단계;
를 포함하는, 결정 반도체 흡수층 상에 맞물려진 후면 접촉 태양 전지 구조물을 형성하는 방법.
Forming a passivation and antireflection coating on the front side of the semiconductor absorber;
Forming a thicker lightly doped n-type base layer and a thinner heavily doped p-type emitter junction on the back side of the semiconductor absorber;
Forming a thicker lightly doped n-type base layer on the rear side of the semiconductor absorber and a rear structure on a thinner heavily doped p-type emitter junction,
Wherein the step
Forming a passivation structure having a base and an emitter contact opening and a patterned backside dielectric dopant source;
A first interlocked base and emitter contacted with the base and emitter regions through the base and emitter contact openings and comprising a plurality of directly printed silicon containing aluminum fingers directly over the passivation structure and the patterned rear dielectric dopant source, To form a metal layer;
The first patterned meshing base and emitter metallization layer including a plurality of via holes landed on the first meshed base and emitter metallization layer and a second patterned mesated base and emitter metallization layer on the surface passivation structure and the patterned rear dielectric dopant source Forming an electrically insulated backplane layer attached to the solar cell structure; And
Forming a second interlocked base and emitter metallization layer on the electrically insulated backplane layer, the patterned conductor including a patterned conductor aligned substantially perpendicular to the first intertwined base and the emitter metallization layer Step;
Contacting the photovoltaic cell structure with the crystalline semiconductor absorber layer.
제9항에 있어서,
상기 제1 맞물려진 베이스 및 에미터 금속화층은 스크린 인쇄에 의해 형성되는 것인, 맞물려진 후면 접촉 태양 전지 구조물을 형성하는 방법.
10. The method of claim 9,
Wherein the first meshed base and the emitter metallization layer are formed by screen printing. &Lt; RTI ID = 0.0 &gt; 11. &lt; / RTI &gt;
제9항에 있어서,
상기 제1 맞물려진 베이스 및 에미터 금속화층은 잉크젯 인쇄에 의해 형성되는 것인, 맞물려진 후면 접촉 태양 전지 구조물을 형성하는 방법.
10. The method of claim 9,
Wherein the first intertwined base and the emitter metallization layer are formed by ink jet printing. &Lt; Desc / Clms Page number 20 &gt;
제9항에 있어서,
상기 제1 맞물려진 베이스 및 에미터 금속화층은 에어로졸젯 인쇄에 의해 형성되는 것인, 맞물려진 후면 접촉 태양 전지 구조물을 형성하는 방법.
10. The method of claim 9,
Wherein the first meshed base and emitter metallization layers are formed by aerosol jet printing. &Lt; RTI ID = 0.0 &gt; 18. &lt; / RTI &gt;
제9항에 있어서,
상기 제1 맞물려진 베이스 및 에미터 금속화층은 레이저 트랜스퍼 인쇄에 의해 형성되는 것인, 맞물려진 후면 접촉 태양 전지 구조물을 형성하는 방법.
10. The method of claim 9,
Wherein the first intertwined base and the emitter metallization layer are formed by laser transfer printing. &Lt; Desc / Clms Page number 20 &gt;
제9항에 있어서,
상기 제1 맞물려진 베이스 및 에미터 금속화층은, 상기 패터닝된 후측 유전체 도펀트원 및 패시베이션 구조물 상에 직접적으로 상기 실리콘 함유 알루미늄 핑거의 직접 인쇄와, 페이스트를 건조, 용매를 번 오프, 인쇄된 금속화 구조물의 경화/낮은 저항률을 위해 인쇄된 페이스트의 후속 열처리에 의해 형성되는 것인, 맞물려진 후면 접촉 태양 전지 구조물을 형성하는 방법.
10. The method of claim 9,
The first interlocked base and emitter metallization layer is formed by direct printing of the silicon-containing aluminum finger directly on the patterned rear dielectric dopant source and passivation structure, drying the paste, burning off the solvent, Contact solar cell structure is formed by subsequent heat treatment of the printed paste for hardening / low resistivity of the structure.
제14항에 있어서,
상기 열처리는 금속 페이스트 인쇄 및 기기 건조 직후에 인-라인 벨트 로에서 수행되는 것이고, 상기 로는 용매가 번 오프되고 페이스트가 경화/저항률을 감소시키기 위해 사용되는 것인, 맞물려진 후면 접촉 태양 전지 구조물을 형성하는 방법.
15. The method of claim 14,
Wherein the heat treatment is performed in an in-line belt immediately after metal paste printing and instrument drying, wherein the solvent is burned off and the paste is used to reduce cure / resistivity. Lt; / RTI &gt;
제9항에 있어서,
상기 복수의 직접 인쇄 실리콘 함유 알루미늄 핑거는, 알루미늄 실리콘 합금 페이스트 또는 실질적으로 플레이크상 입자와 같은 형태의 알루미늄-실리콘 합금 입자를 포함하는 잉크를 이용하여 형성되는 것인, 맞물려진 후면 접촉 태양 전지 구조물을 형성하는 방법.
10. The method of claim 9,
Wherein the plurality of direct printed silicon-containing aluminum fingers are formed using an ink comprising aluminum-silicon alloy particles in the form of an aluminum silicon alloy paste or substantially flake-like particles. Lt; / RTI &gt;
제9항에 있어서,
상기 복수의 직접 인쇄 실리콘 함유 알루미늄 핑거는, 알루미늄 실리콘 합금 페이스트 또는 실질적으로 구상 입자와 같은 형태의 알루미늄-실리콘 합금 입자를 포함하는 잉크를 이용하여 형성되는 것인, 맞물려진 후면 접촉 태양 전지 구조물을 형성하는 방법.
10. The method of claim 9,
Wherein the plurality of direct printed silicon-containing aluminum fingers are formed using an ink comprising aluminum-silicon alloy particles in the form of an aluminum silicon alloy paste or substantially spherical particles. How to.
제9항에 있어서,
상기 복수의 직접 인쇄 실리콘 함유 알루미늄 핑거는, 알루미늄 실리콘 합금 페이스트 또는 실질적으로 플레이크상 입자와 구상 입자의 혼합과 같은 형태의 알루미늄-실리콘 합금 입자를 포함하는 잉크를 이용하여 형성되는 것인, 맞물려진 후면 접촉 태양 전지 구조물을 형성하는 방법.
10. The method of claim 9,
Wherein the plurality of direct printed silicon-containing aluminum fingers are formed using an ink comprising aluminum-silicon alloy particles in the form of an aluminum silicon alloy paste or a mixture of substantially flake-like particles and spherical particles. Method for forming a contact solar cell structure.
실질적으로 플레이크상 입자와 구상 입자의 혼합과 같은 형태의 알루미늄-실리콘 합금 입자를 포함하는 맞물려진 후면 접촉 베이스 및 에미터 접촉 금속화 구조물을 형성하기 위한 실리콘 함유 알루미늄 합금.
A silicon-containing aluminum alloy for forming a meshed rear contact base and an emitter contact metallization structure comprising aluminum-silicon alloy particles substantially in the form of a mixture of flake phase particles and spherical phase particles.
제19항에 있어서,
상기 합금은 스크린 인쇄에 적용 가능한 페이스트인 것인, 실리콘 함유 알루미늄 합금.
20. The method of claim 19,
Wherein the alloy is a paste applicable to screen printing.
제19항에 있어서,
상기 합금은 잉크젯 인쇄에 적용 가능한 잉크인 것인, 실리콘 함유 알루미늄 합금.
20. The method of claim 19,
Wherein the alloy is an ink applicable to ink jet printing.
제19항에 있어서,
상기 합금은 에어로졸젯 인쇄에 적용 가능한 잉크인 것인, 실리콘 함유 알루미늄 합금.
20. The method of claim 19,
Wherein the alloy is an ink applicable to aerosol jet printing.
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