СПОСОБ ОБРАБОТКИ НЕСОГЛАСОВАННОСТЕЙ В УСТРОЙСТВАХ НА ОСНОВЕ СОЛНЕЧНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ И УСТРОЙСТВА, ПОЛУЧЕННЫЕ С ЕГО ПОМОЩЬЮ
METHOD FOR PROCESSING INCONSISTENCIES IN SOLAR CELL-BASED DEVICES AND DEVICES OBTAINED USING IT

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
[0001] Настоящее изобретение относится к способам изготовления проводки для солнечных элементов на полупроводниковых подложках, содержащих несогласованности, и к устройствам, полученным указанными способами.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
[0002] Большинство солнечных элементов включают в себя переднюю проводку для сбора электрического тока, вырабатываемого устройством на основе солнечного элемента. Передняя проводка выполнена имеющей длинные, тонкие металлические линии сетки, которые оканчиваются токопроводящими шинами. Токопроводящие шины собирают в большом количестве ток с линий сетки и переносят его в контактные области. Несогласованности в поверхностях солнечных элементов, на которой сформирована проводка, могут вызывать ухудшение характеристик элементов, которое является результатом перекрытия металлической проводки несогласованностями в полупроводниковых слоях. Например, несогласованности могут вызывать короткое замыкание и/или увеличение сопротивления проводки до нежелательных уровней. На ФИГ. 1 показан пример устройства 8 на основе солнечного элемента, образованного на полупроводниковой подложке 10. Как показано на ФИГ. 2, полупроводниковая подложка 10 включает в себя опорную подложку 10а, содержащую германий или кремний, слой 10b в виде устройства на основе монокристаллического материала III/V типа (например, GaAs и/или InGaP) и переднюю проводку 12. Полупроводниковая подложка 10 может иметь несогласованности 14 и 16, как показано на чертеже. Несогласованность 14 находится на полупроводниковой подложке 10, но не контактирует с передней проводкой 12 и, таким образом, будет незначительно влиять на характеристики или вообще не будет влиять на них. Однако несогласованность 16 находится под линией и, следовательно, может потенциально ухудшить характеристики солнечных элементов. Несогласованности, которые контактируют с какой-либо частью передней проводки 12, потенциально могут ухудшить характеристики, в том числе несогласованности, расположенные под токопроводящими шинами 18, контактными областями 20 или линиями 22 сетки.
[0003] На ФИГ. 2 показана передняя проводка 12 на полупроводниковой подложке 10, имеющая несогласованности 14, 16а и 16b. Несогласованности могут быть самого разного типа и иметь различные источники происхождения. Несогласованность 16а одного типа имеет форму частицы, такой как частица, попавшая во время нанесения материала солнечного элемента, что приводит к получению элемента в виде высокой неплоской поверхности, который потенциально может увеличивать сопротивление какой-либо проводки, выполненной на ней. Еще одна несогласованность 16b может возникать в виде области, в которой отсутствует рост и которая имеет вид отверстия в полупроводниковой подложке, что потенциально может увеличивать сопротивление и/или вызывать короткое замыкание между активными областями устройства, что ухудшает характеристики устройства.
[0004] Известны различные подходы к изготовлению передней металлической проводки устройств на основе солнечных элементов. При использовании одного общего подхода используется техника отслаивания для получения структурированных металлических линий. Этот процесс включает формирование структурированной полимерной маски для отслаивания на полупроводниковой подложке. Маске для отслаивания придают структуру для получения необходимой конфигурации проводки солнечного элемента с использованием методик, хорошо известных в данной области техники. Шаблонная маска для отслаивания имеет промежутки, обнажающие расположенные ниже части подложки. Металлический слой наносят в виде покрытия посредством направленного процесса, такого как испарение, на шаблонную маску для отслаивания и на открытые области полупроводниковой подложки. Затем устройство пропитывают растворителями, что приводит к "отслаиванию" шаблонной маски для отслаивания и вышележащих металлических слоев, при этом на полупроводниковой подложке остается металл, не сформированный на маске для отслаивания, с образованием проводки. При другом традиционном подходе к изготовлению передней проводки осуществляют выборочное нанесение металла посредством электролиза (также называемого в настоящем документе нанесением гальванического покрытия) в областях подложки, которые открыты через шаблонную маску, но не на саму шаблонную маску. Затем шаблонная маска может быть удалена, а выборочно нанесенный металл остается в виде проводящей проводки.
[0005] Другие известные процессы получения передней проводки включают нанесение металлического слоя в виде первого покрытия с использованием любого подходящего процесса, такого как испарение или нанесение гальванического покрытия, и последующее структурирование металлического слоя с использованием хорошо известных методов фотолитографии. Такие методы фотолитографии могут включать нанесение и проявление слоя фоторезиста с формированием структурированного фоторезиста на металлическом слое. После этого металлическому слою может быть придан топологический рисунок посредством удаления областей металла, не защищенных структурированным фоторезистом, с использованием хорошо известных процессов травления. После травления структурированный фоторезист удаляют, чтобы оставить на подложке структурированную, или имеющую топологический рисунок, металлическую проводку.
[0006] Описанные выше процессы получения передней проводки на солнечных элементах включают получение топологического рисунка фоторезиста. Как хорошо известно в данной области техники, получение такого топологического рисунка фоторезиста обычно включает воздействие на фоторезист излучением через фотомаску. Такие фотомаски требуют много времени и средств для изготовления и используются повторно для получения по существу одинаковых топологических рисунков фоторезиста для массового производства многих тысяч или миллионов одинаковых устройств на основе солнечных элементов. Поскольку фотомаски сложно модифицировать, топологический рисунок фоторезиста нельзя простым образом модифицировать для изготовления передней проводки с отличающимися топологическими рисунками для отдельных устройств.
[0007] Процесс, который обеспечивает возможность модификации передней проводки на солнечных элементах и других пленках с учетом несогласованностей конкретной полупроводниковой подложки, мог бы оказаться важным шагом вперед в данной области техники.
РАСКРЫТИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0008] Раскрытие настоящего изобретения относится к способу обработки устройства на основе солнечного элемента. Способ включает обнаружение по меньшей мере одной несогласованности в поверхности полупроводниковой подложки, имеющей активную область солнечного элемента, образованную в ней. Топологический рисунок нанесения определяют с учетом местоположения указанной по меньшей мере одной несогласованности. Материал выборочно наносят на подложку согласно топологическому рисунку нанесения.
[0009] Раскрытие настоящего изобретения также относится к устройству на основе солнечного элемента. Устройство на основе солнечного элемента содержит по меньшей мере одну несогласованность в поверхности полупроводниковой подложки, имеющей активную область солнечного элемента, образованную в ней. Проводящая линия выполнена так, чтобы избежать указанной по меньшей мере одной несогласованности.
[0010] Раскрытие настоящего изобретения также относится к устройству на основе солнечного элемента. Устройство на основе солнечного элемента содержит по меньшей мере одну несогласованность в поверхности полупроводниковой подложки, имеющей активную область солнечного элемента, образованную в ней. Передняя проводка находится на поверхности полупроводниковой подложки для сбора электрического тока, вырабатываемого устройством на основе солнечного элемента. Передняя проводка содержит проводящую линию, размещенную поверх одной или более из указанных по меньшей мере одной несогласованностей. Устройство на основе солнечного элемента также содержит структурированный изолирующий слой, отделяющий проводящую линию от указанных одной или более несогласованностей.
[0011] Следует отметить, что и изложенное ниже общее описание, и следующее за ним подробное описание приведены в качестве примера и пояснения и не являются ограничивающими примерами, как заявлено в настоящем документе.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[0012] Сопровождающие чертежи, включенные в качестве составляющей части в настоящее описание, иллюстрируют аспекты осуществления настоящих идей и вместе с описанием служат для объяснения принципов настоящего изобретения.
[0013] На ФИГ. 1 показан вид сверху обычной схемы проводки, реализованной на устройстве на основе солнечного элемента.
[0014] На ФИГ. 2 представлено сечение приведенного в качестве примера обычного устройства на основе солнечного элемента, который включает в себя проводку, образованную поверх несогласованностей.
[0015] На ФИГ. 3 показан пример последовательности технологических операций способа обработки устройства на основе солнечного элемента, согласно раскрытию настоящего изобретения.
[0016] На ФИГ. 4 показан вид сверху примера топологического рисунка нанесения, в котором первоначальная схема проводки модифицирована, так что проводящая линия избегает несогласованности, согласно раскрытию настоящего изобретения.
[0017] На ФИГ. 5А показано сечение одного примера такой шаблонной маски, которая закрывает несогласованность, так что нанесенная затем проводящая линия оказывается нанесена вблизи несогласованности, но не в контакте с ней, согласно раскрытию настоящего изобретения.
[0018] На ФИГ. 5В показано сечение одного примера такой шаблонной маски, которая закрывает несогласованность, так что нанесенная затем проводящая линия оказывается нанесена вблизи несогласованности, но не в контакте с ней, согласно раскрытию настоящего изобретения.
[0019] На ФИГ. 6А, 6В и 6С представлен пример способа структурирования металлического слоя с использованием выборочного нанесения маски, согласно раскрытию настоящего изобретения.
[0020] На ФИГ. 7А и 7В представлен процесс выборочного нанесения изолирующего материала на несогласованности, согласно раскрытию настоящего изобретения.
[0021] На ФИГ. 8 приведено сечение устройства на основе солнечного элемента, которое содержит структурированный изолирующий слой, размещенный поверх несогласованностей, согласно раскрытию настоящего изобретения.
[0022] На ФИГ. 9 схематично показано устройство, содержащее печатную головку для выборочного нанесения, которая встроена в ту же самую сканирующую головку, что и контрольное устройство, которое используется для обнаружения несогласованностей, согласно раскрытию настоящего изобретения.
[0023] Следует отметить, что некоторые детали фигур чертежей упрощены и показаны так, чтобы облегчить понимание, а не для сохранения строгой структурной точности, подробностей и масштаба.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0024] Теперь будет сделана подробная ссылка на настоящие концепции, примеры которых проиллюстрированы на прилагаемых чертежах. На всех чертежах одинаковые ссылочные обозначения использованы для обозначения одинаковых элементов. В последующем описании делается ссылка на сопроводительные чертежи, которые составляют его часть и на которых в качестве иллюстрации показаны конкретные примеры реализации представленных положений. Поэтому последующее описание является просто примерным.
[0025] Как описано выше, солнечные элементы получают с использованием полупроводниковых подложек, которые могут иметь поверхностные несогласованности. Представленное раскрытие изобретения относится к способу обработки устройства на основе солнечного элемента, который позволяет уменьшить остроту некоторых проблем, связанных с выполнением проводящей проводки на несогласованностях. При использовании указанного способа определяют местоположение несогласованности на полупроводниковом устройстве. Затем выполняют проводящую проводку так, чтобы избежать несогласованностей. В альтернативном варианте или в дополнение к образованию проводки так, чтобы избежать несогласованностей, могут быть использованы изолирующие слои для инкапсуляции и/или заполнения несогласованностей перед образованием проводки с отделением, таким образом, проводки от несогласованностей. Раскрытые способы позволяют обеспечить улучшение сбора тока проводкой на солнечном элементе, потенциально повысить коэффициент полезного действия устройства и/или обеспечить увеличение выходной мощности солнечного элемента путем модификации и/или адаптации проводки на устройстве на основе солнечного элемента.
[0026] На ФИГ. 3 показан пример последовательности технологических операций способа. Как показано на технологическом этапе 30 по ФИГ. 3, способ включает обнаружение и определение местоположения по меньшей мере одной несогласованности в поверхности полупроводниковой подложки, имеющей активную область солнечного элемента, образованную в ней. Термин "несогласованность" при использовании в настоящем документе означает любой поверхностный дефект, элемент в виде неплоской поверхности или другую неровность поверхности, который или которая может вызывать короткое замыкание и/или увеличение сопротивления передней проводки 12, если на ней выполнена передняя проводка 12, по сравнению с сопротивлением проводки, полученной при отсутствии несогласованности. Примеры таких несогласованностей раскрыты выше в отношении ФИГ. 2. Методы и устройства для обнаружения и определения местоположения несогласованностей хорошо известны в данной области техники и раскрыты более подробно ниже. Топологический рисунок нанесения определяют с учетом местоположения несогласованности, на технологическом этапе 32. Затем методы выборочного нанесения могут быть использованы для выборочного нанесения материала на подложку согласно определенному топологическому рисунку нанесения, на технологическом этапе 34.
[0027] Со ссылкой на ФИГ. 4 и 5, полупроводниковая подложка 10 может содержать любой полупроводниковый материал, подходящий для изготовления устройства на основе солнечного элемента. Например, полупроводниковая подложка может включать в себя опорную подложку 10а, содержащую монокристалл германия или монокристалл кремния. Один или более монокристаллических материалов III/V типа, таких как GaAs и/или InGaP, выращивают эпитаксиально на опорной подложке 10а. Материал типа III/V может включать в себя множество слоев, таких как слой 10b в виде устройства на основе монокристаллического материала IIT/V типа, содержащий, например, InGaP, в котором выполнен верхний солнечный элемент; и герметизирующий слой 10 с из монокристаллического материала III/V типа, содержащий, например GaAs, который обеспечивает возможность уменьшения сопротивления контакта и поверхностную рекомбинацию, как хорошо известно в данной области техники. Полупроводниковая подложка 10 может быть легирована одним или более легирующими примесями n-типа или p-типа с образованием по меньшей мере одной активной области солнечного элемента, которая может содержать p-n-переход, как хорошо известно в данной области техники. На ФИГ. 5 показаны приведенные в качестве примера активные области 64а и 64b, хотя может быть использован любой подходящий тип или любое подходящее количество активных областей.
[0028] Со ссылкой на ФИГ. 4, полупроводниковую подложку 10, на которой должна быть выполнена схема проводки, сканируют на наличие несогласованностей 14, 16. Может быть просканирована вся полупроводниковая подложка 10 или часть полупроводниковой подложки 10. Если по результатам сканирования полупроводниковой подложки обнаружена несогласованность, определяют местоположение несогласованности на полупроводниковой подложке 10. Обнаружение несогласованности в поверхности полупроводниковой подложки может быть реализовано с использованием любой подходящей системы обнаружения несогласованностей. Имеются системы обнаружения несогласованностей, которые могут быть использованы для сканирования и определения местоположения несогласованностей на полупроводниковых подложках. Примеры подходящих систем обнаружения включают в себя устройства ICOS линейки WI-2280, Candela CSxx и CS9920, Surfscan, все из которых изготавливаются компанией KLA Tencor, Милпитас, Калифорния. Еще одним примером является линейка устройств AWX™ Series от компании Rudolph Technologies Inc., Фландрия, Нью-Джерси.
[0029] Подходящие системы обнаружения могут использовать отраженный свет, проходящий свет, фотолюминесценцию, электролюминесценцию или их комбинацию для обнаружения несогласованностей. Для обеспечения фотолюминесценции свет, испускаемый из верхнего элемент устройства на основе солнечного элемента, потенциально может быть использован для обнаружения несогласованностей. Например, герметизирующий слой GaAs может поглощать свет, используемый для возбуждения слоя устройства на основе InGaP, и будет поглощать фотолюминесценцию, возбуждающую материал. Герметизирующий слой GaAs может быть выполнен относительно тонким, таким как, например, приблизительно от 5 нм до приблизительно 200 нм, для проведения фотолюминесцентного контроля.
[0030] Дифференциальная интерференционно-контрастная микроскопия, также известная как интерференционно-контрастная микроскопия или микроскопия Номарского, также может быть использована во время обнаружения несогласованностей для увеличения контраста. Дифференциальная интерференционно-контрастная микроскопия использует оптический микроскоп с поляризаторами, которые имеют повышенную чувствительность к изменениям высоты на образце, что увеличивает контраст и видимость несогласованностей, как хорошо известно в данной области техники.
[0031] Со ссылкой на технологический этап 32 по ФИГ. 3, определение топологического рисунка нанесения с учетом местоположения несогласованности при необходимости может включать обеспечение первоначальной схемы проводки для устройства на основе солнечного элемента. В целом, первоначальная схема проводки может содержать любой необходимый топологический рисунок для образования проводки изготавливаемого устройства на основе солнечного элемента. В качестве примера, первоначальная схема проводки может иметь топологический рисунок для нанесения передней проводки 12 на устройстве 8 на основе солнечного элемента, как показано на ФИГ. 1. Для целей раскрытия настоящего изобретения, первоначальная схема проводки может быть обеспечена любым подходящим образом, таким как набор программных инструкций, которые совместимы для управления печатью устройства для целей выборочного нанесения материалов с формированием необходимого топологического рисунка передней проводки 12 на устройстве 8 на основе солнечного элемента. Специалист в данной области техники сможет легко получить подходящую первоначальную схему проводки, учитывая раскрытие настоящего изобретения.
[0032] С использованием известного положения несогласованности, как определено для технологического этапа 30, может быть определено, приведет ли выполнение части первоначальной схемы проводки на полупроводниковой подложке 10 к перекрытию несогласованности проводящей линией 24, например, в случае несогласованности 16 по ФИГ. 1. В случае определения, что выполнение части первоначальной схемы проводки приведет к перекрытию несогласованности проводящей линией 24, может быть осуществлена модификация первоначальной схемы проводки, которая позволяет избежать несогласованности. Как раскрыто в настоящем документе, избегание несогласованности позволяет уменьшить риск короткого замыкания и/или избежать нежелательного повышения сопротивления передней проводки с обеспечением потенциального улучшения сбора тока проводкой на солнечном элементе, повышения коэффициента полезного действия устройства и/или увеличения выходной мощности солнечного элемента.
[0033] На ФИГ. 4 показан пример топологического рисунка нанесения, в котором первоначальная схема проводки для передней проводки 12 по ФИГ. 1 модифицирована, так что проводящая линия 24 избегает несогласованности 16. В этом примере модифицированная схема проводки содержит проводящую линию 24, которая обходит несогласованность, так что проводящая линия 24 размещена вблизи несогласованности, но не поверх нее. Термин "вблизи" в контексте размещения проводящей линии так, чтобы избежать несогласованности, определен в настоящем документе, как нахождение на расстоянии, обеспечивающем для проводящей линии возможность избежать несогласованности без перекрытия соседних проводящих линий. Например, проводящая линия может быть размещена так, что она в своей ближайшей к несогласованности точке удалена от несогласованности на расстояние от 0,001 мкм до 5 мкм, например от 0,01 мкм до 2 мкм. Модификация может быть выполнена на любой части первоначальной схемы проводки, которая может быть размещена на несогласованности, такой как токопроводящая шина 18, контактная область 20 или линия 22 сетки, все из которых в настоящем документе могут быть названы проводящей линией 24. Хотя топологический рисунок нанесения может быть определен, как описано выше, может быть использован любой иной подходящий метод определения топологического рисунка нанесения, который избегает несогласованностей.
[0034] После определения топологического рисунка нанесения, любые подходящие методы выборочного нанесения могут быть использованы для нанесения материала на полупроводниковую подложку с использованием топологического рисунка нанесения в качестве направляющего средства. Термин "на" при использовании в настоящем документе не требует непосредственного физического контакта и, таким образом, позволяет использовать промежуточные слои между полупроводниковой подложкой и топологическим рисунком нанесения, образованным на полупроводниковой подложке. Кроме того, при каждом использовании термина "на" в настоящем документе для описания отношения между слоями, непосредственный физический контакт рассматривается как возможный вариант. Термин "непосредственно на" в данном контексте означает, что имеется непосредственный физический контакт.
[0035] В качестве одного примера выборочного нанесения материала, саму проводящую проводку выборочно наносят на полупроводниковую подложку 10 с определенным топологическим рисунком нанесения. В альтернативном варианте реализации топологический рисунок маски может быть выборочно нанесен и использован для образования проводящих линий с необходимым топологическим рисунком нанесения.
[0036] В случае выборочного нанесения проводки может быть использован любой подходящий обычный или разработанный позднее способ выборочного нанесения проводящих линий. Например, проводящие чернила могут быть выборочно нанесены с образованием проводящих линий с использованием головки для струйной печати, как хорошо известно в данной области техники. При этом известны другие методы для выборочного нанесения различных проводящих материалов, в том числе микро- или наноразмерных материалов, которые могут быть сухими, находиться в пастообразном состоянии, в виде суспензии в жидкости или являться жидкостью.
[0037] Получаемые проводящие линии могут содержать любой подходящий проводящий материал, такой как один или более металлов, выбранных из алюминия, золота, серебра, меди и никеля, которые могут быть нанесены выборочно. Использование термина "содержать" в данном документе означает включение чистых или по существу чистых материалов, таких как перечисленные металлы, или сплавов любого из этих материалов (например, алюминиевых сплавов, сплавов золота, сплавов серебра или медных сплавов), а также многослойных металлических структур, которые подходят для передней проводки солнечного элемента. Примеры сплавов этих металлов, которые подходят для проводки солнечных элементов, хорошо известны в данной области техники. Эти металлы и их сплавы обеспечивают низкое сопротивление передней проводки и/или хорошую адгезию к подложке, как это хорошо известно в данной области техники. Пример многослойной структуры для проводящей линии 24 может содержать относительно тонкий адгезионный слой, содержащий проводящий материал, который хорошо прилипает к подложке, такой как никелевый слой или из сплава никеля. Толщина адгезионного слоя может составлять, например, от 0,01 мкм до 1 мкм. Более толстый металлический проводящий материал, такой как алюминий, золото, серебро, медь или сплавы этих материалов, может быть нанесен на адгезионный слой. Более толстый металлический слой образует основную часть проводящей линии 24 и может иметь толщину, например, от 1 мкм до 100 мкм. Такие адгезионные слои обеспечивают улучшенную адгезию проводящей линии 24 к полупроводниковой подложке 10. Многослойные проводящие линии 24 также при необходимости могут включать в себя один или более дополнительных слоев, таких как диффузионный барьер, для предотвращения смешивания металла, что потенциально может привести к деградации проводящей линий; контактный слой в месте соединения металл/полупроводник для обеспечения низкого сопротивление контакта между проводящей линией и полупроводниковой подложкой и герметизирующий слой поверх проводящей линии для обеспечения соединения с внешними проводниками путем ограничения окисления и/или контроля шероховатости. Адгезионные слои, диффузионные слои, контактные слои и герметизирующие слои в целом хорошо известны в данной области техники для использования в проводящих линиях. В конкретном примере проводящая линия 24 может включать в себя первый слой, содержащий никель на границе контакта полупроводниковой подложки с проводящей линией, при этом граница контакта является относительно тонкой (например, от 0,01 мкм до 1 мкм, в частности 0,1 мкм), а первый слой действует в качестве контактного слоя, диффузионного барьера и адгезионного слоя; проводящий слой, который может содержать, например, алюминий, медь или серебро, и который является относительно толстым (например, от 1 мкм до 100 мкм, в частности 6 мкм), на никелевом слое; и герметизирующий слой на проводящем слое, содержащий, например золото, который может быть относительно тонким по сравнению с проводящим слоем (например, от 0,01 мкм до 1 мкм, в частности 0,1 мкм). Любая из проводящий линий, описанных в этом раскрытии изобретения, может содержать любые из проводящих материалов, описанных в этом абзаце, и при необходимости может включать в себя один или более слоев, выбранных из адгезионного слоя, диффузионного слоя, контактного слоя и герметизирующего слоя.
[0038] Со ссылкой на ФИГ. 5А приведен еще один пример выборочного нанесения материала, который включает выборочное нанесение шаблонной маски 50, используемой затем для образования передней проводки 12 с необходимым топологическим рисунком на полупроводниковой подложке 10. В качестве шаблонной маски 50 может быть использован любой подходящий тип выборочно наносимой маски. Методы выборочного нанесения таких масок хорошо известны в данной области техники. Шаблонная маска 50 может содержать любые подходящие полимерные материалы такие как полиамиды, полиимиды или фоторезист. Шаблонная маска 50 может быть нанесена с использованием процесса печати, такой как струйная печать, которым выборочно наносят этот материал маски в виде топологического рисунка на полупроводниковую подложку 10. На ФИГ. 5 показан один пример процесса отслаивания с использованием шаблонной маски 50, которая закрывает одну или более несогласованностей, таких как несогласованность 16, так что нанесенная затем проводящая линия 24 оказывается нанесена вблизи несогласованности, но не в контакте с ней. Металлический слой 52 затем наносят поверх как шаблонной маски 50, так и на области расположенной ниже подложки, не защищенные шаблонной маской 50. Используемый при необходимости адгезионный слой (не показано) может быть образован перед образованием металлического слоя 52 на полупроводниковой подложке 10, как описано подробно выше. Проводящую линию 24 затем получают посредством удаления, с полупроводниковой подложки, шаблонной маски 50 вместе с частями металлического слоя 52, образованными на ней. Части металлического слоя 52 и, в случае нанесения, используемый при необходимости адгезионный слой, которые не нанесены на шаблонную маску 50, остаются в виде структурированной проводки, которая включает в себя проводящую линию 24.
[0039] На ФИГ. 5 В приведен альтернативный процесс, схожий с описанным выше процессом отслаивания, за исключением того, что металлический слой 52 не наносят поверх всей шаблонной маски 50, а вместо этого наносят выборочно только на части полупроводниковой подложки 10 или вокруг частей полупроводниковой подложки 10, которые не защищены шаблонной маской 50. В этом процессе шаблонная маска 50 может быть выборочно нанесена, как описано выше для процесса отслаивания по ФИГ. 5А, так что маска закрывает одну или более несогласованностей, таких как несогласованность 16. После формирования шаблонной маски 50 металлический слой 52 может быть нанесен с использованием любого подходящего метода выборочного нанесения, такого как процесс нанесения гальванического покрытия или посредством выборочной печати металлическими чернилами с использованием, например, принтера для струйной печати. Также показан используемый при необходимости адгезионный слой 53, как описано выше, который может быть нанесен любым подходящим методом выборочного нанесения, который может быть таким же или отличаться от процесса, используемого для выборочного нанесения металлического слоя 52. Процесс нанесения гальванического покрытия потенциально обеспечивает возможность формирования металлического слоя 52 и используемого при необходимости адгезионного слоя 53 только в областях подложки, не защищенных шаблонной маской 50. Процессом печати металлическими чернилами, с другой стороны, может выполняться нанесение металлического слоя 52 и используемого при необходимости адгезионного слоя 53 в областях подложки, не защищенных шаблонной маской 50, и при необходимости на частях шаблонной маски 50, окружающих области, которые не защищены. Шаблонная маска 50 затем может быть удалена, вместе с любым металлическим слоем 52 и используемым при необходимости адгезионным слоем 53, который может образоваться на ней. Таким образом, шаблонная маска может быть использована для управления размером металлической сетки, нанесенной методами выборочного нанесения, такими как электролиз или метод нанесения металлических чернил. После удаления шаблонной маски 50 оставшаяся часть металлического слоя 52 и используемого при необходимости адгезионного слоя 53 на полупроводниковой подложке 10 образует проводящую линию 24. Таким образом, проводящая линия 24 может быть проложена в обход любых несогласованностей на полупроводниковой подложке 10. Как раскрыто выше, избегание несогласованности позволяет уменьшить риск короткого замыкания и/или избежать нежелательного повышения сопротивления проводки, с обеспечением потенциального улучшения сбора тока проводкой на солнечном элементе, повышения коэффициента полезного действия устройства и/или увеличения выходной мощности солнечного элемента.
[0040] Процесс, проиллюстрированный ФИГ. 6А - 6С, является еще одним примером способа структурирования металлического слоя 52 посредством выборочного нанесения маски. В качестве части указанного процесса, слой 60 фоторезиста наносят в виде покрытия поверх полупроводниковой подложки 10, как показано на ФИГ. 6А. Затем поверх слоя 60 фоторезиста выборочно наносят шаблонную маску 62 для облучения. Как описано ниже, шаблонная маска 62 для облучения может быть использована для выборочного открытия частей слоя 60 фоторезиста воздействию излучения и, таким образом, может заменить обычную фотомаску, используемую при фотолитографии. Однако в отличие от обычной фотомаски, шаблонная маска 62 для облучения может быть изменена для каждого изготавливаемого устройства. Таким образом, шаблонная маска 62 для облучения может быть выборочно нанесена с уникальным топологическим рисунком нанесения, что приводит к получению конфигурации проводки, которая избегает несогласованности 16, как показано на ФИГ. 6С.
[0041] При этом способе и любом другом способе нанесения проводки с топологическим рисунком, раскрытом в настоящем документе, несогласованности представляют проблему, только если находятся вне допусков, установленных в данной области техники, как это понимает специалист. Таким образом, например, процессы согласно раскрытию настоящего изобретения при необходимости могут включать определение, находятся ли обнаруженные несогласованности в пределах допусков и, таким образом, не вызовут ли они проблемы с проводкой, или вне допусков и, следовательно, могут оказаться причиной короткого замыкания или увеличенного сопротивления, как описано в настоящем документе. Если определено, что несогласованность находится в пределах допусков, то не может быть оснований для регулировки топологического рисунка нанесения, с тем чтобы избежать несогласованности, и топологический рисунок проводки может быть образован в контакте с несогласованностью. Если, с другой стороны, несогласованность находится вне установленных допусков, несогласованности можно избежать с использованием любого из процессов, описанных в настоящем документе.
[0042] После выборочного нанесения шаблонной маски 62 для облучения, на области слоя 60 фоторезиста, не защищенные шаблонной маской 62 для облучения, воздействуют излучением, как показано стрелками на ФИГ. 6А, с образованием скрытого топологического рисунка 60а фоторезиста. Затем слой 60 фоторезиста проявляют с использованием химической обработки с получением топологического рисунка 60b фоторезиста, как показано на ФИГ. 6В. Могут быть использованы любые подходящие обычные или разработанные позднее методы нанесения и проявление маски фоторезиста.
[0043] Части металлического слоя 52, не защищенные топологическим рисунком 60b фоторезиста, затем могут быть протравлены с использованием обычных или разработанных позднее методов травления с обеспечением конфигурации проводки, содержащей проводящую линию 24. Как описано в настоящем документе, проводящая линия 24 может быть структурирована так, чтобы находиться вблизи несогласованности 16, но не в контакте с ней. В альтернативном процессе выборочно нанесенная шаблонная маска 62 для облучения может быть использована для получения шаблонной маски 50, используемой в процессах, описанных в настоящем документе в отношении ФИГ. 5А и 5В. В процессах, описанных в настоящем документе в отношении ФИГ. 6А, 6В и 6С, используемый при необходимости адгезионный слой также может быть образован перед формированием металлического слоя 52 на полупроводниковой подложке 10, как описано подробно выше.
[0044] Со ссылкой на ФИГ. 6А, шаблонная маска 62 для облучения может содержать любой материал, который может быть выборочно нанесен и который может эффективно блокировать излучение, используемое для экспонирования слоя 60 фоторезиста. Например, шаблонная маска 62 для облучения может содержать черные чернила или другие цветные чернила, которые могут блокировать излучение, используемое для экспонирования слоя 60 фоторезиста.
[0045] Еще в одном примере технологические этапы определения топологического рисунка нанесения и выборочного нанесения материала, называемые технологическими этапам и32 и 34 (ФИГ. 3), соответственно могут включать определение топологического рисунка нанесения изолирующего материала, который необходимо сформировать на несогласованности 16, и последующее выборочное нанесение изолирующего слоя 70 на несогласованности 16. Такой пример показан на ФИГ. 7А, 7В и 8. Посредством нанесения изолирующего слоя 70 на несогласованность 16, эта несогласованность может стать подходящей для выполнения на ней проводки без существенного ухудшения характеристик устройства. Может быть использован любой подходящий изолирующий материал, который может быть нанесен выборочно. В качестве одного примера, изолирующий слой может содержать по меньшей мере один материал, выбранный из электроизоляционного полимера и оксидной керамики, и эти материалы способны электрически изолировать несогласованность от передней проводки. Кроме того, изолирующий слой 70 может быть нанесен любым подходящим образом. Например, печатная головка 72, такая, которая используется для струйной печати, может быть использована для выборочного нанесения изолирующего материала. Изолирующий слой 70 может быть нанесен для закрытия всей несогласованности с инкапсуляцией несогласованности 16 для предотвращения физического контакта с проводящей линией, получаемой на ней впоследствии. В альтернативном варианте реализации только часть несогласованности 16, на которой должна быть выполнена наносимая впоследствии проводящая линия, может быть закрыта изолирующим слоем 70. Использование изолирующего слоя 70, как описано в настоящем документе, представляет собой еще один способ избежать контакта передней проводки с несогласованностью, что позволяет уменьшить риск короткого замыкания и/или избежать нежелательного повышения сопротивления проводки с обеспечением потенциального улучшения сбора тока проводкой на солнечном элементе, повышения коэффициента полезного действия устройства и/или увеличения выходной мощности солнечного элемента.
[0046] После нанесения изолирующего слоя 70 для инкапсуляции несогласованности, частном случае может быть выполнен любой из процессов, описанных выше, для образования проводящей линии 24. Проводящая линия 24 может быть проложена в обход несогласованности, например, с помощью процессов, описанных выше в отношении ФИГ. 5А или 5В, что может дополнительно уменьшить риск того, что любая непланарная топография поверхности, вызванная несогласованностью, приведет к увеличению сопротивления передней проводки по сравнению с сопротивлением в случае отсутствия несогласованности.
[0047] В альтернативном варианте реализации изолирующий слой 70 может быть нанесен либо до, либо после образования шаблонной маски 51 фоторезиста (показано на ФИГ. 7А) как часть процесса отслаивания для образования проводящей линии 24. Шаблонная маска 51 фоторезиста может быть выполнена с необходимым топологическим рисунком с использованием обычной фотомаски для открытия слоя фоторезиста, так что несогласованность 16 не закрыта шаблонной маской 51 фоторезиста, как показано на ФИГ. 7А. Металлический слой 52 наносят затем в виде покрытия, как описано выше на ФИГ. 5А, после чего фоторезист удаляют, и часть металлического слоя 52, образованного на нем, образует проводящую линию 24, как показано на ФИГ. 7В. Во время этого процесса отслаивания, даже если металлический слой выполнен поверх несогласованности, изолирующий слой 70 может уменьшить или предотвратить нежелательное воздействие на устройство, которое в противном случае могло бы быть вызвано формированием проводящей линии 24 непосредственно на несогласованности 16. В процессах, описанных в связи с ФИГ. 7А, 7В и 8, используемый при необходимости адгезионный слой может быть сформирован в процессе формирования проводящей линии 24, как описано подробно выше.
[0048] Процессы, описанные в настоящем документе, могут быть реализованы с использованием устройства для обнаружения несогласованностей и отдельного устройства для выборочного нанесения материала. Такой процесс может включать в себя сканирование полупроводниковой подложки для определения местоположения несогласованностей. Затем после завершения всего процесса сканирования полупроводниковой подложки используется отдельное устройство для выборочного нанесения материала с учетом местоположения несогласованностей.
[0049] В альтернативном варианте реализации одно устройство может быть использовано как для обнаружения несогласованностей, так и выборочного нанесения. Пример такого устройства проиллюстрирован на ФИГ. 9, на которой показана печатная головка 72 для выборочного нанесения, встроенная в ту же сканирующую головку 90, что и контрольное устройство 92, которое используется для обнаружения несогласованностей. Использование одного и того же устройства для обнаружения несогласованности и для выборочного нанесения материала на полупроводниковой подложке 10 может обеспечивать преимущества. Например, встроенная конфигурация, показанная на ФИГ. 9, потенциально может обеспечить улучшение точности и/или уменьшить разброс печатной головки 72 для нанесения материала, с тем чтобы избежать несогласованностей или инкапсулировать несогласованности, которые могут иметь размеры порядка микронов или даже нанометров.
[0050] Настоящее раскрытие изобретения также относится к устройству на основе солнечного элемента, примеры которого проиллюстрированы на ФИГ. 4 и 6С.Устройство на основе солнечного элемента содержит по меньшей мере одну несогласованность в поверхности полупроводниковой подложки 10, имеющей активную область солнечного элемента, образованную в ней. Несогласованность 16 может представлять собой несогласованность любого типа, в том числе любые несогласованности, описанные в настоящем документе. Проводящая линия 24 выполнена так, чтобы избежать несогласованности. Выражения "выполнен так, чтобы избежать несогласованности" или "выполнена так, чтобы избежать указанной по меньшей мере одной несогласованности" означают в настоящем документе, что для того, чтобы избежать несогласованности, траектория прохождения проводящей линии 24 отклоняется либо от линейной траектории прохождения проводящей линии, либо от общего регулярного топологического рисунка металлизации, что могло бы вызвать контакт проводящей линии с несогласованностью. Как показано в обычном примере по ФИГ. 1, передняя проводка 12 устройства 8 на основе солнечного элемента в целом выполнена с регулярным топологическим рисунком, который может включать в себя, например, регулярно расположенные линии 22 сетки, хотя также могут быть использованы другие регулярные топологические рисунки с линейными или нелинейными линиями сетки. Со ссылкой на ФИГ. 4, в одном примере устройств согласно раскрытию настоящего изобретения, проводящая линия (например, линия сетки или токопроводящая шина) содержит основную часть 24а, являющуюся по существу линейной (например, она имеет линейную, продольную ось, которая проходит на 50% или более его длины). Проводящая линия 24 также содержит малую часть 24b, при этом если бы проводящая линия оставалась по существу линейной (например, продолжала следовать по основной продольной оси), это привело бы к пересечению малой части 24b проводящей линии 24 с несогласованностью 16. Малая часть 24b отклоняется от по существу линейной траектории прохождения основной части 24а (например, проводящая линия отклоняется так, что она больше не размещена вдоль продольной оси основной части 24а), с тем чтобы избежать несогласованности 16. Это обеспечивает возможность размещения малой части проводящей линии вблизи несогласованности, но не поверх нее, как показано, например, на ФИГ. 4. Проводящая линия 24 может содержать любой металл или проводящий материал, который является подходящим для проводки солнечного элемента, в том числе любой из металлов или других проводящих материалов, описанных в настоящем документе. Проводящая линия 24 может содержать используемый при необходимости адгезионный слой, как также описано в настоящем документе.
o
m
[0051] Настоящее раскрытие изобретения также относится к устройству на основе солнечного элемента, как показано, например, на ФИГ. 8. Устройство на основе солнечного элемента содержит по меньшей мере одну из несогласованностей 14, 16а и 16b в поверхности полупроводниковой подложки 10, имеющей активную область солнечного элемента, образованную в ней. Структурированный изолирующий слой 70а, 70b размещен поверх указанных одной или более несогласованностей 16а и 16b. В одном примере изолирующий слой образован только в отдельных областях поверх несогласованности и при необходимости окружает ее. Изолирующий слой 70 может быть постоянной частью устройства на основе солнечного элемента. В одном примере, в котором несогласованность 16b представляет собой отверстие в полупроводниковой подложке 10, структурированный изолирующий слой 70b по меньшей мере частично заполняет указанное отверстие. Еще в одном примере, в котором несогласованность 16а является частицей, структурированный изолирующий слой 70а инкапсулирует указанную частицу. Еще в одном примере изолирующий слой 70 может быть образован только на, или по существу только на, областях подложки, поверх которых будет выполнена проводящая линия 24 и которые имеют несогласованности, например, между несогласованностью и токопроводящей шиной, контактной областью или линией сетки. Термин "по существу только на" при использовании в данном документе обозначает, что изолирующий слой проходит в боковом направлении на расстояние, D, (ФИГ. 7 В) от металлизации на величину, которая составляет не больше чем 50% размера ширины, W, металлизации в точке, в которой расположен изолирующий слой. Проводящая линия 24, показанная на ФИГ. 8, может содержать любой металл или проводящий материал, который является подходящим для проводки солнечного элемента, в том числе любой из металлов или других проводящих материалов, описанных в настоящем документе. Проводящая линия 24 может содержать используемый при необходимости адгезионный слой, как также описано в настоящем документе.
[0052] Кроме того, раскрытие изобретения содержит примеры согласно следующим пунктам:
Пункт 1. Способ обработки устройства на основе солнечного элемента, включающий: обнаружение по меньшей мере одной несогласованности в поверхности полупроводниковой подложки, имеющей активную область солнечного элемента, образованную в ней;
определение топологического рисунка нанесения с учетом местоположения указанной по меньшей мере одной несогласованности и
выборочное нанесение материала на подложку согласно топологическому рисунку нанесения.
Пункт 2. Способ по пункту 1, согласно которому определение топологического рисунка нанесения с учетом местоположения указанной по меньшей мере одной несогласованности включает:
обеспечение первоначальной схемы проводки для устройства на основе солнечного элемента;
определение, что выполнение первой части первоначальной схемы проводки приведет к перекрытию несогласованности проводящей линией; и
определение модифицированной схемы проводки, которая избегает указанной по меньшей мере одной несогласованности.
Пункт 3. Способ по пункту 1, согласно которому выборочное нанесение материала включает выборочное нанесение проводящей линии, выполненной так, чтобы избежать указанной по меньшей мере одной несогласованности, при этом проводящая линия образует часть передней проводки на устройстве на основе солнечного элемента.
Пункт 4. Способ по пункту 3, согласно которому проводящая линия содержит один или более металлов, выбранных из алюминия, золота, серебра, меди и никеля.
Пункт 5. Способ по пункту 1, согласно которому выборочное нанесение материала включает выборочное нанесение шаблонной маски.
Пункт 6. Способ по пункту 5, также включающий нанесение проводящей линии на области подложки, не защищенные шаблонной маской, при этом проводящую линию наносят выборочно посредством нанесения гальванического покрытия.
Пункт 7. Способ по пункту 5, также включающий нанесение проводящей линии на области подложки, не защищенные шаблонной маской, при этом проводящую линию наносят выборочно посредством процесса нанесения металлических чернил, а шаблонная маска выполнена с возможностью управления размером проводящей линии.
Пункт 8. Способ по пункту 5, согласно которому шаблонная маска закрывает указанную по меньшей мере одну несогласованность.
Пункт 9. Способ по пункту 8, также включающий нанесение металлического слоя поверх шаблонной маски и последующее удаление шаблонной маски с полупроводниковой подложки для получения структурированного металлического слоя.
Пункт 10. Способ по пункту 1, также включающий нанесение слоя фоторезиста поверх полупроводниковой подложки, согласно которому выборочное нанесение материала включает выборочное нанесение шаблонной маски для облучения поверх слоя фоторезиста.
Пункт 11. Способ по пункту 10, также включающий воздействие излучением на слой фоторезиста и шаблонную маску для облучения и проявление слоя фоторезиста с формированием топологического рисунка фоторезиста.
Пункт 12. Способ по пункту 1, согласно которому выборочное нанесение материала включает выборочное нанесение изолирующего слоя поверх указанной по меньшей мере одной несогласованности.
Пункт 13. Способ по пункту 12, согласно которому изолирующий слой содержит по меньшей мере один материал, выбранный из электроизоляционного полимера и оксидной керамики.
Пункт 14. Способ по пункту 1, согласно которому как обнаружение указанной по меньшей мере одной несогласованности, так и выборочное нанесение материала на подложку выполняют с использованием одного устройства.
Пункт 15. Устройство на основе солнечного элемента, содержащее:
по меньшей мере одну несогласованность в поверхности полупроводниковой подложки, имеющей активную область солнечного элемента, образованную в ней; и
проводящую линию, выполненную так, чтобы избежать указанной по меньшей мере одной несогласованности.
Пункт 16. Устройство на основе солнечного элемента по пункту 15, в котором проводящая линия содержит основную часть, являющуюся по существу линейной, и малую часть, отклоняющуюся от по существу линейной формы, так чтобы избежать указанной по меньшей мере одной несогласованности.
Пункт 17. Устройство на основе солнечного элемента, содержащее:
по меньшей мере одну несогласованность в поверхности полупроводниковой подложки, имеющей активную область солнечного элемента, образованную в ней;
переднюю проводку на поверхности полупроводниковой подложки для сбора электрического тока, вырабатываемого устройством на основе солнечного элемента, при этом передняя проводка содержит проводящую линию, размещенную поверх одной или более из указанных по меньшей мере одной несогласованностей; и
структурированный изолирующий слой, отделяющий проводящую линию от указанных одной или более несогласованностей.
Пункт 18. Устройство на основе солнечного элемента по пункту 17, в котором изолирующий слой образован только в отдельных областях поверх указанных одной или более несогласованностей и при необходимости окружает их.
Пункт 19. Устройство на основе солнечного элемента по пункту 17, в котором указанные одна или более несогласованностей содержат отверстие в полупроводниковой подложке, а структурированный изолирующий слой по меньшей мере частично заполняет указанное отверстие.
Пункт 20. Устройство на основе солнечного элемента по пункту 17, в котором указанные одна или более несогласованностей содержат частицу.
[0053] Вне зависимости от показанного в настоящем документе, численные диапазоны и параметры, включенные в объем примеров, являются приближенными, числовые значения, изложенные в конкретных примерах, приведены настолько точно, насколько это возможно. Любое численное значение, однако, по существу содержит определенные ошибки, неизбежно вытекающие из стандартного отклонения, имеющегося в соответствующих тестовых измерениях. Более того, все диапазоны, описанные в данном документе, следует понимать как охватывающие любые и все поддиапазоны, входящие в него.
[0054] Хотя идеи настоящего изобретения были проиллюстрированы в отношении одной или более реализаций, в иллюстрируемые примеры могут быть внесены изменения и/или модификации, не выходящие за пределы сущности и объема прилагаемой формулы изобретения. Кроме того, хотя конкретный признак настоящего изобретения может быть раскрыт только в отношении одной из нескольких реализаций, такой признак может быть объединен с одним или более другими признаками других вариантов реализаций, которые могут быть желательны и предпочтительны для любой данной или конкретной функции. Кроме того, термины "включающий", "включает в себя", "имеющий", "имеет", "с" или их варианты, использованные в разделе «Осуществление изобретения» и формуле изобретения, предназначены для толкования аналогично термину "содержащий". Кроме того, в описании и формуле изобретения в настоящем документе термин "примерно" означает, что представленное значение может быть каким-либо образом изменено при условии, что указанное изменение не приведет к несоответствию процесса или конструкции предполагаемой задаче, описанной в настоящем документе. Наконец, термин "примерный" обозначает использование описания в качестве примера, а не для обозначения идеального варианта.
[0055] Следует отметить, что варианты раскрытых выше и других признаков и функций или их альтернативы могут быть объединены в множество других различных систем или приложений. В настоящее время отличающиеся или непредвиденные альтернативы, модификации, варианты или усовершенствования могут быть впоследствии выполнены специалистами в данной области техники, которые также должны охватываться следующей формулой изобретения.