用于太阳能电池的金属触点方案.pdf

提供一种对半导体器件的半导体表面形成点金属电触点的方法。在第一步骤中，在半导体表面上形成第一金属层。之后将第一金属层阳极氧化以产生形成在半导体表面上的多孔金属氧化物层。多孔金属氧化物层中的孔将从而在多孔金属氧化物层中形成开口阵列。之后将触点金属层形成在多孔金属氧化物层上以使得触点金属层的一部分延伸至开口阵列的开口中。触点金属层经由多孔金属氧化物层中的开口阵列电接触半导体表面。电介质层可以任选地形成在半导体表面上并且多孔金属氧化物层形成在电介质层上，并且触点金属之后经由电介质层接触半导体表面。

权利要求书一种对半导体器件的半导体表面形成点金属电触点的方法，所述方法包括：i)在所述半导体表面上方形成第一金属层；ii)阳极氧化所述第一金属层以产生在所述半导体表面上方形成的多孔金属氧化物层，从而所述多孔金属氧化物层中的孔形成在所述多孔金属氧化物层中的开口阵列；iii)在所述多孔金属氧化物层上方形成触点金属层，并且所述触点金属层的一部分延伸到所述开口阵列的开口中以使得所述触点金属层经由所述多孔金属氧化物层中的所述开口阵列电接触所述半导体表面。如权利要求1所述的方法，其中在所述半导体表面上形成所述第一金属层以使得在所述阳极氧化步骤之后，所述多孔金属氧化物层接触所述半导体表面。如权利要求1所述的方法，其中在所述半导体表面上方形成电介质层，并且在所述电介质层上方形成所述多孔金属氧化物层。一种对半导体器件的半导体表面形成点金属电触点的方法，所述方法包括：i)在所述半导体表面上形成电介质层：ii)在所述电介质层上方形成第一金属层；iii)阳极氧化所述第一金属层以产生在所述电介质层上方形成的多孔金属氧化物层，从而所述多孔金属氧化物层中的孔形成在所述多孔金属氧化物层中的开口阵列；iv)在所述多孔金属氧化物层上方形成触点金属层；以及v)加热所述触点金属层以驱使所述触点金属层的一部分穿过所述电介质层，以经由所述多孔金属氧化物层中的所述开口阵列和所述电介质层电接触所述半导体表面。权利要求3或4所述的方法，其中所述电介质层包含SiO2、SiNx、SiONx、SiC、Al2O3或它们的两种以上的组合。权利要求3、4或5所述的方法，其中所述电介质层的厚度在10‑85nm的范围内。权利要求3、4、5或6所述的方法，其中所述电介质层的厚度在10‑20nm、或20‑20nm、或30‑40nm、或40‑50nm、或50‑60nm、或60‑70nm、或70‑80nm、或80‑85nm的范围内。如权利要求3至7中的任一项所述的方法，其中所述电介质层通过PECVD并随后通过形成气体退火而形成。如权利要求3至8中的任一项所述的方法，其中所述半导体表面是带纹路的。权利要求9所述的方法，其中所述半导体表面的所述纹路达到1‑8μm、或2‑5μm、或1‑2μm、或2‑3μm、或3‑4μm、或4‑5μm、或5‑6μm、或6‑7μm、或7‑8μm的深度。权利要求9或10所述的方法，其中控制所述金属触点层的加热以将所述触点金属层与所述半导体表面的接触限制为仅仅经由位于或邻近所述半导体表面的所述纹路的峰或脊的那些孔。如权利要求1至11中的任一项所述的方法，其中所述第一金属层是包含铝的层。如权利要求1至12中的任一项所述的方法，其中将所述金属层在阳极氧化以形成所述多孔金属氧化物层之前烧结。如权利要求1至13中的任一项所述的方法，其中在所述触点金属层的形成之前，蚀刻所述多孔金属氧化物层以扩大形成穿过所述多孔金属氧化物层的所述开口阵列的所述孔。如权利要求1至14中的任一项所述的方法，其中在所述触点金属层的施加之前将所述多孔金属氧化物层进一步蚀刻，以确保在穿过所述多孔金属氧化物层的所述开口阵列的所述开口的底部将任意阻挡层氧化物从所述半导体表面移除。如权利要求1至15中的任一项所述的方法，其中将所述第一金属层预处理以使得由所述阳极氧化步骤产生的所述孔在所选位置优先形成。权利要求16所述的方法，其中所述预处理包括在每一个所需的位置产生缺陷、压痕或弱点的流体的逐点沉积。权利要求17所述的方法，其中使用喷墨或气溶胶喷注打印机沉积所述流体。权利要求18所述的方法，其中沉积蚀刻剂以在所述第一金属层中在所需的孔的位置形成凹陷。权利要求16所述的方法，其中所述预处理包括用在每一个所需的位置产生凹痕的模具压印所述第一金属层的表面。如权利要求1至20中的任一项所述的方法，其中平均孔间距小于500μm。如权利要求1至20中的任一项所述的方法，其中平均孔间距小于200μm。如权利要求1至20中的任一项所述的方法，其中平均孔间距为100μm以下。如权利要求1至23中的任一项所述的方法，其中在所述阳极氧化工序中使用的酸选自硫酸、草酸、磷酸，或一起或依次使用的这些酸的组合。如权利要求1至24中的任一项所述的方法，其中在所述阳极氧化工序中使用的酸是0.3‑1.5M硫酸和1～10％(wt/wt)磷酸。如权利要求1至24中的任一项所述的方法，其中在所述阳极氧化工序中使用的酸是0.3M硫酸。如权利要求1至26中的任一项所述的方法，其中将所沉积的第一金属层阳极氧化3‑30分钟、或3‑4分钟、或4‑5分钟、或5‑6分钟、或6‑7分钟、或7‑8分钟、或8‑9分钟、或9‑10分钟、或10‑11分钟、或11‑12分钟、或12‑13分钟、或13‑14分钟、或14‑15分钟、或15‑16分钟、或16‑17分钟、或17‑18分钟、或18‑19分钟、或19‑20分钟、或20‑21分钟、或21‑22分钟、或22‑23分钟、或23‑24分钟、或24‑25分钟、或25‑26分钟、或26‑27分钟、或27‑28分钟、或28‑29分钟、或29‑30分钟。如权利要求1至27中的任一项所述的方法，其中通过溅射或热蒸发法中的一种沉积所述第一金属层。如权利要求1至28中的任一项所述的方法，其中所述第一金属层的厚度在0.2‑1.0μm、或0.2‑0.5μm、或0.1‑0.2μm、或0.2‑0.3μm、或0.3‑0.4μm、或0.4‑0.5μm、或0.5‑0.6μm、或0.6‑0.7μm、或0.7‑0.8μm、或0.8‑0.9μm、或0.9‑1.05μm的范围内。如权利要求1至29中的任一项所述的方法，其中在阳极氧化之前将所沉积的第一金属层在350‑450℃(额定400℃)烧结25‑35分钟。如权利要求1至30中的任一项所述的方法，其中经阳极氧化的第一金属层的蚀刻在所述阳极氧化步骤之后进行并且进行直至所述孔的直径为至少200或250nm。如权利要求1至30中的任一项所述的方法，其中经阳极氧化的第一金属层的蚀刻在所述阳极氧化步骤之后进行并且进行直至所述孔的直径在450‑550nm的范围内。如权利要求1至32中的任一项所述的方法，其中使用选自溅射、电子束蒸发或热蒸发或丝网印刷的方法，将所述触点金属层沉积在所述孔中以及所述多孔金属氧化物层的整个表面上方。如权利要求33所述的方法，其中，所述触点金属层是包含铝的层。如权利要求1至32中的任一项所述的方法，其中所述触点金属层通过金属镀覆而形成在所述开口中以及所述多孔金属氧化物层的整个表面上方。如权利要求35所述的方法，其中通过用镍、铜、锡和/或银镀覆来形成所述触点金属层。如权利要求1至36中的任一项所述的方法，其中所述触点金属层在所述孔之间的厚度在1‑4μm的范围内。如权利要求1至36中的任一项所述的方法，其中所述触点金属层在所述孔之间的厚度在1‑2μm、或2‑3μm、或3‑4μm的范围内。如权利要求1至38中的任一项所述的方法，其中在沉积所述触点金属层之后，将所述触点金属层在以下范围内的温度烧结：400‑650℃、或400‑500℃、或400‑450℃、或450‑500℃、或500‑550℃、或550‑600℃、或600‑650℃。如权利要求1至39中的任一项所述的方法，其中在沉积所述触点金属层之后，将所述触点金属层烧结1‑15分钟、或1‑2分钟、或2‑3分钟、或3‑4分钟、或4‑5分钟、或5‑6分钟、或6‑7分钟、或7‑8分钟、或8‑9分钟、或9‑10分钟、或10‑11分钟、或11‑12分钟、或12‑13分钟、或13‑14分钟、或14‑15分钟。如权利要求1至39中的任一项所述的方法，其中所述触点金属层的加热步骤包括将触点金属层在400‑500℃的范围内的温度烧结10‑15分钟。如权利要求1至39中的任一项所述的方法，其中将所述触点金属层在比所述金属‑半导体的共晶温度更高的温度烧结，从而使触点金属扩散至所述半导体表面中，以使得在所述孔的底部形成金属‑半导体合金。如权利要求1至42中的任一项所述的方法，其中所述触点金属层包含铝或铝合金。如权利要求1至43中的任一项所述的方法，其中所述触点金属层的加热步骤包括将所述触点金属层在650°‑820℃、或650°‑670℃、或670°‑690℃、或690°‑710℃、或710°‑730℃、或730°‑750℃、或750°‑770℃、或770°‑790℃、或790°‑810℃、或810°‑820℃的范围内的峰值温度烧制，在所述峰值温度持续少于60秒。如权利要求44所述的方法，其中所述触点金属层的加热步骤包括将所述触点金属层在所述峰值温度烧制1‑2秒、或2‑3秒、或3‑4秒、或4‑5秒、或5‑6秒、或6‑7秒、或7‑8秒、或8‑9秒、或9‑10秒、或10‑12秒、或12‑15秒、或15‑20秒、或20‑25秒、或25‑30秒、或30‑35秒、或35‑40秒、或40‑45秒、或45‑50秒、或50‑55秒、或55‑60秒。如权利要求1至45中的任一项所述的方法，其中，在所述触点金属层的形成之前，使所述半导体表面暴露于掺杂剂极性与所述半导体表面的半导体材料相同的掺杂剂原子，从而所述半导体表面在所述多孔金属氧化物层中的所述开口下面的半导体材料与周围的半导体表面中的半导体材料相比被更重地掺杂。如权利要求1至45中的任一项所述的方法，其中，在所述阳极氧化步骤之前，使所述半导体表面暴露于掺杂剂极性与所述半导体表面的半导体材料相同的掺杂剂原子，从而所述半导体表面的半导体材料与在所述半导体表面下面的半导体材料被更重地掺杂。一种半导体器件，所述半导体器件具有其上形成电触点的半导体表面，所述器件包括：i)多孔金属氧化物层，所述多孔金属氧化物层形成在所述半导体表面上方，从而所述多孔金属氧化物层中的孔形成穿过所述多孔金属氧化物层的开口阵列；ii)触点金属层，所述触点金属层形成在所述多孔金属氧化物层上方并且所述触点金属层的一部分延伸至所述开口阵列的开口中，以使得所述触点金属层经由所述多孔金属氧化物层中的所述开口阵列电接触所述半导体表面，从而形成所述电触点。如权利要求48所述的方法，其中所述多孔金属氧化物层形成在所述半导体表面上。如权利要求48所述的方法，其中在所述半导体表面与所述多孔金属氧化物层之间形成中间电介质层。一种半导体器件，所述半导体器件具有其上形成电触点的半导体表面，所述器件包括：i)电介质层，所述电介质层形成在所述半导体表面上方；ii)多孔金属氧化物层，所述多孔金属氧化物层形成在所述电介质层上方，从而所述多孔金属氧化物层中的孔形成穿过所述多孔金属氧化物层的开口阵列；iii)触点金属层，所述触点金属层形成在所述多孔金属氧化物层上方，以使得所述触点金属层经由所述多孔金属氧化物层中的所述开口阵列和所述电介质层电接触所述半导体表面，从而形成所述电触点。权利要求50或51所述的半导体器件，其中所述电介质层包含SiO2、SiNx、SiONx、SiC或它们的两种或三种的组合。权利要求50、51或52所述的半导体器件，其中所述电介质层的厚度在10‑85nm、或10‑20nm、或20‑20nm、或30‑40nm、或40‑50nm、或50‑60nm、或60‑70nm、或70‑80nm、或80‑85nm的范围内。权利要求50、51、52或53所述的半导体器件，其中所述半导体表面是带纹路的。权利要求54所述的半导体器件，其中所述半导体表面的所述纹路达到1‑8μm、或2‑5μm、或1‑2μm、或2‑3μm、或3‑4μm、或4‑5μm、或5‑6μm、或6‑7μm、或7‑8μm的深度。权利要求54或55所述的半导体器件，其中所述金属触点层仅经由位于或邻近所述半导体表面的所述纹路的峰或脊的孔接触所述半导体表面。如权利要求48至56中的任一项所述的半导体器件，其中所述多孔金属氧化物层是氧化铝层。如权利要求48至57中的任一项所述的半导体器件，其中平均孔间距小于500μm。如权利要求48至57中的任一项所述的半导体器件，其中平均孔间距小于200μm。如权利要求48至57中的任一项所述的半导体器件，其中平均孔间距小于100μm或更小。如权利要求48至60中的任一项所述的半导体器件，其中所述多孔金属氧化物层的厚度在0.2‑1.0μm、或0.2和0.5μm、或0.3‑0.5μm、或0.2‑0.3μm、或0.3‑0.4μm、或0.4‑0.5μm的范围内。如权利要求48至61中的任一项所述的半导体器件，其中所述多孔金属氧化物层中的所述开口的直径为至少200或250nm。如权利要求48至61中的任一项所述的半导体器件，其中所述多孔金属氧化物层中的所述开口的直径在450‑550nm的范围内。如权利要求48至63中的任一项所述的半导体器件，其中所述触点金属层延伸至所述孔中以及所述多孔金属氧化物层的整个表面上方。如权利要求48至64中的任一项所述的半导体器件，其中所述触点金属层是包含铝、镍、铜、锡和/或银的层。如权利要求48至65中的任一项所述的方法，其中所述触点金属层包含铝或铝合金。如权利要求48至66中的任一项所述的半导体器件，其中所述触点金属层在所述孔之间的厚度在1‑4μm、或1‑2μm、或2‑3μm、或3‑4μm的范围内。如权利要求48至67中的任一项所述的半导体器件，其中所述触点金属层扩散至所述半导体表面中以在所述开口的底部形成金属‑半导体合金。如权利要求48至68中的任一项所述的半导体器件，其中所述多孔金属氧化物层中的所述开口内的所述半导体表面与周围的半导体表面中的半导体材料相比被更重地掺杂。如权利要求48至68中的任一项所述的半导体器件，其中所述半导体表面与在所述半导体表面下面的半导体材料相比被更重地掺杂。一种半导体器件，其中存在权利要求48至70的任意手段的一个或多个的所需组合。一种方法，其中存在权利要求1至47的任意手段的一个或多个的所需组合。

说明书用于太阳能电池的金属触点方案
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发明技术领域
本发明总体涉及器件制造领域并且，尤其是，涉及用于太阳能电池器件尤其是硅太阳能电池器件的背点触点的形成。
发明背景
太阳能电池半导体器件的制造典型地包括与p‑n结器件的金属触点的形成。半导体材料(例如，硅)吸收光并且产生之后可以由器件中的p‑n结分离的电子和空穴载流子。多数载流子(例如，n型半导体材料中的电子)通过形成至器件的p型和n型材料两者的金属触点收集。在标准的丝网印刷硅太阳能电池中，n型金属触点(其收集电子)通过丝网印刷和随后烧制在基于晶片的器件的前侧(照射侧)上的栅格图案中的银浆料形成。p型接触通过用铝浆料丝网印刷器件的整个背侧p型表面形成。该浆料，当在780‑870℃的温度烧制时，形成减少电子少数载流子(p型材料中)在硅‑金属界面的复合并且能够收集空穴多数载流子的背面电场(BSF)。
丝网印刷硅太阳能电池已经工业生产了25‑30年，具有分别对于单晶和多晶晶片基板向17‑18％和16‑17％持续提高的驱动效率。然而，这些效率仍然显著低于由实验室制造的太阳能电池获得的值。例如，对于最高效率的单结硅太阳能电池的世界纪录是由新南威尔士大学(the University ofNew South Wales)在1999年获得的25％。为什么这些实验室制造的太阳能电池获得更高的效率的一个原因是它们典型地使用点金属触点与背表面上的硅接触。在新南威尔士大学(the University of New South Wales)制造的世界纪录钝化发射体背侧局域扩散(Passivated Emitter RearLocally‑Diffused，PERL)电池的情况下，在背侧二氧化硅电介质层中制成尺寸10μm×10μm的小开口。之后将金属经由这些小面积点尺寸开口蒸发以形成至电池的p型金属触点。
通过限制金属硅界面的总面积，可以显著地减少少数和多数载流子的复合以对于得到的器件得到更高的开路电压。通过在金属化之前进行穿过接触开口的硼扩散以在开口的底部产生重掺杂区域，进一步增强PERL电池的性能。这些重掺杂区域进一步减少载流子复合并减少接触电阻，导致最终的器件中降低的串联电阻。
大部分PERL电池使用p型晶片制造，其中在前侧(照明侧)通过进行磷固态扩散处理形成p‑n结。该制造方法需要使用高品质浮点区(FZ)晶片，其中在1Ωcm p型晶片中少数载流子寿命可以高至500μs。此外典型地使用厚晶片以确保出色的入射光吸收。经由电池前侧上形成的窄金属栅格收集电子，并且通过背表面上的点状触点收集空穴。为了限制当从触点开口上面的p型硅的半球形区域收集载流子时经历的扩展电阻，可以给出的是有益的是具有位于彼此尽可能接近处的点状触点。此外，需要的是在可实行情况下尽可能最小化全部金属‑硅界面面积以便保持载流子的复合最小。在世界纪录高效PERL电池中，点状触点间隔250μm。
用于制造硅太阳能电池的大部分工业工艺仍然依赖于使用整个背表面金属触点，如上对于丝网印刷电池所述，证明在获得用于背触点方案的紧密间隔的小面积点状触点存在实际困难。对于PERL电池，使用光刻制造点状触点，这被认为用于商业制造实施是过于昂贵的。已经试验了通过蒸发的铝层的点状触点的激光‑烧制，然而该过程可以对硅产生材料损坏并从而降低电压。同样，因为激光器是基本上连续的流器件，点状触点的烧制需要某些形式的掩模或模板。此外，如果点状触点空间上彼此接近，那么为跨越整个背表面扫描用于图案化处理是耗时的。也测试了点状触点的喷墨蚀刻。虽然这种方法典型地不对光活性材料产生任何损坏，作为激光烧蚀触点它遭受相同的处理吞吐量问题。因此，硅太阳能电池的背表面上形成点状触点的图案用于金属接触的目的仍然是用于硅太阳能电池制造的研究的活跃领域。
概述
在第一方面，提供一种对半导体器件的半导体表面形成点金属电触点的方法，所述方法包括：
i)在所述半导体表面上形成第一金属层；
ii)阳极氧化所述第一金属层以产生在所述半导体表面上形成的多孔氧化物层，从而所述多孔金属氧化物层中的孔形成穿过所述多孔金属氧化物层的开口阵列；
iii)在所述多孔金属氧化物层上形成触点金属层，并且其一部分延伸至所述开口阵列的开口中以使得所述触点金属层经由所述多孔金属氧化物层中的所述开口阵列电接触所述半导体表面。
在第二方面，提供一种半导体器件，所述半导体器件具有其上形成电触点的半导体表面，所述器件包括：
i)多孔金属氧化物层，所述多孔金属氧化物层形成在所述半导体表面上，从而所述多孔金属氧化物层中的孔形成穿过所述多孔金属氧化物层的开口阵列；
ii)触点金属层，所述触点金属层形成在所述多孔金属氧化物层上并且其一部分延伸至所述开口阵列的开口中，以使得所述触点金属层经由所述多孔金属氧化物层中的所述开口阵列电接触所述半导体表面，从而形成所述电触点。
在一个实施方案中，在半导体表面上形成第一金属层，以使得在烧结之后多孔氧化物层与半导体表面接触。
然而中间电介质层可以任选地在第一金属层的形成之前形成在半导体表面上，从而在所述第一金属层的氧化之后，电介质层插入在所述多孔金属氧化物层与所述半导体表面之间。
根据第三方面，提供一种对半导体器件的半导体表面形成点金属电触点的方法，所述方法包括：
i)在所述半导体表面上形成电介质层：
ii)在所述电介质层上形成第一金属层；
iii)阳极氧化所述第一金属层以产生在所述电介质层上形成的多孔金属氧化物层，从而所述多孔金属氧化物层中的孔形成在所述金属氧化物层中的开口阵列；
iv)在所述多孔金属氧化物层上形成触点金属层；以及
v)加热所述触点金属层以驱使所述触点金属层的一部分穿过所述电介质层，从而经由所述金属氧化物层中的所述开口阵列和所述电介质层电接触所述半导体表面。
根据第三方面，提供一种半导体器件，所述半导体器件具有其上形成电触点的半导体表面，所述器件包括：
i)电介质层，所述电介质层形成在所述半导体表面上；
ii)多孔金属氧化物层，所述多孔金属氧化物层形成在所述电介质层上，从而所述多孔金属氧化物层中的孔形成穿过所述多孔金属氧化物层的开口阵列；
iii)触点金属层，所述触点金属层形成在所述多孔金属氧化物层上，以使得所述触点金属层经由所述多孔金属氧化物层中的所述开口阵列和所述电介质层电接触所述半导体表面，从而形成所述电触点。
本发明的实施方案将优选基于硅半导体技术并且电介质层将优选包含SiO2、SiNx、SiONx、SiC、Al2O3或其两种以上的组合。电介质层厚度可以在以下范围内：10‑85nm或10‑20nm、或20‑20nm、或30‑40nm、或40‑50nm、或50‑60nm、或60‑70nm、或70‑80nm、或80‑85nm。
所述电介质层可以通过PECVD之后通过形成气体退火形成。
所述半导体表面优选是带纹路的。所述纹路可以达到1‑8μm或2‑5μm或1‑2μm或2‑3μm或3‑4μm或4‑5μm或5‑6μm或6‑7μm或7‑8μm的深度
优选控制所述金属触点层的所述加热以将所述触点金属层与所述半导体表面的接触限制至仅经由位于或邻近所述半导体表面的所述纹路的峰或脊的那些孔。
第一金属层优选由铝组成以使得金属氧化物层是氧化铝层，然而可以经历阳极处理的其他金属包括钛、锌、镁、铌和钽。优选在阳极氧化之前将第一金属层烧结。
优选在所述触点金属层形成之后将其加热从而使所述触点金属扩散至半导体表面中。当将电介质层插入至多孔金属氧化物层与半导体表面之间时，将所述触点金属层加热以使得在所述多孔金属氧化物层中的所述开口阵列的所述开口的至少一些中的电介质层的表面处的所述触点金属层的金属被驱使穿过电介质层以接触半导体表面。
优选在所述触点金属层的形成之前蚀刻所述多孔金属氧化物层以扩大形成穿过所述多孔金属氧化物层的所述开口阵列的所述孔。
在所述触点金属层的施加之前可以将阳极氧化层进一步蚀刻以确保在穿过所述多孔金属氧化物层的所述开口阵列的每一个开口的底部将任意阻挡层氧化物从所述半导体表面移除。
可以将所述第一金属层预处理以使得由所述阳极氧化步骤产生的所述孔在所选位置优先形成。预处理可以包括在所需的位置的每一个处产生缺陷、压痕或弱点的流体的逐点沉积。可以使用喷墨或气溶胶喷注打印机沉积所述流体。例如可以沉积蚀刻剂以在所述第一金属层中在所需的孔的位置形成凹陷。备选地可以用在所需的位置的每一个处产生凹陷的模具压印所述第一金属层的表面。
选择阳极氧化步骤的参数以获得可以典型地小于500μm，但通常小于200μm并且优选100μm以下的平均孔间距。
在阳极氧化工序中使用的酸可以包括硫酸、草酸、磷酸，或一起或依次地使用的这些酸的组合。例如所使用的酸可以是0.3‑1.5M硫酸和1～10％(重量/重量)磷酸，或者所使用的酸可以是0.3M硫酸。沉积的第一金属层可以被阳极氧化3‑30分钟或3‑4分钟或4‑5分钟或5‑6分钟或6‑7分钟或7‑8分钟或8‑9分钟或9‑10分钟或10‑11分钟或11‑12分钟或12‑13分钟或13‑14分钟或14‑15分钟或15‑16分钟或16‑17分钟或17‑18分钟或18‑19分钟或19‑20分钟或20‑21分钟或21‑22分钟或22‑23分钟或23‑24分钟或24‑25分钟或25‑26分钟或26‑27分钟或27‑28分钟或28‑29分钟或29‑30分钟。
第一金属可以通过溅射或更优选使用热蒸发法沉积。第一金属层和随后的多孔金属氧化物层的厚度可以在以下范围内：0.2‑1.0μm，或0.2‑0.5μm或0.1‑0.2μm或0.2‑0.3μm或0.3‑0.4μm或0.4‑0.5μm或0.5‑0.6μm或0.6‑0.7μm或0.7‑0.8μm或0.8‑0.9μm或0.9‑1.05μm，并且优选在0.2至0.5μm之间。优选将所沉积的第一金属层在阳极氧化之前在350‑450℃(额定400℃)烧结25‑35分钟(额定30分钟)。在阳极氧化之后，所得到的多孔金属氧化物层将具有在以下范围内的厚度：0.2‑1.0μm或0.2‑0.5μm或0.1‑0.2μm或0.2‑0.3μm或0.3‑0.4μm或0.4‑0.5μm或0.5‑0.6μm或0.6‑0.7μm或0.7‑0.8μm或0.8‑0.9μm或0.9‑1.0μm。
优选进行在阳极氧化步骤之后进行的阳极氧化的第一金属层的蚀刻直至孔的直径为至少200或250nm并且优选直径在450‑550nm的范围内。
最终，可以使用方法如溅射和电子束蒸发器或丝网印刷，但优选使用热蒸发，可以将触点金属层，如铝或铝合金层沉积至孔中和沉积在多孔金属氧化物层的整个背表面上。所述触点层的沉积将填充所述绝缘金属氧化物层中的所述孔，并且之后所述金属层将优选在氧化物层的整个背表面上延伸以形成用于太阳能电池的背电极。所述触点金属层在所述孔之间的厚度可以在1‑4μm或1‑2μm或2‑3μm或3‑4μm的范围内，并且优选在1‑2μm的范围内。在沉积之后可以将所沉积的触点金属在以下范围内的温度烧结：从440℃至高于金属‑半导体共晶温度(对于铝‑硅577℃)的温度，或400‑650℃或400‑500℃或400‑450℃或450‑500℃或500‑550℃或550‑600℃或600‑650℃。在一个方法中，可以将所沉积的触点金属在445‑455℃的范围内的温度烧结10‑15分钟或1‑2分钟或2‑3分钟或3‑4分钟或4‑5分钟或5‑6分钟或6‑7分钟或7‑8分钟或8‑9分钟或9‑10分钟或10‑11分钟或11‑12分钟或12‑13分钟或13‑14分钟或14‑15分钟。备选地，可以将所沉积的触点金属在高于金属‑半导体共晶温度(对于铝‑硅577℃)的温度烧结以使得在所述孔的底部形成金属‑半导体合金。
备选地，背触点可以使用其他金属化方法如金属镀覆，使用金属如镍、铜、锡和/或银形成。镀覆可以通过无电镀覆或电镀进行。
所述触点金属层的加热的步骤可以包括所述触点金属层在以下范围内的峰值温度的烧制：650°‑820℃或650°‑670℃或670°‑690℃或690°‑710℃或710°‑730℃或730°‑750℃或750°‑770℃或770°‑790℃或790°‑810℃或810°‑820℃(并且更优选在680℃)，在峰值温度持续少于60秒或持续1‑2秒、或2‑3秒、或3‑4秒、或4‑5秒、或5‑6秒、或6‑7秒、或7‑8秒、或8‑9秒、或9‑10秒、或10‑12秒、或12‑15秒、或15‑20秒、或20‑25秒、或25‑30秒、或30‑35秒、或35‑40秒、或40‑45秒、或45‑50秒、或50‑55秒、或55‑60秒。
在进一步的备选中，半导体表面可以在最终的金属化步骤之前暴露至掺杂剂原子(对于p型材料为硼‑例如，三溴化硼或对于n型材料为磷‑例如POCl3)，或者整个背半导体表面可以在阳极氧化步骤之前暴露至掺杂剂(例如，对于p型材料为铝或硼)，以使得随后经由开口沉积或镀覆的金属将接触重掺杂半导体材料。
附图简述
现在将通过实施例的方式参考附图描述太阳能电池背触点及其形成方法的实施方案，其中：
图1是具有作为穿过多孔电介质层形成的点金属触点结构形成的背(未照明)表面触点的太阳能电池的概略示例；
图2图解表示背触点间距与扩展电阻之间的关系；
图3a和3b是：
a.阳极氧化槽中太阳能电池的概略前视图，以及
b.穿过它位于其上的阳极电极的太阳能电池的概略底视图；
图4是具有作为穿过多孔电介质层和中间电介质层形成的点金属触点结构形成的背(未照明)表面触点的太阳能电池的概略示例；
图5多孔电介质材料(即阳极氧化铝)的概略示例；
图6a和6b概略地示例了所制造的测试结构。
图7是具有作为包含插入多孔氧化物金属氧化物层与基板之间的另外的氧化物层的点金属触点结构形成的背(未照明)表面触点的带纹路的太阳能电池的概略示例。
实施方案详述
开发了具有潜在可能降低提供高性能背触点的成本的形成至太阳能电池的点金属触点的新方法。与之前描述的包括为形成开口阵列的电介质层的确定性图案化的方法不同，所提出的方法使用阳极氧化金属膜的性质以形成完整的钝化电介质层以及可以充当用于金属触点的开口的孔阵列。换言之，独特的是在单一的工序中形成电介质膜和开口阵列。孔可以是自有序化的或者它们的位置可以由预处理影响。之后通过蒸发另外的金属层以使得金属沉积在孔中和阳极氧化金属的整个背表面上从而仅经由钝化电介质层中的开口接触硅形成用于太阳能电池的背电极，可以形成至下方的光活性材料的金属触点。
通过改变在阳极氧化工序中使用的电解液的组成和浓度，可以控制所形成的孔(开口)之间的间距。孔的尺寸可以通过在后阳极氧化步骤中将阳极氧化基板浸渍在氧化铝蚀刻剂中从它们的初始(阳极氧化)尺寸增加。用每个单独的潜在地使用不同的电解液组合物的阳极氧化处理，通过进行多步连续阳极氧化步骤，所形成的孔(开口)的间距和尺寸可以进一步控制/改变。
可以将通过阳极氧化工序形成的电介质层的化学性质优化为更加有效地钝化下面的光活性材料并且因此能够增加最终的器件的能量转化性能。
也可以使用在阳极氧化工序过程中形成的图案化电介质层作为掩模，穿过所述掩模可以进行固体扩散过程。所以，例如，可以穿过形成在p型硅晶片表面上的图案化电介质层进行硼扩散，以在孔的底部产生重掺杂p+区域。这些重掺杂区域可以通过有效地产生背面场(BSF)进一步减少表面复合。此外，也可以降低接触电阻，产生来自太阳能电池的更有效的载流子收集。
对太阳能电池形成点金属触点的该方法相对于其中单独的点状触点必须分开地并且故意地图案化的现有的点状触点方案具有益处。使用后一种方案，使用激光或喷墨/气溶胶喷注打印机图案化实施，难以以保持高吞吐量处理的成本有效方式形成小(＜10μm直径)孔。
现在将参考附图详细描述太阳能电池背触点的布置及其形成。图1显示典型的晶体硅太阳能电池器件100的截面。该电池包括1‑3Ωcm的电阻率的p型晶片基板105以及n型发射体层110，其优选通过在设计为暴露至光的晶片的表面上进行磷扩散形成。从而形成的p‑n结使得由光通过硅的吸收产生的电子和空穴载流子能够分离并且使得对于在太阳能电池的电极处的收集成为可能。
在结的形成之后，典型地背面蚀刻程序使用在线湿法化学处理工具进行，如由仪器制造商如Rena、Schmid和Kuttler提供的，以蚀刻掉背表面上任何磷掺杂的硅并将电池边缘隔离。之后将抗反射涂层(ARC)115形成在电池的前表面上以最大化电池内光的捕获。大部分工业制造的硅太阳能电池采用氮化硅作为用于ARC的材料，归因于其折射率(～2.0)的适当性及其相对低的温度沉积(～400℃)，使用等离子体增强的化学气相沉积(PECVD)。然而在一些情况下，二氧化硅ARC可以是优选的。氮化硅ARC也用于钝化n型硅晶片表面。它以两种主要方式完成这点。首先，它可以钝化在硅表面存在着的悬垂键从而降低可以导致高表面复合的表面缺陷浓度。其次，在所沉积的氮化硅层存在的正电荷排斥来自硅表面的少数载流子，从而降低接近于表面的复合事件的可能性。后一种效果称为场效应钝化并且是在硅太阳能电池制造中例行使用的技术，以最小化典型地表征金属‑硅界面并限制器件性能的高表面复合速率。
那么大部分工业制造的硅太阳能电池典型地具有丝网印刷在背表面上的铝浆料层，以及丝网印刷在ARC115上的银浆料的前栅格。之后将晶片在在线炉中在780至870℃的温度短暂地烧制，这依赖于所使用的丝网印刷浆料的性质。在该烧制过程中，铝扩散至背表面硅中以在p型硅与铝之间形成铝掺杂的(p+)层，其形成背面场(BSF)。该BSF层排斥来自背侧铝电极的电子少数载流子，并且因此减少在那个表面处的复合。烧制时的银浆料穿透氮化硅ARC并且构成与下方的n型硅层的欧姆接触，以形成用于太阳能电池的一个或多个n型电极120。
然而，应充分理解的是形成背侧铝电极的当前的工业方法保持效率损失的显著来源，这归因于将最终的器件的开路电压限制至620‑630mV的大硅‑金属界面面积。工业制造的丝网印刷硅太阳能电池典型地限制于在16‑18％的范围内的能量转化效率。然而，对于实验室制造的电池，如PERL电池报告了高达25％的效率，其中将制造技术如光刻应用至背表面中的图案点开口，以使得能够具有小面积点金属触点。这些点状触点可以将硅‑金属界面面积限制至全部背电池面积的大约1％，这可以产生显著的性能提高，条件是残留的背表面保持为良好钝化的(即，具有低表面复合速率)。
参考图1的构造，如下面更详细描述的，通过形成铝层并且将其阳极氧化以形成多孔氧化物层125，其中孔135提供用于基板105的背表面的间歇连接点，从而形成背触点。之后将另外的金属(铝)层130蒸发至多孔氧化物层125上，并且延伸穿过孔135以接触电池的底部。前表面上的金属触点可以基本上如对于工业制造的丝网印刷电池所述形成，或使用多种不同的选择性发射技术中的一个形成。
与光刻不同，该公开中描述的背触点方案具有以相对低成本并以高生产量实施的潜在可能。此外，其具有产生空间上在一起接近的非常小的开口的潜在可能。如果对于太阳能电池最小化了扩展电阻效应，后一个性质是需要的。图2显示扩展(串联)电阻如何随着触点在背表面上间距更加彼此在一起接近而减少。由硅晶片的体电阻率确定最优化的间距，并且对于具有1Ωcm的体电阻率的晶片，如果假定1％的恒定金属触点面积，可以获得在低至大约100μm的间距的情况下的串联电阻减少。与当以该非常精细的分辨率图案化所需时将变得令人讨厌地慢的激光和喷墨图案化技术比较，目前的自图案化方案可以获得精密标度，而不显著地负面影响处理的速度。通过有效地控制阳极氧化条件，可以控制开口(孔)尺寸和间距而不必须单独地图案化每个所需的开口。
阳极氧化是金属的电解氧化。它典型用于在金属如铝上形成保护性氧化物层，以使得它们将耐受化学品和腐蚀。通过使金属部分在包含酸溶液的电解浴中的阳极氧化形成金属氧化物。阴极可以是惰性金属并且在那个电极出现的还原反应典型地为氢离子至氢气的还原。
对于具有在电解液中可溶的氧化物的金属如铝，在金属氧化物的形成与溶解之间出现平衡。该平衡导致多孔氧化物(阳极)膜的形成。该膜可以在其孔中接受或捕获任何材料，对其性质或者有益或者不利。因此，对于金属阻挡层形成，该孔典型地为通过溶胀的水解溶液的加入封闭或“封孔”，并且这样做封闭孔并且产生光滑的、硬的、均匀的和透明的阻挡层。该封孔处理可以在沸水中进行，或者在化学浓缩的水中在室温进行。也使用了染料以在封孔之前用引入至孔中的染料提供的装饰的阳极氧化表面。
为了获得不同的阳极氧化结果可以使用一系列的酸。例如，硫酸电解液典型地产生软的、容易染色的涂层，而有机酸(例如，草酸)产生硬的完整涂层。也可以控制电解液的温度以产生所需的性质。例如，在20℃，硫酸电解液将产生软的、透明清澈的、容易着色的涂层，而在5℃得到硬的、致密、暗灰色涂层。在该公开中描述的构造中，使用电解液组成控制在太阳能电池的背侧硅表面上形成的铝层中形成的孔的间距和尺寸。
图5示意性地描述了阳极氧化铝层120，其中孔405从表面向包括太阳能电池420的硅延伸。在孔的底部保留具有与在孔壁形成的氧化铝化学不同的性质的氧化铝410的阻挡层。
现在将参考图3a和3b描述用于形成该新背接触方案的布置。铝305的层沉积在太阳能电池302的背侧硅表面上。虽然也可以使用其他沉积方法如溅射，优选使用热蒸发法沉积金属。层的厚度优选在0.2‑1.0μm的范围内，并且更优选为0.3至0.7μm。之后将所沉积的铝305优选在400℃烧结30分钟以便减小粒度和减少金属层的多孔性。
在太阳能电池302的铝层305的阳极氧化之前，可能需要移除可能形成在金属层上的天然氧化铝。优选这通过在1‑5％氢氟酸或如由J.T.Baker所提供的可商购的缓冲氧化物蚀刻溶液中浸渍获得。备选地，可以使用比蚀刻形成用于太阳能电池302的ARC通常使用的材料(即，氮化硅和二氧化硅)更容易地蚀刻氧化铝的蚀刻配方。这种蚀刻配方包括焊垫蚀刻溶液(描述在Williams，K.R.，Gupta，K.和Waslik，M.(2003)对于显微机械加工的蚀刻速率‑第2部分(Etch rates for micromachining processing‑Part 2)，J.Microelectromech.Sys.，12，761‑778中)或无水氟化铵溶液(例如，如使用多羟基醇如乙二醇配制的那些)。
之后将具有铝305的背层的太阳能电池302在其边缘附近被支持在优选具有比所加工的电池稍微更小的中心开口的阳极310上，以使得电池的背表面上的铝层与阳极在整个外围附近接触。阳极310优选由惰性材料如铂或钯制成。之后将该阳极310经由绝缘线370连接至电源350的正极端子。电源350的负极端子经由绝缘线360连接至放置在电解电池330的底部中的阴极320。阴极320可以由金属如镍、铝或可以支持所需的阴极反应的任意其他电极组成。
环形阳极310可以在优选由耐酸材料如聚丙烯构造的边沿315上被支持在电解电池330中，所述边沿由电池330侧边延伸出去。可以通过调整电解电池330中边沿315的高度将环形阳极310支持在阴极之上的可调整的高度。优选将阴极320与铝背表面层305之间的距离保持在2至5cm之间以便最小化电解液340的电阻损失。图3B显示当从太阳能电池302下面看时环形阳极310的布置。为了清楚的目的，边沿315未被包括在该图中。
图3A和图3B中所示的布置也可以以在线传送带布置实施，其中太阳能电池302可以放置在连接至传送单元的外围边缘电极310的阵列上并且穿过含有电解液340的浴或容器传送。阴极320可以包含固定至容器的底部表面的单条电极。在该在线布置中，单独的太阳能电池和阳极单元的移动可以提供对于均匀的阳极氧化有益的溶液的搅拌。可能需要用于施加向下压力的方式以确保太阳能电池302保持与环形阳极单元310电接触。可以通过在太阳能电池302的顶表面上向下压的物理支持体提供向下压力。优选该支持体将使用不损坏太阳能电池的ARC表面的材料如特弗隆(Teflon)制造。备选地太阳能电池302与阳极单元310的电触点可以通过施加流体压力确保，如通过控制电解液在太阳能电池的前表面上的流动或电解液从太阳能电池302的铝表面310下方的基本上真空移除提供的流体压力。
在进一步的变化中，与太阳能电池302的背部铝层的电连接可以通过从基本上如被描述在由公司如Meco提供的电镀系统中使用的传送带向下延伸至电解液中的夹子形成。在该布置中，由于在高处带的传送动作将太阳能电池302传送穿过阳极氧化浴。现有电镀设备(具有反向施加的电势)的使用以高处理产量提供进行阳极氧化步骤的直接方式。
一旦具有铝305的背表面层的太阳能电池302在环形阳极单元310上被支持，那么可以通过使用电源350提供用于阳极氧化处理所需的电压从而开始阳极氧化处理。优选电解液包含0.1至1.5M硫酸，并且更优选0.3M以及8至30V的外加电压。阳极氧化时间依赖于铝层305的厚度，其中500nm的铝层需要10分钟用于在0.3M硫酸的电解液浓度和25V的外加电压完全氧化。太阳能电池302的阳极氧化的铝背表面305中得到的孔的清晰度将依赖于暴露至阳极氧化过程的时间。在更长的阳极氧化时间之后孔将更清晰地形成，其中也依赖于所要阳极氧化的铝层的厚度使用10至60分钟的量级的时间。孔的尺寸和间距依赖于在阳极氧化处理过程中使用的电解液340。下面的表1对于一系列的不同的电解液溶液列出了孔的典型的尺寸和间距。通过使用硫酸和草酸的混合物，孔间间距和孔直径可以分别增加至150nm和～70nm。
表1；对于一系列不同的电解液溶液，阳极氧化60分钟的孔的典型的尺寸和间距。

可以通过使用其他电解液如磷酸再进一步将孔间距增加至～500nm的值。备选地可以将铝层305预图案化以开始以所需的间距形成孔。预图案化可以使用压印方法获得，如纳米或微米压印，其中首先形成具有正确间距的模具并且之后压至铝表面以稍微压印表面。备选地，器件如喷墨打印机可以用于沉积在需要引起孔的点处标记或稍微蚀刻铝表面的流体。这后一种铝表面的预图案化可以通过沉积碱性溶液或磷酸完成。优选将这些溶液在沉积之前加热或将溶液沉积在加热过的铝表面上。用该方法，可以通过在阳极氧化处理过程中预先设置阳极氧化铝从而以预定图案形成孔，更紧密地控制孔之间的间距。
在一些情况下，抗衡离子在阳极氧化处理过程中在氧化铝多孔基体中捕获。捕获阴离子如硫酸根离子的存在是有益的，因为它们可以提供下方的p型硅的场效应钝化。由氧化物膜中的阴离子引起的电场的存在导致硅氧化铝界面处(电子)少数载流子的耗尽，并且从而减小表面复合速率。由阳极氧化铝场中捕获的电荷引起的电场的效果可以通过使阴离子迁移至硅‑氧化物界面如通过在阳极氧化步骤过程中照明太阳能电池302增强。照明产生跨越太阳能电池302形成的光诱导电势，它可以驱动接近于硅界面捕获的阴离子的扩散。对于典型的晶体硅太阳能电池，该电势为大约600mV(即，太阳能电池的开路电压)。
AAO层中可以捕获的离子的类型和电荷可以依赖于电解液和照明条件变化。当将铝在硫酸中阳极氧化时，正离子可以在接近于在金属之间的界面处形成的阻挡层处捕获，负离子可以在电解液与AAO层之间的界面处捕获。接近于阻挡层捕获的正离子可以导致邻近的p型硅中耗尽或倒置区域的形成。这种硅界面处的电荷分布变化也可以通过减少界面处的多数载流子浓度减少复合。当含有正累积电荷的电介质层，如氮化硅，形成在p型表面上时，典型地观察到高寿命。换言之，在p型硅表面处的复合可以通过在界面处累积、耗尽或倒置空间电荷区域的形成有效地降低，因为这些条件的每一个限制了电子和空穴两者在表面存在的可能性。如果在阳极氧化过程中对太阳能电池302照明，那么硅界面处的电荷条件可以通过在电池上存在的光生电势调制。
为完成阳极氧化处理，可以对晶片进行氧化铝蚀刻处理，其用于：(i)移除在阳极氧化之后保留在硅界面处的氧化铝的阻挡层；和(ii)加宽孔以使得当它们金属化时存在足够的金属截面以确保低电阻电流收集路径。该蚀刻可以通过在室温浸渍在包含5％(w/v)磷酸的溶液1至5分钟并且更优选～2分钟进行。备选地，可以使用如之前对于氧化铝的预先蚀刻描述的蚀刻配方，以使得在该过程中不蚀刻并因此减薄太阳能电池的ARC。优选进行蚀刻直至孔在直径上为200至250nm并且更优选在直径上为约500nm。
最终，金属如铝可以使用瞄准线沉积方法如热蒸发沉积在太阳能电池302的整个背表面上。备选地，金属可以使用如溅射，电子束蒸发或丝网印刷的方法沉积。沉积铝将填充绝缘氧化铝层中的孔并且之后在如图1中所示的整个背表面上延伸以形成用于太阳能电池302的背侧p型电极。优选最终的铝金属层的厚度在1‑4μm并且更优选1‑2μm的范围内。在沉积之后，优选将所沉积的铝在～400℃烧结10至15分钟以确保金属触点穿过可能保持在孔的底部的任何氧化物。备选地，更高的温度和更长的烧结时间可以用于在孔的底部形成铝(即，p型)区域。如果使用高于铝‑硅共晶温度(577℃)的温度，那么铝‑硅合金可以在孔的底部形成，并且从而在金属硅界面能够具有低接触电阻并且因此具有低器件串联电阻。
也可以使用其他金属如银、锡和镍，虽然这些金属不提供穿过孔的潜在的p+掺杂的益处。从低的最终器件成本的角度，铝作为背侧触点金属的使用也是适宜的。
可以使用其他金属化方法如金属镀覆形成背侧触点。金属如镍、铜、锡和银可以无电镀覆或电镀至p‑和n型硅两者。一旦在开口的底部处开始镀覆，金属将继续穿过开口镀覆直至达到表面，其中金属之后开始横向散布在背电介质表面上，以在电池的背侧上形成全金属接触区域。
在备选的布置中，与重掺杂p型硅的金属触点可以通过在最终的金属化步骤之前将太阳能电池302(在阳极氧化之后)暴露至硼掺杂剂原子的源(例如，三溴化硼)完成。如果需要这种扩散过程，那么对于太阳能电池302优选的是用二氧化硅ARC制造，其之后可以将防止前n型硅表面暴露至硼掺杂剂。在进一步备选的布置中，在阳极氧化步骤之前，太阳能电池302的整个背表面可以暴露至p型掺杂剂(例如，铝或硼)，以确保跨越整个背表面的BSF的形成。随后穿过开口沉积或镀覆的金属将接触重掺杂硅并因此将得到较低接触电阻的金属触点。
中间电介质层
在进一步的实施方案中，通过在背侧硅表面与阳极氧化的铝层之间形成中间薄电介质层获得改进的背触点布置。通过将二氧化硅、碳化硅、氮化硅和/或氧氮化硅(或不移除现有的层)的电介质层插入至背侧硅表面与阳极氧化的铝层405之间，如图4中所示的器件400中所示，太阳能电池的寿命和默示开路电压可以在当仅使用中间电介质层405时可获得的基础上提高。中间电介质层405的使用也可以帮助将阳极氧化限制至晶片的背表面上的铝层。这意味着不需要小心地控制阳极氧化处理的终点。其他电介质材料(例如，碳化硅、PECVD沉积或溅射的氧化铝、非晶硅)也可以在该中间层405的形成中使用。例如，薄非晶硅层可以对晶体硅表面提供出色的表面钝化。
AAO在这些中间电介质层上的形成潜在减少最终的太阳能电池器件中的复合。中间电介质层的厚度优选在10‑85nm的范围内，但可以使用高达150nm的层厚度。在这个进一步的实施方案中，阳极氧化的氧化铝层的厚度优选为～300nm，但也可以使用在200‑800nm的范围内的厚度。
在上面描述的背表面边缘隔离步骤之后，可以热生长中间二氧化硅层。在该过程中，氧化物层生长在两个表面上并且通过氧化过程的时长控制所得到的二氧化硅层的厚度。优选使用干氧化过程以确保硅与二氧化硅界面之间的界面处的低表面复合速率。然而，也可以使用更迅速的湿法氧化过程。之后将优选氧化物层从电池的前表面移除并且替换为通过如对于优选的布置所描述的PECVD沉积的氮化硅层(优选ARC)。备选地前表面氧化物可以保持为初步的ARC。
在上述背‑表面蚀刻步骤之后，可以使用PECVD在背侧硅表面上沉积中间氮化硅、碳化硅、氧化硅、氧氮化硅、氧化铝层。优选地，这些背侧中间电介质层的沉积性质基本上不从用于沉积前表面氮化硅ARC的那些性质改变。在沉积之后，优选在350至500℃和更优选400℃的温度对晶片进行形成气体退火(Ar中的4％H2)～15分钟以促进氢从PECVD层扩散至晶片中。可以在带式炉中但使用少于10秒的时间在峰值温度进行更高温的退火(例如，高达720℃)。也可以将晶片在氮环境并使用其中用氮代替更昂贵的氩的形成气体混合物退火。
也可以采用非晶硅层作为用于中间电介质层405的材料。优选使用PECVD沉积非晶硅并且这种层的厚度优选为40至80nm并且更优选～60nm。
在背表面电介质层405的形成之后，将晶片在piranha溶液(97％硫酸和30％(w/v)过氧化氢的3∶1溶液)中清洁，并且之后浸渍在1％‑5％HF溶液中1分钟。之后将铝沉积至背侧电介质表面上并且如前所述阳极氧化。阳极氧化的结束点通过指出金属层完全转化至氧化铝的阳极氧化电流上的降低检测。阳极氧化的该清楚的指示使得能够更小心地控制该过程，并且可以进行对阳极氧化处理的修正而不需要阳极氧化时间的校准。
AAO电介质层叠体的钝化性质可以与使用图6a和6b中所示的一组测试结构，仅使用中间电介质层所获得的钝化性质比较，所述电介质层叠体包括中间电介质层405和所形成的AAO 125。这些使用蚀刻以移除表面锯齿损坏(即，不带纹路的)的商业级p型3Ohm.cm硼掺杂的CZ晶片形成。测试结构扩散有磷以形成如上所述的轻掺杂的前表面发射体。
图6a概略地示例在p型硅晶片655上具有n+前表面层660和氧化硅ARC层666的测试结构。图6a中所示的背侧电介质结构具有与硅655的背表面接触的热生长的二氧化硅层680。该二氧化硅层680可以通过以下方式形成：使用热氧化方法以首先在两个表面上生长氧化物至500nm的厚度并且之后将背表面层减薄至10至140nm，并且更优选至60nm的厚度。图6b还概略地示例了具有n+前表面层660的测试结构。对于图6b中所示的测试结构，通过PECVD将75nm氮化硅层665沉积在晶片的前表面上，并且将另一个75nm氮化硅层675沉积在晶片的背表面上，之后在400℃的温度进行形成气体退火(Ar中的4％H2)～15分钟。使用光电导率衰减测量具有和不具有形成的AAO的测试结构的每一个(图6a和6b)的有效少数载流子寿命。之后取所测量的有效寿命上的差别作为AAO在减少测试结构中的复合的有效性上的度量。
表2显示当AAO层形成在中间二氧化硅层上时可以得到的寿命和默示开路电压上的提高。所测量的两个测试结构都证明随着阳极氧化少数载流子寿命增加～60％并且测量到670mV的默示开路电压。表3显示当AAO层形成在中间氮化硅层上时可以得到的寿命和默示开路电压上的提高。对于具有中间氮化硅层的测试结构，测量717mV的默示开路电压值。这些结果，使用图6a和6b中描述的测试结构，说明背AAO层可以显著地改善表面钝化。
表2.使用二氧化硅的中间层钝化的测试结构(即，如图6a中所示)在阳极氧化之前和之后的光电导衰减测试。

表3.使用氮化硅的中间层钝化的测试结构(即，如图6b中所示)在阳极氧化之前和之后的光电导衰减测试。

穿过电介质层金属化
中间电介质层的使用使得能够实现金属接触的备选形式。不是在如上所述AAO层的各个孔的底部形成金属触点，可以将沉积在AAO的表面上的铝以使铝仅在带纹路的硅晶片的棱锥峰或脊处渗入电介质层的方式烧制。优选纹路深度在1‑5μm的范围内，但也可以使用具有大至10μm的特征的纹路。
优选地背铝层的烧制在650°至820℃并且更优选在680℃使用工业带式炉在峰值温度进行少于10秒。温度需要足够高以确保铝渗入电介质结构但仅在棱柱峰或脊处渗入。过高温度或过长焙烧时间的使用将产生比所需更大的金属覆盖区域。在将孔用金属填充之后烧制铝驱使铝穿过中间电介质层。在带纹路的表面的情况下，选择性地驱使铝在纹路的峰或脊(最高点)处穿过电介质。
仅穿过棱柱的峰或脊的金属接触的进一步的益处是金属与硅接触的面积可以从在金属在全部孔的底部接触硅的条件下典型的面积(这被估计为～10％的阳极氧化铝面积)降低。在该接触方案中包含电介质层的情况下并且通过将金属触点区域限制至峰或脊，接触面积可以在带纹路的表面上的阳极氧化铝层面积的1‑2％的范围内。此外烧制穿过中间电介质层的金属的过程将在使得能够在蒸发在整个背表面上的铝层和硅太阳能电池之间欧姆接触的接触区域中形成p+区域。
经由带纹路的表面的凸出区域接触硅的该方法可以用形成峰的碱性(基于棱柱的)纹路和形成脊的酸性(基于凹陷的)纹路两者。图7示出了用于带碱性纹路的表面的金属接触方案的实例。在图7中，p型硅晶片605具有带碱性纹路的背表面610、蒸发金属(例如铝)层650、中间背电介质层620、具有填充有金属(例如铝)的孔的AAO层630，在带纹路的峰625(或脊)处渗透穿过电介质层的金属和通过烧制穿过中间电介质层615的金属而形成的p+区域。
在该金属接触方案的进一步变化中，丝网印刷的铝浆料可以代替蒸发的或溅射的铝膜使用。这种丝网印刷浆料的使用在硅太阳能电池的制造中是平凡的，并且因此是容易可得的并且可以在上述温度烧制。
所给出的实施例用于基于在前(照明)表面上具有n型掺杂的p型硅晶片的器件。然而，将认识到的是也可以考虑基于n型晶片的器件，在这种情况下需要在掺杂步骤中使用n型掺杂剂如磷重掺杂背表面或背表面在多孔金属氧化物层中的开口下的那些部分。
本领域技术人员将明白的是，可以如具体实施方案中所示对本发明进行多种变更和/或修改而不脱离本发明宽泛地表述的范围。因此，目前的实施方案应被认为在所有情况下是示例性的并且非限制性的，并且尤其是可以通过组合多个示例性实施方案的所选特征和方法产生特征的新组合而不背离本发明的精神。