CN102906883B - 用于光伏电池的无栅线接触 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及用于光伏电池的无栅线接触。与光伏电池的前侧的电接触由导电贯穿衬底通孔的阵列和可选地，位于光伏电池的前侧的导电块的阵列形成。介电内衬提供每个导电贯穿衬底通孔和光伏电池的半导体材料的电绝缘。在光伏电池的背侧的介电层被图案化，以覆盖包括所有导电贯穿衬底通孔的连续区域，同时露出光伏电池的背侧的一部分。在光伏电池的背面沉积导电材料层，然后使之图案化，从而形成电连接导电贯穿衬底通孔的第一导电配线结构，和提供到光伏电池的背侧的电连接的第二导电配线结构。

Description

用于光伏电池的无栅线接触
技术领域
本发明通常涉及只从多结光伏电池的背侧提供电接触以便增大光伏电池的有效面积的结构和制造所述结构的方法。
背景技术
光伏电池是利用光伏效应(photovoltaiceffect)把光直接转换成电的装置。光伏电池组件用于制造太阳能板、太阳能模组或光伏阵列。通过在半导体材料中形成大面积的p-n结，可形成光伏电池。
在光伏电池中的p-n结周围，形成空间电荷区。如果被空间电荷区中的半导体材料吸收的话，那么撞击空间电荷区的光子产生至少一个电子-空穴对。电子和空穴沿相反方向扩散，从而在p掺杂材料的本体部分中累积正电荷，而在n掺杂材料的本体部分中累积负电荷。
常规光伏电池被配置成在电池的一侧形成p掺杂区，而在电池的另一侧形成n掺杂区。例如，电池的前侧可以是p掺杂区，而电池的背面可以是n掺杂区，或者反过来。从所述前侧进行与光伏电池的一个节点的第一电接触，而从所述背面进行与光伏电池的另一个节点的第二电接触。由于在前侧的电接触需要用导线连接在一起，因此在常规光伏电池的前侧设置金属线的一维阵列。这样的金属线被称为光伏电池上的“栅线”。
不过，这种栅线会遮住光伏电池的前侧的相当大部分，从而降低光伏电池的有效面积。此外，在前侧上的栅线的宽度不能超过阈值宽度，以限制光伏电池的有效面积的减小。从而，在光伏电池的前侧上的栅线的电阻相当大，并且由于工作期间栅线的电阻加热，光伏电池的效率被降低。
于是，现有技术中存在解决上述问题的需要。
发明内容
在本发明的一个实施例中，提供不采用前侧上的配线结构的光伏电池。前侧上不存在配线结构可增大光伏电池的有效面积。与光伏电池的前侧的电接触由导电贯穿衬底通孔的阵列和位于光伏电池的前侧的导电块的阵列(该导电块的阵列是可选的)形成。介电内衬提供每个导电贯穿衬底通孔和光伏电池的半导体材料的电绝缘。在光伏电池的背侧上的介电层被图案化，以覆盖包括所有导电贯穿衬底通孔的连续区域，同时露出光伏电池背侧的一部分。在光伏电池的背面上沉积导电材料层，然后使之图案化，从而形成电连接导电贯穿衬底通孔的第一导电配线结构和提供到光伏电池的背侧的电连接的第二导电配线结构。
按照本发明的一个方面，提供一种光伏电池结构。所述光伏电池结构包含衬底、至少一个侧向绝缘的贯穿衬底接触结构、第一连续金属配线结构和第二连续金属配线结构。所述衬底包含在用电磁辐射照射时在所述衬底的正面和背面之间产生非零电位的光伏材料。所述至少一个侧向绝缘的贯穿衬底接触结构被嵌入衬底中。所述至少一个侧向绝缘的贯穿衬底接触结构中的每一个都包含介电内衬和导电贯穿衬底通孔，所述导电贯穿衬底通孔导电连接到位于正面的衬底的表面部分，并与背面电绝缘。第一连续金属配线结构和背面间隔开，并与所述至少一个侧向绝缘的贯穿衬底接触结构中的至少一个导电贯穿衬底通孔接触。第二连续金属配线结构与衬底的背面接触。在第一和第二连续金属配线结构之间提供非零电位。
按照本发明的另一个方面，提供一种形成光伏电池结构的方法。在衬底的背面上形成介电层，所述衬底包含在用电磁辐射照射时在所述衬底的正面和背面之间产生非零电位的光伏材料。在所述衬底中形成至少一个贯穿衬底沟道。通过填充所述至少一个贯穿衬底沟道，在所述衬底中形成至少一个侧向绝缘的贯穿衬底接触结构。在所述至少一个侧向绝缘的贯穿衬底接触结构中的至少一个导电贯穿衬底通孔上形成第一连续金属配线结构。利用所述介电层把所述第一连续金属配线结构和所述背面间隔开。在所述衬底的所述背面上直接形成第二连续金属配线结构。
附图说明
带后缀“A”的附图是顶视图。图1-3和带后缀“B”的附图是垂直剖视图。带有数字标号和后缀“A”的附图中的B-B′平面是带有相同数字标号和后缀“B”的附图的垂直剖视图的平面。
现在参考如在以下附图中图解说明的优选实施例，仅仅作为例子来说明本发明：
图1-3和4A-9B是在按照本发明的第一实施例的制造过程的各个阶段的第一示例性光伏电池结构的视图；
图10A-12B是在按照本发明的第二实施例的制造过程的各个阶段的第二示例性光伏电池结构的视图；
图13A-14B是在按照本发明的第三实施例的制造过程的各个阶段的第二示例性光伏电池结构的视图；和
图15A和15B是按照本发明的第四实施例的第四示例性光伏电池结构的视图。
具体实施方式
如上所述，本发明涉及只从多结光伏电池的背侧提供电接触以便增大光伏电池的有效面积的结构和制造所述结构的方法，下面利用附图，详细说明所述结构和方法。在各个附图中，相同的数字或字母用于指示相似或等同的元件。附图不一定按比例绘制。
如这里使用的，“光伏材料”指的是当被电磁辐射照射时，在两个端子之间生成压差的任意材料。电磁辐射可以包含可见光谱、紫外线区和红外线区。
如这里使用的，如果在第一元件和第二元件之间存在允许电流通过的导电路径，那么第一元件“被导电连接到”第二元件。
如这里使用的，位于衬底上的元件的“近端表面”指的是所述元件的最接近所述衬底的表面。
如这里使用的，位于衬底上的元件的“远端表面”指的是所述元件的离所述衬底最远的表面。
如这里使用的，如果第一和第二元件在某点、在某条一维曲线上、或者在某个二维表面上进行了物理接触，那么第一元件“直接邻接”第二元件。
如这里使用的，“横向绝缘的贯穿衬底接触结构”是包括导电元件和绝缘元件的结构，其中导电元件导电连接位于衬底一侧的第一元件和位于衬底的另一侧的第二元件，并且绝缘元件使导电元件与衬底电绝缘。
参见图1，按照本发明的第一优选实施例的第一示例性光伏电池结构包括衬底10和位于衬底10的正面17上的抗反射层20。衬底10包含当被电磁辐射照射时，在衬底10的正面17和背面19之间生成非零电位的光伏材料。电磁辐射可以在可见光谱、紫外线区和/或红外线区中。
光伏材料可以是晶体材料或非晶材料。晶体材料可以是单晶硅、多晶硅、锗、镓铟、和/或砷化镓(GaAs)。非晶和多晶材料可以是非晶硅、碲化镉(CdTe)和/或二硒化铜铟(CuInSe2，或者CIS)。光伏材料可以呈块状，或者可以呈薄膜状。
在光伏材料是半导体材料的情况下，光伏材料可以具有在衬底10中的内置p-n结15。这种情况下，衬底包含在位于衬底10的正面17和背面19之间的表面上共同形成p-n结15的p掺杂半导体材料和n掺杂半导体材料。通常，对本发明的优选实施例来说，在衬底10中可以采用任意种类的光伏材料。
衬底10包含“表面部分”39，表面部分39是直接在衬底10的正面17之下的一部分衬底10。当衬底10中的光伏材料被暴露在电磁辐射之下时，一种类型的电荷累积在衬底10的表面区域39中。表面区域39是位于在衬底10的前侧上并且与p-n结15间隔开的光伏材料的正面部分。相反类型的电荷累积在衬底10的背面区域38上，背面区域38直接位于衬底10的背面19上。如果衬底10被上下翻转，那么衬底10的背面区域38直接位于衬底10的背面19之下。
抗反射层20直接位于衬底10的正面17上。在第一示例性光伏电池结构中，抗反射层20可以是介电材料、半导体材料或导电材料。抗反射层20使在衬底10中的光敏材料吸收的波长范围中的电磁辐射的反射降至最小。可以优化抗反射层20的厚度，以使电磁辐射的反射降至最小。例如，抗反射层20的厚度可以为5nm-100nm，不过可以采用更小和更大的厚度。优选地，对于在衬底10中的光敏材料吸收的波长范围中的电磁辐射来说，抗反射层20的导电材料具有较低的吸收系数。抗反射层20可以具有均匀的成分，或者可包含具有不同成分的多层。对于本发明的第一优选实施例的抗反射层20来说，可以采用任何其它抗反射材料。
参见图2，衬底10可以被上下翻转，以致衬底10的背面19面朝上，而抗反射层20面朝下。在衬底10的背面19上形成介电层30。可以例如利用介电材料的化学气相沉积(CVD)，形成介电层30。用于介电层30的介电材料可以是氧化硅、氮化硅、介电金属氧化物、介电金属氮化物、或者它们的组合。在接触衬底10的背面的介电层30的近端表面31和暴露的介电层30的远端表面33之间测量的介电层30的厚度可以为10nm-10,000nm，优选地为100nm-1,000nm，不过可以采用更小和更大的厚度。
参见图3，在介电层30和衬底10中形成至少一个贯穿衬底沟道11。例如，可在介电层30的暴露上表面上涂覆第一光阻材料37，并通过光刻使第一光阻材料37图案化以形成至少一个开口。光阻材料37中的至少一个开口可以是多个开口。光阻材料37中的多个开口可以是例如开口的一维阵列，或者开口的二维阵列。
光阻材料37中的至少一个开口中的图案被转印到介电层30和衬底10，从而形成至少一个贯穿衬底沟道11，所述至少一个贯穿衬底沟道11从介电层30的远端表面33延伸到衬底10的表面区域39内的深度。可以采用各向异性蚀刻，诸如反应离子蚀刻(RIE)，相对于光阻材料37有选择地蚀刻介电层30和衬底10的材料。至少一个贯穿衬底沟道11的水平截面积可以根据至少一个贯穿衬底沟道11内的深度而保持大体恒定，或者可替换地，由于至少一个贯穿衬底沟道11的侧壁中的锥度(taper)，所述至少一个贯穿衬底沟道11的水平截面积可以根据深度而减小。
用于形成至少一个贯穿衬底沟道11的各向异性蚀刻可被定时，以便在至少一个贯穿衬底沟道11的至少一个底面在衬底10的表面区域39内时停止。各向异性蚀刻在所述至少一个贯穿衬底沟道11的至少一个底面达到抗反射层20之前停止。从而，至少一个贯穿衬底沟道11的至少一个底面露出在用电磁辐射照射衬底10的光伏材料时累积电荷的表面。随后利用灰化除去第一光阻材料37。
参见图4A和4B，在至少一个贯穿衬底沟道11的侧壁上形成至少一个电介质内衬12。例如，通过沉积介电材料层和各向异性地蚀刻介电材料层的各个水平部分，可以形成至少一个介电内衬12。在至少一个贯穿衬底沟道11的侧壁上的介电材料层的剩余各个垂直部分构成至少一个介电内衬12。至少一个介电内衬12的顶部可以与介电层30的远端表面33大体共面。从而，至少一个介电内衬12突出到衬底的背面之外，并且接触介电层30的侧壁。
参见图5A和5B，至少一个贯穿衬底沟道11被填充以导电材料，以形成至少一个导电贯穿衬底通孔40。导电材料可以是例如W、Al、Cu、Ag、Au、WN、TaN、TiN、导电掺杂半导体材料、导电金属半导体合金、或者它们的组合。导电材料可以用电镀、化学镀、化学气相沉积(CVD)、原子层沉积(ALD)、物理气相沉积(PVD)、或者它们的组合来沉积。例如，利用化学机械平坦化，凹进蚀刻或者它们的组合，能够除去在介电层30的远端表面33上的多余材料。
至少一个介电内衬12和至少一个导电贯穿衬底通孔40共同构成至少一个侧向绝缘的贯穿衬底接触结构(12，40)，所述至少一个侧向绝缘的贯穿衬底接触结构(12，40)被嵌入衬底10中，并且提供在横向上电绝缘的垂直导电路径。从而，至少一个导电贯穿衬底通孔40仅仅与衬底10的表面区域39导电连接，而不与衬底10的任何其它部分导电连接。尤其是，导电贯穿衬底通孔40与衬底10的背面19电绝缘。
至少一个导电贯穿衬底通孔40的背侧端面可以与介电层30的远端表面33大体共面。至少一个侧向绝缘的贯穿衬底接触结构(12，40)中的每一个均包括介电内衬12和导电贯穿衬底通孔40，所述导电贯穿衬底通孔40导电连接到衬底10的表面区域39并与衬底10的背面19电绝缘。所述至少一个导电贯穿衬底通孔40的一部分突出到衬底10的背面19之外。
至少一个侧向绝缘的贯穿衬底接触结构(12，40)可以是多个侧向绝缘的贯穿衬底接触结构(12，40)，并且可以是侧向绝缘的贯穿衬底接触结构(12，40)的一维阵列或二维阵列。
参见图6A和6B，在介电层30的远端表面33上涂覆第二光阻材料47。用光刻法使第二光阻材料47图案化，以致所有的至少一个导电贯穿衬底通孔40都被第二光阻材料47覆盖，而在至少一个导电贯穿衬底通孔40之间的区域中介电层30的远端表面33露出。图6A中用虚线表示了至少一个导电贯穿衬底通孔40的位置。在光刻图案化之后的第二光阻材料47的侧壁可以是重叠在介电层30的远端表面33上的连续线路上的连续表面，其中所述连续线路把包括所有的至少一个导电贯穿衬底通孔40的区域的连续区域和互补区域分开。
第二光阻材料47中的图案被转印到介电层30，以形成图案化的介电层30′，介电层30′是在转印第二光阻材料47中的图案之后介电层30中的剩余部分。在形成图案化介电层30′之后，露出衬底10的背面19的连续部分。随后去除第二光阻材料47。优选地，第二光阻材料47的去除相对于衬底10和图案化的介电层30′是选择性的。
参见图7A和7B，在衬底10的背面19和至少一个导电贯穿衬底通孔40的露出表面（一个或多个）（即，背侧端面（一个或多个））上沉积导电材料层50L。导电材料层50L具有诸如W、Al、Cu、Ag、Au、WN、TaN、TiN、导电掺杂半导体材料、导电金属半导体合金或者它们的组合之类的导电材料。优选地，导电材料层50L的导电材料是金属材料。导电材料层50L可以用例如电镀、化学镀、化学气相沉积(CVD)、原子层沉积(ALD)、物理气相沉积(PVD)或它们的组合来形成。导电材料层50L的厚度可以是100nm-10,000nm，一般为300nm-3,000nm，不过也可采用更小和更大的厚度。导电材料层50L可包含非凹进区域3和凹进区域5。非凹进区域3位于图案化的介电层30′和至少一个导电贯穿衬底通孔40上方。凹进区域5位于衬底10的不接触图案化介电层30′的一部分背面19的上方。导电材料层50L具有在非凹进区域3的暴露表面和凹进区域5的暴露表面之间的大体垂直的侧壁。
参见图8A和8B，在导电材料层50L上涂覆第三光阻材料57，并用光刻法图案化成彼此分离的两个连续光阻材料部分。第三光阻材料57的第一连续区域57A覆盖在所有的至少一个导电贯穿衬底通孔40上面。优选地，在光刻图案化之后，被第三光阻材料57的第一连续区域57A覆盖的面积小于被第二光阻材料47覆盖的面积(参见图6A)。第三光阻材料57的第二连续区域57B覆盖在导电材料层50L的所有凹进区域5上面(参见图7A和7B)。
在一个实施例中，第三光阻材料57的第二连续区域57B的侧壁覆盖在图案化的介电层30′上面。
参见图9A和9B，例如，利用各向异性蚀刻，第三光阻材料57中的图案被转印到导电材料层50L。在第三光阻材料57的第一连续部分57A之下形成导电材料层50L的第一剩余部分，而在第三光阻材料57的第二连续部分57B之下形成导电材料层50L的第二剩余部分。导电材料层50L的第一剩余部分来源于非凹进区域3中的那部分导电材料层50L(参见图7A和7B)。导电材料层50L的第二剩余部分包含凹进区域5中的那部分导电材料层50L(参见图7A和7B)。
导电材料层50L的第一剩余部分构成第一连续金属配线结构50A，而导电材料层50L的第二剩余部分构成第二连续金属配线结构50B。第一连续金属配线结构50A和第二连续金属配线结构50B在横向上被连续空间相互间隔开。
第一连续金属配线结构50A形成于至少一个侧向绝缘的贯穿衬底接触结构(12，40)中的至少一个导电贯穿衬底通孔40上。第一连续金属配线结构50A在垂直方向上被图案化介电层30′和衬底10的背面19间隔开。第二连续金属配线结构50B直接形成于衬底10的背面19上。随后例如利用灰化除去第三光阻材料57。
图案化介电层30′可以具有与至少一个导电贯穿衬底通孔40的端面大体共面的远端表面33。图案化介电层30′可以具有接触衬底10的一部分背面19的近端表面31。此外，图案化介电层30′可具有接触至少一个介电内衬12的外侧壁的垂直表面35。
第一连续金属配线结构50A的近端表面51接触图案化介电层30′的远端表面33。第一连续金属配线结构50A的整个近端表面51可以与图案化介电层30′的远端表面33共面。第一连续金属配线结构50A的所有垂直侧壁56可以直接邻接图案化介电层30′的远端表面33。第二连续金属配线结构50B的一些垂直侧壁58可以直接邻接图案化介电层30′的远端表面33。第二连续金属配线结构50B的远端表面59可以与第一连续金属配线结构50A的远端表面53共面。
第一连续金属配线结构50A起第一示例性光伏电池的一个节点的作用，而第二连续金属配线结构50B起第一示例性光伏电池的另一个节点的作用。第一连续金属配线结构50A通过至少一个导电贯穿衬底通孔40，进行与表面区域39的电接触。第二连续金属配线结构50B与衬底10的背面19进行物理接触和电接触，从而与衬底10的背面表面区域38电接触。当电磁辐射照射到衬底10时，一种类型的电荷累积在衬底的表面区域39中。同时，相反类型的电荷累积在衬底10的背面表面区域38中。从而，当用电磁辐射照射衬底10时，在第一和第二连续金属配线结构(50A，50B)之间提供非零电位。
由于所有的导电配线结构(50A，50B)都设置在衬底10的背侧，因此在第一示例性光伏电池结构的正面，可以没有导电配线结构。第一示例性光伏电池结构的整个正面可被连续的不包含任何孔洞的抗反射层20覆盖。从而，与在前侧需要一组导线配线结构的现有光伏电池结构相比，第一示例性光伏电池结构提高了面积利用率。与现有结构相比，第一示例性光伏电池结构中的面积利用率的提高可增大效率和/或紧凑性。
第一示例性光伏电池结构中的用于电荷的光生(photogeneration)的有效面积的减小是由于被至少一个侧向绝缘的贯穿衬底接触结构(12，40)占据的面积，它可小于衬底10的面积的2%。这和因在现有光伏电池结构的前侧存在金属线而导致的超过10%的面积损失形成对照。从而，通过把衬底10提供的面积的更多部分用于电力的光生，第一示例性光伏电池结构效率更高。此外，至少一个导电贯穿衬底通孔40形成到衬底10的背侧的有效且较短的导电路径，并且第一连续金属配线结构50A能够利用衬底10的相当大部分，例如40%或以上，的面积来形成导电路径，从而降低了第一连续金属配线结构50A的电阻率。
参见图10A和10B，通过对抗反射层20采用导电材料，并在形成至少一个贯穿衬底沟道11期间，扩展各向异性蚀刻，可从图3的第一示例性光伏电池结构得到按照本发明的第二优选实施例的第二示例性光伏电池结构。
用于形成至少一个贯穿衬底沟道11的各向异性蚀刻被扩展以蚀通衬底10中的所有表面区域39。各向异性蚀刻可以采用止于抗反射层20的近端表面21的终点方案。可替换地或者另外地，可以选择用于各向异性蚀刻的蚀刻化学物质，以便对抗反射层20的材料是选择性的，即，只蚀刻衬底10的光敏材料，而不蚀刻抗反射层20的材料。在第二实施例的一种变体中，抗反射层20可被部分蚀刻，以致至少一个贯穿衬底沟道11的底面位于抗反射层20的一部分之内。
和第一实施例中一样，在至少一个贯穿衬底沟道11的侧壁上，形成至少一个介电内衬12。至少一个介电内衬12可具有和第一实施例相同的成分，并且可以用和第一实施例相同的方法形成。第二实施例的至少一个介电内衬12接触抗反射层20。从而，第二实施例的至少一个介电内衬12从介电层30的远端表面33伸出，穿过介电层30和衬底10，到达抗反射层20。
参见图11A和11B，用导电材料填充至少一个贯穿衬底沟道11，从而形成至少一个导电贯穿衬底通孔40，和第一实施例中一样。导电材料可以具有和第一实施例相同的成分，并且可用和第一实施例相同的方法形成。至少一个介电内衬12和至少一个导电贯穿衬底通孔40共同构成至少一个侧向绝缘的贯穿衬底接触结构(12，40)，所述至少一个侧向绝缘的贯穿衬底接触结构(12，40)被嵌入在衬底10中，并且形成在横向上电绝缘的垂直导电路径。至少一个导电贯穿衬底通孔40穿过抗反射层20，导电连接到衬底10的表面区域39，但不导电连接到衬底10的任何其它部分。特别地，导电贯穿衬底通孔40与衬底10的背面19电绝缘。
按照和第一实施例中相同的方式进行图6A-9B的处理步骤，以提供图12A和12B中所示的第二示例性光伏电池结构。和第一实施例中一样，第一连续金属配线结构50A起第一示例性光伏电池的一个节点的作用，而第二连续金属配线结构50B起第一示例性光伏电池的另一个节点的作用。第一连续金属配线结构50A通过包含导电材料的至少一个导电贯穿衬底通孔40和抗反射层20，与表面区域39进行电接触。
参见图13A和13B，通过使衬底10的至少一个部分从前侧凹进，可从图9A和9B的第一示例性光伏电池结构，或者从图12A和12B的第二示例性光伏电池结构，获得按照本发明的第三优选实施例的第三示例性光伏电池结构。具体地，在抗反射层20的远端表面23上涂覆第四光阻材料67，并用光刻法图案化以在其中形成至少一个开口。优选地，使第四光阻材料67中的至少一个开口对准位于衬底10内的至少一个导电贯穿衬底通孔40。利用蚀刻，使第四光阻材料67中的至少一个开口中的图案穿过抗反射层20，被转印到衬底10的表面区域39。所述蚀刻可以是采用第四光阻材料67作为蚀刻掩模的各向异性蚀刻。
所述蚀刻在衬底10的前侧，即，在衬底10的包含表面区域39的一侧上形成至少一个凹进区域61。所述前侧位于第一和第二连续金属配线结构(50A，50B)的相对一侧。在至少一个凹进区域61中的每一个中，露出至少一个导电贯穿衬底通孔40的端面。优选地，控制至少一个凹进区域61的深度，以致每个凹进区域61的底面位于衬底10的表面区域39内。随后相对于至少一个导电贯穿衬底通孔40，有选择地除去第四光阻材料67。
在第三实施例中，抗反射层20可以是介电材料、半导体材料或导电材料。如果至少一个导电贯穿衬底通孔40是多个导电贯穿衬底通孔40的一维阵列或二维阵列，那么至少一个凹进区域61可以是多个凹进区域61的一维阵列或二维阵列。
和第一实施例中一样，由于所有的导电配线结构(50A，50B)设置在衬底10的背侧上，因此第一示例性光伏电池结构的前侧可没有任何导电配线结构。从而，和现有结构相比，第二示例性光伏电池结构提高了效率和/或紧凑性。
参见图14A和14B，通过在至少一个凹进区域61中沉积导电材料，然后使导电材料平面化，可以形成至少一个导电插头60。利用例如化学机械抛光、凹进蚀刻或者它们的组合，可以实现平面化。至少一个导电插头60的顶面可以与抗反射层20的远端表面23共面。至少一个导电插头60接触至少一个导电贯穿衬底通孔40，和衬底10的包含光伏材料的表面部分10。至少一个导电插头60侧向接触抗反射层20的侧壁。
如果至少一个导电贯穿衬底通孔40是多个导电贯穿衬底通孔40的一维阵列或二维阵列，那么至少一个导电插头60可以是多个导电插头60的一维阵列或二维阵列。多个导电插头60中的每一个都不接触多个导电插头60中的任何其它导电插头60。
至少一个导电插头60的横向尺寸可以大于、等于或小于至少一个导电贯穿衬底通孔40的横向尺寸。从而，至少一个导电插头覆盖的面积可以大于、等于或小于至少一个导电贯穿衬底通孔40的水平截面积。至少一个导电插头60的侧壁接触衬底10的表面区域39的侧壁。至少一个导电插头60的底面接触在下面的导电贯穿衬底通孔40的端面，并且能够接触表面区域39的水平表面，这取决于至少一个导电插头60的横向长度。
第三示例性光伏电池结构的前侧散布有至少一个导电插头60。至少一个导电插头60中的每一个都不与在前侧的至少一个导电插头60中的另一个导电插头60连接。从而，在第三示例性光伏电池结构的前侧上，不存在导线。至少一个导电插头60覆盖的面积可被最小化到比现有结构能够实现的水平更小的水平。例如，现有光伏电池的正面上的金属线覆盖衬底面积的10%以上。相反，可以使用本发明的第三优选实施例中的至少一个导电插头60覆盖不到2%的衬底10的面积，而不存在性能的恶化，这是因为至少一个导电插头60和至少一个导电贯穿衬底通孔40形成到衬底10的背侧的有效并且较短的导电路径，并且第一连续金属配线结构50A能够利用相当大部分，例如40%以上的衬底面积来形成导电路径。
参见图15A和15B，通过凹进抗反射层20的至少一部分，可从图12A和12B的第二示例性光伏电池结构得到按照本发明的第四优选实施例的第四示例性光伏电池结构。在第四实施例中，抗反射层20可以是介电材料、半导体材料或者导电材料。
例如，可在抗反射层20的远端表面23上涂覆第四光阻材料(未示出)，并用光刻法图案化，从而在其中形成至少一个开口。优选地，使第四光阻材料中的至少一个开口对准位于衬底10内的至少一个导电贯穿衬底通孔40。使第四光阻材料中的至少一个开口中的图案穿过抗反射层20被转印。第四光阻材料中的图案被转印或不被转印到衬底10中。
沉积导电材料层，并用光刻法图案化，从而形成至少一个导电插头60。至少一个导电插头60接触至少一个导电贯穿衬底通孔40的端面（一个或多个）和衬底10的包含光伏材料的正面17。至少一个导电插头60侧向接触抗反射层20的侧壁。
如果至少一个导电贯穿衬底通孔40是多个导电贯穿衬底通孔40的一维阵列或二维阵列，那么至少一个导电插头60可以是多个导电插头60的一维阵列或二维阵列。多个导电插头60中的每一个都不接触多个导电插头60中的任何其它导电插头60。
尽管参考本发明的优选实施例，具体示出和说明了本发明，不过本领域技术人员会明白可以做出形式和细节方面的以上和其它变化，而不脱离本发明的范围。于是，并非意欲将本发明局限于说明和例示的确切形式和细节，而是本发明落入附加权利要求的范围之内。
为了避免歧义，说明书和权利要求中使用的术语“包括”不应被理解成意味着“仅仅由……组成”。

Claims (23)

1.一种光伏电池结构，包括：
衬底，所述衬底包含在用电磁辐射照射时在所述衬底的正面和背面之间产生非零电位的光伏材料；
嵌入所述衬底中的至少一个侧向绝缘的贯穿衬底接触结构；
第一连续金属配线结构，所述第一连续金属配线结构和所述背面间隔开，并且与所述至少一个侧向绝缘的贯穿衬底接触结构中的至少一个导电贯穿衬底通孔接触；和
第二连续金属配线结构，所述第二连续金属配线结构与所述衬底的所述背面接触，其中在所述第一和第二连续金属配线结构之间提供所述非零电位；
直接位于所述正面之上的抗反射层，其中所述抗反射层是导电材料，所述导电贯穿衬底通孔与所述抗反射层接触。
2.按照权利要求1所述的光伏电池结构，其中所述至少一个侧向绝缘的贯穿衬底接触结构中的每一个都包含介电内衬和导电贯穿衬底通孔，所述导电贯穿衬底通孔导电连接到所述衬底的表面部分，并且与所述背面电绝缘，所述表面部分位于所述正面上。
3.按照权利要求2所述的光伏电池结构，其中在所述至少一个侧向绝缘的贯穿衬底接触结构内的至少一个介电内衬和至少一个导电贯穿衬底通孔突出到所述衬底的所述背面之外。
4.按照权利要求3所述的光伏电池结构，还包括图案化介电层，所述图案化介电层具有接触所述背面的一部分的近端表面，和接触所述至少一个介电内衬的外侧壁的垂直表面。
5.按照权利要求4所述的光伏电池结构，其中所述图案化介电层具有与所述至少一个导电贯穿衬底通孔的表面大体共面的远端表面。
6.按照权利要求5所述的光伏电池结构，其中所述第一连续金属配线结构的近端表面与所述图案化介电层的所述远端表面接触，并且所述第一和第二连续金属配线结构的垂直侧壁直接邻接所述图案化介电层的所述远端表面。
7.按照权利要求4或5所述的光伏电池结构，其中所述第一连续金属配线结构的整个近端表面与所述图案化介电层的远端表面共面，并且所述第二连续金属配线结构的远端表面与所述第一连续金属配线结构的远端表面共面。
8.按照权利要求2所述的光伏电池结构，其中所述导电贯穿衬底通孔的端面位于所述衬底内，并且与所述正面间隔开。
9.按照权利要求2所述的光伏电池结构，其中所述至少一个侧向绝缘的贯穿衬底接触结构是多个侧向绝缘的贯穿衬底接触结构。
10.按照权利要求9所述的光伏电池结构，其中所述多个侧向绝缘的贯穿衬底接触结构是侧向绝缘的贯穿衬底接触结构的一维阵列，或者侧向绝缘的贯穿衬底接触结构的二维阵列。
11.按照权利要求1所述的光伏电池结构，其中所述光伏电池结构还包括至少一个导电插头，所述至少一个导电插头接触所述至少一个侧向绝缘的贯穿衬底接触结构中的至少一个导电贯穿衬底通孔的表面，并且接触所述衬底的所述表面部分。
12.按照权利要求11所述的光伏电池结构，其中所述至少一个导电插头是多个导电插头的一维阵列，或者多个导电插头的二维阵列。
13.按照权利要求11或12所述的光伏电池结构，其中所述至少一个导电插头侧向接触所述抗反射层的侧壁。
14.按照权利要求1所述的光伏电池结构，其中所述衬底包含在位于所述正面和所述背面之间的表面上形成p-n结的p掺杂半导体材料和n-掺杂半导体材料。
15.一种形成光伏电池结构的方法，包括：
在衬底的背面上形成介电层，所述衬底包含在用电磁辐射照射时在所述衬底的正面和背面之间产生非零电位的光伏材料；
在所述衬底中形成至少一个贯穿衬底沟道；
通过填充所述至少一个贯穿衬底沟道，在所述衬底中形成至少一个侧向绝缘的贯穿衬底接触结构；
在所述至少一个侧向绝缘的贯穿衬底接触结构中的至少一个导电贯穿衬底通孔上形成第一连续金属配线结构，其中利用所述介电层把所述第一连续金属配线结构和所述背面间隔开；和
在所述衬底的所述背面上直接形成第二连续金属配线结构，其中在所述第一和第二连续金属配线结构之间提供所述非零电位。
16.按照权利要求15所述的方法，其中所述至少一个贯穿衬底沟道从所述介电层的远端表面延伸到所述衬底的表面部分，并且所述至少一个侧向绝缘的贯穿衬底接触结构中的每一个都包含介电内衬和导电贯穿衬底通孔，所述导电贯穿衬底通孔导电连接到所述表面部分，并且与所述背面电绝缘，所述表面部分位于所述正面上。
17.按照权利要求16所述的方法，其中通过沉积和各向异性地蚀刻介电材料层，在所述至少一个贯穿衬底沟道中形成所述至少一个介电内衬，其中所述至少一个介电内衬突出到所述衬底的所述背面之外，并接触所述介电层的侧壁。
18.按照权利要求16所述的方法，其中所述至少一个侧向绝缘的贯穿衬底接触结构中的至少一个导电贯穿衬底通孔的一部分被所述介电层侧向围绕，并突出到所述衬底的所述背面之外。
19.按照权利要求15所述的方法，还包括使所述介电层图案化，以露出所述衬底的所述背面的一部分。
20.按照权利要求15所述的方法，还包括在所述衬底的所述背面和所述至少一个导电贯穿衬底通孔上沉积导电材料层。
21.按照权利要求15所述的方法，还包括使所述导电材料层图案化，其中所述导电材料层的第一剩余部分是所述第一连续金属配线结构，而所述导电材料层的第二剩余部分是所述第二连续金属配线结构。
22.按照权利要求15所述的方法，还包括：
在所述正面上形成至少一个凹进区域，以露出所述至少一个侧向绝缘的贯穿衬底接触结构中的至少一个导电贯穿衬底通孔的至少一个端面；和
形成接触所述至少一个导电贯穿衬底通孔和所述衬底的表面部分的至少一个导电插头，其中所述表面部分位于所述正面上。
23.按照权利要求22所述的方法，其中所述至少一个导电插头是多个导电插头，并且所述多个导电插头中的每一个都不接触所述多个导电插头中的任何其它导电插头。
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