技术领域
本公开涉及光伏电池、用于制造光伏电池的方法、用于组装太阳能板的方法以及包括光伏电池的太阳能板。特别地，本公开涉及具有晶片通孔和集成至背侧上的分立旁路二极管的多结光伏电池。所述多结光伏电池包括双深度晶片通孔，用于将前表面外延层互连至背表面上的接触焊盘并且用于在背侧上提供允许安装旁路二极管的凹部。双深度晶片通孔使用两步湿蚀刻工艺来形成，该工艺移除基板的部分，然后在异质外延III-V半导体层之间的蚀刻速率没有显著差异的情况下非选择性地移除半导体材料。低应力钝化层用于提高器件在宽温度范围内的可靠性。消除晶片的前侧上的接触部允许单侧焊接或引线接合。
背景技术
多结光伏电池由于其高效率而被应用于地面和空间太阳能转换领域。这种电池具有形成二极管并且串联在一起的多个结或子电池。这些结构是通过在半导体基板上外延生长多个层来实现的。堆叠中的每个子电池具有独特的带隙，并且被优化以吸收太阳光谱的不同部分，从而提高太阳能转换效率。这些子电池选自具有不同光学、电学和物理性质以便吸收太阳光谱的不同部分的各种半导体材料。材料被布置成使得子电池的带隙从顶部子电池(最靠近电池从其接收光的前表面)至底部子电池(最远离前表面)逐渐变小。因此，高能光子在顶部子电池中被吸收，且较低能量的光子通过达到较低的子电池，并且在那里被吸收。在每个子电池中，产生电子-空穴对，并且在太阳能电池中的欧姆接触部处收集电流。用于形成子电池的半导体材料包括例如锗和来自周期表上第III族和第V族的一种或多种元素的合金。这些合金的示例包括例如磷化铟镓、磷化铟、砷化镓、砷化铝镓、砷化铟镓及稀释氮化物。对于三元和四元化合物半导体，可以使用宽泛的合金比例。在美国专利第8,575,473号、美国专利第8,697,481号和美国专利第9,214,580号中描述了使用多个异质外延层的多结太阳能电池的示例。
使用传统的光伏电池，用于对空间卫星供电的太阳能阵列通常是手工组装的，这导致了高成本，并带来了可靠性问题的风险。目前几乎所有可用的空间光伏电池都采用了用于相邻电池的焊接互连片，并且每个单独光伏电池上都有焊接或单片集成的旁路二极管。通过旁路二极管、互连部和盖玻璃组装的光伏电池在航空航天工业中被称为“盖玻璃互连电池”或“CIC”。这些CIC通常使用手动工艺步骤进行组装。市售CIC的机械设计在过去二十年中没有实质性的改变。在晶片的前侧和背侧上有电接触部，需要焊接来将太阳能电池的两侧上的器件互连。
为了减少与CIC和太阳能阵列组件两者中使用的昂贵的手动互连工艺步骤相关的总体步骤的数量，业界已经转向使用4英寸和6英寸的Ge基板的越来越大的CIC。
通常，光伏电池占光伏发电模块总成本的约20％。更高的光伏电池效率意味着更具成本效益的模块。然后需要更少的光伏器件来产生相同量的输出功率，并且通过更少的器件产生更高的功率会降低系统成本，例如与结构硬件、组装工艺、用于电气连接的布线等相关的成本。此外，通过使用高效率的光伏电池来产生相同的功率，组装安装需要更小的表面积、更少的支撑结构和更低的劳动力成本。
光伏组件是航天器电源系统的重要组成部分。重量更轻且体积更小的光伏模块总是优选的，因为将卫星发射至轨道中的上升成本非常昂贵。光伏电池的有效表面积利用对于空间电源应用来说特别重要，以减少与大型光伏阵列相关的质量和燃料损失。反映一个太阳能阵列在给定发射质量下可以产生的功率的更高的比功率(光伏阵列质量产生的瓦特)可以通过更高效率的光伏电池来实现，因为对于相同的功率输出，光伏阵列的大小和重量会更小。此外，更高的比功率可以使用在给定大小和形状的光伏阵列上更密集地布置的更小的电池来实现。
多结光伏电池的互连通常是通过将互连带焊接至器件的p侧和n侧的前侧和背侧接触部来完成的。使用这些方法互连多结光伏电池可能成本高昂。为了最小化互连成本，可能期望使用更大面积的光伏电池来减少针对给定面板面积需要形成的互连的数量。这会导致表面积利用率降低。互连焊接通常是CIC组件中最为精细的操作。在CIC工艺中，光伏电池必须安装在支撑件上，并且使用大量的手动劳动进行互连。例如，产生第一单独的CIC，其每个前侧互连部单独地焊接至每个电池，并且每个盖玻璃单独地安装。然后，这些CIC串联地互连以通常以基本上手动的方式形成串，包括在电池的背侧上的焊接或焊合步骤。然后，将这些串施加至面板或基板，并且在包括施加粘合剂、布线和其他组装步骤的工艺中互连。在焊接工艺步骤中，在模块中安装之后，由于在工艺期间发生的损坏，电池可能会破裂或随后开裂。
最近，提出采用通孔结构的太阳能电池，以便在晶片的一侧上进行电连接。传统的太阳能电池设计需要金属化来形成顶表面电极，其通常是由金属指状物或线构成的规则网格。这些结构导致遮蔽损失，因为金属栅格线会阻止光在其下方被吸收。这会减少太阳能电池的有效面积。晶片通孔(TWV)是器件的顶(前)和底(背)表面之间的电互连部。TWV广泛用于微电子应用中，并且被提出用于太阳能电池，以减少遮蔽损失以及促进后续封装。这种方法的示例已知为表面安装的盖玻璃电池(SMCC)。在美国专利第9,680,035号和美国申请公开第2017/0213922号中描述了SMCC器件的示例和TWV的相关处理，它们中的每个以其全部内容通过引用并入。SMCC是具有TWV、全部背侧表面安装的接触部和集成在晶片水平处的盖玻璃的光伏电池。然而，这种工艺适用于小于约2平方厘米且具有薄基板的较小面积的电池，并且需要目前尚未测试以建立长期的可靠性的表面安装技术。此外，对于大面积的应用，热膨胀系数(CTE)应与电池所安装至的印刷电路板(PCB)的CTE相匹配。具有足够低CTE的大面积PCB要么不可用，要么价格昂贵。
因此，需要为生产由多个相互连接的光伏电池形成的面板所需的集成和焊接步骤提供更简单的工艺流程。在所有的电接触部都位于光伏电池的背侧上时，可以通过消除前侧焊接步骤来简化连接工艺。此外，还可以在基板中集成旁路二极管，允许仅仅在器件的一侧上进行工业标准焊接工艺。
需要可以使用可与标准太阳能铺设处理兼容的单侧焊接工艺来互连的多结太阳能电池结构和器件。
发明内容
根据本发明，一种双深度晶片通孔结构包括：具有前基板表面和背基板表面的基板，其中所述基板具有20μm至200μm的厚度；位于所述前基板表面之上的多个异质外延层；位于所述多个异质外延层的部分之上并且电连接至所述多个异质外延层的前表面接触部；位于所述前表面接触部和所述多个异质外延层之上的光学粘合剂；位于所述光学粘合剂之上的盖玻璃；位于所述背基板表面的部分之下并且电连接至所述背基板表面的背表面接触焊盘；位于所述背基板表面之下并且与所述背基板表面绝缘的前表面接触焊盘；以及将所述前表面接触焊盘和所述前表面接触部互连的双深度晶片通孔，其中所述双深度晶片通孔包括：侧壁和沿着侧壁形成的低应力钝化层，以及位于所述钝化层之上的晶片通孔金属。
根据本发明，半导体器件包括根据本发明的双深度晶片通孔结构。
根据本发明，多结光伏电池包括根据本发明的双深度晶片通孔结构。
根据本发明，光伏模块包括多个根据本发明的多结光伏电池。
根据本发明，一种制造晶片通孔结构的方法包括：
(a)提供半导体晶片，其中所述半导体晶片包括：包括前基板表面和背基板表面的基板；位于所述前基板表面之上的多个异质外延层；位于所述多个异质外延层的部分之上并且电连接至所述多个异质外延层的所述部分的前表面接触部；位于所述前表面接触部和所述多个异质外延层之上的光学粘合剂；和位于光学粘合剂层之上的盖玻璃；
(b)在所述背基板表面内形成宽区域通孔结构；
(c)在所述宽区域通孔结构内形成晶片通孔并且将所述前表面接触部互连，其中所述晶片通孔包括：侧壁和沿着所述侧壁形成的低应力钝化层，和位于所述钝化层之上的晶片通孔金属；以及
(d)形成将所述晶片通孔和所述前表面接触部互连的前表面接触焊盘。
根据本发明，半导体器件包括通过根据本发明的方法制造的双深度晶片通孔结构。
根据本发明，多结光伏电池包括通过根据本发明的方法制造的双深度晶片通孔结构。
根据本发明，光伏模块包括多个根据本发明的多结光伏电池。
附图说明
本文所描述的附图仅用于说明目的。附图并不旨在限制本公开的范围。
图1示出了多结光伏电池的示例的横截面。
图2-13B示出了根据本公开的用于制造包括具有TWV和集成旁路二极管的双深度通孔结构的多结光伏电池的工艺流程的示例。
图14示出了使用图2-13B中所示方法制造的具有双深度TWV和集成的旁路二极管的多结光伏电池的横截面图。
图15示出了使用图2-13B中所示方法制造的具有双深度TWV和集成的旁路二极管的多结光伏电池的横截面图。
图16示出了使用图2-13B中所示方法制造的具有双深度TWV和集成的旁路二极管的多结光伏电池的横截面图。
图17A和图17B分别示出了根据图15的太阳能电池的前侧视图和后侧视图。
图17C示出了根据图15的另一太阳能电池的后侧视图。
图18A和图18B示出了根据图14的太阳能电池的后侧视图。
图19示出了根据图16的太阳能电池的后侧视图。
图20示出了根据图16的两个互连太阳能电池的后侧视图。
具体实施方式
以下详细描述参考附图，所述附图以说明的方式示出了可以实践本发明的具体细节和实施例。对这些实施例进行了充分详细的描述，以使本领域技术人员能够实践本发明。在不脱离本发明的范围的情况下，可以利用其他实施例，并且可以进行结构、逻辑和电学改变。本文公开的各实施例不一定相互排斥，因为一些公开的实施例可以与一个或多个其他公开的实施例组合以形成新的实施例。因此，以下详细描述不应被视为具有限制意义，并且本发明的实施例的范围仅由所附权利要求以及这些权利要求有权享有的全部等同范围来限定。
传统的多结太阳能电池由于其高的转换效率而已经被广泛用于地面和太空应用。如图1中所示，多结太阳能电池(100)包括通过在半导体基板上以堆叠生长外延薄区域来实现的在本领域中已知为结或子电池(106、107和108)的串联的多个二极管。堆叠中的每个子电池具有独特的带隙，并且被优化以吸收太阳光谱的不同部分，从而提高太阳能转换效率。这些子电池选自吸收太阳光谱的不同部分的、具有不同光学和电学特性的各种半导体材料。材料被布置成使得子电池的带隙从顶部子电池(106)至底部子电池(108)逐渐变窄。因此，高能光子在顶部子电池中被吸收，且能量较低的光子通过达到较低的子电池，并且在较低的子电池处被吸收。在每个子电池中，产生电子-空穴对，并且在太阳能电池中的欧姆接触部处收集电流。用于形成子电池的半导体材料包括例如锗和来自周期表上的第III族和第V族的一种或多种元素的合金。这些合金的示例包括例如磷化铟镓、磷化铟、砷化镓、砷化铝镓、砷化铟镓及稀释氮化物。对于三元、四元和五元化合物半导体，可以使用宽泛的合金比例。
如图1中所示，多结太阳能电池100可以包括基板5、位于基板5之下且电连接至基板5的背金属接触部52、位于基板之上的子电池108、位于子电池108之上的子电池107以及位于子电池107之上的子电池106。盖区域3位于子电池106的部分之上并且与该部分电连接，并且金属接触部2位于盖区域3中的每个盖区域之上并且与该盖区域电连接。抗反射涂层1位于子电池106的部分、盖区域3和金属接触部2之上。异质外延区45包括子电池106、107和108，并且每个子电池通过隧道结167或178互连至相邻的子电池。每个子电池包括多个异质外延层。例如，子电池106包括前表面场4、发射极102、耗尽区103、基极104和背表面场105。前表面场4和发射极102形成元件132。可以通过焊接工艺将器件电连接至背侧金属接触部52和前侧表面接触部2。
旁路二极管(未示出)可以集成在器件的前表面或后表面上。虽然可以提供凹部，例如如美国专利第5,616,185号或美国专利第6,103,970号中所述，但是通过线将多个电池集成至面板中需要前侧焊接工艺和背侧焊接工艺，以及在执行前侧焊接步骤之后在电池水平处的盖玻璃集成。
单侧接触的多结光伏电池的制造包括在复杂的异质外延结构上形成高质量的双深度晶片通孔(TWV)。
当涉及多结太阳能电池的各表面时，前表面或顶表面是指设计为面对入射太阳辐射的表面，且背表面或底表面是指太阳能电池的背离入射太阳辐射的侧。
盖玻璃1208(图12)可以是适用于太阳能电池中的任何合适的光学透明介电材料。盖玻璃可以是材料片。盖玻璃可以具有任何合适的厚度，以保护太阳能电池免受环境和辐射的影响。例如，盖玻璃可以是20μm至600μm厚、40μm至500μm厚、50μm至400μm厚或75μm至300μm厚。
光学粘合剂1207(图12)可以是能够将盖玻璃接合至下面的层(包括接合至异质外延层、接合至抗反射涂层(ARC)和/或接合至金属接触层)的任何合适的光学粘合剂。合适的光学粘合剂的示例是道康宁93-500(Dow
图2至13示出了用于制造由本公开提供的双深度通孔电池的工艺步骤的示例。图2至图6示出了与前侧处理相关联的步骤。图7至13B示出了与背侧处理相关联的步骤，所述背侧处理包括沉积低应力钝化层、形成双深度通孔结构以及集成由本公开提供的背侧旁路二极管。本领域技术人员可以对所述工艺步骤和最终产品进行修改以适应多种半导体器件；所述步骤和最终产品不限于太阳能电池，并且适用于其他半导体器件，特别是少数载流子器件。
图2至13B中所示的半导体晶片横截面可以概括如下：图2示出了未改性基板上的异质外延层；图3示出了接触盖层图案化后的晶片；图4示出了施加抗反射涂层(ARC)后的晶片；图5示出了施加前侧金属焊盘后的晶片；图6示出了晶片接合(盖玻璃集成)以及可选的背研磨、和湿蚀刻背面减薄后的晶片；图7示出了宽通孔光刻和定时湿蚀刻后的晶片；图8A示出了通孔蚀刻停止于ARC/介电层后的晶片；图8B示出了通孔蚀刻停止(ARC/介电)移除后的晶片；图9示出了钝化层图案化和硬烘焙后的晶片；图10示出了背侧和通孔金属隔离光刻后的晶片；图11示出了背侧和TWV金属沉积后的晶片；图12示出了金属剥离(TWV金属和背侧金属分离)后的器件；图13A-13B示出了旁路二极管的集成；并且图14示出了旁路二极管集成后的完成后的器件。
半导体晶片可以首先进行前侧处理(图2至6)。如图2中所示，半导体晶片可以包括具有背表面206和前表面277的基板205。异质外延层204位于基板205的前表面207之上。用于形成基板的材料包括例如锗、砷化镓、锗合金和砷化镓合金。为简单起见，异质外延层204被示出为单层。然而，在多结太阳能电池中，应理解，如例如图1中所示，多个外延层彼此覆盖地生长以形成多层异质外延堆叠。用于形成异质外延层的材料包括来自例如周期表上第III族和第V族的一种或多种元素的合金，例如磷化铟镓、磷化铟、砷化镓、砷化铝镓、砷化铟镓和稀释氮化物。
异质外延层204可以包括沉积或生长在基板上的多个异质外延层。异质外延层204包括有源多结光伏电池。多结光伏电池可以包括一个或多个子电池。在美国专利第8,912,433号、美国专利第8,962,993号、美国专利第9,214,580号、美国申请公开第2017/0110613号和美国公开第2017/0365732号中公开了多结光伏电池的示例，这些专利中的每一者通过引用整体并入。异质外延层可以包括用于制造如图1中所示的多结光伏电池的多层半导体材料。在某些多结光伏电池中，结中的至少一个可以包含稀释氮化物材料，例如GaInNAsSb、GaInNAsBi或GaInNAsSbBi。子电池中的每个子电池可以与形成多结光伏电池的每个其他子电池中的每个子电池晶格匹配，并且可以与基板晶格匹配。
“晶格匹配”是指当材料呈现的厚度大于100nm时，相邻材料在其完全松弛状态下的面内晶格常数相差小于0.6％的半导体层。此外，基本上彼此晶格匹配的子电池是指呈现厚度大于100nm的子电池中的所有材料在其完全松弛状态下具有相差小于0.6％的面内晶格常数。在另一意义上，基本晶格匹配涉及应变。因此，基层可以具有0.1％至6％、0.1％至5％、0.1％至4％、0.1％至3％、0.1％至2％或0.1％至1％的应变；或可以具有小于6％、小于5％、小于4％、小于3％、小于2％或小于1％的应变。应变是指压缩应变和/或拉伸应变。
半导体层中包括的基板205可以是有源的并且可以形成光伏电池的有源结之一，或者基板可以是无源的。有源基板的示例是Ge。Ge基板可以例如小于200μm厚、小于175μm厚、小于150μm厚或小于100μm厚。例如，Ge基板可以为75μm至200μm厚、75μm至175μm厚、75μm至150μm厚、75μm至175μm厚或75μm至150μm厚。无源基板的示例为GaAs，其可以例如为75μm至400μm厚、75μm至200μm厚、75μm至150μm厚或75μm至100μm厚。
图2和3示出了形成在半导体晶片的前侧上并且位于异质外延层(204和304)之上的盖层202和图案化盖区域302A。盖区域302A是高掺杂半导体层，其有助于电互连至多结太阳能电池。使用光刻来图案化盖层202，以形成图案化盖区域302A。这些可以以盘形状来图案化，但是也可以以任何合适的形状和任何合适的几何配置来图案化，例如以栅格线、母线、焊盘和/或电气器件的任何类型的导电元件的形式来成形。图3示出了在后盖蚀刻之后的基板305、背基板表面306、异质外延层304和图案化盖区域302A。
可以在异质外延层404上和图案化盖区域402A之间施加防反射涂层(ARC)(图4中的403)。图4示出了在异质外延层404的未被图案化盖区域402A覆盖的部分之上进行后盖蚀刻和沉积ARC403之后的基板405、背基板表面406、异质外延层404、ARC403和图案化盖区域402A。
前表面接触部(图5中的501)和窄金属栅格线(未示出)可以电互连至图案化盖区域502A。在前侧处理结束时，可以获得具有未改性基板层(506)的半导体晶片，如图5中所示。图5示出了基板505、背基板表面506、位于基板505之上的异质外延层504、位于异质外延层504的部分之上的ARC 503、图案化盖区域502A以及电互连至图案化盖区域502A的前表面接触部501。
如图6中所示，图5中所示的半导体晶片可以通过光学透明粘合剂607接合至盖玻璃608。盖玻璃608可以是适用于太阳能电池中的任何合适的光学透明介电材料。盖玻璃可以是材料片。盖玻璃608可以是空间级盖玻璃，其可以例如由硼硅酸盐玻璃制成。盖玻璃可以具有任何合适的厚度，以保护太阳能电池免受环境和辐射的影响。例如，盖玻璃可以是20μm至600μm厚、40μm至500μm厚、50μm至400μm厚或75μm至300μm厚。光学粘合剂607可以是能够将盖玻璃接合至下面的层(包括接合至异质外延层、接合至抗反射涂层(ARC)和/或接合至金属接触层)的任何合适的光学粘合剂。合适的光学粘合剂的示例是道康宁93-500空间级密封剂。例如，光学粘合剂可以是2μm至200μm厚、5μm至150μm厚或10μm至100μm厚。
基板的背侧(图5中的506)可以可选地通过湿蚀刻、背研磨或其它方法来减薄(图6中的609)。在减薄后，减薄基板605可以在25μm与200μm之间，例如25μm至150μm，或25μm至100μm厚。减薄基板在一些应用中是期望的，例如在空间太阳能电池中。对于形成晶片通孔的后续处理，减薄基板也是有用的。与处理较厚基板相关的问题会影响通孔的几何形状和分辨率。不仅需要更长的蚀刻时间，而且可能会出现将蚀刻剂输送至蚀刻前沿从而影响蚀刻的速率的问题。表面处蚀刻的均匀性可能会导致特定层的不完全移除。被蚀刻的材料可能会重新沉积，并且也可能发生层的底切。这会影响被蚀刻的通孔的表面粗糙度。这些效应会导致额外的后续处理问题，进而会导致制造的器件中出现故障点。图6示出了减薄基板605、背基板表面609、异质外延层604、位于异质外延层604的部分之上的ARC603、位于异质外延层604的部分之上的图案化盖区域(后盖蚀刻)602A、位于ARC 603在图案化盖区域602A之间的部分之上并且电连接至图案化盖区域602A的前表面接触部601、光学透明粘合剂607和盖玻璃608。
在图7中，通过至少一个期望的宽区域通孔710中的光敏聚合物或任何合适的掩膜材料(未示出)将基板705的背基板表面709图案化。如所示，至少一个宽区域通孔710在空间上与前表面接触部701和图案化盖区域702A重叠。第二宽区域通孔不需要与前表面接触部对准。图案化盖区域702A可以具有圆环的形状，该圆环在将在下一工艺步骤中形成的TWV的ARC邻接区域周围形成圆周。蚀刻宽区域通孔710从背基板表面709开始并且穿过基板705，在基板705内的表面711处停止，产生具有侧壁720的通孔。用于蚀刻宽区域通孔的蚀刻剂混合物可以包含体积比为1:1:4的柠檬酸、过氧化氢和水的混合物。蚀刻剂混合物可以具有范围为约10℃至60℃的温度。
其他合适的湿蚀刻方法和干蚀刻方法也是已知的，并且可以使用。例如，Ehman等人在“络合剂浓度对锗的腐蚀速率的影响(The Influence of the Complexing AgentConcentration on the Etch Rate of Germanium)”，J.Electrochem Soc.的第118卷，第9期，第1443-1447页，1971中公开了基于过氧化氢的蚀刻剂。Sioncke等人在“Ge、GaAs和InGaAs在酸、碱和过氧化物混合物中的腐蚀速率(Etch rates of Ge,GaAs and InGaAs inacids,bases and peroxide based mixtures)”，ECS Transactions,16(10)，第451-460页，2008中也报告了在酸、碱和基于过氧化物的混合物中的Ge的蚀刻。例如，在美国专利第9,263,611号中公开了包含盐酸和碘酸的湿蚀刻剂混合物。Clawson在材料科学与工程(Materials Science and Engineering),31(2001)1-438中公布了一份关于湿蚀刻剂、蚀刻速率和选择性关系的综合清单。
也可使用干蚀刻，该蚀刻涉及通过将半导体材料暴露于真空室中的反应气体的等离子体来移除半导体材料。
蚀刻在预定蚀刻时间之后停止于表面711处，蚀刻的深度由蚀刻速率和蚀刻时间确定。例如，使用150μm厚的基板，通孔710的深度可以为最大约150μm，使得基板705的厚度在宽区域通孔底部处为0μm与约30μm之间。然后，移除图案化光敏聚合物/掩膜材料(未示出)。图7还示出了异质外延层704、光学透明粘合剂707、盖玻璃708、ARC层703、图案化盖区域702A和前表面接触部701。
在图8A中，通过期望TWV中的光敏聚合物或任何合适的掩膜材料将背基板表面809和811以及侧壁820图案化，使TWV与前表面接触部801和图案化盖区域802A对准。可以在宽区域通孔810内形成一个以上的TWV，每个TWV均与不同的前表面接触部对准。图案化盖区域702A可以具有圆环的形状，该圆环在TWV的ARC邻接区域周围形成圆周。蚀刻TWV 810A从背基板表面811开始，穿过异质外延层804，并且在ARC层803A处停止。用于蚀刻TWV的蚀刻剂混合物可以包含在去离子水中体积比为10％至50％的盐酸和体积比为10％至50％的碘酸。蚀刻剂混合物可以具有范围为10℃至140℃的温度。蚀刻在用作蚀刻工艺的选择性介电蚀刻停止层的ARC 803处停止。参考图8B，在图8A中所示的通孔蚀刻和通孔形成之后，可以后续移除TWV的顶部处的ARC以暴露前表面接触部801的底表面812，例如通过使用例如氢氟酸的干蚀刻或湿蚀刻来移除。残余ARC 803A可以保持在图案化盖区域802A和具有侧壁822的TWV810A之间。然后，移除图案化光敏聚合物/掩膜材料(未示出)。TWV 810A和宽区域通孔(图7中指示为710)形成双深度TWV。
图8A和8B还示出了异质外延层804、光学透明粘合剂807、盖玻璃808、背基板表面809、减薄基板805、前表面接触部801和对于宽区域通孔的侧壁820。
例如，在美国专利第9,263,611号中公开了包含盐酸和碘酸的合适的湿蚀刻剂混合物，其全部内容通过引用整体并入。通过蚀刻剂混合物蚀刻的光滑侧壁可以包含微量的碘。异质外延侧壁的特点可以是宏观上光滑的表面，没有明显的底切，并且从基板至ARC不断加宽。在一些实施例中，所使用的蚀刻剂混合物可以包含在去离子水中体积比为30％至35％的盐酸和体积比为14％至19％的碘酸。蚀刻剂混合物可以具有30℃至45℃范围内的温度。
其他湿蚀刻方法和干蚀刻方法也是已知的，并且可以使用。Clawson在材料科学与工程,31(2001)1-438中公布了关于湿蚀刻剂、蚀刻速率和选择性关系的综合清单。
也可使用干蚀刻，该蚀刻涉及通过将半导体材料暴露于真空室中的反应气体的等离子体来移除半导体材料。
在某些实施例中，可以不存在图案化盖区域，并且前表面接触部可以仅位于ARC803之上。在湿蚀刻和TWV形成之后，可以移除先前在金属焊盘之下的部分或整个ARC以暴露前表面接触部801的底面812。如果ARC层的部分被移除，则在前表面接触部801的部分和异质外延层804之间将存在残余ARC 803A。
如图9中所示，钝化层913根据期望的图案被施加在减薄背基板表面909的部分上，以钝化基板905与前表面接触部901的电连接。钝化层913还沿着双深度TWV 910的侧壁920、922和表面911形成，并且提供保形涂层，该保形涂层沿着TWV侧壁920和922、表面911形成，并且覆盖基板905的背表面的与双深度TWV 910相邻的部分。
在TWV蚀刻停止(ARC)移除和钝化层913的沉积之后，前表面接触部901的底表面912保持暴露。图9示出了前表面接触部901、图案化盖区域(后盖蚀刻)902A、ARC 903、异质外延层904、基板905、光学透明粘合剂907、盖玻璃908、减薄背基板表面909、双深度TWV910、前表面接触部901的在TWV蚀刻停止(ARC)移除以及钝化层913的沉积后暴露的底表面912。
在需要在宽温度范围内操作和在发生温度循环的应用中(例如空间太阳能应用中)，钝化层913被选择为使器件中的热机械应力最小化并且是低应力钝化层。这一要求也在后续的处理和包装步骤中有用。由于通过光学透明粘合剂907将半导体结构接合至盖玻璃908，因此对于处理的温度斜坡和可以用于制造器件的最大处理温度受到限制，这也影响可以沉积以形成器件的合适材料的选择。为了使组成器件的不同层之间的应力最小化，钝化层913应该具有接近半导体层(异质外延层904和基板905)的热膨胀系数(CTE)的热膨胀系数，并且应该在盖玻璃908和光学粘合剂907可以承受的处理条件下沉积。用于半导体材料的CTE通常为约2.5ppm/℃至约7ppm/℃的范围。
用于微电子和半导体的常用钝化材料包括可光成像聚合物，例如SU-8、AZ15NXT和PDMS。用于钝化的不可光成像聚合物也是已知和使用的。使用这些材料，是因为这些材料对其所沉积至其上的下面的表面具有良好的粘合性，并且可以在宽的厚度范围内使用旋涂来沉积以产生保形涂层。然而，这些钝化材料可以具有高CTE，例如，约为几十ppm/℃(通常>20ppm/℃)。因此，具有高CTE的典型钝化材料与半导体层的CTE之间的大的CTE失配可能会在任何后续处理或封装步骤中或当器件在大温度范围上操作时引起大的热应力。钝化层的收缩和膨胀会在半导体器件中引入裂纹。
例如氮化硅、二氧化硅和二氧化钛之类的介电材料常用作钝化层。这些材料的CTE接近半导体层的CTE。然而，在诸如TWV之类的结构上，尤其是在通孔侧壁上和通孔边缘附近，使用这些介电材料产生保形涂层可能更困难。这可能会导致不完美覆盖，从而导致在后续的金属化步骤中形成短路。可以使用更高温度的沉积(例如，使用高温或高能等离子沉积工艺)来实现改进的粘合性。然而，这可能会导致热应力和晶片开裂。旋涂玻璃技术不会产生钝化层所需的粘合性，除非也使用高温固化工艺。
具有低CTE的替代钝化材料包括具有刚性杆骨架的聚合物材料。这些聚合物材料可以具有与半导体材料的CTE密切匹配的CTE，可以在低温下处理(当与电介质相比时)，并且提供对半导体表面的高粘合性。合适的聚合物钝化材料的示例包括聚酰亚胺PI-2611(来自HD微系统公司(HD Microsystems GmnbH))和
低应力钝化层的CTE可以例如小于10ppm/℃、小于8ppm/℃、小于6ppm/℃或小于4ppm/℃。低应力钝化层的CTE可以例如为1ppm/℃至10ppm/℃、2ppm/℃至8ppm/℃，或4ppm/℃至6ppm/℃的范围。低应力钝化层的CET可以在±10％、±20％或±40％内与器件中所用半导体的平均CTE匹配(例如异质外延层和基板的平均CTE)。CTE可以表示温度范围内(例如，-200℃至150℃、-150℃至100℃或-100℃至50℃)的CTE。低应力钝化层的厚度可以为例如1μm至40μm、5μm至30μm或10μm至20μm。
低应力钝化层的拉伸强度可以为例如200MPa至400MPa，例如250MPa至350MPa。低应力钝化层的杨氏模量可以为例如7GPa至10GPa，例如7.5GPa至9.5GPa。低应力钝化层的拉伸延伸率可以为例如80％至120％，例如90％至110％。低应力钝化层的玻璃化转变温度可以为例如300℃至450℃，例如300℃至400℃。低应力钝化层可以具有例如5E-5cal/cm×sec×℃至50cal/cm×sec×℃的导热系数；2至4，例如2.5至3.5的在1Hz和50％RH下的介电常数；0.0001至0.0003的在1kHz下的损耗因数；大于1E6 V/cm的介电击穿场；大于10E16Ωcm的体积电阻率；和/或大于1E15Ω的表面电阻率。拉伸强度、杨氏模量和拉伸延伸率可以根据ASTM D882-02来确定(在23℃且0.7密耳厚的层)。对于1密耳厚的层，可使用ASTM E831-06来确定CTE。
钝化层913可以使用标准沉积技术(例如旋涂)来施加。在一些实施例中，可以在后续的步骤中使用硬烘焙。然后可以使用光刻和蚀刻来将钝化层图案化。在一些实施例中，可以使用粘合促进剂来增强聚酰亚胺与下面的层之间的粘合。对于PI-2611，制造商建议使用氨基硅烷基粘合促进剂，例如VM-651或VM-652(来自HD微系统公司)。然而，其他合适的粘合促进剂是已知的，并且包括例如HMDS(六甲基二硅氮烷)、二苯基硅二醇衍生物(AR 300-80)和阳离子引发剂，例如
在图10中，可以通过光敏聚合物来形成TWV金属隔离抗蚀剂图案1014。例如，该图案化可以通过根据具体实施例可以需要或可以不需要硬烘焙的光刻技术来执行。前表面接触部1001的底表面1012保持暴露。图10示出前表面接触部1001、图案化盖区域(后盖蚀刻)1002A、ARC 1003、异质外延层1004、减薄基板1005、光学透明粘合剂1007、盖玻璃1008、减薄基板1005的背表面1009、双深度TWV 1010、前表面接触部1001的在TWV蚀刻停止移除后暴露的底表面1012、钝化层1013和TWV金属隔离抗蚀剂图案1014。
在图11中，施加TWV金属1115，使得TWV金属1115沿着前表面接触部1101的先前暴露的底部形成，并且沿着双深度TWV 1110的上侧壁1116A和下侧壁1116B形成，并且沿着双级通孔的下表面1116C形成，形成与TWV前表面接触部1101的电互连。TWV金属1115还沿着基板(1117和1119)背侧的、由来自上一步骤(图10)的抗蚀剂1114界定的部分形成。在一些实施例中，这些TWV和背侧基板金属(1115、1116、1117和1019)可以在单个沉积步骤中施加。然后可以将牺牲金属1118和金属隔离抗蚀剂图案1114剥离，以隔离正电接触部和负电接触部(前侧和背侧电接触部)，从而得至图12中所示的产品。图11示出前表面接触部1101、图案化盖区域(后盖蚀刻)1102A、ARC 1103、异质外延层1104、光学透明粘合剂1107和位于湿蚀刻后的减薄基板1105之上的盖玻璃1108；双深度TWV 1110、钝化层1113、背侧TWV金属隔离抗蚀剂图案1114、沉积在TWV的底部上且与前表面接触部1101直接互连的TWV金属1115、沿着通过钝化层1113与异质外延层1104和基板1105隔离的TWV 1110的侧壁和下表面沉积的TWV金属1116A/1116B/1116C、沉积在钝化层1113的部分上的TWV金属1117、沉积在减薄基板1105的背表面上的背侧接触部1119、以及在隔离抗蚀剂1114的顶部上的牺牲金属1118。
图12中所示的完成后的双深度TWV结构的示例包括前表面接触部1201、图案化盖区域(后盖蚀刻)1202A、ARC 1203、残余ARC 1203A、异质外延层1204、减薄基板1205、光学透明粘合剂1207、盖玻璃1208、双深度TWV 1210、沉积在TWV的底部上的双深度TWV金属1215(直接电连接至顶侧金属焊盘1201)、沿着双深度TWV 1210的侧壁和下表面沉积并且通过钝化层1213与异质外延层1204和减薄基板1205电隔离的TWV金属1216、沉积在器件的背侧的部分上的TWV金属1217、以及电连接至基板1205的背侧接触部1219。
TWV可以是例如10μm至50μm深，或者10μm至200μm深，其中深度是从前表面金属焊盘1201的底部至邻近TWV 1210的、TWV金属1216的底表面测得的。TWV的宽度可以为例如约10μm至500μm、10μm至400μm、100μm至400μm或100μm至250μm，其中宽度是从异质外延层1204和钝化层1213之间的界面至对应的相反界面测得的。例如，TWV可以由0.5至1.5、0.8至1.2或0.9至1.1的深宽比来表征，其中深宽比是指深度与宽度之比。
宽区域通孔(或凹部)的深度可以高达约200μm，且为横向尺寸足够大，以适应在凹部中插入待集成的分立旁路二极管。旁路二极管的形状可以是正方形、矩形或三角形，例如如https://solaerotech.com/solaerotech/wp-content/uploads/2018/04/SI-Bypass-Diode-Datasheet-April-2018.pdf中所述，或如http://www.azurspace.com/images/pdfs/0002576-00-02\uDB\uSIA.pdf中所述，厚度为约120μm与160μm之间。在许多现有的太阳能电池中，三角形旁路二极管通常焊接至太阳能电池的前表面的拐角，以使太阳能电池表面积的减少最小化。然而，在本发明中，由于旁路二极管可以被安置在太阳能电池的背侧，因此不存在对前表面的遮挡。旁路二极管具有长度、宽度和面积。例如，旁路二极管的横向尺寸可以为高达约10mm×18mm，或高达12mm×30mm。在一些实施例中，可以使用约75μm与130μm之间厚且横截面面积为14.4mm
参考图12，根据TWV结构的顶部(在图案化盖区域1202A之间的前表面金属焊盘1201的底表面处)的宽度，在前侧金属1201的部分和异质外延层1204之间可以存在残余ARC1203A或部分。残余ARC层1203A可以在异质外延层的、位于图案化盖区域1202A和TWV的侧壁上的钝化层1213之间的部分之上。如果TWV的顶部的宽度大，则在图案化盖区域内在TWV的顶部中可能不存在残余ARC层。
在这些处理步骤之后，可以通过在由双深度TWV 1310形成的凹部中安置来集成旁路二极管(BPD)1336。如图13A中所示，空间级粘合剂1332沉积至双深度TWV中，完全填充TWV的下部，并且部分填充至TWV的上部中、在比低TWV的高度高出约1μm与25μm之间。将BPD1336安置在具有强粘合性的空间级粘合剂1332上，并且它接合至所述结构。在图13B中所示的替代实施例中，低通孔填充有低CTE PI材料1334，例如用于钝化层1313的材料，该材料然后被固化。在一些实施例中，可以使用粘合促进剂来增强聚酰亚胺与晶片通孔结构之间的粘合。对于PI-2611，制造商建议使用氨基硅烷基粘合促进剂，例如VM-651或VM-652(来自HD微系统公司)。然而，其他合适的粘合促进剂是已知的，并且包括例如HMDS(六甲基二硅氮烷)、二苯基硅二醇衍生物(AR 300-80)和阳离子引发剂，例如
空间级粘合剂1332必须符合关于排气率和总质量损失的ASTM E595规范限制和/或其NASA/ESA对应规范，例如ESA PSS-014-072。粘合剂必须能够在扩展的温度范围内发挥作用，并且应该可靠地补偿用于制造光伏电池和面板的各种材料的膨胀特性。粘合剂应该能够消散由于卫星在运行中所经历的大温度变化而产生的应力。空间级粘合剂1332可以导电或电绝缘。合适材料的示例是道康宁93-500空间级密封剂。导电粘合剂的示例是
图14示出了实施例，其中共面旁路二极管1436安装在宽区域通孔或凹部中，并且使用非导电空间级粘合剂1434粘合，该粘合剂在TWV高度上方延伸至高达约1μm至25μm，并且进入宽区域通孔或凹部中。旁路二极管1436具有第一接触焊盘1438和第二接触焊盘1440。接触焊盘之一形成在BPD 1436的p型材料上，且另一个接触焊盘形成在BPD 1436的n型材料上。为了起到BPD的作用，BPD的p型接触焊盘连接至双深度TWV结构的n接触金属，且BPD的n型接触焊盘连接至双深度TWV的p接触金属，为电流提供并联的路径。如所示，BPD1436的接触部1438通过金属互连部1442电连接至背金属接触部1419，并且BPD 1436的接触部1440通过金属互连部1444连接至TWV金属1417。TWV金属1417与金属1415和前接触部1401互连。金属互连部1442和1444可以通过引线接合或通过焊接步骤形成。
图15示出了实施例，其中堆叠结旁路二极管1536安装在宽区域通孔或凹部中，并且使用导电空间级粘合剂1534粘合，该粘合剂在TWV的高度上方延伸至高达约1μm至25μm，并且进入宽区域通孔或凹部中。旁路二极管包括具有第一导电类型的区域1537和具有第二导电类型的区域1539，其可以被金属化。在该实施例中，第一导电区域1537通过电互连部1542引线接合或焊接至背金属接触部1519，并且第二导电区域通过导电空间级粘合剂1534电连接至TWV金属1517。TWB金属1517与通孔金属1515和前接触部1501互连。该配置需要比图14中所示的示例少一次引线接合或焊接。
在一个实施例中，旁路二极管是厚度为150μm、最大长度为约17.8mm且最大宽度为约9.6mm、三角形形状的堆叠结器件。
图16示出了另一个实施例，其中共面旁路二极管1636安装在第二宽区域通孔或凹部中，并且使用2μm与10μm之间厚的非导电空间级粘合剂1634来粘合。第二宽区域通孔或凹部可以具有与用于与前表面接触部1601进行电连接的双深度通孔不同的大小。旁路二极管1636具有第一接触焊盘1638和第二接触焊盘1640。接触焊盘之一形成在BPD 1636的p型材料上，且另一个接触焊盘形成在BPD 1636的n型材料上。为了起到BPD的作用，BPD的p型接触焊盘连接至双深度TWV结构的p接触金属，且BPD的n型接触焊盘连接至双深度TWV的n接触金属，为电流提供并联的路径。如所示，BPD 1636的接触部1638通过金属互连部1642电连接至背金属1619，并且BPD 1636的接触部1640通过金属互连部1644连接至TWV金属1617。TWV金属1617与TWV金属1615互连，TWV金属1615与前表面金属1601互连。金属互连部1642和1644可以通过引线接合或通过焊接步骤形成。
图17A和图17B分别示出了图15中所示的太阳能电池的前和后侧视图。图17A示出了具有在电池的背侧上双深度晶片通孔1710内形成的多个金属盖1702的前表面1700。电池具有至少一个盖和连接至晶片的背侧的一个TWV。另外的TWV和盖可以提高电池的电性能。盖1702在前侧连接至电栅格线1704，电栅格线1704连接至水平栅格线1706。另外的栅格线1708从栅格线1706水平延伸。金属盖1702可以为100μm与500μm之间宽。金属栅格线1704和1706可以为25μm与50μm之间宽。金属栅格线1708可以为10μm与20μm之间宽。金属盖1702和金属栅格线1704、1706和1708的面积之和小于传统太阳能电池上的栅格线、金属盖、母线和旁路二极管的面积。图17B示出了背表面1701和晶片通孔1710。堆叠平面二极管1712安置在由晶片通孔1710提供的凹部内。旁路二极管1712的底侧电连接至接触金属1716。旁路二极管1712的顶侧接触部通过焊接接触部1718电连接至接触金属1714。焊接接触部1720被施加至接触金属1716。接触部1718和1720允许另外的电池串在一起。
图17C示出了如图15中所示的另一太阳能电池的后侧视图。图17B示出了背表面1701和晶片通孔1710。堆叠平面二极管1712安置在由晶片通孔1710提供的凹部内。旁路二极管1712的底侧电连接至接触金属1716。旁路二极管1712的顶侧接触部通过可以是引线接合部的互连部1722电连接至接触金属1714。焊接接触部1718被施加至金属1714，并且焊接接触部1720被施加至接触金属1716。接触部1718和1720允许另外的电池串在一起，如图17D中所示。
图18A示出了根据图14中所示的实施例的太阳能电池的后侧视图，其具有背侧表面1801、晶片通孔1810、接触金属1814、接触金属1816并且具有共面旁路二极管1812。旁路二极管1812的电接触部1812A通过焊接接触部1820电连接至接触金属1816。旁路二极管1812的电接触部1812B通过焊接接触部1818电连接至接触金属1814。接触部1818和1820允许另外的电池串在一起。
图18B示出了根据图14中所示的实施例的另一太阳能电池的后侧视图，其具有背侧表面1801、晶片通孔1810、接触金属1814、接触金属1816并且具有共面旁路二极管1812。旁路二极管1812的电接触部1812A通过可以是引线接合部的互连部1824电连接至接触金属1816。旁路二极管1812的电接触部1812B通过可以是引线接合部的互连部1822电连接至接触金属1814。焊接接触部1818连接至接触金属1814，且焊接接触部1820连接至金属接触部1816。焊接接触部1818和1820允许另外的电池串在一起。
在这些示例中的几个示例中，双深度通孔示出为从中心向太阳能电池的边缘偏移。在一些实施例中，双深度晶片通孔被安置为使得双深度晶片通孔的边缘在电池的最近边缘的2mm之内，或在电池的边缘的1mm之内，或在电池的边缘的0.5mm之内。以这种方式安置通孔，结合对于两个接触部的相关金属化，对于一些实施例，可以促进电池的焊接或引线接合，并且可以减少这种连接的数量。在其它实施例中，双深度通孔被安置为使得双深度通孔的最近边缘离最近电池边缘的边缘大于2mm。安置在这种双深度通孔内的旁路二极管可以通过互连部电连接至接触金属(如图18B中所示)，并且对焊接接触部的焊接仅在接触金属区域上进行(1814、1816)。
在一些实施例中，可以在距离电池的边缘150μm与750μm之间或距离电池的边缘300μm与500μm之间的距离处形成用于焊接接触部的焊接部。在电池(未示出)的前侧上，在宽区域通孔内形成至少一个金属盖，并且如图17A中所示进行电连接。
图19示出了根据图16中所示的实施例的太阳能电池的后侧视图，其具有背侧表面1901、晶片通孔1910A、浅凹部1910B、接触金属1914、接触金属1916并且具有共面旁路二极管1912。旁路二极管1912的电接触部1912A通过可以是引线接合部的互连部1924电连接至接触金属1916。旁路二极管1912的电接触部1912B通过可以是引线接合部的互连部1922电连接至接触金属1914。焊接接触部1918连接至金属1914，且焊接接触部1920连接至金属1916。焊接接触部1918和1920允许另外的电池串在一起。在一些实施例中，可以在距离电池的边缘150μm与750μm之间或距离电池的边缘300μm与500μm之间的距离处形成焊接部。在电池(未示出)的前侧上，在宽区域通孔1910A内形成至少一个金属盖，并且如图17A中所示进行电连接。
图20A和20B示出了根据图16和图19中所示的实施例的两个互连太阳能电池的后侧视图。第一太阳能电池具有形成在背侧表面2001上的如所示的特征。第二太阳能电池具有形成在背侧表面2001’上的如所示的特征。焊接接触部2018与第一太阳能电池的金属2014和第二块太阳能电池的金属2016’连接。焊接接触部2020与第一太阳能电池的金属2016和第二块太阳能电池的金属2014’连接。对于第一电池的接触金属2014和2016以及对于第二电池的接触金属2014’和2016’通过光刻来限定，以确保当电池如所示彼此相邻安置时，在一个电池的p接触部和相邻电池的n接触部或者一个电池的n接触部和另一相邻电池的p接触部之间可以进行适当的串联连接。与第二太阳能电池的金属2016’连接的焊接接触部2018’和与第二太阳能电池的金属2014’连接的焊接接触部2020’可以连接至另一太阳能电池。图20A和20B包括背侧表面2001/2001’、晶片通孔2010A/2010A’、浅凹部2010B/2010B’、旁路二极管2012/2012’、电接触部2012A/2012A’、电接触部2012B/2012B’、接触金属2014/2014’、接触金属2016/2016’、焊接接触部2018/2018’/2020、互连部2022/2022’和互连部2024/2024’。
具有嵌入BPD的双深度通孔结构代表了对现有技术的有利改进，从而提高了包括异质外延层的器件的制造可靠性和成品率。在制造双深度TWV之前，将盖玻璃接合至器件的前表面为后续处理提供载体。重要的是，在外延生长期间使用的厚基板可以使用一种或多种方法来减薄以提供薄基板。基板有助于使用湿蚀刻形成高质量的双深度TWV，可以减少旁路二极管对前表面的遮蔽，并且可以简化仅对电池的一侧的引线接合或焊接步骤，并且由于在具有载体的器件上形成焊接部而具有改进的成品率和可靠性。通过使用空间级粘合剂将旁路二极管嵌入双深度通孔内还可以为器件结构的最薄部分提供改进的机械强度。
形成半导体器件的方法可以包括以下步骤：提供半导体晶片，其中所述半导体晶片包括：包括前侧和背侧的基板区域；位于基板区域的前侧之上的异质外延层，其中，所述异质外延层包括第一子电池和位于第一子电池之上的至少一个另外的子电池；并且第一子电池或至少一个另外的子电池中的至少一个包含合金，所述合金包括来自周期表第III族的一种或多种元素、N、As和选自Sb、Bi的元素及其组合；位于异质外延层之上的多个图案化盖区域；位于所述异质外延层之上的抗反射涂层；以及相应金属区域，其位于多个图案化盖区域中的每一个之上；通过光学透明粘合剂将盖玻璃接合至半导体晶片的前侧；可选地通过从半导体晶片的背侧减薄基板区域来从半导体晶片移除期望的量；通过背蚀刻宽区域通孔或凹部图案对半导体晶片的背侧进行图案化；使用基于过氧化氢的湿蚀刻从半导体晶片的背侧蚀刻基板层内的宽区域通孔或凹部；在宽区域通孔或凹部内通过背蚀刻晶片通孔图案来图案化半导体晶片的背侧；使用单湿蚀刻剂混合物从半导体晶片的背侧蚀刻多个晶片通孔，其中，所述多个晶片通孔中的每一个从半导体晶片的背侧延伸至位于异质外延层之上的防反射涂层；使用后续的湿蚀刻方法移除防反射涂层以暴露对应金属区域的底侧，其中所述后续的湿蚀刻方法具体用于移除抗反射涂层；通过标准沉积技术在晶片通孔壁上沉积钝化层；在半导体晶片的背侧上沉积抗蚀剂图案以用于背侧金属隔离，其中所述抗蚀剂图案位于钝化层之下；在半导体晶片的背侧上和晶片通孔上沉积金属；移除抗蚀剂图案和牺牲金属；在双深度晶片通孔内沉积空间级粘合剂；以及使用空间级粘合剂将旁路二极管粘合在宽区域通孔或凹部内。
半导体器件可以包括异质外延层，该异质外延层还包含合金，所述合金包括来自周期表的第III族的一种或多种元素、N、As和选自Sb、Bi的元素及其组合；以及双深度晶片通孔，其特征在于，通过由本公开提供的方法形成的光滑侧壁表面上不存在点蚀。
双深度晶片通孔结构可以包括：基板，该基板包括背侧和前侧；位于基板前侧之上的异质外延层；位于异质外延层的第一部分之上的抗反射涂层；位于异质外延层的第二部分之上的图案化盖区域；位于图案化盖区域之上并且与之电连接的前表面接触部，其中所述前表面接触部包括底表面；以及具有宽区域通孔或凹部的双深度晶片通孔和从宽区域通孔的下表面延伸至前表面接触部的晶片通孔，其中，所述双深度晶片通孔包括侧壁；位于基板的背侧的部分和晶片通孔的侧壁之上的低应力钝化层；以及位于低应力钝化层和双深度晶片通孔内的前表面接触部的底表面之上的金属层。
本公开提供的器件有助于更低的成本、更低的复杂性、更高速度地制造具有低质量和高可靠性的太阳能阵列。这是通过以下来实现的：消除前侧焊接工艺、降低背侧金属的厚度和成本、通过使用薄基板降低光伏器件的整体质量、在晶片处理期间集成盖玻璃、通过与互连基板(例如，PWB、PCB)集成的旁路二极管和互连部来增加太阳能阵列面积利用率，并且增加具有小电池的晶片利用率。
方面1、一种双深度晶片通孔结构，包括：具有前基板表面和背基板表面的基板，其中所述基板具有20μm至200μm的厚度；位于所述前基板表面之上的多个异质外延层；位于所述多个异质外延层的部分之上并且电连接至所述多个异质外延层的前表面接触部；位于所述前表面接触部和所述多个异质外延层之上的光学粘合剂；位于所述光学粘合剂之上的盖玻璃；位于所述背基板表面的部分之下并且电连接至所述背基板表面的背表面接触焊盘；位于所述背基板表面之下并且与所述背基板表面绝缘的前表面接触焊盘；以及将所述前表面接触焊盘和所述前表面接触部互连的双深度晶片通孔，其中所述双深度晶片通孔包括：侧壁以及沿着侧壁形成的低应力钝化层，以及位于所述钝化层之上的晶片通孔金属。
方面2、如方面1所述的双深度晶片通孔结构，其中所述低应力钝化层包含聚酰亚胺。
方面3、如方面1至2中任一方面所述的双深度晶片通孔结构，其中所述低应力钝化层具有在-100℃至50℃的温度范围内的、从1ppm/℃至10ppm/℃的热膨胀系数。
方面4、如方面1至3中任一方面所述的双深度晶片通孔结构，其中所述低应力钝化层具有在±40％内与所述基板的平均热膨胀系数及所述多个异质外延层的平均热膨胀系数相匹配的热膨胀系数。
方面5、如方面1至4中任一方面所述的双深度晶片通孔结构，其中所述低应力钝化层具有1μm至40μm的厚度。
方面6、如方面1至5中任一方面所述的双深度晶片通孔结构，其中所述侧壁是光滑的。
方面7、如方面1至6中任一方面所述的双深度晶片通孔结构，其中所述背基板表面没有点蚀。
方面8、如方面1至7中任一项所述的双深度晶片通孔结构，还包括安置在宽区域通孔内、或者与所述背基板表面齐平或者从所述背基板表面略微突出的旁路二极管，并且所述旁路二极管电连接至所述双深度晶片通孔结构。
方面9、如方面1至8中任一方面所述的双深度晶片通孔结构，其中所述双深度晶片通孔包括：从所述背基板表面延伸至所述前表面接触焊盘的第一通孔；以及从所述背基板表面延伸至所述基板内的一深度的第二宽区域通孔，其中，所述第一通孔的宽度小于所述第二截断通孔的宽度。
方面10、如方面9所述的双深度晶片通孔结构，其中所述宽区域通孔包括旁路二极管。
方面11、如方面10所述的双深度晶片通孔结构，其中所述旁路二极管电互连至晶片通孔金属和背表面接触焊盘。
方面12、如方面9所述的双深度晶片通孔结构，其中所述宽区域通孔包括：位于晶片通孔金属之上的粘合剂；以及安装在粘合剂上的旁路二极管。
方面13、如方面12所述的双深度晶片通孔结构，其中所述粘合剂包括导电粘合剂。
方面14、如方面13所述的双深度晶片通孔结构，其中所述导电粘合剂将所述旁路二极管互连至晶片通孔金属。
方面15、如方面10所述的双深度晶片通孔结构，其中所述旁路二极管焊接或引线接合至所述晶片通孔金属、所述背表面接触部或者晶片通孔金属和背表面接触部两者。
方面16、如方面1至15中任一方面所述的双深度晶片通孔结构，包括在基板的背表面中的宽区域凹部。
方面17、如方面16所述的双深度晶片通孔结构，其中所述宽区域凹部包括粘合剂和安装至粘合剂的旁路二极管。
方面18、如方面17所述的双深度晶片通孔结构，其中所述粘合剂包括导电粘合剂。
方面19、如方面18所述的双深度晶片通孔结构，其中所述导电粘合剂将所述旁路二极管互连至晶片通孔金属。
方面20、如方面17所述的双深度晶片通孔结构，其中所述旁路二极管焊接或引线接合至所述晶片通孔金属、所述背表面接触部或者晶片通孔金属和背表面接触部两者。
方面21、一种半导体器件，包括如方面1至20中任一方面所述的双深度晶片通孔结构。
方面22、一种多结光伏电池，包括如方面1至20中任一方面所述的双深度晶片通孔结构。
方面23、一种光伏模块，包括多个如方面22所述的多结光伏电池。
方面24、一种制造晶片通孔结构的方法，包括：
(a)提供半导体晶片，其中所述半导体晶片包括：包括前基板表面和背基板表面的基板；位于所述前基板表面之上的多个异质外延层；位于所述多个异质外延层的部分之上并且电连接至所述多个异质外延层的所述部分的前表面接触部；位于所述前表面接触部和所述多个异质外延层之上的光学粘合剂；和位于所述光学粘合剂层之上的盖玻璃；
(b)在所述背基板表面内形成宽区域通孔结构；
(c)在所述宽区域通孔结构内形成晶片通孔并且将所述前表面接触部互连，其中所述晶片通孔包括：侧壁以及沿着所述侧壁形成的低应力钝化层，以及位于所述钝化层之上的晶片通孔金属；以及
(d)形成将所述晶片通孔和所述前表面接触部互连的前表面接触焊盘。
方面25、如方面24所述的方法，还包括：在形成所述宽区域通孔结构之前，将所述基板减薄至75μm至150μm的厚度。
方面26、如方面24至25中任一方面所述的方法，还包括：在形成所述前表面接触焊盘之后，在所述宽区域通孔中安装旁路二极管。
方面27、如方面26所述的方法，还包括：将所述旁路二极管互连至晶片通孔金属和背表面接触焊盘。
方面28、如方面24至27中任一方面所述的方法，其中所述低应力钝化层包含聚酰亚胺。
方面29、如方面24至28中任一方面所述的方法，其中所述低应力钝化层具有在-100℃至50℃的温度范围内的、从1ppm/℃至10ppm/℃的热膨胀系数。
方面30、如方面24至29中任一方面所述的方法，其中所述低应力钝化层具有在±40％内与所述基板的平均热膨胀系数及所述多个异质外延层的平均热膨胀系数相匹配的热膨胀系数。
方面31、如方面24至30中任一方面所述的方法，其中所述低应力钝化层具有1μm至40μm的厚度。
方面32、如方面24至31中任一方面所述的方法，其中所述侧壁是光滑的。
方面33、如方面24至32中任一方面所述的方法，其中所述背基板表面没有点蚀。
方面34、一种半导体器件，包括通过如方面24至34中任一方面所述的方法制造的双深度晶片通孔结构。
方面35、一种多结光伏电池，包括通过如方面24至34中任一方面所述的方法制造的双深度晶片通孔结构。
方面36、一种光伏模块，包括多个如方面35所述的多结光伏电池。
最后，应当注意，存在实现本文公开的实施例的替代方法。因此，本申请实施例被认为是说明性而非限制性的。此外，权利要求不限于本文给出的细节，并且涵盖其全部范围和其等同范围。
机译： 用于背接触多结太阳能电池的通孔蚀刻方法
机译： 用于背接触多结太阳能电池的通孔蚀刻方法
机译： 用于背接触多结太阳能电池的通孔蚀刻方法
