CN102725867B - 背面接触太阳能电池的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种背面接触太阳能电池的制造方法，其中结合离子注入工艺和热扩散工艺以在衬底背表面形成p+区域和n+区域，从而最小化工艺数量。根据本发明的背面接触太阳能电池的制造方法包括下面的步骤：制备n型晶体硅衬底；在衬底的前表面、背表面和侧表面上形成热扩散控制膜；将p型杂质离子注入到衬底背表面以形成p型杂质区域；图案化热扩散控制膜从而选择性地暴露衬底背表面；以及执行热扩散工艺从而在暴露的衬底背表面区域形成高浓度背场层(n+)和在衬底的前表面区域形成低浓度前场层(n-)，并且激活p型杂质区域来形成p+发射区。
Description
技术领域
本发明涉及一种背面电极型太阳能电池的制造方法，并且更具体的是，涉及这样一种背面电极型太阳能电池的制造方法，这种方法可通过在衬底背表面形成p+区域和n+区域时，将采用离子注入的掺杂工艺和热扩散工艺结合从而减少工艺数量。
背景技术
太阳能电池是太阳光发电的核心元件，太阳光发电直接将太阳光转换成电，并且可基本上将太阳能电池看作是具有p-n结的二极管。太阳能电池如下所述地将太阳光转换成电。一旦太阳光入射到太阳能电池的p-n结上，那么就产生电子-空穴对，并且由于电场，电子会向n层移动而空穴向p层移动，由此在p-n结间产生光电动势。以这种方式，如果将负载或系统连接到太阳能电池的两个终端，就会有电流从而产生电力。
一般的太阳能电池是配置成在太阳能电池的前表面和背表面各具有前面和背面电极。由于前电极是设置在作为光接收表面的前表面，因此光接收面积将减少前电极面积的大小。为了解决光接收面积减少的问题，已经提出了背面电极型太阳能电池。该背面电极型太阳能电池通过在太阳能电池的背表面上设置(+)电极和(-)电极来最大化太阳能电池的前表面的光接收面积。
图1是示出在US7,339,110中提出的背面电极型太阳能电池的截面图。参照图1，通过热扩散而注入了p型杂质离子的p+区域和通过热扩散而注入了n型杂质离子的n+区域是设置在硅衬底的背表面，并且在p+区域和n+区域上设置有相互交叉的金属电极50、52。
在US7,339,110中公开的背面电极型太阳能电池的制造方法中，热扩散工艺是分别执行的以形成p+区域和n+区域，并且还应去除由每个热扩散工艺产生的氧化膜。当执行热扩散工艺来形成n+区域时，为了限定出n+区域，增加了对在形成p+区域时产生的氧化膜的选择性图案化（patterning）工艺。
如上所述，在传统的背面电极型太阳能电池的制造方法中，必须执行两个热扩散工艺，并且为了图案化氧化膜和蚀刻掩膜，需要至少四个光刻工艺和蚀刻工艺，这导致了非常复杂的工艺。
发明内容
技术问题
本公开内容是设计用来解决上面的问题，并且本公开内容旨在提供一种背面电极型太阳能电池的制造方法，这种方法可通过在衬底背表面形成p+区域和n+区域时，将采用离子注入的掺杂工艺和热扩散工艺结合从而减少工艺数量。
技术方案
在一个大体的方面，本公开内容提供了一种背面电极型太阳能电池的制造方法，所述方法包括：制备n型晶体硅衬底；在衬底的前表面、背表面和侧表面上形成热扩散控制膜；通过将p型杂质离子注入到衬底背表面而形成p型杂质区域；图案化热扩散控制膜从而选择性地暴露衬底背表面；以及通过执行热扩散工艺而在衬底背表面的暴露区域形成高浓度背场层(n+)和在衬底前表面形成低浓度前场层(n-)，并且激活p型杂质区域来形成p+发射区。
在图案化热扩散控制膜从而选择性地暴露衬底背表面中，可去除将形成高浓度背场层(n+)所在区域处的热扩散控制膜和预定深度的衬底。另外，在去除将形成高浓度背场层(n+)所在区域处的热扩散控制膜和预定深度的衬底时，可将激光照射到将形成高浓度背场层(n+)所在区域处的热扩散控制膜上，从而去除热扩散控制膜和预定深度的衬底，可将蚀刻胶施用到将形成高浓度背场层(n+)所在区域处的热扩散控制膜上，从而去除热扩散控制膜和预定深度的衬底，或者可通过在将形成高浓度背场层(n+)所在的区域处的反应离子蚀刻方法去除热扩散控制膜和预定深度的衬底。被去除的衬底厚度可相当于p型杂质区域的深度。
在另一个大体的方面，本公开内容提供了一种背面电极型太阳能电池的制造方法，所述方法包括：制备n型晶体硅衬底；在衬底的前表面、背表面和侧表面上形成热扩散控制膜；通过将p型杂质离子注入到衬底背表面而形成p型杂质区域；在衬底背表面上形成抗扩散膜；图案化热扩散控制膜和抗扩散膜从而选择性地暴露衬底背表面；以及通过执行热扩散工艺而在衬底背表面的暴露区域形成高浓度背场层(n+)和在衬底前表面形成低浓度前场层(n-)，并且激活p型杂质区域来形成p+发射区。
在衬底前表面形成的热扩散控制膜的厚度可相对小于在衬底背表面和侧表面形成的热扩散控制膜的厚度。p+发射区可具有10至60Ω/sq.的面电阻，高浓度背场层(n+)可具有10至80Ω/sq.的面电阻，以及低浓度前场层(n-)可具有50至150Ω/sq.的面电阻。
有益效果
根据本公开内容的背面电极型太阳能电池的制造方法给出了下面的效果。
可通过单个离子注入工艺和单个热扩散工艺而方便地形成背表面场，并且可最小化图案化作业。
附图说明
图1是示出传统的背面电极型太阳能电池的图表；
图2是图示根据本公开内容第一实施方式的背面电极型太阳能电池的制造方法的流程图；
图3a至3f是图示根据本公开内容第一实施方式的背面电极型太阳能电池的制造方法的截面图；
图4a至4g是图示根据本公开内容第二实施方式的背面电极型太阳能电池的制造方法的截面图。
具体实施方式
在下文中，将结合附图详细描述根据本发明实施方式的背面电极型太阳能电池的制造方法。图2是图示根据本公开内容第一实施方式的背面电极型太阳能电池的制造方法的流程图，以及图3a至3f是图示根据本公开内容第一实施方式的背面电极型太阳能电池的制造方法的截面图。
首先，如在图2和图3a中示出的，制备第一导电晶体硅衬底301（S201），并且执行绒面工艺以在第一导电硅衬底301表面上形成不平坦部302（S202）。执行绒面（texturing process）工艺以降低衬底301表面的光反射，并且可利用湿法蚀刻或诸如反应离子蚀刻的干法蚀刻来执行绒面工艺。表面的不平坦结构可仅形成在光接收表面，也就是前表面。第一导电类型可以是p型或n型，而第二导电类型与第一导电类型相反。下面的描述将基于第一导电类型是n型来进行。
在完成绒面工艺的状态下，如图3b中示出的，沿着衬底301的周边形成具有预定厚度的热扩散控制膜303（S203）。热扩散控制膜303起到在执行热扩散工艺时控制特定区域的热扩散程度的作用，并且应设定它的厚度使其容许离子注入。当注入在后面阐明的杂质离子时，离子注入包括以颗粒状态注入离子的各种方法。特别地，可使用离子注入、离子掺杂、等离子体掺杂和等离子体离子淋浴中的任何一种。
另外，在执行热扩散工艺时，衬底301前表面上的热扩散控制膜303可具有比衬底背表面和侧表面上的热扩散控制膜的厚度小的厚度，这样p+或n+杂质可扩散进入衬底301的前表面。热扩散控制膜303可设置为例如氧化硅膜(SiO2)或氧化硅玻璃(SOG)，并且可通过诸如等离子体增强化学气相沉积(PECVD)、热氧化、湿氧化、旋涂方法、喷涂和溅射的一般膜层叠方法来形成。
在衬底301的前表面、背表面和侧表面上层叠了热扩散控制膜303的状态下，如图3c示出的，第二导电杂质离子，也就是诸如硼(B)或类似物的p型杂质离子，被注入到衬底301的背面以形成p型杂质区域304（S204）。离子应当穿过热扩散控制膜303而注入进衬底301的背表面的特定区域，并且这可通过离子注入能量的方法来进行控制，离子注入能量约为10至50keV。除此之外，可使用离子注入、离子掺杂和等离子体掺杂中的任何一种来注入p型杂质离子。
另外，通过后面描述的热扩散工艺激活p型杂质区域304。在形成p型杂质区域304时，应当注入浓度与该p型杂质区域304相应的离子，这样p+发射区307可具有10至60Ω/sq.的面电阻，并且p+发射区307可具有约0.3至2μm的深度。
在形成p型杂质区域304的状态下，如图3d中示出的，选择性去除与将形成高浓度背场层(n+)305所在区域相应的部分处的热扩散控制膜303和衬底301背表面的衬底（S205）。为了去除p型杂质区域，随同热扩散控制膜一起而部分去除衬底，这样可最小化由后面描述的热扩散工艺产生的p型杂质区域对高浓度背场层(n+)的浓度的影响。
为了选择性地去除热扩散控制膜303和部分衬底301，可使用激光消融。换言之，通过将激光照射到将形成高浓度背场层(n+)305所在区域处的热扩散控制膜303上，去除热扩散控制膜303和预定厚度的衬底。通过激光照射去除的衬底301的厚度适当地与p型杂质区域304的深度对应。
另外，可使用蚀刻胶代替激光消融。具体来说，利用喷墨打印或丝网印刷方法将蚀刻胶施用到将形成高浓度背场层(n+)所在区域处的热扩散控制膜303上，可去除热扩散控制膜303和预定厚度的衬底301。除了上面的方法，也可使用诸如反应离子蚀刻的干法蚀刻。
在选择性地去除热扩散控制膜303和部分衬底301时，在先去除热扩散控制膜303后，可使用碱性溶液或类似物进行第二蚀刻并去除预定厚度的衬底，并且同时，可对在去除热扩散控制膜时造成的衬底损伤进行加工处理。
在这种状态下，如在图3e中示出的，执行热扩散工艺以同时形成高浓度背场层(n+)305和低浓度前场层(n-)306，并激活p型杂质区域304以形成p+发射区307（S206）。具体来说，将硅衬底301置于腔室中，并且将第一导电杂质离子，也就是含有n型杂质离子的气体（例如POCl3），供应到腔室中使得磷(P)离子扩散进入衬底301。相对于设置有热扩散控制膜303的区域，由去除热扩散控制膜303而暴露的衬底301的背表面区域表现出相对更高的杂质离子扩散。因此，在衬底301背表面的暴露区域形成高浓度背场层(n+)305，而在设置有热扩散控制膜303的衬底301的前表面形成低浓度前场层(n-)306。高浓度背场层(n+)305和低浓度前场层(n-)306中的杂质离子的浓度可被调整使得高浓度背场层(n+)305和低浓度前场层(n-)306的面电阻分别为10至80Ω/sq.和50至150Ω/sq.。同时，高浓度背场层(n+)305和低浓度前场层(n-)306可分别具有0.2至1.5μm和0.1至0.4μm的深度。在第一导电杂质离子是p型的情况下，可使用BBr3气体代替POCl3气体。
除了使用气体的上述方法外，n型杂质离子的热扩散工艺可使用在硅衬底301表面上形成膜的方法，所述方法利用将硅衬底301浸入到含有n型杂质离子的溶液中或利用喷涂或执行旋涂或类似方法来施用溶液，接着进行热处理使得磷(P)离子扩散进入衬底301而形成高浓度背场层(n+)305和低浓度前场层(n-)306，含有n型杂质离子的溶液如磷酸(H3PO4)溶液或含磷(P)的材料。
随后，如在图3f中示出的，一旦去除热扩散控制膜303和热扩散工艺的副产物PSG膜，那么就完成了根据本公开内容实施方式的背面电极型太阳能电池的制造方法。
接下来，将描述根据本公开内容第二实施方式的背面电极型太阳能电池的制造方法。图4a至4g是图示根据本公开内容第二实施方式的背面电极型太阳能电池的制造方法的截面图。
本公开内容第二实施方式的特征在于在执行热扩散工艺时出色地阻止n型杂质离子扩散进入p+发射区307。为此，如在图4d中示出的，在形成p型杂质区域304的状态下，在衬底301背表面的热扩散控制膜303上层叠抗扩散膜401，以及然后，如在图4e中示出的，选择性地去除在将形成高浓度背场层(n+)305的部分处的热扩散控制膜303、抗扩散膜401和预定厚度的衬底，从而暴露衬底301的背表面。在这种状态下，如在图4f中示出的，执行热扩散工艺以形成高浓度背场层(n+)305和低浓度前场层(n-)306，并激活p型杂质区域304以形成p+发射区307。抗扩散膜401代表相应于上面的具有绝缘膜的膜，如氮化硅膜(SiNx)、氧化硅玻璃(SOG)、本征无定形硅膜或类似的膜。然后，如图4g所示，移除热扩散控制膜303和抗扩散膜401。同时，绒面工艺、形成热扩散控制膜303的工艺、形成p型杂质区域304的工艺与第一实施方式中的那些工艺相同，而在此不再详细描述。
工业实用性
根据本公开内容，可通过单个离子注入工艺和单个热扩散工艺容易地形成背表面场，并使图案化工作最小化。
Claims (15)
1.一种背面电极型太阳能电池的制造方法，包括：
制备n型晶体硅衬底；
在所述衬底的前表面、背表面和侧表面上形成热扩散控制膜；
将p型杂质离子注入所述衬底的背表面，形成p型杂质区域；
图案化所述热扩散控制膜以选择性地暴露所述衬底的背表面；以及
通过执行热扩散工艺，在所述衬底的背表面的暴露区域形成n+型高浓度背场层，而在所述衬底的前表面形成n-型低浓度前场层，并通过激活所述p型杂质区域来形成p+发射区。
2.根据权利要求1的背面电极型太阳能电池的制造方法，其中，在所述图案化所述热扩散控制膜以选择性地暴露所述衬底的背表面中，包括去除在将形成所述n+型高浓度背场层所在区域处的所述热扩散控制膜和预定深度的衬底。
3.根据权利要求2的背面电极型太阳能电池的制造方法，其中，在所述去除在将形成所述n+型高浓度背场层所在区域处的所述热扩散控制膜和预定深度的衬底中，包括将激光照射在将形成所述n+型高浓度背场层所在区域处的所述热扩散控制膜上。
4.根据权利要求2的背面电极型太阳能电池的制造方法，其中，在所述去除在将形成所述n+型高浓度背场层所在区域处的所述热扩散控制膜和预定深度的衬底中，包括将蚀刻胶施用至在将形成所述n+型高浓度背场层所在区域处的所述热扩散控制膜上。
5.根据权利要求2的背面电极型太阳能电池的制造方法，其中，在所述去除在将形成所述n+型高浓度背场层所在区域处的所述热扩散控制膜和预定深度的衬底中，包括通过反应离子蚀刻方法去除在将形成所述n+型高浓度背场层所在区域处的所述热扩散控制膜和所述预定深度的衬底。
6.根据权利要求2的背面电极型太阳能电池的制造方法，其中所述去除的衬底厚度相当于所述p型杂质区域的深度。
7.一种背面电极型太阳能电池的制造方法，包括：
制备n型晶体硅衬底；
在所述衬底的前表面、背表面和侧表面上形成热扩散控制膜；
将p型杂质离子注入所述衬底的背表面，形成p型杂质区域；
在所述衬底的背表面形成抗扩散膜；
图案化所述热扩散控制膜和所述抗扩散膜以选择性地暴露所述衬底的背表面；以及
通过执行热扩散工艺，在所述衬底的背表面的暴露区域形成n+型高浓度背场层而在所述衬底的前表面形成n-型低浓度前场层，并通过激活所述p型杂质区域来形成p+发射区。
8.根据权利要求7的背面电极型太阳能电池的制造方法，其中，在所述图案化所述热扩散控制膜和所述抗扩散膜以选择性地暴露所述衬底的背面中，包括去除在将形成n+型高浓度背场层所在区域处的所述热扩散控制膜、抗扩散膜和预定深度的衬底。
9.根据权利要求8的背面电极型太阳能电池的制造方法，其中，所述去除在将形成所述n+型高浓度背场层所在区域处的所述热扩散控制膜、抗扩散膜和预定深度的衬底时，包括将激光照射至在将形成所述n+型高浓度背场层所在区域处的所述热扩散控制膜上。
10.根据权利要求8的背面电极型太阳能电池的制造方法，其中，所述去除在将形成所述n+型高浓度背场层所在区域处的所述热扩散控制膜、抗扩散膜和预定深度的衬底时，包括通过反应离子蚀刻方法去除在将形成所述n+型高浓度背场层所在区域处的所述热扩散控制膜和预定深度的衬底。
11.根据权利要求8的背面电极型太阳能电池的制造方法，其中所述去除的衬底厚度相当于所述p型杂质区域的深度。
12.根据权利要求1或7的背面电极型太阳能电池的制造方法，其中在所述衬底的前表面形成的所述热扩散控制膜的厚度相对地小于在所述衬底的背表面和侧表面形成的所述热扩散控制膜的厚度。
13.根据权利要求1或7的背面电极型太阳能电池的制造方法，其中所述p+发射区具有10至60Ω/sq.的面电阻。
14.根据权利要求1或7的背面电极型太阳能电池的制造方法，其中所述n+型高浓度背场层具有10至80Ω/sq.的面电阻。
15.根据权利要求1或7的背面电极型太阳能电池的制造方法，其中所述n-型低浓度前场层具有50至150Ω/sq.的面电阻。
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