CN103155178B - 在半导体衬底中产生选择性掺杂结构以制造光伏太阳能电池的方法 - Google Patents

在半导体衬底中产生选择性掺杂结构以制造光伏太阳能电池的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于在半导体衬底中产生选择性掺杂结构以制造光伏太阳能电池的方法。该方法包括下列方法步骤：A)施加掺杂层(2)到该半导体衬底的发射侧上；B)局部加热该掺杂层(2)的熔融区和该半导体衬底的位于该掺杂层(2)下方的熔融区，借助液-液扩散使得掺杂物从该掺杂层(2)扩散到熔融的该半导体衬底中，从而在该熔融混合物凝固后产生高掺杂区(3)；C)整体上加热该半导体衬底以产生面状低掺杂区；D)去除该掺杂层(2)；E)去除或转化该半导体衬底的在该掺杂侧的一层，使得该低掺杂区的和该高掺杂区的近表面部分被去除，或被转化为不导电层。

Description

在半导体衬底中产生选择性掺杂结构以制造光伏太阳能电池的方法
技术领域
本发明涉及根据权利要求1的前序部分的、在半导体衬底上产生选择性掺杂结构以制造光伏太阳能电池的方法。
背景技术
光伏太阳能电池是面状的半导体元件，其中借助入射的电磁辐射获得电子穴对的生成并且在至少一个pn结处进行载流子隔离，从而在太阳能电池的至少两个电触点之间出现电势差并且可以通过与这些触点相连的外电路从太阳能电池中抽取功率。
典型的太阳能电池包括基极掺杂的半导体衬底，其中在该半导体衬底中形成至少一个发射极掺杂的发射极区，发射极掺杂与基极掺杂相反，从而在基极区和发射极区之间形成上述的pn结。基极区和发射极区分别通过至少一个金属触点结构被导通以收集并送出载流子。
为了获得高效率，必须在许多损耗机理方面进行优化：因此，为了在金属化结构和导通的半导体区之间形成低的接触电阻，高度掺杂是有利的。另一方面，高度掺杂原则上导致在半导体衬底内的较高的电子穴对复合。
因此，在发射极区和基极区形成选择性掺杂结构均为已知。
因此，例如已知形成这样的选择性发射极结构，其中在例如朝向光的半导体衬底正面以面方式形成具有第一掺杂分布的发射极，并且只在发射极导通只应通过施加到半导体结构正面上的金属发射极触点结构来形成的区域内形成具有比第一分布更高的掺杂的第二发射极分布。通过这样的选择性发射极保证了当在第一发射极分布的发射极区内横向导通载流子时获得复合的减少，并且另一方面，因为第二掺杂分布的较高掺杂，获得了对金属触点结构的较小接触电阻。
为了工业化实现选择性发射极制造，已经提出了各种方法：因此，Haverkamp，H等人在第33届IEEEPVSC(2008，圣迪亚哥)的“MinimizingtheElectricalLossesontheFrontSide：DevelopmentofaSelectiveEmitterProcessfromaSingleDiffusion”中描述了借助发射极区的均匀扩散和随后掩蔽化和湿化学方式并借助部分反蚀刻半导体衬底来制造选择性发射极。另外，Bultmann，J.H.等人在16届EUPVSEC(2000，格拉斯哥)的“SingleStepselectiveemitterusingdiffusionbarriers”中描述了通过施加并结构化半透扩散阻挡层来产生选择性发射极结构。另外，在等人在24届欧洲光伏太阳能会议(2009，德国汉堡)会刊的“Selectiveemitterbylaserdopingfromphosphosilicateglass”中描述了通过选择性激光掺杂来产生选择性发射极结构。
上述的方法有的需要复杂且成本高昂的掩蔽步骤或者导致这样的发射极分布，其因为分布变化过程而还是具有显著的复合损失，进而降低效率。
发明内容
因此，本发明的任务在于，提供一种用于在半导体衬底上产生选择性掺杂结构以制成光伏太阳能电池的方法，该方法以可工业化实施且低成本的方式实现选择性掺杂结构的产生。
通过根据权利要求1的方法来解决该任务。在权利要求2-17中找到本发明方法的有利实施方式。
本发明的方法用于在半导体衬底中产生选择性掺杂结构以制造光伏太阳能电池。选择性掺杂结构至少形成在半导体衬底的掺杂侧上，在这里，在掺杂侧在半导体衬底中产生至少一个第一掺杂分布的面状低掺杂区并且该在第一低掺杂区内产生至少一个第二掺杂分布的局部高掺杂区。低掺杂区和高掺杂区在此情况下以彼此相同的掺杂类型来形成，其中该高掺杂区具有比低掺杂区低的横向导电电阻。在此情况下，掺杂类型是n掺杂和与之相反的p掺杂。掺杂侧是半导体衬底的正面或者背面。
重要的是本发明方法包括下列方法步骤：
在方法步骤A中，施加包含掺杂物的掺杂层到半导体衬底的掺杂侧上。
在方法步骤B中，如此局部加热掺杂层的熔融区和半导体衬底的位于该掺杂层下方的熔融区，即，在局部区域内暂时形成由至少该掺杂层的熔融区和该半导体衬底的熔融区构成的熔融混合物，其中，借助液-液扩散使得掺杂物从该掺杂层扩散到熔融的该半导体衬底中，从而在该熔融混合物凝固后产生该高掺杂区。
在方法步骤C中，进行面状低掺杂区的产生，该半导体衬底被整体上加热，使得掺杂物从该掺杂层扩散到该半导体衬底中。
在方法步骤D中，去除该掺杂层。
另外，在方法步骤E中，去除和/或转化半导体衬底的在掺杂侧的一层。在此情况下，在方法步骤E1中，去除该低掺杂区的和该高掺杂区的近表面部分，和/或在方法步骤E2中，将半导体衬底的在该掺杂侧的一层转化为不导电层。
上述的方法步骤A-E此时按照顺序A、B、C、D、E或者A、C、B、D、E来进行，其中，需要时相应地在中间介入其它的中间步骤总是在本发明的范围内。
利用本发明方法，以低成本且可工业化实施的方式获得选择性掺杂结构。一方面，通过在方法步骤C中通过整体上加热该半导体衬底产生低掺杂的面状发射极区且在方法步骤B中通过局部加热而产生一个或多个高掺杂区的所述掺杂层，以简单方式制成选择性掺杂分布，为此无需成本密集的掩蔽步骤。这尤其基于以下缘故，与在方法步骤B中的在暂时熔融的局部区域内的局部液-液扩散相比，在方法步骤C中从掺杂层至半导体衬底的热扩散更加缓慢地进行。已经通过不同的扩散机理保证了在方法步骤C中产生与在方法步骤B中所产生的掺杂区相比具有较低掺杂的掺杂区。
还重要的是，在方法步骤E中，在半导体衬底的掺杂侧去除和/或转化一个层。这是基于申请人的以下认识，因为上述的不同扩散过程，也从半导体衬底表面起在垂直于半导体衬底表面的方向上出现不同的掺杂分布，即掺杂浓度的不同变化过程：
在方法步骤C中，一般出现所谓的“拐点尾随”掺杂分布，即这样的掺杂分布，其在近表面区内具有很高的掺杂浓度，随后具有明显的下降，最后是平缓的变化过程。这种掺杂分布本身是已知的并且例如在Bentzen，A等人在《应用物理期刊》(99(2006)p.064502-1-8)的“Highconcentrationin-diffusionofphosphorusinSifromaspray-onsource”中有所描述。这样的掺杂分布尤其出现在由无耗尽源热产生发射极时，尤其是在采用磷为掺杂物时。
而在方法步骤B的液-液扩散中出现了掺杂分布，近似对应于高斯掺杂分布，即掺杂浓度从表面起连续递减，但与“拐点尾随”分布相比要缓慢许多。
现在如果在方法步骤E中，在半导体衬底的掺杂侧表面去除一层，则这在低掺杂区内造成表面掺杂浓度的显著降低，这是因为拐点尾随分布的高掺杂近表面区域被完全或者部分去除或者被转化为不导电层。而在方法步骤B内所产生的局部高掺杂区处如上所述地至少近似存在高斯掺杂分布，即，在方法步骤E内的层去除仅导致表面掺杂浓度降低较小。而且，这些作用可利用本发明方法来获得，无需为此采取掩蔽步骤。
结果，在这些低掺杂区内表面掺杂浓度在方法步骤E中都显著降低，从而在这些区域内复合活性尤其是因为俄歇复合和例如磷沉淀物而显著下降，为此避免了效率损失。该作用例如在Nguyen，V等人在第24届EUPVSEC(汉堡，2009)会刊的“AnalysisofScreen-PrintedSiliconSolarCellEmitters”中有所描述。
而在这些高掺杂区内，没有出现在方法步骤E内的表面掺杂浓度的降低或者只出现了可忽略不计的略微降低，从而与之前一样因为有高的表面掺杂浓度而保证了在半导体衬底和金属触点结构之间的低接触电阻。
另外，可以通过在步骤E1和/或E2中的近表面层的去除/转化来去除近表面缺陷例如掺杂物的沉淀物或使其不带电，因而消除其对复合的影响。
因此，可利用本发明方法以优化方式来制造选择性掺杂结构，其一方面可成本低廉地被加入工业化制造工艺中，尤其是因为减少或避免了掩蔽步骤，另一方面，它实现了太阳能电池成品的总体高效率，尤其是因为在方法步骤E中在低掺杂区内该表面掺杂浓度显著降低，但在高掺杂区却没有。
本发明方法的方法步骤A至E是在没有中间介入掩蔽步骤的情况下执行的，以节省成本。
这也使本发明方法与用于产生选择性掺杂结构的已知方法区分开，在已知方法中需要多个成本密集的掩蔽步骤。
高掺杂区和低掺杂区优选如此形成，以使该高掺杂区具有与低掺杂区相同的或者更高的表面掺杂浓度。
方法步骤B中，优选借助激光局部加热。在此情况下，可以动用本身已知的激光掺杂方法，例如像在U等人在24届欧洲光伏太阳能会议(2009，德国汉堡)会刊的“Selectiveemitterbylaserdopingfromphosphosilicateglass”中描述的方法。
激光掺杂工艺优选以脉冲激光来进行，其波长在190nm至1100nm范围内。作为脉冲长度，1ps至5μs的长度根据所选重复率是有利的。优选脉冲长度在10～500ns范围内时其波长为343，355，515或532nm的激光。同样可行的是，掺杂工艺利用在上述波长内的持续振荡的激光(cw＝连续波)或者调制工作的cw激光来进行。
优选在方法步骤E中，去除和/或转化具有预定厚度的一层，从而在掺杂侧的低掺杂区的表面掺杂浓度在该层去除后小于4×1020cm-3，优选小于2×1020cm-3，尤其优选小于1×1020cm-3，进一步优选小于5×1019cm-3。由此保证了尤其是俄歇复合的明显减弱和需要时保证了在低掺杂区内的不希望有的磷沉淀物的去除。
申请人的研究表明，在通过在方法步骤E1中去除一层来实施本发明方法时优选去除厚度为1nm至300nm的层，和/或在通过在方法步骤E2中转化一层来实施该方法时转化厚度为1nm至300nm的层。
由此，对于常见的工艺参数、尤其是常见的掺杂分布，保证了在低掺杂区内的表面掺杂浓度的充分降低以减弱俄歇复合。
优选在方法步骤E中进行半导体衬底的一层的去除和/或转化，即，晶态半导体衬底的晶态结构。这与例如如下的已知工艺不同，在这里，在扩散步骤后去除所谓的PSG玻璃，因为在这些步骤中只去除或转化非晶态结构。优选在方法步骤E中进行半导体衬底的一层的去除和/或转化，该层的厚度为5nm至200nm，优选为50nm至200nm。
在方法步骤D中，优选以面的方式去除该掺杂层。尤其有利的是在方法步骤D中去除整个掺杂层。
在方法步骤A中，施加的掺杂层优选具有10nm至1μm的厚度，优选是10nm至500nm的厚度，更优选是10nm至100nm的厚度。由此保证对于随后的掺杂工艺存在足够多的掺杂物，尤其是有无穷的掺杂物源用于产生低掺杂区。
要在方法步骤A中施加的掺杂层优选通过以下方法之一来产生：化学气相沉积(CVD)，其优点是良好的均质性和工艺控制；物理气相沉积(PVD)或阴极雾化，其优点也是良好的均质性和工艺控制；液态掺杂物通过喷淋或旋涂或印刷(例如稀释磷酸)来施加，其优点是，它是成本很低的方法；掺杂硅酸盐玻璃(例如磷硅酸盐玻璃(PSG)或者硼硅酸盐玻璃(BSG))在管式炉中生长，其优点是如此产生的膜层具有很高的质量。
还有利的是，掺杂层含有掺杂物的浓度为至少1重量％，最好至少4重量％，进一步优选的是在6-10重量％范围内。由此保证了有足够多的掺杂物用于随后的掺杂工艺，尤其是有无穷的掺杂物源用于产生低掺杂区。
在方法的一个有利实施方式中，这些方法步骤按照顺序A、C、B、D、E来执行，步骤A和C在没有中间介入中间步骤的情况下前后紧邻地在一台设备中进行。申请人的研究表明，这尤其在使用管式炉的情况下对于热发射极形成是有利的。优选方法步骤A和C同时进行。
优选在本发明方法中在方法步骤E后，在方法步骤F中，将保护层施加到半导体衬底的掺杂侧。由此，避免了该表面的复合率受影响且尤其是减小。该保护层优选同时作为用于提高光线入射的抗反射层。以氮化硅或氧化硅层形式形成保护层是尤其有利的。保护层厚度优选在50至120nm范围内。该层的光学折射系数此时优选在1.3至2.5范围内。作为抗反射保护层沉积多层也在本发明的范围内。
在方法步骤A中，是按照覆盖该半导体衬底的整个掺杂侧的方式来施加的。
如上所述，在本发明方法中在方法步骤E1中，去除低掺杂区和高掺杂区的近表面部分，或者在方法步骤E2中进行将半导体衬底的在掺杂侧的一层转化为不导电层。方法步骤E1和E2的组合同样在本发明的范围内。
在本发明方法的一个优选实施方式中，在方法步骤E中只执行方法步骤E1，即，去除半导体衬底的在掺杂侧的一层。这有以下优点，可以执行衬底的无掩蔽加工。优选该层借助湿化学蚀刻来去除，尤其优选利用由氢氟酸(HF)、硝酸(HNO3)、醋酸(CH3COOH)和水(H2O)构成的混合物。该去除优选包含以下方法步骤地进行：通过蚀刻液形成一个多孔硅层，该层随后在短暂的第二蚀刻步骤中通过水稀释的氢氧化钾(KOH)被去除。接着进行在水(H2O)中冲洗。
另外，近表面层的去除可通过一个或多个前后执行的SC1/SC2清理来进行。含氟酸的溶液同样是可行的。
另外，近表面层的去除可以通过氟酸(HF)在添加了表面活性剂的情况下进行，优选采用高浓度的氟酸。
另外，近表面层的去除可以通过磷酸(H3PO4)来进行。
另外，近表面层的去除可以通过硫酸(H2SO4)或在水稀释H2SO4中进行。
另外，近表面层的去除可以通过水溶氢氧化钾(KOH)来进行。
另外，近表面层的去除可以通过水溶次氯酸钠(NaOCl)来进行。
在本发明方法的另一个优选实施方式中，在方法步骤E1中，借助等离子体辅助蚀刻来进行层蚀除。
在本发明方法的另一个优选实施方式中，在方法步骤E2中，借助热氧化进行层转化。通过氧化硅层热生长到半导体衬底掺杂侧，进行将半导体衬底的近表面层转化为氧化硅。由此，虽然在低掺杂区和高掺杂区内的绝对掺杂浓度未改变，但对于太阳能电池的电性能且尤其是低掺杂区内的损耗机理，在半导体衬底的掺杂侧的带电区域内的掺杂浓度是至关重要的。因此，层转化成不带电层也导致在低掺杂区内的带电表面掺杂浓度的降低，结果如上所述，尤其将获得俄歇复合的减弱以及需要时磷沉淀物的溶解。
在方法步骤E2中的热氧化物形成优选包括以下方法步骤：当半导体衬底遇到高温且优选是高于650℃的温度以及氧化性气氛时，生成热氧化物。该气氛优选由水蒸汽或者氧气或者两者组合来构成。添加含氯化合物是有利的。其它气体例如氮气或者其它惰性气体的加入以稀释该气氛也在本发明范围内。而且，热氧化物可以在更高压力下(大于1bar)产生，以缩短期望厚度所需要的氧化时间。因此，氧化速度随着压力增高而递增。
另外，可以通过在步骤E1和/或E2中的近表面层的去除/转化来去除近表面缺陷例如像掺杂物的沉淀物或使其不带电，因此消除其对复合的影响。
在本发明方法的另一个优选实施方式中，在方法步骤E2中，以湿化学方式进行层膜生长以便转化为氧化物。转化后的层随后在E2之后的一个方法步骤中被去除，优选用氟酸。
本发明方法尤其适用于形成选择性发射极且在此情况下尤其是在半导体衬底的用于光线入射的正面上形成选择性发射极。因此在此情况下，低掺杂区和高掺杂区具有发射极掺杂类型，其与半导体衬底的基极掺杂类型相反。这可用于任何掺杂类型组合，即用于在p掺杂基极上形成n掺杂发射极或者反之亦然。
但是，本发明方法同样也适用于产生基极掺杂型的选择性掺杂：在此将产生基极掺杂型的低掺杂区和高掺杂区，其中该低掺杂区相对于半导体衬底的基极掺杂浓度具有较高的掺杂浓度，高掺杂区还是相对于低掺杂区具有较高的掺杂浓度。这样的实施方式对于形成具有高电气质量和低接触电阻的太阳能电池背面是非常有利的。
这种基极掺杂类型的掺杂区域的钝化机理被称为所谓的“背面区”。
为了形成选择性掺杂，这样的实施方式就太阳能电池的具有高电气质量的正面也是有利的。
这种基极掺杂类型的掺杂区域的钝化机理被称为“正面区”
该掺杂侧优选是太阳能电池的其上形成选择性发射极的那一侧。
掺杂侧优选是太阳能电池的在工作使用中朝向入射电磁辐射的那一侧。
优选这个或这些高掺杂区被形成为覆盖半导体衬底掺杂侧的这样一些区域，在所述区域处，在随后方法步骤中将金属触点结构施加到半导体衬底掺杂侧。由此一来，如上所述将保证在金属触点结构和半导体衬底之间的低接触电阻。
在方法步骤B中，优选将半导体衬底局部加热到至少1410℃，以保证局部熔融和上述的液-液扩散。
为了简化方法和降低成本，优选在方法步骤B和C中如此产生这些掺杂区，即，低掺杂区以完全覆盖半导体衬底掺杂侧的方式来施加，并且形成多个高掺杂区，尤其是完全覆盖掺杂侧的低掺杂区的形成可以就方法技术而言简单地执行，尤其是如此执行，在方法步骤A中，该掺杂层以完全覆盖半导体衬底掺杂侧的方式来施加。高掺杂区和低掺杂区优选平行于半导体衬底表面地在掺杂侧形成。
同样，在方法步骤E中被去除和/或被转化的在半导体衬底掺杂侧的层优选是平行于掺杂侧的一层。
本发明的方法尤其适用于在硅太阳能电池中形成选择性掺杂结构，同样适用于基于单晶的、多晶的或者微晶的硅晶片的太阳能电池。
优选在方法步骤A中进行掺杂层的施加，该掺杂层至少包含磷作为掺杂物，优选只含有磷作为掺杂物。
附图说明
从附图和附图说明中得到本发明的其它特征和优选实施方式，其中：
图1示出本发明方法的第一实施例，其中，在方法步骤E1中去除在半导体衬底的掺杂侧的一层；
图2示出本发明方法的第二实施例，其中，在方法步骤E2中将半导体衬底的在该掺杂侧的一层转化为不导电层。
具体实施方式
在图1和图2中分别示出了呈硅晶片形式的半导体衬底1的局部。半导体衬底具有NA＝1.5E16cm-3的p掺杂并且分别向左右延伸。半导体衬底1具有200μm的厚度并且大致为正方形，边长为15cm。
图1和图2中的相同附图标记表示相同的零部件。
在图1所示的本发明方法的第一实施例中，在方法步骤A中将掺杂层2施加到半导体衬底1的在上的正面，该正面在待制造的太阳能电池中设计用于光线入射。
掺杂层2借助化学气相沉积(CVD)来沉积并由SiOx:P(磷硅酸盐玻璃PSG)构成，即，含有掺杂物磷，磷浓度为4～8重量％。
在方法步骤B中，借助激光束L局部加热而在局部区域H内在短时间内产生由在图1B的虚线内的掺杂层2和半导体衬底1构成的熔融混合物。在熔融混合物内进行掺杂物从掺杂层2液-液扩散至半导体衬底1中，结果，在熔融层凝固后在半导体衬底中出现高掺杂区3，高掺杂区在半导体衬底1的表面上具有大约4E20cm-3的掺杂浓度。
该局部熔融通过波长为532nm的激光来进行，在这里，激光以10ns-500ns的脉冲长度来脉冲化工作。
在方法步骤C中，半导体衬底1在直通炉中被整体上加热到850℃的温度持续达30分钟。由此获得掺杂物从掺杂层2扩散到在半导体衬底掺杂侧的半导体衬底1中，结果，形成了低掺杂区4。基于该工艺，该低掺杂区具有拐点尾随形分布，例如像在Bentzen，A等人的《应用物理期刊》(99(2006)p.064502-1-8)的“Highconcentrationin-diffusionofphosphorusinSifromaspray-onsource”中描述的那种分布，其表面掺杂浓度为5E20cm-3且层电阻为50Ohm/sq(在方法步骤E前)。
而在方法步骤B中产生的高掺杂区3的层电阻为20Ohm/sq。
方法步骤D中，掺杂层2通过以下的湿化学工艺被去除：在加水的10％氟酸(HF)中蚀除不到2分钟，随后用水清洗。
随后，在方法步骤E1中去除在半导体衬底1掺杂侧的50nm厚的一层。该厚度在图1D中用X表示。
图1示出了结果E1。该层也借助湿化学方法来去除，其包括以下的方法步骤：通过蚀刻溶液(由氢氟酸(HF)、硝酸(HNO3)、醋酸(CH3COOH)和水(H2O)构成的混合物)，形成一个多孔硅层，该层随后在短暂的第二蚀刻步骤中通过水稀释的氢氧化钾(KOH)被除去。接着，进行在水(H2O)中的冲洗。
在方法步骤E1中在半导体衬底1掺杂侧的层的去除造成低掺杂区4的表面浓度从5E20cm-3如此下降到2E20cm-3，即，拐点尾随分布的高掺杂近表面区随着该层被一起去除。不过，低掺杂区的层电阻由此只略微从20Ohm/sq变到25Ohm/sq，结果，一方面显著减弱了在低掺杂区内的复合，而横向导电性能几乎不受影响。
但是，在因为液-液扩散而具有大致高斯掺杂分布的高掺杂区3内，通过在方法步骤E1内的层去除只实现了表面掺杂浓度从4E20cm-3降低到3.8E20cm-3。由此保证了在该层去除后当在高掺杂区3施加金属触点接头到半导体衬底时因为高表面掺杂浓度而肯定有低的接触电阻。
在图2中示出了本发明方法的第二实施例，在这里，这些方法步骤A-D按照与第一实施例相同的方式来执行。但随后在方法步骤E2内进行将在半导体衬底1的掺杂侧的一层转化为不导电层。该转化如此实现，借助在氧气气氛或水蒸汽气氛中整体上加热半导体衬底1，在半导体衬底1的掺杂侧形成硅层5，但这种加热也将半导体衬底1的10nm厚的近表面层(图2中用X标记)转化为氧化硅层。被转化为氧化硅层的半导体衬底1区域因此是不带电的并且与对电性能且尤其是复合工艺的关注无关。
因此，与图1所示的实施例相似，该低掺杂区通过该转化来如此改变，该低掺杂区的与电性能相关的表面掺杂浓度从5E20cm-3下降到2E20cm-3，在这里，层电阻仅从100Ohm/sq变为120Ohm/sq。但是如已经关于图1所述地，该半导体衬底的近表面层转化为不导电层仅造成高掺杂区3的电气相关的表面浓度从4E20cm-3减小到3.8E20cm-3，结果，具有低接触电阻的高掺杂区可通过金属触点接头来导通。由氧化过程造成的额外热输入可以附加造成发射极的加入。结果，除了转化为绝缘层，低掺杂区的表面浓度还降低。
在一个未示出的跟在E2之后的可选的方法步骤中，氧化硅层5以及已转化为氧化硅层的半导体衬底1区域借助湿化学蚀刻被去除。该去除包括以下的方法步骤：在加水的2～10％氟酸(HF)中蚀刻不到10分钟，随后在水中冲洗。

Claims (28)

1.一种用于在半导体衬底(1)中产生选择性掺杂结构以制造光伏太阳能电池的方法，
其中，该选择性掺杂结构至少形成在该半导体衬底的掺杂侧，在该掺杂侧在该半导体衬底(1)中产生至少一个第一掺杂分布的面状低掺杂区(4)，并且在该低掺杂区内产生至少一个第二掺杂分布的局部高掺杂区(3)，
其中，该低掺杂区(4)和该高掺杂区(3)以彼此相同的掺杂类型来形成并且该高掺杂区具有比该低掺杂区(4)低的横向导电电阻，
其中，该方法包括下列方法步骤：
A.施加包含掺杂物的掺杂层(2)到该半导体衬底的该掺杂侧上；
B.局部加热该掺杂层(2)的熔融区和该半导体衬底的位于该掺杂层(2)下方的熔融区，使得在局部区域内暂时形成由至少该掺杂层(2)的熔融区和该半导体衬底的熔融区构成的熔融混合物，其中，借助液-液扩散使得掺杂物从该掺杂层(2)扩散到熔融的该半导体衬底(1)中，从而在该熔融混合物凝固后产生该高掺杂区；
C.产生该面状低掺杂区(4)，使得该半导体衬底(1)被整体上加热，使得掺杂物从该掺杂层(2)扩散到该半导体衬底中；
D.去除该掺杂层(2)；
其特征是，该方法还包括以下方法步骤：
E.去除和/或转化该半导体衬底的在该掺杂侧的一层，包括：在方法步骤E1中去除该低掺杂区(4)的和该高掺杂区(3)的近表面部分，
其中，这些方法步骤按照顺序A、B、C、D、E或者A、C、B、D、E来执行，其中相应地在中间介入了或没有中间介入中间步骤，这些方法步骤A至E是在没有中间介入掩蔽步骤的情况下执行的，并且在方法步骤E中去除厚度在50nm至200nm范围内的所述层。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征是，在方法顺序A、C、B、D、E中，方法步骤A和C是前后紧邻地进行的，或者方法步骤A和C是同时进行的。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征是，在方法步骤E中，去除和/或转化该半导体衬底的在该掺杂侧的所述层，从而在该掺杂侧的该低掺杂区(4)的表面掺杂浓度小于4×1020cm-3。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征是，该高掺杂区(3)具有与该低掺杂区(4)相同的或者更高的表面掺杂浓度。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征是，该掺杂层(2)具有10nm至1μm的厚度。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征是，按照所含掺杂物的浓度为至少1重量％的方式向该掺杂层(2)进行施加。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征是，在方法步骤F中，将保护层施加到该半导体衬底的掺杂侧。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征是，在方法步骤A中，该掺杂层(2)是按照覆盖该半导体衬底的整个掺杂侧的方式来施加的。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征是，在方法步骤E1中，该半导体衬底的在该掺杂侧的所述层借助湿化学蚀刻进行刻蚀，以及随后借助氢氧化钾去除被刻蚀的所述层。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征是，在方法步骤E中，执行所述去除包括借助热氧化或者借助化学氧化来进行层转化。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征是，被转化的层随后被除去。
12.根据权利要求1所述的方法，其特征是，在方法步骤B中，该局部熔融是在线条形的区域内进行的。
13.根据权利要求1所述的方法，其特征是，该高掺杂区被形成为覆盖该掺杂侧的一些区域，在所述一些区域处，在随后方法步骤中将金属触点接头施加到该半导体衬底的掺杂侧。
14.根据权利要求1所述的方法，其特征是，在方法步骤B中，局部熔融是借助通过激光的局部加热来进行的。
15.根据权利要求1所述的方法，其特征是，在方法步骤B中，为了局部熔融该半导体衬底而加热到至少1410℃。
16.根据权利要求1所述的方法，其特征是，在方法步骤B和C中产生所述低掺杂区和所述高掺杂区，使得该低掺杂区(4)完全覆盖该半导体衬底的掺杂侧且具有多个高掺杂区。
17.根据权利要求1所述的方法，其特征是，在方法步骤E中，去除和/或转化该半导体衬底的在该掺杂侧的所述层，从而在该掺杂侧的该低掺杂区(4)的表面掺杂浓度小于2×1020cm-3。
18.根据权利要求1所述的方法，其特征是，在方法步骤E中，去除和/或转化该半导体衬底的在该掺杂侧的所述层，从而在该掺杂侧的该低掺杂区(4)的表面掺杂浓度小于1×1020cm-3。
19.根据权利要求1所述的方法，其特征是，在方法步骤E中，去除和/或转化该半导体衬底的在该掺杂侧的所述层，从而在该掺杂侧的该低掺杂区(4)的表面掺杂浓度小于5×1019cm-3。
20.根据权利要求1所述的方法，其特征是，该掺杂层(2)具有10nm至500nm的厚度。
21.根据权利要求1所述的方法，其特征是，该掺杂层(2)具有10nm至100nm的厚度。
22.根据权利要求1所述的方法，其特征是，按照所含掺杂物的浓度为至少4重量％的方式向该掺杂层(2)进行施加。
23.根据权利要求1所述的方法，其特征是，按照所含掺杂物的浓度为6－10重量％的方式向该掺杂层(2)进行施加。
24.根据权利要求1所述的方法，其特征是，在方法步骤F中，将多个保护层施加到该半导体衬底的掺杂侧。
25.根据权利要求1所述的方法，其特征是，在方法步骤E1中，该半导体衬底的在该掺杂侧的所述层借助氟酸(HF)进行刻蚀，以及随后借助氢氧化钾去除所形成的层。
26.根据权利要求1所述的方法，其特征是，在方法步骤E1中，该半导体衬底的在该掺杂侧的所述层借助由氢氟酸(HF)、硝酸(HNO3)、醋酸(CH3COOH)和水(H2O)构成的混合物进行刻蚀，以及随后借助氢氧化钾去除所形成的层。
27.根据权利要求11所述的方法，其特征是，被转化的层随后通过湿化学刻蚀工艺被除去。
28.根据权利要求11所述的方法，其特征是，被转化的层随后利用氟酸(HF)通过湿化学蚀刻工艺被除去。
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Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102012203445A1 (de) * 2012-03-05 2013-09-05 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Verfahren zum Erzeugen eines Dotierbereiches in einer Halbleiterschicht
US20170365734A1 (en) * 2014-12-30 2017-12-21 Merck Patent Gmbh Laser doping of semiconductors
WO2016107662A1 (de) * 2014-12-30 2016-07-07 Merck Patent Gmbh Verfahren zum dotieren von halbleitern
EP3251146B1 (en) * 2015-01-26 2020-12-02 1366 Technologies Inc. Method for creating a semiconductor wafer having profiled doping
CN110335814B (zh) * 2019-07-05 2021-10-22 晶澳（扬州）太阳能科技有限公司 在硅片上制备选择性掺杂结构的制备方法及太阳能电池片
CN112670170B (zh) * 2020-12-30 2024-02-02 长春长光圆辰微电子技术有限公司 一种提高硅片键合力的方法

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1241298A (zh) * 1996-12-24 2000-01-12 依麦克Vzw 具有选择性扩散区的半导体器件

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AUPP437598A0 (en) * 1998-06-29 1998-07-23 Unisearch Limited A self aligning method for forming a selective emitter and metallization in a solar cell
DE10150040A1 (de) * 2001-10-10 2003-04-17 Merck Patent Gmbh Kombinierte Ätz- und Dotiermedien
JP4481869B2 (ja) * 2005-04-26 2010-06-16 信越半導体株式会社 太陽電池の製造方法及び太陽電池並びに半導体装置の製造方法
USH2207H1 (en) 2007-01-05 2007-12-04 Bijker Martin D Additional post-glass-removal processes for enhanced cell efficiency in the production of solar cells
CA2731158A1 (en) 2008-07-28 2010-02-04 Day4 Energy Inc. Crystalline silicon pv cell with selective emitter produced with low temperature precision etch back and passivation process
DE102010006315B4 (de) * 2010-01-29 2012-08-30 Albert-Ludwigs-Universität Freiburg Verfahren zur lokalen Hochdotierung und Kontaktierung einer Halbleiterstruktur, welche eine Solarzelle oder eine Vorstufe einer Solarzelle ist
DE102010024309A1 (de) * 2010-06-18 2011-12-22 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Verfahren zur Herstellung einer photovoltaischen Solarzelle

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1241298A (zh) * 1996-12-24 2000-01-12 依麦克Vzw 具有选择性扩散区的半导体器件

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
LASER DOPED SELECTIVE EMITTERS YIELD 0.5% EFFICIENCY GAIN;R. Köhler et al.;《24th European Photovoltaic Solar Energy Conference》;20090921;第1847-1850页、图1-2 *

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