CN103201855A - 具有选择前面场的后面结太阳能电池 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了太阳能电池及其制造方法。本发明太阳能电池制造方法的一个实施方式包括：制造n-型硅基底和将n-型掺杂剂引入基底的一个或多个第一和第二区，使得第二区的掺杂度高于第一区的掺杂度。基底可以经历一次高温退火循环，以形成选择前面场层。在一次退火循环中可以引入氧，以形成原位前面和后面钝化氧化层。在一次共烧操作中，可以进行前面和后面触点的烧透以及与连接的金属化。后面触点的烘烤可以在基底和后面触点的界面形成p+发射层，因此，在发射层和基底的界面形成p-n结。此外，本发明还公开了太阳能电池。

Description

具有选择前面场的后面结太阳能电池
技术领域
本发明的实施方式涉及太阳能电池，更具体地说，本发明的实施方式涉及具有选择前面场的后面结太阳能电池及其制造方法。
背景技术
在基本设计中，太阳能电池由可吸收光子并通过光伏效应发电的半导体基底材料组成。当光子进入基底时，能量被吸收，以前处于束缚状态的电子被释放，被释放的电子和以前被占据的空穴称为电荷载体。
基底通常用p-型和n-型杂质掺杂，以在太阳能电池内的p-n结形成电场。为了利用自由电荷载体发电，电子和空穴在p-n结处被电场分离之前一定不能再结合。电子随后被n-型发射层上的导电触点收集，空穴被p-型基底上的导电触点收集，未再结合的电荷载体可用于为负载供电。
常用的太阳能电池的制造方法起始于提供一个具有p-型电导率的掺杂基底，n-型掺杂剂被引入基底的前面，以在p-型基极层的顶部形成n-型发射层。典型的，基底适度掺杂p-型电导率的掺杂剂，发射层重度掺杂n-型电导率的掺杂剂。发射层的形成，使得在基底的发光表面附近形成p-n结，即使用太阳能电池时，基底的前面曝露于光源下。
太阳能电池设计中一个主要的关注点是，电荷载体在再结合前到达导电触点的能力。有时，再结合前电荷载体可以前进的距离称为电荷载体扩散长度。电荷载体扩散长度取决于多个因素，如掺杂剂原子的浓度和基底中缺陷的浓度。当掺杂剂原子浓度或缺陷的浓度增加时，电荷载体的扩散长度减小。因此，重度掺杂n-型发射层中空穴的扩散长度远小于适度掺杂的p-型基底中的电子的扩散长度。因此，发射层通常被称为“死层”，因为在再结合前，发射层中产生的电荷载体很少能够到达p-n结。
为了减轻此问题，发射层应保持尽可能薄、尽可能轻度掺杂。形成薄的发射层会减少发射层中吸收的光子数。即使光子被吸收，薄的发射层会增加生成的电荷载体到达附近的p-n结的可能性。但是，发射层的厚度和掺杂剂剂量受到限制。如果发射层过薄，发射层上的导电触点会穿透p-n结，并在形成触点过程中使p-n结短路。类似的，如果掺杂剂剂量过轻，接触电阻过高，不能与基底良好接触。当通过丝网印刷形成触点时，这些问题更加突出，需要高掺杂剂浓度和触点烧结。
为了克服这些缺陷，现有技术提供了一些形成后面结太阳能电池的技术。但是，这些太阳能电池都存在缺陷，如电池效率低、表面钝化差、表面电阻不均匀，以及需要额外的昂贵的制造步骤。
因此，确有必要提供一种后面结太阳能电池的制造方法，以克服现有技术中存在的缺陷和不足。
发明内容
在本发明说明书中给出的实施方式中，将第一元件描述成“位于第二元件上”、“在第二元件上面”或“在第二元件上方”通常意味着，第一元件靠近主要发光面或主要光源。例如，如果第一元件位于第二元件上，则第一元件靠近太阳。类似的，将第一元件描述成“位于第二元件下”、“在第二元件下面”或“在第二元件下方”通常意味着，第一元件远离主要发光面或主要光源。例如，如果第一元件位于第二元件下，则第一元件远离太阳。
需要注意的是，在本发明的实施方式中，主要光源可能指的不是其他形式的次要光源，例如，源自主要光源的光经过或传递过装置后，从位于装置之后或之外的反射面返回装置的光。
本发明公开了具有选择前面场的后面结太阳能电池的各个实施方式，更具体地说，本发明公开了一种具有在一次退火循环中形成的选择前面场和优质原位钝化层的后面结太阳能电池及其制造方法。本发明的各个实施方式，克服了前面描述的现有技术中存在的一个或多个缺陷。
本发明的实施方式提供了制造太阳能电池的若干个优点，如减少太阳能电池的生产时间和成本。根据本发明的一个实施方式，具有与太阳能电池的发光面相对的发射层的后面结太阳能电池包括p-型发射层。太阳能电池还包括位于p-型发射层上的n-型基极层，以在p-型发射层与n-型基极层的界面定义p-n结。此外，太阳能电池还包括位于n-型基极层上的n+前面场层。再者，前面场层包括一个或多个第一掺杂区和一个或多个第二掺杂区，第二掺杂区的掺杂度高于第一个掺杂区的掺杂度，以形成选择前面场。
根据本发明的另一个实施方式，公开了一种后面结太阳能电池的制造方法，其包括制造n-型基极层。制造方法还包括制造p-型发射层，使得n-型基极层位于p-型发射层上。制造p-型发射层可以包括在基极层的一个面上施加触点层，以及使触点层和至少部分基极层合金化。此外，制造p-型发射层可以包括，掺杂一个或多个第一掺杂区和一个或多个第二掺杂区，以形成n+前面场层，n+前面场层位于n-型基极层上。第二掺杂区的掺杂度高于第一掺杂区的掺杂度，以形成选择前面场。
本发明的另一个实施方式提供了一种后面结太阳能电池，其包括第一n-型区。太阳能电池还包括第二n-型区和第三n-型区，其中，第二和第三n-型区位于第一n-型区上。此外，太阳能电池包括形成在第一n-型区与第二和第三n-型区相对的面上的p-型发射层，p-型发射层和第一n-型区的界面定义p-n结。
以上提供的发明概要仅仅是为了总结本发明的一些示例性实施方式，以提供本发明的一些方面的基本理解。因此，可以理解的是，以上描述的示例性实施方式并不能解释为以任何方式限制本发明的保护范围和精神，本发明的保护范围由说明书和权利要求书界定。可以理解的是，除了以上总结的实施方式，本发明还可以包括其他不同的实施方式，以下将详细描述其中的部分实施方式。
附图说明
已经概述了本发明的实施方式，以下结合附图详细描述本发明的实施方式，附图并非严格按比例绘制，其中：
图1为本发明后面结太阳能电池的一个实施方式的剖视图。
图2a和2b为本发明后面结太阳能电池制造方法的一个实施方式的流程图。
具体实施方式
以下结合附图，详细描述本发明的一些实施方式，其中，附图仅仅显示了本发明的部分实施方式，并非所有实施方式。本领域的技术人员可以理解的是，本发明也可以体现为其他不同的形式，并不局限于本说明书中给出的实施方式。本说明书中给出的实施方式仅仅是为了说明书的揭示可以满足法律要求，其中，相同的附图标记表示相同的元件。
目前，几乎所有的商业用晶体硅太阳能电池都使用硼掺杂p-型基底制造。但是，当曝露于光源下时，硼掺杂基底会产生光引发退化(LID)。因LID导致的效率损失的绝对值为0.2至0.5%，相对值为1.2至2.9%。另一方面，n-型掺杂的基底不受LID影响。不仅如此，相对于p-型基底，具有更高本体寿命的n-型基底更容易制造。此外，对于给定的掺杂剂浓度和电导率类型，电子的电荷载体扩散长度不同于空穴的电荷载体扩散长度。因此，相对于p-型基底，n-型基底可以产生改善的电荷载体扩散长度。基于以上原因，n-型基底是高效率太阳能电池的理想选择。
如上所述，现有的p-型太阳能电池一般通过n-型掺杂剂(通常使用三氯氧化磷，POCl3)扩散进入p-型基底的前面以形成n-型发射层制造，这会导致在太阳能电池的前面附近形成p-n结。不幸的是，没有在n-型基底的前面形成p-型发射层的可比参照物。可以通过硼扩散(以三溴化硼形式，BBr3)在n-型基底上形成p-型发射层，但是会导致一些缺陷。由于会形成硼硅化合物，硼扩散通常会留下污染的硅表面，污染会使太阳能电池的表面严重退化。此外，移除硼污染需要额外的处理步骤，例如污染的表面热氧化后化学移除热氧化物。因此，在n-型基底的前面附近形成p-n结的好处会被因硼污染和移除硼污染的繁杂导致的退化抵消。
或者，可以在n-型太阳能电池的后面形成p-n结，有时称为后面结太阳能电池。可以按照2001年7月17日授权的美国专利号6,262,359的描述形成后面结太阳能电池，其全部内容作为参考被引入本说明书中。美国专利号6,262,359描述了一种n-型基底，其包括位于太阳能电池前面上的充当前面场的重度掺杂n+层，以及通过使用铝形成的位于太阳能电池后面上的p+层。但是，由于磷扩散引起的包覆，太阳能电池中的n+层无法如传统p-型太阳能电池一样通过POCl3扩散形成。其他的替代方式，如丝网印刷磷掺杂剂或使用有限源扩散也都存在着各自缺点。例如，丝网印刷磷时，在n+层的顶部会形成磷硅酸盐玻璃，磷硅酸盐玻璃需要在随后的步骤中移除。此外，丝网印刷方法使得钝化太阳能电池的其他方法难以进行。例如，丝网印刷掺杂剂会导致重度掺杂扩散层的高表面浓度，使得层对表面钝化层不敏感。有限源扩散工艺导致可观的间接成本和大面积晶片的表面电阻不一致。此外，所有已知的在后面结太阳能电池中形成n+层的方法都会形成一致的前面场，使用一致的前面场可阻止太阳能电池达到其效率潜能。
本申请的发明人发现了一种新型后面结太阳能电池的制造方法，可以解决上面描述的问题。特别的，本说明书中描述了具有选择前面场的后面结太阳能电池。后面结太阳能电池的制造方法可以包括，使用离子注入掺杂选择前面场的一个或多个场和选择区。特别的，场区的掺杂度高于选择区的掺杂度。因此，场区具有较浅的结深和较低的电荷载体再结合率，而选择区具有较深的结深和较低的表面电阻以改善接触。场区和选择区的n+层的表面电阻可以更加精确地控制。选择前面场改善了太阳能电池在较长波长时的光谱响应，可以提高生成电流。选择前面场在一次高温退火循环中形成，在高温退火循环期间，可以引入氧气以同时在选择前面场上形成钝化氧化层。选择前面场的较轻掺杂的场区可形成更好的表面钝化，有助于增加太阳能电池的电压输出，获得的太阳能电池在大面积基底上的效率超过18%。
图1所示为本发明太阳能电池5的一个实施方式的示意图。太阳能电池5可以由半导体基底形成，基底可以由硅(Si)、锗(Ge)、硅-锗(SiGe)、其他半导体材料或其组合组成。采用单晶基底时，半导体基底可以由熔体通过浮动区法(FZ)或柴氏法(Cz)形成，形成的单晶晶锭随后被切割成晶片，以形成基底。对于由硅、锗或硅-锗组成的基底，晶面的晶向可以为(100)或(110)。或者，基底可以为多晶基底，多晶基底比单晶基底便宜。但是，采用多晶基底时，电荷载体容易在晶粒边界再结合，需要钝化以避免效率损失。
在各项异性蚀刻工艺中，通过氢氧化钾(KOH)和异丙酮(IPA)溶液处理，基底的前面和后面可以形成锥体结构。通过减少因前面反射而损失的光，锥体结构的存在可以增加进入太阳能电池5的光。在形成后面触点时，后面上的锥体结构可以被破坏。
根据图1所示的实施方式，基底可以用n-型电导率的杂质掺杂，以形成n-型基极层10。如果基底是由硅(Si)、锗(Ge)或硅-锗(Si-Ge)组成，n-型基极层10可以用磷(P)、锑(Sb)、砷(As)或其他第V族元素掺杂，以具有n-型导电率。在n-型基极层10的前面，可以通过离子注入形成包括重度掺杂选择区15和轻度掺杂场区20的选择前面场层。重度掺杂区15和轻度掺杂区20可以用具有与n-型基极层10相同的n-型电导率的杂质掺杂，在本发明的一些实施方式中，可以使用与n-型基极层10相同类型的掺杂剂原子。
在选择前面场层的掺杂区15、20的前面和n-型基极层10的后面，晶体结构不连续，裸露的表面上存在悬挂键。悬挂键形成再结合中心，湮灭电荷载体，因此降低太阳能电池的效率。为了防止发生此情形，在本发明的一些实施方式中，在选择前面场层的掺杂区15,20的前面和n-型基极层10的后面都可以形成氧化层40,41。如此，可以在整个裸露的晶片表面(包括晶片厚度方向的薄边)形成钝化氧化层。
氧化层40,41可以与选择前面场层的掺杂区15,20的前面、n-型基极层10的后面接触，以从化学上满足界面原子的结合需求，使其不湮灭电荷载体。氧化层40,41可以包括硅基底的绝缘物质，如二氧化硅(SiO2)或其他类型半导体的氧化物，取决于基底的组成。氧化层40,41的厚度为5至150纳米，如20纳米。通过钝化基底表面上的悬挂硅键，氧化层40,41可以降低表面再结合的速度，减小反向饱和电流密度(Joe)的前面场分量，提高太阳能电池5的总体效率。此外，在本发明的一些实施方式中，当覆盖氮化硅层时，n-型基极层10的后面上形成的氧化层41可以生成优质的绝缘钝化后面。
选择前面场层的掺杂区15,20的前面的氧化层40上可以形成减反射层45，以减小入射光的反射和太阳能的损失。减反射层45的折射率大于氧化层40的折射率，使得太阳能电池的入射光折射进入减反射层45，经氧化层40进入基底并在基底中转变成自由电荷载体。例如，采用波长为632.8nm的入射激光测量时，减反射层45的折射率为1.4至2.4。减反射层45可以由氮化硅(SiNx)、氧化铝(A12O3)、氧化钛(TiO2)、氟化镁(Mg2F)、氧化锌(ZnO)、硫化锌(ZnS2)，或其组合组成。在本发明的一些实施方式中，减反射层45包括非晶氮化物，如非晶氮化硅(a-SiNx)。减反射层45的厚度为10至100纳米。
前面触点30和前面连接可以由导电材料形成，如银(Ag)。通常，对于硅基底和其他基底，银可以用于接触n-型掺杂基底的表面，如选择前面场层的掺杂区15,20。金属和半导体的直接接触导致电子和空穴的再结合率增加，显著降低太阳能电池的效率。为了降低此效应并限制覆盖在基底表面上的金属比例，前面触点30和前面连接可以设置成点触点或线触点(有时称为局部触点)。点触点或线触点的间距和设置可以参照于2009年1月29日公布的美国专利申请公布号2009/0025786，其全部内容被引入本说明书中作为参考。
前面触点30和前面连接可以通过在减反射层45的前面丝网印刷银形成。前面连接可以包括可焊接垫片或母线，以方便与太阳能电池5的前面电连接。根据本发明的一些实施方式，前面连接的图案与下面将描述的后面连接的图案对齐。
此外，对于前面触点30和前面连接，可以选择银，因为银具有良好的导电性以限制可导致太阳能电池效率降低的遮蔽效应。为此，可以选择各种商业用银浆料，如贺利氏SOL953(Heraeus SOL953)。但是，银不透明，因此最好将前面触点30和前面连接的尺寸限制为有限区域的点触点或线触点。为了减小前面触点30和下层选择前面场层之间的接触电阻，前面触点30与选择前面场层的重度掺杂区15对齐。在本发明的一些实施方式中，前面触点30的宽度小于重度掺杂区15的宽度，以保证前面触点30完全位于重度掺杂区15中。根据本发明的一些实施方式，在形成前面触点30和前面连接之前，可以将氧化层40和减反射层45设置于选择前面场层的掺杂区15，20的前面。此时，前面触点30和前面连接可以穿透氧化层40和减反射层45，以与下层的选择前面场层的区域接触。除了金属外，前面触点30和前面连接还可以含有玻璃粉，以便于烧透氧化层40和减反射层45并与选择前面场层接触。
后面触点35可以通过在n-型基极层10的后面丝网印刷浆料形成，用于形成后面触点35的浆料可以是铝浆料，如Monocrystal Analog12D。在本发明的一些实施方式中，后面触点35可以覆盖几乎整个n-型基极层10的后面。或者，后面触点35可以仅仅覆盖n-型基极层10的部分后面。根据本发明的一些实施方式，在形成后面触点35之前，在n-型基极层10的后面设置氧化层41。此时，后面触点35穿透氧化层41，以与n-型基极层10接触。在形成后面触点35的过程中，氧化层41被浆料中的玻璃粉消耗。
因为烘烤后面触点35，铝掺杂p+硅发射层50可以通过液相外延再生在n-型基极层10与后面触点35的界面形成。此时，后面触点35可以与铝掺杂p+硅层50电连接。后面触点35可以由铝-硅共晶成分组成。因为铝可以充当形成铝掺杂p+硅发射层50和后面触点35的掺杂剂，所以后面触点35可以充当铝掺杂p+硅发射层50的自对齐触点。基于相同的原因，此方法可以减小后面触点35使p-n结25分流的可能性，即后面触点35的铝是形成p-n结25的p-型掺杂剂源。
此外，因为p-n结25的位置靠近太阳能电池5的后面，所以考虑分流时实际无需关心选择前面场层的深度。
后面触点35也可以充当太阳能电池5的反射后面层。具有反射后面层可提供反射面，使得到达后面的入射光返回基底并在基底中生成自由电荷载体。后面触点35的厚度为10至50微米，具有足够的反射率。
n-型基极层10与靠近太阳能电池5的后面的铝掺杂p+硅发射层50的界面可以形成p-n结25，因为电导率相反，n-型基极层10和铝掺杂p+硅发射层50形成穿过p-n结25的电场，其可分离因吸收光子而形成的电子和空穴，并使得电子和空穴沿着相反的方向分别向前面触点30和后面触点35移动。
在本发明的一些实施方式中，后面触点35上可以形成后面连接，如焊接垫片或母线，以方便与太阳能电池5的后面电连接。后面连接可以通过在后面触点35的后面施加银焊接垫片，如LF33750聚合物银，形成在后面触点35上。或者，也可以使用可以直接结合铝后面触点35的无焊接连接方法，如日立化学导电膜。再或者，丝网印刷剥脱(lift-off)浆料，如Heraeus剥脱浆料。或者，通过等离子喷涂工艺在后面铝表面沉积可焊接金属垫片，如莱茵豪森等离子(Reinhausen Plasma)提供的可焊接金属垫片。
图2a和2b所示为，根据本发明的一个实施方式，在一次退火循环中形成具有选择前面场和优质原位钝化层的后面结太阳能电池的制造方法的流程图，图2a和图2b揭示了本发明后面结太阳能电池的制造方法。
请参照图2a和2b，在操作200，提供了一个基底，基底可以是以上结合图1描述的基底。通常，基底可以从供应商订购，具有特定的n-型电导率。根据本发明的一些实施方式，基底可以用n-型掺杂剂掺杂，以形成n-型基极层10，掺杂剂的浓度为1013至1021原子每立方厘米(原子/cm3)。基底的厚度为50至500μm，尽管通过使用厚度为50至200μm的基底相对于目前的标准基底可以节约半导体材料。基底的电阻率为1至150Ohm-cm，最好是10至100Ohm-cm，可以使用单晶或多晶基底、或者带状基底、薄膜基底或其他类型的基底。
在操作200，可以清洁基底以便于处理。例如，可以通过将基底沉浸在浓度约为1-10%的氢氧化钾(KOH)中进行清洁，以蚀刻掉基底表面的切割损伤。根据本发明的一些实施方式，蚀刻可以在约60至90摄氏度的温度下进行。
在操作205，基底可以进行纹理处理，如可以通过将基底沉浸在氢氧化钾和异丙酮(KOH-IPA)中异向蚀刻来进行纹理处理。根据本发明的一些实施方式，氢氧化钾的浓度约为1-10%，异丙酮的浓度约为2-20%，氢氧化钾-异丙酮的温度约为65至90摄氏度。氢氧化钾-异丙酮蚀刻基底的表面，形成具有定向晶面的锥体结构。形成的锥体结构有助于减小前面的反射率，以将光限制在基底中并在基底中被吸收转变成电能。
在操作210，掺杂剂原子被引入n-型基极层10的前面。根据本发明的一些实施方式，可以通过离子注入引入掺杂剂原子。掺杂剂原子具有n-型电导率，与n-型基极层10的电导率相同。在本发明的一些实施方式中，n-型掺杂剂可以是磷离子，如P31+。根据本发明的一些实施方式，选择区15和场区20的图案可以通过两次离子注入步骤实现。例如，可以通过第一离子注入步骤在n-型基极层10的前面上均匀形成选择前面场层，然后仅在选择区15进行第二离子注入步骤。或者，两个场的图案可以通过一次离子注入步骤获得，如进行一次离子注入步骤中，经过选择区15时，离子注入机的剂量较高或者束速较慢。
在进行二次离子注入步骤的实施方式中，第一离子注入可以在n-型基极层10的前面上均匀进行，剂量约为1.0x1015cm-2至3.0x1015cm-2，如1.7x1015，束加速度约为5至30千电子伏(keV)，最好是10keV。当一个或多个场区20被掺杂后，进行第二离子注入步骤，以掺杂一个或多个选择区15。选择区15的图案可以通过穿过遮罩，如石墨遮罩，离子注入获得。通过使用过饱和石墨遮罩，两次离子注入步骤中基底一直在离子注入机中，无需在两次离子注入步骤之间移除。石墨遮罩上设有宽50至500毫米、长度等于或大于基底宽度的开口，如156毫米。
第二离子注入步骤的剂量可以大于第一离子注入步骤的剂量，如使用的剂量为0.7xl015cm-2至7.0xl015cm-2，如1.7xl015cm-2。此外，第二离子注入步骤中，束加速度为5至30keV，最好是10keV。根据本发明的一些实施方式，在操作210的离子注入中，基底的一边(称为参考边)可以通过重力与遮罩的边对齐。在本发明的其他实施方式中，第二离子注入步骤中使用的剂量小于或等于第一离子注入步骤中使用的剂量，因为第一离子注入步骤已经轻度掺杂了选择区15。因此，在第二离子注入步骤中使用的用于为选择区15提供额外掺杂剂的任意剂量，都可以保证选择区15的掺杂度高于场区20的掺杂度。
在操作215，已离子注入的基底可以进行加热步骤，以形成选择前面场层。根据本发明的一些实施方式，基底可被引入炉中(如自动管状石英炉中)退火。石英管的内径约为290毫米，以收容156毫米伪正方形基底。退火操作215可立即实现以下几个目的：第一，退火操作215可以激活已注入的掺杂剂离子，即退火操作的热能在硅晶格中形成可供掺杂剂离子填充的空穴；第二，退火可驱使掺杂剂离子深入基底中，例如至理想的结深；第三，退火操作215可以修复因离子注入在基底10的晶格上造成的损伤；第四，退火操作215可用于在选择前面场层的掺杂区15,20的前面、n-型基极层10的后面形成钝化氧化层40，41。
根据本发明的一些实施方式，退火操作215起始于将1至100个基底加入温度为550至1100摄氏度的炉中。在本发明的一些实施方式中，在一次炉循环中，大量的基底(如800个基底)可以同时加入炉中。基底加入炉中后，在10至30分钟内将温度升至700至1100摄氏度，如900至950摄氏度。随后，保持温度10至30分钟，最好25分钟。在此期间，温度被维持，将氧(如氧气或者水蒸气)引入炉中。氧的引入持续10至30分钟，最好是10分钟，引入氧气的流速为100至5000标准立方厘米每分钟(sccm)。引入的氧会在选择前面场层的掺杂区15,20的前面、n-型基极层10的后面原位形成钝化氧化层40,41，因为采用离子注入未采用扩散，不会形成在形成氧化层前需要移除的玻璃层。最后，在30至120分钟内，将温度降至500至700摄氏度，基底随后从炉中移走。
根据本发明的一些实施方式，操作210中的离子注入剂量和能量、操作215中的炉况可能影响场区20和选择区15的表面电阻。例如，操作210和215可以生成具有场区20和选择区15的太阳能电池5，场区20的表面电阻为80至120欧姆每平方，选择区15的表面电阻为30至70欧姆每平方。
在操作220，可以在前面钝化氧化层40上形成减反射层45，减反射层45的折射率大于氧化层40的折射率但小于硅基底的折射率，使得更多的光进入减反射层45、穿过氧化层40进入基底并在基底中转变成自由电荷载体。减反射层45可以由氮化硅(SiNx)、氧化铝(A12O3)、氧化钛(TiO2)、氟化镁(Mg2F)、硫化锌(ZnS2)，或其组合组成。在本发明的一些实施方式中，减反射层45可以含有非晶氮化物，如非晶氮化硅(a-SiNx)。减反射层45可以通过等离子体增强化学气相沉积(PECVD)法形成，或者通过低压化学气相沉积(LPCVD)法形成、或者通过溅射法形成。PECVD法包括将基底加热至400至450摄氏度，此外，PECVD法可以包括使用硅烷和氨反应气。减反射层45的厚度为50至90纳米，折射率约为2.00。减反射层45的厚度和折射率取决于沉积时间、等离子功率、反应气的流速和沉积张力等因素。
在操作225，在减反射层45的前面施加太阳能电池5的前面触点30和前面连接的材料。根据本发明的一些实施方式，使用具有光学校准的半自动丝网印刷机丝网印刷前面触点30和前面连接。可以使用银浆料(如Heraeus SOL953)，施加前面触点30和前面连接。在本发明的一些实施方式中，银浆料可以是烧结银浆料，以在烘烤触点时促进渗入前面钝化氧化层40和减反射层45，银浆料特别适合用于在低磷掺杂的前面场形成触点。前面触点30和前面连接的结构、间距由印刷屏的触点图案决定。在本发明的一些实施方式中，前面触点30的宽为50至150微米，间距为1.5至2.5毫米。前面触点30和前面连接的浆料随后通过带式炉烘干。或者，如下面的操作230中所描述，前面触点30和前面连接可以与后面触点35同时烘干。
在本发明的一些实施方式中，印刷屏的图案，如网格状线、线条图案等，可以专门为上述方法形成的选择前面场层设计。例如，可以设计前面触点30的图案，使其对齐并在选择前面场层的选择区15内印刷。在本发明的一些实施方式中，前面触点30的宽度小于选择区15的宽度，以保证前面触点30完全位于选择区15内。选择区15的重度掺杂还可以增加下面的前面场的深度，通过改善对金属触点的载体的遮蔽能力来改善这些区域的触点。根据本发明的一些实施方式，前面触点30与选择前面场层的选择区15的对齐可以通过本领域技术人员已知的各种技术完成，包括：采用如操作210中描述的参考边或其他设置于太阳能电池5上以显示相对于需进行对齐的位置的基准标记的光学对齐、紧靠两个立柱的对接边对齐，通过相机对齐基底中央或边缘等。
在操作230，在n-型基极层10的后面施加后面触点35的材料。根据本发明的一些实施方式，可以在n-型基极层10的后面上的后面钝化氧化层41上丝网印刷后面触点35，可以采用铝浆料(如Monocrystal Analog12D)形成后面触点35。在本发明的一些实施方式中，铝浆料可以丝网印刷在n-型基极层10的几乎整个后面上，此时，后面触点35的铝浆料不能印刷在靠近晶片边缘约1mm宽的狭窄边界上。或者，后面触点35可以仅仅印刷在n-型基极层10的部分后面上。太阳能电池5可以在200至400摄氏度的空气环境的带式炉中放置30至60秒，以烘干印刷的浆料。
在操作235，施加有前面和后面触点30,35和前面连接的基底在带式炉(如在线带式炉)中加热或共烧。在共烧过程中，前面触点30和前面连接可以烧透前面钝化氧化层40和减反射层45，以与选择前面场层的掺杂区15,20形成物理连接。在本发明的一些实施方式中，前面触点30可以仅仅与选择前面场层的选择区15物理连接。为了便于烧透氧化层40和减反射层45，前面触点30和前面连接可以含有玻璃料，如玻璃粉等。用于形成前面触点30和前面连接的浆料中的玻璃粉，在接近500摄氏度的温度下熔化，使下层的氧化层40和减反射层45溶解。可以选择烘烤温度，使得前面触点浆料中的金属颗粒(如银)，无需迁移至前面场下面即可与选择前面场层形成欧姆接触。
在操作235的共烧过程中，后面触点35的铝可与n-型基极层10的硅合金化，例如当温度超过铝-硅的共晶温度(577摄氏度)时。在本发明的一些实施方式中，在合金化过程中炉温足够高，使得铝可以有效溶解硅。当共烧后基底冷却时，可通过液相外延再生在n-型基极层10上形成铝掺杂p+硅后面发射层50。在n-型基极层10和铝掺杂p+硅发射层50的界面形成p-n结25，以形成后面结太阳能电池5。剩余的铝后面触点35可以含有铝-硅共晶金属层。在本发明的一些实施方式中，靠近太阳能电池5的后面的部分后面触点35主要包括铝。后面触点35的材料可以与铝掺杂p+硅发射层50形成物理和电连接。在共烧过程中，后面触点35可以烧透后面钝化氧化层41，以与铝掺杂p+硅发射层50形成物理连接。因此，后面钝化氧化层41可以被后面触点35材料消耗，如被铝浆料中的玻璃粉消耗。温度曲线的特征在于：加热速度高，在20至150摄氏度每秒，以促进在n-型基极层10的经纹理处理的后面与发射层50的界面形成均匀的n-p+界面。
为了促进与太阳能电池5的后面可焊接连接，后面触点35的后面可以形成焊接垫片或母线。可以通过在后面触点35的后面施加银焊接垫片，如LF33750聚合物银，在后面触点35上形成后面连接。或者，也可以使用可以直接结合铝后面触点35的无焊接连接方法，如日立化学导电膜。再或者，可以丝网印刷剥脱浆料，如Heraeus剥脱浆料。或者，通过等离子喷涂工艺在后面铝的表面沉积可焊接金属垫片，如莱茵豪森等离子(Reinhausen Plasma)提供的可焊接金属垫片。
前面和后面连接也可以分别烧结、固化或焊接到前面和后面触点30,35，以与太阳能电池5对应的前面和后面一体连接并形成良好的电连接。可以通过焊线将连接与太阳能电池模块中相邻的太阳能电池连接，并最终与负荷连接，以在将太阳能电池曝露于光下时为负荷提供能量。
如上所述，根据本发明的一些实施方式，可以形成具有选择前面场的后面结太阳能电池。更具地说，可以在一次退火循环中形成具有选择前面场和优质原位钝化层的后面结太阳能电池。如说明书中描述，通过形成选择前面场、后面结和氧化层可以实现许多优点。例如，根据本发明的一些实施方式，可以在一次高温退火步骤中形成选择前面场层和优质钝化氧化层。此外，根据本发明的一些实施方式，通过本说明书中描述的工艺，可以解决磷硅酸盐玻璃移除和边际分离的问题。再者，根据本发明的一些实施方式，太阳能电池5可以包括n-型基极层，n-型基极层不受光引发退化的影响。根据本发明的一些实施方式，可以在一次退火步骤中形成具有选择前面场层和钝化氧化层的后面结太阳能电池，其在156毫米伪正方形基底上的效率大于18%，且具有廉价、优质的丝网印刷触点。此外，这些改进显著减小制造太阳能电池所需的时间、设备和成本，显著增加制造方法的生产能力。
本发明的一个方面涉及一种后面结太阳能电池，其具有与太阳能电池的发光面相对的发射层，太阳能电池包括：p-型发射层；位于p型发射层上的n-型基极层，以在p-型发射层和n-型基极层的界面形成p-n结；以及位于n-型基极层上的n+前面场层，其包括一个或多个第一掺杂区，以及一个或多个第二掺杂区，其中，第二掺杂区的掺杂度高于第一掺杂区的掺杂度，以形成选择前面场。
根据本发明太阳能电池的一个实施方式，太阳能电池通过单晶柴氏生长硅基底形成，其中，n-型基极层和n+前面场层的一个或多个第一和第二掺杂区用磷掺杂。
根据本发明太阳能电池的一个实施方式，p-型发射层包括铝，其中，p-型发射层通过液相外延再生形成。
根据本发明太阳能电池的一个实施方式，进一步包括，位于n+前面场层上的钝化氧化层。
根据本发明太阳能电池的一个实施方式，进一步包括，位于钝化氧化层上的减反射层，其中，减反射层包括非晶氮化硅层。
根据本发明太阳能电池的一个实施方式，进一步包括，在减反射层上形成的一个或多个丝网印刷触点，其中，一个或多个丝网印刷触点通过减反射层和钝化氧化层与n+前面场层的重度掺杂的一个或多个第二区电连接。
根据本发明太阳能电池的一个实施方式，n前面场层的一个或多个第一掺杂区和一个或多个第二掺杂区包括已注入的掺杂剂。
根据本发明太阳能电池的一个实施方式，进一步包括，通过铝浆料形成的自对齐丝网印刷铝触点，其中，发射层和铝触点都是通过铝浆料形成，且发射层位于铝触点上。
本发明的一个方面涉及一种后面结太阳能电池的制造方法，其包括：制造n-型基极层；制造p-型发射层，使得n-型基极层位于p-型发射层上，其中，制造p-型发射层进一步包括，在基极层的一个面上施加触点层，通过至少部分基极层使触点层合金化；以及掺杂一个或多个第一掺杂区和一个或多个第二掺杂区，以形成n+前面场层，使得n+前面场层位于n-型基极层上，其中，第二掺杂区的掺杂度高于第一掺杂区的掺杂度，以形成选择前面场。
根据本发明后面结太阳能电池制造方法的一个实施方式，进一步包括：在n+前面场层上形成钝化氧化层。
根据本发明后面结太阳能电池制造方法的一个实施方式，钝化氧化层和n+前面场层在一次退火循环中形成。
根据本发明后面结太阳能电池制造方法的一个实施方式，进一步包括：在钝化氧化层上沉积非晶氮化硅层，以形成减反射涂层。
根据本发明后面结太阳能电池制造方法的一个实施方式，进一步包括：在非晶氮化硅层上丝网印刷一个或多个前面触点，前面触点与n+前面场层的一个或多个重度掺杂的第二区对齐。
根据本发明后面结太阳能电池制造方法的一个实施方式，进一步包括：烘烤一个或多个前面触点，使得一个或多个前面触点通过非晶氮化硅层和钝化氧化层与n+前面场层电连接。
根据本发明后面结太阳能电池制造方法的一个实施方式，制造p-型发射层进一步包括，在p-型发射层的表面形成触点，使得p-型发射层位于触点上，其中，p-型发射层包括通过液相外延再生形成的p+发射层，触点与p+发射层电连接。
根据本发明后面结太阳能电池制造方法的一个实施方式，一个或多个第一和第二掺杂区通过离子注入引入掺杂剂形成。
根据本发明后面结太阳能电池制造方法的一个实施方式，将掺杂剂引入一个或多个第一掺杂区包括，将掺杂剂均匀引入一个或多个第一和第二掺杂区，其中，将掺杂剂引入一个或多个第二掺杂区包括将额外掺杂剂通过遮罩引入一个或多个第二掺杂区。
根据本发明后面结太阳能电池制造方法的一个实施方式，将掺杂剂引入一个或多个第一和第二掺杂区发生在一个离子注入步骤中。
根据本发明后面结太阳能电池制造方法的一个实施方式，n-型基极层掺杂磷，且将掺杂剂引入一个或多个第一和第二掺杂区包括引入磷掺杂剂。
本发明的一个方面涉及一种后面结太阳能电池，其包括：一个第一n-型区、一个第二n-型区、一个第三n-型区，其中，第二和第三n-型区位于第一n-型区上，以及一个p-型发射层，p-型发射层形成在n-型区与第二和第三n-型区相对的表面上，其中，p-型发射层和第一n-型区的界面定义p-n结。
根据本说明书的描述和附图的教导，本领域的技术人员还可以想到对本说明书中给出的实施方式进行修改和变更。因此，可以理解的是，本发明的实施方式并不局限于本说明书中描述的具体实施方式，本说明书给出的实施方式的变更和其他实施方式也应当落入本申请的权利要求的保护范围。此外，虽然以上的描述和附图结合元件和/或功能组合示例性地描述了本发明的一些实施方式，但是，可以理解的是，只要不偏离权利要求的保护范围，本发明的替代实施方式也可以提供元件和/或功能的不同组合。此时，不同的步骤、元件和/或材料的组合，也可以作为权利要求的补充实施方式。因此，说明书和附图仅仅是示例性的，并非限制性的。尽管说明书中使用了具体的术语，这些术语仅仅是为了一般性的描述，并不对本发明构成任何限制。

Claims (20)

1.一种具有与太阳能电池的发光面相对的发射层的后面结太阳能电池，其包括：
p-型发射层；
位于p-型发射层上的n-型基极层，p-型发射层和n-型基极层的界面定义p-n结；以及
位于n-型基极层上的n-型前面场层，n-型前面场层包括：
一个或多个第一掺杂区；以及
一个或多个第二掺杂区，其中，第二掺杂区的掺杂度高于第一掺杂区的掺杂度，以形成选择前面场层。
2.根据权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于：太阳能电池通过单晶柴氏生长硅基底形成，n-型基极层和n-型前面场层的一个或多个第一和第二掺杂区用磷掺杂。
3.根据权利要求1或2所述的太阳能电池，其特征在于：p-型发射层包含铝，p-型发射层通过液相外延再生形成。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的太阳能电池，进一步包括，位于n-型前面场层上的钝化氧化层。
5.根据权利要求4所述的太阳能电池，进一步包括，位于钝化氧化层上的减反射层，减反射层包括非晶氮化硅层。
6.根据权利要求5所述的太阳能电池，进一步包括，在减反射层上形成的一个或多个丝网印刷触点，其中，一个或多个丝网印刷触点通过减反射层和钝化氧化层与n-型前面场层重度掺杂的一个或多个第二区电连接。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的太阳能电池，其特征在于：n-型前面场层的一个或多个第一掺杂区和一个或多个第二掺杂区包含已注入的掺杂剂。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的太阳能电池，进一步包括，由铝浆料形成的自对齐丝网印刷铝触点，其中，发射层和铝触点都由铝浆料形成，且发射层位于铝触点上。
9.一种制造后面结太阳能电池的方法，其包括：
制造n-型基极层；
制造p-型发射层，n-型基极层位于p-型发射层上，其中，制造p-型发射层进一步包括：
在基极层的一面施加触点层，并使触点层和至少部分基极层合金化；以及
掺杂一个或多个第一掺杂区和一个或多个第二掺杂区，以形成n-型前面场层，使得n-型前面场层位于n-型基极层上，其中，第二掺杂区的掺杂度高于第一掺杂区的掺杂度，以形成选择前面场。
10.根据权利要求9所述的方法，进一步包括，在n-型前面场层上形成钝化氧化层。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于：钝化氧化层和n-型前面场层在一次退火循环中形成。
12.根据权利要求10或11所述的方法，进一步包括，在钝化氧化层上沉积非晶氮化硅层，以形成减反射涂层。
13.根据权利要求12所述的方法，进一步包括：在非晶氮化硅层上丝网印刷一个或多个前面触点，前面触点与重度掺杂的n-型前面场层的一个或多个第二区对齐。
14.根据权利要求13所述的方法，进一步包括：烘烤一个或多个前面触点，以通过非晶氮化硅层和钝化氧化层电连接一个或多个前面触点和n-型前面场层。
15.根据权利要求9至14中任一项所述的方法，其特征在于：制造p-型发射层进一步包括：
在p-型发射层的表面形成触点，p-型发射层位于触点上；以及
p-型发射层包括通过液相外延再生形成的p-型发射层，其中，触点与p-型发射层电连接。
16.根据权利要求9至15中任一项所述的方法，其特征在于：一个或多个第一和第二掺杂区通过离子注入引入掺杂剂形成。
17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于：将掺杂剂引入一个或多个第一掺杂区包括，将掺杂剂均匀引入一个或多个第一和第二掺杂区，其中，将掺杂剂引入一个或多个第二掺杂区包括将额外的掺杂剂通过遮罩引入一个或多个第二掺杂区。
18.根据权利要求16所述的方法，其特征在于：将掺杂剂引入一个或多个第一和第二掺杂区发生在一次离子注入步骤中。
19.根据权利要求16至18中任一项所述的方法，其特征在于：n-型基极层用磷掺杂，将掺杂剂引入一个或多个第一和第二掺杂区包括引入磷掺杂剂。
20.一种后面结太阳能电池，其包括：
第一n-型区；
第二n-型区；
第三n-型区，其中，第二和第三n-型区位于第一n-型区上；以及
在第一n-型区与第二和第三n-型区相对的面上形成的p-型发射层，其中，p-型发射层和第一n-型区的界面定义p-n结。
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