CN103238220A - 具有原位表面钝化的离子注入选择发射极太阳能电池 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种太阳能电池及其制造方法。根据本发明的一个实施方式，太阳能电池的制造方法包括：提供一个p-型掺杂硅基底，以及通过离子注入将n-型掺杂剂引入基底的前面的第一区和第二区，第二区的掺杂度高于第一区的掺杂度。基底进行一次高温退火循环，以激活掺杂剂、驱动掺杂剂进入基底、生成p-n结，以及形成选择发射极。在一次退火循环中可以引入氧，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和与触点连接的金属化。本发明还公开了一种太阳能电池。

Description

具有原位表面钝化的离子注入选择发射极太阳能电池
技术领域
本发明涉及一种通过离子注入形成选择发射极和原位表面钝化的太阳能电池，及其制造方法。
背景技术
在基本设计中，太阳能电池由半导体基底制成，半导体基底吸收光子的能量并通过光电效应产生电流。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被称为电荷载体。
基底通常用p-型和n-型杂质掺杂，以在太阳能电池内形成电场，称为p-n结。为了利用自由电荷载体发电，在被p-n结处的电场分离之前，电子和空穴不能结合。未结合的电荷载体可以用来为负荷提供电能。
常用的太阳能电池的制造方法包括，提供一个基底，基底经掺杂具有p-型电导率。基底的前面引入n-型掺杂剂，以在p-型基极层的顶部形成n-型发射层。在发射层的前面和基极层的后面形成触点，以形成电连接。自由光子被前面触点收集，空穴被后面触点收集。
因为前面触点阻挡了一部分入射光，所以最好不要用触点材料覆盖太多的发射层的前面。常用的方法包括，形成接触点、接触线或接触栅格。一些廉价的形成触点的方法(如丝网印刷)需要重度掺杂发射层，以减小前面触点与下层发射层之间的接触电阻。但是，采用重度掺杂会导致发射层中和发射层表面的电荷载体结合增加，降低太阳能电池的效率。
为了克服上述缺陷，采用了各种技术形成前面触点下层重度掺杂、前面触点之间的裸露区域轻度掺杂的发射层，称为选择发射极。但是，现有的用于制造具有选择发射极的太阳能电池的方法效率低，制成的太阳能电池的效率不理想。
因此，确有必要提供一种选择发射极太阳能电池的制造方法，以克服现有技术中的缺陷和不足。
发明内容
本发明提供了在一种一次退火循环中形成具有离子注入选择发射极和优质原位钝化层的太阳能电池及其制造方法，本发明的实施方式克服了现有技术中存在的一个或多个缺陷，本发明的实施方式可以减少制造太阳能电池所需的时间和成本。
根据本发明的一个实施方式，太阳能电池包括一个具有p-型基极层的硅基底，通过离子注入在p-型基极层上形成n-型发射层。发射层为选择发射层，包括一个或多个第一掺杂区和一个或多个第二掺杂区，一个或多个第二掺杂区的掺杂度高于一个或多个第一掺杂区的掺杂度。太阳能电池还包括一个位于p-型基极层和发射层界面的p-n结，发射层的前面形成钝化氧化层，p-n结和钝化氧化层在一次退火循环中形成。
根据本发明的另一个实施方式，太阳能电池包括一个具有硼掺杂p-型基极层的单晶硅基底。太阳能电池包括通过两次离子注入步骤在基极层的前面上形成的磷掺杂发射层，发射层为选择发射层，包括在第一次离子注入步骤中形成的第一掺杂区和在第二次离子注入步骤中形成的第二掺杂区。通过在第二次离子注入步骤中使用高剂量掺杂剂或附加掺杂剂，第二掺杂区的掺杂度高于第一次掺杂区的掺杂度。当基底进行一次退火循环时，基极层的前面与发射层的后面的界面形成p-n结。发射层的前面形成有前面钝化氧化层，如绝缘的二氧化硅钝化层。基极层的后面形成有后面钝化氧化层，如绝缘的二氧化硅钝化层。如前所述，前面钝化氧化层、后面钝化氧化层、p-n结在一次退火循环中形成。前面钝化氧化层的前面形成有减反射层，如氮化硅、氧化铝、氧化钛、氟化镁、硫化锌或其组合。减反射层上丝网印刷一个或多个银前面触点，基极层的后面丝网印刷一个或多个铝后面触点。通过液相外延再生，在基极层的后面和一个或多个后面触点的界面形成铝掺杂p+硅层。一个或多个前面触点与发射层的重度掺杂的第二掺杂区对齐，以减小接触电阻。
根据本发明的一个实施方式，提供了一种在一次退火循环中形成具有离子注入选择发射极和优质原位钝化层的太阳能电池的制造方法，其包括，提供一个具有硼掺杂p-型基极层的硅基底。磷掺杂剂均匀地引入基极层的前面，以在第一注入步骤中通过离子注入轻度掺杂基极层的前面的第一区和第二区。在第二注入步骤中，采用离子注入通过遮罩在基极层的前面的第二区引入附加掺杂剂。因此，第二区的掺杂度高于第一区的掺杂度。基底在炉中进行一次高温退火循环，以修复注入损伤、激活第一区和第二区的磷掺杂剂、以及驱使第一区和第二区的磷掺杂剂至理想的结深。因为第一区和第二区的掺杂量不同，所以基极层的前面形成选择发射层。在一次退火循环中，炉中也引入氧，以有助于在选择发射层的前面和基极层的后面形成钝化氧化层。由于采用离子注入无需在形成氧化层之前移除磷硅酸玻璃，钝化氧化层(如绝缘的二氧化硅钝化层)可以原位形成。
太阳能电池的制造方法还包括，在前面钝化氧化层的前面沉积非晶氮化硅层，以通过非晶氮化硅层和前面钝化氧化层的结合形成减反射层。非晶氮化硅层上丝网印刷一个或多个银前面触点，银触点与基极层的前面的重掺杂离子注入第二区对齐。非晶氮化硅层上还丝网印刷有一个或多个银前面连接，如可焊接垫片或母线。基极层的后面上丝网印刷一个或多个银-铝连接，如可焊接垫片或母线。基极层的后面上丝网印刷有铝后面触点。前面和后面触点、前面和后面连接在带式炉中共烧，使得前面和后面触点、前面和后面连接烧透减反射层和/或钝化氧化层。一个或多个前面触点通过非晶氮化硅层和前面钝化氧化层与选择发射层电连接。在前面和后面触点的共烧过程中，通过液相外延再生，在基极层的后面与后面触点的界面上形成铝掺杂p+硅层。
根据本发明的另一个实施方式，提供了一种太阳能电池的制造方法，太阳能电池具有在一次退火循环中形成的离子注入选择发射极和优质原位钝化层。太阳能电池的制造方法包括，提供一个包括p-型基极层的基底，通过离子注入，至少将掺杂剂引入p-型基极层的前面的第一区。通过离子注入，至少将掺杂剂引入p-型基极层的前面的第二区。第二区的掺杂度高于第一区的掺杂度，引入第一区和第二区的掺杂剂具有n-型电导率。基底进行退火处理，在退火处理中，基底在炉中加热至一个温度，以修复注入损伤、激活第一区和第二区的掺杂剂、驱使第一区和第二区的掺杂剂深入基底，以在p-型基极层的前面上形成选择发射层。在退火步骤中，炉中引入氧，至少在选择发射层的前面上形成钝化氧化层。
根据本发明的另一个实施方式，提供了一种根据上述方法制得的太阳能电池，其包括在一次退火循环中形成的离子注入选择发射极和优质原位钝化层。
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所示为本发明太阳能电池的一个实施方式的剖视示意图。
图2a和2b所示为本发明太阳能电池的制造方法的一个实施方式的流程示意图。
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。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，相同的附图标记始终表示相同的元件。
选择发射极结构有助于弥合实验室中制造的高效但昂贵的硅太阳能电池和工业上制造的廉价但低效的太阳能电池之间的差距。大多数工业硅太阳能电池使用廉价、丝网印刷的金属触点，要求重度掺杂发射层，以将接触电阻降至可以接受的水平，如小于5mΩ-cm2。但是，对于具有重度掺杂的均匀发射极的太阳能电池，在发射极和发射极表面，电荷载体的结合增加，导致太阳能电池效率的损失。通过使用选择发射极可以减小电荷载体的结合，选择发射极的特征为：触点下的重度掺杂和触点之间的轻度掺杂。
本申请的发明人发现，加入优质钝化氧化层可以显著改善选择发射极太阳能电池的性能。但是，在制造过程中，将优质钝化氧化层加入选择发射极太阳能电池需要额外的时间、能量和成本。例如，在已有的使用液态掺杂剂源(如三氯氧化磷，POCl3)的太阳能电池的制造过程中，在掺杂剂的扩散过程中，基底的表面形成磷硅酸玻璃(PSG)层。在形成钝化氧化层之前，需要从基底的表面移除磷硅酸玻璃，如沉浸在稀氢氟酸中。因此，如果通过掺杂剂扩散制造的选择发射极结构中包括钝化氧化层，移除磷硅酸玻璃后，钝化氧化层通常会在第二高温(如800至1000摄氏度)步骤中生长。此外，液态掺杂剂方法需要两个独立的扩散，包括用于沉积保护性的氮化硅层和绝缘蚀刻浆料以形成选择发射区的扩散之间的额外步骤，额外的步骤增加了制造太阳能电池的时间和成本。
此外，通过液态掺杂剂扩散形成的具有钝化氧化层的选择发射极太阳能电池，还具有其他本发明可以避免的缺陷。液态掺杂剂扩散不可避免地导致在硅晶片的前面和后面形成n+掺杂层。因此，在具有通过液态掺杂剂扩散形成的具有发射极的太阳能电池的制造过程中，需要进行结边际分离步骤，以断开前面和后面沿着电池边缘的电分流路径。通常，边际分离可以通过激光法、等离子法或化学法形成凹槽实现。在边际分离时形成的凹槽，会使太阳能电池的有效面积减小约1%，使太阳能电池的效率降低约0.2%。此外，液态掺杂剂扩散中，在晶片两侧形成的n+掺杂层会阻止后期的后面钝化的展开。
通过离子注入形成的选择发射极，可以实现掺杂剂更均匀地混合，不会形成磷硅酸玻璃，无需边际分离。对太阳能电池进行额外的高温退火以形成氧化层，不仅导致制造方法效率不高，而且还可能驱使离子注入的掺杂剂进一步进入基底，影响掺杂剂的理想分布。
为了解决上述问题，本申请的发明人发现了一种具有选择发射极和优质钝化氧化层的太阳能电池的制造方法，制造方法包括：使用离子注入掺杂场区和选择选择区，在激活和驱使已注入掺杂剂的退火处理中将氧引入炉中。如此，在一次高温退火步骤中，可以形成理想的选择发射极和优质钝化氧化层。因此，仅仅采用流线和工业水平工艺，即可生产高容量、模块化的太阳能电池。生产的太阳能电池的平均效率为18.5%to19%，156毫米伪正方形基底的潜在效率约为20%。
图1所示为本发明太阳能电池5一个实施方式的示意图。太阳能电池5可以由半导体基底制成，基底可以由硅(Si)、锗(Ge)、硅-锗(SiGe)、其他半导体材料或其组合制成。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制成晶片，晶片抛光后形成基底。对于由硅、锗或硅-锗制成的基底，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，电荷载体易在晶粒的边界结合，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，后面上的锥体结构会被破坏。
根据图1所示的实施方式，基底可以掺杂第一导电型的杂质，如p-型杂质，以形成p-型基极层。如果基底是由硅(Si)、锗(Ge)或硅-锗(Si-Ge)制成，p-型基极层10可以用硼(B)、镓(Ga)、铟(In)、铝(Al)或者其他第III族元素掺杂。或者，基底可以用磷(P)、锑(Sb)、砷(As)或其他第V族元素掺杂，以具有n-型导电率并形成n-型基极层。在p-型基极层10的前面，可以通过离子注入形成包括重掺杂区15和轻掺杂区20的选择发射层。重掺杂区15和轻掺杂区20可以用与第一导电型相反的第二导电型的杂质掺杂，如n-型杂质。P-型基极层10和掺杂区15、20的界面可以形成p-n结，由于导电型相反，p-型基极层10和掺杂区15、20形成穿过p-n结25的电场，电场可分离吸收光子形成的电子和空穴，并使电子和空穴沿着相反的方向分别向前面和后面触点30，35移动。
在选择发射层的掺杂区15、20的前面和p-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。悬挂键形成结合中心，湮灭电荷载体，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，在选择发射层的掺杂区15,20的前面和p-型基极层10的后面都形成氧化层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可以与选择发射极的掺杂区15,20的前面、p-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)，或者其他半导体的氧化物，取决于基底的构成。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可以降低表面结合的速度，减小反向饱和电流密度(Joe)的发射极分量，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，p-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。
选择发射层的掺杂区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1.9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)，或其组合构成。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。
前面和后面触点30,35、前面和后面连接可以由导电材料形成，如银(Ag)、铝(Al)，或银和铝的组合。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，如选择发射层的掺杂区15,20。铝、银、或含有铝添加剂的银，可以用于接触p-型掺杂的基底的表面，如p-型基极层的表面。金属和半导体的直接接触导致电子和空穴结合率增加，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，前面和后面触点30,35、前面和后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参照2009年1月29日公布的美国专利申请公布US2009/0025786，其全部内容被引入本说明书中作为参考。
前面和后面触点30,35、前面和后面连接可以通过在减反射层45的前面丝网印刷银、在p-型基极层10或后面钝化氧化层41的后面丝网印刷铝、银或含有铝添加剂的银形成。前面和后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的前面和后面电连接。根据本发明的一些实施方式，前面连接的图案与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，因为银有良好的导电性且可限制遮蔽效应导致的太阳能电池效率降低。为此，可以选择各种商业化银浆料，如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和下层选择发射层之间的接触电阻，前面触点30与选择发射层的重掺杂区15对齐。在本发明的一些实施方式中，前面触点30的宽度小于重掺杂区15的宽度，以保证前面触点30完全位于重掺杂区15内。选择区域的重掺杂可以增加下层p-n结25的深度，防止用于形成前面触点30的金属浆料成分烧透p-n结25。根据本发明的一些实施方式，可以在形成前面触点30和前面连接之前，将氧化层40和减反射层45设置于选择发射层的掺杂区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，以与选择发射层的下层区域接触。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并与选择发射层接触。
后面触点35和后面连接可以通过在p-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的浆料包括铝浆料，如MonocrystalAnalog12D。此外，用于形成后面连接的浆料可以包括铝-银浆料，如Monocrystal PPAS-7-1。根据本发明的一些实施方式，在施加后面触点35之前，在p-型基极层10的后面施加后面连接。印刷的后面触点35与后面连接的边缘重叠，并留下一部分后面连接裸露。在本发明的一些实施方式中，后面触点35和后面连接几乎覆盖整个p-型基极层10的后面。或者，后面触点35和后面连接仅仅覆盖一部分p-型基极层10的后面。根据本发明的一些实施方式，在形成后面触点35和后面连接之前，在p-型基极层10的后面形成氧化层41。此时，后面触点35和后面连接穿透氧化层41，以与p-型基极层10的后面接触。在形成后面触点35和后面连接的过程中，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+硅层50可以通过液相外延再生在p-型基极层10的后面与后面触点35的界面形成。此时，后面触点35可以与铝掺杂p+硅层50的后面电连接。后面触点35可以由铝-硅的共晶成分构成，后面触点35也可以充当太阳能电池5的反射后面层。反射后面层可以提供反射面，使得到达后面的入射光返回基底并生成自由电荷载体。后面触点35的厚度为10至40微米，且具有足够的反射率。
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离子注入选择发射极和优质原位钝化层的太阳能电池的制造方法的流程图，图2a和图2b揭示了本发明太阳能电池的制造方法。
请参照图2a和图2b，在操作200，提供了一个基底，基底可以为以上结合图1描述的基底。通常，基底可以从供应商订购，具有特定的p-型或n-型电导率。根据本发明的一些实施方式，基底可以用p-型掺杂剂掺杂，以形成p-型基极层10，掺杂剂的浓度为1015至1017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100Ohm-cm，最好是1至3Ohm-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为1-10%的氢氧化剂(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。锥体结构有助于减小前面的反射率，以将光限制在基底中被吸收并转变成电能。
在操作210，掺杂剂，如掺杂剂原子或离子，被引入基极层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。掺杂剂的导电型可以与基极层10的导电型相反，因此，如果基极层10具有p-型电导率，则操作210中引入的掺杂剂具有n-型电导率。相反，如果基极层10具有n-型电导率，则掺杂剂具有p-型电导率。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p-型基极层10的前面上均匀形成选择发射层，随后仅在选择区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，例如进行一次离子注入步骤时，离子注入机剂量高或者经过选择区15时束速较慢。
在采用两次离子注入步骤的实施方式中，第一离子注入可以在p-型基极层10的前面上均匀进行，剂量约为1.0x1015cm-2至1.0x1016cm-2，束加速度约为5至30千电子伏(keV)。当场区20被掺杂后，进行第二离子注入步骤以掺杂选择区15。选择区15的图案可以通过穿过遮罩离子注入获得，如石墨遮罩。通过使用过饱和石墨遮罩，两次离子注入步骤中基底一直加载在离子注入机中，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1xl016cm-2。此外，第二离子注入步骤中，束加速为5至30keV。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。此外，可以在参考边上设置基准，如通过激光工具设置基准，基准可以在涉及到对齐的下游工艺步骤中被参考。在本发明的替代实施方式中，第二离子注入步骤中使用的剂量可以小于或等于第一离子注入步骤中的剂量，因为第一离子注入步骤已轻度掺杂选择区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p-n结25和选择发射极。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，退火操作215可驱使掺杂剂离子深入基底中，如至理想的结深，以形成p-n结25；第三，退火操作215可以修复因离子注入在基底的晶格上造成的损伤；第四，退火操作215可用于在选择发射层的掺杂区15,20的前面、p-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400个基底加入温度为550至800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(400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825摄氏度，保持温度10至30分钟。随后，在10至30分钟内使温度升至825至1050摄氏度，并保持温度10至30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，将氧以100至5000标准立方厘米每分钟(sccm)的流量引入。引入的氧会在选择发射层的掺杂区15,20的前面、p-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600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80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)，或其组合构成。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300至500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60至70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参数。
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)，形成前面触点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，以在烘烤触点时便于渗入前面钝化氧化层40和减反射层45，银浆料适合用于在低磷掺杂的发射极形成触点。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和后面连接同时烘干。
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发射层设计。例如，可以设计前面触点30的图案，使其对齐并在选择发射层的选择区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的重掺杂还可以增加下层p-n结25的结深，防止用于形成前面触点30的金属浆料中的成分烧透p-n结25。根据本发明的一些实施方式，前面触点30与选择发射层的选择区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，相机对齐通过基底中央或边缘等。
在操作230，在p-型基极层10的后面施加后面触点35和后面连接的材料。在本发明的一些实施方式中，可以在p-型基极层10的后面的后面钝化氧化层41上丝网印刷后面触点35和后面连接。可以采用铝浆料(如MonocrystalAnalog12D)形成后面触点35，可以采用铝-银浆料(如Monocrystal PPAS-7-1)形成后面连接。根据本发明的一些实施方式，后面连接，如可焊接垫片或母线，可以在形成后面触点35之前施加在p-型基极层10的后面上。后面触点35可印刷成与后面连接的边缘重叠，留有部分后面连接裸露。在本发明的一些实施方式中，后面触点35和后面连接可以丝网印刷在p-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和后面连接可以仅仅印刷在p-型基极层10的部分后面上。太阳能电池5可以在150至350摄氏度的空气环境的带式炉中放置30至300秒，以烘干印刷的浆料。
在操作235，带有触点30,35和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，以与选择发射层的掺杂区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可以仅仅与选择发射层的选择区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)，无需迁移至发射极下即可与选择发射层形成欧姆接触。
在操作235的共烧过程中，后面触点35和后面连接的材料可与p-型基极层10的后面形成物理接触。在共烧的过程中，后面触点35和后面连接可以烧透后面钝化氧化层41，以与p-型基极层10的后面形成物理连接。因此，后面钝化氧化层41可被后面触点35和后面连接材料消耗，如被浆料中的玻璃粉消耗。在本发明的一些实施方式中，后面触点35和后面连接的烘烤可在铝-硅的共晶温度(577摄氏度)以上进行。当共烧后基底冷却时，可通过液相外延再生在p-型基极层10的后面形成铝掺杂p+硅后面场层50，此时，后面触点35可以与后面场层50电连接。温度曲线中，加热速度高，在20至150摄氏度每秒，以促进在p-型基极层10纹理处理后的后面与后面场层50的界面形成均匀的p-p+界面。此外，在冷却过程中，可以在后面场层50的后面形成铝后面触点35。
前面和后面连接也可以分别与前面和后面触点30,35烧结或连接，以形成一体连接并分别与太阳能电池5的前面和后面形成理想的电连接。通过焊线可以实现与太阳能电池模块中的相邻太阳能电池连接，最终连接至负荷，在将太阳能电池置于太阳光下时为负荷提供电能。
如上所描述，根据本发明的一些实施方式，可以在一次退火循环中形成具有离子注入选择发射极和优质原位钝化层的太阳能电池。通过形成本说明书描述的选择发射极和氧化层具有许多优点：例如，根据本发明的一些实施方式，选择发射层和优质钝化氧化层可以在一次高温退火步骤中形成；根据本发明的一些实施方式，本说明书描述的方法可以解决磷硅酸玻璃的移除和边际分离的问题；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发射层和钝化氧化层的太阳能电池，即使采用廉价、优质丝网印刷的触点，156毫米伪正方形基底上的潜在电池效率约为20%。此外，这些改进显著降低了制造太阳能电池所需的时间、设备和成本，显著提高了制造工艺的生产能力。
本发明的一个方面涉及一种选择发射极太阳能电池的制造方法，其包括：提供一个具有p-型基极层的基底；通过离子注入将掺杂剂引入p-型基极层的前面的至少一个第一区；通过离子注入将掺杂剂引入p-型基极层的前面的至少一个第二区，其中，第二区的掺杂度高于第一区的掺杂度，且引入第一区和第二区的掺杂剂的导电型为n-型；对基底进行退火处理，其中，退火处理包括将基底在炉中加入至一个温度，以：修复注入损伤；激活第一区和第二区的掺杂剂；以及驱使第一区和第二区的掺杂剂深入基底，在p-型基极层的前面形成选择发射层；以及在退火步骤中将氧引入炉中，以至少在选择发射层的前面形成钝化氧化层。
根据本发明太阳能电池的制造方法的一个实施方式，基底为单晶、柴氏硅基底。
根据本发明太阳能电池的制造方法的一个实施方式，掺杂剂含有磷。
根据本发明太阳能电池的制造方法的一个实施方式，将掺杂剂至少引入第一区包括将掺杂剂均匀引入p-型基极层的前面的第一区和第二区，其中，将掺杂剂至少引入第二区包括通过遮罩将额外掺杂剂至少引入p-型基极层的前面的第二区。
根据本发明太阳能电池的制造方法的一个实施方式，基底的退火不会在在选择发射层的前面与p-型基极层的后面之间形成电分流路径，且基底的退火不会形成磷硅酸玻璃。
根据本发明太阳能电池的制造方法的一个实施方式，进一步包括，在钝化氧化层的前面沉积非晶氮化硅层，形成减反射层。
根据本发明太阳能电池的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p-型基极层的前面的第二区对齐。
根据本发明太阳能电池的制造方法的一个实施方式，进一步包括，在p-型基极层的后面丝网印刷一个或多个铝后面触点。
根据本发明太阳能电池的制造方法的一个实施方式，进一步包括，共烧一个或多个前面和后面触点，为太阳能电池提供电连接。
根据本发明太阳能电池的制造方法的一个实施方式，前面触点包含玻璃料，玻璃料可允许一个或多个前面触点渗入非晶氮化硅层和钝化氧化层，以提供与选择发射层的电连接。
根据本发明太阳能电池的制造方法的一个实施方式，共烧前面触点和背面触点进一步包括，在共烧前面和后面触点时，通过液相外延再生在p-型基极层的后面和后面触点的界面形成铝掺杂p+硅层，其中，后面触点与铝掺杂p+硅层电连接。
根据本发明太阳能电池的制造方法的一个实施方式，在一次注入步骤中将掺杂剂引入第一区和第二区。
本发明的一个方面涉及一种太阳能电池，其包括设有p-型基极层的硅基底、通过离子注入形成于p-型基极层上的n-型发射层，其中，发射层为包括一个或多个第一掺杂区和一个或多个第二掺杂区的选择发射极，一个或多个第二掺杂区的掺杂度高于一个或多个第一掺杂区的掺杂度；位于p-型基极层和发射层界面的p-n结；以及，形成于发射层的前面上的钝化氧化层，其中，p-n结和钝化氧化层在一次退火循环中形成。
根据本发明太阳能电池的一个实施方式，进一步包括形成于钝化氧化层的前面上的减反射层。
根据本发明太阳能电池的一个实施方式，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，丝网印刷在减反射层的前面上且通过减反射层与发射层电连接的一个或多个前面触点，以及在p-型基极层的背面上丝网印刷的一个或多个后面触点。
根据本发明太阳能电池的一个实施方式，进一步包括通过液相外延再生在p-型基极层的后面与一个或多个后面触点的界面形成的铝掺杂p+硅层，其中，一个或多个后面触点与铝掺杂p+硅层电连接。
根据本发明太阳能电池的一个实施方式，一个或多个前面触点通过丝网印刷银浆料形成，一个或多个后面触点通过丝网印刷铝浆料形成。
根据本发明太阳能电池的一个实施方式，一个或多个前面触点与发射层的重度掺杂的一个或多个第二掺杂区对齐，以减小接触电阻。
本发明的一个方面涉及一种太阳能电池，其通过以下步骤制造：提供一个包括p-型基极层的基底；通过离子注入将掺杂剂引入p-型基极层的前面的至少一个第一区；通过离子注入将掺杂剂引入p-型基极层的前面的至少一个第二区，其中，第二区的掺杂度高于第一区的掺杂度，引入第一区和第二区的掺杂剂具有n-型电导率；对基底进行退火处理，其中，退火处理包括将基底在炉中加热至一个温度，以：修复注入损伤；激活第一区和第二区的掺杂剂；以及驱使第一区和第二区的掺杂剂深入基底，在p-型基极层的前面形成选择发射层；以及在退火步骤中将氧引入炉中，以至少在选择发射层的前面形成钝化氧化层。
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)

1.一种选择发射极太阳能电池的制造方法，包括：
提供一个包括p-型基极层的基底；
通过离子注入将掺杂剂引入p-型基极层的前面的至少一个第一区；
通过离子注入将掺杂剂引入p-型基极层的前面的至少一个第二区，其中，第二区的掺杂度高于第一区的掺杂度，且引入第一区和第二区的掺杂剂具有n-型电导率；
对基底进行退火处理，其中，退火处理包括将基底在炉中加热至一个温度，以：
修复注入损伤；
激活第一区和第二区的掺杂剂；以及
驱使第一区和第二区的掺杂剂深入基底，在p-型基极层的前面形成选择发射层；以及
在退火步骤中将氧引入炉中，以至少在选择发射层的前面形成钝化氧化层。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：基底为单晶、柴氏硅基底。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：所述掺杂剂含有磷。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于：将掺杂剂至少引入第一区包括将掺杂剂均匀与地引入p-型基极层的前面的第一区和第二区，将掺杂剂至少引入第二区包括将额外掺杂剂通过遮罩至少引入p-型基极层的前面的第二区。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于：对基底进行退火处理不会在选择发射层的前面与p-型基极层的后面之间形成电分流路径，且对基底进行退火处理不会形成磷硅酸玻璃。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，进一步包括：在钝化氧化层的前面沉积非晶氮化硅层，形成减反射层。
7.根据权利要求6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与p-型基极层的前面的第二区对齐的前面触点。
8.根据权利要求7所述的方法，进一步包括：在p-型基极层的后面丝网印刷一个或多个铝后面触点。
9.根据权利要求8所述的方法，进一步包括：共烧一个或多个前面触点和后面触点，为太阳能电池提供电连接。
10.根据权利要求7至9中任一项所述的方法，其特征在于：前面触点包括玻璃料，玻璃料允许一个或多个前面触点渗透非晶氮化硅层和钝化氧化层，为选择发射层提供电连接。
11.根据权利要求9或10所述的方法，其特征在于：共烧前面触点和后面触点进一步包括，在前面和后面触点共烧时，通过液相外延再生，在p-型基极层的后面和后面触点的界面形成铝掺杂p+硅层，其中，后面触点和铝掺杂p+硅层电连接。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的方法，其特征在于：在一次注入步骤中将掺杂剂引入第一区和第二区。
13.一种太阳能电池，包括：
包括p-型基极层的硅基底；
通过离子注入在p-型基极层上形成的n-型发射层，其中，发射层为具有一个或多个第一掺杂区和一个或多个第二掺杂区的选择发射层，一个或多个第二掺杂区的掺杂度高于一个或多个第一区的掺杂度；
位于p-型基极层和发射层界面的p-n结；以及
形成于发射层的前面上的钝化氧化层，其中，p-n结和钝化氧化层在一次退火循环中形成。
14.根据权利要求13所述的太阳能电池，进一步包括，在钝化氧化层的前面上形成的减反射层。
15.根据权利要求14所述的太阳能电池，其特征在于：减反射层包括非晶氮化硅层。
16.根据权利要求14或15所述的太阳能电池，进一步包括，形成在减反射层的前面上并通过减反射层与发射层电连接的一个或多个丝网印刷前面触点，以及形成在p-型基极层的后面上的一个或多个丝网印刷后面触点。
17.根据权利要求16所述的太阳能电池，进一步包括，通过液相外延再生，在p-型基极层的后面与一个或多个后面触点的界面形成的铝掺杂p+硅层，其中，一个或多个后面触点与铝掺杂p+硅层电连接。
18.根据权利要求16或17所述的太阳能电池，其特征在于：一个或多个前面触点通过丝网印刷银浆料形成，一个或多个后面触点通过丝网印刷铝浆料形成。
19.根据权利要求16至18中任一项所述的太阳能电池，其特征在于：一个或多个前面触点与发射层重度掺杂的一个或多个第二掺杂区对齐，以减小接触电阻。
20.一种太阳能电池，通过以下步骤制造：
提供一个包括p-型基极层的基底；
通过离子注入将掺杂剂引入p-型基极层的前面的至少一个第一区；
通过离子注入将掺杂剂引入p-型基极层的前面的至少一个第二区，其中，第二区的掺杂度高于第一区的掺杂度，且引入第一区和第二区的掺杂剂具有n-型电导率；
对基底进行退火处理，其中，退火处理包括在炉中将基底加热至一个温度，以：
修复注入损伤；
激活第一区和第二区的掺杂剂；以及
驱使第一区和第二区的掺杂剂深入基底，在p-型基极层的前面形成选择发射层；以及
在退火步骤中将氧引入炉中，以至少在选择发射层的前面上形成钝化氧化层。
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