CN103460398A - 太阳能电池及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

提供了一种太阳能电池以及其制造方法，更具体地说，用于使用干法等离子体蚀刻同时形成选择性发射极结构和表面织构化的太阳能电池、及其制造方法。所述太阳能电池包含硅半导体基板；具有表面的发射极掺杂层，所述表面是通过织构化工艺对所述硅半导体基板的上部进行织构化并选择性掺杂的；在所述基板的正面上形成的抗反射膜层；通过穿透所述抗反射膜层接触所述发射极掺杂层的正面电极；以及接触所述硅半导体基板背面的背面电极。

Description

太阳能电池及其制造方法
技术领域
本发明涉及太阳能电池及其制造方法，更具体地，涉及用于使用干法等离子体蚀刻同时形成选择性发射体结构和表面织构化的太阳能电池及其制造方法。
背景技术
目前，由于现有能源如油、煤等开始枯竭，所以它们的替代能源已引起重视。在这些替代能源中，太阳能电池受到特别关注，这是因为它们资源丰富并且不会引起环境问题。
太阳能电池包括使用太阳能热产生旋转涡轮所必需的蒸汽的太阳能热电池和利用半导体特性将太阳能转化为电能的太阳能光电池。太阳能电池通常称为太阳能光电池(以下称为“太阳能电池”)。
根据原料，太阳能电池主要分为硅太阳能电池、化合物-半导体太阳能电池和叠层太阳能电池。在这三种太阳能电池中，硅太阳能电池一般用于太阳能电池市场。
当太阳光进入这种太阳能电池时，通过光伏效应由掺杂有杂质的硅半导体产生电子和空穴。
这种电子和空穴被分别拉向N型半导体和P型半导体以分别移动至与基板下部连接的电极和与发射极掺杂层上部连接的电极。当这些电极通过电线彼此连接时，电流流动。
目前，为了减少电极和发射极掺杂层之间的接触电阻，在发射极掺杂层中连接电极的掺杂区域由重掺杂形成而其他区域由轻掺杂形成。因此，载流子的寿命增加。这种结构称为选择性发射极。
通过回蚀形成选择性发射极掺杂层的方法具有效率提高的优点。然而，由于该方法需要昂贵的干法等离子体蚀刻设备，所以难以将该方法应用到大规模生产线上。
此外，通过减少电极和发射极掺杂层之间的接触，选择性发射极大大提高了效率。然而，缺点是制造方法复杂并且制造成本非常高。
湿法蚀刻方法一般用于表面织构化。然而，当使用干法蚀刻方法时，存在表面反射率降低的优点，但是仍存在所述方法单位成本增加的缺点。
发明内容
技术问题
做出本发明以解决如上所述的现有技术的问题，本发明的实施方案提供太阳能电池及其制造方法，所述太阳能电池通过同时进行通过干法等离子体蚀刻的表面织构化和用于提高硅太阳能电池效率的选择性掺杂而降低了工艺的数目和单元成本。
技术方案
为了实现本发明的实施方案，提供通过反应离子蚀刻(RIE)工艺进行表面织构化并进行选择性掺杂而一体化地制造的太阳能电池。所述太阳能电池包含：硅半导体基板；具有表面的发射极掺杂层，所述表面为通过织构化工艺在所述硅半导体基板的上部进行织构化并选择性掺杂的；在基板的正面形成的抗反射膜层；通过穿透抗反射膜层而接触发射极掺杂层的正面电极；以及接触硅半导体基板背面的背面电极。
根据另一个示例性实施方案，提供了太阳能电池制造方法，其包括以下步骤：制备硅晶片；切割所述硅晶片后通过切割损害除去(SDR)工艺形成硅半导体基板；在所述硅半导体基板的上部形成发射极掺杂层；通过丝网印刷在所述发射极掺杂层上的正面电极节点处形成蚀刻掩模图案；使用所述蚀刻掩模图案作为掩模对所述发射极掺杂层的表面进行反应离子蚀刻(RIE)织构化并同时形成选择性掺杂以形成发射极回蚀；所述回蚀后除去保留的蚀刻掩模图案；在所述硅半导体基板上使用损害除去蚀刻(DRE)工艺在所述发射极掺杂层的表面上除去损害；在所述硅半导体基板正面形成抗反射膜；通过穿透所述抗反射膜形成正面电极；以及在所述硅半导体基板的背面形成背面电极。
使硅半导体基板掺杂有第3族元素或第5族元素的杂质，并且发射极掺杂层分为：以高浓度掺杂有第3族元素或第5族元素的杂质的第一发射极掺杂层、以及以低浓度掺杂有第3族元素或第5族元素的杂质的第二发射极掺杂层，其中第一发射极掺杂层为接触正面电极的区域。
第一发射极掺杂层为接触正面电极的区域。
在形成蚀刻掩模图案的步骤中，通过丝网印刷糊料形成蚀刻掩模图案。
在形成选择性掺杂的步骤中，对所述发射极掺杂层的回蚀为使用干蚀刻剂进行的，其中蚀刻气体与O2混合，并同时进行表面织构化。
在发射极掺杂层中，第一发射极掺杂层具有60欧姆/□(ohm/sq)或更小的薄层电阻(发射极Rsh)。
在发射极掺杂层中，第二发射极掺杂层具有70欧姆/□至120欧姆/□的发射极Rsh。
经由形成选择性掺杂步骤在回蚀后的发射极掺杂层具有比回蚀前的发射极掺杂层更大的发射极Rsh。
第一发射极掺杂层的线宽为50至200μm。
本发明的有益效果
根据本发明，由于选择性掺杂和表面织构化在单一干法等离子体蚀刻设备中同时进行，所以使得能够实现高效太阳能电池。
此外，作为本发明的另一个效果，使得能够制造回蚀选择性掺杂太阳能电池，其通过消除了湿法织构化设备来降低单元成本而适用于大规模生产。
附图说明
本发明的上述和其他目的、特征和优点将由结合附图给出的优选实施方案的以下描述中变得明显，其中：
图1为流程图，其描述了用于通过根据示例性实施方法使用干法等离子体蚀刻同时进行硅太阳能电池的表面织构化和选择性掺杂来制造太阳能电池的方法。
图2至图9为截面图，其示出了根据示于图1中的流程图的制造太阳能电池的方法。
[主要要素的详细说明]
200：硅半导体基板
210：发射极掺杂层
220：蚀刻掩模图案
230：第二发射极掺杂层
240：第一发射极掺杂层
231：凸233：凹
250：抗反射膜层
270：正面电极
280：背面电极
290：P+形成层
具体实施方式
本发明可以进行不同修改并且具有多个示例性实施方案。因此，具体示例性实施方案将在附图中示例并详细描述。然而，显然本发明不限于以上示例性实施方案。可以理解，本领域技术人员在不脱离本发明精神和范围下可以对本发明具体描述的实施方案的组成进行修改、等同和替代。相似的附图标记用于描述各附图中的相似的构件要素。
术语“第一”和“第二”可以用于描述不同构件要素但不限于所述构件要素。所述术语被用来区分一个构件要素和另一个构件要素。例如，第一构件要素可以称为第二构件要素，类似地，第二构件要素可以称为第一构件要素。术语“和/或”包括本文所描述的多个相关产品的组合或本文所描述的多个相关产品中的任一个。
当提到任何构件要素“连接到”另一个构件要素或与另一个构件要素“接触”时，前者可以直接连接到后者或与后者直接接触。否则，应理解为在前者和后者之间可以存在任何其他构件要素。另一方面，当提到任何构件要素“直接连接到”另一个构件要素或与另一个构件要素“直接接触”时，应理解为在前者和后者之间不存在任何构件元素。
提供在本说明书中所使用的术语是为了描述具体示例性实施方案，但是提供它们并不是为了限制本发明的范围。除非表述的含义明确和明显，否则单数形式包含多数。在本申请中，应理解术语“包含”或“具有”表示在说明书中存在所描述的特征、附图标记、方法、操作、构件元素、组成或它们的组合，但是不排除存在其他的特征、附图标记、方法、操作、构件元素、组成或它们的组合或另外的可能性。
除非另有规定，包含技术或科学术语的本文所用的所有术语具有与本发明领域技术人员通常理解的那些相同的含义。还应理解，通常使用和词典中所定义的术语与相关技术的词语具有根据上下文相同的含义。除非在本申请中清楚定义，否则它们不会被理解为思想上的或过于正式的含义。
根据本发明，将结合附图详细描述太阳能电池和其制造方法。
一般而言，硅太阳能电池包含由p型硅半导体制得的基板和发射极掺杂层，类似于二极管，其中p-n节形成于基板和发射极掺杂层之间的界面处。
当太阳光进入到具有该基板的太阳能电池时，通过光伏效应由掺杂有杂质的硅半导体产生电子和空穴。
作为参考，电子作为许多载流子产生于由n型硅半导体制得的发射极掺杂层，而空穴作为许多载流子产生于由p型硅半导体制得的基板。
通过光伏效应产生的电子和空穴被拉向n型半导体和p型半导体以移动至与基板下部连接的电极和与发射极掺杂层上部连接的电极。当这些电极通过电线彼此连接时，电流流动。
图1为流程图，其描述了用于根据示例性实施方法通过使用干法等离子体蚀刻同时进行硅太阳能电池的表面织构化和选择性掺杂来制造太阳能电池的方法。
也就是说，图1示出了根据反应离子蚀刻(RIE)方法通过一体化地进行表面织构化和选择性掺杂制造太阳能电池的步骤。参照图1，通过以下方法制造太阳能电池。
(a)制备掺杂有第3族元素的杂质的硅晶片基板，切割所制备的硅晶体基板以形成硅半导体基板并在步骤S100在硅半导体基板上进行切割损害除去(SDR)。
即，除去由于切割的损害所需的SDR方法是通过切割损害蚀刻(SDE)进行的。在SDE方法中，使用化学品蚀刻所述基板表面或除去在表面上形成的氧化膜(即磷硅酸盐玻璃层)。
图2示出了所产生的硅半导体基板200。
(b)在步骤S110通过在硅半导体基板200(参见图2)的上部掺杂具有第5族元素的杂质在基板的上部形成发射极掺杂层(参见图3)。从而，在硅半导体基板200上形成预定厚度的发射极掺杂层210。
所述掺杂工艺包括：
化学气相沉积(CVD)工艺、离子镀覆工艺、使用直流电(DC)、射频(RF)或热的等离子体化学气相沉积(CVD)工艺、物理气相沉积(PVD)工艺、电子回旋共振(ECR)工艺、外延生长工艺、使用DC、RF或离子束的溅射工艺、以及激光合成工艺。
(c)在步骤S120使用丝网印刷在发射极掺杂层上的正面电极节点(即，用于形成正面电极的位置)处形成蚀刻掩模图案(参见图4)。因此，按顺序层叠在硅半导体基板200上的发射极掺杂层210和在发射极掺杂层210上的蚀刻掩模图案220。
通过丝网印刷包含无机颗粒、有机溶剂和树脂的玻璃料糊料形成蚀刻掩模图案。
(d)在步骤S130使用蚀刻掩模图案220作为掩模通过RIE织构化发射极掺杂层210(参见图4)并同时形成发射极回蚀来进行选择性掺杂(参见图5)。因此，层叠在硅半导体基板200上的发射极掺杂层210分成第一发射极掺杂层240和第二发射极掺杂层230。
即，以高浓度掺杂有第5族元素杂质的第一发射极掺杂层240和以低浓度掺杂有第5族元素杂质的第二发射极掺杂层230逐步并分开地形成。在所述发射极掺杂层中，连接电极的掺杂区域由重掺杂形成而其他区域由轻掺杂形成从而增加载流子的寿命。这种结构称为选择性发射极。
图1的步骤S130将在下文描述。由于在步骤S13中一起进行织构化工艺，所以如在图5的放大图中所示在第二发射极掺杂层230上形成凹面231和233。因此，通过凹面提高了光接收效率。第二发射极掺杂层230的薄层电阻(发射极Rsh)为70欧姆/□至120欧姆/□，以及第一发射极掺杂层240的发射极Rsh为60欧姆/□或更小。
或者，还可以使用干法蚀刻剂如蚀刻气+O2等离子体在发射极掺杂层上进行回蚀和表面织构化。
(e)在步骤S140除去回蚀后仍保留的图5的蚀刻掩模图案220(参见图6)。
(f)在步骤S150和S160在硅半导体基板上除去蚀刻掩模图案后通过在硅半导体基板上进行损害除去蚀刻(DRE)工艺除去在光接收部分(即，图6的第二发射极掺杂层230的表面)上的损害以及在硅半导体基板的前表面上形成抗反射膜(参见图7)。
因此，在硅半导体基板200的发射极掺杂层210的表面上沉积并层叠预定厚度的抗反射膜层250。作为用于防止光反射和提高光吸收效率的涂覆膜的抗反射膜层包括SiO、CeO2、Si3N4和Al2O3。
(g)当图7的抗反射膜层250形成时，在步骤S170通过印刷电极形成正面电极和背面电极(参见图8)。参照图8，在第一发射极掺杂层240的上端形成正面电极270以及在硅半导体基板200的下端形成背面电极280。
在对太阳能电池的抗反射膜层250的表面热处理前，正面电极270具有通过应用用于太阳能电池电极的糊料保持规则形状的状态。
粉末糊料如铜、银和铝可以用作用于太阳能电池电极的糊料。一般而言，通过作为网格图案印刷于抗反射膜层250上并烧结来形成正面电极270。此外，背面电极280使用铝金属。
(h)根据参照图1的进一步描述，印刷电极后在步骤S180进行热处理。通过热处理方法制造太阳能电池(参见图9)。
参照图9，由于用于太阳能电池电极的糊料不是完全固态，所以用于太阳能电池电极的糊料通过热处理(即，烧制方法)进行固化并穿透抗反射膜层250以电连接。
在硅半导体基板200的下端形成背面电极280。因此，根据本发明的硅太阳能电池包含掺杂有第3族杂质的硅半导体基板200、位于所述硅半导体基板200的上部的掺杂有第5族元素杂质的发射极掺杂层210、在所述硅半导体基板200的正面形成的抗反射膜层250、通过穿透抗反射膜层250接触发射极掺杂层210的正面电极270以及接触所述硅半导体基板200背面的背面电极290。
发射极掺杂层210分为以高浓度掺杂有第5族元素杂质的第一发射极掺杂层240和以低浓度掺杂有第5族元素杂质的第二发射极掺杂层230。第二发射极掺杂层230具有发射极Rsh为70欧姆/□至120欧姆/□的特征。
织构化表面以增加薄层电阻并同时减少太阳光反射率。在通过丝网印刷接触正面电极270的发射极掺杂层210上使用蚀刻掩模图案作为掩模形成发射极掺杂层210。通过回蚀形成第二发射极掺杂层。
第一发射机掺杂层240为接触正面电极270的区域。第一发射极掺杂层240的光学线宽为50至200μm。
在背面电极280的上端形成p+形成层290。

Claims (11)

1.一种太阳能电池，其包含：
硅半导体基板；
具有表面的发射极掺杂层，所述表面是通过织构化工艺对所述硅半导体基板的上部进行织构化并且进行选择性掺杂的；
在所述基板的正面上形成的抗反射膜层；
通过穿透所述抗反射膜层接触所述发射极掺杂层的正面电极；以及
接触所述硅半导体基板背面的背面电极。
2.如权利要求1所述的太阳能电池，其中所述硅半导体基板掺杂有第3族元素或第5族元素杂质，并且所述发射极掺杂层分为：以高浓度掺杂有第3族元素或第5族元素杂质的第一发射极掺杂层、以及以低浓度掺杂有第3族元素或第5族元素杂质的第二发射极掺杂层，
其中所述第一发射极掺杂层为接触所述正面电极的区域。
3.如权利要求2所述的太阳能电池，其中所述发射极掺杂层是通过丝网印刷使用在接触所述正面电极的发射极掺杂层上的蚀刻掩模图案作为掩模形成的，
其中所述第一发射极掺杂层的线宽为50至200μm并且所述第二发射极掺杂层是通过回蚀形成的。
4.如权利要求2所述的太阳能电池，其中在所述发射极掺杂层中，所述第一发射极掺杂层具有60欧姆/□或更小的薄层电阻(发射极Rsh)以及所述第二发射极掺杂层具有70欧姆/□至120欧姆/□的发射极Rsh并且是通过回蚀形成的。
5.一种太阳能电池制造方法，其包括以下步骤：
制备硅晶片；
在切割所述硅晶片后通过切割损害除去(SDR)工艺形成硅半导体基板；
在所述硅半导体基板的上部上形成发射极掺杂层；
通过丝网印刷在所述发射极掺杂层上的正面电极节点处形成蚀刻掩模图案；
使用所述蚀刻掩模图案作为掩模对所述发射极掺杂层的表面进行反应离子蚀刻(RIE)织构化并同时形成选择性掺杂以形成发射极回蚀；
在所述回蚀后除去保留的蚀刻掩模图案；
在所述硅半导体基板上使用损害除去蚀刻(DRE)工艺除去在所述发射极掺杂层的表面上的损害；
在所述硅半导体基板的正面上形成抗反射膜；
通过穿透所述抗反射膜形成正面电极；以及
在所述硅半导体基板的背面上形成背面电极。
6.如权利要求5所述的太阳能电池制造方法，其中所述硅半导体基板掺杂有第3族元素或第5族元素杂质，并且所述发射极掺杂层分为：以高浓度掺杂有第3族元素或第5族元素杂质的第一发射极掺杂层、以及以低浓度掺杂有第3族元素或第5族元素杂质的第二发射极掺杂层，
其中所述第一发射极掺杂层为接触所述正面电极的区域。
7.如权利要求5或权利要求6所述的太阳能电池制造方法，其中在形成所述蚀刻掩模图案的步骤中，所述蚀刻掩模图案是通过丝网印刷糊料形成的。
8.如权利要求5或权利要求6所述的太阳能电池制造方法，其中在形成所述选择性掺杂的所述步骤中，对所述发射极掺杂层的回蚀是使用干蚀刻剂进行的，其中蚀刻气体与O2混合，并同时进行表面织构化。
9.如权利要求6所述的太阳能电池制造方法，其中在所述发射极掺杂层中，所述第一发射极掺杂层具有60欧姆/□或更小的薄层电阻(发射极Rsh)以及所述第二发射极掺杂层具有70欧姆/□至120欧姆/□的发射极Rsh。
10.如权利要求5或权利要求6所述的太阳能电池制造方法，其中经由形成所述选择性掺杂的步骤在回蚀后的所述发射极掺杂层具有比回蚀前的发射极掺杂层更大的发射极Rsh。
11.如权利要求6所述的太阳能电池制造方法，其中所述第一发射极掺杂层的线宽为50至200μm。
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