CN103515477A - 制造太阳能电池及其掺杂层的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种制造太阳能电池及其掺杂层的方法。根据本发明的实施方式的制造太阳能电池的掺杂层的方法包括：向基板离子注入掺杂物；以及进行热处理以活化掺杂物。在用于活化的热处理中，在第一气体气氛下以低于第一温度的温度形成抗外扩散膜之后以第一温度对基板进行热处理。

Description

制造太阳能电池及其掺杂层的方法
技术领域
本发明的实施方式涉及一种用于制造太阳能电池及其掺杂层的方法。更具体地，本发明涉及一种用于制造具有增强的性质的掺杂层的方法和一种用于制造包括该掺杂层的太阳能电池的方法。
背景技术
近来，由于预见到诸如石油和煤这样的现有的能源会被耗尽，因此对于用另选的能源来代替石油和煤的关注度正在增大。具体地说，使用半导体元件将太阳能直接转换或变换为电能的太阳能电池正在受到关注。
在太阳能电池中，通过在半导体基板处形成n型或p型掺杂层而形成p-n结以引起光电转换，并且形成电连接到掺杂层的电极。为了形成具有增强的性质的掺杂层，掺杂物应该在形成掺杂层的处理过程中充分地掺杂到半导体基板。然而，由于产生了掺杂物扩散到半导体基板的外部的“外扩散”，使得掺杂层中的掺杂物的浓度会降低并且掺杂层可能不具有想要的性质。如果执行用于防止外扩散的额外的处理，则制造成本会大大地增加
相关申请的交叉引用
本申请要求2012年6月22日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请No.10-2012-0067537的优先权，其公开通过引用并入这里。
发明内容
本发明的实施方式提供了一种用于以高产率制造具有增强的性质的掺杂层的方法并且提供了一种用于制造包括该掺杂层的太阳能电池的方法。
根据本发明的实施方式的用于制造太阳能电池的掺杂层的方法包括下述步骤：将掺杂物离子注入到基板；以及进行热处理以活化掺杂物。在用于活化的热处理中，在第一气体气氛下以低于第一温度的温度形成抗外扩散膜之后以第一温度对基板进行热处理。
根据本发明的实施方式的用于制造太阳能电池的方法包括：执行上述方法以在基板上形成掺杂层；以及形成电连接到掺杂层的电极。
附图说明
图1是根据本发明的实施方式的太阳能电池的截面图。
图2是用于示出根据本发明的实施方式的用于制造太阳能电池的方法的框图。
图3a至图3h是用于示出根据本发明的实施方式的用于制造太阳能电池的方法的截面图。
图4是示出根据本发明的实施方式的用于制造掺杂层的方法的用于活化的热处理的步骤中温度与时间的关系的曲线图。
图5a至图5e是用于示出根据本发明的另一实施方式的用于制造太阳能电池的方法的截面图。
图6是根据本发明的又一实施方式的太阳能电池的截面图。
图7是由实验实施方式1和2以及比较示例制造的太阳能电池的反射率与波长的关系的曲线图。
图8是由实验实施方式1和2以及比较示例制造的太阳能电池的外部量子效率与波长的关系的曲线图。
图9是由实验实施方式1和2以及比较示例制造的太阳能电池的内部量子效率与波长的关系的曲线图。
图10是图9的部分A的放大图。
图11是图9的部分B的放大图。
图12是根据实验实施方式1和2以及比较示例的太阳能电池的发射极的方块电阻的曲线图。
图13是根据实验实施方式1和2以及比较示例的太阳能电池的背表面场层的方块电阻的曲线图。
图14是根据实验实施方式1和2以及比较示例的太阳能电池的背表面场层的暗电压Voc的曲线图。
图15示出了根据比较示例制造的六个太阳能电池和根据实验实施方式1制造的十二个太阳能电池。
图16是根据实验实施方式3以及比较示例制造的太阳能电池中的发射极层的掺杂物浓度与结深度之间的关系的曲线图。
具体实施方式
下面，将参考附图描述本发明的实施方式。然而，本发明的实施方式不限于这些实施方式，并且实施方式的各种修改都是可能的。
为了清楚和简明地说明本发明的实施方式，在图中省略了与本发明无关的元件。另外，彼此相同或类似的元件具有相同的标号。另外，层和区域的尺寸被夸大或示意性地示出，或者为了说明的简洁而省略了某些层。另外，如所绘制的各部件的尺寸可能并不反映实际的大小。
在下面的描述中，当层或基板“包括”另一层或部分时，可以理解为层或基板还包括又一层或部分。同样，当层或膜被称为“位于另一层或基板上”时，可以理解为层或膜直接位于其它层或基板上，或者还存在中间层。此外，当层或膜被称为“直接位于另一层或基板上”时，可以理解为层或膜直接位于另一层或基板上，因而不存在中间层。
下面，将参考附图描述根据本发明的实施方式的制造太阳能电池的掺杂层的方法和用于制造太阳能电池的方法。首先，将描述通过根据本发明的实施方式的用于制造太阳能电池制造的太阳能电池。然后，将描述根据本发明的实施方式的制造太阳能电池的掺杂层的方法和用于制造太阳能电池的方法。
图1是根据本发明的实施方式的太阳能电池的截面图。
参考图1，根据实施方式的太阳能电池100包括基板10（例如，半导体基板10）、形成在半导体基板10处的掺杂层20和30以及电连接到半导体基板10或掺杂层20和30的电极24和34。更具体地，掺杂层20和30可以包括形成在半导体基板10的第一表面（下面称为“前表面”）处或与其相邻的第一掺杂层（下面，称为“发射极层”）和形成在半导体基板10的第二表面（下面，称为“背表面”）处或与其相邻的第二掺杂层（下面，称为“背表面场层”）。而且，电极24和34可以包括电连接到发射极层20的第一电极（或多个第一电极）24以及电连接到半导体基板10或背表面场层30的第二电极（或多个第二电极）34。另外，太阳能电池100可以进一步包括抗反射层22和钝化层32。将对此进行更详细的描述。
半导体基板10可以包括各种半导体材料中的一个或多个。例如，半导体基板10可以包括具有第二导电类型的掺杂物的硅。对于硅，可以使用单晶硅或多晶硅，并且第二导电类型可以是n型。即，半导体基板10可以包括具有V族元素（例如，磷（P）、砷（As）、铋（bi）、锑（Sb）等等）的单晶硅或多晶硅。
当半导体基板10具有如上所述的n型掺杂物时，在半导体基板10的前表面上形成有p型发射极层20，从而在其间形成p-n结。当诸如太阳光的光入射到p-n结时，生成电子-空穴对，并且由光电效应生成的电子移动到半导体基板的背表面并且由第二电极34收集，并且由光电效应生成的空穴移动到半导体基板10的前表面并且由第一电极24收集。然后，从而生成了电能。
在该情况下，迁移率低于电子的迁移率的空穴移动到半导体基板10的前表面，而不是半导体基板10的背表面。从而，能够增强太阳能电池100的转换效率。
半导体基板10的前和/或背表面可以是具有各种形状（例如，金字塔形状）的突出部分和/或凹陷部分的纹理化表面或者是不均匀表面。因此，利用突出的和/或凹陷的部分增加表面粗糙度，并且能够利用纹理化减少半导体基板10的前表面处的入射的太阳光的反射。然后，能够增加到达半导体基板10与发射极层20之间的p-n结的光的量，从而减少了太阳能电池的光学损失。然而，本发明的实施方式不限于此，并且因此，可以仅在一个表面（特别地，在前表面）处形成突出的和/或凹陷的部分，或者在前表面和背表面处可以不存在突出的部分和/或凹陷的部分。
包括第一导电类型的掺杂物的发射极层20可以形成在半导体基板10的前表面处。诸如III族元素（例如，硼（B）、铝（Al）、镓（Ga）、铟（In）等等）的p型掺杂物可以用于第一导电类型掺杂物。
抗反射层22和第一电极24可以在半导体基板10的前表面处形成在发射极20上。
抗反射层22可以形成在半导体基板10的几乎整个前表面上（除了形成有第一电极24的部分之外）。抗反射层22减少了入射到半导体基板10的前表面的太阳光的反射（或反射率）。而且，抗反射层22使得发射极层20的表面或整体处的缺陷钝化。
通过减少入射到半导体基板10的前表面的太阳光的反射，能够增加到达形成在半导体基板10与发射极层20之间的p-n结的太阳光的量，从而增加太阳能电池100的短路电流（Isc）。通过使得发射极层20处的缺陷钝化，减少或消除了少数载流子的复合位，从而增加了太阳能电池100的开路电压（Voc）。因此，能够通过抗反射层22增加太阳能电池100的开路电压和短路电流，并且因此，能够增强太阳能电池100的效率。
抗反射层22可以包括各种材料中的一种或更多种。例如，抗反射层22可以具有单膜结构或多层膜结构，其包括例如从由下述材料组成的组中选择的至少一种材料，所述材料为：硅氮化物、包括氢的硅氮化物、硅氧化物、硅氧氮化物、铝氧化物、MgF2、ZnS、TiO2和CeO2。然而，本发明的实施方式不限于此，并且因此，抗反射层22可以包括各种材料中的一种或更多种。
第一电极24通过在半导体基板10的前表面处穿过抗反射层22而电连接到发射极层20。第一电极24可以包括具有高导电性的各种金属中的一种或更多种。例如，第一电极24可以包括具有高导电性的银（Ag）。然而，本发明的实施方式不限于此。
而且，在半导体基板10的背表面处形成有背表面场层30，其所包括的第二导电类型掺杂物的浓度高于半导体基板10所包括的第二导电类型掺杂物的浓度。背表面场层30防止或减少了背表面处的电子与空穴的复合，并且因此，增强了太阳能电池100的效率。诸如V族元素（例如，磷（P）、砷（As）、铋（bi）、锑（Sb）等等）的n型掺杂物可以用作第二导电类型掺杂物。
钝化层32和第二电极34可以形成在半导体基板10的背表面处。
钝化层32可以形成在半导体基板10的几乎整个背表面处（除了形成有第二电极34的部分之外）。钝化层32钝化半导体基板10的背表面处的缺陷，并且消除了少数载流子的复合位。因此，能够增加太阳能电池100的开路电压。
钝化层32可以包括用于使光通过的透明绝缘材料。因此，光能够通过钝化层32入射到半导体基板10的背表面，从而增强太阳能电池100的效率。钝化层32可以具有单膜结构或多层膜结构，其包括例如从由下述材料组成的组中选择的至少一种材料，所述材料为：硅氮化物、包括氢的硅氮化物、硅氧化物、硅氧氮化物、铝氧化物、MgF2、ZnS、TiO2和CeO2。然而，本发明的实施方式不限于此，并且因此，钝化膜32可以包括各种材料中的一种或更多种。
第二电极34可以包括具有高导电性的金属。例如，第二电极34可以包括具有高导电性和高反射率的银（Ag）。当使用具有高反射率的银时，能够利用银反射到达半导体基板10的背表面的光并且能够使光前进到半导体基板10的内部，从而增加用于太阳能电池100或可用于太阳能电池100的光的量。
第二电极34可以具有大于第一电极24的宽度。
在本发明的上述实施方式中，半导体基板10和背表面场层30是n型，并且发射极层20是p型。然而，本发明的实施方式不限于此。半导体基板10和背表面场层30可以是p型，并且发射极层20可以是n型。因此，各种修改都是可能的。
如上所述，在根据本发明的实施方式的太阳能电池100中，通过诸如发射极层20或背表面场层30的掺杂层形成p-n结或背表面场结构，从而改进太阳能电池100中的光电转换。在本发明的实施方式中，当形成了诸如发射极层20或背表面场层30的掺杂层时，能够防止外扩散并且能够增强掺杂层的性质，并且将参考图2和图3a至图3h对此进行详细描述。
图2是用于示出根据本发明的实施方式的用于制造太阳能电池的方法的框图。图3a至图3h是用于示出根据本发明的实施方式的用于制造太阳能电池的方法的截面图。
参考图2，根据实施方式的制造太阳能电池的方法包括准备半导体基板的操作ST10、形成掺杂层的操作ST20、形成抗反射膜和钝化膜的操作ST30以及形成电极的操作ST40。
在该情况下，形成掺杂层的操作ST20包括离子注入第一导电类型掺杂物的操作ST22、离子注入第二导电类型掺杂物的操作ST24、用于活化的热处理的操作ST26和用于清洁的操作ST28。在说明书和附图中，同时对第一和第二导电类型掺杂物进行用于活化的热处理，并且因此，工艺得到了简化。然而，本发明的实施方式不限于此，并且各种修改都是可能的，将在下面对此进行更详细的描述。
将参考图3a至图3h更详细地描述制造太阳能电池的方法。
首先，如图3a中所示，在准备半导体基板的操作ST10中，准备具有第二导电类型掺杂物的半导体基板10。硅半导体基板10的前和背表面可以被纹理化以具有各种形状的突出的部分和/或凹陷的部分（或具有不均匀表面）。对于纹理化方法，可以使用湿法蚀刻方法或干法蚀刻方法。在湿法蚀刻方法中，基板10可以被浸入到纹理化溶液中。根据湿法蚀刻方法，处理时间能够较短。在干法蚀刻方法中，通过金刚石钻具或激光对半导体基板10的表面进行蚀刻。在干法蚀刻方法中，能够均匀地形成突出的部分和/或凹陷的部分，但是半导体基板10可能被损坏并且处理时间比较长。替选地，可以通过反应离子蚀刻来对硅半导体基板10的前和背表面中的一个进行纹理化。因此，可以利用各种方法中的一种或更多种来对半导体基板10进行纹理化。
接下来，如图3b至图3f中所示，形成作为掺杂层的发射极层20和背表面场层30。将对此进行更详细的描述。
如图3b中所示，在离子注入第一导电类型掺杂物的操作ST22中，通过将第一导电类型掺杂物离子注入到半导体基板10的前表面来形成第一层200。
接下来，如图3c中所示，在离子注入第二导电类型掺杂物的操作ST24中，通过将第二导电类型掺杂物离子注入到半导体基板10的背表面来形成第二层300。
接下来，如图3d和图3e中所示，在进行用于活化的热处理的操作ST26中，通过对半导体基板10进行退火的用于活化的热处理来活化在离子注入第一导电类型掺杂物的操作ST22中离子注入的第一导电类型掺杂物和在离子注入第二导电类型掺杂物的操作ST24中离子注入的第二导电类型掺杂物。从而，形成了作为掺杂层的发射极层20和背表面场层30。将对此进行更详细的描述。
当第一和第二导电类型掺杂物被离子注入到半导体基板10时，第一和第二导电类型掺杂物由于掺杂物没有位于晶格位而没有被活化。通过对半导体基板10进行退火，第一和第二导电类型掺杂物移动到晶格位并且被活化。通过活化，从形成在半导体基板10的前表面处的第一层200形成发射极层20，并且从形成在半导体基板10的背表面处的第二层300形成背表面场层30。
在该情况下，在用于活化的热处理的操作ST26中，在第一气体气氛下以低于第一温度的温度形成抗外扩散膜202和302以防止掺杂物的外扩散（图3d），并且然后，以是用于活化的温度的第一温度对半导体基板10进行热处理（图3e）。
将参考图4更详细地描述在用于活化的热处理的操作ST26中的供应气体的特定温度和条件。图4是示出根据本发明的实施方式的用于制造掺杂层的方法的用于活化的热处理的步骤中温度与时间的关系的曲线图。
参考图4，根据实施方式的用于活化的热处理的操作ST26包括初始过程（或初始时段）IR和保持过程（或保持时段）MR。在初始过程IR中，温度从低于是用于活化的温度的第一温度T1的第二温度T2增大到第一温度T1。在保持过程中，第一温度T1被保持预定时间。而且，用于活化的热处理的操作ST26可以包括位于保持过程MR之后的结束过程（或结束时段）ER，其中，温度从第一温度T1降低到低于第一温度T1的温度。在该情况下，初始过程IR包括第一初始过程（或第一初始时段）IR1和第二初始过程（第二初始时段）IR2。在第一初始过程IR1中，温度从第二温度T2增大到第三温度T3。在第二过程IR2中，温度从第三温度T3增大到第一温度T1。
如上，在用于活化的热处理的操作ST26中，半导体基板（图3d的10）被插入到其温度为低于是用于活化的温度的第一温度T1的第二温度T2的热处理设备中。然后，温度增大到第一温度T1，并且在第一温度T1执行用于活化的热处理。然后，温度降低到低于第一温度T1的温度。如果半导体基板10被插入到其温度是作为用于活化的温度的第一温度T1的热处理设备中，则半导体基板10会由于快速的温度变化而损坏或破坏。而且，如果热处理设备的初始温度是室温，则需要很多时间来从室温增大到第一温度T1。因此，在低于第一温度T1的第二温度T2开始热处理以便于防止半导体基板10的损坏并且使得处理时间最小。
例如，作为用于活化的温度的第一温度T1可以处于大约950℃至1300℃的范围内。当第一温度T1高于大约1300℃时，半导体基板10会损坏并且制造成本会由于高温而增加。当第一温度T1低于950℃时，第一和/或第二导电类型掺杂物会没有被充分地活化。
例如，第二温度T2可以处于大约650℃至850℃的范围内。当第二温度T2高于大约850℃时，半导体基板10会损坏并且制造成本会由于高温而增加。当第二温度T2低于650℃时，初始过程IR的处理时间会增加并且生产率会降低。
然而，本发明的实施方式不限于上述温度。因此，第一温度T1和第二温度T2可以变化。
在本发明的实施方式中，通过至少在初始过程IR（其中温度从第二温度T2增大到第一温度T1）中的一个过程（其中温度增大到低于第一温度T1的第三温度T3）中供应第一气体来形成抗外扩散膜（图3d的202和302）。然后，在第一温度T1执行用于活化的热处理。从而，在保持过程MR中，能够在通过抗外扩散膜202和302来防止或减少掺杂到半导体基板10的掺杂物的外扩散的状态下执行用于活化的热处理。
更具体地，通过在其中温度从第二温度T2增大到第三温度T3的第一初始过程IR1中供应第一气体来形成抗外扩散膜202和302，如图3d中所示。当第一温度T1处于950℃至1300℃的范围内并且第二温度T2处于大约650℃至850℃的范围内时，第三温度T3可以处于大约870℃至900℃的范围内。第三温度T3被确定或设置为高于第二温度T2并且没有使得抗外扩散膜202和302过分加厚。然而，本发明的实施方式不限于此并且第三温度T3可以变化。
通过在第一初始过程IR1中（即，在大约650℃至900℃的温度）供应第一气体，在半导体基板10的表面上形成抗外扩散膜202和302。第一气体可以是适合于通过与半导体基板10中包括的材料（即，硅）反应来形成膜的材料。例如，第一气体可以是适合于通过与半导体基板10的硅反应来形成硅氧化物膜的氧气。在该情况下，抗外扩散膜202和302中的每一个包括氧化物膜（更具体地，硅氧化物膜）。
在第一初始过程IR1中，可以与氧气一起供应另一气体（例如，氮气）。如果仅供应作为第一气体的氧气，则抗外扩散膜202和302可能被过度加厚。该问题可能在大量半导体基板10在同一处理或时间进行处理并且供应到的热处理设备的气体量增加时变得更加严重。因此，需要与氧气一起提供氮气，并且因此，可以在半导体基板10上形成具有适当的厚度的抗外扩散膜202和302。
抗外扩散膜202和302可以具有大约0.1nm至20nm（更具体地，大约1nm至5nm）。当抗外扩散膜202和302可以大于大约20nm时，处理时间会增大，并且因此，产率可能降低，并且太阳能电池100的性质可能劣化。当抗外扩散膜202和302小于大于0.1nm时，由于抗外扩散膜202和302很薄，因此用于防止外扩散的效果可能不充分。
第一初始过程IR1的处理时间可以为大约1分钟至60分钟（例如，5分钟至60分钟，并且更具体地，5分钟至20分钟）。当处理时间小于大约1分钟时，抗外扩散膜202和302的厚度可能不足。当处理时间大于大约60分钟时，处理时间增大，抗外扩散膜202和302的厚度可能过度变厚，并且太阳能电池的性质可能劣化。当考虑抗外扩散膜202和302的厚度和太阳能电池100的性质时，第一初始过程IR1的处理时间可以为5分钟至20分钟。然而，本发明的实施方式不限于此。可以考虑第一初始过程IR1的温度增加速度和抗外扩散膜202和302的厚度来改变处理时间。
在其中温度从第三温度T3增大到第一温度T1的第二初始过程IR2中，供应不同于第一气体的第二气体。更具体地，第二气体与半导体基板10的反应率小于第一气体与半导体基板10的反应率。从而，防止了抗外扩散膜202和302过度变厚。第二气体可以包括与半导体基板10的反应率相对较小的氮。
如上，实施方式包括供应第二气体的第二初始过程IR2。然而，本发明的实施方式不限于此。因此，第二初始过程IR2可以省略，并且在初始过程IR过程中供应第一气体。
而且，在保持第一温度T1的保持过程MR中，在适合于用于活化的热处理的温度执行用于活化的热处理。然而，如图3e中所示，通过活化，从形成在半导体基板10的前表面处的第一层200形成发射极层20，并且从形成在半导体基板10的背表面处的第二层300形成背表面场层30。在该情况下，可以通过供应第二气体（例如，氮气）在氮气气氛下执行保持过程MR。
在该情况下，保持过程MR的处理时间可以长于初始过程（IR）（特别地，第一初始过程IR1）的处理时间。这用于适当地控制抗外扩散膜202和302并且用于充分地活化掺杂物。
另外，在保持过程MR之后，可以执行用于将温度降低到低于第一温度T1的温度的结束过程ER。因此，当半导体基板10被从热处理设备拉出时，可以防止半导体基板10损坏或破坏。在结束过程ER中，可以供应第二气体。
在本发明的实施方式中，在保持过程MR之前执行的初始过程IR1的至少一个过程中，形成抗外扩散膜202和302。因此，当在保持过程MR期间执行用于活化的实质性热处理时，抗外扩散膜202和302防止了掺杂物的外扩散。因此，能够使得掺杂物的损失最小，并且能够增加掺杂物的掺杂深度。因此，能够降低半导体基板10的表面处的表面复合速度（SRV），并且能够增强太阳能电池100的电流密度（Jsc）和开路电压（Voc）。此外，能够增强量子效率（特别地，内部量子效率）。最终，能够增强太阳能电池100的性质和效率。
而且，通过控制在用于活化的热处理的操作ST26的部分过程（或部分时段）中供应的气体来形成抗外扩散膜202和302。因此，不需要用于形成抗外扩散膜202和302的额外的处理。即，通过连续的处理（原位处理）在同一热处理设备中执行其中形成抗外扩散膜202和302的初始过程IR与用于活化的实质性热处理的保持过程MR。因此，能够简化处理，并且能够通过减小材料成本来降低制造成本。
另一方面，在没有形成抗外扩散膜的状态下传统地执行用于活化的热处理。因此，离子注入的掺杂物外扩散，并且因此，引起的掺杂物损失并且掺杂深度不足。替选地，在半导体基板的表面上传统地执行用于形成抗外扩散膜的额外处理，从而通过使用硫酸或硝酸的化学氧化来形成用于形成抗外扩散膜的额外处理。如果执行额外处理，则增加了处理并且处理时间非常长（大约20分钟至30分钟），并且因此，产率很低。而且，应该使用硫酸或硝酸的高酸度（特别地，与未稀释溶液的酸度类似）。因此，增加了材料成本，并且因此，产率更加劣化。
即，根据本发明的实施方式，通过在用于活化的热处理的操作ST26中形成抗外扩散膜202和302，能够通过防止外扩散而没有额外处理来减少表面浓度并且能够增加掺杂深度。因此，能够增强作为掺杂层的发射极层20和背表面场层30的性质。因此，能够在增加产率的同时增强太阳能电池100的性质和效率。
在本发明的实施方式，抗外扩散膜202和302形成为对应于发射极层20和背表面场层30。然而，本发明的实施方式不限于此。因此，可以仅形成抗外扩散膜202用于发射极层20，或者可以仅形成抗外扩散膜302用于背表面场层30。
接下来，如图3f中所示，在用于清洁的操作ST28中，对已经进行了用于活化的热处理的半导体基板10进行清洁。在该情况下，可以消除（或移除）抗外扩散膜202和302。在用于清洁的操作ST28中，可以使用稀释的氢氟酸（稀释的HF）。然而，本发明的实施方式不限于此。因此，可以通过使用各种材料中的一种或更多种来清洁半导体基板10。
由于在高温执行用于活化的热处理的操作ST26，因此，可以在半导体基板10的表面上形成硼硅玻璃（BSG）或磷硅玻璃（PSG）。抗外扩散膜202和302与硅酸盐玻璃组合，并且因此，当在用于清洁的操作ST28中消除抗外扩散膜202和302时，能够消除硅酸盐玻璃。当硅酸盐玻璃剩余时，太阳能电池100的性质可能降低；然而，在本发明的实施方式中，能够通过抗外扩散膜202和302消除硅酸盐玻璃，并且因此，能够改进太阳能电池100的性质。另外，不需要仅消除硅酸盐玻璃的额外处理，从而简化了制造工艺。
接下来，如图3g中所示，在用于形成抗反射膜22和钝化膜32的操作ST30中，分别在半导体基板10的前表面和背表面上形成抗反射膜22和钝化膜32。
可以通过诸如真空蒸镀、化学气相沉积、旋涂、丝网印刷或喷涂的各种方法中的一种或更多种来形成抗反射膜22和钝化膜32。
接下来，如图3h中所示，在用于形成电极24和34的操作ST40中，在半导体基板10的前表面处形成电连接到发射极层20的第一电极24并且在半导体基板10的背表面处形成电连接到背表面场层30（或半导体基板10）的第二电极34。
在抗反射层22处形成开口之后，可以通过诸如镀方法或沉积方法的各种方法中的一种或更多种来在开口内部形成第一电极24。而且，在第二钝化层32处形成开口之后，可以通过诸如镀方法或沉积方法的各种方法中的一种或更多种来在开口的内部形成第二电极34。
替选地，可以通过用于第一和第二电极24和34的印刷浆的烧穿或激光烧接来形成第一电极24和第二电极34。例如，可以通过诸如丝网印刷方法的各种方法来印刷浆。在该情况下，由于在烧穿或激光烧接的过程中自然地（或自动地）形成开口，因此，不需要用于形成开口的单独的操作。
详细的说明书和附图仅用于介绍本发明的各种实施方式中的一个示例，并且因此，各种修改都是可能的。
即，在本发明的实施方式中，在离子注入第一导电类型掺杂物之后，离子注入第二导电类型掺杂物。然后，对第一和第二导电类型掺杂物进行共活化。然而，本发明的实施方式不限于此。因此，在离子注入第二导电类型掺杂物之后，可以离子注入第一导电类型掺杂物。而且，可以分别地执行用于活化第一导电类型掺杂物的热处理和用于活化第二导电类型掺杂物的热处理。在该情况下，用于活化的热处理能够被执行为适合于掺杂物的性质。
而且，在本发明的实施方式中，在形成了抗反射膜22和钝化膜32之后，形成第一电极24和第二电极34。然而，本发明的实施方式不限于此。因此，可以形成抗反射膜22，并且然后，可以形成第一电极24。之后，可以形成钝化膜32，并且然后，可以形成第二电极34。替选地，可以形成钝化膜32，并且然后，可以形成第二电极34。之后，可以形成抗反射膜22，并且然后，可以形成第一电极24。
在本发明的实施方式中，在形成了掺杂层（发射极层20和背表面场层30）之后，形成抗反射膜22和钝化膜32。然而，本发明的实施方式不限于此。因此，可以形成发射极层20，并且然后，可以形成抗反射膜22。之后，可以形成背表面场层30，并且然后，可以形成钝化膜32。替选地，可以形成背表面场层30，并且然后，可以形成钝化膜32。之后，可以形成发射极层20，并且然后，可以形成抗反射膜22。
即，可以对发射极层20、背表面场层30、抗反射膜22、钝化膜32、第一电极24和第二电极34的制造顺序进行各种修改。
此外，发射极层20和背表面场层30被示例为掺杂层。然而，本发明的实施方式不限于此。在背接触太阳能电池中，掺杂层可以是掺杂有与半导体基板的导电类型相同的导电类型的掺杂物的前表面场层。
下面，将参考图5a至图5e和图6更详细地描述根据本发明的另一实施方式的太阳能电池或用于形成太阳能电池的方法。在下面的描述中，将省略任何已经在上面描述过的部分，并且将详细地描述在上面还没有描述过的任何部分。而且，上述实施方式的修改可应用于下述实施方式。
图5a至图5e是用于示出根据本发明的另一实施方式的用于制造太阳能电池的方法的截面图。
如图5b中所示，分别在半导体基板10上的第一层200和第二层300上形成覆盖层204和304。覆盖层204和304是通过使用强酸（例如，使用硝酸的NAOS（硅的硝酸氧化）方法）的方法形成的氧化物层。当如上进一步形成覆盖层204和304时，能够有效地防止第一层200和第二层300的掺杂物的外扩散。
接下来，如图5c中所示，通过在用于活化的热处理的操作中在形成抗外扩散膜202和302之后活化掺杂物来形成发射极层20和背表面场层30。
接下来，如图5d中所示，在用于清洁的操作中消除覆盖层204和304以及抗外扩散膜202和302。接下来，如图5e中所示，形成抗反射膜22、钝化膜32、第一电极24和第二电极34。
在本发明的实施方式中，通过形成额外的覆盖层204和304，能够有效地防止第一层200和第二层300的掺杂物的外扩散。
图6是根据本发明的又一实施方式的太阳能电池的截面图。
参考图6，在根据本发明的实施方式的太阳能电池中，发射极层20具有选择性发射极结构并且背表面场层30具有选择性背表面场结构。
在本发明的实施方式中，具有选择性发射极结构的发射极层20包括与第一电极24相邻并且与其接触的第一部分20a和除了第一部分20a之外的第二部分20b。
第一部分20a具有相对较高的掺杂浓度并且具有相对较低的电阻，并且第二部分20b具有相对较低的掺杂浓度并且具有相对较高的电阻。即，在本发明的实施方式中，能够通过在太阳光入射在相邻的第一电极24之间的部分处形成具有相对较高的电阻的第二部分20b来实现浅发射极，从而增强太阳能电池100的电流密度。另外，能够通过在与第一电极24接触的部分处形成具有相对较低的电阻的第一部分20a来减少与第一电极24的接触电阻。即，当发射极层20具有选择性发射极结构时，能够使得太阳能电池100的效率增加或最大。
因此，第一部分20a处的第一导电类型掺杂物的剂量可以大于第二部分20b处的第一导电类型掺杂物的剂量。当在第一部分20a与第二部分30b之间存在剂量差（或产生剂量差）时，可以使用梳状掩模。然而，本发明的实施方式不限于此。因此，在第一部分20a和第二部分20b处，离子注入处理的数量可以不同。可以使用其它方法。
具有选择性背表面场结构的背表面场层30包括与第二电极34相邻并且与其接触的第一部分30a和除了第一部分30a之外的第二部分30b。
第一部分30a具有相对较高的掺杂浓度并且具有相对较低的电阻，并且第二部分30b具有相对较低的掺杂浓度并且具有相对较高的电阻。即，在本发明的实施方式中，能够通过在相邻的第二电极34之间的部分处形成具有相对较高的电阻的第二部分30b来减少或防止电子和空穴的复合，从而增强了太阳能电池100的电流密度。另外，能够通过在与第二电极34接触的部分处形成具有相对较低的电阻的第一部分30a来减少与第二电极34的接触电阻。即，当背表面场层30具有选择性背表面场结构时，能够使得太阳能电池100的效率增加或最大。
因此，第一部分30a处的第二导电类型掺杂物的剂量可以大于第二部分30b处的第二导电类型掺杂物的剂量。当在第一部分20a与第二部分30b之间存在剂量差（或产生剂量差）时，可以使用梳状掩模。然而，本发明的实施方式不限于此。因此，在第一部分20a和第二部分20b处，离子注入处理的数量可以不同。可以使用其它方法。
因此，在本发明的实施方式中，发射极层20和背表面场层30具有包括具有不同电阻的部分的选择性结构，从而增强了太阳能电池的效率。
在本发明的实施方式中，发射极层20和背表面场层30具有选择性结构。然而，本发明的实施方式不限于此。因此，发射极层20和背表面场层30中的一个可以具有选择性结构。
下面，将通过实验实施方式更详细地描述本发明的实施方式。实验实施方式仅用于示出本发明的实施方式，并且本发明的实施方式不限于此。
实验实施方式1
准备n型半导体基板。作为第一导电类型掺杂物的硼被离子注入到半导体基板的前表面，并且作为第二导电类型掺杂物的磷被离子注入到半导体基板的背表面。执行了离子注入的半导体基板被放入用于活化的热处理设备。温度从720℃增加到900℃，同时供应氧气50分钟，从而形成了氧化物膜。然后，温度增加到1050℃，并且保持该温度同时供应氮气，并且硼和磷被活化，从而形成发射极层和背表面场层。之后，通过使用稀释的HF进行清洁来消除氧化物膜。
在半导体基板的前表面上形成抗反射膜，并且在半导体基板的背表面上形成钝化膜。然后，形成电连接到发射极层的第一电极和电连接到背表面场层的第二电极，并且制造了太阳能电池。
实验实施方式2
通过与实验实施方式1相同的方法制造了太阳能电池，不同之处在于形成氧化物膜的方法。在实验实施方式2中，通过在离子注入第一和第二导电类型掺杂物之后使用硝酸25分钟来形成氧化物的覆盖层，并且然后在用于活化的热处理设备中25分钟来形成氧化物膜。即，实验实施方式2与实验实施方式1的不同之处在于，覆盖层与氧化物膜一起存在以用作抗外扩散膜并且在用于活化的热处理中形成氧化物膜的处理时间为25分钟。在用于清洁的步骤中，将覆盖层与氧化物膜一起消除。
实验实施方式3
通过与实验实施方式1相同的方法来制造太阳能电池，不同之处在于进行用于活化的热处理10分钟以形成氧化物膜。
实验实施方式4
通过与实验实施方式1相同的方法来制造太阳能电池，不同之处在于进行用于活化的热处理5分钟以形成氧化物膜。
比较示例
准备n型半导体基板。作为第一导电类型掺杂物的硼被离子注入到半导体基板的前表面，并且作为第二导电类型掺杂物的磷被离子注入到半导体基板的背表面。通过使用硝酸25分钟以在半导体基板的表面上形成氧化物覆盖层。执行了离子注入的半导体基板被放入用于活化的热处理设备。温度从720℃增加到1050℃，并且保持在1050℃同时供应氮气，并且硼和磷被活化，从而形成发射极层和背表面场层。之后，通过使用稀释的HF进行清洁来消除氧化物膜。
在半导体基板的前表面上形成抗反射膜，并且在半导体基板的背表面上形成钝化膜。然后，形成电连接到发射极层的第一电极和电连接到背表面场层的第二电极，并且制造了太阳能电池。
对通过实验实施方式1和2以及比较示例制造的太阳能电池的与波长相关的反射率、外部量子效率和内部量子效率进行检测。分别在图7、8和9中示出了结果。而且，图10和图11分别是图9的部分A和B的放大图。
参考图7，能够看到的是，短波长和长波长中的根据实验实施方式1和2的太阳能电池的反射率不同于根据比较示例的太阳能电池的反射率。因此，能够看到的是，实验实施方式1和2的太阳能电池的表面的形态发生了变化。为了进行参考，虽然实验实施方式1和2的太阳能电池的反射率增加得较少，但是其没有影响太阳能电池的效率。
参考图8和图9，与比较示例相比，实验实施方式1和2的太阳能电池具有高度增强的量子效率（特别地，内部量子效率）。如图10中所示，与比较示例相比，实验实施方式1和2的太阳能电池在短波长中具有增强的内部量子效率。如图11中所示，与比较示例相比，实验实施方式1和2的太阳能电池具有增强的内部量子效率。当通过内部量子效率来计算电流密度（Jsc）时，实验实施方式1和2的300-800nm波长中的电流密度增加了大约0.15mA/cm2，并且实验实施方式1和2的800-1200nm波长中的电流密度增加了大约0.22mA/cm2。
而且，对根据实验实施方式1和2以及比较示例的太阳能电池的发射极层的方块电阻进行测量，并且在图12中示出了结果。对根据实验实施方式1和2以及比较示例的太阳能电池的背表面场层的方块电阻进行测量，并且在图13中示出了结果。对根据实验实施方式1和2以及比较示例的太阳能电池的暗电压Voc进行测量，并且在图14中示出了结果。方块电阻和暗电压Voc被示出为相对值。
参考图12和图13，能够看到的是，与比较示例相比，根据实验实施方式1和2的太阳能电池的发射极层和背表面场层的方块电阻较高。因此，表面复合速度能够降低。另外，参考图14，能够看到的是，与比较示例相比，根据实验实施方式1和2的太阳能电池的暗电压Voc得到了改进。因此根据实验实施方式1和2，能够改进c掺杂物层的各种性质，并且能够增强太阳能电池的效率。
此外，根据比较示例制造六个太阳能电池并且根据实验实施方式1制造十二个太阳能电池。在太阳能电池中，形成发射极层并且执行清洁。在图15中所示了太阳能电池。如图15中所示，在根据比较示例的太阳能电池中，在基板的表面上剩余有化学材料（例如，硼硅玻璃（BSG））。另一方面，在根据实验实施方式1的太阳能电池中，在基板的表面上没有剩余有化学材料（例如，硼硅玻璃BSG）。这是因为当消除抗外扩散膜时也消除了硅酸盐玻璃。因此，根据实验实施方式1，能够消除硅酸盐玻璃，从而增强太阳能电池的性质。
另外，在表1中与理论值一起示出了根据实验实施方式3和4的太阳能电池的氧化物膜（即，抗外扩散膜）的厚度的测量值。
[表1]
Figure BDA00003164805500171
参考表1，能够看到的是，根据实验实施方式3和4的氧化物膜具有大于理论值的厚度。即，根据本发明的实施方式，能够通过简单的工艺（即，在用于活化的热处理的步骤中供应氧）来形成具有足够厚度的氧化物膜，并且因此，氧化物膜能够用作抗外扩散膜。
而且，对根据实验实施方式3制造的四十六个太阳能电池和根据比较示例制造的四十四个太阳能电池的开路电压（Voc）、电流密度（Jsc）、填充因子和效率进行测量，并且在表2中示出了其平均值。
[表2]
Figure BDA00003164805500172
参考表2，能够看到的是，根据实验实施方式3的太阳能电池具有增强的开路电压、电流密度、填充因子和效率。特别地，实验实施方式3中的开路电压比比较示例中的开路电压大大约3mV，并且比比较示例优异。而且，实验实施方式中的效率比比较示例中的效率大大约0.15%，并且比比较示例优异。
对根据实验实施方式3和比较示例测量的太阳能电池中与发射极层的结深度相关的掺杂物浓度进行测量。在图16中示出了结果。在该情况下，在表3中示出了发射极层的掺杂物量。测量电化学电容-电压（ECV）曲线并且然后通过使用面积和方块电阻来进行补偿。在补偿曲线之后，计算表3中的掺杂物量。
[表3]
掺杂物量
实验实施方式3 1.24X1015
比较示例 1.02X1015
参考表3，能够看到的是，实验实施方式3中的掺杂物量大于比较示例中的掺杂物量。而且，参考图16，能够看到的是，与比较示例相比，在实验实施方式3中，掺杂物均匀地分布并且掺杂物在半导体基板的表面（即，发射极层的表面）处的浓度较高。即，能够预计的是，能够在半导体结构的表面处形成并收集更多载流子并且能够增强太阳能电池的效率。预计的是，这是由于通过热方法形成的氧化物膜具有比通过化学方法形成的氧化物膜的密度大的密度。
根据本发明的实施方式，通过在用于活化的热处理的步骤中形成抗外扩散膜，能够降低表面浓度并且在没有额外的处理的情况下通过防止外扩散来增加掺杂深度。因此，能够增强掺杂物层（例如，发射极层、前表面场层和背表面场层）的性质。因此，能够在增加产率的同时增强太阳能电池的性质和效率。
已经描述了本发明的特定的实施方式。但是，本发明的实施方式不限于上面描述的具体实施方式，并且在不偏离由所附权利要求限定的范围的情况下可以由本发明所属领域的技术人员做出对实施方式的各种修改。

Claims (20)

1.一种用于制造太阳能电池的掺杂层的方法，所述方法包括：
向基板离子注入掺杂物；以及
进行热处理以活化掺杂物，
其中，在用于活化的热处理中，在第一气体气氛下以低于第一温度的温度形成抗外扩散膜之后以所述第一温度对所述基板进行热处理。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一气体气氛包括氧气，并且所述抗外扩散膜包括氧化物膜。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，在形成所述抗外扩散膜的过程中，与氧气一起提供氮气。
4.根据权利要求1所述的方法，所述方法进一步包括在不同于所述第一气体气氛的第二气体气氛下以所述第一温度对所述基板进行热处理。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述第二气体气氛包括氮气。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述用于活化的热处理包括初始过程和保持过程，
在所述初始过程中，温度从低于所述第一温度的第二温度增大到所述第一温度，
在所述保持过程中保持所述第一温度，并且
至少在所述初始过程中提供所述第一气体。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述初始过程包括第一初始过程和第二初始过程，
在所述第一初始过程中，温度从所述第二温度增大到低于所述第一温度的第三温度，
在所述第二初始过程中，温度从所述第三温度增大到所述第一温度，并且
在所述第一初始过程中提供所述第一气体。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述保持过程的处理时间长于所述第一初始过程的处理时间。
9.根据权利要求7所述的方法，其中，所述第一初始过程的处理时间处于大约1分钟至大约60分钟的范围内。
10.根据权利要求7所述的方法，其中，在所述第二初始过程和所述保持过程中提供不同于所述第一气体气氛的第二气体气氛。
11.根据权利要求6所述的方法，其中，所述用于活化的热处理进一步包括处于所述保持过程之后的其中温度降低的结束过程。
12.根据权利要求6所述的方法，其中，在同一热处理设备中连续地执行所述初始过程和所述保持过程。
13.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一温度处于大约950℃至1300℃的范围内。
14.根据权利要求1所述的方法，其中，形成所述抗外扩散膜过程中的温度处于大约650℃至900℃的范围内。
15.根据权利要求1所述的方法，其中，所述抗外扩散膜具有大约0.1nm至20nm的厚度。
16.根据权利要求1所述的方法，所述方法进一步包括在所述用于活化的热处理之后对所述基板进行清洁的步骤，
其中，在清洁的步骤中消除所述抗外扩散膜。
17.根据权利要求16所述的方法，其中，在所述清洁的步骤中将形成在所述基板的表面上的硅酸盐玻璃与所述抗外扩散膜一起消除。
18.根据权利要求1所述的方法，所述方法进一步包括在离子注入的步骤与所述用于活化的热处理的步骤之间在所述基板的表面上形成覆盖层的步骤，
其中，在所述用于活化的热处理期间，在所述覆盖层上形成所述抗外扩散膜。
19.一种用于制造太阳能电池的方法，所述方法包括：
执行根据权利要求1所述的用于制造掺杂层的方法；以及
形成电连接到所述掺杂层的电极。
20.根据权利要求19所述的方法，其中，所述掺杂层是发射极层、前表面场层和背表面场层中的至少一种。
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