CN104221167A - 硅片太阳能电池的非酸性各向同性回蚀 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了太阳能电池的制造方法。所述方法包括使用包含氢氧化钾(KOH)和次氯酸钠(NaOCl)的溶液蚀刻硅片太阳能电池的掺杂表面。可替代地，所述溶液可包含氢氧化钠(NaOH)和NaOCl。在一个方面中，使用所述KOH∶NaOCl溶液回蚀所述太阳能电池的发射体的步骤与多孔硅去除同时进行。在另一方面中，使用所述KOH∶NaOCl溶液回蚀所述太阳能电池的发射体的步骤还包括PSG去除。并且在另一方面中，使用所述KOH∶NaOCl溶液回蚀所述太阳能电池的发射体的步骤与抛光同时进行。
Description
优先权权利要求
本申请要求2012年5月9日提交的第61/644,730号美国专利申请的优先权。
发明领域
本发明一般地涉及太阳能电池制造，并且更特别地涉及硅片太阳能电池的回蚀的方法和系统。
公开背景
硅片太阳能电池是用于光伏太阳能电池的工业制造的主要技术之一。目前的硅片太阳能电池制造技术使用硅片和包括蚀刻硅片太阳能电池的各种制造技术。例如，在硅片太阳能电池的制造工艺的几个工艺步骤期间能使用化学蚀刻，例如发射体回蚀工艺步骤、PSG污染物去除后工艺步骤和寄生结去除工艺步骤。
发射体回蚀是部分去除硅片上的发射体层的方法。通常进行该方法以最佳化掺杂剂表面浓度，例如大量去除在同轴(in-line)或管扩散发射体中存在的被称为“表面死层”的掺杂表面层，或者在硼扩散中存在的掺杂剂贫化或富集区域。回蚀还允许从低薄层电阻前体发射体形成高薄层电阻发射体，例如，形成均质或选择性发射体。在选择性发射体的情况下，通常掩蔽回蚀以产生选择性蚀刻从而产生发射体薄层电阻的图案。
发射体回蚀溶液通常为酸性的并且基于氢氟酸-(HF)，例如氢氟酸:硝酸(HF-HNO3)溶液。然而，这些溶液代表显著安全危害并且需要复杂的废物处理。此外，这些溶液还去除诸如SiNx和SiOx的电介质，使它们对于使用电介质掩模的掩蔽的蚀刻不相容。
使用同轴扩散的发射体(ILDE)的太阳能电池制造是用于发射体形成的低成本工业方法。在通过该方法形成发射体和随后在HF中去除PSG之后，发射体表面覆盖有难以去除的污染物。这些表面污染物降低了太阳能电池的电性能。常规方法使用扩大和/或较高浓度HF-基蚀刻以去除这些表面污染物，其并不总是完全有效的并且存在上述安全危害和电介质去除缺点。
在标准太阳能电池上的发射体或p-n结形成期间，通过例如，热扩散将掺杂剂浸入硅片的向阳光一侧表面。然而，通常非故意将掺杂剂浸入晶片的相对面和边缘由此形成寄生结。寄生结导致分流(shunt)，其降低太阳能电池的效率。
去除分流的一种方法是化学蚀刻掉寄生结。标准方法是使用HF:HNO3基蚀刻剂的冷却溶液的单面蚀刻以去除寄生结。还可将硫酸(H2SO4)或醋酸加入至溶液。由于HF-基溶液还蚀刻电介质(例如，SiNx、SiOx)，有必要在方法的SiNx钝化步骤之前进行必要的寄生结去除。
因此，需要克服常规蚀刻工艺步骤的这些缺点的太阳能电池制造方法，例如提供与电介质相容的回蚀溶液并且不具有HF基蚀刻工艺步骤中存在的安全危害。此外，从随后的详细描述和附加权利要求，结合附图和本公开背景，其他期望的特征和特性将变得明显。
概述
根据详细描述，提供了太阳能电池的制造方法。所述方法包括使用包含氢氧化钾(KOH)和次氯酸钠(NaOCl)的溶液蚀刻硅片太阳能电池的掺杂表面。可替代地，溶液能包含氢氧化钠(NaOH)和NaOCl。
根据另一方面，提供了另一种硅片太阳能电池的制造方法。所述方法包括使用包含氢氧化钾(KOH)和次氯酸钠(NaOCl)的溶液以当去除多孔硅时同时回蚀硅片太阳能电池的发射体层。
根据其他方面，提供了另一种硅片太阳能电池的制造方法。所述方法包括使用包含氢氧化钾(KOH)和次氯酸钠(NaOCl)的溶液以当抛光硅片发射体层的表面时同时回蚀硅片太阳能电池的发射体层。
附图简述
附图，其中同样的附图标记是指在单独视图中的相同或功能相似的元件并且其连同下面的详细描述并入和形成本说明书的一部分，用以例示各个实施方案并且用以说明本发明的各个原理和优点。
图1包括图1A和1B例示了用于硅片太阳能电池制造的常规扩散技术，其中图1A例示了管扩散且图1B例示了同轴扩散。
图2例示了用于硅片太阳能电池制造的常规扩散后工艺流程。
图3例示了包括发射体回蚀的用于硅片太阳能电池制造的更详细的常规扩散后工艺流程。
图4包括图4A、4B、4C和4D，描述了硅片太阳能电池上扩散后发射体回蚀方法的图示，其中图4A为描述回蚀之前的晶片的图表且图4B为描述回蚀之后的晶片的图，并且其中图4C为描述本实施方案的PSG去除之后和回蚀之前的晶片的扫描电子显微镜(SEM)显微照片且图4D为描述本实施方案的回蚀之后的晶片的SEM显微照片。
图5例示了与本实施方案的工艺流程相比，图3的常规工艺流程的并列比较。
图6包括图6A和6B，例示了本发明的多晶硅片太阳能电池上的扩散后发射体回蚀方法的SEM显微照片，其中图6A例示了多晶硅片的回蚀之前的同轴磷扩散层的SEM显微照片且图6B例示了本实施方案的多晶硅片的回蚀之后的同轴磷扩散层的SEM显微照片。
图7包括图7A和7B，例示了本发明的硅片太阳能电池上的扩散后发射体回蚀方法的SEM显微照片，其中图7A例示了晶体硅片的回蚀之前的管硼扩散层的SEM显微照片且图7B例示了本实施方案的晶体硅片的回蚀之后的管硼扩散层的SEM显微照片。
图8例示了描述本实施方案的不同持续时间的回蚀之前和之后的硼扩散层的反射率(WAR)的加权平均数的变化的柱状图。
图9例示了描述本实施方案的不同持续时间的回蚀之前和之后的磷扩散层的反射率(WAR)的加权平均数的变化的柱状图。
图10例示了，图5的常规工艺流程与本实施方案的第一变型的工艺流程相比的并列比较，在该实施方式变型中将发射体回蚀工艺步骤与标准寄生结/PSG去除方法的多孔硅去除步骤相结合。
图11例示了在发射体上具有PSG层的管和同轴扩散单晶和多晶晶片的本实施方案的回蚀之前和之后的微分薄层电阻的图表。
并且图12例示了图5的工艺流程本实施方案的第二变型的工艺流程相比的并列比较，在该实施方式变型中将发射体回蚀工艺步骤与后表面抛光相结合。
技术人员理解为了简单和清楚而例示附图中的元件并且附图不必按比例绘制。例如，可相对于其他元件扩大方框图中一些元件的大小以帮助增加对本实施方案的了解。
详细描述
下列详细描述本质上仅为例示性的并且不意图限制本发明或者本发明的应用和用途。此外，不意图受本发明前述背景或下列详细描述中提供的任何理论的束缚。意图提供用于基于氢氧化钾(KOH)和次氯酸钠(NaOCl)溶液的组合或者基于氢氧化钠(NaOH)和NaOCl溶液的组合改进蚀刻方法的方法以及这种蚀刻方法在单晶和多晶硅片太阳能电池制造中的用途。
使用本文提供的实施方案的KOH(或NaOH)和NaOCl的组合的蚀刻方法有利地提供了保留硅片的表面纹理的掺杂硅表面的受控的、缓慢的、均匀的和接近保角(conformal)的蚀刻，使该方法高度适用于回蚀技术。此外，本实施方案的回蚀溶液很大程度上与氮化硅(SiNx)和氧化硅(SiOx)(与常规酸基回蚀溶液相反(例如，基于HF)无反应，因此允许SiNx或SiOx被用作蚀刻掩模以实现单面或有图案的回蚀。此外，根据本文提供的实施方案，KOH/NaOH-NaOCl回蚀溶液成功地去除在同轴扩散发射体上磷硅酸玻璃(PSG)去除后剩余的表面污染物。
参见图1A和1B，硅片太阳能电池上的发射体的常规制造技术通常包括硼扩散或磷扩散。使用高纯度三氯氧磷(POCl3)液体掺杂剂源的插图100(图1A)中描述的基于间歇的管扩散为光伏工业中发射体形成的实际标准。插图150(图1B)中描述的同轴扩散为用于发射体形成的替代方法，其使用正磷酸(H3PO4)的喷涂溶液作为掺杂剂源。插图100，插图150是来自PV-Tech.org的工业标准工艺插图。同轴扩散得益于较短的扩散时间、减少的自动化要求、更简单的晶片载量和低成本掺杂剂溶液。然而，用于同轴扩散发射体的短的扩散时间通常导致表面死层(由于表面污染物和表面处的高掺杂剂浓度)，其倾向于限制开路电压(Voc)和与管扩散相比的同轴扩散太阳能电池的效率。该重掺杂的死层和表面污染物的有效减少或去除是获得使用同轴扩散的更高效率是必不可少的。已经开发各种清洁或蚀刻方法以去除该死层和表面污染物，包括所谓的“发射体回蚀”方法。本领域技术人员了解管扩散发射体还具有表面死层，虽然在较低水平下，因此也得益于“发射体回蚀”方法。
参见图1A，插图100描述了常规管扩散其中在辐射加热器的炉(108)内部的石英管102用于硅片104上的基于间歇的(即，垂直或水平晶片104)发射体形成，通过使氮载气106穿过POCl3液体的起泡器107在通风口105处提供三氯氧磷(POCl3)蒸气。废气110去除来自烘箱102中的过量气体。
参见图1B，插图150描述了常规水平同轴化学扩散，其中将磷酸(H3PO4)152喷射在硅片110的一个或两个表面上，然后在几个加热区(通常七个至十个加热区)中的红外灯和/或电阻加热器156下在传送带154上驱动硅片110以在硅片110上形成发射体。
参见图2，常规扩散后工艺流程200随在步骤202中的纹理和扩散的硅片开始，用于酸性-各向同性纹理的多晶硅或碱性-各向异性纹理的单晶硅。然后，在标记为204的一系列步骤下进行寄生结去除和PSG去除。首先，在步骤206去除寄生结，然后在步骤208去除后侧多孔硅。最后，在步骤210中去除和中和自然氧化物。在步骤210的自然氧化物去除之后，将发射体抗反射涂层(ARC)沉积并在步骤212进行最终金属化。常规硅片太阳能电池制造中的步骤206和210二者不利地需要使用氢氟酸溶液(例如，HF-HNO3和HF-HCl)。
参见图3，其他常规扩散后工艺流程300包括在标记为302的一系列步骤的寄生结和PSG去除以及回蚀。在步骤206去除寄生结之后，在步骤304使用氟化氢(HF)溶液去除发射体PSG。在步骤306使用HF-HNO3溶液回蚀发射体并在步骤308使用氢氧化钾(KOH)溶液去除多孔硅。
发射体回蚀在包括图4A、4B、4C和4D的图4中示出。图4A描述了在通过扩散404形成发射体之后硅片太阳能电池402的插图400。从插图400能够看出，发射体404表面(在PSG去除后)覆盖有从扩散过程中剩余的难以去除表面污染物406。这些表面污染物406降低太阳能电池的电性能。参见图4B，步骤304和306去除表面污染物并且将发射体404回蚀为新表面422。然而，使用常规HF-基蚀刻方法的在步骤304的这些表面污染物406的去除和在步骤306的发射体404回蚀并不总是有效的并且存在相关的安全危害和电介质去除缺点。根据本实施方案，提出使用热KOH:NaOCl溶液作为非酸性、没有HF的回蚀溶液的化学蚀刻方法以克服常规扩散后硅片太阳能电池处理中存在的安全和酸性相关问题。如上所述，诸如氢氧化钠(NaOH)的另一种氢氧化物能代替蚀刻溶液中的氢氧化钾(KOH)。从图4C和4D能够看出，表面污染物的去除和使用热KOH:NaOCl溶液的回蚀非常有效并且不存在HF-基蚀刻方法的缺点。图4C描述了在PSG去除后同轴扩散单Si表面的扫描电子显微镜(SEM)显微照片440。相当大量的表面污染物在显微照片440中可见，在其中显微照片440中的白色氧化层的表面上代表表面污染物的可见痕迹，其降低太阳能电池效率。然而，热KOH:NaOCl蚀刻溶液有效去除外来物质，同时保持图4D的显微照片460中显示的金字塔的一致性。基本上，热KOH:NaOCl蚀刻溶液去除从同轴扩散过程中产生的沉积的硬表面污染物，并且如在显微照片460中清楚显示的，在回蚀后，表面污染物不存在，并且仅有干净硅区域中剩余的纳米级小孔。
参见图5，并列流程图500描述了常规方法300和本实施方案的改进方法502。这两种方法300、502之间的差别在于寄生结和PSG去除以及回蚀步骤504。在寄生结去除步骤206之后进行后面多孔硅去除步骤506。然后，在包括根据本实施方案使用包含KOH和NaOCl的溶液蚀刻硅片太阳能电池402的发射体表面404的发射体回蚀步骤510之后进行发射体PSG去除步骤508。KOH:NaOCl溶液提供在晶体硅片太阳能电池上掺杂的/未掺杂的硅层的受控的、均匀的和接近保角的去除。控制的和均匀蚀刻特性能实现去除有纹理表面(单晶和多晶二者)上不期望的重或贫化掺杂的层而不显著影响纹理几何结构，否则其不利于硅太阳能电池电性能。由于接近保角的蚀刻特性的表面纹理的保留还允许比常规方法显著更深的回蚀。深回蚀对于需要扩散后回蚀以通过去除重掺杂表面死层增加电池效率的同轴扩散发射体特别有利。深回蚀的其他应用包括去除硼发射体上的表面富集层和通过掩蔽的回蚀形成选择性发射体。除了死层去除之外，本实施方案的KOH/NaOCl溶液在去除表面污染物406(并且如显微照片460中示出的)时也非常有效。
作为非酸性溶液，本实施方案的KOH:NaOCl溶液还与SiNx和SiOx层相容。这能实现在使用SiNx/SiOx堆作为掩模层的SiNx沉积或基于间歇的寄生结去除之后同轴寄生结去除。此外，使用本实施方案的KOH:NaOCl溶液提供了用于边缘分离的新方法。
此外，HF酸基回蚀溶液由于需要的高浓度而非常有危险。因此，本实施方案的KOH:NaOCl溶液和回蚀的不含HF性质显著降低回蚀方法的危险并且建立了用于回蚀方法的替代的、环境友好的选择。
在KOH-NaOCl方法中，NaOCl是强氧化剂。在化学式(1)至(3)中概述该化学反应：
NaOCl在水中离子化以提供次氯酸(HOCl)和次氯酸根离子(OCl-)。硅蚀刻速率由于获得氢氧根(OH-)而非常小。此外，硅与次氯酸离子反应以形成二氧化硅(SiO2)。该KOH与硅的反应在化学公式(4)中提供：
其中硅与氢氧根离子反应以形成硅氢氧化物复合物，Si(OH)4。
KOH蚀刻速率对于一些晶体取向是高的(即，<100>)，并且对于其他非常慢，即沿着<111>方向，导致金字塔形状表面纹理。由于NaOCl的存在产生的SiO2层充当被KOH快速硅蚀刻的屏障，由此建立掺杂硅表面上接近保角的蚀刻特性。然而，在有纹理KOH:NaOCl溶液中显著更高的KOH浓度下，SiO2屏障随更高、不均匀的Si-蚀刻速率发生和有纹理表面的形成变得不太有效。
根据本实施方案，使用KOH和NaOCl的完全不同的组合建立缓慢、受控的、均匀和接近保角的回蚀过程510。本领域技术人员知道不同浓度可用于调整蚀刻速率同时保持溶液在接近保角范围。
本实施方案的回蚀温度范围为80℃至82℃。如果低于80℃，由KOH产生的蚀刻速率变得非常低并且不能被蚀刻通过由NaOCl形成的SiO2层。如果高于82℃，NaOCl分解为氧和氯化钠，因此NaOCl变得不能防止SiO2层免受KOH的严重蚀刻，导致不期望的不均匀表面蚀刻。因此，为了保持回蚀溶液的均匀性，必须通过包括化学组合物、浴温度和过程持续时间的KOH-NaOCl回蚀过程控制关键条件。通过这种控制，能实现非常均匀、各向同性和接近保角的回蚀过程，根据蚀刻Si-表面的性质可控制的蚀刻速率为10-300nm/min。由于蚀刻速率的可控性，针对给定的溶液组成通过总蚀刻时间设置掺杂区域的总去除以获得期望的薄层电阻或所制造的太阳能电池需要的表面浓度。
图6A例示了在PSG去除之后和使用本实施方案公开的KOH-NaOCl回蚀溶液的回蚀之前的同轴磷扩散的、有纹理多晶硅片的扫描电子显微镜(SEM)显微照片600。如显微照片600所示的纹理是太阳能电池降低太阳能电池表面处的反射损失必需的。HF-基回蚀溶液的典型应用影响表面纹理并降低表面反射，特别是当使用更深的回蚀时。然而，关于应用本实施方案的KOH-NaOCl回蚀，表面纹理很大程度上不受图6B中清楚显示的回蚀影响，其为本实施方案的多晶硅片的回蚀之后的同轴磷扩散层的SEM显微照片650。除了保留纹理的回蚀之外，如通过显微照片650证实的，通过KOH-NaOCl蚀刻溶液去除显微照片600中可见的表面杂物。
参见图7，在硅片太阳能电池上的管扩散硼发射体的回蚀上观察到相同现象。图7A例示了BSG去除之后和晶体硅片的回蚀之前的管硼扩散层的SEM显微照片700且图7B例示了本实施方案晶体硅片的回蚀之后的管硼扩散层的SEM显微照片750。
参见图8，柱状图800描述了本实施方案的不同持续时间的回蚀之前和之后的硼扩散层反射系数(WAR)的加权平均数的变化。结果显示不同回蚀持续时间直至至少600秒的WAR的可忽略的变化。反射系数加权为AM1.5光谱上的1SUN太阳强度。有纹理晶片的WAR值接近恒定说明本实施方案的回蚀的不同持续时间之后有纹理表面的一致性。KOH-NaOCl回蚀溶液类似地显示对图9中柱状图900所示的同轴磷扩散、有纹理单晶体晶片上的纹理或短路电流密度的可忽略的影响。
由于本实施方案的接近保角蚀刻性能的表面纹理的保留允许比能另外应用显著更深的背面蚀。这允许更有效的去除表面死层，由此增加太阳能电池效率，没有对表面纹理损害的前面的限制。由于KOH-NaOCl溶液不是HF基，因此它不蚀刻诸如SiNx和SiOx的电介质。因此，在SiNx沉积后，或者使用水平同轴蚀刻工具(图1B)，或者基于间歇的工具(图1A)，能使用SiNx/SiOx层作为牺牲或非牺牲掩模以阻止晶片一面上的回蚀实现本实施方案的寄生结去除。净结果是寄生结的单面去除。即使在本实施方案KOH-NaOCl回蚀的18分钟的硅蚀刻之后，发现SiNx仍为完整的。
根据本实施方案的第一变型，用于硅片太阳能电池制造的新方法整合寄生结去除和发射体回蚀在更短的总过程中。常规寄生结分离和发射体回蚀方法使用多达五种不同的工艺步骤，具有寄生结和发射体回蚀方法的单独的顺序。本实施方案的该第一变型将所述方法减少为四步或更少，同时实现寄生结分离和发射体回蚀二者。本实施方案溶液的重要特征之一在于KOH-NaOCl溶液的碱性还溶解标准HF-HNO3基寄生结去除过程期间硅片表面上产生的多孔硅层，由此实现多孔硅去除和回蚀步骤被合并为一个工艺步骤。使用KOH-NaOCl溶液用于本实施方案的回蚀还具有蚀刻通过磷硅酸玻璃(PSG)层的能力，由此实现进一步过程顺序简化为三步。本实施方案对单晶和多晶硅片太阳能电池技术二者具有几种积极影响，包括减少工艺步骤数和潜在提高设备性能。
如工艺流程300(图3)所示的，常规润湿化学寄生结去除206使用单面润湿化学蚀刻以去除寄生结。寄生结去除方法需要三个子步骤：使用HF-HNO3基溶液的单面蚀刻206，其去除寄生结并且还建立多孔硅层；在稀释碱溶液(KOH或氢氧化钠，NaOH)中的浸入蚀刻308以去除多孔硅；和在稀释HF-HCl溶液中的浸入蚀刻以去除304，发射体PSG层(即，前面)、自然氧化物210和中和210来自多孔硅去除步骤中的任何残留碱性溶液。
根据本实施方案的该第一变型，公开了改进的、低成本方法以实现寄生结去除和发射体回蚀工艺步骤的整合从而实现整体更短的工艺顺序，对于同轴扩散硅片太阳能电池技术特别有利。然而，本领域技术人员知道本发明还能有效应用于管扩散发射体。
寄生结去除是必需的以去除在发射体的热扩散期间形成的晶片前表面和后表面之间的寄生并联电阻。本领域的目前状况使用HF-HNO3基溶液用于单面蚀刻以去除寄生结，随后是碱性蚀刻，以去除HF-HNO3蚀刻和稀释HF蚀刻期间形成的多孔硅(Si)从而去除前面磷硅酸玻璃(PSG)层。
参见图10，结合寄生结和PSG去除的标准方法和本实施方案包括本实施方案的该第一变型的回蚀方法之间的并列比较1000。虚线框显示整合发射体回蚀方法与寄生结去除方法需要的附加步骤。为了简单，未示出水冲洗步骤。
根据本实施方案的该第一变型，通过利用工艺流程1002、1004所示的KOH-NaOCl回蚀溶液的特殊性质能将总寄生结去除/发射体-回蚀方法简化为四步或更少。通过同时进行回蚀功能和去除寄生结去除步骤期间产生的多孔硅(参见工艺流程1002)，使用KOH-NaOCl溶液用于蚀刻取消了单独的多孔硅去除步骤的需要。此外，KOH-NaOCl溶液中的大量氯的存在使对中和步骤中高HCl浓度的需要最小化。任选地，能根据本实施方案的该第一变型应用KOH-NaOCl溶液以同时去除发射体-面PSG，由此否定对单独PSG去除步骤的需要以进一步简化总过程(参见工艺流程1004)。
整合寄生结/PSG去除与发射体回蚀的常规技术使用两种方法：酸性回蚀溶液或非酸性回蚀溶液。工艺流程400是这种常规技术的实例。在酸性和非酸性回蚀溶液二者中，第一步为在HF-HNO3中的寄生结去除206，其在后面建立多孔硅层并且使前面发射体上的PSG层保持完整。
在酸性方法中，从发射体304中去除PSG，然后应用HF-HNO3基回蚀306，其导致多孔-Si产生。随后，在步骤308，在稀释的KOH(或NaOH)溶液中在晶片的两面上溶解多孔硅。最后，应用210稀释的HF-HCl蚀刻以中和来自多孔硅去除步骤的任何残留的碱性溶液并去除任何自然氧化物。需要总共五个工艺步骤206、304、306、308、210。
类似地，非酸性方法(方法502)需要在发射体回蚀510之前的从扩散发射体的PSG去除508，使用例如本实施方案的KOH-NaOCl溶液。然而，在回蚀过程中，没有多孔-Si层生长，因此不需要随后的多孔硅去除步骤。最后，应用210稀释的HF-HCl蚀刻以中和来自多孔硅去除步骤的任何残留的碱性溶液并去除任何自然氧化物。需要总共五个工艺步骤206、506、508、510、210。
根据本实施方案的该第一变型，去除酸性回蚀步骤并且仅进行非酸性KOH-NaOCl溶液仅回蚀步骤(参见工艺流程1002)。在通过HF-HNO3基溶液的寄生结去除1010之后，在稀释的HF中已经去除发射体PSG层1012。在该点，前面发射体暴露，但在后面的多孔硅保持完整。然后，应用KOH-NaOCl溶液1014，其在水的前面提供发射体回蚀的同时，同时去除后面上的多孔硅。不需要单独的多孔硅去除步骤。最后，应用稀释的HF-HCl蚀刻1016以中和任何残留的碱性溶液并去除任何自然氧化物。如图10所示，与用于标准方法400和方法502的五个工艺步骤相比，对于方法1002仅需要四个工艺步骤。
能通过使用KOH-NaOCl溶液以在回蚀步骤期间同时溶解前面PSG层实现工艺步骤的进一步减少(参见工艺流程1004，其将工艺流程1002的步骤1012、1014结合为单一步骤1020)。
参见图11，图表1100显示使用本实施方案该第一变型的KOH-NaOCl溶液的回蚀之前和之后的微分薄层电阻用于在发射体上具有PSG层的管和同轴扩散单晶和多晶晶片。所有晶片具有带有薄层电阻Rsq的起始发射体，约等于45Ω/sq并且在KOH-NaOCl溶液中蚀刻1分钟至5分钟持续时间。图表1100显示，尽管在第一分钟期间，发射体的Rsq变化是小的(<4Ω/sq)，但Rsq的该变化在进一步蚀刻中以指数方式增加。这表明能预测地实现发射体回蚀而不在先去除前面PSG层。因此，在寄生结去除步骤1010之后，能直接应用KOH-NaOCl溶液1020。如图10所示，与标准方法400和方法502的五步相比，该方法1004仅需要三个工艺步骤。
在回蚀步骤1014、1020期间，该回蚀溶液的碱性溶解后面多孔-Si层并且同时进行发射体回蚀。本领域技术人员知道使用碱性化学品(包括NaOH、KOH等)和氧化剂化学品(NaOCl、H2O2、KMnO4等)的混合物的其他溶液也能用于实现结合多孔-Si去除和回蚀方法。
如表1所示，新方法也减少所需的总工艺步骤数。
表1
在本领域的目前状况中，寄生结/PSG去除和发射体回蚀方法很大程度上为单独的方法。本实施方案能实现方法的整合以获得整体更短的工艺顺序。此外，目前用于寄生结/PSG去除和回蚀的最先进的方法使用五个主要工艺步骤(使用酸性和非酸性回蚀溶液二者)。有利地本发明仅使用最多四步，选择以通过去除图10所示的PSG去除步骤进一步减少为三步。
发射体回蚀和后面抛光是用于提高太阳能电池效率的重要方法。通常，这些由于固有的不同方法目标而为单独的方法。特别地，回蚀需要为保角的以保持表面纹理，而抛光蚀刻为非保角的以使表面平整。根据本实施方案的第二变型，描述使用单一蚀刻溶液KOH-NaOCl的方法，其在掺杂表面上为保角的(即，回蚀)，但在未掺杂表面上为非保角的(即，抛光)。单一面蚀刻通常应用于硅片太阳能电池以去除寄生结，其使晶片的一面保持掺杂而相反面由于寄生结的去除为未掺杂的。通过在寄生结去除后将晶片浸入在加热的KOH-NaOCl溶液中，回蚀在晶片的一面上发生(掺杂面)，同时抛光在晶片的相对面上发生(未掺杂面)。因此，在单一过程溶液中实现回蚀和抛光。
本实施方案的该第二变型公开了使用化学蚀刻方法与热KOH-NaOCl溶液的特殊方法作为组合的回蚀/抛光溶液，其还为低浓度和非酸性的(没有氢氟酸(HF))。在掺杂表面上，KOH-NaOCl充当回蚀，其提供受控的、均匀的和接近保角的蚀刻特性，其实现有纹理表面(单晶和多晶二者)上不期望的重或贫化掺杂层的去除而不显著影响否则有害于硅太阳能电池效率的纹理几何结构。相反地，在未掺杂表面上，KOH-NaOCl溶液充当非保角抛光溶液，其使未掺杂表面光滑。因此，能通过应用KOH-NaOCl蚀刻溶液于其中一个表面为掺杂的而另一面为未掺杂的晶片同时实现回蚀和抛光。通常通过硅片太阳能电池的单面蚀刻产生这种掺杂不对称性用于去除后寄生结，由此提供在寄生结去除过程后整合结合的回蚀/抛光方法的范围。
通常，回蚀和抛光由于固有不同方法目的而需要单独的工艺步骤，即保角蚀刻相对于非保角蚀刻。因此，本实施方案的该第二变型提供了需要回蚀和抛光步骤的太阳能电池制造顺序的潜在成本减少。此外，能结合其他抛光方法应用本实施方案的该第二变型以提供回蚀方法期间另外阶段的抛光。最后，HF酸基回蚀溶液由于所需的高浓度而非常有害；因此，不含HF的性质和KOH-NaOCl所需的低浓度显著降低回蚀方法的危险和危害。
参见图12，用于回蚀和抛光的方法1202的比较1200是与本实施方案第二变型的方法1220比较，其使用结合的回蚀/抛光方法。第三方法1250示出能通过应用图10描述的本实施方案的第一变型实现的另外的简化方法，由此还能应用KOH-NaOCl以去除前面HF-HNO3蚀刻期间产生的多孔硅。
通常在硅片太阳能电池制造期间应用后面抛光(或平面化)以通过蚀刻掉晶片后面上的有纹理表面实现硅片的单面纹理。通常，这使用单面抛光蚀刻方法在HF-HNO3基溶液中实现，其常结合背面寄生结1204的去除。此外，本领域技术人员知道抛光通常是比单独的结去除更长的过程，这是因为需要显著更深的蚀刻以使后表面平整。太阳能电池表面的平面化对于诸如铝局部背面场(Al-LBSF)太阳能电池的背面钝化太阳能电池是重要的，其需要抛光的背面以增加太阳能电池效率。
当比较方法1202与方法1220(本实施方案第二变型的方法)时，能够看出方法1220较短。步骤1225结合回蚀和抛光为单一步骤。方法1250显示能通过使用KOH-NaOCl溶液以去除使用回蚀和抛光的单一步骤1255中的前面HF-HNO3蚀刻期间产生的多孔硅实现简化的附加方法。
因此，能够看出提供了太阳能电池制造方法，诸如提供与电介质相容的回蚀溶液，其克服常规蚀刻工艺步骤的缺点。此外，提供了不具有HF-基蚀刻工艺步骤中存在的安全危险和危害的太阳能电池制造方法。此外，我们公开了能通过减少需要的步骤降低成本的制造工艺流程。尽管在本发明的前面详细描述中提供了示例性实施方案，但应当理解存在许多变型。
应当进一步理解示例性实施方案仅为实施例，并且不意图以任何方式限制本发明的范围、适用性、操作或结构。相反，前面详细描述提供本领域技术人员用于实现本发明示例性实施方案的方便的实施方案图，应当理解在不违背附加权利要求中阐述的本发明的范围的情况下可对示例性实施方案中描述的工艺步骤的功能和排列进行许多改变。
Claims (21)
1.硅片太阳能电池的制造方法，其包括：
使用包含次氯酸钠(NaOCl)以及选自包含氢氧化钠(NaOH)和氢氧化钾(KOH)的组的氢氧化物的溶液蚀刻所述硅片太阳能电池的掺杂表面。
2.如权利要求1所述的方法，其还包括去除包含残留磷硅酸玻璃(PSG)的表面污染物，其中所述蚀刻步骤包括在去除所述PSG后蚀刻所述硅片的所述表面。
3.如权利要求1所述的方法，其还包括在所述蚀刻步骤之前去除多孔硅。
4.如权利要求1至3中任一权利要求所述的方法，其中所述蚀刻步骤包括回蚀所述硅片太阳能电池的发射体层。
5.如权利要求1所述的方法，其中所述蚀刻步骤包括同时去除多孔硅并且回蚀所述硅片太阳能电池的发射体层。
6.如权利要求5所述的方法，其中所述蚀刻步骤还包括同时去除PSG。
7.如权利要求1所述的方法，其中所述蚀刻步骤包括同时回蚀所述硅片太阳能电池的发射体层并且抛光所述硅片发射体层的表面。
8.如权利要求7所述的方法，其中所述蚀刻步骤还包括同时从所述硅片的表面去除多孔硅。
9.如权利要求8所述的方法，其中所述蚀刻步骤还包括同时从所述硅片的表面去除PSG。
10.如权利要求1至9中任一权利要求所述的方法，其在所述蚀刻步骤之后还包括：
去除自然氧化物及其中和；
在所述发射体的外表面上沉积抗反射涂层(ARC)；以及
进行最终金属化。
11.如权利要求10所述的方法，其中所述自然氧化物去除和中和的步骤包括使用稀释的氢氟酸-盐酸(HF-HCL)溶液去除自然氧化物及其中和。
12.如权利要求1至11中任一权利要求所述的方法，其在所述蚀刻步骤之前还包括去除寄生结的步骤。
13.如权利要求12所述的方法，其中所述去除寄生结的步骤包括使用氢氟酸-硝酸(HF-HNO3)的溶液去除所述寄生结。
14.如权利要求12所述的方法，其中所述去除寄生结的步骤包括使用反应离子蚀刻去除所述寄生结。
15.硅片太阳能电池的制造方法，其包括：
使用包含次氯酸钠(NaOCl)以及氢氧化钾(KOH)或者氢氧化钠(NaOH)的溶液以当去除多孔硅时同时回蚀所述硅片太阳能电池的发射体层。
16.如权利要求15所述的方法，其中所述步骤还包括同时使用所述溶液以去除磷硅酸玻璃(PSG)。
17.如权利要求15或16所述的方法，其还包括：
去除自然氧化物及其中和；
在所述发射体的外表面上沉积抗反射涂层(ARC)；以及
进行最终金属化。
18.如权利要求17所述的方法，其中所述自然氧化物去除和中和的步骤包括使用稀释的氢氟酸-盐酸(HF-HCl)去除自然氧化物及其中和。
19.硅片太阳能电池的制造方法，其包括：
使用包含次氯酸钠(NaOCl)以及氢氧化钾(KOH)或者氢氧化钠(NaOH)的溶液以当抛光所述硅片发射体层的表面时同时回蚀所述硅片太阳能电池的发射体层。
20.如权利要求19所述的方法，其中所述步骤还包括同时使用所述溶液以从所述硅片的所述表面去除磷硅酸玻璃(PSG)。
21.如权利要求19或20所述的方法，其中所述步骤还包括同时使用所述溶液以从所述硅片的表面去除多孔硅。
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