CN104347751B - 太阳能电池的制作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种太阳能电池的制作方法，包括：在一衬底的背面中形成第一导电类型掺杂区域和第二导电类型掺杂区域；对衬底进行退火处理以在该第一导电类型区域、该第二导电类型掺杂区域和该凹槽的侧壁上形成一第一钝化层和一第二钝化层；对由该叠层施以带状图形刻蚀直至暴露出第一导电类型掺杂区域和第二导电类型掺杂区域，所去除的部分叠层为与带状图形相对应的叠层；在该衬底的背面上形成一第一金属层；对该第一金属层进行化学刻蚀以去除该凹槽的侧壁上的该第一金属层以在该第一导电类型区域上形成第一电极，在该第二导电类型掺杂区域上形成第二电极。本发明的自对准的太阳能电池制作方法，彻底解决了太阳能电池制作过程中的对准问题。

Description

太阳能电池的制作方法
技术领域
本发明涉及一种太阳能电池的制作方法。
背景技术
PN结（PN junction）为采用不同的掺杂工艺，通过扩散作用，将P型半导体与N型半导体制作在同一块半导体（通常是硅或锗）基片上，在它们的交界面就形成空间电荷区称PN结，PN结具有单向导电性。PN结是太阳能电池的一个重要组成部分。
IBC（interdigitated back contact）太阳能电池是最早研究的背接触电池，由于IBC电池的电极全部设置于背面，而正面确不含任何电极，由此可以增加太阳光的接受面积，从而提高太阳能电池的转化效率。
然而，正是由于IBC电池的电极均设置于背面，该背面中包括了两种不同掺杂类型的掺杂区域。一般来说，形成两种不同掺杂类型的掺杂区域需要用到两张掩膜，这就产生了一个对准（alignment）的问题。为了形成高质量的PN结就必须在形成掺杂区域的过程中实现精确对准。
PCT/CN2011/080101的国际申请中公开了多种仅采用一张掩膜即可形成两种不同掺杂类型的掺杂区域的方法，由于整个掺杂过程仅仅用到一张掩膜，因而不存在掺杂过程的对准问题。然而在后续电极的制作过程中，需要在不同掺杂区域上形成不同类型的电极，否则会造成短路等严重影响太阳能电池性能的后果，因此电极的制作中仍然需要通过对准操作以在不同掺杂区域上形成对应电极。
也就是说，对于IBC电池而言，掺杂过程和电极的制作过程中均存在对准问题，而对准的操作将会增加操作步骤、增加工艺的复杂程度，有时还需要引入较为昂贵的设备方能实现精确对准，这无疑也提高了制作成本。
发明内容
本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中在太阳能电池的制作过程中需要多次对准、工艺复杂度较高、工艺步骤繁复、需要较为昂贵的设备、操作成本高的缺陷，提供一种能够实现“自对准（self-alignment）”的太阳能电池的制作方法，其无论是在掺杂区域的形成过程中，还是在电极的制作过程中均不产生对准问题，简化了工艺步骤，也无需引入昂贵的设备，大大降低了制作成本。
本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：
一种太阳能电池的制作方法，其特点在于，包括以下步骤：
步骤S1、在一衬底的背面中形成一第一导电类型掺杂层；
步骤S2、在该第一导电类型掺杂层上形成一掩膜，未被该掩膜覆盖的区域为开放区域，刻蚀该开放区域的该第一导电类型掺杂层直至暴露出该衬底由此在该衬底的背面中形成凹槽和第一导电类型掺杂区域，该第一导电类型掺杂区域为未经刻蚀的该第一导电类型掺杂层；
步骤S3、通过离子注入的方式将第二导电类型离子注入至该凹槽中以形成第二导电类型掺杂区域，并且去除该掩膜；
步骤S4、对该衬底进行退火处理以在该第一导电类型区域、该第二导电类型掺杂区域和该凹槽的侧壁上形成一第一钝化层，并在该第一钝化层上形成一第二钝化层；
步骤S5、对由该第一钝化层和该第二钝化层形成的叠层施以带状图形刻蚀以去除部分该叠层直至暴露出该第一导电类型掺杂区域和该第二导电类型掺杂区域，所去除的部分叠层为与该带状图形相对应的叠层，该带状图形的长度方向不与该凹槽的长度方向平行；
步骤S6、在该衬底的背面上形成一第一金属层；
步骤S7、对该第一金属层进行化学刻蚀以去除该凹槽的侧壁上的该第一金属层以在该第一导电类型区域上形成第一电极，在该第二导电类型掺杂区域上形成第二电极。
在形成凹槽并去除该掩膜之后，该衬底的背面中实际形成了高低不平的台阶结构，即类似方波的台阶结构。在第一金属层的形成过程中，该凹槽中形成的第一金属层（即对应于该第二导电类型掺杂区域的第一金属层）和台阶顶部上形成的第一金属层（即对应于该第一导电类型掺杂区域的第一金属层）的厚度较厚且厚度分布较为均匀，而形成于该侧壁上的第一金属层的厚度会相对较薄。正因为如此，该侧壁上的第一金属层很容易就被酸性物质所腐蚀，因此位于不同区域上的第一金属层就能被分隔以形成第一电极和第二电极，即在去除侧壁上较薄的第一金属层的同时保留凹槽中和台阶顶部的第一金属层以作为最终的电极。
根据本发明，在掺杂过程中，仅仅需要一张掩膜，由此掺杂过程中不存在对准的问题。而在电极的制作过程中，由于位于不同区域的第一金属层的厚度不同，可以容易地将该第一金属层分隔，即去除该侧壁上的厚度较薄的第一金属层，而保留厚度相对较厚且厚度均匀的第一金属层作为电极，并且所形成的电极的位置对应于两个掺杂区域，整个过程完全无需使用任何对准设备即可实现。
另外，在本发明中，为了在形成良好钝化效果的同时尽可能减少成本，采用了形成第一钝化层和第二钝化层的叠层的方式来实现钝化效果和成本缩减之间的平衡。例如，在离子注入后的退火过程中可以形成较薄的氧化硅膜（作为第一钝化层，例如20nm左右或者小于20nm），可以起到较好的钝化，但该第一钝化层太薄了，为了加强钝化效果，最好再加一层第二钝化层（例如氧化硅或氮化硅），不仅起到保护较薄的第一钝化层的作用，还降低了生产制作成本，这是因为用热氧化的方法来生成很厚的氧化硅需很长的时间，即热氧化方法生成的第一钝化层的成本很高，此外还会加强第一金属层与硅之间的绝缘。
其中，该带状图形的长度方向不与该凹槽的长度方向平行可以是指该带状图形的长度方向与该凹槽的长度方向成一定夹角，例如45°夹角。
优选地，在本发明中，采用了上述叠层作为钝化层之后，为了使得金属层得以与掺杂区域相接触，本发明采用对叠层施以带状图形刻蚀的方式，将与该带状图形对应的叠层去除以暴露出两个掺杂区域，由此用于后续的金半接触。并且，从俯视衬底背面的角度来看，该带状图形的长度方向基本上与该凹槽的长度方向垂直，因此在实施带状图形刻蚀的过程中和形成第一电极和第二电极的过程中均完全不涉及对准的问题。
另外，这里的“基本上”包括了绝对垂直的情况和几乎垂直的情况，绝对垂直即指数学上夹角成90°的关系，而几乎垂直是指在仪器误差和/或测量误差所允许的范围内，该带状图形的长度方向与该凹槽的长度方向成接近于90°的情况。
优选地，该带状图形选自以下形状：长条状和排列成一列的多个孔，其中，该多个孔的排列方向基本上与该凹槽的长度方向垂直。该带状图形为长条状的时候，被刻蚀掉的叠层即是长条状的叠层，而采用一列孔作为带状图形时，被刻蚀掉的叠层即是一个个排列成一列的孔，例如可以采用打孔的方式来实现带状图形的施加。由此，实现了不需要对准就可以把该打开的地方打开，所谓该打开的地方即指后续需要与金属接触的位置。
优选地，步骤S4中通过在退火的同时通入氧气以形成氧化硅薄膜作为该第一钝化层。
优选地，该第一钝化层的厚度为10-100nm。
优选地，步骤S4中通过PECVD（等离子体增强化学气相沉积）或APCVD（常压化学气相淀积）形成该第二钝化层。
优选地，该第二钝化层为氧化硅和/或氮化硅薄膜或氮氧化硅。
优选地，该第二钝化层的厚度为30-200nm。
优选地，步骤S6中还包括：在该第一金属层上形成一第二金属层；
步骤S7中还包括：对该第一金属层和该第二金属层进行化学刻蚀以去除该凹槽的侧壁上的该第一金属层和该第二金属层以在该第一导电类型区域上形成第一电极，在该第二导电类型掺杂区域上形成第二电极。
优选地，该第一金属层的材料为铝，或者，该第二金属层的材料为钛，和/或，该第二金属层的厚度为小于
优选地，步骤S4之前还包括：在该衬底的正面中形成一第一导电类型掺杂层或者一第二导电类型掺杂层；
步骤S4中还包括：通过在退火的同时通入氧气以在该衬底的正面的该第一导电类型掺杂层或者该第二导电类型掺杂层上形成一氧化硅薄膜，并且在该氧化硅薄膜上形成一减反射膜。
也就是说，假设步骤中S1在衬底背面形成的是P型的掺杂层，刻蚀形成凹槽后，通过离子注入的方式在凹槽中形成的是N型的掺杂区域，那么步骤S4之前在该衬底正面形成的可以P型的掺杂层，亦可以是N型的掺杂层。
优选地，步骤S4中形成的该减反射膜是一氮化硅层。
优选地，该氮化硅层通过PECVD方法形成。
优选地，该氮化硅层的厚度为30-200nm。
优选地，步骤S2中通过化学刻蚀或者物理刻蚀形成该凹槽。
优选地，该化学刻蚀采用氢氟酸酸、醋酸、硝酸和水的混合物或碱溶液实现。
优选地，该物理刻蚀为等离子刻蚀或激光消融（laser ablation）刻蚀。
优选地，该凹槽的深度为1-20μm。
优选地，该第一金属层的厚度为2-10μm。
优选地，通过蒸镀或者溅镀形成该第一金属层。
优选地，步骤S1中还包括：在该衬底的正面制绒以增加太阳光的利用率。
优选地，步骤S6之后还包括：将步骤S6获得结构在小于600℃的温度下退火。
在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本发明各较佳实例。
本发明所用试剂和原料均市售可得。
本发明的积极进步效果在于：
1、本发明提供了一种自对准的太阳能电池制作方法，彻底解决了太阳能电池制作过程中的对准问题，无论是在掺杂过程中，还是在电极的制作过程中，均不存在对准的问题，极大简化了工艺步骤。另外，由于无需执行对准操作，因此也不需引入任何对准设备，降低了制作成本。
2、本发明通过在离子注入后的退火过程中通入氧气以形成正面或者背面的氧化硅薄膜，进一步简化了工艺步骤，降低制作成本。
3、本发明通过在掺杂区域和电极间形成两层钝化层的叠层，提供了良好的钝化效果，提高了太阳能电池的性能。另外，所述两层钝化层中较薄的第一钝化层在退火步骤中得到，第二钝化层不仅可以提供良好的钝化效果，还能够保护较薄的该第一钝化层，同时提高了效率，降低了制作成本。
4、本发明中对叠层的刻蚀中，采用了垂直于凹槽长度方向的带状图形，由此实现了在实施带状图形刻蚀的过程中和形成第一电极和第二电极的过程中均完全不涉及对准的问题。
附图说明
图1-5为本发明的实施例1-3的工艺流程图。
图6为本发明的实施例1-3中衬底背面的台阶结构的立体图。
具体实施方式
下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，按照常规方法和条件选择。
实施例1
参考图1-5，本实施例所述的太阳能电池的制作方法如下：
如图1所示，提供一衬底，该衬底为市售的用于制作太阳能电池的硅片，在硅片1的正面制绒后，在硅片1的整个背面形成P型重掺杂层2。IBC电池在使用时正面受光，背面设置电极，而出于本领域的习惯，在图中以上方为背面、下方为正面来描述，这是本领域技术人员所熟知的。
如图2所示，在硅片1的整个背面形成一掩膜3，未被该掩膜3覆盖的区域为开放区域。具体来说，掩膜3的具体形成方式可以为先在该背面上施加一掩膜层，之后在该掩膜层上形成正极和负极所对应的图形保护层，随后化学刻蚀该图形保护层所没有保护到的区域由此来形成该掩膜3。
之后，化学刻蚀掉开放区域的P型重掺杂层2以及10μm的硅层（即没有被掩膜3保护到的硅片的背面），得到如图2所示的结构，被刻蚀的硅片背面中形成凹槽，凹槽深度即为被刻蚀掉的硅层的厚度。其中，将未被刻蚀的该P型重掺杂层即P型重掺杂区域重新标记成21。
参考图3，通过离子注入的方式将N型离子注入至该凹槽中以形成N型掺杂区域4，该N型掺杂区域4的形成区域对应了硅片背面硅层的刻蚀区域。之后去除硅片背面的该掩膜。然后在该硅片正面形成N型掺杂层5。
之后参考图4，对硅片进行离子注入后的退火操作，在退火的同时通入氧气可以在硅片的正面和背面形成10nm的氧化硅钝化层（硅片背面形成的即为第一钝化层），另外通过PECVD在硅片背面的第一钝化层上形成氮化硅，作为第二钝化层（这样硅片的背面形成如图所示的高低结构，类似台阶），图中仅示出了背面的第一钝化层（氧化硅，厚度为10nm）和第二钝化层（氧化硅和或氮化硅，厚度为200nm）的叠层6。
参考图6，对由该第一钝化层和该第二钝化层形成的叠层6施以带状图形刻蚀以去除部分该叠层直至暴露出该第一导电类型掺杂区域和该第二导电类型掺杂区域（图中未示出），所去除的部分叠层为与该带状图形相对应的叠层，该带状图形的长度方向与该凹槽的长度方向垂直，即带状图形的长度方向为图6中所示的y方向，该叠层中暴露出该第一导电类型掺杂区域和该第二导电类型掺杂区域的位置即用于金半接触。
依然参考图4，通过蒸镀或溅镀的方法在硅片背面上形成一5μm的金属层，该金属层的材料为铝。该金属层包括了三个部分，形成于该P型重掺杂区域21上的部分7a、形成于该N型掺杂区域4上的部分7b以及形成于该凹槽侧壁上的部分7c。其中，部分7c的厚度较之部分7a和7b而言非常薄。
参考图5，对金属进行微弱的化学刻蚀以去除该侧壁上的部分7c从而使得金属层被分隔，例如采用磷酸、醋酸、硝酸和水的混合物来分割该金属层，由此形成位于该P型重掺杂区域21上的部分7a作为正极，而形成于该N型掺杂区域4上的部分7b作为负极。之后在小于600℃的条件下将图5所示的结构退火。
至此，太阳能电池制作完成，后续的工艺例如封装工艺等与现有技术相同。很明显，在整个制作过程中，无需采用专用的对准设备、也不需对准操作即可在硅片背面形成两种不同的掺杂区域并且在对应的掺杂区域上形成电极，从而真正实现了自对准的太阳能电池的制作。
实施例2
实施例2的原理和实施例1相同，不同之处在于：
采用物理方法例如激光消融的方法刻蚀未被该掩膜覆盖的部分以形成该凹槽，之后再采用化学方法（例如湿法化学刻蚀）去除物理法留下的损伤层。
其余未提及的步骤和实施例1相同。
实施例3
实施例3的原理和实施例1相同，不同之处在于：
在太阳能电池的制作过程中，还包括在该硅片的正面形成一减反射层的步骤。
其余未提及的步骤和实施例1相同。
实施例4
实施例4的原理和实施例1相同，不同之处在于：
在太阳能电池的制作过程中，除了在氧化硅钝化层6上形成一铝金属层之外，还在铝金属层上形成一厚度为的钛金属层。同样的，对应于该P型重掺杂区域21的钛金属层的厚度和对应于该N型掺杂区域4的钛金属层的厚度都较为均匀，且厚度也较厚；而对应于该凹槽侧壁上的钛金属层的厚度则相对较薄。
采用酸性的溶液对铝金属层和钛金属层的叠层实施刻蚀以去除该侧壁上的所有金属层，使得金属层叠层分隔以形成正极和负极。
其余未提及的步骤和实施例1相同。
在本发明的实施例中，参考图6的描述，以该带状图形的长度方向与该凹槽的长度方向垂直为例，事实上，只要该带状图形的长度方向不与该凹槽的长度方向平行即可。
在凹槽表面形成金属层时，由于凹槽的类似方波的台阶形状，形成于凹槽侧壁上的金属层是相对较薄的，对该侧壁上的金属层略加化学刻蚀，即可去除侧壁上的金属层，从而使得整个金属层被分隔开。本发明应用了这一特点，免去了在掺杂过程和电极制作过程中的对准操作，提供了一种自对准的太阳能电池制作方法，无需使用专用的对准设备、无需对准操作，简化了工艺步骤，降低了制作成本。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

Claims (13)

1.一种太阳能电池的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1、在一衬底的背面中形成一第一导电类型掺杂层；
步骤S2、在该第一导电类型掺杂层上形成一掩膜，未被该掩膜覆盖的区域为开放区域，刻蚀该开放区域的该第一导电类型掺杂层直至暴露出该衬底由此在该衬底的背面中形成凹槽和第一导电类型掺杂区域，该第一导电类型掺杂区域为未经刻蚀的该第一导电类型掺杂层；
步骤S3、通过离子注入的方式将第二导电类型离子注入至该凹槽中以形成第二导电类型掺杂区域，并且去除该掩膜；
步骤S4、对该衬底进行退火处理以在该第一导电类型区域、该第二导电类型掺杂区域和该凹槽的侧壁上形成一第一钝化层，并在该第一钝化层上形成一第二钝化层；
步骤S5、对由该第一钝化层和该第二钝化层形成的叠层施以带状图形刻蚀以去除部分该叠层直至暴露出该第一导电类型掺杂区域和该第二导电类型掺杂区域，所去除的部分叠层为与该带状图形相对应的叠层，该带状图形的长度方向不与该凹槽的长度方向平行；
步骤S6、在该衬底的背面上形成一第一金属层；
步骤S7、对该第一金属层进行化学刻蚀以去除该凹槽的侧壁上的该第一金属层以在该第一导电类型区域上形成第一电极，在该第二导电类型掺杂区域上形成第二电极。
2.如权利要求1所述的太阳能电池的制作方法，其特征在于，该带状图形的长度方向基本上与该凹槽的长度方向垂直。
3.如权利要求2所述的太阳能电池的制作方法，其特征在于，该带状图形选自以下形状：长条状和排列成一列的多个孔，其中，该多个孔的排列方向基本上与该凹槽的长度方向垂直。
4.如权利要求1所述的太阳能电池的制作方法，其特征在于，步骤S4中通过在退火的同时通入氧气以形成氧化硅薄膜作为该第一钝化层；和/或，
该第一钝化层的厚度为10-100nm；和/或，
步骤S4中通过PECVD或APCVD或溅射形成该第二钝化层；和/或，
该第二钝化层为氧化硅、氮化硅薄膜或氮氧化硅；和/或，
该第二钝化层的厚度为30-200nm。
5.如权利要求1所述的太阳能电池的制作方法，其特征在于，步骤S6中还包括：在该第一金属层上形成一第二金属层；
步骤S7中还包括：对该第一金属层和该第二金属层进行化学刻蚀以去除该凹槽的侧壁上的该第一金属层和该第二金属层以在该第一导电类型区域上形成第一电极，在该第二导电类型掺杂区域上形成第二电极。
6.如权利要求5所述的太阳能电池的制作方法，其特征在于，该第一金属层的材料为铝，或者，
该第二金属层的材料为钛，和/或，该第二金属层的厚度为小于
7.如权利要求1所述的太阳能电池的制作方法，其特征在于，步骤S4之前还包括：在该衬底的正面中形成一第一导电类型掺杂层或者一第二导电类型掺杂层；
步骤S4中还包括：通过在退火的同时通入氧气以在该衬底的正面的该第一导电类型掺杂层或者该第二导电类型掺杂层上形成一氧化硅薄膜，并且在该氧化硅薄膜上形成一减反射膜。
8.如权利要求7所述的太阳能电池的制作方法，其特征在于，步骤S4中形成的该减反射膜是一氮化硅层。
9.如权利要求8所述的太阳能电池的制作方法，其特征在于，该氮化硅层通过PECVD方法形成，和/或，该氮化硅层的厚度为30-200nm。
10.如权利要求1-9中任意一项所述的太阳能电池的制作方法，其特征在于，步骤S2中通过化学刻蚀或者物理刻蚀形成该凹槽。
11.如权利要求10所述的太阳能电池的制作方法，其特征在于，该化学刻蚀采用氢氟酸、醋酸、硝酸和水的混合物，或者碱溶液实现，或者，该物理刻蚀为等离子刻蚀或激光消融刻蚀。
12.如权利要求1-9中任意一项所述的太阳能电池的制作方法，其特征在于，该凹槽的深度为1-20μm，和/或，该第一金属层的厚度为2-10μm，和/或，通过蒸镀或者溅镀形成该第一金属层。
13.如权利要求1-9中任意一项所述的太阳能电池的制作方法，其特征在于，步骤S1中还包括：在该衬底的正面制绒，和/或，
步骤S7之后还包括：将步骤S7获得的结构在小于600℃的温度下退火。
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