CN104756263A - 用于制造具有选择性掺杂的背面的光伏电池的方法 - Google Patents

用于制造具有选择性掺杂的背面的光伏电池的方法 Download PDF

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Abstract

一种用于制造具有局部扩散的背面的光伏电池的方法，所述方法包括以下步骤：(a)提供掺杂的硅基板，所述基板包括面向阳光的正面和背面；(b)在所述正面和所述背面上形成二氧化硅层；(c)以图案形式将含硼掺杂浆料沉积在背面上，所述含硼浆料包含硼化合物和溶剂；(d)以图案形式将含磷掺杂浆料沉积在背面上，所述含磷掺杂浆料包含磷化合物和溶剂；(e)在一定环境中将所述硅基板加热至第一温度并持续第一时间段以便使硼和磷局部扩散到所述硅基板的背面中。

Description

用于制造具有选择性掺杂的背面的光伏电池的方法
技术领域
本公开一般涉及p-n结，并且具体地涉及利用背面上的局部硼和磷扩散区来形成高效背接触太阳能电池的方法，所述扩散区使用硼和磷掺杂浆料以及氧化物阻隔层来实现。
背景技术
克服常规前接触太阳能电池的限制的一种方法是将p-n结和背表面场(BSF)两者移动到太阳能电池的背面。该构造被称为交指型背接触(IBC)太阳能电池。IBC太阳能电池的概念首先由Lammert和Schwartz提出[M.D.Lammert和R.J.Schwartz，“The interdigitated back contact solarcell：a silicon solar cell for use in concentration”，IEEE Translations onElectron Devices，第24卷，第4期，第337-342页，1977年]。
通过将p-n结和BSF两者移动到背面，提取生成的载流子所需的所有金属化也移动到背面。因此面向太阳的正面不含遮光损失，能够获得较高的短路电流并因此获得较高的效率。正面不再需要对于金属接触优化的重扩散层，但相反可被优化以形成前表面场(FSF)，这使正面处的重组损失最小化，从而增加开路电压并因此增加效率。使金属触点在背面上的另一个优点在于金属几何形状不再受到使遮光损耗最小化的限制，从而允许减少电阻性损失的更宽范围的金属。使所有金属触点在背面上还具有将太阳能电池简单集成为模块的附加有益效果。
关于IBC电池的制造方法已经提出了各种方法。此类方法描述于P.J.Verlinden、R.M.Swanson和R.A.Crane，Prog.Photovolt：Res.Appl.2，143-152(1994)；F.Granek，“High-Efficiency Back-Contact Back-JunctionSilicon Solar Cells”，PhD Thesis，Fraunhofer Institute(ISE)，Freiburg，Germany(2009)；D-H.Neuhaus和A.Munzer，“Review Article：Industrial Silicon Wafer Solar Cells”，Advances in OptoElectronics，第2007卷，文章编号24521，doi：10.1155/2007/2451；US 2011/0003424；和US2010/0081264中。
发明内容
本发明描述了利用在背面上的局部硼和磷扩散区形成高效交指型背接触(IBC)太阳能电池的方法，所述扩散区使用硼和磷掺杂浆料以及氧化物阻隔层来实现。在印刷图案化掺杂浆料之前引入氧化物层使得硼和磷同时扩散入下面的晶片中，并同时在相邻硅表面上消除被称为自掺杂的非预期掺杂。
本发明的一个方面是用于制造具有局部扩散的背面的光伏电池，所述方法包括以下步骤：(a)提供掺杂的硅基板，所述基板包括面向阳光的正面和背面；(b)在所述正面和所述背面上形成二氧化硅层；(c)以图案形式将含硼掺杂浆料沉积在背面上，所述含硼浆料包含硼化合物和溶剂；(d)以图案形式将含磷掺杂浆料沉积在背面上，所述含磷掺杂浆料包含磷化合物和溶剂；(e)在一定环境中将所述硅基板加热至第一温度并持续第一时间段以便使硼和磷局部扩散到所述硅基板的背面中。
附图说明
图1示出交指型背接触(IBC)太阳能电池的示意图。
图2示意性地示出与经受热驱入处理的图案化掺杂源相关联的自掺杂。图2A示出其中两个硅晶片彼此竖直平行的构型。图2B示出对图2A所示的晶片进行高温处理的效果。
图3示意性地示出使用图案化掺杂源和阻隔SiO2层实现不含自掺杂的局部掺杂的方法。图3A示出呈与图2A的晶片相同构型的两个硅晶片(301)和(303)与SiO2层(310)。图3B示出对图3A所示的晶片进行高温处理的效果。
图4示出结合通过氧化物掺杂法来制造IBC太阳能电池的方法。
图5示出结合通过氧化物掺杂法来制造IBC太阳能电池的替代方法。
图6示出在925℃热处理之后，在80nm氧化物阻隔层上的油墨(浆料)区和无油墨(无浆料)区的薄层电阻结果。
图7示出在925℃热处理之后，在50nm氧化物阻隔层上的油墨(浆料)区和无油墨(无浆料)区的薄层电阻结果。
图8示出在925℃热处理之后，在50nm氧化物阻隔层上的无油墨(无浆料)覆盖晶片和油墨(浆料)区的薄层电阻结果。
图9示出在图8所测量并表示的同一组晶片中的含硼浆料区之一的中心处和含磷浆料区之一的中心处所测量的SIMS曲线。
图10示出经受以下后续步骤的两组POCl3扩散晶片的薄层电阻值：无氧化或驱入处理；以及各种热氧化处理，之后在925℃下进行惰性驱入处理。
具体实施方式
现将结合如附图所示的本发明的一些优选实施例来详细描述本发明。为了能够全面理解本发明，在以下说明中阐述了许多具体细节。然而对于本领域的技术人员而言将显而易见的是，没有部分或所有这些具体细节也能实践本发明。在其它情况下，为了不给本发明增加不必要的理解难度，未详细描述熟知的工序和/或结构。
图1示出交指型背接触(IBC)太阳能电池的示意图。图1的IBC太阳能电池是一个实施例并且本发明的范围不限于IBC太阳能电池的特定类型。例如，硼掺杂的硅基板可替代磷掺杂的硅基板使用。在图1的实施例中，将磷掺杂的硅基板(201)用作吸收器。硼发射极(202)在电池的背面上形成以产生分离载流子所需的p-n结。磷BSF(203)也在太阳能电池的背面上形成。硼和磷掺杂的区域以交叉图案形成。FSF(204)通常利用磷扩散在太阳能电池的面向阳光的正面上形成。FSF排斥来自正面的少数载流子，从而最小化重组损耗。正面也被电介质层(205)钝化，所述电介质层通常为SiOx层或SiNx层或SiOx/SiNx叠层。背面也被电介质层(206)钝化，所述电介质层通常为SiOx层或SiNx层或SiOx/SiNx叠层。硼发射极金属触点(207)和BSF金属触点(208)在背面上形成以便提取生成的载流子。
减少多个热步骤的一种方法是以所需的交叉图案丝网印刷硼和磷掺杂的浆料，之后进行热驱入处理以将掺杂剂原子从浆料转移到下面的硅基板中。
掺杂剂扩散入晶片所需的热处理期间，使用含硼和含磷掺杂浆料在硅晶片上实现图案化和局部的硼和磷掺杂，由于这些浆料脱气的趋势而变得困难。为了使硼或磷从掺杂浆料扩散入下面的硅基板中，通常使用在高于800℃的温度下热处理。在这些升高的温度下，气态的含硼物质和含磷物质分别由含硼浆料和含磷浆料形成。这些气态物质转移到附近的硅表面上，导致掺杂剂扩散到预期印刷区域的外部。
初始图案化掺杂剂区域的气相分布被称为自掺杂并使掺杂区域的图案劣化。从含磷掺杂浆料的气相分布和自掺杂已经记录在例如[A.Mouhoub、B.Benyahia、B.Mahmoudi和A.Mougas，“Selective Emitters for ScreenPrinted Multicrystalline Silicon Solar Cells”，Rev.Energ.Ren.：ICPWE(2003)83-86.；L.Debarge、M.Schott、J.C.Muller和R.Monna，“Selective emitter formation with a single screen-printed p-doped pastedeposition using out-diffusion in an RTP-step”，Sol.Mat.Sol.Cells 74(2002)71-75；和M.Edwards、J.Bocking、J.E.Cotter和N.Bennet，“Screen-Print Selective Diffusions for High Efficiency Industrial Silicon SolarCells”，Prog.Photovolt：Res.Appl.16：31-45(2008)]中。硼自掺杂已经从重掺杂外延硅层中观察到，所述层充当相邻硅晶片的掺杂源区域[M.J.Binns、S.Kommu、M.R.Seacrist、R.W.Standley、R.Wise、D.J.Myers、D.Tisserand和D.Doyle，“The Control of Boron Autodoping during DeviceProcessing for p/p+Epi Wafers with no Back-Surface Oxide Seal”，Proceedings from 9th Int.Symp.Silicon Materials Science&Technology(2002)]。
图2示意性地示出与经受热驱入处理的图案化掺杂源相关联的自掺杂。图3示意性地示出使用图案化掺杂源和阻隔SiO2层实现不含自掺杂的局部掺杂的方法。图2A示出代表在石英炉内部处理晶片时所用的典型取向的彼此竖直平行的两个硅晶片(301)和(303)。晶片(301)的背面(302)与晶片(303)的正面(304)相邻。图2A还示出可以为硼浆料或磷浆料的图案化掺杂源区域(305)。当经受高温处理时，掺杂源区域旨在形成下方硅基板的局部掺杂，即掺杂剂原子将仅在掺杂源正下方的区域中被引入基板中。
图2B示出对图2A所示的晶片进行高温处理的效果。晶片(301)和(303)经受高温驱入步骤，通常800℃或更高，以便将掺杂剂原子从掺杂浆料驱入下面的硅基板中，从而在掺杂源正下方形成掺杂区(307)。在这些升高的温度下，掺杂剂物质(306)从掺杂源区域(305)转移到下面晶片(301)的背面(302)上以及转移到相邻晶片(303)的正面(304)上。掺杂剂物质(306)的转移导致被称为自掺杂的非预期掺杂，从而在下面晶片的背面(302)上形成掺杂层(308)，以及在相邻晶片(303)的正面上形成掺杂层(309)。自掺杂导致局部掺杂的损失。
保持局部掺杂并消除自掺杂可通过在施加图案化掺杂源层之前在硅晶片表面上引入SiO2保护层。
图3示出与图2A中的晶片相同构造的两个硅晶片(301)和(303)，但其中每个晶片的所有表面均覆盖有SiO2层(310)。晶片(301)的背面(302)与晶片(303)的正面(304)相邻。图3A中也示出了图案化掺杂源区域(305)，所述区域由SiO2层(310)与正面(302)分开。掺杂源(305)可以为硼浆料或磷浆料。
图3B示出对图3A所示的晶片进行高温处理的效果。晶片(301)和(303)经受高温驱入步骤，通常为800℃或更高。掺杂源区域(图3A中标记为(305))与下面的SiO2局部反应，从而形成新的掺杂源层(305’)。掺杂源层(305’)与下面的硅晶片表面接触。将掺杂剂原子从掺杂源层(305’)驱入下面的晶片中，形成局部掺杂区(307)。
在这些升高的温度下，掺杂剂物质(306)从掺杂源区域(305’)转移到覆盖下面晶片(301)的背面(302)的SiO2层(310)上，以及转移到覆盖相邻晶片(303)的正面(304)的SiO2层(310)上。SiO2层(310)充当未覆盖有掺杂剂源层(305’)的区域的阻隔，其避免掺杂剂物质(306)到达下面晶片(301)的正面(302)以及到达相邻晶片(303)的背面(304)上。SiO2层(310)能够局部掺杂并消除自掺杂。
用于结合通过氧化物掺杂方法来制造IBC太阳能电池的实施例示于图4A-4I中。
制造方法可由纹理化n型硅晶片(401)开始，如图4A所示。然后对硅晶片进行磷扩散处理，如在POCl3、N2和O2环境中在加热的石英管式炉中进行的POCl3扩散处理，从而在晶片表面附近形成n+层(402)，如图4B所示。来自磷扩散的残余表面磷硅酸盐玻璃可通过将晶片浸没在稀HF溶液中除去。
背面磷扩散层可使用单面湿化学蚀刻工艺使用氢氟酸、硝酸和硫酸混合物除去，留下N型背面(403)，如图4C所示。然后对晶片进行氧化处理，其在晶片的表面上生长SiO2层(404)，如图4D所示。可使用热氧化处理，其通常利用带有氧化环境的加热的石英管式炉。该高温氧化步骤将同时使现有正面n+层(如图4C中的(402)所示)中的磷原子更深地进入晶片中，因此形成改性的n+层，如图4D中的(402’)所示。在将硼掺杂的基板用作基板(401)的情况下，掺杂有与基板401的掺杂剂相同的掺杂剂的掺杂层(图4C中的402)可以为p+层。
另选地，氧化物层(404)可由其它方法形成，诸如(i)热氧化，(ii)印刷并干燥包含二氧化硅颗粒的组合物，(iii)化学气相沉积，(iv)化学氧化，(v)蒸汽氧化，(vi)印刷并氧化包含硅颗粒的组合物以及(vii)生长并氧化多孔硅层。在生长化学氧化物或生长并氧化多孔硅层的情况下，现有正面n+层(如图4C中的(402)所示)的顶部重掺杂部分(最靠近晶片表面)可被蚀刻掉，从而形成类似于使用热驱入处理所实现的改性的n+层(如图4D中的(402’)所示)。在一个实施例中，SiO2层的厚度为10nm至100。
就下一步而言，如图4E所示，将含磷浆料丝网印刷到氧化的背面上，之后进行低温焙烧，以便从浆料中驱除溶剂，从而形成图案化的含磷浆料区(405)。然后，将含硼掺杂浆料丝网印刷到氧化的背面上，之后进行低温焙烧，以便驱除溶剂，从而形成图案化的含硼浆料区(406)。沉积掺杂浆料的顺序是可互换的。在一个实施例中，同时印刷两种浆料。其它方法可代替丝网印刷用于沉积浆料。在一个实施例中，含磷浆料和含硼浆料可一起焙烧。硼和磷印刷物将形成交叉图案，其在热驱入处理之后将形成硼发射极和磷BSF。
在一个实施例中，氧化的背面不包含能够使浆料与基板的背面(403)直接接触的任何通路或任何通孔。如图4F所示，含硼浆料和含磷浆料沉积在SiO2层上，并且硼和磷在以下驱入处理中扩散入硅晶片中。
下一步为高温驱入处理。在一个实施例中，所述处理在N2环境中，在石英管式炉中进行。在该高温步骤期间，硼浆料和磷浆料两者与氧化物层局部反应，形成新的硼源层(406’)和新的磷源层(405’)，所述层到达下面的硅晶片并局部掺杂以形成硼发射极(408)和磷BSF(407)，如图4F所示。
在一个实施例中，驱入处理的温度为850℃至1000℃。在一个实施例中，驱入处理的时间段为20分钟至2小时。
在一个实施例中，该高温驱入步骤可同时将现有正面n+层(如图4D和4E中的(402’)所示)中的磷原子更深地驱入晶片中，从而形成改性的n+层，如图4F中的(402”)所示。该改性的n+层(402”)为FSF。下一步是除去氧化层和残余浆料层，使正面上的FSF(402”)和背面上的硼发射极(408)和磷BSF(407)暴露，如图4G所示。氧化物层可通过将晶片浸没在稀HF溶液中来除去。
随后，用钝化层(409)和(410)分别涂覆正面和背面，如图4H所示。这些层可以为例如SiOx、SiNx或SiOx/SiNx叠层。
最终步骤为施加硼发射极金属触点(411)和磷BSF触点(412)，如图4I所示。金属触点可直接接触扩散区，称为线接触，或可通过在钝化中制成的开口局部接触扩散区，称为点接触。
用于结合通过氧化物掺杂方法来制造IBC太阳能电池的另一个实施例示于图5A-I中。
制造方法可由具有背面(502)的纹理化n型硅晶片(501)开始，如图5A所示。背面(502)可以为平坦的或纹理化的。然后对晶片进行氧化处理，所述氧化处理在晶片的表面上生长SiO2层(503)，如图5B所示。可使用热氧化处理，其通常利用带有氧化环境的加热的石英管式炉。
另选地，氧化物层(503)可由其它方法形成，诸如：(i)热氧化，(ii)印刷并干燥包含二氧化硅颗粒的组合物，(iii)化学气相沉积，(iv)化学氧化，(v)蒸汽氧化，(vi)印刷并氧化包含硅颗粒的组合物以及(vii)生长并氧化多孔硅层。在一个实施例中，SiO2层的厚度为10nm至100nm。
就下一步而言，如图5C所示，将含磷浆料丝网印刷到氧化的背面上，之后进行低温焙烧，以便从浆料中驱除溶剂，从而形成图案化的含磷浆料区(504)。然后，将含硼掺杂浆料丝网印刷到氧化的背面上，之后进行低温焙烧，以便驱除溶剂，从而形成图案化的含硼浆料区(505)。沉积掺杂浆料的顺序是可互换的。在一个实施例中，同时印刷两种浆料。其它方法可代替丝网印刷用于沉积浆料。在一个实施例中，含磷浆料和含硼浆料可一起焙烧。硼和磷印刷物将形成交叉图案，其在热驱入处理之后将形成硼发射极和磷BSF。
在一个实施例中，氧化的背面不包含能够使浆料与基板的背面(502)直接接触的任何通路或任何通孔。如图5C所示，含硼浆料和含磷浆料沉积在SiO2层上，并且硼和磷在以下驱入处理中扩散入硅晶片中。
下一步为高温驱入处理。在一个实施例中，所述处理在N2环境中，在石英管式炉中进行。在高温步骤期间，硼浆料和磷浆料与氧化物层局部反应，形成新的硼源层(505’)和新的磷源层(504’)，所述层到达下面的硅晶片并局部掺杂以形成硼发射极(507)和磷BSF(506)，如图5D所示。
在一个实施例中，驱入处理的温度为850℃至1000℃。在一个实施例中，驱入处理的时间段为20分钟至2小时。
下一步是除去氧化层和残余浆料层，使背面上的硼发射极(507)和磷BSF(506)暴露，如图5E所示。氧化物层可通过将晶片浸没到稀HF溶液中来除去。
然后，用掩膜层(508)覆盖晶片的背面，如图5F所示。掩膜层将用作扩散阻隔层并可由SiO2制成。掩膜层可由以下方法形成，诸如化学气相沉积、丝网印刷包含二氧化硅的浆料或旋涂包含二氧化硅的液体。然后对硅晶片进行磷扩散处理，如在POCl3、N2和O2环境中在加热的石英管式炉中进行的POCl3扩散处理，从而在晶片表面形成n+层(509)，如图5G所示。该n+层为FSF。掩膜层(508)和来自磷扩散的残余表面磷硅酸盐玻璃可通过将晶片浸没在稀HF溶液中除去，使FSF(509)、硼发射极(507)和磷BSF(506)暴露，如图5H所示。在将硼掺杂的基板用作基板(501)的情况下，掺杂有与基板501的掺杂剂相同的掺杂剂的掺杂层(图5G中的509)可以为p+层。
随后，用钝化层(510)和(511)分别涂覆正面和背面。这些层可以例如为SiOx、SiNx或SiOx/SiNx叠层。
最终步骤为施加硼发射极金属触点(512)和磷BSF触点(513)，如图5I所示。金属触点可直接接触扩散区，称为线接触，或可通过在钝化层中制成的开口局部接触扩散区，称为点接触。
存在沉积含硼浆料和含磷浆料的多种方法。具体地，由于丝网印刷通常在太阳能电池制造中用于正面和背面金属浆料的沉积，因此其有益于浆料沉积。为了更好的印刷效率和性能，浆料优选为非牛顿流体或剪切致稀流体。
非牛顿流体是指流动性能不通过单一的粘度恒定值或流动阻力进行描述的流体。剪切致稀是指粘度随着剪切速率的增加而降低的流体。一般来讲，剪切致稀行为在胶体悬浮液中观察到，其中颗粒与它们的表面基团的弱流体静力学和静电相互作用趋于增加非动态力体制中的粘度。添加相对小的剪切力克服了流体静力相互作用，并且因此趋于降低流体的粘度。
因此，浆料的粘度优选在高剪切速率下相对低，以便穿过丝网图案，但优选在沉积之前和之后(在低剪切速率或零剪切速率下)相对高，使得浆液将分别不通过丝网运行或在基板表面上运行。
含硼浆料包含硼化合物；聚合物粘合剂；溶剂以及任选地陶瓷化合物。含磷浆料包含磷化合物；聚合物粘合剂；溶剂；以及任选地陶瓷化合物。
硼化合物包括但不限于硼(B)、氮化硼(BN)、氧化硼(B2O3)、硼酸(B(OH)3)、碳化硼(B4C)、硼硅化物(B2Si、B3Si、B4Si、B6Si)、硼掺杂的第IV族纳米颗粒(诸如nc-Si:B)、硼化铝(AlB2)、硼化钡(BaB6)、硼化钙(CaB6)、硼化铈(CeB6)、硼化铬(CrB)、硼化钴(Co2B-Co3B)、硼化镝(DyB4、DyB6)、硼化铒(ErB4)、硼化铕(EuB6)、硼化钆(GdB6)、硼化铪(HfB2)、硼化钬(HoB4)、硼化铁(Fe2B)、硼化镧(LaB6)、硼化镥(LuB4)、硼化镁(MgB2)、硼化锰(MnB、MnB2)、硼化钼(MoB)、硼化钕(NdB6)、硼化镍(NiB)、硼化铌(NbB2)、硼化镨(PrB6)、硼化铼(Re7B3)、硼化钐(SmB6)、硼化钪(ScB2)、硼化锶(SrB6)、硼化钽(TaB2)、硼化铽(TbB6)、硼化铥(TmB4)、硼化钛(TiB2)、硼化钨(WB、W2B、W2B5)、硼化钒(VB2)、硼化镱(YbB6)、以及硼化锆(ZrB2、ZrB12)。
基于所述浆料的总重量计，在一个实施例中硼化合物介于0.5和50重量％之间，并且在另一个实施例中，介于1和10重量％之间。
磷化合物包括但不限于直链磷酸H(O-PO(OH))nOH的盐，其中n≥1，并且取代基阳离子的量X≤n+2；环状磷酸(O-PO(OH))n的盐，其中n≥3，并且取代基阳离子的量X≤n，磷酸HPO(OH)2的一取代和二取代盐，以及次磷酸H2PO(OH)的盐；并且取代基阳离子X为铵、其有机衍生物、以及金属阳离子，优选地Al、Ba、Ca、Ce、Mg、Hf、Ta、Ti、Zr、La。
基于所述浆料的总重量计，在一个实施例中，磷化合物介于20和90重量％之间，并且在另一个实施例中，介于40和70重量％之间。
浆料中可包括陶瓷化合物。在高温扩散过程中，使硼和磷扩散入基板中，同时环境材料的扩散可由陶瓷材料阻止或基本上减少。在一个实施例中，根据与硅基板的相容性选择陶瓷化合物。氧化物材料中的一些在升高的温度下与硅接触可减少将杂质引入晶片中。
陶瓷化合物包括但不下限于SiN、SiO2、SiC、TiO2、Al2O3、MgO、CaO、Li2O、BeO、SrO、Sc2O3、Y2O3、La2O3、CeO2、Ce2O3、Pr2O3、Nd2O3、Sm2O3、EuO、Gd2O3、Ta2O5、Tb2O3、Dy2O3、Ho2O3、Er2O3、Tm2O3、Yb2O3、Lu2O3、ThO2、UO2、ZrO2以及HfO2。在一个实施例中，陶瓷化合物选自氧化钛(TiO2)、氧化铝(Al2O3)、氧化镁(MgO)、氧化钽(Ta2O5)和氧化锆(ZrO2)、以及它们的组合。
在一种替代的构型中，陶瓷化合物的颗粒表面可用配体或封端剂处理以分散于一组溶剂中并且优化剪切致稀行为。一般来讲，封端剂或配体为与多原子分子实体的“中心原子”相结合的一组原子或原子团。为下方表面不具有的一些性质或功能选择封端剂，所述封端剂可附接至所述下方表面。
就陶瓷化合物的选择和改性而言，可参考公布可用的论文如K.J.Hubbard和D.G.Schlom，Thermodynamic stability of binary metal oxides incontact with Silicon，J.Mater.Research，第11卷(11)，1996，和在先专利申请如2011年5月3日提交的美国实用新型专利申请13/099,794。
基于所述浆料的总重量计，在一个实施例中，陶瓷化合物介于0和50重量％之间，在另一个实施例中，介于3和40重量％之间，在另一个实施例中，介于5和30重量％之间。
在浆料中可包括聚合物粘合剂，以便优化用于丝网印刷的浆料的粘弹性行为。聚合物粘合剂包括但不限于聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸酯、聚缩醛及其衍生物(例如，甲基衍生物、以及衍生物、丁基衍生物)、聚乙烯、纤维素(包括其醚和酯)、以及它们的共聚物。两种或更多种类型的聚合物粘合剂可用于混合物中。
基于所述浆料的总重量计，在一个实施例中，聚合物粘合剂介于0.5和10重量％之间，在另一个实施例中，介于0.5和3重量％之间，在另一个实施例中，介于0.75和2重量％之间。
浆料的组分可分散于溶剂中，所述溶剂诸如醇(例如萜品醇)、醛、酮(例如环己酮)、羧酸、酯、胺、有机硅氧烷、卤代烃、以及其它烃溶剂。此外，可混合所述一组溶剂以优化物理特性，例如粘度、密度、极性等。
就本公开的目的而言并且除非另外指明，“一个”或“一种”是指一个或多个/一种或多种。本文所引用的所有专利、专利申请、参考文献和出版物均全文以引用方式并入，如同将它们单独地以引用方式并入一样。
本发明参考各种具体的且例示性的实施例来描述。然而，应当理解，可进行许多变型和修改，同时仍然在本发明的实质和范围内。
实例
实验1
将一组156mm伪正方形，180微米厚的p型2Ohm-cm硅晶片在氧化环境中在1000C下在石英加热炉中氧化60分钟，在晶片的两个侧面上形成约80nm的氧化物层。用各种含硼浆料丝网印刷氧化的晶片。以由浆料区和非浆料区构成的图案印刷所述浆料。
含硼浆料包含作为掺杂剂源的硼化合物、作为基质材料的陶瓷化合物、聚合物粘合剂和溶剂。研究表1的制剂。将聚(甲基丙烯酸丁酯)(称为PBMA)用作聚合物粘合剂，并将萜品醇：环己酮(95重量％：5重量％)(称为TOH:CHO＝95:5)用作溶剂。
[表1：]
随后在170℃下在空气中将印刷的晶片焙烧约1分钟。然后，将晶片加载到石英管式炉中并在N2环境中在925℃下经受驱入处理1小时。然后将晶片浸入稀氢氟酸溶液中以除去氧化物层。使用超声水清洁6分钟来除去任何残余的浆料。浆料区和非浆料区中的掺杂通过在那些区域中进行四点探针测量来验证。
结果示于图6中。从左到右的平均值为118、66、116、64、116、73、97、62、95、65Ω/sq。如图所示，对于所有浆料制剂而言，均实现浆料区中的重硼扩散。就浆料A-E而言，非浆料区中的薄层电阻显著较高，指示实现了局部的硼掺杂。
实验2
为了估计氧化物层的厚度效应，进行与实验1相同的实验，不同的是氧化物层的厚度减小到50nm。将一组156mm伪正方形，180微米厚的p型2Ohm-cm硅晶片在氧化环境中在1000C下在石英加热炉中氧化30分钟，在晶片的两个侧面上形成约50nm的氧化物层。用表1中列出的浆料制剂丝网印刷氧化的晶片。
结果示于图7中。从左到右的平均值为93、56、98、63、108、69、53、50、89、64Ω/sq。如图所示，对于所有浆料制剂而言，均实现浆料区中的重硼扩散。就浆料A、B、C和E而言，非浆料区中的薄层电阻显著较高，指示实现了局部的硼掺杂。就浆料D而言，在非浆料区中实现重扩散(低薄层电阻)，指示自掺杂未被显著抑制。图6和7展示自掺杂抑制可通过氧化物层厚度来控制。
实验3
将一组156mm伪正方形，180微米厚的p型2Ohm-cm硅晶片在氧化环境中在1000C下于石英加热炉中氧化30分钟，在晶片的两个侧面上形成约50nm的氧化物层。随后，可印刷并焙烧氧化的晶片以形成含硼浆料、非浆料的交替图案，以及含磷浆料区。研究表2的制剂。将聚(甲基丙烯酸丁酯)(称为PBMA)用作聚合物粘合剂，并将萜品醇：环己醇(95重量％：5重量％)(称为TOH:CHO＝95:5)用作溶剂。
用硼浆料F丝网印刷氧化的晶片，其具有14mm×14mm块和非印刷区的交替图案。随后，在170℃下在空气中将印刷的晶片焙烧约1分钟以便从浆料中除去溶剂。然后，使用磷浆料G以14mm×14mm块的反转图案丝网印刷相同的晶片。随后，在170℃下在空气中将印刷的晶片焙烧约1分钟，以便从浆料中驱除溶剂。氧化的晶片上所得的图案为一系列含硼浆料和含磷浆料的交替块，其具有将相邻块分开的非浆料区的间隙。
然后，将晶片加载到石英管式炉中并在N2环境中在925℃下经受驱入处理1小时。非浆料覆盖的氧化晶片也经受相同的驱入处理。然后将晶片浸入稀氢氟酸溶液中以除去氧化物层。使用超声水浴6分钟来除去任何残余的浆料。浆料区中的掺杂通过在那些区域中进行四点探针测量经由薄层电阻来监测。作为参考，非浆料覆盖的晶片的薄层电阻也使用四点探针测量。
结果示于图8中。从左到右的平均薄层电阻值为141Ω/sq、38Ω/sq和39Ω/sq。如图中所示，对于含硼浆料区和含磷浆料区两者而言均实现重掺杂。这些结果展示通过氧化物层同时硼掺杂和磷掺杂。图9示出在图8所测量并表示的同一组晶片中的硼浆料区之一的中心处和磷浆料区之一的中心处所测量的二次离子质谱(SIMS)曲线。图9清楚地展示在含硼浆料和含磷浆料区域中分别实现硼和磷扩散入下面的硅晶片中。
[表2：]
实验4
该实验展示图4中所述的方法内形成FSF的可行性。将156mm伪正方形，180微米厚的p型2Ohm-cm硅晶片用于该实施例。所述晶片在经由载体N2气体、N2和O2气体引入的POCl3环境中在石英管式炉中经受磷扩散处理。这些晶片的第一组在800℃下经受20分钟POCl3扩散处理。这些晶片的第二组在820℃下经受20分钟POCl3扩散处理。两种POCl3扩散处理利用N2与N2比率为1:20的载体和N2与O2比率为1:1的载体。扩散之后，将所有晶片浸入稀HF溶液中，以便除去处理期间在硅表面上形成的磷硅酸盐玻璃(PSG)层。对于一组这些来自800℃处理和820℃处理两者的晶片测量薄层电阻。
来自800℃和820℃POCl3两种处理的各组晶片分别在1000℃下在O2环境中在石英管式炉中经受热氧化处理，并持续以下时间：2小时、1小时、30分钟和10分钟。就2小时、1小时、30分钟和10分钟过程而言，在晶片上生长的氧化物分别为约80nm、50nm、40nm和30nm。
然后，使所有氧化的晶片经受在N2环境中在925C下在石英管式炉中进行的热驱入步骤1小时。驱入处理之后，将晶片浸入稀HF溶液中以便除去它们的表面氧化物层。所有上述条件的薄层电阻结果示于图10中。从左到右的平均薄层电阻值为468、215、425、182、373、162、327、143、286、127Ω/sq。由图10中所示的结果显然的是，对于氧化之后进行驱入的所有组合，薄层电阻可经由允许简单调整制造IBC太阳能电池所需的FSF磷发射极的初始POCl3条件来调制。

Claims (15)

1.一种用于制造具有局部扩散的背面的光伏电池的方法，所述方法包括以下步骤：
(a)提供掺杂的硅基板，所述基板包括面向阳光的正面和背面；
(b)在所述正面和所述背面上形成二氧化硅层；
(c)以图案形式将含硼掺杂浆料沉积在所述背面上，所述含硼浆料包含硼化合物和溶剂；
(d)以图案形式将含磷掺杂浆料沉积在所述背面上，所述含磷掺杂浆料包含磷化合物和溶剂；
(e)在一定环境中将所述硅基板加热至第一温度并持续第一时间段以便使硼和磷局部扩散到所述硅基板的背面中。
2.根据权利要求1所述的方法，其中在步骤(b)时将所述硅基板的整个外表面氧化，其中在步骤(c)和步骤(d)时分别将所述含硼掺杂浆料和含磷掺杂浆料沉积在二氧化硅层上，并且其中在步骤(e)时使硼和磷通过所述二氧化硅层扩散到所述硅基板的背面中。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述二氧化硅层由选自下列的方法形成：(i)热氧化，(ii)印刷并干燥包含二氧化硅颗粒的组合物，(iii)化学气相沉积，(iv)化学氧化，(v)蒸汽氧化，(vi)印刷并氧化包含硅颗粒的组合物以及(vii)生长并氧化多孔硅层。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述二氧化硅层的厚度介于10nm和100nm之间。
5.根据权利要求1所述的方法，其中所述含硼掺杂浆料包含硼化合物；聚合物粘合剂；以及溶剂。
6.根据权利要求5所述的方法，其中所述含硼掺杂浆料还包含陶瓷化合物。
7.根据权利要求6所述的方法，其中基于所述含硼浆料的总重量计，所述硼化合物介于0.5和50重量％之间，所述陶瓷化合物介于0和50重量％之间，并且所述聚合物粘合剂介于0.5和10重量％之间。
8.根据权利要求1所述的方法，其中所述含磷掺杂浆料包含磷化合物；聚合物粘合剂；以及溶剂。
9.根据权利要求8所述的方法，其中所述含磷掺杂浆料还包含陶瓷化合物。
10.根据权利要求9所述的方法，其中基于所述含磷浆料的总重量计，所述磷化合物介于20和90重量％之间，所述陶瓷化合物介于0和50重量％之间，并且所述聚合物粘合剂介于0.5和10重量％之间。
11.根据权利要求1所述的方法，其中在步骤(b)之前，在所述硅基板的正面上形成掺杂层，并且其中所述掺杂层掺杂有与所述硅基板的掺杂剂相同的掺杂剂。
12.根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括以下步骤：
(f)从所述硅基板中除去所述二氧化硅层；
(g)在所述正面和所述背面两者上形成钝化层；以及
(h)在所述背面上形成第一电极和第二电极，其中所述第一电极与硼局部扩散于其中的硅基板的第一区域电接触，并且其中所述第二电极与磷局部扩散于其中的硅基板的第二区域电接触。
13.根据权利要求12所述的方法，其中在步骤(f)和步骤(g)之间，在所述硅基板的正面上形成掺杂层，并且其中所述掺杂层掺杂有与所述硅基板的掺杂剂相同的掺杂剂。
14.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一温度为850-1000℃，并且所述环境为氮气、氧气或它们的混合物。
15.根据权利要求1所述的方法，其中所述制造的光伏电池为交指型背接触太阳能电池，所述交指型背接触太阳能电池包括在所述硅基板的背面上的p+扩散区和n+扩散区，并且还包括与p+扩散区欧姆接触的第一金属电极和与n+扩散区欧姆接触的第二金属电极。
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