CN105659395B - 使用离子注入制造太阳能电池发射极区 - Google Patents

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Abstract

描述了使用离子注入制造太阳能电池发射极区的方法，以及所得太阳能电池。在一个例子中，制造太阳能电池的交替N型和P型发射极区的方法涉及在基板上方形成硅层。穿过第一遮蔽掩模将第一导电类型的掺杂物杂质原子注入所述硅层中，以形成第一注入区并产生所述硅层的未注入区。穿过第二遮蔽掩模将第二相反导电类型的掺杂物杂质原子注入所述硅层的所述未注入区的部分中，以形成第二注入区并产生所述硅层的剩余未注入区。通过选择性蚀刻工艺移除所述硅层的所述剩余未注入区，同时对所述硅层的所述第一注入区和所述第二注入区进行退火以形成掺杂多晶硅发射极区。

Description

使用离子注入制造太阳能电池发射极区
相关申请的交叉引用
本申请要求于2013年12月9日提交的美国临时申请No.61/913,614的权益，该临时申请的全部内容据此以引用方式并入本文。
技术领域
本公开的实施例属于可再生能源领域，并且具体地讲，涉及使用离子注入制造太阳能电池发射极区的方法，以及所得太阳能电池。
背景技术
光伏电池(常被称为太阳能电池)是熟知的用于将太阳辐射直接转换为电能的装置。一般来讲，使用半导体加工技术在基板的表面附近形成p-n结而在半导体晶片或基板上制造太阳能电池。照射在基板表面上并进入基板内的太阳辐射在基板主体中形成电子空穴对。电子空穴对迁移至基板中的p掺杂区和n掺杂区，从而在掺杂区之间形成电压差。将掺杂区连接至太阳能电池上的导电区，以将电流从电池引导至与其耦接的外部电路。
效率是太阳能电池的重要特性，因其直接与太阳能电池发电能力有关。同样，制备太阳能电池的效率直接与此类太阳能电池的成本效益有关。因此，提高太阳能电池效率的技术或提高制造太阳能电池效率的技术是普遍所需的。本公开的一些实施例允许通过提供制造太阳能电池结构的新工艺而提高太阳能电池的制造效率。本公开的一些实施例允许通过提供新型太阳能电池结构来提高太阳能电池效率。
附图说明
图1A-1E示出了根据本公开的实施例的太阳能电池制造中的各个阶段的剖视图。
图2为根据本公开的实施例的流程图，所述流程图列出了与图1A-1E相对应的制造太阳能电池的方法中的操作。
图3A-3E示出了根据本公开实施例的太阳能电池制造中的各个阶段的剖视图。
图4为根据本公开的实施例的流程图，所述流程图列出了与图3A-3E相对应的制造太阳能电池的方法中的操作。
图5A示意性地示出了根据本公开的实施例的图案化注入的内嵌式平台的剖视图，该图案化注入涉及移动晶片和静止遮蔽掩模。
图5B示出了根据本公开的实施例的图5A装置中穿过石墨接近掩模的注入序列。
图6A示意性地示出了根据本公开的实施例的图案化注入和封盖的内嵌式平台的剖视图。
图6B示出了根据本公开的实施例的图6A装置中穿过硅接触掩模的注入和封盖序列。
图7A-7G示出了根据本公开的实施例的太阳能电池制造中的各个阶段的剖视图。
图8为根据本公开的实施例的流程图，该流程图列出了与图7A-7G相对应的制造太阳能电池的方法中的操作。
图9A示出了根据本公开的实施例的经过修改的第一注入区的剖视图，该第一注入区使用相同尺寸的对准狭缝图案形成。
图9B示出了根据本公开的实施例的经过修改的第一注入区的剖视图，该第一注入区使用相同尺寸的未对准狭缝图案形成。
图9C示出了根据本公开的实施例的经过修改的第一注入区的剖视图，该第一注入区使用更小(例如，更窄)尺寸的狭缝图案形成。
图10示意性地示出了根据本公开的实施例的图案化注入的内嵌式平台的剖视图，该图案化注入涉及移动晶片和静止遮蔽掩模。
具体实施方式
以下具体实施方式本质上只是例证性的，并非意图限制所述主题的实施例或此类实施例的应用和用途。如本文所用，词语“示例性”意指“用作例子、实例或举例说明”。本文描述为示例性的任何实施未必理解为相比其它实施优选的或有利的。此外，并不意图受前述技术领域、背景技术、发明内容或以下具体实施方式中提出的任何明示或暗示的理论的约束。
本说明书包括对“一个实施例”或“实施例”的提及。短语“在一个实施例中”或“在实施例中”的出现不一定是指同一实施例。特定的特征、结构或特性可以任何与本公开一致的合适方式加以组合。
术语。以下段落提供存在于本公开(包括所附权利要求书)中的术语的定义和/或背景：
“包含/包括”。该术语是开放式的。如在所附权利要求书中所用，该术语并不排除另外的结构或步骤。
“被配置为”。各种单元或组件可被描述或主张成“被配置为”执行一项或多项任务。在这样的背景下，“被配置为”用于通过指示该单元/组件包括在操作期间执行一项或多项那些任务的结构而暗示结构。因此，即使指定的单元/组件目前不处于工作状态(例如，未开启/激活)，也可将该单元/组件说成是被配置为执行任务。详述某一单元/电路/组件“被配置为”执行一项或多项任务明确地意在对该单元/组件而言不援用35U.S.C.§112第六段。
如本文所用的“第一”、“第二”等这些术语用作其之后的名词的标记，而并不暗示任何类型的顺序(例如，空间、时间和逻辑等)。例如，提及“第一”太阳能电池并不一定暗示该太阳能电池为某一序列中的第一个太阳能电池；相反，术语“第一”用于区分该太阳能电池与另一个太阳能电池(例如，“第二”太阳能电池)。
“耦接”–以下描述是指“耦接”在一起的元件或节点或特征。如本文所用，除非另外明确指明，否则“耦接”意指一个元件/节点/特征直接或间接连接至另一个元件/节点/特征(或直接或间接与其连通)，并且不一定是机械耦接。
此外，以下描述中还仅出于参考的目的而使用了某些术语，因此这些术语并非意图进行限制。例如，诸如“上部”、“下部”、“上面”或“下面”等术语是指附图中提供参考的方向。诸如“正面”、“背面”、“后面”、“侧面”、“外侧”和“内侧”等术语描述在一致但任意的参照系内组件的某些部分的取向和/或位置，通过参考描述所讨论部件的文字和相关的附图可以清楚地了解这些取向和/或位置。这样的术语可以包括上面具体提及的词语、它们的衍生词语以及类似意义的词语。
“抑制”–如本文所用，抑制用于描述减小影响或使影响降至最低。当组件或特征被描述为可抑制一种行为、运动或条件时，它可以完全防止某种结果或后果或未来的状态。另外，“抑制”还可以指减少或减小可能会发生的某种后果、表现和/或效应。因此，当组件、元件或特征被称为抑制一种结果或状态时，它不一定完全防止或消除某种结果或状态。
本文描述了使用离子注入制造太阳能电池发射极区的方法，以及所得太阳能电池。在下面的描述中，给出了许多具体细节，诸如具体的工艺流程操作，以形成对本公开的实施例的透彻理解。对本领域的技术人员将显而易见的是可在没有这些具体细节的情况下实施本公开的实施例。在其他情况中，没有详细地描述熟知的制造技术，如平版印刷和图案化技术，以避免不必要地使本公开的实施例难以理解。此外，应当理解在图中示出的多种实施例是示例性的展示并且未必按比例绘制。
本文公开了制造太阳能电池的方法。在一个实施例中，制造太阳能电池的交替N型和P型发射极区的方法涉及在基板上面形成硅层。穿过第一遮蔽掩模将第一导电类型的掺杂物杂质原子注入硅层中，以形成第一注入区并产生硅层的未注入区。穿过第二遮蔽掩模将第二相反导电类型的掺杂物杂质原子注入硅层的未注入区的部分中，以形成第二注入区并产生硅层的剩余未注入区。通过选择性蚀刻工艺移除硅层的剩余未注入区，从而保留硅层的第一注入区和第二注入区。对硅层的第一注入区和第二注入区进行退火以形成掺杂多晶硅发射极区。
在另一个实施例中，制造太阳能电池的发射极区的方法涉及在基板上面形成硅层。在硅层上形成碳硅烷层。穿过遮蔽掩模将掺杂物杂质原子注入碳硅烷层和硅层中以形成注入硅区和碳硅烷层的对应自对准注入区，并且产生硅层的未注入区和碳硅烷层的对应未注入区。移除硅层的未注入区和碳硅烷层的未注入区。在移除过程中，碳硅烷层的注入区保护硅层的注入区。对硅层的注入区进行退火以形成掺杂多晶硅发射极区。
本文还公开了太阳能电池。在一个实施例中，背接触太阳能电池包括具有光接收表面和背表面的单晶硅基板。薄介电层设置在单晶硅基板的背表面上。多晶硅发射极区设置在薄介电层上。多晶硅发射极区掺杂有杂质原子。碳硅烷层设置在多晶硅发射极区上并与多晶硅发射极区对准。导电触点结构被设置为穿过碳硅烷层并位于多晶硅发射极区上。
本文所述的一个或多个实施例提供了用于制造高效率、全背接触太阳能电池器件的简化工艺流程，该流程涉及使用离子注入技术用于生成N+(例如，通常为磷掺杂或砷掺杂)和P+(例如，通常为硼掺杂)多晶硅发射极层中的一者或两者。在一个实施例中，制造方法涉及使用离子注入以不仅将所需掺杂物类型的原子引入发射极层中，而且引起该发射极层上的薄表面层的湿法蚀刻特性充分变化，以便允许其在选择性湿法蚀刻移除发射极层的所有未注入区期间用作掩模。
为提供上下文，引入目标针对高效率太阳能应用的具有图案化能力的新型高通量离子注入工具可适用于制造叉指背接触(IBC)太阳能电池。具体地讲，在物理和化学变化与进行离子注入操作相关联的情况下，可利用此类注入以允许形成自对准沟槽图案。如下文更详细地描述，实现自对准沟槽图案化的一种或多种方法基于注入工艺期间Si-H键的相对高反应性，具体地讲采用对于移除具有未反应的(即，剩余的)Si-H键的材料而言最有效的湿法蚀刻化学物质。
一些实施例涉及用于采用经证实的N+多晶硅发射极/隧道氧化物结构和P+多晶硅发射极/隧道氧化物结构生成高效率全背接触太阳能电池结构的方法，所述结构通过在一定条件下进行图案化离子注入而制造，所述条件促进非晶硅层和/或在本征氢化非晶硅(a-Si:H)层或未掺杂多晶硅层上方的薄碳硅烷封盖层的H损耗、压实和局部结晶。注入工艺之后可进行选择性湿法蚀刻操作，该操作采用具有后续氢氟酸/臭氧(HF/O3)清洁的碱性蚀刻工艺移除所有未注入的(例如，未压实的和剩余的)Si-H富集区。在一个此类实施例中，方法涉及使用已在正面上纹理化的晶片，使得在湿法蚀刻移除未注入的沟槽之后，单个高温退火步骤足以活化掺杂物并实现少量毯覆式磷扩散和氧化操作。在另一个实施例中，通过在a-Si:H层的表面上添加基于碳硅烷的薄层来增强离子注入区和离子未注入区之间的有效蚀刻选择性。上述方法和其他方法在下文有更详细地描述。
在将注入引起的蚀刻选择性用于自对准沟槽形成的第一示例性工艺流程中，图1A-1E示出了根据本公开的实施例的太阳能电池制造中的各个阶段的剖视图。图2为根据本公开实施例的流程图200，该流程图200列出了与图1A-1E相对应的制造太阳能电池的方法中的操作。
参见图1A和流程图200的对应操作202，制造太阳能电池的交替N型和P型发射极区的方法涉及在设置于基板102上的薄介电层104上形成非晶硅层106。
在一个实施例中，基板102为单晶硅基板，诸如块体N型掺杂单晶硅基板。然而，应当理解，基板102可以是设置在整个太阳能电池基板上的层，诸如多晶硅层。在一个实施例中，薄介电层为厚约2纳米或更小的隧道介电氧化硅层。在一个实施例中，非晶硅层106为使用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)形成的由a-Si:H表示的氢化硅层，该氢化硅层在整个层内包括S-H共价键。然而，在替代的实施例中，使用多晶硅层代替非晶硅层。再次参见图1A，在一个实施例中，基板102的光接收表面101为纹理化的，如下文更详细地所示和所述。
参见图1B和流程图200的对应操作204，将第一导电类型的掺杂物杂质原子注入非晶硅层106中，以形成第一注入区108并产生硅层的未注入区112(即，在工艺中的该阶段尚未注入的非晶硅层106的剩余部分)。在一个此类实施例中，穿过第一遮蔽掩模来进行注入，所述注入的例子结合图5B和图6B有所描述。在具体的此类实施例中，第一遮蔽掩模为布置在非晶硅层106之外但紧邻非晶硅层106的石墨遮蔽掩模。
在一个实施例中，通过使用离子束注入或等离子体浸渍注入来进行注入。在一个实施例中，该第一注入为硅提供P+掺杂物原子(例如，硼原子)。然而，在另一个实施例中，所述第一注入为硅提供N+掺杂物原子(例如，磷原子或砷原子)。在一个实施例中，可调整(例如，通过连续或同时电子轰击)用于进行注入的条件以增强注入区和未注入区之间的后续蚀刻选择性，如与下文所述的后面操作相关。可调整的其他条件可包括在注入、温度调整和剂量调整期间的基板偏置中的一者或多者。
再次参见图1B并且现在参见流程图200的对应操作206，将第二导电类型的掺杂物杂质原子注入非晶硅层106中，以形成第二注入区110并产生硅层的未注入区112(即，在上述注入工艺中的任一者中均未注入的非晶硅层106的剩余部分)。在一个此类实施例中，穿过第二遮蔽掩模来进行注入，所述注入的例子结合图5B和图6B有所描述。如在第一遮蔽掩模的情况中一样，在具体的此类实施例中，第二遮蔽掩模为布置在非晶硅层106之外但紧邻非晶硅层106的石墨遮蔽掩模。应当理解，根据布局要求，第一掩模可偏移并用来取代第二单独掩模。
如在针对第一注入工艺的情况中一样，在一个实施例中，通过使用离子束注入或等离子体浸渍注入来进行注入。在一个实施例中，该第二注入为硅提供N+掺杂物原子(例如，磷原子或砷原子)。然而，在另一个实施例中，所述第二注入为硅提供P+掺杂物原子(例如，硼原子)。在一个实施例中，可调整(例如，通过连续或同时电子轰击)用于进行注入的条件以增强注入区和未注入区之间的后续蚀刻选择性，如与下文所述的后面操作相关。可调整的其他条件可包括在注入、温度调整和剂量调整期间的基板偏置中的一者或多者。
参见图1C和流程图200的对应操作208，例如通过选择性蚀刻工艺移除非晶硅层106的剩余未注入区112，从而保留非晶硅层106的第一注入区108和第二注入区110。
在一个实施例中，通过基于氢氧化物的湿法蚀刻剂移除非晶硅层106的剩余未注入区112，该湿法蚀刻剂进一步形成沟槽114并且/或者纹理化基板102的暴露部分。因此，在一个实施例中，由于沟槽114的布置通过非晶硅层106的第一注入区108和第二注入区110确定，因此在非晶硅层106的第一注入区108和第二注入区110之间自对准地形成沟槽114，如图3C所示。
应当理解，光接收表面101的纹理化和自对准沟槽114形成的时间可有差别。例如，在一个实施例中，在沟槽114的形成/纹理化之前，在单独的工艺中进行光接收表面101的纹理化，如图1A-1C所示。然而，在另一个实施例中，在与沟槽114的形成/纹理化相同的工艺中进行光接收表面101的纹理化。此外，沟槽114的形成/纹理化的时间可相对于用来使第一注入区108和第二注入区110结晶的退火工艺有差别。例如，在一个实施例中，在用于移除非晶硅层106的剩余未注入区112的工艺中进行沟槽114的形成/纹理化，如图1C所示。然而，在另一个实施例中，沟槽114的形成/纹理化在移除非晶硅层106的剩余未注入区112和后续退火工艺之后进行。在一个实施例中，纹理化表面可为具有规则或不规则形状的表面，该表面用于散射入射光，从而减少从太阳能电池的光接收表面和/或暴露表面反射离开的光量。
参见图1D和流程图200的对应操作210，对非晶硅层106的第一注入区108和第二注入区112进行退火，以分别形成掺杂多晶硅发射极区116和掺杂多晶硅发射极区118。在一个实施例中，在大约850-1100℃范围内的温度下进行退火并使退火持续时间在大约1–100分钟的范围内。在一个实施例中，在加热或退火期间进行少量磷掺杂物驱动。另外的实施例可包括在光接收表面101上形成钝化或抗反射涂层120，如图1D所示。
应当理解，虽然一般来讲可能最有利的是在进行高温退火和活化工艺之前完成非晶硅层106的未注入区的蚀刻(即，移除)，如上文所述，但某些注入条件可导致纹理化蚀刻(例如，如相对于未注入区)中的本征更高的反应性。在此类情况下，可在沟槽蚀刻之前进行高温退火。
参见图1E，导电触点122和导电触点124被制造成分别接触第一掺杂多晶硅发射极区116和第二掺杂多晶硅发射极区118。在一个实施例中，触点通过以下方式制造：首先沉积和图案化绝缘层150以具有开口，并且随后在开口中形成一个或多个导电层。在一个实施例中，导电触点122和导电触点124包含金属并通过沉积、平版印刷和蚀刻方法形成，或作为另外一种选择通过印刷工艺形成。
在将注入引起的蚀刻选择性用于自对准沟槽形成的第二示例性工艺流程中，图3A-3E示出了根据本公开的另一个实施例的太阳能电池制造中的各个阶段的剖视图。图4为根据本公开的实施例的流程图400，该流程图400列出与图3A-3E相对应的制造太阳能电池的方法中的操作。
参见图3A和流程图400的对应操作402，制造太阳能电池的交替N型和P型发射极区的方法涉及在设置于基板302上的薄介电层304上形成非晶硅层306。
在一个实施例中，基板302为单晶硅基板，诸如块体N型掺杂单晶硅基板。然而，应当理解，基板302可以是设置在整个太阳能电池基板上的层，诸如多晶硅层。在一个实施例中，薄介电层为厚约2纳米或更小的隧道介电氧化硅层。在一个实施例中，非晶硅层306为使用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)形成的由a-Si:H表示的氢化硅层，该氢化硅层在整个层内包括S-H共价键。然而，在替代的实施例中，替代地使用多晶硅层。再次参见图3A，在一个实施例中，基板302的光接收表面301为纹理化的，如下文更详细地所示和所述。
再次参见图3A并且现在参见流程图400的对应操作404，在非晶硅层306上形成碳硅烷层308。在一个实施例中，碳硅烷层308具有大约在50-1000埃范围内的厚度。在一个实施例中，碳硅烷层308包括(例如，作为主要组分)交替的Si-C-Si-C-型主链，并且剩余键的大部分初始为氢(H)。在一个实施例中，使用用来生成下面的a-Si:H膜的相同装置来沉积碳硅烷层308，例如，通过在相对低温和RF功率水平下使用合适的碳硅烷前体进行等离子体增强化学气相沉积(PECVD)。在具体的此类实施例中，在足以容纳/处理一个太阳能电池的表面区域上方，以低于大约200℃的温度和大约13.56MHz RF频率下大约20W的偏置在PECVD室中沉积碳硅烷层308。在一个实施例中，可用于形成碳硅烷层308的合适前体包括但不限于1,3-二硅代丙烷、1,3二硅代丁烷、1,3,5-三硅代戊烷或1,3,5-三硅代环己烷。在其他实施例中，也可通过使用用于生成更高分子量聚合物碳硅烷材料的替代化学途径来实现类似结果，该更高分子量聚合物碳硅烷材料作为非挥发性但可溶解的聚合物存在。
参见图3B和流程图400的对应操作404，将第一导电类型的掺杂物杂质原子注入碳硅烷层308中以及非晶硅层306中，以形成第一注入区310并产生硅层的未注入区312(即，在工艺中的该阶段尚未注入的非晶硅层306的剩余部分)。另外，上述注入形成对应的碳硅烷层308的第一自对准注入区314，并且产生碳硅烷层308的未注入区316。碳硅烷层308的第一自对准注入区314与非晶硅层的第一注入区310自对准，因为它们使用相同掩模并采用相同注入工艺形成。在一个此类实施例中，穿过第一遮蔽掩模来进行注入，所述注入的例子结合图5B和图6B有所描述。在具体的此类实施例中，第一遮蔽掩模为布置在碳硅烷层308之外但紧邻碳硅烷层308的石墨遮蔽掩模。可用距离将通过离子束可准直的程度确定。典型间距将为在50-250微米之间，它与Si太阳能晶片基板大致为相同的厚度数量级。然而，在将掩模下边缘下面的发散角(自垂直)降到最小的条件下，间距可高达1000微米(1mm)。
在一个实施例中，通过使用离子束注入或等离子体浸渍注入来进行注入。在一个实施例中，该第一注入为硅提供P+掺杂物原子(例如，硼原子)。然而，在另一个实施例中，所述第一注入为硅提供N+掺杂物原子(例如，磷原子或砷原子)。在一个实施例中，可调整(例如，通过连续或同时电子轰击)用于进行注入的条件以增强注入区和未注入非晶硅区之间的后续蚀刻选择性，如与下文所述的后面操作相关。可调整的其他条件可包括在注入、温度调整和剂量调整期间的基板偏置中的一者或多者。
再次参见图3B并且现在参见流程图400的另外一轮对应操作406，将第二导电类型的掺杂物杂质原子注入碳硅烷层308中和非晶硅层306中，以形成第二注入区318并产生硅层的未注入区312(即，在上述注入工艺中的任一者中均未注入的非晶硅层306的剩余部分)。另外，上述注入形成对应的碳硅烷层308的第二自对准注入区320，并且产生碳硅烷层308的剩余未注入区316。碳硅烷层308的第二自对准注入区320与非晶硅层306的第二注入区318自对准，因为它们使用相同掩模并采用相同注入工艺形成。在一个此类实施例中，穿过第二遮蔽掩模来进行注入，所述注入的例子结合图5B和图6B有所描述。如在第一遮蔽掩模的情况中一样，在具体的此类实施例中，第二遮蔽掩模为布置在碳硅烷层308之外但紧邻碳硅烷层308的石墨遮蔽掩模。
如在针对第一注入工艺的情况中一样，在一个实施例中，通过使用离子束注入或等离子体浸渍注入来进行注入。在一个实施例中，该第二注入为硅提供N+掺杂物原子(例如，磷原子或砷原子)。然而，在另一个实施例中，所述第二注入为硅提供P+掺杂物原子(例如，硼原子)。在一个实施例中，可调整(例如，通过连续或同时电子轰击)用于进行注入的条件以增强注入区和未注入非晶硅区之间的后续蚀刻选择性，如与下文所述的后面操作相关。可调整的其他条件可包括在注入、温度调整和剂量调整期间的基板偏置中的一者或多者。
参见图3C和流程图400的对应操作408，通过选择性蚀刻工艺移除非晶硅层306的剩余未注入区312，从而保留非晶硅层306的第一注入区310和第二注入区318。另外，移除碳硅烷层308的剩余未注入区316。在一个实施例中，碳硅烷层308的注入区314和注入区320在移除期间分别保护非晶硅层306的注入区310和注入区318。
在一个实施例中，通过基于氢氧化物的湿法蚀刻剂移除非晶硅层306的剩余未注入区312和碳硅烷层308的剩余未注入区316，该湿法蚀刻剂进一步形成沟槽322并且/或者纹理化基板302的暴露部分。因此，在一个实施例中，将沟槽322形成为自对准在非晶硅层306的第一注入区310和第二注入区318之间，如图3C所示。在一个实施例中，基于氢氧化物的湿法蚀刻剂处理之后进行氢氟酸/臭氧(HF/O3)湿法清洁处理。
应当理解，光接收表面301的纹理化和自对准沟槽322形成的时间可有差别。例如，在一个实施例中，在沟槽322的形成/纹理化之前，在单独的工艺中进行光接收表面301的纹理化，如图3A-3C所示。然而，在另一个实施例中，在与沟槽322的形成/纹理化相同的工艺中进行光接收表面301的纹理化。此外，沟槽322的形成/纹理化的时间可相对于用来使第一注入区310和第二注入区318结晶的退火工艺而有差别。例如，在一个实施例中，在用于移除非晶硅层306的剩余未注入区312的工艺中进行沟槽322的形成/纹理化，如图3C所示。然而，在另一个实施例中，沟槽322的形成/纹理化在移除非晶硅层306的剩余未注入区322和后续退火工艺之后进行。在一个实施例中，纹理化表面可为具有规则或不规则形状的表面，该表面用于散射入射光，从而减少从太阳能电池的光接收表面和/或暴露表面反射离开的光量。
参见图3D和流程图400的对应操作410，对非晶硅层306的第一注入区310和第二注入区318进行退火，以分别形成掺杂多晶硅发射极区324和掺杂多晶硅发射极区326。在一个实施例中，在大约850-1100℃范围内的温度下进行退火并使退火持续时间在大约1–100分钟的范围内。在一个实施例中，在加热或退火期间进行少量磷掺杂物驱动。另外的实施例可包括在光接收表面301上形成钝化或抗反射涂层328，如图3D所示。
在一个实施例中，虽然未如此类图3D所示，但在移除非晶硅层306的剩余未注入部分312之后和/或期间，也可移除碳硅烷层308的注入区314和注入区320。在任一种情况下，碳硅烷层308的注入区314和注入区320应当合适地比非晶硅层306更不易蚀刻，以便对非晶硅层306的第一注入区310和第二注入区318提供至少大量保护(例如，不显著侵蚀非晶硅层306的注入区)。作为另外一种选择，如图3D所示，可通过退火工艺保留碳硅烷层308的注入区314和注入区320。在退火后，可移除或可保留碳硅烷层308的注入区314和注入区320，其一个实施例在下文描述。
应当理解，虽然一般来讲可能最有利的是在进行高温退火和活化工艺之前完成非晶硅层306的未注入区的蚀刻(即，移除)，如上文所述，但某些注入条件可导致纹理化蚀刻(例如，如相对于未注入区)中的本征更高的反应性。在此类情况下，可在沟槽蚀刻之前进行高温退火。
参见图3E，导电触点330和导电触点332被制造成分别接触第一掺杂多晶硅发射极区324和第二掺杂多晶硅发射极区326。在一个实施例中，触点通过以下方式制造：首先沉积和图案化绝缘层350以具有开口，并且随后在开口中形成一个或多个导电层。在一个实施例中，导电触点330和导电触点332包含金属并通过沉积、平版印刷和蚀刻方法形成，或作为另外一种选择通过印刷工艺形成。
再次参见图3E，在一个实施例中，碳硅烷层308的注入区314和注入区320(或至少其残余)保留在最终结构中。在一个此类实施例中，被穿过碳硅烷层308的注入区314和注入区320而形成触点330和触点332，例如，通过在接触沟槽形成期间图案化碳硅烷层308的注入区314和注入区320。因此，在一个实施例中，背接触太阳能电池399包括具有光接收表面301和背表面303的单晶硅基板302。薄介电层304设置在单晶硅基板302的背表面303上。多晶硅发射极区324/326设置在薄介电层304上。多晶硅发射极区324/326掺杂有杂质原子。碳硅烷层314/320设置在多晶硅发射极区324/326上并与多晶硅发射极区324/326对准。导电触点结构330/332被设置为穿过碳硅烷层314/320并位于多晶硅发射极区324/326上。在一个此类实施例中，碳硅烷层314/320也掺杂有所述杂质原子。
再次参见结合图1A-1E和图3A-3E所述的方法，在一个实施例中，将Si-H富集a-Si:H层同时用作N+和P+注入区的源，并且/或者将基于碳硅烷的Si-H富集膜(例如，掺入大量的(-SiH2-CH2-SiH2-CH2-)特征的材料)暴露于离子注入条件以便经过交联而形成另外的Si-C键。在任一种情况下，含硅区的反应性相对于含水碱性条件中的蚀刻而减小，所述条件可用于移除下面的非晶硅材料、多晶硅材料或单晶硅材料。在一个实施例中，可对用于进行离子注入步骤的条件进行调整以增加注入区和未注入区之间的蚀刻选择性(例如，通过顺序或同时电子轰击)。在使用碳硅烷膜的情况下，可使用采用挥发性碳硅烷前体的化学气相沉积技术来沉积此类膜。
再次参见结合图1A-1E和图3A-3E所述的方法，在一个实施例中，可采用高度选择性湿法蚀刻剂以相对于注入材料移除未注入材料(例如，以移除对于注入碳硅烷具有选择性的未注入碳硅烷，或者以移除对于注入非晶硅具有选择性的未注入非晶硅)。然而，在另一个实施例中，图案化蚀刻剂材料用于未注入区。在一个此类实施例中，可丝网印刷硅蚀刻糊剂设置在未注入区上以便将蚀刻工艺导向未注入区。
在一个实施例中，如上简述，可将静止石墨遮蔽掩模用于注入以及可能地用于碳硅烷沉积。例如，图5A示意性地示出了根据本公开的实施例的用于图案化注入的内嵌式平台的剖视图，该图案化注入涉及移动晶片和静止遮蔽掩模。图5B示出了根据本公开的实施例的图5A装置中穿过石墨接近掩模的注入序列。参见图5A，内嵌式平台500包括晶片输入区502、注入源504(例如，离子注入或等离子体浸渍)和输出区506。将静止模板掩模508，诸如静止石墨掩模，保持为邻近但不接触基板510以提供注入基板512。再次参见图5A和图5B，应当理解，两个连续的注入源(即，每种掺杂物类型一个)可包括在具有两个偏移和对齐的石墨指状物掩模的相同平台上。
在另一个实施例中，可将活动的硅遮蔽掩模用于注入以及可能地用于碳硅烷沉积。例如，图6A示意性地示出了根据本公开的实施例的用于图案化注入和碳硅烷沉积的内嵌式平台的剖视图。图6B示出了根据本公开的实施例的图6A装置中穿过硅接触掩模的注入和碳硅烷沉积序列。
参见图6A，用于制造太阳能电池的发射极区的内嵌式工艺装置600包括用于将模板掩模604与基板606对准的第一工位602。包括了第二工位608，以用于穿过模板掩模604在基板606上面注入掺杂物杂质原子(例如，硼或磷)。包括了第三工位610，以用于穿过模板掩模604在基板606上面形成碳硅烷层。内嵌式工艺装置600的其他方面可包括晶片输入区612以及掩模移除和晶片输出区614。
在一个实施例中，模板掩模604和基板606至少一起移动穿过第二工位608和第三工位610。穿过内嵌式工艺装置600的晶片流动方向以箭头650示出。参见图6B，在一个实施例中，内嵌式工艺装置600使得能够穿过模板掩模604在基板606的硅层607区域上进行注入和碳硅烷沉积。注入区607A和碳硅烷层609自对准，因为碳硅烷层在与用来进行注入的相同位置使用相同掩模而形成。在一个实施例中，第一工位602用于将模板掩模604对准为接触或紧邻基板606。在一个实施例中，第二工位608包括离子注入室或等离子体浸渍注入室。在一个实施例中，第三工位610包括沉积室，诸如但不限于低压化学气相沉积(LPCVD)室、等离子体增强化学气相沉积(PECVD)室、高密度等离子体化学气相沉积(HDPCVD)室或物理气相沉积(PVD)室。
在上述任一种情况下，在一个实施例中，如果穿过掩模沉积碳硅烷，则碳硅烷材料也可沉积在模板掩模上。在模板掩模多次运行穿过沉积环境之后，可最终积聚多个碳硅烷材料层。应当理解，可针对材料在模板掩模上的过度积聚而确定最佳运行次数以使通量平衡，所述过度积聚可以某种方式影响后面的沉积工艺。在一个此类实施例中，在特定运行次数之后，通过选择性蚀刻移除积聚的碳硅烷材料，并且模板掩模随后可被重复使用。
总之，虽然上文具体描述了某些材料，但对于仍然在本发明实施例的精神和范围内的其他此类实施例，一些材料可易于被其他材料取代。例如，在一个实施例中，可使用不同材料的基板，诸如III-V族材料的基板，来代替硅基板。此外，应当理解，在具体描述N+型和P+型掺杂的情况下，设想的其他实施例包括相反的导电类型，分别为例如P+型和N+型掺杂。
一般来讲，可实施本文所述的实施例以为制造高效率叉指背接触(IBC)型太阳能电池提供更低成本的高通量离子注入平台。具体实施例可提供用于在通过注入形成的发射极区中生成自对准沟槽的有利方法。对于掺入了非晶硅(例如，a-Si:H)衍生发射极的太阳能电池的制造而言，实施例可为特别可用的。
因此，已公开了使用离子注入制造太阳能电池发射极区的方法。
在另一方面，用于生成n+和p+(磷掺杂和硼掺杂)多晶硅发射极图案的已建立方法通常依靠二氧化硅遮蔽层的图案化来限定和隔离下面的多晶硅发射极指状物。使用基于强力碱的硅蚀刻化学物质移除所有未掩模的多晶硅材料，以在适当位置形成沟槽或使富集的p-n多晶硅结产生缺陷。事实上，用于沟槽隔离的目前所用工艺通常延伸超过沉积的多晶硅层，穿过下面的薄电介质并进入下面的Si基板。当在各向同性的批量工艺中进行时(其中晶片的两侧均暴露于相同蚀刻化学物质)，特别有利的是在某些条件下完成蚀刻序列，所述条件在所有暴露的单晶硅表面上形成随机棱锥纹理，所述单晶硅表面通常包括整个正面和延伸到背面的Si内的沟槽底部。
本文所述的一个或多个另外实施例提供了用于制造高效率、全背接触太阳能电池器件的简化工艺流程，该流程涉及使用离子注入技术用于生成N+(例如，通常为磷掺杂或砷掺杂)和P+(例如，通常为硼掺杂)多晶硅发射极层中的一者或两者。在一个实施例中，制造方法涉及使用离子注入将所需掺杂物类型的原子以及辅助原子引入发射极层中，以引起发射极层的湿法蚀刻特性充分变化，以便允许其在选择性湿法蚀刻移除发射极层的所有未注入区期间用作掩模。一个或多个实施例涉及针对高效率太阳能电池制造的一体化图案化离子注入和表面改性的硬件和对应工艺。一个或多个实施例提供用于使用图案化离子注入技术生成(和隔离)独立的N和P掺杂多晶硅(polySi)指状物发射极的有效工艺操作节约方法，所述发射极覆盖高效率太阳能电池的背面。
更具体地讲，据发现，剂量为至少4E15并且能量介于5-15KeV之间的原型多晶硅/隧道氧化物叠堆的硼离子注入可自动地赋予对碱性Si蚀刻化学物质的高抗性，包括完全移除未注入材料的所有相邻区域的条件。遗憾的是，使用可用于掺杂n+发射极区的磷离子注入条件，任何类似选择性看起来均是不可能的。作为针对注入所引起抗蚀性的已经描述方法的替代形式，用于保护图案化P注入区的可行方案包括用于施加由SiN或SiC举例说明的非常薄的坚固蚀刻掩模组合物的任何装置。如上文已经描述(并且结合本文所提及的图案化多晶硅掩模层)，此类图案可使用基于CVD或PVD的任何(理想地高度准直)沉积方法与遮蔽掩模相结合而生成，但预期任何此类工艺均可遭遇图案不稳定性以及在掩模和室表面上方具有沉积膜积聚的粒子。在一个实施例中，最易实施的一直为概念上更清洁的工艺，该工艺涉及已注入P多晶硅的表面处氮离子的较浅的更低能量的(2KeV)注入物。对基于碱性KOH的Si蚀刻提供可再生抵抗力的剂量为8E15。另外针对在类似低能量但稍高剂量下进行的基于甲烷等离子体的C离子注入观察到了大致等同的性能。当使用“移动”石墨遮蔽掩模实施时，可通过如下方式确保介于P注入步骤和N注入步骤之间的“自对准”：在被重新配置为运行N的相同注入源下方第二次经过之前，允许晶片和掩模保持夹持在一起。然而，在等离子体源化学物质之间切换导致性能和粒子受到影响，并且更具可制造性的溶液可能涉及顺序注入步骤作为内嵌式工艺流程的一部分，该内嵌式工艺流程基于在每个离子束源下平衡的静止遮蔽掩模。
为了提供进一步背景，当前，可实施叉指背接触(IBC)处理方案以有效生成被掺杂氧化物层覆盖的图案化扩散区。将此类结构图案化以生成纹理耐蚀刻掩模，穿过该掩模在与进行正面纹理化的相同时间形成沟槽隔离N和P掺杂发射极。虽然采用图案化离子注入替换来自图案化氧化物层的扩散的概念可能看上去简单明了，但除非与提供自对准蚀刻选择性的方法相结合，否则此类方法对于制造具有掺杂多晶硅发射极区的高效率太阳能电池结构可能为不可行的。对于使用磷注入物的方法而言可能尤其如此。
为了解决上述问题中的一者或多者，根据本公开的实施例，通过进行彼此略微偏置的磷(或砷)和硼的图案化离子注入并且在两者间留有未注入空隙，而形成最终具有掺杂多晶硅发射极区的太阳能电池的一维指状物结构。在磷(或砷)注入后，进行氮离子、氧离子或碳离子(或包含这些元素的带正电分子簇)的第二自对准(例如，穿过相同掩模图案)较浅注入。在与磷(或砷)相同的区域中进行此类辅助(或“从属”)物质的注入，以便修改注入区的表面并增加对碱性纹理浴的耐蚀刻性。由于仅硼注入会大幅度增加耐蚀刻性，因此具有P+较窄从属掺杂物分布的多晶硅膜的第一区(例如，注入线)与具有硼掺杂物分布的多晶硅膜的第二区(例如，注入线)相互交叉的组合可经历既定的纹理蚀刻工艺流程。此类蚀刻工艺可在将晶片的正面(向阳面)纹理化的同时移除未注入多晶硅(例如，介于注入指状物之间)的区域。此外，描述了新硬件平台，该平台可单程进行所有三项图案化和对准注入操作。上述方法和其他方法以及硬件平台在下文有更详细地描述。
在将注入引起的蚀刻选择性用于自对准沟槽形成的示例性工艺流程中，图7A-7G示出了根据本公开的实施例的太阳能电池制造中的各个阶段的剖视图。图8为根据本公开的实施例的流程图800，该流程图800列出与图7A-7G相对应的制造太阳能电池的方法中的操作。
参见图7A和流程图800的对应操作802，制造太阳能电池的交替N型和P型发射极区的方法涉及在设置于基板702上的薄介电层704上形成硅层706。
在一个实施例中，基板702为单晶硅基板，诸如块体N型掺杂单晶硅基板。然而，应当理解，基板702可以是设置在整个太阳能电池基板上的层，诸如多晶硅层。再次参见图7A，在一个实施例中，如图所示，基板702的光接收表面701为纹理化的，如下文更详细所述。在一个实施例中，薄介电层为厚约2纳米或更小的隧道介电氧化硅层。
在一个实施例中，硅层706为非晶硅层。在一个此类实施例中，非晶硅层使用低压化学气相沉积(LPCVD)或等离子体增强化学气相沉积(PECVD)形成。然而，在替代的实施例中，使用多晶硅层代替非晶硅层。
参见图7B和流程图800的对应操作804，将第一导电类型的掺杂物杂质物质注入硅层706中，以形成第一注入区708并产生硅层的未注入区709(即，在工艺中的该阶段尚未注入的硅层706的剩余部分)。
在一个实施例中，通过使用离子束注入或等离子体浸渍注入来进行注入。在一个实施例中，该第一注入为硅提供N+掺杂物原子(例如，磷原子或砷原子)。在具体的此类实施例中，注入磷原子或砷原子或者磷离子或砷离子涉及注入，以在硅层706中形成大约在1E19-1E20个原子/cm3范围内的磷原子或砷原子的浓度。
再次参见操作804，在一个实施例中，穿过第一遮蔽掩模进行注入，所述注入的例子结合图10有所描述。在一个此类实施例中，穿过具有第一狭缝图案的第一遮蔽掩模注入第一导电类型的掺杂物杂质物质。在一个实施例中，第一遮蔽掩模为布置在硅层706之外但紧邻硅层706的石墨遮蔽掩模。
接着参见图7C和流程图800的对应操作806，将辅助杂质物质注入硅层706的第一注入区708内。辅助杂质物质不同于第一导电类型的掺杂物杂质物质。另外，在一个实施例中，注入辅助杂质物质的对应区以在硅层706中具有小于相应的初始第一注入区708深度的深度。同样，形成经过修改的第一注入区708’，并且在一个实施例中其具有仅磷(或砷)的区752的下部部分752并具有磷(或砷)连同辅助杂质物质的区的上部部分750，如图7C所示。
在一个实施例中，注入第一注入区中的辅助杂质物质为诸如但不限于以下的物质：氮原子或氮离子、碳原子或碳离子、或者氧原子或氧离子。应当理解，术语“离子”可包括含有键合至附加氢原子的掺杂物物质的一个或多个原子的分子离子。在一个实施例中，辅助杂质物质为氮并且通过使用N2或NH3的注入而提供。在一个实施例中，辅助杂质物质为碳并且通过使用CH4或碳氢化合物诸如乙炔或可能的甲基硅烷的注入而提供。在一个实施例中，辅助杂质物质为氧并且通过使用N2或O2的注入而提供。
在一个实施例中，通过使用离子束注入或等离子体浸渍注入来进行注入。在一个实施例中，该第二注入最终在硅层106的N+区的上部部分中提供氮原子、碳原子或氧原子。在具体的此类实施例中，注入所述第二注入在硅层106中形成大约在1E19-1E21个原子/cm3范围内的氮原子、碳原子或氧原子的浓度。在一个实施例中，辅助杂质物质的分布主要位于硅层106的表面下方头1000埃以内。
再次参见操作806，在一个实施例中，穿过第二遮蔽掩模进行注入，所述注入的例子结合图10有所描述。在一个此类实施例中，穿过具有第一狭缝图案的第二遮蔽掩模注入辅助杂质物质。该第一狭缝图案可与结合操作804所述的以上第一狭缝图案相同或略有修改，如下文更详细地描述。在一个实施例中，第二遮蔽掩模为布置在硅层706之外但紧邻硅层706的石墨遮蔽掩模。
如上所述，将辅助杂质物质注入第一注入区708中可在一个实施例中涉及穿过具有第一狭缝图案(即，用于形成初始区708的狭缝图案)的第二遮蔽掩模进行注入。在第一实施例中，第二遮蔽掩模具有与第一狭缝图案相同的狭缝图案，并且狭缝的尺寸与第一遮蔽掩模的狭缝尺寸相同。例如，图9A示出了使用相同尺寸的对准狭缝图案所形成的经过修改的第一注入区708’的剖视图。辅助原子区750与硅层706中的N+区752对准。
然而，图9B示出了使用相同尺寸的未对准狭缝图案所形成的经过修改的第一注入区708’的剖视图。辅助杂质物质区750’与硅层706中的N+区752’未对准。即，辅助杂质物质区750’的一部分形成于N+区752’之内，但辅助杂质物质区750’的一部分形成于N+区752’之外。可能出现的情况是优选地使辅助杂质物质区完全形成于N+区内。
因此，在一个实施例中，图9C示出了使用更小(例如，更窄)尺寸的狭缝图案所形成的经过修改的第一注入区708’的剖视图。辅助杂质物质区750"比N+区752"窄并且完全形成于N+区752"之内。在一个此类实施例中，针对第二掩模中的狭缝使用更窄的尺寸允许存在失准容限，而没有使辅助杂质物质注入N+区之外的风险。
参见图7D和流程图800的对应操作808，将第二导电类型的掺杂物杂质物质注入硅层706中，以形成第二注入区710并产生硅层的未注入区712(即，在上述注入工艺中的任一者期间均未显著注入的硅层706的剩余部分)。
如在针对第一注入工艺和第二注入工艺的情况中一样，在一个实施例中，通过使用离子束注入或等离子体浸渍注入来进行注入。在一个实施例中，该第三注入为硅提供P+掺杂物原子(例如，硼原子)。在具体的此类实施例中，注入硼原子或硼离子涉及注入，以在硅层706中形成大约在1E19-1E20个原子/cm3范围内的硼原子的浓度。
再次参见操作808，在一个实施例中，穿过第三遮蔽掩模进行注入，所述注入的例子结合图10有所描述。在一个此类实施例中，穿过具有不同于第一狭缝图案的第二狭缝图案的第三遮蔽掩模注入第二导电类型的掺杂物杂质物质。在一个此类实施例中，第一狭缝图案和第二狭缝图案一起形成一维交叉指状物图案。如在第一遮蔽掩模和第二遮蔽掩模的情况中一样，在一个实施例中，第三遮蔽掩模为布置在硅层706之外但紧邻硅层706的石墨遮蔽掩模。
参见图7E和流程图800的对应操作810，例如通过选择性蚀刻工艺移除硅层706的剩余未注入区712，从而保留硅层706的经过修改的第一注入区708’和第二注入区710。
在一个实施例中，在操作806中提供用以形成经过修改的第一注入区708’的辅助杂质物质对经过修改的第一注入区708’的蚀刻进行抑制(例如，减慢其蚀刻速率)。在一个此类实施例中，辅助注入物质用来影响蚀刻选择性并且有意地以更低能量注入，以实现更浅的分布(例如，在表面附近)。此外，在后续的湿法和/或干式蚀刻/清洁操作中，可减小或甚至完全消除此类辅助物质的量，特别是在将其包括在内的唯一驱动因素是为了抑制操作810处的N+区蚀刻的情况下。
再次参见图9A和图9C，在一个实施例中，辅助杂质物质的对应区完全位于初始第一注入区708的相应区内。在一个具体实施例中，仅参见9C，辅助杂质物质的对应区具有小于相应第一注入区宽度的宽度。在任一种情况下，在一个实施例中，所得蚀刻宽度通过辅助杂质物质区750或750"的宽度确定，如图9A和图9C所示。就图9C而言，随后，在一个实施例中，移除硅层706的剩余未注入区还包括移除不包括辅助杂质物质的对应区750"的经过修改的第一注入区708’的剩余部分。出于比较的目的，参见图9B，此类所得蚀刻分布将包括一个区，所述具有辅助杂质物质的区形成于N+区之外。为此原因，可针对上文所述的从属注入考虑使用具有更窄尺寸狭缝的辅助杂质物质注入掩模。
在一个实施例中，通过基于氢氧化物的湿法蚀刻剂移除硅层706的剩余未注入区712，该湿法蚀刻剂进一步移除薄介电层704的暴露部分并将沟槽714形成于基板702内。可形成沟槽以使基板702的纹理化部分作为沟槽底部。在一个实施例中，由于沟槽714的布置通过硅层706的第一注入区708’和第二注入区710确定，因此将沟槽714形成为自对准在硅层706的第一注入区708’和第二注入区710之间，如图7E所示。在一个实施例中，基于氢氧化物的湿法蚀刻剂处理之后进行氢氟酸/臭氧(HF/O3)湿法清洁处理。
应当理解，光接收表面701的纹理化和自对准沟槽714形成的时间可有差别。例如，在一个实施例中，在沟槽714的形成/纹理化之前，在单独的工艺中进行光接收表面701的纹理化，如图7A-7G所示。然而，在另一个实施例中，在与沟槽714的形成/纹理化相同的工艺中进行光接收表面701的纹理化。此外，沟槽714的形成/纹理化的时间可相对于用来使第一注入区708’和第二注入区710结晶的退火工艺而有差别。例如，在一个实施例中，在用于移除硅层706的剩余未注入区712的工艺中进行沟槽714的形成/纹理化，如图7E所示。然而，在另一个实施例中，沟槽714的形成/纹理化在移除硅层706的剩余未注入区712和后续退火工艺之后进行。在一个实施例中，纹理化表面(无论在沟槽714中还是在表面701处)可为具有规则或不规则形状的表面，该表面用于散射入射光，从而减少从太阳能电池的光接收表面和/或暴露表面反射离开的光量。
参见图7F和流程图800的对应操作812，对硅层706的第一注入区708’和第二注入区710进行退火，以分别形成掺杂多晶硅发射极区716和掺杂多晶硅发射极区718。在一个实施例中，在大约850-1100℃范围内的温度下进行退火并使退火持续时间在大约1–100分钟的范围内。在一个实施例中，在加热或退火期间进行少量磷掺杂物驱动。另外的实施例可包括在光接收表面701上形成钝化或抗反射涂层720，所述形成的例子示于下文所述的图7G中。
应当理解，虽然一般来讲可能最有利的是在进行高温退火和活化工艺之前完成硅层706的未注入区的蚀刻(即，移除)，如上文所述，但某些注入条件可导致纹理化蚀刻(例如，如相对于未注入区)中的本征更高的反应性。在此类情况下，可在沟槽蚀刻之前进行高温退火。
参见图7G，导电触点722和导电触点724被制造成分别接触第一掺杂多晶硅发射极区716和第二掺杂多晶硅发射极区718。在一个实施例中，触点通过以下方式制造：首先沉积和图案化绝缘层740以具有开口，并且随后在开口中形成一个或多个导电层。在一个实施例中，导电触点722和导电触点724包含金属并通过沉积、平版印刷和蚀刻方法形成，或作为另外一种选择通过印刷工艺形成。
再次参见图7G，随后，在一个示例性实施例中，背接触太阳能电池包括具有光接收表面701和背表面的晶体硅基板702。第一多晶硅发射极区716设置在晶体硅基板702上方。第一多晶硅发射极区716掺杂有第一导电类型(例如，磷原子或砷原子)的掺杂物杂质物质，并且还包括不同于第一导电类型的掺杂物杂质物质的辅助杂质物质(例如，氮原子、碳原子和/或氧原子)。第二多晶硅发射极区718设置在晶体硅基板702上方，并且与第一多晶硅发射极区716相邻但分开。第二多晶硅发射极区718掺杂有第二相反导电类型(例如，硼原子)的掺杂物杂质物质。第一导电触点结构722和第二导电触点结构724分别电连接到第一多晶硅发射极区716和第二多晶硅发射极区718。
在另一方面，图10示意性地示出了根据本公开的实施例的图案化注入的内嵌式平台的剖视图，该图案化注入涉及移动晶片和静止遮蔽掩模。
参见图10，内嵌式平台1000包括用于具有硅层706的输入晶片的晶片输入区。第一工位1050被配置为将第一导电类型的掺杂物杂质原子注入穿过第一遮蔽掩模并进入设置在基板上方的材料层706的第一区内。第二工位1052被配置为将辅助杂质物质注入穿过第二遮蔽掩模并进入材料层706的第一区内。第三工位1054被配置为将第二不同导电类型的掺杂物杂质原子注入穿过第三遮蔽掩模并进入材料层706的第二不同区内。在一个具体实施例中，如通过图10的输出晶片所举例说明，第一工位1050被配置为注入磷(或作为另外一种选择，砷)原子或离子，第三工位1054被配置为注入硼原子或硼离子，并且第二工位1052被配置为注入氮原子或氮离子(或作为另外一种选择，碳原子或氮离子，或者氧原子或氧离子)。
再次参见图10，将静止模板掩模1002，诸如静止石墨掩模，保持为在注入期间邻近但不接触基板。虽然示为具有三个对应狭缝图案的一个掩模，但应当理解，对于模块1050、1052和1054中的每一个而言，通常将使用单独的遮蔽掩模。可通过离子束可准直的程度确定距接收基板的间距的可用距离。典型间距将介于50-250微米之间，它与Si太阳能晶片基板大致为相同的厚度数量级。然而，在将遮蔽掩模下边缘下面的发散角(自垂直)降到最小的条件下，间距可高达1000微米(1mm)。在一个实施例中，所得的注入区图案为一维叉指图案。
根据一个或多个实施例，随后，具有互补P注入物掺杂的图案化B离子注入和较浅N离子表面改性(针对耐蚀性)的组合有可能取代目前用于掺杂、图案化和隔离基于多晶硅的n和p掺杂发射极结构的明显慢得多并且不那么直接的方法。力图将两个或更多个图案化离子注入步骤整合并对准成单个高真空工艺序列的新平台可有利于极其高通量流程，该流程可基本上取代多晶硅沉积和纹理化/清洁操作之间的每个前端工艺，包括毯覆式沉积步骤、图案化步骤和高温掺杂物扩散步骤以及用于沟槽隔离序列中的氧化物掩模的后续图案化。所有这些均可使用基于仅注入的方案得以避免，所述方案能够通过在表面附近以更低的能量注入N或C形成较浅掩模层。通过允许暴露的未注入多晶硅膜的选择性Si蚀刻，工艺流程诸如本文所述的那些可针对基于多晶硅发射极区的背接触太阳能电池启用简化方法，所述多晶硅发射极区包括对于高效率n+和p+多晶硅发射极形成和隔离至关重要的沟槽隔离特征。
因此，引入目标针对高效率太阳能应用的具有图案化能力的新型高通量离子注入工具可适用于制造叉指背接触(IBC)太阳能电池。具体地讲，在物理和化学变化与进行离子注入操作相关联的情况下，可利用此类注入以允许形成自对准沟槽图案。
总之，虽然上文具体描述了某些材料，但对于仍然在本发明实施例的精神和范围内的其他此类实施例，一些材料可易于被其他材料取代。例如，在一个实施例中，可使用不同材料的基板，诸如III-V族材料的基板，来代替硅基板。在另一个实施例中，使用多晶硅基板。此外，应当理解，在针对太阳能电池背表面上的发射极区具体描述N+型和随后P+型掺杂的顺序的情况下，设想的其他实施例包括相反的导电类型顺序，分别为例如P+型和随后N+型掺杂。另外，虽然明显参考背接触太阳能电池，但应当理解，本文所述的方法也可应用于正接触电极太阳能电池。一般来讲，可实施本文所述的实施例以针对高效率叉指背接触(IBC)型太阳能电池提供更低成本的高通量离子注入平台。具体实施例可提供用于在通过注入形成的发射极区中生成自对准沟槽的有利方法。
因此，已公开了使用离子注入制造太阳能电池发射极区的方法，以及所得太阳能电池。
尽管上面已经描述了具体实施例，但即使相对于特定的特征仅描述了单个实施例，这些实施例也并非旨在限制本公开的范围。在本公开中所提供的特征的例子除非另有说明否则旨在为说明性的而非限制性的。以上描述旨在涵盖将对本领域的技术人员显而易见的具有本公开的有益效果的那些替代形式、修改形式和等效形式。
本公开的范围包括本文所公开的任何特征或特征组合(明示或暗示)，或其任何概括，不管它是否减轻本文所解决的任何或全部问题。因此，可以在本申请(或对其要求优先权的申请)的审查过程期间对任何此类特征组合提出新的权利要求。具体地讲，参考所附权利要求书，来自从属权利要求的特征可与独立权利要求的那些特征相结合，以及来自相应的独立权利要求的特征可以按任何适当的方式组合，而非仅限于所附权利要求中所枚举的特定的组合。
在一个实施例中，制造太阳能电池的交替N型和P型发射极区的方法涉及在基板上方形成硅层。穿过第一遮蔽掩模将第一导电类型的掺杂物杂质原子注入硅层中，以形成第一注入区并产生硅层的未注入区。穿过第二遮蔽掩模将第二相反导电类型的掺杂物杂质原子注入硅层的未注入区的部分中，以形成第二注入区并产生硅层的剩余未注入区。通过选择性蚀刻工艺移除硅层的剩余未注入区，从而保留硅层的第一注入区和第二注入区。对硅层的第一注入区和第二注入区进行退火以形成掺杂多晶硅发射极区。
在一个实施例中，形成硅层涉及形成氢化非晶硅层。
在一个实施例中，形成氢化非晶硅层涉及使用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)。
在一个实施例中，通过选择性蚀刻移除硅层的剩余未注入区涉及使用基于氢氧化物的湿法蚀刻剂将基板的暴露部分纹理化。
在一个实施例中，对硅层的第一注入区和第二注入区进行退火涉及对基板的暴露部分进行低剂量P型掺杂物注入。
在一个实施例中，形成硅层涉及在设置于基板上的薄介电层上形成硅层，其中基板为单晶硅基板。
在一个实施例中，穿过第一和第二遮蔽掩模的所述注入涉及分别穿过第一和第二石墨遮蔽掩模进行注入，并且第一石墨和第二石墨遮蔽掩模顺序布置在硅层之外但紧邻硅层。
在一个实施例中，方法还涉及在掺杂多晶硅发射极区上形成导电触点。
在一个实施例中，制造太阳能电池的发射极区的方法涉及在基板上方形成硅层。在硅层上形成碳硅烷层。穿过遮蔽掩模将掺杂物杂质原子注入碳硅烷层和硅层中以形成注入硅区和碳硅烷层的对应自对准注入区，并且产生硅层的未注入区和碳硅烷层的对应未注入区。移除硅层的未注入区和碳硅烷层的未注入区。在移除过程中，碳硅烷层的注入区保护硅层的注入区。对硅层的注入区进行退火以形成掺杂多晶硅发射极区。
在一个实施例中，方法还涉及在退火之后，移除碳硅烷层的注入区，并且在掺杂多晶硅发射极区上形成导电触点。
在一个实施例中，方法还涉及在掺杂多晶硅发射极区上形成穿过碳硅烷层的注入区的导电触点。
在一个实施例中，形成硅层涉及形成氢化非晶硅层。
在一个实施例中，形成氢化非晶硅层和形成碳硅烷层涉及使用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)。
在一个实施例中，移除硅层的未注入区和移除碳硅烷层的未注入区涉及使用基于氢氧化物的湿法蚀刻剂将基板的暴露部分纹理化。
在一个实施例中，形成硅层涉及在设置于基板上的薄介电层上形成硅层，并且基板为单晶硅基板。
在一个实施例中，穿过遮蔽掩模进行注入涉及穿过石墨遮蔽掩模进行注入，并且石墨遮蔽掩模布置在硅层之外但紧邻硅层。
在一个实施例中，背接触太阳能电池包括具有光接收表面和背表面的单晶硅基板。薄介电层设置在单晶硅基板的背表面上。多晶硅发射极区设置在薄介电层上。多晶硅发射极区掺杂有杂质原子。碳硅烷层设置在多晶硅发射极区上并与多晶硅发射极区对准。导电触点结构被设置为穿过碳硅烷层并位于多晶硅发射极区上。
在一个实施例中，碳硅烷层也掺杂有杂质原子。

Claims (11)

1.一种制造太阳能电池的发射极区的方法，所述方法包括：
在基板上方形成硅层；
在所述硅层上形成碳硅烷层；
穿过遮蔽掩模将掺杂物杂质原子注入所述碳硅烷层和所述硅层中以形成注入硅区和所述碳硅烷层的对应自对准注入区，并且产生所述硅层的未注入区和所述碳硅烷层的对应未注入区；
移除所述硅层的所述未注入区和所述碳硅烷层的所述未注入区，其中在所述移除期间，所述碳硅烷层的所述注入区保护所述硅层的所述注入区；以及
对所述硅层的所述注入区进行退火以形成掺杂多晶硅发射极区。
2.根据权利要求1所述的方法，还包括：
在所述退火之后，移除所述碳硅烷层的所述注入区；以及
在所述掺杂多晶硅发射极区上形成导电触点。
3.根据权利要求1所述的方法，还包括：
在所述掺杂多晶硅发射极区上形成穿过所述碳硅烷层的所述注入区的导电触点。
4.根据权利要求1所述的方法，其中形成所述硅层包括形成氢化非晶硅层。
5.根据权利要求4所述的方法，其中形成所述氢化非晶硅层和形成所述碳硅烷层包括使用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)。
6.根据权利要求1所述的方法，其中移除所述硅层的所述未注入区和所述碳硅烷层的所述未注入区包括使用基于氢氧化物的湿法蚀刻剂将所述基板的暴露部分纹理化。
7.根据权利要求1所述的方法，其中形成所述硅层包括在设置于所述基板上的薄介电层上形成所述硅层，并且其中所述基板为单晶硅基板。
8.根据权利要求1所述的方法，其中穿过遮蔽掩模进行注入包括穿过石墨遮蔽掩模进行注入，并且其中所述石墨遮蔽掩模布置在所述硅层之外但紧邻所述硅层。
9.一种根据权利要求1所述的方法制成的太阳能电池。
10.一种背接触背接触太阳能电池，背接触背接触包括：
具有光接收表面和背表面的单晶硅基板；
设置在所述单晶硅基板的所述背表面上的薄介电层；
设置在所述薄介电层上的多晶硅发射极区，所述多晶硅发射极区掺杂有杂质原子；
设置在所述多晶硅发射极区上并与所述多晶硅发射极区对准的碳硅烷层；以及
被设置为穿过所述碳硅烷层并位于所述多晶硅发射极区上的导电触点结构。
11.根据权利要求10所述的背接触太阳能电池，其中所述碳硅烷层也掺杂有所述杂质原子。
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