CN105745767A - 用于制造交指型背接触太阳能电池的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了用于制造交指型背接触太阳能电池的方法，所述方法包括以下步骤：(a)提供掺杂硅基板；(b)在所述前表面和所述后表面上形成第一二氧化硅层；(c)以第一图案将含硼掺杂浆料沉积在所述后表面的第一二氧化硅层上；(d)加热所述硅基板；(e)去除所述第一二氧化硅层；(f)在所述前表面和所述后表面上形成第二二氧化硅层；(g)以第二图案将含磷掺杂浆料沉积在所述后表面的第二二氧化物层上；(h)加热所述硅基板；以及(i)从所述硅基板上去除所述第二二氧化硅层，其中所述第一图案和所述第二图案共同形成交指型图案。

Description

用于制造交指型背接触太阳能电池的方法
技术领域
本公开涉及交指型背接触太阳能电池，其中局部的硼扩散区和磷扩散区在背面上形成。
背景技术
一种克服常规前接触太阳能电池的缺陷的方法是将p-n结和背表面场(BSF)移动至太阳能电池的背面。这种构造称之为交指型背接触(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，“Theinterdigitatedbackcontactsolarcell:asiliconsolarcellforuseinconcentration,”IEEETranslationsonElectronDevices，第24卷，no.4，第337-342页，1977]。
通过将p-n结和BSF移至背面，所有提取生成载体所需的金属化也被移至背面。因此朝着太阳的那面无遮蔽损耗，能够产生更高的短路电流并因此获得更高的效率。前表面不再需要一个经优化用于金属触点的重扩散层，而是相反地可经优化以形成使前表面处的重组损耗最小化的前表面场(FSF)，从而提高开式电路电压并因此提高效率。在背面上具有金属触点的另一个优点是金属几何形状不再受限以最小化遮蔽损耗，这允许使用更宽的金属，减少了电阻损耗。在背面上具有所有金属触点也具有简化太阳能电池到模块中的整合的增加有益效果。
已经提出了关于IBC电池的制造方法的各种方法。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-EfficiencyBack-ContactBack-JunctionSiliconSolarCells,”PhDThesis，FraunhoferInstitute(ISE)，Freiburg，Germany(2009)；D-H.Neuhaus和A.Munzer，“ReviewArticle:IndustrialSiliconWaferSolarCells,”AdvancesinOptoElectronics，Volume2007，ArticleID24521，doi:10.1155/2007/2451；US2011/0003424；和US2010/0081264。
发明内容
本发明描述了一种利用使用掺杂浆料和氧化物阻挡层获得的背面局部硼和磷扩散区形成高效率交指型背接触(IBC)太阳能电池的方法。在印刷图案化的掺杂浆料之前导入氧化物层允许硼和磷扩散到下面的晶片中并且同时消除了在相邻的硅表面上非预期的掺杂(称为自动掺杂)。
本发明的一个方面是用于制造交指型背接触太阳能电池的方法，该方法包括以下步骤：(a)提供掺杂硅基板，该基板包括面朝太阳的前表面，和后表面；(b)在前表面和后表面上形成第一二氧化硅层；(c)将含硼掺杂浆料以第一图案沉积在后表面的第一二氧化硅层上，其中含硼浆料包含硼化合物和溶剂；(d)在第一环境中将硅基板加热至第一温度并持续第一时间段，以便将硼局部扩散到硅基板的后表面中，从而在硅基板的后表面上形成p+区域；(e)从硅基板上移除第一二氧化硅层；(f)在前表面和后表面上形成第二二氧化硅层；(g)将含磷掺杂浆料以第二图案沉积在后表面的第二二氧化物层上，其中含磷掺杂浆料包含磷化合物和溶剂；(h)在第二环境中将硅基板加热至第二温度并持续第二时间段，以便将磷局部扩散到硅基板的后表面中，从而在硅基板的后表面上形成n+区域；以及(i)从硅基板上移除第二二氧化硅层，其中第一图案和第二图案共同形成交指型图案。
本发明的另一个方面是用于制造交指型背接触太阳能电池的方法，该方法包括以下步骤：(a)提供掺杂硅基板，该基板包括面朝太阳的前表面，和后表面；(b)用硼以第一图案均匀掺杂基板的后表面，从而在硅基板的后表面上形成p+区域，其中第一图案是毯式图案；(c)在前表面和后表面上形成二氧化硅层；(d)将含磷掺杂浆料以第二图案沉积在后表面上，其中含磷掺杂浆料包含磷化合物和溶剂；(e)在环境中将硅基板加热至一定温度并持续一段时间，以便将磷局部扩散到硅基板的后表面中，从而在硅基板的后表面上通过第二图案形成n+区域，其中在后表面上的p+区域和n+区域共同形成交指型图案；以及(f)从硅基板上移除第二二氧化硅层。
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工艺的图案化掺杂源相关联的自动掺杂。图2A示出其中两个硅晶片竖直地彼此平行的构型。图2B示出如图2A所示的晶片上的高温处理效应。
图3示意性地示出达到无利用图案化掺杂源和SiO2阻挡层的自动掺杂的局部掺杂效果的方法。图3A示出带有SiO2层(310)的两个硅晶片(301)和(303)，它们与图2A中的晶片构型相同。图3B示出如图3A所示的晶片上的高温处理效应。
图4示出引入氧化掺杂方法制造IBC太阳能电池的方法。图4A示出纹理化步骤。图4B示出磷扩散步骤。图4C示出移除背面磷扩散层的步骤。图4D示出氧化步骤。图4E示出硼浆料的印刷步骤。图4F示出硼驱入步骤。图4G示出氧化物层剥除步骤。图4H示出氧化步骤。图4I示出磷浆料的印刷步骤。图4J示出磷驱入步骤。图4K示出氧化物层剥除步骤。图4L示出钝化步骤。图4M示出金属化(电极形成)步骤。图4N示出两个硼发射器和两个磷BSF区域的平面图。图4O示出硼发射器金属触点的图案。图4P示出BSF金属触点的图案。图4Q示出绝缘体层的图案。图4R示出金属母线的图案。
图5示出并入氧化掺杂方法制造IBC太阳能电池的替代方法。图5A示出纹理化步骤。图5B示出磷扩散步骤。图5C示出移除背面磷扩散层的步骤。图5D示出氧化步骤。图5E示出硼浆料的毯式沉积步骤。图5F示出硼驱入步骤。图5G示出氧化物层剥除步骤。图5H示出氧化步骤。图5I示出磷浆料的印刷步骤。图5J示出磷驱入步骤。图5K示出氧化物层剥除步骤。图5L示出钝化步骤。图5M示出金属化(电极形成)步骤。
图6示出实验1中的交指型图案的示意图。
图7示出SIMS分布图。图7A示出在对应于发射器区域的硼浆料印刷区域中心的硼和磷SIMS分布图。图7B示出在硼印刷区域远边缘的硼和磷SIMS分布图。图7C示出在对应于间隙区域的非印刷区域中心的硼和磷SIMS分布图。图7D示出在对应于BSF区域的磷浆料印刷区域中心的硼和磷SIMS分布图。
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方案来详细描述本发明。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，未详细示出熟知的工序和/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方案，并且本发明的范围不限于特定类型的IBC太阳能电池。例如，硼掺杂硅基板可代替磷掺杂硅基板使用。在图1的实施方案中，磷掺杂硅基板101用作吸收体。硼发射器102在电池的背面上形成，以形成分离载体所需的p-n结。磷BSF103也在太阳能电池的背面上形成。硼和磷掺杂区域在交指型图案中形成，FSF104通常使用磷扩散在太阳能电池的朝着太阳的那面形成。FSF去除来自前表面的少量载体，从而最小化重组损耗。FSF也形成用于大部分载体到达BSF区域和BSF触点的电流通路。
前表面和后表面涂覆有钝化膜，分别示为105和106。这种钝化膜可包含氮化硅、氧化铝和氧化硅中的至少一种。在一些实施方案中，钝化膜可为叠层结构，包括多个，即，两个或更多个层。这种叠层结构可包括至少一个包含氮化硅的层和至少一个包含氧化硅和氧化铝之一的层。硼发射器金属触点107和BSF金属触点108在背面上形成以便提取生成的载体。
一种减少热步骤数量的方法是以所需的交指型图案丝网印刷硼和/或磷掺杂浆料，随后通过热驱入方法将来自浆料的掺杂原子转移到下面的硅基板中。
由于含硼和含磷掺杂浆料在扩散掺杂物到晶片中所需的热处理期间的渗气趋势，使用这些浆料在硅晶片上完成图案化的和局部的硼和磷掺杂变得困难。为了将来自掺杂浆料的硼或磷扩散到下面的硅基板中，通常在高于800℃的温度下进行热处理。在这些升高的温度下，气态的含硼和含磷物质分别由含硼和含磷浆料产生。这些气态物质转移到附近的硅表面上，导致掺杂物铺展到预期的印刷区域之外。
初始的图案化掺杂物区域的气相分布称为自动掺杂并破坏掺杂区域的图案。已有文献记录含磷掺杂浆料的气相分布和自动掺杂，例如，[A.Mouhotib，B.Benyahia，B.Mahmoudi，和A.Mougas，“SelectiveEmittersforScreenPrintedMulticrystallineSiliconSolarCells，”Rev.Energ.Ren:ICPWE(2003)83-86.；L.Debarge，M.Schott，J.C.Muller，和R.Monna，“Selectiveemitterformationwithasinglescreen-printedp-dopedpastedepositionusingout-diffusioninanRIP-step,”Sol.Mat.Sol.Cells74(2002)71-75；以及M.Edwards，J.Bocking，J.E.Cotter，和N.Bennet，“Screen-PrintSelectiveDiffusionsforHighEfficiencyIndustrialSiliconSolarCells,”Prog.Photovolt：Res.Appl.16:31-45(2008)]。硼的自动掺杂已经从重掺杂外延硅层中观察到，该层用作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，“TheControlofBoronAutodopingduringDeviceProcessingforp/p+EpiWaferswithnoBack-SurfaceOxideSeal,”Proceedingsfrom9thInt.Symp.SiliconMaterialsScience&Technology(2002)]。
图2示意性地示出与经受热驱入工艺的图案化掺杂源相关联的自动掺杂。图3示意性地示出达到无利用图案化掺杂源和SiO2阻挡层的自动掺杂的局部掺杂效果的方法。图2A示出彼此竖直平行的两个硅晶片201和203，表示当在石英管加热炉内处理晶片时使用的典型方向。晶片201的后表面202邻近晶片203的前面204。图2A还示出图案化的掺杂源区域205，其可为硼或磷浆料。当经受高温处理时，掺杂源区域旨在形成下面的硅基板的局部掺杂，即，掺杂原子将被引入基板中仅在掺杂源正下方的区域中。
图2B示出如图2A所示的晶片上的高温处理效应。晶片201和203经受高温驱入步骤，通常为800℃或更高的温度，用以将来自掺杂浆料的掺杂原子驱入下面的硅基板，形成在掺杂源正下方的掺杂区域207。在这些升高的温度下，掺杂物质206从掺杂源区域205转移到下面的晶片201的后表面202上，以及转移到相邻晶片203的前面204上。掺杂物质206的转移导致非预期的掺杂，称为自动掺杂，从而在下面的晶片201的背面202上形成掺杂层208，并且在相邻晶片203的前面上形成掺杂层209。自动掺杂导致局部掺杂损耗。
保持局部掺杂并消除自动掺杂可通过在施加图案化的掺杂源层之前在硅晶片表面上引入保护性SiO2层来完成。
图3示出与图2A中的晶片相同构型的两个硅晶片301和303，但是每个晶片的所有表面覆盖有SiO2层310。晶片301的后表面302邻近晶片303的前面304。图3A也示出图案化的掺杂源区域305，其通过SiO2层310与后表面302分开。掺杂源305可为硼或磷浆料。
图3B示出如图3A所示的晶片上的高温处理效应。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(在图3A中标记为305)与下面的SiO2局部反应，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。将掺杂原子从掺杂源层305'驱入下面的晶片中，形成局部掺杂区域307。
在这些升高的温度下，掺杂物质306从掺杂源区域305转移到覆盖下面的晶片301的后表面302的SiO2层310上，以及转移到覆盖相邻晶片303的前面304的SiO2层310上。SiO2层310用作未覆盖掺杂源层305'的区域的屏障，阻止掺杂物质306进入下面的晶片301的后表面302以及进入相邻晶片303的前面304。SiO2层310能够进行局部掺杂并消除自动掺杂。
引入氧化掺杂方法制造IBC太阳能电池的实施方案如图4A-4R所示。
制造方法可起始于纹理化的n型硅晶片401，如图4A所示。硅晶片随后经受在加热石英管加热炉中的在POCl3、N2和O2环境中进行的磷扩散过程，如POCl3扩散过程，形成靠近晶片表面的n+层402，如图4B所示。来自磷扩散的残余表面磷硅玻璃可通过将晶片浸入稀释HF溶液中去除。
背面磷扩散层可使用单面湿化学蚀刻工艺去除，例如使用氢氟酸、硝酸和硫酸混合物去除，留下n型后表面403，如图4C所示。
前面磷扩散也可使用其它方法完成，包括但不限于：磷酸喷雾方法后接热驱入步骤、利用化学气相沉积体系的前面PSG沉积后接热驱入步骤、或离子植入方法。
晶片随后经受氧化处理，其在晶片的表面上生长SiO2层404，如图4D所示。可使用热氧化方法，其通常使用具有氧化环境的加热石英管加热炉。这一高温氧化步骤将同时将现有的前面n+层(在图4C中示为402)中的磷原子更深地驱入晶片中，从而形成改变的n+层，在图4D中示为402'。在使用硼-掺杂基板作为基板401的情况下，用与基板401的掺杂物相同的掺杂物掺杂的掺杂层(图4C中的402)可为p+层。
另选地，氧化物层404可通过其它方法形成，例如(i)热氧化，(ii)沉积包含二氧化硅颗粒的液体组合物(例如印刷、喷雾、浸渍等等)，(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，现有的前面n+层(在图4C中示为402)的顶部重掺杂部分(最靠近晶片表面)可被蚀刻掉，从而形成改变的n+层，其类似于使用热驱入方法获得的层(在图4D中示为402')。在一个实施方案中，SiO2层的厚度为10nm至100nm。
对于下一步骤，如图4E所示，将含硼浆料丝网印刷到氧化的后表面上，随后通过低温烘焙以从浆料中去除溶剂，从而形成图案化的含硼浆料区域405。可使用其它方法沉积浆料，代替丝网印刷。硼印刷在随后的热驱入步骤后将形成硼发射器。
氧化的后表面不含任何通路或通孔，在一个实施方案中，所述通路或通孔能够使浆料直接接触基板的后表面403。如图4E所示，含硼浆料沉积在SiO2层上并且硼在随后的驱入过程中扩散到硅晶片中。
下一步骤是高温驱入过程。在一个实施方案中，该过程在N2环境的石英管加热炉中进行。在这个高温步骤期间，硼浆料与氧化物层局部反应，形成新的硼源层405'，其触及下面的硅晶片并局部掺杂以形成硼发射器406，如图4F所示。
在一个实施方案中，驱入过程的温度为850℃至1000℃。在一个实施方案中，驱入过程的时间段为20分钟至2小时。
在一个实施方案中，这一高温驱入步骤能够同时将现有的前面n+层(在图4D和4E中示为402')中的磷原子更深地驱入晶片中，从而形成改变的n+层，在图4F中示为402"。下一步骤是去除氧化物层和残余的浆料层，暴露在前面上的n+层402"和在背面上的硼发射器406，如图4G所示。氧化物层可通过将晶片浸入稀释HF溶液中去除。
已知硼扩散过程有时在晶片表面上形成非期望的富硼层(BRL.)。这种BRL层已被确认为硼硅化物(SiB6)。在一个实施方案中，BRL可通过使晶片经受介于600℃和800℃之间的氧化环境而被去除。氧化BRL层可随后通过将晶片浸入稀释HF溶液中去除。
晶片随后经受另一次氧化处理，其在晶片的表面上生长SiO2层404，如图4H所示。可使用热氧化方法，其通常使用具有氧化环境的加热石英管加热炉。这一高温氧化步骤将同时还将现有的前面n+层(在图4G中示为402")中的磷原子更深地驱入晶片中，从而形成改变的n+层，在图4H中示为402”'。另外，在热氧化期间，硼发射器(在图4G中示为406)将具有其分布图，该分布图通过硼原子离析到氧化物层中及高温过程而发生改变。这两种效应将形成改变的硼发射器406'，其具有较低的表面浓度和较深的分布图。
另选地，氧化物层404可通过其它方法形成，例如(i)热氧化，(ii)沉积包含二氧化硅颗粒的液体组合物(例如印刷、喷雾、浸渍等)。(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。在一个实施方案中，SiO2层的厚度为10nm至100nm。
对于下一步骤，如图4I所示，将含磷浆料丝网印刷到氧化的后表面上，随后通过低温烘焙以从浆料中去除溶剂，从而形成图案化的含磷浆料区域407。
氧化的后表面不含任何通路或通孔，在一个实施方案中，所述通路或通孔能够使浆料直接接触基板的后表面403。如图4I所示，含磷浆料沉积在SiO2层上并且磷在随后的驱入过程中扩散到硅晶片中。
下一步骤是高温驱入过程。在一个实施方案中，该过程在N2环境中在石英管加热炉中进行。在这个高温步骤期间，磷浆料与氧化物层局部反应，形成新的磷源层407'，其触及下面的硅晶片并局部掺杂以形成磷BSF408，如图4J所示。
在一个实施方案中，驱入过程的温度为850℃至1000℃。在一个实施方案中，驱入过程的时间段为20分钟至2小时。
在一个实施方案中，这一高温驱入步骤将同时将现有的前面n+层(在图4H和4I中示为402”’)中的磷原子更深地驱入晶片中，从而形成再次改变的n+层，在图4J中示为402iv。这种修改的n+层402iv是FSF。另外，在这个高温步骤期间，将在现有发射器区域(在图4I中示为406')中的硼原子更深地驱入晶片中，形成改变的硼发射器区域，在图4J中示为406"。
下一步骤是去除氧化物层和残余的浆料层，暴露在前面的FSF402iv、硼发射器406"和在背面的磷BSF408，如图4K所示。氧化物层可通过将晶片浸入稀释HF溶液中去除。在背面上的最终交指型掺杂图案由三个区域组成：硼发射器406"、磷BSF408和通常称为间隙的非掺杂区域，在图4K中示为409。在一个实施方案中，可消除间隙区域。
前表面和后表面随后分别涂覆有钝化层410和411，如图4L所示。这种钝化膜可包含氮化硅、氧化铝和氧化硅中的至少一种。在一些实施方案中，钝化膜可为叠层结构，包括多个，即，两个或更多个层。这种叠层结构可包括至少一个包含氮化硅的层和至少一个包含氧化硅和氧化铝之一的层。钝化膜可使用多种技术制备。在一些实施方案中，钝化膜可利用化学气相沉积技术沉积，例如等离子体增强化学气相沉积(PECVD)。沉积在基板的后表面和前表面上的钝化膜可为相同或不同的。在一些实施方案中，在基板的后表面上的钝化膜可比基板的前表面上的钝化膜更厚，而在一些其它实施方案中，在基板的后表面上的钝化膜可比基板的前表面上的钝化膜更薄。钝化膜的厚度可不同。在一些实施方案中，这种厚度可为30nm至300nm或50nm至250nm或在这些范围内的任何值或子范围。
下一步骤为施加硼发射器金属触点412和磷BSF触点413，如图4M所示。形成金属触点412，413的方法如下所述。然而，本发明的范围并不限于具体实施方案。
在一个实施方案中，使用两种不同的金属组合物用于发射器触点和BSF触点。在另一个实施方案中，使用相同的金属组合物用于发射器触点和BSF触点两者。在一个实施方案中，依次沉积两种金属组合物。在另一个实施方案中，同时沉积两种金属组合物。这些金属触点沉积为图案，该图案由点和/或线组成。为了描述随后的步骤，图4N-4R使用基板的背面的二维平面图。
图4N示出示为420的一系列双硼发射器和示为421的一系列双磷BSF区域。硼发射器金属触点图案在图4O中以线422示出。下一步骤是沉积图案化的BSF金属线触点423，如图4P所示。在一个实施方案中，磷扩散区域的触点是包含用于印刷适性的有机物和痕量其它金属或在焙烧期间用于蚀刻SiN的玻璃料的银浆。DuPontPV17x和DuPontPV16A是用于本专利申请的示例产品。在一个实施方案中，用于硼扩散区域的触点是银浆，其包含按重量计超过80％或更多的银粉。非银添加剂的精确组成可不同于磷扩散触点浆料。DuPontPV3NI是用于本专利申请的示例产品。导体层在带式炉中高于700℃的温度下焙烧以烧除有机组分，在一个实施方案中，加密银线以提高导电性，并且活化蚀刻SiN的玻璃料。
下一步骤是沉积图案化的绝缘体层424，其与发射器触点422和BSF触点423的线段部分重叠，如图4Q所示。绝缘体区域将允许与下面的掺杂区域的金属母线极性相反的金属母线从上方横穿过这些区域并避免分流电路，并因此允许从太阳能电池中提取载体。在一个实施方案中，电介质层由陶瓷或氧化物粉末组成。在一个实施方案中，电介质层通过丝网印刷包含陶瓷粉末或氧化物粉末以及有机载体的浆料形成。有机载体可包含用于调节印刷适性的溶剂和有机基料。在一个实施方案中，浆料在等于或低于熔融加热炉焙烧温度的温度下熔融并回流以包封下面的导体。存在多种合适的组合物：硼、铅和钛的化合物，并且可与二氧化硅混合以实现这一目的。在一个实施方案中，与导体相比，在电介质浆料中的玻璃材料不能蚀刻SiN。DuPont5415A是用于本专利申请的产品的示例。作为这种陶瓷或玻璃绝缘体材料的替代材料，可使用一种较低温的聚合物材料，例如DuPont5018。低温绝缘体不能与银导体同时焙烧。
下一步骤是沉积金属母线425，426，如图4R所示。在一个实施方案中，使用相同金属，并且因此所有区域可同时沉积。发射器金属母线425电连接所有发射器金属指状物422。BSF金属母线426电连接所有BSF金属指状物423。在一个实施方案中，母线金属是银浆料，其主要由银组成，带有一些有机添加剂。DuPont5025是用于本专利申请的示例产品。其它的非银基金属浆料可用于母线。取决于选择的电介质材料，母线可在高温下焙烧如触点导体，或者在低温下焙烧如绝缘体。
在上述方法中可形成各种变型。在一个实施方案中，在硼发射器形成后将含磷浆料印刷在太阳能电池的背面上。相比之下，含硼浆料可在磷BSF形成后印刷在太阳能电池的背面上。
可参考其它变型和改善。例如，专利申请如提交于2012年9月4日的美国专利申请13/602919、提交于2013年3月6日的美国专利申请13/795,191、提交于2012年10月26日的美国专利申请13/661,515、美国专利公布US20120145967和美国专利公布US20120280183以引用方式全文并入本文至相同程度，如同它们单个以引用方式并入那样。在一个实施方案中，使用p型硅晶片代替n型硅晶片。可将各种变型如交换POCl3扩散方法与BBr3扩散方法用于p型硅晶片。
并入氧化掺杂方法制造IBC太阳能电池的另一个实施方案如图5A-M所示。
制造方法可起始于纹理化的n型硅晶片501，如图5A所示。硅晶片随后经受在加热石英管加热炉中的在POCl3、N2和O2环境中进行的磷扩散过程，如POCl3扩散过程，形成靠近晶片表面的n+层502，如图5B所示。来自磷扩散的残余表面磷硅玻璃可通过将晶片浸入稀释HF溶液中去除。
背面磷扩散层可使用单面湿化学蚀刻工艺，利用氢氟酸、硝酸和硫酸混合物去除，留下n型后表面503，如图5C所示。前面磷扩散也可使用其它方法完成，包括但不限于：磷酸喷雾方法后接热驱入步骤、利用化学气相沉积体系的前面PSG沉积后接热驱入步骤、或离子植入方法。
晶片随后经受氧化处理，其在晶片的表面上生长SiO2层504，如图5D所示。可使用热氧化方法，其通常使用具有氧化环境的加热石英管加热炉。这一高温氧化步骤将同时将现有的前面n+层(在图5C中示为502)中的磷原子更深地驱入晶片，从而形成改变的n+层，在图5D中示为502'，在硼-掺杂基板的事件中用作基板501，用与基板501的掺杂物相同的掺杂物掺杂的掺杂层(在图5C中为502)可为p+层。
另选地，氧化物层504可通过其它方法形成，例如(i)热氧化，(ii)沉积包含二氧化硅颗粒的液体组合物(例如印刷、喷雾、浸渍等等)，(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，和(vii)生长并氧化多孔硅层。在一个实施方案中，SiO2层的厚度为10nm至100nm。
对于下一步骤，如图5E所示，将含硼浆料丝网印刷到非图案化的毯层505的氧化后表面上，随后通过低温烘焙以从浆料中去除溶剂。硼印刷将形成毯式图案，其在热驱入过程后将形成均匀的硼发射器。
氧化的后表面不含任何通路或通孔，在一个实施方案中，所述通路或通孔能够使浆料直接接触基板的后表面503。如图5E所示，含硼浆料沉积在SiO2层上并且硼在随后的驱入过程中扩散到硅晶片中。
下一步骤是高温驱入过程。在一个实施方案中，该过程在N2环境的石英管加热炉中进行。在这个高温步骤期间，硼浆料与氧化物层反应，形成新的硼源层505'，其触及下面的硅晶片并局部掺杂以形成硼发射器506，如图5F所示。
在一个实施方案中，驱入过程的温度为850℃至1000℃。在一个实施方案中，驱入过程的时间段为20分钟至2小时。
在一个实施方案中，这一高温驱入步骤能够同时将现有的前面n+层(在图5D和5E中示为502')中的磷原子更深地驱入晶片中，从而形成改变的n+层，在图5F中示为502"。
下一步骤是去除氧化物层和残余的浆料层，暴露在前面上的n+层502"和在背面上的硼发射器506，如图5G所示。氧化物层可通过将晶片浸入稀释HF溶液中去除。
均匀的硼发射器可利用不同方法形成，包括但不限于：离子植入。与在晶片的前面上的阻挡层一起使用的BBr3或BCl3扩散、和使用化学气相沉积工具沉积单面BSG层后接高温驱入步骤。
已知硼扩散过程有时在晶片表面处形成非期望的富硼层(BRL.)。这一BRL层已被确认为硼硅化物(SiB6)，在一个实施方案中，BRL可通过使晶片经受介于600℃和800℃之间的氧化环境而被去除。氧化BRL层可随后通过将晶片浸入稀释HF溶液中去除，
晶片随后经受另一个氧化过程，其在晶片的表面上生长SiO2层504，如图5H所示，可利用热氧化工艺，其通常利用加热石英管加热炉与氧化环境。这个高温氧化步骤将同时将现有的前面n+层(在图5G中示为502")中的磷原子更深地驱入晶片中，从而形成改变的n+层，在图5H中示为502"'，另外，在热氧化期间，硼发射器(在图5G中示为506)将具有其分布图，该分布图通过硼原子离析到氧化物层中及高温过程发生改变。这两种效应将形成改变的硼发射器506'，其具有较低的表面浓度和较深的分布图。
另选地，氧化物层504可通过其它方法形成，例如(i)热氧化，(ii)沉积包含二氧化硅颗粒的液体组合物(例如印刷、喷雾、浸渍等等)，(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。在一个实施方案中，SiO2层的厚度为10nm至100nm。
对于下一步骤，如图5I所示，将含磷浆料丝网印刷到氧化的后表面上，随后通过低温烘焙以从浆料中去除溶剂，从而形成图案化的含磷浆料区域507。
氧化的后表面不含任何通路或通孔，在一个实施方案中，所述通路或通孔能够使浆料直接接触基板的后表面503。如图5I所示，含磷浆料沉积在SiO2层上并且磷在随后的驱入过程中扩散到硅晶片中。
下一步骤是高温驱入过程。在一个实施方案中，该过程在N2环境的石英管加热炉中进行。在这个高温步骤期间，磷浆料与氧化物层局部反应，形成新的磷源层507'，其触及下面的硅晶片并局部掺杂以形成磷BSF508，如图5J所示。在这一步骤中，磷扩散将在其中印刷磷浆料507的区域中补偿现有的硼发射器506'。在一个实施方案中，驱入过程的温度为850℃至1000℃。在一个实施方案中，驱入过程的时间段为20分钟至2小时。
在一个实施方案中，这一高温驱入步骤能够同时将现有的前面n+层(在图5H和5I中示为502”’)中的磷原子更深地驱入晶片中，从而形成再次改变的n+层，在图5J中示为502iv。这种修改的n+层502iv是FSF。另外，在这个高温步骤期间，将在现有发射器区域(在图5I中示为506')中的硼原子更深地驱入晶片中，形成改变的硼发射器区域，在图5J中示为506"。应当指出的是，在BSF区域508中的磷掺杂需要足够重以过度补偿下面的硼掺杂506"。
下一步骤是去除氧化物层和残余的浆料层，暴露在前面上的FSF502iv、硼发射器506”和在背面上的磷BSF508，如图5K所示。氧化物层可通过将晶片浸入稀释HF溶液中去除。
前表面和后表面随后分别涂覆有钝化层509和510，如图5L所示。这种钝化膜可包含氮化硅、氧化铝和氧化硅中的至少一种。在一些实施方案中，钝化膜可为叠层结构，包括多个，即，两个或更多个层。这种叠层结构可包括至少一个包含氮化硅的层和至少一个包含氧化硅和氧化铝之一的层。钝化膜可使用多种技术制备。在一些实施方案中，钝化膜可利用化学气相沉积技术沉积，例如等离子体增强化学气相沉积(PECVD)。沉积在基板的后表面和前表面上的钝化膜可为相同或不同的。在一些实施方案中，在基板的后表面上的钝化膜可比基板的前表面上的钝化膜更厚，而在一些其它实施方案中，在基板的后表面上的钝化膜可比基板的前表面上的钝化膜更薄。钝化膜的厚度可不同。在一些实施方案中，这种厚度可为30nm至300nm或50nm至250nm或在这些范围内的任何值或子范围。
下一步骤为施加硼发射器金属触点511和磷BSF触点512，如图5M所示。形成金属触点不限于具体方法。在一个实施方案中，金属触点如上所述形成，参见图4N-4R。
具有沉积含硼浆料和含磷浆料的多种方法，具体地，丝网印刷有利于沉积浆料，因为它常用于太阳能电池制造，用于沉积前面和后面金属浆料。为了获得更好的印刷效率和性能，浆料优选地是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纯的连续粘度值或流动抗性描述的流体。剪切致稀是指粘度随着剪切应力速率的增加而降低的流体。一般来讲，剪切致稀现象在胶态悬浮液中观察到，其中在颗粒和它们的表面基团之间的弱流体静力和静电相互作用趋于在非动力情况下提高粘度。添加相对小的剪切力会克服流体静力相互作用，并因此趋于降低流体的粘度。
因此，浆料的粘度优选地在高剪切速率下相对低，从而使其通过丝网模，但是在沉积之前或之后(在低或零剪切速率下)优选地相对高，从而分别使浆料不穿过丝网或者在基板表面上流动。
含硼浆料包含硼化合物；聚合物基料；溶剂和任选的陶瓷化合物。含磷浆料包含磷化合物；聚合物基料；溶剂和任选的陶瓷化合物。
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)、硅化硼(B2Si、B3Si、B4Si、B6Si)、硼掺杂基IV纳米粒子(如nc-Si:B)、硼化铝(AlB2)、六硼化钡(BaB6)、六硼化钙(CaB6)、六硼化铈(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)、六硼化镧(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)和硼化锆(ZrB2、ZrB12)。
在一个实施方案中，基于浆料的总重量计，硼化合物介于0.5和50重量％，并且在另一个实施方案中，介于1和10重量％。
磷化合物包括但不限于直链磷酸盐H(O-PO(OH))nOH，其中n≥1，并且取代基阳离子的量X≤n+2；环状磷酸盐(O-PO(OH))n，其中n≥3，并且取代基阳离子的量X≤n，单-和二-取代磷酸盐HPO(OH)2，以及连二磷酸盐H2PO(OH)；并且取代基阳离子X是铵，它的有机衍生物，和金属阳离子，优选Al、Ba、Ca、Ce、Mg、Hf、Ta、Ti、Zr、La。
在一个实施方案中，基于浆料的总重量计，磷化合物介于20和90重量％之间，并且在另一个实施方案中，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，允许硼和磷扩散到基板中，而环境材料的扩散可受到陶瓷材料的阻挡或大幅减少。在一个实施方案中，根据与硅基板的相容性选择陶瓷化合物。在升高的温度下接触硅的一些氧化材料可减少引入晶片中的杂质。
陶瓷化合物包括但不限于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和HfO2。在一个实施方案中，陶瓷化合物选自氧化硅(SiO2)、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。
在一个可供选择的构型中，陶瓷化合物的颗粒表面可用配体或封端剂处理以分散在一组溶剂中并优化剪切致稀性能。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。选择封端剂以获得封端剂可附接的下面的表面所不具有的一些性能或功能。
对于陶瓷化合物的选择和变型，可参见公开可用的文献如KJ.Hubbard和D.G.Schlom，ThermodynamicstabilityofbinarymetaloxidesincontactwithSilicon，J.Mater.Research，v11(11)，1996)，以及之前的专利申请如美国实用专利公布US20120280183。
在一个实施方案中，基于浆料的总重量计，陶瓷化合物介于0和50重量％之间，在另一个实施方案中，介于3和40重量％之间，在另一个实施方案中，介于5和30重量％之间。
浆料中可包括聚合物基料以优化用于丝网印刷的浆料的粘弹性能。聚合物基料包括但不限于聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸酯、聚缩醛、以及它们的衍生物(例如、甲基、乙基、丁基)、聚乙烯、纤维素(包括它的酯与醚)、以及它们的共聚物。在混合物中可使用两种或更多种类型的聚合物基料。
在一个实施方案中，基于浆料的总重量计，聚合物基料介于0.5和10重量％之间，在另一个实施方案中，介于0.5和3重量％之间，并且在另一个实施方案中，介于0.75和2重量％之间。
浆料组分可分散在溶剂中，诸如醇(例如萜品醇)、醛、酮(例如环己酮)、羧酸、酯、胺、有机硅氧烷、卤代烃和其它烃溶剂。此外，可混合多组溶剂以优化例如粘度、密度、极性等物理特性。
就本公开的目的而言并且除非另外指明，“一个/一种”是指“一个或多个/一种或多种”。本文引用的所有专利、专利申请、参考文献和出版物的全文以引用方式并入本文，该引用的范围就如同单独将它们以引用方式并入一样。
本发明已经结合多种具体和示例性实施方案进行了描述。然而，应当理解，在不脱离本发明的实质和范围的情况下，可进行许多变型和修改。
实施例
实验1
一组156mm的伪正方形的、180微米厚的n型5Ohm-cm硅晶片在氧气环境中在1000℃的石英加热炉中氧化60分钟，在晶片的两个面上形成大约50nm的氧化物层。用含磷浆料利用第一图案对氧化晶片进行丝网印刷。印刷的晶片随后在170℃的空气中烘烤1分钟。
随后将晶片载入石英管加热炉中并在N2环境中经受约925℃的温度60分钟。晶片随后浸入稀氢氟酸和盐酸溶液中以去除氧化物层。晶片在H2O2、HCl和水的热混合物中清洁，随后用HF:HCl清洁以去除任何残留的含磷浆料并清洁晶片表面以用于接下来的氧化步骤。
随后将晶片在氧气环境中在1000℃的石英加热炉中氧化60分钟，在晶片的两个面上形成大约50nm的氧化物层。用含硼浆料利用第二图案对氧化晶片进行丝网印刷，其中第一图案和第二图案共同形成交指型图案。
印刷的晶片随后在170℃的空气中烘烤1分钟。随后将晶片载入石英管加热炉并在N2环境中经受约925℃的温度60分钟。随后将晶片浸入稀氢氟酸和盐酸溶液中以去除氧化物层。晶片在H2O2、HCl和水的热混合物中清洁，随后用HF:HCl清洁以去除任何残留的含硼浆料。
图6示出交指型图案示意图，其中硼发射器区域示为604，非印刷区域示为602，并且磷BSF区域示为600。硼发射器区域604为大约1600微米宽。非印刷区域或间隙区域602为大约150微米宽。磷BSF区域600为大约300微米宽。在区域600、602和604的中心测量硼和磷SIMS分布图。还在邻近非印刷区域(602)的区域(604)的远边缘处测量另外的SIMS分布图。
在对应于发射器区域的含硼浆料印刷区域(604)中心测量的SIMS分布图如图7A所示，其中硼分布图示为701并且磷分布图示为702。在邻近非印刷区域602的硼印刷区域604的远边缘测量的SIMS分布图如图7B所示，硼分布图示为703并且磷分布图示为704。从图7A和7B中清楚地看出存在可忽略不计的磷信号(702和704)，指示局部硼掺杂已经在硼发射器区域完成。
在对应于间隙的非印刷区域602的中心测量的SIMS分布图如图7C所示，硼分布图示为705并且磷分布图示为706。分布图705和706示出硼和磷掺杂已经在非印刷区域602中受到抑制，指示完成了局部掺杂。
在对应于BSF区域的含磷浆料印刷区域600中心测量的SIMS分布图如图7D所示，硼分布图示为707并且磷分布图示为708。从图7D中清楚地看出硼信号707是可忽略不计的，指示局部磷掺杂在BSF区域600完成。
实验2
单晶156mm伪正方形的n型硅晶片，180urn厚，在KOH溶液中纹理化以形成无规锥体形纹理，增强光捕获。接下来，在化学清洁后，将晶片载入石英管加热炉，并且它们在810℃的N2:O2:POCl3环境中扩散20分钟以在晶片表面上形成磷掺杂层。随后，在磷酸、氢氟酸(HF)和水的混合物中，从晶片背面蚀刻扩散层，使用氮化硅作为晶片前面的掩模。此外，在移除氢氟酸(HF)、盐酸(HCl)和水的混合物中的蚀刻掩模后，晶片在干氧化环境下在1000℃的石英加热炉中氧化120分钟，在晶片的两个面上形成大约80nm的氧化物层。
用含硼浆料对氧化晶片进行丝网印刷以在晶片背面上形成线条组成的第一图案(大约700um宽，节距1.2mm)。印刷的晶片随后在170℃的空气中烘烤1分钟。
随后将晶片载入石英管加热炉并在N2环境中经受约950℃的温度60分钟。随后将晶片浸入HF、HCl和水的混合物中以去除氧化物层。晶片还在H2O2、HCl和水的热混合物中清洁，随后用HF:HCl清洁以去除任何残留的硼浆料并清洁晶片表面以用于接下来的氧化步骤。
随后将晶片在湿氧化环境下在855℃的石英加热炉中氧化60分钟，在晶片的两个面上形成大约50nm的氧化物层。随后用含磷浆料利用第二图案(带有300um宽的指状物)对氧化晶片进行丝网印刷，其中第一图案和第二图案共同形成交指型图案。印刷的晶片随后在170℃的空气中烘烤1分钟。
随后将晶片载入石英管加热炉并在N2环境中经受约905℃的温度60分钟。随后将晶片浸入HCl和水的混合物中以去除氧化物层。晶片在H2O2、HCl和水的热混合物中清洁，随后用HF:HCl清洁以去除任何残留的磷浆料。
此外，约80nm厚、折射率2.1的氮化硅钝化层沉积在晶片的前面和背面上。
接下来，将金属触点沉积在晶片表面上。印刷金属指状物的宽度分别为约100um和150um。随后晶片在带式炉中在约800℃的峰值温度下焙烧。接下来，将成图案的电介质绝缘材料双倍印刷到晶片背面上，随后是Ag浆料母线，其与电介质图案对齐。电介质的作用是在指状物和相反极性母线之间提供电绝缘。表1示出在模拟AM1.5G光谱下获得的太阳能电池效率的结果。
表1：一批13个太阳能电池的测量效率。

Claims (14)

1.用于制造交指型背接触太阳能电池的方法，所述方法包括以下步骤：
(a)提供掺杂硅基板，所述基板包括面朝太阳的前表面，和后表面；
(b)在所述前表面和所述后表面上形成第一二氧化硅层；
(c)将含硼掺杂浆料以第一图案沉积在所述后表面的所述第一二氧化硅层上，其中所述含硼浆料包含硼化合物和溶剂；
(d)在第一环境中将所述硅基板加热至第一温度并持续第一时间段，以便将硼局部扩散到所述硅基板的所述后表面中，从而在所述硅基板的所述后表面上形成p+区域；
(e)从所述硅基板上移除所述第一二氧化硅层；
(f)在所述前表面和所述后表面上形成第二二氧化硅层；
(g)将含磷掺杂浆料以第二图案沉积在所述后表面的所述第二二氧化物层上，其中所述含磷掺杂浆料包含磷化合物和溶剂；
(h)在第二环境中将所述硅基板加热至第二温度并持续第二时间段，以便将磷局部扩散到所述硅基板的所述后表面中，从而在所述硅基板的后表面上形成n+区域；以及
(i)从所述硅基板上移除所述第二二氧化硅层，
其中所述第一图案和所述第二图案共同形成交指型图案。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述步骤(b)、(c)、(d)和c)在所述步骤(f)、(g)、(h)和(i)之前进行。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述步骤(f)、(g)、(h)和(i)在所述步骤(b)、(c)、(d)和(e)之前进行。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述二氧化硅层通过选自以下的方法形成：(i)热氧化，(ii)沉积包含二氧化硅颗粒的液体组合物，(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。
5.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。
6.根据权利要求1所述的方法，其中掺杂层在所述步骤(b)之前在所述硅基板的所述前表面上形成，并且其中所述掺杂层用与所述硅基板的掺杂物相同的掺杂物掺杂。
7.根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括以下步骤：
(j)在所述前表面和所述后表面上形成钝化层；以及
(k)在所述后表面上形成第一电极和第二电极，其中所述第一电极与所述硅基板的所述后表面上的p+区域电接触，并且其中所述第二电极与所述硅基板的所述后表面上的n+区域电接触。
8.根据权利要求7所述的方法，其中所述钝化层包括第一钝化层和在所述第一钝化层上形成的第二钝化层，其中所述第一钝化层由氧化硅或氧化铝组成，并且其中所述第二钝化层由氮化硅组成。
9.根据权利要求7所述的方法，其中所述第一电极和所述第二电极通过丝网印刷和焙烧包含银粉的浆料形成。
10.根据权利要求7所述的方法，其中所述步骤(k)包括以下步骤：
(k1)在所述后表面上的p+区域之上形成所述第一电极；
(k2)在所述后表面上的n+区域之上形成所述第二电极；
(k3)在所述第一电极的部分之上和所述第二电极的部分之上形成图案化的绝缘体层；
(k4)形成与所述第一电极电连接的第一母线，其中在所述第一母线和所述第二电极之间的分流电路通过在所述第一母线和所述第二电极之间存在的所述绝缘体层阻止；以及
(k5)形成与所述第二电极电连接的第二母线，其中在所述第二母线和所述第一电极之间的分流电路通过在所述第二母线和所述第一电极之间存在的所述绝缘体层阻止。
11.根据权利要求10所述的方法，其中所述图案化的电介质绝缘体层通过将浆料丝网印刷到所述第一电极和第二电极之上来形成，所述浆料包含陶瓷粉末或氧化物粉末以及有机载体。
12.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一温度为850-1000℃，其中所述第一环境为氮气、氧气、或它们的混合物，其中所述第二温度为850-1000℃，并且其中所述第二环境为氮气、氧气、或它们的混合物。
13.用于制造交指型背接触太阳能电池的方法，所述方法包括以下步骤：
(a)提供掺杂硅基板，所述基板包括面朝太阳的前表面，和后表面；
(b)用硼以第一图案均匀掺杂所述基板的所述后表面，从而在所述硅基板的所述后表面上形成p+区域，其中所述第一图案是毯式图案；
(c)在所述前表面和所述后表面上形成二氧化硅层；
(d)将含磷掺杂浆料以第二图案沉积在所述后表面上，其中所述含磷掺杂浆料包含磷化合物和溶剂；
(e)在环境中将所述硅基板加热至一定温度并持续一段时间，以便将磷局部扩散到所述硅基板的所述后表面中，从而在所述硅基板的所述后表面上通过所述第二图案形成n+区域，其中在所述后表面上的所述p+区域和所述n+区域共同形成交指型图案；以及
(f)从所述硅基板上移除所述第二二氧化硅层。
14.根据权利要求13所述的方法，其中所述基板的所述后表面通过一种选自以下的方法用硼掺杂：沉积含硼掺杂浆料后接热驱入步骤、离子植入、BBr3扩散、BCl3扩散、以及利用化学气相沉积的BSG沉积后接热驱入步骤。
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