CN108271424A - 制造太阳能电池的方法 - Google Patents

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Abstract

用于制造太阳能电池的工艺提供基于在诸如隧道氧化物的隧道电介质上的多晶硅层(5)的层的所谓的钝化触点。这里，对如通过离子注入沉积的多晶硅层进行处理以便使其非晶化。该离子注入同时允许提供掺杂的区域(6)，特别是磷的掺杂的区域。然后通过蚀刻去除选择性再结晶的区域和未处理的区域，包括在衬底(1)的第一侧面(1a)处非故意地沉积的多晶硅。在该提供图案化的和离子注入的多晶硅层之前或之后可以进行另外的工艺步骤，以便例如提供具有金属穿孔卷绕(MWT)结构的电池。

Description

制造太阳能电池的方法
发明领域
本发明涉及制造太阳能电池的方法，所述方法包括以下的步骤：
-提供具有第一侧面和相对的第二侧面的半导体衬底；
-借助于化学气相沉积在第二侧面上沉积硅层；
-借助于离子注入掺杂硅层，以及
-通过蚀刻选择性地去除硅层的一部分。
本发明还涉及太阳能电池，其包括具有第一侧面和相对的第二侧面的半导体衬底，其中掺杂的硅层覆盖所述导电区域，并且至少一个金属触点(metal contact)联接到所述掺杂的硅层。
发明背景
为了促进太阳能电池的制造，特别是采用硅衬底的太阳能电池，并且为了获得更高的电池效率，认为有必要减少太阳能电池内电荷载流子的复合损失(recombinationloss)的量。在商业上可获得的具有单晶硅衬底的太阳能电池中复合损失的主要原因之一是金属触点。这些是通过使用烧穿技术(fire-through technique)接触衬底的丝网印刷膏剂(screen printing paste)制成的。降低这样的复合损失的已知方法是在硅衬底和金属触点之间设置掺杂的多晶硅层作为缓冲层，以便避免两者之间的直接接触。在用作钝化层的多晶硅层下方适合地设置薄的介电层，同时介电层足够薄以允许电荷载流子在衬底和多晶硅层之间的隧道式传输。
这样的太阳能电池及其制造方法是从US2015/0162483A1中已知的。在已知的方法中，掺杂的硅层是在隧道介电层上方与半导体衬底分离的非晶层，例如典型地具有约2nm的厚度的氧化硅层。非晶硅层适合地是使用等离子体增强化学气相沉积(plasma-enhancedchemical vapour deposition)(PECVD)工艺形成的氢化硅层，并且在整个层中包括Si-H共价键。借助于通过离子束注入或等离子体浸没注入进行的注入来提供掺杂剂。通过第一荫罩和第二荫罩在两个接着发生的步骤中注入相反传导类型的物质，以界定第一和第二注入区域。之后，利用进一步形成沟槽和/或使衬底的暴露部分纹理化的氢氧化物湿蚀刻剂(hydroxide-wet etchant)去除非晶硅层的剩余未注入区域。随后，注入区域被退火以形成掺杂的多晶硅发射极区域(emitter region)。之后制造导电触点以使第一和第二掺杂的多晶发射极区域接触。适合地，通过首先沉积并图案化绝缘层以具有开口并且然后在开口中形成一个或更多个导电层来制造触点。
如在所述申请的段落[0076]中所指出的，发现具有至少4E15的剂量和5keV-15keV之间的能量的硅层的硼离子注入可以自动地赋予对碱性Si蚀刻化学作用的高耐受性。然而，使用对于掺杂n+发射极区域有用的磷离子注入条件，没有发现可比的选择性是可能的。因此，US2015/0162483A1提出了施加非常薄的坚固的蚀刻掩模组合物，其由SiN、SiC例示，或使用聚碳硅烷掩蔽层或使用非掺杂物质例如氮或碳的另外的离子注入。
对于施加SiN、SiC或聚碳硅烷的掩蔽层或使用非掺杂剂物质的另外的注入的这种需求被认为是不利的。如在该申请的第[0076]段中观察到的，在等离子体源化学之间的切换(即为了沉积SiN或SiC)导致受损的性能和颗粒，并且更多可制造的解决方案可能包括顺序注入步骤作为内联工艺流程(inline process flow)的一部分，该流程基于在每个离子束源下平衡的固定荫罩。氮或碳的注入在施加中带来另外的复杂性并且可能负面地影响多晶硅层的电性质。此外，对采用8E15cm-2的高剂量的低能量注入的规定的要求将导致极低的生产率工艺，因此其在太阳能电池生产中实施变得成本非常高。
一个实施方案涉及使用石墨荫罩。这样的工艺流程需要专用设备，并且如从[0076]中的公开内容可以理解的，它仍然必须要开发，使得它很可能没有成功。在使用碳硅烷层的情况下，注入将在碳硅烷层和下面的非晶硅层之间分开。然后假定蚀刻对碳硅烷层也是选择性的。任选地，可以在第一蚀刻步骤之后将碳硅烷层的掺杂的部分选择性地去除到下面的非晶硅层部分。没有公开如何实现这样的选择性蚀刻。此外，当通过碳硅烷层进行注入时，不清楚多少掺杂物将进入非晶硅层。
发明概述
因此，本发明的一个目的是提供用于制造太阳能电池的改进方法和改进工艺，所述太阳能电池在金属触点和半导体，特别是硅衬底之间在第二侧面处包含掺杂的多晶硅层，该掺杂的多晶硅层优选地借助于隧道电介质与衬底分离。优选地，从加工的角度来看，制造方法应当是有效的，减少了收率损失并且以足够低的价格提供良好的品质。
根据第一方面，本发明提供制造太阳能电池的方法，该方法包括以下步骤：
-提供具有第一侧面和第二侧面的半导体衬底，所述第一侧面预期用于接收入射光；
-借助于扩散第一传导类型的掺杂剂来提供邻近第一侧面的导电区域；
-借助于化学气相沉积使硅材料沉积，硅材料至少在第二侧面上形成硅层并且在第一侧面处进一步沉积；
-处理在第二侧面处的硅层的至少一部分，所述处理包括将与第一传导类型相反的第二传导类型的掺杂剂物质离子注入到在第二侧面处的暴露的硅层中，第二掺杂剂物质含有磷，以便获得被非晶化和掺杂的所沉积的硅材料的第一区域以及在所沉积的硅材料中的第二未处理的和/或结晶的区域；以及
-通过蚀刻去除硅层的第二区域，其中在第一侧面上的硅层形成被蚀刻掉的第二区域的一部分。
在导致本发明的研究中已经理解，所陈述的问题可以通过以下来解决：在沉积的硅材料内产生相变，以便允许借助于蚀刻选择性地去除沉积的硅材料的一部分。特别地，相变是在多晶材料和非晶化材料之间的相变，但可选择地可以在非晶材料和非晶化的、掺杂的材料之间。以这种方式，可以去除第一侧面上的任何非故意地沉积的硅。此外，可以选择性地去除第二侧面上的硅层。已经由发明人在导致本发明的研究中发现，在第一区域和第二区域之间存在足够的蚀刻选择性。此外发现，可以进行选择性蚀刻，而对衬底的第一侧面附近的预先存在的掺杂剂层没有负面影响，例如因为该层仍然受到掺杂剂层(例如硅酸盐玻璃)的保护。
根据本发明，通过在第二侧面的离子注入来实现非晶化的第一区域的产生，这同时导致硅层的掺杂并且适合地还导致下面的衬底的掺杂。特别地，以定向方式进行离子注入，以便仅将离子注入施加到第二侧面，或任选地施加到第二侧面的选择的区域。与使用沉积的掺杂剂源相比，实现了对掺杂剂扩散的更好控制，并且防止了退火期间掺杂剂释放到周围环境(即，衬底)中。这样的释放可能导致分流效应、太阳能电池性能下降和其他人为现象。
除了因此实现适当的蚀刻选择性之外，还已经发现，以被配置用于非晶化的方式和掺杂剂量使用注入，对掺杂剂分布具有积极影响。特别地，非晶化的硅层可以借助于退火步骤再结晶。这样的再结晶是基于固相外延生长，对于该固相外延生长，注入过程中存活的一些晶粒可以用作晶种。掺杂剂在该再结晶步骤中被整合到晶格中。由此，降低了衬底中电荷载流子复合的风险。
更具体地，硅层以低压化学气相沉积(LPCVD)工艺提供。LPCVD的使用具有优于诸如等离子体增强CVD(PECVD)的其他CVD工艺的优点，即形成更好的硅层。特别地，形成了共形层(与衬底上的任何纹理共形)。这减少了针孔的形成。针孔的此最小化与其中使用钝化的触点的本发明的优选实施方案相关，因为针孔将导致电荷载流子的较高的复合。特别地，硅层沉积为多晶硅。但是，由于随后在退火过程中的非晶化和再结晶，所以认为初始沉积的层是多晶硅或完全是多晶硅不是必要的。相反，在非晶与多晶硅之间靠近转变温度使层沉积可能被认为是有益的。这样的好处是例如晶粒尺寸非常均匀并且不太大。在一个实施方案中，沉积温度在500℃-650℃的范围内，例如520℃-600℃或580℃-620℃。
就此而言，本发明的发明人相信，现有技术中氢化非晶硅的施加可能对在磷注入的材料和非晶材料之间的蚀刻选择性具有负面影响。通过将LPCVD用于硅层的沉积，所得到的硅层具有不同的结构，并且磷的注入将导致结构变化，该结构变化导致第一区域中的非晶化材料与第二区域中的材料之间的蚀刻选择性。将LPCVD用于隧道电介质被认为还贡献于本发明中实现的优良的钝化特性。
此外，已经发现根据本发明制造的太阳能电池对于用离子注入掺杂的LPCVD多晶硅具有非常好的钝化性能。在实验中已经获得高于730mV的开路电压(VOC)的值。这种钝化性能被认为是由于LPCVD的使用和将注入的离子扩展到衬底中以形成第二导电区域，更具体地是背表面场(back surface field)。优选地，将PECVD SiNx:H层施加在再结晶的硅层的顶部上，以便在随后的加热步骤期间提供原子氢，原子氢可以有助于使衬底和施加的层内的缺陷钝化。在一个实施方式中，以无掩模的方式(mask-less manner)在第二侧面处，特别是使用定向离子束，进行离子注入步骤。这在其中有效地导致第一区域位于衬底的第二侧面上，而第二区域是衬底的第一侧面，其具有非故意的多晶硅沉积。这样的方法对于各种电池概念是可行的，包括例如第一侧面的常规H型电极设计的太阳能电池以及具有贯穿晶片的通路(via)的太阳能电池(MWT电池)。
在本发明方法的另外的实施方案中，沉积的硅材料(待注入)被原位掺杂，并且注入被用于增加该硅材料的掺杂水平，并且优选地还有下面的衬底的掺杂水平。由此，降低了获得特定电阻率所需的注入剂量。仍然可以使用注入来实现对于选择性蚀刻所需的非晶化。
在有利的实施方案中，注入的掺杂剂被施加到硅层中以及衬底中。这种设置是注入步骤和退火步骤两者的结果。重要地，本发明人发现，将磷注入衬底不劣化在衬底和硅层之间的任何电介质，更特别地隧道电介质，例如隧道氧化物。尽管隧道电介质最初可能有一些损坏，但是在退火步骤期间，特别是对于n型传导的掺杂剂，例如磷，这样的损坏再次被去除。注入到衬底中的益处是衬底电阻率的降低。
优选地，在硅层中与在隧道电介质的相对侧面处的第二导电区域中的掺杂剂的掺杂剂浓度比率是至少2，更优选地至少10，并且适合地在100-1000的范围内。认为这样的浓度比率对于提高电池的钝化性能是有益的。观察到，第二导电区域在本文中被定义为在与隧道电介质的界面处的衬底区域，更具体地在衬底的第一微米内的衬底区域。特别地，掺杂的硅层是高度掺杂的，特别地至少1E18/cm3，更优选地至少1E19/cm3或甚至0.5-5E20/cm3。还是采用如此高的掺杂剂浓度，获得了良好的钝化特性，并且因此掺杂剂原子没有穿过隧道电介质流入衬底的主体中。
更优选地，在一个实施方式中，在第二侧面处的硅层的厚度是至多50nm，更优选地至多30nm。已经发现硅层的这样的厚度提供了进入衬底中足够的注入。可选择地，硅层可以大于50nm，例如约50nm-400nm的厚度，优选地100nm-250nm的厚度。
在又另外的实施方案中，进行退火处理以产生热氧化物(thermal oxide)。在热氧化物的顶部上可以沉积氮化硅、氮氧化硅和氧化硅的一个或更多个钝化层。优选的是使用氮化硅，氮化硅也用作抗反射涂层(ARC)。
在另外的实施方式中，在第二侧面处的掺杂的多晶硅区域借助于金属触点来接触。提供这样的触点的一种优选方式是使用金属膏剂，更具体地是银膏剂。这样的膏剂也被称为烧穿膏剂，因为它们可以通过丝网印刷来施加而不需要在钝化层中单独形成开口，即膏剂将自行穿过钝化层。令人惊讶地，发现使用这样的金属膏剂提供了与LPCVD沉积的、非晶化的和再结晶的硅层的良好接触。特别地，发现膏剂不延伸穿过硅层并且不损坏下面的隧道电介质。尽管有这个优选选项，但不排除可以以不同的方式提供触点，例如以使用电镀的工艺提供触点。
根据第二方面，本发明涉及太阳能电池，该太阳能电池包括具有第一侧面和相对的第二侧面的半导体衬底，该半导体衬底设置有邻近第一侧面的第一传导类型的第一导电区域以及邻近第二侧面的第二导电区域。在本文中优选地，第一导电区域包含硼并且第二导电区域包含磷。第一导电区域构成发射极并且第二导电区域构成背表面场，其中掺杂的硅层覆盖所述导电区域并且通过隧道电介质与其分开，并且至少一个金属触点联接到所述掺杂的硅层。这里，掺杂的硅层是再结晶的、离子注入的层并且第二导电区域是通过离子注入被掺杂的。
本发明的太阳能电池可以以较低的成本价格提供而不损失品质，并且特别地具有优良的开路电压和钝化性能。在衬底中在隧道电介质下面的导电区域以及一个或更多个基于(多晶)硅的接触层的存在导致低的串联电阻，如所期望的。另外的优点是钝化不再完全依赖于隧道电介质，隧道电介质可能是易受影响的并且可能受轻微污染而被破坏。
在另外的实施方案中，所得到的太阳能电池包括在通孔中从衬底的第一侧面延伸到衬底的第二侧面的金属导体。这样的太阳能电池的一个实施方案被称为金属穿孔卷绕(metal-wrap-through)(MWT)太阳能电池。然而，MWT太阳能电池的变型，例如EWT(发射极穿孔卷绕(Emitter-wrap-through))，决不被排除在外。具有金属导体的这样的太阳能电池更具体地包括在第二侧面处暴露的导体和/或其触点与掺杂的多晶硅层的第一区域之间的隔离部(isolation)。几种实施方式对于产生这样的电隔离部是可行的。根据其中的第一个，在第一区域外部去除掺杂的多晶硅层。这产生足够的距离。优选地，在设置金属导体之前，在第二侧面上沉积诸如氧化物或氮化物的绝缘层。根据第二实施方式，绝缘层被沉积在多晶硅层的顶部上，特别是在第四区域中。通孔在所述第四区域内产生，且然后设置金属导体。然后，终止导体的金属触点—构成导体的一部分或者是单独的元件—被界定在第四区域内的绝缘层的顶部上。设置绝缘层可以以各种方式实现。一个合适的选项是印刷绝缘层，例如通过丝网印刷。一个另外的实施方式在于使用所谓的电绝缘聚合物膏剂(electrically insulating polymer paste)。这样的膏剂例如是基于陶瓷材料的。作为常规用于太阳能电池制造中的任何导电膏剂，例如膏剂，能够承受最终的退火，和/或在其中转化为无机材料。
根据另外的实施方案，钝化部(passivation)被施加到硅层上，例如发射极接触层和基极接触层(base contact layer)。在一个实施方案中，该钝化部包括氮化硅层。在可选择的实施方案中，钝化部可以包含氮氧化硅。在另外的实施方案中，钝化部包括氧化物层，例如热氧化物，以及氮化物层或氮氧化物层。钝化部还可以包含多层，该多层包含氮化物层、氧化物层和另一氮化物层。在又另外的实施方案中，钝化部被施加到第一侧面和第二侧面两者。这最适合地在化学气相沉积工艺中完成，例如相增强化学气相沉积工艺。包括氮化物层的钝化部的施加被认为是合适的，因为其可以被用作第一侧面上的抗反射层，并且被用于在多晶硅的顶部上设置缓冲层。当借助于导电膏剂以烧穿技术施加触点时，这样的缓冲层是特别期望的。缓冲层被认为提高粘合力。此外，在这样的烧穿步骤期间氢将从氮化物层解吸。该解吸的氢可能迁移到隧道氧化物中，这将改善其品质。
最优选地，钝化部被局部地打开(locally opened)并且产生延伸到多晶硅材料的金属触点。如果需要，可以首先施加触点材料。这样的触点材料最适合地与多晶硅形成硅化物。触点材料例如是金属或合金，例如镍、钨、钛钨或导电氧化物或特别地导电氮化物，例如氮化钛或类似物。在另外的实施方案中，借助于烧穿技术局部地打开钝化部。这里，烧穿触点被施加到第二侧面上的含氮化物的钝化层上。然后触点将被烧穿通过钝化部，使得不需要钝化部的单独的开口。更特别地，使用银基导电膏剂。
在一个另外的实施方案中，退火处理与氧化物的形成同时进行，该氧化物然后是热氧化物。然后使用该退火来使非晶化多晶硅再结晶，并且从而被用于增加沉积的多晶硅的结晶度。退火还被用于使具有相反极性的掺杂剂(如果有的话)扩散到硅层中，以(进一步)使半导体衬底内的任何电荷载流子扩散并且产生热氧化物。还观察到，这种热氧化物的形成将减小多晶硅层的厚度。所消耗的厚度适合地是如所沉积的多晶硅层的总厚度的至多10％。
附图的简要介绍
将参考附图进一步阐明本发明的方法和设备的这些和其他方面，在附图中：
图1a-j以横截面图解视图示出了在该方法的第一实施方案中的几个阶段。
说明性实施方案的详细描述
附图不是按比例绘制的，并且仅仅是为了说明的目的。不同附图中的相同附图标记指的是相同的或相应的元件。
图1a示出了本发明的方法的第一实施方案的第一阶段。在此，半导体衬底1设置有第一侧面1a和相对的第二侧面1b。为了清楚起见，第一侧面1a在此定义为被配置用于捕获入射辐射并将在使用中被暴露于阳光的侧面。第一侧面1a通常是纹理化的，以便增强入射光的捕获。这种纹理化在该工艺的开始处被适合地设置。因此，即使没有示出，也应当设想第一侧面1a已经设置有纹理。半导体衬底1优选地是硅衬底，其例如是如技术人员已知的、具有p型或n型掺杂的轻掺杂的。单晶硅衬底被认为是最有利的，但是不排除其他类型的衬底。
图1b示出了该方法的该实施方案的第二阶段，其中衬底1设置有用于在衬底1的第一侧面1a处产生导电区域3的掺杂剂层4。在沉积掺杂剂之后，将形成硅酸盐玻璃，例如硼硅酸盐玻璃或磷硅酸盐玻璃。在优选实施方案中，掺杂剂层是硼硅酸盐玻璃。然后导电区域3被掺杂有硼，硼是p型掺杂剂的优选实例。其他p型掺杂剂不排除在外。掺杂剂从掺杂剂层4扩散到衬底1中以产生导电区域3，通过加热来进行。如该图1b中所示，在衬底1的两个侧面1a、1b上施加掺杂剂层4，并且在第一侧面1a和第二侧面1b两者处形成导电区域3。这被认为是有效的实施方式，使得扩散过程可以在单件设备中进行。随后，如图1c中所示，去除在衬底1的第二侧面1b处的导电区域3。这在本身已知的单面蚀刻处理(one-sided etchtreatment)中实现。将理解的是，可选择的工艺顺序是可行的。例如，掺杂剂层4可以在导致扩散的热处理之前从第二侧面1b去除。
图1d再次以图解横截面图示出了在其中沉积硅层5的随后的步骤之后的衬底1。优选地，在硅层5的沉积之前生成薄介电层。这样的薄介电层适合地是氧化硅，但可选择地可以是氮化硅或氮氧化硅。薄介电层适合地是足够薄的以起到隧穿层(tunnelling layer)的作用。这通常要求至多3nm并且优选地至多1nm的厚度。适合地，隧穿层例如在低压化学气相沉积系统中，借助于原位热氧化而产生。然而不排除其他技术，例如原子层沉积。基于硅的层的使用是优选的，特别是与硅衬底结合使用。
硅层5适合地以低压化学气相沉积(LPCVD)工艺沉积。沉积温度适合地是至少500℃，例如在500℃-650℃的范围内。硅材料是至少部分地多晶的，被认为是有益的，但发现那不是严格必要的，甚至获得足够的蚀刻选择性也不是严格必要的。硅层5的厚度例如是至多200nm的厚度，例如100nm-200nm并且优选地50nm-150nm。衬底1优选地以面对面的构造(front-to-front configuration)被装载在LPCVD反应器中。尽管考虑到随后的蚀刻工艺对硅沉积的限制不是严格必要的，但是面对面装载被认为是有益的，从而使每个反应器的衬底数目最大化。
图1e示出了在其中进行注入的随后的步骤之后的衬底1。注入预期用于沉积的硅层5的掺杂。注入剂量被适合地选择为使得注入的掺杂物还迁移到半导体衬底1并且在其中产生掺杂层6。通常，合适的是，注入的掺杂剂具有与借助于掺杂剂层4引入衬底1中的掺杂剂的极性相反的极性。因此，当导电区域3中的掺杂剂是p型时，例如硼，则构成掺杂层6的注入的掺杂剂将是n型，例如磷。通常，被认为有益的是，导电区域3构成发射极，而掺杂层6构成背表面场(BSF)。注入的深度可以在注入过程中被控制。因此，注入6可以被定义为从一开始就存在于衬底1和硅层5两者中。可选择地，可以控制注入以将掺杂剂提供到硅层5中。然后，随后的退火可以使掺杂剂扩散到衬底1中。尽管注入衬底中最初可能会损坏隧道电介质，但隧道电介质在退火中被修复。然而，在注入后不需要立即进行这样的退火。相反，其优选地被推迟直到蚀刻处理之后，蚀刻处理的结果如图1f中所示。
典型地，通过提供来自源的离子轰击以单面工艺进行注入。结果，注入将至少大量到达衬底1的第二侧面1b。在一个实施方式中，在该注入步骤中，在衬底1的第一侧面1a处掺杂剂层4和硅层5的堆叠可以被用作用于衬底1的载体，由此进一步最小化向衬底1的第一侧面1a上的硅层5中的注入。选择剂量以实现在衬底1的第二侧面1b处的硅层5的非晶化。不排除衬底1的一部分也被非晶化。
图1f示出了在选择性蚀刻处理之后的衬底1。作为非晶化和掺杂的结果，在衬底1的第一侧面1a处沉积的任何硅将被蚀刻掉，而保留第二侧面1b处的非晶化的硅层5。蚀刻处理适合地借助于湿化学蚀刻进行，并且优选地采用碱处理。然而，干蚀刻处理本身不被排除。已经发现，这样的碱处理对于在第二侧面1b处的非晶化和掺杂的硅层5不是有害的。发现在蚀刻步骤期间电阻率(每平方)没有显著改变，掺杂分布也没有显著改变。蚀刻适合地在10℃和30℃之间的室温进行，但还适合地在较高或较低的温度进行，例如在0℃-80℃的范围内的温度进行。
观察到的是，在非晶化和掺杂的硅层和非晶硅层之间也实现了蚀刻选择性，特别是当使用磷离子用于离子注入时。蚀刻选择性还在一方面在非晶化的硅层和在非晶化后的再结晶硅之间实现。蚀刻选择性的确切机制尚不清楚。可能地，离子注入例如通过形成一种合金，更特别地Si与P和/或Si与As之间的合金，来去除天然氧化物(native oxide)并且修改晶格。于是，例如由于掺杂剂(特别是磷)的选择性氧化或者由于氧的自由电子不能够攻击Si-Si分子轨道，碱性蚀刻，特别是基于氢氧根离子的碱性蚀刻，可能更难以攻击硅。
随后，进行第二蚀刻步骤，其中掺杂剂层4被去除。因为掺杂剂层包含硅酸盐玻璃，所以它可以相对于掺杂的硅层被选择性地蚀刻。
图1g示出了在涉及热氧化物(thermal oxide)7的形成的随后的工艺步骤之后的衬底1。该热氧化物7既被设置在衬底的第一侧面1a处也被设置在衬底的第二侧面1b处。在形成热氧化物的同时，掺杂的硅层7被再结晶。随后，在第一侧面1a和第二侧面1b上施加氮化物层。该氮化物层更具体地是氮化硅层。该氮化物层被产生以便构成钝化部的一部分，并且充当抗反射涂层(ARC)。图1h示出具有该氮化物层8的衬底1。可选择地，氮化硅层可以以单面工艺施加。这允许在第一侧面1a上的氮化硅层8针对其抗反射性能被优化，而在第二侧面1b上的氮化硅层8针对钝化以及耐受焊料、导电粘合剂和其他组装材料(assemblymaterial)的能力被优化。此外，在这样的实施方案中，在第一侧面1a和第二侧面1b上的层8不需要包含相同的材料。
图1i和图1j示出了在该工艺中的另外的步骤，另外的步骤涉及形成延伸穿过衬底1的导体。这样的形成是本方法的一种选项。在这些图中所示的实施方案对于最小化图案化步骤是有利的。事实上，根据这种方法，注入步骤可以无掩模地进行。在此图1i中示出了唯一的图案化步骤，该图案化步骤涉及绝缘层9的设置。绝缘层9最适合地通过印刷被沉积，但是不排除光刻工艺。然而，印刷被认为具有主要优点：首先，步骤的数目减少。其次，丝网印刷允许以足以最小化与多晶硅层5的寄生式电容相互作用(parasitic capacitiveinteraction)的厚度沉积绝缘层9。合适的厚度例如是约1微米或更多。具有这样的厚度的光致抗蚀剂具有以下的缺点：照射过程可能不延伸穿过光致抗蚀剂层，具有维持光致抗蚀剂层的一部分的风险。合适的材料例如是聚合物膏剂，但不排除替代品。例如，可以使用两步法，其中首先施加表面改性剂，这之后施加绝缘层。明显可行的是，丝网印刷材料构成界定用于沉积诸如绝缘材料的材料的空腔的抗蚀剂。当使用这样的抗蚀剂时，看起来有益的是，抗蚀剂立刻产生用于多于一个随后的沉积步骤的结构。另一个这样的沉积步骤是例如延伸到多晶硅层5的金属触点的产生。这里，绝缘层9被界定在第四区域中。
图1i示出了随后的阶段，其中在第四区域内设置通孔10。以这种方式，可以施加从第一侧面1a延伸到第二侧面1b的触点-也被称为通路。之后可以通过导体的沉积来完成太阳能电池。在一个合适的实施方案中，导电膏剂被用于其中，如在太阳能电池制造领域中常见的那样。
用测试样品进行实验。这里，将厚度为200μm的Czochralski型和抛光的n掺杂的单晶硅衬底插入到LPCVD炉中，并且在第一侧面和第二侧面两者上都设置有约2nm的隧道氧化物以及硅层。沉积温度是在约580℃并且硅层以100nm-120nm的厚度沉积。之后，硅层通过离子注入来处理，以获得约2E20cm-3的掺杂水平。硅层再结晶并且热氧化，以产生具有约8nm的厚度的热氧化物。之后，在衬底的两个侧面上都沉积PECVD SiNx:H层至80nm的厚度。进行快速烧制步骤以从氮化物中释放氢。
钝化品质的表征借助于QSSPC测量使用可从Sinton Instruments购得的WCT-120工具来进行。通过对在两个侧面上都具有磷注入掺杂的多晶硅层的试验样品的QSSPC测量而评估的钝化性能表明，在1E15cm-3的注入水平(injection level)，寿命达到7.2ms，而复合电流J0变成低至在接近1E16cm-3注入水平得到的1.8FA/cm2每侧面。这些值表明可以用n型掺杂的LPCVD多晶硅层获得的高钝化品质。隐含的Voc约为740mV。
因此，总而言之，本发明涉及用于制造太阳能电池的工艺，该太阳能电池被设置有基于在诸如隧道氧化物的隧道电介质上的多晶硅层的层的所谓的钝化触点。用于制造太阳能电池的工艺提供基于在诸如隧道氧化物的隧道电介质上的多晶硅层的层的所谓的钝化触点。这里，对如通过离子注入沉积的多晶硅层进行处理以便使其成为非晶化状态。该离子注入同时允许提供掺杂的区域，特别是磷的掺杂的区域。然后通过蚀刻去除选择性再结晶的区域和未处理的区域，包括在衬底的第一侧面处非故意地沉积的多晶硅。在该提供图案化的和离子注入的多晶硅层之前或之后可以进行另外的工艺步骤，以便提供例如具有金属穿孔卷绕(MWT)结构的电池。
在衬底的第一侧面中的导电区域适合地在扩散工艺中提供。所得硅酸盐玻璃，例如硼硅酸盐玻璃，优选地在注入步骤之后从第一侧面去除。以这种方式，硼硅酸盐玻璃充当保护层以完全防止注入的掺杂剂到达衬底的第一侧面。
在一个实施方案中，该方法还包括在硅材料的沉积之前在第二侧面上设置介电层，所述介电层足够薄以充当隧道电介质，并且其中进行处理步骤，使得注入的离子还在衬底中在邻近隧道电介质处产生掺杂层。如果注入的掺杂剂是磷，则这是特别合适的。
在一个实施方案中，硅材料还在第一侧面被沉积，该硅材料形成第二区域的一部分并且在蚀刻步骤中被蚀刻掉。因此，沉积的硅可以以常规方式进行，更特别地在LPCVD反应器中进行，而不需要单面沉积。这提高了生产率，也是因为其允许在LPCVD反应器中同时处理大量的衬底。
在一个实施方案中，处理还包括在第二侧面使非晶化和掺杂的硅层的一部分选择性再结晶，以便在第二侧面产生第二结晶区域，所述第二结晶区域在蚀刻步骤中被选择性地去除。这具有以下优点：离子注入可以以无掩模方式进行，同时在第二侧面上产生掺杂图案。
在一个实施方案中，该方法还包括退火衬底的步骤，该步骤在蚀刻步骤之后进行。
在一个实施方案中，该方法还包括设置金属导体，该金属导体在通孔中从衬底的第一侧面延伸到衬底的第二侧面，并且在衬底的第二侧面处在触点中终止，所述触点借助于电绝缘层与掺杂的硅层电隔离。适合地，绝缘层被图案化并且布置成邻近连接到掺杂的硅层的金属触点。

Claims (19)

1.一种制造太阳能电池的方法，包括以下的步骤：
-提供具有第一侧面和第二侧面的半导体衬底，所述第一侧面预期用于接收入射光；
-借助于扩散第一传导类型的掺杂剂，优选地硼，来提供邻近所述第一侧面的导电区域；
-在所述第二侧面上提供介电层，所述介电层足够薄以充当隧道电介质；
-借助于化学气相沉积使硅材料沉积在所述介电层上，所述硅材料至少在所述第二侧面上形成硅层并且在所述第一侧面处进一步沉积；
-处理在所述第二侧面处的所述硅层的至少一部分，所述处理包括将与所述第一传导类型相反的第二传导类型的掺杂剂物质离子注入到在所述第二侧面处的暴露的硅层中，所述掺杂剂物质含有磷，以便获得被非晶化和掺杂的所沉积的硅材料的第一区域以及在所沉积的硅材料中的第二未处理的和/或结晶的区域；
-通过蚀刻去除所述硅材料的所述第二区域，其中在所述第一侧面上的所述硅材料形成被蚀刻掉的所述第二区域的一部分。
2.如权利要求1所述的方法，其中邻近所述第一侧面的所述导电区域通过将第一传导类型的掺杂剂扩散到两个侧面中来提供，并且然后通过单面蚀刻工艺从所述第二侧面去除所述第二传导类型的掺杂层。
3.如权利要求1或2所述的方法，其中借助于低压化学气相沉积(LPCVD)来沉积所述硅层。
4.如权利要求3所述的方法，其中所述隧道电介质在低压化学气相沉积(LPCVD)反应器内热生长。
5.如权利要求3或4所述的方法，其中所述硅层被沉积以致是至少部分地多晶的，优选地在500℃-650℃的范围内的温度沉积，更优选地在580℃-620℃的范围内的温度沉积。
6.如权利要求2-5所述的方法，其中进行所述处理步骤，且特别是其注入，使得所注入的离子在所述衬底中在邻近所述隧道电介质处另外产生掺杂层。
7.如权利要求1-6所述的方法，其中所述处理还包括在所述第二侧面使非晶化和掺杂的硅层的一部分选择性再结晶，以便在所述第二侧面产生第二结晶区域，所述第二结晶区域在所述蚀刻步骤中被选择性地去除。
8.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中通过蚀刻去除所述硅材料的所述第二区域采用湿法化学蚀刻来进行，优选地采用碱性溶液来进行。
9.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中在所述第二侧面处的所述离子注入是无掩模地进行的，特别是通过使用定向离子束并且没有所述离子束的任何掩蔽来进行的。
10.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中退火处理在所述第二区域的去除之后、在所述第一侧面处和在所述第二侧面处形成热氧化物的同时进行，在所述退火处理中，所述第一区域的非晶化和掺杂的硅材料被再结晶。
11.如权利要求10所述的方法，其中将包括氮化硅层的钝化部施加到所述第一侧面和所述第二侧面，所述钝化部被用作所述第一侧面上的抗反射层和所述第二侧面上的缓冲层，所述氮化硅层的施加优选地包括氢化氮化硅(SiNx:H)层以等离子体增强化学气相沉积工艺(PECVD)的沉积。
12.如权利要求11所述的方法，其中借助于导电膏剂，特别是借助于丝网印刷导电膏剂并且施加快速退火，以烧穿技术将触点施加到再结晶的硅层，在所述快速退火期间，所述膏剂蚀刻穿过所述氮化硅层和所述热氧化物的层。
13.如权利要求12所述的方法，其中进行触点的以所述烧穿技术的所述施加，使得氢将从所述氢化氮化硅层中解吸并且迁移到所述隧道电介质中，特别是迁移到所述隧道氧化物中。
14.如前述权利要求中任一项所述的方法，还包括以下的步骤：
-在所述第二侧面上的第四区域中施加电绝缘层；
-提供穿过所述衬底的通孔，所述通孔被布置在所述第四区域内；
-施加从所述第一侧面延伸到所述第二侧面的导电材料，并且在所述第二侧面上在所述第四区域内界定触点。
15.一种太阳能电池，包括具有第一侧面和相对的第二侧面的半导体衬底，所述半导体衬底设置有邻近所述第一侧面的第一传导类型的第一导电区域以及邻近所述第二侧面的第二传导类型的第二导电区域，所述第一导电区域优选地包含硼掺杂剂，所述第二导电区域包含磷，所述第一导电区域构成发射极并且所述第二导电区域构成背表面场，其中掺杂的硅层覆盖所述第二导电区域并且与所述第二导电区域通过隧道电介质分离，并且至少一个金属触点联接到所述掺杂的硅层，
其中所述掺杂的硅层是再结晶的、离子注入的层并且所述第二导电区域是通过离子注入被掺杂的。
16.如权利要求15所述的太阳能电池，其中通过低压化学气相沉积，优选地在500℃-650℃的温度，例如520℃-600℃或580℃-620℃得到所述掺杂的硅层。
17.如权利要求15或16所述的太阳能电池，其中在所述掺杂的硅层和所述第二导电区域之间的掺杂剂浓度比率是至少2，更优选地至少10，例如在100和1000之间。
18.如权利要求15-17所述的太阳能电池，其中在所述第一侧面和所述第二侧面上存在热氧化物，在所述热氧化物上存在包括氮化硅层的钝化部，所述钝化部被用作所述第一侧面上的抗反射层和所述第二侧面上的缓冲层，并且其中到所述掺杂的硅层的所述金属触点是基于借助于烧穿技术施加的导电膏剂。
19.如权利要求15-18所述的太阳能电池，其中所述掺杂的硅层根据预定义的图案被图案化，并且在所述图案之外不存在。
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