CN108987499A - 太阳能电池中的相对掺杂物浓度水平 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种太阳能电池，所述太阳能电池可包括基板，所述基板具有面向太阳以在正常操作期间接收太阳辐射的正面和与所述正面相背对的背面。所述太阳能电池还可包括形成在所述基板的所述背面上方的多晶硅层。P型扩散区和N型扩散区可形成在所述多晶硅层中以提供对接的PN结。所述P型扩散区可具有第一掺杂物浓度水平并且所述N型扩散区可具有第二掺杂物浓度水平，以使得所述第一掺杂物浓度水平小于所述第二掺杂物浓度水平。

Description

太阳能电池中的相对掺杂物浓度水平
本申请是基于申请日为2015年5月21日、申请号为201580028858.1、发明创造名称为“太阳能电池中的相对掺杂物浓度水平”的中国专利申请的分案申请。
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P型扩散区与N型扩散区之间形成PN结，从而在半导体晶片或基板上制造太阳能电池。照射在太阳能电池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和空穴对。电子和空穴对迁移至基板中的P型扩散区和N型扩散区，从而在扩散区之间形成电压差。将扩散区连接至太阳能电池上的导电区域，以将电流从太阳能电池引导至外部电路。例如，在背接触太阳能电池中，扩散区和与它们耦接的交叉的金属接触指均位于太阳能电池的背面上。接触指使得可以将外部电路联接到太阳能电池上并由太阳能电池供电。
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1示出了根据一些实施例的示例性太阳能电池的一部分的剖视图，该太阳能电池具有形成在P型扩散区与N型扩散区之间的对接的PN结，扩散区形成在基板上方。
图2为根据一个实施例的流程图，该流程图示出了一种形成具有较低P型掺杂物浓度水平的背接触太阳能电池的示例性方法。
图3为根据一个实施例的流程图，该流程图示出了一种形成具有较低P型掺杂物浓度水平的背接触太阳能电池的示例性方法。
图4至图9示出了根据一些实施例的形成背接触太阳能电池的剖视图，该背接触太阳能电池具有形成在P型扩散区与N型扩散区之间的对接的PN结，扩散区形成在基板上方。
图10为根据一个实施例的流程图，该流程图示出了一种形成具有较低P型掺杂物浓度水平的背接触太阳能电池的示例性方法。
图11至图16示出了根据一些实施例的形成背接触太阳能电池的剖视图，该背接触太阳能电池具有形成在P型扩散区与N型扩散区之间的对接的PN结，扩散区在基板上使用反向掺杂来形成。
图17为根据一个实施例的流程图，该流程图示出了一种通过印刷P型掺杂物源和N型掺杂物源而形成具有较低P型掺杂物浓度水平的背接触太阳能电池的示例性方法。
图18至图22示出了根据一些实施例的形成背接触太阳能电池的剖视图，该背接触太阳能电池具有形成在P型扩散区与N型扩散区之间的对接的PN结，扩散区通过在基板上印刷而形成。
具体实施方式
以下具体实施方式在本质上只是说明性的，而并非意图限制本申请的主题的实施例或此类实施例的用途。如本文所用，词语“示例性”意指“用作实例、例子或举例说明”。本文描述为示例性的任何实施未必理解为相比其他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。
本说明书包括提及“一个实施例”或“实施例”。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/或语境：
“包括”。该术语是开放式的。如在所附权利要求书中所用，该术语并不排除其他结构或步骤。
“被构造成”。各个单元或部件可被描述或声明成“被构造成”执行一项或多项任务。在这样的语境下，“被构造成”用于通过指示该单元/部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，即使当指定的单元/部件目前不在操作(例如，未开启/激活)时，也可将该单元/部件说成是被构造成执行任务。详述某一单元/电路/部件“被构造成”执行一项或多项任务明确地意在对该单元/部件而言不援用35U.S.C.§112第六段。
“第一”、“第二”等。如本文所用的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”掺杂物源并不一定暗示该掺杂物源为某一序列中的第一个掺杂物源；相反，术语“第一”用于区分该掺杂物源与另一个掺杂物源(例如，“第二”掺杂物源)。
“基于”。如本文所用，该术语用于描述影响确定结果的一个或多个因素。该术语并不排除可影响确定结果的另外因素。也就是说，确定结果可以仅基于那些因素或至少部分地基于那些因素。考虑短语“基于B确定A”。尽管B可以是影响A的确定结果的因素，但这样的短语并不排除A的确定结果还基于C。在其他实例中，A可以仅基于B来确定。
“耦接”—以下描述是指元件或节点或结构特征被“耦接”在一起。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)，并且不一定是机械连接。
“阻止”—如本文所用，阻止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阻止行为、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，“阻止”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、元件或特征被称为阻止结果或状态时，它不一定完全防止或消除该结果或状态。
此外，以下描述中还仅为了参考的目的使用了某些术语，因此这些术语并非意图进行限制。例如，诸如“上部”、“下部”、“上方”或“下方”之类的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”之类的术语描述部件的某些部分在一致但任意的参照系内的取向和/或位置，通过参考描述所讨论的部件的文字和相关的附图可以清楚地了解所述取向和/或位置。这样的术语可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。
虽然为了易于理解依据太阳能电池描述了本公开的很多内容，但本发明所公开的技术和结构同样适用于其他半导体结构(例如，一般而言的硅晶片)。
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，以便提供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，诸如光刻技术，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。
本说明书首先描述可包括本发明所公开的掺杂物水平的示例性太阳能电池，随后更详细地说明了形成双掺杂物水平太阳能电池结构的各种实施例。本文通篇提供了各种例子。
参见图1，示出了太阳能电池100的剖视图，所述太阳能电池具有面向太阳以在正常操作期间接收太阳辐射的正面100A和与所述正面相背对的背面100B。在一个实施例中，太阳能电池100的背面100B包括P型扩散多晶硅区102和N型扩散多晶硅区104，所述P型扩散多晶硅区和所述N型扩散多晶硅区设置在电介质层106上方并且在基板110的一部分上形成对接的PN结109。基板110的一个例子包括N型硅。一般来说，P型扩散多晶硅区102和N型扩散多晶硅区104在对接的结109处形成二极管。P型扩散多晶硅区102和N型扩散多晶硅区104可形成于多晶硅层中。例如，可通过使掺杂的二氧化硅层沉积在未掺杂的多晶硅层上且进行扩散步骤或通过使未掺杂的多晶硅层沉积之后进行掺杂物注入步骤来形成扩散区。在一个特定实施例中，P型扩散多晶硅区102和N型扩散多晶硅区104形成于基板110的表面上方或太阳能电池基板的外部。
根据一个实施例，太阳能电池100可进一步包括形成在发射极区上的导电触点，所述发射极区形成在基板110上方。第一导电触点诸如第一金属接触指114可设置在第一接触开口中并且可耦接到P型扩散多晶硅区102，所述第一接触开口设置于氮化硅层112中。第二导电触点诸如第二金属接触指116可设置在设置于氮化硅层112中的第二接触开口中并且可耦接到N型扩散多晶硅区104。“指”可使用掩模和蚀刻或根据其他技术制成。
在一个实施例中，P型扩散多晶硅区102和N型扩散多晶硅区104可为太阳能电池100提供发射极区。因此，在一个实施例中，第一金属接触指114和第二金属接触指116设置在相应的发射极区上。在一个实施例中，第一金属接触指114和第二金属接触指116是背接触太阳能电池的背面触点，并且位于太阳能电池的与太阳能电池100的光接收表面(例如，侧面100A)相反的表面上。此外，在一个实施例中，发射极区形成在薄电介质层或隧道电介质层诸如电介质层106上。
根据一些实施例，如图1所示，制造背接触太阳能电池可包括在基板110上形成薄电介质层106。在一个实施例中，薄电介质层由二氧化硅构成并具有大约在5至50埃范围内的厚度。在一个实施例中，薄电介质层用作隧道氧化层。在一个实施例中，基板110为块体单晶硅基板，诸如N型掺杂单晶硅基板。然而，在另一个实施例中，基板包括设置在整个太阳能电池基板上的多晶硅层。
在其中多晶硅层中的N型扩散区和P型扩散区交叉的背接触太阳能电池诸如太阳能电池100中，存在对接的PN结109，所述对接的PN结可形成在多晶硅层内这两个扩散区之间的界面处。对接的PN结109为硼掺杂(P型)多晶硅与磷掺杂(N型)多晶硅之间的区域。对接的PN结109可延伸到P型扩散区与N型扩散区之间的物理界面的两侧中。对接的PN结109延伸到物理结的每一侧中的宽度和程度取决于该对接的PN结的每一侧的掺杂浓度水平和梯度。
一般来讲，在PN结109上的多晶晶界处发生空间电荷复合。空间电荷复合是消除移动电荷载流子(电子和电子空穴)的过程。这是导带电子损失能量并重新占用价带中的电子空穴的能态的过程。多晶硅层的多晶硅由晶粒组成。每个晶粒均具有其中全部Si原子排成一列的完美晶体点阵。然而，不同的晶粒可具有不同的取向，并且在这些晶粒之间存在材料结晶度被破坏的边界。这个界面称为晶界。电子空穴复合增加了材料的某些区域诸如晶界出现的概率。例如，金属缺陷增加了复合。发明人发现，晶界处的硼为其中一种存在较高复合的此类区域。如果这些区域减少，那么材料使用寿命变长并且有更高几率收集到载流子。
由于大多数情况下对接的PN结109具有高复合，因此这妨碍达到20％以上的高装置效率。然而，发明人发现，空间电荷复合可取决于P型掺杂物浓度水平。通过将多晶硅层中的掺杂物浓度水平降低到约5E17/cm3，晶界上的硼原子足够少，使得复合被抑制到可制成高效率装置的水平。
根据一个实施例，P型扩散多晶硅区102可由具有第一掺杂物浓度水平的P型掺杂物源120形成并且N型扩散多晶硅区104可由具有第二掺杂物浓度水平的N型掺杂物源122形成，以使得第一掺杂物浓度水平小于第二掺杂物浓度水平。例如，P型扩散多晶硅区102可在多晶硅层中由含硼的掺杂物浓度水平小于范围1E17/cm3至1E18/cm3的P型掺杂物源形成，以使得P型扩散多晶硅区102的所得掺杂物浓度水平小于范围约5E19/cm3至约5E17/cm3。同样，包含磷的N型掺杂物源可用于形成N型扩散多晶硅区104。掺杂物源为基板所用的电荷载流子杂质原子源，诸如硅基基板所用的硼。例如，在一个实施例中，电荷载流子杂质原子为N型掺杂物，例如(但不限于)磷掺杂物。在另一个实施例中，电荷载流子杂质原子为P型掺杂物，例如(但不限于)硼掺杂物。
在一个实施例中，P型扩散多晶硅区102和N型扩散多晶硅区104为有源区。导电触点可连接到有源区并且通过可由电介质材料构成的隔离区域而彼此隔离。在一个实施例中，太阳能电池为背接触太阳能电池并且还包括设置在光接收表面上(例如，在太阳能电池的随机纹理化表面上)的防反射涂层(例如，电介质112)。
P型掺杂物源120的第一掺杂物浓度水平可小于N型掺杂物源122的第二掺杂物浓度水平，以减少对接的PN结109处的复合，使得所得装置效率大于20％。例如，与其中硼的掺杂物浓度水平小于约1E17/cm3至1E18/cm3的P型掺杂物源相比，其中含磷的掺杂物浓度水平大于约1E19/cm3至1E20/cm3的N型掺杂物源可用于在多晶硅层中形成N型扩散多晶硅区104。
通过将P型掺杂物浓度水平降低到较低浓度水平，复合降低，因此可制成高效率太阳能电池。在一些实施例中，不需要利用沟槽使N型扩散区与P型扩散区在物理上分离来减少复合。通过在无需物理沟槽的情况下减少对接的PN结109处的复合，在太阳能电池100的制造工艺中可去除至少两个步骤，因而降低成本。
可通过使用氢(H)钝化晶界来额外地增加使用寿命。也就是说，可通过在晶界处利用氢(H)钝化现在的空位点来进一步改进复合。这可在合成气体退火(“FGA”)期间驱动附近氮化硅层中的H或通过等离子增强化学气相沉积(PECVD)H(例如，在氮化物沉积之前)来进行。
降低硼掺杂浓度水平可有助于H钝化的效果。例如，在硼水平较低的情况下，氢化作用(例如，表面上的任何Si悬空键的H钝化)可导致电池使用寿命变长。相比之下，在硼浓度较高的情况下，硼原子可占用大量的悬空键。然而，在较低浓度下，H现在能够到达这些键并将它们钝化。
例如，在一个实施例中，可通过利用N2和H2混合物进行合成气体退火(FGA)来进行H钝化。传统上，合成气体中的H为H源，而替代H源来自氮化硅PECVD层或可沉积在多晶硅层顶部的薄膜。氮化硅PECVD层或薄膜本身可具有大量H并且可用于扩散到对接的PN结109的边界区，从而在退火期间改善钝化产生钝化区124。随着界面或对接的PN结109上的硼水平的降低，H现在能够到达Si悬空键并将它们钝化。
如图1所示，呈氮化硅层112形式的电介质可延伸经过P型扩散多晶硅区102和N型扩散多晶硅区104。在一个实施例中，氮化硅层112通过等离子增强化学气相沉积(PECVD)形成为具有约400埃的厚度。
现在转到图2，示出了根据一个实施例的流程图，该流程图示出了一种用于形成太阳能电池的方法。如202处所示，可将多晶硅层沉积、印刷或注入半导体区域上。或者，在一些实施例中，多晶硅可由转化成多晶硅的非晶硅形成。如本文中图1所述，示出了预先掺杂的多晶硅层。
如204所示，P型扩散多晶硅区102(如图1所示)可由P型掺杂区形成。P型扩散多晶硅区102可由存在于P型掺杂区中的具有掺杂物浓度水平A的P型掺杂物源形成。如206所示，根据N型掺杂区，N型扩散多晶硅区104(如图1所示)可由存在于N型掺杂区中的具有掺杂物浓度水平B的N型掺杂物源形成。P型掺杂物源的掺杂物浓度水平A小于N型掺杂物源的掺杂物浓度水平B。例如，硼的掺杂物浓度水平A可为1E17/cm3至1E18/cm3，以使得P型扩散多晶硅区102中的所得掺杂浓度水平可为约5E19/cm3至5E17/cm3并且N型掺杂物源中的磷的掺杂物浓度水平B可为1E19/cm3至1E20/cm3。在一个实施例中，可使硼掺杂和磷掺杂保持大约2个数量级差，以使得P型与N型的浓度比为1:100。如208所示，氢H可用于钝化对接的PN结109处的Si悬空键中的至少一些。
参见图3，示出了根据一个实施例的流程图300，该流程图展示了形成背接触太阳能电池的P型扩散区和N型扩散区的方法中的多个操作。图4至图9示出了根据本发明实施例的背接触太阳能电池制造中与流程图300的操作相对应的多个阶段的剖视图。在这个例子中，所提及的工艺步骤按所示顺序进行。在其他例子中，这些工艺步骤可按其他顺序进行。应当指出的是，为了清楚起见，已省略对理解本发明不必要的其他工艺步骤。例如，在钝化步骤后进行其他工艺步骤，诸如形成P型扩散区和N型扩散区的金属触点，以完成对太阳能电池的制造。另外，在一些实施例中，所述工艺可包括比所示全部步骤更少的步骤。
参见流程图300的操作302和对应的图4，一种形成背接触太阳能电池的对接的PN结411(参见图8)的方法包括在基板400的背面表面上形成薄电介质层402。如图所示，图4示出了具有背面405和正面406的太阳能电池基板400。在太阳能电池中存在多个P型扩散区和N型扩散区，但为了清楚起见，在以下例子中，仅将其中的一个示为正在制造。
在一个实施例中，薄电介质层402由二氧化硅构成并具有大约在5至50埃范围内的厚度(例如，20埃)。在一个实施例中，电介质层402包含热生长在基板400的表面上的二氧化硅。例如，电介质层402还可包含氮化硅。薄电介质层402用作隧穿氧化物层。在一个具体实施例中，介电层402为抗反射涂层(ARC)。在一个实施例中，基板400为块体单晶基板，如N型掺杂单晶硅基板或N型硅晶片。然而，在一个可供选择的实施例中，基板400可包括设置在整个太阳能电池基板上的多晶硅层。
参见流程图300的操作304和对应的图4，示出了在薄电介质层402上形成未掺杂的多晶硅层404。应当理解，术语多晶硅层的使用旨在还涵盖可被称为无定形硅或α硅的材料。例如，可通过低压化学气相沉积(LPCVD)使多晶硅层404形成为具有约2000埃的厚度。
参见流程图300的操作306和对应的图5至图6，示出了形成图5的第一掺杂二氧化硅层407并将第一导电类型诸如P型的第一掺杂物源408(例如，硼)在多晶硅层404上图案化(流程图300的操作308)。第一掺杂二氧化硅层407用作随后形成的扩散区的掺杂物源，所述扩散区在这个例子中为P型扩散区414(参见图8)。第一掺杂二氧化硅层407因此可掺杂有P型掺杂物诸如硼。第一掺杂二氧化硅层407被图案化以保留在多晶硅层404的其中将形成有P型扩散区414的区域上(图6)。可通过大气压化学气相沉积(APCVD)使第一掺杂二氧化硅层407形成为具有约1000埃的厚度。
在一个实施例中，图案化暴露出多晶硅层404的邻近于第一掺杂物源408区域的区域，如图6所示。在一个实施例中，形成第一掺杂物源408并将其图案化包括形成硼硅酸盐玻璃(BSG)层并将其图案化。在一个具体实施例中，BSG层通过化学气相沉积形成为均匀的毯覆层，然后用平版印刷和蚀刻工艺图案化。在一个特定的这样的实施例中，BSG层通过化学气相沉积技术形成，例如但不限于大气压化学气相沉积(APCVD)、等离子增强化学气相沉积(PECVD)、低压化学气相沉积(LPCVD)或超高真空化学气相沉积(UHVCVD)。在一个可供选择的特定实施例中，BSG层已沉积为具有一个图案，并且因此同时进行形成和图案化。在一个这样的实施例中，图案化的BSG层通过丝网印刷方法形成。在一个实施例中，第一掺杂物源408为包括P型掺杂物杂质原子的薄膜层并且可沉积在基板上方。在一个可供选择的实施例中，可使用离子注入方法。
在一个实施例中，通过减少BSG氧化物层(P型掺杂物源)中的掺杂物量而导致多晶硅层中的P型掺杂降低。BSG氧化物层中的硼(B)的浓度从约4％的典型水平减小到约1％至2％。这导致多晶硅层中的P型掺杂物浓度水平的量降低到约5E19/cm3至约5E17/cm3。
参见流程图300的操作310和对应的图7，示出了形成图7的第二掺杂二氧化硅层410以在多晶硅层404上和P型第一掺杂物源408上方提供第二导电类型诸如N型的第二掺杂物源412(例如，磷)。第二掺杂二氧化硅层410用作随后形成的扩散区的掺杂物源，所述扩散区在这个例子中为N型扩散区416(参见图8)。第二掺杂二氧化硅层410因此可掺杂有N型掺杂物诸如磷。可通过APCVD使第二掺杂二氧化硅层410形成为具有约2000埃的厚度。
在一个实施例中，形成第二掺杂物源412包括形成磷硅酸盐玻璃(PSG)层。在一个特定实施例中，PSG层通过化学气相沉积形成为均匀的毯覆层，然后用平版印刷和蚀刻工艺图案化。在一个特定的这样的实施例中，PSG层通过化学气相沉积技术形成，例如但不限于大气压化学气相沉积(APCVD)、等离子增强化学气相沉积(PECVD)、低压化学气相沉积(LPCVD)或超高真空化学气相沉积(UHVCVD)。在一个实施例中，第二掺杂物源412为包括N型掺杂物杂质原子的薄膜层并且可沉积在基板上方。在一个可供选择的实施例中，可使用离子注入方法。
在一个实施例中，通过使用PSG层，多晶硅层404的N型扩散区416中的N型掺杂浓度水平的范围可为N型掺杂物源的掺杂物浓度水平(例如，1E19/cm3至1E20/cm3)的约10％。
参见流程图300的操作312和对应的图8，进行对基板400的加热。在一个实施例中，加热以驱入第一掺杂物源408和第二掺杂物源412中的掺杂物。例如，在一个实施例中，加热基板400分别将第一掺杂物源408和第二掺杂物源412中的掺杂物驱入多晶硅层404中。然而，在另一个实施例中，第一掺杂物源408和第二掺杂物源412可直接在基板400上或在基板400上的薄氧化物上形成，并且加热基板400分别将第一掺杂物源408和第二掺杂物源412中的掺杂物驱入基板400。在一个特定的这样的实施例中，基板400是块体结晶硅基板，并且第一掺杂物源408和第二掺杂物源412在块体结晶硅基板上形成。然后，加热块体结晶硅基板以将第一掺杂物源408和第二掺杂物源412中的掺杂物驱入块体结晶硅基板。
在操作312中，热驱入步骤将第一掺杂二氧化硅层407和第二掺杂二氧化硅层410中的掺杂物扩散到下面的多晶硅层404，由此在多晶硅层404中形成P型扩散区和N型扩散区，这因此被标记为P型扩散多晶硅区414和N型扩散多晶硅区416。可通过加热图7的样本来进行热驱入步骤。在一个实施例中，驱入状态导致产生重掺杂(例如，大于1E20/cm3)多晶硅层，所述多晶硅层在薄膜的整个厚度上是均匀的并且在多晶硅下方具有非常少的掺杂(例如，等于或小于1E18/cm3)。热驱入步骤导致，在第一掺杂二氧化硅层407下方产生多晶硅层404从而形成P型扩散多晶硅区414，以及在第二掺杂二氧化硅层410下方产生多晶硅层404从而形成N型扩散多晶硅区416。P型扩散多晶硅区414的掺杂物浓度水平可小于N型扩散多晶硅区416的掺杂物浓度水平。例如，P型掺杂物浓度水平可为1E17-1E18/cm3并且N型掺杂物浓度水平可为1E19-1E20/cm3。
参见流程图300的操作314和对应的图9，示出了在第二掺杂二氧化硅层410上形成氮化硅层420(例如，如图7所示)。如箭头425所示，在操作314中生成的氢(H)可用于钝化图8的对接的PN结411。
可形成接触开口，以便于接触N型扩散多晶硅区416和P型扩散多晶硅区414。在一个实施例中，通过激光烧蚀形成接触开口。为背接触太阳能电池形成触点可包括在接触开口中形成导电触点，用于耦接N型扩散多晶硅区416和P型扩散多晶硅区414。因此，在一个实施例中，导电触点形成于块体N型硅基板诸如基板400的与基板400的光接收表面相对的表面上或该表面上方。
参见图10，示出了流程图1000，该流程图展示了通过对背接触太阳能电池进行反向掺杂而形成P型扩散区和N型扩散区的示例性方法中的多个操作。图11至图16示出了根据一个实施例的背接触太阳能电池制造中与流程图1000的操作相对应的多个阶段的剖视图。在这个例子中，所提及的工艺步骤以所示顺序进行，而在其他实施例中，可使用不同的顺序。应当指出的是，为了清楚起见，已省略对理解本发明不必要的其他工艺步骤。例如，在钝化步骤后进行其他工艺步骤，诸如形成P型扩散区和N型扩散区的金属触点，以完成对太阳能电池的制造。此外，在一些实施例中，可使用比图10所示的全部步骤更少的步骤。在各种实施例中，图3方法的描述同样适用于图10方法的描述。因而，为了清楚解释，不再该描述中的一些描述。
当P型掺杂物水平显著减小时，随后可使用反向掺杂技术来形成N型扩散区和P型扩散区。在反向掺杂过程中，对于需要N型磷扩散的区域来说，可使用非常低的P型硼扩散。为此，可形成原位掺杂P型薄膜并且随后可进行磷水平较高的图案化沉积。这会将初始P型材料反向掺杂到N型。非N型掺杂区域将保持为P型。可部署的一种可能的图案化沉积技术为注入，但其他技术也同样可用。
图11示出了具有背面1105和正面1106的太阳能电池基板1100。在太阳能电池中存在多个P型扩散区和N型扩散区，但为了清楚起见，在以下例子中，仅将其中的一个示为正在制造。
参见流程图1000的操作1002和对应的图11，示出了在基板1100的背面表面上形成薄电介质层1102。在一个实施例中，基板1100为块体单晶基板，如N型掺杂单晶硅基板或N型硅晶片。图11所示的薄电介质层1102包括与图4的薄电介质层402相同的特征。图11所示的基板1100包括与图4的基板400相同的特征。
参见流程图1000的操作1004和对应的图11，示出了在薄电介质层1102上形成未掺杂的多晶硅层1104。图11所示的多晶硅层1104包括与图4的多晶硅层404相同的特征。
参见流程图1000的操作1006和对应的图12，示出了形成第一掺杂二氧化硅层1107以在多晶硅层1104上提供第一导电类型诸如P型的第一掺杂物源1108(例如，硼)。第一掺杂二氧化硅层1107用作随后形成的扩散区的掺杂物源，所述扩散区在这个例子中为由第一或P型掺杂物源1108形成的P型扩散多晶硅区1114(参见图15)。在一个实施例中，形成第一掺杂物源1108包括形成硼硅酸盐玻璃(BSG)层。图11所示的第一掺杂二氧化硅层1107包括与图5的第一掺杂二氧化硅层407相同的特征。
参见流程图1000的操作1008和对应的图13，示出了形成第二掺杂二氧化硅层1110以在第一掺杂的二氧化硅层1107上提供第二导电类型诸如N型的第二掺杂物源1112(例如，磷)。第二掺杂二氧化硅层1110用作随后形成的扩散区的掺杂物源，所述扩散区在这个例子中为N型扩散多晶硅区1116(参见图15)。在一个实施例中，形成第二掺杂物源1112包括形成磷硅酸盐玻璃(PSG)层。图13所示的第二掺杂二氧化硅层1110包括与图7的第二掺杂二氧化硅层410相同的特征。
参见流程图1000的操作1010和对应的图14至图15，示出了将第二导电类型诸如N型的第二掺杂物源1112(例如，磷)在第一掺杂二氧化硅层1107上图案化。第二掺杂二氧化硅层1110用作随后形成的扩散区的掺杂物源，所述扩散区在这个例子中为N型扩散多晶硅区1116(参见图15)。第二掺杂二氧化硅层1110因此可掺杂有N型掺杂物诸如磷。第二掺杂二氧化硅层1110被图案化以保留在第一掺杂二氧化硅层1107的其中将形成有N型扩散多晶硅区1116的区域上(图15)。
参见流程图1000的操作1012和对应的图15，进行对基板1100的加热。在一个实施例中，加热基板1100分别将第一掺杂物源1108和第二掺杂物源1112中的掺杂物驱入多晶硅层1104中。在操作1012中，热驱入步骤将第一掺杂二氧化硅层1107和第二掺杂二氧化硅层1110中的掺杂物扩散到下面的多晶硅层1104，由此在多晶硅层1104中形成P型扩散区和N型扩散区，这因此被标记为P型扩散多晶硅区1114和N型扩散多晶硅区1116。P型扩散多晶硅区1114的掺杂物浓度水平可小于N型扩散多晶硅区1116的掺杂物浓度水平。例如，P型掺杂物浓度水平可为1E17-1E18/cm3并且N型掺杂物浓度水平可为1E19-1E20/cm3。
参见流程图1000的操作1014和对应的图16，示出了在图15的第二掺杂二氧化硅层1110和暴露的第一掺杂二氧化硅层1107上形成氮化硅层1120。如箭头1125所示，在操作1014中生成的氢(H)可用于钝化图15的对接的PN结1111。
可形成接触开口，以接触N型扩散多晶硅区1116和多个P型扩散多晶硅区1114。在一个实施例中，通过激光烧蚀形成接触开口。为背接触太阳能电池形成触点可包括在接触开口中形成导电触点，用于耦接N型扩散多晶硅区1116和P型扩散多晶硅区1114。因此，在一个实施例中，导电触点形成于块体N型硅基板诸如基板1100的与基板1100的光接收表面相对的表面上或该表面上方。
参见图17，示出了根据本发明的一个实施例的流程图1700，该流程图展示了为背接触太阳能电池印刷P型掺杂物源和N型掺杂物源的方法中的多个操作。图18至图22示出了根据一个实施例的背接触太阳能电池制造中与流程图1700的操作相对应的多个阶段的剖视图。图18示出了具有背面1805和正面1806的太阳能电池基板1800。在太阳能电池中存在多个P型扩散区和N型扩散区，但为了清楚起见，在以下例子中，仅将其中的一个示为正在制造。
图18至图22示意性地示出了一种工艺，所述工艺包括以下工艺步骤：a)损坏蚀刻步骤；b)多晶硅沉积；c)掺杂物源的印刷；d)固化步骤；以及e)钝化。在这个例子中，刚刚提及的工艺步骤按所示顺序进行。应当指出的是，为了清楚起见，已省略对理解本发明不必要的其他工艺步骤。例如，在钝化步骤后进行其他工艺步骤，诸如形成P型扩散区和N型扩散区的金属触点，以完成对太阳能电池的制造。
参见流程图1700的操作1702和对应的图18，示出了通过进行损坏蚀刻步骤来制备基板1800以加工成太阳能电池。
基板1800在这个例子中可包括N型硅晶片，并且通常由于晶片供应商使用锯切过程来从其铸锭切开基板1800而被接收为具有损坏表面。基板1800在从晶片供应商接收时可为约100至200微米厚。在一个实施例中，损坏蚀刻步骤涉及使用包含氢氧化钾的湿法蚀刻工艺而从基板1800的每一侧除去约10μm至20μm。损坏蚀刻步骤还可包括清洁基板1800以除去金属污染。薄电介质层(未作标记)可形成于基板1800的正面表面和背面表面上。薄电介质层可包括在基板1800的两个表面上热生长到小于或等于20埃(例如，16埃)的厚度的二氧化硅。基板1800的正面表面和上面形成的材料也称为位于太阳能电池的正面上，因为它们面向太阳以在正常操作期间接收太阳辐射。类似地，基板1800的背面表面和上面形成的材料也称为位于太阳能电池的与所述正面相背对的背面上。
参见流程图1700的操作1704和对应的图19，示出了在基板1800上的薄电介质层(未示出)上形成多晶硅层1804。多晶硅层1804形成在基板1800的背面1805上的薄电介质层上。多晶硅层1804(其在制造过程的这个阶段未掺杂)可通过LPCVD形成为具有约2200埃的厚度。
参见流程图1700的操作1706和对应的图20，示出了在基板1800上的多晶硅层1804上印刷第一掺杂物源1808和第二掺杂物源1812。如以下更明显地，第一掺杂物源1808和第二掺杂物源1812提供掺杂物以在太阳能电池背面上的多晶硅层1804中形成扩散区。对于任一个给定太阳能电池来说，形成若干个第一掺杂物源1808和第二掺杂物源1812，但为了清楚起见，在图20中示出了其中的仅一个。第一掺杂物源1808和第二掺杂物源1812(包括可印刷墨水)具有不同的导电类型。在图20的例子中，第一掺杂物源1808为P型掺杂物源并且第二掺杂物源1812为N型掺杂物源。第一掺杂物源1808和第二掺杂物源1812是通过印刷诸如喷墨印刷或丝网印刷形成的。有利的是，喷墨印刷可允许在基板1800上的喷墨印刷机喷嘴的单程中印刷第一掺杂物源1808和第二掺杂物源1812二者。第一掺杂物源1808和第二掺杂物源1812也可在单独程中印刷，具体取决于所述工艺。
参见流程图1700的操作1708和对应的图21，示出了将第一掺杂物源1808和第二掺杂物源1812中的掺杂物扩散以在基板1800上的多晶硅层1804上形成P型扩散多晶硅区1814和N型扩散多晶硅区1816。为了扩散掺杂物，进行固化步骤，以将第一掺杂物源1808中的掺杂物扩散到多晶硅层1804中从而在多晶硅层1804中形成P型扩散多晶硅区1814，并将第二掺杂物源1812中的掺杂物扩散到多晶硅层1804中从而在多晶硅层1804中形成N型扩散多晶硅区1816。可在600℃与1100℃之间的温度范围下(例如，950℃)进行约30分钟的固化步骤。
参见流程图1700的操作1710和对应的图22，示出了在所印刷的第一掺杂物源1808和第二掺杂物源1812上形成氮化硅层1820。如箭头1825所示，在操作1710中生成的氢(H)可用于钝化图21的对接的PN结1811。
可形成接触开口，以接触N型扩散多晶硅区1816和多个P型扩散多晶硅区1814。在一个实施例中，通过激光烧蚀形成接触开口。为背接触太阳能电池形成触点可包括在接触开口中形成导电触点，用于耦接N型扩散多晶硅区1816和P型扩散多晶硅区1814。因此，在一个实施例中，导电触点形成于块体N型硅基板诸如基板1800的与基板1800的光接收表面相对的表面上或该表面上方。
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旨在为说明性的而非限制性的，除非另有说明。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(明示或暗示)公开的任何特征或特征组合，或其任何概括，不管其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，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，而并非只是以所附权利要求中枚举的特定形式组合。
在一个实施例中，太阳能电池包括基板，该基板包括面向太阳以在正常操作期间接收太阳辐射的正面和与所述正面相背对的背面。对接的PN结形成在基板背面上，位于P型扩散区与N型扩散区之间，其中P型扩散区由包括具有第一掺杂物浓度水平的第一掺杂物源的P型掺杂区形成，并且其中N型扩散区由包括具有第二掺杂物浓度水平的第二掺杂物源的N型掺杂区形成，该第二掺杂物浓度水平大于该第一掺杂物浓度水平。
在一个实施例中，太阳能电池还包括多晶硅，该多晶硅形成在基板的背面上，其中P型扩散区和N型扩散区形成在多晶硅中。
在一个实施例中，太阳能电池在对接的PN结的边界区上还包括钝化区。
在一个实施例中，P型扩散区包含硼，硼的掺杂物浓度水平小于约5E17/cm3。
在一个实施例中，P型扩散区以一定掺杂物浓度水平掺杂，这减少了对接的PN结处的复合，使所得装置效率大于20％。
在一个实施例中，N型扩散区包含磷，磷的掺杂物浓度水平小于1E20/cm3的约10％。
在一个实施例中，太阳能电池还包括：耦接至P型扩散区的第一金属接触指，该P型扩散区在基板背面上由P型掺杂区形成；以及耦接至N型扩散区的第二金属接触指，该N型扩散区在基板背面上由N型掺杂区形成。
在一个实施例中，P型掺杂区和N型掺杂区设置在基板上并在电介质层上。
在一个实施例中，一种制造太阳能电池的方法包括：在基板上由包括具有第一掺杂物浓度水平的第一掺杂物源的P型掺杂区形成P型扩散区；以及在基板上且邻近P型扩散区由包括具有第二掺杂物浓度水平的第二掺杂物源的N型掺杂区形成N型扩散区，以便在P型扩散区与N型扩散区之间形成对接的PN结，以使得第一掺杂物浓度水平小于第二掺杂物浓度水平。
在一个实施例中，形成对接的PN结还包括：在基板背面上形成多晶硅层，该基板具有面向太阳以在正常操作期间接收太阳辐射的正面，该背面与正面相背对；在多晶硅层上形成P型掺杂区；以及在多晶硅层上形成N型掺杂区。
在一个实施例中，该方法还包括：将P型掺杂区中的掺杂物扩散以在基板上形成P型扩散区；将N型掺杂区的掺杂物扩散以在基板上形成N型扩散区；以及在基板外部且在电介质层上形成P型扩散区和N型扩散区。
在一个实施例中，该方法还包括使用氢来钝化该对接的PN结的边界区。
在一个实施例中，将P型掺杂区中的掺杂物扩散还包括在小于1E17/cm3的掺杂物浓度水平下使用硼作为P型掺杂物源。
在一个实施例中，将N型掺杂区中的掺杂物扩散还包括在大于1E20/cm3的掺杂物浓度水平下使用磷作为N型掺杂物源。
在一个实施例中，该方法还包括使用可印刷墨水来印刷P型掺杂区和N型掺杂区。
在一个实施例中，该方法还包括：将第一金属接触指电耦接到基板背面上的P型扩散区；以及将第二金属接触指电耦接到基板背面上的N型扩散区。
在一个实施例中，该方法还包括：沉积原位掺杂的P型多晶硅以形成P型扩散区；以及通过利用掩模N型扩散使第二掺杂物源中的掺杂物反向掺杂来形成N型扩散区。
在一个实施例中，太阳能电池包括基板，该基板包括面向太阳以在正常操作期间接收太阳辐射的正面和与所述正面相背对的背面。多晶硅层形成在基板的背面上。P型扩散区和N型扩散区形成在多晶硅层中，其中对接的PN结形成在P型扩散区与N型扩散区之间，其中P型扩散区具有第一掺杂物浓度水平并且N型扩散区具有第二掺杂物浓度水平，该第二掺杂物浓度水平大于该第一掺杂物浓度水平。
在一个实施例中，其中P型扩散区的第一掺杂物浓度水平小于约5E17/cm3。
在一个实施例中，用于形成P型扩散区的P型掺杂物源与用于形成N型扩散区的N型掺杂物源的浓度比为约1:100。

Claims (20)

1.一种太阳能电池，包括：
基板，所述基板包括正面和与所述正面相背对的背面，所述正面面向太阳以在正常操作期间接收太阳辐射；以及
对接的PN结，所述对接的PN结形成在所述基板的所述背面的上方，介于P型扩散区与N型扩散区之间，其中所述P型扩散区由包括具有第一掺杂物浓度水平的第一掺杂物源的P型掺杂区形成，并且所述N型扩散区由包括具有第二掺杂物浓度水平的第二掺杂物源的N型掺杂区形成，所述第二掺杂物浓度水平大于所述第一掺杂物浓度水平。
2.根据权利要求1所述的太阳能电池，还包括：
多晶硅，所述多晶硅形成在所述基板的所述背面的上方，其中所述P型扩散区和所述N型扩散区形成在所述多晶硅中。
3.根据权利要求1所述的太阳能电池，还包括：
钝化区，所述钝化区位于所述对接的PN结的边界区域处。
4.根据权利要求1所述的太阳能电池，其中所述P型扩散区包括硼，所述硼的掺杂物浓度水平小于约5E17/cm3。
5.根据权利要求4所述的太阳能电池，其中所述P型扩散区以一掺杂物浓度水平掺杂，所述掺杂物浓度水平减少所述对接的PN结处的复合到使所得装置效率大于20％的程度。
6.根据权利要求4所述的太阳能电池，其中所述N型扩散区包括磷，所述磷的掺杂物浓度水平大于1E20/cm3的约10％。
7.根据权利要求1所述的太阳能电池，还包括：
第一金属接触指，所述第一金属接触指耦接至所述P型扩散区，所述P型扩散区由所述基板的所述背面上的所述P型掺杂区形成；以及
第二金属接触指，所述第二金属接触指耦接至所述N型扩散区，所述N型扩散区由所述基板的所述背面上的所述N型掺杂区形成。
8.根据权利要求1所述的太阳能电池，其中所述P型掺杂区和所述N型掺杂区设置在电介质层的上方，所述电介质层位于所述基板的上方。
9.一种制造太阳能电池的方法，所述方法包括：
在基板的上方由P型掺杂区形成P型扩散区，所述P型掺杂区包括具有第一掺杂物浓度水平的第一掺杂物源；以及
在所述基板的上方且邻近所述P型扩散区由N型掺杂区形成N型扩散区，所述N型掺杂区包括具有第二掺杂物浓度水平的第二掺杂物源，以在所述P型扩散区与所述N型扩散区之间形成对接的PN结，使得所述第一掺杂物浓度水平小于所述第二掺杂物浓度水平。
10.根据权利要求9所述的方法，其中形成对接的PN结还包括：
在所述基板的背面的上方形成多晶硅层，所述基板具有面向太阳以在正常操作期间接收太阳辐射的正面，所述背面与所述正面相背对；
在所述多晶硅层上形成所述P型掺杂区；以及
在所述多晶硅层上形成所述N型掺杂区。
11.根据权利要求9所述的方法，还包括：
将所述P型掺杂区中的掺杂物扩散以在所述基板上形成所述P型扩散区；
将所述N型掺杂区中的掺杂物扩散以在所述基板上形成所述N型扩散区；以及
在所述基板的外部且在电介质层的上方形成所述P型扩散区和所述N型扩散区。
12.根据权利要求9所述的方法，还包括：
使用氢钝化所述对接的PN结的边界区。
13.根据权利要求9所述的方法，其中将所述P型掺杂区中的掺杂物扩散还包括：
在小于1E17/cm3的掺杂物浓度水平下使用硼作为P型掺杂物源。
14.根据权利要求13所述的方法，其中将所述N型掺杂区中的掺杂物扩散还包括：
在大于1E20/cm3的掺杂物浓度水平下使用磷作为N型掺杂物源。
15.根据权利要求9所述的方法，还包括：
使用可印刷墨水印刷所述P型掺杂区和所述N型掺杂区。
16.根据权利要求10所述的方法，还包括：
将第一金属接触指电耦接到位于所述基板的所述背面上的所述P型扩散区；以及
将第二金属接触指电耦接到位于所述基板的所述背面上的所述N型扩散区。
17.根据权利要求9所述的方法，还包括：
沉积原位掺杂的P型多晶硅以形成所述P型扩散区；以及
利用掩模N型扩散，通过反向掺杂所述第二掺杂物源中的掺杂物来形成所述N型扩散区。
18.一种太阳能电池，包括：
基板，所述基板包括正面和与所述正面相背对的背面，所述正面面向太阳以在正常操作期间接收太阳辐射；以及
多晶硅层，所述多晶硅层形成在所述基板的所述背面的上方；以及
形成在所述多晶硅层中的P型扩散区和N型扩散区，其中对接的PN结形成在所述P型扩散区与所述N型扩散区之间，其中所述P型扩散区具有第一掺杂物浓度水平并且所述N型扩散区具有第二掺杂物浓度水平，所述第二掺杂物浓度水平大于所述第一掺杂物浓度水平。
19.根据权利要求1所述的太阳能电池，其中所述P型扩散区的所述第一掺杂物浓度水平小于约5E17/cm3。
20.根据权利要求1所述的太阳能电池，其中用于形成所述P型扩散区的P型掺杂物源与用于形成所述N型扩散区的N型掺杂物源的浓度比为约1:100。
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