CN109065641B - 使用自对准注入和封盖制造太阳能电池发射极区 - Google Patents

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Abstract

描述了使用自对准注入和封盖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，制造太阳能电池的发射极区的方法涉及在基板上方形成硅层。所述方法还涉及穿过模板掩模将掺杂物杂质原子注入所述硅层中，以形成所述硅层的具有相邻未注入区的注入区。所述方法还涉及穿过所述模板掩模在所述硅层的所述注入区上并与所述注入区实质对准形成封盖层。所述方法还涉及移除所述硅层的所述未注入区，其中在所述移除期间，所述封盖层对所述硅层的所述注入区加以保护。所述方法还涉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。

Description

使用自对准注入和封盖制造太阳能电池发射极区
本申请是基于2014年11月25日提交的、申请号为201480056621.X、发明创造名称为“使用自对准注入和封盖制造太阳能电池发射极区”的中国专利申请的分案申请。
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，涉及使用自对准注入和封盖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，从而使掺杂区之间生成电压差。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-1F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，所述流程图列出与图1A-1F相对应的制造太阳能电池的方法中的操作。
图3为根据本公开的实施例的流程图，所述流程图列出制造太阳能电池的另一方法中的操作。
图4示出了根据本公开的实施例的铝金属化背接触电极太阳能电池的背表面的平面图。
图5A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5B示出了根据本公开的实施例的图5A装置中穿过硅接触掩模的注入和封盖序列。
图6A示意性地示出了根据本公开的实施例的图案化注入的内嵌式平台的剖视图，该图案化注入涉及移动晶片和固定模板掩模。
图6B示出了根据本公开的实施例的图6A装置中穿过石墨接近掩模的注入序列。
图7A示出了根据本公开的实施例的叉指背接触电极(IBC)太阳能电池的背面的平面图，该太阳能电池具有相邻的“短指”多母线布局。
图7B示出了根据本公开的实施例的IBC太阳能电池的背面的平面图，该太阳能电池具有铜(Cu)或铝(Al)的金属箔底板。
图7C示出了根据本公开的实施例的IBC太阳能电池的背面的平面图，该太阳能电池具有用焊料、导电粘合剂或通过激光点焊(例如，Al至Al)附接的多个接触点。
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，即使当指定的单元/组件目前不在工作状态(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。
本文描述了使用自对准注入和封盖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，制造太阳能电池的发射极区的方法涉及在基板上方形成硅层。方法还涉及穿过模板掩模将掺杂物杂质原子注入硅层中，以形成硅层的具有相邻未注入区的的注入区。方法还涉及穿过模板掩模在硅层的注入区上并与该注入区实质对准形成封盖层。方法还涉及移除硅层的未注入区，其中在移除期间封盖层对硅层的注入区加以保护。方法还涉及对硅层的注入区进行退火，以形成掺杂多晶硅发射极区。
在另一个实施例中，制造太阳能电池的交替N型发射极区和P型发射极区的方法涉及在设置于单晶硅基板上的薄氧化物层上形成多晶硅层。方法还涉及穿过第一模板掩模将第一导电类型的掺杂物杂质原子注入多晶硅层中，以形成邻近未注入区的多晶硅层的第一注入区。方法还涉及穿过第一模板掩模在多晶硅层的第一注入区上并与该注入区实质对准形成第一封盖层。方法还涉及穿过第二模板掩模将第二相反导电类型的掺杂物杂质原子注入多晶硅层的未注入区的部分中，以形成多晶硅层的第二注入区并产生剩余未注入区。方法还涉及穿过第二模板掩模在多晶硅层的第二注入区上并与该第二注入区实质对准形成第二封盖层。方法还涉及移除多晶硅层的剩余未注入区，其中在移除期间所述第一封盖层和所述第二封盖层分别保护多晶硅层的第一注入区和第二注入区。方法还涉及对多晶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。
本文还公开了用于制造太阳能电池的装置。在一个实施例中，用于制造太阳能电池的发射极区的内嵌式工艺装置包括用于将模板掩模与基板对准的第一工位。包括了第二工位，以用于穿过模板掩模在基板上方注入掺杂物杂质原子。包括了第三工位，以用于穿过模板掩模在基板上方形成封盖层。模板掩模和基板可一起移动穿过第二工位和第三工位。
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既生成N+(例如，通常为磷掺杂或砷掺杂)多晶硅发射极层也生成P+(例如，通常为硼掺杂)多晶硅发射极层。在一个实施例中，制造方法涉及使用紧靠正被加工的太阳能电池基板放置或与该基板直接物理接触放置的图案化模板掩模，该掩模优选地由硅(Si)制造。在一个此类实施例中，模板掩模随基板移动，首先在注入束下方，接着(不移动模板掩模)穿过第二加工区域/区，其中足够厚度的封盖层直接沉积在注入区域上方并与该注入区域完美(或至少实质上)对准。随后可应用相同或类似工艺生成具有相反导电性的掺杂物类型的类似封盖图案。
一些实施例涉及使封盖层的组成被选择成使得能够对相邻未注入的(以及，因此，也未封盖的)多晶硅层进行选择性湿法或干式蚀刻移除。此类蚀刻选择性允许在例如背接触电极太阳能电池的发射极区之间进行图案化沟槽隔离。在一些例子中，封盖膜可由基于SiO2或SiN(或它们的组合)的介电膜组成，所述膜使用低压化学气相沉积(LPCVD)、等离子体增强化学气相沉积(PECVD)或高密度等离子体化学气相沉积(HDPCVD)进行沉积。在一个实施例中，HDPCVD可能是优选的，因其更具定向性特性的沉积和更低的操作压力，使之与先前的离子注入操作更兼容。然而，封盖层也可使用甚至更高真空物理气相沉积(PVD)或基于溅射的工艺来沉积，所述工艺允许对基于SiO2、SiON或SiN的介电封盖层进行更具定向性的准直沉积，这些封盖层即使在相对低温(诸如介于室温和400℃之间)下施加时也提供良好湿法蚀刻选择性。
在特定实施例中，如此沉积的封盖层对碱性类硅蚀刻化学物质和纹理化化学物质具有充分抗性，以允许完全移除所有未注入的(以及因此也未封盖的)多晶硅区。碱性类硅蚀刻化学物质和纹理化化学物质因此用于形成将相对的掺杂多晶硅区隔离的沟槽，并且同时将晶片的正面(向阳面)纹理化。在一个实施例中，一旦正面纹理化和沟槽隔离蚀刻完成，就施加后续湿法蚀刻化学物质诸如氢氟酸(HF)类化学物质(例如，NH4F缓冲的HF混合物，或缓冲的氧化物蚀刻剂(BOE))以剥离残余封盖层。然而，在可供选择的实施例中，封盖层为对碱性化学物质具有充分抗性的金属层。此类金属层可保留在器件中作为接触层。
为了提供进一步的背景，近来对适用于太阳能电池制造的更低成本和更高通量离子注入系统的递送产生了大量关注并取得了显著进展，其中叉指背接触电极(IBC)型太阳能电池特别有前景。假设是N+注入和P+注入均可以良好的对准而实现。然而，为了适用于使用可实际减少工艺步骤、成本和热预算的工艺流程的高性能背接触电极型太阳能电池结构，需要一种方法，提供该方法不仅为了成本有效地提供图案化离子注入和对准离子注入，而且为了选择性地或自对准地移除未注入多晶硅区。为了解决此类问题，本文所述的一个或多个实施例通过如下方式提供此类功能：采用相对低成本、无污染性硅片模板掩模，以用于穿过相同掩模在单个序列中施加图案化离子注入物和自对准封盖层两者。由于掩模(例如硅片基板)由硅构成，因此其可在接触模式下采用而没有与不同热膨胀系数相关的污染问题。在一个实施例中，掩模晶片或模板晶片可充分掺杂以便具有导电性并且因此作为离子束成形电子器件的一体部分被包括在内(或仅仅是为了避免充电)。此外，通过在每项离子注入操作之后自动进行介电层沉积，后续注入可被阻挡(例如，拦住和截留)在表面电解质中，从而大大促进此类模板掩模的定期清洁和重复使用。
更具体地讲，与需要使用模板掩模的其他图案化工艺一样，生成具有充分机械完整性的掩模可对所采用的图案的类型施加大量限制，或者可能需要每种注入物极性的所需图案在两个独立并完美对准的步骤中进行(例如，共使用四个独立掩模)。可能受到影响的一个此类场景为使用长指的叉指制造，所述长指的延伸长度几乎为太阳能电池的长度。然而，根据本文所述的实施例，描述了可能具有较少挑战性的其他可能叉指布局。例如，如下文更详细地描述，当迁移到下一代(例如，较低成本)金属化策略时，使用可供选择的多母线设计可提供明显优点。
在示例性工艺流程中，图1A-1F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200，所述流程图200列出与图1A-1F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型发射极区和P型发射极区的方法涉及在设置于基板102上的薄氧化物层104上形成多晶硅层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，薄氧化物层为厚度约2纳米或更小的隧道介电氧化硅层。尽管描述为多晶硅层106，但在可供选择的实施例中，替代地使用非晶硅层。
参见图1B和流程图200的对应操作204，方法还涉及穿过第一模板掩模108将第一导电类型110的掺杂物杂质原子注入多晶硅层106中，以形成多晶硅层106的第一注入区112和未注入区(即，在工艺中的该阶段尚未注入的多晶硅层106的剩余部分)。
在一个实施例中，第一模板掩模108为硅模板掩模。在一个实施例中，使用硅模板掩模使得其能够在图1A的结构上或紧邻该结构放置，因为模板掩模的硅不污染基于硅的太阳能电池。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，方法还涉及穿过第一模板掩模108在多晶硅层106的第一注入区112上并与该注入区112实质对准形成第一封盖层114。由于模板掩模和基板一起移动，因此可将对准视为理想完美的。然而，该过程可容许一定的轻微偏移(例如，在平移方向上小于几个百分点)，在工序从注入/掺杂室移至顶盖沉积室时可能出现这种偏移。
在一个实施例中，第一封盖层114的注入和形成在内嵌式工艺装置中进行，其中第一模板掩模108和单晶硅基板102一起移动穿过内嵌式工艺装置，如结合图5A和图5B更详细描述。在一个实施例中，第一封盖层114包含一种材料，诸如但不限于二氧化硅(SiO2)、氮化硅(SiN)或氧氮化硅(SiON)。在一个实施例中，第一封盖层114使用沉积技术形成，所述沉积技术诸如但不限于低压化学气相沉积(LPCVD)、等离子体增强化学气相沉积(PECVD)、高密度等离子体化学气相沉积(HDPCVD)或物理气相沉积(PVD)。在一个实施例中，通过大约在25-400℃范围内的温度下沉积来形成第一封盖层114。
再次参见图1B，封盖层114的材料也可沉积在第一模板掩模108上。在模板掩模108多次运行穿过沉积环境之后，可最终积聚多个材料层，如图1B所示。应当理解，可针对材料在模板掩模108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封盖材料，并且第一模板掩模108随后可被重复使用。
再次参见图1C和流程图200的对应操作208，方法还涉及穿过第二模板掩模116将第二相反导电类型118的掺杂物杂质原子注入多晶硅层106的未注入区的部分中，以形成多晶硅层106的第二注入区120和剩余未注入区(即，尚未注入的多晶硅层106的剩余部分)。
在一个实施例中，第二模板掩模116为硅模板掩模。在一个实施例中，使用硅模板掩模使得其能够在图1B的结构上或紧邻该结构放置，因为模板掩模的硅不污染基于硅的太阳能电池。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。
再次参见图1C并且现在参见流程图200的对应操作210，方法还涉及穿过第二模板掩模116在多晶硅层106的第二注入区120上并与该第二注入区120实质对准形成第二封盖层122。由于模板掩模和基板一起移动，因此可将对准视为理想完美的。然而，该过程可容许一定的轻微偏移(例如，在平移方向上小于几个百分点)，在工序从注入/掺杂室移至顶盖沉积室时可能出现这种偏移。
在一个实施例中，第二封盖层122的注入和形成在内嵌式工艺装置中进行，其中第二模板掩模116和单晶硅基板102一起移动穿过内嵌式工艺装置，如结合图5A和图5B更详细描述。在一个实施例中，第二封盖层122包含一种材料，诸如但不限于二氧化硅(SiO2)、氮化硅(SiN)或氧氮化硅(SiON)。在一个实施例中，第二封盖层122使用沉积技术形成，所述沉积技术诸如但不限于低压化学气相沉积(LPCVD)、等离子体增强化学气相沉积(PECVD)、高密度等离子体化学气相沉积(HDPCVD)或物理气相沉积(PVD)。在一个实施例中，通过大约在25-400℃范围内的温度下沉积来形成第二封盖层122。
再次参见图1C，第二封盖层122的材料也可沉积在第二模板掩模116上。如对于第一模板掩模上的第一封盖层的情况一样，在第二模板掩模116多次运行穿过沉积环境之后，可最终积聚多个材料层，如图1C所示。应当理解，可针对材料在模板掩模116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封盖材料，并且第二模板掩模116随后被重复使用。
参见图1D和流程图200的对应操作212，可移除多晶硅层106的剩余未注入区。在一个实施例中，在移除多晶硅层106的剩余未注入部分期间，第一封盖层114和第二封盖层122分别对第一注入区112和第二注入区120加以保护。在一个实施例中，再次参见图1D，在移除多晶硅层106的剩余未注入部分之后和/或期间，也可移除封盖层114和封盖层122。在任一种情况下，封盖层114和封盖层122应当合适地比多晶硅层106更不易蚀刻，以便对第一注入区112和第二注入区120提供至少大量保护(例如，不显著侵蚀注入区)。
在一个实施例中，第一封盖层114和第二封盖层122包含一种材料，诸如但不限于二氧化硅(SiO2)、氮化硅(SiN)或氧氮化硅(SiON)，并且移除多晶硅层106的剩余未注入区涉及使用基于氢氧化物的湿法蚀刻工艺。在一个实施例中，随后在使用基于HF的湿法蚀刻工艺的后续工艺中移除第一封盖层114和第二封盖层122，所述工艺诸如为缓冲氧化物蚀刻剂(BOE)工艺。
参见图1E和流程图200的对应操作214，可对多晶硅层的第一注入区112和第二注入区120进行退火，以分别形成第一掺杂多晶硅发射极区124和第二掺杂多晶硅发射极区126。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多晶硅的未注入区域的蚀刻(即，移除)，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，在这种情况下可在沟槽蚀刻之前进行高温退火。
在一个实施例中，大约在850-1100℃范围内的温度下进行加热并使加热持续时间在大约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P+掺杂物驱动。
参见图1D和图1E两者，在一个实施例中，在第一掺杂多晶硅发射极区124和第二掺杂多晶硅发射极区126之间形成沟槽128。此外，在一个实施例中，将沟槽和/或基板102的光接收表面101纹理化。沟槽形成以及对多晶硅层的第一注入区112和第二注入区120进行退火以形成第一掺杂多晶硅发射极区124和第二掺杂多晶硅发射极区126的操作的顺序可有所变化。在一个实施例中，沟槽形成和纹理化均在进行退火之前在相同的基于氢氧化物的蚀刻工艺中进行，例如，作为用于移除硅层106的未注入区的工艺的一部分。作为另外一种选择，沟槽形成和纹理化在退火之后进行(如图1D和图1E所示)。在又另一个实施例中，可在与用来形成沟槽128并将其纹理化的操作不同的操作中进行表面101的纹理化。应当理解，纹理化表面可为具有规则或不规则形状的表面，其用于散射入射光、减少从太阳能电池的光接收表面反射离开的光量。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129，如图1E所示。
参见图1F，导电触点130和导电触点132被制造成分别接触第一掺杂多晶硅发射极区124和第二掺杂多晶硅发射极区126。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130和导电触点132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。
在一个实施例中，封盖层114和封盖层122(或至少其残余)保留在最终结构中。在一个此类实施例中，穿过封盖层114和封盖层122而形成触点130和触点132，例如，通过在接触沟槽形成期间将封盖层图案化。然而，在另一个可供选择的实施例中，封盖层114和封盖层122中的一者或两者包含难熔金属，诸如但不限于钛(Ti)、锆(Zr)、铪(Hf)、铌(Nb)、钽(Ta)、钼(Mo)或钨(W)。此类难熔金属可沉积到多晶硅表面上并且经受退火工艺，该退火工艺用于将多晶硅层中的掺杂物激活。在其他实施例中，使用薄金属封盖层并且该封盖层包含一种材料，诸如但不限于钛(Ti)、钴(Co)或镍(Ni)。薄金属封盖层能够用于利用多晶硅层的上部分经历硅化。在一个实施例中，形成导电触点130和导电触点132以包括导电封盖层。在再一个可供选择的实施例中，封盖层114和封盖层122中的一者或两者包括表面碳硅烷类膜，该膜具有介于50和1000A之间的厚度并且使用采用挥发性碳硅烷前体的化学气相沉积技术来沉积。此类层可在导电触点形成之前被移除或图案化。
应当理解，针对自对准注入和封盖区以及层的此类基于模板掩模的方法仅可用于一种掺杂物类型而不可用于两种掺杂物类型。例如，工艺对于P+掺杂或N+掺杂中的一者可为特别有利的，并且因此仅可用于制造两种导电类型的发射极区中的一者。例如，图3为根据本公开的实施例的流程图300，所述流程图300列出制造太阳能电池的另一方法中的操作。
参见流程图300的操作302，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。参见流程图300的操作304，穿过模板掩模，将掺杂物杂质原子注入硅层中，以形成硅层的具有相邻未注入区的注入区。参见流程图300的操作306，穿过模板掩模，在硅层的注入区上并与该注入区实质对准形成封盖层。参见流程图300的对应操作308，移除硅层的未注入区。在移除期间，封盖层对硅层的注入区加以保护。参见流程图300的操作310，对硅层的注入区进行退火，以形成掺杂多晶硅发射极区。
可使用上述工艺以允许通过激光切割Si掩模进行图案化硼(或者磷或砷等)的注入和封盖。方法涉及将注入与封盖加以整合以解决温度膨胀系数(CTE)失配、污染和/或清洁难题。方法可能适用于目前的太阳能电池设计。然而，在一个实施例中，掩模完整性要求可能更偏向于具有减小的指状物尺寸的设计，诸如被制造成针对全部Al金属化太阳能电池的设计。例如，图4示出了根据本公开的实施例的铝金属化背接触电极太阳能电池400的背表面的平面图。
如上简述，可对内嵌式工艺装置实施本文提及的工艺。例如，图5A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5B示出了根据本公开的实施例的图5A装置中穿过硅接触掩模的注入和封盖序列。
参见图5A，用于制造太阳能电池的发射极区的内嵌式工艺装置500包括用于将模板掩模504与基板506对准的第一工位502。包括了第二工位508，以用于穿过模板掩模504在基板506上方注入掺杂物杂质原子(例如，硼或磷)。包括了第三工位510，以用于穿过模板掩模504在基板506上方形成封盖层。内嵌式工艺装置500的其他方面可包括晶片输入区512以及掩模移除和晶片输出区514。
在一个实施例中，模板掩模504和基板506至少一起移动穿过第二工位508和第三工位510。穿过内嵌式工艺装置500的晶片流动方向以箭头550示出。参见图5B，在一个实施例中，内嵌式工艺装置500使得能够穿过模板掩模504在基板506的硅层507区域上进行注入和封盖。注入区507A和封盖层509自对准，因为封盖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502用于将模板掩模504对准为接触或紧邻基板506。在一个实施例中，第二工位508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510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。
在可供选择的实施例中，可使用对于硅基板可能具污染性的其他模板掩模，只要不在掩模和基板之间产生接触即可。例如，可使用石墨模板掩模。此外，在其他实施例中，模板掩模不随基板移动。作为两个替代形式的例子，图6A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固定模板掩模。图6B示出了根据本公开的实施例的图6A装置中穿过石墨接近掩模的注入序列。参见图6A，内嵌式平台600包括晶片输入区602、注入源604(例如，离子注入或等离子体浸渍)和输出区606。将固定模板掩模608，诸如固定石墨掩模，保持为邻近但不接触基板610以提供注入基板612。
如结合图4简述，在一个实施例中，掩模完整性可偏向于具有减小的指状物尺寸的太阳能电池设计，例如，针对具有薄晶片接触金属的叉指背接触电极(IBC)太阳能电池。图7A以例子的形式提供，示出了根据本公开的实施例的IBC太阳能电池700A的背面的平面图，该太阳能电池具有相邻的“短指”多母线布局。图7B示出了根据本公开的实施例的IBC太阳能电池700B的背面的平面图，该太阳能电池具有铜(Cu)或铝(Al)的金属箔底板。图7C示出了根据本公开的实施例的IBC太阳能电池700C的背面的平面图，该太阳能电池具有用焊料、导电粘合剂或通过激光点焊(如，Al至Al)附接的多个接触点750。
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+型掺杂和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+型掺杂和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IBC型太阳能电池提供较低成本的高通量离子注入平台。具体实施例可提供用于穿过单个Si触点模板掩模生成自对准注入和封盖层的有利方法。此外，为了确保将注入区域和封盖膜自动自对准，Si模板掩模与自动应用介电封盖膜的某种工艺的组合可解决成本、污染、寿命和清洁/重复使用问题中的多个问题，而这些问题通常限制了注入技术在太阳能电池制造中的应用。除了提供自对准顶盖用作沟槽移除的蚀刻掩模之外，不破坏真空的封盖膜的沉积可减少通过空气氧化的注入区衰减。对于掺入了多晶硅或非晶硅(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，已公开了使用自对准注入和封盖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，而不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，制造太阳能电池的发射极区的方法涉及在基板上方形成硅层。方法还涉及穿过模板掩模将掺杂物杂质原子注入硅层中，以形成硅层的具有相邻未注入区的注入区。方法还涉及穿过模板掩模在硅层的注入区上并与该注入区实质对准形成封盖层。方法还涉及移除硅层的未注入区，其中在移除期间，封盖层对硅层的注入区加以保护。方法还涉及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，所述穿过模板掩模的注入涉及穿过硅模板掩模进行注入，并且硅模板掩模布置在硅层之上或紧邻硅层。
在一个实施例中，封盖层的注入和形成在内嵌式工艺装置中进行，其中模板掩模和基板一起移动穿过内嵌式工艺装置。
在一个实施例中，封盖层的注入和形成使用固定石墨模板掩模进行。
在一个实施例中，形成封盖层涉及使用选自低压化学气相沉积(LPCVD)、等离子体增强化学气相沉积(PECVD)、高密度等离子体化学气相沉积(HDPCVD)和物理气相沉积(PVD)的沉积技术。
在一个实施例中，形成封盖层涉及大约在25-400℃范围内的温度下进行沉积。
在一个实施例中，形成封盖层涉及形成选自二氧化硅(SiO2)、氮化硅(SiN)和氧氮化硅(SiON)的材料。
在一个实施例中，方法还涉及移除封盖层，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，移除硅层的未注入区涉及使用基于氢氧化物的湿法蚀刻工艺，并且移除封盖层涉及使用基于HF的湿法蚀刻工艺。
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，所述导电触点包括封盖层的至少一部分。
在一个实施例中，封盖层涉及形成选自钛(Ti)、锆(Zr)、铪(Hf)、铌(Nb)、钽(Ta)、钼(Mo)或钨(W)、镍(Ni)和钴(Co)的金属。
在一个实施例中，制造太阳能电池的交替N型发射极区和P型发射极区的方法涉及在设置于单晶硅基板上的薄氧化物层上形成多晶硅层。方法还涉及穿过第一模板掩模将第一导电类型的掺杂物杂质原子注入多晶硅层中，以形成邻近未注入区的多晶硅层的第一注入区。方法还涉及穿过第一模板掩模在多晶硅层的第一注入区上并与该注入区实质对准形成第一封盖层。方法还涉及穿过第二模板掩模将第二相反导电类型的掺杂物杂质原子注入多晶硅层的未注入区的部分中，以形成多晶硅层的第二注入区并产生剩余未注入区。方法还涉及穿过第二模板掩模在多晶硅层的第二注入区上并与该第二注入区实质对准形成第二封盖层。方法还涉及移除多晶硅层的剩余未注入区，其中在移除期间，所述第一封盖层和所述第二封盖层分别保护多晶硅层的第一注入区和第二注入区。方法还涉及对多晶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，穿过第一模板掩模和第二模板掩模的所述注入涉及穿过硅模板掩模进行注入，并且所述第一硅模板掩模和所述第二硅模板掩模随后布置在多晶硅层之上或紧邻多晶硅层。
在一个实施例中，第一封盖层和第二封盖层的注入和形成在一个或多个内嵌式工艺装置中进行，其中第一模板掩模和第二模板掩模中的一者和单晶硅基板一起移动穿过一个或多个内嵌式工艺装置。
在一个实施例中，第一封盖层的注入和形成使用第一固定石墨模板掩模进行，并且其中第二封盖层的注入和形成使用第二固定石墨模板掩模进行。
在一个实施例中，移除多晶硅层的剩余未注入区涉及使用基于氢氧化物的湿法蚀刻工艺，并且其中第一封盖层和第二封盖层包含选自二氧化硅(SiO2)氮化硅(SiN)和氧氮化硅(SiON)的材料。方法还涉及使用基于HF的湿法蚀刻工艺移除第一封盖层和第二封盖层，以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，封盖层包含选自钛(Ti)、锆(Zr)、铪(Hf)、铌(Nb)、钽(Ta)、钼(Mo)或钨(W)、镍(Ni)和钴(Co)的金属。方法还涉及在掺杂多晶硅发射极区上形成导电触点，所述导电触点各自包括第一封盖层或第二封盖层中的一者。
在一个实施例中，用于制造太阳能电池的发射极区的内嵌式工艺装置包括用于将模板掩模与基板对准的第一工位。包括了第二工位，以用于穿过模板掩模在基板上方注入掺杂物杂质原子。包括了第三工位，以用于穿过模板掩模在基板上方形成封盖层。模板掩模和基板可一起移动穿过第二工位和第三工位。
在一个实施例中，第一工位进一步被配置为将模板掩模对准为接触或紧邻基板。
在一个实施例中，第二工位包括离子注入室或等离子体浸渍注入室。
在一个实施例中，第三工位包括选自低压化学气相沉积(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)室和物理气相沉积(PVD)室的沉积室。

Claims (17)

1.一种太阳能电池，包括：
掺杂多晶硅层，其设置于被设置在单晶硅基板上的薄氧化物层上，所述掺杂多晶硅层包括具有表面区域的上表面；
导电封盖层，其位于所述掺杂多晶硅层上，所述导电封盖层覆盖所述掺杂多晶硅层的全部，并且所述导电封盖层包括具有所述表面区域的上表面；
绝缘层，其位于所述导电封盖层和所述掺杂多晶硅层上，所述绝缘层具有开口，所述开口暴露出所述导电封盖层的所述表面区域的一部分而非全部；以及
导电触点，其位于所述开口中并且电连接至所述导电封盖层，
其中，所述掺杂多晶硅层通过对多晶硅层的注入了掺杂物杂质原子的注入区进行退火工艺而形成，并且
其中所述导电封盖层包括从由钛(Ti)、锆(Zr)、铪(Hf)、铌(Nb)、钽(Ta)、钼(Mo)、钨(W)、镍(Ni)和钴(Co)组成的组中选出的金属。
2.根据权利要求1所述的太阳能电池，其中所述导电触点还位于所述绝缘层的上表面的一部分上。
3.根据权利要求1所述的太阳能电池，其中所述导电封盖层和所述掺杂多晶硅层之间的界面包括金属硅化物材料。
4.根据权利要求1所述的太阳能电池，其中所述掺杂多晶硅层为N型掺杂多晶硅层。
5.根据权利要求1所述的太阳能电池，其中所述掺杂多晶硅层为P型掺杂多晶硅层。
6.一种太阳能电池，包括：
N型掺杂多晶硅层，其设置于被设置在单晶硅基板上的第一薄氧化物层上，所述N型掺杂多晶硅层包括具有第一表面区域的上表面；
P型掺杂多晶硅层，其设置于被设置在所述单晶硅基板上的第二薄氧化物层上，所述P型掺杂多晶硅层包括具有第二表面区域的上表面；
第一导电封盖层，其位于所述N型掺杂多晶硅层上，所述第一导电封盖层覆盖所述N型掺杂多晶硅层的全部，并且所述第一导电封盖层包括具有所述第一表面区域的上表面；
第二导电封盖层，其位于所述P型掺杂多晶硅层上，所述第二导电封盖层覆盖所述P型掺杂多晶硅层的全部，并且所述第二导电封盖层包括具有所述第二表面区域的上表面；
绝缘层，其位于所述第一导电封盖层和所述第二导电封盖层上，所述绝缘层具有第一开口和第二开口，所述第一开口暴露出所述第一导电封盖层的所述第一表面区域的一部分而非全部，所述第二开口暴露出所述第二导电封盖层的所述第二表面区域的一部分而非全部；
第一导电触点，其位于所述第一开口中并且电连接至所述第一导电封盖层；以及
第二导电触点，其位于所述第二开口中并且电连接至所述第二导电封盖层，
其中，所述P型掺杂多晶硅层和所述N型掺杂多晶硅层通过对多晶硅层的注入了掺杂物杂质原子的注入区进行退火工艺而形成，并且
其中所述第一导电封盖层包括从由钛(Ti)、锆(Zr)、铪(Hf)、铌(Nb)、钽(Ta)、钼(Mo)、钨(W)、镍(Ni)和钴(Co)组成的组中选出的金属。
7.根据权利要求6所述的太阳能电池，其中所述第一导电触点还位于所述绝缘层的上表面的一部分上。
8.根据权利要求6所述的太阳能电池，其中所述第二导电触点还位于所述绝缘层的上表面的一部分上。
9.根据权利要求6所述的太阳能电池，其中所述第一导电触点还位于所述绝缘层的上表面的第一部分上，并且其中所述第二导电触点还位于所述绝缘层的所述上表面的第二部分上。
10.根据权利要求6所述的太阳能电池，其中所述第一导电封盖层和所述N型掺杂多晶硅层之间的界面包括金属硅化物材料。
11.根据权利要求6所述的太阳能电池，其中所述第二导电封盖层和所述P型掺杂多晶硅层之间的界面包括金属硅化物材料。
12.根据权利要求6所述的太阳能电池，其中所述第一导电封盖层和所述N型掺杂多晶硅层之间的界面包括第一金属硅化物材料，并且其中所述第二导电封盖层和所述P型掺杂多晶硅层之间的界面包括第二金属硅化物材料。
13.根据权利要求6所述的太阳能电池，其中所述第二导电封盖层包括从由钛(Ti)、锆(Zr)、铪(Hf)、铌(Nb)、钽(Ta)、钼(Mo)、钨(W)、镍(Ni)和钴(Co)组成的组中选出的金属。
14.一种用于制造太阳能电池的发射极区的内嵌式工艺装置，所述内嵌式工艺装置包括：
第一工位，所述第一工位被配置为将模板掩模与基板对准；
第二工位，所述第二工位被配置为穿过所述模板掩模在所述基板上方注入掺杂物杂质原子；以及
第三工位，所述第三工位被配置为穿过所述模板掩模在所述基板上方形成封盖层，其中所述模板掩模和所述基板被配置为一起移动穿过所述第二工位和所述第三工位。
15.根据权利要求14所述的内嵌式工艺装置，其中所述第一工位进一步被配置为将所述模板掩模对准为接触或紧邻所述基板。
16.根据权利要求14所述的内嵌式工艺装置，其中所述第二工位包括离子注入室或等离子体浸渍注入室。
17.根据权利要求14所述的内嵌式工艺装置，其中所述第三工位包括从由低压化学气相沉积(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)室和物理气相沉积(PVD)室组成的组中选出的沉积室。
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