CN110021681B - 太阳能电池表面的化学抛光及所得的结构 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及太阳能电池表面的化学抛光及所得的结构。在一个实例中，制造太阳能电池的方法包括利用第一基于氢氧化物的蚀刻工艺对硅基板的第一侧表面和第二侧表面均进行纹理化。所述方法还包括利用第二基于氢氧化物的蚀刻工艺减小所述硅基板的所述纹理化的第二侧表面的表面粗糙度因子。所述方法还包括在减小所述硅基板的所述纹理化的第二侧表面的所述表面粗糙度因子之后，在所述硅基板的所述第二侧表面上形成发射极区。

Description

太阳能电池表面的化学抛光及所得的结构
技术领域
本公开的实施方案属于可再生能源领域，并且具体地讲，涉及太阳能电池表面的化学抛光及所得的结构。
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半导体基板的表面附近形成p-n结，从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块体中形成电子和空穴对。所述电子和空穴对迁移至基板中的p掺杂区和n掺杂区，从而在掺杂区之间产生电压差。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。
附图说明
图1为根据本公开的实施方案的流程图，该流程图列出制造太阳能电池的一种方法中的操作。
图2A-2C示出了根据本公开的实施方案的太阳能电池制造中的各个阶段的剖视图。
图3A包括根据本公开的实施方案的硅基板表面的显微图：(i)在利用第一基于氢氧化物的蚀刻剂进行纹理化之后，(ii)在利用第二基于氢氧化物的蚀刻剂进行抛光之后。
图3B包括根据本公开的实施方案的硅基板表面的高度图：(i)在利用第一基于氢氧化物的蚀刻剂进行纹理化之后，(ii)在利用第二基于氢氧化物的蚀刻剂进行抛光之后。
图4A示出了根据本公开的实施方案的背接触太阳能电池的一部分的剖视图。
图4B示出了根据本公开的另一实施方案的另一背接触太阳能电池的一部分的剖视图。
图5示出了根据本公开的另一实施方案的另一背接触太阳能电池的一部分的剖视图。
具体实施方式
以下具体实施方式本质上只是例示性的，并非意图限制所述主题的实施方案或此类实施方案的应用和用途。如本文所用，词语“示例性”意指“用作示例、实例或举例说明”。本文描述为示例性的任何实施方式未必理解为相比其他实施方式是优选的或有利的。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“一个实施方案”或“某个实施方案”。短语“在一个实施方案中”或“在某个实施方案中”的出现不一定是指同一实施方案。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。
“配置为”。各个单元或部件可被描述或声明成“配置为”执行一项或多项任务。在此类语境下，“配置为”用于通过指示所述单元/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，可以说是将所述单元/部件配置成即使当指定的单元/部件目前不在操作(例如，未开启/激活)时也可执行任务。详述某一单元/电路/部件“配置为”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，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是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。
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”和“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。此类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。
“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，它完全可以彻底地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、性能和/或效应。因此，当部件、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。
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需要的。本公开的一些实施方案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。本公开的一些实施方案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。
本发明涉及太阳能电池表面的化学抛光及所得的结构。在下面的描述中，阐述了诸如具体的工艺流程操作的许多具体细节，以便提供对本公开实施方案的透彻理解。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践本公开的实施方案。在其他实例中，没有详细地描述熟知的制造技术，诸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方案难以理解。此外，应当理解，在图中示出的多种实施方案是示例性的展示并且未必按比例绘制。
本发明公开了制造太阳能电池的方法。在一个实施方案中，制造太阳能电池的方法包括利用第一基于氢氧化物的蚀刻工艺对硅基板的第一侧表面和第二侧表面均进行纹理化。该方法还包括利用第二基于氢氧化物的蚀刻工艺减小硅基板的纹理化的第二侧表面的表面粗糙度因子。该方法还包括在减小硅基板的纹理化的第二侧表面的表面粗糙度因子之后，在硅基板的第二侧表面上形成发射极区。
本文还公开了太阳能电池。在一个实施方案中，一种太阳能电池包括具有光接收表面和背侧表面的基板。该太阳能电池还包括多个交替的N型硅发射极区和P型硅发射极区，所述多个交替的N型硅发射极区和P型硅发射极区在基板的背侧表面的部分之中或之上；基板的背侧表面的部分具有的非零表面粗糙度因子小于基板的光接收表面的表面粗糙度因子。
在另一实施方案中，一种太阳能电池包括具有光接收表面和背侧表面的基板。该太阳能电池还包括第一导电类型的第一多晶硅发射极区，所述第一导电类型的第一多晶硅发射极区设置在第一薄介电层上，所述第一薄介电层设置在基板的背侧表面的一部分上。基板的背侧表面的部分具有的非零表面粗糙度因子小于基板的光接收表面的表面粗糙度因子。该太阳能电池还包括第二不同导电类型的第二多晶硅发射极区，所述第二不同导电类型的第二多晶硅发射极区设置在第二薄介电层上，所述第二薄介电层设置在基板的背侧表面中的沟槽中。第二多晶硅发射极区的一部分与第一多晶硅发射极区的一部分重叠。
根据本公开的一个或多个实施方案，利用相对低浓度的氢氧化物(例如，KOH)蚀刻使纹理化硅表面平滑化。可经济有效地利用蚀刻来减少在两侧经过纹理化的晶片上的背面复合。为提供语境，通常，使用昂贵的HF/硝酸进行背侧表面的平滑化，并且可能与有害的NOx气体相关，并且可能难以控制。相比之下，可实施本文的实施方案提供危害较小的化学蚀刻和更平滑的表面。在其他实施方案中，可替代地或另外地在晶片正面上执行此类平滑化。在其他实施方案中，在边缘隔离工艺中执行此类平滑化。
为提供进一步的语境，可实施实施方案以用碱性溶液(例如，基于KOH)蚀刻纹理化表面以去除棱锥并且提供相对平坦的硅表面。申请人可能涉及背面接触太阳能电池、混合太阳能电池和正面接触太阳能电池。在某些实施方案中，在形成发射极之前进行纹理化和随后的平滑化。
与酸性抛光相比，本文所述的碱性抛光方法的优点可包括以下一种或多种：(1)可完全去除棱锥，而不仅仅是圆角，因此可减小背侧表面的相对表面积，从而改善钝化；(2)消除控制HF/HNO3的酸性抛光组合的工艺条件的难题，例如HF/HNO3比例的细微漂移可能导致表面粗糙或蚀刻速率失控，从而导致不希望的多孔Si形成；(3)消除有毒并且通常需要满足代价高昂的排气要求的HNO3/HF烟气；和/或(4)将工艺从两次蚀刻操作一次操作，因为在HNO3/HF蚀刻之后，通常需要进行碱性蚀刻以除去HNO3/HF蚀刻期间形成的多孔硅。
在一个示例性具体实施中，图1为根据本公开的实施方案的流程图100，该流程图列出制造太阳能电池的一种方法中的操作。
参见图1的流程图100的操作102，制造太阳能电池的方法包括利用第一基于氢氧化物的蚀刻工艺对硅基板的第一侧表面和第二侧表面均进行纹理化。在某个实施方案中，第一侧表面为前侧表面，并且第二侧表面为背侧表面。在另一个实施方案中，第一侧表面为背侧表面，并且第二侧表面为前侧表面。
在某个实施方案中，第一基于氢氧化物的蚀刻工艺为第一基于氢氧化钾的蚀刻工艺。在某个实施方案中，以化学浴方式对硅基板应用第一基于氢氧化物的蚀刻工艺。
参见图1的流程图100中的操作104，利用第二基于氢氧化物的蚀刻工艺减小硅基板的纹理化的第二侧表面的表面粗糙度因子。
在某个实施方案中，第二基于氢氧化物的蚀刻工艺包括使硅基板的纹理化的第二侧表面暴露于介于50-90摄氏度之间的温度下的5-45重量百分比的氢氧化钾的水溶液中1-30分钟。在一个特定的此类实施方案中，温度介于60-85摄氏度之间。
在另一个实施方案中，第二基于氢氧化物的蚀刻工艺包括使硅基板的纹理化的第二侧表面暴露于介于50-90摄氏度之间的温度下的3-45重量百分比的氢氧化钠的水溶液中1-30分钟。在一个特定的此类实施方案中，温度介于60-85摄氏度之间。
在某个实施方案中，第一基于氢氧化物的蚀刻工艺为第一基于氢氧化钾的蚀刻工艺，并且第二基于氢氧化物的蚀刻工艺为第二基于氢氧化钾的蚀刻工艺。在某个实施方案中，使用喷雾工具、辊或单侧蚀刻浴对硅基板的纹理化的第二侧表面应用第二基于氢氧化物的蚀刻工艺。
在某个实施方案中，减小硅基板的纹理化的第二侧表面的表面粗糙度因子包括使平均表面粗糙度(Ra)从介于475-525纳米之间减小至介于175-225纳米之间。在某个实施方案中，减小硅基板的纹理化的第二侧表面的表面粗糙度因子包括使峰值表面粗糙度(Rp)从介于1600-1700纳米之间减小至介于400-550纳米之间。
参见图1的流程图100中的操作106，在减小硅基板的纹理化的第二侧表面的表面粗糙度因子之后，在硅基板的第二侧表面上形成发射极区。
在另一个示例性具体实施中，图2A-2C示出了根据本公开的实施方案的太阳能电池制造中的各个阶段的剖视图。
参见图2A，基板200包括前侧表面202和背侧表面204。在某个实施方案中，基板200为单晶硅基板。在一个此类实施方案中，单晶硅基板为N型掺杂硅基板。在某个实施方案中，基板200为原始铸块经过切割和抛光工艺之后得到的可直接使用的基板。
参见图2B，对图2A的结构的基板200的前侧表面202和背侧表面206均进行纹理化以形成纹理化前侧表面206和纹理化的背侧表面208。
在某个实施方案中，使用随机碱性纹理化形成纹理化前侧表面206和纹理化的背侧表面208，这可以降低反射率并提高太阳能电池的效率。此类纹理化溶液可包括碱性蚀刻剂，诸如氢氧化钾(KOH)、氢氧化钠(NaOH)或四甲基氢氧化铵(TMAH)，并且可能包括表面活性剂诸如异丙醇(IPA)或类似的醇。
在某个实施方案中，基板200的前侧表面202和背侧表面206均使用第一基于氢氧化物的蚀刻工艺进行纹理化。在一个此类实施方案中，第一基于氢氧化物的蚀刻工艺为第一基于氢氧化钾的蚀刻工艺。在一个实施方案中，以化学浴方式对基板200应用第一基于氢氧化物的蚀刻工艺。
在一个特定的实施方案中，第一基于氢氧化物的蚀刻工艺包括使用重量百分比大约为2的氢氧化钾(KOH)水溶液，在大约50-85摄氏度范围内的温度下，蚀刻大约在10-20分钟范围内的持续时间。在某个实施方案中，在纹理化蚀刻工艺后接着进行冲洗，例如用去离子(DI)水冲洗。
在某个实施方案中，对基板200的前侧表面202和背侧表面204执行纹理化之前，利用预纹理化湿法清洁工艺对基板200进行处理。在一个此类实施方案中，预纹理化湿法清洁工艺包括用氢氧化物水溶液诸如但不限于氢氧化钾(KOH)水溶液、氢氧化钠(NaOH)水溶液或四甲基氢氧化铵(TMAH)水溶液进行处理。在一个具体的此类实施方案中，预纹理化湿法清洁工艺包括用重量百分比大约在20-45范围内的的氢氧化钾(KOH)水溶液，在大约60-85摄氏度范围内的温度下，处理大约在60-120秒范围内的持续时间。在另一个实施方案中，预处理工艺包括以下一种或多种：(1)KOH或NaOH与H2O2的稀释混合物，其中组分以少于5体积％的量存在；(2)其中溶解有臭氧的去离子水浴工艺；(3)气态臭氧处理；和/或(4)UV清洁处理。在某个实施方案中，在预处理工艺后接着进行冲洗，例如用去离子(DI)水冲洗。
参见图2C，减小基板200的纹理化的背侧表面208的表面粗糙度因子，以提供经过抛光的背侧表面210。
在某个实施方案中，使用第二基于氢氧化物的蚀刻工艺减小基板200的纹理化的背侧表面208的表面粗糙度因子。在一个此类实施方案中，第二基于氢氧化物的蚀刻工艺采用介于50-90摄氏度之间的温度下的5-45重量百分比的氢氧化钾的水溶液蚀刻1-30分钟。在一个特定的此类实施方案中，温度介于60-85摄氏度之间。
在另一个此类实施方案中，第二基于氢氧化物的蚀刻工艺采用介于50-90摄氏度之间的温度下的3-45重量百分比的氢氧化钠的水溶液蚀刻1-30分钟。在一个特定的此类实施方案中，温度介于60-85摄氏度之间。
在某个实施方案中，使用喷雾工具、辊或单侧蚀刻浴仅对基板200的纹理化的背侧表面208应用第二基于氢氧化物的蚀刻工艺。在某个实施方案中，在减小表面粗糙度因子的工艺后接着进行冲洗，例如用去离子(DI)水冲洗。
在某个实施方案中，使基板200的纹理化的背侧表面208的平均表面粗糙度(Ra)从介于475-525纳米之间减小至介于175-225纳米，以提供经过抛光的背侧表面210。在某个实施方案中，使基板200的纹理化的背侧表面208的峰值表面粗糙度(Rp)从介于1600-1700纳米之间减小至介于400-550纳米，以提供经过抛光的背侧表面210。在某个实施方案中，在减小基板200的纹理化的背侧表面208的表面粗糙度因子以提供经过抛光的背侧表面210之前和之后，基板200的纹理化前侧表面206的纹理化图案和表面粗糙度因子基本上相同。
在某个实施方案中，在减小基板200的纹理化的背侧表面208的表面粗糙度因子之后，在基板200的经过抛光的背侧表面210上形成发射极区。具有形成在基板诸如硅基板的经过抛光的背侧表面上的示例性太阳能电池架构如下文结合图4A、图4B和图5所详述。
在一个示例性展示中，图3A包括根据本公开的实施方案的硅基板表面的显微图：(i)在利用第一基于氢氧化物的蚀刻剂进行纹理化之后(显微图300A)，(ii)在利用第二基于氢氧化物的蚀刻剂进行抛光之后(显微图350A)。
参见图3A，从显微图300A转至显微图350A，利用碱性抛光实现了粗糙度减小。共焦激光显微镜显示，显微图300A中的样品的平均表面粗糙度(Ra)为504纳米，并且峰值表面粗糙度(Rp)为1655纳米。显微图350A中的样品的平均表面粗糙度(Ra)为209纳米，并且峰值表面粗糙度(Rp)为485纳米。
在另一示例性展示中，图3B包括根据本公开的实施方案的硅基板表面的高度图：(i)在利用第一基于氢氧化物的蚀刻剂进行纹理化之后(高度图300B)，(ii)在利用第二基于氢氧化物的蚀刻剂进行抛光之后(高度图350B)。
参见图3B，从高度图300B转至高度图350B，利用碱性抛光实现了粗糙度减小。高度图300B中的样品的平均表面粗糙度(Ra)为504纳米，并且峰值表面粗糙度(Rp)为1655纳米。高度图350B中的样品的平均表面粗糙度(Ra)为209纳米，并且峰值表面粗糙度(Rp)为485纳米。
作为第一示例性太阳能电池架构，图4A示出了根据本公开的实施方案的背接触太阳能电池的一部分的剖视图。
参见图4A，太阳能电池400包括具有光接收表面402和与光接收表面402相对的背侧表面的基板401。多个交替的N型发射极区410和P型发射极区412位于介电层414上，所述介电层位于基板401的背侧表面的部分416上。在某个实施方案中，基板401的背侧表面的部分416具有的非零表面粗糙度因子小于基板401的光接收表面402的表面粗糙度因子。在某个实施方案中，基板401为单晶硅基板。在某个实施方案中，介电层414为厚度约2纳米或更小的氧化硅层或二氧化硅层。
在某个实施方案中，基板401的光接收表面402的表面粗糙度因子为介于475-525纳米之间的平均表面粗糙度(Ra)。基板401的背侧表面的部分416的非零表面粗糙度因子为介于175-225纳米的平均表面粗糙度(Ra)。
在某个实施方案中，基板401的光接收表面402的表面粗糙度因子为介于1600-1700纳米之间的峰值表面粗糙度(Rp)。基板401的背侧表面的部分416的非零表面粗糙度因子为介于400-550纳米的峰值表面粗糙度(Rp)。
再次参见图4A，在某个实施方案中，钝化介电层404诸如氧化硅或二氧化硅层设置在基板401的光接收表面402上。可选的一个或多个中间材料层406诸如非晶硅层设置在钝化介电层404上。抗反射涂层(ARC)408诸如氮化硅层设置在可选的一个或多个中间材料层406上，如图所示，或者设置在钝化介电层404上。
再次参见图4A，在某个实施方案中，沟槽418设置在交替的N型发射极区410和P型发射极区412之间。在一个此类实施方案中，沟槽418具有纹理化表面，如图所示。在一个特定实施方案中，基板401的背侧表面的部分416的非零表面粗糙度因子小于沟槽418的纹理化表面的表面粗糙度因子。
再次参见图4A，在某个实施方案中，导电触点结构420/422通过以下方式制造：首先对绝缘层424进行沉积和图案化以具有开口，然后在开口中形成一个或多个导电层。如下所述，在某个实施方案中，导电触点结构420/422包含金属并通过沉积、光刻和蚀刻方法形成，或者另选地通过印刷工艺或电镀工艺形成，再或者另选地通过箔或线粘合工艺形成。
作为第二示例性太阳能电池架构，图4B示出了根据本公开的另一实施方案的另一背接触太阳能电池的一部分的剖视图。
参见图4B，太阳能电池430包括具有光接收表面432和与光接收表面432相对的背侧表面460的基板431。多个交替的N型发射极区450和P型发射极区452位于基板431内，在基板431的背侧表面460处。在某个实施方案中，基板431的背侧表面460具有的非零表面粗糙度因子小于基板431的光接收表面432的表面粗糙度因子。在某个实施方案中，基板431为单晶硅基板。
在某个实施方案中，基板431的光接收表面432的表面粗糙度因子为介于475-525纳米之间的平均表面粗糙度(Ra)。基板431的背侧表面460的非零表面粗糙度因子为介于175-225纳米的平均表面粗糙度(Ra)。
在某个实施方案中，基板431的光接收表面432的表面粗糙度因子为介于1600-1700纳米之间的峰值表面粗糙度(Rp)。基板431的背侧表面460的非零表面粗糙度因子为介于400-550纳米的峰值表面粗糙度(Rp)。
再次参见图4B，在某个实施方案中，钝化介电层434诸如氧化硅或二氧化硅层设置在基板431的光接收表面432上。可选的一个或多个中间材料层436诸如非晶硅层设置在钝化介电层434上。抗反射涂层(ARC)438诸如氮化硅层设置在可选的一个或多个中间材料层436上，如图所示，或者设置在钝化介电层434上。
再次参见图4B，在某个实施方案中，导电触点结构470/472通过以下方式制造：首先对绝缘层474进行沉积和图案化以具有开口，然后在开口中形成一个或多个导电层。如下所述，在某个实施方案中，导电触点结构470/472包含金属并通过沉积、光刻和蚀刻方法形成，或者另选地通过印刷工艺或电镀工艺形成，再或者另选地通过箔或线粘合工艺形成。
一个或多个实施方案涉及混合太阳能电池。为提供语境，混合或差异化架构承诺更少的工艺操作和更简单的架构，同时提供高效率的潜力。具体地，本文所述的一个或多个实施方案涉及形成太阳能电池的P+和N+多晶硅发射极区，其中P+和N+多晶硅发射极区的相应结构彼此不同。相比于其他太阳能电池架构，所得结构可提供相关的更低击穿电压和更低功率损耗。
作为第三示例性太阳能电池架构，并且作为混合架构的示例，图5示出了根据本公开的另一实施方案的另一背接触太阳能电池的一部分的剖视图。
参见图5，太阳能电池500包括具有与背侧表面相对的光接收表面504的基板502。第一导电类型的第一多晶硅发射极区508设置在第一薄介电层510上，所述第一薄介电层设置在基板502的背侧表面的部分506上。基板502的背侧表面的部分506具有的非零表面粗糙度因子小于基板502的光接收表面504的表面粗糙度因子。第二不同导电类型的第二多晶硅发射极区512设置在第二薄介电层514上，所述第二薄介电层设置在基板502的背侧表面中的沟槽507中。第二多晶硅发射极区512的一部分与第一多晶硅发射极区508的一部分重叠。
在某个实施方案中，基板502为单晶硅基板。在一个实施方案中，第一导电类型为P型，并且第二导电类型为N型。在另一实施方案中，第一导电类型为N型，并且第二导电类型为P型。
在某个实施方案中，基板502的光接收表面504的表面粗糙度因子为介于475-525纳米之间的平均表面粗糙度(Ra)。基板502的背侧表面的部分506的非零表面粗糙度因子为介于175-225纳米的平均表面粗糙度(Ra)。
在某个实施方案中，基板502的光接收表面504的表面粗糙度因子为介于1600-1700纳米之间的峰值表面粗糙度(Rp)。基板502的背侧表面的部分506的非零表面粗糙度因子为介于400-550纳米的峰值表面粗糙度(Rp)。
再次参见图5，在某个实施方案中，第三薄介电层516侧向地设置在第一多晶硅发射极区508和第二多晶硅发射极区512之间。在某个实施方案中，第一导电触点结构518设置在第一多晶硅发射极区508上。第二导电触点结构520设置在第二多晶硅发射极区512上。
再次参见图5，在某个实施方案中，太阳能电池500还包括设置在第一多晶硅发射极区508上的绝缘层522。第一导电触点结构518被设置为穿过绝缘层522。另外，第二多晶硅发射极区512的一部分与绝缘层522重叠但与第一导电触点结构518分开。在某个实施方案中，第二导电类型的另外多晶硅层524设置在绝缘层522上，并且第一导电触点结构518被设置为穿过多晶硅层524并且穿过绝缘层522，如图5所示。在一个此类实施方案中，另外的多晶硅层524和第二多晶硅发射极区512由相同层形成，该层毯覆式沉积并且随后加以刻划以在其中提供划线526。
再次参考图5，在某个实施方案中，沟槽507具有纹理化表面528。在一个此类实施方案中，第二多晶硅发射极区512和第二薄介电层514与纹理化表面528共形，如图5所示。在一个特定实施方案中，基板502的背侧表面的部分506的非零表面粗糙度因子小于沟槽507的纹理化表面528的表面粗糙度因子。
再次参见图5，在某个实施方案中，太阳能电池500还包括设置在基板502的光接收表面504上的第四薄介电层530。N型多晶硅层532设置在第四薄介电层532上。抗反射涂层(ARC)534诸如氮化硅层设置在N型多晶硅层532上。在一个此类实施方案中，第四薄介电层532由用于形成第二薄介电层514的相同工艺形成。
在某个实施方案中，基板502为N型单晶硅基板。在某个实施方案中，第一薄介电层510、第二薄介电层514和第三薄介电层516包含二氧化硅。然而，在另一个实施方案中，第一薄介电层510和第二薄介电层514包含二氧化硅，而第三薄介电层516包含氮化硅。在某个实施方案中，绝缘层522包括二氧化硅。
参见图4A、图4B和图5，在某个实施方案中，导电触点420/422或470/472或518/520的制造涉及包含一个或多个溅射、电镀或粘合的导电层。在某个实施方案中，通过首先在相应的发射极区的暴露部分(例如，上述P型多晶硅层或N型多晶硅层的暴露部分)上形成金属晶种层来形成导电触点420/422或470/472或518/520。在一个具体的此类实施方案中，首先形成掩模以仅暴露N型发射极区和P型发射极区的选定部分，以便将金属晶种层的形成引导至受限位置。
在某个实施方案中，所述金属晶种层为铝基金属晶种层。在某个实施方案中，所述金属晶种层包括具有厚度大约在0.05微米至20微米范围内的层，并且包括含量大于大约90原子百分比的铝。在某个实施方案中，所述金属晶种层沉积为覆盖层，随后进行图案化，例如使用沉积、光刻和蚀刻方法。在另一个实施方案中，所述金属晶种层沉积为图案化层。在一个此类实施方案中，通过印刷图案化的金属晶种层来沉积图案化的金属晶种层。
在某个实施方案中，触点形成还包括通过在所述金属晶种层上电镀形成金属层以形成导电触点420/422或470/472或518/520。在某个实施方案中，所述金属层为铜层。因此，在某个实施方案中，通过首先形成金属晶种层然后执行电镀工艺来形成导电触点420/422或470/472或518/520。
在另一个实施方案中，通过印刷糊剂来形成导电触点420/422或470/472或518/520。所述糊剂可以由溶剂和铝/硅(Al/Si)合金颗粒组成。然后可以执行后续的电镀或无电镀工艺。糊剂可以在金属晶种层之外或者代替金属晶种层形成。
在另一个实施方案中，通过首先形成金属晶种层然后将金属箔层粘附到所述金属晶种层上来形成导电触点420/422或470/472或518/520。在一个此类实施方案中，所述金属箔是厚度大约在5-100微米范围内的铝(Al)箔。在一个实施方案中，Al箔为包含铝和第二元素(诸如但不限于铜、锰、硅、镁、锌、锡、锂或它们的组合)的铝合金箔。在一个实施方案中，Al箔为回火级(temper grade)箔，诸如但不限于F级(自由状态)、O级(全软)、H级(应变硬化)或T级(热处理)。在一个实施方案中，铝箔为阳极氧化铝箔。在某个实施方案中，将所述金属箔焊接到所述金属晶种层。随后可以对所述金属箔进行图案化，例如通过激光烧蚀和/或蚀刻。
在另一个实施方案中，在所述金属晶种层上形成金属线。在一个此类实施方案中，所述金属线是铝(Al)或铜(Cu)线。在某个实施方案中，将所述金属线焊接到所述金属晶种层。
应当理解，可实施上文描述的一个或多个工艺以制造太阳能电池。可以实现上述工艺的全部，或者可以实现上述一个或多个工艺的部分以制造太阳能电池。
虽然参考上述实施方案具体描述了某些材料，但是在此类实施方案中，可用其他材料来容易地取代其中的一些材料，这些实施方案仍然在本公开实施方案的精神和范围内。例如，在某个实施方案中，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N+型和随后P+型掺杂。在其他实施方案中，使用P型掺杂基板来代替N型掺杂基板。在其他实施方案中，用于掺杂基板的掺杂窗口为相对较大的掺杂窗口。另外，虽然主要提及背接触太阳能电池布置，但应当理解，本文所述的方法也可应用于前接触电极太阳能电池。在其他实施方案中，上述方法可适用于太阳能电池以外的制造。例如，发光二极管(LED)的制造可受益于本文所述的方法。
此外，在某个实施方案中，集群化学气相沉积(CVD)工具可用于在工艺工具中单程将上文所述的工艺操作中的许多操作加以组合。例如，在一个此类实施例中，多达四项不同CVD操作和一项RTP操作可在集群工具中单程进行。CVD操作可包括沉积以下层，诸如上文所述的背面P+多晶硅层、正面N+多晶硅层和背面N+多晶硅层两者以及ARC层。在一个实施方案中，集群CVD工具为等离子体增强化学气相沉积(PECVD)工具。
因此，本发明已经公开了太阳能电池表面的化学抛光及所得的结构。
尽管上面已经描述了具体实施方案，但即使相对于特定的特征仅描述了单个实施方案，这些实施方案也并非旨在限制本公开的范围。除非另有说明，否则本公开中所提供的特征的示例旨在为例证性的而非限制性的。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(或要求其优先权的申请)的审查过程期间针对任何此类特征组合提出新的权利要求。具体地，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。

Claims (20)

1.一种制造太阳能电池的方法，所述方法包括：
利用第一基于氢氧化物的蚀刻工艺对硅基板的第一侧表面和第二侧表面均进行纹理化；
利用第二基于氢氧化物的蚀刻工艺减小所述硅基板的纹理化的第二侧表面的表面粗糙度因子，使得所述硅基板的第二侧表面的表面粗糙度因子小于所述硅基板的所述第一侧表面的表面粗糙度因子；以及
在减小所述硅基板的所述纹理化的第二侧表面的所述表面粗糙度因子之后，在所述硅基板的所述第二侧表面上形成发射极区。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述第二基于氢氧化物的蚀刻工艺包括使所述硅基板的所述纹理化的第二侧表面暴露于介于50-90摄氏度之间的温度下的5-45重量百分比的氢氧化钾的水溶液中1-30分钟。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述第二基于氢氧化物的蚀刻工艺包括使所述硅基板的所述纹理化的第二侧表面暴露于介于50-90摄氏度之间的温度下的3-45重量百分比的氢氧化钠的水溶液中1-30分钟。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一基于氢氧化物的蚀刻工艺为第一基于氢氧化钾的蚀刻工艺，并且所述第二基于氢氧化物的蚀刻工艺为第二基于氢氧化钾的蚀刻工艺。
5.根据权利要求1所述的方法，其中使用喷雾工具、辊或单侧蚀刻浴对所述硅基板的所述纹理化的第二侧表面应用所述第二基于氢氧化物的蚀刻工艺。
6.根据权利要求5所述的方法，其中以化学浴方式对所述硅基板应用所述第一基于氢氧化物的蚀刻工艺。
7.根据权利要求1所述的方法，其中减小所述硅基板的所述纹理化的第二侧表面的所述表面粗糙度因子包括使平均表面粗糙度(Ra)从介于475-525纳米之间减小至介于175-225纳米之间。
8.根据权利要求1所述的方法，其中减小所述硅基板的所述纹理化的第二侧表面的所述表面粗糙度因子包括使峰值表面粗糙度(Rp)从介于1600-1700纳米之间减小至介于400-550纳米之间。
9.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一侧表面为前侧表面，并且所述第二侧表面为背侧表面。
10.一种太阳能电池，包括：
基板，所述基板具有光接收表面和背侧表面；以及
多个交替的N型发射极区和P型发射极区，所述多个交替的N型发射极区和P型发射极区在所述基板的所述背侧表面的一部分之中或之上，其中所述基板的所述背侧表面的所述部分具有的非零表面粗糙度因子小于所述基板的所述光接收表面的表面粗糙度因子。
11.根据权利要求10所述的太阳能电池，其中所述基板的所述光接收表面的所述表面粗糙度因子为介于475-525纳米之间的平均表面粗糙度(Ra)，并且其中所述基板的所述背侧表面的所述部分的所述非零表面粗糙度因子为介于175-225纳米之间的平均表面粗糙度(Ra)。
12.根据权利要求10所述的太阳能电池，其中所述基板的所述光接收表面的所述表面粗糙度因子为介于1600-1700纳米之间的峰值表面粗糙度(Rp)，并且其中所述基板的所述背侧表面的所述部分的所述非零表面粗糙度因子为介于400-550纳米之间的峰值表面粗糙度(Rp)。
13.根据权利要求10所述的太阳能电池，其中所述基板为单晶硅基板。
14.根据权利要求10所述的太阳能电池，其中所述多个交替的N型发射极区和P型发射极区在所述基板的所述背侧表面的所述部分中。
15.根据权利要求10所述的太阳能电池，其中所述多个交替的N型发射极区和P型发射极区在所述基板的所述背侧表面的所述部分的介电层上。
16.一种太阳能电池，包括：
基板，所述基板具有光接收表面和背侧表面；
第一导电类型的第一多晶硅发射极区，所述第一导电类型的第一多晶硅发射极区设置在第一薄介电层上，所述第一薄介电层设置在所述基板的所述背侧表面的一部分上，其中所述基板的所述背侧表面的所述部分具有的非零表面粗糙度因子小于所述基板的所述光接收表面的表面粗糙度因子；以及
不同的第二导电类型的第二多晶硅发射极区，所述不同的第二导电类型的第二多晶硅发射极区设置在第二薄介电层上，所述第二薄介电层设置在所述基板的所述背侧表面中的沟槽中，其中所述第二多晶硅发射极区的部分与所述第一多晶硅发射极区的部分重叠。
17.根据权利要求16所述的太阳能电池，其中所述基板的所述光接收表面的所述表面粗糙度因子为介于475-525纳米之间的平均表面粗糙度(Ra)，并且其中所述基板的所述背侧表面的所述部分的所述非零表面粗糙度因子为介于175-225纳米之间的平均表面粗糙度(Ra)。
18.根据权利要求16所述的太阳能电池，其中所述基板的所述光接收表面的所述表面粗糙度因子为介于1600-1700纳米之间的峰值表面粗糙度(Rp)，并且其中所述基板的所述背侧表面的所述部分的所述非零表面粗糙度因子为介于400-550纳米之间的峰值表面粗糙度(Rp)。
19.根据权利要求16所述的太阳能电池，其中所述基板为单晶硅基板。
20.根据权利要求16所述的太阳能电池，其中所述第一导电类型为P型，并且所述不同的第二导电类型为N型。
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