CN114122162A - 具有区分开的p型和n型架构并且包含点状扩散的太阳能电池发射极区的制造 - Google Patents

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Abstract

本文描述了制造具有区分开的P型和N型架构并且包含点状扩散的太阳能电池发射极区的方法，以及所得太阳能电池。在一个示例中，太阳能电池包括具有光接收表面和背表面的基板。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表面上。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所述基板的所述背表面上的多个非连续沟槽中。

Description

具有区分开的P型和N型架构并且包含点状扩散的太阳能电池 发射极区的制造
本申请是基于2015年9月15日提交的、申请号为2015800565777、发明创造名称为“具有区分开的P型和N型架构并且包含点状扩散的太阳能电池发射极区的制造”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，涉及制造具有区分开的P型和N型架构并且包含点状扩散的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，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。电子和空穴对迁移至基板中的p掺杂区域和n掺杂区域，从而在掺杂区域之间产生电压差。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。
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至图6示出了根据本公开实施例的太阳能电池制造中的各个阶段的剖视图和平面图，其中：
图1示出了太阳能电池制造中的一个阶段的剖视图，其涉及在形成于基板背表面上的第一薄介电层上形成第一导电类型的第一硅层；
图2示出了图1的结构的剖视图和对应的平面图，其中所述结构经过图案化绝缘层和第一硅层，以形成其上具有绝缘顶盖的第一导电类型的第一硅区；
图3示出了图2的结构的剖视图，其中所述结构经过沟槽表面纹理化，以形成在基板内具有纹理化的表面的纹理化的凹陷部或沟槽；
图4示出了形成第二薄介电层和第三薄介电层以及第二硅层之后的图3的结构的剖视图和对应的平面图；
图5示出了图4的结构的剖视图和对应的平面图，其中所述结构经过图案化第二硅层以形成隔离的第二硅区，以及在第二硅层的多个区中形成接触开口；以及
图6示出了形成多个导电触点之后的图5的结构的剖视图。
图7为根据本公开的实施例的流程图，该流程图列出与图1至图6相对应的太阳能电池的制造方法中的操作。
图8A和图8B示出了根据本公开的另一个实施例的另一种太阳能电池的制造中的各个阶段的剖视图。
图9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。
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。
“被配置为”。各个单元或部件可被描述或声明成“被配置为”执行一项或多项任务。在这样的语境下，“被配置为”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/部件说成是被配置为执行任务。详述某一单元/电路/部件“被配置为”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”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。
本文描述了制造具有区分开的P型和N型架构并且包含点状扩散的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。
本文公开了太阳能电池。在一个实施例中，太阳能电池包括具有光接收表面和背表面的基板。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表面上。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所述基板的所述背表面上的多个非连续沟槽中。
本文还公开了制造太阳能电池的方法。在一个实施例中，一种制造太阳能电池的方法涉及在形成于基板的背表面上的第一薄介电层上形成第一导电类型的第一硅层，以提供太阳能电池的第一发射极区。基板具有光接收表面和背表面。该方法还包括在第一硅层上形成绝缘层。该方法还包括在绝缘层和第一硅层中形成多个开口，以及在基板的背表面中形成对应的多个非连续沟槽。该方法还包括在形成于多个非连续沟槽中的第二薄介电层上形成第二不同导电类型的第二硅层，以提供太阳能电池的第二发射极区。
在另一个实施例中，一种制造太阳能电池的交替的N型发射极区和P型发射极区的方法涉及在形成于N型单晶硅基板的背表面上的第一薄介电层上形成P型硅层。该方法还涉及在P型硅层上形成绝缘层。该方法还涉及通过激光烧蚀图案化绝缘层和P型硅层，以形成其上具有绝缘顶盖的P型硅区并暴露N型单晶硅基板的多个区，所述N型单晶硅基板的多个区中的每个区具有在N型单晶硅基板中形成的多个非连续沟槽。该方法还涉及在P型硅区的暴露侧上形成第二薄介电层。该方法还涉及在第二薄介电层上，在P型硅区的绝缘顶盖上以及在第三薄介电层上形成N型硅层，其中该第三薄介电层形成在N型单晶硅基板的多个区中的每个区的多个非连续沟槽中的每个沟槽中。该方法还涉及图案化N型硅层以形成隔离的N型硅区，以及在P型硅区的绝缘顶盖上方的N型硅层的区中形成接触开口，每个隔离的N型硅区电耦接到N型单晶硅基板的多个区中的对应的一个区。该方法还涉及形成多个导电触点，每个导电触点电连接到P型硅区中的一个或隔离的N型硅区中的一个。
本文所述的一个或多个实施例涉及具有点状扩散的太阳能电池的制造。在一个实施例中，实现具有区分开的P型和N型架构的点状扩散设计，使得能够制造出具有较稳定且较低反向偏置击穿的激光图案化发射极。点状扩散可使用激光烧蚀制造，如下面更详细的描述。然而，在其他实施例中，还可实现非激光岛状扩散形成，例如通过使用印刷蚀刻剂，或通过掩模和蚀刻方法。
为说明背景，使用激光器来对传统太阳能电池结构中的发射极进行图案化可能是有挑战性的，因为对于线性发射极，需要移除大面积的材料。当使用二极管泵浦固态(DPSS)激光器时，可能难以执行移除并且可能引起单位小时产能(UPH)上的挑战。一些设计还依赖于边缘竖直侧壁结作为用于反向偏置击穿的路径，因此需要非常均匀。在使用重叠点的情况下，使用“清洗”激光工艺来形成这种边缘竖直侧壁结可能是困难的，正如对于形成连续发射极的脉冲激光器的情况一样。反向击穿电压也与用作击穿区的对接结的长度成比例。
为了解决上述问题中的一个或多个，在一个实施例中，提到点状设计，其中可以轻松地控制光点尺寸，并且可放置高密度的点，从而可得到改善的器件击穿性能。在具体实施例中，形成点阵列作为发射极可实现更快的激光处理、更均匀的烧蚀(例如，非重叠点)，以获得更好的侧壁、使用更低的能量(例如，打开UV激光器开口可使侧壁均匀性更佳)，并且可以提高击穿电压。使用具有区分开的P型和N型架构的点状发射极设计的其他益处可包括下列项中的一个或多个：(1)增加结面积以实现较低的击穿电压；(2)消除对重叠的需要，以形成连续发射极；(3)改善UPH问题；(4)改善边缘重叠和控制问题；(5)通过使用毯覆式N型非晶硅(n-a-Si)沉积来减少岛接触问题；(6)使得能够形成基板的单行、双行、三行等离散N型区(‘N-岛’)；(7)使得能够调整岛的尺寸；和/或(8)使得能够使用基于UV或CO2的激光源来将氧化物移除干净并产生干净的侧壁，而不会严重损坏发射极。
在第一示例性工艺流程中，图1至图6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7为根据本公开的实施例的流程图700，该流程图列出与图1至图6相对应的太阳能电池的制造方法中的操作。
参见图1和流程图700的对应操作702，制造太阳能电池的交替的N型发射极区和P型发射极区的方法涉及在形成于基板102的背表面上的第一薄介电层104上形成第一导电类型的第一硅层106。
在一个实施例中，基板102为单晶硅基板，诸如块体单晶N型掺杂硅基板。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，第一薄介电层104为薄氧化物层，诸如厚约2纳米或更小的隧道介电氧化硅层。
在一个实施例中，第一硅层106为多晶硅层，该多晶硅层通过原位掺杂、后沉积注入或它们的组合加以掺杂以具有第一导电类型。在另一个实施例中，第一硅层106为非晶硅层诸如由a-Si:H表示的氢化硅层，其在沉积非晶硅层之后，用第一导电类型的掺杂物进行注入。在一个此类实施例中，随后对第一硅层106进行退火(至少在工艺流程的某个后续阶段)以最终形成多晶硅层。在一个实施例中，对于多晶硅层或非晶硅层中的任一者而言，如果进行后沉积注入，则通过使用离子束注入或等离子体浸渍注入进行该注入。在一个此类实施例中，使用遮蔽掩模进行注入。在一个具体实施例中，第一导电类型为P型(例如，使用硼杂质原子形成)。
再次参见图1并且现在参见流程图700的对应操作704，在第一硅层106上形成绝缘层108。在一个实施例中，绝缘层108包含二氧化硅。
参见图2和流程图700的对应操作706，将绝缘层108和第一硅层106图案化以形成上面具有绝缘顶盖112的第一导电类型的第一硅区110。在一个实施例中，使用激光烧蚀工艺(例如，直接写入)将绝缘层108和第一硅层106图案化。在适用的情况下，在一个实施例中，在该工艺中也将第一薄介电层104图案化，如图2所示。应当理解，图2的剖视图是沿着图2的平面图的a-a’轴线截取的。
在一个实施例中，图2的激光烧蚀工艺暴露N型单晶硅基板102的多个区109。N型单晶硅基板102的多个区109中的每个区可被视为在形成于N型单晶硅基板102中的沟槽之间具有间隔112(在平面图中可见的间隔)的多个非连续沟槽111(在剖视图中可见)。在图2的剖视图中示出了沟槽109具有进入基板的深度或厚度111的选择。在一个这样的实施例中，多个非连续沟槽109中的每个沟槽在激光烧蚀时形成进入基板102中的小于约10微米的非零深度111。
如上所述，可通过应用激光烧蚀工艺来形成多个开口和对应的多个非连续沟槽109。在一个实施例中，使用激光烧蚀工艺为多个非连续沟槽中的每个沟槽提供约30微米至60微米范围内的宽度(例如，最大直径)。在一个这样的实施例中，多个非连续沟槽109中的依次排列的非连续沟槽形成为以大约在50微米至300微米范围内的距离隔开。远小于50微米的距离可导致沟槽重叠的可能性，这可能是不可取的，如上所述。另一方面，远大于300微米的距离可导致随后形成的触点的接触电阻增加并且连接若干个沟槽109。在一个实施例中，激光烧蚀工艺涉及使用具有近高斯轮廓或具有近平顶轮廓的激光束。
参见图3，可选地，沟槽109的表面可经纹理化形成在基板102内具有纹理化的表面116的纹理化的凹陷部或沟槽114。在相同或类似工艺中，还可将基板102的光接收表面101纹理化，如图3所示。在一个实施例中，使用基于氢氧化物的湿法蚀刻剂形成凹陷部114的至少一部分并且/或者纹理化基板102的暴露部分。纹理化的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和/或暴露表面反射离开的光量。然而，应当理解，可从工作流程中省略背表面的纹理化以及甚至凹陷部形成。还应当理解，如果被实施，纹理化可使沟槽109的深度从最初形成的深度继续增加。
参见图4和流程图700的对应操作708，在第一硅区118的暴露侧上形成第二薄介电层118。在一个实施例中，在氧化工艺中形成第二薄介电层118并且它为薄氧化物层，诸如厚约2纳米或更小的隧道介电氧化硅层。在另一个实施例中，在沉积工艺中形成第二薄介电层118并且其为薄氮化硅层或氧氮化硅层。应当理解，图4的剖视图是沿着图4的平面图的b-b’轴线截取的。
再次参见图4并且现在参见流程图700的对应操作710，在形成于基板102的背表面的暴露部分上的第三薄介电层122上(例如，形成在N型单晶硅基板102的多个区中的每个区的多个非连续沟槽109中的每个沟槽中)，以及在第二薄介电层118和第一硅区110的绝缘顶盖112上，形成第二不同导电类型的第二硅层120。如在剖视图和平面图中所见，第二硅层120(从自上而下的视角)覆盖沟槽区109。
再次参见图4，在相同或类似工艺操作中，还可在基板102的光接收表面101上形成第二导电类型的对应薄介电层122’和第二硅层120’，还如图4所示。另外，虽然未示出，但可在对应的第二硅层120’上形成ARC层。
在一个实施例中，在氧化工艺中形成第三薄介电层122并且它为薄氧化物层，诸如厚约2纳米或更小的隧道介电氧化硅层。在一个实施例中，第二硅层120为多晶硅层，该多晶硅层通过原位掺杂、后沉积注入或它们的组合加以掺杂以具有第二导电类型。在另一个实施例中，第二硅层120为非晶硅层诸如由a-Si:H表示的氢化硅层，其在沉积非晶硅层之后，用第二导电类型的掺杂物进行注入。在一个此类实施例中，随后对第二硅层120进行退火(至少在工艺流程的某个后续阶段)以最终形成多晶硅层。在一个实施例中，对于多晶硅层或非晶硅层中的任一者而言，如果进行后沉积注入，则通过使用离子束注入或等离子体浸渍注入进行该注入。在一个此类实施例中，使用遮蔽掩模进行注入。在一个具体实施例中，第二导电类型为N型(例如，使用磷原子或砷杂质原子形成)。
参见图5和流程图700的对应操作712，将第二硅层120图案化以形成第二导电类型的隔离第二硅区124，以及在第一硅区110的绝缘顶盖112上方的第二硅层120的区域中形成接触开口126。在一个实施例中，每个隔离的N型硅区124电耦接到N型单晶硅基板102的多个区109中的对应的一个(或多个)区。在一个实施例中，硅的离散区125可保留作为图案化工艺的人工痕迹。在一个实施例中，使用激光烧蚀工艺将第二硅层120图案化。应当理解，图5的剖视图是沿着图5的平面图的c-c’轴线截取的。
再次参见图5，将绝缘顶盖112图案化为穿过接触开口126以暴露第一硅区110的部分。在一个实施例中，使用激光烧蚀工艺将绝缘顶盖112图案化。例如，在一个实施例中，使用首次激光通过将第二硅层120图案化，包括形成接触开口126。使用与接触开口126相同位置中的二次激光通过将绝缘顶盖112图案化。如从图5的平面图所见，在一个实施例中，从自上而下的视角看，单个隔离区124(例如，单个隔离的N型硅区)覆盖多个开口109的条带(在图5中示出了每单个隔离区124的三个开口的条带)。
参见图6和流程图700的对应操作714，形成多个导电触点，每个导电触点电连接到P型硅区中的一个或隔离的N型硅区中的一个。在一个示例性实施例中，在第一硅区110的暴露部分上以及在隔离的第二硅区124上形成金属晶种层128。然后将金属层130电镀在金属晶种层上，以分别形成第一硅区110的导电触点132和隔离第二硅区124的导电触点134。在一个实施例中，金属晶种层128为基于铝的金属晶种层，并且金属层130为铜层。在一个实施例中，首先形成掩模以仅暴露第一硅区110和隔离第二硅区124的暴露部分，以便将金属晶种层128形成引导至受限位置。
因此，本文所述的一个或多个实施例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。可实施此类方法以简化太阳能电池制造工艺。此外，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。
再次参见图6，在一个实施例中，制造完成的太阳能电池包括具有光接收表面101和对应的背表面的基板102。第一导电类型的第一多晶硅发射极区110设置在第一薄介电层104上，所述第一薄介电层210设置在基板102的背表面上。第二不同导电类型的第二多晶硅发射极区124设置在第二薄介电层122上，所述第二薄介电层122设置在基板102的背表面上的多个非连续沟槽中(在图6的剖视图中示出为凹陷部)。在一个实施例中，基板102为N型单晶硅基板，第一导电类型为P型，并且第二导电类型为N型。在一个实施例中，太阳能电池为背接触太阳能电池，如图6所示。
在一个实施例中，多个非连续沟槽中的每个沟槽具有约30微米至60微米范围内的宽度，如结合图2所述。在一个实施例中，多个非连续沟槽中的依次排列的非连续沟槽以大约在50微米至300微米范围内的距离隔开，还如结合图2所述。在一个实施例中，多个非连续沟槽中的每个沟槽具有从背表面进入基板102中的约0.5微米至10微米范围内的深度。最终的沟槽深度可由激光烧蚀、纹理化工艺或通过这两者形成。在一个实施例中，每个非连续沟槽具有近似圆形的形状，如图2、图4和图5的平面图所示。如图6所示，每个非连续沟槽具有纹理化的表面。
再次参见图6，在一个实施例中，太阳能电池还包括直接侧向设置在第一多晶硅发射极区110和第二多晶硅发射极区124之间的第三薄介电层118。在一个实施例中，太阳能电池还包括电连接到第一多晶硅发射极区110的第一导电触点结构130，以及电连接到第二多晶硅发射极区124的第二导电触点结构134。在一个实施例中，太阳能电池还包括设置在第一多晶硅发射极区110上的绝缘层112。第一导电触点结构130被设置为穿过绝缘层112。在一个这样的实施例中，第二多晶硅发射极区124的一部分与绝缘层112重叠，但与第一导电触点结构130分开，如图6所示。在另一个实施例中，第二导电类型的多晶硅区125设置在绝缘层112上，并且第一导电触点结构130被设置为穿过第二导电类型的多晶硅区125以及穿过绝缘层112，如图6所示。
在另一方面，本文所述的一个或多个实施例涉及太阳能电池制造的硅化物形成。可将硅化物材料掺入最终太阳能电池结构中，诸如背接触太阳能电池结构或正面接触太阳能电池结构。将硅化物材料用于太阳能电池的多晶硅发射极区的金属化可为此类太阳能电池提供更简单的金属化工艺。例如，如下文更详细地描述，使用硅化物技术从用于接触形成的金属晶种层工艺中有效地移除掩模操作。此外，由于硅化物工艺为自对准工艺，因此可减少对准问题。
在第二示例性工艺流程中，图8A至图8B示出了根据本公开的另一个实施例的另一个太阳能电池的制造中的各个阶段的剖视图。第二示例性工艺流程从图5的结构移至图8A的结构。
参见图8A，在将第二硅层120和绝缘顶盖112图案化(如结合图5所述)之后，由图案化的第二硅层的暴露表面以及由第一硅区110的暴露部分形成金属硅化物层828。在一个实施例中，通过如下方式形成金属硅化物层：在图5的整个结构上方形成毯覆式金属层，加热毯覆式金属层以与暴露的硅反应并形成金属硅化物。随后例如使用所形成硅化物材料可选择的湿法化学清洁工艺移除毯覆式金属层的未反应部分。在一个实施例中，金属硅化物层828包含一种材料，诸如但不限于硅化钛(TiSi2)、硅化钴(CoSi2)、硅化钨(WSi2)或硅化镍(NiSi或NiSi2)。在一个实施例中，使用快速热处理(RTP)退火形成硅化物。在该实施例中，在相同RTP工艺中激活发射极区的硅层中的掺杂物。在一个实施例中，在无氧或低氧环氧中进行RTP工艺以降低硅化金属的氧化。然而，在另一个实施例中，硅化工艺温度低于用于掺杂物激活的单独退火的温度。
参见图8B，将金属层830电镀在金属硅化物层上以分别形成第一硅区110的导电触点832和隔离第二硅区124的导电触点834。在一个实施例中，金属层830为铜层。在一个实施例中，在金属硅化物层上电镀金属之前将该层化学激活。在另一个实施例中，并非通过电镀金属，而是使用铝(Al)箔焊接工艺完成接触形成。
应当理解，相比于结合图6所述的接触形成，结合图8A和图8B所述的接触形成的硅化工艺少使用一个掩模。具体地讲，在硅化工艺中无需通过掩模来引导晶种层，因为硅化物将仅形成于暴露硅的区上，所述区已图案化。因此，在一个实施例中，硅化工艺为自对准工艺，可实施该工艺来减轻对准问题以及可能地减小电池接触制造可实现的间距。
也许更一般地说，结合图9描述包括上述两个处理流程的处理。图9为根据本公开的实施例的流程图900，该流程图列出制造太阳能电池的另一种方法中的操作。参见图9的流程图900的操作902，制造太阳能电池的方法涉及在形成于基板的背表面上的第一薄介电层上形成第一导电类型的第一硅层。在一个实施例中，该工艺操作提供太阳能电池的第一发射极区。参见图9的流程图900的操作904，该方法还涉及在第一硅层上形成绝缘层。参见图9的流程图900的操作906，该方法还涉及在绝缘层和第一硅层中形成多个开口，以及在基板的背表面中形成对应的多个非连续沟槽。参见图9的流程图900的操作908，该方法还涉及在形成于多个非连续沟槽中的第二薄介电层上形成第二不同导电类型的第二硅层。在一个实施例中，该工艺操作提供太阳能电池的第二发射极区。
虽然参考上述实施例具体描述了某些材料，但是在其他此类实施例中，可用其他材料来容易地取代其中的一些材料，这些实施例仍然在本公开实施例的精神和范围内。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。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。在其他实施例中，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，在一个实施例中，集群等离子体增强化学气相沉积(PECVD)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PECVD操作和一项RTP操作可在集群工具中单程进行。PECVD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+多晶硅层以及ARC层。
因此，已公开了制造具有区分开的P型和N型架构并且包含点状扩散的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：具有光接收表面和背表面的基板；设置在第一薄介电层上的第一导电类型的第一多晶硅发射极区，该第一薄介电层设置在基板的背表面上；设置在第二薄介电层上的第二不同导电类型的第二多晶硅发射极区，该第二薄介电层设置在基板的背表面中的多个非连续沟槽中。
在一个实施例中，多个非连续沟槽中的每个沟槽具有大约在30微米至60微米范围内的宽度，并且多个非连续沟槽中的依次排列的沟槽以大约在50微米至300微米范围内的距离隔开。
在一个实施例中，多个非连续沟槽中的每个沟槽具有从背表面进入基板中的约0.5微米至10微米范围内的深度。
在一个实施例中，每个非连续沟槽具有近似圆形的形状。
在一个实施例中，每个非连续沟槽具有纹理化的表面。
在一个实施例中，太阳能电池还包括直接侧向设置在第一多晶硅发射极区和第二多晶硅发射极区之间的第三薄介质层。
在一个实施例中，太阳能电池还包括电连接到第一多晶硅发射极区域的第一导电触点结构，以及电连接到第二多晶硅发射极区域的第二导电触点结构。
在一个实施例中，太阳能电池还包括设置在第一多晶硅发射极区上的绝缘层，第一导电触点结构被设置为穿过绝缘层，并且第二多晶硅发射极区的一部分与绝缘层重叠但与第一导电触点结构分开。
在一个实施例中，太阳能电池还包括设置在第一多晶硅发射极区上的绝缘层，以及设置在绝缘层上的第二导电类型的多晶硅层，并且第一导电触点结构被设置为穿过第二导电类型的多晶硅层并穿过绝缘层。
在一个实施例中，基板是N型单晶硅基板，第一导电类型为P型，第二导电类型为N型，并且太阳能电池是背接触太阳能电池。
在一个实施例中，一种制造太阳能电池的方法包括：在形成于基板的背表面上的第一薄介电层上形成第一导电类型的第一硅层，以提供太阳能电池的第一发射极区，其中所述基板具有光接收表面和背表面；在第一硅层上形成绝缘层；在绝缘层和第一硅层中形成多个开口，并且在基板的背表面中形成对应的多个不连续沟槽；以及在形成于多个非连续沟槽中的第二薄介电层上形成第二不同导电类型的第二硅层，以提供太阳能电池的第二发射极区。
在一个实施例中，形成多个开口和对应的多个非连续沟槽包括应用激光烧蚀工艺。
在一个实施例中，应用激光烧蚀工艺包括形成具有约30微米至60微米范围内的宽度的多个非连续沟槽中的每个沟槽，以及形成以大约在50微米至300微米范围内的距离隔开的多个非连续沟槽中的依次排列的沟槽。
在一个实施例中，应用激光烧蚀工艺包括使多个非连续沟槽中的每个沟槽形成为进入基板到小于约10微米的非零深度。
在一个实施例中，应用激光烧蚀工艺包括使用具有近高斯轮廓或具有近平顶轮廓的激光束。
在一个实施例中，该方法还包括在形成多个非连续沟槽中的第二硅层和第二薄介电层之前，将多个非连续沟槽中的每个沟槽的底表面纹理化。
在一个实施例中，一种制造太阳能电池的交替的N型发射极区和P型发射极区的方法包括：在形成于N型单晶硅基板的背表面上的第一薄介电层上形成P型硅层；在该P型硅层上形成绝缘层；通过激光烧蚀来图案化绝缘层和P型硅层，以形成其上具有绝缘顶盖的P型硅区，并暴露N型单晶硅基板的多个区；N型单晶硅基板的多个区中的每个区包括在所述N型单晶硅基板中形成的多个非连续沟槽；在P型单晶硅基板的暴露侧上形成第二薄介电层；在第二薄介电层上、在P型硅区的绝缘顶盖上，以及在第三薄介电层上形成N型硅层，其中第三薄介电层形成于N型单晶硅基板的多个区中的每个区的多个非连续沟槽中的每个沟槽中；图案化N型硅层以形成隔离的N型硅区并且在P型单晶硅基板的绝缘顶盖上方的N型硅层的区中形成接触开口；每个隔离的N型硅区电耦接到N型单晶硅基板的多个区中的对应的一个区；并且形成多个导电触点，每个导电触点电连接到P型硅区中的一个或隔离的N型硅区中的一个。
在一个实施例中，P型硅层和N型硅层形成为非晶硅层，并且该方法还包括对P型硅层和N型硅层进行退火以分别形成P型多晶硅层和N型多晶硅层。

Claims (20)

1.一种太阳能电池，包括：
基板，所述基板具有光接收表面和背表面；
第一薄介电层，其设置在所述基板的背表面上；
第一导电类型的第一多晶硅发射极区，其设置在所述第一薄介电层上；
第二薄介电层，其设置在在所述基板的所述背表面处的多个非连续区域上方；
第二导电类型的多个隔离的第二多晶硅发射极区，其设置在所述第二薄介电层上；
第一导电触点结构，其电连接到所述第一多晶硅发射极区；
绝缘层，其设置在所述第一多晶硅发射极区上，其中所述第一导电触点结构设置成穿过所述绝缘层，并且其中所述第二多晶硅发射极区的一部分与所述绝缘层重叠但与所述第一导电触点结构分离；以及
第二导电触点结构，其电连接到所述多个隔离的第二多晶硅发射极区，其中所述第二导电触点结构设置在所述多个隔离的第二多晶硅发射极区和所述绝缘层的第一部分上方。
2.根据权利要求1所述的太阳能电池，其中所述绝缘层的所述第一部分设置在所述基板的所述背表面处的两个非连续区域之间。
3.根据权利要求1所述的太阳能电池，还包括在所述第一多晶硅发射极区与所述多个隔离的第二多晶硅发射极区中的至少一个第二多晶硅发射极区之间的第三薄介电层，所述第三薄介电层具有与所述第一多晶硅发射极区的最上表面共面的最上表面。
4.根据权利要求1所述的太阳能电池，其中所述多个非连续区域中的每一个具有大约在30微米至60微米范围内的宽度，并且其中所述多个非连续区域中的连续区域以大约在50微米至300微米范围内的距离间隔开。
5.根据权利要求1所述的太阳能电池，其中所述多个非连续区域中的每一个具有从所述背表面到所述基板中的大约在0.5微米至10微米范围内的深度。
6.根据权利要求1所述的太阳能电池，其中所述多个非连续区域中的每一个具有近似圆形的形状。
7.根据权利要求1所述的太阳能电池，其中所述多个非连续区域中的每一个具有纹理化表面。
8.根据权利要求7所述的太阳能电池，其中所述第二薄介电层被限制到所述多个非连续区域，并且与所述多个非连续区域的所述纹理化表面共形。
9.根据权利要求1所述的太阳能电池，其中所述第二薄介电层与所述第一导电触点结构物理地分离。
10.根据权利要求1所述的太阳能电池，其中所述第一多晶硅发射极区与所述多个隔离的第二多晶硅发射极区中的至少一个横向相邻，并且通过所述第三薄介电层与所述多个隔离的第二多晶硅发射极区电隔离，所述第三薄介电层与所述第二薄介电层不连续。
11.根据权利要求10所述的太阳能电池，其中所述第三薄介电层具有竖直厚度和横向厚度，并且所述竖直厚度大于所述横向厚度。
12.一种太阳能电池，包括：
基板，其具有光接收表面和背表面；
第一薄介电层，其设置在所述基板的所述背表面上；
N+导电类型的第一多晶硅发射极区，其设置在所述第一薄介电层上；
第二薄介电层，其设置在所述基板的所述背表面处的多个非连续区域上方；
多个隔离的P+导电类型的第二多晶硅发射极区，其设置在所述第二薄介电层上；
第一导电触点结构，其电连接到所述第一多晶硅发射极区；
绝缘层，其设置在所述第一多晶硅发射极区上，其中所述第一导电触点结构设置为穿过所述绝缘层，并且其中所述多个隔离的第二多晶硅发射极区的一部分与所述绝缘层重叠但与所述第一导电触点结构分离；以及
第二导电触点结构，其电连接到所述多个隔离的第二多晶硅发射极区，其中所述第二导电触点结构设置在所述多个隔离的第二多晶硅发射极区和所述绝缘层的第一部分上方。
13.根据权利要求12所述的太阳能电池，其中所述绝缘层的所述第一部分设置在所述基板的所述背表面处的两个非连续区域之间。
14.根据权利要求12所述的太阳能电池，还包括在所述第一多晶硅发射极区与所述多个隔离的第二多晶硅发射极区之间的第三薄介电层，所述第三介电层具有与所述第一多晶硅发射极区的最上表面共面的最上表面。
15.根据权利要求12所述的太阳能电池，其中所述多个非连续区域中的每一个具有大约在30微米至60微米范围内的宽度，并且其中所述多个非连续区域中的连续区域以大约在50微米至300微米范围内的距离间隔开。
16.根据权利要求12所述的太阳能电池，其中所述多个非连续区域中的每一个具有从所述背表面到所述基板中的大约在0.5微米至10微米范围内的深度。
17.根据权利要求12所述的太阳能电池，其中所述多个非连续区域中的每一个具有近似圆形的形状。
18.根据权利要求12所述的太阳能电池，其中所述第二薄介电层与所述第一导电触点结构物理地分离。
19.根据权利要求12所述的太阳能电池，其中所述第一多晶硅发射极区与所述多个隔离的第二多晶硅发射极区横向相邻，并且通过所述第三薄介电层与所述多个隔离的第二多晶硅发射极区电隔离，所述第三薄介电层与所述第二薄介电层不连续。
20.根据权利要求19所述的太阳能电池，其中所述第三薄介电层具有竖直厚度和横向厚度，并且所述竖直厚度大于所述横向厚度。
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