CN114303252A - 用于制造光伏电池的方法 - Google Patents

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Abstract

所述方法包括以下步骤：a)设置一结构，所述结构包括：‑基于结晶硅的衬底(1)；‑第一介电层(2)，其包括硼原子，并形成于所述衬底(1)的第一表面(10)上；‑隧道氧化物膜(3)，其形成于所述衬底的第二表面(11)上；‑多晶硅层(4)，其形成于所述隧道氧化物膜(3)上；‑第二介电层(5)，其包括磷和/或砷原子，并形成于所述多晶硅层(4)上；b)对所述结构施加热处理，以便：‑使得所述硼原子扩散到所述衬底(1)的第一表面(10)之下，以形成第一掺杂半导体区域(100)；‑使得所述磷和/或砷原子扩散到多晶硅层(4)中，以掺杂所述多晶硅层(4)。

Description

用于制造光伏电池的方法
技术领域
本发明涉及光伏电池的技术领域。本发明尤其适用于制造PERT(英文为“Passivated Emitter Rear Totally-diffused”)类型的光伏电池。
背景技术
一种尤其是在文献FR 3 035 740中公开的已知的用于制造光伏电池的现有技术方法包括以下步骤：
a0)设置一结构，所述结构包括：
-基于结晶硅的衬底，其具有第一表面和相对的第二表面；
-第一介电层，其包括硼原子，并形成于衬底的第一表面上；
-第二介电层，其包括磷和/或砷原子，并形成于衬底的第二表面上；
b0)对结构施加热处理，以便：
-使得硼原子自第一介电层扩散到衬底的第一表面之下，以形成旨在与电极接触的第一掺杂半导体区域；
-使得磷或砷原子自第二介电层扩散到衬底的第二表面之下，以形成旨在与电极接触的第二掺杂半导体区域。
通过硼和磷/砷原子的共扩散和在步骤b0)之后保留第一介电层和第二介电层，这种现有技术方法允许限制要执行的步骤的数量。在该方面，步骤b0)在氧化气氛下执行，以增强结构的钝化和允许保留第一介电层和第二介电层。“钝化”指衬底的第一表面和第二表面上的电活性缺陷的中和。具体地，在光伏应用的情况中，基于结晶硅的衬底具有可能会导致与载流子的表面重组相关的不可忽略的损失的缺陷密度(例如：悬空键、杂质、晶体不连续性等缺陷的密度)。
然而，在结构的钝化方面，这种现有技术方法不完全令人满意。本领域技术人员追求改善光伏电池的性能，并且实现尽可能高的开路电压Voc。
发明内容
本发明旨在完全或部分地弥补上述缺陷。为此，本发明的主题在于一种用于制造光伏电池的方法，其包括以下步骤：
a)设置一结构，所述结构包括：
-基于结晶硅的衬底，其具有第一表面和相对的第二表面；
-第一介电层，其包括硼原子，并形成于衬底的第一表面上；
-隧道氧化物膜，其形成于衬底的第二表面上；
-多晶硅层，其形成于隧道氧化物膜上；
-第二介电层，其包括磷和/或砷原子，并形成于多晶硅层上；
b)对结构施加热处理，以便：
-使得硼原子自第一介电层扩散到衬底的第一表面之下，以形成旨在与电极接触的第一掺杂半导体区域；
-使得磷和/或砷原子自第二介电层扩散到多晶硅层中，以掺杂多晶硅层，掺杂的多晶硅层旨在与电极E接触。
由此，通过存在允许良好地钝化衬底的第二表面的隧道氧化物膜和多晶硅层，根据本发明的这种方法相对于现有技术允许增大开路电压Voc。隧道氧化物膜允许限制磷和/或砷原子自多晶硅层扩散到衬底的第二表面中。换句话说，隧道氧化物膜作为磷/砷原子扩散到衬底中的屏障。隧道氧化物膜因此允许在步骤b)期间，足够地用磷和/或砷掺杂多晶硅层，以获得电接触，而不需要增加步骤b)的热预算。实际上，不期望增加步骤b)期间的热预算，这是因为这还会增大硼原子在衬底的第一表面之下的扩散深度，并会因此降低开路电压Voc。例如可能通过丝网印刷对掺杂的多晶硅层进行电接触。
此外，隧道氧化物膜允许避免与硼原子和磷/砷原子的在它们在步骤b)的共扩散期间的不同扩散深度相关的困难，这些困难可能会在现有技术中发生。
定义
-“衬底”指用于制造光伏电池的自支撑机械支撑件。
-“结晶”指硅的多晶形式或单晶形式，因此排除非晶硅。
-“基于”指对应的材料是构成大部分衬底(或层)的主要材料。
-“介电”指层在300K下的电导率小于10-8S/cm。
-“隧道氧化物膜”指足够薄以允许电流通过隧道在其中流通的氧化物。
根据本发明的方法可以包括以下特征中的一个或更多个。
根据本发明的一个特征，执行步骤a)，以使得隧道氧化物膜是氧化硅或氧化铝。
“氧化硅”指化学式为SiO2(二氧化硅)或其非化学计量的衍生物SiOx的氧化硅。
“氧化铝”指化学式为Al2O3(氧化铝)或其非化学计量的衍生物AlOx的铝的氧化物。
由此，由这样的氧化物获得的优点是其相对于磷/砷原子的扩散的屏障特性。
根据本发明的一个特征，执行步骤a)，以使得隧道氧化物膜是通过热方式形成于衬底的第二表面上的氧化硅。
由此，所获得的优点在于，相对于通过化学方式形成的氧化硅，改善氧化硅的密度，这改善对磷/砷原子的扩散的屏障特性。
根据本发明的一个特征，执行步骤a)，以使得隧道氧化物膜是通过原子层沉积形成于衬底的第二表面上的氧化铝。
原子层沉积传统地称作缩写ALD，即英文的“Atomic Layer Deposition”。
根据本发明的一个特征，执行步骤a)，以使得隧道氧化物膜的厚度小于或等于3nm，优选地小于或等于2nm。
根据本发明的一个特征，执行步骤a)，以使得：
-隧道氧化物膜是厚度小于或等于3nm、优选地小于或等于2nm的氧化铝；
-所述结构包括附加隧道氧化物膜，其形成于衬底的第一表面与第一介电层之间，附加隧道氧化物膜是厚度小于或等于3nm、优选地小于或等于2nm的氧化铝；
由此，使用氧化铝以形成附加隧道氧化物膜的优点在于，容易地影响硼原子在其中的扩散，这允许与氧化硅相反地，不显著地降低第一掺杂半导体区域的侧向电导。具体地，氧化硅将作为硼原子的扩散的屏障。
因此，将氧化铝用于隧道氧化物膜和附加隧道氧化物膜，通过允许它们在衬底两侧同时形成，允许简化所述方法的实施，这缩短了处理时间。
根据本发明的一个特征，执行步骤a)，以使得第一介电层是基于氮氧化硅SiOxNy的，其满足0≤y<x，该氮氧化硅优选地被氢化。
这样的第一介电层允许获得令人满意的衬底的第一表面的钝化，更具体地说，衬底的第一表面与第一介电层之间的界面的钝化。氮氧化硅的氢化允许改善钝化特性。当y＝0时，氮氧化硅是氧化硅。
根据本发明的一个特征，执行步骤a)，以使得第二介电层是基于氮氧化硅SiOxNy的，其满足0≤x<y，该氮氧化硅优选地被氢化。
当x＝0时，氮氧化硅是硅的氮化物。
根据本发明的一个特征，通过对结构施加热退火来执行步骤b)，该热退火具有：
-850℃至950℃、优选地900℃至950℃的退火温度值，
-10分钟至1小时、优选地30分钟至1小时的退火时间值。
“热退火”指包括以下的热处理：
-温度逐渐升高(温度斜坡)到称为退火温度的温度的阶段，
-在称作退火时间的时间期间将温度维持在退火温度的保持阶段(平台期)，
-冷却阶段。
根据本发明的一个特征，所述方法包括这样的步骤，该步骤在于在步骤b)之后，在第一介电层上，形成基于氮氧化硅SiOxNy的层，其满足0≤x<y，该氮氧化硅优选地被氢化。
由此，所获得的优点在于，同时改善衬底的第一表面的钝化，和通过适当的厚度形成所谓的防反射光学层。当步骤b)在氧化气氛下执行时，该步骤优选地在步骤b)之后执行，以容易地使得第一介电层富含氧。当x＝0时，氮氧化硅是硅的氮化物。
根据本发明的一个特征，所述方法包括在步骤b)之前，在第二介电层上，形成基于氮氧化硅SiOxNy的层，其满足0≤x<y，该氮氧化硅优选地被氢化。
当x＝0时，氮氧化硅是硅的氮化物。
由此，所获得的优点在于，防止磷/砷原子自第二介电层的外扩散。
根据本发明的一个特征，第一介电层和第二介电层在步骤b)之后保留。
由此，所获得的优点在于节省处理时间，这是因为无需取走这些层然后形成专用钝化层。
本发明的另一个主题还在于一种光伏电池，其包括：
-基于结晶硅的衬底，其具有第一表面和相对的第二表面；
-第一掺杂半导体区域，其在衬底的第一表面之下延伸，并包括硼原子；
-第一介电层，其包括残余比例的硼原子，并形成于衬底的第一表面上；
-隧道氧化物膜，其形成于衬底的第二表面上；
-掺杂的多晶硅层，其形成于隧道氧化物膜上，并包括磷和/或砷原子；
-第二介电层，其包括残余比例的磷和/或砷原子，并形成于掺杂的多晶硅层上。
由此，相当于现有技术，通过存在允许良好地钝化衬底的第二表面的隧道氧化物膜和多晶硅层，这样的光伏电池允许增大开路电压Voc。
根据本发明的一个特征，该光伏电池包括形成于衬底的第一表面与第一介电层之间的附加隧道氧化物膜。
存在这样的附加隧道氧化物膜，通过允许在衬底两侧同时形成隧道氧化物膜和附加隧道氧化物膜来促进制造光伏电池，这缩短了处理时间。
根据本发明的一个特征，隧道氧化物膜和附加隧道氧化物膜由氧化铝制成，并具有小于或等于3nm、优选地小于或等于2nm的厚度。
由此，通过形成附加隧道氧化物膜的氧化铝获得的优点在于，容易地影响硼原子在其中的扩散，这允许与氧化硅相反地，不显著地降低第一掺杂半导体区域的侧向电导。实际上，氧化硅起到对硼原子的扩散屏障的作用。
附图说明
从本发明的各个实施例的详细描述中，其它特征和优点将变得显而易见，该描述包含示例并参照附图。
图1a至1c是示出根据本发明的方法的第一实施例的各个步骤的剖视示意图。
图2a至2c是示出根据本发明的方法的第二实施例的各个步骤的剖视示意图。
图3a至3d是示出根据本发明的方法的第三实施例的各个步骤的剖视示意图。
图4a至4d是示出根据本发明的方法的第四实施例的各个步骤的剖视示意图。
需要注意的是，为了清晰易懂，上述附图是示意性的，不是按比例的。
具体实施方式
出于简化考虑，在各个实施例中相同或执行相同功能的元件已经用相同的附图标记表示。
本发明的一个主题在于一种用于制造光伏电池的方法，其包括以下步骤：
a)设置一结构，所述结构包括：
-基于结晶硅的衬底1，其具有第一表面10和相对的第二表面11；
-第一介电层2，其包括硼原子，和形成于衬底1的第一表面10上；
-隧道氧化物膜3，其形成于衬底1的第二表面11上；
-多晶硅层4，其形成于隧道氧化物膜3上；
-第二介电层5，其包括磷和/或砷原子，并形成于多晶硅层4上；
b)对结构施加热处理，以便：
-使得硼原子自第一介电层2扩散到衬底1的第一表面10之下，以形成旨在与电极E接触的第一掺杂半导体区域100；
-使得磷和/或砷原子自第二介电层5扩散到多晶硅4中，以掺杂多晶硅层4，掺杂的多晶硅层4旨在与电极E接触。
在图1a、2a、3a和4a中示出步骤a)。在图1b、2b、3b和4b中示出步骤b)。
衬底
在步骤a)期间设置的结构的衬底1有利地是n类型掺杂的，并且衬底1的第一表面10旨在暴露于光辐射，以形成标准发射器架构。第一掺杂半导体区域100形成发射器。换句话说，当第一掺杂半导体区域100形成标准发射器时，则衬底1是n类型掺杂的。掺杂类型与衬底1相同的掺杂的多晶硅层4是背表面场(BSF，英文为“Back Surface Field”)类型。
有利地执行步骤a)，以使得衬底1的第一表面10具有纹理，以减小反射系数和光伏电池中的光学损失。衬底1的第一表面10优选地包括设置为产生表面粗糙度的倒金字塔特征。使用基于氢氧化钾KOH的化学侵蚀，优选地执行纹理化。
作为非限制性示例，衬底1可具有约为150μm的厚度。
有利地执行步骤a)，以使得衬底1的第一表面和第二表面10、11预先化学地清洁。
第一介电层
有利地执行步骤a)，以使得第一介电层2是基于氮氧化硅SiOxNy，其满足0≤y<x，该氮氧化硅优选地被氢化。第一介电层2的厚度有利地为3nm至50nm，优选地为20nm至50nm。在步骤b)之前，硼原子在第一介电层2中的原子比例有利地为10％至50％，优选地为10％至30％。在步骤b)之前，第一介电层2的氮氧化硅有利地满足0.2≤x≤0.5和0.05≤y≤0.15。
如图3c和4c所示，所述方法可包括这样的步骤，该步骤在于在步骤b)之后，在第一介电层2上形成基于氮氧化硅SiOxNy的层2’，其满足0≤x<y，该氮氧化硅优选地被氢化。
当第一介电层2和层2’由基于氮氧化硅的材料制成时，这些层可以通过基于包括硅烷SiH4和一氧化二氮N2O或NH3的反应气体的等离子体增强化学气相沉积(PECVD，英文为“Plasma-Enchanced Chemical Vapor Deposition”)形成。硼原子通过用反应气体注射乙硼烷B2H6，有利地结合到氢化的氮氧化硅中。
在步骤b)之后保留第一介电层2，层2’也是同样的。
一个或更多个隧道氧化物膜
有利地执行步骤a)，以使得隧道氧化物膜3是氧化硅或氧化铝。有利地执行步骤a)，以使得氧化硅通过热方式形成于衬底1的第二表面11上。有利地执行步骤a)，以使得氧化铝通过原子层沉积(ALD)形成于衬底1的第二表面11上。
有利地执行步骤a)，以使得隧道氧化物膜3的厚度小于或等于3nm，优选地小于或等于2nm。
如图2a和4a所示，有利地执行步骤a)，以使得：
-隧道氧化物膜3是厚度小于或等于3nm、优选地小于或等于2nm的氧化铝；
-所述结构包括形成于衬底1的第一表面10与第一介电层2之间的附加隧道氧化物膜3’，附加隧道氧化物膜3’是厚度小于或等于3nm、优选地小于或等于2nm的氧化铝。
多晶硅层
有利地执行步骤a)，以使得多晶硅层4的厚度为30nm至200nm，优选地为30nm至100nm。
可以执行步骤a)，以使得多晶硅层4通过沉积非晶硅层(例如通过LPCVD“LowPressure Chemical Vapor Deposition”或通过PECVD“Plasma-Enhanced Chemical VaporDeposition”)、然后通过允许使得非晶硅层结晶的退火，形成于隧道氧化物膜3上。
第二介电层
有利地执行步骤a)，以使得第二介电层5是基于氮氧化硅SiOxNy的，其满足0≤x<y，氮氧化硅优选地被氢化。第二介电层5的厚度有利地为10nm至50nm，优选地10nm至30nm。磷或砷原子在第二介电层5中的质量比例有利地大于或等于4％，优选地为10％至30％。在步骤b)之前和之后，第二介电层5的氮氧化硅有利地满足0≤x≤0.05和0.30≤y≤0.55。
如图3a和4a所示，所示方法可包括以下步骤：在步骤b)之前，在第二介电层5上形成基于氮氧化硅SiOxNy的层5’，其满足0≤x<y，该氮氧化硅优选地被氢化，厚度优选地小于80nm。
当第二介电层5和层5’由基于氢化的氮氧化硅的材料制成时，这些层可以通过基于包括硅烷SiH4和NH3的反应气体的等离子体增强化学气相沉积(PECVD，英文为“Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition”)形成。磷原子通过用反应气体注射三氢化磷PH3，有利地结合到氢化的氮氧化硅中。砷原子通过用反应气体注射胂AsH3，有利地结合到氢化的氮氧化硅中。
在步骤b)之后保留第二介电层5，层5’也是同样的。
热处理
有利地通过对所述结构施加热退火，执行步骤b)，该热退火具有：
-850℃至950、优选地900℃至950℃的退火温度值，
-10分钟至1小时、优选地30分钟至1小时的退火时间值。
在步骤b)期间施加的热退火是整体热退火，即它施加到在步骤a)期间设置的结构整体。因此不涉及例如借助于激光，施加在所述整体的局部的局部热退火。
优选地在炉子中执行步骤b)。
热退火可以在步骤b)期间在氧化气氛下施加。由此，通过氧化气氛获得的优点在于，通过使得第一介电层富含氧，改善衬底的第一表面的钝化(即第一表面与第一介电层之间的界面)。氧化气氛有利地包括氧气和选自氩气、氮气或氩气和氮气的混合物的惰性气体的混合物。氧化气氛有利地由氧气和选自氩气、氮气或氩气和氮气的混合物的惰性气体的混合物构成。氧化气氛有利地不包括例如三氢化磷的掺杂剂。根据一个替代方案，热退火可以在步骤b)期间在包括例如N2的中性气氛下施加。
在步骤b)之后，第一掺杂半导体区域100优选地在衬底1的第一表面10处具有大于1019at./cm3、更优选地为1019at./cm3至3x1020 at./cm3的硼浓度，以形成质量良好的电接触区域。
在步骤b)之后，掺杂的多晶硅层4优选地具有大于1020at./cm3、更优选地为2x1020at./cm3至1021at./cm3的磷或砷浓度，以形成质量良好的电接触区域。
在步骤b)之后，硼原子在第一介电层2中的原子比例有利地为1％至10％，优选地为3％至8％。
在步骤b)之后，磷或砷原子在第二介电层5中的原子比例有利地为1％至10％，优选地为1％至5％。
光伏电池
如图1c、2c、3d和4d所示，所述方法可以包括步骤c)，其在于使得第一掺杂半导体区域100和掺杂的多晶硅层4与电极E接触。步骤c)有利地包括金属化步骤，其优选地通过丝网印刷来执行。每个电极E优选地由银和/或铝制成。
本发明的主题还在于一种光伏电池，其包括：
-基于结晶硅的衬底1，其具有第一表面10和相对的第二表面11；
-第一掺杂半导体区域100，其在衬底1的第一表面1之下延伸，并包括硼原子；
-第一介电层2，其包括残余比例的硼原子，并形成于衬底1的第一表面10上；
-隧道氧化物膜3，其形成于衬底1的第二表面11上；
-掺杂的多晶硅层4，其形成于隧道氧化物膜3上，并包括磷和/或砷原子；
-第二介电层5，其包括残余比例的磷和/或砷原子，并形成于掺杂的多晶硅层4上。
该光伏电池可以包括形成于衬底1的第一表面10与第一介电层2之间的附加隧道氧化物膜3’。隧道氧化物膜3和附加隧道氧化物膜3’有利地由氧化铝制成，并具有小于或等于3nm、优选地小于或等于2nm的厚度。
“残余比例”指：
-硼原子在第一介电层2中的原子比例为1％至10％，优选地为3％至8％；
-磷或砷原子在第二介电层5中的原子比例为1％至10％，优选地为1％至5％。
本发明不限于所公开的实施例。本领域技术人员甚至能够考虑其技术上可行的组合，并对其进行等效替换。

Claims (15)

1.一种用于制造光伏电池的方法，其包括以下步骤：
a)设置一结构，所述结构包括：
-基于结晶硅的衬底(1)，其具有第一表面(10)和相对的第二表面(11)；
-第一介电层(2)，其包括硼原子，并形成于所述衬底(1)的第一表面(10)上；
-隧道氧化物膜(3)，其形成于所述衬底的第二表面(11)上；
-多晶硅层(4)，其形成于所述隧道氧化物膜(3)上；
-第二介电层(5)，其包括磷和/或砷原子，并形成于所述多晶硅层(4)上；
b)对所述结构施加热处理，以便：
-使得所述硼原子自所述第一介电层(2)扩散到所述衬底(1)的第一表面(10)之下，以形成旨在与电极(E)接触的第一掺杂半导体区域(100)；
-使得所述磷和/或砷原子自所述第二介电层(5)扩散到多晶硅层(4)中，以掺杂所述多晶硅层(4)，掺杂的多晶硅层旨在与电极(E)接触。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，执行步骤a)，以使得所述隧道氧化物膜(3)是氧化硅或氧化铝。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，执行步骤a)，以使得所述隧道氧化物膜(3)是通过热方式形成于所述衬底(1)的第二表面(11)上的氧化硅。
4.根据权利要求2所述的方法，其中，执行步骤a)，以使得所述隧道氧化物膜(3)是通过原子层沉积形成于所述衬底(1)的第二表面(11)上的氧化铝。
5.根据权利要求1至4之一所述的方法，其中，执行步骤a)，以使得所述隧道氧化物膜(3)的厚度小于或等于3nm，优选地小于或等于2nm。
6.根据权利要求1至5之一所述的方法，其中，执行步骤a)，以使得：
-所述隧道氧化物膜(3)是厚度小于或等于3nm、优选地小于或等于2nm的氧化铝；
-所述结构包括附加隧道氧化物膜(3’)，所述附加隧道氧化物膜形成于所述衬底(1)的第一表面(10)与第一介电层(2)之间，所述附加隧道氧化物膜(3’)是厚度小于或等于3nm、优选地小于或等于2nm的氧化铝。
7.根据权利要求1至6之一所述的方法，其中，执行步骤a)，以使得所述第一介电层(2)基于氮氧化硅SiOxNy，其满足0≤y<x，该氮氧化硅优选地被氢化。
8.根据权利要求1至7之一所述的方法，其中，执行步骤a)，以使得所述第二介电层(5)基于氮氧化硅SiOxNy，其满足0≤x<y，该氮氧化硅优选地被氢化。
9.根据权利要求1至8之一所述的方法，其中，通过对所述结构施加热退火来执行步骤b)，该热退火具有：
-850℃至950℃、优选地900℃至950℃的退火温度值，
-10分钟至1小时、优选地30分钟至1小时的退火时间值。
10.根据权利要求1至9之一所述的方法，所述方法包括以下步骤：在步骤b)之后，在所述第一介电层(2)上形成基于氮氧化硅SiOxNy的层(2’)，其满足0≤x<y，该氮氧化硅优选地被氢化。
11.根据权利要求1至10之一所述的方法，所述方法包括在步骤b)之前，在所述第二介电层(5)上形成基于氮氧化硅SiOxNy的层(5’)，其满足0≤x<y，该氮氧化硅优选地被氢化。
12.根据权利要求1至11之一所述的方法，其中，所述第一介电层和第二介电层(2、5)在步骤b)之后保留。
13.一种光伏电池，其包括：
-基于结晶硅的衬底(1)，其具有第一表面(10)和相对的第二表面(11)；
-第一掺杂半导体区域(100)，其在所述衬底(10)的第一表面(10)之下延伸，并包括硼原子；
-第一介电层(2)，其包括根据1％至10％的原子比例的残余比例的硼原子，并形成于所述衬底(1)的第一表面(10)上；
-隧道氧化物膜(3)，其形成于所述衬底(1)的第二表面(11)上；
-掺杂的多晶硅层(4)，其形成于所述隧道氧化物膜(3)上，并包括磷和/或砷原子；
-第二介电层(5)，其包括1％至10％的原子比例的残余比例的磷和/或砷原子，并形成于掺杂的多晶硅层(4)上。
14.根据权利要求13所述的光伏电池，其包括形成于所述衬底(1)的第一表面(10)与第一介电层(2)之间的附加隧道氧化物膜(3’)。
15.根据权利要求14所述的光伏电池，其中，所述隧道氧化物膜(3)和附加隧道氧化物膜(3’)由氧化铝制成，并具有小于或等于3nm、优选地小于或等于2nm的厚度。
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