TW201318190A - 指叉型背接觸太陽能電池及其處理基板之方法 - Google Patents

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Abstract

本發明揭露一種指叉式背接觸太陽能電池及其製造指叉式背接觸太陽能電池的改良方法。第一光罩是用n型摻雜物的圖式離子植入以完成背面場。第二光罩是用以在同一平面上產生p型發射體。第二光罩用以與n型植入對齊，並於多個取向以產生所需的p型發射體。在一些實施例中，進行p型參雜物全面性離子佈植。在一些實施例中，產生摻雜梯度。

Description

太陽電池中產生二維摻雜圖案的方法
本發明是關於一種太陽能電池的離子植入方法。
離子佈植是一種把導電性改變雜質引入基板內的標準技術。一雜質材料在一離子源中被離子化，並加速離子以形成一預設能量的離子束，而此離子束被指引到基板表面上。離子束中充滿能量的離子穿透基板的主體材料中，並嵌入到基板材料的結晶晶格中以形成所需的一導電區。
太陽能電池提供一種無污染、平等能源存取的免費天然資源。基於環境及能源成本增加的考量，具有矽基板的太陽能電池對於全球來說也越來越愈來愈重要。降低製造成本、生產高性能太陽能電池或改良高性能太陽能電池的效率對於全球太陽能電池實施都是正向衝擊。這將會使這無污染的能源有更廣泛的利用性。
太陽能電池需要透過摻雜過程來改良其效率。摻雜物可以是例如：砷、磷或硼。圖1是指叉狀背接觸(interdigitated back contact，IBC)太陽能電池的橫截面圖。在IBC太陽能電池中，p-n接面是在IBC太陽能電池的背面。在一些實施例中，如圖2所示，摻雜圖式包括佈植在整個p型摻雜區域203中的多數個n型摻雜區域204。p+發射體203和n+背面場204都適當地摻雜。此摻雜過程使IBC太陽能電池中的接面功能啟動或效能增加。
一般而言，摻雜圖式如圖2所示，直接地在基板上 形成的硬光罩。舉例而言，一種光罩材質應用到整個基板上。硬光-罩材質被圖式化，如此一來，光罩材質僅移除n型摻雜區域。並使用包括擴散、離子植入或其他適當的摻雜方法以摻雜於暴露的區域。待摻雜過程完畢後，硬光罩可能會被移除。在適當情況下，可重複此過程以在基板上形成額外圖式摻雜區域。
值得注意的是，硬光罩技術需要大量的流程步驟，如光罩材料的形成、光罩材料的圖式化過程和摻雜流程後光罩的移除。所以硬光罩方法是耗時且昂貴的。
假若不需將材料直接應用於基板上以形成圖式摻雜區域的話，則會是有幫助的。例如，圖式僅透過蔭影的光罩就產生出來的話，則會是有益的。
本發明揭露一種指叉式背接觸太陽能電池及其製造指叉式背接觸太陽能電池的改良方法。第一光罩是用n型摻雜物的圖式離子植入以完成背面場。第二光罩是用以在同一平面上產生p型發射體。第二光罩用以與n型植入對齊，並於多個取向以產生所需的p型發射體。在一些實施例中，進行p型參雜物全面性離子佈植。在一些實施例中，產生摻雜梯度。
為讓本發明之上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
此處描述本系統之實施例僅關於太陽能電池。然而，本系統的實施例亦可用在，例如：半導體晶圓或平 板上。植入器可以是，例如：離子束或電漿摻雜離子植入器。因此，本發明並未限制在本發明所揭露的具體實施例中。
圖3是依照本發明一實施例藉由光罩佈植的橫截面圖。當欲在基板100上形成一離子植入具體圖式時，則需要使用光罩104。此光罩104可以是一蔭影的或趨近光罩。光罩104放置在基板100的前面一小段距離及離子束101路徑上。基板100可以是例如：一太陽能電池。基板100放置在壓板102上，壓板102用靜電或物理力以固定基板100。光罩104上有數個開口105，對應到在基板100上離子植入時所需的各種圖式。開口105可以是條紋狀、點狀，或者是其他形狀。離子束101的摻雜原子通過數個開口105到光罩104上。因此，在基板上僅形成數個植入過的區域103。區域103可對應到例如：IBC太陽能電池的n型背面場，如圖2所示。
圖4是依照本發明一實施例以說明圖2中產生n型背面場(Back Surface Field，BSF)的光罩示意圖。使用光罩104相較於硬光罩可以消除處理步驟。可以消除的處理步驟包括光罩材料的形成、光罩材料的圖式化和摻雜過程後光罩的移除。如本發明實施例中所揭露，後續的植入過程可用於植入在太陽能電池中的其他區域。
根據太陽能電池採用的具體圖式摻雜過程，以單一蔭影的光罩來產生如圖2所示的p型發射區203是相當困難或不可能的。因此，在傳統的製造流程中，如上所述之其他技術，例如：硬光罩，以產生p型發射區203。 此利用硬光罩或其他光罩技術此搭配離子植入、擴散、或其他的摻雜方法。
優點是可以重複使用一或多個蔭影的光罩來產生p型發射區203。圖5A繪示可用以產生這些發射區域的一蔭影的光罩300，而圖5B繪示基板上產生的佈植區域。使用蔭影的光罩300一次可於基板上得到條紋植入圖示310。基板與蔭影的光罩300彼此旋轉相對成90°。此亦可透過旋轉蔭影的光罩300、旋轉基板或兩者皆旋轉的組合來完成。在一些實施例中，兩者的植入都使用相同的光罩300。在其他實施例中，使用不同於光罩300的第二片光罩。透過多個光罩而不破壞真空環境的方式來鏈接或執行植入。
圖6是依照本發明一實施例以說明使用圖5A的光罩於基板中進行兩次佈植的植入區域示意圖。值得注意的是，其中定義4種不同類型區域311、312、313和314的棋盤格圖式。區域311在兩次植入時都被蔭影的光罩300遮擋，因此並未被摻雜。區域312在兩次植入時皆被離子束所曝光。區域313只有在第一次植入時曝光，區域314是第二次植入時才曝光。
在一些實施例中，操作參數，例如種類、劑量、能量與持續時間，對於第一植入和第二次植入來說都是相同的。在本實施例中，區域313和314獲得相同的劑量和相似的摻雜。在此情況下，區域312相較於區域313和314具有兩倍摻雜濃度。在此情況下，區域311沒有劑量。在第一植入及第二次植入時，光罩300可能被對 齊，以致於n型背面場204完全落入區域311，得到如圖7所示之植入圖式。
值得注意的是，此植入圖式與圖2所示很類似。因此，為了產生此植入圖式可使用如圖8所示之一套步驟流程，且亦可使用其他的步驟順序。
首先，在步驟400中，具有複數圓形開口的一光罩，其圓形開口之直徑為100微米(um)到1000 um的範圍之間，對應到當n型摻雜在植入時用來當蔭影的光罩的n型背面場204，例如是磷或其他第五族元素或分子。在一些實施例中，此植入是在以下操作參數時執行：具有10keV離子能量的磷離子，於摻雜劑活化後，離子劑量為2e15cm-2時可得到離子濃度範圍1e19到5e19cm-3之間的一n型摻雜濃度。
其次，如步驟410所示，具有複數開口且形成條紋圖式的第二光罩用來進行p型摻雜物的第一次植入，例如硼或其他第三族元素或分子。該第二光罩中每個開口之間的距離大於第一光罩的開口，使n型植入區域與第二光罩的開口可以契合。上述距離可在500 um到2000 um的範圍之間。第二光罩與基求板對準，使得第二光罩覆蓋在n型植入區域。只要第二光罩對準，則會進行p型摻雜物的第一次植入，如步驟420所示。P型摻雜物的第一次植入可能適用以下情形：具有10kV離子能量的硼離子，於摻雜劑活化後，離子劑量為1e15cm-2時可得到離子濃度範圍2e18到10e18cm-3之間的摻雜濃度。
接下來，基板與光罩彼此旋轉互相成90°，如步驟 430所示，並對準使多個n型植入區域仍然在光罩覆蓋下。如前所述，此步驟亦可用其他不同的光罩。在步驟440中，執行p型摻雜物的第二次植入，其操作參數與參雜結果與p型摻雜物的第一次植入相同。
此外，要注意n型植入(步驟400)可在p型植入(步驟420、440)以後或中途進行。此步驟順序和蔭影的光罩的使用可避免於生產IBC太陽能電池時的昂貴與耗時。這些步驟可操作在一或多台離子植入機上。如果僅使用一台離子植入機時，這些步驟會依序執行在不破壞太陽能電池的真空環境下。
於圖8所示之步驟流程，對p型摻雜物進行全面性離子佈植，以於區域311產生最低限度的p型摻雜物。此全面性離子佈植可進行在圖8所示流程中任何時點。p型摻雜物的全面性離子佈植可能使用以下情形：具有10kV離子能量的硼離子，於摻雜劑活化後，離子劑量範圍為2e14到1e15cm-2之間時，則可得到離子濃度範圍為1e18到5e18cm-3之間的摻雜濃度。需要選出特定條件，如此一來n型背面場204的摻雜物濃度超過p型全面性離子佈植的摻雜物濃度。
此額外的全面性離子佈植是有利的。例如，此全面性離子佈植可保證基板的整個表面都被佈植(不管p型或n型)，其作用在於降低少數載體的再結合。此提升了太陽能電池的效率。
此外，本發明此處描述的方法比全面性的離子佈植且均勻的p型發射體區域與n型背面場反摻雜的方法優 異。就定義來看，此方法在發射體中產生了空間變量的摻雜分佈。這有幾個有利的原因。第一，對發射體允許低阻抗歐母接觸的區域312中有高摻雜濃度。第二，在區域312及313中存在較低摻雜濃度，以減少再結合的方式，加強了太陽能電池的效益。最後，在區域311中可以實現低的摻雜濃度，可有效的降低發射體及背面場之間的分流。在區域311的低摻雜濃度也允許背面場區域204在反摻雜時減少所需的植入劑量。
如上述多張圖式所繪示，當植入基板其中的部份區域，所有在此區域的位置都得到相同的劑量。這可以透過具有對瞄準度有嚴謹的容忍度的離子束，或藉由靠近基板的蔭影的光罩來完成。
然而，在其他實施例中，具有摻雜梯度的背面場區域204以及發射體區域311、312、313、314是有利的。任何離子束具有固有的發散角度，例如因空間電荷效應或離子束的炸毀所造成。此角度發散或非瞄準代表植入及非植入區域之間的轉變，不會像圖中所示的那麼突發。
圖9繪示開口位置與基板之間的劑量濃度示意圖。上述圖式是具有離子束穿過開口401的一光罩400。在開口正下方的區域402可以離子的全劑量來植入。然而，與開口401鄰近的區域403也因為離子束的非瞄準度而被暴露於一定量的離子。區域403的形狀和大小可能取決於離子束的瞄準度和光罩400與基板之間的距離。因此，如圖7所示，全植入區域的一摻雜梯度可透過變換光罩400與基板之間的距離以及調整離子束的瞄準度來 產生。此外，可透過變換離子束相對於基板的入射角度，以調整出開口僅一側的鄰近區域403形狀。此梯度可減少p-n接面的突發性。
本發明揭露假設n型摻雜物區域是圓形的，而p型摻雜物區域形成一棋盤格圖式，但並不以此為限制。例如：圓形佈植區域可以是p型摻雜物，棋盤格圖示也可以是n型摻雜物。
目前公開揭露的範圍，沒有因具體的實施例而被限制在些處。的確，目前公開揭露的各種實施例和修改，除了本文所描述的那些，從前面的描述和附圖對本領域的通常知識者來說是顯而易見的。因此，這樣的其他實施例和修改都將落入本公開的範圍內。此外，雖然本公開已經描述了本發明的上下文在特定環境中的特定實現針對特定用途的，那些在本技術領域的普通技術人員將認識到其有用性不限於此，並且本公開的可能實益在任何數目的環境中實現任何數量的目的。因此，以下列出的權利要求項應被在完整廣度觀念及目前揭露的精神上做完整的解釋。
203‧‧‧p型摻雜區域
204‧‧‧n型摻雜區域
100‧‧‧基板
101‧‧‧離子束
102‧‧‧壓板
104、300、400‧‧‧光罩
105、401‧‧‧開口
310‧‧‧條紋植入圖示
103、311、312、313、314、402、403‧‧‧區域
400、410、420、430、440‧‧‧流程
圖1是指叉狀背接觸太陽能電池的橫截面圖。
圖2是指叉狀背接觸太陽能電池的底視圖。
圖3是依照本發明一實施例藉由光罩佈植的橫截面圖。
圖4是依照本發明一實施例以說明圖2中產生n型背面場的光罩示意圖。
圖5A是依照本發明一實施例以說明圖2中用來產生一部份p型發射體的光罩示意圖。
圖5B是依照本發明一實施例以說明使用圖5A中的光罩以植入到基板的植入區域的示意圖。
圖6是依照本發明一實施例以說明使用圖5A的光罩於基板中進行兩次佈植的植入區域示意圖。
圖7繪示基板植入區域中的n型和p型區域示意圖。
圖8是依照本發明一實施例太陽能電池製造過程的流程圖。
圖9是依照本發明一實施例摻雜梯度示意圖。

Claims (20)

  1. 一種處理基板的方法，用以產生一指叉狀背接觸太陽能電池，包括：經由具有多數個第一開口的一第一光罩植入一n型摻雜物質，以在該基板上產生對應的多個n型摻雜區域；經由一第二光罩執行一第一次p型摻雜物佈植，用以在該基板產生多數個第一p型摻雜條紋區域，其中該第二光罩具有多個條紋開口，其中該些條紋開口其中一對之間的距離大於該些第一開口的尺寸，其中對齊該第二光罩以使該些n型摻雜區域不被該第一次p型摻雜物佈植所植入；以及經由一第三光罩執行一第二次p型摻雜物佈植，用以在該基板產生多數個第二p型摻雜條紋區域，其中對齊該第三光罩以使該些n型摻雜區域不被該第二次p型摻雜物佈植所植入。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之處理基板方法，其中該第二光罩和該第三光罩中包括一單一光罩，而該第二次p型摻雜物佈植藉由旋轉該第二光罩和該基板，且該第二光罩相對於該基板彼此成90°。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之處理基板方法，更包括對該基板執行一p型摻雜物全面性佈植。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之處理基板方法，其中植入該n型摻雜物質是在第一次p型摻雜物佈植和第二次p型摻雜物佈植之後執行。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該些n 型摻雜區域包括一摻雜梯度。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之方法，其中該摻雜梯度是藉由調整該基板及該第一光罩的距離產生的。
  7. 如申請專利範圍第5項所述之方法，其中該些摻雜物質是以離子束植入，而該摻雜梯度是藉由調整該離子束的瞄準度所產生的。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該些p型摻雜區包括一摻雜梯度。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之方法，其中該摻雜梯度是藉由調整該第二光罩和該基板的距離產生的。
  10. 如申請專利範圍第8項所述之方法，其中該些摻雜物是以離子束植入，而該摻雜梯度是藉由調整該離子束的瞄準度所產生的。
  11. 一種處理基板的方法，以產生一指叉狀背接觸太陽能電池，包括：經由一或多數個光罩以植入p型摻雜物，需要至少兩個步驟來形成棋盤格圖式，其中該棋盤格圖式的一第一部份的植入程度少於其他部份；以及經由其他光罩以植入n型摻雜物於該棋盤格圖式的該第一部份。
  12. 如申請專利範圍第11項所述之方法，更包括：更包括對該基板執行一p型摻雜物全面性佈植。
  13. 如申請專利範圍第11項所述之方法，其中植入n型摻雜物是在p型摻雜物佈植之後執行。
  14. 如申請專利範圍第11項所述之方法，其中該些n 型摻雜區包括一摻雜梯度。
  15. 如申請專利範圍第11項所述之方法，其中該些p型摻雜區包括一摻雜梯度。
  16. 如申請專利範圍第11項所述之方法，其中該棋盤格圖式是藉由一具有多數個條紋開口的光罩所產生。
  17. 如申請專利範圍第11項所述以之方法，其中該n型摻雜物是藉由一具有多數個圓形小孔的光罩所產生。
  18. 一種指叉狀背接觸太陽能電池，包括：一p型摻雜棋盤格圖式，其中該p型摻雜棋盤格圖式的一第一部份的植入程度少於其他部份；以及多數個n型摻雜區域，該些n型摻雜區域位於一基板的一第一部份。
  19. 如申請專利範圍第17項所述之方法，更包括該p型摻雜棋盤格圖式的一第二部份，其中該第二部份植入程度多於其他部份。
  20. 如申請專利範圍第18項所述之方法，其中該p型摻雜棋盤格圖式的該第一部份及該第二部份分別佔p型摻雜棋盤格圖式的四分之一。
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