TW201806174A - 用於製造光伏打裝置之方法 - Google Patents

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柏瑞特 J. 哈爾蘭
史都華 R. 溫漢
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新南革新股份有限公司
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Abstract

本揭示案提供用於使用氫鈍化來製造高效率矽光伏打裝置以改良效能之方法論。所揭示之處理技術使用有時與對於輻射之暴露耦合的裁剪熱製程，以致能使用較便宜矽材料來製造高效率光伏打裝置。

Description

用於製造光伏打裝置之方法
發明領域 本發明大體而言係關於用於製造光伏打裝置之方法。特定而言，本發明係關於用於改良光伏打電池之效率之製造方法。
發明背景 矽為用來製造今天的商業光伏打裝置的主要半導體材料。大多數商業光伏打裝置係由單晶或多晶矽晶圓製造。p-n接面係藉由例如將n型原子擴散於p型矽晶圓中形成於矽晶圓中。
大量光伏打裝置係使用摻硼矽晶圓製造。在此等晶圓中，當晶圓暴露於諸如可見光之輻射時，電氣運轉缺陷形成。類似地，已知多晶晶圓含有隨後可改變形式且引入複合中心的多種金屬雜質。遍及光伏打裝置的電氣運轉故障影響電荷載子之壽命，從而引起降低之效能。
許多技術已在此項技術中用來改良光伏打裝置之效率。例如，在光伏打裝置之形成期間，將電池結構暴露於高溫及/或電磁輻射(光)以快速地活化缺陷中心，接著為活化缺陷之鈍化。另外，塊體壽命亦可藉由氫化或吸除製程改良。
改良光伏打裝置效率之另一方式係藉由改良矽材料之電氣品質。例如，在習知絲網印刷光伏打裝置之狀況下，超過800℃的點火製程用來形成金屬-矽接點。所使用點火製程通常在有鋁膏的情況下導致鋁及矽之熔化及鋁矽合金p+區之形成。
以晶態矽/非晶矽製造的典型高效率矽光伏打裝置需要具有多個毫秒塊體壽命之高矽晶圓品質。用於此之主要原因為在使用習知處理序列的非晶矽之含氫介電質層之沉積之後不能氫化材料之塊體。用以在非晶矽層之沉積之後於超過200℃之溫度改良塊體鈍化之任何此類嘗試可導致表面鈍化之劣化，具有對裝置效能之有害效應。
另外，用於具有異質界面之高效率裝置的典型處理序列不包括用以允許矽之電氣品質之改良的高溫步驟。
通常認為具有晶態/非晶矽之異質界面之高效率矽光伏打裝置僅可實現於主要無效能限制雜質或缺陷的具有高初始塊體壽命之晶圓上。
此項技術中需要用於在不使用高品質矽材料的情況下形成高效率矽電池之方法。
發明概要 根據第一態樣，本發明提供一種用於形成同質接面矽光伏打裝置之方法，該方法包含以下步驟： 提供基板，該基板包含具有第一極性之摻雜矽材料； 將具有第二極性之矽材料區形成至該摻雜矽材料中；該第二極性與該第一極性相反；以及 以使得過剩少數載子產生於該矽材料中的方式在500℃以上的溫度執行第一氫鈍化製程； 形成金屬接點以自該矽材料擷取電荷載子；以及 以使得過剩少數載子產生於該矽材料中的方式在500℃以下的溫度執行第二氫鈍化製程； 其中該第一氫鈍化製程或該第二氫鈍化製程致能該矽材料之該塊體區中之電氣活性缺陷之鈍化。
根據第二態樣，本發明提供一種用於形成矽異質接面光伏打裝置之方法，該方法包含以下步驟： 提供基板，該基板包含具有第一極性之摻雜矽材料； 以使得過剩少數載子產生於該矽材料中的方式在500℃以上的溫度對該基板執行第一氫鈍化製程； 繼執行該第一氫鈍化之後，將第一本質非晶矽層形成至該基板之第一表面上； 將具有第一極性之摻雜非晶矽材料層形成至該第一層之一部分上； 將第二本質非晶矽層形成至該基板之第二表面上；該第二表面與該第一表面相反； 將具有第二極性之摻雜非晶矽材料層形成至該第二層之一部分上；該第二極性與該第一極性相反；以及 以使得過剩少數載子產生於該非晶矽材料中的方式在500℃以下的溫度執行第二氫鈍化製程； 其中該第一氫鈍化製程或該第二氫鈍化製程致能該矽材料之該塊體區中之電氣活性缺陷之鈍化。
在一實施例中，該方法進一步包含以下步驟：在形成該本質非晶矽層之前，將含有過剩氫的犧牲層沉積於該摻雜矽材料上。
在一實施例中，該方法進一步包含以下步驟：在形成該本質非晶矽層之前，將穿隧介電質層沉積於該摻雜矽材料上。該穿隧層可含有氧。
根據第三態樣，本發明提供一種用於形成混合矽光伏打裝置之方法，該方法包含以下步驟： 提供基板，該基板包含摻雜矽材料； 將具有第一極性之矽材料區形成至該基板之第一表面上的該摻雜矽材料中；以及 以使得過剩少數載子產生於該矽材料中的方式在500℃以上的溫度執行第一氫鈍化製程； 繼執行第一氫鈍化之後，將本質非晶矽層形成於該基板之第二表面上；該第二表面不同於該第一表面； 將具有該第二極性之摻雜非晶矽材料層形成至該本質非晶矽層之一部分上；該第二極性與該第一極性相反；以及 以使得過剩少數載子產生於該非晶矽材料中的方式在500℃以下的溫度執行第二氫鈍化製程； 其中該第一氫鈍化製程或該第二氫鈍化製程致能該矽材料之該塊體區中之電氣活性缺陷之鈍化。
該方法可進一步包含以下步驟：在執行第一氫鈍化製程之前，將含有氫的介電質層沉積於具有該第一極性之該區上。
根據第四態樣，本發明提供一種用於形成多晶矽光伏打裝置之方法，該方法包含以下步驟： 提供基板； 將具有第一極性之第一多晶矽層形成至該基板之第一區上； 將具有第二極性之第二多晶矽層形成至該基板之第二區上；該第二極性與該第一極性相反；以及 以使得過剩少數載子產生於該矽材料中的方式在500℃以上的溫度執行第一氫鈍化製程； 形成金屬接點以自該第一多晶矽層及該第二多晶矽層擷取電荷載子；以及 以使得過剩少數載子產生於該多晶矽材料中的方式在500℃以下的溫度執行第二氫鈍化製程；該第二氫鈍化製程包含以下步驟：使該裝置暴露於電磁輻射；該電磁輻射使得具有高於該多晶矽材料之能隙的能量之光子提供至少10 mW/cm2 之功率密度； 其中該第一氫鈍化製程或該第二氫鈍化製程致能該矽材料之該塊體區中之電氣活性缺陷之鈍化。
在一些實施例中，具有第一極性之該第一多晶矽層及具有第二極性之該第二多晶矽層交錯。
根據第五態樣，本發明提供一種用於形成混合矽光伏打裝置之方法，該方法包含以下步驟： 提供基板，該基板包含摻雜矽材料； 將具有第一極性之矽材料區形成至該基板之第一表面上的該摻雜矽材料中；以及 將具有第二極性之多晶矽層形成於該基板之第二表面上；該第二極性與該第一極性相反；該第二表面與該第一表面相反； 將含有氫的一介電質層形成於具有該第一極性之該區上； 繼形成該介電質層之後，以使得過剩少數載子產生於該矽材料中的方式在500℃以上的溫度執行第一氫鈍化製程；該第一氫鈍化製程包含以下步驟：使該裝置暴露於電磁輻射；該電磁輻射使得具有高於該多晶矽材料之能隙的能量之光子提供至少10 mW/cm2 之功率密度； 形成金屬接點以自該第一多晶矽層及該第二多晶矽層擷取電荷載子；以及 以使得過剩少數載子產生於該多晶矽材料中的方式在500℃以下的溫度執行第二氫鈍化製程； 其中該第一氫鈍化製程或該第二氫鈍化製程致能該矽材料之該塊體區中之電氣活性缺陷之鈍化。
該方法可包含以下步驟：在形成該多晶矽層之前，將穿隧介電質層沉積於該基板之第二表面上。
在實施例中，至少一多晶矽層藉由熱處理非晶矽層形成，且在執行該第二鈍化製程之該步驟期間，在該非晶矽之結晶期間形成的過剩氫擴散穿過該裝置以鈍化電氣活性缺陷。在使該矽暴露於電磁輻射的熱處理該非晶矽層之該步驟期間，過剩載子產生於該矽材料中以促進氫自該層之外擴散。
根據第六態樣，本發明提供一種用於形成光伏打裝置之方法，該方法包含以下步驟： 提供矽基板； 以使得過剩少數載子產生於該矽中的方式在500℃以上的溫度執行第一氫鈍化製程； 將載子選擇性層形成於該基板之第一區上；該載子選擇性層使得穿過該層的具有第一極性之載子之流動最小化； 形成金屬接點以自該載子選擇性層擷取電荷載子；以及 以使得過剩少數載子產生於該矽中的方式在500℃以下的溫度執行第二氫鈍化製程；該第二氫鈍化製程包含以下步驟：使該裝置暴露於電磁輻射；該電磁輻射使得具有高於該矽材料之能隙的能量之光子提供至少10 mW/cm2 之功率密度； 其中該第一氫鈍化製程或該第二氫鈍化製程致能該矽材料之該塊體區中之電氣活性缺陷之鈍化。
在一實施例中，該載子選擇性層中一個包含MoOX 。
根據第七態樣，本發明提供一種用於形成光伏打裝置之方法，該方法包含以下步驟： 提供矽基板； 將至少一異質接面結構形成於該基板之第一區處；該異質接面結構經配置以在暴露於輻射時產生過剩載子； 以使得過剩少數載子產生於該異質接面結構中的方式在500℃以上的溫度執行第一氫鈍化製程； 形成金屬接點以自該異質接面結構擷取電荷載子；以及 以使得過剩少數載子產生於該異質接面結構中的方式在500℃以下的溫度執行第二氫鈍化製程；該第二氫鈍化製程包含以下步驟：使該裝置暴露於電磁輻射；該電磁輻射使得具有高於該異質接面材料之能隙的能量之光子提供至少10 mW/cm2 之功率密度； 其中該第一氫鈍化製程致能氫穿過該矽之擴散且該第二氫鈍化製程致能該異質接面中之電氣活性缺陷之鈍化。
在以上界定的本發明之態樣中之任何態樣中，在執行該第一鈍化製程或該第二鈍化製程之該步驟期間，該裝置可在存在氫源的情況下暴露於電磁輻射；該電磁輻射使得具有高於矽之能隙的能量之光子提供至少10 mW/cm2 之功率密度。
執行該第一鈍化製程之該步驟係以使得如下的方式執行： -該裝置中的中性電荷狀態中之氫之濃度增加； -自介電質層釋放的氫之量增加；或 -氫穿過該裝置中之該矽之該擴散增加。
此外，執行該第二鈍化製程之該步驟係以使得該裝置中之氫之反應性增加或該裝置中之氫之擴散率增加的方式執行。
執行該第二鈍化製程之該步驟可在包含在100℃與500℃之間的溫度，在一些情況下，在介於250℃與450℃之間或介於150℃與250℃之間的溫度執行短於60秒的時段。
在一些實施例中，該方法進一步包含以下步驟：形成具有第二極性之矽材料層以吸除該矽材料中之雜質，該層具有低於80 Ω/sq的薄片電阻；以及蝕刻掉該層之一部分以移除該等吸除的雜質，使得該蝕刻層之該薄片電阻增加至至少100 Ω/sq。
在一些其他實施例中，該方法包含以下步驟：在沉積含有過剩氫的犧牲層之該步驟期間使該犧牲層暴露於輻射，以幫助氫至該矽中之該擴散。
在一些實施例中，該方法可包含以下步驟：在形成多晶矽或非晶矽之該步驟期間使該裝置暴露於輻射，以促進氫至該矽中之該擴散。
根據第八態樣，本發明提供一種光伏打裝置，該光伏打裝置根據以上態樣中之任何態樣之方法製造。
本發明之有利實施例提供用於使用氫鈍化來製造高效率矽光伏打裝置以改良效能之方法。有利地，根據實施例之處理技術致能使用較便宜矽材料來製造高效率光伏打裝置。
較佳實施例之詳細說明 本發明之實施例係關於光伏打及矽基板上的高效率矽光伏打裝置之製造之領域。特定而言，實施例係關於用以提高用於具有重摻雜p型區之光伏打裝置結構之矽中的電荷載子之壽命的熱製程之併入，該等重摻雜p型區藉由除鋁及矽之合金化以外的方式形成。
在一些情況下與對於輻射製程之暴露耦合的本文所描述之熱製程允許改良氫之使用以鈍化高效率光伏打裝置中之缺陷，包括與硼氧複合物有關的缺陷。多個氫鈍化步驟用來改良氫至矽塊體中及遍及矽塊體之擴散、用於後續鈍化製程的氫之儲存、及鈍化矽中之各種複合運轉缺陷。此外，方法允許塊體氫鈍化及高效率太陽能結構之相容性，該等高效率太陽能結構諸如非晶矽層、多晶矽層、擴散p+區及用於此類結構之金屬接點。
例如，根據本發明之一實施例，PERL光伏打裝置之效率可藉由在電池之製造步驟期間使用氫鈍化改良。
參考圖1，展示具有形成p型PERL光伏打裝置所需要的步驟的流程圖100。在步驟102處，提供由p型晶態矽材料製作的基板。此後，對基板之兩個側執行織理。在步驟104處，將具有第二極性之矽區形成至基板中，其中第二極性與第一極性相反。在步驟106處，以上結構經處理以實行氫鈍化。此步驟通常在高於500℃之溫度實行。在步驟108處，金屬接點經形成於光伏打裝置結構上以自矽擷取電荷載子。在金屬接點之形成之後，結構經歷第二氫鈍化製程。在此鈍化期間，結構之溫度維持在500℃以下,且過剩少量載子亦經形成於矽材料中。
圖2a及圖2b展示貫穿根據實施例之製造製程的p型PERL光伏打裝置的示意圖。在操作2A中，p型晶態矽基板200經提供。在操作2B中，對基板執行織理以創建裝置之光接收表面上的表面201及裝置之非光接收表面上的表面202。在操作2C中，磷擴散用來形成矽表面附近的具有高於1x1020 /cm3 之表面摻雜劑濃度的重摻磷區203及0進一步延伸至矽中的輕摻磷區204。重擴散區203用來自矽塊體吸除雜質。吸除可利用推進效應。在操作2D中，化學蝕刻經執行來自裝置之背面移除層203及204且平面化背表面。製程亦可用來自裝置之光接收表面移除層203且導致低於1x1020 /cm3 的表面摻雜濃度。在操作2E中，加熱氧化經執行來在裝置之兩個表面上生長薄熱氧化物層205。在操作2F中，含氫介電質層206諸如PECVD氮化矽經沉積至裝置之光接收表面上。在操作2G中，任擇地對裝置之背表面執行化學製程以移除層205。在操作2H中，介電質層經形成於背表面上。此可由藉由諸如原子層沉積或PECVD之技術形成的氧化鋁薄層207組成。隨後形成封蓋含氫介電質層208，諸如氮化矽、氧化矽、氮氧化矽或碳化矽之PECVD。
現參考圖2b，展示操作2I，其中含磷層經沉積至裝置之光接收表面上209。在2J中，雷射製程用來界定接點開口且局部地打開裝置之前表面上的介電質層205及206，且形成局部化重摻磷區210。雷射製程用來局部地打開裝置之背部上的介電質層207及208，且自層207或另外施加的摻雜劑源產生局部化p+摻雜區211。在2K中，化學製程用來移除殘餘磷摻雜劑層209。接著，在又一操作中，在超過500℃的溫度執行熱製程，從而併入少數載子注射以自介電質層釋放氫、將氫擴散至塊體中且鈍化缺陷。
替代地，此熱製程可在操作2M之後執行。在此情況下，較佳地，所使用溫度低於矽與金屬層212之共熔溫度。對於鋁之狀況，此為577℃。若使用較高溫度，則在熔化鋁矽區之再結晶之前，充分低的溫度經選擇來避免p+區211之完整消耗。
替代地，熱製程可在操作2M之前經執行來允許較寬範圍的處理溫度。
在操作2M中，含金屬層212諸如藉由鋁之蒸發或濺射沉積至裝置之背表面上。
在操作2N中，金屬接點213經形成於區210上。此可藉由自對準光誘致噴鍍來達成，且可由鎳/銅/銀之堆疊組成。此製程可涉及用來通常在250℃–450℃之範圍內形成矽化鎳層以最小化銅至矽中之擴散的額外熱處理。較佳地，此熱製程併入少數載子注射以防止在先前熱製程期間鈍化的缺陷之再活化。
任擇地對裝置執行併入少數載子注射的額外熱製程，以在金屬接點在相較於操作2N的較低溫度之沉積之後鈍化裝置中之缺陷。
現參考圖3，展示具有與本質薄層(HIT)光伏打裝置形成異質接面所需要的一系列步驟的流程圖300。
在步驟302處，提供包含具有第一極性之摻雜矽材料的基板。鋸破壞經蝕刻且執行磷擴散。隨後，擴散層經移除且表面經織理。此外，以過剩少數載子產生於矽材料中的方式在500℃以上的溫度執行第一氫鈍化製程(步驟304)。例如，當氫鈍化步驟經執行時，可將裝置暴露於光。在步驟305處，本質非晶矽材料層經形成至裝置之第一區上。在步驟306處，具有例如p型之第一極性之摻雜非晶矽材料層經形成至第一層之一部分上。隨後，步驟308，第二本質非晶矽層經形成至基板之相反表面上，且具有例如n型之第二極性之摻雜非晶矽材料層經形成至第二層之一部分上。金屬接點隨後經形成且在500℃以下的溫度執行第二氫鈍化製程，且過剩少數載子產生於矽材料中。
圖4a及圖4b展示貫穿根據實施例之製造製程的HIT光伏打裝置的示意圖。在操作4A中，提供晶態矽基板400。此可為n型的或p型的。
在操作4B中，化學蝕刻用來自基板移除鋸破壞以創建裝置之光接收表面上的表面401及裝置之非光接收表面上的表面402。
在操作4C中，磷擴散用來形成具有大於1020 /cm3 之活性磷表面摻雜劑濃度的摻磷區403，以吸除塊體內之雜質。在操作4D中，化學蝕刻經執行以自裝置移除層403且對表面401及402織理。在4E中，在一或多個表面上將氫源提供至光伏打裝置。此可涉及具有含氫氣體諸如氫氣(H2)、氨氣(NH3)及/或矽烷(SiH4)的電漿之使用。此可形成諸如PECVD氮化矽之犧牲介電質層404，以在後序操作期間充當持續氫源。照明可在電漿製程期間經提供來輔助矽及/或介電質層內的氫載子狀態之操縱，且促進氫至矽中之擴散。任擇地，薄介電質層404a可藉由諸如化學氧化或PECVD之技術生長於一或多個表面上，以在後續操作中減少氫之外擴散。較佳地，此層亦可在後續操作期間充當氫源。
在操作4F中，當鈍化裝置內之缺陷內，在高於500℃之溫度執行併入少數載子注射的熱製程以使氫擴散遍及矽。任擇地，在500℃以下的溫度執行額外照射退火製程。隨後移除犧牲404及404a。
在操作4G中，非晶矽之介電質層經沉積至表面上。在表面401上，此可包含本質非晶矽405及n型非晶矽406之薄堆疊。在表面402上，此可包含本質非晶矽405及p型非晶矽407之薄堆疊。在操作4H中，透明傳導層408經形成於裝置上。在操作4I中，金屬接點經形成於裝置上409。此外，在500℃以下的溫度執行併入少數載子注射的熱製程以鈍化裝置中之缺陷。同時，此可改良對金屬接點的接觸電阻。
現參考圖5，展示具有形成混合同質接面/非晶矽異質接面p型接點光伏打裝置所需要的一系列步驟的流程圖500。
在步驟502處，矽基板經提供且織理。磷隨後擴散於矽中以在基板之第一表面上形成具有第一極性(n型)之矽材料區，步驟504。電池之背側隨後經蝕刻且前擴散減輕。隨後，執行電池之前區之熱氧化及PECVD步驟。此外，封蓋層經沉積且磷摻雜劑源經提供來執行雷射摻雜。在移除摻雜劑源之後，以使得過剩少數載子產生於矽中的方式執行在500℃以上的溫度之第一氫鈍化製程，步驟506。在生長鈍化氧化物層之後，本質非晶矽層經形成，步驟508，且摻雜非晶矽材料層經形成至本質非晶矽層之一部分上，步驟510。隨後，金屬接點形成於裝置之前部及背部處，且以使得過剩少數載子產生於矽中的方式在500℃以下的溫度執行第二氫鈍化製程，步驟512。
圖6a、圖6b及圖6c展示貫穿根據實施例之製造製程的混合同質接面/非晶矽異質接面p型接點光伏打裝置的示意性圖解。
在操作6A中，晶態矽基板600經提供。此可為n型的或p型。
在操作6B中，對基板執行織理以創建裝置之光接收表面上的表面601及裝置之非光接收表面上的表面602。
在操作6C中，磷擴散用來形成矽表面附近的重摻磷區603及進一步延伸至矽中的輕摻磷區604。重擴散區603用來自矽塊體吸除雜質。
在操作6D中，化學蝕刻經執行來自裝置之背面移除層603及604且平面化背表面。製程亦可用來自裝置之光接收表面移除層603且導致低於1020 /cm3 的表面摻雜濃度。
在操作6E中，熱氧化經執行來在裝置之兩個表面上生長薄熱氧化物層605。
在操作6F中，含氫介電質層606諸如PECVD氮化矽經沉積至裝置之光接收表面上。任擇地，此製程併入少數載子注射。
在操作6G中，緊密封蓋層607可任擇地經提供於層606之頂部上，以輔助阻擋氫自層606之頂部表面逸散出，且因此增加氫自層606穿過層605及603且進入塊體矽晶圓600中之擴散。
在操作6H中，含磷層608諸如磷酸經沉積至裝置之光接收表面上。
在操作6I中，雷射製程用來界定接點開口且局部地打開裝置之前表面上的介電質層605、606及607，且形成局部化重摻磷區609。
在操作6J中，化學製程用來移除殘餘磷摻雜劑層608。
隨後在500℃以上的溫度執行氫化製程，以自介電質層釋放氫且使氫擴散遍及裝置並且鈍化裝置內之缺陷。較佳地，此製程併入使用照明的少數載子注射。任擇地，接點界定操作6I可在對製程流之適當改變的情況下之後執行。
在操作6L中，任擇地對裝置之背表面執行化學製程以移除層605。
在操作6M中，隧道氧化物層610任擇地經生長於裝置之背表面上。
在操作6N中，非晶矽之介電質層經沉積至背表面602上。此可包含本質非晶矽611及p型非晶矽612之薄堆疊。
在操作6O中，透明傳導層613經形成於裝置上。
在操作6P中，金屬接點614經形成於裝置之背部上。
在操作6Q中，金屬接點615經形成於區609上。此可藉由如美國專利第6429039號中揭示的自對準光誘致噴鍍達成，且可由鎳/銅/銀之堆疊組成。此製程可涉及用來通常在250℃至450℃之範圍內形成矽化鎳層以防止銅至矽中之擴散的額外熱處理。製程亦保持充分地短，以避免非晶矽層之結晶。層610可用來為非晶矽層提供額外熱穩定性。任擇地，此熱製程併入少數載體注射以防止在先前熱製程期間鈍化的缺陷之再活化。
在用於操作6K及6Q中之熱製程的溫度以下的溫度的金屬接點之沉積之後，隨後對裝置執行併入少數載子注射的額外熱製程以鈍化裝置中之缺陷。任擇地，此與操作6Q中之熱製程組合。
現參考圖7，展示具有形成p型或n型多晶矽光伏打裝置所需要的一系列步驟的流程圖700。
矽基板經提供且織理，步驟702。磷層隨後經擴散至矽中且隨後經移除以移除缺陷。隧道氧化物層在將具有第一極性之第一多晶矽層形成至基板之第一區上(步驟704)及形成具有第二極性之第二多晶矽層(步驟706)之前經生長。多晶矽層之形成可需要若干步驟，諸如多晶矽之沉積、摻雜劑源之沉積、氧化物層之沉積及熱製程。多晶矽層可交錯以形成交錯式後接點光伏打裝置組態。
在抗反射塗層經形成之後，以使得過剩少數載子產生於矽材料中的方式執行在500℃以上的溫度之第一氫鈍化製程，步驟708。隨後，金屬接點經形成以自第一多晶矽層及第二多晶矽層擷取電荷載子，步驟710，且當裝置暴露於輻射以產生過剩載子時，執行在500℃以下的溫度之第二氫鈍化製程，步驟712。
圖8a及圖8b展示貫穿根據實施例之製造製程的多晶矽光伏打裝置的示意性圖解。
在操作8A中，晶態矽基板800經提供。此可為n型的或p型的。
在操作8B中，化學蝕刻用來織理基板以創建裝置之光接收表面上的表面801及裝置之非光接收表面上的表面802。
在操作8C中，磷擴散用來形成具有大於1020 /cm3 之活性磷表面摻雜劑濃度的摻磷區803，以吸除塊體內之雜質。
在操作8D中，化學蝕刻經執行來自裝置移除層803且織理表面801及802。
在操作8E中，隧道介電質層804經生長於表面上。
在操作8F中，多晶矽層805A及805B經沉積至層804上。層805A及805B經指示為不同層，因為在後續操作期間該等層將經不同地摻雜。任擇地，此製程併入具有能夠產生超過10 mW/cm2 之電子-電洞對的光子強度之少數載子注射，以使氫自多晶矽層擴散至矽中且鈍化塊體矽中之缺陷。在操作8G中，n型摻雜劑源806經提供於層805A上。p型摻雜劑源807經提供於層805B上。在操作8H中，氧化物層808及809分別形成於區806及807上。在操作8I中，熱製程經執行以使摻雜劑自層806及807擴散以分別將層805A及805B變換成n型摻雜多晶矽層810A及p型摻雜多晶矽層810B。在操作8J中，化學製程用來移除氧化物層808及809、及摻雜劑源806及807。在操作8K中，含氫抗反射層811經形成於裝置之前表面上，此可包括PECVD氮化矽。在操作8L中，當鈍化裝置內之缺陷時，在大於500℃的溫度執行併入少數載子注射的熱製程以使氫擴散遍及矽。在操作8M中，金屬接點812及813經形成於裝置上。此可藉由噴鍍、濺射或蒸發達成。在此，此涉及接點812在裝置之光接收表面上的圖案化生長。在操作8N中，在低於500℃之溫度執行併入少數載流子注射的熱製程以鈍化裝置內之缺陷。
現參考圖9，展示具有形成具有由多晶矽形成的同質接面及異質接面之光伏打裝置所需要的一系列步驟的流程圖900。
包含摻雜矽材料的矽基板經提供且織理，步驟902。磷隨後擴散於矽中以在基板之第一表面上形成具有第一極性(n型)之矽材料區，步驟904。電池之背側隨後經化學蝕刻。重磷擴散層自第一表面移除。隨後，對裝置之兩個表面執行熱氧化，且隨後使用化學製程自裝置之背表面移除氧化物層。隧道氧化物層隨後生長於背表面上。繼此之後，第二極性之p型多晶矽層經形成至隧道氧化物層上，步驟906。包含例如磷酸的抗反射層經沉積至裝置之前表面上。在此之後，雷射製程用來形成局部化重摻磷區，接著為殘餘磷摻雜劑層之移除。
在步驟908處，含氫介電質層諸如PECVD氮化矽經沉積至具有裝置之第一極性之區上。
在步驟910處，在500℃以上的溫度之第一氫鈍化製程經執行以自介電質層釋放氫且使氫擴散遍及裝置並且鈍化裝置內之缺陷。此氫化製程係以使得過剩少數載子產生於矽中的方式執行。
在步驟912處，金屬接點經形成以自第一多晶矽層及第二多晶矽層擷取電荷載子。
第二氫鈍化製程在500℃以下的溫度執行來將過剩少數載子產生於多晶矽材料中，步驟914。
圖10a及圖10b展示根據實施例之具有由多晶矽形成的同質接面及異質接面之光伏打裝置的示意性圖解。
在操作10A中，晶態矽基板1000經提供。此可為n型的或p型的。
在操作10B中，對基板執行織理以創建裝置之光接收表面上的表面1001及裝置之非光接收表面上的表面1002。
在操作10C中，磷擴散用來形成矽表面附近的重摻磷區1003及進一步延伸至矽中的輕摻磷區1004。重擴散區1003用來自矽塊體吸除雜質。
在操作10D中，化學蝕刻經執行以自裝置之背部移除層1003及1004且平面化背表面。製程亦可用來自裝置之光接收表面移除層1003，且導致低於1020 /cm3 的表面摻雜濃度。
在操作10E中，熱氧化經執行以在裝置之兩個表面上生長薄熱氧化物層1005。
在操作10F中，化學製程用來自裝置之背部移除層1005。
在操作10G中，隧道氧化物層1006經生長於裝置之背表面上。
在操作10H中，p型多晶矽層1007經形成至層1006上。任擇地，此製程併入少數載子注射以允許氫自多晶矽層至矽塊體中之擴散且鈍化塊體矽中之缺陷。替代地，以p型非晶矽層為特徵的一或多個非晶矽層可經沉積至層1006上且結晶以形成p型多晶矽層1007。較佳地，此製程併入少數載子注射。
在操作10I中，含氫介電質層1008諸如PECVD氮化矽經沉積至裝置之光接收表面上。任擇地，此製程併入少數載子注射。
在操作10J中，含磷層1009諸如磷酸經沉積至裝置之光接收表面上。
在操作10K中，雷射製程用來界定接點開口且局部地打開裝置之前表面上的介電質層1005及1008，且形成局部化重摻磷區1010。
在操作10L中，化學製程用來移除殘餘磷摻雜劑層1009。
在操作10M中，氫化製程在500℃以上的溫度經執行以自介電質層釋放氫且使氫擴散遍及裝置並且鈍化裝置內之缺陷。較佳地，此製程併入使用照明的少數載子注射。
在操作10N中，金屬接點1011經形成於裝置之背部上。
隨後，金屬接點經形成於區1010上。此可藉由鎳/銅/銀之堆疊之自對準光誘致噴鍍達成。此製程可涉及用以通常在250℃至450℃之範圍內形成矽化鎳層以防止銅至矽中之擴散的額外熱處理。任擇地，此熱製程併入少數載子注射以防止在先前熱製程期間鈍化的缺陷之再活化。
在用於操作10M及相繼熱製程的溫度以下的溫度之金屬接點之沉積之後，對裝置執行併入少數載子注射的額外熱製程以鈍化裝置中之缺陷。
現參考圖11，展示具有用來形成包含載子選擇性層的光伏打裝置所需要的一系列步驟的流程圖1100。具有載子選擇性層的此類型之電池之實例為混合同質接面/MoOX 異質接面p型接點光伏打裝置。
矽基板在步驟1102處經提供，且基板之前側及背側經織理。在步驟1104處，磷隨後擴散於矽中以在基板之第一表面上形成具有第一極性(n型)之矽材料區。電池之背側隨後經化學蝕刻。自第一表面移除重磷擴散層。在此之後，熱氧化經執行以在裝置之兩個表面上生長薄熱氧化物層。含氫介電質層諸如PECVD氮化矽經沉積至裝置之前表面上。繼此之後，包含例如磷酸的抗反射層經沉積至裝置之前表面上。在此之後，雷射製程用來形成局部化重摻磷區，接著為用於殘餘磷摻雜劑層之移除的化學製程。
在步驟1106處，在500℃以上的溫度之第一氫鈍化製程經執行以自介電質層釋放氫且使氫擴散遍及裝置並且鈍化裝置內之缺陷。此氫化製程係以使得過剩少數載子產生於矽中的方式執行。化學製程經實行以自背表面移除熱氧化物層。
在步驟1108處，載子選擇性層諸如MoOX 經沉積至背表面上。在步驟1110處，金屬接點經形成以自載子選擇性層擷取電荷載子。
第二氫鈍化製程在500℃以下的溫度經執行以將過剩少數載子產生於多晶矽材料中，步驟1112。
圖12a及圖12b展示根據實施例之包含載子選擇性層的光伏打裝置的示意性圖解。此電池之實例為混合同質接面/MoOX 異質接面p型接點光伏打裝置。
在操作12A中，晶態矽基板1200經提供。此可為n型的或p型的。
在操作12B中，對基板執行織理以創建裝置之光接收表面上的表面1201及裝置之非光接收表面上的表面1202。
在操作12C中，磷擴散用來形成矽表面附近的重摻磷區1203及進一步延伸至矽中的輕摻磷區1204。重擴散區1203用來自矽塊體吸除雜質。
在操作12D中，化學蝕刻經執行以自裝置之背部移除層1203及1204且平面化背表面。製程亦可用來自裝置之光接收表面移除層1203，且導致低於1020 /cm3 的表面摻雜濃度。
在操作12E中，熱氧化經執行以在裝置之兩個表面上生長薄熱氧化物層1205。在操作12F中，含氫介電質層1206諸如PECVD氮化矽經沉積至裝置之光接收表面上。任擇地，此製程併入少數載子注射。在操作12G中，含磷層1207諸如磷酸經沉積至裝置之光接收表面上。在操作12H中，雷射製程用來界定接點開口且局部地打開裝置之前表面上的介電質層1205及1206並且形成局部化重摻磷區1208。在操作12I中，化學製程用來移除殘餘磷摻雜劑層1207。
在操作12J中，氫化製程在500℃以上的溫度經執行以自介電質層釋放氫且使氫擴散遍及裝置並且鈍化裝置內之缺陷。較佳地，此製程併入使用照明的少數載子注射。
在操作12K中，任擇地對裝置之背表面執行化學製程以移除層1205。
在操作12L中，穿隧及鈍化層1209任擇地生長於裝置之背表面上。此可由本質非晶矽或氧化矽組成。
在操作12M中，選擇性電洞接點層1210諸如MoOX 經沉積至背表面1202上。在操作12N中，金屬接點1211經形成於裝置之背部上。
在操作12O中，金屬接點1212經形成於區1209上。此可藉由鎳/銅/銀之堆疊之自對準光誘致噴鍍達成。此製程可涉及用以通常在250℃至450℃之範圍內形成矽化鎳層以防止銅至矽中之擴散的額外熱處理。任擇地，此熱製程併入少數載子注射以防止在先前熱製程期間鈍化的缺陷之再活化。
在用於操作12J及12O中之熱製程的溫度以下的溫度之金屬接點之沉積之後，對裝置執行併入少數載子注射的額外熱製程以鈍化裝置中之缺陷。任擇地，此與操作12O中之熱製程組合。
熟習此項技術者將理解，可在不脫離如廣泛地描述的本發明之精神或範疇的情況下對如特定實施例中所示的本發明做出許多變化及/或修改。因此，本實施例在各方面應被視為例示性而非限制性的。
如本文所使用的「包含」一詞(及其文法變化)在「具有」或「包括」之包括性意義上且並非在「僅由……組成」之意義上加以使用。
100、300、500、700、900、1100‧‧‧流程圖
102～110、302～312、502～512、702～712、902～914、1102～1112‧‧‧步驟
200‧‧‧p型晶態矽基板
201、202、401、402、601、801、802、1001、1002、1201、1202‧‧‧表面
203、603、1003、1203‧‧‧重摻磷區/重擴散區
204、604、1004、1204‧‧‧輕摻磷區
205、605、1005、1205‧‧‧薄熱氧化物層
206、606、1008、1206‧‧‧含氫介電質層
207‧‧‧氧化鋁薄層
208‧‧‧封蓋含氫介電質層
209、608、1009、1207‧‧‧含磷層/殘餘磷摻雜劑層
210、609、1010、1208‧‧‧局部化重摻磷區
211‧‧‧局部化p+摻雜區
212‧‧‧金屬層
213、409、614、615、812、813、1011、1211、1212‧‧‧金屬接點
400、800、1000、1200‧‧‧晶態矽基板
403‧‧‧摻磷區
404‧‧‧犧牲介電質層
404a‧‧‧薄介電質層
405、611‧‧‧本質非晶矽
406‧‧‧n型非晶矽
407、612‧‧‧p型非晶矽
408、613‧‧‧透明傳導層
600‧‧‧晶態矽基板/塊體矽晶圓
602‧‧‧表面/背表面
607‧‧‧緊密封蓋層
610、1006‧‧‧隧道氧化物層
803‧‧‧層
804‧‧‧隧道介電質層
805A、805B‧‧‧多晶矽層
806‧‧‧n型摻雜劑源
807‧‧‧p型摻雜劑源
808、809‧‧‧氧化物層
810A‧‧‧n型摻雜多晶矽層
810B‧‧‧p型摻雜多晶矽層
811‧‧‧含氫抗反射層
1007‧‧‧p型多晶矽層
1209‧‧‧穿隧及鈍化層
1210‧‧‧選擇性電洞接點層
本發明之特徵及優點將自參考伴隨圖式的僅以實例之方式的本發明之以下描述顯而易見，在圖式中： 圖1、圖3、圖5、圖7、圖9及圖11展示具有根據實施例之製造高效率光伏打裝置所需要的步驟的流程圖； 圖2a至圖2b、圖4a至圖4b、圖6a至圖6c、圖8a至圖8b、圖10a至圖10b及圖12a至圖12c展示使用根據實施例之方法製造的高效率光伏打裝置的示意圖。
100‧‧‧流程圖
102~110‧‧‧步驟

Claims (29)

  1. 一種用於形成一同質接面矽光伏打裝置之方法，該方法包含以下步驟： 提供一基板，該基板包含具有一第一極性之摻雜矽材料； 將具有一第二極性之一矽材料區形成至該摻雜矽材料中；該第二極性與該第一極性相反； 以使得過剩少數載子產生於該矽材料中的一方式在500℃以上的溫度執行一第一氫鈍化製程； 形成金屬接點以自該矽材料擷取電荷載子；以及 以使得過剩少數載子產生於該矽材料中的一方式在500℃以下的溫度執行一第二氫鈍化製程； 其中該第一氫鈍化製程或該第二氫鈍化製程致能該矽材料之塊體區中之電氣活性缺陷之鈍化。
  2. 一種用於形成一矽異質接面光伏打裝置之方法，該方法包含以下步驟： 提供一基板，該基板包含具有一第一極性之摻雜矽材料； 以使得過剩少數載子產生於該矽材料中的一方式在500℃以上的溫度對該基板執行一第一氫鈍化製程； 繼執行該第一氫鈍化之後，將一第一本質非晶矽層形成至該基板之一第一表面上； 將具有一第一極性之一摻雜非晶矽材料層形成至該第一層之一部分上； 將一第二本質非晶矽層形成至該基板之一第二表面上；該第二表面與該第一表面相反； 將具有一第二極性之一摻雜非晶矽材料層形成至該第二層之一部分上；該第二極性與該第一極性相反；以及 以使得過剩少數載子產生於該非晶矽材料中的一方式在500℃以下的溫度執行一第二氫鈍化製程； 其中該第一氫鈍化製程或該第二氫鈍化製程致能該矽材料之塊體區中之電氣活性缺陷之鈍化。
  3. 如請求項2之方法，其中該方法進一步包含以下步驟：在形成該本質非晶矽層之前，將含有過剩氫的一犧牲層沉積於該摻雜矽材料上。
  4. 如請求項2之方法，其中該方法進一步包含以下步驟：在形成該本質非晶矽層之前，將一穿隧介電質層沉積於該摻雜矽材料上。
  5. 如請求項4之方法，其中該穿隧介電質層包含氧。
  6. 一種用於形成一混合矽光伏打裝置之方法，該方法包含以下步驟： 提供一基板，該基板包含摻雜矽材料； 將具有一第一極性之一矽材料區形成至該基板之一第一表面上的該摻雜矽材料中；以及 以使得過剩少數載子產生於該矽材料中的一方式在500℃以上的溫度執行一第一氫鈍化製程； 繼執行一第一氫鈍化之後，將一本質非晶矽層形成於該基板之一第二表面上；該第二表面不同於該第一表面； 將具有第二極性之一摻雜非晶矽材料層形成至該本質非晶矽層之一部分上；該第二極性與該第一極性相反；以及 以使得過剩少數載子產生於該非晶矽材料中的一方式在500℃以下的溫度執行一第二氫鈍化製程； 其中該第一氫鈍化製程或該第二氫鈍化製程致能該矽材料之塊體區中之電氣活性缺陷之鈍化。
  7. 如請求項6之方法，其中該方法進一步包含以下步驟：在執行第一氫鈍化製程之前，將含有氫的一介電質層沉積於具有該第一極性之該區上。
  8. 一種用於形成一多晶矽光伏打裝置之方法，該方法包含以下步驟： 提供一基板； 將具有一第一極性之一第一多晶矽層形成至該基板之一第一區上； 將具有一第二極性之一第二多晶矽層形成至該基板之一第二區上；該第二極性與該第一極性相反；以及 以使得過剩少數載子產生於該矽材料中的一方式在500℃以上的溫度執行一第一氫鈍化製程； 形成金屬接點以自該第一多晶矽層及該第二多晶矽層擷取電荷載子；以及 以使得過剩少數載子產生於該多晶矽材料中的一方式在500℃以下的溫度執行一第二氫鈍化製程；該第二氫鈍化製程包含以下步驟：使該裝置暴露於電磁輻射；該電磁輻射使得具有高於該多晶矽材料之一能隙的一能量之光子提供至少10 mW/cm2 之一功率密度； 其中該第一氫鈍化製程或該第二氫鈍化製程致能該矽材料之塊體區中之電氣活性缺陷之鈍化。
  9. 如請求項8之方法，其中具有第一極性之該第一多晶矽層與具有第二極性之該第二多晶矽層交錯。
  10. 一種用於形成一混合矽光伏打裝置之方法，該方法包含以下步驟： 提供一基板，該基板包含摻雜矽材料； 將具有一第一極性之一矽材料區形成至該基板之一第一表面上的該摻雜矽材料中；以及 將具有一第二極性之一多晶矽層形成於該基板之一第二表面上；該第二極性與該第一極性相反；該第二表面與該第一表面相反； 將含有氫的一介電質層形成於具有該第一極性之該區上； 繼形成該介電質層之後，以使得過剩少數載子產生於該矽材料中的一方式在500℃以上的溫度執行一第一氫鈍化製程；該第一氫鈍化製程包含以下步驟：使該裝置暴露於電磁輻射；該電磁輻射使得具有高於該多晶矽材料之一能隙的一能量之光子提供至少10 mW/cm2 之一功率密度； 形成金屬接點以自該第一多晶矽層及該第二多晶矽層擷取電荷載子；以及 以使得過剩少數載子產生於該多晶矽材料中的一方式在500℃以下的溫度執行一第二氫鈍化製程； 其中該第一氫鈍化製程或該第二氫鈍化製程致能該矽材料之塊體區中之電氣活性缺陷之鈍化。
  11. 如請求項8之方法，其中該方法進一步包含以下步驟：在形成該多晶矽層之前，將一穿隧介電質層沉積於該基板之一第二表面上。
  12. 如請求項8之方法，其中至少一多晶矽層藉由熱處理一非晶矽層來形成，且在執行該第二鈍化製程之該步驟期間，在該非晶矽之結晶期間形成的過剩氫擴散穿過該裝置以鈍化電氣活性缺陷。
  13. 如請求項12之方法，其中在使該矽暴露於電磁輻射的熱處理該非晶矽層之該步驟期間，過剩載子經產生於該矽材料中以促進氫自該層之外擴散。
  14. 一種用於形成一光伏打裝置之方法，該方法包含以下步驟： 提供一矽基板； 以使得過剩少數載子產生於該矽中的一方式在500℃以上的溫度執行一第一氫鈍化製程； 將一載子選擇性層形成於該基板之一第一區上；該載子選擇性層使得穿過該層的具有一第一極性之載子之流動最小化； 形成金屬接點以自該載子選擇性層擷取電荷載子；以及 以使得過剩少數載子產生於該矽中的一方式在500℃以下的溫度執行一第二氫鈍化製程；該第二氫鈍化製程包含以下步驟：使該裝置暴露於電磁輻射；該電磁輻射使得具有高於該矽材料之一能隙的一能量之光子提供至少10 mW/cm2 之一功率密度； 其中該第一氫鈍化製程或該第二氫鈍化製程致能該矽材料之塊體區中之電氣活性缺陷之鈍化。
  15. 如請求項14之方法，其中該載子選擇性層包含MoOX 。
  16. 一種用於形成一光伏打裝置之方法，該方法包含以下步驟： 提供一矽基板； 形成至少一異質接面結構於該基板之一第一區；該異質接面結構經配置以在暴露於輻射時產生過剩載子； 以使得過剩少數載子產生於該異質接面結構中的一方式在500℃以上的溫度執行一第一氫鈍化製程； 形成金屬接點以自該異質接面結構擷取電荷載子；以及 以使得過剩少數載子產生於該異質接面結構中的一方式在500℃以下的溫度執行一第二氫鈍化製程；該第二氫鈍化製程包含以下步驟：使該裝置暴露於電磁輻射；該電磁輻射使得具有高於該異質接面材料之一能隙的一能量之光子提供至少10 mW/cm2 之一功率密度； 其中該第一氫鈍化製程致能氫穿過該矽之擴散且該第二氫鈍化製程致能該異質接面中之電氣活性缺陷之鈍化。
  17. 如請求項1至16中任一項之方法，其中在執行該第一鈍化製程或該第二鈍化製程之該步驟期間，該裝置在存在一氫源的情況下暴露於電磁輻射；該電磁輻射使得具有高於矽之一能隙的一能量之光子提供至少10 mW/cm2 之一功率密度。
  18. 如請求項1至16中任一項之方法，其中執行該第一鈍化製程之該步驟係以使得如下之一方式執行： -該裝置中的中性電荷狀態中之氫之濃度增加； -自介電質層釋放的氫之量增加；或 -氫穿過該裝置中之該矽之該擴散增加。
  19. 如請求項1至18中任一項之方法，其中執行該第二鈍化製程之該步驟係以使得該裝置中之氫之反應性增加或該裝置中之氫之擴散率增加的一方式執行。
  20. 如請求項1至16中任一項之方法，其中執行該第二鈍化製程之該步驟係在包含在100℃與500℃或250℃與450℃之間的溫度執行。
  21. 如請求項1至16中任一項之方法，其中執行該第二鈍化製程之該步驟具有短於60秒的一持續時間。
  22. 如請求項1至16中任一項之方法，其中執行該第二鈍化製程之該步驟係在包含在100℃與250℃之間的溫度執行。
  23. 如請求項1至16中任一項之方法，其中執行該第二鈍化製程之該步驟具有短於10秒的一持續時間。
  24. 如請求項1至16中任一項之方法，其中該方法進一步包含以下步驟：形成具有一第二極性之一矽材料層以吸除該矽材料中之雜質，該層具有低於80 Ω/sq的一薄片電阻；以及蝕刻掉該層之一部分以移除該等吸除的雜質，使得經蝕刻層之薄片電阻增加到至少100 Ω/sq。
  25. 如請求項3或請求項12之方法，其中該方法進一步包含以下步驟：在沉積含有過剩氫的一犧牲層之該步驟期間使該犧牲層暴露於輻射，以幫助氫至該矽中之該擴散。
  26. 如請求項8至12中任一項之方法，其中該方法進一步包含以下步驟：在形成多晶矽之該步驟期間使該裝置暴露於輻射，以幫助氫至該矽中之該擴散。
  27. 如請求項2至7中任一項之方法，其中該方法進一步包含以下步驟：在形成非晶矽之該步驟期間使該裝置暴露於輻射，以幫助氫至該矽中之該擴散。
  28. 如請求項2至7中任一項之方法，其中執行該第二鈍化製程之該步驟係在包含在150℃與250℃之間的溫度執行。
  29. 一種光伏打裝置，其根據請求項1至28中任一項之方法製造。
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