TW202209694A - 太陽能電池製造 - Google Patents

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法商塞姆科智慧科技法國公司
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Abstract

本揭露係關於一種製造一太陽能電池之方法，該方法按以下次序包含： 在一半導體基板(50)之至少一個表面(503)之上形成一隧道氧化物(52)； 在該隧道氧化物之上形成摻雜有一第一類型導電摻雜劑之一第一層(54)； 在該第一摻雜層上形成一遮罩(56)； 在該遮罩之上形成摻雜有一第二類型導電摻雜劑之一第二層(57)；及 穿過摻雜有該第二類型導電摻雜劑之該第二層，使用一雷射對該第一摻雜層之至少一個第一區(542, 66)進行摻雜。

Description

太陽能電池製造
本揭露大體而言係關於太陽能電池且更特定而言係關於背側接觸式太陽能電池結構及製造製程。
太陽能電池係用於將陽光轉化成電能之裝置。通常，太陽能電池結構係基於p型區及n型區在同一半導體基板上的存在。在背側接觸式太陽能電池中，每個區耦接至太陽能電池之背側上之金屬接點以允許外部電路或裝置耦接至太陽能電池或由太陽能電池供電，如US2016/0351737及US7468485中所描述。
需要改良當前太陽能電池及其製程，特別是減少處理時間。
一個實施例解決了已知太陽能電池及其製造製程的所有或一些缺點。
一個實施例提供一種製造太陽能電池之方法，該方法按以下次序包含： 在半導體基板之至少一個表面之上形成隧道氧化物； 在隧道氧化物之上形成摻雜有第一類型導電摻雜劑之第一層； 在第一摻雜層上形成遮罩； 在遮罩之上形成摻雜有第二類型導電摻雜劑之第二層；及 穿過摻雜有第二類型導電摻雜劑之第二層，使用雷射對第一摻雜層之至少一個第一區進行摻雜。
根據實施例，該方法包含：在第二層的形成之後，形成在第二層、遮罩、第一摻雜層及隧道氧化物中延伸的溝槽。
根據實施例，溝槽將第一摻雜層之第一區與第一摻雜層之第二區分離。
根據實施例，該方法包含：在另一表面上對半導體基板進行紋理化。
根據實施例，該方法包含：在第一摻雜層之上形成鈍化膜，鈍化層重新覆蓋溝槽之內側。
一個實施例提供一種指叉狀背接觸式或IBC太陽能電池，其藉由如上所述之方法獲得。
一個實施例提供一種太陽能面板，其包含IBC太陽能電池。
在各個圖中，相似的特徵由相似的參考符號表示。特定而言，各個實施例當中共有的結構及/或功能特徵可具有相同的參考符號且可處置相同的結構、尺寸及材料性質。
為了清楚起見，僅詳細示出並描述了可用於理解本文中描述之實施例之操作及元件。
除非另外指出，否則當參考連接在一起之兩個元件時，此表明直接連接而沒有除導體之外的任何中間元件，且當參考耦接在一起之兩個元件時，此表明此等兩個元件可經連接或它們可經由一或多個其他元件耦接。
在以下揭示內容中，除非另外指出，否則當參考諸如術語「前」、「後」、「頂部」、「底部」、「左」、「右」等絕對位置限定詞或諸如術語「上方」、「下方」、「更高」、「更低」等相對位置限定詞或諸如「水平」、「垂直」等定向限定詞時，參考了圖中所示之定向。
除非另外規定，否則表達「約」、「大約」、「大致」及「大概」表明在10%內，且較佳地在5%內。
第1圖示出了示出太陽能電池之實例的剖視圖。
第1圖所示之太陽能電池由半導體基板10製成，半導體基板10具有意欲在正常操作期間接收太陽輻射的前側部分及形成了太陽能電池之金屬接點的背側部分。太陽能電池具有由摻雜層37覆蓋之紋理化前側。
第1圖之太陽能電池包括形成於基板10之背側之上的未摻雜層30B中的具有第一導電類型之第一區32 (諸如p型區)及具有第二導電類型之第二區36 (諸如n型區)。隧道氧化物層20B可形成於基板10之背側上，更確切而言，形成於基板10與未摻雜層30B之間。層37具有第二導電類型。
金屬接點41連接至區32及36以允許外部電路及裝置自太陽能電池接收電力。
第1圖之太陽能電池可包括鈍化層38、39、40以保護結構免受外部電損害。
第2圖至第16圖係示出製造第1圖中所示出之太陽能電池之方法的實例之步驟之剖視圖。
製造第1圖所示之太陽能電池的製程可包含： - 製備(第2圖)半導體基板10； - 在基板10之前側101上形成(第3圖)隧道氧化物層20F及在基板10之背側103上形成另一隧道氧化物層20B； - 在層20F之前側上形成半導體層30F及在層20B之背側上形成另一半導體層30B； - 在層30B之背側上形成(第4圖)由摻雜層製成的層31，層31形成於整個層30B之上，且未摻雜層形成於整個摻雜層之上。摻雜層包括第一類型(p或n)導電摻雜劑； - 使用例如濕式蝕刻製程在層31中形成(第5圖)開口310； - 藉由使用雷射，藉由層31的摻雜劑在層30B中之熱擴散，在層30B中形成(第6圖)區域32； - 在結構周圍沉積(第7圖)遮罩層33； - 自結構之前側，且更確切而言自層30F之前側且自層30F、層20F及基板10之一部分的橫向側，移除(第8圖)遮罩層33； - 移除(第9圖)層20F及層30F且紋理化處理層30F之前側； - 在遮罩層33中形成(第10圖)開口34； - 在含有第二類型導電摻雜劑之氣體環境35下處理(第11圖)以便在層30B中形成區域36且在基板10之前側上形成層37； - 移除(第12圖)遮罩層33； - 熱處理(第13圖)以便使區域36之摻雜劑在層30B之全部深度中擴散； - 在層37之前側中形成(第14圖)鈍化且抗反射膜38； - 在結構之背側中形成(第15圖)鈍化膜39且在結構之橫向側中形成鈍化膜40； - 藉由濕式蝕刻層39之步驟及金屬沉積步驟在結構之背側上形成(第16圖)電極41。
第17圖係示出根據本說明書之實施例之太陽能電池的剖視圖。
第17圖所示之太陽能電池由半導體基板50製成，半導體基板50具有意欲在正常操作期間接收太陽輻射的前側部分及形成了接至太陽能電池之金屬接點的背側部分。太陽能電池具有由摻雜層64覆蓋之紋理化前側。
第17圖之太陽能電池包括形成於基板50之背側之上的具有第一導電類型之一或多個區541(諸如p型區)及具有第二導電類型之一或多個區66 (諸如n型區)。隧道氧化物層52可形成於基板50之背側上，更確切而言，形成於基板50與區541、66之間。
金屬接點76、78連接至區541及66以允許外部電路及裝置自太陽能電池接收電力。
第17圖之太陽能電池可包括鈍化層70、72、74以保護結構免受外部電損害。
此外，第17圖所示之太陽能電池可包括在區541與區66之間的溝槽60，以及在基板50中之摻雜有第二類型導電摻雜劑之低深度摻雜基板68。
第18圖示出了根據本說明書之實施例之製造接觸式太陽能電池的步驟。
在本實施例中，基板50係半導體基板，例如矽晶圓，較佳地摻雜有n型摻雜劑(諸如磷(P))或p型摻雜劑(鎵(Ga)及硼(B))。
基板50具有前側501及背側503。前側501係太陽能電池之意欲接收太陽輻射的側面。使用一製程將基板50薄化至例如約240 μm之厚度，該製程亦自晶圓之表面蝕刻損傷(鋸齒損傷蝕刻–SDE)。
第19圖示出了根據本說明書之實施例之製造接觸式太陽能電池的另一步驟。
在第19圖中，在隧道氧化物層52之上形成摻雜層54，例如p摻雜多晶矽層。
在背側503之上且例如在基板50之前側之上形成隧道氧化物層52。形成隧道氧化物層52以便使其足夠薄以增大電子跨隧道氧化物層52直接隧穿的可能性。隧道氧化物層52可具有約7埃至約20埃之厚度。在一個實施例中，隧道氧化物層52具有約10埃之厚度。隧道氧化物層52可藉由例如熱生長或化學沉積(例如，電漿增強化學氣相沉積(plasma enhanced chemical vapor deposition，PECVD)或低壓化學氣相沉積(low pressure chemical vapor deposition，LPCVD))形成。隧道氧化物層52可使用臭氧氧化製程形成，臭氧氧化製程涉及將基板50浸漬在包含懸浮於去離子水中之臭氧的浴中。例如，基板50可首先經歷使用氫氧化鉀之濕式蝕刻以將基板50薄化，然後經歷沖洗循環，然後經歷臭氧氧化製程以形成隧道氧化物層52，上述操作全部在同一設備中進行。在臭氧氧化製程期間，隧道氧化物層在基板50之兩側上生長。
根據替代實施例，隧道氧化物層52亦可使用其他製程形成而不會減損本說明書之優點。
多晶矽層54可具有約2000埃之厚度。多晶矽層可使用三氯化硼(
Figure 02_image001
)或二硼烷(
Figure 02_image003
)加矽烷(
Figure 02_image005
)藉由PECVD或LPCVD沉積在隧道氧化物52上。
在第19圖中，在沉積層54之後，在層54之上及之下形成遮罩層56以便完全包裹結構。遮罩層56將在後續蝕刻及雷射製程(第23圖至第25圖)中使用，蝕刻及雷射製程曝露層54之部分。
在第19圖中，在遮罩層56之上及之下形成層57以便完全包裹結構。在一個實例中，層57可摻雜有n型摻雜劑。在一個實施例中，層57由磷矽酸鹽玻璃(phosphosilicate glass，PSG)製成，例如藉由膦(
Figure 02_image007
)及四乙基正矽酸鹽(tetraethyl orthosilicate，TEOS)之大氣反應製成。
在第19圖中，在層57之上形成遮罩層58以便完全包裹結構。
遮罩層56及58以及層57可藉由例如熱生長或化學沉積(PECVD或LPCVD)形成。然而，可應用各種其他方法來形成遮罩層56、58及層57。
遮罩層56、58可由一種材料形成，選擇該材料係由於它係沒有導電摻雜劑之未摻雜材料且由於它有能力防止n導電摻雜劑之擴散。在一個實例中，遮罩層56、58可為包括氧化矽(
Figure 02_image009
)、氮化矽(
Figure 02_image011
)、氮氧化矽(
Figure 02_image013
)、本質非晶矽、碳化矽(SiC)或此等材料之組合之單個層。特定而言，當遮罩層56、58係由碳化矽形成之單個層時，遮罩層56、58可有效防止摻雜劑之擴散。
第20圖示出了根據本說明書之實施例之製造接觸式太陽能電池的另一步驟。
在第20圖中，自結構之前側(自基板50之前側501之側面)移除遮罩層56、58及層57。若遮罩層56、58及層57係在先前步驟之藉由PECVD形成，則可跳過此移除步驟。
第21圖示出了根據本說明書之實施例之製造接觸式太陽能電池的另一步驟。
在一個實施例中，自背側(自基板50之背側503之側面)在一些區域中移除遮罩層56、58，層57，層52，層54及基板50之一部分，以便產生溝槽60。溝槽60例如藉由使用雷射製成。
在一個其他實施例中，自背側(自基板50之背側503之側面)在一些區域中移除遮罩層56、58及層57，以便在一個步驟中產生孔。孔例如藉由使用雷射製成。在另一步驟中，在對p型摻雜劑層54及隧道氧化物層52之蝕刻中使用遮罩層56、58及層57。在同一實施例中，使用包含緩衝氫氟酸、氫氧化鉀及異丙醇或TMAH (四甲基氫氧化銨)溶液之濕式蝕刻製程對層54、層52及基板50進行圖案化。濕式蝕刻製程蝕刻層54、隧道氧化物層52及基板50之未被遮罩層56、58及層57覆蓋的部分。濕式蝕刻製程進行蝕刻以便產生溝槽60，溝槽60自孔延伸至層54、隧道氧化物層52及基板50中。在層54中形成區541及542。
在第21圖中，在遮罩層56、58，層57，層54，層52及基板50上製造兩個溝槽60，然而，溝槽60之數目可不同於2。每個溝槽60具有包含30 nm與200 µm之間的寬度。
第21圖亦示出了對區域542之摻雜以便產生區66。區域52之摻雜製程藉由使用雷射進行。
雷射可具有1064 nm或更小之波長。此係由於難以產生波長超過1064 nm之雷射。即，紅外光、紫外光及可見光之波長全部可用作雷射。此時，在一個實例中，雷射可為波長在500 nm 至650 nm範圍內之雷射，即綠色雷射。
第22圖示出了根據本說明書之實施例之製造接觸式太陽能電池的另一步驟。
在第22圖中，對基板50之前側501進行紋理化。前側501可使用包含例如氫氧化鉀及異丙醇或TMAH (四甲基氫氧化銨)溶液之濕式蝕刻製程或另一化學製程來紋理化。濕式蝕刻製程將前側501紋理化有隨機角錐，從而有利地改良太陽輻射收集效率。
本實施例示出，在此步驟中對半導體基板50之前表面501進行紋理化。然而，本說明書之實施例不限於此。
第23圖示出了根據本說明書之實施例之製造接觸式太陽能電池的另一步驟。
在第23圖中，將第22圖所示之結構放入含有n型導電摻雜劑之氣體環境62中。氣體環境62可使用含有n型導電摻雜劑之各種氣體產生。在一個實例中，當導電摻雜劑係磷(P)時，氣體環境62可包括磷醯氯(
Figure 02_image015
)。
此時，半導體基板50之前表面501可摻雜有n型導電摻雜劑。因此，在摻雜製程期間亦可形成前表面電場64區域。然而，本說明書之實施例不限於此。因此，在摻雜製程中，可在半導體基板50之前表面501之上形成防擴散膜，以便在摻雜製程中不會形成前表面電場64區域。在此情況下，可在單獨的製程中形成前表面電場區域64，該製程選自包括例如離子植入、熱擴散及雷射摻雜之各種製程。
在第23圖所示出之步驟中，在
Figure 02_image015
下在同一摻雜製程期間實現了表面電場區域64及區68。
在此步驟之後，例如對結構進行退火。
第24圖示出了根據本說明書之實施例之製造接觸式太陽能電池的另一步驟。
此時，遮罩56、58及層57被移除且結構離開氣體環境62。
第25圖示出了根據本說明書之實施例之製造接觸式太陽能電池的另一步驟。
在第25圖中，在半導體基板50之前表面上形成絕緣膜70。絕緣膜70包括形成於層64之前表面上的前表面鈍化膜及抗反射膜。例如，前表面鈍化膜及抗反射膜形成於層64之整個前表面之上。前表面鈍化膜及抗反射膜可使用諸如真空沉積、化學氣相沉積、旋塗、絲網印刷或噴塗之各種方法形成。未界定形成前鈍化膜及抗反射膜之順序。
第26圖示出了根據本說明書之實施例之製造接觸式太陽能電池的另一步驟。
在第26圖中，分別在結構之後表面及側表面上形成絕緣膜72及74。
例如，在結構之整個後表面之上形成後表面鈍化膜72。後表面鈍化膜72可使用諸如真空沉積、化學氣相沉積、旋塗、絲網印刷或噴塗之各種方法形成。
第27圖示出了根據本說明書之實施例之製造接觸式太陽能電池的另一步驟。
第27圖示出了第一電極76及第二電極78之形成，第一電極76及第二電極78分別連接至導電區541及66。
第一電極76及第二電極78可藉由例如藉由絲網印刷將糊應用於後表面且隨後執行例如燒穿或雷射射擊接觸來形成。在沉積金屬以便產生金屬化之前，後表面例如蝕刻鈍化膜72。
第二實施例及實施模式之優點在於，與第一實施例相反，在一個步驟中實現了隧道氧化物、摻雜層及遮罩沉積。
第二實施例及實施模式之優點在於，太陽能電池之製造製程比第一實施例短且便宜。
已描述各種實施例及變型。熟習此項技術者將理解，可組合此等實施例之某些特徵，且熟習此項技術者將容易想到其他變型。
最後，熟習此項技術者能夠基於上文提供之功能描述進行本文中描述之實施例及變型的實際實施。
10:半導體基板 20B:隧道氧化物層 20F:隧道氧化物層 30B:未摻雜層 30F:半導體層 31:層 32:第一區 33:遮罩層 34:開口 35:氣體環境 36:第二區 37:摻雜層 38,39,40:鈍化層 41:金屬接點 50:半導體基板 52:隧道氧化物層 54:第一摻雜層 56,58:遮罩層 57:層 60:溝槽 64:摻雜層/前表面電場區域 66:第一區 68:區 70,72,74:鈍化層 76,78:金屬接點 101:前側 103:背側 310:開口 501:前側 503:背側 541:第二區 542:第一區
前述特徵及優點以及其他將在以下參考隨附圖式以說明而非限制的方式給出之具體實施例描述中詳細描述，在隨附圖式中：
第1圖示出了示出太陽能電池之實例的剖視圖；
第2圖示出了示出製造第1圖中所示出之太陽能電池之方法的實例之步驟之剖視圖；
第3圖示出了第2圖之製造方法之另一步驟；
第4圖示出了第2圖之製造方法之另一步驟；
第5圖示出了第2圖之製造方法之另一步驟；
第6圖示出了第2圖之製造方法之另一步驟；
第7圖示出了第2圖之製造方法之另一步驟；
第8圖示出了第2圖之製造方法之另一步驟；
第9圖示出了第2圖之製造方法之另一步驟；
第10圖示出了第2圖之製造方法之另一步驟；
第11圖示出了第2圖之製造方法之另一步驟；
第12圖示出了第2圖之製造方法之另一步驟；
第13圖示出了第2圖之製造方法之另一步驟；
第14圖示出了第2圖之製造方法之另一步驟；
第15圖示出了第2圖之製造方法之另一步驟；
第16圖示出了第2圖之製造方法之另一步驟；
第17圖示出了示出根據本說明書之實施例之太陽能電池的剖視圖；
第18圖示出了示出根據本說明書之實施例之製造太陽能電池的方法之步驟之剖視圖；
第19圖示出了第18圖之製造方法之另一步驟；
第20圖示出了第18圖之製造方法之另一步驟；
第21圖示出了第18圖之製造方法之另一步驟；
第22圖示出了第18圖之製造方法之另一步驟；
第23圖示出了第18圖之製造方法之另一步驟；
第24圖示出了第18圖之製造方法之另一步驟；
第25圖示出了第18圖之製造方法之另一步驟；
第26圖示出了第18圖之製造方法之另一步驟；及
第27圖示出了第18圖之製造方法之另一步驟。
國內寄存資訊(請依寄存機構、日期、號碼順序註記) 無 國外寄存資訊(請依寄存國家、機構、日期、號碼順序註記) 無
50:半導體基板
52:隧道氧化物層
56,58:遮罩層
57:層
60:溝槽
66:第一區
501:前側
541:第二區

Claims (7)

  1. 一種製造一太陽能電池之方法，該方法按以下次序包含以下步驟： 在一半導體基板(50)之至少一個表面(503)之上形成一隧道氧化物(52)； 在該隧道氧化物之上形成摻雜有一第一類型導電摻雜劑之一第一層(54)； 在該第一摻雜層上形成一遮罩(56)； 在該遮罩之上形成摻雜有一第二類型導電摻雜劑之一第二層(57)；及 穿過摻雜有該第二類型導電摻雜劑之該第二層，使用一雷射對該第一摻雜層之至少一個第一區(542, 66)進行摻雜。
  2. 如請求項1所述之方法，其包含以下步驟：在該第二層之該形成之後，形成在該第二層(57)、該遮罩(56)、該第一摻雜層(54)及該隧道氧化物(50)中延伸的溝槽(60)。
  3. 如請求項2所述之方法，其中溝槽(60)將該第一摻雜層之該等第一區(542, 66)與該第一摻雜層之第二區(541)分離。
  4. 如請求項2所述之方法，其包含以下步驟：在該第一摻雜層之上形成一鈍化膜(72)，該鈍化層重新覆蓋溝槽之內側。
  5. 如請求項1所述之方法，其包含以下步驟：在另一表面(501)上對該半導體基板(50)進行紋理化。
  6. 一種IBC太陽能電池，其藉由如請求項1所述之方法獲得。
  7. 一種太陽能面板，其包含如請求項6所述之IBC太陽能電池。
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