TWI631725B - 用於太陽能電池的射極層之沉積方法 - Google Patents
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Abstract
本發明揭露一種製造太陽能電池的方法及其製得的太陽能電池。在一個例子中，製造太陽能電池的方法包括：藉由基板表面之自由基氧化或電漿氧化在基板表面上形成薄介電層。方法還包括在薄介電層上形成矽層。方法還包括從矽層形成複數個射極區。
Description
相關申請案之交互參照
本專利申請案主張於2015年3月23日申請之美國臨時專利申請案62/137,196之效益，在此其全部內容藉由參考而併入於此。
本發明實施例係屬於可再生能源領域，特別是，製造太陽能電池的方法以及其製得的太陽能電池。
光伏電池，俗稱為太陽能電池，為習知用以將太陽輻射直接轉化為電能的裝置。通常，太陽能電池係使用半導體加工技術來形成接近基板表面的p-n接面而製造於半導體晶圓或基板上。撞擊在基板表面上，並進入基板之太陽輻射，在塊狀基板中產生電子和電洞對。電子和電洞對遷移至基板中之p摻雜區和n摻雜區，從而於摻雜區之間產生電壓差。摻雜區連接到太陽能電池上的導電區，以將電流自電池的電流導至耦接至其之外部電路。
因為效率與太陽能電池產生電力的能力直接相關，故其是太陽能電池的重要特徵。同樣地，太陽能電池的生產效率係與此種太陽能電池的成本效益直接相關。因此，普遍期望有提高太陽能電池的效率，或提高太陽能電池的製造效率的技術。本發明的一些實施例藉由提供製造太陽能電池結構之新製程，提高太陽能電池的製造效率。本發明的一些實施例藉由提供新的太陽能電池結構，提高太陽能電池的效率。
本發明的一態樣係關於一種製造太陽能電池的方法，該方法包括：藉由基板的表面之自由基氧化或電漿氧化在基板的表面上形成薄介電層；形成矽層於薄介電層上；以及從矽層形成複數個射極區。
本發明的另一態樣係關於以上述方法製得之一種太陽能電池。
本發明的一態樣係關於一種製造太陽能電池的方法，該方法包括：形成薄介電層於基板的表面上；使用陰影遮罩形成圖案化矽層在薄介電層上方；以及從圖案化矽層形成複數個射極區。
本發明的另一態樣係關於以上述方法製得之一種太陽能電池。
本發明的一態樣係關於一種製造太陽能電池的方法，該方法包括：形成薄介電層於基板的表面上；形成矽層於薄介電層上；從矽層形成複數個射極區；以及使用陰影遮罩形成電連接到複數個射極區的導電
接點。
本發明的另一態樣係關於以上述方法製得之一種太陽能電池。
本發明的一態樣係關於一種製造太陽能電池的方法，該方法包括：藉由基板的表面之濕化學氧化在基板的表面上形成薄介電層；藉用電漿輔助化學氣相沈積(PECVD)形成矽層於薄介電層上；以及從矽層形成複數個射極區。
本發明的另一態樣係關於以上述方法製得之一種太陽能電池。
100、200、722、806‧‧‧太陽能電池
102、202、502、600、814‧‧‧基板
104、204、501、601‧‧‧受光表面
106、206‧‧‧背表面
108、208‧‧‧第一多晶矽射極區
110、210、504‧‧‧第一薄介電層
112、212‧‧‧第二多晶矽射極區
114、214、518‧‧‧第二薄介電層
116、216、522‧‧‧第三薄介電層
118、218‧‧‧第一導電接點結構
120、220‧‧‧第二導電接點結構
122、222、508、624‧‧‧絕緣層
124、132、224、232‧‧‧多晶矽層
126、226‧‧‧刻劃線
128、514‧‧‧溝槽
130、230‧‧‧第四薄介電層
134‧‧‧抗反射塗層
300‧‧‧流程圖
302、304、306、308、310、312、314、316、318、320、707、712‧‧‧操作
506‧‧‧第一矽層
510‧‧‧第一矽區
512‧‧‧絕緣帽
516‧‧‧表面
520、520'‧‧‧第二矽層
522'、602‧‧‧薄介電層
524‧‧‧第二矽區
525‧‧‧矽
526、626、824‧‧‧接觸開口
528、820‧‧‧金屬晶種層
530‧‧‧金屬層
532、534、628‧‧‧導電接點
616‧‧‧凹溝
618‧‧‧紋理化特徵
620‧‧‧n型摻雜多晶矽區
622‧‧‧p型摻雜多晶矽區
700‧‧‧工具
702‧‧‧晶圓
704‧‧‧第一陰影遮罩托盤
706、710‧‧‧部分
708‧‧‧第二陰影遮罩托盤
720、730‧‧‧設備
724‧‧‧第一射極區
734‧‧‧第二射極區
802‧‧‧托座
804‧‧‧導線遮罩
808‧‧‧P型線
810‧‧‧N型線
812‧‧‧連接線
814‧‧‧連接線
816‧‧‧電子束沉積
818‧‧‧多晶矽區
822‧‧‧底部抗反射塗層
826‧‧‧接觸線
830‧‧‧背層
832‧‧‧線
834‧‧‧焊料膏
圖1係為描繪根據本發明實施例之背接觸型太陽能電池的一部分的剖面圖。
圖2係為描繪根據本發明另一實施例之背接觸型太陽能電池的一部分的剖面圖。
圖3係為列出根據本發明實施例中對應於圖5A至圖5F的製造太陽能電池的方法中之操作的流程圖。
圖4係為列出根據本發明實施例中對應於圖5A至圖5F的製造太陽能電池的方法中之操作的流程圖。
圖5A至圖5F係為描繪根據本發明實施例中太陽能電池的製
造中之各種階段的剖面圖。
圖6A至圖6C係為描繪根據本發明實施例中製造具有導電接點的太陽能電池的方法中的各種處理操作的剖面圖。
圖7係為描繪根據本發明實施例中的工具陰影遮罩工具的示意圖。
圖8A至圖8H係為描繪根據本發明實施例中的陰影遮罩(shadow mask)金屬化的方法中的各種操作。
下面的詳細描述僅僅是說明性質的且不意圖限制請求標的的實施例或此些實施例之應用及使用。當使用於本文中時，字詞「例示性(exemplary)」的意思是「用作為實例、例子或說明」。描述本文中作為例示性的任何實施方式不被解釋為必然優於或勝過其他實施方式。此外，不意圖被前述技術領域、背景、摘要或下面的詳細描述所呈現的任何明示或暗示的理論束縛。
本說明書包含參照「一個實施例(one embodiment)」或「一實施例(an embodiment)」。短語「在一個實施例中」或「在一實施例中(in an embodiment)」之出現不必然指稱相同的實施例。特定特徵、結構或特性可以與本發明一致的任何適合的方式結合。
詞彙，下面段落提供在本發明(包含所附申請專利範圍)中發
現之詞彙之定義以及/或語境：「包含(comprising)」：此詞彙為開放式的。當使用於所附申請專利範圍中時，此詞彙不排除其他特徵或步驟。
「配置以(configured to)」：各種單元或部件可被描述或主張為「配置以(configured to)」執行一或多件任務。在此種語境中，「配置以(configured to)」用於藉由指出單元/部件包含在操作期間執行那些一或多件任務之結構而暗示結構。如此一來，即使是在特定單元/部件目前不為操作狀態(例如，不啟動/活動)時，單元/部件還是可稱為配置以執行任務。
「第一(first)」、「第二(second)」等：當使用於本文中時，此類詞彙用作為其所前綴之名詞的標記，且不暗示任何種類的順序(例如，空間、時間、邏輯等)。舉例來說，指稱為「第一」之太陽能電池並不必然意味該太陽能電池於順序上為第一個太陽能電池；而是此詞彙「第一」係用於區分此太陽能電池與另一個太陽能電池(例如，「第二」太陽能電池)。
「耦合(coupled)」：下列描述指稱元件或節點或特徵「耦合」在一起。當使用於本文中時，除非另外明確地敘述，否則「耦合」意味著一個元件/節點/特徵直接地或間接地結合(或直接地或間接地聯通)另一個元件/節點/特徵，而不必然為機械式地。
此外，某些用語還可僅為了參照的目的而用於以下描述中，且因此不意圖為限制。舉例來說，例如「上方(upper)」、「下方(lower)」、「在上(above)」以及「在下(below)」的詞彙指稱所參照之圖
式中的方向。例如「前(front)」、「背(back)、「後方(rear)」、「側邊(side)」、「外側的(outboard)」以及「內側的(inboard)」之詞彙藉由參照以下討論描述部件之內文及相關圖式，描述於變得明確之參照的一致但任意框架中的部件部分的方向及/或位置。此類用語可包含於上方具體提到的字眼、其衍生字以及類似意味的字眼。
「抑制(Inhibit)」：當用於本文中，抑制用以描述降低或最小化效果。當部件或特徵被描述為抑制動作、運動或條件時，其可完全地防止結果或成效或未來狀態。此外，「抑制(Inhibit)」也可指降低或減少其可能發生的成效、表現及/或效果。因此，當部件、元件或特徵被指為抑制結果或狀態時，其不需完全避免或消除結果或狀態。
在本文中描述一種製造太陽能電池的方法，及其製得的太陽能電池。在下面的描述中，闡述了許多具體細節，如具體的處理流程操作，以提供對本發明實施例的透徹理解。對於本領域中具有通常知識者顯而易見的是，在本發明實施例可以在沒有這些具體細節的情況下實施。在其它實例中，不詳細描述習知的製造技術(諸如光蝕刻和圖案化技術)，以避免不必要地模糊本發明之實施例。此外，要理解的是，附圖中所示的各種實施例是說明性表示且不一定按比例繪製。
本文中揭露的是製造太陽能電池的方法。在一個實施例中，製造太陽能電池的方法包括：通過基板表面之自由基氧化或電漿氧化而於基板表面上形成薄介電層。該方法還包括在薄介電層上形成矽層。該方法還包括從矽層形成複數個射極區。
在另一個實施例中，製造太陽能電池的方法包括：在基板表面上形成薄介電層。該方法還包括：使用陰影遮罩在薄介電層上形成圖案化矽層。該方法還包括從圖案化矽層形成複數個射極區。
在另一實施例中，製造太陽能電池的方法包括：在基板表面上形成薄介電層。該方法還包括在薄介電層上形成矽層。該方法還包括從矽層形成複數個射極區。該方法還包括使用陰影遮罩形成電連接到複數個發射區的導電接點。
在另一實施例中，製造太陽能電池的方法包括：藉由基板表面的濕化學氧化於基板表面上形成薄介電層。該方法還包括藉用電漿輔助化學氣相沈積法(PECVD)在薄介電層上形成矽層。該方法還包括從矽層形成複數個射極區。
在第一實例中，圖1係為描繪根據本發明實施例之背接觸型太陽能電池100的一部分的剖面圖。太陽能電池100包括具有受光表面104和背表面106的基板102。第一導電類型的第一多晶矽射極區108設置於基板102的背表面106上設置的第一薄介電層110上。第二(不同的)導電類型的第二多晶矽射極區112設置於基板102的背表面106上設置的第二薄介電層114上。第三薄介電層116側向地(laterally)直接設置在第一多晶矽射極區108和第二多晶矽射極區112之間。第一導電接點結構118設置在第一多晶矽射極區108上。第二導電接點結構120設置在第二多晶矽射極區112上。
請再次參照圖1，在一實施例中，太陽能電池100進一步包括設置在第一多晶矽射極區108上的絕緣層122。第一導電接點結構118設
置穿透絕緣層122。此外，第二多晶矽射極區112的一部分與絕緣層122重疊，但是與第一導電接點結構118分離。在一實施例中，第二導電類型的附加的多晶矽層124被設置在絕緣層122上，並且第一導電接點結構118被設置為穿透第二導電類型的多晶矽層124，並穿透絕緣層122，如圖1所示。如以下更詳細描述的，在一個這樣的實施例中，附加的多晶矽層124和第二多晶矽射極區112是從相同的層形成，該相同的層是氈狀地沉積(blanket deposited)然後劃線，以在其中提供刻劃線126。
請再次參照圖1，在一實施例中，太陽能電池100進一步包括設置在基板102的背表面106中的溝槽128。第二多晶矽射極區112和第二薄介電層114被設置在溝槽128內。在一個這樣的實施例中，溝槽128具有紋理化表面，且第二多晶矽射極區112和第二薄介電層114與該紋理化表面共形，如圖1中所示。接著，在一實施例中，第一多晶矽射極區108和第一薄介電層110被設置在基板102的背表面106的平坦部分上，而第二多晶矽射極區112和第二薄介電層114被設置在基板102的背表面106的紋理化部分上，如圖1中所示。然而，可以理解的是，其他實施例可不包括紋理化表面，或可以一起不包括溝槽。
請再次參照圖1，在一實施例中，太陽能電池100進一步包括設置在基板102的受光表面104上的第四薄介電層130，第二導電類型的多晶矽層132被設置在第四薄介電層132上，如氮化矽層的抗反射塗層(ARC)134被設置在多晶矽層132上，在一個這樣的實施例中，如以下更詳細描述的，第四薄介電層132係由與用於形成第二薄介電層114基本上相同
的製程形成，且多晶矽層132係由與用於形成第二多晶矽射極區112基本上相同的製程形成。
在一實施例中，第一多晶矽射極區108是P型多晶矽射極區。第二多晶矽射極區112是N型多晶矽射極區。基板是N型單晶矽基板。在一實施例中，第一薄介電層110、第二薄介電層114和第三薄介電層116包括二氧化矽。然而，在另一實施例中，第一薄介電層110和第二薄介電層114包括二氧化矽，而第三薄介電層116包括氮化矽。在一實施例中，絕緣層122包括二氧化矽。
在一實施例中，第一導電接點結構118和第二導電接點結構120各包括分別設置在第一多晶矽射極區108和第二多晶矽射極區112上的鋁基金屬晶種層(aluminum-based metal seed layer)。在一個實施例中，第一導電接點結構118和第二導電接點結構120各進一步包括設置在鋁基金屬晶種層上之金屬層，如銅層。
在第二實例中，圖2係為描繪根據本發明另一實施例之背接觸型太陽能電池200的一部分的剖面圖。太陽能電池200包括具有受光表面204和背表面206的基板202。第一導電類型的第一多晶矽射極區208設置在基板202的背表面206上設置之第一薄介電層210上。第二(不同的)導電類型的第二多晶矽射極區212被設置在基板202的背表面206上設置之第二薄介電層214上。第三薄介電層216側向地直接設置在第一多晶矽射極區208和第二多晶矽射極區212之間。第一導電接點結構218設置在第一多晶矽射極區208上，第二導電接點結構220設置在第二多晶矽射極區212上。
根據本發明的實施例中，第一導電接點結構218和第二導電接點結構220各包括分別設置在第一多晶矽射極區208和第二多晶矽射極區212上的金屬矽化物層。在一個這樣的實施例中，金屬矽化物層是藉用在矽化製程內消耗第一多晶矽射極區208和第二多晶矽射極區212的暴露區域而形成。因此，第一多晶矽射極區208和第二多晶矽射極區212所有暴露的頂面，以及任何其他暴露的矽表面被金屬化，如圖2中所示。在一實施例中，第一導電接點結構218和第二導電接點結構220各進一步包括設置在金屬矽化物層上之金屬層(例如銅)。在具體實施方式中，金屬矽化物層包括材料，例如，但不限於，鈦矽化物(TiSi2)、鈷矽化物(CoSi2儿)、鎢矽化物(WSi2)、或鎳矽化物(NiSi或NiSi2)。
請再次參照圖2，在一實施例中，太陽能電池200還包括設置在第一多晶矽射極區208上的絕緣層222，第一導電接點結構218設置穿透絕緣層222。此外，第二多晶矽射極區212的一部分與絕緣層222重疊，但是與第一導電接點結構218分離。在一實施例中，第二導電類型的附加的多晶矽層224被設置在絕緣層222上，並且第一導電接點結構218被設置穿透第二導電類型的多晶矽層224，並穿透絕緣層222，如圖2所示。而與圖1相比，多晶矽層224的整個頂表面被金屬化。如以下更詳細描述的，在一個這樣的實施例中，附加的多晶矽層224和第二多晶矽射極區212是從相同的層形成，該相同的層是氈狀地沉積然後劃線，以在其中提供刻劃線226。
請再次參照圖2，在一實施例中，基板202的背表面206是實
質上完全平坦的。然而，在另一實施例中，第二多晶矽射極區212和第二薄介電層214被設置在溝槽中，如結合圖1之相關描述。在這樣的一個實施例中，溝槽具有紋理化表面，而第二多晶矽射極區212和第二薄介電層214與該紋理化表面共形。
請再次參照圖2，在一實施例中，太陽能電池200還包括設置在基板202的受光表面204上的第四薄介電層230，第二導電類型的多晶矽層232被設置在第四薄介電層232上，雖然未示出，在一實施例中，如氮化矽層的抗反射塗層(ARC)被設置在多晶矽層232上。在一個這樣的實施例中，如以下更詳細描述的，第四薄介電層232係由與用於形成第二薄介電層214基本上相同的製程形成，且多晶矽層232係由與用於形成第二多晶矽射極區112基本上相同的製程形成。
在一實施例中，基板202、第一多晶矽射極區208、第二多晶矽射極區212、和各個介電層與結合圖1描述於上的基板102、第一多晶矽射極區108、第二多晶矽射極區112和各個介電層相同。
另外本文還揭露製造太陽能電池的方法。在第一例示性處理流程中，圖5A至圖5F係為描繪根據本發明實施例中太陽能電池的製造中之各種階段的剖面圖。圖3係為列出根據本發明實施例中對應於圖5A至圖5F的製造太陽能電池的方法中之操作的流程圖300。
請參考圖5A和流程圖300中的對應操作302，製造太陽能電池交替的N型和P型射極區的方法包括：在形成在基板502的背表面上之第一薄介電層504上形成第一導電類型的第一矽層506。
在一實施例中，基板502是單晶矽基板，諸如塊狀單晶(bulk single crystalline)N型摻雜矽基板。然而，應當理解的是，基板502可以是設置在整個太陽能電池基板(global solar cell substrate)上的一層，例如多晶矽層。在一實施例中，第一薄介電層504是薄氧化層，諸如具有厚度約為2奈米或更小的穿隧介電氧化矽層(tunnel dielectric silicon oxide layer)。
在一實施例中，第一矽層506是通過原位摻雜(in situ doping)、沉積後植入(post deposition implanting)或其組合進行摻雜以具有第一導電類型的多晶矽層。在另一實施例中，第一矽層506是非晶矽層，例如藉用a-Si：H表示的氫化矽層，其在非晶矽層的沉積之後，用第一導電類型的摻質植入。在一個這樣的實施例中，第一矽層506隨後被退火(至少在處理流程的一些後續階段)，以於最終地形成多晶矽層。在一實施例中，對於多晶矽層或非晶矽層中之任一而言，如果進行沉積後植入，植入係透過使用離子束植入(ion beam implantation)或電漿浸沒植入(plasma immersion implantation)進行。在一個這樣的實施例中，陰影遮罩被用於植入。在一具體的實施例中，第一導電類型是P型(例如，用硼雜質原子形成)。
再次參照圖5A且現在參照流程圖300的對應操作304，形成絕緣層508於第一矽層506上。在一實施例中，絕緣層508包括二氧化矽。
請參看圖5B和流程圖300的對應操作306，絕緣層508和第一矽層506被圖案化，以形成具有絕緣帽512於其上之第一導電類型的第一矽區510。在一實施例中，使用光蝕刻遮罩或網版印刷遮罩和隨後的蝕刻製程來圖案化絕緣層508和第一矽層506。在另一個實施例中，使用雷射剝除
製程(laser ablation process)(例如，直接寫入)來圖案化絕緣層508和第一矽層506。在這兩種情況下，在一實施例中，第一薄介電層504也在此製程中被圖案化，如圖5B所示。
請參照圖5C，選擇性地，溝槽514可在圖案化絕緣層508和第一矽層506期間(或之後)形成在基板502上。另外，在一個實施例中，溝槽514的表面516被紋理化。在相同或類似的過程中，基板502的受光表面501也可以被紋理化，如圖5C中所示。在一實施例中，使用氫氧類的濕蝕刻劑(hydroxide-based wet etchant)來形成溝槽514的至少一部分和/或紋理化基板502的暴露部分。紋理化的表面可具有用以散射入射光、減少太陽能電池的受光表面和/或暴露之表面所反射之光量的規則或不規則形狀的表面。然而，將理解的是，製程流程中可以省略背表面的紋理化，甚至是溝槽的形成。
請參看圖5D和流程圖300中的對應操作308，第二薄介電層518形成在第一矽區518暴露的側邊處。在一實施例中，在氧化製程中形成第二薄介電層518，且第二薄介電層518為一薄氧化物層，諸如具有厚度約為2奈米或更小的穿隧介電氧化矽層。在另一實施例中，在沉積製程中形成第二薄介電層518，並且第二薄介電層518是薄的氮化矽層或氧氮化矽層。如以下更詳細解釋的，在一實施例中，介電層(例如，第一薄介電層504、第二薄介電層518)是由矽基板氧化(例如，通過電漿輔助化學氣相沈積法(PECVD))形成的非晶介電層。矽的氧化可以包括，例如，電漿氧化和/或自由基氧化。
再次參照圖5D且現在參照流程圖300的對應操作310，第二(不同的)導電類型的第二矽層520是形成在基板502的背表面上形成之第三薄介電層522及第一矽區510之第二薄介電層518和絕緣帽512上。對應的薄介電層522'和第二導電類型的第二矽層520'亦可以相同或相似的製程操作形成在基板502的受光表面501上，如圖5D所示。此外，儘管未示出，可以在相應的第二矽層520'上形成ARC層，如結合圖1中所描述的。
在實施例中，第三薄介電層518形成在氧化製程中，並且是薄氧化物層，諸如具有厚度約為2奈米或更小的穿隧介電氧化矽層。在一實施例中，第二矽層520是通過原位摻雜、沉積後植入或其組合進行摻雜以具有第二導電類型的多晶矽層。在另一實施例中，第二矽層520是非晶矽層，例如透過a-Si：H表示的氫化矽層，其在非晶矽層的沉積之後，用第二導電類型的摻質植入。在一個這樣的實施例中，第二矽層520隨後被退火(至少在處理流程的一些後續階段中)，以最終地形成多晶矽層。在一實施例中，對於多晶矽層或非晶矽層中之任一而言，如果進行沉積後植入，植入係透過使用離子束植入或電漿浸沒植入進行。在一個這樣的實施例中，陰影遮罩被用於植入。在一具體的實施例中，第二導電類型是N型(例如，使用磷原子或砷雜質原子而形成)。
請參考圖5E和流程圖300中的對應操作312，第二矽層520被圖案化，以形成第二導電類型的分離的第二矽區524並在第一矽區510的絕緣帽512上的第二矽層520的區域中形成接觸開口526。在一實施例中，矽525的離散區域可保留作為圖案化製程中的製品。在一實施例中，雷射削
磨製程係用來圖案化的第二矽層520。
請再次參照圖5E且現在參照流程圖300的對應操作314，接觸開口526圖案化穿透絕緣帽512，以暴露第一矽區510的一部分。在一實施例中，絕緣帽512是使用雷射剝除製程圖案化。例如，在一個實施例中，利用第一雷射路徑(laser pass)以用來圖案化第二矽層520，其包括形成接觸開口526。利用與接觸開口526處於相同的位置之第一雷射路徑來圖案化絕緣帽512。
請參照圖5F，金屬晶種層528形成在第一矽區510的暴露部分和分離的第二矽區524上，金屬層530被鍍在金屬晶種層上，以分別形成第一矽區510和分離的第二矽區524之導電接點532和534。在一實施例中，金屬晶種層528是鋁系金屬晶種層，而金屬層530為銅層。在一實施例中，首先形成遮罩，以僅暴露第一矽區510的一部分和分離的第二矽區524，以引導金屬晶種層528形成在所限制之位置處。
圖6A至圖6C係為描繪根據本發明實施例中製造具有導電接點的太陽能電池的方法中的各種處理操作的剖面圖。請參照圖6A，形成背接觸型太陽能電池的接點的方法包括在基板600上形成薄介電層602。
在一實施例中，薄介電層602由二氧化矽所組成且具有約在5-50埃範圍內之厚度。在一個實施例中，薄介電層602最終被用作為運作中之太陽能電池內的穿隧氧化物層。如以上關於，介電層602可經由與結合圖5D和5E描述於上之介電層的製程類似或相同的製程而形成。例如，介電層602可以是非晶介電層。非晶介電層可以由矽基板的氧化(例如，通過
PECVD)來形成。矽層的氧化可以包括，例如，電漿氧化和/或自由基氧化。關於藉用氧化來形成非晶介電層的其他細節於下文中進行說明。在一實施例中，基板600為塊狀單晶基板，例如n型摻雜的單晶矽基板。然而，在替代實施例中，基板600包括設置在整個太陽能電池基板上的多晶矽層。
請再次參照圖6A，凹溝616形成在n型摻雜多晶矽區620和p型摻雜多晶矽區622之間，凹溝616的一部分可以被紋理化以具有紋理化特徵618，如圖6A中所示。
請再次參照圖6A，絕緣層624形成在複數個n型摻雜多晶矽區620、複數個p型摻雜的多晶矽區域622、以及藉由凹溝616所露出的基板600的部分的上方。在一個實施例如中，絕緣層624的下表面被形成為與複數個n型摻雜多晶矽區620、複數個p型摻雜的多晶矽區622、以及基板600的露出部分共形，而絕緣層624的上表面基本上是平坦的，如圖6A中所示。
請參考圖6B，在絕緣層624中形成複數個接觸開口626。複數個接觸開口626暴露複數個n型摻雜多晶矽區620以及複數個p型摻雜多晶矽區622。在一個實施例中，複數個接觸開口626是藉用雷射剝除形成。在一個實施例中，對n型摻雜多晶矽區620的接觸開口626與對p型摻雜多晶矽區622的接觸開口具有基本上相同之高度，如圖6B中所示。
請參照圖6C，形成背接觸型太陽電池的接點的方法進一步包括在複數個接觸開口626內形成導電接點628，並將導電接點628耦合到複數個n型摻雜多晶矽區620和複數個p型摻雜多晶矽區622。在一實施例
中，導電接點628形成在與塊狀N型矽基板600的受光表面601相對之塊狀N型矽基板600的的表面上或上方。在一具體實施例中，導電接點形成在基板600的表面上方的區域(622/620)上，如圖6C所示。導電接點的製造可涉及使用一或多個濺射的導電層，如上所述。
在一個實施例中，製造太陽能電池的方法包括在與基板的受光表面相對之基板的背表面上形成非晶介電層。在一個實施例中，基板是單晶基板，並且形成非晶介電層可包括氧化基板的背表面。根據一個實施例，非晶介電層是利用電漿氧化和/或自由基氧化，藉由矽的氧化而形成。在另一實施例中，薄介電層係藉用基板的表面的濕化學氧化而形成在基板的表面上。在一具體的此類實施例中，基板的表面的濕化學氧化涉及使用臭氧溶液處理(aqueous ozone process)。
方法進一步包括藉用電漿輔助化學氣相沈積法(PECVD)在非晶介電層上形成微晶矽層。方法還包括藉用電漿輔助化學氣相沈積法(PECVD)在微晶矽層上形成非晶矽層，並將微晶矽層和非晶矽退火層，以從微晶矽層和非晶矽層形成均相多晶矽層。方法還涉及從均相多晶矽層形成射極區。
因此，介電層的形成可涉及矽層(例如，PECVD)的氧化。矽層的氧化可以包括，例如，電漿氧化和/或自由基氧化。介電層形成後沉積多晶矽或非晶矽(例如，通過PECVD無起泡沉積(PECVD blister-free deposition))。例如，參考圖5D，在形成介電層522、504、以及518後，第二矽層520可以通過PECVD(例如，無起泡PECVD)進行沉積。因此，處理流
程可涉及在真空室(例如PECVD室)內在矽基板上生長SiO2，接著進行PECVD無起泡沉積非晶矽(a-Si)沉積。
氧化操作可在單獨的腔室執行，隨後無真空中斷地晶圓傳送到PECVD室並在PECVD室內a-Si沉積。氧化操作也可以在相同之PECVD室內依序地在氧化和沉積操作之間用足夠泵和清洗(pump-and-purge)來進行。
例如，可藉由電漿氧化或自由基氧化來進行氧化以生長穿隧氧化物。在一個實施例中，電漿氧化涉及在壓力為50mTorr到10Torr下使用氧化劑，其包括N2O、O2、CO、CO2等。
在另一實施例中，自由基氧化涉及使用臭氧或遠距離電漿氧自由基源。在電漿氧化期間，自由基氧化可消除離子轟擊(ion bombardments)和電漿電荷損害。根據一個實施例，自由基氧化涉及在低溫下利用極活性氧自由基(O)來氧化矽，並形成高質量的熱氧化物，如SiO2。在一個實施例中，O3類的自由基氧化在200℃-400℃和0.5-10Torr下進行。然而，自由基氧化也於10Torr以上作用，其具有在較高壓較高的運行成本的缺點。在一個實施例中，使用遠程O源。氧自由基通過裂解氧化劑(如O2、N2O、CO或CO2等)在遠距離電漿源中產生。自由基接著輸送入腔室於在晶圓上以生長高質量氧化物的薄層。
根據一個實施例，單一腔室工具可被用於依序運行氧化和沉積製程。在另一實施例中，群集工具(cluster tool)可以在兩者之間沒有真空中斷地在獨立腔室中運行氧化和沉積。
可使用雙層噴淋頭(double-layer showerhead)來自由基氧化。主噴淋頭上方的淺電漿室(shallow plasma chamber)允許O的產生而不將晶圓直接暴露於電漿和離子轟擊。根據一實施例，其僅在自由基氧化期間啟動。在a-Si沉積期間，主噴淋頭驅動晶圓下方和正上方的的電漿。
關於微晶矽層和非晶矽層，通過PECVD的微晶矽層形成及通過PECVD的非晶矽層形成，可涉及於PECVD腔室之單次通過中形成微晶矽層和非晶矽層。在一個實施例中，微晶矽層之形成包括藉由PECVD，以在約每分鐘15-20奈米範圍內的沉積速率，沉積微晶矽。非晶矽層的形成可涉及藉用PECVD，以在約每分鐘200-400奈米的範圍內的沉積速率，沉積非晶矽。
非晶矽層之形成可涉及藉由在使用PECVD之形成非晶矽層期間，分別將膦(phosphine)或二硼烷(diborane)流入，形成N型或P型非晶矽層。退火微晶矽層和非晶矽層可涉及在攝氏約700度的溫度下加熱大約10分鐘的持續時間。根據一個實施例，微晶矽層之形成包括形成厚度在約2-50奈米範圍內的微晶矽層，而非晶矽層之形成包括形成厚度在約10-30奈米範圍內的非晶矽層。將微晶矽層和非晶矽層退火，以形成均相多晶矽層，其可以包括形成無起泡的均相多晶矽層。
在另一實施例中，製造具有分化的P型和N型結構的太陽能電池的方法包括在基板的背表面上形成之第一薄介電層上形成第一微晶矽層，第一微晶矽層係藉由電漿輔助化學氣相沈積法(PECVD)而形成。方法還包括藉由PECVD在第一微晶矽層上形成P型非晶矽層，以及在P型非晶矽
層上形成絕緣層。
方法還包括圖案化絕緣層和P型非晶矽層，以形成具有絕緣帽在其上的P型非晶矽區以及分離P型非晶矽之凹溝於基板中。第二薄介電層係形成在P型非晶矽區的暴露側及凹溝內。第二薄介電層可使用與上述相同或類似的製程形成。第二微晶矽層係藉由PECVD形成在第二薄介電層上。方法還包括藉由PECVD在第二微晶矽層上形成N型非晶矽層。方法還包括將第一微晶矽層與P型非晶矽區退火，以形成P型均相多晶矽區，以及將第二微晶矽層和N型非晶矽層退火，以形成N型均相多晶矽層。導電接點被形成至P型均相多晶矽區和N型均相多晶矽層。
根據一個這樣的實施例中，在與基板的受光表面相對之基板的背表面形成非晶介電層。非晶介電層可以由如上述說明的相同或相似的製程形成。例如，在一個實施例中，基板是單晶基板，並且非晶介電層之形成包括將基板的背表面氧化。在一個實施例中，非晶介電層可以透過用電漿氧化和/或自由基氧化將矽基板氧化而形成。
藉由PECVD的第一微晶矽層之形成和藉由PECVD的P型非晶矽層之形成可包括於PECVD腔室之第一單次通過中形成第一微晶矽層和P型非晶矽層，並且其中，藉由PECVD的第二微晶矽層之形成和藉由PECVD的N型非晶矽層之形成包括於PECVD腔室之第二單次通過中形成第二微晶矽層和N型非晶矽層。
第一和第二微晶矽層的形成可以包括藉由PECVD，在約每分鐘5-50奈米範圍內的沉積速率沉積微晶矽。P型非晶矽層和N型非晶矽層的
形成可包括藉由PECVD，在約每分鐘20-400奈米範圍內的沉積速率沉積非晶矽。退火可藉由在攝氏約700度的溫度下加熱大約10分鐘的持續時間來執行。
在一個實施例中，製造太陽能電池的交替之N型和P型射極層的方法包括藉由電漿輔助化學氣相沈積法(PECVD)在非晶介電層上形成微晶矽層。方法還包括藉由PECVD在微晶矽層上形成非晶矽層，以及用P型摻質摻雜非晶矽層的第一區域，以及用N型摻質摻雜非晶多晶矽層的第二區域。在第一區域和第二區域可在退火之前或之後進行摻雜。摻雜可以包括植入、固態摻雜等等。在一個涉及摻質植入的實施例中，PECVD腔室及植入腔室可在共同的工具上進行。在一個實施例中，植入和藉由PECVD的非晶矽層的形成可以在同一腔室中進行。
方法還包括退火微晶矽層和非晶矽層，以從微晶矽層和非晶矽層形成均相多晶矽層。均相多晶矽層具有用P型摻質摻雜的第一區域及用N型摻質摻雜的第二區域。該方法還包括形成導電接點至均相多晶矽區的第一區域和至均相多晶矽層的第二區域。
在一個這樣的實施例中，藉由PECVD的微晶矽層之形成和藉由PECVD的非晶矽層之形成包括於PECVD腔室之單次通過中形成微晶矽層和非晶矽層。形成微晶矽層可包括藉由PECVD，以在約每分鐘5-50奈米的範圍內藉用PECVD沉積微晶矽。非晶矽層之形成可涉及藉由PECVD，以在約每分鐘20-400奈米的範圍內的沉積速率，沉積非晶矽。
在一個實施例中，將微晶矽層和非晶矽層退火包括在攝氏
約700度的溫度下加熱大約10分鐘的持續時間。微晶矽層之形成可涉及厚度在約2-50奈米範圍內的微晶矽層，而非晶矽層之形成包括形成厚度在約10-300奈米範圍內的非晶矽層。將微晶矽層和非晶矽層退火，以形成均相多晶矽層，其可以包括形成無起泡的均相多晶矽層。
因此，上述製程可以包括在真空室(例如，PECVD腔室)內藉由自由基氧化和/或電漿氧化矽基板，之後藉由PECVD無起泡a-Si沉積，形成薄穿隧氧化層。這些製程可以在太陽能電池的製造中使用。
在一個實施例中，活性射極層結構可以藉由使用陰影遮罩直接形成。目前高效率的指叉式背接觸型太陽能電池的形成涉及7個步驟操作，包括射極層材料的沉積、形成摻雜遮罩、及摻雜和蝕刻的多個操作。這些製程可以構成顯著部分之電池生產成本。實施例包括新的製造技術，以降低射極層形成之操作和成本。實施例包括直接在真空沉積工具中直接沉積圖案化、摻雜活性射極層結構之方法。
根據一個實施例，方法包括：使用陰影遮罩沉積第一類型(P型或N型)之摻雜多晶或非晶矽圖案化指(finger)。然後，方法涉及利用第二陰影遮罩沉積第二類型(P型或N型)之摻雜多晶或非晶矽圖案化指。
圖7係為描繪根據本發明實施例的使用陰影遮罩之沉積工具700的示例。請參照圖7，將晶圓702裝載到第一陰影遮罩托盤704。晶圓/陰影遮罩托盤702/704被引入到工具700的第一部分706，以沉積第一類型的射極層(例如，P型)，做為摻雜之多晶矽指。在一個實施例中，在沉積期間使相關聯的遮罩與晶圓702直接接觸可導致更清晰的圖案。在形成P型摻雜之
多晶矽指之後，晶圓702在操作707中被裝載到第二陰影遮罩托盤708。晶圓/第二陰影遮罩托盤708接著被引入到工具700的第二部分710，以沉積第二類型(例如，N型)射極，作為摻雜之多晶矽指。使用圖案化、摻雜之射極之直接沉積的一些實施例包括薄介電層(例如，圖6A的層602)。然而，在其他實施例中，使用圖案化、摻雜之射極之直接沉積不包括這樣的薄介電層。後者的實施例涉及直接在晶圓上沉積射極層圖案，其可消除獨立、多操作沉積、圖案遮罩、以及傳統上用於形成高效率的交叉式背接觸型射極的摻雜製程。
請再次參考圖7，在操作712中，第一陰影遮罩托盤704被轉移回工具700的部分706的裝載站。在操作712中，第二陰影遮罩托盤708被轉移回工具700的部分710的裝載站。設備720是沿著在工具700的第一部分706內的第一射極區724的太陽能電池722的放大剖視圖。設備730是沿著在工具700的第二部分710內之第二射極區734的太陽能電池單元722的放大剖視圖。
在一個實施例中，在太陽能電池的金屬化過程中使用陰影遮罩。目前的金屬化可能需要昂貴的金屬圖案化和電鍍製程。根據一個實施例，陰影遮罩金屬化涉及透過陰影遮罩在多晶指(poly finger)上直接沉積金屬指，其可形成金屬觸點。陰影遮罩金屬化可以消除在一些現有的方法中使用兩個金屬圖案化操作。陰影遮罩還可以使用成本較低的金屬化製程來代替電鍍操作。圖8A至圖8H係為描繪根據本發明實施例中的陰影遮罩金屬化的方法中的各種操作。
請參考圖8A，導線遮罩804是包含在一個托座802中。在一實施例中，使用的導線遮罩804可伸縮間距且不需要機械加工或蝕刻。在一個實施例中，導線遮罩804是不銹鋼導線遮罩。請參照圖8B，導線遮罩804可以被用於形成具有線性射極區的太陽能電池806，如交替的P型線808和N型線810，其中幾個係在圖8B中描繪。這種佈局提供了線型的P/N連接線812，並且可以不涉及焊盤的形成。
請參照圖8C，太陽能電池基板814(諸如矽基板)的剖面圖說明了使用導線遮罩804和與多晶矽區818相關之濺射或電子束沉積816。與多晶矽區域818上之鋁或其它金屬晶種區820相關的形成是表示在圖8D中。
請參考圖8E，毯覆的底部抗反射塗(bARC)層822被形成在圖8D的結構上。交錯之接觸開口824係形成穿透bARC層822(例如，藉用雷射剝除)以暴露金屬晶種區820的一部分，如圖8F的平面圖所示。進一步的處理可包含將焊球放在接觸開口824上或接觸開口824中。另外，亦可印刷焊膏。
請參考圖8G，包括對應的接觸線(這兩種情形皆示為接觸線826)之交替的電線或預金屬化的背層電耦合到焊球或焊料膏，其反過來耦合到底層交替P型線808和N型線810。在一個實施例中，在使用預金屬化之背層時，背層被放置，然後在焊接溫度下熱處理，例如，在約攝氏180-250度的範圍內。
應該理解的是，可以實現具體而言結合圖8F和8G描述的各種方法。例如，請參考圖8H，在一實施例中，預金屬化之背層830包括具
有焊球或焊料膏834在其上的線832。在一個這樣的實施例中，可省略使用bARC層，且背層可直接耦合到暴露的底層交替的P型線808和N型線810。在一實施例中，背層是銅或鋁背層。在省略bARC層(且與破壞性雷射剝除相關)的情況下，可以減小交替的P型多晶矽線808和N型多晶矽線810的厚度(例如，從約3000埃到約500埃)，因為不再需要對於雷射剝除之容許誤差。射極區製造之多晶矽厚度的減少，可減少與多晶矽的陰影遮罩沉積相關的成本，和/或可改善所得接觸區域的導電性。
根據實施例，在一些實施例中，在形成介電層(例如，薄介電層522、504和518)，和/或多晶或非晶矽層的沉積之前(例如，圖5D的第二矽層520)之前，晶圓的表面被乾洗(dry-cleaning)方法清洗(例如，通過電漿清洗)。
典型的太陽能電池的處理係從Si晶圓開始。然後晶圓被處理以回蝕矽(例如，在20-40um範圍)，以從矽表面除去損傷和污染物從而獲得原始且清潔的晶圓表面。這樣的多作業處理用來在苛性濕過程中蝕刻矽，然後以有機和金屬濕式清潔劑處理，其可能是昂貴和費時的。電漿清洗可在製造之前改善及減少起始材料的處理。根據實施例，這樣的處理可以在射極形成之前，在PECVD工具中實現。
根據一個實施例，預清洗製程可以通過使用原位電漿處理，整合表面處理和清洗，來簡化及減少矽製備和處理的成本。這樣的預清洗製程與電漿沉積製程結合以減少操作次數和成本，且在沉積製程之前在真空環境中製備表面。多操作流程可以設計成使用以氯和溴為基礎的電
漿體(Cl and Br based plasmas)進行金屬清潔，接著用以O和N為基礎的電漿體(O and N based plasmas)進行有機清潔。可以使用以F為基礎的電漿體(F based plasmas)進行表面處理，以除去天然氧化物和/或有缺陷的Si。這種表面製備後可緊接著在PECVD腔室中的沉積處理。
因此，在PECVD腔室內的沉積之前的晶圓表面清潔可能涉及多個不同的電漿清洗操作。不同的電漿清洗操作可被用於去除不同的污染物或殘餘物。例如，以Cl和Br為基礎的電漿體可以用於去除金屬污染，如鋁、氧化鋁、鐵、氧化鐵、和/或其它金屬污染物。典型的以F為基礎的電漿體無法去除這些金屬，因為AlF3和IrF3不是揮發物。因為FeCl3和FeBr3以及AlCl3較具有揮發性，其可藉由在Ar或He的存在下暴露於使用CCl4、BCl3、HCl、Br2等製造之直接RF電漿體(direct RF plasmas)來去除。這種清洗過程後可藉由暴露於O2/N2電漿體，來除去任何有機污染物，或藉由暴露於CF4/O2電漿體除去天然氧化物(native oxide)和有機物。但是應當理解，這種操作具有連帶去除有缺陷的Si的可能，但具有點蝕(pitting)的風險。
因此，涉及這些預清洗製程的實施例可允許於太陽能電池製造的沉積之前，在真空環境內製備及定制的表面。存在有許多可執行上述製程的各種流程。例如，在一個實施例中，接收預蝕刻的矽晶圓，或者減少執行濕蝕刻製程的次數。晶圓被引入到PECVD室。在PEVCD室中，使用以Cl和/或Br為基礎的電漿體進行金屬清洗。接著，進行有機清洗。清洗後，可以形成穿隧氧化物，然後是非晶矽(或摻雜或未摻雜的)。
總體上，儘管上文中已具體描述了某些材料，一些材料可以輕易地以其他材料取代，且其他此種實施例仍在本發明精神和範圍內。例如，在一實施例中，可使用不同的材料基板(諸如III-V族材料基板)取代矽基板。此外，要理解的是，具體說明為N+和P+型摻雜之處，可設想其它實施例係分別包括相反的導電類型，例如，P+和N+型摻雜。此外，是可理解可代替用於形成接點的鋁晶種層之矽化方法也可以適用於前接觸型太陽能電池。
此外，在一實施例中，群集之電漿輔助化學氣相沈積(PECVD)工具可用以與許多上述處理工具的單次通行中的處理操作加以結合。例如，在一個這樣的實施例中，可以在群集工具的單次通行製程中執行多達四個不同的PECVD操作和快速熱處理(RTP)操作。PECVD操作可以包括層的沉積，如上述的背側P+多晶矽層、前側和背側的N+多晶矽層、和ARC層。
儘管具體實施例已描述於上，這些實施例並不意圖限制本發明的範圍，即使對於特定的特徵僅描述單個實施例。在本發明中提供特徵的示例旨在說明而非限制，除非另有說明。對於受有本發明利益之領域中的具有通常知識者將顯而易見的是，以上描述係意在涵蓋這些替代物、變形例和均等物。
本發明內容的範圍包括在此公開(明示或暗喻地)任何特徵或特徵組合，或者其任何概括，無論其是否減輕本文中所欲解決之任何或所有問題。因此，在本申請(或其聲明優先權的申請案)的審查期間，可制定
新的申請專利範圍成任何這樣的特徵組合。特別是，參照所附的申請專利範圍，來自附屬項的特徵可與獨立項的特徵組合，而來自各獨立項的特徵可以任何適當的方式組合，且不僅為所附的申請專利範圍中所列舉的特定組合。
Claims (19)
- 一種製造太陽能電池的方法，該方法包括：藉由一基板的一表面之自由基氧化或電漿氧化在該基板的該表面上形成一薄介電層；形成一第一矽層於該薄介電層上；圖案化該第一矽層、該薄介電層以及該基板的一部分，以從該第一矽層形成一第一射極區，而該第一射極區鄰近一凹溝；以及形成一第二矽層於該凹溝中及該第一射極區的一部分上方，以在鄰近該第一射極區形成一第二射極區。
- 如申請專利範圍第1項所述的方法，其進一步包括：在形成該薄介電層之前，乾洗該基板的該表面，以除去金屬或有機污染物。
- 如申請專利範圍第2項所述的方法，其中乾洗該基板的該表面包括在一電漿輔助化學氣相沈積(PECVD)腔室內乾洗。
- 如申請專利範圍第1項所述的方法，其中形成該薄介電層於該基板的該表面上包括在一電漿輔助化學氣相沈積(PECVD)腔室中形成該薄介電層。
- 如申請專利範圍第1項所述的方法，其中形成該第一矽層包括在一電漿輔助化學氣相沈積(PECVD)腔室中形成該第一矽層。
- 如申請專利範圍第5項所述的方法，其中形成該薄介電層於該基板的該表面上包括在該PECVD腔室內形成該薄介電層。
- 如申請專利範圍第6項所述的方法，其進一步包括：於形成該薄介電層之前，乾洗該基板的該表面，以除去金屬或有機污染物，乾洗係在該PECVD腔室內進行。
- 如申請專利範圍第1項所述的方法，其中從該第一矽層形成該第一射極區包括在容納於一工具內的一植入腔室中摻雜該第一矽層，其中該工具亦容納有用於形成該薄介電層、該第一矽層、或其兩者之一電漿輔助化學氣相沈積法(PECVD)腔室。
- 如申請專利範圍第1項所述的方法，其進一步包括形成電連接到該第一射極區和該第二射極區的一導電接點。
- 如申請專利範圍第1項所述的方法，其中形成該薄介電層於該基板的該表面上包括藉由自由基氧化形成該薄介電層。
- 如申請專利範圍第1項所述的方法，其中形成該薄介電層於該基板的該表面上包括藉由電漿氧化形成該薄介電層。
- 一種製造太陽能電池的方法，該方法包括：形成一第一薄介電層於一基板的一表面上；形成一第一矽層於該第一薄介電層上；圖案化該第一矽層、該第一薄介電層以及該基板的一部分，以從該第一矽層形成一第一射極區，而該第一射極區鄰近一凹溝；藉由圖案化後的該第一矽層之側壁之表面自由基氧化或電漿氧化，形成一第二薄介電層於圖案化後的該第一矽層之側壁上；以及 形成一第二矽層於該凹溝中及該第一射極區的一部分上方，以在鄰近該第一射極區形成一第二射極區；其中，該第二薄介電層橫向電性隔離該第二射極區和該第一射極區。
- 如申請專利範圍第12項所述的方法，其中，形成該第二薄介電層於圖案化後的該第一矽層之側壁上包括在一電漿輔助化學氣相沉積腔室內形成該第二薄介電層。
- 如申請專利範圍第12項所述的方法，其中，該第二矽層包括在一電漿輔助化學氣相沉積腔室內形成該第二矽層。
- 如申請專利範圍第14項所述的方法，形成該第二薄介電層於圖案化後的該第一矽層之側壁上包括在一電漿輔助化學氣相沉積腔室內形成該第二薄介電層。
- 如申請專利範圍第12項所述的方法，其中，從該第二矽層形成的該第二射極區包括在容納於一工具內的一植入腔室中摻雜該第二矽層，其中該工具亦容納有用於形成該第二薄介電層、該第二矽層、或其兩者之一電漿輔助化學氣相沈積腔室。
- 如申請專利範圍第12項所述的方法，更包括：形成電連接至該第一射極區和該第二射極區的一導電接點。
- 如申請專利範圍第12項所述的方法，其中，形成該第二薄介電層於圖案化後的該第一矽層之側壁上包括藉由自由基氧化形成的該第二薄介電層。
- 如申請專利範圍第12項所述的方法，其中，形成該第二薄介電層於圖案化後的該第一矽層之側壁上包括藉由電漿氧化形成的該第二薄介電層。
Applications Claiming Priority (4)
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