TWI647863B - 使用自對準植入體及覆蓋體之太陽能電池射極區之製備 - Google Patents

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Abstract

描述使用自對準植入體及覆蓋體製造太陽能電池射極區之方法以及所得的太陽能電池。在一個範例中，製造太陽能電池的射極區之方法涉及形成矽層於基板上。該方法也涉及通過模板遮罩將摻雜劑雜質原子植入矽層，以形成具相鄰非植入區的矽層的植入區。該方法也涉及通過模板遮罩形成覆蓋層於矽層的植入區上，並實質地對準矽層的植入區。該方法也涉及移除矽層的非植入區，其中覆蓋層在移除期間保護矽層的植入區。該方法也涉及將矽層的植入區退火，以形成摻雜的多晶矽射極區。

Description

使用自對準植入體及覆蓋體之太陽能電池射極區之製備
本揭露的實施例是可再生能源的領域，且特別是使用自對準植入體及覆蓋體製造太陽能電池射極區之方法、以及所得的太陽能電池。
光伏打電池(photovoltaic cells)，習知為太陽能電池，是眾所周知用於將太陽輻射直接轉換成電能的裝置。一般來說，太陽能電池係使用半導體處理技術而在半導體晶片或基板上製造，以形成在基板表面附近的p-n接面。衝射(impinging)在基板的表面上，並進入基板的太陽輻射在基板塊中產生電子及電洞對。電子及電洞對在基板中遷移至p摻雜區及n摻雜區，從而產生摻雜區之間的電壓差。摻雜區係連接至太陽能電池上的導電區，以引導來自電池的電流至與其耦合的外部電路。
效率是太陽能電池的重要特徵，因為其直接關係到太陽能電池產生電力的能力。同樣地，生產太陽能電池的效率係直接相關於此種太陽能電池的成本效益。因此，用於提高太陽能電池的效率的技術，或用於提高太陽能電池的製造的效率的技術，通常是有需求的。本揭露的一些實 施例係藉由提供用於製造太陽能電池結構的新穎方法而促使增加的太陽能電池製造效率。本揭露的一些實施例係藉由提供新穎太陽能電池結構而促使增加的太陽能電池效率。
本發明揭露一種製造太陽能電池之射極區之方法。該方法包含：形成矽層於基板上；通過模板遮罩將摻雜劑雜質原子植入該矽層，以形成具相鄰之非植入區的矽層的植入區；通過模板遮罩形成覆蓋層於矽層的植入區上，並實質地對準矽層的植入區；移除矽層的非植入區，其中覆蓋層在移除期間保護矽層的植入區；以及將矽層的植入區退火，以形成摻雜多晶矽射極區。
本發明揭露一種如上文所述之方法所製造之太陽能電池。
本發明揭露一種製造太陽能電池之交替N型和P型射極區之方法。該方法包含：形成多晶矽層於薄氧化物層上，薄氧化物層係設置在單晶矽基板上；通過第一模板遮罩將第一導電型的摻雜劑雜質原子植入多晶矽層，以形成相鄰於非植入區的多晶矽層的第一植入區；通過第一模板遮罩形成第一覆蓋層於多晶矽層的第一植入區上，並實質地對準多晶矽層的第一植入區；通過第二模板遮罩將相反的第二導電型的摻雜劑雜質原子植入多晶矽層的非植入區的一部分，以形成多晶矽層的第二植入區，並產生餘下的剩餘非植入區；通過第二模板遮罩形成第二覆蓋層於多晶矽層的第二植入區上，並實質地對準多晶矽層的第二植入區；移除多晶矽層的剩餘非植入區，其中第一覆蓋層及第二覆蓋層在移除期間分別保護多晶矽層的 第一植入區及第二植入區；以及將多晶矽層的第一植入區及第二植入區退火，以形成摻雜多晶矽射極區。
本發明揭露一種用於製造太陽能電池之射極區之串聯處理設備。串聯處理設備係包含：配置以使模板遮罩對準基板之第一工作台；配置以通過模板遮罩在基板上植入摻雜劑雜質原子之第二工作台；以及配置以通過模板遮罩在基板上形成覆蓋層之第三工作台。模板遮罩及基板係配置以透過第二工作台及第三工作台而一起移動。
101‧‧‧光接收表面
102、506、610、612‧‧‧基板
104‧‧‧薄氧化物層
106‧‧‧多晶矽層
108‧‧‧第一模板遮罩
110、118‧‧‧摻雜劑雜質原子
112‧‧‧第一植入區
114‧‧‧第一覆蓋層
116‧‧‧第二模板遮罩
120‧‧‧第二植入區
122‧‧‧第二覆蓋層
124、126‧‧‧多晶矽射極區
128‧‧‧溝槽
129‧‧‧抗反射塗層
130、132‧‧‧導電接觸點
150‧‧‧絕緣層
200、300‧‧‧流程圖
202、204、206、208、210、212、214、302、304、306、308、310‧‧‧操作
400‧‧‧鋁金屬化背接觸太陽能電池
500‧‧‧串聯處理設備
502‧‧‧第一工作台
504‧‧‧模板遮罩
507‧‧‧矽層
507A‧‧‧植入區
508‧‧‧第二工作台
509‧‧‧覆蓋層
510‧‧‧第三工作台
512、602‧‧‧晶圓輸入區
514‧‧‧遮罩移除及晶圓輸出區
550‧‧‧箭頭
600‧‧‧串聯平台
604‧‧‧植入源
606‧‧‧輸出區
608‧‧‧固定模板遮罩
700A、700B、700C‧‧‧指叉式背接觸太陽能電池
750‧‧‧接觸點
第1A圖至第1F圖係為顯示根據本揭露的實施例之太陽能電池的製造中各種階段的剖面圖。
第2圖係為列出根據本揭露的實施例之如對應於第1A圖至第1F圖的製造太陽能電池的方法中的操作之流程圖。
第3圖係為列出根據本揭露的實施例之製造太陽能電池的另一種方法中的操作之流程圖。
第4圖係為顯示根據本揭露的實施例之鋁金屬化背接觸太陽能電池的背面之平面圖。
第5A圖係為示意性地顯示根據本揭露的實施例之用於圖案化植入體及覆蓋體的串聯平台(inline platform)之剖面圖。
第5B圖係為顯示根據本揭露的實施例之通過在第5A圖的設備中的矽接觸遮罩之植入及覆蓋順序圖。
第6A圖係為示意性地顯示根據本揭露的實施例之涉及傳輸晶圓及固定陰影遮罩用於圖案化植入體的串聯平台之剖面圖。
第6B圖係為顯示根據本揭露的實施例之通過在第6A圖的設備中的石墨近接遮罩之植入順序圖。
第7A圖係為顯示根據本揭露的實施例之具有相鄰的「短手指」多母線(multibusbar)佈局的指叉式背接觸(IBC)太陽能電池的背側之平面圖。
第7B圖係為顯示根據本揭露的實施例之具有銅(Cu)或鋁(Al)的金屬箔背板的指叉式背接觸太陽能電池的背側之平面圖。
第7C圖係為顯示根據本揭露的實施例之具附著有焊料、導電黏接劑或藉由雷射點焊(例如，鋁至鋁)的多個接觸點的指叉式背接觸太陽能電池的背側之平面圖。
以下詳細的描述在本質上僅僅是說明性的，並不意在限制專利標的或本申請的實施例及這樣的實施例的使用。如本文所用，字詞「示例性(exemplary)」意思是「作為例子、實例或說明」。本文中描述為示例性的任何實施方式不必然被解釋為比其他實施方式較佳或較有利。此外，非旨在受到在前面的技術領域、先前技術、發明內容或在後面的實施方式中呈現的任何明示或暗示的理論所侷限。
本說明書包含提到「一個實施例(one embodiment)」或「實施例(an embodiment)」。片語「在一個實施例中(in one embodiment)」 或「在實施例中(in an embodiment)」的出現不一定指的是相同實施例。特定的特徵、結構或特性可以與本揭露相符的任何合適方式來結合。
術語。以下段落提供本揭露(包含所附的申請專利範圍)中所找到的用語的定義及/或內容：
「包含(comprising)」。這個用語是開放式的。如在所附的申請專利範圍中所用時，此用語並不排除額外的結構或步驟。
「配置以(configured to)」。各種單元或組件可被描述為或被主張為「配置以」執行一任務或多個任務。在這樣的背景下，「配置以」係用以藉由指出在操作期間單元/組件包含執行該任務或該些任務之結構來表現結構。如此一來，該單元/組件可被闡述為配置以執行該任務，即使當指定單元/組件當下並沒有在運作(例如，並非啟動/活躍)時。對於該單位/組件來說，一個單元/電路/組件「配置以」執行一任務或多個任務的陳述係明確地不意圖援引35 U.S.C.§112的第六段。
「第一(first)」、「第二(second)」等。如本文所用，這些用語被用作其前綴名詞的標記，且不暗示任何形式的排序(例如，空間、時間、邏輯等)。例如，提到一個「第一」太陽能電池並不一定意味著此太陽能電池是在排序中的第一個太陽能電池；取而代之的是，術語「第一」是用來將此太陽能電池與另一個太陽能電池(例如，「第二」太陽能電池)作區別。
「耦接(coupled)」。下面的敘述指的是被「耦接」在一起的元件或節點或特徵。如本文所用，除非另有明確地說明，否則「耦接」意指一元件/節點/特徵係直接或間接地接合至(或直接或間接地接通)另一元件/節點/特徵，且不一定是機械式的。
此外，某些術語亦可僅為參照目的使用在下面的描述中，且因此並不意在為限制的。例如，用語如「較高(upper)」、「較低(lower)」、「上方(above)」、以及「下方(below)」是指參照於圖中的方向。用語如「前(front)」、「後(back)」、「背(rear)」、「側(side)」、「外部(outboard)」及「內部(inboard)」描述了藉由參照於討論中說明組件之內文及附圖所明確引用之一致但為任意框架的組件的部分的定向及/或位置。這樣的術語可包含上面特別提到的字詞、其衍生詞、以及類似含義的字語。
本文中敘述使用自對準植入體及覆蓋體製造太陽能電池射極區之方法、以及所得的太陽能電池。在以下的描述中，為了提供本揭露的實施例的透徹理解，許多具體細節被闡述，諸如具體的處理流程操作。其將為所屬技術領域中具有通常知識者顯而易見的是，本揭露的實施例可在沒有這些具體細節的情況下實施。在其他實例中，眾所周知的製造技術，諸如微影法(lithography)及圖案化(patterning)技術並未詳細敘述，以免不必要地混淆了本揭露的實施例。此外，其被理解的是，在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。
本文所揭露的是一種製造太陽能電池的方法。在一個實施例中，製造太陽能電池的射極區的方法涉及在基板上方形成矽層。該方法也涉及通過模板遮罩將摻雜劑雜質原子植入矽層，以形成相鄰於非植入區的矽層的植入區。該方法也涉及通過模板遮罩形成覆蓋層於矽層的植入區上，並實質地對準矽層的植入區。該方法也涉及移除矽層的非植入區，其中覆蓋層在移除期間保護矽層的植入區。該方法也涉及將矽層的植入區退火，以形成摻雜的多晶矽射極區。
在另一個實施例中，製造太陽能電池之交替N型和P型射極區之方法涉及形成多晶矽層於設置在單晶矽基板上的薄氧化物層上。該方法亦涉及通過第一模板遮罩將第一導電型的摻雜劑雜質原子植入多晶矽層，以形成相鄰於非植入區的多晶矽層的第一植入區。該方法亦涉及通過第一模板遮罩形成第一覆蓋層於多晶矽層的第一植入區上，並實質地對準多晶矽層的第一植入區。該方法亦涉及通過第二模板遮罩將相反的第二導電型的摻雜劑雜質原子植入多晶矽層的非植入區的一部分，以形成多晶矽層的第二植入區，並產生剩餘的非植入區。該方法亦涉及通過第二模板遮罩形成第二覆蓋層於多晶矽層的第二植入區上，並實質地對準多晶矽層的第二植入區。該方法亦涉及移除多晶矽層的剩餘的非植入區，其中第一覆蓋層及第二覆蓋層在移除期間分別保護多晶矽層的第一植入區及第二植入區。該方法亦涉及將多晶矽層的第一植入區及第二植入區退火，以形成摻雜的多晶矽射極區。
本文亦揭露的是一種用於製造太陽能電池之設備。在一個實施例中，用於製造太陽能電池之射極區之串聯處理設備包含用於使模板遮罩對準基板的第一工作台。第二工作台被包含在內以用於通過模板遮罩在基板上植入摻雜劑雜質原子。第三工作台被包含在內以用於通過模板遮罩在基板上形成覆蓋層。模板遮罩及基板可透過第二工作台及第三工作台而一起移動。
本文所述的一或多個實施例提供了一種用於製造高效率的簡化處理流程，所有背接觸太陽能電池裝置係涉及使用離子植入技術，用於產生N+(例如，通常摻雜磷或砷)及P+(例如，通常摻雜硼)多晶矽射極 層。在一實施例中，製造途徑涉及使用圖案化的陰影遮罩，較佳地由矽(Si)製成，放置靠近於或直接物理接觸要處理的太陽能電池基板。在一個這樣的實施例中，陰影遮罩係隨著基板移動，首先置於植入光束下，且下一步(不移動陰影遮罩)通過第二處理區域/區，其中充分厚度的覆蓋層係直接沉積於其上並完美地(或至少實質上)與植入區對準。然後相同或類似的處理可應用以產生具有相反導電性的摻雜劑類型的類似覆蓋圖案。
一些實施例係涉及覆蓋層的組合物，依照選擇，使得以選擇性的濕式或乾式蝕刻來去除相鄰的非植入(以及因此，亦為未覆蓋的)多晶矽層為可能的。這樣的蝕刻選擇性允許例如，背接觸太陽能電池的射極區之間的圖案化的溝槽隔離。在一些實例中，覆蓋膜可由SiO2或SiN(或其組合)的介電基膜所組成，使用低壓化學氣相沉積(LPCVD)、電漿輔助化學氣相沉積(PECVD)或高密度電漿化學氣相沉積(HDPCVD)而沉積。在一實施例中，高密度電漿化學氣相沉積可由於沉積的多定向性質及較低的操作壓力，而與先前的離子植入操作更加兼容而為較佳的。然而，覆蓋層亦可使用允許多定向性之更高的真空物理氣相沉積(PVD)或濺鍍基礎過程來沉積，以在即便為相對低的溫度下實施(如室溫及400℃之間)校準(collimated)沉積提供良好的濕式蝕刻選擇性的SiO2、SiON或SiN基介電覆蓋層。
在特定的實施例中，所沉積的覆蓋層係足夠抵抗鹼性基矽蝕刻以及化學紋理化(texturing chemistries)，以提供完全移除所有非植入(且因此亦為未覆蓋的)的多晶矽區。鹼性基矽蝕刻及化學紋理化係因而用以形成隔離相反摻雜的多晶矽區的溝槽，同時具晶圓的前側(面向太陽)紋理 化。在一實施例中，一旦前側紋理化及溝槽隔離蝕刻完成，隨後的濕式蝕刻化學作用，如基於氫氟酸(HF)的化學作用(例如，NH4F緩衝的HF混合物，或緩衝的氧化物蝕刻劑(BOE))係被應用以剝去殘留的覆蓋層。然而在一替代的實施例中，覆蓋層是具有足以抵抗鹼性化學作用的金屬層。這樣的金屬層可保留在裝置內作為接觸層。
為了提供進一步的內容，對於適用於太陽能電池製造，特別確切是指叉式背接觸(IBC)型太陽能電池的較低成本及較高通量(throughput)離子植入系統的輸出(delivery)，最近已有顯著的興趣及進展。設想的是，N+植入體及P+植入體均可實現良好的對準。然而，為了適用於使用可實際減少流程步驟、成本及熱預算(thermal budget)的製造流程的高性能背接觸型太陽能電池結構，需要不僅提供具成本效益地設置圖案化及對準離子植入體，且使非植入多晶矽區得以選擇性或自對準移除之實施方法。解決這些顧慮，本文所述的一或多個實施例係藉由採用用於在單一程序中通過相同遮罩而施加圖案化離子植入體及自對準覆蓋層兩者的成本相對較低的非污染性矽晶圓模板遮罩，而提供了這樣的功能性。由於遮罩，如同矽晶圓基板一樣，係由矽所組成，其可在接觸模式下採用，而沒有污染問題或者與不同熱膨脹係數有關的問題。在一實施例中，遮罩或模板晶圓可充分地摻雜以使得為導電的，且因此被包含作為離子束成形電子設備(ion beam shaping electronics)的組成部分(或僅僅是為了避免充電(charging))。此外，藉由在每個離子植入操作之後自動地執行介電層的沉積，隨後植入體可阻斷(例如，停止及困住)表面的介電質，大大促進這種模板遮罩的定期清理及再利用。
更具體地，像是要求使用模板遮罩的其他圖案化程序，產生具有足夠的機械完整性的遮罩可在所使用的圖案類型上設置顯著的限制，或可要求以兩個分離的與完美對齊的步驟(例如，使用總共四個分離的遮罩)來執行對於每個植入體極性的所需圖案。在這樣的一個情況下，可能會在使用幾乎延伸太陽能電池長度的長指之指叉製造中受到影響。然而，根據本文所述的實施例，敘述了可能較少難題之其他可能的交錯方式。例如，如下面更加詳細所描述的，當演進(migrating)到下一代(例如，成本更低)的金屬化策略時，使用替代多母線(multibusbar)的設計可提供不同優點。
在一例示性處理流程中，第1A圖至第1F圖係為顯示根據本揭露的實施例之太陽能電池的製造中各種階段的剖面圖。第2圖係為列出根據本揭露的實施例之如對應於第1A圖至第1F圖的製造太陽能電池的方法中的操作之流程圖。
參照第1A圖並對應流程圖200的操作202，製造太陽能電池之交替N型和P型射極區之方法涉及形成多晶矽層106於設置在基板102上的薄氧化物層104上。
在一實施例中，基板102係為單晶矽基板，諸如塊狀單晶的N型摻雜矽基板。然而要理解的是，基板102可以是設置在球形太陽能電池(global solar cell)基板上之層，諸如多晶矽層。在一實施例中，薄氧化物層係為具有厚度約為2奈米或更薄的穿隧介電氧化矽層。雖然被描述為多晶矽層106，在替代實施例中，係使用非晶矽層來代替。
參見第1B圖並對應流程圖200的操作204，該方法亦涉及通過第一模板遮罩108將第一導電型的摻雜劑雜質原子110植入多晶矽層106，以形成多晶矽層106的第一植入區112及非植入區(亦即，在製程中於此階段還沒有被植入的多晶矽層106的剩餘部分)。
在一實施例中，第一模板遮罩108係為矽模板遮罩。在一實施例中，由於模板遮罩的矽不會污染矽基的太陽能電池，使用矽模板遮罩使得能夠放置在第1A圖的結構上，或緊密地靠近第1A圖的結構。在一實施例中，植入係藉由使用離子束植入或電漿浸沒植入而進行。在一實施例中，此第一植入提供用於矽的P+摻雜物原子(例如，硼原子)。然而在另一實施例中，第一植入提供用於矽的N+摻雜物原子(例如，磷原子或砷原子)。在一實施例中，使用於執行植入的條件被調整(例如，藉由連續的或同時的電子撞擊)，以增加植入區及非植入區之間的後續蝕刻選擇性，有關於之後的操作如下所述。可調整的其他條件可包含在植入、溫度調整及劑量調整期間偏壓(biasing)的一或多種基板。
現在再次參考第1B圖並對應流程圖200的操作206，該方法亦涉及通過第一模板遮罩108形成第一覆蓋層114於多晶矽層106的第一植入區112上，並實質地對準多晶矽層106的第一植入區112。由於模板遮罩及基板一起傳輸，對準可視為理想上完美的。然而，過程可容忍在過程從植入/摻雜室移動至覆蓋沉積室時可能發生的一些輕微的偏移(例如，於平移方向上小於百分之幾)。
在一實施例中，第一覆蓋層114的植入及形成係在串聯處理設備中進行，其中第一模板遮罩108及單晶矽基板102係透過串聯處理設備 而一起移動，如搭配第5A圖及第5B圖的更詳細描述。在一實施例中，第一覆蓋層114包含材料，諸如但不限於，二氧化矽(SiO2)、氮化矽(SiN)或氮氧化矽(SiON)。在一實施例中，第一覆蓋層114係使用沉積技術，諸如但不限於，低壓化學氣相沉積(LPCVD)、電漿輔助化學氣相沉積(PECVD)、高密度電漿化學氣相沉積(HDPCVD)或物理氣相沉積(PVD)而形成。在一實施例中，第一覆蓋層114係藉由在溫度大約在25-400℃之範圍內沉積而形成。
再次參考第1B圖，覆蓋層114的材料也可能沉積在第一模板遮罩108上。在模板遮罩108通過沉積環境的多次運行之後，可能會多少累積多個材料層，如第1B圖中所繪。要理解的是，運行的最佳化數目可以被確定以平衡通量，免於可能以一些方式影響後來的沉積過程之模板遮罩108上的材料過度累積。在一個這樣的實施例中，在一定次數的運行後，累積的覆蓋材料係藉由選擇性蝕刻而去除，且接著第一模板遮罩108可再次利用。
參考第1C圖並對應流程圖200的操作208，該方法亦涉及通過第二模板遮罩116將相反的第二導電型的摻雜劑雜質原子118植入多晶矽層106的非植入區的一部分，以形成多晶矽層106的第二植入區120及剩餘的非植入區(亦即，尚未被植入的多晶矽層106的剩餘部分)。
在一實施例中，第二模板遮罩116係為矽模板遮罩。在一實施例中，由於模板遮罩的矽不會污染矽基太陽能電池，使用矽模板遮罩使得能夠放置在第1B圖的結構上，或緊密地靠近第1B圖的結構。在一實施例中，植入係藉由使用離子束植入或電漿浸沒植入而進行。在一實施例 中，此第二植入提供用於矽的N+摻雜物原子(例如，磷原子或砷原子)。然而在另一實施例中，第二植入提供用於矽的P+摻雜物原子(例如，硼原子)。在一實施例中，使用於執行植入的條件被調整(例如，藉由連續的或同時的電子撞擊)，以增加植入區及非植入區之間的後續蝕刻選擇性，有關於之後的操作如下所述。可調整的其他條件可包含在植入、溫度調整及劑量調整期間偏壓的一或多個基板。
現在再次參考第1C圖並對應流程圖200的操作210，該方法亦涉及通過第二模板遮罩116形成第二覆蓋層122於多晶矽層106的第二植入區120上，並實質地對準多晶矽層106的第二植入區120。由於模板遮罩及基板一起傳輸，對準可視為理想上完美的。然而，過程可容忍當過程從植入/摻雜室移動至覆蓋沉積室時可能發生的一些輕微的偏移(例如，於平移方向上小於百分之幾)。
在一實施例中，第二覆蓋層122的植入及形成係在串聯處理設備中進行，其中第二模板遮罩116及單晶矽基板102係透過串聯處理設備而一起移動，如搭配第5A圖及第5B圖所更詳細地描述的。在一實施例中，第二覆蓋層122包含材料，諸如但不限於，二氧化矽(SiO2)、氮化矽(SiN)或氮氧化矽(SiON)。在一實施例中，第二覆蓋層122係使用沉積技術，諸如但不限於，低壓化學氣相沉積(LPCVD)、電漿輔助化學氣相沉積(PECVD)、高密度電漿化學氣相沉積(HDPCVD)或物理氣相沉積(PVD)而形成。在一實施例中，第二覆蓋層122係藉由在溫度大約在25-400℃之範圍內沉積而形成。
再次參考第1C圖，第二覆蓋層122的材料也可能沉積在第二模板遮罩116上。如同第一覆蓋層在第一模板遮罩上的情況，在第二模板遮罩116通過沉積環境的多次運行之後，可能多少會累積多個材料層，如於第1C圖中所繪示。要理解的是，運行的最佳化數目可以被確定以平衡通量，免於可能以一些方式影響後來的沉積過程的第二模板遮罩116上的材料的過度累積。在這樣的一個實施例中，在一定次數的運行後，累積的覆蓋材料係藉由選擇性蝕刻而去除，且接著第二模板遮罩116可再次被利用。
參照第1D圖並對應流程圖200的操作212，多晶矽層106的剩餘非植入區可被去除。在一實施例中，第一覆蓋層114及第二覆蓋層122在移除多晶矽層106的剩餘非植入區部分的期間，係分別保護第一植入區112及第二植入區120。在一實施例中，再次參考第1D圖，在移除多晶矽層106的剩餘非植入區部分之後及/或期間，覆蓋層114及122也可被移除。在任一情況下，比起多晶矽層106，覆蓋層114及122應適當地更不易受到蝕刻，以至少提供第一植入區112及第二植入區120的實質保護量(例如，不會顯著地侵蝕植入區)。
在一實施例中，第一及第二覆蓋層114及122包含材料，諸如但不限於，二氧化矽(SiO2)、氮化矽(SiN)或氮氧化矽(SiON)，而移除多晶矽層106的剩餘非植入區涉及使用氫氧基濕蝕刻法。在一實施例中，第一及第二覆蓋層114及122接著係在使用HF基濕蝕刻法的隨後過程，諸如緩衝氧化物蝕刻劑(buffered oxide etchant,BOE)過程中被移除。
參照第1E圖並對應流程圖200的操作214，多晶矽層的第一植入區112及第二植入區120可退火，以分別形成第一及第二摻雜多晶矽射極 區124及126。雖然在進行高溫退火及活性化過程之前，完成多晶矽的非植入區的蝕刻(即除去)，通常可能是最有利的，然而一定的植入條件可能在紋理化蝕刻中導致本質上較高的反應性(例如，相對於非植入區)，在這種情況下，高溫退火可先於溝槽蝕刻而進行。
在一實施例中，加熱係在溫度大約在850至1100℃的範圍內持續大約1-100分鐘的範圍內之期間來執行。在一實施例中，在加熱或退火期間執行輕度的P+摻雜劑驅動。
兼參照第1D圖及第1E圖，在一實施例中，溝槽128係形成在第一及第二摻雜多晶矽射極區124及126之間。此外，在一實施例中，溝槽及/或基板102的光接收表面101被紋理化。可以改變溝槽形成以及多晶矽層的第一植入區112及第二植入區120的退火以形成第一及第二摻雜多晶矽射極區124及126的操作順序。在一實施例中，溝槽形成及紋理化均在退火前之前以相同的氫氧基蝕刻法來執行，例如，如同使用以移除多晶矽層106的非植入區的部分方法。可替代地，溝槽形成及紋理化係在退火之後進行(如第1D圖及第1E圖所繪示)。在又一實施例中，表面101的紋理化可以不同於用來形成並紋理化溝槽128操作的操作而執行。要理解的是，紋理化的表面可以是一種具有規則或不規則形狀的表面，以用以散射入射光、降低太陽能電池的光接收表面反射掉的光量。另外的實施例可包含在光接收表面101上的鈍化或抗反射塗層129的形成，如第1E圖所繪示。
參照第1F圖，導電接觸點130及132係製造以分別接觸第一及第二摻雜多晶矽射極區124及126。在一實施例中，接觸點係藉由首先沉積並圖案化絕緣層150以具有開口，然後在開口形成一或多個導電層而製 成。在一實施例中，導電接觸點130及132包含金屬，並藉由沉積、微影、及蝕刻的方法，或者印刷法而形成。
在一實施例中，覆蓋層114及122(或者至少其餘下物)係保留在最後結構中。在一個這樣的實施例中，接觸點130及132係通過覆蓋層114及122而形成，例如藉由在接觸溝槽形成期間將覆蓋層圖案化。然而，在另一替代實施例中，覆蓋層114及122中的一個或兩個包含耐火金屬，諸如但不限於，鈦(Ti)、鋯(Zr)、鉿(Hf)、鈮(Nb)、鉭(Ta)、鉬(Mo)或鎢(W)。這樣的耐火金屬可沉積在多晶矽表面，並抵擋用以活化多晶矽層中的摻雜劑的退火過程。在其他實施例中，薄金屬覆蓋層係使用並包含材料，諸如但不限於，鈦(Ti)、鈷(Co)或鎳(Ni)。薄金屬覆蓋層可使用以於多晶層的上部經歷矽化。在一實施例中，導電接觸點130及132係形成以包含導電覆蓋層。在又一替代實施例中，覆蓋層114及122中的一個或兩個包含具有介於50及1000A之間的厚度及使用採用了揮發性碳矽烷前驅物的化學氣相沉積技術而沉積的表面碳矽烷基膜。這樣的層可在導電接觸點形成之前移除或圖案化。
要理解的是，對於自對準的植入體及覆蓋區及層的這樣的基於模板遮罩的方法可僅使用於一種摻雜劑類型，而不是兩種摻雜劑類型。例如，此方法用於一種P+或N+摻雜可以特別有利，並因此僅使用於射極區的兩種導電型的其中之一的製造。作為一個例子，第3圖係為列出根據本揭露的實施例之製造太陽能電池的另一種方法中的操作之流程圖300。
參考流程圖300的操作302，製造太陽能電池的射極區的方法涉及在基板上方形成矽層。參照流程圖300的操作304，通過模板遮罩，將 摻雜劑雜質原子植入矽層，以形成具相鄰的非植入區之矽層的植入區。參照流程圖300的操作306，通過模板遮罩，形成覆蓋層於矽層的植入區上，並實質地對準矽層的植入區。參照流程圖300的操作308，移除矽層的非植入區。覆蓋層在移除期間保護矽層的植入區。參照流程圖300的操作310，將矽層的植入區退火，以形成摻雜的多晶矽射極區。
上述方法可使用以通過雷射切割矽遮罩使得圖案化硼(或磷或砷等)植入體及覆蓋體。該方法涉及將植入體與覆蓋體結合，以解決溫度膨脹係數(CTE)的失配、污染、及/或清理的挑戰。方法可適合用於目前的太陽能電池設計。然而，在一實施例中，遮罩完整性的要求可能有利於具有減小的手指尺寸之設計，例如用於所有鋁金屬化電池所製成的設計。作為一個例子，第4圖係為顯示根據本揭露的實施例之鋁金屬化背接觸太陽能電池400的背面之平面圖。
如上面簡要地敘述，本文所指稱之方法可在串聯處理設備上執行。作為一個例子，第5A圖係為示意性地顯示根據本揭露的實施例之用於圖案化植入體及覆蓋體的串聯平台之剖面圖。第5B圖係為顯示根據本揭露的實施例之通過在第5A圖的設備中的矽接觸遮罩之植入及覆蓋順序圖。
參見第5A圖，用於製造太陽能電池射極區的串聯處理設備500包含用於使模板遮罩504對準基板506的第一工作台502。第二工作台508被包含在內，以用於通過模板遮罩504在基板506上植入摻雜劑雜質原子(例如，硼或磷)。第三工作台510被包含在內，以用於通過模板遮罩504在基板506上形成覆蓋層。串聯處理設備500的其他態樣可包含晶圓輸入區512及遮罩移除及晶圓輸出區514。
在一實施例中，模板遮罩504及基板506至少透過第二工作台508及第三工作台510而一起移動。晶圓流經串聯處理設備500的方向以箭頭550顯示。參照第5B圖，在一實施例中，串聯處理設備500使得能夠通過模板遮罩504植入及覆蓋在基板506上的矽層507的區域。因為覆蓋層係使用如同執行植入所使用的在同一位置的同一遮罩而形成，故植入區507A及覆蓋層509係為自對準的。在一實施例中，第一工作台502係用於將模板遮罩504接觸或非常靠近基板506來對準。在一實施例中，第二工作台508包含離子植入或電漿浸沒植入室。在一實施例中，第三工作台510包含沉積室，例如但不限於，低壓化學氣相沉積(LPCVD)室、電漿輔助化學氣相沉積(PECVD)室、高密度電漿化學氣相沉積(HDPCVD)室或物理氣相沉積(PVD)室。
在替代實施例中，可使用對於矽基板來說可能是污染的其他模板遮罩，只要遮罩與基板之間不產生接觸。例如，可使用石墨陰影遮罩。此外，在其他實施例中，模板遮罩不隨著基板傳輸。作為兩種替代方案的例子，第6A圖係為示意性地顯示根據本揭露的實施例之用於涉及傳輸晶圓及固定陰影遮罩的圖案化植入的串聯平台之剖面圖。第6B圖係為顯示根據本揭露的實施例之通過在第6A圖的設備中的石墨近接遮罩之植入順序圖。參照第6A圖，串聯平台600包含晶圓輸入區602、植入源604(例如，離子植入或電漿浸沒)、及輸出區606。固定模板遮罩608，諸如固定石墨遮罩，係保持在與基板610接近但不接觸，以提供植入的基板612。
如搭配第4圖簡要地描述的，在一實施例中，遮罩完整性可能有利於具有減小的手指尺寸之太陽能電池設計，例如，用於具有薄晶圓 接觸金屬的指叉背接觸(IBC)電池。提供作為例子，第7A圖係為顯示根據本揭露的實施例之具有相鄰的「短手指」多母線佈局的指叉式背接觸(IBC)太陽能電池700A的背側之平面圖。第7B圖係為顯示根據本揭露的實施例之具有銅(Cu)或鋁(Al)的金屬箔背板的指叉式背接觸太陽能電池700B的背側之平面圖。第7C圖係為顯示根據本揭露的實施例之具有附著有焊料、導電黏接劑或藉由雷射點焊(例如，鋁至鋁)的多個接觸點750的指叉式背接觸太陽能電池700C的背側之平面圖。
總體來說，儘管具體描述了以上某些材料，在本揭露的實施例的精神及範疇內餘下的其他這樣的實施例中，一些材料可輕易地以其他材料代替。例如，在一實施例中，不同的材料基板，諸如III至V族的材料基板，可使用來代替矽基板。此外，要理解的是，其中具體描述了N+及P+型摻雜，設想的其他實施例包含相反的導電類型，例如，分別為P+及N+型摻雜。
一般來說，本文所述的實施例可實施以提供用於高效率指叉式背接觸型太陽能電池的製造的較低成本、較高通量的離子植入平台。具體實施例可提供用於通過單一Si接觸模板遮罩產生自對準植入體及覆蓋層的有利方法。此外，為了確保植入區及覆蓋膜是自動地自對準，Si模板遮罩與自動地施加介電覆蓋膜的流程的結合可解決許多成本、污染、壽命及清理/再利用的問題，這些問題通常限制了太陽能電池製造的植入技術的應用。除了提供自對準的覆蓋體以作為溝槽移除的蝕刻遮罩以外，不破壞真空的覆蓋膜沉積可減少由於空氣氧化之植入區退化。實施例對於納入多晶矽或非晶矽(例如，a-Si：H)衍生射極之太陽能電池的製造可為特別有用。
因此，已揭露了使用自對準植入體及覆蓋體製造太陽能電池射極區之方法、以及所得的太陽能電池。
儘管具體實施例已在上面描述，即使在對於特定的特徵僅有一個單一實施例被描述時，這些實施例仍不意在限制本揭露的範疇。在本揭露所提供的特徵的實施例係意在為說明性的而非限制性的，除非另有說明。如所屬技術領域中具有通常知識者將顯而易見的是，在具有本揭露的效益下，上面的描述意在涵蓋這些替代、修改及等效物。
本揭露的範疇包含本文所述的任何特徵或特徵的結合(不管是明示地或暗示地)，或其任何概括，無論其是否減輕了本文提出的任何或全部問題。因此，在本申請案(或向其主張優先權的申請案)的申請期間，新的申請專利範圍可規劃成特徵的任何這樣的組合。特別是，參照所附的申請專利範圍，來自附屬項之申請專利範圍的特徵可與來自獨立項的申請專利範圍的特徵合併，而來自對應的獨立項的申請專利範圍的特徵可以任何合適的方式合併，而不僅僅為列舉在所附申請專利範圍中的特定組合。

Claims (17)

  1. 一種製造太陽能電池之射極區之方法，該方法包含：形成一矽層於一基板上，該矽層不同於該基板；通過一模板遮罩將一摻雜劑雜質原子植入該矽層，以形成具相鄰之一非植入區的該矽層的一植入區；通過該模板遮罩形成一覆蓋層於該矽層的該植入區上，並實質地對準該矽層的該植入區；移除該矽層的該非植入區，其中該覆蓋層在移除期間保護該矽層的該植入區，且其中移除該矽層的該非植入區包括了只移除該矽層的該非植入區並且保留該矽層的該植入區；將該矽層的該植入區退火，以自該矽層的該植入區形成一摻雜多晶矽射極區；以及在該摻雜多晶矽射極區上形成導電接觸點。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中通過該模板遮罩的植入係包含通過一矽模板遮罩而植入，且其中該矽模板遮罩係設置於或非常靠近該矽層。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中植入並形成該覆蓋層係在一串聯處理設備中執行，其中該模板遮罩與該基板係透過該串聯處理設備而一起移動。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中植入並形成該覆蓋層係使用一固定石墨模板遮罩而執行。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中形成該覆蓋層係包含使用選自由一低壓化學氣相沉積(LPCVD)、一電漿輔助化學氣相沉積(PECVD)、一高密度電漿化學氣相沉積(HDPCVD)及一物理氣相沉積(PVD)所組成的群組中的一沉積技術。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中形成該覆蓋層係包含在溫度在大約25至400℃之範圍內沉積。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中形成該覆蓋層係包含形成選自由二氧化矽(SiO2)、氮化矽(SiN)及氮氧化矽(SiON)所組成的群組中的一材料。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其進一步包含：在形成該導電接觸點於該摻雜多晶矽射極區上之前，移除該覆蓋層。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之方法，其中移除該矽層的該非植入區係包含使用一氫氧基濕蝕刻法，且其中移除該覆蓋層係包含使用一HF基濕蝕刻法。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中形成該導電接觸點於該摻雜多晶矽射極區包括形成包含有至少一部分的該覆蓋層的該導電接觸點。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之方法，其中形成該覆蓋層係包含形成選自由鈦(Ti)、鋯(Zr)、鉿(Hf)、鈮(Nb)、鉭(Ta)、鉬(Mo)或鎢(W)、鎳(Ni)及鈷(Co)所組成的群組中的一金屬。
  12. 一種製造太陽能電池之交替N型和P型射極區之方法，該方法包含：形成一多晶矽層於一薄氧化物層上，該薄氧化物層係設置在一單晶矽基板上，該多晶矽層不同於該單晶矽基板；通過一第一模板遮罩將一第一導電型的一摻雜劑雜質原子植入該多晶矽層，以形成相鄰於一非植入區的該多晶矽層的一第一植入區；通過該第一模板遮罩形成一第一覆蓋層於該多晶矽層的該第一植入區上，並實質地對準該多晶矽層的該第一植入區；通過一第二模板遮罩將相反的一第二導電型的一摻雜劑雜質原子植入該多晶矽層的該非植入區的一部分，以形成該多晶矽層的一第二植入區，並產生餘下的一剩餘非植入區；通過該第二模板遮罩形成一第二覆蓋層於該多晶矽層的該第二植入區上，並實質地對準該多晶矽層的該第二植入區；移除該多晶矽層的該剩餘非植入區，其中該第一覆蓋層及該第二覆蓋層在移除期間分別保護該多晶矽層的該第一植入區及該第二植入區，並且其中移除該多晶矽層的該剩餘非植入區包括了只移除該多晶矽層的該剩餘非植入區並且保留該多晶矽層的該第一植入區及該第二植入區；將該多晶矽層的該第一植入區及該第二植入區退火，以自該多晶矽層的該第一植入區及該第二植入區形成一摻雜多晶矽射極區；以及在該摻雜多晶矽射極區上形成導電接觸點。
  13. 如申請專利範圍第12項所述之方法，其中通過該第一模板遮罩及該第二模板遮罩的植入係包含通過一矽模板遮罩而植入，且其中一第一矽模板遮罩及一第二矽模板遮罩係順序地設置於或非常靠近該多晶矽層。
  14. 如申請專利範圍第12項所述之方法，其中植入並形成該第一覆蓋層及該第二覆蓋層係在一或多個串聯處理設備中執行，其中該第一模板遮罩及該第二模板遮罩的其中之一與該單晶矽基板係透過該一或多個串聯處理設備而一起移動。
  15. 如申請專利範圍第12項所述之方法，其中植入並形成該第一覆蓋層係使用一第一固定石墨模板遮罩而執行，而其中植入並形成該第二覆蓋層係使用一第二固定石墨模板遮罩而執行。
  16. 如申請專利範圍第12項所述之方法，其中移除該多晶矽層的該剩餘非植入區係包含使用一氫氧基濕蝕刻法，而其中該第一覆蓋層及該第二覆蓋層係包含選自由二氧化矽(SiO2)、氮化矽(SiN)及氮氧化矽(SiON)所組成的群組中的一材料，該方法進一步包含：在形成該導電接觸點於該摻雜多晶矽射極區之前，使用一HF基濕蝕刻法而移除該第一覆蓋層及該第二覆蓋層。
  17. 如申請專利範圍第12項所述之方法，其中該第一覆蓋層或該第二覆蓋層係包含選自由鈦(Ti)、鋯(Zr)、鉿(Hf)、鈮(Nb)、鉭(Ta)、鉬(Mo)或鎢(W)、鎳(Ni)及鈷(Co)所組成的群組中的一金屬，並且形成該導電接觸點於該摻雜多晶矽射極區上包括了形成該導電接觸點，且每一個該導電接觸點係包含該第一覆蓋層或該第二覆蓋層的其中之一。
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