TWI660517B - 太陽能電池中之相對摻質濃度水準 - Google Patents

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Abstract

太陽能電池可包含基板，基板具有面向太陽以在正常操作期間接收太陽輻射的前側、及相對於前側的背側。太陽能電池可進一步包含形成在基板的背側上的多晶矽層。P型擴散區及N型擴散區可形成在多晶矽層中，以提供接合PN接點。P型擴散區可具有第一摻質濃度水準，而N型擴散區可具有第二摻質濃度水準，使得第一摻質濃度水準小於第二摻質濃度水準。

Description

太陽能電池中之相對摻質濃度水準
本發明係有關於一種太陽能電池及其製造方法，特別是有關於一種具有相對摻質濃度水準之太陽能電池及其製造方法。
光伏打電池，習知為太陽能電池，是用於將太陽輻射直接轉換為電能的眾所周知的裝置。一般來說，太陽能電池係使用半導體加工技術，在半導體晶片或基板上製造，以在P型擴散區及N型擴散區之間形成PN接面。照射在太陽能電池的基板的表面上及進入基板的太陽能輻射，在基板的本體(bulk)內產生電子及電洞對。電子及電洞對遷移至基板內的P型擴散區及N型擴散區，從而在擴散區之間產生電壓差。擴散區係連接至太陽能電池上的導電區，以引導電流從太陽能電池至外部電路。在背側接觸的太陽能電池中，例如，擴散區及耦合至其的叉指型金屬接觸指(interdigitated metal contact fingers)兩者均位在太陽能電池的背側。接觸指允許外部電路被耦合至太陽能電池，並藉由太陽能電池而供電。
效率是太陽能電池的一個重要特性，因為其直接關係到太陽能電池產生動力的能力。同樣地，生產太陽能電池的效率直接關係到這種太陽能電池的成本效益。據此，用於增加太陽能電池效率的技術，或用於增加太陽能電池的製造中的效率的技術，通常為被期望的。本揭露之一些實施例允許藉由提供用於製造太陽能電池結構之新穎製程來增加太陽能電池製造效率。本發明之一些實施例允許藉由提供新穎太陽能電池結構來增加太陽能電池效率。
本發明揭露一種太陽能電池，其包含基板及接合PN接點。基板包含面向太陽以在正常操作期間接收太陽輻射的前側、及相對於該前側的背側。該接合PN接點係形成在介於P型擴散區及N型擴散區之間的基板的背側上。其中。P型擴散區係由P型摻雜區而形成，P型摻雜區係包含具有第一摻質濃度水準的第一摻質源，且N型擴散區係由N型摻雜區而形成，N型摻雜區係包含具有大於第一摻質濃度水準的第二摻質濃度水準的第二摻質源。
本發明揭露一種製造太陽能電池之方法，該方法包含：由包含具有第一摻質濃度水準的第一摻質源的P型摻雜區，形成P型擴散區於一基板上；以及由包含具有第二摻質濃度水準的第二摻質源的N型摻雜區，形成N型擴散區於基板上且相鄰於P型擴散區，以提供介於P型擴散區及N型擴散區之間的接合PN接點，使得該第一摻質濃度水準小於該第二摻質濃度水準。
本發明揭露一種太陽能電池，其包含：基板、多晶矽層、以及P型擴散區及N型擴散區。該基板包含面向太陽以在正常操作期間接收太陽輻射的前側、及相對於前側的背側。多晶矽層係形成在基板的背側上。 P型擴散區及N型擴散區係形成在多晶矽層中，其中接合PN接點係形成在P型擴散區及N型擴散區之間。詳細而言，P型擴散區具有第一摻質濃度水準，而N型擴散區具有大於第一摻質濃度水準的第二摻質濃度水準。
100‧‧‧太陽能電池
100A、406、1106、1806‧‧‧前側
100B、405、1105、1805‧‧‧背側
102、414、1114、1814‧‧‧P型擴散多晶矽區
104、416、1116、1816‧‧‧N型擴散多晶矽區
106、402、1102‧‧‧介電層
109、411、1111、1811‧‧‧接合PN接點
110、400、1100、1800‧‧‧基板
112、420、1120、1820‧‧‧氮化矽層
114‧‧‧第一金屬接觸指
116‧‧‧第二金屬接觸指
120‧‧‧P型摻質源
122‧‧‧N型摻質源
124‧‧‧鈍化區
202、204、206、208、302、304、306、308、310、312、314、1002、1004、1006、1008、1010、1012、1014、1702、1704、1706、1708、1710‧‧‧操作
300、1000、1700‧‧‧流程圖
404、1104、1804‧‧‧多晶矽層
407、1107‧‧‧第一摻雜二氧化矽層
408、1108、1808‧‧‧第一摻質源
410、1110‧‧‧第二摻雜二氧化矽層
412、1112、1812‧‧‧第二摻質源
425、1125、1825‧‧‧箭頭
第1圖係為顯示根據一些實施例之具有形成在基板上所形成之P型擴散區及N型擴散區之間之接合PN接點之例示性太陽能電池之一部分之剖視圖。
第2圖係為顯示根據一實施例之形成具有較低的P型摻質濃度水準之背側接觸太陽能電池之例示性方法之流程圖。
第3圖係為顯示根據一實施例之形成具有較低的P型摻質濃度水準之背側接觸太陽能電池之例示性方法之流程圖。
第4圖至第9圖係為顯示根據一些實施例之形成具有形成在基板上所形成之P型擴散區及N型擴散區之間之接合PN接點之背側接觸太陽能電池之剖視圖。
第10圖係為顯示根據一實施例之形成具有較低的P型摻質濃度水準之背側接觸太陽能電池之例示性方法之流程圖。
第11圖至第16圖係為顯示根據一些實施例之形成具有使用反向摻雜之在基板上所形成之P型擴散區及N型擴散區之間形成之接合PN接點之背側接觸太陽能電池之剖視圖。
第17圖係為顯示根據一實施例之藉由印刷P型摻質源及N型摻質源而形成具有較低的P型摻質濃度水準之背側接觸太陽能電池之例示性方法之流程圖。
第18圖至第22圖係為顯示根據一些實施例之形成具有藉由印刷在基板上所形成之P型擴散區及N型擴散區之間形成之接合PN接點之背側接觸太陽能電池之剖視圖。
下列詳細的描述本質上僅僅是說明性的，並非旨在限制申請案之專利標之實施例，或限制這樣的實施例之使用。如本文所用，詞語「例示性(exemplary)」意指「用作實例、範例、或說明」。本文描述作為例示性的任何實施方案不必然被解釋為優於其他實施方案，或比其他實施方案更有利。此外，並不打算被呈現在前述的技術領域、先前技術、摘要或下列實施方式的任何明示或暗示的論證所限制。
本說明書包含提到「一個實施例(one embodiment)」或「一實施例(an embodiment)」。片語「一個實施例中(in one embodiment)」或「一實施例中(in an embodiment)」的出現不一定指的是相同實施例。 特定的特徵、結構、或特性可以與符合本公開的任何合適方式結合。
用語。以下段落提供在本公開(包含所附申請專利範圍)中所發現用於用語的定義及/或語境：「包含(comprising)」。這個用語是開放式的。如在所附申請專利範圍所用，這個用語不排除附加的結構或步驟。
「配置以(configured to)」。各種單位或組件可描述或主張為「配置以」執行一個任務或多個任務。在這樣的上下文，「配置以」係用於藉由指示單元/組件包含在操作期間執行那些任務或多個任務之結構而意指結構。如此一來，單元/組件可稱為被配置以執行任務，即使當指定的單元/組件目前並未運作(例如，不啟動/激活)。對於單元/組件來說，單元/電路/組件「配置以」執行一個或多個任務的陳述係明確地旨在不援用美國專利法第112條(35 U.S.C.§112)，第六段。
「第一(first)」、「第二(second)」等。如本文所用，這些用語係使用作為對於其前綴之名詞的標誌，而不意味著任何類型的順序(例如，空間、時間、邏輯等)。舉例來說，提及「第一」摻質源並不一定意味著這種摻質源是在順序上的第一個摻質源；而是用語「第一」係使用以將這個摻質源與另一個摻質源(例如，「第二」摻質源)區別出來。
「根據(Based On)」。如本文所用，此用語係使用以描述影響決定的一個或多個因素。此用語不排除可能影響決定的其他因素。也就是說，決定可單獨地根據此些因素或至少部分地根據此些因素。考慮片語「根據B決定A(determine A based on B)」。雖然B可為影響A的決定之因素，此種片語不排除也根據C的A之決定。在其他例子中，A可單獨地根據B而決定。
「耦合(coupled)」。下面的描述涉及被「耦合」在一起的元件或節點或特徵。如本文所用，除非另有明確說明，否則「耦合」意指一個元件/節點/特徵被直接或間接地接合至(或直接或間接地連通至)另一個元件/節點/特徵，且不一定是機械性地接合。
「抑制(inhibit)」。如本文所用，抑制係使用以描述減少或最小化效果。當組件或特徵被描述為抑制一個動作、運動、或條件，其可完全阻止結果或結局，或完全地未來狀態。另外，「抑制」亦可指可另外發生的結果、性能及/或效力的減少或減輕。據此，當組件、元件、或特徵被稱為抑制結果或狀態時，其不需要完全防止或消除結果或狀態。
此外，僅用於參考的目的，某些用語亦可使用在以下的敘述，且因此並不意圖是限制性的。例如，用語像是「上(upper)」、「下(lower)」、「在上面(above)」及「在下面(below)」是指在所參照之圖中的方向。用語像是「前面(front)」、「後面(back)」、「背面(rear)」、「側邊(side)」，「外側(outboard)」及「內側(inboard)」，係描述藉由參照在說明中闡述組件之內容及相關圖式所明確表示之在所參照之一致而任意的框架內的組件部分之方向及/或位置。這樣的用語可包含上面特別提到的字詞、其衍生物、以及類似含義的字詞。
儘管為了便於理解就太陽能電池而論描述了許多公開，所公開的技術及結構同樣應用於其他半導體結構(例如，通常是矽晶片)。
在下面的描述中，為了提供本公開的實施例的透徹理解，許多具體的細節被闡述，諸如具體的處理流程操作。其將為本領域中具有通常知識者顯而易知的是，本公開的實施例可在沒有這些具體的細節下而實 施。在其他實例中，為了避免不必要地模糊了本公開的實施例，已知的製造技術，諸如微影技術，並不詳細地敘述。此外，其被理解的是，圖中所示的各種實施例係說明性的圖式，且不一定按比例繪製。
本說明書首先描述了一個可包含所公開的摻質水準的例示性太陽能電池，隨後更加詳細描述形成雙摻質水準太陽能電池結構的各種實施例。各種實施例提供於全文中。
參照第1圖，顯示了具有面向太陽以在正常操作期間接收太陽輻射的前側100A，及相對於前側的背側100B的太陽能電池100的剖面圖。在一實施例中，太陽能電池100的背側100B包含設置在介電層106上的P型擴散多晶矽區102及N型擴散多晶矽區104，並在基板110的一部分上形成接合PN接點109。基板110的一實例包含N型矽。一般說來，位在接合PN接點109的P型擴散多晶矽區102及N型擴散多晶矽區104形成二極體。P型及N型擴散多晶矽區102、104可形成在多晶矽層中。舉例來說，擴散區可藉由沉積摻雜的二氧化矽層於未摻雜的多晶矽層上並進行擴散步驟而形成，或者藉由沉積未摻雜的多晶矽層接以摻質植入步驟而形成。在一特定實施例中，P型擴散多晶矽區102及N型擴散多晶矽區104係形成在基板110的表面上或外延至太陽能電池基板。
根據一實施例，太陽能電池100可進一步包含形成在射極區上的導電接觸，射極區係形成在基板110上。第一電性導電接觸，諸如第一金屬接觸指114可設置在安置於氮化矽層112中的第一接觸開口中，且可耦合至P型擴散多晶矽區102。第二電性導電接觸，諸如第二金屬接觸指116 可設置在安置於氮化矽層112中的第二接觸開口中，且可耦合至N型擴散多晶矽區104。「指(fingers)」可使用遮罩及蝕刻或根據其他技術而製得。
在一實施例中，P型擴散多晶矽區102及N型擴散多晶矽區104可提供太陽能電池100的射極區。因此，在一實施例中，第一金屬接觸指114及第二金屬接觸指116係設置在各自的射極區上。在一實施例中，第一金屬接觸指114及第二金屬接觸指116係為背接觸太陽能電池的背側接觸，並位於相對於太陽能電池100的光接收表面(側面100A)的太陽能電池的表面上。此外，在一實施例中，射極區係形成在薄的或穿隧(tunnel)的介電層上，例如介電層106。
根據一些實施例，如第1圖中所示，製造背接觸太陽能電池可包含形成薄介電層106於基板110上。在一實施例中，薄介電層係由二氧化矽所組成，並具有約在5-50埃範圍內的厚度。在一實施例中，薄介電層執行為穿隧氧化物層。在一實施例中，基板110係為塊狀單晶矽基板，如N型摻雜單晶矽基板。然而，在另一實施例中，基板包含設置在整體(global)太陽能電池基板上的多晶矽層。
在背接觸太陽能電池中，如太陽能電池100中，多晶矽層中的叉指型N型及P型擴散有接合PN接點109，其可在兩個擴散之間的界面處而形成於多晶矽層中。接合PN接點109係為硼摻雜(P型)多晶矽及磷摻雜(N型)多晶矽之間的區域。接合PN接點109可延伸進入P型及N型擴散區之間的物理界面的兩側。寬度及延伸至物理界面的每一側有多少係取決於接合PN接點109的每一側的摻雜濃度水準及梯度。
通常，空間電荷重組發生在接合PN接點109的多晶粒(poly grain)邊界處。空間電荷重組係藉此使移動的電荷載體(電子及電洞)被消除之過程。這是藉此使傳導帶電子失去能量並重新佔據價帶的電洞的能量狀態的一個過程。多矽層的多晶矽以晶粒(grain)組成。每個晶粒具有完美的晶格與排列整齊(lined up)的所有Si原子。然而，不同的晶粒可具有不同的取向，且晶粒之間存在有其中材料的結晶性被破壞的邊界。這個界面稱為晶界(grain boundary)。電子電洞重組具有在材料的某些區域中，如晶界中的增加機率。舉例來說，金屬缺陷會增加重組。發明人發現，硼在晶界是其中有較高重組的區域。如果減少了這些區域，材料的壽命較高，且有收集載體的更好機會。
因為接合PN接點109在大多數情況下具有高重組率，其阻止達成超出20%的高裝置效率。然而，發明人發現，空間電荷重組可取決於P型摻質濃度水準。藉由降低在多矽層中的摻質濃度水準至~5x1017/cm3，硼原子在晶界處少到足以使重組被抑制到可製造高效率裝置的水準。
與一實施例符合，P型擴散多晶矽區102可藉由具有第一摻質濃度水準的P型摻質源120而形成，而N型擴散多晶矽區104可藉由具有第二摻質濃度水準的N型摻質源122而形成，使得第一摻質濃度水準小於第二摻質濃度水準。例如，P型擴散多晶矽區102可藉由P型摻質源而形成在多矽層中，P型摻質源包含具有小於1x1017/cm3-1x1018/cm3的範圍的摻質濃度水準的硼，使得P型擴散多晶矽區102具有小於~5x1019/cm3至~5x1017/cm3的範圍的所得摻質濃度水準。同樣地，包含磷的N型摻質源可 被使用，以形成N型擴散多晶矽區104。摻質源係為一種用於基板的電荷載體雜質原子的來源，如硼係用於矽基基板(silicon based substrate)。例如，在一實施例中，電荷載體雜質原子係為N型摻質，諸如但不限於磷摻質。 在另一實施例中，電荷載體雜質原子係為P型摻質，諸如但不限於硼摻質。
在一實施例中，P型擴散多晶矽區102及N型擴散多晶矽區104係為主動區(active region)。導電觸點可耦合至主動區，並被隔離區而彼此分離，隔離區可由介電材料所構成。在一實施例中，太陽能電池是背接觸太陽能電池，並進一步包含設置在光接收表面上的抗反射塗佈層(例如，介電質112)，如在太陽能電池的不規則紋理化表面。
P型摻質源120的第一摻質濃度水準可小於N型摻質源122的第二摻質濃度水準，以減少在接合PN接點109的重組至得到的裝置效率大於20%的程度。例如，包含磷的具有摻質濃度水準大於約1x1019/cm3-1x1020/cm3的N型摻質源可使用，以在多矽層中形成N型擴散多晶矽區104，相比於具有摻質濃度水準小於約1x1017/cm3-1x1018/cm3的硼的P型摻質源。
藉由降低P型摻質濃度水準至較低的濃度水準，重組被降低使得高效率太陽能電池可製成。在一些實施例中，沒必要在物理上分離N型及P型擴散具有溝槽以降低重組。藉由降低在接合PN接點109的重組，而無需物理溝槽，在太陽能電池100的製造過程中至少可除去兩個步驟，從而拉低成本。
額外增加壽命可藉由使用氫(H)的晶界的鈍化而實現。也就是說，進一步重組改善可藉由以氫(H)鈍化在晶界的現有空位(now vacant sites)而實現。這可在形成氣體退火(forming gas anneal,FGA)期間，從附近的氮化矽層驅使H，或藉由電漿增強化學氣相沉積(PECVD)H(例如，氮化物沉積之前)而完成。
降低硼摻雜濃度水準可幫助H鈍化的效果。例如，具有降低的硼水準，氫化(例如，任何在表面的懸掛Si鍵的H鈍化)可導致較高的電池壽命。相反的，具有較高硼濃度的硼原子可佔用大量的懸掛鍵。然而，在較低的濃度，H現在能夠取得(reach)這些鍵結並鈍化他們。
例如，在一實施例中，H鈍化可藉由以N2及H2混合物形成氣體退火(FGA)而進行。傳統上，在形成氣體中的H係為H的來源，但H的替代源是從氮化矽PECVD層或可沉積在多晶矽層的頂部的膜而來。氮化矽PECVD層或膜本身可具有很多的H，並可使用以擴散至接合PN接點109的邊界區，且在退火期間改進鈍化，生成鈍化區124。當在界面處或接合PN接點109的硼水準係為降低的，H現在能夠取得懸掛Si鍵並鈍化他們。
如第1圖中所示，以氮化矽層112形式的介電質可延伸至P型擴散多晶矽區102及N型擴散多晶矽區104。在一實施例中，氮化矽層112係藉由電漿增強化學氣相沉積(PECVD)而形成為厚度約400埃。
現在轉到第2圖，根據一實施例，顯示了闡述用於形成太陽能電池的方法的流程圖。如在202處所示，多晶矽層可沉積、印刷或植入在半導體區。或者，在一些實施例中，多晶矽可從轉化成多晶矽的非晶矽而形成。如在第1圖中本文所述，顯示了預摻雜的多晶矽層。
如在204處所示，P型擴散多晶矽區102，如第1圖所示，可從P型摻雜區而形成。P型擴散多晶矽區102可藉由具有存在於P型摻雜區的摻 質濃度水準A的P型摻質源而形成。如在206處所示，從N型摻雜區中的N型擴散多晶矽區104，如第1圖所示，可藉由具有存在於N型摻雜區的摻質濃度水準B的N型摻質源而形成。P型摻質源的摻質濃度水準A係小於N型摻質源的摻質濃度水準B。例如，硼的摻質濃度水準A可為1E17/cm3-1E18/cm3，使得在P型擴散多晶矽區102中所得到的摻雜濃度水準可為~5E19/cm3-5E17/cm3，而在N型摻質源中的磷的摻質濃度水準B可為1x1019/cm3-1x1020/cm3。在一實施例中，在硼及磷摻雜中的幅度差異的~2級數可保持，使得由P型比N型的濃度比例為1：100。如在208所示，氫氣H可被使用，以鈍化在接合PN接點109的至少一些懸掛Si鍵。
參考第3圖，顯示了流程圖300，其表示根據一實施例之對於背接觸太陽能電池中，形成P型及N型擴散區的方法中的操作。第4圖至第9圖顯示根據本發明的實施例，對應於流程圖300的操作，背接觸太陽能電池的製造中各階段的剖面圖。在這實例中，所提到的處理步驟係以所示的順序執行。在其他實例中，方法步驟可以其他順序而執行。注意的是，對於理解不必要的其他處理步驟係為清楚起見而省略。例如，其他處理步驟，如金屬接觸至P型及N型擴散區的形成，接以鈍化步驟以完成太陽能電池的製造。此外，在一些實施例中，處理可包含比所有示出的步驟還少。
參照流程圖300的操作302，且對應至第4圖，對於背接觸太陽能電池，形成接合PN接點411(參見第8圖)的方法包含形成薄介電層402在基板400的背表面上。如圖所示，第4圖顯示具有背側405及前側406的太陽能電池基板400。有複數個P型擴散區及N型擴散區在太陽能電池中，但為了說明清楚，每個中只有一個在下列實例中顯示為被製造。
在一實施例中，薄介電層402係由二氧化矽組成，且具有約5-50埃(例如，20埃)的範圍內的厚度。在一實施例中，介電層402包含熱生長在基板400的表面上的二氧化矽。例如，介電層402亦可包含氮化矽。 薄介電層402執行為穿隧氧化物層。在一特定實施例中，介電層402係為抗反射塗佈(anti-reflective coating,ARC)層。在一實施例中，基板400係為塊狀單晶基板，如N型摻雜單晶矽基板或N型矽晶片。然而，在替代實施例中，基板400可包含設置於整體太陽能電池基板上的多晶矽層。
參照流程圖300的操作304，以及對應的第4圖，顯示了形成未摻雜的多晶矽(多矽)層404於薄介電層402上。理解到的是，用語多晶矽層的使用係意在亦覆蓋可被描述為非晶形的(amorphous-)或α-矽的材料。舉例來說，多晶矽層404可藉由低壓化學氣相沉積(LPCVD)，而形成為約2000埃的厚度。
參照流程圖300的操作306，且對應於第5圖至第6圖，顯示了形成第5圖的第一摻雜二氧化矽層407，並圖案化(流程圖300的操作308)在多晶矽層404上的第一導電類型如P型(例如硼)的第一摻質源408。第一摻雜二氧化矽層407係用作為隨後形成的擴散區的摻質源，其為本實例中的P型擴散區414(參照第8圖)。第一摻雜二氧化矽層407可因此被摻雜有P型摻質，如硼。第一摻雜二氧化矽層407被圖案化，以維持多晶矽層404的一個區域，其中P型擴散區414將被形成(第6圖)。第一摻雜二氧化矽層407可藉由大氣壓化學氣相沉積(APCVD)，而形成為約1000埃的厚度。
在一實施例中，圖案化暴露了相鄰於第一摻質源408的區域的多晶矽層404的區域，如第6圖中所繪。在一實施例中，形成並圖案化第 一摻質源408係包含形成並圖案化硼矽酸鹽玻璃(boron silicate glass,BSG)的層。在特定實施例中，硼矽酸鹽玻璃層係藉由化學氣相沉積而形成為均勻的、毯覆(blanket)的層，接著藉由微影及蝕刻流程而圖案化。在特定的如此實施例中，硼矽酸鹽玻璃層係藉由化學氣相沉積技術而形成，化學氣相沉積技術諸如但不限於，大氣壓化學氣相沉積(APCVD)、電漿增強化學氣相沉積(PECVD)、低壓化學氣相沉積(LPCVD)、或超高真空化學氣相沉積(UHVCVD)。在可替代的特定實施例中，硼矽酸鹽玻璃層係沉積以具有圖案，且因此，形成及圖案化係同時進行。在一這樣的實施例中，圖案化的硼矽酸鹽玻璃層係藉由網版印刷法(screen-printing approach)而形成。在一實施例中，第一摻質源408是一層膜，其包含P型摻質雜質原子，並可沉積在基板上。在替代實施例中，可使用離子植入法。
在一實施例中，藉由降低在硼矽酸鹽玻璃氧化層(P型摻質源)中的摻質量，結果有較低的P型摻雜於多晶矽層中。在硼矽酸鹽玻璃氧化層中的硼(B)濃度係從典型水準~4%降低至~1-2%。這導致在多晶矽層中的P型摻質濃度水準的量降低至~5x1019/cm3至~5x1017/cm3。
參照流程圖300的操作310，且對應於第7圖，顯示了形成第7圖的第二摻雜二氧化矽層410，以提供第二導電類型如N型(例如，磷)的第二摻質源412於多晶矽層404上及於P型第一摻質源408的上方。第二摻雜二氧化矽層410係用作為隨後形成的擴散區的摻質源，其為本實例中的N型擴散區416(參照第8圖)。第二摻雜二氧化矽層410可因此被摻雜有N型摻質，如磷。第二摻雜二氧化矽層410可藉由大氣壓化學氣相沉積(APCVD)，而形成為約2000埃的厚度。
在一實施例中，形成第二摻質源412包含形成一層矽酸磷玻璃(phosphorus silicate glass,PSG)。在一特定實施例中，矽酸磷玻璃層係藉由化學氣相沉積而形成為均勻的、毯覆的層，且接著藉由微影及蝕刻流程而圖案化。在特定的如此實施例中，矽酸磷玻璃層係藉由化學氣相沉積技術而形成，化學氣相沉積技術諸如但不限於，大氣壓化學氣相沉積(APCVD)、電漿增強化學氣相沉積(PECVD)、低壓化學氣相沉積(LPCVD)、或超高真空化學氣相沉積(UHVCVD)。在一實施例中，第二摻質源412是一層膜，其包含N型摻質雜質原子，並可沉積在基板上。在替代實施例中，可使用離子植入法(ion implantation approach)。
在一實施例中，藉由使用磷矽酸鹽玻璃層，在多晶矽層404的N型擴散區416中的N型摻雜濃度水準的範圍，可以是約10%的N型摻質源的例如，1x1019/cm3-1x1020/cm3的摻質濃度水準。
參照流程圖300的操作312，且對應於第8圖，顯示了加熱基板400。在一實施例中，加熱會將摻質從第一及第二摻質源408和412驅使出。例如，在一實施例中，加熱基板400會將摻質從第一及第二摻質源408及412驅使出，分別進入多晶矽層404。然而，在另一實施例中，第一及第二摻質源408及412可直接形成在基板400上，或在基板400上的薄氧化物上，而加熱基板400會將摻質從第一及第二摻質源408及412驅使出，分別進入基板400。在一個特定的如此實施例中，基板400係為塊狀結晶矽基板，且第一及第二摻質源408及412係形成在塊狀結晶矽基板上。接著加熱塊狀結晶矽基板，以將摻質從第一及第二摻質源408及412驅使出，進入塊狀結晶矽基板。
在操作312中，熱驅入步驟(thermal drive-in step)會將摻質從第一及第二摻雜二氧化矽層407、410擴散至下面的多晶矽層404，從而形成多晶矽層404中的P型及N型擴散區，係據此標記為P型擴散多晶矽區414及N型擴散多晶矽區416。熱驅入步驟可藉由加熱第7圖的樣品而進行。在一實施例中，驅使條件導致重度摻雜，例如大於1x1020/cm3，多晶矽層整個膜的厚度是均勻的，並在例如等於或小於1x1018/cm3的多晶矽下具有很少的摻雜。熱驅入步驟導致在多晶矽層404中，在第一摻雜二氧化矽層407下形成P型擴散多晶矽區414及多晶矽層404，在第二摻雜二氧化矽層410下形成N型擴散多晶矽區416。P型擴散多晶矽區414的摻質濃度水準可小於N型擴散多晶矽區416的摻質濃度水準。例如，P型摻質濃度水準可為1x1017-1x1018/cm3，而N型摻質濃度水準可為1x1019-1x1020/cm3。
參照流程圖300的操作314，且對應於第9圖，顯示了形成氮化矽層420於第二摻雜二氧化矽層410(例如，如第7圖中)。在操作314中所產生的氫(H)，如以箭頭425所示，可使用以鈍化第8圖的接合PN接點411。
接觸開口可形成，以提供暴露於N型擴散多晶矽區416，及暴露於P型擴散多晶矽區414。在一實施例中，接觸開口係藉由雷射剝蝕而形成。形成用於背接觸太陽能電池的接觸，可包含形成用於耦合N型擴散多晶矽區416及P型擴散多晶矽區414的接觸開口中的導電接觸。因此，在一實施例中，導電接觸係形成在例如基板400的相對於基板400的光接收表面的塊狀N型矽基板的表面上或上方。
參考第10圖，顯示了表示藉由對於背接觸太陽能電池的反向摻雜的形成P型及N型擴散區的例示方法的操作的流程圖1000。第11圖-第 16圖顯示根據一實施例之對應於流程圖1000的操作之製造背接觸太陽能電池中各階段的剖面圖。在這實例中，所提到的處理步驟係以所示的順序執行，但在其他實例中，可使用不同的順序。注意的是，對於理解不必要的其他處理步驟係為清楚起見而省略。例如，其他處理步驟，如金屬接觸至P型及N型擴散區的形成，接以鈍化步驟以完成太陽能電池的製造。此外，在一些實施例中，可使用少於在第10圖中所示之所有步驟。在各種實施例中，第3圖的方法的敘述同樣適用於第10圖的方法的敘述。據此，為了清楚說明，這些敘述的一些說明不再重複。
當P型摻質水準被顯著地降低，接著可使用反向摻雜技術用於創建N型及P型擴散區。對於需要具有磷的N-型擴散的區域來說，具有硼的非常低的P型擴散可使用在反向摻雜流程中。為了這個目的，在原處(in situ)摻雜的P型膜可形成，且接著可執行具有高水準磷的圖案化沉積。 這將反向摻雜(counter dope)初始P型材料成N型。非N型摻雜區將維持P型。可部署的一個可能的圖案化沉積技術係為植入(implant)，但其他技術也可運用。
第11圖顯示具有背側1105及前側1106的太陽能電池基板1100。在太陽能電池中有複數個P型擴散區及N型擴散區，但為了說明清楚，每個中只有一個在下列實例中顯示為被製造。
參照流程圖1000的操作1002，且對應於第11圖，顯示了形成薄介電層1102在基板1100的背側表面上。在一實施例中，基板1100係為塊狀單晶基板，諸如N型摻雜單晶矽基板或N型矽晶片。第11圖的顯示的 薄介電層1102係包含如第4圖的薄介電層402的相同特徵。第11圖的顯示的基板1100係包含如第4圖的基板400的相同特徵。
參照流程圖1000的操作1004，且對應於第11圖，顯示了形成未摻雜的多晶矽(多矽)層1104於薄介電層1102上。第11圖的顯示的多晶矽層1104係包含如第4圖的多晶矽層404的相同特徵。
參照流程圖1000的操作1006，且對應於第12圖，顯示了形成第一摻雜二氧化矽層1107，以提供第一導電類型如P型(例如，硼)的第一摻質源1108於多晶矽層1104上。第一摻雜二氧化矽層1107係用作為隨後形成的擴散區的摻質源，其為本實例中從P型或第一摻質源1108所形成的P型擴散多晶矽區1114(參見第15圖)。在一實施例中，形成第一摻質源1108係包含形成一層矽酸硼玻璃(boron silicate glass,BSG)。第11圖的顯示的第一摻雜二氧化矽層1107係包含如第5圖的第一摻雜二氧化矽層407的相同特徵。
參照流程圖1000的操作1008，且對應於第13圖，顯示了形成第二摻雜二氧化矽層1110，用以提供第二導電類型如N型(例如，磷)的第二摻質源1112於第一摻雜二氧化矽層1107上。第二摻雜二氧化矽層1110係用作為隨後形成的擴散區的摻質源，其為本實例中的N型擴散多晶矽區1116(參照第15圖)。在一實施例中，形成第二摻質源1112係包含形成一層矽酸磷玻璃(phosphorus silicate glass,PSG)。第13圖的顯示的第二摻雜二氧化矽層1110係包含如第7圖的第二摻雜二氧化矽層410的相同特徵。
參照流程圖1000的操作1010，且對應於第14圖-第15圖，顯示了圖案化第二導電類型如N型(例如，磷)的第二摻質源1112於第一摻雜 二氧化矽層1107上。第二摻雜二氧化矽層1110係用作為隨後形成的擴散區的摻質源，其為本實例中的N型擴散多晶矽區1116(參照第15圖)。第二摻雜二氧化矽層1110可因此被摻雜有N型摻質，如磷。第二摻雜二氧化矽層1110係圖案化，以維持於其中N型擴散多晶矽區1116要被形成(第15圖)的第一摻雜二氧化矽層1107的區域上。
參照流程圖1000的操作1012，且對應於第15圖，執行加熱基板1100。在一實施例中，加熱基板1100會將摻質從第一及第二摻質源1108及1112驅使出，分別進入多晶矽層1104。在操作1012中，熱驅入步驟會將摻質從第一及第二摻雜二氧化矽層1107、1110擴散至下面的多晶矽層1104，從而形成多晶矽層1104中的P型及N型擴散區，其據此標記為P型擴散多晶矽區1114及N型擴散多晶矽區1116。P型擴散多晶矽區1114的摻質濃度水準可小於N型擴散多晶矽區1116的摻質濃度水準。例如，P型摻質濃度水準可為1x1017-1x1018/cm3，而N型摻質濃度水準可為1x1019-1x1020/cm3。
參照流程圖1000的操作1014，且對應於第16圖，描述了形成氮化矽層1120於第二摻雜二氧化矽層1110及第15圖的暴露的第一摻雜二氧化矽層1107上。在操作1014中所產生的氫(H)，如以箭頭1125所示，可使用以鈍化第15圖的接合PN接點1111。
接觸開口可形成，以提供暴露於N型擴散多晶矽區1116，及暴露於複數個P型擴散多晶矽區1114。在一實施例中，接觸開口係藉由雷射剝蝕而形成。形成用於背接觸太陽能電池的接觸，可包含形成用於耦合N型擴散多晶矽區1116及P型擴散多晶矽區1114的接觸開口中的導電接 觸。因此，在一實施例中，導電接觸係形成在例如基板1100的相對於基板1100的光接收表面的塊狀N型矽基板的表面上或上方。
參照第17圖，顯示了表示根據本公開的實施例之用於背接觸太陽能電池之印刷P型及N型摻質源的方法中的操作的流程圖1700。第18圖至第22圖顯示根據一實施例之對應於流程圖1700的操作之製造背接觸太陽能電池中各階段的剖面圖。第18圖顯示具有背側1805及前側1806的太陽能電池基板1800。有複數個P型擴散區及N型擴散區在太陽能電池中，但為了說明清楚，每個中只有一個在下列實例中顯示為被製造。
第18圖-第22圖係示意性地說明過程，其包含以下處理步驟：a)損傷蝕刻步驟、b)多晶矽沉積、c)摻質源的印刷、d)固化步驟、以及e)鈍化。在本實施例中，剛才提到的處理步驟係以所示的順序而執行。
注意的是，對於理解不必要的其他處理步驟係為清楚起見而省略。例如，其他處理步驟，如金屬接觸至P型及N型擴散區的形成，接以鈍化步驟以完成太陽能電池的製造。
參照流程圖1700的操作1702，且對應於第18圖，顯示了藉由經歷損傷蝕刻步驟，而準備用於處理的基板1800成太陽能電池。
在本實施例中，基板1800可包含N型矽晶片，且由於被晶片供應商使用以將基板1800從其鑄塊而切片的鋸切流程(sawing process)，基板1800典型地經受損傷的表面。如從晶片供應商所接收，基板1800可為約100至200微米厚。在一實施例中，損傷蝕刻步驟包含使用包含氫氧化鉀的濕蝕刻流程之從基板1800的每一側移除約10至20微米。損傷蝕刻步驟亦可包含清洗基板1800，以除去金屬污染物。薄介電層(未標記)可形成在基 板1800的前側及背側表面。薄介電層可包含熱生長到厚度小於或等於20埃(例如，16埃)於基板1800的兩個表面上的二氧化矽。基板1800的前側表面及形成於其上的材料也被稱為位在太陽能電池的前側上，因為其面向太陽以在正常操作期間接收太陽輻射。類似地，基板1800的背側表面及形成於其上的材料也被稱為位在太陽能電池的背側上，其係相對於前側。
參照流程圖1700的操作1704，且對應於第19圖，顯示了形成多晶矽層1804於薄介電層(未示出)於基板1800上。多晶矽層1804係形成於基板1800的背側1805上的薄介電層上。在製造流程的此階段係為未摻雜的多晶矽層1804可藉由LPCVD而形成為約2200埃的厚度。
參照流程圖1700的操作1706，且對應於第20圖，顯示了印刷第一及第二摻質源1808、1812於基板1800上的多晶矽層1804上。如下列將為更顯而易見的是，第一及第二摻質源1808、1812提供用於在太陽能電池的背側上形成擴散區於多晶矽層1804中的摻質。幾個第一及第二摻質源1808、1812係形成用以任何給定的太陽能電池，但為了說明清楚，每個中只有一個係顯示於第20圖中。包含可印刷油墨的第一及第二摻質源1808、1812具有不同的導電類型。在第20圖的實例中，第一摻質源1808係為P型摻質源，而第二摻質源1812係為N型摻質源。第一及第二摻質源1808、1812係藉由印刷，例如噴墨印刷或網版印刷而形成。噴墨印刷可有利地允許以單次通過的噴墨印刷噴嘴而在基板1800上印刷第一及第二摻質源1808、1812兩者。取決於製程，第一及第二摻質源1808、1812亦可以分別通過(passes)來印刷。
參照流程圖1700的操作1708，且對應於第21圖，顯示了將摻質從第一及第二摻質源1808、1812擴散出，以形成在基板1800上的多晶矽層1804上的P型擴散多晶矽區1814及N型擴散多晶矽區1816。用於將摻質擴散，固化步驟係執行以將摻質從第一摻質源1808擴散至多晶矽層1804，以形成在多晶矽層1804中的P型擴散多晶矽區1814，以及將摻質從第二摻質源1812擴散至多晶矽層1804，以形成在多晶矽層1804中的N型擴散多晶矽區1816。固化步驟可在介於600℃及1100℃之間的溫度範圍(例如，950℃)進行約30分鐘。
參照流程圖1700的操作1710，且對應於第22圖，顯示了形成氮化矽層1820於印刷的第一及第二摻質源1808、1812。在操作1710中所產生的氫(H)，如以箭頭1825所示，可使用以鈍化第21圖的接合PN接點1811。
接觸開口可形成以提供暴露於N型擴散多晶矽區1816，及暴露於複數個P型擴散多晶矽區1814。在一實施例中，接觸開口係藉由雷射剝蝕而形成。形成用於背接觸太陽能電池的接觸，可包含形成用於耦合N型擴散多晶矽區1816及P型擴散多晶矽區1814的接觸開口中的導電接觸。 因此，在一實施例中，導電接觸係形成在例如基板1800的相對於基板1800的光接收表面的塊狀N型矽基板的表面上或上方。
儘管特定實施例已在上面描述，這些實施例並不意在限制本公開的範疇，即使對於特定的特徵來說只有一個實施例被描述。在本公開中所提供的特徵的實例旨在為說明性的而非限制性的，除非另有說明。上 面的描述意在涵蓋對於所屬技術領域中具有通常知識者來說顯而易見的具有本公開的益處的如此替換、修改、及等效物。
本公開的範疇包含本文所述的任何特徵或特徵的組合(明示或暗示)，或其任何概括，無論其是否減輕本文所提出的任何或全部問題。 據此，新的申請專利範圍可在此申請(或其主張優先權之申請)的審查期間制定成任何此種特徵的組合。特別是，參照所附的申請專利範圍，來自附屬項的申請專利範圍的特徵可與獨立項的申請專利範圍的特徵組合，而來自個別獨立項的申請專利範圍的特徵可以任何合適的方式組合，而不僅僅為所附的申請專利範圍中所列舉的特定組合。

Claims (20)

  1. 一種太陽能電池，其包含：一基板，該基板包含面向太陽以在正常操作期間接收太陽輻射的一前側、及相對於該前側的一背側；以及一接合PN接點，係形成在介於一P型擴散區及一N型擴散區之間的該基板的該背側上，其中該P型擴散區係由一P型摻雜區而形成，該P型摻雜區係包含具有一第一摻質濃度水準的一第一摻質源，且其中該N型擴散區係由一N型摻雜區而形成，該N型摻雜區係包含具有大於該第一摻質濃度水準的一第二摻質濃度水準的一第二摻質源。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之太陽能電池，其進一步包含：一多晶矽，係形成在該基板的該背側上，其中該P型擴散區及該N型擴散區係形成在該多晶矽中。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之太陽能電池，其進一步包含：一鈍化區，係位在該接合PN接點的一邊界區。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之太陽能電池，其中該P型擴散區包含具有小於約5x1017/cm3的摻質濃度水準的硼。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之太陽能電池，其中該P型擴散區係以降低在該接合PN接點的重組到一所得裝置效率大於20%的程度的摻質濃度水準而摻雜。
  6. 如申請專利範圍第4項所述之太陽能電池，其中該N型擴散區包含具有大於約10%的1x1020/cm3的摻質濃度水準的磷。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之太陽能電池，其進一步包含：一第一金屬接觸指，係耦合至由該基板的該背側上的該P型摻雜區所形成的該P型擴散區；以及一第二金屬接觸指，係耦合至由該基板的該背側上的該N型摻雜區所形成的該N型擴散區。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之太陽能電池，其中該P型摻雜區及該N型摻雜區係設置在該基板上的一介電層上。
  9. 一種製造太陽能電池之方法，該方法包含：由包含具有一第一摻質濃度水準的一第一摻質源的一P型摻雜區，形成一P型擴散區於一基板上；以及由包含具有一第二摻質濃度水準的一第二摻質源的一N型摻雜區，形成一N型擴散區於該基板上且相鄰於該P型擴散區，以提供介於該P型擴散區及該N型擴散區之間的一接合PN接點，使得該第一摻質濃度水準小於該第二摻質濃度水準。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之方法，其中形成該接合PN接點進一步包含：形成一多晶矽層在該基板的一背側，該基板具有面向太陽以在正常操作期間接收太陽輻射的一前側，該背側係相對於該前側；形成該P型摻雜區於該多晶矽層上；以及形成該N型摻雜區於該多晶矽層上。
  11. 如申請專利範圍第9項所述之方法，其進一步包含：將摻質從該P型摻雜區擴散，以在該基板上形成該P型擴散區；將摻質從該N型摻雜區擴散，以在該基板上形成該N型擴散區；以及形成該P型擴散區及該N型擴散區外延至該基板及在一介電層上。
  12. 如申請專利範圍第9項所述之方法，其進一步包含：使用氫氣而鈍化該接合PN接點的一邊界區。
  13. 如申請專利範圍第9項所述之方法，其中將摻質從該P型摻雜區擴散進一步包含：使用硼作為小於1x1017/cm3的摻質濃度水準的一P型摻質源。
  14. 如申請專利範圍第13項所述之方法，其中將摻質從該N型摻雜區擴散進一步包含：使用磷作為大於1x1020/cm3的摻質濃度水準的一N型摻質源。
  15. 如申請專利範圍第9項所述之方法，其進一步包含：使用一可印刷墨水而印刷該P型摻雜區及該N型摻雜區。
  16. 如申請專利範圍第10項所述之方法，其進一步包含：電耦合一第一金屬接觸指至該基板的該背側上的該P型擴散區；以及電耦合一第二金屬接觸指至該基板的該背側上的該N型擴散區。
  17. 如申請專利範圍第9項所述之方法，其進一步包含：在原處沉積摻雜的P型多晶矽，以形成該P型擴散區；以及藉由從具有一遮蔽N型擴散的該第二摻質源反向摻雜摻質，而形成該N型擴散區。
  18. 一種太陽能電池，其包含：一基板，該基板包含面向太陽以在正常操作期間接收太陽輻射的一前側、及相對於該前側的一背側；以及一多晶矽層，係形成在該基板的該背側上，以及一P型擴散區及一N型擴散區，係形成在該多晶矽層中，其中一接合PN接點係形成在該P型擴散區及該N型擴散區之間，其中該P型擴散區具有一第一摻質濃度水準，而該N型擴散區具有大於該第一摻質濃度水準的一第二摻質濃度水準。
  19. 如申請專利範圍第1項所述之太陽能電池，其中該P型擴散區的該第一摻質濃度水準係小於約5x1017/cm3。
  20. 如申請專利範圍第1項所述之太陽能電池，其中由使用以形成該P型擴散區的一P型摻質源比使用以形成該N型擴散區的一N型摻質源的一濃度比例係為約1：100。
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