专利名称：用于降低太阳能电池中表面复合的阈值调整注入的制作方法
技术领域：
本发明涉及形成太阳能电池器件的方法和工艺以及通过这种方法和工艺制成的太阳能电池器件。特别是，本发明涉及用于降低太阳能电池器件中复合损失的方法和工艺以及具有降低的复合损失的太阳能电池器件。
背景技术：
通过降低复合损失提高了太阳能电池效率。复合损失涉及半导体中电子和空穴之间的反应。复合可因多种物理复合机制产生，诸如辐射、俄歇(Auger)和深能级(通常公知为Swckley-Read-Hall)复合。太阳能电池的体内复合损失与太阳能电池的表面复合损失单独地发生。通常，由于提高了材料质量和将器件制得更薄，因此太阳能电池的表面复合相对更为重要。对于使用薄基板以降低成本的硅太阳能电池尤其是这样。
在硅表面上的介电层可用于降低复合损失。由于介电层使与复合有关的缺陷状态成为电性无源或者“钝化”的，因此这种介电层被认为“钝化”了表面。钝化层可包括热生长的SiO2、各种无机化合物的沉积层或者半导体材料的沉积层(例如a-Si :H的各种合金)。
图1示意性描述了现有技术中公知的硅太阳能电池的截面图。由结晶硅基板110 制造硅太阳能电池100。基板110包括基极区101、发射极区102、p-n结区103、介电前表面钝化层104、介电背表面钝化层115、前电接触107和背电接触108。p-n结区103被设置在太阳能电池的基极区101和发射极区102之间，并且是当入射光子照射太阳能电池100时产生电子空穴对的区域。钝化层104可用作太阳能电池100的抗反射涂层(ARC)以及发射极区102表面105的钝化层。钝化层115可用作太阳能电池100的反射涂层以及基板110 背表面106的钝化层。
当光线落到太阳能电池上时，来自入射光子的能量在p-n结区103的两侧上产生电子空穴对。在典型的η型发射极区102和ρ型基极区101中，电子跨过p-n结扩散到较低能级，而空穴在相反方向上扩散，从而在发射极上产生负电荷，在基极中产生相应的正电荷积累(build-up)。当在发射极和基极之间制作电路时，电流将流动且通过太阳能电池100 产生电力。太阳能电池100将入射能量转换成电能的效率受到多种因素影响，所述因素包括太阳能电池100中的电子和空穴的复合率以及被太阳能电池100的背侧层反射并回到基板110的光线的比率。
当太阳能电池100中以相反方向移动的电子和空穴彼此结合时发生复合。每当太阳能电池100中的电子空穴对复合，就消除了电荷载流子，从而降低了太阳能电池100的效率。复合会发生在基板Iio的体硅中或者发生在基板110的任一表面105、106上。钝化层 104的一项功能是最小化上面形成了钝化层104的发射极区102或者基极区101的表面处的载流子复合。太阳能电池表面的全面钝化通过降低表面复合极大地提高了太阳能电池的效率。
硅中的表面复合已为人所熟知。例如见Prog, h Photovoltaics，vol.8， pp. 473-487 (2000), Armin Aberle 的"Surface passivation of crystalline siliconsolarcells :a review”。存在两种主要的通常会降低表面复合的物理机制。在第一种机制中，降低与复合有关的状态的密度。在第二种机制中，表面处的固定电荷降低一种电荷载流子的密度以降低净复合率。“固定电荷”指的是在正常操作条件下被充电的界面附近的电介质中的缺陷。所述电荷倾向于具有硅上电介质的化学性质，且难以大范围地调整。热生长氧化物倾向于具有小的正电荷(< IO11CnT2)。通过等离子体增强化学气相沉积(PECVD)沉积的氮化硅通常具有大的正固定电荷(> IO12CnT2)，而通过原子层沉积来沉积的氧化铝具有负固定电荷。由于正电荷排斥少数电荷载流子(带正电荷的空穴)，因此正固定电荷用于钝化η型表面。对于具有负固定电荷的电介质来讲是相反情况；即，由于负电荷排斥电子， 因此这些材料用于钝化P型表面。
控制固定电荷对于背接触硅太阳能电池特别重要。背接触太阳能电池在太阳能电池的背面上具有正和负极性接触。在也必须被钝化以降低复合损失的两个区域之间必须有良好的电隔离。作为实例，图2示出了使用发射极缠绕穿通结构(EWT)的背接触电池200 的示意性图示。在EWT电池200中通过激光钻孔212自前表面202至背表面203缠绕发射极 218。
正极性接触和栅格(“P金属”)220通过介电扩散阻挡214与背表面上的η+扩散 218分离。介电扩散阻挡214和ρ型硅210之间的界面质量影响了 η+扩散218和ρ金属接触220之间的电隔离；即，如果在界面处存在足够的正固定电荷，则所述太阳能电池分流 (shunt)以“反型”表面。“反型”会在表面电荷足以引起所述界面改变电荷导电极性时发生。因此，需要一种降低太阳能电池器件中的复合损失并防止太阳能电池中区域反型的改进方法。发明内容
本发明大体提供了形成太阳能电池器件的方法和工艺。在一个实施例中，所述方法包括在形成于基板背表面上的电荷补偿区域中设置一定量的杂质，和在至少一部分电荷补偿区域上方形成背表面钝化层，其中设置在所述电荷补偿区域中的所述杂质的量经选择以补偿形成在背表面钝化层中的电荷量。
在另一实施例中，一种形成太阳能电池器件的方法，包括在掺杂有第一掺杂元素的基板中形成通孔阵列，其中所述通孔阵列形成在所述基板的前表面和背表面之间；在一部分背表面上形成电荷补偿区域，其中所述电荷补偿区域掺杂有掺杂类型与所述第一掺杂元素相同的第三掺杂元素；在所述电荷补偿区域上形成介电钝化层；在至少一部分前表面上、所述通孔阵列中的通孔的表面上和至少一部分背表面上形成掺杂区域，其中所述掺杂区域掺杂有掺杂类型与所述第一掺杂元素相反的第二掺杂元素；和在背表面上沉积第一栅格线，且所述第一栅格线沿着所述背表面距离所述通孔阵列一定距离，其中所述第一栅格线横贯所述介电钝化层，并电连接到掺杂有所述第一掺杂元素的基板。
在另一实施例中，一种太阳能电池器件，包括基板，所述基板包括掺杂有第一掺杂元素的半导体材料，所述基板包括前表面和与所述前表面相对的背表面；掺杂区域，所述掺杂区域形成在所述前表面上和所述基板中，其中所述掺杂区域掺杂有掺杂类型与所述第一掺杂元素相反的第二掺杂元素；电荷补偿区域，所述电荷补偿区域形成在所述背表面上，其中所述电荷补偿区域掺杂有掺杂类型与所述第一掺杂元素相同的第三掺杂元素；背表面钝化层，所述背表面钝化层形成在所述电荷补偿区域上；背接触层，所述背接触层包括形成在所述背表面钝化层上的导电材料；和背侧接触，所述背侧接触横贯所述背表面钝化层以电耦合所述背接触层和所述半导体材料。
在另一实施例中，一种太阳能电池器件，包括基板，所述基板具有形成在基板的前表面和背表面之间的通孔阵列，其中所述基板掺杂有第一掺杂元素；电荷补偿区域，所述电荷补偿区域形成在部分背表面上，其中所述电荷补偿区域掺杂有掺杂类型与所述第一掺杂元素相同的第三掺杂元素；介电钝化层，所述介电钝化层形成在至少一部分电荷补偿区域上；和掺杂区域，所述掺杂区域形成在至少一部分前表面、所述通孔阵列中的通孔的表面和与所述电荷补偿区域相邻的至少一部分背表面上，其中所述掺杂区域掺杂有掺杂类型与所述第一掺杂元素相反的第二掺杂元素。
通过参考实施例可获得简要说明如上的本发明的更具体描述，以能更具体理解本发明上述特征，附图中示出了部分实施例。但是应注意，附图仅示出了本发明的典型实施例，且由于本发明允许其他等效实施例，因此不认为附图限制了本发明的范围。
图1(现有技术)示意性描述了由单晶或者多晶硅基板制造的硅太阳能电池的截面图。
图2(现有技术)示意性描述了发射极缠绕穿通(EWT)背接触结晶硅(c-Si)太阳能电池的截面图。
图3A-3D描述了与图4中所示工艺的各步骤对应的一部分基板的截面图。
图4描述了根据本发明实施例用于形成图3A-3D中示出的太阳能电池的工艺。
图5A-5E描述了与图7中所示工艺的各步骤对应的一部分发射极缠绕穿通(EWT) c-Si太阳能电池基板的截面图。
图6描述了包括设置在通孔结构上方的栅格线的EWT太阳能电池的背表面。
图7描述了根据本发明实施例用于形成图5A-5E和图6中所示的形成太阳能电池的工艺。
为了便于理解，只要可能，使用相同或者相似元件符号表示附图中共用的相同或相似元件。可预期，在一个实施例中公开的元件可有益地用在其他实施例上而不需具体详述。
具体实施方式
本发明的实施例预计形成具有提高的效率和器件电特性的太阳能电池器件。特别是，本发明的实施例降低了通常与太阳能电池器件相关的复合损失。在一个实施例中，处理太阳能电池器件以改变通常形成在介电层中的电荷效应，以降低太阳能电池中的复合损失。尽管最常使用硅太阳能电池，但是本发明可应用于包括任意材料的太阳能电池。
如前文参考图1-2所述的，在介电扩散阻挡214和ρ型硅210之间的界面质量影响η+扩散218和ρ金属接触222之间的电隔离，即，如果界面存在充足的正固定电荷，则所述太阳能电池分流以“反型”表面。“反型”在表面电荷足以引起所述界面改变极性、诸如引起P型基板具有高电子浓度的区域时发生。在一些情况下，可改变介电钝化层214的电荷以防止反型。图1中所示的太阳能电池器件100中的相似界面也易受到反型影响。但是， 根据所制造的太阳能电池的类型以及所使用的材料，控制介电层电荷通常很困难或者甚至是不可能的。
本发明的实施例可使用掺杂原子的低能量离子注入来调整有效表面电荷并降低复合损失。仅需要低剂量使得所述步骤的成本最小化。在表面附近的离子化掺杂剂电性表现(behave)类似于界面处的固定电荷。硅太阳能电池的注入的一项优势在于，常用的低成本介电涂层可通过改变有效固定电荷来用于钝化η型或者ρ型硅太阳能电池。例如，PECVD a-SiNx:H不能钝化硅太阳能电池中的ρ型Si阱，因为所述ρ型Si阱具有大的正固定电荷。 (化学符号a-SiNX:H表示所述材料是非晶的，具有可变化学计量并且具有很大的氢含量。 通常将a-SiNx:H简化为SiNx)。本发明的实施例大体提供用于形成太阳能电池的方法，所述太阳能电池在介电层附近具有掺杂部分，以防止由于介电材料中的正电荷导致的反型。 本发明的实施例可包括在太阳能电池器件内的介电界面附近形成离子化电荷的浅注入，所述浅注入电荷的电性表现类似于固定电荷以防止反型。
如将在下文中参考附图示出并描述的，本发明的实施例包括形成太阳能电池的方法，所述方法包括在形成于基板背表面上的电荷补偿区域中设置一定量杂质，和在至少一部分的电荷补偿区域上方形成背表面钝化层，其中设置在电荷补偿区域中的杂质的量经选择以补偿形成在背表面钝化层中的电荷量。所述杂质可包括电介质中的电荷中心(charge center) 0在一些实施例中，使用离子注入将杂质加入到电荷补偿区域中。所述杂质可包括硅中的掺杂剂。下文将描述与本发明实施例有关的进一步细节。
在一个实施例中，如图3A-3D和图4中所示，使用工艺400形成太阳能电池器件， 以便使用介电涂层钝化具有P型基板的硅太阳能电池的背表面。
在步骤402中，蚀刻基板310的表面，诸如前表面305、背表面306以去除来自晶片制造工艺和激光加工工艺的任何不希望的材料或者结晶缺陷。在一个实施例中，使用将基板暴露到碱性蚀刻溶液中的批量蚀刻工艺执行所述蚀刻工艺。可使用湿法清洗工艺蚀刻所述基板，在所述湿法清洗工艺中，在蚀刻剂溶液中对基板进行喷射、淹浸或者浸没。蚀刻剂溶液可以是常规碱性清洗化学试剂，诸如氢氧化钾或者其他合适且节约成本的蚀刻溶液。 所述步骤会同时纹理化所述表面以改善光收集。
接下来，在步骤404中，如图3A中所示，在包括掺有第一掺杂元素的半导体材料的基板的至少一部分前表面305上形成掺杂区域或者扩散区域302。在另一实施例中，用掺杂剂扩散整个基板，而不只扩散前表面305。基板还具有与前表面305相对的背表面306。用掺杂类型与第一掺杂元素相反的第二掺杂元素掺杂所述掺杂区302。在一个实施例中，扩散区域302包括形成在ρ型太阳能基板(例如硼掺杂的硅基板)中的η+扩散区域(例如磷掺杂)。可通过使用能驱入一种或多种掺杂剂原子的常规熔炉掺杂工艺执行扩散区域302的形成工艺。在一个实例中，执行POCl3扩散步骤以产生作为η+掺杂区的扩散区域302。在 850°C下持续20-30分钟完成所述扩散工艺。替换地，也可执行直线型(inline)扩散工艺， 在所述直线型扩散工艺中，可将诸如磷源的掺杂剂源施加到基板的两个表面上。之后使基板通过带式熔炉以扩散磷。
通常，希望在前表面502中创建的掺杂分布不同于通孔表面511和背表面503中的掺杂分布，从而最大化前表面502收集的光量，并降低在前表面502和形成于背表面503上的栅格线520之间形成的串联电阻。在一个实施例中，希望在扩散区域518形成于前表面502上的部分中创建的掺杂分布具有约60 Ω /sq至约200 Ω /sq的薄膜电阻，和在扩散区域225形成于通孔表面511和背表面503上的部分中创建的掺杂分布具有约20 Ω/sq至约80Q/Sq、诸如约40Q/Sq的薄膜电阻。在另一实施例中，为了简化太阳能电池器件的形成工艺，在跨过前表面502、通孔表面511和部分背表面503形成的扩散区域518中创建单个掺杂剂浓度分布。在所述结构中，例如，扩散区域518中的掺杂剂浓度经掺杂以实现约 60 Ω/sq至约80 Ω/sq的薄膜电阻。在一个实施例中，由于在太阳能电池前表面上小于约 60 Ω/sq的掺杂等级倾向于抑制光吸收，且由此降低太阳能电池效率，因此扩散区域518中的掺杂剂浓度经掺杂以实现大于约60Q/Sq的薄膜电阻。
在步骤406中，清洗并蚀刻基板以去除形成在表面上的任何玻璃。应当去除已在扩散工艺期间形成的磷玻璃。例如，磷硅酸玻璃(PSG)可形成在硅体层305的顶表面上，之后可使用诸如HF酸的蚀刻剂将所述PSG蚀刻掉。可在全局范围(globally)执行PSG蚀刻。 在一个实例中，从前表面305和背表面306蚀刻掉磷玻璃。在一个实施例中，所使用的蚀刻化学试剂是用于前表面的HF和用于后表面的HNO3和HF的组合物。也可使用直线型蚀刻浮置工艺(inline etch float process)，在所述工艺中，基板在所需的蚀刻化学试剂中浮在背表面上，以优先蚀刻基板背表面。
接下来，在步骤408中，如图:3B中所示，通过将掺杂剂注入到背表面306上，在至少一部分背表面306上形成电荷补偿区域317。用掺杂类型与第一掺杂元素相同的第三掺杂元素掺杂所述电荷补偿区域317。例如，掺杂剂可以是ρ型掺杂剂，诸如硼。其他可能的 P型掺杂剂包括铝、铟和镓。在另一实施例中，诸如当太阳能电池310是η型太阳能电池时， 可用η型掺杂剂注入掺杂区域317。根据太阳能电池器件的类型，即，使用哪种类型的掺杂基板制造太阳能电池器件，在与电介质交界的界面需要少量的负或者正电荷以降低复合损失。在步骤408的一个实施例中，整个背表面306都掺杂有ρ型掺杂剂，诸如硼。在另一实施例中，用硼掺杂背表面306的选择性部分。
通过掺杂一部分基板至一定等级来形成电荷补偿区域317，以使所述电荷补偿区域317成为主要位于表面、用以补偿介电层电荷的低剂量区域。以非常低、诸如2-50keV的能量注入等级和以IX IO11CnT2至IX IO13CnT2的剂量执行掺杂。掺杂剂的深度可为1. 5微米或更小，诸如1微米。在另一实施例中，掺杂剂深度低于lOOnm。例如，可在20keV下执行硼注入至深度64nm。通常，注入应当较浅从而不过多影响沟道导电性。在另一实施例中，电荷补偿区域可包括一部分介电钝化层，即电荷补偿区域可包括一部分介电钝化层、介电钝化层和基板之间的界面以及一部分基板。
应相信，用于形成电荷补偿区域的在界面附近所选杂质的注入或者其他掺杂方式非本征地控制介电钝化表面的表面电势。“本征”的意思是由于介电硅的化学作用导致的固有表面电荷，所述固有表面电荷对于热氧化物可以是小量且是正的，等等。由此，可不依赖于硅基板掺杂剂类型和/或者掺杂量地控制表面电势。
可使用各种掺杂方法掺杂电荷补偿区域317。例如，等离子体离子浸没注入 (PIII)可用于注入掺杂剂。与使用束线的传统注入机相比，PIII较便宜且更易于度量 (scale in)所述区域尺寸。在另一实施例中，可使用熔炉形成电荷补偿区域317。当使用熔炉方法时可掺杂整个基板表面。但是，由于需要非常高的温度因此均勻性可能较差。此外，如果形成玻璃，诸如硼硅酸玻璃(BSG)，则通常难以蚀刻和去除玻璃以形成电荷补偿区域317。此时选择性地在800°C至900°C的温度下活化掺杂剂达5至60分钟。但是，替换地，可在稍后的步骤、诸如步骤416中活化电荷补偿区域317。
接下来，在步骤410中，在一个实施例中，如图3C中所示，可在前表面305和/或具有电荷补偿区域317的部分背表面306上方形成薄的钝化和/或抗反射层。所述薄的钝化和/或抗反射(ARC)层可为介电层，优选包括氮化物(例如氮化硅)，优选设置在前电池表面305上以钝化所述表面并提供抗反射涂层。在一个实施例中，在前表面305上形成钝化和ARC层，之后在背表面306上形成钝化和ARC层。在一个实施例中，使用常规PECVD、热 CVD或者其他类似形成工艺形成薄的钝化和/或抗反射层。尽管在一些实施例中背表面可薄至30nm，但是在前表面和背表面两者上，钝化层厚度可在约75-85nm之间。
接下来，在一些实施例中，尽管所述步骤是选择性的，但可使用激光或者蚀刻凝胶图案化钝化层以形成用于P型接触的栅格线。在其他实施例中，形成P型接触的后续步骤自身就能够在形成P型接触期间图案化钝化层。
在框412中，如图3D中所示，使用诸如丝网印刷工艺的常规沉积工艺，在前表面 305的区域上方沉积负导电类型栅格线，前侧接触307可作为所述负导电类型栅格线的一部分。在一个实施例中，在形成于基板310(例如ρ型硅基板)上/内的η+区域302上方设置前侧接触307，且所述前侧接触307包括含银材料。大部分通过丝网印刷工艺沉积的银 (Ag)胶含有诸如氧化物熔块(frit)的材料，所述材料利于通过任意表面氧化物或者通过抗反射涂层的合金化。但是，在一些实施例中，前侧接触307可含有诸如铝(Al)、铜(Cu)、 银(Ag)、金(Au)、锡(Sn)、钴(Co)、镍(Ni)、锌(Si)、铅(Pb)、销(Mo)、钛(Ti)、钽(Ta)、钒 (V)、钨(W)或者铬(Cr)的金属。在一些实施例中，银胶可包括玻璃熔块以溶解钝化层且允许银仅与硅接触。
在框414中，如图3中所示，在包括背表面钝化层317的背表面306上沉积正导电型栅格线，如背接触层320。形成背侧接触321作为部分的背接触层320，且所述背侧接触 321横贯(traverse)背表面钝化层315以将背接触层320与基板310电耦合。如图3D中所示，电连接可直接连接至基板310，或者通过接触电荷补偿区域317间接连接至基板310。 在一个实施例中，背接触层320的材料包括能形成ρ型接触的铝材料。但是，在一些实施例中，第一栅格线522可含有诸如铝(Al)、铜(Cu)、银(Ag)、金(Au)、锡(Sn)、钴(Co)、镍 (Ni)、锌(Si)、铅(Pb)、销(Mo)、钛(Ti)、钽(Ta)、钒(V)、钨(W)或者铬(Cr)的金属。在其他实施例中，如果图案化钝化层，则将铝接触层放置到开口中。在另一实施例中，选择性地将Ag:Al焊垫印刷在背接触层上，以提高可焊性并且在需要时能够使背侧上的太阳能电池互连。
在框416中，执行常规接触烧制工艺，以确保前和背面电接触和栅格线307、320、 321与基板310所需区域的良好电接触。在这一步骤中，加热基板至所需温度，以在前接触 307和基板302之间以及背接触层320、背侧接触321和基板310之间形成良好电接触。例如，烧制工艺可分两个部分执行。在500°C下执行第一部分达几分钟作为有机烧除，之后在 700°C至800°C的温度下执行第二部分达10-30秒。
由此，图3D示出了包括基板310的太阳能电池器件300，所述基板310包括掺杂了第一掺杂元素的半导体材料，且所述基板310具有前表面305和与前表面相对的背表面306。太阳能电池器件300具有形成在前表面305上和基板310中的掺杂区域302，其中掺杂区域302掺杂有掺杂类型与第一掺杂元素相反的第二掺杂元素。在背表面306上形成电荷补偿区域317，其中电荷补偿区域317掺杂有掺杂类型与第一掺杂元素相同的第三掺杂元素。太阳能电池器件300还包括形成在电荷补偿区域317上的背表面钝化层315。太阳能电池器件还包括具有导电材料的背接触层320，背接触层320形成在背表面钝化层317 上。背侧接触321横贯背表面钝化层315以将背接触层320与半导体材料电耦合。
在本发明的另一实施例中，如下文所述，优选利用电压阈值注入来修整背接触电池中的负和正极性接触之间的区域。注入优选较浅且提供钝化层表面电势的独立控制。
使用本发明的实施例可形成背接触电池器件，诸如EWT太阳能电池器件500。图 5A-5E描述了与图7中所示工艺700的各步骤对应的EWT c-Si太阳能电池基板的一部分的截面图。图6描述了具有设置在通孔结构上方的栅格线的EWT太阳能电池的背表面。
在一个实施例中，形成EWT太阳能电池器件500的方法包括在掺杂有第一掺杂元素、诸如P型掺杂剂的基板510中形成通孔512阵列。通孔512阵列形成在基板510的前表面502和背表面503之间。在步骤702中，如图7中所示，穿过太阳能电池基板510形成多个通孔512或者孔，如图5A和6中所示。穿过基板510形成的通孔512通过通孔表面511 将前表面502连接至背表面503，且优选通过激光钻孔工艺形成通孔512。通孔512也可通过其他工艺形成，诸如干法蚀刻、湿法蚀刻、机械钻孔或者喷水加工。激光钻孔优选使用一种激光，所述激光能够在工作波长下传送足够的功率和/或电磁辐射强度，以在最短时间内形成通孔512，诸如每秒约1，000至20，000个孔。缩短通孔形成时间通常会提高基板处理产量，并减少在通孔形成工艺期间引入到基板中的热量和应力。可采用的一种激光是Q 开关Nd:YAG激光。在日益变薄的基板中形成通孔512所需的时间通常相应地降低。所形成的通孔512的直径可以是约25至125 μ m,优选约30至80 μ m。
在一个实施例中，当采用薄的太阳能电池基板、诸如厚度为约100 μ m或更薄的基板时，通孔直径近似大于或者等于基板厚度。前表面502或者背表面503的每单位表面积的通孔512密度取决于可接受的总串联电阻损耗，所述串联电阻损耗是由于形成于前表面 502上的发射极区中的电流通过通孔512传输至背表面203和第二栅格线520引起的。通常，若发射极区的薄膜电阻(如通过欧姆每平方(Ω/sq)确定的薄膜电阻)降低，则可降低通孔512的密度。本领域技术人员将意识到，由于通孔512直径增大了产生的电流能够通过的截面积，由此降低了电阻。但是，增加通孔512的尺寸和/或密度会影响形成每个通孔所需的能量数量、通孔形成工艺的产量以及太阳能电池器件前侧的可用表面积。
接下来，在步骤704中，蚀刻基板510的表面，诸如前表面502、背表面503和通孔表面511，以去除来自晶片制造工艺和激光加工工艺的任何不希望的材料或者结晶缺陷。在一个实施例中，可使用将基板暴露到碱性蚀刻溶液中的批量蚀刻工艺执行所述蚀刻工艺。 可使用湿法清洗工艺蚀刻基板，在所述湿法清洗工艺中，在蚀刻剂溶液中对基板进行喷射、 淹浸或者浸没。蚀刻剂溶液可以是常规的碱性清洗化学试剂，诸如氢氧化钾或者其他合适且节省成本的蚀刻溶液。所述步骤会同时纹理化所述表面以改善光收集。
接下来，在步骤706中，如图5B中所示，通过将掺杂剂注入到背表面503上，在一部分背表面503上形成电荷补偿区域514。电荷补偿区域514掺杂有掺杂类型与第一掺杂元素相同的第三掺杂元素。例如，所述掺杂剂可以是P型掺杂剂，诸如硼。其他可能的P型掺杂剂包括铝、铟和镓。在另一实施例中，诸如当太阳能电池510是η型太阳能电池时，可用η型掺杂剂注入掺杂区域514。根据太阳能电池器件的类型，即用何种类型的掺杂基板制造太阳能电池器件，在与电介质交界的界面处需要少量的负电荷或者少量的正电荷以降低复合损失。
在一个实施例中，整个背表面503都掺杂有诸如硼的ρ型掺杂剂。在另一实施例中，背表面503的选择性部分掺杂有诸如硼的ρ型掺杂剂。以非常低、诸如2-50keV的能量注入等级和以IXlO11cnT2至IXlO13cnT2的剂量执行掺杂。掺杂剂的深度可为1.5微米或更小，诸如1微米。在另一实施例中，掺杂剂的深度低于lOOnm。例如，可在20keV下执行硼注入至深度64nm。通常，注入应当较浅从而不过多干扰沟道导电性。可使用各种掺杂方法来掺杂电荷补偿区域514。例如，可使用等离子体离子浸没注入(PIII)来注入掺杂剂。与使用束线的传统注入机相比，PIII较便宜且更易于度量所述区域尺寸。在另一实施例中， 可使用熔炉形成电荷补偿区域514。当使用熔炉方法时可掺杂整个基板表面。但是，由于需要非常高的温度因此均勻性可能较差。此外，如果形成玻璃，诸如硼硅酸玻璃(BSG)，则通常难以蚀刻和去除玻璃以形成电荷补偿区域514。
接下来，在步骤708中，如图5C中所示，在电荷补偿区域514上形成介电钝化层 516。介电钝化层516被设置在基板510背表面503上方。在一个实施例中，介电钝化层 516包括氧化物和/或氮化物材料。在一个实例中，介电钝化层516包括设置在ρ型硅基板510和电荷补偿区域514上方的氧化硅、氮化硅或者金属氧化物材料。在一个实施例中， 介电钝化层516可形成在背表面503上，使基板510的隔离区域517是暴露的。在一种结构中，所沉积的介电钝化层516按一定图案沉积以形成隔离区域517，所述隔离区域517具有暴露的基板表面的一系列孔或者长沟道状区域，所述隔离区域517被包围且由此与背表面503的其他区域隔离开。可通过使用丝网印刷、模印、喷墨印刷、橡胶压印或者其他有用的涂覆(application)方法形成图案化的介电钝化层516，所述涂覆方法用于在基板的这些所需位置上精确定位介电钝化层516。在一些实施例中，通过CVD沉积在背表面503和/ 或电荷补偿区域214上方形成介电钝化层516，之后用图案化工艺，诸如丝网印刷抗蚀剂和之后的化学蚀刻将介电钝化层516图案化。之后对介电阻挡层516进行约500°C下的烧制工艺达103分钟以烧除有机物。
接下来，在已经执行了步骤308之后，可清洗基板201以去除在基板表面上发现的任何不希望形成的氧化物材料和/或表面污染物。在一个实施例中，使用将基板暴露到含氢氟酸(HF)的清洗溶液的批量清洗工艺来执行所述清洗工艺。可使用在清洗溶液中对基板进行喷射、淹浸或者浸没的湿法清洗工艺来清洗基板。例如，蚀刻/清洗化学试剂可以是 HF溶液，所述HF溶液中添加有少量的氧化剂。在另一实施例中，步骤310可包括用诸如过氧化物的氧化剂进行的HCl清洗，之后是HF浸泡。
接下来，在步骤710中，如图5D中所示，在至少一部分前表面502上、在通孔512阵列中的通孔表面511上和至少一部分背表面503上形成扩散或者掺杂区域518。掺杂区域 518掺杂有掺杂类型与第一掺杂元素相反的第二掺杂元素。在一个实施例中，掺杂区域518 包括形成在P型太阳能基板(例如硼掺杂的硅基板)中的η+扩散区域(例如磷掺杂)。通过使用能够驱入一或多种掺杂剂原子的常规熔炉掺杂工艺执行扩散区域518形成工艺。在一个实例中，执行POCl3扩散步骤以制造作为η+掺杂区域的扩散区域518。可在850°C持续20-30分钟完成所述扩散工艺。替换地，也可执行直线型扩散工艺，在所述直线型扩散工艺中，将诸如磷源的掺杂剂源施加到基板两个表面上。之后，基板可通过带式熔炉以扩散磷。 此外，步骤710可活化电荷补偿区域514中的掺杂剂。之后可能需要去除已在烧制工艺期间形成的一些磷玻璃。
通常，希望在前表面502中创建的掺杂分布不同于通孔表面511和背表面503中的掺杂分布，从而最大化前表面502收集的光量，且降低在前表面502和形成于背表面503 上的栅格线520之间形成的串联电阻。在一个实施例中，希望在扩散区域518形成于前表面502上的部分中创建的掺杂分布具有约60 Ω /sq至约200 Ω /sq的薄膜电阻，和在扩散区域225形成于通孔表面511和背表面503上的部分中创建的掺杂分布具有约20 Ω /sq至约 80 Ω /sq、诸如约40 Ω /sq的薄膜电阻。在另一实施例中，为了简化太阳能电池器件形成工艺，在跨过前表面502、通孔表面511和部分背表面503形成的扩散区域518中创建单个掺杂剂浓度分布。在所述结构中，例如，扩散区域518中的掺杂剂浓度经掺杂以实现约60Ω/ sq至约80 Ω/sq的薄膜电阻。在一个实施例中，由于在太阳能电池前表面上的小于约60 Ω / sq的掺杂等级倾向于抑制光吸收，且由此降低太阳能电池效率，因此扩散区域518中的掺杂剂浓度经掺杂以实现大于约60Q/Sq的薄膜电阻。
接下来，在步骤712中，在已经执行了步骤710之后，可清洗基板510以去除在基板表面上发现的任何不希望形成的氧化物材料和/或表面污染物。在一个实施例中，可使用将基板暴露到含氢氟酸(HF)的清洗溶液中的批量清洗工艺来执行所述清洗工艺。可使用湿法清洗工艺清洗基板，在所述湿法清洗工艺中，在清洗溶液中对基板进行喷射、淹浸或者浸没。例如，蚀刻/清洗化学试剂可以是HF溶液，所述HF溶液添加有少量的氧化剂。在另一实施例中，步骤310可包括用诸如过氧化物的氧化剂进行的HCl清洗，之后是HF浸泡。 选择性地，可使用10-20份水加1份HF的HF溶液蚀刻介电钝化层516，其中HF是49 %的 HF/水溶液。
接下来，在步骤714中，在一个实施例中，可在前表面502、通孔表面511和/或部分背表面503上方形成薄的钝化和/或抗反射层(未示出)。薄的钝化和/或抗反射(ARC) 层可以是介电层，优选包括氮化物(例如氮化硅)，优选设置在前电池表面502上以钝化所述表面并提供抗反射涂层。在一个实施例中，在步骤714中，在前表面502和部分通孔512 上形成钝化和ARC层，之后在背表面503和部分通孔512上形成钝化和ARC层。在一个实施例中，使用常规PECVD、热CVD或者其他类似形成工艺形成薄的钝化和/或抗反射层。尽管在一些实施例中，背表面可薄至30nm，但是在前表面和背表面两者上，钝化层厚度可在约 75-85nm 之间。
接下来，在一些实施例中，尽管所述步骤是选择性的，但可使用激光或者蚀刻凝胶图案化钝化层以形成用于P型接触的栅格线。在其他实施例中，形成P型接触的后续步骤自身就能够在形成P型接触期间图案化钝化层。
在框716中，如图5E中所示，在背表面503上沉积第一栅格线522，且所述第一栅格线522沿着背表面503距离通孔512阵列一定距离。第一栅格线522横贯介电钝化层 516并电连接到掺杂有第一掺杂元素的基板510。如图5E中所示，电连接可直接连接到基板 510，或者可通过接触电荷补偿区域514而间接连接到基板510。使用诸如丝网印刷工艺的常规沉积工艺，在形成于部分扩散阻挡材料516之间的隔离区域上方沉积第一栅格线522。在一个实施例中，第一栅格线522材料包括能够形成ρ型接触的铝材料。但是，在一些实施例中，第一栅格线522可含有诸如铝(Al)、铜(Cu)、银(Ag)、金(Au)、锡(Sn)、钴(Co)、镍 (Ni)、锌(Si)、铅(Pb)、销(Mo)、钛(Ti)、钽(Ta)、钒(V)、钨(W)或者铬(Cr)的金属。在其他实施例中，如果图案化钝化层，则将铝接触层放置在开口中。
在框718中，如图5E中所示，使用诸如丝网印刷工艺的常规沉积工艺，在背表面 503的区域上方沉积第二栅格线520。在一个实施例中，第二栅格线520位于形成在基板 510(例如ρ型硅基板)上的η+区域上方，且包括含银材料。通过丝网印刷工艺沉积的大部分银(Ag)胶含有诸如氧化物熔块的材料，所述材料利于通过任何表面氧化物或者通过抗反射涂层的合金化。但是，在一些实施例中，第二栅格线250可含有诸如铝(Al)、铜(Cu)、 银(Ag)、金(Au)、锡(Sn)、钴(Co)、镍(Ni)、锌(Si)、铅(Pb)、销(Mo)、钛(Ti)、钽(Ta)、钒 (V)、钨(W)或者铬(Cr)的金属。在一些实施例中，银胶可包括玻璃熔块以溶解钝化层并允许银仅与硅接触。
在一些实施例中，通常选择铝胶和背面PECVD SiNx,以使铝不会烧制穿过SiNx 膜。在背表面上沉积电介质之后，可替换地执行硼注入。在一些实施例中，有利的是通过电介质注入以获得浅注入。可替换地，可使用其他P型掺杂剂(例如In、Al)来取代硼，可替换地，可使用其他介电涂层来取代SiNx0
在框720中，执行常规接触烧制工艺以确保第一和第二栅格线520、522与基板510 所需区域的良好电接触。在所述步骤中，加热基板至所需温度以在第一栅格线520和基板 510之间和第二栅格线522和基板510之间形成良好电接触。例如，可按两部分执行烧制工艺。在500°C下执行第一部分达几分钟作为有机烧除，之后在700°C至800°C的温度下执行第二部分达10-30秒。
由此，图5E示出了包括基板510的太阳能电池器件，所述基板510具有形成在基板512前表面502和背表面503之间的通孔512阵列，其中基板掺杂有第一掺杂元素。电荷补偿区域514形成在部分背表面503上，其中电荷补偿区域514掺杂有掺杂类型与第一掺杂元素相同的第三掺杂元素。太阳能电池器件500还包括介电钝化层516和掺杂区域518， 介电钝化层516形成在至少一部分电荷补偿区域514上，掺杂区域518形成在至少一部分前表面502、通孔503阵列中的通孔表面511以及与电荷补偿区域514相邻的至少一部分背表面503上。如上文所述，掺杂区域掺杂有掺杂类型与第一掺杂元素相反的第二掺杂元素。
虽然前述内容涉及本发明的实施例，但是在不脱离本发明的基本范围的情况下， 可设计出本发明的其他和进一步的实施例。本发明的变形和修改对于本领域技术人员是显而易见的，且本发明意在覆盖全部这种修改以及等价物。
权利要求
1.一种形成太阳能电池的方法，包括在形成于基板背表面上的电荷补偿区域中设置一定量的杂质；和在至少一部分所述电荷补偿区域上方形成背表面钝化层，其中设置在所述电荷补偿区域中的所述杂质的量经选择以补偿形成在所述背表面钝化层中的电荷量。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述杂质包括在电介质中的电荷中心。
3.如权利要求1所述的方法，还包括使用离子注入将所述杂质加入到所述电荷补偿区域中。
4.如权利要求1所述的方法，其中所述杂质包括在硅中的掺杂剂。
5.如权利要求3所述的方法，其中用于掺杂剂注入的所述离子注入参数包括以IXlO11 至IX IO13CnT2的剂量和以2至50keV的注入能量注入所述杂质中的至少之一者。
6.如权利要求1所述的方法，其中所述第一和第三掺杂元素是P型掺杂剂，所述第二掺杂元素是η型掺杂剂。
7.如权利要求1所述的方法，其中所述电荷补偿区域具有1.5微米或更小的深度。
8.一种形成太阳能电池器件的方法，包括在掺杂有第一掺杂元素的基板中形成通孔阵列，其中所述通孔阵列形成在所述基板的前表面和背表面之间；在一部分所述背表面上形成电荷补偿区域，其中所述电荷补偿区域掺杂有掺杂类型与所述第一掺杂元素相同的第三掺杂元素；在所述电荷补偿区域上形成介电钝化层；在至少一部分所述前表面上、所述通孔阵列中的通孔的表面上和至少一部分所述背表面上形成掺杂区域，其中所述掺杂区域掺杂有掺杂类型与所述第一掺杂元素相反的第二掺杂元素；和在所述背表面上沉积第一栅格线，且所述第一栅格线沿着所述背表面距离所述通孔阵列一定距离，其中所述第一栅格线横贯所述介电钝化层，并电连接到掺杂有所述第一掺杂元素的所述基板。
9.如权利要求8所述的方法，还包括在形成在所述背表面上的所述掺杂区域上，将第二栅格线沉积在所述背表面上。
10.如权利要求8所述的方法，其中所述第一和第三掺杂元素是ρ型掺杂剂，所述第二掺杂元素是η型掺杂剂。
11.如权利要求8所述的方法，其中形成所述电荷补偿区域包括以IXIO11至 IXlO13Cm-2的剂量注入所述第三掺杂元素。
12.—种太阳能电池器件，包括基板，所述基板包括掺杂有第一掺杂元素的半导体材料，所述基板包括前表面和与所述前表面相对的背表面；掺杂区域，所述掺杂区域形成在所述前表面上和所述基板中，其中所述掺杂区域掺杂有掺杂类型与所述第一掺杂元素相反的第二掺杂元素；电荷补偿区域，所述电荷补偿区域形成在所述背表面上，其中所述电荷补偿区域掺杂有掺杂类型与所述第一掺杂元素相同的第三掺杂元素；背表面钝化层，所述背表面钝化层形成在所述电荷补偿区域上；背接触层，所述背接触层包括形成在所述背表面钝化层上的导电材料；和背侧接触，所述背侧接触横贯所述背表面钝化层以电耦合所述背接触层和所述半导体材料。
13.如权利要求12所述的太阳能电池器件，其中所述第一和第三掺杂元素是ρ型掺杂剂，所述第二掺杂元素是η型掺杂剂。
14.如权利要求12所述的太阳能电池器件，其中所述电荷补偿区域具有1微米或更小的深度。
15.一种太阳能电池器件，包括基板，所述基板具有形成在所述基板的前表面和背表面之间的通孔阵列，其中所述基板掺杂有第一掺杂元素；电荷补偿区域，所述电荷补偿区域形成在部分所述背表面上，其中所述电荷补偿区域掺杂有掺杂类型与所述第一掺杂元素相同的第三掺杂元素；介电钝化层，所述介电钝化层形成在至少一部分所述电荷补偿区域上；和掺杂区域，所述掺杂区域形成在至少一部分所述前表面、所述通孔阵列中的所述通孔的表面和与所述电荷补偿区域相邻的至少一部分所述背表面上，其中所述掺杂区域掺杂有掺杂类型与所述第一掺杂元素相反的第二掺杂元素。
16.如权利要求15所述的太阳能电池器件，还包括第一栅格线，所述第一栅格线设置在所述背表面上且沿着所述背表面距离所述通孔阵列一定距离，并横贯所述介电钝化层以电连接到掺杂有所述第一掺杂元素的所述基板；和第二栅格线，所述第二栅格线设置在形成于所述背表面上的所述掺杂区域上并与所述通孔阵列相邻。
17.如权利要求15所述的太阳能电池器件，其中所述电荷补偿区域具有1微米或更小的深度。
全文摘要
本发明的实施例涉及形成太阳能电池器件以降低复合损失的方法和通过所述方法制得的太阳能电池器件，例如背接触太阳能电池，诸如发射极缠绕穿通(EWT)太阳能电池。所述方法包括在形成于基板背表面上的电荷补偿区域中设置一定量的杂质，和在至少一部分电荷补偿区域上方形成背表面钝化层，其中设置在所述电荷补偿区域中的所述杂质的量经选择以补偿形成在背表面钝化层中的电荷量。
文档编号H01L31/042GK102498577SQ201080040810
公开日2012年6月13日 申请日期2010年9月20日 优先权日2009年9月18日
发明者普拉巴特·库马尔, 詹姆斯·M·吉 申请人:应用材料公司