制造太阳能电池的方法
【专利摘要】本发明提供了制造太阳能电池的方法，所述方法包括以下步骤：执行干蚀刻处理，其用于在半导体基板的第一表面上形成包括多个微突起的纹理化表面；执行第一清洁处理，其用于使用碱性化学物质去除所述微突起的表面的受损部分并且去除所述微突起的表面上吸附的杂质；执行第二清洁处理，其用于在执行第一清洁处理之后使用酸性化学物质去除所述微突起表面上残留的或再次吸附的杂质；以及在所述半导体基板的第一表面上形成射极区。
【专利说明】制造太阳能电池的方法
【技术领域】
[0001]本发明的实施方式涉及制造太阳能电池的方法。
【背景技术】
[0002]近来，诸如石油和煤炭的现有能源预期将要耗尽，对用于替代现有能源的代用能源的兴趣正在增加。在这些代用能源之中，由太阳能产生电能的太阳能电池尤为突出。
[0003]太阳能电池通常包括:基板和射极区，其由不同导电类型(例如，P型和η型)的半导体形成；以及电极，其分别与基板和射极区连接。在基板和射极区之间的界面处形成ρ-η结。
[0004]当光入射到太阳能电池上时，在半导体部分内产生电子和空穴。在半导体部分的Ρ-η结的影响下，电子移向η型半导体部分，并且空穴移向P型半导体部分。
[0005]接着，通过分别与η型半导体部分和P型半导体部分连接的不同电极收集电子和空穴。
【发明内容】
[0006]在一个方面，本发明提供了一种制造太阳能电池的方法，所述方法包括:执行干蚀刻处理，其用于在半导体基板的第一表面上形成包括多个微突起的纹理化表面；执行第一清洁处理，其用于使用碱性化学物质去除微突起的表面的受损部分，并且去除所述微突起的表面上吸附的杂质；执行第二清洁处理，其用于在执行所述第一清洁处理之后，使用酸性化学物质去除所述微突起的表面上残留的或再次吸附的杂质；以及在所述半导体基板的第一表面上形成射极区。
[0007]所述干蚀刻处理包括反应离子蚀刻法。
[0008]可以通过对超纯水和具有羟基(OH)的碱性材料进行混合来形成碱性化学物质。另外碱性化学物质可以额外地包含过氧化氢。可以通过对超纯水、氯化氢和过氧化氢进行混合来形成酸性化学物质。可供选择地，可以通过对超纯水、氯化氢和氟化氢进行混合来形成酸性化学物质。所述方法还可以包括在所述第一清洁处理与所述第二清洁处理之间和/或在所述第二清洁处理之后，使用稀释的酸性化学物质再次清洁所述微突起的表面。可以通过对超纯水和氟化氢进行混合来形成稀释的酸性化学物质。
[0009]形成所述射极区的步骤包括使用离子注入法或热扩散法将第一导电类型的杂质注入所述半导体基板的第一表面。
[0010]所述方法还可以包括在所述半导体基板的与第一表面相对的第二表面上形成包括多个微突起的第二纹理化表面，并且在所述半导体基板的第二表面上局部地形成背表面场区。
[0011]形成所述背表面场区的步骤包括使用离子注入法或热扩散法，将与第一导电类型相反的第二导电类型的杂质注入所述半导体基板的第二表面。
[0012]所述方法还可以包括在所述半导体基板的第二表面上形成第一电介质层，在所述射极区上和设置在所述半导体基板的第二表面上的第一电介质层上同时形成第二电介质层，在设置在所述射极区上的第二电介质层上形成第三电介质层，并且形成与所述射极区连接的第一电极部分和与背表面场区连接的第二电极部分。
[0013]可以通过沉积厚度约为70nm至IOOnm的氢化氮化娃来形成第一电介质层和第三电介质层。可以通过沉积厚度约为5nm至15nm的氧化铝来形成第二电介质层，并且可以使用原子层沉积法沉积氧化铝。
[0014]可以以与第二电极部分的多个指状电极相同的图案形成所述背表面场区。
[0015]根据上述特性，本发明的实施方式执行第一清洁处理，第一清洁处理用于使用碱性化学物质去除所述微突起的表面的受损部分并同时去除所述微突起的表面上吸附的杂质，并且执行第二清洁处理，第二清洁处理用于使用酸性化学物质去除所述微突起的表面上再次吸附的杂质。然后，本发明的实施方式在所述半导体基板的第一表面上形成射极区。
[0016]因此，可以有效地去除浴槽中的微突起的表面上吸附的杂质。
[0017]当在第二清洁处理之后使用稀释的酸性化学物质再次清洁微突起的表面时，可以去除第二清洁处理之后微突起表面上的氧化物层，并且可以再次去除微突起表面中残留的杂质。因此，可以更有效地执行清洁操作。
[0018]因为在执行所述第一清洁处理和第二清洁处理之后形成射极区，所以可以稳定地形成射极区。
[0019]因此，可以改善太阳能电池的电流特征，并且可以有效地去除微突起的表面的受损部分和微突起表面上吸附的杂质。因此，可以提高太阳能电池的效率。
[0020]此外，因为分别在半导体基板的第一表面和第二表面上形成均具有多层结构的防反射层和钝化层，所以光的反射量减少，并且在半导体基板的表面上获得表面钝化效果。因此，可以进一步提闻太阳能电池的效率。
【专利附图】
【附图说明】
[0021]附图被包括以提供对本发明的进一步理解，并入并构造本说明书的一部分，附图示出本发明的实施方式并且与描述一起用于说明本发明的原理。在附图中:
[0022]图1是根据本发明的示例实施方式的太阳能电池的局部透视图；
[0023]图2是图1的主要部分的放大图；
[0024]图3是示出第二纹理化表面的表面面积与实际面积之比的概念性示图；
[0025]图4A至4H顺序地示出根据本发明的示例实施方式的制造太阳能电池的方法；
[0026]图5是示出根据本发明的示例实施方式的清洁方法的框图；
[0027]图6A和图6B是在使用反应离子蚀刻法形成微突起之后由显微镜拍摄的微突起的照片；
[0028]图7A和图7B是在使用酸性化学物质执行第一清洁处理和第二清洁处理之后由显微镜拍摄的微突起的照片；以及
[0029]图8A和图SB是在使用碱性化学物质执行第一清洁处理并且使用酸性化学物质执行第二清洁处理之后由显微镜拍摄的微突起的照片。
【具体实施方式】[0030]下面将详细参照本发明的实施方式，在附图中示出这些实施例的例子。然而，本发明可以用多种形式实施并且不应该被理解为限于本文阐明的实施方式。
[0031]在任何可能的地方，在附图中将始终使用相同的附图标记表示相同的或类似的部分。将要注意的是，如果确定已知技术会混淆本发明的实施方式，则将省略对已知技术的详细描述。
[0032]在附图中，为了清晰起见，夸大了层、膜、面板、区等的厚度。将要理解的是，当诸如层、膜、区或基板的元件被称为“在”另一个元件“上”时，它可以直接在另一个元件上，或者还可以存在中间元件。
[0033]相反地，当元件被称为“直接在”另一个元件“上”时，不存在中间元件。
[0034]另外，将要理解的是，当诸如层、膜、区或基板的元件“完全”在其它元件上时，它可以是在其它元件的整个表面上并且可以不在其它元件的边缘部分上。
[0035]将参照图1至图8B描述本发明的示例实施方式。
[0036]参照图1详细地描述根据本发明的示例实施方式的太阳能电池。
[0037]如图1所示，根据本发明的示例实施方式的太阳能电池包括:基板110 ;射极区121，其设置在基板110的前表面(或第一表面)上；第一电介质层部分130，其设置在射极区121上；第二电介质层部分190，其设置在与基板110的前表面相对的背表面(或第二表面)上；前电极部分(或第一电极部分)140，其设置在基板110的前表面上，与射极区121连接，并且包括多个前电极(或多个第一指状电极)141和多条前总线(或多条第一总线)142 ;背电极部分(或第二电极部分)150，其设置在基板110的背表面上，并且包括多个背电极(或多个第二指状电极)151和多条背总线(或多条第二总线)152 ;以及多个背表面场区172，其设置在基板110的背表面上的多个背电极151和多条背总线152下方。
[0038]在本发明的实施方式中，光入射在基板110的前表面和背表面中的至少一个上。
[0039]基板110是由诸如第一导电类型硅(例如，η型硅，尽管并不要求如此)的半导体形成的半导体基板。基板110中使用的半导体是由单晶硅形成的晶体半导体。η型基板110掺杂有诸如磷(P )、砷(As )和锑(Sb )之类的V族元素的杂质。
[0040]对基板110的前表面执行纹理化处理，以形成与具有多个第一突起11或具有不平坦特征的不平坦表面相对应的第一纹理化表面。在这种情形下，设置在基板110前表面上的射极区121和第一电介质层部分130均具有不平坦表面。
[0041]各个第一突起11具有锥体形状。
[0042]在本文公开的实施方式中，尺寸(即，各个第一突起11的最大宽度‘a’和最大高度‘b’)可以约为5μπι至15μπι。各个第一突起11的高宽比‘b/a’可以为约1.0至1.5。
[0043]因为多个第一突起11设置在基板110的前表面上，所以由于由各个第一突起11造成的多个反射操作，导致基板110的入射面积增加并且光的反射减小。因此，入射至基板110上的光的量增加，并且太阳能电池的效率提高。
[0044]如图1中所示，可以在基板110的背表面上形成多个第一突起11。可供选择地，可以不在基板110的背表面上形成第一突起11。
[0045]第一突起11的最大宽度‘a’可以被确定在约5 μ m至15 μ m的范围内。基于形成基板110的晶体硅的属性，第一突起11的尺寸随着最大宽度‘a’的增加而增加，反之亦然。
[0046]因此，当第一突起11的尺寸被优化，使得第一突起11的最大宽度‘a’约为5μπι至15 μ m并且第一突起11的高宽比‘b/a’约为1.0至1.5时，可以获得最佳的光路径。
[0047]如图2中所示，多个微突起111 (下文中被称为“第二突起”)设置在各个第一突起11的表面上，并且因此在各个第一突起11的表面上形成第二纹理化表面。
[0048]在各个第一突起11的表面上形成的各个第二突起111的尺寸(即，最大宽度和最大高度)小于第一突起11的尺寸。
[0049]例如，第二突起111的尺寸(即，最大宽度和最大高度)可以为数百纳米，例如，约300nm 至 600nm。
[0050]当在第一突起11的表面上形成第二突起111时，基板110的入射面积进一步增力口。另外，因为由于第二突起111导致重复执行光的反射操作，所以入射到基板110上的光
量进一步增加。
[0051]如上所述，基板110的表面被形成为具有多个第一突起11的第一纹理化表面，并且各个第一突起11的表面被形成为具有多个第二突起111的第二纹理化表面。因此，基板110的表面具有双纹理化表面。因此，波长约为300nm至1，IOOnm的光具有约为1%至10%的低反射率(例如，加权平均反射率)。
[0052]下面详细描述第二突起111。
[0053]如上所述，在各个第一突起11的表面上形成多个第二突起111，并且各个第二突起111的最大宽度和最大高度约为300nm至600nm。
[0054]在本文公开的实施方式中，以与第一突起11的最大宽度相同的方式，第二突起111的最大宽度是第二突起111的谷之间的距离。另外，以与第一突起11的最大高度相同的方式，第二突起111的最大高度是范围从连接第二突起111的谷的虚线至第二突起111的峰的最短距离。
[0055]在第二突起111的垂直截面上，连接第二突起111的顶点的虚线的长度al与连接虚线的起点SP和终点FP的直线的长度bl的比率al/bl约为1.1至1.3。
[0056]图2示出了测量9个第二突起111的比率al/bl。但是，可以使用3个或更多个第二突起111来测量比率al/bl。优选的但不要求的是，至少使用5个第二突起111，以确保
测量的可靠性。
[0057]根据本发明人的实验，当比率al/bl大于约1.3时，各个第二突起111的尺寸(即，最大宽度和最大高度)约为500nm至1，OOOnm。也就是说，第二突起111的尺寸不是一致的并且因此整体均匀性低。
[0058]另外，当比率al/bl小于约1.1时，各个第二突起111的尺寸等于或小于约200nm。即，第二突起111的尺寸是一致的并且因此具有良好的均匀性。
[0059]当比率al/bl小于约1.1时第二突起111的均匀性比当比率al/bl大于约1.3时第二突起111的均匀性更优异。
[0060]另一方面，当比率al/bl大于约1.3时光的反射率等于或小于约7%，并且当比率al/bl小于约1.1时光的反射率等于或大于约10%。
[0061]如上所述，第二纹理化表面的反射率与比率al/bl成反比地增大和减小。其原因在于，随着比率al/bl变成接近1，第二突起111的尺寸减小，并且因此第二纹理化表面的反射率增大。
[0062]如上所述，当比率al/bl大于约1.3时，反射率低。因此，可以提高太阳能电池的转换效率。但是，与比率al/bl小于约1.1的第二突起111相比，比率al/bl大于约1.3的第二突起111的尺寸不一致并且整体均匀性低。因此，当比率al/bl大于约1.3时，电子和空穴复合率增加。
[0063]另外，电流路径增加，并且死区(dead area)增加。因此，因为上述原因，电流损耗大大增加。因此，优选的但不要求的是，形成第二纹理化表面，使得比率al/bl被设置为等于或小于约1.3，以提高太阳能电池的转换效率。
[0064]另外，比率al/bl小于约1.1的第二纹理化表面可以抑制比率al/bl大于约1.3的第二纹理化表面中产生的问题。然而，因为比率al/bl小于约1.1的第二纹理化表面的反射率大大增加，所以与比率al/bl大于约1.3的第二纹理化表面相比，短路电流密度增加。因此，太阳能电池的转换效率降低。
[0065]因此，优选的但不要求的是，形成第二纹理化表面，使得比率al/bl被设置成等于或大于约1.1，以提高太阳能电池的转换效率。
[0066]根据以上描述，可以优选的但不要求的是，第二纹理化表面的第二突起111的比率al/bl约为1.1至1.3，并且各个第二突起11的尺寸约为300nm至600nm。
[0067]如上所述，当第二纹理化表面的第二突起111的比率al/bl约为1.1至1.3时，单位面积(例如，第二纹理化表面的10 μ mX 10 μ m的区域)内第二纹理化表面的表面面积与实际面积的比约为2比2.5。可以改变单位面积的尺寸。
[0068]在本文公开的实施方式中，表面面积是单位面积的第二纹理化表面上形成的第二突起111的表面面积之和(例如，图3中示出的三角形A、B、C、D、E、F、G、H、I和J的表面面积之和)。实际面积是从垂直方向观察的基板110的表面的投射面积(图3中用‘S’指示)。
[0069]基板110的前表面上设置的射极区121是掺杂有第二导电类型(例如，P型)的杂质的杂质区，第二导电类型与基板110的第一导电类型(例如，η型)相反。因此，第二导电类型的射极区121沿着第一导电类型的基板110形成ρ-η结。
[0070]在本发明的实施方式中，射极区121的薄层电阻可以等于或小于约150欧姆/平方，优选地，约为70欧姆/平方至80欧姆/平方。
[0071]考虑载流子(例如，由入射至基板110上的光产生的电子和空穴)，在基板110和射极区121之间的ρ-η结造成的内在电势差的作用下，电子和空穴分别移向η型半导体和ρ型半导体。因此，当基板110属于η型并且射极区121属于ρ型时，电子和空穴分别移向基板110和射极区121。
[0072]当射极区121属于ρ型时，可以通过用III族元素(诸如，硼(B)、镓(Ga)和铟(In))的杂质掺杂基板110来形成射极区121。在这种情形下，除了其它方法之外，使用离子注入法形成射极区121。
[0073]第一电介质层部分130包括设置在射极区121上的第二电介质层131和设置在第二电介质层131上的第三电介质层132。
[0074]在本发明的实施方式中，可以由氧化铝(Al2O3)形成第二电介质层131，并且可以由氢化氮化娃(SiNx:H)形成第三电介质层132。
[0075]由氧化招(Al2O3)形成的第二电介质层131的厚度可以约为5nm至15nm,并且其折射率可以约为1.1至1.6。由氢化氮化硅(SiNx:H)形成的第三电介质层132的厚度可以约为70nm至lOOnm，并且其反射率可以约为2.0至2.2。[0076]在这种情形下，因为与基板110相邻的第二电介质层131的折射率小于与空气相邻的第三电介质层132的折射率，所以由于第二电介质层131的折射率导致防反射效果降低。优选的但不要求的是，第二电介质层131的厚度比第三电介质层132的厚度小得多，以防止防反射效果降低。
[0077]在基板110的前表面上，即，直接在基板110的前表面上设置的射极区121上，设置由氧化铝(Al2O3)形成的第二电介质层131。
[0078]通常，氧化铝(Al2O3)具有固定负电荷。
[0079]因此，在设置在P型射极区121上并且具有固定负电荷的由氧化铝(Al2O3)形成的第二电介质层131的作用下，固定正电荷(即，空穴)被牵引至P型射极区121并且电子被推向基板110的背表面。也就是说，获得场钝化效果。
[0080]因此，在由氧化铝(Al2O3)形成的第二电介质层131的作用下，移向射极区121的空穴的量进一步增加，在第二电介质层131的作用下，移向射极区121的电子的量减少。因此，在射极区121中或在其周围，电子和空穴的复合减少。
[0081]在用于形成第二电介质层131的氧化铝(Al2O3)中包含的氧(O)移向紧邻第二电介质层131的基板110的表面，从而执行转化缺陷的钝化功能，例如，将基板110的表面处或在其周围存在的悬空键转化成稳定键。
[0082]优选的但不要求的是，使用具有良好阶梯覆盖性的原子层沉积(ALD)法，形成由氧化铝(Al2O3)形成的第二电介质层131。
[0083]如上所述，在基板110的前表面上形成第二纹理化表面以及第一纹理化表面。因此，与第一电介质层部分130的第二电介质层131紧邻的基板110的前表面(即，射极区121的表面)的粗糙度大于仅具有第一纹理化表面的基板的粗糙度。
[0084]如果使用诸如等离子体增强化学气相沉积(PECVD)法的沉积法来直接在射极区121上形成第二电介质层131，则第二电介质层131通常可能没有被涂覆在第一突起11和第二突起111上。因此，在基板110的第一纹理化表面和第二纹理化表面中，未形成第二电介质层131的区域会增加。
[0085]在这种情形下，在未形成第二电介质层131的区域中，不会产生表面钝化效果。因此，基板110的表面处和其周围的载流子消耗量可能增加。
[0086]另一方面，当如在本发明的实施方式中，使用具有良好阶梯覆盖性的原子层沉积法直接在射极区121上形成第二电介质层131时，第二电介质层131通常被形成在第一突起11和第二突起111上。因此，在基板110的第一纹理化表面和第二纹理化表面中，未形成第二电介质层131的区域减少。
[0087]因此，因为在基板110的第一纹理化表面和第二纹理化表面中形成第二电介质层131的区域增加，所以改善了使用第二电介质层131的表面钝化效果。因此，基板110的表面处和其周围的载流子消耗量减少，并且太阳能电池的效率提高。
[0088]直接在设置在基板110的前表面上的第二电介质层131上形成由氢化氮化硅(SiNxiH)形成的第三电介质层132。
[0089]用于形成第三电介质层132的氢化氮化硅(SiNx:H)中包含的氢(H)通过第二电介质层131移向基板110的表面，从而在基板110的表面处和其周围执行纯化功能。
[0090]因此，由于第三电介质层132以及第二电介质层131造成的钝化功能，因基板110的表面处和其周围的缺陷造成的载流子消耗量进一步减少。
[0091]如上所述，在基板110的前表面上设置的第一电介质层部分130具有双层防反射结构，包括由氧化铝(Al2O3)形成的第二电介质层131和由氢化氮化硅(SiNx = H)形成的第三电介质层132。
[0092]因此，除了利用第二电介质层131和第三电介质层132的折射率变化产生的对光的防反射效果之外，额外地获得由第二电介质层131的固定电荷造成的场钝化效果以及由第二电介质层131和第三电介质层132造成的表面钝化效果。
[0093]当由氧化铝形成的第二电介质层131的厚度等于或大于约5nm时，更均匀地形成氧化铝层131，并且通过稳定地产生第二电介质层131的固定电荷来更稳定地获得由第二电介质层131的固定电荷造成的场钝化效果。当第二电介质层131的厚度等于或小于约15nm时,第二电介质层131的制造时间和成本减少,而不会使得由第二电介质层131和第三电介质层132的折射率导致的防反射效果减弱。
[0094]当由氢化氮化硅形成的第三电介质层132的厚度等于或大于约70nm时，更均匀地形成氮化硅层132，并且更稳定地获得使用氢(H)产生的表面钝化效果。当第三电介质层132的厚度等于或小于约IOOnm时，由具有固定正电荷的氢化氮化硅造成的场钝化效果并没有减弱。另外，第三电介质层132的制造时间和成本减少。
[0095]基板110的背表面处设置的各个背表面场区172是比基板110掺杂有更多杂质的区域，所述杂质与基板110具有相同的第一导电类型(例如，η型)。
[0096]与背电极151紧邻的背表面场区172和基板110的背表面上设置的背总线152都被局部地设置在基板110的背表面处。
[0097]背表面场区172被局部地设置在基板110的背表面处这一事实意味着，背表面场区172只被设置在基板110的背表面处，位于与背电极151和背总线152中的至少一个对应的位置。
[0098]因此，背表面场区172没有设置在相邻的背电极151之间、彼此相邻设置的背电极151和背总线152之间以及相邻的背总线152之间。
[0099]通过基板110的第一导电类型区(例如，η型区)和背表面场区172的杂质浓度之差形成势垒。因此，势垒防止或减少空穴移向用作电子移动路径的背表面场区172，并且使得电子更易于移向背表面场区172。
[0100]因此，背表面场区172通过基板110的背表面处和其周围的电子和空穴的复合和/或消失来减少载流子损耗量并且加速所需载流子(例如，电子)的移动，从而增加移向背电极部分150的载流子的量。
[0101]因为背表面场区172的杂质浓度高于基板110的杂质浓度，因此与背电极部分150紧邻的背表面场区172的导电率高于基板110的导电率。因此，易于实现载流子从背表面场区172移向背电极部分150。
[0102]第二电介质层部分190包括直接在基板110的背表面上设置的第一电介质层191和直接在第一电介质层191上设置的第二电介质层131。
[0103]如上所述，可以由氢化氮化硅(SiNx:H)形成第一电介质层191，并且由氧化铝(Al2O3)形成第二电介质层131。
[0104]在这种情形下，可以由与第三电介质层132相同的材料形成第一电介质层191，并且因此第一电介质层191可以与第三电介质层132具有相同的特性，例如，厚度、性质、成份、组成(或组成比率)、折射率等。
[0105]更具体地讲，以与第三电介质层132相同的方式，由氢化氮化硅(SiNx:H)形成的第一电介质层191的厚度可以约为70nm至IOOnm,并且其折射率约为2.0至2.2。由氧化铝(Al2O3)形成的第二电介质层131的厚度可以约为5nm至15nm，并且其折射率约为1.1至1.6。
[0106]因为在直接设置在基板110的背表面上的背表面场区172上设置由氢化氮化硅(SiNx:H)形成的第一电介质层191，所以使用氢(H)执行表面钝化功能。因此，基板110的背表面处和其周围的缺陷造成的载流子损耗的量减少。
[0107]氢化氮化硅(SiNx = H)具有与氧化铝(Al2O3)相反的固定正电荷的特性。
[0108]在本文公开的实施方式中，基板110属于η型，并且直接在基板110的背表面上形成由氢化氮化娃(SiNx: H)形成的第一电介质层191。因此，因为移向第一电介质层191的负电荷(即，电子)的极性与具有正电荷特性的第一电介质层191的极性相反,所以由于第一电介质层191的正极性，导致负电荷(即，电子)被牵引至第一电介质层191。
[0109]另外，因为第一电介质层191具有正极性，因此与第一电介质层191具有相同极性的正电荷(即，空穴)被推向与第一电介质层191相对的基板110的前表面。
[0110]因此，当直接在η型基板110的背表面上沉积氢化氮化硅(SiNx = H)以形成第一电介质层191时，因为固定正电荷的影响，移向基板110的背表面的电子量进一步增加。另外，在基板110的背表面处和其周围的电子和空穴的复合减少。
[0111]当制造太阳能电池时，因为施加热，所以使用氧化铝(Al2O3)在第一电介质层191上形成的第二电介质层131防止第一电介质层191内包含的氢(H)移向与基板110的前表面相对的背电极部分150。结果，使用第一电介质层191内包含的氢产生的基板110的背表面的表面钝化效果得以改善。
[0112]如上所述，以与设置在基板110的前表面上的第一电介质层部分130的双层防反射结构相同的方式，包括由氢化氮化硅(SiNx = H)形成的第一电介质层191和由氧化铝(Al2O3)形成的第二电介质层131的第二电介质层部分190在基板110的背表面处具有双层防反射结构。因此，基板110的背表面的表面钝化效果得以改善。
[0113]优选的但不要求的是，第一电介质层191的厚度比在第一电介质层191上设置的第二电介质层131的厚度大，使得具有强固定负电荷的第二电介质层131对具有固定正电荷的第一电介质层191没有不利影响。另外，第一电介质层191的厚度可以大于基板110的前表面上的第三电介质层132的厚度。
[0114]因此，如有需要，设置在基板110的前表面上的第三电介质层132的厚度可以不同于设置在基板110的背表面上的第一电介质层191的厚度。在这种情形下，设置在基板110的前表面上的第三电介质层132的厚度可以约为90nm，并且设置在基板110的背表面上的第一电介质层191的厚度可以约为lOOnm。
[0115]当光入射到基板110的背表面上时，从空气至基板110的折射率增加。因此，入射到基板110的背表面上的光反射量减少，并且入射到基板110中的光的量减少。如上所述，当光入射到基板Iio的背表面上时，第二电介质层部分190可以用作防反射层。
[0116]前电极部分140的多个前电极141连接到射极区121，并且前电极部分140的多条前总线142连接到前电极141以及射极区121。
[0117]前电极141电连接并且实体连接到射极区121并且彼此分离。前电极141在固定方向彼此平行地延伸。前电极141收集移向射极区121的载流子(例如，空穴)。
[0118]前总线142电连接并实体连接到射极区121，并且在与前电极141交叉的方向上彼此平行地延伸。
[0119]前总线142不仅必须收集从射极区121移动的载流子(例如，空穴)，而且还必须收集通过与前总线142交叉的前电极141收集的载流子，并且必须在所需的方向上移动所收集到的载流子。因此，各条前总线142的宽度大于各个前电极141的宽度。
[0120]在本发明的实施方式中，前总线142与前导体141设置在同一级层上，并且在前电极141和前总线142的交叉处电连接并物理连接到前电极141。
[0121]因此，如图1中所示，多个前电极141具有在横向(或纵向)方向上延伸的条形形状，并且多条前总线142具有在纵向(或横向)方向上延伸的条形形状。因此，前电极部分140在基板110的前表面上具有格子状的形状。
[0122]前总线142连接到外部设备并且向外部设备输出所收集到的载流子。
[0123]包括前电极141和前总线142的前电极部分140由至少一种导电材料(例如，银(Ag))形成。
[0124]背电极部分150的多个背电极151设置在背表面场区172上，并且直接与背表面场区172紧邻。背电极151以与前电极141相同的方式彼此分离并且在固定方向上延伸。
[0125]在这种情形下，背电极151与前电极141在相同的方向上延伸。背电极151收集移向背表面场区172的载流子(例如，电子)。
[0126]背电极部分150的多条背总线152设置在背表面场区172上并且与背表面场区172紧邻。背总线152在与背电极151交叉的方向上彼此平行地延伸。
[0127]在这种情形下，背总线152在与前总线142相同的方向上延伸。背总线152可以与前总线142相对地被设置，使基板110置于其间。
[0128]背总线152收集由与背总线152交叉的背电极151收集到的载流子(例如，电子)，并且在所需方向上移动所收集到的载流子。因此，各条背总线152的宽度大于各个背电极151的宽度。
[0129]背总线152与背电极151设置在相一级层上，并且在背电极151和背总线152的交叉处电连接并物理连接到背电极151。
[0130]因此，背电极部分150以与前电极部分140相同的方式在基板110的背表面具有格子状的形状。
[0131]背电极151和背总线152可以含有与前电极141和前总线142相同的导电材料(例如，银(Ag))。可供选择地，背电极部分150可以由与前电极部分140不同的材料形成，并且背电极151可以由与背总线152不同的材料形成。
[0132]如上所述，在本发明的实施方式中，背表面场区172设置在背电极151和背总线152下方并且沿着背电极151和背总线152延伸。
[0133]因此，背表面场区172被局部地设置在基板110的背表面上，并且以与背电极部分150相同的方式具有格子状的形状。因此，如上所述，在基板110的背表面处存在未形成背表面场区172的部分。[0134]在本发明的实施方式中，设置在基板110的前表面(大部分光入射到其上)上的前电极141的数量少于设置在基板110的背表面(比基板110的前表面更少量的光入射到其上)上的背电极151的数量。因此，两个相邻的前电极141之间的距离大于两个相邻的背电极151之间的距离。
[0135]如上所述，因为前电极部分140和背电极部分150含有诸如银(Ag)的金属材料，所以前电极部分140和背电极部分150不透光。
[0136]因此，因为设置在基板110的前表面上的前电极141之间的距离大于背电极151之间的距离，所以前电极141防止基板110的前表面处光的入射区减少。因此，基板110的前表面上入射的光的量增加。
[0137]在另一个实施方式中，可以省去前总线142、背总线152或者二者。
[0138]在本发明的实施方式中，可以使用镀法，形成前电极部分140和背电极部分150中的至少一个。
[0139]当使用镀法形成前电极部分140和背电极部分150中的至少一个时，前电极部分140和背电极部分150中的至少一个可以具有如本发明的实施方式中一样的单层结构。可供选择地，前电极部分140和背电极部分150中的至少一个可以具有诸如双层结构或三层结构的多层结构。当使用镀法形成的前电极部分140和背电极部分150中的至少一个具有单层结构时，前电极部分140和背电极部分150中的至少一个可以由银(Ag)形成。
[0140]当使用镀法形成的前电极部分140和背电极部分150中的至少一个具有双层结构时，下层(或第一层)可以由镍(Ni)形成，所述下层与射极区121 (S卩，基板110的第二导电类型区)紧邻或与背表面场区172 (即，掺杂有第一导电类型杂质的基板110的重度掺杂区)紧邻，下层上的上层(或第二层)可以由银(Ag)形成。
[0141]当使用镀法形成的前电极部分140和背电极部分150中的至少一个具有三层结构时，与射极区121或背表面场区172紧邻的下层(或第一层)可以由镍(Ni)形成，下层上的中间层(或第二层)可以由铜(Cu)形成，并且中间层上的上层(或第三层)可以由银(Ag)或锡(Sn)形成。
[0142]当使用镀法形成的前电极部分140和背电极部分150中的至少一个具有双层结构时，下层的厚度可以约为0.5μηι至Ιμπι并且上层的厚度可以约为5 μ m至10 μ m。
[0143]当使用镀法形成前电极部分140和背电极部分150中的至少一个具有三层结构时，下层和上层中的每个的厚度可以约为0.5μπι至Ιμπι并且中间层的厚度可以约为5μπι至 10 μ m。
[0144]在这种情形下，下层将减少下层和与下层紧邻的射极区121之间或下层和与下层紧邻的背表面场区172之间的接触电阻，从而改善接触特性。考虑到降低成本，中间层可以由例如铜(Cu )的导电性良好的便宜材料形成。
[0145]如果中间层由铜(Cu)形成，则在中间层下面的下层可以防止光滑地键合至硅
(Si)的铜(Cu)用作渗入(被吸收到)由硅(Si)形成的射极区121或背表面场区172中的杂质区，从而防止载流子移动。
[0146]上层防止上层下面的层(例如，下层或中间层)被氧化，并且提高层(例如，下层或中间层)和导电膜(例如，上层上设置的带状物)之间的粘合强度。
[0147]如上所述，使用镀法形成的前电极部分140和背电极部分150中的至少一个可以具有双层结构或三层结构，并且下层可以由镍(Ni)形成。在这种情形下，因为射极区121(SP，基板110的第二导电类型区)的镍(Ni)和硅(Si)之间的键合或背表面场区172 (BP,掺杂有第一导电类型的杂质的基板110的重度掺杂区)的镍(Ni)和硅(Si)之间的键合，所以下层和射极区121之间或者下层和背表面场区172之间存在镍硅化合物。
[0148]可供选择地，可以使用含有玻璃粉的Ag膏或含有玻璃粉的Al膏通过丝网印刷法形成前电极部分140和背电极部分150中的至少一个。在这种情形下，玻璃粉可以穿过第一电介质层部分130或第二电介质层部分190，并且可以与射极区121或背表面场区172紧邻。
[0149]因此，在前电极部分140和射极区121之间的接触部分或背电极部分150和背表面场区172之间的接触部分中，检测玻璃粉的成份中的至少一个。例如，可以检测玻璃粉中包含的诸如PbO的基于铅(Pb)的材料、诸如Bi2O3的基于铋(Bi)的材料、诸如Al2O3的基于招(Al)的材料、诸如B2O3的基于砸的材料、基于锡(Sn)的材料、诸如ZnO的基于锋(Zn)的材料、诸如TiO的基于钛(Ti)的材料和诸如P2O5的基于磷(P)的材料中的至少一种。
[0150]另一方面，当使用镀法形成前电极部分140和背电极部分150中的至少一个时，在基板Iio (S卩，射极区121)和包括前电极141和前总线142的前电极部分140之间以及在基板110 (S卩，背表面场区172)和包括背电极151和背总线152的背电极部分150之间未检测到玻璃粉的成份。
[0151]如上所述，当前电极部分140和背电极部分150中的至少一个具有多层结构时，使用镀法顺序地形成具有所需厚度的下层、中间层和上层。
[0152]在本发明的实施方式中，如有需要或必要，前电极141的数量、前总线142的条数、背电极151的数量、背总线152的数量可以变化。
[0153]各条前总线142和各条背总线152分别从射极区121和背表面场区172收集载流子，并且还分别向外部设备输出前电极141收集的载流子和背电极151收集的载流子。
[0154]在另一个实施方式中，前总线142和背总线152中的至少一个可以直接设置在第一电介质层部分130和第二电介质层部分190中的至少一个上，并且可以与第一电介质层部分130和第二电介质层部分190中的至少一个紧邻。
[0155]如上所述，因为基板110的前表面的背表面中的每个均具有第一纹理化表面和第二纹理化表面，所以基板110的表面面积增加。
[0156]因此，射极区121接触各个前电极141的面积和背表面场区172接触各个背电极151的面积增加。因此，即使各个前电极141的宽度Wll和各个背电极151的宽度W12减小，射极区121和前电极141之间的接触面积以及背表面场区172和背电极151之间的接触面积也不会减小。
[0157]因此，即使各个前电极141的宽度Wll和各个背电极151的宽度W12减小，从射极区121移向前电极141的载流子的量和从背表面场区172移向背电极151的载流子的量也不会减少。
[0158]在本发明的实施方式中，各个前电极141的宽度Wll和各个背电极151的宽度W12可以约为40 μ m至50 μ m。
[0159]如上所述，因为用于防止或减少光入射到基板110的前表面和背表面上的前电极141和背电极151的形成面积减小，所以入射在基板110前表面和背表面上的光的量增加。[0160]然而，因为基板110具有第一纹理化表面和第二纹理化表面，所以沿着射极区121移向前电极141的载流子的移动距离和沿着背表面场区172移向背电极151的载流子的移动距离增加。
[0161]因此，在本发明的实施方式中，两个相邻的前电极141之间的距离Dll和两个相邻的背电极151之间的距离D12可以减小，以补偿射极区121的表面面积和背表面场区172的表面面积的增加造成的载流子移动距离的增加。
[0162]例如，两个相邻的前电极141之间的距离Dll和两个相邻的背电极151之间的距离D12可以等于或大于约1.5mm并小于约2.0mm。
[0163]如上所述，因为各个前电极141的宽度Wll和各个背电极151的宽度W12减小，所以即使距离Dll和D12增加，基板110的前表面和背表面处光的入射面积也不减小。
[0164]以下，描述具有上述结构的太阳能电池的操作。
[0165]当照射至太阳能电池的光通过第一电介质层部分130和第二电介质层部分190中的至少一个入射到基板110上时,通过基于入射光产生的光能,在基板110内产生电子和空穴。
[0166]在这种情形下，因为通过基板110的第一纹理化表面和第二纹理化表面、第一电介质层部分130和第二电介质层部分190使入射到基板110上的光的反射损耗减少，所以入射到基板110上的光的量增加。
[0167]通过基板110和射极区121的p-n结，电子移向η型半导体部分(例如,基板110)并且空穴移向P型半导体部分(例如，射极区121)。
[0168]通过前电极141和前总线142收集移向射极区121的空穴，空穴接着沿着前总线142移动。通过背电极151和背总线152收集穿过背表面场区172的移向基板110的电子，并且电子沿着背总线152移动。
[0169]当使用诸如导电膜的电线将一个太阳能电池的前总线142连接到与一个太阳能电池相邻的另一个太阳能电池的背总线152时，电流流入其中，从而使得能够使用电流作为电源。
[0170]如上所述，光入射到其上的基板110的前表面和背表面中的每个均具有双纹理化结构，基板110的入射面积增加。另外，由于利用第一突起11和第二突起111的反射操作导致光的反射量减少，并且入射到基板110上的光的量增加。
[0171]通过利用第一电介质层部分130和第二电介质层部分190的折射率的防反射效果、利用固定电荷的场钝化效果和利用氢(H)或氧(O)的表面钝化效果，提高太阳能电池的效率。
[0172]以下，参照图4Α至图4Η描述根据本发明的实施方式的制造太阳能电池的方法。
[0173]首先，通常通过使用刀片和多线锯将硅块或晶锭切片来制造基板110。当硅块或晶锭被切片时，在基板110中形成机械损坏层。
[0174]因此，执行湿蚀刻处理，以去除机械损坏层，从而防止由基板110的机械损坏层造成太阳能电池的特性降低。在这种情形下，如图4Α中所示，在基板110的至少一个表面上形成包括多个第一突起11的第一纹理化表面。
[0175]可以通过湿蚀刻处理形成第一纹理化表面。湿蚀刻处理可以使用酸性化学物质和碱性化学物质中的至少一种。[0176]以下，描述用于形成第一纹理化表面的处理的例子。
[0177]首先，使用碱性化学物质执行湿蚀刻处理，以蚀刻基板110的至少一个表面。碱性化学物质的例子包括氢氧化钾(Κ0Η)、异丙醇(IPA)或其它有机添加剂。
[0178]如上所述，当使用碱性化学物质蚀刻基板110的表面时，基板110的表面被纹理化，以具有包括多个第一突起11的第一纹理化表面。
[0179]根据上述方法，在形成多个第一突起11之后，使用诸如反应离子蚀刻(RIE)法的干蚀刻法，在多个第一突起11中的各个第一突起11的表面上形成包括多个第二突起111
的第二纹理化表面。
[0180]图4B示出在各个第一突起11的表面上形成多个第二突起111。
[0181]多个第二突起111中的各个第二突起111的尺寸约为300nm至600nm。多个第二突起111分布在各个第一突起11的表面上，使得在第二突起111的垂直截面中，连接第二突起111的顶点的虚线的长度al与连接该虚线的起点和终点的直线的长度bl的比率al/bl约为1.1至1.3。
[0182]在本发明的实施方式中，在反应离子蚀刻法中使用的蚀刻气体可以是SFf^PClJA混合物。
[0183]在形成第二纹理化表面之后，执行用于去除在基板110的表面中干残留的残余物的处理。
[0184]当使用反应离 子蚀刻法形成第二突起111时，基板110的表面上吸附大量的杂质，如图6A和图6B中所示。
[0185]更具体地讲，图6A是由25，000倍放大能力的显微镜放大的具有第二突起111的第一突起11的照片。图6B是由90，000倍放大能力的显微镜放大的具有第二突起111的第一突起11的照片。
[0186]在使用反应离子蚀刻法形成的各个第二突起111的表面上形成由等离子导致的受损层。
[0187]在比较例中，顺序地使用酸性化学物质执行第一清洁处理和第二清洁处理，以去除受:损层。
[0188]在第一清洁处理中，使用按1:1至4:1的比例对硫酸(H2SO4)和过氧化氢进行混合而获得的酸性化学物质。在第二清洁处理中，使用按5:1:1的比例对超纯水、氯化氢(HCl)和过氧化氢进行混合而获得的酸性化学物质。
[0189]图7A和图7B是在使用按1:1至4:1的比例对硫酸(H2SO4)和过氧化氢进行混合而获得的酸性化学物质执行第一清洁处理并使用按5:1:1的比例对超纯水、氯化氢(HCl)和过氧化氢进行混合而获得的酸性化学物质执行第二清洁处理之后，用显微镜拍摄的微突起的照片。更具体地讲，图7A是由25，000倍放大能力的显微镜放大的具有第二突起111的第一突起11的照片。图7B是由90，000倍放大能力的显微镜放大的具有第二突起111的第一突起11的照片。
[0190]与图6A和图6B相比，极大地去除了当形成如图7A和图图7B所示的第二突起111之后使用酸性化学物质执行第一清洁处理和第二清洁处理时产生的杂质。
[0191]但是，即使使用酸性化学物质执行第一清洁处理和第二清洁处理之后，并没有有效地去除第二突起111的受损层，并且没有完全去除杂质。[0192]在本发明的实施方式中，在第一清洁处理中使用碱性化学物质代替酸性化学物质来解决上述问题。
[0193]以下，参照图5对此进行详细描述。
[0194]根据本发明的实施方式的清洁方法可以包括:第一清洁处理，其使用碱性化学物质去除多个微突起的表面受损部分，并且去除微突起表面上吸附的杂质；使用稀释的酸性化学物质清洁微突起表面的处理；第二清洁处理，其在第一清洁处理之后，使用酸性化学物质去除微突起表面上残留的或再次吸附的杂质；以及使用稀释的酸性化学物质再次清洁微突起表面的处理。
[0195]在本文公开的实施方式中，在第一清洁处理和第二清洁处理之间，使用稀释的酸性化学物质执行清洁微突起表面的处理(即，至少一个清洁处理)，并且可以省去第二清洁处理之后执行的清洁处理。
[0196]第一清洁处理可以使用通过按5:1:1的比例对超纯水、氢氧化铵(NH4OH)和过氧化氢(H2O2)进行混合而获得的碱性化学物质。可以在等于或低于约70°C的温度下使用碱性化学物质执行第一清洁处理约5至10分钟。
[0197]在第一清洁处理中，可以使用蚀刻性能优于氢氧化铵(NH4OH)的氢氧化钾(KOH)代替氢氧化铵(NH4OH)tj在第一清洁处理中，除了氢氧化铵(NH4OH)和氢氧化钾(KOH)外，可以使用具有羟基(OH)的碱性材料。
[0198]当使用碱性化学物质执行第一清洁处理时，通过薄厚度的蚀刻去除第二突起的表面，并且去除第二突起表面上吸附的杂质。
[0199]第二清洁处理可以使用通过按5:1:1的比例对超纯水、氯化氢(HCl)和过氧化氢(H2O2)进行混合而获得的酸性化学物质。可以在等于或低于约70°C的温度下使用酸性化学物质执行第二清洁处理约5至10分钟。
[0200]在第一清洁处理之后，使用酸性化学物质的第二清洁处理有效地去除再次被吸附到第二突起表面上的杂质。
[0201]可以通过按10:1至7:1的比例对超纯水和氟化氢(HF)进行混合来获得稀释的酸性化学物质。可以在常温下使用稀释的酸性化学物质执行清洁处理约5至10分钟。
[0202]图8A和图SB是在使用碱性化学物质执行第一清洁处理并且使用酸性化学物质执行第二清洁处理之后由显微镜拍摄的微突起的照片。更具体地讲，图8A是由25，000倍放大能力的显微镜放大的具有第二突起111的第一突起11的照片。图8B是由90，000倍放大能力的显微镜放大的具有第二突起111的第一突起11的照片。
[0203]与图7A和图7B相比，更有效地去除了当形成如图8A和图8B所示的第二突起111之后使用碱性化学物质执行第一清洁处理和使用酸性化学物质执行第二清洁处理时产生的杂质。
[0204]下面的表I示指出根据本发明的实施方式和比较例中的各个执行清洁处理之后测得的太阳能电池的特性。在下面的表I中，根据比较例的清洁处理在第一清洁处理和第二清洁处理中均使用酸性化学物质。根据本发明的实施方式的清洁处理的第一示例在使用碱性化学物质的第一清洁处理中使用氢氧化铵(NH4OH),并且根据本发明的实施方式的清洁处理的第二示例在使用碱性化学物质的第一清洁处理中使用氢氧化钾(Κ0Η)。
[0205][表 I][0206]
【权利要求】
1.一种制造太阳能电池的方法，该方法包括以下步骤: 执行干蚀刻处理，其用于在半导体基板的第一表面上形成包括多个微突起的纹理化表面； 执行第一清洁处理，其用于使用碱性化学物质去除所述微突起的表面上的受损部分并且去除所述微突起的表面上吸附的杂质； 执行第二清洁处理，用于在执行所述第一清洁处理之后，使用酸性化学物质去除所述微突起的表面上残留的或再次吸附的杂质；以及 在所述半导体基板的第一表面上形成射极区。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述干蚀刻处理包括反应离子蚀刻法。
3.根据权利要求1所述的方法，其中通过对超纯水和具有羟基(OH)的碱性材料进行混合来形成所述碱性化学物质。
4.根据权利要求3所述的方法，其中所述碱性化学物质额外地包含过氧化氢。
5.根据权利要求3所述的方法，其中具有羟基的所述碱性材料包括氢氧化钾溶液或氢氧化铵溶液。
6.根据权利要求1所述的方法，其中通过对超纯水、氯化氢和过氧化氢进行混合来形成所述酸性化学物质。
7.根据权利要求6所述的方法，该方法还包括以下步骤:在所述第一清洁处理和所述第二清洁处理之间，使用稀释的酸性化学物质再次清洁所述微突起的表面。
8.根据权利要求7所述的方法，其中通过对超纯水和氟化氢进行混合来形成所述稀释的酸性化学物质。
9.根据权利要求6所述的方法，该方法还包括以下步骤:在所述第二清洁处理之后，使用稀释的酸性化学物质再次清洁所述微突起的表面。
10.根据权利要求9所述的方法，其中通过对超纯水和氟化氢进行混合来形成所述稀释的酸性化学物质。
11.根据权利要求1所述的方法，其中通过对超纯水、氯化氢和氟化氢进行混合来形成所述酸性化学物质。
12.根据权利要求1所述的方法，其中形成所述射极区的步骤包括:使用离子注入法或热扩散法，将第一导电类型的杂质注入所述半导体基板的第一表面。
13.根据权利要求12所述的方法，该方法还包括以下步骤: 形成第二纹理化表面，所述第二纹理化表面在所述半导体基板的与第一表面相对的第二表面上包括多个微突起；以及 在所述半导体基板的所述第二表面上局部地形成背表面场区。
14.根据权利要求13所述的方法，其中形成所述背表面场区的步骤包括:使用离子注入法或热扩散法，将与所述第一导电类型相反的第二导电类型的杂质注入所述半导体基板的第二表面。
15.根据权利要求14所述的方法，该方法还包括以下步骤: 在所述半导体基板的第二表面上形成第一电介质层； 在所述射极区上和设置在所述半导体基板的所述第二表面上的所述第一电介质层上，同时形成第二电介质层；在设置在所述射极区上的所述第二电介质层上形成第三电介质层；以及 形成与所述射极区连接的第一电极部分和与所述背表面场区连接的第二电极部分。
16.根据权利要求15所述的方法,其中通过沉积厚度约为70nm至IOOnm的氢化氮化娃来形成所述第一电介质层和所述第三电介质层， 其中，通过沉积厚度约为5nm至15nm的氧化铝来形成所述第二电介质层，使用原子层沉积法来沉积氧化铝。
17.根据权利要求15所述的方法，其中以与所述第二电极部分的多个指状电极相同的图案形成所述背表面场 区。
【文档编号】H01L31/18GK103681953SQ201310373378
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2013年8月23日 优先权日:2012年8月28日
【发明者】李满, 权正晓, 李圣恩, 权泰瑛 申请人:Lg电子株式会社