制造太阳能电池的方法及其设备的制作方法

制造太阳能电池的方法及其设备的制作方法
【专利摘要】一种制造太阳能电池的方法，其包括：有着第一侧(1a)和相对的第二侧(1b)的半导体基板(1)，在所述第一侧处选择性界定掺杂第一导电类型的电荷载子的活性区域。该方法包括：在植入步骤中通过离子植入以诱使表面非晶化的剂量水平将所述电荷载子引入基板中所述第一侧(1a)上，于是形成非晶化区域。在那之后，在非晶化区域的部分中选择性再结晶材料来界定第一、再结晶的子区域(5)，所述非晶化区域的剩余部分界定第二子区域(15)。接着，至少部分去除所述第一子区域(5)的再结晶材料，于是创建选择性界定的活性区域并且在至少部分去除的第一子区域(5)和第二子区域(15)之间引入表面拓扑结构。还提供一种用于执行所述方法的装置和产生的有着表面拓扑结构的太阳能电池。
【专利说明】制造太阳能电池的方法及其设备

【技术领域】
[0001]本发明涉及一种制造太阳能电池的方法，所述设备包括有着第一侧和相对的第二侧的半导体基板，在所述第一侧，掺杂有第一导电类型的电荷载子(charge carrier)的活性区域被选择性界定，该方法包括采用互相不同量的电荷载子在第一侧创建第一子区域和第二子区域，对此，通过离子植入将所述电荷载子引入所述基板中所述第一侧上。
[0002]本发明也涉及用于包括在半导体基板的第一侧的第一导电类型的电荷载子的活性区域的选择性创建的半导体设备，所述半导体设备包括适合于以诱使半导体基板的表面非晶体化(amorphizat1n)来界定非晶化区域的剂量水平的植入的离子植入器。
[0003]本发明进一步涉及包括有着第一侧和相对的第二侧的半导体基板的太阳能电池，在所述第一侧处掺杂有第一导电类型的电荷载子的活性区域被选择性界定，所述活性区域包括第一子区域和有着比第一子区域更大的电荷载子浓度的第二子区域。

【背景技术】
[0004]太阳能电池制造中的进步需要掺杂区域的某种图案化，而不是现在普遍在整个太阳能行业使用的全面扩散。例如，为了在标准硅太阳能电池中有着更低的重组损失的更好的前侧发射器性能，需要在金属接触区域下面比没有接触的区域中有更高的掺杂。
[0005]从W02011/152982A2已知一种与离子植入联合采用的用于图案化的方法。此处，掺杂区域的图案化是基于装于离子植入器中的遮蔽罩的使用。这些罩能够抑制或降低太阳能晶片的某些部分暴露于离子束。退火之后，该晶片将具有沿着晶片表面具有某种图案的面阻轮廓(sheet resistance profile)。
[0006]该技术具有缺点:在植入器中遮蔽罩的安装和控制增加机器的复杂性并因而显著增加机器售价的价格。通过折旧，然后额外的机器复杂性增加生产的太阳能电池的成本。
[0007]另一个缺点是这些遮蔽罩在离子植入器的连续使用中升温很快并将因此一般改变形状到某种程度。因为这个原因，人们以这种方式制造图案多好有限制。如果人们需要从一个罩到下一个必须具有某种对准的多个遮蔽罩，这也很重要。这种情况发生在例如当人们正在采用称作交错背接触(IBC)的高效太阳能电池设计时。在该设计中，人们在晶片的后侧上的复杂的相互交叉的图案中并排地布置P和η型掺杂区域。
[0008]遮蔽罩的另一个缺点是罩本身不能随意地形成任何形状，因为罩需要能够支撑自己。由于这个原因，半导体基板上形成的图案在它们的设计中受限制。


【发明内容】

[0009]因而，本发明的一个目的是提供一种制造半导体设备的改进的方法，尤其太阳能电池，克服所述的缺陷。
[0010]本发明的另一个目的是提供一种制造半导体设备例如太阳能电池的方法，其中产生的图案的分辨率(resolut1n)穿过其需要的设备没有限制。
[0011]另一个目的是提供改进的半导体设备及其用途，伴随减少的机器复杂性。
[0012]本发明的进一步的目的是提供有着合适分辨率的交错背接触(IBC)太阳能电池。
[0013]本发明进一步的又一目的是提供有着改善的设备性能的太阳能电池。
[0014]根据本发明的第一方面，提供一种制造半导体设备，例如太阳能电池的方法，该设备包括有着第一侧和相对的第二侧的半导体基板，在所述第一侧处选择性地界定了掺杂有第一导电类型的电荷载子的活性区域，该方法包括下述步骤:
[0015]在植入步骤中通过离子植入以诱使表面非晶化的剂量水平将所述电荷载子引入所述基板中所述第一侧上，于是形成非晶化区域；
[0016]在所述非晶化区域的部分中选择性再结晶材料来界定再结晶的第一子区域，所述非晶化区域的其余部分界定第二子区域；以及
[0017]至少部分去除所述第一子区域的所述再结晶材料，于是创建了选择性界定的活性区域并且在第一子区域和第二子区域之间引入表面拓扑结构(surface topology)。
[0018]本发明是基于以下观点:由于离子植入而非晶化的掺杂区域的结构可以选择性地再结晶并其后被选择性去除。结果是，可以采用高分辨率并且根据任何需要的图案执行选择性再结晶。与在离子植入器中采用遮蔽罩的已知的方法对比，本发明的发明人意识到，分辨率可以至少增加10倍。首先实现了分辨率的该显著增加是因为遮蔽罩本身不再限制分辨率。此外，就遮蔽罩在其边上由于升温而逐渐降级而言，现有技术需要采用误差范围。根据本发明，可以减少或甚至省去该误差范围。
[0019]在最合适的实施方式中，采用选择性退火执行选择性再结晶。可以采用几种选择性的形式，例如可以采用局部加热；最优选的一个是采用光束源加热。激光是其中很好的一个例子，但是可替代的方案包括电子束照射，借助于LED或其它辐射源加热，采用热(或可加热的)元件接触第一区域来再结晶。当采用辐射或光源时，不排除在半导体基板上使用罩。这种罩优选地是分隔单元，例如有着洞的模制的主体。
[0020]与本发明一致的至少部分去除可以是部分去除，其中第一区域去除到基板中的第一深度，再结晶材料保留在所述的第一深度外。这个实施方式例如适合于选择性发射器或选择性背面场的产生，其中第二子区域将充当到半导体基板之上的导体的接触区域。
[0021]至少部分去除是可选择地全部去除，部分通过蚀刻。如果结构打算用来充当选择性发射器或选择性背面场，全部去除被接下来的掺杂步骤跟随。这个掺杂步骤适合是扩散步骤。可替代地，全蚀刻可用来提供交错背接触(IBC)。如本领域技术人员所理解的，术语“选择性发射器”和“选择性背面场”在本文被用来分别界定有着第一低掺杂的子区域和第二高掺杂的子区域(本文相对彼此采用的低掺杂和高掺杂)的发射器和背面场。该第二高掺杂子区域旨在充当导体材料下的接触区域，尤其是金属或合金。该第一低掺杂的接触区域是存在的，因为高掺杂导致对效率有负面影响的显著重组。因而本领域普通技术人员将清楚，可以使用分辨率的提高来减小第二高掺杂子区域的尺寸并且利用其来增加太阳能电池的效率。
[0022]而且，选择性再结晶和至少部分去除可以应用于选择性前表面场的产生。前表面场(FSF)在本领域中本质上是已知的，并且可以采用接触部或不采用接触部来应用。在一个合适的实施方式中，位于前侧并且没有接触部的该FSF与在后侧提供的交错背接触(IBC)相结合。优选地遵循前表面和其上任何织构的FSF导致有着加强对称性和更高效率的电池。更适宜地，该IBC耦合到选择性发射器和选择性背面场，其都位于后侧。最优选地，利用了 η型硅基板，与接下来的ρ型发射器，η型BSF和η型FSF。适宜地，BSF的掺杂水平比FSF的高，尤其为了获得好的接触。
[0023]选择性FSF的提供具有各种好处，也取决于执行。如果前侧纹被织构化(textured)，掺杂物能局部去除，以便于使FSF更连续。面朝后侧或远离它的织构的尖端可以发展成电池的弱点，在那里可能容易出现重组，或从那里可以形成分流(由于非预期的掺杂物)。然后，那些尖端的去除使得太阳能电池更稳健。可选择地，该FSF可以被选择地设计，以便于与发射器和/或BSF对立存在。此外，将FSF细分成几个部分是有好处的，其不再相互连接。最合适的，选择性FSF包括更高的掺杂部分和更低的掺杂部分。该更高的掺杂部分提供更好的传输，同时更低掺杂部分更好钝化。这种选择性的FSF适合采用以上讨论的部分去除来制备。
[0024]最优选地，本发明的植入步骤涉及大体上毯覆式执行。在本发明的上下文中采用术语“大体上毯覆式”植入用于以与通过选择性再结晶界定的图案相关的规格毯覆的植入。然而，不排除这种植入可以包括任何遮盖以便于抑制副作用，例如以便于阻止基板表面区域之外的植入。
[0025]清楚地观察到，植入步骤可以包括不止一个阶段，并且调整为最优的结果。例如，第一植入类可以被应用并优化用于表面非晶化；第二植入类可以被应用并优化用于充当活性区域中电荷载子的使用。接下来这些阶段可以适宜地执行。而且，可以执行预处理，以便于促进表面非晶化并适宜地减少需要的剂量。
[0026]在又进一步的实施方式中，至少部分去除是过度蚀刻处理，使得第二、非晶化的区域下面的基板部分也被去除。然后，第二子区域存在于基板支撑区域之上并且侧向地突出超过所述基板支撑区域。这种实施方式可以用于与全蚀刻相同的目的。如果第二区域用作接触区域，其具有相对大接触区域的优点。如果以扩散的方式应用进一步的掺杂步骤，相对小的支撑区域提供其内的整体掺杂浓度可以比仅仅采用全蚀刻获得的要高的效果。这种过度蚀刻结构的另一优点是随后层可以固定进入突出的第二子区域。这可以促进基板与随后层的结合，尤其聚合层。
[0027]有着第一子区域和第二子区域的活性区域形成的基板的第一侧可以是所谓的基板的前侧与基板的后侧。在太阳能电池的处理中，前侧一般是旨在用于入射辐射的侧。前侧是旨在在使用中用于接收辐射的侧；太阳能电池将在它的后侧上组装到载子。前侧一般在掺杂工艺之前织构化。
[0028]根据本发明的第二方面，提供合适的并打算用于包括在半导体基板的第一侧的第一导电类型的电荷载子的活性区域的选择性创建的半导体设备。该设备包括适合于以诱使半导体基板的表面非晶化来界定非晶化区域的剂量水平的植入的离子植入器。该设备还包括用于半导体基板的所述非晶化区域的选择性再结晶的装置。
[0029]由于设备中没有遮蔽罩，本发明的设备不如已知的设备复杂。在一个合适的实施方式中，离子植入器被布置来提供毯覆式离子植入。另一个好处是设备中加热是小问题，使得采用高分辨率图案化。
[0030]在优选的实施方式中，用于选择性再结晶的装置包括跨过半导体基板的至少一部分可移动或可聚焦的局部退火源。这种源具体是光束源例如激光源。可以利用多于一个光束源，以便于保证在足够短持续时间中的预期的选择性结晶。不是或除了激光源是可移动的，半导体基板处在其上的工作台(即卡盘)可以相对于激光源移动。这是合适的以便于保持激光源好的调整位置。这里，卡盘可以在更长的距离内移动，同时光束源在更小的区域中是可移动或可聚焦的。此外，卡盘在一个方向上能够是可移动的，而激光源在另一个方向上是可移动的，例如大体上垂直于卡盘的移动方向。
[0031 ] 在进一步的实施方式中，一个或多个光束源可以布置在靠近离子植入器的第一静止位置并且可移动到在位于所述离子植入器和所述卡盘之间的离子植入器腔体中的第二位置。这具有设备的整体表面区域最小的优点，同时在离子植入过程中抑制所述光束源对离子植入的干扰，和/或所述光束源的破坏。光束源例如通过附接到所述离子植入器腔体的壁的轨道系统是可移动的。
[0032]激光可以设置在所述离子植入器腔体中、或布置以便于通过由光学透明材料做成的窗传输辐射光进入腔体中。优选地，这样布置以提供相对低的功率到非晶化区域。优选地阻止了腔体的大量加热；这种加热能提高比需要的更多的再结晶。
[0033]激光器合适地设置有驱动装置，该驱动装置被编程用来加热非晶化表面的预定部分，使得在温度低于700 V下的短持续时间内例如在500-700 °C的范围内发生表面的加热。短持续时间例如少于10秒,如5秒。
[0034]在可替代的实施方式中，设备可以包括离子植入腔体和选择性的加热腔体，其中卡盘可以从离子植入腔体移动到选择性的加热腔体。这个的优点是生产时间和/或容量可以优化。例如，当半导体基板中的第一区域在选择的加热腔体中选择性地再结晶时，接下来的半导体基板可以在离子植入腔体中被处理。此外，单一离子植入腔体可以设置有多于一个的选择性的加热腔体。这允许同时对几个基板执行离子植入，之后它们各自被处理。
[0035]本领域普通技术人员应当理解，半导体设备可以包括用于其它工艺步骤的其他任何腔体。特别地，合适的腔体例如是等离子体蚀刻和/或沉积腔体。腔体的这些类型本质上对于本领域普通技术人员是已知的。这里的一个例子是用于玻璃层沉积的沉积腔体，例如玻璃层，更特别的，本质上已知的磷硅酸盐玻璃(PSG)或硼硅酸盐玻璃(BSG)，掺杂物可以通过扩散从其被引入基板。在选择性结晶后这个掺杂物将被引入的情况下，它的温度适宜地保持低，以便于避免不想要的全再结晶。然后适宜地沉积腔体是低温沉积腔体。在这里术语“低的”理解为与再结晶的温度相对而使用。
[0036]根据本发明的另一个方面，提供太阳能电池。如上解释的，第一再结晶区域可以被部分去除或完全去除，并且这可以用于不同目的例如选择性发射器界定、选择性背面场界定、和交错背接触的提供。为了清楚，产生的设备分别分类。
[0037]—方面，提供包括有着第一侧和相对的第二侧的半导体基板的太阳能电池，在所述第一侧上选择性界定掺杂有第一导电类型的电荷载子的活性区域，所述活性区域包括第一子区域和有着比第一子区域高的电荷载子浓度的第二区域，其中存在表面拓扑结构，其中第二子区域在第一子区域上方延伸。
[0038]这种结构的第一个优点，其在本发明的方法中更特有地获得，是第二子区域的相对较高的分辨率。采用它，减少了由于电荷重组导致的效率损失，同时依然保持有着显著较低掺杂浓度的大面积第一子区域。本方面的活性区域更优选地是背面场或发射器。这个结构的第二个优点是表面拓扑结构可以促进接触第二子区域。在第二子区域中获得的更高的掺杂浓度目的是采用其充当接触区域，使得其接触是相关的。该促进或者是以实现第二接触区域的光学检测的形式，或者是以第二接触区域的选择性暴露的形式，例如穿过表面层的选择性沉积获得。从其可观察到，光学检测将主要基于拓扑结构而不是结构差别；在接着表面拓扑结构创建的退火步骤中，任何非晶化材料将再结晶，以便于产生的表面将全部结晶。
[0039]活性区域的第一子区域可以是通过离子植入、通过扩散或通过两者结合掺杂的区域。关于第二子区域的尺寸和创建的表面拓扑结构的方面是开放设计的。
[0040]在另一方面，提供了包括有着第一侧和相对的第二侧的半导体基板的太阳能电池，在所述第一侧上选择性界定掺杂有第一导电类型的电荷载子的活性区域，所述活性区域包括存在于基板支撑区域之上且侧向地突出超过所述基板支撑区域的第一子区域，其中存在表面拓扑结构，在于第二子区域在半导体基板的表面上延伸。
[0041]这个太阳能电池是过度蚀刻的产物，并且具有创建有着与下面的基板支撑相比合适充当接触区域的相对大的区域的第二子区域的优点。越过基板“颈部”的第一子区域的侧向突出以接下来接触沉积的角度来看是合适的，一般以低(较低)分辨率工艺例如适合于装配工艺的丝网印刷或电镀，并且其中阻力损失尽可能低。然而，该结构依然在接触区域和基板剩余部分之间具有相对小的交界。这适合来减少被知晓为来降低太阳能电池运行效率的重组损失。另一个优点是侧向突出允许接下来层的固定并利用这更好地粘连，尤其与聚合物材料层。
[0042]在有利的实施方式中，这个方面的太阳能电池是交错背接触布置的部分，其本质上在本领域是已知的。特别地，该布置采用50微米、更优选地25微米或更少、或甚至10微米或更少的数量级的分辨率提供。
[0043]在又一方面，提供了包括有着第一侧和相对的第二侧的半导体基板的太阳能电池，在所述第一侧上选择性界定掺杂有第一导电类型的电荷载子的活性区域，其中掺杂有第二导电类型的电荷载子的另一区域界定在挨着所述活性区域处并与所述活性区域隔开，而其中基板的第一侧包括表面拓扑结构以便于活性区域在另一区域上延伸。
[0044]根据这个实施方式，在基板的单一侧上提供了打算充当接触部的不同的活性区域。表面拓扑结构在这里产生在相对极的接触部之间的内在的区别，其对提供充足的电隔离有用。更特别地，活性区域的侧表面上可以实设有电绝缘。通过热氧化来获得这种电绝缘。
[0045]由于活性区域中加强的掺杂物浓度，热氧化在侧面上比在活性区域的外部增长到更大的厚度。侧面上的热氧化将因而保持直到开始活性区域外部的热氧化。这里的热氧化构成相对的极的接触部之间的自动调整并高度可靠的绝缘。因此，最合适地，在所述活性区域和所述另一区域之间没有形成P-η结。因而，产生的太阳能电池合适地包括活性区域和相对的极的另一区域之间的绝缘。此外，活性区域合适地被提供了在它表面上的热氧化。该热氧化优选地在活性区域上具有更大的厚度。该热氧化更优选地在活性区域侧面上延伸。
[0046]在另一实施方式中，热氧化可以用来充当用于抗蚀剂的选择性沉积的结构，以便于界定用于接触材料接下来的沉积的穴，例如借助于丝网印刷或借助于电镀。

【专利附图】

【附图说明】
[0047]本方法的这些和其它的方面与本发明的设备将参考图进一步阐述，其中:
[0048]图1a-1e以剖面图示出本发明方法的第一实施方式；
[0049]图2以剖面图示出本发明方法的第二实施方式；
[0050]图3以剖面图示出本发明方法的第三实施方式；
[0051]图4a_4b以剖面图示出制造具有前侧和后侧掺杂的太阳能电池的方法；
[0052]图5和图6示出用于制造几个在图4a和4b中示出的太阳能电池的流程图；
[0053]图7以剖面图示出有着交错背接触的太阳能电池，以及
[0054]图8示出用于制造在图7中示出的太阳能电池的流程图。

【具体实施方式】
[0055]这些图在本质上是示意性的并且没有按比例画。这些图纯粹是用于阐述的目的。不同图中的相同编号指的是相同或类似的元件。
[0056]图1a-C以剖面图示出本方法的第一实施方式，产生第一子区域的部分去除到预定的深度。
[0057]图1a不出有着第一侧Ia和第二侧Ib的半导体基板I。半导体基板I优选地是娃基板，例如多晶基板或最优选地掺杂有本质上本领域普通技术人员已知的η型或ρ型电荷载子的单晶硅基板。合适地，半导体基板具有多达200微米的厚度。在半导体基板用于太阳能电池的制造的情况中，被当作前侧使用的基板I的侧la、lb通常以已知的方式织构化。第二侧Ib可以采用提前提供有掺杂物，例如通过从硼硅酸盐玻璃(BSG)进行硼扩散。出现在第一侧上的任何玻璃或污染物合适地通过提前于这里示出的工艺模块的蚀刻去除。
[0058]图1b示出以诱使表面非晶化从而导致活性区域4的剂量的离子植入后的半导体基板I。优选地，采用磷离子。这里，一般用于太阳能电池应用(有着产生的高于2.1O1Vcm2的掺杂物浓度)的剂量范围诱使表面非晶化。非晶化区域的层厚度一般低于I微米，合适地在100-500nm的数量级，例如大约200nm。可替代地，可以采用砷(As)或BF2。然而，磷是注定最有利的，因为现在可获取的离子束流是相对高的。植入步骤可以包括各种阶段，例如第一阶段中植入采用导致非晶化的第一类执行。在第二阶段，植入采用导致掺杂的第二类执行。这两个阶段植入与作为第二类的硼结合尤其合适。第一类合适地是例如镓或铟(与硅基板的使用结合)的掺杂物并且采用其为掺杂水平提供与质量相关的贡献。然而，植入步骤也可以以第一类不是掺杂物的想法执行，而是以诱使表面非晶化的剂量水平提供。在植入步骤的第二阶段中提供电荷载子。基板一般装入盘子上的第一真空腔体。到达合适的压力后，盘子向前运送到离子束处理区域，这里晶片暴露于离子束。最后，盘子被传输到用于再增加和卸载的第三腔体。
[0059]图1c示出局部再结晶后的半导体基板I。这例如通过加热表面到500-1000°C，如600-800°C执行。有益处地，这采用激光束执行，但是其它技术例如采用与热表面接触也是可行的。结果是，活性区域被再分成第一再结晶子区域5和第二非晶化子区域15。再结晶需要的时间可以取决于选择的温度和激光束，但是可以是秒到分钟的数量级。合适地利用了脉冲激光，例如YAG或红宝石激光。红宝石激光合适的设置包括在半功率下6_的光斑直径，25 ns的半脉冲持续时间，高达2 J/cm2的能量密度，例如0.5J/cm2到1.5J/cm2，例如每分钟10脉冲的重复率。可以替代地采用例如60-120 fs且λ = 800nm的波长的超速激光脉冲，尤其对于10nm数量级的更薄的子区域。
[0060] 图1d示出第一再结晶子区域5的部分蚀刻后的半导体基板I。
[0061 ] 有优势地，蚀刻采用碱溶液做到，但是可替代物例如硝酸和氢氟酸也可以起作用。当在织构化的表面上使用时，碱溶液优选地包括织构化添加剂。这种织构化添加剂，例如与碱溶液充分混合的低浓度乙醇，更优选地异丙醇，用于诱使织构化是已知的，更准确地代表〈111〉晶面的随意锥状物的形成。有着织构化添加剂的碱溶液的使用具有优点:蚀刻不影响，至少没有很大影响，织构的光学性质。合适地，跟随蚀刻的是表面清洁步骤。如果采用包括钠或钾离子的碱性蚀刻溶液被认为是特别合适的。清洁步骤本质上在本领域中是已知的并且包括例如HCl冲洗。
[0062]在接下来的步骤(没有示出)，半导体基板在炉子中热退火。这激活植入的掺杂物并且导致掺杂物扩散进入半导体基板。表面氧化可选地增长。此外，保留的非晶化的第二子区域在这个步骤中再结晶，至少大体上再结晶。其结果在图1e中示出。不是热退火，而是可以执行高温扩散步骤来添加掺杂物，其也将导致保留的非晶化的第二子区域的再结晶。
[0063]不是仅仅在基板的一侧上应用该工艺，而是可以在两侧上都应用。在这种情况下，一侧上的植入掺杂物合适地是η型，例如磷，而另一侧上的植入掺杂物合适的是P型，例如硼。这里的硼植入与第一植入类结合来获取非晶化。两侧上的该工艺的应用例如是合适的来在一侧上创建选择性发射器，并在基板的另一侧上创建选择性背面场(BSF)。
[0064]可以执行进一步的工艺步骤，一般涉及在基板第二侧的进一步掺杂区域的提供，抗反射覆盖层的提供和导体的提供，其本质上对于本领域普通技术人员是已知的。在图1中示出的活性区域构成选择性发射器的情况下，背面场适合地通过从第二侧采用印刷铝浆和烧成步骤掺杂基板获得，如本领域普通技术人员已知的。
[0065]图2示出与图1d相对应的结构，然而此后全蚀刻已经发生。制造工艺与参考图1a-1d示出的工艺相对应。为了获取与图1e相对应的结构，执行进一步的掺杂步骤。如果采用磷或砷执行离子植入，进一步掺杂步骤合适地采用磷执行，例如来自通过本领域已知的POCl3蒸汽的磷娃酸盐玻璃(PSG)。产生的玻璃在那之后被去除。在一个实施方式中，产生的玻璃被部分去除，以便于只暴露第二子区域。如本领域普通技术人员所理解的，在这种情况中热氧化的分开提供被认为是不必要的。
[0066]图3示出与图1d相对应的结构，然而，此后过度蚀刻发生。在产生的结构中，第二子区域15出现在基板支撑区域14上并且侧向地突出超过所述基板支撑区域14。过度蚀刻最适合采用碱溶液执行，例如氢氧化钾。蚀刻操作的持续时间在测试实验中确定并且取决于蚀刻剂的浓度、过度蚀刻需要的程度。一般，第二子区域15在基板支撑区域14上的侧向突出是 100-200nm。
[0067]图4a_4b示出根据本发明的的太阳能电池，并且根据本发明的工艺制作。如图4a中不出的，太阳能电池100包括有着第一侧Ia和第二侧Ib的半导体基板I。在实施方式中，第一侧Ia构成所谓的后侧，且第二侧Ib构成具备织构的所谓的前侧并适合入射光的接收。这里，活性区域4包括第一子区域5和有着表面拓扑结构的第二子区域15，以便于当在第一侧Ia的平面中看时第二子区域15在第一子区域5的上方延伸。本文中第一侧Ia的活性区域4构成选择性背面场。进一步的掺杂区域9在第二侧Ib提供。这个掺杂区域9，活性区域4的对立极，构成发射器。最合适地，活性区域4是η型掺杂，进一步的掺杂区域9是P型掺杂而基板是η型掺杂，但是不排除替代物掺杂配置。发射器合适通过扩散的方式形成，例如来自通过采用对于技术人员已知的BBr3蒸汽的硼娃酸盐玻璃(BSG)。可以在活性区域4建立之前或之后执行扩散。
[0068]太阳能电池100可以具备用于钝化目的的热氧化10。接下来，太阳能电池将设置有抗反射覆盖层，例如氮化硅的，并且采用金属化形式。本发明的一个优势是表面拓扑结构促进第二子区域15的接触。表面拓扑结构可以被例如光学检测。采用其，可以准确应用进一步的接触材料，甚至当采用印刷技术时。这被认为特别适合织构化的侧。此外，表面拓扑结构能被利用来获得充当接触区域使用的选择性暴露的第二子区域15。例如可以通过印刷、旋涂或网涂(webcoating)利用表面拓扑结构在第一子区域上沉积薄层，其没有覆盖第二子区域15。采用其，获得了表面能量的不同(疏水与亲水的表面区域)，允许在第一子区域或第二子区域上的选择性沉积。该薄层能进一步成为所谓的用于促进粘合的打底层。这被认为在非织构化侧上尤其有用。图4a中示出的结构在图5中示出的工艺中获得，其中第二侧Ib上来自硼硅酸盐玻璃的掺杂在植入和选择性再结晶步骤之后执行。活性区域4和进一步掺杂区域9在半导体基板I的侧面上相互接触，如图4a中示出的。本领域普通技术人员应当清楚，在侧面和/或在第一侧或优选靠近该侧面的第二侧的掺杂物接下来被去除以便于将发射器从背面场分隔开。这可以例如采用等离子体处理来执行，或以其它任何已知的方式来执行。此外，在图4a中示出的结构上应用钝化，这是一在合适的实施方式中一热氧化与氮化硅层的结合。
[0069]在图6中示出的工艺流程中获得图4b中示出的结构，其中在植入和选择性再结晶步骤之前执行第二侧Ib上来自硼硅酸盐玻璃的掺杂。其优点是沉积在基板I的侧面上的硼掺杂可以在“单侧蚀刻”中去除，“单侧蚀刻”直接在所述硼掺杂之后执行，同时去除在基板I的第一侧Ia沉积的任何硼掺杂。图5以流程图示出用于制造图4a中示出的太阳能电池的工艺。在第一步201中，织构化应用到半导体基板1，并且尤其到其前侧，其是图4a的结构中的第二侧lb。
[0070]在第二步202中，毯覆式离子植入被执行以便于界定在基板I的第一侧Ia的活性区域4。这种离子植入以使活性区域4非晶化的剂量执行。
[0071]在第三步203中，活性区域4局部再结晶，利用其，界定至少一个再结晶的、第一子区域5和至少一个非晶化的、第二子区域15。
[0072]在第四步204中，应用湿化学蚀刻，其选择性去除至少一个再结晶的、第一子区域
5。在这工艺流程中，湿化学蚀刻是部分蚀刻，如图1d中示出的。
[0073]在第五步205中，扩散步骤在第二侧Ib上执行，以便于扩散与在第一侧Ia植入的那些对立的电荷载子类型的电荷载子。扩散优选以已知的方式执行，其中硼蒸汽，例如BBr3沉积在基板I上，导致硼硅酸盐玻璃(BSG)的形成，并且那之后的硼借助于退火从BSG扩散进入基板I。
[0074]在第六步206中，硼硅酸盐玻璃从第二侧Ib去除。在那之后可以以已知的方式形成和沉积进一步的层。
[0075]图6示出用于形成图4b中示出的太阳能电池的流程图。
[0076]在第一步301中，织构化又被执行。
[0077]在第二步302中，在第二侧Ib上执行扩散步骤。如上所述的，这个扩散步骤是例如硼扩散步骤，其合适地包括硼硅酸盐玻璃(BSG)的形成和借助于退火硼扩散进入半导体基板I，尤其硅基板I。
[0078]在第三步303中，在第一侧Ia上执行清洁步骤。这个清洁步骤303更准确地是蚀刻步骤，以便于去除由扩散步骤302产生的任何掺杂物。然而，这个清洁步骤仅仅应用到第一侧Ia而没有到第二侧lb，以保证侧Ib上的硅酸盐玻璃，尤其是硼硅酸盐玻璃，不被去除。(硼)硅酸盐玻璃在第二侧Ib的出现还允许放置基板1，使其第二侧Ib位于晶片工作台即卡盘上。其后将去除硼硅酸盐玻璃，以便于对于硅酸盐玻璃的任何污染、裂纹和损坏不会负面地影响产生的太阳能电池的性能。此外，如过想要或需要，可以在硅酸盐玻璃上沉积任何平坦层，以便于基板I能位于其第二侧Ib上而不必冒着由于织构上的局部压力导致破裂的风险。
[0079]在第四步304中，在第一侧Ia执行毯覆式离子植入来形成非晶化活性区域4。那之后，在第五步305中，执行活性区域4的局部再结晶，以便于形成至少一个再结晶的第一子区域5和至少一个非晶化的第二区域15。在第六步306中，通过蚀刻部分去除第一子区域5，例如湿化学蚀刻。有优势地，侧Ib上的硅酸盐玻璃在湿化学蚀刻步骤306过程中保护第二侧Ib上存在的扩散。
[0080]在第七步307中，在基板I从卡盘去除之后，硅酸盐玻璃被去除。这个去除步骤可以在退火步骤之前。
[0081]在第八步308中，执行热氧化。
[0082]图7以剖面图示出根据本发明的太阳能电池100的进一步的实施方式。图8示出用于制造示出的太阳能电池100的流程图。
[0083]这个太阳能电池包括有着第一导电类型的电荷载子的第一活性区域15和包括在基板I的第一侧Ia上相互靠近的电荷载子的另一区域9，其打算用来充当后侧并耦合到载子。最合适地，另一区域9包括与第一导电类型对立的第二导电类型的电荷载子。S卩，如果第一导电类型是P+，第二导电类型是n+，反之亦然。表面拓扑结构在第一侧Ia出现，以便于当以第一侧Ia朝上定向观看时第一活性区域15在第二活性区域9上方延伸。示意地，图7示出交错背接触电池(IBC)。这种类型的太阳能电池具有优点:允许后端连接被优化电性能并且没有来自应用到前侧的金属化的屏蔽损失。一般地，交错的P+和η+掺杂区域在后侧(这里第一侧Ia)出现。
[0084]示出的设备可以被制造，在于再结晶的第一子区域5 (如图1c中示出的)被完全去除，合适地包括过度蚀刻。第二子区域15将保留，并用来充当第一接触区域。其后，在示出的实施方式中，基板I可以被热氧化，其导致第二子区域15上与去除的第一子区域5相对应的区域相比更厚的氧化层。在根据本发明方法的这个实施方式的接下来步骤中，然后获得半导体基板I的选择性暴露。这种暴露在通过回蚀增加的氧化层获得的实施方式中示出。就穿过半导体基板的不同厚度来看，与第一子区域相对应的区域将被更快地暴露，并且因而可以选择性暴露。应当理解，不排除选择性暴露的可替代实施方式，即使示出的实施方式主要是自调整的并且商业上有望实现的。例如，不是通过部分蚀刻选择自调整的执行，而是选择性暴露可以通过蚀刻剂的丝网印刷获得。这种替代将具有能灵活控制活性区域之间的距离的优点。
[0085]然后将在半导体基板I的暴露部分中创建进一步掺杂的区域。用于掺杂半导体基板的区域的各种方法是已知的。选项包括来自蒸汽相的扩散，例如穿过硅酸盐玻璃的中间；另一实施方式的使用，或通过沉积技术例如丝网印刷或喷墨印刷，来自前驱物的电荷载子的选择性沉积，后面是扩散步骤。
[0086]根据图9中示出的工艺流程图制造该设备。在第一步501中至少在第二侧Ib上应用织构化。在第二步502中，执行毯覆式植入。这个毯覆式植入执行到基板I的第一侧Ia和第二侧Ib两者，导致在第一侧Ia的活性区域和在第二侧Ib的掺杂区域8。有优势地，第二侧Ib上的来建造前表面场的植入剂量将比用于侧Ia上的背面场的植入剂量低。应当理解，第一侧Ia和第二侧Ib上的同时植入对于最小化工艺步骤有益，但不是严格必要的。掺杂区域8可以可替代地在扩散步骤中提供，导致取决于选择的掺杂物的硼硅酸盐玻璃或磷硅酸盐玻璃的形成。
[0087]步骤503和504包括局部结晶和再结晶材料的选择性去除。在这个实施方式中，再结晶材料将被完全去除，例如在全蚀刻或过度蚀刻中。
[0088]在步骤505中执行热氧化，导致在第二子区域15上比在第一子区域在前述的步骤中被去除的区域中具有更大厚度的氧化层。在步骤506中氧化步骤后面是选择性应用到侧Ia的部分氧化蚀刻，以便于在所述第一子区域去除的区域中选择性暴露基板。第二子区域15保留覆盖在热氧化层下。其后，在步骤507中，引进电荷载子。最后，在步骤508中，应用热氧化。
【权利要求】
1.一种制造太阳能电池的方法，所述太阳能电池包括具有第一侧和相对的第二侧的半导体基板，在所述第一侧选择性地界定了掺杂有第一导电类型的电荷载子的活性区域，所述方法包括下述步骤: -在植入步骤中通过离子植入以诱使表面非晶化的剂量水平将所述电荷载子引入所述基板中所述第一侧上，于是形成非晶化区域； -在所述非晶化区域的部分中选择性地再结晶材料来界定再结晶的第一子区域，所述非晶化区域的其余部分界定第二子区域；以及 -至少部分去除所述第一子区域的再结晶材料，于是创建了选择性界定的活性区域并且在至少部分去除的第一子区域和所述第二子区域之间引入表面拓扑结构。
2.根据权利要求1所述的方法，其中植入步骤涉及大体上毯覆式植入。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中采用光束源，例如激光执行选择性再结晶。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中采用湿化学蚀刻执行至少部分去除步骤。
5.根据权利要求4所述的方法，其中采用包括织构化添加剂的溶液执行湿化学蚀刻。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的方法，其中去除步骤是部分去除，以便于所述再结晶材料在所述基板中去除到第一深度，再结晶材料保留在所述第一深度外。
7.根据权利要求1-5中任一项所述的方法，其中大体上去除了所有的所述再结晶材料。
8.根据权利要求7所述的方法，其中应用过度蚀刻，导致一种结构，在该结构中在基板支撑区域之上存在所述第二子区域并且所述第二子区域侧向地突出超过所述基板支撑区域。
9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述活性区域构成选择性发射器或选择性背面场。
10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，还包括扩散与在植入步骤中植入所述基板的所述第一子区域和所述第二子区域内的电荷载子相同导电类型的电荷载子，在所述再结晶材料的至少部分去除之后执行所述扩散。
11.根据权利要求1或8所述的方法，还包括步骤: -采用钝化层覆盖所述基板的所述第一侧； -在所述第一子区域中或所述第一子区域内选择性地暴露所述基板；以及 -将电荷载子引入所述第一子区域中或所述第一子区域内所述基板的所述暴露区域。
12.根据权利要求11所述的方法，其中所述钝化层是通过所述基板的氧化形成的氧化层，具有在所述第二子区域上比在所述第一子区域上大的厚度，并且其中所述基板的选择性暴露由回蚀所述氧化层产生。
13.根据权利要求11或12所述的方法，其中因而引入的电荷载子是第二导电类型的，所述基板的所述暴露区域被界定以便实现在所述第二子区域中的第一类型的电荷载子和在所述第一子区域中或所述第一子区域内的第二类型的电荷载子之间的隔离。
14.一种用于选择性创建活性区域的半导体设备，所述活性区域包括在半导体基板的第一侧的第一导电类型的电荷载子，所述设备包括: -离子植入器，其适合于以诱使所述半导体基板的表面非晶化来界定非晶化区域的剂量水平的植入，和 -用于所述半导体基板的所述非晶化区域的选择性再结晶的装置。
15.根据权利要求14所述的半导体设备，其中所述用于选择性再结晶的装置包括用于跨过所述半导体基板的至少一部分是可移动或可聚焦的局部退火源。
16.根据权利要求15所述的半导体设备，其中所述源是光束源例如激光源。
17.根据权利要求14-16中任一项所述的半导体设备，还设置有可移动的晶片工作台。
18.一种根据前述的权利要求14到17中任一项所述的半导体设备的用途，用于制造半导体设备的方法中，尤其根据权利要求1到13中任一项所述的方法。
19.一种太阳能电池，包括具有第一侧和相对的第二侧的半导体基板，在所述第一侧选择性界定了掺杂有第一导电类型类型的电荷载子的活性区域，所述活性区域包括第一子区域和具有比所述第一子区域高的电荷载子浓度的第二子区域，其中存在表面拓扑结构，在该表面拓扑结构中所述第二子区域在所述第一子区域上方延伸。
20.一种太阳能电池，包括具有第一侧和相对的第二侧的半导体基板，在所述第一侧选择性界定了掺杂有第一导电类型的电荷载子的活性区域，所述活性区域包括在基板支撑区域之上存在并且侧向地突出超过所述基板支撑区域的子区域，其中存在表面拓扑结构，在该表面拓扑结构中所述子区域在所述半导体基板的表面上方延伸。
21.一种太阳能电池，包括具有第一侧和相对的第二侧的半导体基板，在所述第一侧选择性界定了掺杂有第一导电类型的电荷载子的活性区域，其中掺杂有第二导电类型的电荷载子的另一区域被界定在靠近所述活性区域处并与所述活性区域隔离，其中第一接触部存在于所述活性区域上，且第二接触部存在于所述另一区域上，并且其中所述基板的所述第一侧包括表面拓扑结构以便于所述活性区域在所述另一区域上方延伸。
【文档编号】H01L31/18GK104205363SQ201380017340
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2013年5月3日 优先权日:2012年5月4日
【发明者】罗纳德·科内利斯·杰拉德·纳贝尔 申请人:泰姆普雷斯艾普公司