制造选择性掺杂光伏电池的方法与流程

本发明涉及一种方法，该方法用于制造表面上呈现选择性掺杂的光伏电池，例如选择性发射极电池或交错背接触电池。

背景技术：

光伏电池是用半导体材料，例如硅制成的设备，半导体材料从光子中吸收能量，并将其转换为电能。大致上，该设备包括掺杂有p型杂质(例如，硼原子)的第一硅区域，其与掺杂有n型杂质(例如，磷原子)的第二硅区域接触，从而形成p-n结。p-n结形成电场，该电场使光子吸收所产生的电子-空穴对分离，电子被引导至n区，而空穴被引导至p区。

p-n结可以简单地通过在p型衬底内形成n型掺杂区域而形成。为了聚积电子和空穴，在p-n结的两侧，即n型掺杂区域和p型掺杂区域，在衬底的表面上进一步形成电触点。这些触点通常利用丝网印刷制成，丝网印刷是一种可以快速，简单地执行的印刷技术。

为了改善触点的质量，一种技术是对位于触点下方的半导体区域进行重度掺杂。但是，高掺杂物浓度增加了俄歇复合导致的损失，特别是在表面上，因此降低光伏电池的效率。因此，这种重度掺杂只在局部(即，在触点下方)执行。因此，设置有触点的电池的表面显示出不同的掺杂物浓度。

提供的表面适用掺杂的第一个例子是选择性发射极电池。

图1A是选择性发射极光伏电池10的顶视图，图1B是该电池沿图1A所示轴A-A截取的截面图。

选择性发射极电池10包括p型掺杂硅的衬底12。衬底12包括暴露给太阳辐射的前表面12a和位于前表面12a相反侧的后表面12b(图1B)。因此，光子通过衬底的前表面12a进入电池。

在光伏电池的该结构中，通过在p型衬底的前表面12a上形成n型掺杂硅层14获得p-n结。举例来说，层14是通过磷的气相扩散(例如，POCl₃扩散)或者通过在衬底中注入电离的磷原子形成的。在层14中，举例来说，通过离子注入或者通过应用激光束进一步形成过度掺杂区域14’，该区域的掺杂物浓度高于层14的掺杂物浓度。n型掺杂层14和过度掺杂区域14’(其也为n型)被称为“发射极”，而p型衬底形成p-n结的“基部”。

在衬底的前表面12a上，高度掺杂区域14’与第一电极16a连接，举例来说，第一电极16a的形式为金属线(图1A)，它们通过第一电极16a形成良好的欧姆接触，因为其电阻率较低。层14的较轻度掺杂减少了电子-空穴对复合，导致对高能入射光子的屏蔽较少。第二电极16b在衬底的后表面12b上提供接触。

最后，在衬底的前表面12a上设置由SiN制成的抗反射层18(图1A中未显示)，从而保证光伏电池中的良好光子吸收。

因此，选择性发射极电池10在其前表面上包括两个具有相同导电型(这里为n型掺杂)的区域，所述区域具有不同的掺杂物浓度，从而获得不同的电特性和光伏特性。

具有选择性掺杂结构的光伏电池的第二个例子为具有交错背接触(所谓的“IBC”)的电池。在该电池结构中，在n型衬底的后表面(非照明表面)上形成p-n结。该后表面包括两个交错的掺杂区域，所述区域具有相反类型的掺杂：一个是p区域，另一个是n型衬底的n+区域(其中n+区域具有斥力场效应，该效应有利于表面上的较低度载流子复合)。因此，与选择性发射极电池对比，IBC电池在其后表面上包括具有相反类型掺杂的两个掺杂区。

图2A是IBC交错背接触电池20的简化顶视图(后表面12b)，图2B是该电池沿图2A所示轴B-B截取的截面图。

IBC电池20在其n型硅衬底的后表面12b上包括n+型掺杂区域22，即比衬底12(“基部”)更高度掺杂的n型区域，以及p型掺杂(“发射极”)区域24。区域22和24的电阻率低于衬底的电阻率，并有利地用作电触点的支撑。因此，“n型”电极26a和“p型”电极26b设置为分别与区域22和24接触。形式为交错梳的电极26a和26b覆盖衬底几乎全部的后表面(图2A)。最后，在衬底的前表面12a上设置由SiN制成的抗反射层18(图2B)。

举例来说，区域22和24的形成需要两个离子注入步骤，每个步骤通过特定掩膜执行，从而限定注入区域的图案(这里为梳形)。

为了形成光伏电池，离子注入掺杂通常比扩散掺杂或激光掺杂技术更优选，因为它能够获得更好质量的发射极。该技术还能够更好地控制发射极中的掺杂物分布。

文章(“使用图案化离子注入的高效选择性发射极电池”(High efficiency selective emitter cells using patterned ion implantation)C.E.Dubé等，Energy Procedia 8，706-711页，2011)描述了一种通过离子注入，利用p型掺杂晶体硅制成的衬底形成选择性发射极电池的方法。该方法包括以下步骤：

-对衬底的前表面进行整体掺杂的第一离子注入步骤；

-通过掩膜限定过度掺杂区域的第二离子注入步骤；

-氧化退火以形成钝化层；

-在钝化层上沉积抗反射涂层；以及最后

-在过度掺杂区域上形成金属化轨迹的丝网印刷步骤。

衬底前表面上的过度掺杂区域难以在光学上区分，因此在它们上面沉积金属化轨迹存在风险。为克服该问题，这篇文章的作者提议相对于衬底对注入掩膜和印刷丝网进行定位，以该衬底的边缘作为参考。因此，金属化轨迹和过度掺杂区域对准。但是，所述对准参考缺乏精度，并且过度掺杂区域必须足够宽(大约500μm)以使电极轨迹精确地沉积在顶部。

文件US2011/0139230公开了通过离子注入制造选择性发射极电池的另一种方法，其中利用衬底中预先通过激光形成的对准图案，相对于衬底对印刷丝网进行定位。这些对准图案改善了精度，但是利用激光来形成它们需要在方法中使用附加步骤和附加设备。因此，这种制造方法难以大规模，低成本地使用。

技术实现要素：

因此，需要简单，经济地制造光伏电池，该光伏电池具有在高度掺杂的半导体区域上精确对准的电极。

根据本发明，通过提供以下步骤满足该需要：

-提供掺杂了第一导电型的半导体衬底；

-在所述衬底中形成第一掺杂区域，所述第一掺杂区域具有第一浓度的掺杂元素；

-通过将掺杂元素离子注入到所述衬底中，形成最大尺寸小于一毫米的至少一组对准图案，以及与所述第一区域相邻的第二区域，所述第二区域具有第二浓度的掺杂元素，所述第二浓度高于所述第一浓度；

-对所述衬底进行热处理，从而激活所述掺杂元素，并在所述对准图案、所述第一区域和所述第二区域的上方的所述衬底的表面上形成氧化层，所述第二浓度和热处理条件选择为使得位于所述对准图案上方的所述氧化层的厚度比位于和所述对准图案相邻的衬底区域上方的所述氧化层的厚度高至少10nm；

-在所述氧化层上沉积抗反射层；以及

-通过丝网将电极沉积到所述抗反射层上，所述电极与所述第二区域相对，利用所述对准图案相对于所述衬底对所述丝网进行定位。

在一种优选实施方式中，所述第一区域是通过对所述衬底的整个表面进行第一剂量的掺杂元素的离子注入而形成的。

所述对准图案和所述第二区域接下来通过在所述衬底的上面叠加有掩膜的表面进行第二剂量的掺杂元素的离子注入而形成，由此所述对准图案和所述第二区域积聚所述第一剂量和所述第二剂量。

所述第一剂量和所述第二剂量有利地为5x10¹⁴cm^-2和2.5x10¹⁵cm^-2之间，并且利用5KeV和15KeV之间的注入能量被注入。

在第一实施方式中，所述光伏电池是选择性发射极光伏电池；所述衬底的所述表面是所述光伏电池的前表面；所述第一区域掺杂了与所述第一类型相反的第二导电型，从而形成p-n结；并且所述对准图案和所述第二区域掺杂了所述第二导电型。

优选地，所述热处理包括在含有氧气的干燥气氛中以800℃和900℃之间的温度执行不超过30分钟，或者在含有氧气的湿润气氛中以700℃和800℃之间的温度执行不超过1小时的单个退火阶段。

在第二实施方式中，所述光伏电池是交错背接触光伏电池；所述衬底的所述表面是所述光伏电池的后表面；所述第一区域掺杂了所述第一导电型；并且所述对准图案和所述第二区域掺杂了与所述第一类型相反的第二导电型，从而形成p-n结。

优选地，所述热处理包括在不存在氧气的情况下以950℃和1100℃之间的温度执行不超过30分钟的第一退火阶段，以及在含有氧气的干燥气氛中以800℃和900℃之间的温度执行不超过30分钟，或者在含有氧气的湿润气氛中以700℃和800℃之间的温度执行不超过45分钟的第二退火阶段。

根据本发明的方法还可以包括以下特征中的一个或多个，所述特征单独考虑，或者根据所有技术上可能的组合考虑。

-所述第一浓度和热处理条件选择为使得位于所述第一区上方的所述氧化层的厚度至少为5nm；

-在所述衬底中在与所述第一区域相反的侧面上和所述第一区域同时形成导电型与所述第一区域相同的第三区域；

-所述电极通过丝网印刷沉积，并且包括在所述抗反射层上分布的多个金属化轨迹；

-所述掩膜包括与所述第二区域对应的第一组开口，与所述对准图案对应的第二组开口，以及与附加图案对应的第三组开口，所述附加图案在丝网印刷阶段覆盖有金属柱，并在附加丝网印刷步骤中用作对准标记。

附图说明

通过下面参考附图，但是不限于附图对本发明的其他特征和优点进行的描述，本发明将变得清楚，在这些附图中：

-图1A和1B分别是根据现有技术的选择性发射极电池的顶视图和沿着A-A的截面图；

-图2A和2B分别是根据现有技术的交错背接触电池的顶视图和沿着B-B的截面图；

-图3A至3E是根据本发明，用于制造选择性掺杂光伏电池的方法所包括的步骤；

-图4显示了SiO₂氧化层的可见光谱中的反射率，该反射率单独考虑或与SiN制成的抗反射层组合考虑，针对氧化层的不同厚度；

-图5A是在图3A和3B所示步骤中使用的注入掩膜的实施例；

-图5B是在图3B所示步骤中使用的注入掩膜的另一个实施例；

-图6是根据本发明的制造方法获得的交错背接触电池；

-图7A是步骤3B之后，图6所示交错背接触电池的后表面中的注入图案的示例；以及

-图7B是步骤3E之后，图6所示交错背接触电池的后表面中的电极图案的实施例。

为了更加清楚，在所有的附图中，相同或相似的特征以相同的附图标记标出。

具体实施方式

在接下来的描述中，半导体衬底中掺杂元素浓度比相邻区域中掺杂元素浓度高的区域(所有掺杂物种类一起考虑)被称为是“过度掺杂的”。

在图1A和1B所示选择性发射极电池的情况下，可能特别涉及区域(14’)，该区域掺杂了导电型，并且掺杂元素浓度高于掺杂了相同导电型的相邻区域(14)的掺杂元素浓度。在交错背接触电池的情况下(图2A-2B)，该区域还可以是掺杂了第一导电型的区域，该区域的掺杂元素浓度高于掺杂了第二相反导电型的相邻区域。

相反的第一导电型和第二导电型通常称为n型掺杂和p型掺杂，反之亦然。n型掺杂包括向半导体材料中引入作为电子给体的掺杂元素(也称为掺杂物杂质)，例如针对硅衬底的磷原子，砷原子或锑原子，p型掺杂包括引入作为电子受体的掺杂元素，例如硼原子或镓原子(针对硅衬底)。

在其最终状态中，选择性掺杂光伏电池包括上面设置有电极的至少一个过度掺杂区域。该过度掺杂区域能够实现和电极的良好欧姆接触，从而改善电池的电气性能。

优选地，电极包括多个在一个或多个过度掺杂区域上分布的多个金属轨迹。术语“金属化”通常被用于描述包括在光伏电池的半导体衬底上形成金属轨迹的步骤。电极可以借助任意合适的沉积技术，特别是通过丝网印刷，通过丝网沉积，丝网的开口对应于不同的金属轨迹。

为了促进该金属化步骤，人们想到在要接收电极的衬底表面上形成对准标记，该对准标记将用作定位印刷丝网的参考。与现有技术中的方法不同，在本发明中，对准标记通过离子注入在形成过度掺杂区域的同时形成。归功于反射率上的高度对比，这些对准图案可以轻易检测到，从而精确地相对于衬底对丝网进行定位。

图3A至3E是制造选择性掺杂光伏电池的方法中包括的步骤F1至F5，该方法使用通过离子注入形成的对准图案。

在该第一实施方式中，电池是选择性发射极光伏电池。它是利用衬底12获得的，衬底12由掺杂了第一导电型的半导体材料制成，例如p-型掺杂晶体硅。

在图3A所示的第一步骤F1中，衬底12的区域14掺杂了第二导电型，该第二导电型与衬底的导电型相反，即为n型。因此，在n型掺杂区域14(称为发射极)的界面上和p型掺杂衬底12(称为基部)的剩余部分的界面上形成p-n结30。在本发明中，发射极14形成在衬底的前表面12a上，即当光伏电池制造完成时用于接收太阳辐射的表面上。

如图3A所示，区域14有利地占据衬底的整个前表面12a。对衬底12的整个前表面12a进行掺杂的好处是不仅简化了步骤F1，还简化了制造方法中的后续步骤，特别是对过度掺杂区域进行限定(步骤F2)。

可以通过不同技术实现区域14的掺杂，特别是气体扩散或者在衬底表面上应用激光。但是，在一种优选实施方式中，该掺杂通过透过衬底的前表面12a进行离子化原子注入实现的。与通过扩散实现的掺杂相比，例如通过离子束或者通过浸入在等离子中实现的离子注入可以产生电子品质更好的发射极，并改善对掺杂物分布的控制。这还可以省去对磷玻璃移除步骤的需求，该步骤通常在POCl₃型磷扩散之后实施。

优选利用5KeV和15KeV之间的注入能量注入掺杂物，不管是使用离子束注入还是等离子注入(举例而言)。

举例来说，引入到硅中的n型掺杂物杂质是磷原子。此外，当不需要对前表面12a进行均匀掺杂时，可以在离子注入期间在衬底上方设置遮蔽掩膜。

在步骤F1中注入的原子的剂量D1有利地为5x10¹⁴cm^-2和2.5x10¹⁵cm^-2之间。因此获得区域14，该区域对光子吸收的阻碍较少，并且其电荷载体复合率较低。

区域15还可以是在形成掺杂区域14的过程中，特别是在POCl₃气体扩散过程中，在衬底的后表面12b上(即，区域14的相反侧上)掺杂的n型区域。一旦实施了后表面的金属化，该区域15对电池的功能没有任何影响。

在步骤F1之前，衬底12可以接受对其表面进行准备的步骤，特别是清洁其前表面12a和其后表面12b的步骤，在该步骤之后执行结构化前表面12的步骤，例如其前表面的形式为金字塔。该结构化的目的是通过衍射增加进入衬底的光子的比例。因为这些步骤都是常规步骤，因此在这里不再详细描述。

在图3所示的步骤F2中，通过遮蔽掩膜30借助离子注入执行新的掺杂步骤。在该步骤中，在衬底的前表面12a中限定与区域14相邻的至少一个过度掺杂区域14’，以及两个对准图案34。过度掺杂区域14’和对准图案34具有掺杂物浓度C2，该浓度大于区域14中的掺杂物浓度C1。

举例来说，图3B中显示了位于区域14’两侧上的三个过度掺杂区域14’和两个对准标记34。它们都被较轻度掺杂的区域14包围。

在该第一实施方式中，步骤F2中注入的离子属于和区域14中的导电型相同的导电型(n型)。区域14’因此形成所谓的选择性发射极，该选择性发射极将被金属化轨迹覆盖。

当前表面12a在步骤F1中完全掺杂时(图3A)，步骤F2中注入的离子的剂量D2可以等于，小于，或大于步骤F1中的注入剂量D1。过度掺杂区域14’和对准图案34接下来形成在层14内，并且掺杂物浓度对应于剂量D1和D2的总和。在该示例中，对遮蔽掩膜30相对于衬底12的设置没有严格限制。

注入剂量D2等于注入剂量D1可以简化该方法，并改善其再现性。配置有相同参数的相同注入设备被用于步骤F1和F2。

相反，当高度掺杂区域14’在轻度掺杂区域14外面，即在初始p型掺杂衬底12的区域中注入时，注入剂量D2大于剂量D1，因此获得较大的掺杂物浓度。在注入步骤F1和F2中使用两个不同的(即，互补的)遮蔽掩膜30。

假定区域14’的掺杂物浓度C2是由步骤F1中掺杂物的添加和步骤F2中掺杂物的添加造成的，或者是由独立于步骤F1的单个注入步骤F2造成的，则步骤F1和F2可以按照任何顺序执行。

遮蔽掩膜30优选和衬底12的距离为0到5mm之间，并且其位置和后者平行。它包括第一组开口32a，这些开口的形状和尺寸对应于区域14’的形状和尺寸，以及与对准图案34对应的第二组开口32b。举例来说，这些开口是通过激光打孔形成的。

优选地，对于选择性发射极硅电池，过度掺杂区域14’在衬底的表面上形成线，所述表面的横向尺寸(图3B所示剖面中的宽度l)为250μm到300μm之间。

掩膜30是可移动的遮蔽掩膜，并可以由不同材料形成，特别是由硅，石墨或金属形成，可能覆盖有非金属保护层，例如由树脂或无定形介电材料制成的非金属保护层。其还可以是和在丝网印刷装置中使用的“镂空”掩膜类似的“镂空”掩膜。

图5A显示了“复合”遮蔽掩膜30的实施例，其可以用于步骤F1中的离子注入和步骤F2中的离子注入。该遮蔽掩膜包括两系列相同的图案，从而同时处理多个衬底。第一系列图案分别包括单个开口32c，该开口用于在步骤F1(剂量D1)中在衬底的整个表面(“满盘”)上注入掺杂物。第二系列图案对应于图3B所示的开口32a和32b，在步骤F2(剂量D2)中分别形成过度掺杂区域和对准图案。

鉴于大规模工业生产，该掩膜有利地用于制造包括多个光伏电池的一批电池。利用第一系列图案注入第一组电池，利用第二系列图案注入第二组图案。图案接下来水平或垂直地偏移一个刻痕，接下来利用每一组的其他系列图案执行第二次注入，不需要在两个注入阶段之间将衬底从注入腔中撤出。

图3C显示了热处理步骤F3，该热处理步骤F3一方面用于电激活区域14，14’和图案34中的掺杂物，另一方面用于氧化衬底12的表面。接下来，氧化层36a覆盖前表面12a，前表面12a包括n型掺杂区域14，n型过度掺杂区域14’以及对准图案34。优选地，氧化层36b还覆盖衬底的后表面12b。由于这里的半导体是硅，层36a和36b由二氧化硅，例如SiO₂制成。优选地，层36a和36b的厚度大于5nm，小于40nm。

热处理有利地包括以温度T1激活掺杂物的第一阶段，和在局部氧气流下以温度T2形成氧化层36a和36b的第二阶段。通过分离这两个热处理动作，可以针对这两个动作选择不同的退火条件，每个条件都是最佳的。特别地，退火温度(T1，T2)和/或退火周期可以不同。例如，掺杂物的激活温度T1为800℃到1100℃之间，氧化温度T2为700℃到900℃之间。

或者，步骤F3的热处理可以包括在含有氧气的气氛下进行的单个退火阶段，其实现掺杂物的氧化以及氧化层36a和36b的生长。

在衬底的前表面12a上形成的硅氧化层的厚度自然取决于氧化退火条件：主要是退火周期，温度和氧气流。氧化材料的掺杂物浓度也影响氧化物厚度。因此，在相同的退火条件下，掺杂物(所有掺杂物种类组合在一起)浓度越高，氧化物越厚。还需要注意，对于给定的剂量和给定的能量，和离子束注入相比，等离子浸没技术允许掺杂物更靠近表面注入，允许形成更厚的氧化物。

因为前表面12a显示不同的掺杂物浓度C1和C2，所以氧化层12a具有不同厚度。如图3C所示，后者在对准图案34和过度掺杂区域14’上方较厚。

图4中的第一系列虚线曲线显示了硅衬底的可视范围(400-750nm)中的反射率R_E，该硅衬底的表面呈现传统的金字塔纹理，并且覆盖有二氧化硅SiO₂单层，该层的厚度范围为5nm至20nm(步进值为5nm)。

可以观察到氧化物SiO₂越厚，反射率R_E越低，换句话说，衬底反射的入射光越少。该观察是真实的，与入射光的波长无关。因此，对准图案34和区域14’上的氧化层36a和层14上的氧化层36a之间的厚度差异形成了反射率的对比。

该对比由以下关系式限定：

$C=\frac{R_{E1}-R_{E2}}{R_{E1}+R_{E2}}$

其中R_E1表示对准图案34的反射率，R_E2表示相邻掺杂区域14的反射率。

图4中的虚线曲线是紧挨着的。这意味着由于不同厚度的单个氧化层而产生的反射率对比度非常小，小于大约5％。正是由于该原因，所以难以用肉眼区分高度掺杂的区域和较轻度掺杂的区域。

为了增加衬底的与对准图案34和紧邻区域14相对应的区域之间的光学对比度，在步骤F4中(图3D)，在氧化层36a上沉积抗反射层18，例如，该抗反射层由SiN制成。该抗反射层18在光伏电池中广泛使用，因为它能够增加电池吸收的光子的数量(其降低发射极14的反射率)。但是，除了在选择性发射极电池30中发挥该作用之外，发明人还注意到该抗反射层还具有强化由可变氧化物厚度引起的反射率差异RE₁-RE₂的作用。

在图4中，第二系列实线曲线显示了不同氧化层厚度(5至25nm，步进值为5nm)的反射率，每一个都覆盖有75nm厚的SiN制成的抗反射层。可以观察到，一方面，当SiN抗反射层设置在SiO₂氧化层顶部时，两个曲线之间的间隔大得多。因此，归功于抗反射层18，视觉对比度C被放大。另一方面，与之前的情况(即，没有SiN层)相比，在存在SiN层的情况下，反射率R_E随着SiO₂氧化层的厚度的变化是相反的：SiO₂氧化层越厚，反射率R_E越大，换句话说，衬底反射的入射光越多。

举例来说，在与绿色对应的500-550nm波长范围中，5nm厚的SiO₂层和10nm厚的层之间的反射率对比度C大约等于48％，这两层都覆盖有75nm厚的SiN抗反射层。对于5nm和15nm厚的氧化层，对比度C等于70％，对于10nm和15nm之间的厚度，等于37％，对于10nm和20nm之间的厚度，等于58％。

通过对光学对比度C进行不同计算，可以发现两个SiO₂层之间至少10nm的厚度差异能够获得特别高的反射率对比度(存在抗反射层)，大于50％。如上所述，氧化层的厚度不仅取决于氧化退火条件，还取决于掺杂物的浓度。步骤F3中的氧化退火条件和步骤F2中在对准图案34中注入的掺杂物C2的浓度选择为在氧化物36的位于对准图案34上方的部分和位于这些图案之外的部分，例如，位于轻度掺杂区域14(图3C)上方的部分之间获得至少10nm的厚度差异。因此，可以在衬底的表面上方便地检测对准图案34，而无需求助复杂的成像系统，例如红外线成像系统。

因此，选择性发射极14’和对准图案34中掺杂物浓度C2的选择是由在这些区域中获得(除了建立良好欧姆接触的低电阻率之外)氧化层的需求驱动的，所述氧化层相对于围绕对准图案的区域(当图案在层14之外注入时，n型掺杂区域14或p型掺杂区域12)至少厚10nm。

优选地，热处理包括单个退火阶段，该单个退火阶段实现掺杂物的激活和热氧化。进行这种退火以获得氧化层36a的条件如下：

-退火在存在干燥氧气(气相的氧气和氮气混合物)的情况下进行的，持续时间小于30分钟；

-退火温度为800℃和900℃之间，例如850℃；

-氧化阶段中氧气流量为10到50升/分钟之间，氧气/氮气比的范围为0.2至1。

或者，热处理可以通过在湿润气氛(即，包括水蒸气的气氛)中以700℃和800℃之间的温度执行不超过1小时的单个退火步骤实现。

步骤F2中的注入剂量D2有利地为5^E14和2.5^E15原子/cm²之间，优选为1^E15和2.5^E15原子/cm²之间。据估计，在区域14’/34的表面上(深度为大约25nm)，由此产生的原子浓度C2为1^E20和1^E22原子/cm³之间。

就其本身而言，高度掺杂区域14中掺杂物浓度C1的选择受限制光伏电池中俄歇复合的需求约束，因为该区域形成发射极的较大部分。

当通过气体扩散实施掺杂F1时，表面(即，在第一25nm上)上的浓度C1优选为5^E19和1^E21原子/cm³之间(其根据在晶片上的位置，扩散参数，并根据掺杂物的类型变化)。当步骤F1通过离子注入执行时，注入剂量D1有利地为5^E14和2.5^E15原子/cm²之间，优选为1^E15和2.5^E15原子/cm²之间。

更普遍地，表面(即，在第一25nm中)上的浓度比C2/C1大于或等于1.5被认为能够产生区分对准图案34所需的(至少)10nm的氧化物厚度差异。

在确定浓度C1和/或热处理参数时，可以考虑这样一个事实：位于区域14上方的氧化层36a应该优选具有至少5nm的厚度。该最小氧化层厚度确保该区域中的衬底表面充分钝化。除了氧化层36a暴露对准图案这一事实之外，事实上它还用作衬底表面12的钝化层。在退火条件下，并且对于上述的剂量/浓度C1的范围，位于轻度掺杂区域14上方的氧化层36a具有大于5nm的厚度。

抗反射层18由折射率比氧化物的折射率大的材料制成(在SiO₂的情况下，大于1.5)，例如SiN，SiON，TiO₂或Al₂O₃。它的厚度被优化，因此区域14(不被金属覆盖的区域)吸收最大数量的光子。该厚度优选为50nm至100nm之间。或者，抗反射层38可以由平均指数比氧化物平均指数大的复合层形成，即整个高度不超过150nm的多个堆叠的层，例如SiN/SiON(其中SiON朝向电池的外部)。

一旦沉积了抗反射层18(图3D)，对准图案34在衬底的表面上清晰地出现。接下来执行步骤F5，在衬底的前表面和后表面上形成电极。

在图3E所示的优选实施方式中，根据镂空技术，该步骤F5通过丝网印刷执行。利用丝网印刷丝网40将金属化轨迹16a沉积在抗反射层18上，面对过度掺杂区域14’(即，选择性发射极)。该丝网包括开口42a，开口42a对应于将要形成的电极图案，例如，彼此平行的长直线。

丝网40位于衬底12上方，因此开口42a朝向衬底的区域14’。对丝网40的该定位是利用对准图案34实现的，通过氧化层36a和抗反射层18使对准图案34可见。归功于对准图案的视觉识别，利用相机还可以实现自动定位(相机参考标记34之后自动对丝网进行定位)。丝网印刷设备通常装备有可见光范围中的这种相机。

丝网印刷膏通过设置在衬底上的丝网40涂覆到抗反射层18上，形成图3E所示的金属化轨迹16a。丝网印刷膏是一种混合物，该混合物优选包括金属微颗粒，例如银或铝的微颗粒，玻璃粉，有机粘合剂和溶剂。接下来，在制造方法的稍后步骤中(未显示),对衬底进行红外退火。在该步骤期间，丝网印刷膏穿过细腻的氧化层36a和抗反射层18移动，并与过度掺杂区域14’接触。

在衬底的后表面12b上也进行金属化16b。例如，第二丝网印刷膏满盘沉积在之前形成的氧化层36b上。和金属化轨迹16a一样，金属化轨迹16b也灌注氧化层。在红外退火之后，它形成与p型衬底12具有欧姆接触的金属电极。

在选择性发射极电池的情况下，金属化轨迹16a(以及相应的开口42a)的宽度优选小于100μm。金属化轨迹16a甚至比过渡掺杂线14’还要精细，从而克服对准误差，举例来说，线14’的宽度为250μm。此外，对准图案(以及相应开口42b)的最大尺寸小于1mm，有利地小于过度掺杂区域14’的宽度(＜250-300μm)。该精细的对准图案34确保丝网40相对于衬底12精确定位。因此，部分覆盖过度掺杂区域14’的金属化轨迹16a可以精确沉积。金属化轨迹16a不延伸到过度掺杂区域14’外面，相反，它的中心位于后者上方。

对准图案34优选位于衬底的表面区域中，该表面区域从到晶片中心距离的一半位置开始(在圆形衬底的情况下)，并在接近晶片外边缘的位置结束。图案34的位置实现印刷丝网40的更精确对准。因此，避免在晶片的最外侧边缘上形成图案34，在最外侧边缘上，注入剂量和氧化层厚度控制的不是那么好。

上部电极，即发射极侧的电极的形成可以包括两个连续的丝网印刷步骤(通称为“叠印”和“双重印刷”的丝网印刷)。例如，第一步骤的目的是在过度掺杂区域14’上形成金属化轨迹16a，第二步骤的目的是形成电性结合轨迹16a的横向连接轨迹。

图5B显示了“双重”丝网印刷的情况下注入掩膜30的实施例。使用的掩膜30除了包括开口32a(对应于过度掺杂区域)和32b(用于将第一金属化步骤与丝网40对准的对准标记)，还包括一组附加的开口32c以形成附加图案。这些附加图案用于接收金属柱，所述金属柱反过来在第二金属化步骤中用作对准标记。为此，丝网40包括与这些金属柱相对应的附加开口。金属柱不与衬底的核心接触，因为注入区域14’较深，因此它们不会用作不需要的光子载流子的复合中心。

上面涉及选择性发射极电池描述的制造方法也适应于形成交错背接触电池。该方法在衬底的后表面，而不是在前面上执行，并且用于形成一个或多个过度掺杂层，这些过度掺杂层的导电型和相邻轻度掺杂区域的导电型相反。

图6显示了根据制造方法的第二种实施方式实施例获得的ICB(交错背接触)式光伏电池60。

该实施例考虑由n型掺杂的硅制成的衬底12，例如，其掺杂有磷。后表面12b的区域22首先是n+型掺杂的，即，相比形成电池基部的n型衬底而言更高度地掺杂(例如，增强磷掺杂)。优选地，区域22占据整个后表面12b，并在衬底12的表面上形成n+型掺杂层。

优选地，衬底12的前表面12a上也设置有n+掺杂区域23。一般而言，区域23比区域22的掺杂度低(但是高于衬底12)，和层22一样，区域23产生斥力场，该斥力场有利于衬底表面上的载流子较弱复合。出于相同的原因，衬底的侧翼也可以是n+型掺杂的。

举例来说，还可以通过在衬底的整个圆周(包括侧翼)上进行扩散POCl₃(接下来是移除磷玻璃)，或者通过在衬底的每个表面上注入电离磷原子或磷-氢类复合离子(PH+，PH²+等)(步骤F1)实现区域22和23的n+型掺杂。

接下来利用遮蔽掩膜，通过离子注入形成至少一个过度掺杂区域24和对准图案34(步骤F2)，所述至少一个过度掺杂区域24和对准图案34都是p型掺杂的(与衬底12的掺杂相反，例如，利用电离硼原子或硼-氢或硼-氟类复合离子)。

接下来形成p-n结，过度掺杂区域24形成IBC电池60的发射极。如图6所示，p型过度掺杂区域24可以与n型区域22相邻，也就是说，与区域22邻接或与区域22隔开一小段距离。事实上，在两个区域之间衬底的一部分保持原样，这能够改善光伏电池的电气性能。举例来说，掺杂区域22和过度掺杂区域24之间的间隔为200nm到300nm之间，其中区域22和24的宽度可以为0.5mm至1.5mm。

区域24优选在n型掺杂层22中形成。因此，在IBC电池的情况下，过度掺杂区域是第一导电型的区域，该第一导电型的区域在第二相反导电型的区域中形成，因此第一导电型“平衡”第二导电型。因此，该过度掺杂区域积聚第一类型的掺杂物和第二类型的掺杂物。

在图6中以截面图显示的IBC电池的实施例中，在层22中形成两个过度掺杂区域24。优选地，发射极的宽度l(区域24)为500μm和2mm之间。

步骤F3中的热处理能够激活区域22的n型掺杂物和区域24的p型掺杂物。该热处理的至少一部分在氧气中进行，从而在后表面12b上形成厚度变化的氧化层36b，覆盖图案34的氧化物部分和覆盖轻度掺杂区域22的氧化物部分之间具有至少10nm的差异。

激活退火温度优选为950℃到1100℃之间，从而完全激活硼原子。举例来说，热处理包括在没有氧气的情况下，周期t1小于30分钟，温度为大约1050℃的第一平稳状态，从而激活掺杂物；以及在存在干燥氧气流的情况下，周期t2小于30分钟，温度为800℃到900℃之间，或者在存在氧气流和水蒸气流(因为在以较低温度执行时，湿润氧化快于干燥氧化)的情况下，周期t2小于45分钟，温度为700℃到800℃之间(例如，720℃)的第二热平稳状态，以形成层36b。

适用于IBC电池的掺杂物浓度范围C1/C2(或者离子注入剂量D1/D2)和选择性发射极电池的基本上相同。

氧化层36b接下来被抗反射层18’覆盖，从而区分两种类型的掺杂区域22，24和对准图案(步骤F4)。抗反射层18’优选由和覆盖暴露给太阳辐射的前表面12a的层18的材料相同的材料形成，例如由SiN形成。

最后，电极26a和26b沉积在SiN层18’上，分别朝向掺杂区域22(n)和24(p)(步骤F5)。这些电极优选借助丝网，通过丝网印刷沉积，所述丝网通过图案34与衬底对准。

通过这种方式，只使用单个掩膜(即，单个注入步骤)以同时限定IBC电池的n型区域和p型区域。与传统方法相比，这极大地简化了这些电池的制造方法，传统方法包括两个连续的注入步骤，分别使用不同的掩膜执行。

图7A和7B分别以底视图(后表面)显示了在掺杂区域22-24上沉积电极26a-26b之前和之后的IBC电池的实施例。每个电极26a，26b的金属轨迹整体上为矩形(类似于电池的圆周)并且互相连接。此外，电极26a的轨迹与电极26b的轨迹交错，因此电极互相交织。三个离散的对准标记34分布在电池的表面上，并且和过度掺杂区域24同时形成。

形成IBC电池的方法可以包括注入F2和热处理F3之间的可选清洁步骤，从而去除与注入相关的任何表面污染物和/或表面缺陷。举例来说，该步骤利用“SC1”或“SC2”式标准清洁过程执行。

对于本领域技术人员而言，上述制造方法的众多变体和修改是显而易见的。特别地，半导体材料而非硅可以用作制造这些光伏电池的基部。特别地，可以使用由锗(其氧化物为GeO或GeO₂)，或硅-锗合金制成的衬底。掺杂类型自然也可以互换，例如，在选择性发射极电池的情况下考虑使用n型衬底而不是p型衬底(在IBC电池的情况下，使用p型衬底而不是n型衬底)。

最后，根据本发明的制造方法不限于特定化学类型的掺杂物，上面提到的硼和磷只是举例说明而已。可以使用给定类型的两种掺杂物，一起使用或单独使用。例如，可以选择磷和砷来掺杂相同导电型的两个不同区域(即，区域14’中掺杂磷，区域14中掺杂砷)。注入的掺杂物离子可以是由已知前驱气体，例如PH₃，AsH₃，BF₃和B₂H₆形成的复合离子，例如氢化磷离子(PH⁺，PH²⁺等)或者氟化硼离子(BF²⁺)。