使用耐蚀膜的太阳能电池发射极区域的制备
【技术领域】
[0001]本发明的实施例涉及可再生能源领域，并且具体地讲，涉及使用耐蚀膜的太阳能电池发射极区域的制备方法和所得太阳能电池。
【背景技术】
[0002]光伏电池(常被称为太阳能电池)是熟知的用于将太阳辐射直接转化为电能的器件。一般来讲，使用半导体加工技术在基板的表面附近形成P-η结而将太阳能电池制备在半导体晶片或基板上。冲击在基板表面上并进入基板内的太阳辐射在基板主体中形成电子和空穴对。电子和空穴对迀移至基板中的P掺杂区域和η掺杂区域，从而在掺杂区域之间产生电压差。将掺杂区域连接到太阳能电池上的导电区域，以将电流从电池引导至与其耦合的外部电路。
[0003]效率是太阳能电池的重要特性，因其直接与太阳能电池发电的能力有关。同样，制备太阳能电池的效率直接与此类太阳能电池的成本效益有关。因此，提高太阳能电池效率的技术或提高制备太阳能电池效率的技术是普遍所需的。本发明的一些实施例允许通过提供用于制备太阳能电池结构的新型工艺而提高太阳能电池的制造效率。通过提供新型太阳能电池结构，本发明的一些实施例允许用于提高太阳能电池效率。
【附图说明】
[0004]图1A至图1G示出了根据本发明实施例的太阳能电池制备中的各个阶段的剖视图。
[0005]图2Α和图2Β示出了太阳能电池制备中的各个阶段的剖视图。
[0006]图3Α至图3Ε示出了根据本发明实施例的太阳能电池制备中
[0007]的各个阶段的剖视图。
[0008]图4Α至图4D示出了太阳能电池制备中的各个阶段的剖视图。
[0009]图5Α至图5Ε示出了根据本发明实施例的太阳能电池制备中的各个阶段的剖视图。
【具体实施方式】
[0010]本文描述了使用耐蚀膜的太阳能电池发射极区域的制备方法和所得太阳能电池。在下面的描述中，给出了许多具体细节，例如具体的工艺流程操作，以形成对本发明的实施例的透彻理解。对本领域的技术人员将显而易见的是在没有这些具体细节的情况下可实施本发明的实施例。在其他情况中，没有详细地描述熟知的技术，如平版印刷和图案化技术，以避免不必要地使本发明的实施例难以理解。此外，应当理解，图中所示的多种实施例是示例性的并且未必按比例绘制。
[0011]本文公开了制备太阳能电池的方法。在一个实施例中，制备太阳能电池的发射极区域的方法包括在太阳能电池基板的第一表面上形成多个N型掺杂硅纳米粒子区域。含P型掺杂剂层形成在多个N型掺杂硅纳米粒子区域上和N型掺杂硅纳米粒子区域之间的基板第一表面上。封盖层形成在含P型掺杂剂层上。耐蚀层形成在封盖层上。蚀刻与基板的第一表面相对的第二表面，以使基板的第二表面纹理化。耐蚀层在蚀刻期间保护封盖层和含P型掺杂剂层。在另一个实施例中，制备太阳能电池的发射极区域的方法包括在太阳能电池基板的第一表面上形成N型掺杂剂源膜的多个区域。含P型掺杂剂层形成在N型掺杂剂源膜的多个区域上和基板在N型掺杂剂源膜各区域之间的第一表面上。耐蚀层形成在含P型掺杂剂层上。蚀刻与基板的第一表面相对的第二表面，以使基板的第二表面纹理化。耐蚀层在蚀刻期间保护含P型掺杂剂层。
[0012]本文还公开了太阳能电池。在一个实施例中，太阳能电池的发射极区域包括设置在太阳能电池基板的第一表面上的多个N型掺杂硅纳米粒子区域。对应的N型扩散区设置在基板中。含P型掺杂剂层设置在多个N型掺杂硅纳米粒子区域上和N型掺杂硅纳米粒子区域之间的基板第一表面上。对应的P型扩散区设置在N型扩散区之间的基板中。封盖层设置在含P型掺杂剂层上。耐蚀层设置在封盖层上。第一组金属触点被设置成穿过耐蚀层、封盖层、含P型掺杂剂层和多个N型掺杂硅纳米粒子区域，并且到达N型散区。第二组金属触点被设置成穿过耐蚀层、封盖层和含P型掺杂剂层，并且到达P型扩散区。
[0013]在第一方面，一个或多个具体实施例涉及在随机纹理化(rantex)操作之前提供氮化硅(SiNx)的底部抗反射涂层(bARC)沉积或防潮层，或两者。在这种方法中，SiNx层可在随机纹理化蚀刻期间用作抗蚀剂。一般来讲，在开发用于块状基板太阳能电池制备的可丝网印刷的掺杂剂的过程中，一个技术问题涉及使掺杂剂源材料在随机纹理化蚀刻期间保持完整，以使其可用于后续的掺杂剂驱动扩散操作。以往曾尝试使用厚硅玻璃氧化物层防止蚀刻并在损坏性蚀刻之后将纹理蚀刻转变为单面蚀刻。实现掺杂剂源耐蚀性的其他方法包括重新制定材料配方以增加耐蚀性，在沉积含P型掺杂剂层或封盖之前使膜致密化，以及使用单面纹理化技术。然而，需要时间才能开发这些方法，并且其中一些方法需要新的设备，这使得它们不是适合改进到现有工厂中的理想方法。
[0014]更具体地讲，在第二方面的一个或多个实施例满足了增强掺杂剂膜叠堆对随机纹理化的抵抗性的需求。在具体实施例中，由于层在例如KOH中具有低(无法检测的)蚀刻速率，因此使用了等离子体增强化学气相沉积(PECVD) SiNx。此外，由于PECVD SiNx可在基于块状基板的太阳能电池中被用作bARC层，因此可以保持现有的设备组和体系结构，同时通过在沉积含P型掺杂剂层之后且在随机纹理化之前移动bARC沉积物以增强膜叠堆的耐蚀性。所得改善的耐蚀性对于容易在KOH中蚀刻的掺杂剂材料膜叠堆而言可能尤为重要。此外，SiNx层可增大对已经形成的基础层的缺陷进行填补的优势，其中存在的缺陷由SiNx层覆盖和密封。
[0015]虽然例如无掺杂的硅酸盐玻璃(USG)层具有比Si低的蚀刻速率，但在随机纹理化过程中通常有接近2000埃的USG被蚀刻。在膜叠堆顶部上存在SiNj^情况下，可以减小USG层的厚度(以及由此产生的操作成本)。包含SiNx层也可提高标准膜叠堆的稳健性程度。在一个实施例中，用于使操作减少的当前处理的修改形式还包括通过PECVD沉积掺杂的层(例如，BSG或PSG)。另一个选择是将掺杂的SiNx = B或SiNx = P层用作扩散的掺杂剂源。由于SiNx在KOH中的低蚀刻速率，因此这些层可被形成为较薄，同时淘汰了掺杂剂膜沉积设备，转而支持使用PECVD bARC设备。在一个这样的实施例中，可连同诸如掺杂剂膜致密化的其他方法实施PECVD SiNJl以增加抗随机纹理化性。
[0016]例如，图1A至图1G示出了根据本发明实施例的太阳能电池制备中的各个阶段的剖视图。
[0017]参见图1A，制备太阳能电池的发射极区域的方法包括在太阳能电池的基板100的第一表面101上形成多个N型掺杂硅纳米粒子区域102。在一个实施例中，基板100为块状硅基板，诸如块状单晶N型掺杂的硅基板。然而，应当理解，基板100可以是设置在整个太阳能电池基板上的层，诸如多晶硅层。
[0018]在一个实施例中，通过在基板100的第一表面101上印刷或旋涂磷掺杂的硅纳米粒子来形成多个N型掺杂娃纳米粒子区域102。在一个这样的实施例中，磷掺杂的娃纳米粒子具有大约在5-100纳米范围内的平均粒度和大约在10-50%范围内的孔隙率。在一个这样的具体实施例中，在存在可于以后蒸发或烧尽的载体溶剂或流体的情况下递送磷掺杂的硅纳米粒子。在一个实施例中，在使用丝网印刷工艺时，可为优选的是使用具有高粘度的液体源进行递送，因为使用低粘度的液体可导致渗色，进而导致限定区域的分辨率降低。
[0019]参见图1B，该方法还包括在多个N型掺杂硅纳米粒子区域102上以及基板100在N型掺杂硅纳米粒子区域102之间的第一表面101上形成含P型掺杂剂层104。在一个实施例中，含P型掺杂剂层104为硼硅酸盐玻璃(BSG)层。
[0020]参见图1C，该方法还包括在含P型掺杂剂层104上形成耐蚀层106。在一个实施例中，耐蚀层106为氮化硅层。氮化硅层可为完整的化学计量(Si3N4)或另一种合适的S1:N化学计量，任一情况均通过SiNx表示。
[0021]参见图1D，该方法还包括蚀刻与基板100的第一表面101相对的第二表面120以提供基板100的纹理化第二表面122。纹理化表面可为具有规则或不规则形状的表面，其用于散射入射光、减少从太阳能电池的光接收表面反射离开的光量。在一个实施例中，使用湿式蚀刻工艺(诸如基于氢氧化钾的碱性蚀刻)进行蚀刻。在一个实施例中，耐蚀层106在蚀刻期间保护含P型掺杂剂层104。
[0022]参见图1E，在一个实施例中，该方法还包括在形成含P型掺杂剂层104之后，加热基板100以使N型掺杂剂从N型掺杂硅纳米粒子区域102扩散，并在基板100中形成对应的N型扩散区108。另外，使P型掺杂剂从含P型掺杂剂层104扩散以在N型扩散区108之间的基板100中形成对应的P型扩散区110。
[0023]在一个实施例中，在大约850-1100摄氏度范围内的温度下进行加热，持续时间大约在1-100分钟范围内。在一个这样的实施例中，在用于提供基板100的纹理化第二表面122的蚀刻之后进行加热，如图1D和图1E所示。
[0024]参见图1F，在一个实施例中，该方法还包括在蚀刻基板100的第二表面之后，在基板100的纹理化第二表面122上形成抗反射涂层130。
[0025]参见图1G，在一个实施例中，基板100的第一表面101为太阳能电池的背表面，基板100的纹理化第二表面122为太阳能电池的光接收表面，并且该方法还包括形成到N型扩散区108和P型扩散区110的金属触点112。在一个这样的实施例中，触点112形成在绝缘层114的开口中，并且穿过N型掺杂硅纳米粒子102、含