r>[0128]对多晶娃晶片应用多层ARC已经表明了，使用标准商业级ρ型多晶娃晶片的效率在17%附近。适合的制造过程的示例如下:
[0129]1.ρ型晶片11的前表面(或光接收表面)的各向同性纹理化12 ;
[0130]2.η型掺杂剂13的前表面扩散；
[0131]3.边缘结隔离/psg去除；
[0132]4.通过PECVD在前表面上的四层ARC沉积；
[0133]a.100埃富氢氮化硅14 ；
[0134]b.180埃折射率为1.5-1.6的氮氧化娃15 ；
[0135]c.400埃折射率为2.0-2.1的氮化硅16 ；
[0136]d.可选的附加掺杂剂包含层17 ;(如果掺杂剂还未包括在已经沉积的层中并且后续不涂覆附加的分离的掺杂剂层，则可以使用该层)，其中折射率在光学上与在模块形成期间要使用的密封剂匹配，以消除在激光掺杂工艺之后去除掺杂剂源层的需要
[0137]5.针对背接触18，具有铝的丝网印刷背面(非光接收表面)；
[0138]6.通过铝/硅合金形成以及液相外延，将背面烧成到烧结背接触18并形成背表面场19 ；
[0139]7.可选地(如果省略步骤4d)，对前表面施加η型掺杂剂源21 (液体磷，或者为了消除在激光掺杂工艺之后去除掺杂剂源层的需要，折射率在光学上与在模块形成期间要使用的密封剂匹配的其他掺杂剂包含源)；
[0140]8.局部化区域中硅的激光掺杂，以形成用于形成自对准前表面金属接触的重度掺杂(η+)区域22 ；
[0141]9.在针对前表面接触的激光掺杂η+区域22上镀镍23层；
[0142]10.镍23的烧结;
[0143]11.在镍23上镀铜24和锡25 (或银)层；
[0144]上述处理过程产生图1的具有选择性发射极的高性能太阳能电池结构，其提供直接在金属接触之下的重度硅掺杂。四层ARC(包括步骤4d掺杂源)在光学方面性能良好，密封之后与单层ARC相比仅具有大约1%的反射增加，其中该单层包括具有与第三层相同的折射率以及最优厚度的氮化硅。在缺陷产生方面，在激光掺杂期间，紧邻已熔化区域的区域被加热到几乎1400摄氏度，但是遇到由于第二层(在步骤4b中沉积的)的较低热膨胀而引起的最小缺陷产生，避免了施加于硅表面的显著张力。第一层(在步骤4a中沉积的)包含大量原子氢，促进沉积工艺期间以及铝背接触的烧成过程中短高温度处理期间多晶硅的表面和晶粒边界钝化。
[0145]先前具有选择性发射极的多晶硅太阳能电池的大量商业制造还是不可实现的。即使具有用于局部化硅掺杂的激光掺杂技术的优点，出于以下原因制作高性能选择性发射极太阳能电池的先前尝试也是失败的:
[0146]1.SLARC的使用导致在激光掺杂工艺期间由于ARC材料的高热膨胀系数将硅表面置于张力下而引起与熔化区域并置的过度缺陷产生；
[0147]2.代替氮化硅层而使用最优厚度的Si02层能够避免缺陷产生，但是由于其较低折射率导致不可接受的高水平表面反射，造成不良光学特性；
[0148]3.在氮化硅沉积之前典型地180埃厚度的薄热生长Si02层已经能够克服与硅和氮化硅之间的热膨胀失配有关的问题，但是引入了三个其他问题。首先，其包括不能在PECVD系统中进行的附加工艺，因为这种热生长氧化物需要超过900度的温度。其次，Si02生长期间对这种高温度的需求通常破坏多晶硅晶片。第三，Si02层用作针对原子氢的屏障，防止原子氢从氮化硅层传递到需要进行晶粒边界钝化的硅中。
[0149]仍合并了传统SLARC技术的方法包括如下修改上述示例过程的步骤4，以在传统SLARC之后涂覆膨胀失配校正材料层:
[0150]4 ’.通过PECVD在前表面上的四层ARC沉积；
[0151]a.100埃富氢氮化硅(可选)；
[0152]b.600埃折射率为2.0-2.1的氮化硅；
[0153]c.1000埃折射率为1.5-1.6的二氧化硅或氮化硅。可选地，该层可以包括针对激光掺杂步骤(步骤8)的掺杂剂。折射率在光学上与模块形成期间要使用的密封剂匹配，以消除在激光掺杂工艺之前去除掺杂剂源层的需要，或者可选地可以在完成热处理之后去除该层。还应注意到上述4a和4b潜在地可以与该实施例相结合，以成为大约700埃厚度的单层氮化硅。
[0154]如果满足特定条件，则可以使用促进零厚度的第一(即，钝化)层的当前多层ARC的变型，以消除对这种高质量表面钝化的需要。这些包括:
[0155]a)首先，器件仅需要实现低于650mV的相对低电压，因此不需要相同质量的表面钝化；
[0156]b)其次，具有扩散表面的器件，扩散表面减少对这种低表面复合速度的需要，以实现针对器件的给定开路电压；
[0157]c)第三，具有小于1微米深度的浅结的器件，使得与当使用步骤4a中的第一层相比较时低的表面复合速度对于从接近300-500nm的短光波长产生的电荷载流子的收集概率不具有严重结果；以及
[0158]d)第四，在将原子氢合并到步骤4b中沉积的层中且使得该层足够薄，使得不用作太严格的屏障导致原子氢无法传递至硅中以钝化晶粒边界的情况下，将氮化硅层沉积到晶片的背面，以提供针对晶粒钝化的氢源。
[0159]多层ARC的潜在使用的另一示例是关于单晶硅材料，其中不需要晶粒边界钝化。在这种情况下，在步骤4a中沉积的第一层可以薄很多，因为需要少得多的原子氢。通过使该层更薄，同样可接受的是，通过使该层富含硅使该层的折射率远超过氮化硅的折射率，而不必担心对光的短波长的过度吸收。更高折射率层提供具有更低界面缺陷密度的更好表面钝化，这在利用更高质量单晶硅晶片可行的高电压器件中是重要的。在多层ARC的这种实现方式中，第二和第三层仍执行上述示例中描述的功能，并且可以具有如前所述的沉积参数。
[0160]在使用多层ARC的另一示例中，如果使用热扩散来代替激光掺杂，来产生金属接触下的重度掺杂区域，则ARC可以用作扩散掩模。在这种情况下，ARC的第三层需要相当厚，因为掺杂剂也扩散到氮化硅层以及暴露的硅中，除非例如通过对掺杂剂的喷墨印刷选择性地将掺杂剂沉积在局部化区域中。在任一情况下，同样需要低热膨胀系数的第二层，以防止在热扩散工艺期间硅表面被置于张力下。
[0161]本领域技术人员将认识到，在不背离广义描述的本发明范围的前提下，可以对特定实施例中所示的本发明进行各种变型和/或修改。因此这些实施例在所有方面应视为示意性的而不是限制性的。
【主权项】
1.一种包括多层抗反射涂层的晶体硅太阳能电池，其中，所述太阳能电池的半导体材料包括晶体娃，所述太阳能电池包括: 其中形成有结的半导体材料结构，抗反射涂层位于半导体材料结构的光接收表面上，并且包括热膨胀失配校正材料的薄层以提供热膨胀系数失配校正，该热膨胀失配校正材料的薄层包括100-300埃厚度范围内的二氧化硅或氮氧化硅层，并且其热膨胀系数小于或等于半导体材料的热膨胀系数；以及 抗反射层，位于所述热膨胀失配校正材料上，具有被选择为与半导体材料结构相匹配的折射率和厚度，以向太阳能电池提供抗反射特性； 开口，设置在多层涂层内，通过形成在多层涂层内的开口中的板状金属接触来接触半导体材料的掺杂表面区域。2.根据权利要求1所述的太阳能电池，其中，在形成热膨胀失配校正层之前，通过介电层表面钝化涂层，来钝化半导体材料结构的光接收表面。3.根据权利要求2所述的太阳能电池，其中，介电层表面钝化涂层包括10到200埃厚度范围内的薄氮化硅层，热膨胀失配校正层位于介电层钝化涂层之上。4.根据权利要求3所述的太阳能电池，其中所述抗反射层包括300到800埃厚度范围内的氮化硅层。5.根据权利要求2所述的太阳能电池，其中，附加掺杂剂源层位于抗反射层之上。6.根据权利要求5所述的太阳能电池，其中，附加掺杂剂源层具有近似1.5的折射率，该折射率在光学上与后续施加的密封剂材料相匹配。7.—种在包括晶体硅的太阳能电池上制造多层抗反射涂层的方法，所述太阳能电池包括其中形成有结的半导体材料结构，抗反射涂层在半导体材料结构的光接收表面上形成，并且所述方法包括: 将100-300埃厚度范围内的二氧化硅或氮氧化硅层形成为热膨胀失配校正材料的薄层以提供热膨胀系数失配校正，该热膨胀失配校正材料的薄层的热膨胀系数小于或等于半导体材料的热膨胀系数；以及 在热膨胀失配校正材料上形成抗反射层，该抗反射层被选择为具有使抗反射层与半导体材料结构光学匹配的折射率和厚度，以向太阳能电池赋予良好的总抗反射特性。8.根据权利要求7所述的方法，其中，在形成热膨胀失配校正层之前，通过对半导体材料结构的光接收表面的表面处理，来钝化光接收表面，该钝化处理包括介电层表面涂覆。9.根据权利要求8所述的方法，其中所述表面钝化处理包括:在形成热膨胀失配校正层和抗反射层之前，形成10到200埃厚度范围内的薄氮化硅层，抗反射层包括300到800埃厚度范围内的氮化硅层。10.根据权利要求8所述的方法，其中，将附加掺杂剂源层施加在抗反射层的顶部，该附加掺杂剂源层形成为折射率近似1.5，以在光学上与后续施加的密封剂材料相匹配。11.根据权利要求10所述的方法，其中，在使用掺杂剂源层的掺杂剂形成掺杂的表面区域之后，去除所述附加掺杂剂源层。12.根据权利要求7所述的方法，其中在形成抗反射涂层之后，在光接收表面上执行激光热处理。
【专利摘要】通过以下方式在半导体器件制造期间在该半导体器件的表面上掺杂半导体材料的表面区域：利用介电材料表面层来涂覆半导体材料的表面区域，以及对待掺杂区中半导体材料的表面进行局部加热，以局部地熔化半导体材料，在存在掺杂剂源的情况下执行所述熔化。以受控方式来执行所述加热，使得待掺杂区中的半导体材料的表面的区域在多于一微秒的时间段上保持在熔化状态，而不会再凝结。来自掺杂剂源的掺杂剂被吸收到熔化的半导体中。半导体器件包括其中形成结的半导体材料结构，并且包括多层抗反射涂层。抗反射涂层位于半导体材料结构的光接收表面上，并且包括热膨胀失配校正材料的薄层以提供热膨胀系数失配校正，该热膨胀失配校正材料的热膨胀系数小于或等于半导体材料的热膨胀系数。提供具有被选择为与半导体材料结构匹配的折射率和厚度的抗反射层，以向太阳能电池赋予良好的总抗反射特性。
【IPC分类】H01L31/0216, H01L21/268
【公开号】CN105304728
【申请号】CN201510357615
【发明人】艾莉森·玛里·韦纳姆, 齐夫·汉梅里, 季静佳, 利·梅, 施正荣, 布迪·贾约诺, 斯图尔特·罗斯·韦纳姆
【申请人】新南创新私人有限公司, 尚德国际有限责任公司
【公开日】2016年2月3日
【申请日】2010年2月11日
【公告号】CN102484051A, CN102484051B, EP2396810A1, EP2396810A4, EP2396810B1, US9136126, US20120125424, WO2010091466A1, WO2010091466A8