具有防止补偿掺杂的太阳能电池的制造
【专利说明】具有防止补偿掺杂的太阳能电池的制造
[0001 ] 本申请是基于申请日为2011年04月22日、申请号为201180032257.X(国际申请号为PCT/US2011/033613)、发明创造名称为“具有防止补偿掺杂的太阳能电池的制造”的中国专利申请的分案申请。
[0002]与联邦政府资助的研究或开发相关的声明
[0003]本公开是在政府支持下按照美国能源部授予的第DEFC36-07G017043号合同进行。
[0004]发明背景
[0005]1.
技术领域
[0006 ]本发明整体涉及太阳能电池，特别是但不排他地涉及太阳能电池制造工艺和结构。
[0007]2.
【背景技术】
[0008]太阳能电池是熟知的用于将太阳辐射转换成电能的装置。它们可以在半导体晶片上用半导体加工技术制造而成。太阳能电池括P型和N型扩散区。投射在太阳能电池上的太阳辐射产生迀移至扩散区的电子和空穴，从而在扩散区之间形成电压差。在背接触太阳能电池中，扩散区和与它们相连的金属触指均位于太阳能电池的背面上。金属触指允许将外部电路连接到太阳能电池上并由太阳能电池提供电力。
[0009]效率是太阳能电池的一个重要性能，因为这直接关系到太阳能电池的发电能力。相应的，用于改进太阳能电池效率的技术是广泛期望的。此外，还期望降低制造太阳能电池的成本，从而使它们相对其它能源具有竞争力。
【发明内容】
[0010]在一个实施例中，一种太阳能电池制造工艺包括在太阳能电池衬底的背面上的多晶硅层上印刷掺杂物源。对掺杂物源进行固化，以将来自掺杂物源的掺杂物扩散至多晶硅层中，从而形成扩散区，并对掺杂物源进行交联，以使它们对后面执行的纹理化工艺具有抵抗性。为了防止补偿掺杂(counterdoping)，阻止来自其中一个掺杂物源的掺杂物释放气体并扩散到其它掺杂物源中。例如，来自N型掺杂物源的磷被阻止扩散到包括硼的P型掺杂物源中。
[0011]本领域的普通技术人员在阅读包括附图和权利要求书的本公开全文之后，本发明的这些和其他特征对于他们而言将是显而易见的。
【附图说明】
[0012]图1-图5展示了多个截面图，其示意性地示出了根据本发明的一个实施例的太阳能电池的制造。
[0013]图6示意性地展示了根据本发明的一个实施例的防止补偿掺杂的腔室的净化。
[0014]图7和图8展示了多个截面图，其示意性地示出了根据本发明的一个实施例的几个选择性的处理步骤，其中包括在掺杂物源上形成覆盖层。
[0015]不同附图中的相同的参考标号表示相同或相似的组件。
【具体实施方式】
[0016]在本公开中，提供了很多具体说明，如装置、工艺参数、材料、处理步骤、结构，以对本发明的各个实施例提供透彻的了解。但是，领域内的技术人员将会认识到，可在没有这些具体细节中的一个或多个的情况下实践本发明。在其他实例下，没有示出或描述已知细节以免混淆本发明的各方面。
[0017]图1-图5展示了多个截面图，其示意性地示出了根据本发明的一个实施例的太阳能电池的制造。在图1-图5以及图7、图8的实例中，所制造的太阳能电池是背接触太阳能电池，其中太阳能电池的P型和N型扩散区以及相应的金属触指形成于太阳能电池衬底的背面上。
[0018]图1-5示意性地示出了一个流程，其包括下面的处理步骤:
[0019]a)损伤蚀刻步骤
[0020]b)多晶硅淀积
[0021]c)印刷掺杂物源
[0022]d)固化步骤段
[0023]e)沟槽形成
[0024]f)纹理化步骤
[0025]在该实例中，以所展示的顺序执行上面所述处理步骤。需要注意的是，为了清晰，省去了其它对于本发明的理解不是必须的处理步骤。例如，其它处理步骤，如为P型和N型扩散区构造金属触点，其位于纹理化工艺后，用于完成太阳能电池的制造。
[0026]图1展示了太阳能电池衬底101，其具有背面102和正面103。在正常工作期间，正面103朝向太阳，用于采集太阳辐射。背面102与正面103相对。准备衬底101用于在损伤蚀刻过程中处理成为太阳能电池。在该实例中，衬底101包括N型硅晶片，由于晶片供应商所使用的锯割过程是从衬底101的硅锭对其进行切割的，因而通常得到的硅晶片的表面是损伤的。如从供应商所得到的，衬底101的厚度可以是大约100至200微米。在一个实施例中，损伤蚀刻步骤包括利用包括氢氧化钾的湿蚀刻工艺，从衬底101的每侧去除大约10至20微米。损伤蚀刻步骤还可包括清洗衬底101，从而去除金属污染。在衬底101的正面和背面形成介电薄层(未标示)。该介电薄层包括在衬底101的两面都热生长厚度小于或等于20埃(例如，16埃)的二氧化硅。衬底101的正表面及形成于其上面的材料也被称为位于太阳能电池的正面上，因为在正常工作期间，它们朝向太阳，用于接收太阳辐射。同样，衬底101的背表面及形成于其上面的材料也被称为位于太阳能电池的与正面相对的背面上。
[0027]在图2中，多晶硅层104形成于衬底101的背面102上的介电薄层上。通过低压化学汽相淀积，在制造过程的该阶段无掺杂物的多晶硅层104的厚度可被制作为大约2200埃。
[0028]在图3中，将掺杂物源105和106印刷在多晶硅层104上。在下文可更加清晰地显现的是，掺杂物源105和106提供掺杂物，用于在太阳能电池背面上的多晶硅层104中形成扩散区。掺杂物源105和106可用于形成任何已知的太阳能电池，但是图3中只展示了其中的一个，以进行清晰的图示。
[0029]包括可印刷印料的掺杂物源105和106具有不同的导电类型。在图3的实例中，掺杂物源105是P型掺杂物源，而掺杂物源106是N型掺杂物源。通过印刷，如喷墨印刷或丝网印届1J，掺杂物源105和106形成于多晶娃层104上。喷墨印刷有利于允许喷墨印刷喷嘴在衬底101上一次就能够同时印刷掺杂物源105和106。也可在独立的过程中分别印刷掺杂物源105和106，这取决于工艺。
[0030]在图4中，执行固化步骤，从而交联掺杂物源105、交联掺杂物源106、将掺杂物源105的掺杂物扩散到多晶硅层104中以在多晶硅层104中形成P型扩散区107、将掺杂物源106的掺杂物扩散到多晶硅层104中以在多晶硅层104中形成N型扩散区108。由于在多晶硅层104上具有多个掺杂物源105和106，因此在多晶硅层104中具有多个P型扩散区107和N型扩散区108。交联掺杂物源105和交联掺杂物源106使得掺杂物源105和106更耐久和坚韧，以承受随后的执行于太阳能电池的沟槽和正面上的纹理化步骤(参见图5)。交联和扩散执行于同一固化步骤中以减少工艺步骤的数量，从而降低太阳能电池的制造成本。固化步骤可在600°C至1100°C之间的温度范围内(例如，950°C)执行大约30分钟。
[0031]为了改善太阳能电池的性能，执行固化步骤时使得来自掺杂物源106的N型掺杂物至P型掺杂物源105的扩散被阻止或最小化。发明人进行的研究指出，在固化步骤，来自掺杂物源106的N型掺杂物可补偿掺杂掺杂物源105中的P型掺杂物。发明人发现，补偿掺杂源于N型掺杂物(在该实例中包括磷)排出气体进入P型掺杂物(在该实例中包括硼)。在某些情况下，P型掺杂物源105中产生的磷的浓度大于硼的浓度。发明人还发现，来自掺杂物源106的N型掺杂物可掺杂P型扩散区107与N型扩散区108之间的区域(在图4中标记为112)。补偿掺杂，即来自掺杂物源106的N型掺杂物扩散至P型掺杂物源105中，由于降低了太阳能电池衬底101的寿