背接触太阳能电池的制造方法
【专利摘要】一种背接触太阳能电池的制造方法，包含：以热扩散法同时于一半导体基板的一背表面形成一第一掺杂区以及于该半导体基板的一受光面形成一第二掺杂区；移除该第二掺杂区；以离子布值法对该背表面的一第一子区域进行掺杂以形成一射极区；对移除该第二掺杂区后的该受光面进行再蚀刻以提高该受光面的抗反射率；以及形成互相分离的一第一电极及一第二电极，且该第一电极与该第二电极分别与背接触太阳能电池的射极区与背表面电场区连接。
【专利说明】
背接触太阳能电池的制造方法
技术领域
[0001]本发明是有关于一种背接触太阳能电池(back contact solar cell)的制造方法，特别是指一种晶体娃(crystalline silicon)背接触太阳能电池的制造方法。
现有技术
[0002]如图1所示，其为现有背接触太阳能电池90的局部剖面结构，包含一 η型晶体硅半导体基板91，一 P型射极区921 (emitter)和一 η型背表面电场区922 (back surfacefield)，以及分别与该射极区921及该背表面电场区922连接的一第一电极931及一第二电极932。由于背接触太阳能电池90的电极皆设置于半导体基板91的背表面911上，其受光面912并无电极遮蔽，此结构有利于光线吸收及转换效率的提尚。为进一步提尚效能，背表面911之上设有钝化层941，第一电极931及第二电极932透过钝化层941的开孔分别连接于射极区921及背表面电场区922，并且受光面912的表面为粗糙结构，且设有抗反射层942，抗反射层942之下则设有η型前表面电场区923 (front surface field) ο
[0003]若对于前述p型、η型掺杂区都以热扩散法(diffus1n)形成的背接触太阳能电池来说，因于制程中需额外形成遮罩层以定义掺杂区域，制程步骤较多且不易降低成本。而另一种形成掺杂区的方式则是采取离子布植法，可以直接对基板表面的局部形成掺杂，不需要于基板表面上先形成用于定义图形的遮罩层，因此可减少制程步骤。
[0004]然而，在减少制程步骤的同时，如何维持受光面的抗反射率不受影响，以及减少硅基板中的杂质影响，仍是待改进的问题。
【发明内容】
[0005]因此，本发明的目的，即在提供一种背接触太阳能电池的制造方法，兼采热扩散法及离子布植法对该背接触太阳能电池的基板进行掺杂，并搭配适合的制程顺序，在简化制程步骤的同时，又可使该太阳能电池的转换效率不因受光面粗糙结构受损以及基板内部杂质过多而受影响。
[0006]本发明的背接触太阳能电池的制造方法，包含以一热扩散制程同时于一半导体基板的一背表面形成一第一掺杂区以及于该半导体基板的一受光面形成一第二掺杂区；以一第一蚀刻制程移除该第二掺杂区；以一第一离子布植制程对该背表面的一第一子区域进行掺杂以形成一射极区；于该第一蚀刻制程后以一第二蚀刻制程对已移除该第二掺杂区的该受光面进行再蚀刻以提高该受光面的抗反射率；以及以一金属化制程于该背表面上形成互相分离的一第一电极及一第二电极，其中该第一子区域之外的该第一掺杂区形成一背表面电场区，且该第一电极与该第二电极分别于该射极区与该背表面电场区连接。
[0007]本发明的功效在于:以一较简单的制程完成一背接触太阳能电池，且确保其受光面粗糙结构的完整以提高抗反射率，除此之外，该制程同时可达减少基板中杂质的效果，使电池效率进一步提升。
【附图说明】
[0008]本发明的其它的特征及功效，将于参照附图的实施方式中清楚地呈现，其中:
图1是一现有背接触太阳能电池的局部剖面结构；
图2是本发明的第一较佳实施例的背接触太阳能电池的制造方法；
图3(a)~3(h)是本发明的第一较佳实施例的背接触太阳能电池的制造方法于制造流程中所对应的背接触太阳能电池的局部剖面结构；
图4是本发明的第二较佳实施例的背接触太阳能电池的制造方法；以及图5(a)~5(j)是本发明的第二较佳实施例的背接触太阳能电池的制造方法于制造流程中所对应的背接触太阳能电池的局部剖面结构。
[0009]【符号说明】
10背接触太阳能电池
11半导体基板
111背表面
112受光面
121射极区
122背表面电场区
123前表面电场区
131第一电极
132第二电极 141 钝化层
1411 第一钝化层开口 1421 第二钝化层开口
211第一掺杂区
212第二掺杂区
22离子布植屏蔽
23蚀刻遮罩层 Illa 第一子区域
10’背接触太阳能电池
121’ 射极区 122’ 背表面电场区 111a’ 第一子区域 Illb 第一凹陷区 Illbl 底面区 lllb2 侧壁区 23a 第一子蚀刻遮罩层 23b第二子蚀刻遮罩层。
【具体实施方式】
[0010]在本发明被详细描述之前，应当注意在以下的说明内容中，类似的元件是以相同的编号来表不。
[0011]请参阅图2及图3(a)~3(h)，其为本发明的的第一较佳实施例的背接触太阳能电池10的制造方法及相关制造过程中所对应的背接触太阳能电池的局部剖面结构，本实施例的背接触太阳能电池制造方法包含以下步骤:
基板清洁制程(步骤SI)，包含准备一半导体基板11，其具有受光面112与背表面
111(如图3 (a)所示)，以及以化学湿蚀刻方式去除半导体基板11表面上的线痕及污垢，本实施例中，该半导体基板11为一 η型晶体娃基板。
[0012]热扩散制程(步骤S2)，对半导体基板11进行双面热扩散，即对半导体基板11的背表面111及受光面112皆进行掺杂而分别形成整面性的一第一掺杂区211及一第二掺杂区212 (如图3(b)所示)，具体来说，本实施例为将半导体基板11置于一加热炉管中，并以三溴化硼(BBr3)作为掺杂源，使半导体基板11的两表面分别形成硼掺杂区211、212。此时，于两硼掺杂区之上并会同时形成图上未绘出的硼娃玻璃层(BSG layer, Boron SilicaGlass layer)，基板中的金属杂质(如铁原子等)会于此热扩散过程中移动到硼掺杂区中。
[0013]第一蚀刻制程(步骤S3)，移除位于受光面112 —侧的硼掺杂区212，以及位于两表面上的硼硅玻璃层以形成单面掺杂的半导体基板(如图3(c)所示)，实际作法可使用适当比例的氢氟酸/硝酸(HF/HN03)混合溶液去除第二掺杂区(硼掺杂区)212及其表面上的硼硅玻璃层，在移除硼掺杂区212之时，该掺杂区内的金属杂质(如铁原子等)会随之被移除，此一方式称为扩散吸杂法(Diffus1n Gettering)。和以离子布植方法对基板进行单面掺杂的方式相比，本方法去除了原始存在基板中的金属杂质，可提高太阳能电池的转换效率，然而，为有效去除受光面的硼掺杂区，本蚀刻步骤通常难以兼顾高抗反射率的受光面的粗糙结构的形成，因此本实施例的制造方法中，在第一蚀刻制程后更包括一第二蚀刻制程(后述)。
[0014]另外，为确保后续离子布植步骤于背表面111的掺杂效果，第一蚀刻制程S3中亦可包含一去除位于背表面上硼硅玻璃的子步骤，例如以适当浓度的氢氟酸水溶液去除第一掺杂区(硼掺杂区)211上的硼硅玻璃层。
[0015]第一离子布植制程(步骤S4)，以离子布植制程对半导体基板11的背表面111的一第一子区域Illa进行区域性掺杂(图3(d)箭头处)，且以高掺杂剂量使该第一子区域Illa的电性反转以形成背表面电场区122，第一子区域以外的硼掺杂区的电性则仍然维持为不变，藉此定义出太阳能电池的射极区121(如图3(d)所示)。本实施例中，该半导体基板11为一 η型晶体娃基板，第一掺杂区211的电性为P型，可以用离子布植法对该第一子区域Illa掺杂高浓度的磷，使该区域电性反转为η型区，且该区的η型载子浓度大于硅基板本体的η型载子浓度，藉以形成η型背表面电场区122，而第一子区域11 Ia外其它第一掺杂区则形成P型射极区121。而于此离子布植制程中，可使用一图案化的离子布植屏蔽22协助定义第一子区域111a。
[0016]第二蚀刻制程(步骤S5)，对以前述第一蚀刻制程移除第二掺杂区212后的受光面112进行进一步蚀刻，以形成抗反射率更高的受光面粗糙结构(如图3(f)所示)。具体而言，可先在半导体基板11的背表面111上形成以氮化硅为材质的一蚀刻遮罩层23 (如图3(e)所示)，再将半导体基板11浸入氢氧化钾(KOH)水溶液中，以调整受光面112的表面粗糙结构及抗反射效果，之后，再移除该蚀刻遮罩层23。
[0017]第二离子布植制程(步骤S6)，以离子布植制程对经第二蚀刻制程所处理过的受光面112进行全面性的掺杂，于硅基板的受光面形成一前表面电场区123(如图3(g)所示)。在本实施中，可对η型半导体基板11掺杂磷，以形成一 η型前表面电场区123。
[0018]退火制程(步骤S7)，将经前述两次离子布植而被掺杂入半导体基板11的磷原子活化，即以适当温度、加热时间对半导体基板11进行热处理，以同时活化背表面电场区122及前表面电场区123中的磷原子，在此制程步骤中，并会在受光面112及背表面111上各自形成有助于表面钝化效果的氧化硅层(未显示于图中)。
[0019]覆盖(Capping)制程(步骤S8)，于背表面111上形成一钝化层141以及于受光面112上形成一抗反射层142。实际作法可以两次电浆辅助化学气相沉积法(PECVD)分别于受光面112及背表面111上各形成一氮化硅(SiNx)层而达成。
[0020]金属化制程(步骤S9)，于背表面111上形成一第一电极131，第一电极131透过一第一钝化层开口 1411与射极区121连接，以及于背表面111上形成一第二电极132，第二电极132透过一第二钝化层开口 1412与背表面电场区122连接(如图3(h)所示)。实际作法例如:以雷射分别对射极区121及背表面电场区122之上的背钝化层141的进行区域性开孔以分别形成至少一第一钝化层开口 1411及至少一钝化层开口 1412，再以网印导电浆料合并烧结，亦或是电镀的方式形成图案化的第一电极131及第二电极132。
[0021]需说明的是，虽然图3(h)中只画出一个第一钝化层开口以及一个第二背钝化层开口，但于其它实施例变形中，可设置多个第一背钝化层开口以及多个第二背钝化层开口。
[0022]请参阅图4及图5(a)~5(j)，其为本发明的第二较佳实施例的背接触太阳能电池10’制造方法及相关制造过程中所对应的背接触太阳能电池的局部剖面结构。本实施例的制造方法亦包含基板清洁制程(步骤SI)、热扩散制程(步骤S2)以及第一蚀刻制程(步骤S3)，其实施方式和功用与第一较佳实施例中所述相似，在此不再赘述。
[0023]和第一较佳实施例不同的是，第二较佳实施例更包含于第一蚀刻制程之后进行的一第三蚀刻制程(步骤S3A)，将位于半导体基板11的背表面111的第一掺杂区211移除一部分，该移除的区域相对于背表面111的其它区域形成一第一凹陷区(recessreg1n) 111b，未被移除的第一掺杂区211，即位于该第一凹陷区Illb之外第一掺杂区211，之后将作为该背接触太阳能电池的射极区121’。实际作法例如:先于半导体基板11的背表面上111上形成以氮化硅为材质的一第一子蚀刻遮罩层23a (如图5 (c)所示)，再以雷射将该第一掺杂区211与该第一子蚀刻遮罩层23a移除一部分，接下来可以用该第一子蚀刻遮罩层23a的残留部分作遮罩层，以氢氧化钾水溶液去除雷射对半导体基板造成的损伤而形成该第一凹陷区Illb (如图5(d)所示)。
[0024]在进行前述第三蚀刻制程之后，再进行第一离子布植制程(步骤S4A)，对该第一凹陷区Illb的全部或局部性的一第一子区域111a’进行掺杂(如图5(e)箭头处)，藉此定义出太阳能电池的背表面电场区122’。如图5(e)所示，只对第一凹陷区Illb的局部(第一子区域111a’)进行掺杂时，可使该第一子区域111a’包含该第一凹陷区的底面区Illbl但不包含侧壁区lllb2，使太阳能电池的射极区121’和背表面电极区122’有空间上的区隔(如图5(f)所示)，有助于太阳能电池的电性表现；或者，另一个较佳的方式为，该第一子区域111a’只包含底面区Illbl的中心区域，而不包含侧壁区lllb2，以及不包含底面区Illbl与侧壁区邻接的外围区域，可在侧壁较陡峭的情形下，提高制程的容错率。
[0025]在进行前述第一离子布植制程之后，再进行一第二蚀刻制程(步骤S5A)以形成半导体基板11的受光面112的粗糙结构。具体作法例如:于半导体基板11的背表面111上形成以氮化硅为材质的一第二子蚀刻遮罩层23b，该第二子蚀刻遮罩层23b与残留的第一子蚀刻遮罩层23a共同作为蚀刻遮罩层23 (如图5 (g)所示)，再将半导体基板11浸入氢氧化钾水溶液中，以调整受光面112的表面粗糙结构及抗反射效果(如图5(h)所示)，之后，再移除该蚀刻遮罩层23。
[0026]之后，类似第一较佳实施例的情形，会再依序进行第二离子布植制程(步骤S6)、退火制程(步骤S7)、覆盖(Capping)制程(步骤S8)、金属化制程(步骤S9)，以形成抗反射层142、前表面电场区123(如图5(i)所示)、钝化层141、以及分别和射极区121’、背表面电场区122’连接的一第一电极131及一第二电极132。
[0027]以上所揭露的背接触太阳能电池的制造方法，是以η型晶体硅基板所形成的背接触太阳能电池为例，但亦可适用于制造以P型晶体硅基板所形成的背接触太阳能电池，此时射极区的电性为η型，而背表面电场区及前表面电场区的电性则为P型。
[0028]综上所述，本案所提出的背接触太阳能电池制造方法，使用热扩散法及离子布植法以对太阳能电池基板的不同区域进行掺杂，并配合适当的蚀刻步骤顺序，使制程步骤不致过多，同时确保背接触太阳能电池受光面的抗反射效果，并达到减少基板内杂质的效果，可有助于提高太阳能电池的效率并降低生产成本。
[0029]惟以上所述者，仅为本发明的实施例而已，当不能以此限定本发明实施的范围，SP大凡依本发明申请专利范围及专利说明书内容所作的简单的等效变化与修饰，皆仍属本发明专利涵盖的范围内。
【主权项】
1.一种背接触太阳能电池的制造方法，其特征在于，包含: 以一热扩散制程同时于一半导体基板的一背表面形成一第一掺杂区以及于该半导体基板的一受光面形成一第二掺杂区； 以一第一蚀刻制程移除该第二掺杂区； 以一第一离子布植制程对该背表面的一第一子区域进行掺杂以形成一射极区； 于该第一蚀刻制程后以一第二蚀刻制程对已移除该第二掺杂区的该受光面进行再蚀刻以提高该受光面的抗反射率；以及 以一金属化制程于该背表面上形成互相分离的一第一电极及一第二电极， 其中该第一子区域之外的该第一掺杂区形成一背表面电场区，且该第一电极与该第二电极分别于该射极区与该背表面电场区连接。2.如权利要求1所述的制造方法，其特征在于，该第一离子布植制程为对该第一子区域内的该第一掺杂区进行高浓度掺杂，使该第一子区域的电性反转而形成该射极区。3.如权利要求2所述的制造方法，其特征在于，于该第二蚀刻制程之后更包含一步骤:进行的一第二离子布植制程，于该半导体基板的该受光面形成一前表面电场区。4.如权利要求1所述的制造方法，其特征在于，于该第一离子布植制程之前更包含一步骤:以一第三蚀刻制程移除该第一子区域内的第一掺杂区。5.如权利要求4所述的制造方法，其特征在于，该第三蚀刻制程包含以雷射移除至少该第一子区域内的该第一掺杂区而形成一第一凹陷区。6.如权利要求5所述的制造方法，其特征在于，该射极区包含该第一凹陷区的一底面区但不包含该第一凹陷区的一侧壁区。7.如权利要求5所述的制造方法，其特征在于，该第三蚀刻制程的雷射移除区域大于该第一子区域。8.如权利要求7所述的制造方法，其特征在于，该射极区包含该第一凹陷区的一底面区的中心区域但不包含该第一凹陷区的一侧壁区且不包含与该底面区与该侧壁区邻接的外围区域。9.如权利要求8所述的制造方法，其特征在于，于该第二蚀刻制程之后更包含一步骤:进行一第二离子布植制程于该半导体基板的受光面形成一前表面电场区。10.如权利要求4所述的制造方法，其特征在于，该第三蚀刻制程更包含形成一第一子遮罩层于该背表面上，并移除该第一子蚀刻遮罩层的一部分，该第二蚀刻制程更包含形成一第二子蚀刻遮罩层于该背表面上，而且以残留的该第一子蚀刻遮罩层和该第二子蚀刻遮罩层共同作为蚀刻该受光面时的蚀刻遮罩层。
【文档编号】H01L31/18GK105870248SQ201510033905
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2015年1月23日
【发明人】曹韻国, 赖光杰, 白玉磐, 王建竣
【申请人】茂迪股份有限公司