专利名称：太阳能电池的形成方法
技术领域：
本发明涉及半导体制造领域，尤其涉及一种太阳能电池的形成方法。
背景技术：
近年来，随着石油、煤炭等现有资源的缺乏，人们对替代石油、煤炭的替代能源的关注度逐渐增加。在众多替代能源中，太阳能因能源丰富且不会带来环境的污染而备受瞩目。其中，太阳能电池因可以吸收太阳能，并将太阳能转换为电能，而广泛应用于航空、航天及日常生活。太阳能电池的基本结构如图1所示，包括半导体基底010，所述半导体基底010 包括P型离子注入区001和N型离子注入区002，及与所述P型离子注入区001连接的背面光极004，与N型离子注入区002连接的受光电极003。所述P型离子注入区001和N型离子注入区002构成PN结。当光线030入射至所述PN结时，会产生新的空穴-电子对，并在PN结电场作用下，空穴由N型离子注入区002流向P型离子注入区001，电子由P型离子注入区001流向 N型离子注入区002，形成电势差，与负载接通后将形成电流。在专利申请号为03116165.0的中国专利申请中提供有上述太阳能电池的形成方法。太阳能电池的转换效率为衡量太阳能电池性能的最重要的参数之一。所述转换效率的测定通常包括测定所述太阳能电池的输出电流Ip及输出电压Vp ；将所述太阳能电池的输出电流Ip和输出电压Vp乘积作为输出功率Rn ；将入射到太阳能电池的总光能W除上述Rn的值定义为转换效率φ，如下式所示
9=Pm/W为提高太阳能电池的转换效率，现有技术在所述太阳能电池的受光面加上抗反射层，以降低入射到受光面上的光线的反射率；或者在形成电极时，将受光电极所遮挡的面积最小化。但是，现有的太阳能电池的转换效率仍然不是很理想，还有待更进一步地提高。
发明内容
本发明解决的问题是提供一种太阳能电池的形成方法，以提高太阳能电池的转换效率。为解决上述问题，本发明提供一种太阳能电池的形成方法，包括提供半导体基底，所述半导体基底内形成有第一离子注入区；在半导体基底内形成与第一离子注入区相邻的第二离子注入区，所述第二离子与第一离子的导电类型相反；将第一离子注入区或第二离子注入区的表面作为受光面，在所述受光面上形成抗反射层；通入退火气体对所述半导体基底进行退火。可选的，所述退火气体为氨气、氘气、氮气的一种。可选的，所述退火气体为氢气。可选的，所述氢气的流量范围为500SCCm 20000SCCm，所述氢气压强为 0.Itorr 760torr。可选的，所述退火的温度范围为350°C 600°C，所述退火的时间为5秒 20分钟。可选的，若第一离子注入区和第二离子注入区均通过离子注入形成，且形成所述第一离子注入区和第二离子注入区的离子注入为从同一个表面进行离子注入，通入退火气体为靠近进行离子注入的表面进行注入；若二者中有一个通过离子注入形成，另一个不是， 就从靠近离子注入的表面进行注入。可选的，所述太阳能电池的形成方法还包括在形成抗反射层前，在所述受光面上形成光吸收增强层步骤。可选的，所述光吸收增强层为半球形多晶硅层，其形成工艺包括在所述受光面上沉积无定型硅；通入SiH4气体，使无定型硅成核，反应长成半球形颗粒多晶硅层。可选的，所述SiH4气体的流速为IOsccm至200sccm，所述气体压强为0. 5torr至 IOtorr，所述反应温度为500°C至650°C，反应时间为5秒 20分钟。与现有技术相比，本发明通过对所述半导体基底进行退火，使半导体基底内悬挂键与退火气体，如氢气、氨气、氘气或氮气中的一种发生反应，饱和悬挂键，抑制载流子的复合率，提高太阳能电池光电转换效率；进一步地，本发明在形成抗反射层后对所述半导体基底进行退火，所述抗反射层可以对所述半导体基底进行保护，使所述半导体基底避免受到气体退火环境的污染；最后，在受光面上形成光吸收增强层，增大太阳能电池的受光量，提高太阳能电池光电转换效率。
图1为现有技术太阳能电池的结构示意图。图2为本发明一个实施例的太阳能电池的形成方法流程示意图。图3至图7为本发明一个实施例的太阳能电池的形成方法剖面结构示意图。
具体实施例方式太阳能电池的形成工艺包括形成半导体基底内的P型离子注入区和N型离子注入区、背光电极和受光电极。其中包括对未掺杂有离子的半导体基底进行离子注入形成P型离子注入区和N型离子注入区。所述半导体基底为硅基底。发明人发现，当大量离子以高能量注入到太阳能电池的半导体基底时，会破坏半导体基底内一部分的硅的共价键，使得一部分的硅失去一个或多个电子，失去电子后的硅具有悬挂键。当太阳能电池因光电效应产生载流子时，所述悬挂键会俘获所述载流子，降低太阳能电池的转换效率。为提高太阳能电池的转换效率，本发明提供一种太阳能电池的形成方法，包括提供半导体基底，所述半导体基底内形成有第一离子注入区；在半导体基底内形成与第一离子注入区相邻的第二离子注入区，所述第二离子与第一离子的导电类型相反；将第一离子注入区或第二离子注入区的表面作为受光面，在所述受光面上形成抗反射层；通入退火气体对所述半导体基底进行退火。如图2所示，为本发明一个实施例的太阳能电池形成方法流程示意图，包括执行步骤Si，提供半导体基底，所述半导体基底形成有第一离子注入区，所述半导体基底具有第一表面和第二表面；执行步骤S2，从第一表面对部分的第一离子注入区进行掺杂，形成第二离子注入区；执行步骤S3，在所述半导体基底的第一表面形成抗反射层；执行步骤S4，通入退火气体退火，饱和半导体基底内的硅悬挂键；执行步骤S5，形成与所述半导体基底第一表面连接的受光电极，及与所述半导体基底第二表面连接的背光电极。为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的实施例做详细的说明。如图3所示，提供半导体基底101，所述半导体基底101形成有第一离子注入区。 所述半导体基底101具有第一表面IOla和第二表面101b。其中，所述第一表面IOla和第二表面IOlb相对。所述第一离子注入区为P型导电类型或者η型导电类型。本实施例中所述第一离子注入区为P型导电类型，通过注入第一离子形成，所述第一离子为P型，如B、Ga、In 等第三族元素的P型导电类型离子，若所述第一离子为B离子，注入剂量为1 X IO1Vcm2 5X1013/Cm2，注入能量为Ikev 60kev。本实施例中，所述第一离子的注入方向为由第二表面IOlb向所述半导体基底101进行注入，本图示出的半导体基底101全部为第一离子注入区。当然，所述第一离子注入区也可以不通过注入离子形成，比如可以在形成半导体基底 101的时候比如形成硅晶体的时候在半导体基底中掺入杂质形成第一离子注入区。上述步骤中，当大量的第一离子以高能量注入到所述半导体基底101内，会破坏半导体基底101内一部分硅的共价键，使得一部分硅失去一个或多个电子，失去电子后的硅具有悬挂键。当太阳能电池因光电效应产生载流子时，所述悬挂键会俘获所述载流子，从而降低太阳能电池的转换效率。进一步优化地，要在受光面形成光吸收增强层，具体请参考图4所示，将所述第一表面IOla作为受光面，并在所述第一表面IOla形成光吸收增强层102。作为其他实施例， 可以选择第二表面IOlb作为受光面，在其表面形成光吸收增强层102。所述光吸收增强层102为半球形颗粒多晶硅，其形成工艺包括首先，在所述半导体基底的第一表面IOla上沉积无定型硅层。形成无定型硅层的工艺可以是现有工艺，如将半导体基底101放置于包含有硅离子、氢离子、以及氧离子氛围的反应室中，在半导体基底101上进行沉积无定型硅层。具体参数为反应室压力范围为1. Otorr至4. Otorr，反应温度范围为400°C至600°C，反应时间范围为5秒至50秒。接着，通入IOsccm至200sccm的SiH4气体，调整反应室压力范围为0. 5torr至 IOtorr，反应温度范围在500°C至650°C，反应时间范围为5秒 20分钟，使所述无定型硅层成核，长成半球形颗粒多晶硅，形成光吸收增强层102。本发明中半球形颗粒多晶硅的颗粒尺寸控制主要通过调整无定型硅层成核至半球形颗粒多晶硅层的生长时间来实现，半球形颗粒多晶硅的颗粒密度是通过控制沉积过程的工艺参数例如SiH4的流量、反应温度等工艺参数进行控制。在所述半导体基底101的第一表面IOla上形成光吸收增强层102的目的在于增大太阳能电池的受光面积，增加太阳能电池的接收光能，提高太阳能电池的转换效率。上述形成光吸收增强层102的工艺步骤也会破坏半导体基底101内一部分硅的共价键，使得一部分硅失去一个或多个电子，失去电子后的硅具有悬挂键。增加位于第一表面 IOla的悬挂键数量。如图5所示，从具有半球形颗粒多晶硅层102的第一表面101a，对部分的第一离子注入区进行第二离子掺杂。在所述半导体基底101内形成与第一离子注入区210相邻的第二离子注入区220，所述第一离子注入区210与第二离子注入区220构成PN结。其中，所述第二离子注入区与第一离子注入区导电类型相反。本实施例中，所述第一离子注入区导电类型为P型，所述第二离子注入区导电类型为N型，可以通过注入第二离子形成，比如第二离子可以为P、As、Sb。本实施例中，注入所述第二离子的剂量为lX1012/cm2 5X1013/Cm2，注入能量为 Ikev 60kevo上述步骤中，当大量的第二离子以高能量注入到所述半导体基底101内，会进一步破坏半导体基底101内一部分硅的共价键，使得一部分硅失去一个或多个电子，失去电子后的硅具有悬挂键。离子的注入方向总要由一个表面向所述半导体基底101进行注入，本实施例中由第一表面IOla向所述半导体基底101内进行注入，这样，在离子经由注入的表面会产生更多的悬挂键，比如本实施例中，第一表面IOla的悬挂键数目最多。再进一步优化地，还可以在光吸收增强层上形成抗反射层，具体请参考图6所示， 在形成有光吸收增强层102的第一表面IOla上形成抗反射层103。通过形成上述抗反射层 103，能够降低入射到太阳能电池的光线的反射率。本实施例中，所述第一表面IOla作为受光面，所以在其上形成抗反射层103，作为其他实施例，可以选择将第二表面IOlb作为受光面，在其上形成抗反射层103。具体包括通过化学气相沉积法，在所述半球形颗粒多晶硅层102上形成氮化硅层，作为抗反射层103。所述抗反射层103的折射率为1. 9 2. 3 ；所述抗反射层103的厚度为50 lOOnm。在现有技术中后续的其他工艺，如本发明后续的退火工艺较易对所述半导体基底 101造成污染，通过形成所述抗反射层103，可以保护半导体基底101免受后续的退火工艺环境的污染，提高太阳能电池的质量。如图7所示，通入退火气体，使所述半导体基底101在所述退火气体氛围中退火， 饱和半导体基底101内的悬挂键。所述退火的气体可以为氢气、氨气、氘气、氮气等气体中的一种。所述退火气体在一定压力和温度下，能够饱和半导体基底101内的悬挂键，减少了半导体基底101内的悬挂键，进而降低悬挂键与载流子的复合率，增大半导体基底101内光电效应产生的载流子数目，最终提高太阳能电池的转换效率。经发明人创造性发现，退火环境的反应室压力为0. Itorr 760torr，反应室内的温度为350°C 600°C的时候，退火气体较易饱和半导体基底101内的悬挂键。其中，以氢气作为退火气体最佳，所述氢气的流量为500SCCm 20000sCCm。所述退火气体的注入方向与第一离子注入和第二离子注入的方向相关若第一离子注入区和第二离子注入区均通过离子注入形成，且形成所述第一离子注入区和第二离子注入区的离子注入为从同一个表面进行离子注入，通入退火气体为靠近进行离子注入的表面进行注入；若二者中有一个通过离子注入形成，另一个不是，就从靠近离子注入的表面进行注入。具体地，因第一离子的注入方向为由第二表面IOlb向所述半导体基底101进行注入，所以在第一离子注入区的第二表面IOlb的悬挂键数目最多。退火气体的优选为靠近为了形成第二离子注入区或者第一离子注入区进行离子注入的表面进行通入，比如本实施例中，由所述第二表面IOlb通入，对所述半导体基底101进行退火，以使得所述第二表面IOlb 的气体浓度最高，饱和大量位于第二表面IOIb的悬挂键。同时，因第二离子的注入方向为由第一表面IOla向所述半导体基底101进行注入，所述第二离子在第二离子注入区的第一表面IOla具有最大的注入能量，所以在第二离子注入区的第一表面IOla的悬挂键数目最多。所以退火气体的一个通入方向优选为由所述第一表面IOla对所述半导体基底101进行退火，以使得所述第一表面IOla的气体浓度最高，饱和大量位于第一表面IOla的悬挂键。具体地，所述退火气体的通入方向可以由半球形颗粒多晶硅层102的第一表面 IOla方向，也可以由半导体基底IOlb方向所述半导体基底101进行退火。还可以为两个方向，即由半球形颗粒多晶硅层102的第一表面IOla和半导体基底IOlb两个方向，向所述半导体基底101进行退火。本实施例中，所以退火气体的通入方向优选为由所述第一表面 IOla和第二表面IOlb对所述半导体基底101进行退火，所述退火的时间为5秒 20分钟。最后，在所述半导体基底101的第一表面IOla和第二表面IOlb分别形成受光电极和背光电极。与现有技术相比，通过上述本发明方法形成的太阳能电池，其光电转换效率可以提高0. 4 1%。与现有技术相比，本发明通入退火气体对所述半导体基底进行退火，半导体基底内悬挂键与所述退火气体发生反应，饱和悬挂键，由此抑制了载流子的复合率，提高光电转换效率；进一步地，本发明在形成抗反射层后，在气体氛围中对所述半导体基底进行气体退火，所述抗反射层可以对所述半导体基底进行保护，使所述半导体基底避免受到气体退火环境的污染；最后，在受光面上形成光吸收增强层，增大太阳能电池的受光量，提高太阳能电池光电转换效率。
在以下描述中阐述了具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以多种不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广。因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。
权利要求
1.一种太阳能电池的形成方法，其特征在于，包括提供半导体基底，所述半导体基底内形成有第一离子注入区； 在半导体基底内形成与第一离子注入区相邻的第二离子注入区，所述第二离子与第一离子的导电类型相反；将第一离子注入区或第二离子注入区的表面作为受光面，在所述受光面上形成抗反射层；通入退火气体对所述半导体基底进行退火。
2.根据权利要求1所述太阳能电池的形成方法，其特征在于，所述退火气体为氨气、氘气、氮气的一种。
3.根据权利要求1所述太阳能电池的形成方法，其特征在于，所述退火气体为氢气。
4.根据权利要求3所述太阳能电池的形成方法，其特征在于，所述氢气的流量范围为 500sccm 20000sccm，所述氢气压强为 0. Itorr 760torr。
5.根据权利要求4所述太阳能电池的形成方法，其特征在于，所述退火的温度范围为 350°C 600°C，所述退火的时间为5秒 20分钟。
6.根据权利要求1所述太阳能电池的形成方法，其特征在于，若第一离子注入区和第二离子注入区均通过离子注入形成，且形成所述第一离子注入区和第二离子注入区的离子注入为从同一个表面进行离子注入，通入退火气体为靠近进行离子注入的表面进行注入； 若二者中有一个通过离子注入形成，另一个不是，就从靠近离子注入的表面进行注入。
7.根据权利要求1所述太阳能电池的形成方法，其特征在于，所述太阳能电池的形成方法还包括在形成抗反射层前，在所述受光面上形成光吸收增强层步骤。
8.根据权利要求7所述太阳能电池的形成方法，其特征在于，所述光吸收增强层为半球形多晶硅层，其形成工艺包括在所述受光面上沉积无定型硅；通入SiH4气体，使无定型硅成核，反应长成半球形颗粒多晶硅层。
9.根据权利要求8所述太阳能电池的形成方法，其特征在于，所述SiH4气体的流速为 IOsccm至200sccm，所述气体压强为0. 5torr至IOtorr，所述反应温度为500°C至650°C，反应时间为5秒 20分钟。
全文摘要
本发明提供一种太阳能电池的形成方法，包括提供半导体基底，所述半导体基底内形成有第一离子注入区；在半导体基底内形成与第一离子注入区交界的第二离子注入区，所述第二离子与第一离子的导电类型相反；将第一离子注入区或第二离子注入区的表面作为受光面，在所述受光面上形成抗反射层；通入退火气体对所述半导体基底进行退火。本发明通过对所述半导体基底进行退火，使半导体基底内悬挂键与退火气体发生反应，饱和悬挂键，由此抑制了载流子的复合率，提高太阳能电池的光电转换效率。
文档编号H01L31/0216GK102376819SQ20101026748
公开日2012年3月14日 申请日期2010年8月24日 优先权日2010年8月24日
发明者沈忆华, 涂火金 申请人:中芯国际集成电路制造(上海)有限公司