太阳电池及制造太阳电池的方法

专利名称：太阳电池及制造太阳电池的方法
技术领域：
本发明涉及一种太阳电池。而且，本发明涉及制造这种太阳电池的方法。
背景技术：
这种太阳电池涉及具有ρ型或η型基极的太阳电池。该太阳电池包括半导体基板(例如，硅)，该半导体基板的背侧由P型或η型背面电场(BSF，back surface field)层覆盖并且该半导体基板的前侧由导电类型与基极层的导电类型相反的发射极层覆盖。基板的前侧被设置为在太阳电池的使用期间朝向光源。在现有技术中，ρ型或η型背面电场层(BSF层)例如通过丝网印刷工艺制造(还可以使用POCI3面对面管式炉扩散、喷涂、旋转涂布等)。在丝网印刷处理期间，将包含作为掺杂元素的P型或η型元素的糊状物单侧印刷于基板的背侧。接下来，实行第一扩散处理， 其中对印刷有糊状物的基板进行加热以使P型或η型元素扩散至基板内，形成ρ型或η型 BSF层。这种热处理通常在在线(inline)扩散炉中进行。随后，在前侧，通过第二扩散处理形成相反导电类型的层，这一处理在第二扩散炉中进行。可选地，可首先形成发射极层，随后形成BSF基极层。现有技术的制造工艺具有一些缺点。在背侧形成BSF层的丝网印刷法可能因掺杂源寄生扩散或溢出至前侧而导致基板前侧的污染。掺杂物在前侧的寄生扩散导致发射极层的不均勻的掺杂浓度分布，这将不利地影响太阳电池的效率。例如，分流或高反向电流是典型的效应。此外，丝网印刷因较高的基板断裂几率而降低制造工艺的产率。此外，对于使用磷作为η型掺杂物的η型BSF层，单侧扩散导致从基板吸收杂质的效率较低。

发明内容
本发明的目的是提供一种制造具有ρ型或η型基极的太阳电池的方法，其克服或减少如上所述的缺点。根据本发明的第一个方面，该目的通过由第一导电类型的半导体基板制造太阳电池的方法来实现，所述半导体基板具有正面和背面，所述方法顺序地包括纹理化正面以形成纹理化的正面；通过第一导电类型的掺杂物的扩散在纹理化的正面形成第一导电类型的掺杂层并在背面中形成第一导电类型的背面电场层；通过适于保留纹理化的正面的纹理的蚀刻处理，从纹理化的正面移除第一导电类型的掺杂层；通过第二导电类型的掺杂物扩散至纹理化的正面内，在纹理化的正面上形成第二导电类型的层。有利地，该方法提供了增强的制造，使单独的太阳电池之间的差异较少通过该方法以简易的方式防止了从硅基板的一个表面至另一个表面特别是从BSF侧至发射极侧的寄生掺杂(P型或者η型)。此外，丝网印刷步骤被省略，这降低了因断裂而导致的产率损失。此外，磷在正面和背面的两侧式扩散使得从硅基板对杂质的吸收得到了改善。在一个实施方式中，本发明涉及如上所述的方法，其中纹理化正面以形成纹理化的正面包括纹理化背面以形成纹理化的背面。在一个实施方式中，本发明涉及如上所述的方法，其中形成背面电场层之前，对半导体基板的纹理化的背面进行抛光。在一个实施方式中，本发明涉及如上所述的方法，其包括在第一导电类型的掺杂物的扩散期间，由所述第一导电类型的前驱体在正面和背面上形成含有掺杂物的玻璃层， 含有掺杂物的玻璃层用作半导体基板的掺杂源。在一个实施方式中，本发明涉及如上所述的方法，其包括在从纹理化的正面移除第一导电类型的掺杂层之前，从正面和背面移除含有掺杂物的玻璃层。在一个实施方式中，本发明涉及如上所述的方法，其包括在单侧蚀刻处理中从纹理化的正面移除第一导电类型的掺杂层的同时从正面移除含有掺杂物的玻璃层。在一个实施方式中，本发明涉及如上所述的方法，其包括在单侧蚀刻处理中从正面移除含有掺杂物的玻璃层并从纹理化的正面移除第一导电类型的掺杂层之后从背面移除含有掺杂物的玻璃层。在一个实施方式中，本发明涉及如上所述的方法，其包括在从纹理化的正面移除第一导电类型的掺杂层之前-从正面和背面移除含有掺杂物的玻璃层；以及-在背面电场层上形成保护层。在一个实施方式中，本发明涉及如上所述的方法，其包括-当在纹理化的正面上形成第一导电类型的掺杂层并在背面中形成第一导电类型的背面电场层之后-在单侧蚀刻处理中从纹理化的正面移除第一导电类型的掺杂层的同时从正面移除含有掺杂物的玻璃层之前，在背面电场层上形成保护层。在一个实施方式中，本发明涉及如上所述的方法，其包括在单侧蚀刻处理中从纹理化的正面移除第一导电类型的掺杂层之后的同时从正面移除含有掺杂物的玻璃层，并且在纹理化的正面上形成第二导电类型的层之前-从背面移除保护层和含有掺杂物的玻璃层。在一个实施方式中，本发明涉及如上所述的方法，其中保护层包括涂层，所述涂层含有选自氧化铝(Al2O3)、氮化硅(SiNx)、介电质、以及抗蚀剂的至少一种材料。在一个实施方式中，本发明涉及如上所述的方法，其中通过第一导电类型的掺杂物的扩散形成背面电场层包括在高温下使背面暴露于第一导电类型的前驱体。在一个实施方式中，本发明涉及如上所述的方法，其中第一导电类型的前驱体包含所述第一导电类型的掺杂物；前驱体选自气体前驱体、液体前驱体、糊状前驱体和等离子前驱体中的一种。在一个实施方式中，本发明涉及如上所述的方法，其中第一导电类型的掺杂物的扩散被优化以在纹理化的正面中形成具有0. 7微米或更小厚度的第一导电类型的掺杂层。在一个实施方式中，本发明涉及如上所述的方法，其中第一导电类型的掺杂物的
6扩散被优化以在纹理化的正面中形成具有0. 3微米或更小厚度的第一导电类型的掺杂层。 在一个实施方式中，本发明涉及如上所述的方法，其中通过第二导电类型的掺杂物的扩散在纹理化的正面上形成第二导电类型的层的步骤包括在高温下使纹理化的正面暴露于第二导电类型的前驱体。在一个实施方式中，本发明涉及如上所述的方法，其中第二导电类型的前驱体是气体前驱体，所述气体前驱体包含第二导电类型的掺杂物。在一个实施方式中，本发明涉及如上所述的方法，其中第一导电类型为η型并且第二导电类型为P型，或者第一导电类型为P型并且第二导电类型为Π型。在一个实施方式中，本发明涉及如上所述的方法，第一导电类型的掺杂层的厚度小于纹理化的正面上的纹理特征的平均高度。在一个实施方式中，本发明涉及如上所述的方法，其中纹理化的正面上的纹理特征的平均高度至少约为2微米并且第一导电类型的掺杂层的厚度约为0. 7微米或更小。在一个实施方式中，本发明涉及如上所述的方法，其中纹理化的正面上的纹理特征的平均高度至少约为2微米并且第一导电类型的掺杂层的厚度约为0. 3微米或更小。在一个实施方式中，本发明涉及如上所述的方法，其中通过使用蚀刻剂的单侧湿式化学处理来执行适于保留纹理化的正面的纹理的蚀刻处理。在一个实施方式中，本发明涉及如上所述的方法，其中蚀刻剂包括用于纹理化半导体表面的成分。在一个实施方式中，本发明涉及如上所述的方法，其中蚀刻剂包括用于抛光半导体表面的成分。在一个实施方式中，本发明涉及如上所述的方法，其中通过干式蚀刻方法来执行适于保留纹理化的正面的纹理的蚀刻处理。在一个实施方式中，本发明涉及如上所述的方法，其中从纹理化的正面移除第一导电类型的掺杂层以及从正面移除含有掺杂物的玻璃层是在适于保留纹理化的正面的纹理的蚀刻处理期间执行。在一个实施方式中，如上所述的方法还包括使纹理化的正面部分平滑。可以通过使用含有HF和/或HNO3的液体进行蚀刻来进行部分平滑。部分平滑可例如导致约50nm至2 μ m的层被移除。此外，有利地，因为当(甚至稍微)平滑这些表面上的纹理特征时，部分平滑可因具有掺杂层的表面的经改善的表面钝化而导致更高效率的太阳电池。此外，本发明涉及一种太阳电池，包括第一导电类型的半导体基板，所述半导体基板具有纹理化的正面和背面，其中纹理化的正面包括第二导电类型的掺杂层，背面包括导电第一导电类型的表面电场层。在一个实施方式中，本发明涉及如上所述的太阳电池，其中纹理化的正面包括金字塔形状，金字塔形状包含具有中间凹部的正面，中间凹部的宽度选自50-500nm的范围。在一个实施方式中，本发明涉及如上所述的太阳电池，其中纹理化的正面包括凹部，所述凹部的曲率的半径选自25-250nm的范围。进一步的实施方式由所附的从属权利要求限定。


现在将参照所附的示意图并结合实施例对本发明的实施方式进行描述，其中相应的参考标号指代相应的部分，其中图1示出根据本发明的第一个方面的制造太阳电池的方法的流程图；图2示出根据本发明的第二个方面的制造太阳电池的方法的流程图；图3示出根据本发明的第三个方面的制造太阳电池的方法的流程图；图4示出根据本发明的第四个方面的制造太阳电池的方法的流程图；图5示出制造太阳电池的半导体基板的截面；图6a、6b示出在该方法的下一阶段之后的太阳电池的截面；图7示出在该方法的又一阶段之后的太阳电池的截面；图8示出在该方法的下一阶段之后的太阳电池的截面；图9示出在该方法的后续阶段之后的太阳电池的截面；图10示出在该方法的又一阶段之后的太阳电池的截面；图11示出在该方法的又一阶段之后的太阳电池的截面；图12示出根据第二个方面的又一阶段之后的太阳电池的截面；图13示出根据第二个方面的后续阶段之后的太阳电池的截面图；图14示出根据第三个方面的又一阶段之后的太阳电池的截面图；图15示出根据第三个方面的下一阶段之后的太阳电池的截面图；图16示出根据第四个方面的又一阶段之后的太阳电池的截面图；图17示出根据第四个方面的下一阶段之后的太阳电池的截面图；图18示出根据第四个方面的后续阶段之后的太阳电池的截面图；图19a、19b更详细地示出部分平滑之后的正面纹理。
具体实施例方式图1示出根据本发明的第一个方面的制造太阳电池的方法的流程图。根据第一个方面，该方法包括制造具有P型或者η型基极的太阳电池的处理顺序 100。下面将针对具有η型基极的太阳电池说明顺序100。提供具有η型导电性的单晶或多晶半导体基板(即硅基板1)作为太阳电池的前驱体。硅基板具有正面2和背面3。正面被设置为用于在太阳电池的使用期间接收光的表面。在可替换的实施方式中，硅基板被掺杂以具有ρ型导电性。图5示出用于制造太阳电池的硅基板的截面。再次参照图1，接下来，在处理102中，该方法通过将待纹理化的硅基板1的表面 2、3暴露于纹理蚀刻剂来提供表面2、3的纹理化。正面2被纹理化以形成表面形貌(topography)(又称为纹理特征)从而导致低表面反射率。例如，可以调整纹理化配方以在表面上获得作为纹理特征的大金字塔形(例如， 平均金字塔高度为约2微米或更大)。在该方法中，纹理化处理可以被调整以在稍后的被掺杂的表面层的移除步骤之后维持低反射率。背面3被纹理化以形成导致低表面反射率的表面形貌(又称为纹理特征) 或被抛光以形成导致高反射率的表面形貌。背面3的纹理化表面不必与纹理化的正面2相同。能够以单侧方式在正面加上形成表面纹理，或者能够以两侧方式在正面加和背面3a上形成表面纹理。在两侧纹理化的情况下，可以在单侧抛光蚀刻步骤中对背面3a进行抛光以移除纹理并改善光学和钝化特性。此外，在处理102中，纹理化可以与用于移除锯形损坏的蚀刻处理组合。对于在从硅锭切片之后还没有进行预抛光的硅基板来说，组合锯形损坏移除与纹理化可能是有利的。可替换地，纹理化102也可以在用于锯形损坏移除的蚀刻处理之后进行。图6a和6b示出形成纹理之后的太阳电池的截面。在如上所述的处理102中，通过将待纹理化的表面暴露于纹理蚀刻剂来形成纹理。这种纹理化剂可以是碱性或酸性溶液，但其还可以是用于干式蚀刻的等离子。图6a示出在正面加和背面3a上形成纹理之后的太阳电池的截面。如图6b所示， 可选地，能够以单侧方式仅在正面加上形成纹理。在进一步可替换的实施方式中，可替换地，能够通过首先以两侧方式在正面加和背面3a上形成纹理且随后对纹理化的背面3a进行抛光，而以单侧方式仅在正面加上形成纹理。再次参照图1，在后续处理103中，通过使η型掺杂物扩散至背面3 ;3a内来形成背面电场(BSF)层4并通过使η型掺杂物扩散至纹理化的正面2内来形成掺杂层2c。掺杂层2c与背面3 ；3a上的BSF层4具有相同的导电类型。在一个实施方式中，处理103包括在高温下使背面3 ；3a暴露于管式炉中的气态η 型前驱体。η型前驱体包含η型掺杂物。在示例性情况中，η型掺杂物是磷并且气态η型前驱体包括POCl3(三氯化磷)。在BSF层的形成期间，在硅基板的背面上形成含磷玻璃层 (PSG) 5。PSG层5作为硅基板1的掺杂源。处理103受其处理参数控制，使得掺杂层2c和BSF层4将与各自表面的纹理化形状一致。为此，掺杂层2c和BSF层的厚度被设置为小于表面上的纹理特征高度。可以使用其它扩散方法(例如，带式炉)和扩散源(例如含有磷酸的液体)，通过喷涂、蒸气、旋转涂布、印刷等施加，或等离子注入掺杂等。在可替换的实施方式中，以面对面的配置执行BSF层4的形成。这增加了产量并提供纹理化正面与掺杂物之间的部分屏蔽。图7示出在形成背面电场层的处理103之后的太阳电池的截面。在后续处理103中，通过使η型掺杂物从η型掺杂源扩散至基板1的正面和背面内而分别在硅基板1的正面2和背面3上形成η型掺杂层2c和BSF层4。在背面3 ；3a上形成BSF层4。在纹理化正面加上形成η型掺杂层2c，其延伸至基板1内直至界面2b。应注意，η型掺杂层2c的厚度被设置为小于纹理特征的高度。通过这种方法，η型掺杂层2c的形状与表面纹理一致即界面2b也具有纹理。在η型掺杂物是磷的实施方式中，在BSF层和η型掺杂层2c的形成期间，在硅基板的纹理化正面和背面上形成含磷玻璃层(PSG) 5。
可以特别地调整BSF扩散的参数，例如通过增加氧气或POCl3流、或通过添加水蒸气，以控制PSG层的厚度。在一个实施方式中，可以在高温下进行扩散处理，该高温可以是适于正应用的具体扩散处理的任何合适的高温，比如取决于所使用的材料。该高温也可以取决于该高温被应用的时间。通常，该高温可以是约600°C至约1200°C，或者可以是约780°C至约1200°C。 PSG层5可作为硅基板1的掺杂源。在一个实施方式中，磷(第一导电类型的掺杂物)的扩散被优化以形成具有约0. 7 微米厚度的背面电场层和η型掺杂层2c (含有第一导电类型的掺杂物的扩散层)。在可替换的实施方式中，形成浅背面电场层和浅η型掺杂层2c。磷(第一导电类型的掺杂物)的扩散随后被优化以形成具有0. 3微米或更小厚度的BSF层和η型掺杂层 2c。由于保留纹理的能力在某种程度上由η型掺杂层2c的厚度决定，故对于浅η型掺杂层 2c (厚度为约0. 3微米或更小)，纹理可以被保留得更加完整，并且正面的反射率可低于更厚的η型掺杂层(比如约0. 7微米的厚度)的反射率。在图7中，示出了一种实施方式，其中背面是平坦且未被纹理化的。本领域技术人员应理解，也可以在包括纹理化背面3a的基板上执行处理103。再次参照图1，在接下来的处理104中，该方法包括通过蚀刻处理(即，湿式蚀刻或干式蚀刻)从纹理化正面加并从背面4移除覆盖η型掺杂层2c和4的诸如PSG层的层。图8示出在处理104之后的太阳电池的截面。在处理104期间，该方法从背面和纹理化正面上的掺杂层移除诸如PSG层的任何顶层。在正面，在移除诸如PSG层的顶层之后，η型掺杂层2c暴露。在背面，在移除PSG 层之后，背面电场层4暴露。因为PSG层的移除使背面处的半导体表面暴露并使背侧疏水，这有助于避免在移除η型掺杂层2c的进一步的单侧蚀刻处理(如下面将详细描述)中蚀刻液体会弄湿背面。再次参照图1，在后续处理105中，该方法通过蚀刻剂蚀刻η型掺杂层2c以将其从纹理化正面加移除。蚀刻剂被设置为保留正面(第二纹理化正面2b)的纹理以维持第二纹理化正面2b的低反射率。如果正面上的η型掺杂层2c的形状与原始纹理化正面中的纹理一致，则可满足此情况。在单晶或多晶基板的情况下，这种蚀刻剂可以是碱性蚀刻剂。在一个实施方式中，碱性蚀刻剂的纹理化成分包括可溶于水的碱性成分，诸如氢氧化钾或氢氧化钠。在另一个实施方式中，碱性蚀刻剂包括一种或多种添加剂，诸如异丙醇。可替换地，蚀刻剂可以是酸性蚀刻剂，其可用于单晶纹理化表面和多晶纹理化表面。酸性蚀刻剂能够可选地被设置为较小抛光(minor polishing)，或其可以被设置为用于进一步纹理化以增加(第二 )纹理化正面2b的精细纹理。在一个实施方式中，酸性蚀刻剂的抛光成分包括用于形成氧化表面层的氧化成分和用于蚀刻氧化表面层的氧化物蚀刻剂。在一个实施方式中，氧化成分是硝酸(HNO3)并且氧化物蚀刻剂是氟酸(HF，fluoricacid) 0在另一个实施方式中，氧化成分还包括添加剂， 如水或乙酸。
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硅从纹理化正面的典型移除将在约0. 1微米与约0.2微米之间。这将取决于η型掺杂层2c的厚度，即掺杂物浓度分布到正面内的延伸。这又取决于处理参数，诸如BSF-扩散处理的温度和持续时间。在该实施方式中，蚀刻作为单侧蚀刻被执行；这意味着蚀刻液体将弄湿正面，但不弄湿背面或仅弄湿背面的非常小的边缘区域。可替换地，蚀刻可通过干式等离子蚀刻步骤完成。在实验上，已证实，在η型掺杂层2c的蚀刻期间纹理得以保留。在移除第一导电性掺杂层之后，光束以IOOOnm的波长在纹理化正面上的光学反射增加了小于5%并优选小于3%。图9示出在处理105之后的太阳电池的截面。在处理105期间，通过蚀刻处理从正面移除暴露的η型掺杂层2c。蚀刻处理被设置为保留纹理化正面(蚀刻之后的第二纹理化正面2b)的纹理以维持第二纹理化正面2b 的低反射率。再次参照图1，在下一个处理106中，该方法在第二纹理化正面2b上形成P型(发射极)层6。第二纹理化正面2b在高温下暴露于ρ型掺杂物。ρ型掺杂物例如为硼。ρ型掺杂物可以是气态P型前驱体，例如，含有硼的气体，例如BBr3 (三溴化硼)。在一个实施方式中，高温可以是适于正应用的具体扩散处理的任何合适的高温， 比如取决于所使用的材料。该高温也可以取决于该高温被应用的时间。通常，该高温可以是约700°C至约1200°C，或者可以是约780°C至约1200°C。在作为扩散-驱动处理的用于形成发射极层6的处理106期间，在第二纹理化正面2b上和在背面4上形成含硼玻璃层(BSG层)7。应注意，背面上的BSF层4通过共同扩散(co-diffusion)来开发，即在η型掺杂物从BSF层更深地扩散至硅基板内的同时在正面上形成ρ型发射极层。在一个实施方式中，在共同扩散之后，BSF层具有约20欧姆/平方至约30欧姆/ 平方的薄层电阻，而发射极具有约50欧姆/平方至约70欧姆/平方的薄层电阻。在另一个实施方式中，在共同扩散之后，BSF层具有约5欧姆/平方至约100欧姆 /平方的薄层电阻，而发射极具有约50欧姆/平方至约150欧姆/平方的薄层电阻。在可替换的实施方式中，有利地，以背对背的配置进行扩散。这增加了产量并提供纹理正面与掺杂物之间的部分屏蔽。然而，应注意，对于太阳电池的效率，BSF有利地具有比发射极高的掺杂等级。相伴地，如果在BSF顶部执行发射极扩散，则其通常将不会完全补偿BSF层中的掺杂等级。因此， 在发射极扩散期间，通常不要求在BSF顶部具有保护层(诸如PSG或介电涂层，诸如SiNx)。 然而，通过发射极扩散对BSF的部分补偿可以降低BSF的场效应钝化。为了根除这种效应， 可以使用如图3中所述的保护层来防止或最小化BSF顶部的发射极扩散。此外，BSF的更高的掺杂等级增强后侧场效应钝化，而发射极中的更高的掺杂等级可增强组合损失。图10示出在处理106之后的太阳电池的截面。在处理106期间，该方法通过在第二纹理化正面2b中的扩散来形成P型(发射极)层6。
第二纹理化正面2b暴露于ρ型掺杂物，例如硼。ρ型掺杂物可以是含硼气体，例如BBiv含硼玻璃层(BSG层)7形成于纹理化正面2b上以及形成于背面上的背面电场层 4上。应注意，ρ型层6的形成可通过各种扩散方法(诸如管式或带式炉)和扩散源(诸如含硼酸的液体)来完成，通过喷溅、蒸气、旋转涂布、印刷等施加的，或通过等离子注入掺
ο 再次参照图1，接下来在处理107中，该方法将BSG层7从第二纹理化正面2b移除并使P型发射极层暴露。此外，该方法将BSG层7从背面上的背面电场层4移除并使BSG
层暴露。在如上所述的处理顺序之后，该方法提供硅基板，其包括背面3 ；3a上的η型背面电场层4以及第二纹理化正面2b上的ρ型发射极层6。图11示出在处理107之后的太阳电池的截面。在处理107中，通过蚀刻将BSG层7从第二纹理化正面处的ρ型发射极层6并从背面电场层4移除。在这一阶段中，太阳电池包括硅基板1、基板的背面3上的背面电场层 4、以及基板的纹理化正面2b上的ρ型发射极层6。该太阳电池制造工艺可以通过本领域已知方法完成，诸如钝化和抗反射涂层的沉积、金属图案的丝网印刷、打火连通(firing-through)、结隔离等。图2示出根据本发明的第二个方面的制造太阳电池的方法IOOa的流程图。在图2中，具有如前面的附图中所示的相同参考标号的实体指代相应的实体。根据这一方面，按顺序，在处理101、102和103(即提供半导体基板、纹理化至少半导体基板的正面、以及在纹理化正面和背面上形成背面电场层)之后，该方法包括在处理 104a中，通过单侧蚀刻处理从纹理化正面移除PSG层5并从纹理化正面移除η型掺杂层2c。图12示出根据第二个方面的在处理10 之后的太阳电池的截面。在图12中，具有如前面的附图中所示的相同参考标号的实体指代相应的实体。在处理10 之后，第二纹理化正面2b暴露，同时在背面3上，背面电场层4直接存在于半导体1上。背面电场层4由背面PSG层5覆盖。再次参照图2，在处理10 之后的后续处理10 中，该方法从背面移除PSG层5， 以暴露背面电场层4。图13示出在处理10 之后的太阳电池的截面。接下来，根据本发明的第二个方面的方法如上参照图1、10和11所述继续进行处理 106、107。图3示出根据本发明的第三个方面的制造太阳电池的方法IOOb的流程图。在图3中，具有如前面的附图中所示的相同参考标号的实体指代相应的实体。根据这一方面，按顺序，在处理101、102、103和104(即提供半导体基板、纹理化至少半导体基板的正面、在纹理化正面和背面上形成背面电场层、以及从纹理化正面和背面移除PSG层)之后，该方法包括在处理108a中，在背面电场层4上形成保护层fe。图14示出根据第三个方面的在处理108a之后的太阳电池的截面。在图14中，具有如前面的附图中所示的相同参考标号的实体指代相应的实体。在处理108a之后，半导体基板1的背面3由背面电场层4覆盖。背面电场层由保护层fe覆盖。在纹理化正面2上，半导体基板1由η型掺杂层2c覆盖。在一个实施方式中，该方法将作为保护层fe的涂层沉积在背面电场层4上。该涂层可包括氧化铝(Al2O3)、氮化硅(SiNx)、或其它介电质。再次参照图3，在将保护层fe形成于背面电场层上的处理108a之后，由于保护层覆盖背面电场层，该方法继续进行处理105以通过如上面参照图1所述的单侧蚀刻处理或通过两侧蚀刻处理从纹理化正面移除η型掺杂层2c。该结果在图15中示出，图15示出在处理105之后的太阳电池的截面。在从纹理正面移除η型掺杂层2c的处理105之后，半导体基板1的背面3由背面电场层4覆盖。背面电场层由保护层fe覆盖。第二纹理化正面2b自由地暴露。接下来，根据本发明的第三个方面的方法如上面参照图1、10和11所述继续进行处理106和107。图4示出根据本发明的第四个方面的制造太阳电池的方法IOOc的流程图。在图4中，具有如前面的附图中所示的相同参考标号的实体指代相应的实体。根据这一方面，按顺序，在处理101、102和103(即提供半导体基板、纹理化至少半导体基板的正面、以及在纹理化正面和背面上形成背面电场层)之后，该方法包括在处理 108b中，直接在半导体基板的背面上的PSG层5上形成保护层fe。在一个实施方式中，该方法将作为保护层fe的涂层沉积在PSG层5上。该涂层可包括氧化铝(Al2O3)、氮化硅(SiNx)、或其它介电质、或抗蚀剂等。根据第四个方面，在形成保护层fe之前，不被移除半导体基板上的背面上的PSG层5。图16示出根据第四个方面的在处理108b之后的太阳电池的截面。在图16中，具有如前面的附图中所示的相同参考标号的实体指代相应的实体。在处理108b之后，半导体基板1的背面3由背面电场层4覆盖。背面电场层本身由PSG层5覆盖。背面电场层4上的PSG层5由保护层如覆盖。在纹理化正面2上，半导体基板1由η型掺杂层2c覆盖。半导体基板的纹理化正面由η型掺杂层2c覆盖，η型掺杂层2c本身由前侧PSG层
5覆盖。再次参照图4，在背面电场层4上形成保护层fe的处理108b之后，该方法继续进行后续处理l(Ma以通过单侧蚀刻处理或者两侧蚀刻处理从纹理化正面移除PSG层5并从纹理化正面移除η型掺杂层2c。图17示出根据第四个方面的在处理10 之后的太阳电池的截面。在图17中，具有如前面的附图中所示的相同参考标号的实体指代相应的实体。在处理10 之后，半导体基板1的背面3依然由背面电场层4覆盖。背面电场层自身由PSG层5覆盖。背面电场层4上的PSG层5由保护层如覆盖。在处理10 中从纹理化正面移除PSG层5和η型掺杂层2c之后，半导体基板1的纹理化正面2暴露。再次参照图4，在从纹理化正面移除PSG层5和η型掺杂层2c的处理10 之后， 该方法继续进行下一处理109以从背面电场层4移除保护层fe和PSG层5。图18示出根据第四个方面的在处理109之后的太阳电池的截面。在图18中，具有如前面的附图中所示的相同参考标号的实体指代相应的实体。
在处理109之后，半导体基板1的背面3由背面电场层4覆盖。第二纹理化正面 2b自由地暴露。接下来，根据本发明的第四个方面的方法如上面参照图1、10和11所述继续进行处理106和107。应注意，为了在正面上获得P型导电性的背面电场BSF层和η型掺杂层，将用诸如硼的P型掺杂物进行处理103，并且将用诸如磷的η型掺杂物进行处理106。本领域技术人员应理解，由于导电类型的颠倒(reversal)，如上所述的顺序进行的PSG层5和BSG层7的形成和移除将颠倒并且需要修改。在另一个实施方式，纹理化正面加被部分地平滑。部分平滑可以在纹理化102正面与在纹理化正面上形成106发射极层之间的处理步骤中完成。例如，部分平滑直接在纹理化102正面之后完成、或者更优选地直接在纹理化正面上形成106发射极层之前完成。可以通过用含有HF和/或HNO3的液体进行蚀刻来进行部分平滑。部分平滑可例如导致约50nm至2 μ m的平均厚度的层被移除。特别地，部分平滑可以通过处理10 或105 (从纹理化正面移除掺杂层)来进行， 其中蚀刻剂可以被设置为用于较小抛光。有利地，当(甚至稍微)平滑这些表面上的纹理特征时，部分平滑可因具有掺杂层的表面的改善的表面钝化而使太阳电池具有更高效率。部分平滑可包括使升高的金字塔形区域之间的中间凹部变宽，使凹部宽度在50 和IOOOnm之间，尤其在50和500nm之间，或者这些中间凹部以在25nm与500nm之间，尤其在25nm与250nm之间的半径的曲率圆化。对于正面，部分平滑优选非常轻微以避免使反射率增加不可接受的量，例如在 IOOOnm的波长处增加大于2或3个百分点(相对于未经平滑的纹理化表面)。图19a在某种程度上更加详细地示出部分平滑之后的正面纹理；图19b在某种程度上更加详细地示出凹部宽度和曲率的说明。之间的凹部被圆化，并且其半径可选自约25-500nm的范围，特别是约25-250nm的范围。应注意，这里示意性地示出在参考标号20所表示的部分平滑之后的纹理化正面加。 图19b在某种程度上更加详细地描绘了对凹部宽度和半径的理解。小面(facet)(或金字塔形小面)f，特别是Si的111晶体小面，可以在凹部ν会合。在未经平滑的变型中，底部处的凹部ν将非常窄，即w很小，诸如< 50nm。在平滑之后，凹部ν可以经少量圆化，从而导致更宽的凹部，凹部ν还具有例如在约50-500nm的范围内的宽度w。在平滑之后，凹部ν 的至少一部分可弯曲，从而具有例如在约25-250nm范围内的半径r。有利地，该方法提供了增强的制造，使单独的太阳电池之间的差异较少。通过该方法防止了从硅基板的一个表面至另一个表面特别是从BSF侧至发射极侧的寄生掺杂(ρ型或者η型)。此外，丝网印刷步骤被省略，这降低了因断裂而导致的产率损失。此外，磷在正面和背面的两侧式扩散是可能的，这改善了从硅基板对杂质的吸收。此外，扩散的背面电场层改善了太阳电池的效率。本领域技术人员应理解，可替换地，根据掺杂物的实际前驱体，不需要形成PSG层或BSG层而在背面或正面形成η型或ρ型掺杂层。在这种情况下，可以省略上面所述的移除BSG或PSG玻璃层的处理步骤。 本领域技术人员应理解，在不背离本发明的精神的情况下，可以构思并实施本发明的其他实施方式，本发明的范围仅受所附权利要求限定。本说明书阐述本发明并不用于限制本发明。
权利要求
1.一种从第一导电类型的半导体基板⑴制造太阳电池的方法(100;100a;100b; 100c)，所述半导体基板具有正面( 和背面(3)，所述方法顺序地包括纹理化(102)所述正面以形成纹理化的正面Oa)；通过第一导电类型的掺杂物的扩散在所述纹理化的正面形成(10 第一导电类型的掺杂层Qc)并在所述背面中形成(10 所述第一导电类型的背面电场层；通过适于保留所述纹理化的正面的纹理的蚀刻处理从所述纹理化的正面移除(105 ； 104a)所述第一导电类型的掺杂层；通过使第二导电类型的掺杂物扩散至所述纹理化的正面内，在所述纹理化的正面上形成(106)所述第二导电类型的层(6)。
2.根据权利要求1所述的方法，其中纹理化(102)所述正面以形成纹理化的正面的步骤包括纹理化所述背面以形成纹理化的背面(3a)。
3.根据权利要求2所述的方法，其中形成所述背面电场层(4)之前是对所述半导体基板的所述纹理化的背面(3a)进行抛光。
4.根据权利要求1或3所述的方法，包括在所述第一导电类型的掺杂物的扩散期间，由所述第一导电类型的前驱体在所述正面和所述背面上形成含有掺杂物的玻璃层(5)，所述含有掺杂物的玻璃层用作所述半导体基板(1)的掺杂源。
5.根据权利要求4所述的方法，包括在从所述纹理化的正面移除(10 所述第一导电类型的掺杂层之前从所述正面和所述背面移除所述含有掺杂物的玻璃层(5)。
6.根据权利要求4所述的方法，包括在单侧蚀刻处理中从所述纹理化的正面移除所述第一导电类型的掺杂层的同时从所述正面移除(104a)所述含有掺杂物的玻璃层(5)。
7.根据权利要求6所述的方法，包括在单侧蚀刻处理中从所述正面移除(104a)所述含有掺杂物的玻璃层并且从所述纹理化的正面移除(104a)所述第一导电类型的掺杂层之后从所述背面移除(10 所述含有掺杂物的玻璃层。
8.根据权利要求4所述的方法，包括在从所述纹理化的正面移除(10 所述第一导电类型的掺杂层之前-从所述正面和所述背面移除(104b)所述含有掺杂物的玻璃层；-在背面电场层(4)上形成(108a)保护层(5a)。
9.根据权利要求6所述的方法，包括-当在所述纹理化的正面上形成所述第一导电类型的掺杂层Oc)并在所述背面中形成具有所述第一导电类型的背面电场层(4)之后-在单侧蚀刻处理中从所述纹理化的正面移除所述第一导电类型的掺杂层的同时从所述正面移除(104a)所述含有掺杂物的玻璃层之前，在所述背面电场层上形成(108a)保护层。
10.根据权利要求9所述的方法，包括在单侧蚀刻处理中从所述纹理化的正面移除所述第一导电类型的掺杂层的同时从所述正面移除(104a)所述含有掺杂物的玻璃层之后，并且在所述纹理化的正面形成所述第二导电类型的层之前-从所述背面移除(109)所述保护层和所述含有掺杂物的玻璃层。
11.根据权利要求8或10所述的方法，其中所述保护层(5a)包括涂层，所述涂层含有选自氧化铝(Al2O3)、氮化硅(SiNx)、介电质以及抗蚀剂的至少一种材料。
12.根据权利要求1所述的方法，其中通过第一导电类型的掺杂物的扩散形成所述背面电场层的步骤包括在高温下使所述背面暴露于所述第一导电类型的前驱体。
13.根据权利要求12所述的方法，其中所述第一导电类型的前驱体包含所述第一导电类型的掺杂物；所述前驱体选自气体前驱体、液体前驱体、糊状前驱体和等离子前驱体中的一种。
14.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一导电类型的掺杂物的扩散被优化以在所述纹理化的正面中形成具有0. 7微米或更小厚度的所述第一导电类型的掺杂层Oc)。
15.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一导电类型的掺杂物的扩散被优化以在所述纹理化的正面中形成具有0. 3微米或更小厚度的所述第一导电类型的掺杂层Oc)。
16.根据权利要求1所述的方法，其中通过第二导电类型的掺杂物的扩散在所述纹理化的正面上形成所述第二导电类型的层包括在高温下使所述纹理化的正面暴露于所述第二导电类型的前驱体。
17.根据权利要求16所述的方法，其中所述第二导电类型的前驱体是气体前驱体，所述气体前驱体包含所述第二导电类型的掺杂物。
18.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述第一导电类型为η型并且所述第二导电类型为P型，或者所述第一导电类型为P型并且所述第二导电类型为η型。
19.根据权利要求1所述的方法，所述第一导电类型的掺杂层Oc)的厚度小于所述纹理化的正面上的纹理特征的平均高度。
20.根据权利要求19所述的方法，其中所述纹理化的正面上的纹理特征的平均高度至少约为2微米并且所述第一导电类型的掺杂层的厚度约为0. 7微米或更小。
21.根据权利要求19所述的方法，其中所述纹理化的正面上的纹理特征的平均高度至少约为2微米并且所述第一导电类型的掺杂层的厚度约为0. 3微米或更小。
22.根据权利要求1所述的方法，其中通过使用蚀刻剂的单侧湿式化学处理来执行适于保留所述纹理化的正面的纹理的所述蚀刻处理。
23.根据权利要求22所述的方法，其中所述蚀刻剂包括用于纹理化半导体表面的成分。
24.根据权利要求23所述的方法，其中所述蚀刻剂包括用于抛光所述半导体表面的成分。
25.根据权利要求1所述的方法，其中通过干式蚀刻方法来执行适于保留所述纹理化的正面的纹理的所述蚀刻处理。
26.根据权利要求1所述的方法，其中从所述纹理化的正面移除所述第一导电类型的掺杂层以及从所述正面移除所述含有掺杂物的玻璃层是在适于保留所述纹理化的正面的纹理的所述蚀刻处理期间执行。
27.根据权利要求1所述的方法，还包括使所述纹理化的正面部分平滑。
28.根据权利要求27所述的方法，其中所述部分平滑包括使所述纹理化的正面的金字塔形状之间的中间凹部变宽和圆化中的至少一种。
29.一种太阳电池，包括第一导电类型的半导体基板，所述半导体基板具有纹理化的正面和背面，其中所述纹理化的正面包括第二导电类型的掺杂层，所述背面包括第一导电类型的表面电场层。
30.根据权利要求四所述的太阳电池，其中所述纹理化的正面包括金字塔形状，所述金字塔形状包含具有中间凹部的正面，所述中间凹部的宽度选自50-500nm的范围。
31.根据权利要求四所述的太阳电池，所述纹理化的正面包括凹部，所述凹部具有半径选自25-250nm的范围的曲率。
全文摘要
一种从第一导电类型的半导体基板(1)制造太阳电池的方法(100；100a；100b；100c)，半导体基板具有正面(2)和背面(3)。所述方法顺序地包括纹理化(102)正面以形成纹理化的正面(2a)；通过第一导电类型的掺杂物的扩散在纹理的正面形成(103)第一导电类型的掺杂层(2c)并在背面中形成(103)第一导电类型的背面电场层(4)；通过适于保留纹理化的正面的纹理的蚀刻处理从纹理化的正面移除(105；104a)第一导电类型的掺杂层；通过第二导电类型的掺杂物扩散到纹理化正面内在纹理化的正面上形成(106)所述第二导电类型的层(6)。
文档编号H01L31/0236GK102484168SQ201080038315
公开日2012年5月30日 申请日期2010年8月24日 优先权日2009年8月25日
发明者保罗·科尼利斯·巴顿, 罗纳德·科尼利斯·杰勒德·纳波尔, 阿诺·费迪南·斯塔森 申请人:荷兰能源研究中心基金会