专利名称：太阳能电池的制作方法
技术领域：
本发明总体涉及一种太阳能电池及其制造方法。
背景技术：
太阳能电池是一种利用光电效应将光子能量(例如，太阳光能量)转换为电能的装置。重要的是生产可以取代现有的化石燃料能源和原子能的清洁能源(也称作下一代能源)，例如，化石燃料能源由于二氧化碳(CO2)排放而造成温室效应(例如，大气污染)， 原子能因放射性废物而污染地球环境。太阳能电池的基本结构通常具有P型半导体和N型半导体的结结构(conjunction structure)(例如，二极管)，如果在太阳能电池中吸收光，则通过光与构成太阳能电池的半导体的材料的相互作用产生具有负(_)电荷的电子和因电子的迁移引起的具有正(+)电荷的空穴，从而在电子和空穴穿过太阳能电池移动的同时电流流动。这种现象称作光伏效应。在构成太阳能电池的P型半导体和N型半导体中，电子被吸引到N型半导体而空穴被吸引到P型半导体，使得电子移动到连接到N型半导体的电极并且空穴移动到连接到P型半导体的电极，而且，如果电极连接到导线，则电流流过电极和导线，从而产生电能。在背接触太阳能电池(它是一种不同的可能结构的太阳能电池)中，P型半导体、 N型半导体及连接到P型半导体和N型半导体的金属栅极(metal grid)全都设置在太阳能电池的后面，其中，太阳能电池的正面吸收入射光。为了使太阳能电池的效率最大化，已经展开了使通过光产生的诸如电子或空穴的载流子为到达N型半导体或P型半导体而移动的距离最小化的研究。
发明内容
根据本发明的示例性实施例提供了一种太阳能电池及其制造方法，所述太阳能电池及其制造方法通过使载流子的移动距离最小化来提高太阳能电池的效率。根据本发明的太阳能电池的示例性实施例包括基底；第一掺杂区和第二掺杂区，位于基底的表面中；钝化层，设置在第一掺杂区和第二掺杂区上，其中，第一掺杂区和第二掺杂区以栅格图案交替地布置。在一个实施例中，所述太阳能电池还可以包括设置在钝化层上的第一电极和第二电极。在一个实施例中，钝化层可以包括多个第一接触孔和多个第二接触孔，第一电极和第一掺杂区可以通过所述多个第一接触孔彼此连接，第二电极和第二掺杂区可以通过所述多个第二接触孔彼此连接。在一个实施例中，第一掺杂区和第二掺杂区可以按照第一方向和第二方向交替地布置，其中，第一方向和第二方向基本相互垂直。
在一个实施例中，第一电极可以沿第三方向以直线形延伸，第三方向可以与第一方向和第二方向中的至少一个方向形成大约45度的角度。在一个实施例中，第一电极和第二电极可以分别包括以Z字形延伸的部分。在一个实施例中，从平面图来看，第一掺杂区和第二掺杂区可以具有四边形形状。在一个实施例中，基底可以包括正面和背面，第一掺杂区和第二掺杂区可以形成为设置在基底的背面上。在一个实施例中，可以通过基底的正面吸收光。在一个实施例中，第一掺杂区和第二掺杂区可以包括不同导电类型的杂质。根据本发明的太阳能电池的制造方法的示例性实施例包括在基底上形成第一掺杂层；在第一掺杂层上形成扩散防止层；将第一掺杂层和扩散防止层图案化，以暴露基底的一部分；在扩散防止层上形成设置在暴露基底上的第二掺杂层；使杂质从第一掺杂层扩散以在基底的表面中形成第一掺杂区；使杂质从第二掺杂层扩散以在基底的所述表面中形成第二掺杂区，其中，以格子形状交替地布置通过将第一掺杂层和扩散防止层图案化形成的基底的暴露部分以及剩余的第一掺杂层和扩散防止层的未被图案化的部分，并且以格子形状交替地布置第一掺杂区和第二掺杂区。在一个实施例中，可以通过热处理来执行用于形成第一掺杂区和第二掺杂区的杂质的扩散。在一个实施例中，基底可以包括正面和背面，可以在基底的背面上形成第一掺杂区和第二掺杂区。所述方法的示例性实施例还可以包括去除第一掺杂层、扩散防止层和第二掺杂层；在基底的背面上形成具有多个第一接触孔和多个第二接触孔的钝化层；在钝化层上形成第一电极和第二电极，其中，第一电极和第一掺杂区可以通过所述多个第一接触孔彼此连接，第二电极和第二掺杂区可以通过所述多个第二接触孔彼此连接。在一个实施例中，可以按照第一方向和第二方向交替地形成第一掺杂区和第二掺杂区，第一方向和第二方向可以交叉。在一个实施例中，第一电极可以沿第三方向以直线形延伸，第三方向可以与第一方向和第二方向中的至少一个方向基本形成45度的角度。在一个实施例中，第一电极和第二电极可以包括以Z字形延伸的部分。根据本发明的太阳能电池的制造方法的另一示例性实施例包括在基底上形成第一掺杂层；在第一掺杂层上形成扩散防止层；将第一掺杂层和扩散防止层图案化，以暴露基底的一部分；利用第一掺杂层和扩散防止层作为掩模将离子注入到基底中；使杂质从第一掺杂层扩散以在基底的表面中形成第一掺杂区，其中，第一掺杂区与利用离子注入而在基底的表面中形成的第二掺杂区一起形成PN结，通过将第一掺杂层和扩散防止层图案化而暴露的基底的部分以及剩余的第一掺杂层和扩散防止层的未被图案化的部分以格子形状交替地布置，并且以格子形状交替地布置第一掺杂区和第二掺杂区。在一个示例性实施例中，可以通过热处理工艺形成第一掺杂区和第二掺杂区的PN 结。所述方法的一个示例性实施例还可以包括去除第一掺杂层、扩散防止层和第二掺杂层；在基底的背面上形成具有所述多个第一接触孔和所述多个第二接触孔的钝化层；在钝化层上形成第一电极和第二电极，其中，第一电极和第二掺杂区可以通过所述多个第一接触孔彼此连接，第二电极和第二掺杂区可以通过所述多个第二接触孔彼此连接。在一个示例性实施例中，可以按照第一方向和第二方向交替地形成第一掺杂区和第二掺杂区，第一方向和第二方向可以交叉。在一个示例性实施例中，第一电极可以沿第三方向以直线形延伸，第三方向可以与第一方向和第二方向中的至少一个方向基本形成45度的角度。在一个示例性实施例中，第一电极和第二电极可以包括以Z字形延伸的部分。
通过参照附图更详细地描述本公开的实施例，本公开的上述和其他方面、优点和特征将变得更加清楚，在附图中图1是示出了根据本发明的太阳能电池中的掺杂区的图案结构的示例性实施例的俯视平面图；图2是沿图1中的ΙΙ-ΙΓ线截取的剖视图；图3是根据本发明的图1中示出的具有附加电极的太阳能电池的示例性实施例的俯视平面图；图4是沿图3中的IV-IV'线截取的剖视图；图5和图6是根据掺杂区的图案结构比较电荷-载流子的移动距离的俯视平面图；图7和图8是根据掺杂区的图案结构比较作用于载流子的电场的带图；图9是示出根据本发明的太阳能电池中的电极结构的另一示例性实施例的俯视平面图；图10是示出了根据本发明的太阳能电池中的掺杂区的图案结构的又一示例性实施例的俯视平面图；图11至图19是示出了根据本发明的图1中示出的太阳能电池的示例性实施例的制造方法的示例性实施例的平面图和剖视图。
具体实施例方式现在，将在下文中参照附图更充分地描述总体发明构思，在附图中示出了各种实施例。然而，本发明可以以许多不同的形式实施，并且不应被解释为局限于在此阐述的实施例。相反，提供这些实施例使得本公开将是彻底的和完全的，并且将把本发明的范围充分地传达给本领域技术人员。相同的标号始终表示相同的元件。应该理解的是，当元件被称作“在”另一元件“上”时，该元件可以直接在所述另一元件上，或者可以在该元件与所述另一元件之间存在中间元件。相反，当元件被称作“直接在”另一元件“上”时，不存在中间元件。如这里所使用的，术语“和/或”包括一个或多个相关所列项目的任意组合和所有组合。应该理解的是，尽管在这里可使用术语第一、第二、第三等来描述不同的元件、组件、区域、层和/或部分，但是这些元件、组件、区域、层和/或部分不应受这些术语的限制。 这些术语仅是用来将一个元件、组件、区域、层或部分与另一个元件、组件、区域、层或部分区分开来。因此，在不脱离本发明的教导的情况下，下面讨论的第一元件、组件、区域、层或部分可被命名为第二元件、组件、区域、层或部分。这里使用的术语仅为了描述特定实施例的目的，而不意图进行限制。如这里所使用的，除非上下文另外明确地指出，否则单数形式也意图包括复数形式。还应该理解的是， 当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，说明存在所述特征、区域、整体、步骤、 操作、元件和/或组件，但不排除存在或附加一个或多个其它特征、区域、整体、步骤、操作、 元件、组件和/或它们的组。此外，在这里可使用相对术语，如“下”或“底部”以及“上”或“顶部”，用来描述如附图中所示的一个元件与另一元件的关系。应该理解的是，相对术语除了包括在附图中描述的方位之外，还意图包括装置的不同方位。例如，如果附图之一中的装置被翻转，则被描述为在其它元件的“下”侧上的元件随后将被定位在其它元件的“上”侧上。因此，根据附图的具体方位，示例性术语“下”可包括“上”和“下”两种方位。类似地，如果附图之一中的装置被翻转，则被描述为“在”其它元件的“下方”或“之下”的元件随后将被定位在其它元件 “上方”。因此，示例性术语“在…下方”或“在…之下”可以包括“在…上方”和“在…下方” 两禾中方位。除非另有定义，否则这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域的普通技术人员所通常理解的意思相同的意思。应该进一步理解，除非这里明确定义，否则术语例如在通用的字典中定义的术语应该被解释为具有与本公开和相关领域的上下文中它们的意思相一致的意思，而不是理想地或者过于正式地解释它们的意思。在此参照作为理想实施例的示意性图示的剖视图来描述实施例。这样，预计会出现例如由制造技术和/或公差引起的图示的形状变化。因此，在此描述的实施例不应该被解释为局限于在此所图示的区域的具体形状，而应该包括例如由制造导致的形状上的偏差。例如，图示或描述为平坦的区域通常可以具有粗糙和/或非线性的特征。另外，图示的锐角可以被倒圆。因此，在附图中示出的区域实际上是示意性的，它们的形状并不意图示出区域的精确形状，并且不意图限制权利要求的范围。在下文中，将参照附图更详细地描述本发明的实施例。在下文中，将参照附图更充分地描述根据本发明的示例性实施例，在附图中示出了本发明的示例性实施例。图1是示出了根据本发明的太阳能电池中的掺杂区的图案结构的示例性实施例的俯视平面图。图2是沿图1中的ΙΙ-ΙΓ线截取的剖视图。参照图1和图2，第一掺杂区150和第二掺杂区160设置在基底100的表面中。在一个示例性实施例中，基底100可以是N型硅晶片。在一个示例性实施例中，可以改变该示例性实施例的杂质区域的极性和掺杂区的极性以应用于P型晶片。第一掺杂区150和第二掺杂区160交替地布置为栅格图案。详细地讲，沿第二方向d2以及第一方向dl重复地布置第一单元，第一单元是指彼此相邻的一个第一掺杂区150和一个第二掺杂区160，其中，第一方向dl和第二方向d2基本相互垂直。
在一个示例性实施例中，从平面区域的角度来看，第一掺杂区150和第二掺杂区 160可以具有四边形形状，但不限于此，第一掺杂区150和第二掺杂区160可以具有各种其他的形状。在根据本发明制造的太阳能电池的示例性实施例中，第一掺杂区150和第二掺杂区160形成PN结。图3是根据本发明的图1的包括附加电极的太阳能电池的示例性实施例的俯视平面图。图4是沿图3中的IV-IV'线截取的剖视图。参照图3和图4，设置在第一掺杂区150和第二掺杂区160上的钝化层170设置在基底100上。钝化层170具有多个第一接触孔CHl和多个第二接触孔CH2。多个第一接触孔CHl对应于第一掺杂区150设置，多个第二接触孔CH2对应于第二掺杂区160设置。第一电极和第二电极设置在钝化层170上。第一电极包括第一栅电极180和从第一栅电极180延伸的第一栅电极线181。第二电极包括第二栅电极190和从第二栅电极190延伸的第二栅电极线191。第一栅电极线181填充多个第一接触孔CHl，第二栅电极线191填充多个第二接触孔 CH2。这里，第一栅电极线181通过多个第一接触孔CHl连接到第一掺杂区150，第二栅电极线191通过多个第二接触孔CH2连接到第二掺杂区160。第一栅电极180连接至少两条第一栅电极线181，第二栅电极190连接至少两条第二栅电极线191。第一栅电极180和第二栅电极190彼此面对并且基本垂直于第三方向d3延伸。第一栅电极线181按照第三方向d3延伸，第三方向d3与第一方向dl和第二方向 D2中的至少一个方向形成大约45度的角度。第二栅电极线191沿着与第三方向d3相反的方向延伸，并且基本平行于第一栅电极线181。第一栅电极线181和第二栅电极线191以大致的直线形延伸。图5和图6是根据掺杂区的图案结构比较载流子的移动距离的俯视平面图。图5示出了晶片基底的表面中的具有条形图案的n+区域和ρ+区域的掺杂区。条形图案的ρ+区域具有宽度WA。在晶片基底的表面中包括具有条形图案的η+区域和ρ+区域的掺杂区的太阳能电池中，可以通过P+区域和η.区域的电势使通过光产生的电子载流子移动。也就是说，图5中标出的电子E按照箭头方向朝着η.区域移动，移动距离用Da标
出ο这里，寿命短的电子在移动移动距离Da之前复合，从而所述电子对光效率没有贡献。图6是示出了根据本发明的太阳能电池中的掺杂区的图案结构的示例性实施例的视图。
也就是说，ρ+区域150( S卩，第一掺杂区)和η+区域160( S卩，第二掺杂区)以格子形状交替地布置。这里，p+区域具有沿第二方向d2的宽度WB。在一个示例性实施例中，沿第二方向d2的宽度Wb可以等于第一方向dl的宽度WB。图6中标出的电子E必须移动到η.区域中。这里，当太阳能电池包括如图5所示的条形图案的掺杂区时，载流子可以以最短的距离沿一个方向移动，然而，在根据本发明的示例性实施例中，当掺杂区以格子形状交替地布置时，载流子可以沿比第二方向d2的距离Da短的第一方向dl的最短距离Db移动。换言之，与条形图案相比，在以格子形状交替地布置掺杂区的示例性实施例中有可能可以缩短载流子的移动距离，从而可以收集寿命短的载流子，由此在相同的光照射条件下显著地提高光效率。图7和图8是根据掺杂区的图案结构比较作用于载流子的电场的带图。图7示出了在具有图5的图案结构的情况下作用于通过光产生的电子载流子的电场，图8示出了在具有图6的图案结构的示例性实施例中作用于通过光产生的电子载流子的电场。图7中的电子载流子受到一个方向上的电场的作用。然而，图8中的电子载流子接收所有方向上的电场的作用，使得有效的载流子收集进一步成为可能。图9是示出根据本发明的太阳能电池中的电极结构的另一示例性实施例的俯视平面图。图9的示例性实施例与参照图3和图4描述的示例性实施例基本相同。然而，通过形成在钝化层250中的接触孔CH3连接到掺杂区210的栅电极线271 和通过形成在钝化层250中的接触孔CH4连接到掺杂区220的栅电极线的形状不同于图3和图4中的栅电极线的形状。第三栅电极线271从第三栅电极270延伸，第四栅电极线281从第四栅电极280延伸。第三栅电极线271和第四栅电极线281包括以Z字形延伸的部分。在本示例性实施例中，第三栅电极270和第四栅电极280基本平行于第一方向d 1 延伸，并且第三掺杂区210和第四掺杂区220交替地布置，从而形成大致类似于Z字形的栅电极线271和的结构。图10是示出了根据本发明的太阳能电池中的掺杂区的图案结构的另一示例性实施例的俯视平面图。参照图10，被第五掺杂区370包围的第六掺杂区380和第五掺杂区370位于基底的表面中，第一掺杂区370具有基本上宽的区域且以岛状形成。设置在第五掺杂区370和第六掺杂区380上的钝化层350位于基底上，钝化层350 具有多个第五接触孔CH5和多个第六接触孔CH6。多个第五接触孔CH5以均勻的间隔形成并且形成在与第五掺杂区370对应的位置处，多个第六接触孔CH6以均勻的间隔形成并且形成在与第六掺杂区380对应的位置处。第五掺杂区370和第五栅电极线(未示出)可以通过第五接触孔CH5连接，第六掺杂区380和第六栅电极线(未示出)可以通过第六接触孔CH6连接。
图11至图19是示出了图1的太阳能电池的示例性实施例的制造方法的平面图和剖视图。参照图11和图12，在基底100上沉积第一掺杂层110，并且在第一掺杂层110上设置扩散防止层120。将第一掺杂层110和扩散防止层120图案化，以部分地暴露基底100的表面。这里，在平面图中，以格子形状交替地布置对应于基底100的暴露表面的部分与剩余的第一掺杂层110和扩散防止层120的未被图案化的部分。在一个示例性实施例中，例如，第一掺杂层110和扩散防止层120的图案化可以包括光刻工艺、丝网印刷工艺(包括蚀刻膏)和喷墨印刷工艺中的至少一种，但不限于此，而是可以包括各种其他的工艺。在一个示例性实施例中，第一掺杂层110可以包含掺杂有P型杂质的硅氧化物。在一个示例性实施例中，例如，硅氧化物可以是二氧化硅(SiO2)。在一个示例性实施例中，例如，P型杂质可以是硼⑶、镓(Ga)或铟an)，但不限于此，而是可以包含其他具有相似特性的材料。基底100包括正面和与正面相对的背面。在基底100的背面上形成第一掺杂层110。基底100的正面是从外部吸收光的表面。在一个示例性实施例中，扩散防止层120可以包含未被掺杂的硅氧化物。参照图13和图14A，在扩散防止层120上设置在基底100的暴露部分上设置的第二掺杂层140。第二掺杂层140可以包含掺杂有N型杂质的硅氧化物。在一个示例性实施例中，例如，硅氧化物可以是二氧化硅(SiO2)。在一个示例性实施例中，N型杂质可以是磷(P)、砷(As)或其他具有相似特性的材料。参照图15A，执行热处理工艺，以使杂质从第一掺杂层110扩散，从而形成第一掺杂区150。这里，杂质从与基底100接触的第二掺杂层140扩散，从而形成第二掺杂区160。基本可以同时形成第一掺杂区150和第二掺杂区160。与图13、图14A和图15A不同的是，可以不设置第二掺杂层140，而是可以利用第一掺杂层Iio和扩散防止层120作为掩模将杂质离子注入到基底100的表面中。参照图14B和图15B，利用第一掺杂层110和扩散防止层120作为掩模将杂质离子注入到基底100的表面中。在一个示例性实施例中，杂质离子可以是磷(P)、砷(As)或其他具有相似特性的材料。接下来，执行热处理，以使杂质从第一掺杂层110扩散，从而形成第一掺杂区150， 并且通过该热处理激活通过离子注入方法注入到基底100的杂质，从而形成第二掺杂区 160。参照图16和图17，去除形成在基底100上的第一掺杂层110、扩散防止层120和第二掺杂层140。
在本示例性实施例中，可以利用对基底100具有大的蚀刻选择性的氟化氢(HF)来蚀刻第一掺杂层110、扩散防止层120和第二掺杂层140，但不限于此，而是可以采用其他各种方法来蚀刻第一掺杂层110、扩散防止层120和第二掺杂层140。以栅格图案交替地布置第一掺杂区150和第二掺杂区160。详细地讲，彼此相邻的一个第一掺杂区150和一个第二掺杂区160称作第一单元， 并且按照第二方向d2以及第一方向dl重复地布置第一单元，其中，第一方向dl和第二方向d2基本相互垂直。在根据本发明制造的太阳能电池的示例性实施例中，第一掺杂区150和第二掺杂区160形成PN结。参照图18和图19，分别在第一掺杂区150和第二掺杂区160上形成具有第一接触孔CHl和第二接触孔CH2的钝化层170。再次参照图3，在钝化层170上形成包括第一栅电极180和第一栅电极线181的第一电极以及包括第二栅电极190和第二栅电极线191的第二电极。这里，第一栅电极线181按照第三方向d3以直线形延伸，以通过第一接触孔CHl 连接到第一掺杂区150。另外，第二栅电极线191按照第三方向d3以直线形延伸，以通过第二接触孔CH2 连接到第二掺杂区160。虽然已经结合目前被认为是实际的示例性实施例描述了本发明，但是要理解，本发明不限于公开的实施例，而是相反，本发明意图覆盖包括在权利要求书的精神和范围内的各种修改和等同布置。
权利要求
1.一种太阳能电池，所述太阳能电池包括基底；第一掺杂区和第二掺杂区，位于基底的表面上；钝化层，设置在第一掺杂区和第二掺杂区上，其中，第一掺杂区和第二掺杂区以栅格图案交替地布置在基底的所述表面中。
2.如权利要求1所述的太阳能电池，所述太阳能电池还包括设置在钝化层上的第一电极和第二电极。
3.如权利要求2所述的太阳能电池，其中，钝化层包括多个第一接触孔和多个第二接触孔，第一电极和第一掺杂区通过所述多个第一接触孔彼此连接，第二电极和第二掺杂区通过所述多个第二接触孔彼此连接。
4.如权利要求3所述的太阳能电池，其中，第一掺杂区和第二掺杂区分别按照第一方向和第二方向交替地布置，第一方向和第二方向基本彼此垂直。
5.如权利要求4所述的太阳能电池，其中，第一电极沿第三方向以直线形延伸，第三方向与第一方向和第二方向中的至少一个方向形成大约45度的角度。
6.如权利要求4所述的太阳能电池，其中，第一电极和第二电极分别包括以Z字形延伸的部分。
7.如权利要求1所述的太阳能电池，其中，从俯视平面图来看，第一掺杂区和第二掺杂区具有四边形形状。
8.如权利要求1所述的太阳能电池，其中，基底包括正面和背面，第一掺杂区和第二掺杂区设置在基底的背面上。
9.如权利要求8所述的太阳能电池，其中，通过基底的正面吸收光。
10.如权利要求1所述的太阳能电池，其中，第一掺杂区和第二掺杂区包括不同类型的导电杂质。
全文摘要
本发明公开了一种太阳能电池。太阳能电池包括基底；第一掺杂区和第二掺杂区，位于基底的表面上；钝化层，设置在第一掺杂区和第二掺杂区上，其中，第一掺杂区和第二掺杂区以栅格图案交替地布置在基底的所述表面中。
文档编号H01L31/04GK102339873SQ20111019554
公开日2012年2月1日 申请日期2011年7月13日 优先权日2010年7月19日
发明者牟灿滨, 金英水 申请人:三星Sdi株式会社, 三星电子株式会社