专利名称：半导体太阳能电池的制造方法
技术领域：
本发明涉及一种半导体太阳能电池的制造方法。
背景技术：
太阳能电池的一种限制因素是太阳能电池表面上的载流子的复合。复合的载流子此时不再能够用于产生电流。为了降低复合，必须使太阳能电池表面“钝化”，就是说，必须通过表面状态使载流子的复合活性降低。这通过在太阳能电池表面上涂覆介电的钝化层来实现。但通常使用的钝化层通常相对于在制造太阳能电池时必须执行的工艺步骤是敏感的。在这些步骤期间，钝化层会失去其钝化作用的很大一部分或者在极端情况下完全失去。带来钝化层这样的退化的效果的工艺步骤的一个例子是所谓的灼烧步骤(Feuerschritt)，在该步骤中，涂覆在太阳能电池的背面上的金属膏状物硬化成接触层并 在此时形成金属和半导体的合金。在DE 10 2007 054 384 Al中提出一种钝化结构，所述钝化结构对于在800-900° C的温度范围内的灼烧步骤是稳定的并且其钝化特性基本上可得到保持。所述钝化结构是一种双层，所述双层包括铝氧化物和沉积在铝氧化物上的由氧化硅、氮化硅或类似物质形成的层。在这种已知的方法中，紧接着双层在太阳能电池表面上的沉积，通过丝网印刷将金属膏状物施加到太阳能电池上并在通过式炉中对其进行灼烧处理步骤。在上面所述的制造方法中，钝化层构造成使得所述钝化层构成太阳能电池表面的稳定的钝化结构，所述钝化结构能够承受在800-900° C的温度范围内的灼烧步骤并在此时保持其钝化特性。但问题是在余下的处理步骤中，钝化层直接受到化学和物理条件和物质、例如化学品的影响，所述条件和物质可能起腐蚀性作用。这些步骤的例子包括纹理步骤、蚀刻步骤和扩散步骤。如果所述处理步骤在施加钝化层之前执行，则通常必须在所述处理步骤之前在太阳能电池的基体表面上施加附加的层，所述附加的层此时对于相应处理步骤起到隔离层的作用。施加以及必要时接着除去这种牺牲层或隔离层使得工艺变得复杂并且成本高。
发明内容
因此本发明的目的在于，提供一种用于半导体太阳能电池的制造方法，这种制造方法较为经济且其中降低了处理步骤的数量。所述目的根据本发明的具有权利要求I的特征的制造方法来实现。本发明有利的改进方案在各从属权利要求中记载。本发明基于这样的认知，S卩，可以将由两个由适当的不同介电材料构成的介电层组成的钝化双层用作确定的处理步骤的隔离层，而不会失去其钝化特性。为此，首先将由第一介电材料形成的第一介电层施加到半导体基体的表面上。此后，在第一介电层上施加由与第一介电材料不同的第二介电材料形成的第二介电层。在这种制造方法中在施加钝化双层之后执行的纹理步骤、扩散步骤和/或蚀刻步骤中，所述钝化双层相应地用作纹理隔离、扩散隔离或蚀刻隔离。半导体基体可以是半导体晶片，也可以是按在一基体上、例如玻璃基体上的薄层的方式制造的半导体结构，由这种半导体结构制造太阳能电池。在施加钝化双层的两个介电层之前，可以对半导体基体的表面整面地或局部地进行搀杂。为此，半导体基体的表面例如可以用硼和/或磷进行扩散，或者进行植入。为了对半导体基体的表面进行预处理，其它的处理有利地包括用于除去可能存在的锯切损伤(SSgeschiiden)的清洁处理。纹理步骤是用于使光入射侧的太阳能电池表面结构化以便在光吸收时提高效率的处理。纹理步骤例如可以以湿化学(nasschemisch)的方式执行，由此能够产生棱锥状的表面结构。但同样已知干化学(trockenchemische)的纹理方法,例如等离子体辅助的纹理方法。钝化双层可以例如作为背面的钝化层的同时作为背面的纹理隔离防止无意中对太阳能电池背面的纹理化。在本发明的范围内，当钝化双层在常规的纹理方法中基本上没有被除去，则钝化 双层起到作为纹理隔离的作用。如果纹理步骤利用纹理蚀刻剂执行，则钝化双层优选具有这样的蚀刻速率，所述蚀刻速率最高约为半导体基体的蚀刻速率的10%，优选最高约为2%、更优选最高约为0. 5%。例如在纹理步骤中需要蚀刻的材料的蚀刻去除深度通常为I U m至20 ii m,而蚀刻隔离的厚度通常为约50nm至200nm。与此不同，蚀刻步骤通常是用于除去半导体基体表面的表面区域或表面层的方法。对此的一个例子整面地或选择性地蚀刻磷硅酸盐层(基于HF)，所述磷硅酸盐层在扩散时可以通过POCl3形成。另外的例子包括边缘绝缘(基于HF/HN03)、损伤蚀刻(用于除去锯切损伤、激光结构化损伤或类似结构)和必要时去除漆层，所述漆层也称为漆带(在通过漆料结构化时形成，这基于KOH进行)。还应提及，至少在湿化学纹理步骤中也可以进行表面区域的去除，从而纹理步骤和蚀刻步骤之间很难进行区分。例如除去锯切损伤以及由此在常规的生成线中必要的除去硅通过纹理步骤顺便完成。纹理步骤此时其实是一种非各向同性地进行的蚀刻步骤。对于这种处理钝化层应具有耐抗性。钝化双层也可以用作整面的、就是说正面和背面的蚀刻隔离。除此以外或同时，太阳能电池侧面上的钝化双层也可以结构化，并在接下来的蚀刻步骤中用作起结构化作用的蚀刻隔离或蚀刻掩膜。在当如情况下，当纯化双层与半导体基体相比具有最闻约10%、优选最闻约为2%、更优选最高约为0. 5%的蚀刻速率时，则钝化双层用作在蚀刻步骤期间的蚀刻隔离。特别是钝化双层在常见的蚀刻溶液中、如5%的氟氢酸(HF)中在室温下具有最高lnm/s的蚀刻速率，或者在45%的氢氧化钾(KOH)中在80° C下具有最高lnm/min的蚀刻速率。需要注意的是，KOH与HF不同可以用于蚀刻硅。扩散步骤中，钝化双层相应地用作扩散隔离。这例如可以这样来实现，即，扩散隔离足够厚，使得搀杂不能或不能以有效的浓度穿过扩散隔离到达基体。扩散例如在最高900° C或更高的温度下进行，从而扩散隔离必须能承受这样的高温，而不会损失钝化作用。第一和第二介电材料可以这样来选择，使得由此形成的各介电层分别由于场效应作用和/或由于化学钝化作用使半导体基体表面钝化。
在这种制造方法中可能有用的是，在施加第一介电层之前，在半导体基体的表面上施加另一个中间层。同样可能合理的是，在两个介电层之间设置一个或多个另外的中间层。但在优选的实施方式中设定，第一介电层直接施加在半导体基体的表面上和/或第二介电层直接施加在第一介电层上。特别是对于通过第一介电层对表面的化学钝化，应将第一介电层直接施加在表面上。在有利的改进方案中设定，第一介电层和/或第二介电层通过薄层法沉积设置。这种薄层法例如包括沉积法，如CVD (化学气相沉积)和PVD (物理气相沉积)、溅射法、原子层沉积(ALD-atomic layer deposition)或类似方法,其中可以采用带有或没有等离子体辅助的沉积法。但采用薄层法不是一定必需的。例如介电层之一或两个介电层可以通过其他合适的涂覆方法、例如溶胶-凝胶法施加。根据适宜的实施方式设定，另外的制造步骤包括灼烧步骤。同时，钝化双层本身是稳定的，使得钝化双层保持其钝化作用并且接着作为钝化层和必要时还作为完成的太阳能电池表面上的背面镜面得以保留。灼烧步骤是一个用于烘烤施加在太阳能电池上的金属膏 状物以便产生金属接触层的方法步骤。由于钝化双层的稳定性和坚固性，金属膏状物也可以至少部分地施加在钝化双层上。在这种实施方式中，钝化双层在钝化双层上存在或不存在膏状材料的情况下都能够承受灼烧步骤。换言之，钝化双层是灼烧稳定的并且同时是耐抗金属膏状物稳定的。此外，所述钝化双层还确保了钝化双层和金属膏状物之间足够的机械附着力。在这种灼烧步骤中最大温度通常为800到1000摄氏度，并持续几秒钟。优选设定，在施加第一介电层和/或第二介电层时，半导体基体的表面不超过约600° C、优选约500° C、更优选约400° C的过程温度。一个或优选两个介电层的施加或沉积在较低温度下有这样的优点，即，由此节省工艺成本并同时降低工艺的复杂性。同时，对于半导体基体和已经位于半导体基体上的层或结构提出的机械和物理上的要求较低。在适宜的实施方式中设定，第一介电材料包括铝氧化物(特别是Al2O3)或其他金属氧化物和/或第二介电材料包括氧化硅(Si02)、氮化硅(SiNx)、氮氧化硅(SiOxNy)或碳化硅(SiCx)0这里需要指出的是，一般性的通式SiOxNy通常也包括特定的材料SiOjP SiNx。然而，在不考虑特定材料SiO2和SiNx的情况下，SiOxNy作为介电材料也具有特殊的优点。在有利的实施方式中设定，第一介电材料包括氧化硅、氮化硅、氮氧化硅或碳化硅。根据优选的实施方式设定，第一介电层和/或第二介电层換杂地施加。这种情况下的施加，例如沉积，使得相应的介电层作为搀杂的层沉积在半导体基体表面上。例如为此搀杂物质可以掺入反应气体。除此以外，对介电层的搀杂可以在将其施加到所述表面上之后进行。有利地设定，第二介电层这样施加，使得所述第二介电层的氢含量为至少1&丨％、优选为至少2at%、更优选为至少5at%。在施加钝化双层之后，必要时在另外的处理步骤中，例如在回火步骤中，氢可以部分地渗入第一介电层并一直到达半导体基体的表面，并在这里用于实现改进的钝化作用。根据优选的实施方式设定，钝化双层在施加之后进行回火。已经证实，第一介电层的钝化作用和钝化双层的钝化作用一样，在回火步骤之后明显改善。导致“激活”钝化作用的回火步骤优选这样选择，使得钝化双层在氮气或其他气体氛围下经受至少300° C的温度，并持续至少5分钟，更优选地经受至少350° C的温度，并持续至少10分钟，在一个优选的实施方式中，经受400° C的温度，持续时间大于10分钟。在较高的温度下，回火步骤的持续时间也可以缩短。回火步骤有利地在约400° C的温度下持续约I分钟或更短。较短的回火步骤是希望的，并且对于激活钝化作用也是可以实现的。有利地(例如由铝氧化物组成的)第一介电层的激活随着第二介电层的沉积就已经实现了。—方面，回火步骤有利地用于改进或激活由第一介电层和第二介电层组成的钝化双层的钝化作用。另一方面，第二介电层作为蚀刻隔离的作用可以通过回火步骤改进，其方式是，回火步骤降低了第二介电层在不同的蚀刻溶液中的蚀刻速率。优选设定，钝化双层在进一步的制造步骤之前或之后进行结构化处理。钝化双层例如可以设置成背面的钝化结构。在这种情况下，在钝化双层上整面地施加接触层，所述接触层通过在钝化双层中形成的通孔与太阳能电池半导体基体导电地连接。此外，如果钝化 双层作为纹理、蚀刻和/或扩散隔离，钝化双层可以进行结构化处理，以便仅在选择的部分区域内起隔离层的作用。因此，扩散仅通过在钝化双层中形成的通孔或通过结构进行。这样结构化处理的钝化双层可以用于制造背面接触的太阳能电池。
下面根据实施例参考
本发明。这里图I至6示出在太阳能电池根据优选实施例的制造中太阳能电池的不同阶段。具体地图I示出带有搀杂的表面的半导体基体；图2示出带有钝化双层的图I的半导体基体；图3示出带有纹理化的正面的图2的半导体基体；图4示出在扩散步骤后图3的半导体基体；图5示出带有防反射层的图4的半导体基体；以及图6不出具有双面镀金属的完成的半导体基体太阳能电池。图I至6用横截面图示意性示出带有根据优选实施方式的钝化双层的太阳能电池的制造。这里所示的层结构不是按照正确的比例显示的。
具体实施例方式首先根据图I制造半导体基体2。在半导体基体2的表面22上通过扩散或向半导体材料中植入硼构成掺杂层21，所述表面是背面的表面。所述掺杂层21是可选的，但可以改进太阳能电池背面的接通。可选地或附加地，整个半导体基体2可以用硼或其他合适的掺杂材料预掺杂，以便形成以后的太阳能电池的基本半导体。在图I中示出的半导体基体2是半导体晶片。半导体基体2的基体正面23可以保持没有进行预先处理。此外，必要时必须对半导体基体2进行去除锯切损伤的操作。为此例如可以使用蚀刻溶液。此外，所述晶片可以具有通孔，用于制造EWT (发射极穿孔卷绕)或MWT (金属穿孔卷绕)电池，所述通孔例如通过激光辐射法实现。接着向半导体基体2的表面22上沉积第一介电层3和第二介电层4，以便形成钝化双层3、4。该方法步骤的结果在图2中示出。第一介电层3包括例如Al2O3，而第二介电层4包括SiOxNy。在这种情况下有利的是，第二介电层4具有较高的氢含量。包括SiOxNy的第二介电层4在下面起到用于包括Al2O3的第一介电层3的一种保护层的作用。可选地，也可以选择相反的层顺序。在后面的方法步骤中，在图6中示出的制造完成的半导体电池I中用作光入射侧的基体正面23通过湿化学的纹理步骤进行纹理化。这里钝化双层3、4用作半导体基体2的背侧表面22的纹理隔离。纹理步骤的结果在图3中作为基体正面23上的棱锥结构示意性地示出。图4中示出，在接下来的扩散步骤中，在纹理化的基体正面23上形成半导体基体2中的扩散层24。这例如可以按气相扩散通过作为扩散物质的三氯氧化磷(POCl3)或三溴化硼(BBr3)来实现，由此扩散层24作为发射极层起作用。在扩散期间可以存在最高900° C的温度。掺杂层也可以通过不同于气相扩散的其他技术来实现，例如通过利用旋转涂覆(spin-on )或喷涂(spray-on )施加掺杂的玻璃并通过接下来利用激光进行加热或使掺杂物(Dotanden)渗入。钝化双层3、4在扩散步骤期间用作扩散隔离，以便保护半导体基体2的背面的表面22不受扩散影响。 在扩散步骤期间，形成由磷硅酸盐玻璃(PSG)组成的层，所述层必须利用接下来的蚀刻步骤除去。这可以湿化学的或借助于等离子体辅助的蚀刻法实现。作为蚀刻溶液例如考虑采用基于HF的溶液。如图5所示，在基体正面23的扩散层24上沉积正面的例如由氮化硅组成的防反射层6。最后，例如整面地或通过丝网印刷或类似的涂覆方法在正面和/或背面施加金属膏状物并接着对半导体太阳能电池I执行灼烧步骤，由此触点接通这样制造的半导体太阳能电池I。以这种方式形成正面金属化结构7作为发射极触点，并形成背面金属化结构8作为基极触点。背面金属化结构8通过在钝化双层3、4中形成的通孔5与半导体基体2导电连接。钝化双层3、4的介电层3、4在这种情况下应这样选择，使得即使在这种灼烧步骤之后仍保持钝化作用。附图标记列表I 半导体太阳能电池2 半导体基体21 掺杂层22 半导体基体的表面23 基体正面24 扩散层3 第一介电层4 第二介电层5 通孔6 防反射层7 正面金属化结构8 背面金属化结构
权利要求
1.半导体太阳能电池(I)的制造方法，包括以下步骤 制备半导体太阳能电池(I)的半导体基体(2)； 在半导体基体(2)的表面(22)上形成钝化双层(3、4)，其方式是，向半导体基体(2)的表面(22)上施加由第一介电材料形成的第一介电层(3)和向第一介电层(3)上施加由不同于第一介电材料的第二介电材料形成的第二介电层(4);以及 另外的制造步骤包括以下处理步骤中的至少一个、两个或三个纹理步骤、扩散步骤和蚀刻步骤，钝化双层(3、4)在所述另外的制造步骤中起隔离层的作用并保护直接位于其下面的半导体基体(2)，钝化双层(3、4)在制造完成的半导体太阳能电池(I)中用作钝化层。
2.根据权利要求I所述的制造方法，其特征在于，第一介电层(3)直接施加在半导体基体(2)的表面(22)上和/或第二介电层(4)直接施加在第一介电层(3)上。
3.根据权利要求I或2所述的制造方法，其特征在于，第一介电层(3)和/或第二介电 层(4)通过薄层法沉积。
4.根据上述权利要求中任意一项所述的制造方法，其特征在于，所述另外的制造步骤包括灼烧步骤，钝化双层(3、4 )在灼烧步骤中保持其钝化作用。
5.根据上述权利要求中任意一项所述的制造方法，其特征在于，在施加第一介电层(3)和/或第二介电层(4)时，半导体基体(2)的表面(22)不超过约600° C、优选约500° C、更优选约400° C的过程温度。
6.根据上述权利要求中任意一项所述的制造方法，其特征在于，第一介电材料包括铝氧化物或其他金属氧化物和/或第二介电材料包括氧化硅、氮化硅、氮氧化硅或碳化硅。
7.根据权利要求I至5中任意一项所述的制造方法，其特征在于，第一介电材料包括氧化硅、氮化硅、氮氧化硅或碳化硅。
8.根据上述权利要求中任意一项所述的制造方法，其特征在于，第一介电层(3)和/或第二介电层(4 )带掺杂地施加。
9.根据上述权利要求中任意一项所述的制造方法，其特征在于，第二介电层(4)这样施加，使得第二介电层(4)的氢含量为至少lat%、优选为至少2at%、更优选为至少5at%。
10.根据上述权利要求中任意一项所述的制造方法，其特征在于，在施加后对钝化双层(3、4)进行回火。
11.根据上述权利要求中任意一项所述的制造方法，其特征在于，在所述另外的制造步骤之前或之后对钝化双层(3、4)进行结构化处理。
全文摘要
本发明涉及一种半导体太阳能电池(1)的制造方法，包括以下步骤制备半导体太阳能电池(1)的半导体基体(2)；在半导体基体(2)的表面(22)上形成钝化双层(3、4)，其方式是，向半导体基体(2)的表面(22)上施加由第一介电材料形成的第一介电层(3)和向第一介电层(3)上施加由不同于第一介电材料的第二介电材料形成的第二介电层(4)；以及另外的制造步骤，包括以下处理步骤中的至少一个、两个或三个纹理步骤、扩散步骤和蚀刻步骤，其中，钝化双层(3、4)在所述另外的制造步骤中作为隔离层并保护直接位于钝化双层下面的半导体基体(2)，并且其中，钝化双层(3、4)在制造完成的半导体太阳能电池(1)中用作钝化层。
文档编号H01L31/18GK102822987SQ201180014551
公开日2012年12月12日 申请日期2011年2月28日 优先权日2010年3月24日
发明者P·恩格莱哈特, R·塞根, M·埃德曼 申请人:Q电池欧洲公司