具有由脊分隔的掺杂的沟槽区域的太阳能电池的制作方法
【专利摘要】本发明描述了具有由脊分隔的掺杂的沟槽区域的太阳能电池以及制造太阳能电池的方法。在一个实例中，太阳能电池包括具有表面的衬底，所述表面具有多个沟槽和脊。将具有第一导电类型的第一掺杂区域设置于第一沟槽中。将具有与所述第一导电类型相反的第二导电类型的第二掺杂区域设置于第二沟槽中。第一沟槽和第二沟槽由脊中的一个分隔。
【专利说明】具有由脊分隔的掺杂的沟槽区域的太阳能电池
[0001]本文描述的发明得到美国政府支持，在美国能源部授予的编号DE-FC36-07G017043的合同下完成。美国政府可拥有本发明的某些权利。
【技术领域】
[0002]本发明的实施例为可再生能源的领域，更特别地为具有由脊分隔的掺杂的沟槽区域的太阳能电池。
【背景技术】
[0003]光伏电池(常被称为太阳能电池)是熟知的用于将太阳辐射直接转换为电能的装置。一般来讲，使用半导体加工技术在衬底的表面附近形成P-η结而将太阳能电池制造在半导体晶片或衬底上。冲击在基板表面上并进入基板内的太阳辐射在基板主体中形成电子和空穴对。电子和空穴对迁移至衬底中的P掺杂区域和η掺杂区域，从而在掺杂区域之间产生电压差。将掺杂区域连接至太阳能电池上的导电区域，以将电流从电池引导至与其联接的外部电路。
[0004]效率是太阳能电池的重要特性，因其直接与太阳能电池发电的能力有关。同样，制备太阳能电池的效率直接与此类太阳能电池的成本效益有关。因此，提高太阳能电池效率的技术或提高制备太阳能电池效率的技术是普遍所需的。本发明的实施例涉及通过提供制造太阳能电池结构的新工艺而提高太阳能电池的制造效率。
【专利附图】
【附图说明】
[0005]图1示出了根据本发明的一个实施例的太阳能电池的一部分的横截面图，所述太阳能电池具有由未掺杂的或轻掺杂的脊部分隔的掺杂区域。
[0006]图2示出了根据本发明的一个实施例的太阳能电池的一部分的横截面图，所述太阳能电池具有彼此邻接的掺杂区域。
[0007]图3示出了根据本发明的一个实施例的太阳能电池的一部分的横截面图，所述太阳能电池具有在多个沟槽中，但不在多个沟槽表面以下形成的掺杂区域。
[0008]图4为表示根据本发明的一个实施例的制造太阳能电池的方法中的操作的流程图。
[0009]图5Α示出了根据本发明的一个实施例的太阳能电池制造中与图4的流程图的操作402相对应的阶段的横截面图。
[0010]图5Β示出了根据本发明的一个实施例的太阳能电池制造中的一个阶段的横截面图。
[0011]图5C示出了根据本发明的一个实施例的太阳能电池制造中与图4的流程图的操作404和406相对应的阶段的横截面图。
[0012]图示出了根据本发明的一个实施例的太阳能电池制造中的一个阶段的横截面图。[0013]图5E示出了根据本发明的一个实施例的太阳能电池制造中与图4的流程图的操作408相对应的阶段的横截面图。
[0014]图5F示出了根据本发明的一个实施例的太阳能电池制造中的一个阶段的横截面图。
[0015]图6为表示根据本发明的一个实施例的制造太阳能电池的另一方法中的操作的流程图。
[0016]图7A示出了根据本发明的一个实施例的太阳能电池制造中与图6的流程图的操作602相对应的阶段的横截面图。
[0017]图7B示出了根据本发明的一个实施例的太阳能电池制造中与图6的流程图的操作604相对应的阶段的横截面图。
[0018]图7C示出了根据本发明的一个实施例的太阳能电池制造中的一个阶段的横截面图。
[0019]图7D示出了根据本发明的一个实施例的太阳能电池制造中与图6的流程图的操作606相对应的阶段的横截面图。
[0020]图7E示出了根据本发明的一个实施例的太阳能电池制造中与图6的流程图的操作608相对应的阶段的横截面图。
[0021]图7F示出了根据本发明的一个实施例的太阳能电池制造中的一个阶段的横截面图。
[0022]图8A-8F示出了根据本发明的另一实施例的太阳能电池制造中的各个阶段的横截面图。
[0023]图9A-9D示出了根据本发明的另一实施例的在制造用于制造太阳能电池的具有沟槽和脊的衬底中的各个阶段的横截面图。
【具体实施方式】
[0024]本文描述了具有由脊分隔的掺杂的沟槽区域的太阳能电池。在下面的描述中，给出了许多具体细节，例如具体的工艺流程操作，以形成对本发明的实施例的透彻理解。对本领域的技术人员将显而易见的是在没有这些具体细节的情况下可实施本发明的实施例。在其他例子中，没有详细地描述诸如随后的金属触点形成技术的公知的制造技术，以避免不必要地使本发明的实施例难以理解。此外，应当理解在图中示出的多种实施例是示例性的实例并且未必按比例绘制。
[0025]本文公开了具有由脊分隔的掺杂的沟槽区域的太阳能电池。在一个实施例中，太阳能电池包括具有表面的衬底，所述表面具有多个沟槽和脊。将具有第一导电类型的第一掺杂区域设置于第一沟槽中。将具有与所述第一导电类型相反的第二导电类型的第二掺杂区域设置于第二沟槽中。第一沟槽和第二沟槽由脊中的一个分隔。
[0026]本文也公开了制造太阳能电池的方法。在一个实施例中，方法包括在衬底的表面中形成具有多个沟槽和脊的图案。将具有第一导电类型的第一掺杂剂油墨组合物递送至第一沟槽中。将具有第二相反导电类型的第二掺杂剂油墨组合物递送至第二沟槽中，所述第一沟槽和第二沟槽由脊中的一个分隔。然后将来自第一和第二掺杂剂油墨组合物的掺杂剂向衬底驱动。在另一实施例中，方法包括在衬底的表面中形成具有多个沟槽和脊的图案。将具有第一导电类型的掺杂剂油墨组合物递送至第一沟槽中。使第二相反导电类型的固态掺杂剂源在第二沟槽中以及在第一沟槽中的掺杂剂油墨组合物以上形成。第一沟槽和第二沟槽由脊中的一个分隔。然后将来自固态掺杂剂源和掺杂剂油墨组合物的掺杂剂向衬底驱动。
[0027]溶剂基喷墨油墨通常含有大于大约50%的溶剂和添加剂以满足用于喷墨打印头的粘度要求(例如大约5-20厘泊)。这种高比率溶剂和添加剂可产生可变或复杂的干燥动力学。例如，干燥动力学可使得形状保真性对于某些喷墨应用而言具有挑战性。为了解决这种问题，图形艺术工业已开发在接触时吸附喷墨液滴的吸附剂衬底。在该方法中，产生颜色的组分不能移动，同时溶剂蒸发。
[0028]使用溶剂基喷墨油墨用于电子器件应用可引入另外的挑战。例如，用于电子器件应用的衬底通常不是吸收性的(例如硅衬底可能不吸收)，因此，图形溶液可能不易于适于电子器件应用。此外，由于相比于用于图形艺术应用，被印刷的材料具有用于电子器件应用的更先进的功能(包括蚀刻掩模、掺杂源、金属化、印刷硅等)，通常厚度控制变为可能需要良好控制的另外的输出参数。由于动态蒸发作用，厚度可能比形状清晰度更难以控制。当印刷至粗糙表面(如用于太阳能电池上的那些)时，厚度和形状清晰度的总体缺乏可能进一步恶化。例如，流体沉积过程通常是平整化的，特别是在低粘度下。
[0029]已实施以在电子器件应用中控制喷墨过程的膜厚度和形状清晰度的更成功的策略之一使用预图案化的沟槽或凹槽。例如，该方法已用于显示器工业中，以使用喷墨过程制造滤色器。彩色油墨沉积至使用光刻技术图案化的沟槽或凹槽中。由于喷墨技术可用于精确控制喷射的油墨的量，因此也可精确控制过滤材料的量。给定已知体积，可精确控制最终膜厚度，因为沟槽或凹槽的体积也通过光刻图案化过程精确控制。
[0030]根据本发明的一个或多个实施例，沟槽或凹槽在背接触太阳能电池的制造中用于厚度和形状控制。通常，图案化步骤可用于限定电池表面中的沟槽或沟道，之后进行例如湿蚀刻操作以将沟槽或沟道蚀刻至下方的层中。在一个实施例中，随后将掺杂剂油墨组合物分配至沟槽或凹槽中以用于随后的掺杂操作。
[0031]在一个这种实施例中，通过加入仅一个图案化过程操作而完成如上掺杂方法。在一个实例中，使用来自供应商的引入晶片，所述晶片可能已经需要损伤去除蚀刻，以从晶片表面上去除大约10-15微米的污染和断裂的硅。在一个实施例中，在损伤去除蚀刻之前，使晶片表面经受图案化操作，例如形成丝网印刷蚀刻掩模。在一个实施例中，图案化操作确定用于η型和P型指状物和垫的沟槽或凹槽的位置。在图案化操作之后，在掩模位于适当的位置的情况下，使晶片经受所进行的损伤去除蚀刻操作。然而，可能需要随后进行损坏蚀刻、油墨去除和之后的最终损坏蚀刻，以去除图案化掩模之下的硅。
[0032]在一个实施例中，使用水平蚀刻工具以在衬底表面上制造沟槽或凹槽。由于对冲洗水的更有效的利用，因此这种工具可比标准间歇过程蚀刻器更便宜。此外，由于η-和P-指状物可在同一操作中图案化，因此指状物之间的距离可得以最小化。相比之下，在其中η-和P-区域在两个分别的操作中图案化的常规方法中，两个必要的分别的图案的队列之间可能存在公差总和。因此，在常规方法中，通常使用最小设计规则来确定图案可间隔多近。因此，在一个实施例中，通过在同一操作中图案化η-和P-区域，例如通过在同一操作中形成沟槽或凹槽，则不存在公差总和，并会违反设计规则。在一个实施例中，使η-和P-区域之间的距离最小化增加了由其制得的太阳能电池的总体效率。相比于利用标准设计规则进行的过程，性能增加可降低工艺流程的成本/瓦特，从而有可能抵消与增加沟槽或凹槽图案化操作相关的任何另外的成本。在一个实施例中，另外进行沟槽或凹槽的底部的平滑，从而不在沟槽或沟道的底部模仿来自晶片表面的粗糙度。在这种情况中，在沟槽或凹槽的蚀刻工艺中(例如在损坏蚀刻工具中所进行)，也可引入湿蚀刻抛光技术。
[0033]掺杂剂油墨可允许在太阳能电池制造(可能更通常地，半导体结构制造)中使用液体沉积方法作为选择性掺杂衬底的途径。这种液体沉积方法可提供相比于典型的气相掺杂剂沉积技术降低的成本，典型的气相掺杂剂沉积技术通常涉及昂贵的炉子和真空室，以及有毒气体递送和排放系统。本发明的实施例可在多种太阳能电池技术平台中实施。在一个实施例中，掺杂剂油墨组合物用作P型或η型掺杂剂源。在另一实施例中，掺杂剂油墨组合物用作P型和η型掺杂剂源中的一者或两者。在一个实施例中，由在接收晶片或衬底的表面处的蚀刻沟槽或凹槽来接收掺杂剂油墨。在一个实施例中，掺杂剂油墨包含可交联硅氧烷、溶剂和P型或η型(相对于硅)掺杂剂源。在一个实施例中，掺杂区域作为最终制造背接触太阳能电池的前体在晶片或衬底中形成，或者在晶片或衬底上形成的半导体层中形成。
[0034]在本发明的一个方面，提供了一种太阳能电池，其在多个沟槽和脊中具有掺杂区域。作为第一实例，图1示出了根据本发明的一个实施例的太阳能电池的一部分的横截面图，所述太阳能电池具有由未掺杂的或轻掺杂的脊部分隔的掺杂区域。
[0035]参见图1，太阳能电池100的一部分包括具有表面104的衬底102,所述表面104具有多个沟槽106和脊108。将具有第一导电类型的第一掺杂区域110设置于第一沟槽106Α中。将具有与所述第一导电类型相反的第二导电类型的第二掺杂区域112设置于第二沟槽106Β中。第一和第二沟槽106Α和106Β分别由脊108Α中的一个分隔。
[0036]在一个实施例中，沟槽形成为充当掺杂剂油墨的接收沟槽或凹槽。沟槽可形成为故意的特征(其与例如天然表面凹陷相反)。在一个实施例中，通过湿蚀刻或干蚀刻工艺来蚀刻沟槽。沟槽底部表面可为纹理化的或可为平滑的。可不存在由术语“沟槽”暗示的几何限制。例如，在一个实施例中，从透视图来看，沟槽为指状物或点。在一个实施例中，沟槽具有在大约5-10微米范围内的深度。在一个具体实例中，沟槽深度定尺寸为接收精确量的掺杂剂油墨。
[0037]在一个实施例中，衬底102为硅衬底，例如η型掺杂的硅衬底。在一个实施例中，衬底本身的掺杂浓度比第一和第二掺杂区域110和112的掺杂浓度小至少1-2个数量级。在一个这种实施例中，分隔第一和第二沟槽106Α和106Β的脊108Α因此包括来自衬底的轻掺杂的区域114。然而，在另一实施例中，区域114为未掺杂的或可忽略地掺杂的。第一和第二掺杂区域110和112可分别为η型和P型掺杂的，或者可分别为P型和η型掺杂的。
[0038]再次参见图1，在一个实施例中，第一掺杂区域110从脊的第一侧延伸至脊108Α中一定量，且第二掺杂区域112从脊的第二侧延伸至脊108Α中大约相同的量。在一个具体示例性实施例中，区域中的每一个延伸的量为大约I微米。在一个实施例中，未掺杂的或轻掺杂的区域114分别在第一和第二掺杂区域110和112的延伸至脊中的部分之上从脊的第一侧延伸至脊的第二侧。在一个具体实施例中，未掺杂的或轻掺杂的区域114还设置于第一和第二掺杂区域110和112的延伸至脊108Α中的部分之间，如图1所示。
[0039]作为第二实例，图2示出了根据本发明的一个实施例的太阳能电池的一部分的横截面图，所述太阳能电池具有彼此邻接的掺杂区域。
[0040]参见图2，太阳能电池200的一部分包括具有表面204的衬底202，所述表面204具有多个沟槽206和脊208。将具有第一导电类型的第一掺杂区域210设置于第一沟槽206A中。将具有与所述第一导电类型相反的第二导电类型的第二掺杂区域212设置于第二沟槽206B中。第一和第二沟槽206A和206B分别由脊208A中的一个分隔。然而，与图1相比，分别分隔第一和第二沟槽206A和206B的脊208A包括与第一掺杂区域210连续且与第二掺杂区域212邻接的第一导电类型的掺杂剂。即，第一掺杂区域210延伸通过脊208A，从而无未掺杂的或轻掺杂的区域保持在脊208A中。然而，在一个这种实施例中，类似于图1，第二掺杂区域212延伸至脊208A中一定量，如图2所示。
[0041]因此，参见图1和图2两者，第一掺杂区域(110或210)设置于第一沟槽(106A或206A)表面下方的衬底(102或202)的一部分中，第二掺杂区域(112或212)设置于第二沟槽(106B或206B)表面下方的衬底(102或202)的另一部分中。相比之下，作为第三实例，图3示出了根据本发明的一个实施例的太阳能电池的一部分的横截面图，所述太阳能电池具有在多个沟槽中，但不在多个沟槽表面以下形成的掺杂区域。
[0042]参见图3，太阳能电池300的一部分包括具有表面304的衬底302，所述表面304具有多个沟槽306和脊308。半导体层320设置于沟槽306中的每一个中。在一个实施例中，半导体层320与每个沟槽306的至少一部分共形，但在沟槽306之间是不连续的，如图3所示。具有第一导电类型的第一掺杂区域310设置于第一沟槽306A中。具体地，第一掺杂区域310设置于在第一沟槽306A中设置的半导体层320的部分中。具有与第一导电类型相反的第二导电类型的第二掺杂区域312设置于第二沟槽306B中。具体地，第二掺杂区域312设置于在第二沟槽306B中设置的半导体层320的部分中。此外，第一和第二沟槽306A和306B分别由脊308A中的一个分隔，如图3所示。
[0043]再次参见图3，薄的介电层322 (如二氧化硅层)包括于半导体层320与衬底302之间。如所示，薄的介电层322未经图案化，因此为全局层(global layer)。然而，应了解薄的介电层322可图案化为仅位于沟槽306中，但不沿着脊308的顶部表面，类似于半导体层320的图案。此外，钝化氧化层可包括为设置于半导体层320和薄介电层322上。
[0044]在一个实施例中，半导体层320包括显著量的硅原子。在一个这种实施例中，半导体层320由多晶硅或非晶硅组成，并通过流体沉积(例如印刷)或沉积和蚀刻工艺形成。在一个具体实施例中，衬底302由娃(如η型娃)组成,半导体层由多晶娃组成,第一掺杂区域310包括用于娃的η型掺杂剂,且第二掺杂区域312包括用于娃的ρ型掺杂剂。
[0045]在本发明的另一方面，可通过在设置于沟槽中的半导体层中形成掺杂区域而制造太阳能电池，所述沟槽在衬底表面中形成。例如，图4为表示根据本发明的一个实施例的制造太阳能电池的方法中的操作的流程图400。图5A-5F示出了根据本发明的一个实施例的太阳能电池制造中与流程图400的操作相对应的各个阶段的横截面图。
[0046]参见与图5Α相对应的流程图400的操作402，一种制造太阳能电池的方法包括在衬底502的表面504中形成具有多个沟槽506和脊508的图案。
[0047]在一个实施例中，形成图案包括首先用环氧树脂或光刻胶掩模遮蔽损坏的硅表面。然后通过例如蚀刻工艺(如碱性湿蚀刻工艺)将掩模的图案转印至衬底表面中。在一个实施例中，在衬底表面中形成图案包括:在递送第一掺杂剂油墨组合物之前，例如使用湿蚀刻工艺(如HF/硝酸)降低所述多个沟槽中的每一个沟槽的底部的粗糙度。在另一实施例中，在衬底表面中形成图案包括:在递送第一掺杂剂油墨组合物之前，例如使用湿蚀刻工艺(如基于氢氧化钾的碱性蚀刻)在所述多个沟槽中的每一个沟槽的底部增加粗糙度或引入纹理。一个示例性过程结合图9A-9D如下描述。
[0048]参见图5B，在一个实施例中，在衬底502的沟槽506中的每一个中形成半导体层520和薄的介电层522。半导体层520和薄的介电层522可由与图3的半导体层320和薄的介电层322结合描述的材料组成。
[0049]参见与图5C相对应的流程图400的操作404，所述方法也包括将具有第一导电类型的第一掺杂剂油墨组合物530递送至第一沟槽506A中。参见流程图400的操作406并再次参见图5C，所述方法也包括将具有第二相反导电类型的第二掺杂剂油墨组合物532递送至第二沟槽506B中。第一和第二沟槽506A和506B分别由脊508A中的一个分隔。在一个实施例中，第一掺杂剂油墨组合物530包含ρ型掺杂剂，且第二掺杂剂油墨组合物532包含η型掺杂剂。在另一实施例中，第一掺杂剂油墨组合物530包含η型掺杂剂，且第二掺杂剂油墨组合物532包含ρ型掺杂剂。
[0050]参见图在一个实施例中，减小第一和第二掺杂剂油墨组合物530和532的体积以提供减小体积的区域530’和532’，如结合操作408如下更详细描述。
[0051]参见与图5E相对应的流程图400的操作408，所述方法也包括将来自第一和第二掺杂剂油墨组合物530和532 (或减小体积的区域530’和532’ )的掺杂剂向衬底502驱动。具体地，在一个实施例中，驱动来自第一和第二掺杂剂油墨组合物530和532包括在第一沟槽506A中设置的半导体层520的部分中形成具有第一导电类型的第一掺杂区域510，并在第二沟槽506B中设置的半导体层520的部分中形成具有第二导电类型的第二掺杂区域512，如图5E所示。或者，在不包括半导体层520的实施例中，驱动来自第一和第二掺杂剂油墨组合物530和532的掺杂剂包括在第一沟槽506A的表面下方的衬底502的一部分中形成具有第一导电类型的第一掺杂区域，并在第二沟槽506B的表面下方的衬底502的另一部分中形成具有第二导电类型的第二掺杂区域。
[0052]在一个实施例中，递送第一掺杂剂油墨组合物530、递送第二掺杂剂油墨组合物532或上述两者包括使用例如但不限于如下的技术:喷墨、丝网印刷、铲刮、通过吸管转移、旋涂和蚀刻、凹版印刷或槽模涂布。在一个实施例中，在驱动来自第一和第二掺杂剂油墨组合物530和532的掺杂剂之前，固化第一和第二掺杂剂油墨组合物530和532以交联第一和第二掺杂剂油墨组合物530和532的例如相当一部分硅氧烷物种。在一个这种实施例中，通过使用非热过程进行固化。在另一这种实施例中，通过使用烘焙过程进行固化。在一个具体实施例中，进行烘焙过程去除了第一和第二掺杂剂油墨组合物530和532中的每一个的相当一部分有机溶剂。
[0053]溶剂去除可带来油墨的体积减小。例如，在一个特定实施例中，烘焙过程将第一和第二掺杂剂油墨组合物530和532的体积减小大约1.1至10倍，以提供减小体积的区域530’和532’，如图和5E所示。在一个实施例中，烘焙过程包括加热至大约100 - 400摄氏度范围内的温度，且驱动来自经固化的第一和第二掺杂剂油墨组合物的掺杂剂包括加热至大约850 - 1050摄氏度范围内的温度。
[0054]参见图5F，例如通过湿蚀刻工艺去除半导体层520的未掺杂的部分以及掺杂剂油墨组合物530’和532’。图5F中所示的结构随后可用于制造背接触太阳能电池。
[0055]在本发明的另一方面，可通过如下方式制造太阳能电池:由第一导电类型的掺杂剂油墨组合物和第二导电类型的固态掺杂剂源形成掺杂区域。例如，图6为表示根据本发明的一个实施例的制造太阳能电池的方法中的操作的流程图600。图7A-7F示出了根据本发明的一个实施例的太阳能电池制造中与流程图600的操作相对应的各个阶段的横截面图。
[0056]参见与图7A相对应的流程图600的操作602，一种制造太阳能电池的方法包括在衬底702的表面704中形成具有多个沟槽706和脊708的图案。可使用与结合流程图400的操作402如上描述的那些类似的方法来形成图案化衬底。例如，在一个实施例中，在衬底702的表面中形成图案包括降低多个沟槽706中的每一个沟槽的底部的粗糙度。
[0057]参见与图7B相对应的流程图600的操作604，所述方法也包括将具有第一导电类型的掺杂剂油墨组合物730递送至第一沟槽706A中或递送至第一组沟槽中。掺杂剂油墨组合物可为P型或η型，并可具有与上述掺杂剂油墨组合物类似或相同的组成。此外，可以以与上述方法类似的方式递送掺杂剂油墨组合物。
[0058]参见图7C，在一个实施例中，减小掺杂剂油墨组合物730的体积以提供减小体积的区域730’，如结合操作706如下更详细描述。
[0059]参见与图7D相对应的流程图600的操作606，所述方法也包括在第二沟槽706Β中或第二组沟槽中形成具有第二相反导电类型的固态掺杂剂源740。第一和第二沟槽706Α和706Β分别由脊708Α中的一个分隔。在一个实施例中，固态掺杂剂源740层状沉积于衬底702上方，且还设置于第一沟槽706Α中的掺杂剂油墨组合物730 (或减小体积的区域730’ )上方。在一个实施例中，形成固态掺杂剂源包括形成例如但不限于如下的材料层:硼硅玻璃(BSG)或磷硅玻璃(PSG)。在任一情况中，导电类型(例如η型或ρ型)选择为与掺杂剂油墨组合物730的导电类型相反。
[0060]在一个实施例中，在形成固态掺杂剂源740之前，固化掺杂剂油墨组合物730以交联掺杂剂油墨组合物的例如相当一部分硅氧烷物种。在一个这种实施例中，通过使用非热过程进行固化。然而，在另一实施例中，通过使用烘焙过程进行固化。在一个具体的这种实施例中，进行烘焙过程去除了掺杂剂油墨组合物的相当一部分有机溶剂。溶剂去除可带来掺杂剂油墨组合物的体积减小。例如，在一个特定实施例中，烘焙过程将掺杂剂油墨组合物730的体积减小大约1.1至10倍，例如以提供减小体积的区域730’，如图7C-7E所示。在一个实施例中，烘焙过程包括加热至大约100 - 400摄氏度范围内的温度。
[0061]参见与图7Ε相对应的流程图600的操作608，所述方法也包括将来自掺杂剂油墨组合物730 (或减小体积的区域730’ )和固态掺杂剂源740的掺杂剂向衬底702驱动。具体地，在一个实施例中，驱动掺杂剂包括在第一沟槽706Α的表面下方的衬底702的一部分中形成具有第一导电类型的第一掺杂区域710，且在第二沟槽706Β的表面下方的衬底702的另一部分中形成具有第二导电类型的第二掺杂区域712，如图7Ε所示。在一个实施例中，由于固态掺杂剂源740被层状沉积，因此在分别分隔第一和第二沟槽706Α和706Β的脊中形成具有第二导电类型的第三掺杂区域712Α。第三掺杂区域712Α与第二掺杂区域712连续，并具有与第二掺杂区域712基本上相同的掺杂剂浓度水平。在一个实施例中，驱动来自经固化的掺杂剂油墨组合物730或730’和固态掺杂剂源740的掺杂剂包括加热至大约850 - 1050摄氏度范围内的温度。
[0062]参见图7F，例如通过湿蚀刻工艺去除固态掺杂剂源740以及掺杂剂油墨组合物730’。图7F中所示的结构随后可用于制造背接触太阳能电池。
[0063]在本发明的另一方面，一种太阳能电池可通过如下方式制得:在具有沟槽的衬底中由掺杂剂油墨组合物形成掺杂区域，所述沟槽设置为仅用于接收具有第一导电类型的掺杂剂油墨组合物。然后使用固态掺杂剂源以用于形成具有第二导电类型的掺杂区域，且不将所述固态掺杂剂源沉积于分开的一组沟槽中。例如，图8A-8F示出了根据本发明的一个实施例的太阳能电池制造中的各个阶段的横截面图。
[0064]参见图8A，一种制造太阳能电池的方法包括在衬底802的表面804中形成具有多个沟槽806和脊808的图案。可使用与结合流程图400的操作402如上描述的那些类似的方法来形成图案化衬底。例如，在一个实施例中，在衬底802的表面中形成图案包括降低多个沟槽806中的每一个沟槽的底部的粗糙度。然而，不同于提供用以接收两种不同类型的掺杂剂源(例如η和P，或油墨和固态)的沟槽，仅提供一组沟槽，从而减小所需的沟槽数。
[0065]参见图SB，所述方法也包括将具有第一导电类型的掺杂剂油墨组合物830递送至沟槽806中。掺杂剂油墨组合物可为ρ型或η型，并可具有与上述掺杂剂油墨组合物类似或相同的组成。此外，可以以与上述方法类似的方式递送掺杂剂油墨组合物。
[0066]参见图8C，在一个实施例中，减小掺杂剂油墨组合物830的体积，以提供减小体积的区域830’，如结合如上其他实施例所述。
[0067]参见图8D，所述方法也包括在衬底802上方和在掺杂剂油墨组合物830 (或减小体积的区域830’)上方，而不在分开的专门一组沟槽中形成具有第二相反导电类型的固态掺杂剂源840。在一个实施例中，固态掺杂剂源840层状沉积于衬底802上方，如图8D所示。在一个实施例中，形成固态掺杂剂源包括形成例如但不限于如下的材料层:硼硅玻璃(BSG)或磷硅玻璃(PSG)。在任一情况中，导电类型(例如η型或ρ型)选择为与掺杂剂油墨组合物830的导电类型相反。
[0068]在一个实施例中，在形成固态掺杂剂源840之前，固化掺杂剂油墨组合物840以交联掺杂剂油墨组合物的例如相当一部分硅氧烷物种。在一个这种实施例中，通过使用非热过程进行固化。然而，在另一实施例中，通过使用烘焙过程进行固化。在一个具体的这种实施例中，进行烘焙过程去除了掺杂剂油墨组合物的相当一部分有机溶剂。溶剂去除可带来掺杂剂油墨组合物的体积减小。例如，在一个特定实施例中，烘焙过程将掺杂剂油墨组合物830的体积减小大约1.1至10倍，例如以提供减小体积的区域830’，如图8C-8E所示。在一个实施例中，烘焙过程包括加热至大约100 - 400摄氏度范围内的温度。
[0069]参见图8Ε，所述方法也包括将来自掺杂剂油墨组合物830 (或减小体积的区域830’ )和固态掺杂剂源840的掺杂剂向衬底802驱动。具体地，在一个实施例中，驱动掺杂剂包括在沟槽806的表面下方的衬底802的一部分中形成具有第一导电类型的第一掺杂区域810，且在部分810之间的衬底802的另一部分中形成具有第二导电类型的第二掺杂区域812，如图8Ε所示。在一个实施例中，驱动来自经固化的掺杂剂油墨组合物830或830’和固态掺杂剂源840的掺杂剂包括加热至大约850 - 1050摄氏度范围内的温度。
[0070]参见图8F，例如通过湿蚀刻工艺去除固态掺杂剂源840以及掺杂剂油墨组合物830’。图8F中所示的结构随后可用于制造背接触太阳能电池。[0071]在另一实施例中，使用η和ρ沟道或沟槽，并在修改的损坏步骤中将η和ρ沟道或沟槽图案化。随后，可同时印刷η和ρ油墨。在这种实施例中，η和ρ区域之间的沟槽或沟道壁制造得尽可能薄，从而使η和ρ区域之间的距离达到最小。如果所述距离过大，则可能增大设计规则，且效率更低。此外，电池的击穿电压可显著增加，并可产生由于电池中更高的能量损耗而导致的可靠性问题。
[0072]如上所述，具有沟槽和脊的衬底可由具有表面损伤的引入晶片(如未经加工的硅晶片)制得。例如，图9A-9D示出了根据本发明的另一实施例的在制造用于制造太阳能电池的具有沟槽和脊的衬底中的各个阶段的横截面图。
[0073]参见图9Α，在具有表面损伤层970的衬底902 (如N型掺杂衬底)上设置环氧树脂或光刻胶掩模972。然后通过例如蚀刻工艺(如碱性湿蚀刻工艺或等离子体蚀刻工艺)将掩模972的图案转印至衬底902的表面中。在一个实施例中，图案转印至表面损伤层970下方的衬底902中一定深度，如图9Β所示。结果是在衬底902中形成的多个沟槽906和脊908。
[0074]参见图9C，例如通过湿蚀刻工艺去除表面损伤层970和掩模972。在一个实施例中，在衬底902的表面中形成图案包括:例如使用湿蚀刻工艺(如HF/硝酸)降低多个沟槽906中的每一个沟槽的底部的粗糙度，如图9C所示。在另一实施例中，在衬底表面中形成图案包括:例如使用湿蚀刻工艺(如基于氢氧化钾的碱性蚀刻)在多个沟槽906中的每一个沟槽的底部增加粗糙度或引入纹理980，如图9D所示。
[0075]因此，公开了具有由脊分隔的掺杂的沟槽区域的太阳能电池以及制造太阳能电池的方法。根据本发明的一个实施例，一种太阳能电池包括具有表面的衬底，所述表面具有多个沟槽和脊。将具有第一导电类型的第一掺杂区域设置于第一沟槽中。将具有与所述第一导电类型相反的第二导电类型的第二掺杂区域设置于第二沟槽中。所述第一沟槽和第二沟槽由所述脊中的一个分隔。在一个这种实施例中，分隔所述第一和第二沟槽的所述脊包括未掺杂的或轻掺杂的区域。在另一这种实施例中，分隔所述第一和第二沟槽的所述脊包含与所述第一掺杂区域连续、并与所述第二掺杂区域邻接的具有第一导电类型的掺杂剂。在另一这种实施例中，所述太阳能电池还包括设置于所述沟槽中的每一个中的半导体层。所述第一掺杂区域设置于在所述第一沟槽中设置的半导体层的部分中，且所述第二掺杂区域设置于在所述第二沟槽中设置的半导体层的部分中。
【权利要求】
1.一种太阳能电池，包括: 衬底，其具有表面，所述表面具有多个沟槽和脊； 具有第一导电类型的第一掺杂区域，其设置于第一沟槽中； 具有与所述第一导电类型相反的第二导电类型的第二掺杂区域，其设置于第二沟槽中，所述第一和第二沟槽由所述脊中的一个分隔。
2.根据权利要求1所述的太阳能电池，其中分隔所述第一和第二沟槽的脊包括未掺杂的或轻掺杂的区域。
3.根据权利要求2所述的太阳能电池，其中所述第一掺杂区域从所述脊的第一侧延伸至脊中一定量，且所述第二掺杂区域从所述脊的第二侧延伸至脊中大约相同的量。
4.根据权利要求3所述的太阳能电池，其中所述未掺杂的或轻掺杂的区域在所述第一和第二掺杂区域的延伸至脊中的部分之上从所述脊的第一侧延伸至所述脊的第二侧，并且还设置于所述第一和第二掺杂区域的延伸至所述脊中的部分之间。
5.根据权利要求1所述的太阳能电池，其中分隔所述第一和第二沟槽的所述脊包含与所述第一掺杂区域连续、并与所述第二掺杂区域邻接的具有第一导电类型的掺杂剂。
6.根据 权利要求5所述的太阳能电池，其中所述第二掺杂区域延伸至所述脊中一定量。
7.根据权利要求1所述的太阳能电池，其中所述第一掺杂区域设置于所述第一沟槽表面之下的衬底的一部分中，且所述第二掺杂区域设置于所述第二沟槽表面之下的衬底的另一部分中。
8.根据权利要求1所述的太阳能电池，其还包括: 半导体层，其设置于所述沟槽中的每一个中，其中所述第一掺杂区域设置于在所述第一沟槽中设置的半导体层的部分中，且所述第二掺杂区域设置于在所述第二沟槽中设置的半导体层的部分中。
9.根据权利要求8所述的太阳能电池，其中所述半导体层与每个沟槽的至少一部分共形，但在沟槽之间是不连续的。
10.根据权利要求1所述的太阳能电池，其中所述衬底包含硅，所述第一掺杂区域包含用于硅的η型掺杂剂，且所述第二掺杂区域包含用于硅的P型掺杂剂。
11.一种制造太阳能电池的方法，所述方法包括: 在衬底的表面中形成具有多个沟槽和脊的图案； 将具有第一导电类型的第一掺杂剂油墨组合物递送至第一沟槽中； 将具有第二相反导电类型的第二掺杂剂油墨组合物递送至第二沟槽中，所述第一和第二沟槽由脊中的一个分隔；以及 将来自所述第一和第二掺杂剂油墨组合物的掺杂剂向衬底驱入。
12.根据权利要求11所述的方法，所述方法还包括: 在所述沟槽中的每一个中形成半导体层，其中驱入来自所述第一和第二掺杂剂油墨组合物的掺杂剂包括在设置于所述第一沟槽中的半导体层的部分中形成具有第一导电类型的第一掺杂区域，以及在设置于所述第二沟槽中的半导体层的部分中形成具有第二导电类型的第二掺杂区域。
13.根据权利要求11所述的方法，其中驱入来自所述第一和第二掺杂剂油墨组合物的掺杂剂包括在所述第一沟槽的表面下方的衬底的一部分中形成具有第一导电类型的第一掺杂区域，且在所述第二沟槽的表面下方的衬底的另一部分中形成具有第二导电类型的第二掺杂区域。
14.根据权利要求11所述的方法，其中递送所述第一掺杂剂油墨组合物，递送所述第二掺杂剂油墨组合物或上述两者包括使用选自如下的技术:喷墨、丝网印刷、铲刮、通过吸管转移、旋涂和蚀刻、凹版印刷和槽模涂布。
15.根据权利要求11所述的方法，所述方法还包括: 在驱入来自所述第一和第二掺杂剂油墨组合物的掺杂剂之前，固化所述第一和第二掺杂剂油墨组合物以交联所述第一和第二掺杂剂油墨组合物的相当一部分硅氧烷物种。
16.根据权利要求15所述的方法，其中通过使用非热过程进行所述固化。
17.根据权利要求15所述的方法，其中通过使用烘焙过程进行所述固化。
18.根据权利要求17所述的方法，其中进行所述烘焙过程去除了所述第一和第二掺杂剂油墨组合物中的每一个的相当一部分有机溶剂。
19.根据权利要求18所述的方法，其中所述烘焙过程将所述第一和第二掺杂剂油墨组合物的体积减小大约1.1倍至10倍。
20.根据权利要求17所述的方法，其中所述烘焙过程包括加热至大约100- 400摄氏度范围内的温度，且驱入来自经固化的第一和第二掺杂剂油墨组合物的掺杂剂包括加热至大约850 - 1050摄氏度范围内的温度。
21.根据权利要求11所述的方法，其中在衬底表面中形成图案包括:在递送所述第一掺杂剂油墨组合物之前，降低所述多个沟槽中的每一个沟槽的底部的粗糙度。
22.根据权利要求11所述的方法，其中在衬底表面中形成图案包括在未经加工的硅晶片的表面中形成多个沟槽和脊。
23.一种根据权利要求11所述的方法制得的太阳能电池。
24.—种制造太阳能电池的方法，所述方法包括: 在衬底的表面中形成具有多个沟槽和脊的图案； 将具有第一导电类型的掺杂剂油墨组合物递送至第一沟槽中； 在第二沟槽中且在所述第一沟槽中的掺杂剂油墨组合物的上方形成具有第二相反导电类型的固态掺杂剂源，所述第一和第二沟槽由脊中的一个分隔；以及 将来自所述固态掺杂剂源和所述掺杂剂油墨组合物的掺杂剂向衬底驱入。
25.根据权利要求24所述的方法，其中驱入来自所述固态掺杂剂源和所述掺杂剂油墨组合物的掺杂剂包括在所述第一沟槽的表面下方的衬底的一部分中形成具有第一导电类型的第一掺杂区域，且在所述第二沟槽的表面下方的衬底的另一部分中形成具有第二导电类型的第二掺杂区域。
26.根据权利要求25所述的方法，其中驱入来自所述固态掺杂剂源的掺杂剂还包括在分隔所述第一和第二沟槽的脊中形成具有第二导电类型的第三掺杂区域。
27.根据权利要求24所述的方法，其中递送所述掺杂剂油墨组合物包括使用选自如下的技术:喷墨、丝网印刷、铲刮、通过吸管转移、旋涂和蚀刻、凹版印刷和槽模涂布。
28.根据权利要求24所述的方法，还包括: 在形成所述固态掺杂剂源之前，固化所述掺杂剂油墨组合物以交联所述掺杂剂油墨组合物的相当一部分硅氧烷物种。
29.根据权利要求28所述的方法，其中通过使用非热过程进行所述固化。
30.根据权利要求28所述的方法，其中通过使用烘焙过程进行所述固化。
31.根据权利要求30所述的方法，其中进行所述烘焙过程去除了所述掺杂剂油墨组合物中的相当一部分有机溶剂。
32.根据权利要求31所述的方法，其中所述烘焙过程将所述掺杂剂油墨组合物的体积减小大约1.1倍至10倍。
33.根据权利要求30所述的方法，其中所述烘焙过程包括加热至大约100- 400摄氏度范围内的温度，且驱入来自经固化的掺杂剂油墨组合物的掺杂剂包括加热至大约850 -1050摄氏度范围内的温度。
34.根据权利要求24所述的方法，其中形成所述固态掺杂剂源包括形成选自硼硅玻璃(BSG)或磷硅玻璃(PSG)的材料层。
35.根据权利要求24所述的方法，其中在衬底表面中形成图案包括:在递送所述掺杂剂油墨组合物之前，降低所述多个沟槽中的每一个沟槽的底部的粗糙度。
36.根据权利要求24所述的方法，其中在衬底表面中形成图案包括在未经加工的硅晶片的表面中形成多个 沟槽和脊。
37.一种根据权利要求24所述的方法制得的太阳能电池。
【文档编号】H01L31/18GK103999230SQ201280048243
【公开日】2014年8月20日 申请日期:2012年9月26日 优先权日:2011年9月30日
【发明者】史蒂文·爱德华·莫里萨, 托马斯·帕斯, 史蒂夫·克拉夫特 申请人:太阳能公司