制造太阳能电池的方法和由此得到的太阳能电池的制作方法

制造太阳能电池的方法和由此得到的太阳能电池的制作方法
【专利摘要】太阳能电池的制造包括通路孔(2)的蚀刻，该通路孔(2)具有锥形形状，使得在衬底(1)的预期作为主面以用于捕获入射光的第一面(1a)处的直径(A)大于在衬底(1)的第二面(1b)处的直径(B)。第一掺杂区域(3)延伸到通路孔(2)中的第一表面(11)。第二掺杂区域(5)存在于衬底(1)的第二表面(1b)处并且适合地通过离子注入形成。产生的太阳能电池具有通过通路孔(2)中的第二表面(12)在第一掺杂区域(3)和第二掺杂区域(5)之间的适当的隔离，并且适合地在第一掺杂区域(3)和衬底(1)中的掺杂剂之间设置有深的结。
【专利说明】制造太阳能电池的方法和由此得到的太阳能电池发明领域
[0001]本发明涉及制造太阳能电池的方法，包括以下步骤:
[0002]-提供具有第一面和第二面的硅衬底，该第一面预期用于接收入射光；
[0003]-向衬底中提供从第一面延伸到第二面的第一通路孔；
[0004]-在扩散过程中，将第一传导类型的掺杂剂主要施加在第一面处，以提供第一掺杂区域；
[0005]-施加与第一传导类型相反的第二传导类型的掺杂剂，以提供在衬底的第二面处的第二掺杂区域；
[0006]-向衬底的第一面和第二面上和至少一个通路孔的至少一个表面上提供钝化层；以及
[0007]-将导体材料施加在衬底的第一面和第二面的部分处，以及施加到第一通路孔中，以形成穿过衬底的通路。
[0008]本发明还涉及一种太阳能电池，包括具有第一面和第二面的η型硅衬底，通路(via)穿过该衬底从第一面延伸到第二面，该通路包括在通路孔中的导体材料，该衬底包括存在于第一面处的第一 P型掺杂发射极区域和位于作为背表面场的第二面处的第二 η型掺杂区域，第一面预期作为主面以用于捕获入射光，该太阳能电池还包括延伸到衬底的第一面和第二面上以及第一通路孔的至少一个表面上的钝化层。
[0009]发明背景
[0010]只要具有包含于其中的通路的半导体衬底的太阳能电池处在发展之中，一个要解决的关键问题就是背表面场与通路的绝缘。通常，通过硅酸盐玻璃层的气相沉积和后续的用于掺杂剂从硅酸盐玻璃扩散到半导体衬底中的热处理将掺杂剂引入半导体(即硅)衬底中。因此，掺杂剂不仅仅在衬底的一个面上扩展，而是在任何表面上。此外，通路被用作到通常作为发射极的前面传导区域的导体，其必须与界定相反电极的背表面场绝缘。在通路和背表面场之间的传导通道导致分流，并且因此导致太阳能电池的故障。
[0011]数个工艺过程要求使得这个问题不容易解决。首先，电荷载流子可以在其在热处理中的最初界定后进一步扩散经过衬底。其次，来自通路的金属可以扩散经过存在于通路中的任何钝化层，其具有负面影响。通常，钝化层是应用了相位加强化学气相沉积(被称作PECVD SiNx)的氮化硅层。此外，通常应用于集成电路制造中的光刻掩蔽步骤在太阳能电池加工中的应用很罕见，特别是由于成本价格的限制。
[0012]从W02011/105907中获知用于获得适当绝缘的一个解决方案。所述文献披露了多个工艺流程，流程中的每个特征在于提供了在衬底的第二面上围绕通路孔的凹陷。该凹陷用于将前面界定的背表面场与第一面上的发射极绝缘。这里发射极和背表面场二者都是通过扩散来界定。
[0013]W02011/105907中的工艺流程相互区别的地方在于提供通路孔、背表面场、前面上的发射极和凹陷的顺序。在本专利申请中，根本没有指定这些流程中的哪一个被认为是最具优势的。本领域技术人员将因此注意是最常见的以最小化工艺过程步骤的顺序，或者注意得到最符合逻辑的顺序。该最符合逻辑并且因此最优选的顺序看起来是首先实施扩散步骤，并且继而实施产生凹陷和钻通路孔的激光处理。
[0014]该工艺过程顺序的一个缺点是通路孔的形成作为最后的步骤出现。在实际中，继通路孔的形成之后的是损伤去除步骤，用于去除由通路孔的激光钻孔导致的任何损伤。该损伤去除步骤通常包括蚀刻处理，并且最适合与在衬底的第一面上提供纹理组合，使得对光的捕获最大化。在W02011/105907中也指出了该可选择的顺序。这里，提供通路孔先于在第一面上产生纹理。然后，通过扩散提供背表面场和发射极，并且在另一个激光蚀刻处理中提供凹陷。然而这里出现一个问题，背表面场和发射极二者的掺杂剂种类可能在通路孔内结束，导致低漏电分流电阻。
[0015]发明概述
[0016]相应地，本发明的第一个目标是提供制造太阳能电池的改进方法，该太阳能电池包括第一面上的发射极、第二面上的背表面场和从第一面延伸到第二面的通路。特别地，该制造方法从加工的观点看应当是高效的，减少了产量损耗并且费用更低。
[0017]另外的目标是提供设置有通路与背表面场的适当隔离的所产生的太阳能电池。
[0018]在第一方面，本发明提供制造太阳能电池的方法，该方法包括以下步骤:提供具有第一面和第二面的硅衬底，该第一面预期用于接收入射光；向衬底中提供第一通路孔，该第一通路孔从第一面朝向第二面延伸或者延伸到第二面；在扩散过程中，将第一传导类型的掺杂剂主要地施加在第一面处以提供第一掺杂区域；施加与第一传导类型相反的第二传导类型的掺杂剂以提供在衬底的第二面处的第二掺杂区域；向衬底的第一面和第二面上以及第一通路孔中的至少一个表面上提供钝化层；将导体材料施加到第一通路孔中，以形成穿过衬底的通路。这里，第一掺杂区域被界定在第一面上和第一通路孔中的第一表面处，所述第一表面延伸到第一面，并且通过第二表面与衬底的第二面间隔开。此外，第一通路孔设置有锥形形状，造成使得第一通路孔在第一面处具有第一直径，并且在第二面处具有第二直径，其中第一直径大于第二直径。
[0019]在第二方面，本发明提供一种太阳能电池，该太阳能电池包括具有第一面和第二面的半导体衬底，至少一个通路穿过该半导体衬底从第一面延伸到第二面，该至少一个通路包括在第一通路孔中的导体材料，该衬底包括第一掺杂发射极区域和第二掺杂区域，第一掺杂发射极区域包括在第一面处的第一传导类型的掺杂剂，第二掺杂区域包括在第二面处的与第一传导类型相反的第二传导类型的掺杂剂，用作背表面场，第一面打算用于捕获入射光，该太阳能电池还包括钝化层，该钝化层延伸到衬底的第一面和第二面上以及延伸到第一通路孔中的至少一个表面上。发射极区域延伸到界定在第一通路孔中的第一表面，该第一表面通过第二表面与位于衬底的第二面处的背表面场间隔开。
[0020]根据本发明，可以利用更常规的工艺流程，在该工艺流程中，在纹理化衬底的第一面之前向衬底中加工第一通路孔，这样节省了一个工艺步骤。此外，该工艺流程允许发射极延伸到第一通路孔中的第一表面。这种延伸的发射极被认为改进了太阳能电池的效率，因为P-η结将具有更大的表面区域。于是，增加了在复合之前捕获少数载流子的可能性，产生更高的效率。
[0021]通过将该第一表面界定在具有锥形形状的第一通路孔中，实现了发射极(即第一掺杂区域)向通路孔中的该第一表面的受控的延伸。该界定可以在以后例如通过将第一掺杂区域的一部分从通路孔中受控地移除来实现。该界定还可以先于扩散步骤实现。锥形形状对于加工是有效的，因为通路孔在第二面处比在第一面处具有更小的直径。因此，第二表面的表面积(每深度单位)小于第二表面的表面积。第二表面有效地充当发射极-BSF隔离区域，该隔离区域传统上界定在衬底的第二面上。
[0022]在优选实施方案中，利用离子注入，以用于界定第二面上的第二区域。与扩散相反，离子注入导致只在衬底的单一面上提供掺杂剂；它的离子束具有方向性性质，即如果该离子束指向第二面将不影响第一面。于是，解决了将第一和掺杂区域相互隔离的问题而不需要后续的去除步骤。
[0023]然而，如果将使一些离子注入通路中或者衬底的边缘处——直接地或者通过反向散射，那么这种寄生式注入离子可以在以后在蚀刻处理中被轻松地去除。由于与第二面处注入剂量相比寄生式注入离子的剂量无疑非常低，所以它不会有效地使表面非晶化，并且因此简单的碱性蚀刻就可以去除寄生式注入离子而不破坏第二区域。事实上，朝向第二面的注入剂量优选地被选择成使得使衬底表面非晶化。
[0024]换句话说，简单的蚀刻可以是选择性的，而不需要蚀刻掩膜。然而，不排除层将选择性地沉积在第二面上，在这之后，通路孔中和衬底边缘处的区域被从注入物和层清除，若有的话。
[0025]优选地，第一通路孔中的第一表面包括正交于衬底的第一面的至少3度(优选地大于4度)的角。这里，术语“正交于第一面”意图指的是在不考虑第一面上的纹理的情况下的正交。该锥形角允许克服常规离子注入机的公差。该公差是在3度以内的方向一致性。
[0026]第二表面适合地小于第一表面。优选地，第二表面具有小于第一表面的长度。这里，长度被界定在与衬底厚度相同的方向上，即正交于衬底的第一面和第二面。适合地，第二表面具有至多为衬底厚度的30%的长度，例如，在25-100微米的范围内，适宜地为40-70微米。这里的最小值界定在最小电绝缘的基础上。对掺杂剂的任何去除越彻底，最小厚度将会越小。这里最大值来自于加工过程:由于锥形形状，因此当往上时，即随着通路直径的增加，去除通路孔内的掺杂剂变得更加困难并且将会变得更慢。
[0027]本发明的
【发明者】已经认识到，在导致本发明的调研过程中，通路孔内的位于第二表面处的隔离区域可以被充分地加工并且因此是稳健的。此外，与掺杂区域(特别是具有相反极性的掺杂区域)之间的常规隔离区域相比，它具有非常小的表面积。通常，第二表面处的隔离区域通过丝网印刷界定。这是一种低分辨率的过程，相对地粗糙。结果，隔离区域将被选择得充分地宽阔，以便避免太阳能电池的任何失效。与此相比，第二表面可不具有在通路与任何另外的掺杂区域(例如背表面场)或另外的区域(例如与交叉后触点设计的后触点对应的掺杂区域)之间的任何另外的隔离区域。
[0028]在另外的实施方案中，第二面因此设置有背表面场(BSF)，BSF朝着通路延伸或者延伸直到通路，而没有至少大部分或大体上界定在第二面处的任何中间的发射极-BSF隔离区域。这里，BSF可以是全BSF、选择性BSF或者图案化BSF。全BSF和选择性BSF围绕着通路是连续的，其中选择性BSF设置有根据预确定的图案的相互不同掺杂等级的第一区和第二区。图案化BSF包括不含BSF的预确定的区域，并且还可以包括相互不同掺杂等级的区。衬底的第二面处的发射极-BSF隔离区域的该缺失提高了效率。
[0029]而且，所述缺失此外允许通路孔的密度的增大，于是减小了效率的损失。因此，密度的增大不仅仅是增量的改进，而且对组件还具有本质上的正面影响:可以减小衬垫大小和焊料球的大小。
[0030]本发明的过程的另一个优点在于，在离子注入步骤期间，形成于扩散步骤的硅酸盐玻璃层可用作发射极扩散的临时保护层。此外，它可以用作第二面的加工的承载体。该玻璃层向衬底提供了另外的强度，由于第一面上的纹理的存在和通路孔的存在，因此衬底通常非常薄并且此外是易碎的。此外，硅酸盐玻璃层使纹理化的表面变得平滑，其产生了更好的支撑。如果有需要，任何附加特征可以被指定到该硅酸盐玻璃层中，以便优化其作为承载体的功能。例如，这种附加特征可以通过利用例如激光来界定凹槽、空腔或者专用的支撑表面来得到。可选择的附加特征是例如平整化步骤，通过蚀刻或者通过牺牲层的施加，牺牲层最适合是与诸如二氧化硅层的硅酸盐玻璃层一起可移除的。
[0031]本发明的工艺过程中的钝化层适合在第一掺杂剂和第二掺杂剂的共同扩散过程中通过热氧化形成。这种热氧化与共同扩散相结合的步骤还使P-η结更深入衬底中而不减少发射极的薄层电阻，于是减少了复合损失，并且提高了电池效率。深的结深可在0.4-1微米范围内。此外，热氧化减少或甚至最小化了在共同扩散期间从掺杂区域外扩散，这种外扩散可能另外导致发射极(即第一掺杂区域)的局部过度补偿，并且结果导致分流问题。
[0032]将具有延伸到优选锥形的通路中的深的结深的发射极和与在离子注入中形成的背表面场的适当的隔离相结合被认为提供了更低的复合损失，并且从而提供了更高的效率。
[0033]最适合地，钝化层的提供还包括通过LPCVD向第一面和第二面上以及所述通路孔的所述壁上施加氮化物层。LPCVD技术，即低压化学气相沉积技术，产生了高密度的氮化物层，该高密度的氮化物层防止通路内的任何金属与第二掺杂区域(即背表面场)之间的任何物理接触。这样进一步降低了通路与背表面场之间的分流的风险。与此相关的是，通过使用热氧化来使LPCVD氮化物能够作为主要钝化，这是由于LPCVD氮化硅在硅衬底表面上钝化作用不佳。
[0034]在优选实施方案中，第一掺杂区域的界定包括从第二面蚀刻的步骤。最适合地，这与扩散期间衬底的所谓的背靠背式定位相结合，使得在第二面上沉积的掺杂剂少于第一面上沉积的掺杂剂。然后，温和的蚀刻步骤可以将掺杂剂从第二面和通路孔中的第二表面去除。这里可以看出的是，通路孔的锥形形状在这里是有益的:锥形形状有效地意味着在通路孔内每单位深度的硅酸盐玻璃的量从第一面向第二面减少。因此，当从第二面蚀刻时，向通路孔内的蚀刻速度(以每单位时间的单位深度)随时间而减小。因此，蚀刻处理的持续时间可适合地用于从第二表面去除掺杂剂，并且于是控制第一掺杂区域的界定。蚀刻过程还可以用蚀刻剂的粘度来控制，蚀刻剂的粘度取决于混合物的温度和化学成分。用于单面蚀刻和特别是用于从半导体衬底的一个面去除硅酸盐玻璃和掺杂剂的系统商业上从InOxSide?名下的Rena GmbH可获得。这种系统的细节例如在DE102009059704A1和W02005/093788中详细给出，其在本文通过引用被包括。这里，蚀刻处理通过将衬底的一个面浸入蚀刻液体的池中来进行。更具体地，衬底可以通过传送辊来运载，传送辊的顶面界定了蚀刻批次的上表面，即其半月形结构。
[0035]在第二个实施方案中，第一通路孔最初界定为从第一面朝向第二面但没有延伸到第二面而延伸到衬底中。该最初的通路孔设置有第一表面。只有在第一P型掺杂剂施加后，该通路孔才被打开。在这个实施方案中，第一表面和第二表面之间的区别是先天性形成的，因为只有在提供了第一种掺杂剂后才产生第二表面。
[0036]对于通路孔的打开，有几种选择可用，从第一面和第二面两者打开。通过在通路孔内进行层移除，合适地实现从第一面打开。这可以在激光处理中、利用各向异性蚀刻(例如利用干法蚀刻或者反应离子蚀刻)、利用硅衬底的湿法-化学蚀刻或者利用其组合来实施。这里可以使用硅酸盐玻璃层作为蚀刻掩膜，防止硅衬底在通路孔之外的蚀刻。从第二面打开通路孔可以利用任何已知的技术来实施，例如利用激光处理、各向异性蚀刻或者湿法-化学蚀刻。适合地，蚀刻处理先于硅酸盐玻璃的移除来实施。利用这种方式，硅酸盐玻璃可有效地作为蚀刻停止层。优选地，在通过离子注入提供了第二掺杂区域之后实施从衬底的第二面打开通路孔。
[0037]为了清楚起见，补充来说，通常多个通路孔和对应的通路将会被加工到衬底中。最适合地，所有的所述通路孔都是同样的设计，并且都用作相同的目的，其通常是第一面上的发射极到第二面上的触点的连接。然而，不必所有的通路孔是与第一通路孔相同的设计并用作相同的目的。
[0038]在其最适合的实施方案中，实施离子注入以便产生硅衬底的非晶化。在这之后，非晶化的衬底可以利用例如激光被局部地重结晶。然后，重结晶的部分可通过蚀刻被选择性地移除。在这之后，选择性暴露的非掺杂硅可以在连续的蚀刻处理中被移除，该连续的蚀刻处理相对于非晶化的和掺杂的第二区域是选择性的。这种局部的重结晶也可以用于产生选择性的背表面场，如 申请人:的编号为NL 2008755 (PCT/NL2013/050338)的非预公布的荷兰专利申请中所描述的，该申请通过引用被本文包括。
[0039]根据一个另外的方面，本发明提供了制造太阳能电池的方法，包括以下步骤:提供具有第一面和第二面的硅衬底，该第一面打算用于接收入射光；向衬底中提供第一通路孔，该第一通路孔从第一面朝向第二面延伸或延伸到第二面；在扩散过程中，将第一传导类型的掺杂剂主要施加在第一面处以提供第一掺杂区域；施加与第一传导类型相反的第二传导类型的掺杂剂以提供在衬底的第二面处的第二掺杂区域；向衬底的第一面和第二面上以及第一通路孔中的至少一个表面上提供钝化层；将导体材料施加到第一通路孔中以形成穿过衬底的通路。这里，第一面处的第一掺杂区域在通过离子注入形成第二类型的掺杂区域之前形成，其中，在所述第二掺杂区域的施加期间在第一面处的产生于所述扩散步骤的硅酸盐玻璃被用作衬底的承载体。
[0040]再次根据另外的方面，本发明提供了制造太阳能电池的方法，包括以下步骤:提供具有第一面和第二面的硅衬底，该第一面打算用于接收入射光；向衬底中提供第一通路孔，该第一通路孔从第一面朝向第二面延伸或延伸到第二面；在扩散过程中，将第一传导类型的掺杂剂主要施加在第一面处以提供第一掺杂区域；施加与第一传导类型相反的第二传导类型的掺杂剂以提供在衬底的第二面处的第二掺杂区域；向衬底的第一面和第二面上以及第一通路孔中的至少一个表面上提供钝化层；将导体材料施加到第一通路孔中以形成穿过衬底的通路。这里，第一掺杂区域界定在第一面上和通路孔中的第一表面处，所述第一表面延伸到第一面，并且通过第二表面与衬底的第二面间隔开，并且第二掺杂区域通过离子注入形成。
[0041]应理解的是，正如关于对应于这些方面的特征的一个或多个实施方案所讨论的，本发明的优点相应地适用于这个方面。此外，如依照这些方面所叙述的，本发明可以与上面所讨论的和下面参考附图所讨论的更具体的实施方案和实施中的任何一种相结合。
[0042]附图简要介绍
[0043]参考附图，本发明的这些方面和其他方面将被进一步地阐明，这些附图本质上是概略性的，并且没有按照比例绘制，并且其中:
[0044]图1a-1g展示了根据本发明方法的一个实施方案的一系列步骤的概略性横截面视图，其中图1g展示了所产生的产品，并且
[0045]图2展示了大部分与图1a-1g对应的流程图。
[0046]示例性实施方案的详细描述
[0047]附图披露了单一实施方案以用于阐释性目的。不同附图中的相同的附图标记指的是相同的或相应的元件。
[0048]图1g展示了根据本发明并且根据本发明的工艺过程制造的太阳能电池。实施上，图1g以概略性横截面视图展示了太阳能电池的半制成品，而不是完整的太阳能电池。图中没有展示导体和触点，因为这些与本发明无关。此外，本领域技术人员将意识到如何将所示的半制成品转换为完整的太阳能电池。为了简化的目的，图1g中所示产品也被称为太阳能电池10。太阳能电池10包括具有第一面Ia和第二面Ib的半导体衬底I。在这个实施方案中，第一面Ia构成了所谓的设置有纹理的前面，该第一面打算作为主面以捕获入射光。第二面Ib构成了所谓的后面，该后面主要打算用于向载体的组装。然而，并不排除光可以通过第二面来被捕获，特别是如果太阳能电池(当被组装到载体时)在相对于其下面的表面的倾斜方向定位，并且所述第二面对光不透明时。本太阳能电池包括从第一面Ia穿过衬底I延伸到第二面Ib的第一通路孔2。虽然为了简化的目的，仅仅展示了一个通路孔2，但本领域技术人员将理解的是，通常存在多个通路孔。更准确地说，本发明的更具体的目的是提供本身对于技术人员已知的金属贯穿孔(MWT)类型的太阳能电池。
[0049]该太阳能电池10包括发射极3，其在衬底的第一面Ia上以及通路孔2中的第一表面11上延伸。发射极3通过通路孔2中的第二表面12与在第二面Ib上延伸的背表面场5分离。所示的电池10包括具有热氧化层6和附加层7的钝化部。这个例子中的附加层7是LPCVD氮化硅层，其作为屏障，抵御金属元素或者离子从待应用到通路孔2中的导体扩散到衬底I中。这种扩散的金属元素可导致背表面场5和所述导体之间的分流，并且因此导致太阳能电池10的故障。
[0050]通路孔2具有锥形形状，其具有在第一面Ia处的第一直径A和在第二面Ib处的第二直径B。第二直径B小于第二直径A。锥形形状对于根据本发明的优选的制造过程是非常有益的，在该优选的制造过程中，如下文将关于图1a-1g和图2中的流程图所解释的，发射极通过扩散形成，并且背表面场通过离子注入形成。
[0051]可以看出的是，具有锥形形状的通路孔本质上是已知的，例如从JP-2008-270243A1获知。已知的锥形通路孔沿着其整个表面设置有掺杂剂。该掺杂剂优选为磷(N型，与P型衬底相对应)。该掺杂区域优选地在衬底的第二面处构成，在衬底的第二面处该掺杂区域界定了用于后续的沉积的金属电极的界面层。掺杂剂优选地在气相沉积之后使用扩散方法来施加。然而，没有施加钝化层。取而代之的是，所述掺杂区域连接到第二面上的金属电极和通路孔的金属主体。这里，第二面上的电极覆盖通路孔，以便作为屏障来应对湿气的渗透。
[0052]图1a-1g展示了用于制造太阳能电池半制成品的一系列工艺过程步骤。图2展示了大部分对应于图1a-1g中的步骤的用来形成太阳能电池10的流程图。
[0053]在第一个步骤101中，如图1a中所示，应用从衬底I的第一面Ia延伸到第二面Ib的通路孔2。通过使用发射激光束的激光设备进行激光打孔来应用通路孔。最适合地，该激光束大体上正交于衬底I的第一面Ia定向。以这种方向，通路孔的形状可被控制以提供具有预设角度的锥形。在优选的实施中，激光束在预期的通路孔的周边内进行略微的旋转运动。
[0054]然后，在第二个步骤102中，以已知的方式向衬底I的第一面Ia施加纹理。看起来最合适的是只在第一面上施加纹理，但是，并不排除在第一面Ia和第二面Ib这两面上都提供纹理。在纹理化期间，也去除了由通路孔形成导致的任何损伤。
[0055]如图1b所示，在第三个步骤103中，在扩散步骤中提供了掺杂剂。第一掺杂剂优选是硼。扩散步骤包括气相沉积，例如BBr3的气相沉积，结果导致形成了(硼)硅酸盐玻璃4;和热处理，结果导致来自硅酸盐玻璃4的掺杂剂扩散到半导体衬底中，形成第一掺杂区域3。虽然图1b建议在衬底I的所有面la、lb上和在通路孔2内施加均匀厚度的硅酸盐玻璃4和第一掺杂区域3，但这通常并不是真实的。适合地，衬底I背靠背定位，以便使得掺杂剂向衬底I的第二面Ib的扩散最小化。结果，硅酸盐玻璃4和掺杂区域3在第二面Ib处将比第一面Ia处薄。
[0056]在第四个步骤104中，在第二面Ib上并且(部分地)至通路孔2中实施清洁和去除步骤。图1c中展示了这一步骤的结果。更准确地说，该清洁和去除步骤104是蚀刻步骤，以便用来去除由扩散步骤103导致的在第二面Ib上和部分地在通路孔2内的任何掺杂剂。在这里，由于扩散步骤103可形成在第二面Ib处的任何硅酸盐玻璃也被移除。于是，实际上界定了第一掺杂区域3，使得其在第一面Ia上以及通路孔2中的第一表面11处延伸。该第一表面11通过第二表面12与第二面Ib隔开。适合地,第一表面具有比第二表面大的延伸范围(在通路孔2的主要方向上)，但这不是必须的。
[0057]蚀刻步骤104仅仅应用于第二面Ib，并且不应用于第一面la，以确保第一面Ia上的硅酸盐玻璃4 (特别是硼硅酸盐玻璃)不被去除的方式进行。此外，第一面Ia处的(硼)硅酸盐玻璃4的存在允许以衬底I的第一面Ia在晶片工作台(即卡盘)上来将衬底I放下。硼硅酸盐玻璃随后将被移除，使得硅酸盐玻璃的任何污染、裂纹和损伤不对产生的太阳能电池的性能产生负面影响。
[0058]在第五个步骤105中(其结果展示在图1d中)，在第二面Ib处实施离子注入步骤。尽管不排除选择性的离子注入，但是在这个例子中的该离子注入步骤是地毯式离子注Ao优选地，实施注入以便形成非晶化掺杂区域(amorphized doped reg1n) 5。适合地,在这个步骤中，磷作为第二种掺杂剂被注入半导体衬底中。
[0059]在第六个步骤106中(其结果展示在图1e中)，(硼)硅酸盐玻璃从第一面Ia和通路孔2中的第一表面11被去除。该硅酸盐玻璃的去除以已知的方式发生。
[0060]在第七个步骤107中(其结果展示在图1f中)，实施热氧化，产生构成钝化层的一部分的热氧化层6。实施热扩散，以便同时实现第一掺杂剂和第二掺杂剂的进一步至衬底I中的共同扩散。该步骤的设计涉及温度、氧气压力和持续时间的明确说明，这对于技术人员是本身已知的。
[0061]在第八个步骤108中(其结果展示在图1g中)，氮化硅层7生长到钝化层6上，优选地采用低压化学气相沉积(LPCVD)过程。虽然将LPCVD氮化硅层被认为对于任何通路金属(待施用)和背表面场的隔离是最有利的，但可代替地使用任何其它的沉积方法。此外，材料可不同于氮化硅。甚至不排除将这个步骤全部省去。
[0062]此时，太阳能电池半制成品10准备好了。本领域技术人员应理解的是，制造过程以界定经过通路孔2的触点和导体的继续，其可以采用已知方法实施。结果将是具有与发射极3和衬底的第二面Ib上的背表面场5 二者的触点的太阳能电池。经过通路孔2的导体将把发射极3连接到第二面Ib上的对应的触点。适合地，利用发射极，其中导体仅仅是局部地接触掺杂区域，而不是遍及整个表面。这样具有衬底(并且因此还有结)通过钝化层被保持受保护免于潮气的优势。
[0063]为了清楚起见，补充来说，用在本申请的上下文中的第一和第二传导类型的掺杂剂特别地分别是本身所已知的P型和η型掺杂剂。然而，并不排除相反的。此外，如技术人员所知的，半导体衬底更特别地是硅衬底。这样的半导体衬底通常是轻掺杂的，这对于技术人员是本身已知的。表述“轻掺杂”常规地相对于第一掺杂区域和第二掺杂区域中的“重掺杂”的掺杂剂等级来使用。对本领域技术人员来说，掺杂剂等级是众所周知的。在本发明的上下文中，半导体衬底最适合是η型硅衬底，即使不排除另外类型的衬底。最优选的是使用单晶半导体(硅)衬底。
[0064]总之，根据本发明的太阳能电池的制造包括通路孔2的蚀刻，通路孔2具有锥形形状，使得其在衬底I的预期作为用于捕获入射光的主面的第一面Ia处的直径A大于在衬底I的第二面Ib处的直径B。第一掺杂区域3延伸到通路孔2中的第一表面11。第二掺杂区域5存在于衬底I的第二面Ib处，并且适合地通过离子注入形成。所产生的太阳能电池具有通过通路孔2中的第二表面12在第一掺杂区域3和第二掺杂区域5之间的适当的隔离，并且在第一掺杂区域3和衬底I中的掺杂剂之间适当地设置有深的结。
【权利要求】
1.一种制造太阳能电池的方法，包括以下步骤: -提供具有第一面和第二面的硅衬底，所述第一面预期作为主面以用于捕获入射光； -向所述衬底中提供第一通路孔，所述第一通路孔从所述第一面朝向所述第二面延伸或者从所述第一面延伸到所述第二面； -在扩散过程中，施加第一传导类型的掺杂剂以提供第一掺杂区域； -施加与所述第一传导类型相反的第二传导类型的掺杂剂以提供在所述衬底的所述第二面处的第二掺杂区域； -向所述衬底的所述第一面和所述第二面上和所述第一通路孔的至少一个表面上提供钝化层； -将导体材料施加在所述衬底的所述第一面和所述第二面的部分处以及施加到所述第一通路孔中，以形成穿过所述衬底的通路， 其特征在于: -所述第一通路孔设置有锥形形状，使得所述第一通路孔在所述第一面处具有第一直径，并且在所述第二面处或者靠近所述第二面处具有第二直径，其中所述第一直径大于所述第二直径，并且 -所述第一掺杂区域被界定在所述第一面上和所述第一通路孔中的第一表面处，所述第一表面延伸到所述第一面，并且通过第二表面与所述衬底的所述第二面间隔开。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述第二掺杂区域通过离子注入形成。
3.如权利要求1或2所述的方法，其中所述第一掺杂区域的界定包括所述第二面的蚀刻步骤，以去除存在于所述衬底中所述第二面处和存在于所述通路孔的所述第二表面处的所述第一传导类型的掺杂剂。
4.如权利要求3所述的方法，其中所述蚀刻步骤被作为单面蚀刻过程来实施，其中所述衬底的所述第二面的部分和所述至少一个通路孔连续地接触蚀刻液体。
5.如以上权利要求中任一项所述的方法，其中实施热处理，以用于所述第一传导类型和所述第二传导类型的掺杂剂的共同扩散，所述热处理导致形成氧化物，所述氧化物用作所述衬底的所有面的钝化层。
6.如权利要求5所述的方法，其中所述钝化层的提供还包括通过LPCVD将氮化物层施加到所述第一面和所述第二面上，以及施加到所述通路孔中的所述第一表面和所述第二表面上。
7.如以上权利要求中任一项所述的方法，其中在所述第一面处的产生于所述扩散步骤的硅酸盐玻璃在所述第二掺杂区域的施加期间被用作所述第一掺杂区域的保护层。
8.如权利要求7所述的方法，其中所述第一通路孔通过激光束制造，所述激光束至少大体上正交于所述衬底的所述第一面定向，并且直接地撞击到所述衬底上而没有在镜子中的反射。
9.如权利要求8所述的方法，其中所述激光束在预期的通路孔的周边内实施旋转运动，所述旋转运动是相对于所述衬底的。
10.一种太阳能电池，包括:具有第一面和第二面的半导体衬底，所述第一面预期作为主面以用于捕获入射光，第一个通路穿过所述衬底从所述第一面延伸到所述第二面，所述第一个通路包括在通路孔中的导体材料，所述衬底包括第一掺杂发射极区域和第二掺杂区域，所述第一掺杂发射极区域包括存在于所述第一面处的第一传导类型的掺杂剂，所述第二掺杂区域包括与所述第一传导类型相反的第二传导类型的掺杂剂，在所述第二面处用作背表面场，所述太阳能电池还包括延伸到所述衬底的所述第一面和所述第二面上以及延伸到至少一个通路孔中的表面上的钝化层， 其中所述发射极区域延伸到界定在所述第一通路孔中的第一表面，所述第一表面通过第二表面与所述衬底的所述第二面间隔开，并且所述第一通路孔是大体上锥形的，所述第一通路孔在所述第一面处具有第一直径，并且在所述第二面处或靠近所述第二面处具有最小直径。
11.如权利要求10所述的太阳能电池，其中所述背表面场是选择性背表面场。
12.如权利要求10-11中任一项所述的太阳能电池，其中所述钝化层包括热氧化物和LPCVD氮化硅。
13.如权利要求10-12中任一项所述的太阳能电池，其中所述发射极区域和所述半导体衬底之间的结以深的结深存在。
14.一种制造太阳能电池的方法，包括以下步骤: -提供具有第一面和第二面的硅衬底，所述第一面预期作为主面以用于捕获入射光； -向所述衬底中提供第一通路孔，所述第一通路孔从所述第一面朝向所述第二面延伸或者从所述第一面延伸到所述第二面； -在扩散过程中，主要在所述第一面处施加第一传导类型的掺杂剂的第一掺杂区域； -在所述衬底的所述第二面处施加与所述第一传导类型相反的第二传导类型的掺杂剂的第二掺杂区域； -向所述衬底的所述第一面和所述第二面上以及所述第一通路孔的至少一个表面上提供钝化层； -将导体材料施加到所述通路孔中以形成通路， 其特征在于:所述第一面处的所述第一掺杂区域在通过离子注入形成所述第二类型掺杂区域之前形成，其中在所述第一面处的产生于所述扩散步骤的硅酸盐玻璃在所述第二掺杂区域的施加期间被用作所述衬底的承载体。
15.一种制造太阳能电池的方法，包括以下步骤: -提供具有第一面和第二面的硅衬底，所述第一面预期作为主面以用于捕获入射光； -向所述衬底中提供第一通路孔，所述第一通路孔从所述第一面朝向所述第二面延伸或者从所述第一面延伸到所述第二面； -在扩散过程中施加第一传导类型的掺杂剂以提供第一掺杂区域； -施加与所述第一传导类型相反的第二传导类型的掺杂剂以提供在所述衬底的所述第二面处的第二掺杂区域； -向所述衬底的所述第一面和所述第二面上和所述第一通路孔的至少一个表面上提供钝化层； -将导体材料施加在所述衬底的所述第一面和所述第二面的部分处以及施加到所述第一通路孔中以形成通路， 其特征在于:所述第一掺杂区域被界定在所述第一面上和所述通路孔中的第一表面处，所述第一表面延伸到所述第一面，并且通过第二表面与所述衬底的所述第二面间隔开，并且所述第二掺杂区域通过离子注入形成。
【文档编号】H01L31/0224GK104364911SQ201380030185
【公开日】2015年2月18日 申请日期:2013年6月5日 优先权日:2012年6月8日
【发明者】罗纳德·科内利斯·杰拉德·纳贝尔, 约翰尼斯·莱茵德·马克·卢奇斯 申请人:泰姆普雷斯艾普公司