混合型发射极全背接触式太阳能电池的制作方法
【专利说明】混合型发射极全背接触式太阳能电池
[0001]与联邦政府资助的研宄或开发有关的声明
[0002]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
[0003]本文中所述主题的实施例整体涉及太阳能电池。更具体地讲，所述主题的实施例涉及太阳能电池制造方法和结构。
【背景技术】
[0004]太阳能电池是为人们所熟知的用于将太阳辐射转换成电能的装置。太阳能电池具有在正常工作期间面向太阳以收集太阳辐射的正面，以及与正面相对的背面。在全背接触式太阳能电池中，所有金属触点和相应的发射极均形成在太阳能电池的背面上。外部电路(如，负载)可连接到将由太阳能电池供电的金属触点。
[0005]为了节省有商业价值的可再生能源，需要以低成本制造太阳能电池。本发明的实施例涉及混合型发射极设计，该设计在保持效率的同时简化太阳能电池的制造。
【发明内容】
[0006]在一个实施例中，全背接触式太阳能电池具有混合型发射极设计。太阳能电池可具有形成在单晶硅基板的背侧表面上的薄介质层。该薄介质层可包含直接形成于单晶硅基板的背侧表面上的二氧化硅。太阳能电池的一个发射极可包含形成在薄介质层上的掺杂多晶硅。太阳能电池的另一个发射极可形成在单晶硅基板中并包含掺杂单晶硅。太阳能电池包括接触孔，其允许金属触点连接到相应的发射极。
[0007]所属领域的技术人员在阅读本公开内容的全文时将易于明了本发明的这些特征和其他特征，本公开内容包括附图和权利要求书。
【附图说明】
[0008]结合以下附图考虑时，可通过参考【具体实施方式】和权利要求得到对主题的更完整理解，其中在所有这些附图中，相似标号指代类似元件。附图未按比例绘制。
[0009]图1-图12为示意性地说明根据本发明实施例的制造太阳能电池的方法的截面图。
[0010]图13示出了根据本发明实施例的制造太阳能电池的方法流程图。
【具体实施方式】
[0011]在本发明中，提供了许多具体的细节，例如设备、工艺步骤和结构的例子，以提供对本发明实施例的全面理解。然而，所属领域的技术人员将认识到，可在不具有这些具体细节中的一个或多个具体细节的情况下实践本发明。在其他示例中，不显示或描述众所周知的细节以避免混淆本发明的方面。
[0012]图1-图12为示意性地说明根据本发明实施例的制造太阳能电池的方法的截面图。图1-图12未按比例绘制。
[0013]图1中，在单晶硅基板101上形成薄介质层102。基板101可包括长寿命N型单晶硅晶片。在一个实施例中，薄介质层102包含直接形成在单晶硅基板101的背侧表面131上的二氧化硅。背侧表面131与单晶硅基板101的正侧表面132相对。正侧表面132在太阳能电池的正面上，其也称为“向阳面”，因为它在正常工作期间面向太阳。背侧表面131在太阳能电池的背面上。因为发射极和相应的金属触点片全部在太阳能电池的背面上形成，故制造中的太阳能电池为全背接触式太阳能电池。
[0014]薄介质层102可提供隧穿功能，例如作为隧道氧化物。在一个实施例中，薄介质层102包含直接热生长在背侧表面131上以至小于或等于40埃的厚度(例如，介于5至40埃之间，优选地为20埃的厚度)的二氧化硅。
[0015]图2中，在薄介质层102上形成多个掺杂多晶硅发射极103。为了清楚地举例说明，仅在图中示出一个多晶硅发射极103。多晶硅发射极103可在沉积期间掺杂或在沉积之后掺杂。在图2的例子中，多晶硅发射极103掺杂有P型掺杂物，诸如硼。可以理解，多晶硅发射极103还可掺杂有N型掺杂物，这适当地改变了对其他发射极和/或单晶硅基板101的掺杂。在图2的例子中，可例如采用湿法刻蚀或干法刻蚀将薄介质层102中不在多晶硅发射极103下方的部分移除。
[0016]从下文将更明显地看出，制造中的太阳能电池仅具有一种极性(在该例子中为P型)的多晶硅发射极；极性相反的发射极为单晶硅发射极。这有利地允许多晶硅发射极103在原位掺杂。
[0017]可通过如图9所示在薄介质层102上形成一层多晶硅层201而形成多晶硅发射极103。该多晶硅层201可通过沉积工艺(例如，通过低压化学气相沉积法(LPCVD))形成，其厚度例如为约1000埃至5000埃。随后是如图10所示的图案化步骤，诸如掩模和蚀刻，用于将多晶硅层201图案化。在图10的例子中，在将薄介质层102图案化期间，薄介质层102呈现出图案。图案化的多晶硅层201充当多晶硅发射极103。该多晶硅层201可在图案化步骤之前或之后掺杂。
[0018]也可采用其他处理步骤形成多晶硅发射极103，包括通过图11所示的印刷。在图11的例子中，使用喷墨打印机的印刷头205选择性地印刷出发射极203。发射极203可包含喷墨印刷在薄介质层102上的硅纳米粒子。发射极203可在印刷步骤之前或之后掺杂。热处理步骤使硅纳米粒子聚结形成多晶硅，其充当多晶硅发射极103。因为用于在单晶硅101中形成单晶硅发射极的掺杂物可扩散穿过薄介质层102，故不必额外对该薄介质层102进行蚀刻，由此有利地省去了图案化步骤。
[0019]继续参见图3，形成多晶硅发射极103后，在多晶硅发射极103和单晶硅基板101上形成掺杂物源层104。在图3的例子中，掺杂物源层104包含N型掺杂物(诸如磷)，以便随后在单晶硅基板101中形成N型发射极。为了适应不同的掺杂物极性要求，可以改变掺杂物源层104中的掺杂物(例如，改变为P型)。在一个实施例中，掺杂物源层104包括通过例如大气压化学气相沉积法(APCVD)形成的厚约1000埃的磷硅酸盐玻璃(PSG)毯覆式层。
[0020]图4中，执行扩散步骤以使掺杂物从掺杂物源层104扩散到单晶硅基板101，从而形成单晶硅发射极108。在图4的例子中，由于掺杂物源层104包含N型掺杂物，故所得的发射极108包含N型掺杂单晶硅。该扩散步骤可通过例如在扩散炉中的热处理过程来执行。在该扩散步骤期间，来自多晶硅发射极103的一定量掺杂物可扩散穿过薄介质层102，以在单晶硅基板101内形成掺杂区109。在图4的例子中，因为多晶硅发射极103掺杂有P型掺杂物，所以掺杂区109为P型掺杂区。
[0021]要利用多晶硅发射极103下方的低电荷载流子复合，与单晶硅发射极108相比，多晶硅发射极103可覆盖单晶硅基板101背表面131的更多面积。例如，多晶硅发射极103可具有覆盖背表面131总面积的至少80%的总面积。
[0022]图5中，在掺杂物源层104上形成材料叠堆105。材料叠堆105可包括一层或多层材料，诸如防潮层、抗反射涂层，以及取决于制造过程特殊要求的其他材料层。材料叠堆105可在扩散步骤之前或之后形成。
[0023]图6中，形成了接触孔106，以使单晶硅发射极108和多晶硅发射极103暴露。一般来讲，太阳能电池中有多个发射极108和103，每个发射极通过相应的接触孔106连接到相应的金属触点。在图6的例子中，为了暴露下面的发射极103，穿过材料叠堆105和掺杂物源层104但不穿过薄介质层102形成了接触孔106。同样在图6的例子中，为了暴露下面的发射极108，穿过材料叠堆105和掺杂物源层104形成了接触孔106。当薄介质层102的一部分留在发射极108上时(例如，像在图12的例子中那样)，还穿过薄介质层102形成了相应的孔106，以使下面的发射极108暴露。接触孔106可通过激光烧蚀、掩模和蚀刻、或其他处理步骤形成。
[0024]图7中，在接触孔106内形成金属触点107，以连接到相应的发射极。金属触点107可包括单层金属触点或多层金属触点。比如，金属触点107可包括发射极(如发射极103或108)上形成的铝、铝上形成的包含钛钨的扩散阻挡层，以及扩散阻挡层上形成的包含铜的晶种层。
[0025]在图7的例子中，连接到单晶硅发射极108的金属触点107为N极性金属触点，因为其连接到N型掺杂发射体108。相似地，连接到多晶硅发射极103的金属触点107为P极性金属触点，因为其连接到P型掺杂发射极103。N极性金属触点连接在一起并与P极性金属触点电绝缘，其中P极性金属触点也连接在一起。N极性金属触点可与P极性金属触点相互交叉。
[0026]太阳能电池的制造还可以包括另外的处理步骤。如图8所示，可将单晶硅基板101的正侧表面132纹理化。在一个实施例中，采用包含氢氧化钾和异丙醇的湿蚀刻工艺，使正侧表面132具备无规棱锥纹理。该纹理化表面有助于提高太阳辐射收集效率。正侧表面132还可包括材料叠堆133，该材料叠堆133可包括一层或多层材料，诸如抗反射涂层、钝化层等。在不减损本发明优点的前提下，对正侧表面132执行或在正侧表面132下方执行的纹理化处理和其他处理可以在制造过程的任意合适步骤处执行。
[0027]由于一种极性的发射极包含掺