使用n型掺杂硅纳米粒子制造太阳能电池的发射极区域的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明的实施例属于可再生能源领域，具体地讲，涉及使用N型掺杂硅纳米粒子制造太阳能电池的发射极区域的方法和所得的太阳能电池。
【背景技术】
[0002]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化为电能的器件。一般来讲，使用半导体加工技术在基板的表面附近形成P-η结而将太阳能电池制造在半导体晶片或基板上。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。电子和空穴对迀移至基板中的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。将掺杂区域连接到太阳能电池上的导电区域，以将电流从电池引导至与其耦合的外部电路。
[0003]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。本发明的一些实施例涉及允许通过提供用于制备太阳能电池结构的新型工艺而提高太阳能电池的制造效率。通过提供新型太阳能电池结构，本发明的一些实施例允许用于提高太阳能电池效率。
【附图说明】
[0004]图1Α-1Ε和图1Ε’示出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。
[0005]图2A-2G示出根据本发明的另一个实施例的太阳能电池制造中的各个阶段的横截面图。
【具体实施方式】
[0006]本文描述了使用N型掺杂硅纳米粒子制造太阳能电池的发射极区域的方法和所得的太阳能电池。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。在其他情况中，没有详细地描述熟知的技术，如平版印刷和图案化技术，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，图中所示的多种实施例是示例性的并且未必按比例绘制。
[0007]本文公开了制造太阳能电池的方法。在一个实施例中，制造太阳能电池发射极区域的方法包括在太阳能电池的基板的第一表面上形成多个N型掺杂硅纳米粒子区域。含P型掺杂剂层形成在多个N型掺杂硅纳米粒子区域上和N型掺杂硅纳米粒子区域之间的基板第一表面上。含P型掺杂剂层的至少一部分与所述多个N型掺杂硅纳米粒子区域中的每个的至少一部分混合。在另一个实施例中，制造太阳能电池发射极区域的方法包括在太阳能电池的基板的第一表面上形成多个N型掺杂硅纳米粒子区域。含P型掺杂剂层形成在多个N型掺杂硅纳米粒子区域上和N型掺杂硅纳米粒子区域之间的基板第一表面上。在含P型掺杂剂层上形成耐蚀层。与第一表面相对的基板第二表面被蚀刻，从而使基板的第二表面纹理化。耐蚀层在蚀刻期间保护含P型掺杂剂层。
[0008]本文还公开了太阳能电池。在一个实施例中，太阳能电池的发射极区域包括设置在太阳能电池的基板的第一表面上的多个N型掺杂硅纳米粒子区域。基板中设置有对应的N型扩散区域。在所述多个N型掺杂硅纳米粒子区域上以及在基板第一表面上N型掺杂硅纳米粒子区域之间设置有含P型掺杂剂层。基板中的N型扩散区域之间设置有对应的P型扩散区域。在含P型掺杂剂层上设置有耐蚀层。第一组金属触点被设置成穿过耐蚀层、含P型掺杂剂层和所述多个N型掺杂硅纳米粒子区域，并且到达N型扩散区域。第二组金属触点被设置成穿过耐蚀层和含P型掺杂剂层，并且到达P型扩散区域。
[0009]在第一方面，一个或多个特定实施例涉及用于印刷η型硅(Si)纳米粒子并随后使用三溴化硼(BBr3)作为前体来沉积B2O3氧化物层的方法。该BBr 3前体可用于将硅纳米粒子转化为硼磷硅酸盐玻璃(BPSG)层，用作磷扩散源。此外，B2O3沉积在非印刷区域中，用作硼扩散源。对于发射极区域形成在块状基板中或块状基板上方的太阳能电池，可利用该方法减少或消除图案化和掺杂剂沉积操作。
[0010]更具体地讲，在此类制造方法方案中，可利用图案化的掺杂剂源来实现高效掺杂。要实现可用的图案，通常在毯覆式沉积之后进行掩模和蚀刻平版印刷步骤。相反，本文所述的一个或多个实施例涉及在沉积期间直接对掺杂剂源进行图案化。在早期尝试直接图案化的操作包括形成喷墨掺杂剂。其他另选的替代方案涉及基于氧化物(而非基于硅纳米粒子)的喷墨掺杂剂和丝网印刷掺杂剂。这种早期方法的材料可证实难以开发。而在另一种早期尝试中，印刷了硅纳米粒子，并通过APCVD在硅纳米粒子上形成了硼硅酸盐玻璃(BSG)层。然而，在此类方法中，纳米粒子未形成致密的粘结层，并且只有极少量的磷被驱动进入基础基板中。
[0011]更一般地说，在第一方面，一个或多个实施例涉及在基板中或基板上形成掺杂层或区域的方法。就在块状晶体基板中形成掺杂扩散区域而言，最终形成的发射极区域可以形成在(例如)块状单晶硅基板中。就在基板上形成掺杂层而言，最终形成的发射极区域可以形成在(例如)多晶层或硅层中。在任一种情况下，都在要掺杂的区域上印刷η型硅纳米粒子。可通过丝网印刷、喷墨印刷、挤出印刷或气溶胶喷射印刷，或其他类似的方法来进行印刷。印刷之后，可将接纳基板放置在扩散炉中。进行BBr3沉积，以在晶片上生长B 203。B2O3层填充硅纳米粒子薄膜中的空隙，形成致密的网状层。在非印刷区域上沉积典型的B2O3层。在沉积88^后，在高温扩散步骤中对晶片进行退火，该步骤会驱动硼从B 203区域进入基板中。在硅纳米粒子印刷区域中，B2O3消耗掺杂磷的硅，以形成硅酸盐玻璃。由于空隙体积比纳米粒子小，所以硅酸盐玻璃层掺杂有高浓度的磷和较稀浓度的硼。其结果是得到掺杂硼和磷的硅酸盐玻璃(BPSG)层。该BPSG层可用于优先驱动磷进入硅中。因此，扩散步骤包括磷从BPSG(印刷)区域扩散进入基板中的主要过程(一些硼也可能从该区域扩散进入基板中)，以及硼从Β203 (非印刷区域)扩散进入基板中的过程。
[0012]例如，图1Α-1Ε和图1Ε’示出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。
[0013]参见图1Α，制造太阳能电池发射极区域的方法包括在太阳能电池基板100的第一表面101上形成多个N型掺杂硅纳米粒子102区域。在一个实施例中，基板100为块状硅基板，诸如块状单晶N型掺杂硅基板。然而，应当理解，基板100可以是设置在整个太阳能电池基板上的层(例如)多晶硅层。
[0014]在一个实施例中，通过在基板100的第一表面101上印刷或旋涂掺杂磷的硅纳米粒子，来形成多个N型掺杂硅纳米粒子102区域。在一个此类实施例中，掺杂磷的硅纳米粒子具有大约在5-100纳米的范围内的平均粒度和大约在10-50%的范围内的孔隙率。在一个具体的此类实施例中，在存在载体溶剂或流体(随后可蒸发或燃尽)的情况下输送掺杂磷的硅纳米粒子。在一个实施例中，当使用丝网印刷方法时，由于使用低粘度的液体可导致渗色，从而使限定区域的分辨率降低，因此可优选地使用具有高粘度的液体源进行输送。
[0015]参见图1B，该方法还包括在所述多个N型掺杂硅纳米粒子102区域上以及在基板100的第一表面101上的N型掺杂硅纳米粒子102区域之间形成含P型掺杂剂层104。
[0016]在一个实施例中，通过在所述多个N型掺杂硅纳米粒子102区域上以及在基板100的第一表面101上的N型掺杂硅纳米粒子102区域之间沉积氧化硼(B2O3)层来形成含P型掺杂剂层104。在一个此类实施例中，通过使三溴化硼(BBr3)和氧气(O2)反应来形成B2O3层。
[0017]参见图1C，该方法还包括将含P型掺杂剂层104的至少一部分与所述多个N型掺杂硅纳米粒子102区域中的每个的至少一部分混合。
[0018]在一个实施例中，通过加热基板100来进行混合。在一个此类实施例中，通过在大约700-1100摄氏度范围内的温度下持续加热大约1-100分钟来进行混合。在一个实施例中，N型掺杂硅纳米粒子102是掺杂磷的硅纳米粒子，含P型掺杂剂层104是含硼层，而混合含P型掺杂剂层104与N型掺杂硅纳米粒子102区域的步骤包括形成对应的硼磷硅酸盐玻璃(BPSG) 106的区域。在一个实施例中，该混合使得N型掺杂硅纳米粒子102致密化，从而得到较少孔或无孔的BPSG层。
[0019]参见图1D，该方法还包括，在将含P型掺杂剂层104与N型掺杂硅纳米粒子102区域混合后，从N型掺杂硅纳米粒子106的区域扩散N型掺杂剂，以在基板100中形成对应的N型扩散区域108。另外，从含P型掺杂剂层104扩散P型掺杂剂，在基板100中的N型扩散区域108之间形成对应的P型扩散区域110。
[0020]在一个实施例中，通过加热基板100来进行扩散。在一个此类实施例中，用于扩散的加热是采用与混合含P型掺杂剂层104和N型掺杂硅纳米粒子102区域的加热相同的工艺操作来进行的。然而，在另选的此类实施例中，用于扩散的加热是采用与混合含P型掺杂剂层104和N型掺杂硅