專利名稱：通過(guò)硼和磷的共擴(kuò)散制造晶體硅太陽(yáng)能電池的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及使用晶體硅(Si)基底制造太陽(yáng)能電池。所述太陽(yáng)能電池的一個(gè)實(shí)例 是硼發(fā)射極η基極太陽(yáng)能電池，其具有由磷擴(kuò)散產(chǎn)生的背面區(qū)域。
背景技術(shù)：
若需要兩個(gè)擴(kuò)散過(guò)程(硼和磷)，則通常在較低溫度的磷擴(kuò)散步驟之前進(jìn)行較高 溫度的硼擴(kuò)散步驟，例如參見(jiàn)Τ. Buck等人的Proceedings of21st European Photovoltaic Solar Energy Conference (4 8September 2006, Dresden, Germany),第 1264 至 1267 頁(yè)。 該工藝順序要求特殊的保護(hù)層以阻止在磷擴(kuò)散步驟中磷擴(kuò)散進(jìn)入經(jīng)硼擴(kuò)散的面。有時(shí)硼從 硼擴(kuò)散層擴(kuò)散出來(lái)至該保護(hù)層，并在界面附近耗盡。這導(dǎo)致發(fā)射極的薄片電阻的增加，并導(dǎo) 致通過(guò)該方法制得的太陽(yáng)能電池的串聯(lián)電阻的增加。此外，需要額外的工藝步驟以去除保 護(hù)層，或者若將其保留在硅基底上，則損害保護(hù)層的最佳性能(例如鈍化和抗反射涂層)。另一方面，若在硼擴(kuò)散步驟之前實(shí)施磷擴(kuò)散步驟，則必須保護(hù)經(jīng)磷擴(kuò)散的面不受 硼擴(kuò)散步驟中的硼的影響。此外，在磷擴(kuò)散期間必須充分避免磷擴(kuò)散進(jìn)入硼一面，因?yàn)檫@無(wú) 法容易地由硼加以補(bǔ)償。此外，在硼擴(kuò)散的溫度下磷從經(jīng)磷擴(kuò)散的層溢出，因此磷與硼一起 擴(kuò)散進(jìn)入硼擴(kuò)散層的表面。這妨礙獲得經(jīng)硼摻雜的發(fā)射極的良好特性。由于這些困難，幾 乎不會(huì)嘗試在硼擴(kuò)散之前進(jìn)行磷擴(kuò)散，或者即使嘗試也無(wú)法成功制造出太陽(yáng)能電池。雖然可以通過(guò)一些方法同時(shí)形成硼和磷的擴(kuò)散，例如在擴(kuò)散過(guò)程之前將各個(gè)擴(kuò)散 源印刷在一面上，但是該方法導(dǎo)致至少在硼一面的邊緣處由磷補(bǔ)償硼，這是因?yàn)榱讛U(kuò)散得 更快并且更加容易溶解在硅中，所以容易補(bǔ)償硼。在已知的另一個(gè)方法中，對(duì)成對(duì)放置的晶片分別擴(kuò)散硼和磷。兩個(gè)基底的兩個(gè)面 相互接觸，從而被部分地保護(hù)不進(jìn)行擴(kuò)散。這將硼被磷補(bǔ)償?shù)膯?wèn)題限制到晶片邊緣，反之亦 然。然而，隨后必須將晶片邊緣切除，這顯著提高了每生產(chǎn)Wp的成本。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供通過(guò)硼和磷的擴(kuò)散由Si基底制造太陽(yáng)能電池的方法，其 中克服了至少一個(gè)上述問(wèn)題。該目的是通過(guò)用于制造晶體硅太陽(yáng)能電池的方法實(shí)現(xiàn)的，其包括_提供晶體硅基底，其具有第一面及與所述第一面相反的第二面；-使磷預(yù)擴(kuò)散進(jìn)入所述基底的所述第一面，以產(chǎn)生具有初始深度的磷擴(kuò)散層；-封閉所述基底的所述第一面；_將所述基底的所述第二面暴露至硼擴(kuò)散源；-加熱所述基底至一定溫度一段時(shí)間，從而使硼擴(kuò)散進(jìn)入所述基底的所述第二面， 同時(shí)使所述磷進(jìn)一步擴(kuò)散進(jìn)入所述基底。本發(fā)明涉及通過(guò)在硼擴(kuò)散之前已經(jīng)使磷擴(kuò)散進(jìn)入表面一定程度從而在硼擴(kuò)散過(guò) 程中的氣氛中穩(wěn)定化和減少溢出的磷。這能夠在硼擴(kuò)散之前去除磷擴(kuò)散源。與磷已經(jīng)擴(kuò)散進(jìn)入的硅表面相比，從擴(kuò)散源溢出的磷的量更多且波動(dòng)更大。因此，該方法改善了經(jīng)硼擴(kuò)散 的P型發(fā)射極的品質(zhì)和重復(fù)性。還避免在經(jīng)硼擴(kuò)散的面上產(chǎn)生η型邊緣，因此避免太陽(yáng)能 電池的分流(shunting)。在一方面，本發(fā)明還涉及通過(guò)上述方法制得的太陽(yáng)能電池。


基于一些實(shí)施例的描述闡明本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)及特性，其中參考以下附圖圖1所示為根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案的方法制得的太陽(yáng)能電池的結(jié)構(gòu)的實(shí)例；圖2所示為ρ型硅基底的另一個(gè)實(shí)施例；圖3A-3D所示為在基底的一個(gè)面上產(chǎn)生P擴(kuò)散層的加工步驟；圖4A-4F所示為在基底的一個(gè)面上產(chǎn)生P擴(kuò)散層的可選擇的方法的加工步驟；圖5A-5D所示為在基底的一個(gè)面上產(chǎn)生P擴(kuò)散層的可能的第三方法的加工步驟；圖6A、6B所示為在硼擴(kuò)散步驟中用于封閉基底的一個(gè)面的兩種可能的構(gòu)造；圖7所示為在硼擴(kuò)散步驟中的背對(duì)背構(gòu)造；圖8所示為與現(xiàn)有技術(shù)的太陽(yáng)能電池相比通過(guò)本發(fā)明方法制得的太陽(yáng)能電池所 測(cè)的效率。
具體實(shí)施例方式圖1所示為根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案的方法制得的太陽(yáng)能電池的結(jié)構(gòu)的實(shí)例。 太陽(yáng)能電池10包括在一面上具有硼擴(kuò)散層12和在另一面上具有磷擴(kuò)散層13的η型硅基 底11。應(yīng)當(dāng)注意，實(shí)際的太陽(yáng)能電池結(jié)構(gòu)還具有金屬觸點(diǎn)和抗反射涂層，但是圖中沒(méi)有顯示 這些組件。圖2所示為加工ρ型硅基底21以在一面上生產(chǎn)磷擴(kuò)散層22和在另一面上產(chǎn)生 硼擴(kuò)散層23的另一個(gè)實(shí)施例。圖1的太陽(yáng)能電池是優(yōu)選的實(shí)施方案，因?yàn)槠淦骷匦詢?yōu)于 圖2。在以下描述中，討論了圖1中所示的太陽(yáng)能電池(即η型基底)的制造方法的實(shí)施方 案。該方法的第一步驟用于在基底的一個(gè)面上產(chǎn)生P擴(kuò)散層。根據(jù)一個(gè)實(shí)施方案，在 包含O2和P2O5蒸汽的氣氛中在800至900°C下加熱基底30歷時(shí)5至50分鐘。然后基底 30的所有表面被包含P2O5的SiO2薄膜31 (下面稱作SiO2 = P2O5)覆蓋。從基底30的Si和 氧生長(zhǎng)該SiO2, P2O5引入SiO2薄膜31。在硅33與SiO2IP2O5薄膜31的界面上，P2O5被還原 成P，P擴(kuò)散進(jìn)入基底30的核心(參見(jiàn)圖3B中的核心33)直至0. 01至1. 0 μ m的深度。目 前在硅基底30的所有表面上形成SiO2 = P2O5薄膜31和P擴(kuò)散層32。然后通過(guò)將基底30浸 入1至50%的HF溶液約0. 5至10分鐘或者將基底30暴露至HF蒸汽或者使用反應(yīng)性離 子蝕刻進(jìn)行蝕刻從而去除SiO2 = P2O5薄膜31，參見(jiàn)圖3C。然后排除一面，使用1至30% HF 和0. 1至50% HNO3的混合溶液或者使用反應(yīng)性離子蝕刻進(jìn)行蝕刻，從而蝕刻去除P擴(kuò)散層 32。通過(guò)用蝕刻封閉涂層密封基底30的另一面或者通過(guò)僅將基底30浮在溶液上，從而可 以實(shí)現(xiàn)單面蝕刻。因此，基底30現(xiàn)在包括在一面上的P擴(kuò)散層32'，參見(jiàn)圖3D。參考圖4A-4F闡述在基底的一面上生產(chǎn)P擴(kuò)散層的可選擇的方法。首先，通過(guò)旋 涂、噴涂或印刷用包含P2O5和SiO2精細(xì)顆粒的液體、膏狀物或凝膠41涂覆基底40的表面 的一個(gè)面，參見(jiàn)圖4B。也可涂覆基底的另一面，但是這不影響該制造方法的最終結(jié)果。然后在250至50(TC下加熱該涂層41。若包含有機(jī)物質(zhì)，則使溶劑蒸發(fā)或燒盡。P2O5和SiO2S 在涂層中，參見(jiàn)圖4C涂層41'。然后在另一個(gè)加熱步驟中，在800至900°C下加熱基底40 歷時(shí)2至50分鐘。由此用SiO2 = P2O5覆蓋所有表面，參見(jiàn)圖4D。氧來(lái)自大氣，來(lái)自第一涂覆 薄膜41'的P2O5排出至大氣。P擴(kuò)散進(jìn)入Si核心，如同圖3B，并在硅基底40的所有表面 上形成SiO2 = P2O5薄膜42和P擴(kuò)散層43?，F(xiàn)在使用1至50%的HF溶液或其他已知方法去 除SiO2 = P2O5薄膜42。排除首先涂覆的面，使用1至30% HF和0. 1至50% HNO3的混合溶 液或者反應(yīng)性離子蝕刻，從而蝕刻去除P擴(kuò)散層。通過(guò)用蝕刻封閉涂層密封其他面或者通 過(guò)僅將基底浮在溶液上，從而可以實(shí)現(xiàn)單面蝕刻。該結(jié)果如圖4F所示，其中描繪了在一面 上具有P擴(kuò)散層44的基底40。參考圖5A-5D闡述用于在基底的一面上產(chǎn)生P擴(kuò)散層的可能的第三方法。使用一 面上的擴(kuò)散阻擋層封閉基底50的第一面，參見(jiàn)封閉層51?？梢允褂孟铝胁煌姆椒ㄐ纬煞?閉層51 通過(guò)旋涂或噴涂或印刷用包含SiO2或1102或不擴(kuò)散進(jìn)入硅中的物質(zhì)的液體、膏 狀物或凝膠涂覆表面。在200至70(TC下加熱涂層，然后使溶劑蒸發(fā)。 在O2或02+吐0氣氛中在850至1100°C下加熱基底50歷時(shí)0.5至若干小時(shí)。然 后在所有表面上形成厚度超過(guò)0. 1 μ m的SiO2薄膜。通過(guò)將基底50浸入1至10%的HF溶 液而僅去除一面上的薄膜。 使用化學(xué)氣相沉積而沉積厚度大于0. 1 μ m的SiO2或SiN或TiO2等。在下一步驟中，采用參考圖3B或4D所示的方法使P擴(kuò)散進(jìn)入Si核心54。形成 SiO2IP2O5層52，并使P擴(kuò)散進(jìn)入，但是封閉層51避免P在一面上擴(kuò)散進(jìn)入Si核心54，參見(jiàn) 圖5C。然后通過(guò)將基底50浸入至50%的HF溶液而去除SiO2 = P2O5層52和封閉層51。根據(jù)另一個(gè)實(shí)施方案，使用其中兩個(gè)基底表面相互接觸的背對(duì)背擴(kuò)散法而僅在基 底的一面上擴(kuò)散P。在如上所述使磷預(yù)擴(kuò)散進(jìn)入基底的第一面之后，在將基底送入進(jìn)一步加工的爐中 之前，封閉基底的相同的第一面。在一個(gè)實(shí)施方案中，通過(guò)另一基底63的第一面62封閉基 底60的第一面61。其他基底可以是類似地加工的基底，參見(jiàn)圖6A。這一封閉方式稱作背 對(duì)背。與單獨(dú)封閉各個(gè)基底相比，背對(duì)背構(gòu)造的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是需要爐中較小的空間。此外，因 為所面對(duì)的基底也具有高的磷濃度，從而在更佳的條件下保持磷濃度，所以特別有效地避 免磷從第一面61溢出。圖6B所示為一個(gè)可選的方案，其中用尚未加工的基底65 (即新鮮 的基底)封閉基底60。在爐中，將基底的第二面暴露至硼擴(kuò)散源。該硼擴(kuò)散源可以是蒸汽源或涂布源。在 爐中，加熱基底一段時(shí)間至一定溫度，從而使硼擴(kuò)散進(jìn)入基底的第二面，同時(shí)使磷進(jìn)一步擴(kuò) 散進(jìn)入所述基底(即比所述初始深度更深)。這是利用硼蒸汽源進(jìn)行擴(kuò)散成功地實(shí)現(xiàn)的。 下面參考圖7詳細(xì)描述一個(gè)實(shí)施方案。將兩個(gè)基底70、71背對(duì)背送入爐中，并在包含O2和 可以通過(guò)引導(dǎo)N2經(jīng)過(guò)BBr3液體而產(chǎn)生的B2O3蒸汽的氣氛中在900至1000°C下加熱30至 120分鐘。也可以使用硼的其他液體來(lái)源如BCl3或硼酸三甲酯以代替BBiv然后暴露的表 面(即未經(jīng)封閉的表面)被包含B2O3的SiO2薄膜72 (下面稱作SiO2 = B2O3)覆蓋。在Si核 心70、71與SiO2 = B2O3薄膜72的界面處，B擴(kuò)散進(jìn)入Si直至0. 01至1. 0 μ m的深度以提供 B擴(kuò)散層73、74。部分的B2O3可能漏入基底70、71之間的狹窄縫隙，但是因?yàn)樵谶@些區(qū)域存
6在重度擴(kuò)散的P所以影響非常小。同時(shí)，由所采用的熱量驅(qū)使，存在于P擴(kuò)散層76、77中的 P也進(jìn)一步擴(kuò)散進(jìn)入各自的Si核心70、71。這導(dǎo)致P擴(kuò)散層比其初始深度更深。圖7的實(shí)施例的硼擴(kuò)散使用蒸汽源擴(kuò)散，對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言清楚的是，該 方法也適用于圖4A-4F的磷擴(kuò)散步驟中所述的涂布源擴(kuò)散的情況。將磷的預(yù)擴(kuò)散與在同時(shí)擴(kuò)散硼和磷的情況下的進(jìn)一步擴(kuò)散相結(jié)合，產(chǎn)生具有非常 好的特性的太陽(yáng)能電池，如圖8所示。圖8所示為在η型多晶基底上使用新方法(在此所 述)及現(xiàn)有技術(shù)的方法(Τ. Buck 等人的 Proceedings of 21st European Photovoltaic Solar Energy Conference (4 8September 2006, Dresden, Germany),第 1264 至 1267 頁(yè)) 制得的太陽(yáng)能電池效率值的示意圖。通過(guò)如上所述的制造方法，與單獨(dú)使磷擴(kuò)散進(jìn)入的情況(并不同時(shí)擴(kuò)散硼)相比， 磷擴(kuò)散進(jìn)入得更深。若采用本發(fā)明，在基底內(nèi)深度為0. 5 μ m處的磷濃度可以比深度為5 μ m 處高100倍。在根據(jù)本發(fā)明的方法中，磷也可以擴(kuò)散進(jìn)入硼一面的硅中，因?yàn)樯倭康牧讖牧滓?側(cè)溢出至相反的面(即經(jīng)硼擴(kuò)散的面)。然而，在硼一面，擴(kuò)散進(jìn)入的磷的量小于擴(kuò)散進(jìn)入 的硼的量，擴(kuò)散層可以容易地滿足P型發(fā)射極的適當(dāng)條件。擴(kuò)散進(jìn)入的磷的量仍然高于基底的背景摻雜。深度為0. 2μπι處的磷濃度可以比 深度為5μπι處高100倍。本發(fā)明能夠產(chǎn)生硼摻雜曲線，其滿足發(fā)射極所要求的條件，而不允許磷的量大于 擴(kuò)散進(jìn)入經(jīng)硼擴(kuò)散的面的硼，并且不允許硼的量大于擴(kuò)散進(jìn)入經(jīng)磷擴(kuò)散的面的磷。應(yīng)當(dāng)理解，對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，在閱讀上述文字后可以想到改變的實(shí)施方 案。這些改變的實(shí)施方案落入所附權(quán)利要求所述的本發(fā)明范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
用于制造晶體硅太陽(yáng)能電池的方法，其包括 提供晶體硅基底，其具有第一面及與所述第一面相反的第二面； 使磷預(yù)擴(kuò)散進(jìn)入所述基底的所述第一面，以產(chǎn)生具有初始深度的磷擴(kuò)散層； 封閉所述基底的所述第一面； 將所述基底的所述第二面暴露至硼擴(kuò)散源； 加熱所述基底至一定溫度一段時(shí)間，從而使硼擴(kuò)散進(jìn)入所述基底的所述第二面，同時(shí)使所述磷進(jìn)一步擴(kuò)散進(jìn)入所述基底。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述使磷預(yù)擴(kuò)散進(jìn)入所述基底的第一面的步驟包括 -在包含O2和P2O5的氣氛中加熱所述基底，從而在所述基底的所有面上形成包含SiO2和P2O5的薄膜以及中間的磷擴(kuò)散層；-從所述基底的所有面去除所述SiO2=P2O5薄膜； -排除所述第一面，蝕刻去除所述磷擴(kuò)散層。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述使磷預(yù)擴(kuò)散進(jìn)入所述基底的第一面的步驟包括 -使用絲網(wǎng)印刷法、單面旋涂法或單面噴涂法在所述第一面上形成涂層，所述涂層包含P2O5 和 SiO2 ；-加熱所述基底，從而在所述基底的所有面上形成包含SiO2和P2O5的薄膜以及中間的 磷擴(kuò)散層；-從所述基底的所有面去除所述SiO2=P2O5薄膜； -排除所述第一面，蝕刻去除所述磷擴(kuò)散層。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述使磷預(yù)擴(kuò)散進(jìn)入所述基底的第一面的步驟包括 -封閉所述基底的所述第二面；-在包含O2和P2O5的氣氛中加熱所述基底，從而在所述基底的所有面上形成包含SiO2 和P2O5的薄膜以及中間的磷擴(kuò)散層；-從所述基底的所有面去除所述SiO2=P2O5薄膜。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述使磷預(yù)擴(kuò)散進(jìn)入所述基底的第一面的步驟包括 -封閉所述基底的所述第二面；-使用絲網(wǎng)印刷法、單面旋涂法或單面噴涂法在所述第一面上形成涂層，所述涂層包含 P2O5 和 SiO2 ；-加熱所述基底，從而在所述基底的所有面上形成包含SiO2和P2O5的薄膜以及磷擴(kuò)散層；-從所述基底的所有面去除所述SiO2=P2O5薄膜。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5的方法，其中所述基底的所述第二面是通過(guò)在所述第二面上形 成擴(kuò)散阻擋層而封閉的。
7.根據(jù)權(quán)利要求4或5的方法，其中所述基底的所述第二面是通過(guò)另一個(gè)基底封閉的。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求之一的方法，其中所述基底的所述第一面是通過(guò)另一個(gè)基底的第 一面封閉的。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的方法，其中所述另一個(gè)基底包括在所述封閉時(shí)與所述基底類似地 加工的經(jīng)加工的基底。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至7之一的方法，其中所述基底的所述第一面是通過(guò)用涂層覆蓋所述基底的所述第一面而封閉的。
11.根據(jù)前述權(quán)利要求之一的方法，其中所述將所述基底的所述第二面暴露至硼擴(kuò)散 源的步驟包括將所述基底暴露至包含O2和B2O3的氣氛。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的方法，其中所述一段時(shí)間是在30至120分鐘之間。
13.根據(jù)權(quán)利要求11或12的方法，其中所述一定溫度是在900至1000°C之間。
14.根據(jù)權(quán)利要求11或12的方法，其中所述B2O3是通過(guò)引導(dǎo)N2經(jīng)過(guò)BBr3液體而產(chǎn)生的。
15.根據(jù)前述權(quán)利要求之一的方法制得的太陽(yáng)能電池。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于制造晶體硅太陽(yáng)能電池的方法，其包括提供晶體硅基底，其具有第一面及與所述第一面相反的第二面；使磷預(yù)擴(kuò)散進(jìn)入所述基底的所述第一面，以產(chǎn)生具有初始深度的磷擴(kuò)散層；封閉所述基底的所述第一面；將所述基底的所述第二面暴露至硼擴(kuò)散源；加熱所述基底至一定溫度一段時(shí)間，從而使硼擴(kuò)散進(jìn)入所述基底的所述第二面，同時(shí)使所述磷進(jìn)一步擴(kuò)散進(jìn)入所述基底。
文檔編號(hào)H01L31/18GK101919070SQ200880124127
公開日2010年12月15日 申請(qǐng)日期2008年11月13日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月13日
發(fā)明者V·D·米哈伊利奇, Y·科馬特蘇 申請(qǐng)人:荷蘭能源建設(shè)基金中心