專利名稱：形成有多晶硅摻雜區(qū)的背面接觸太陽能電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般來說涉及太陽能電池，更具體但并非排他地涉及太陽能電池的制造工藝和結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
太陽能電池是公知的將太陽輻射轉(zhuǎn)換為電能的設(shè)備?？梢允褂冒雽w工藝技術(shù)在半導體晶片上制造太陽能電池。太陽能電池包括P型和N型摻雜區(qū)。照射到太陽能電池上的太陽輻射產(chǎn)生遷移到摻雜區(qū)的電子和空穴，從而產(chǎn)生摻雜區(qū)間的電壓差。在背面接觸太陽能電池中，摻雜區(qū)和耦接至摻雜區(qū)的叉指型金屬接觸指兩者都在太陽能電池的背面。接觸指允許外部電路耦接到太陽能電池并由太陽能電池供電。效率是太陽能電池的一個重要特性，這是因為其與太陽能電池的發(fā)電能力直接相關(guān)。因此，通常期望用于增加太陽能電池的效率的技術(shù)。本發(fā)明通過提供用于制造新穎的太陽能電池結(jié)構(gòu)的工藝來增大太陽能電池效率。

發(fā)明內(nèi)容
一種太陽能電池，包括在多晶硅層的鄰接部分中的毗鄰的P型和N型摻雜區(qū)?？梢栽诒‰娊橘|(zhì)層上形成多晶硅層，電介質(zhì)層形成在太陽能電池襯底(例如，硅晶片)的背面上。多晶硅層具有相對較大的平均晶粒尺寸，以降低或消除在P型和N型摻雜區(qū)之間的空間電荷區(qū)中的復合(recombination)，從而提高效率。在閱讀包括附圖和權(quán)利要求書的本公開的全部內(nèi)容之后，本發(fā)明的這些和其他特征對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說將是顯而易見的。


圖1至圖12示出了對根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的太陽能電池的制造進行示例性說明的剖面圖。圖13示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例的太陽能電池的截面圖。在不同附圖中使用的相同參考標記表示相同或相似的部件。附圖未按比例繪制。
具體實施例方式在本公開中，提供了許多特定細節(jié)(諸如材料的示例、工藝參數(shù)、工藝步驟和結(jié)構(gòu))來提供對于本發(fā)明的實施例的透徹理解。然而本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應當認識到，不具有特性細節(jié)中的一個或多個也可以實現(xiàn)本發(fā)明。在另一些實例中，沒有示出或說明已知的細節(jié)以避免使得本發(fā)明的方面模糊。在襯底中具有P型和N型摻雜區(qū)的太陽能電池中，P型和N型摻雜區(qū)可以形成有分離或毗鄰的周邊。然而，對于多晶硅摻雜區(qū)來說并不是這樣，這是因為由于多晶硅中的電荷載流子的壽命非常短，從而使得在多晶硅摻雜區(qū)接觸的空間電荷區(qū)中的復合的幾率非常高。即，接觸的多晶硅摻雜區(qū)對于效率具有不利的影響。一種消除或減少這種損耗機理的方式是如2008年6月12日由發(fā)明人所提交的標題為“^Trench Process and Structure for Backside Contact Solar Cells with Polysilicon Diffusion Regions”的美國臨時申請 No. 61/060, 921所描述的那樣使用溝槽將多晶硅P型和N型摻雜區(qū)物理地分離。在本文中公開了另一種方式，其不需要在摻雜區(qū)之間形成溝槽。如下面將更加清晰描述的那樣，也可以根據(jù)應用與溝槽相結(jié)合地使用本發(fā)明的實施例。圖1至圖12示出了對根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的太陽能電池的制造進行示例性說明的剖面圖。圖1至圖12示出了晶片到太陽能電池的順序加工。然而應當理解的是，根據(jù)實現(xiàn)，一些工藝步驟可以不按順序執(zhí)行或者根本不執(zhí)行。通過進行損傷蝕刻步驟來準備用于加工成太陽能電池的襯底101 (圖1)。在此示例中，襯底101包括N型硅晶片，并且由于晶片提供商為了從襯底的坯料切割襯底101所使用的鋸剖工藝，其通常得到受損表面。從晶片提供商得到時，襯底101可以具有約100至 200微米的厚度。在一個實施例中，損傷蝕刻步驟包括使用包括氫氧化鉀的濕法蝕刻工藝從襯底101的每一側(cè)去除約10至20 μ m厚度。損傷蝕刻步驟還可以包括清洗襯底101以消除金屬污染。分別在襯底101的前表面和后表面上形成薄電介質(zhì)層102和103(圖2、。薄電介質(zhì)層可以包括在襯底101的表面上熱生長至到厚度小于或等于40埃(例如，在5至40埃之間，優(yōu)選地為20埃)的二氧化硅。襯底101的前表面和在其上形成的材料被稱作在太陽能電池的正面上，這是因為在正常操作期間它們面對太陽以接收太陽輻射。類似地，襯底101 的后表面和在其上形成的材料被稱作在太陽能電池的與正面相對的背面上。在太陽能電池的背面上的薄電介質(zhì)層103上形成多晶硅層104(圖3)。在此制造階段還沒有被摻雜的多晶硅層104可以通過LPCVD被形成為厚度約為1000至2000埃。在多晶硅層104上形成摻雜二氧化硅層105(圖4)。摻雜二氧化硅層105作為隨后在多晶硅層104中形成的摻雜區(qū)的摻雜劑源，該摻雜區(qū)在此示例中為P型摻雜區(qū)120(圖 7)。因此，摻雜二氧化硅層105可以摻雜有P型摻雜劑，諸如硼。在一個實施例中，摻雜二氧化硅層105包括通過常壓化學氣相沉積(APCVD)形成的厚度約為1000埃的BSG(硼硅玻璃)ο摻雜二氧化硅層105被圖案化為保留在多晶硅層104上的要形成P型摻雜區(qū)120 的區(qū)域(圖5)。在摻雜二氧化硅層105和多晶硅層104上形成摻雜二氧化硅層107 (圖6)。摻雜二氧化硅層107作為隨后在多晶硅層104中形成的摻雜區(qū)的摻雜劑源，該摻雜區(qū)在此示例中為N型摻雜區(qū)121 (圖7)。因此，摻雜二氧化硅層107可以摻雜有N型摻雜劑，諸如磷。 在一個實施例中，摻雜二氧化硅層107包括通過APCVD形成的厚度約為2000埃的PSG (磷硅玻璃)。熱驅(qū)入(drive-in)步驟將摻雜劑從摻雜二氧化硅層105和摻雜二氧化硅層107擴散至下面的多晶硅層104，以分別在多晶硅層104的鄰接部分中形成毗鄰的P型摻雜區(qū) 120和N型摻雜區(qū)121 (圖7)。將多晶硅層104重新標記為P型摻雜區(qū)120和N型摻雜區(qū) 121，以反映在此工藝階段的多晶硅層104的摻雜狀態(tài)。如可以認識到的那樣，典型的太陽能電池具有多個摻雜區(qū)，而不僅僅是為了示例說明的清晰而示出的兩個摻雜區(qū)。P型摻雜區(qū)120和N型摻雜區(qū)121作為太陽能電池的背面上的形成擴散區(qū)。P型摻雜區(qū)120和N型摻雜區(qū)121在多晶硅層104的鄰接部分中并物理地毗鄰。在一個實施例中，執(zhí)行熱驅(qū)入步驟，使得多晶硅層104再結(jié)晶以具有較大的晶粒尺寸，優(yōu)選地平均晶粒尺寸為至少1微米，更優(yōu)選地為至少5微米，而最優(yōu)選地為至少10微米。多晶硅層104的較大的晶粒尺寸在多晶硅層104中增加了少數(shù)載流子的生命期，從而減少了空間電荷區(qū)中的復合并改進了效率。還優(yōu)選地執(zhí)行熱驅(qū)入步驟，使得所得到的P型摻雜區(qū)120和N型摻雜區(qū)121為重摻雜的。優(yōu)選的驅(qū)入條件給出了重摻雜的(例如，大于le2°Cm_3)多晶硅層104，其在整個薄膜的厚度上均勻并且在多晶硅之下具有非常少的摻雜，例如小于或等于le18cm_3?？梢灾負诫s多晶硅層104并對其再結(jié)晶以通過多晶硅層104的垂直定位加熱而沒有實質(zhì)地增加薄電介質(zhì)層103上的表面復合來具有較大的晶粒尺寸?？梢酝ㄟ^例如使用準分子激光器退火來執(zhí)行這種垂直定位(相對于覆蓋層(blanket))加熱。可以使用諸如能夠從Coherent公司得到的那些準分子激光器退火工具來掃描圖6的摻雜二氧化硅層107 的表面。準分子激光器退火工藝將摻雜劑從摻雜劑源驅(qū)動至多晶硅層104，從而形成摻雜區(qū) 120 和 121。襯底101的正面被隨機地紋理化以形成紋理化表面108 (圖8)。在一個實施例中， 使用包括氫氧化鉀和異丙醇的濕法蝕刻工藝對襯底101的正面進行紋理化，使襯底101的正面具有隨機金字塔的紋理。紋理化表面108有助于增加太陽輻射收集。摻雜襯底101的正面以在太陽能電池的正面上形成N型摻雜區(qū)109(圖9)?？梢酝ㄟ^在擴散步驟期間在擴散爐中引入諸如磷之類的N型摻雜劑來形成N型摻雜區(qū)109。在紋理化表面108上形成鈍化氧化物110 (圖10)。鈍化氧化物110可以包括在襯底101的紋理化正面表面上熱生長至厚度約為10至250埃的二氧化硅。在紋理化表面108上形成抗反射涂層111 (圖11)。抗反射涂層111例如可以包括通過PECVD形成至厚度約為450埃的氮化硅層。通過形成金屬接觸112和113來完成太陽能電池的制造(圖12)。在此示例中， 金屬接觸112穿過層107和105與P型摻雜區(qū)120電連接，而金屬接觸113穿過層107與 N型摻雜區(qū)121電連接。金屬接觸112和113允許外部電路耦接至太陽能電池并由太陽能電池供電。金屬接觸112和113可以包括單層或多層金屬接觸。例如，金屬接觸112和113 中的每一個都可以包括下列材料的堆疊在二氧化硅層(例如，層105或107)上形成的朝向摻雜區(qū)(例如，摻雜區(qū)120或121)的鋁；在鋁上形成的包括鈦-鎢的擴散阻擋；以及在擴散阻擋上形成的包括銅的種子(seed)層。例如，可以通過在銅種子層上電鍍銅來形成叉指型金屬指以電連接至金屬接觸。有利地的是，金屬接觸112和113中的鋁與下面的二氧化硅形成紅外反射器，從而增加效率。與具有分隔摻雜區(qū)的溝槽的太陽能電池比較，本發(fā)明的實施例有利地具有較少的工藝步驟。具體而言，本發(fā)明的實施例不需要制造使摻雜區(qū)分隔的溝槽。而這保留了具有溝槽分離的摻雜區(qū)的太陽能電池的反向擊穿(reverse bias breakdown)電特性。本發(fā)明的實施例還潛在地允許較低的反向擊穿電壓。如從前述可以認識到的那樣，還可以與具有溝槽分離結(jié)合地使用本發(fā)明的實施例。這可以在不能夠?qū)⒍嗑Ч鑼?04的顆粒重結(jié)晶到足夠大來防止或最小化摻雜區(qū)之間的空間電荷區(qū)中的復合的應用中來進行。參考圖13來討論這種可替換的實施例。圖13示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的另一實施例的太陽能電池的截面圖。在圖13 的示例中，太陽能電池包括使得P型摻雜區(qū)120與N型摻雜區(qū)121物理地分離的溝槽115。在溝槽115中以氮化硅層114的形式形成電介質(zhì)。在圖13的示例中，氮化硅層114 還形成在層107上。氮化硅層114優(yōu)選地具有相對較大的正(positive)的固定電荷密度， 以使得溝槽115下面的硅表面處于累積(accumulation)狀態(tài)并提供良好的表面鈍化。在氮化硅層114上的正的固定電荷密度可以作為PECVD工藝的一部分自然產(chǎn)生。例如，可以通過PECVD將氮化硅層114形成至厚度約為400埃。氮化硅層114優(yōu)選地具有平坦的(例如，如沉積的)表面?？梢栽趯诫s劑熱驅(qū)入至多晶硅層104的準分子激光器退火步驟(如前面參考圖7所討論的那樣)之后形成溝槽115和氮化硅層114。已經(jīng)公開了改進的太陽能電池制造工藝和結(jié)構(gòu)。雖然已經(jīng)提供了本發(fā)明的具體實施例，但應當理解，這些實施例是出于示例說明的目的而不是進行限制。對于閱讀了本公開的本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說，很多另外的實施例將是顯而易見的。
權(quán)利要求
1.一種制造太陽能電池的方法，該方法包括在硅襯底的背面上形成多晶硅層；在該多晶硅層上形成第一摻雜劑源和第二摻雜劑源；以及對該多晶硅層進行局部加熱，以將摻雜劑從第一摻雜劑源和第二摻雜劑源驅(qū)動至該多晶硅層，以在該多晶硅層的鄰接部分中形成P型摻雜區(qū)和N型摻雜區(qū)，并且使該多晶硅層再結(jié)晶以增加其平均晶粒尺寸。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中使用激光器對所述多晶硅層進行局部加熱。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述多晶硅層形成在薄電介質(zhì)層上，該薄電介質(zhì)層形成在所述太陽能電池襯底的背面上。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其中所述薄電介質(zhì)層包括被形成為厚度小于40埃的二氧化硅。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述第一摻雜劑源包括硼并且所述第二摻雜劑源包括磷。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其中使所述多晶硅層再結(jié)晶，以具有至少1微米的平均晶粒尺寸。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，還包括形成與所述P型摻雜區(qū)和N型摻雜區(qū)電連接的金屬接觸，對該金屬接觸進行配置，以允許外部電路耦接至所述太陽能電池并由所述太陽能電池供電。
8.一種太陽能電池，包括硅襯底；電介質(zhì)，其形成在所述硅襯底的背面上，所述背面與在正常操作期間面對太陽的正面相對；以及多晶硅層，其形成在所述電介質(zhì)上，該多晶硅層具有在該多晶硅層的鄰接部分中形成的P型摻雜區(qū)和N型摻雜區(qū)，該多晶硅層在所述P型摻雜區(qū)和N型摻雜區(qū)之間的界面處具有至少1微米的平均晶粒尺寸。
9.如權(quán)利要求8所述的太陽能電池，其中所述電介質(zhì)包括二氧化硅。
10.如權(quán)利要求8所述的太陽能電池，其中所述電介質(zhì)包括被形成為厚度小于40埃的二氧化硅。
11.如權(quán)利要求8所述的太陽能電池，還包括金屬接觸，其將所述P型摻雜區(qū)和N型摻雜區(qū)電耦接至由所述太陽能電池供電的外部電路。
12.如權(quán)利要求8所述的太陽能電池，其中所述硅襯底包括N型硅晶片。
13.如權(quán)利要求8所述的太陽能電池，其中所述硅襯底具有紋理化的正面表面。
14.如權(quán)利要求8所述的太陽能電池，還包括抗反射涂層，其在所述硅襯底的正面之上。
15.一種制造太陽能電池的方法，該方法包括在硅襯底上形成電介質(zhì)；在該電介質(zhì)上形成多晶硅層；執(zhí)行激光器退火工藝以將摻雜劑擴散到該多晶硅層中，并在該多晶硅層中形成毗鄰的P型摻雜區(qū)和N型摻雜區(qū)。
16.如權(quán)利要求15所述的方法，其中所述電介質(zhì)包括二氧化硅。
17.如權(quán)利要求15所述的方法，其中使用準分子激光器來執(zhí)行所述激光器退火工藝。
18.如權(quán)利要求15所述的方法，還包括 形成P型摻雜劑源和N型摻雜劑源；并且其中所述激光器退火工藝將摻雜劑從所述P型摻雜劑源和N型摻雜劑源擴散到所述多晶硅層中，以形成毗鄰的P型摻雜區(qū)和N型摻雜區(qū)。
19.如權(quán)利要求15所述的方法，還包括 對所述硅襯底的正面表面進行紋理化。
20.如權(quán)利要求15所述的方法，其中所述硅襯底包括N型硅襯底，并且所述電介質(zhì)包括被形成為厚度小于40埃的二氧化硅。
全文摘要
一種太陽能電池包括在多晶硅層的鄰接部分中的毗鄰的P型摻雜區(qū)(120)和N型摻雜區(qū)(121)?？梢栽诒‰娊橘|(zhì)層(103)上形成多晶硅層，電介質(zhì)層(103)形成在太陽能電池襯底(101)(例如，硅晶片)的背面上。多晶硅層具有相對較大的平均晶粒尺寸，以降低或消除在P型摻雜區(qū)(120)和N型摻雜區(qū)(121)之間的空間電荷區(qū)中的復合，從而增大效率。
文檔編號H01L31/18GK102239572SQ200980148588
公開日2011年11月9日 申請日期2009年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月4日
發(fā)明者戴維·D·史密斯 申請人:太陽能公司