專利名稱：背面觸點(diǎn)太陽能電池及制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明通常涉及太陽能電池，尤其涉及但不是唯一涉及背面觸點(diǎn)太陽能電池的結(jié)構(gòu)及制造方法。
背景技術(shù)：
眾所周知，太陽能電池是一種將太陽輻射轉(zhuǎn)化為電能的裝置。它們可以采用半導(dǎo)體加工工藝在半導(dǎo)體晶片上制成。一般而言，可以通過在硅基片上形成P型和N型有效擴(kuò)散區(qū)來制成太陽能電池。太陽能電池受到太陽輻射產(chǎn)生電子和空穴，這些電子和空穴移向有效擴(kuò)散區(qū)，因此在所述有效擴(kuò)散區(qū)之間形成電壓差。在背面觸點(diǎn)太陽能電池中，有效擴(kuò)散區(qū)和與其相連接的金屬柵均在太陽能電池的背面上。該金屬柵使外電路能連接到太陽能電池并通過太陽能電池供電。在美國專利申請(qǐng)No. 5，053，083和No. 4，927，770中也公開了一種背面觸點(diǎn)太陽能電池，上述兩專利申請(qǐng)?jiān)诖苏w納入本文作為參考。效率是太陽能電池的一個(gè)重要特性，因?yàn)槠湫手苯雨P(guān)系到太陽能電池產(chǎn)生電能的能力。因此，提高太陽能電池效率的技術(shù)總是期望的。用于降低太陽能電池的制造成本的方法和結(jié)構(gòu)也是需要的，因?yàn)楣?jié)省下來的成本可以實(shí)惠于消費(fèi)者。本發(fā)明公開了一種背面觸點(diǎn)電池的結(jié)構(gòu)及制造方法，這與傳統(tǒng)的太陽能電池相比，提高了效率并降低了成本。

發(fā)明內(nèi)容
在一個(gè)實(shí)施例中，通過擴(kuò)散選擇性沉積在晶片背面上的摻雜劑源中的摻雜劑來形成太陽能電池的有效擴(kuò)散結(jié)。例如，所述摻雜劑源可用印刷方法進(jìn)行選擇性沉積?？梢圆捎脧?fù)合摻雜劑源來形成具有不同摻雜濃度的有效擴(kuò)散區(qū)。例如，可以制成三個(gè)或四個(gè)有效擴(kuò)散區(qū)來優(yōu)化太陽能電池的硅/介電材料界面、硅/金屬界面或前述兩界面。在形成摻雜劑源之前，可用織構(gòu)工藝對(duì)晶片正面進(jìn)行織構(gòu)化處理，將晶片材料的去除降到最小。使金屬柵線能連接到有效擴(kuò)散結(jié)的窗口可以采用自對(duì)準(zhǔn)接觸窗口刻蝕工藝來形成，以將未對(duì)準(zhǔn)的影響減到最小。本領(lǐng)域技術(shù)人員通過閱讀包括附圖和權(quán)利要求書的整個(gè)公開文本，將更清楚地了解本發(fā)明的上述和其它特征。


圖1，包括圖1A、1B、1C和1D，示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例經(jīng)歷織構(gòu)工藝過程的基片的橫截面圖。圖2，包括圖2A和圖2B，示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例使用相鄰的選擇性沉積摻雜劑源制成背面觸點(diǎn)太陽能電池的有效擴(kuò)散區(qū)。圖3，包括圖3A-3C，示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例使用搭接的選擇性沉積摻雜劑源制成背面觸點(diǎn)太陽能電池的有效擴(kuò)散區(qū)。圖4，包括圖4A和圖4B，示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例使用間隔開的選擇性沉積摻雜劑源制成背面觸點(diǎn)太陽能電池的有效擴(kuò)散區(qū)。圖5，包括圖5A和圖5B，示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例使用具有不同摻雜濃度的選擇性沉積摻雜劑源制成背面觸點(diǎn)太陽能電池的有效擴(kuò)散區(qū)。圖6，包括圖6A和圖6B，示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例使用具有不同摻雜濃度的選擇性摻雜劑源形成背面觸點(diǎn)太陽能電池的有效擴(kuò)散區(qū)的另一種方式。圖7，包括圖7A、7B、7C和7D，示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例使用旋涂摻雜劑源制成背面觸點(diǎn)太陽能電池的有效擴(kuò)散區(qū)。圖8，包括圖8A、8B和8C，示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例使用選擇性沉積和其它沉積工藝的結(jié)合制成背面觸點(diǎn)太陽能電池的有效擴(kuò)散區(qū)。圖9，包括圖9A、9B、9C和9D，示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例使用便于采用自對(duì)準(zhǔn)接觸窗口刻蝕工藝的摻雜劑源制成背面觸點(diǎn)電池的有效擴(kuò)散區(qū)。在不同的圖中使用相同的附圖標(biāo)記表示相同或相似的部件。除非另有說明，各圖不一定是按比例繪制。
具體實(shí)施例方式在本公開文本中，提供了許多具體細(xì)節(jié)，例如結(jié)構(gòu)和制造步驟的實(shí)例，使對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例有深入的了解。然而，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)認(rèn)識(shí)到，在去掉一個(gè)或多個(gè)所述具體細(xì)節(jié)的情況下也能實(shí)施本發(fā)明。在其它例子中，對(duì)眾所周知的細(xì)節(jié)將不再示出或描述，以避免模糊本發(fā)明的方向。本公開文本涉及到太陽能電池的制造。在下述共同轉(zhuǎn)讓的公開文本中也公開了太陽能電池的制造方法，以下公開文本在此整體納入本文作為參考由William P. Mulligan, Michael J. Cudzinovic、Thomas Pass、David Smith、Neil Kaminar、Keith Mcintosh 禾口 Richard M. Swanson在2003年4月10日提交的申請(qǐng)?zhí)枮镹o. 10/412，638，題名為“改進(jìn)的太陽能電池和制造”的美國專利申請(qǐng)；由William P. Mulligan、Michael J. Cudzinovic、 Thomas Pass、David Smith 和 Richard M. Swanson 在 2003 年 4 月 10 日提交的公開號(hào)為 No. 2004/0200520(申請(qǐng)?zhí)枮?0/412，711)，題名為“用于太陽能電池的金屬觸點(diǎn)結(jié)構(gòu)及制造方法”的美國專利申請(qǐng)；以及授權(quán)給Smith等人的美國專利No. 6，998，2880在太陽能電池的制造過程中，需要對(duì)太陽能電池的正面(即在正常運(yùn)行過程中朝向太陽的一面)進(jìn)行織構(gòu)化使其帶有隨機(jī)角錐體結(jié)構(gòu)，以提高太陽輻射的收集效率。所述織構(gòu)工藝可包括使用氫氧化鉀和異丙醇的濕法刻蝕工藝。太陽能電池的背面(即與正面相對(duì)的一面)可覆蓋有二氧化硅保護(hù)層來防止電池在織構(gòu)工藝中受到損壞。盡管大部分是這樣做的，但上述的織構(gòu)工藝還可以改進(jìn)，即在處理該太陽能電池的背面之前進(jìn)行上述工藝，以在進(jìn)行如圖1A-1D所述的織構(gòu)化過程之前，將從晶片上去除的材料的量減到最小。圖1包括圖1A、1B、1C和1D，示意性示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例經(jīng)歷織構(gòu)工藝過程的基片的橫截面圖。在一個(gè)實(shí)施例中，所述基片包括N型硅晶片100。在圖IA中，所述晶片100是剛從晶片供應(yīng)商或生產(chǎn)廠家處接收到的未經(jīng)處理的晶片。因此，沿著大塊的未受損部分101，晶片100還具有受損部分102 (即102-1，102-2)。所述受損部分102通常是在將晶片100從其坯料上切下的切割過程中造成的。在該階段，所述晶片100的總厚度約為 200 μ m。在圖IB中，每個(gè)受損部分102被部分去除。更確切地說是將晶片100的兩側(cè)變薄來除去部分但不是全部的受損部分102。在一個(gè)實(shí)施例中，采用包括氫氧化鉀或氫氧化鈉的濕法刻蝕工藝將所述晶片100的每一側(cè)除去約10 μ m。在圖IC中，在一工藝過程，對(duì)晶片100兩側(cè)面進(jìn)行織構(gòu)化處理，該工藝也除去所有余下的受損部分102。在一個(gè)實(shí)施例中，使用包括氫氧化鉀或氫氧化鈉的濕法刻蝕工藝在該晶片100上形成隨機(jī)角錐體結(jié)構(gòu)。這種織構(gòu)工藝可以從晶片100的兩側(cè)去除掉大約10 μ m 厚的材料，從而除去所有余下的受損部分102。晶片100的已織構(gòu)化正面現(xiàn)用103-1標(biāo)識(shí)， 而晶片100的已織構(gòu)化背面用103-2標(biāo)識(shí)。在圖ID中，對(duì)晶片100的背面進(jìn)行了拋光和清理，形成拋光表面104。在正常運(yùn)行時(shí)朝向太陽的正面103-1收集太陽輻射。下面的描述將會(huì)更清楚，在所述晶片的背面將形成有效擴(kuò)散區(qū)，該背面與所述正面103-1相對(duì)。部分去除晶片100兩側(cè)的受損部分102(圖
IB)的步驟，對(duì)晶片100的兩側(cè)進(jìn)行織構(gòu)化的同時(shí)去除受損部分102的剩余部分的步驟(圖
IC)，以及拋光晶片100背面的步驟可以在單獨(dú)的加工設(shè)備中進(jìn)行，晶片在該加工設(shè)備中從一個(gè)步驟轉(zhuǎn)到另一步驟?？赏ㄟ^背面的單面刻蝕對(duì)晶片100背面的進(jìn)行拋光。例如，該背面的單面刻蝕可在水平蝕刻機(jī)上進(jìn)行，即在晶片由位于蝕刻液槽上方的傳送裝置進(jìn)行水平輸送的加工設(shè)備中進(jìn)行。該加工設(shè)備配置成僅使晶片的背面與蝕刻液接觸。單面刻蝕也可以通過反應(yīng)離子刻蝕(或“電漿刻蝕”)來完成。通過單面刻蝕對(duì)晶片背面進(jìn)行拋光有利于接下來的圖案化操作和提高背面擴(kuò)散的復(fù)合性能。圖ID中的晶片100可隨后按如下方式進(jìn)行處理來完成太陽能電池的制作。圖2-9示意性示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例制成的背面觸點(diǎn)太陽能電池的橫截面圖。用圖ID中的晶片100對(duì)圖2-9進(jìn)行了說明。所提到的晶片100可包括N型硅晶片。在下面的例子中，可改變摻雜劑和擴(kuò)散區(qū)的極性來適應(yīng)P型晶片。通常，用于P型摻雜劑源的合適的摻雜劑可包括硼，而用于N型摻雜劑源的合適的摻雜劑可包括磷。圖2，包括圖2A和圖2b，示出了使用相鄰的選擇性沉積的摻雜劑源制成背面觸點(diǎn)太陽能電池的有效擴(kuò)散區(qū)。摻雜劑源201-204選擇性地進(jìn)行沉積，使得所述摻雜劑源不是通過隨后進(jìn)行圖案化處理的全覆沉積形成。在圖2A中，通過將摻雜劑源201-204直接印刷在晶片100的背面上進(jìn)行選擇性沉積，該背面與所述正面103-1相對(duì)。所述摻雜劑源 201-204可通過工業(yè)噴墨印刷或絲網(wǎng)印刷進(jìn)行印刷。例如，各摻雜劑源201-204可通過不同的印刷頭或相同印刷頭上不同組的噴嘴進(jìn)行釋放。所述摻雜劑源201-204也可用一個(gè)或多個(gè)印刷頭進(jìn)行單行程或多行程印制。在圖2和本發(fā)明的以下實(shí)施例中，用于噴墨印刷摻雜劑源的合適的材料可包括合適的溶劑化合物(例如IPA)、有機(jī)硅氧烷和催化劑的摻雜組合物，而用于摻雜劑源絲網(wǎng)印刷的合適的材料可包括合適的溶劑(例如IPA)、有機(jī)硅氧烷、催化劑和填充物如A1203、 Ti02、或Si02顆粒的摻雜組合物。必要情況下，保護(hù)性材料例如二氧化硅附加層(未示出)可在摻雜劑源201-204 上形成，來提供電絕緣，降低硅界面處的復(fù)合，或防止摻雜劑的交叉污染。所述摻雜劑源 201和202可包括N型摻雜劑例如磷，其中摻雜劑源201輕摻雜(N-)，摻雜劑源202重?fù)诫s (N+)。所述摻雜劑源203和204可包括P型摻雜劑例如硼，其中摻雜劑源203輕摻雜(P-)， 摻雜劑源204重?fù)诫s(P+)。在一個(gè)實(shí)施例中，摻雜劑源201-204可印刷大約5微米的厚度。在圖2B中，圖2A中的試樣放置在加熱爐中并在高溫條件下將摻雜劑源201-204 中的摻雜劑擴(kuò)散到晶片100中。摻雜劑源201-204中摻雜劑的擴(kuò)散在晶片100中分別形成有效擴(kuò)散區(qū)211-214。圖2B中的擴(kuò)散步驟和下面公開的實(shí)施例可以是將摻雜劑單步驅(qū)入到晶片100中，因?yàn)樗械膿诫s劑源在擴(kuò)散步驟之前已經(jīng)形成。單步驅(qū)入也可電激活已擴(kuò)散的摻雜劑來形成有效擴(kuò)散區(qū)。例如，摻雜劑源201和203可以輕摻雜，使得形成的擴(kuò)散區(qū)211和213分別具有例如大約250ohm/sq的電阻率。例如，摻雜劑源202和204可以重?fù)诫s，使得形成的擴(kuò)散區(qū) 212和214分別具有例如大約lOohm/sq的電阻率。所述摻雜劑源201-204已經(jīng)用秒號(hào)(即 201" -204")重新標(biāo)識(shí)，來反映出它們的摻雜劑在擴(kuò)散步驟中已被驅(qū)入晶片100中。晶片 100處于高溫的同時(shí)，加熱爐中存在的富磷氣體將磷擴(kuò)散入正面103-1中形成N型區(qū)206。 另外，也可將氧引入加熱爐中以在正面103-1上形成熱氧化層207。N型區(qū)域206的形成和正面103-1上熱氧化層207的形成可同時(shí)進(jìn)行，并且與圖2B的例子和下面闡述的實(shí)施例中的背面擴(kuò)散步驟在下面進(jìn)行。在圖2B中，可進(jìn)行后續(xù)處理工藝來將金屬柵線連接到重?fù)诫s擴(kuò)散區(qū)212和214。 所述后續(xù)處理工藝可包括在正面103-1上形成抗反射涂層；形成觸點(diǎn)掩膜，以在背面形成接觸窗口 ；除去觸點(diǎn)掩模；以及將穿過接觸窗口的柵線電鍍到相應(yīng)的擴(kuò)散區(qū)。在下面公開的其它實(shí)施例中，也可進(jìn)行所述后續(xù)處理工藝將金屬柵線連接到擴(kuò)散區(qū)。也可以使用其它合適的后續(xù)處理工藝。圖3，包括圖3AJB和3C，示出了使用搭接的選擇性沉積摻雜劑源制成背面觸點(diǎn)太陽能電池的有效擴(kuò)散區(qū)。在圖3A中，摻雜劑源304選擇性地沉積在晶片100的背面，所述背面與正面103-1相對(duì)。所述摻雜劑源304可用P型摻雜劑進(jìn)行摻雜，并可選擇性地沉積大約5微米的厚度。在圖:3B中，摻雜劑源302選擇性地沉積在背面上沒有覆蓋摻雜劑源304 的部分和所述摻雜劑源304的某些部分上。在摻雜劑源304部分區(qū)域的選擇性沉積有利于使摻雜劑源302的選擇性沉積對(duì)對(duì)準(zhǔn)變動(dòng)不敏感。摻雜物源302可N型摻雜劑進(jìn)行摻雜， 并可選擇性地沉積大約5微米的厚度。所述摻雜劑源302和304可用例如噴墨印刷或絲網(wǎng)印刷進(jìn)行選擇性沉積。在每個(gè)摻雜劑源302和304沉積之后可進(jìn)行固化處理。在圖3C中， 進(jìn)行擴(kuò)散步驟將摻雜劑源302和304中的摻雜劑擴(kuò)散入晶片100中。該擴(kuò)散步驟使摻雜劑源304中的P型摻雜劑擴(kuò)散到晶片100中形成P+有效擴(kuò)散區(qū)314，并使摻雜劑源302中的 N型摻雜劑擴(kuò)散到晶片100中形成N+有效擴(kuò)散區(qū)312。圖4，包括圖4A和圖4B，示出了使用間隔開的選擇性沉積摻雜劑源制造背面觸點(diǎn)太陽能電池的有效擴(kuò)散區(qū)。當(dāng)P型和N型有效擴(kuò)散區(qū)的對(duì)接處產(chǎn)生大的復(fù)合電流時(shí)，在選擇性沉積的摻雜劑源之間留有間隙可提高太陽能電池的效率。在圖4A中，摻雜劑源402和 404通過噴墨印刷或絲網(wǎng)印刷選擇性沉積在所述晶片100的背面。例如，在印刷過程的單行程中摻雜劑源402和404可選擇性地沉積大約5微米的厚度。摻雜劑源402可用N型摻雜劑進(jìn)行摻雜，而摻雜劑源404可用P型摻雜劑進(jìn)行摻雜。摻雜劑源402和404之間存在的間隙大約為3微米或大于3微米，這取決于圖案化技術(shù)的對(duì)準(zhǔn)公差。在圖4B中，所進(jìn)行的擴(kuò)散步驟將摻雜劑源402和404中的摻雜劑擴(kuò)散到晶片100中。該擴(kuò)散步驟將摻雜劑源 402中的N型摻雜劑擴(kuò)散入晶片100中形成N+有效擴(kuò)散區(qū)412。同樣，該擴(kuò)散步驟將摻雜劑源404中的P型摻雜劑擴(kuò)散入晶片100中形成有效擴(kuò)散區(qū)414。該擴(kuò)散步驟使摻雜劑源 402和404轉(zhuǎn)化為介電層416，所述介電層可包括硅玻璃。制造太陽能電池時(shí)，形成與有效擴(kuò)散區(qū)相接觸的金屬柵線，以將太陽能電池連接到外部設(shè)備。這使P型和N型有效擴(kuò)散區(qū)均處于硅/介電材料和硅/金屬界面之下。由于在硅和金屬柵之間必須有接觸，硅/金屬界面是不能取消的。少數(shù)載流子的復(fù)合速度在硅 /介電材料界面之下可以較低(例如在熱生長氧化層下通常為lOcm/s)，但在硅/金屬界面之下始終非常高。高的表面復(fù)合速度會(huì)對(duì)設(shè)備的效率帶來不利的影響。重和深的擴(kuò)散，也可以稱為“不透明擴(kuò)散”，通過將界面與基片的屏蔽降低了高表面復(fù)合速度的影響。然而，不透明擴(kuò)散也會(huì)產(chǎn)生高的少數(shù)載流子復(fù)合，這會(huì)降低設(shè)備的效率。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，更高效率的背面觸點(diǎn)太陽能電池可通過形成摻雜濃度不同的有效擴(kuò)散區(qū)來制成，例如在硅/金屬界面下的不透明擴(kuò)散和在硅/介電材料界面下的輕的低復(fù)合擴(kuò)散，這些不需要同樣地進(jìn)行前述屏蔽。選擇性沉積有利于具有不同摻雜濃度的摻雜劑源的沉積節(jié)省成本；否則，將不得不使用掩模和圖案化步驟來布置具有不同摻雜濃度的摻雜劑源，這會(huì)使成本過高或使制造過程復(fù)雜化。例如，可采用選擇性沉積來形成 4組不同的摻雜劑源(1)輕摻雜P型摻雜劑源(P-)，用于在硅/介電材料界面之下形成低復(fù)合P型有效擴(kuò)散區(qū)；( 重?fù)诫sP型摻雜劑源(P+)，用于在硅/金屬界面之下形成不透明的P型有效擴(kuò)散區(qū)；C3)輕摻雜N型摻雜劑源(N-)，用于在硅/介電材料界面之下形成低復(fù)合N型有效擴(kuò)散區(qū)；(4)重?fù)诫sN型摻雜劑源(N+)，用于在硅/金屬界面之下形成不透明的 P型有效擴(kuò)散區(qū)。圖5，包括圖5A和圖5B，示出了使用摻雜濃度不同的選擇性沉積摻雜劑源來制成背面觸點(diǎn)太陽能電池的有效擴(kuò)散區(qū)。在一個(gè)實(shí)施例中，重?fù)诫s摻雜劑源在晶片100上有效擴(kuò)散區(qū)與金屬相接觸的部分(即在接觸窗口之下)形成，輕摻雜摻雜劑源在晶片100的其它部分上形成。在圖5A中，摻雜劑源501，503，521和523選擇性地沉積在晶片100的背面，所述背面與正面103-1相對(duì)。摻雜劑源501、503、521和523可配置成通過調(diào)節(jié)它們的化學(xué)成分或厚度使其輕摻雜或重?fù)诫s。例如，摻雜劑源501可制成厚度大于或摻雜劑濃度高于摻雜劑源521。類似地，摻雜劑源503可制成厚度大于或摻雜劑濃度高于摻雜劑源523。例如， 摻雜劑源501可用N型摻雜劑重?fù)诫s，摻雜劑源521可用N型摻雜劑輕摻雜，所述摻雜劑源 503可用P型摻雜劑重?fù)诫s，摻雜劑源523可用P型摻雜劑輕摻雜。摻雜劑源501和503的選擇性沉積可在印刷過程的第一行程形成，隨后在印刷過程的第二行程形成摻雜劑源523 的選擇性沉積，接下來在印刷過程的第三行程形成摻雜劑源521。在圖5B中，進(jìn)行擴(kuò)散步驟，將摻雜劑源501、503、521和523中的摻雜劑擴(kuò)散到晶片100中。該擴(kuò)散步驟使摻雜劑源501中的N型摻雜劑擴(kuò)散形成N+有效擴(kuò)散區(qū)532，摻雜劑源521中的N型摻雜劑擴(kuò)散形成N-有效擴(kuò)散區(qū)531，摻雜劑源503中的P型摻雜劑擴(kuò)散形成P+有效擴(kuò)散區(qū)534，以及摻雜劑源523中的P型摻雜劑擴(kuò)散形成P-有效擴(kuò)散區(qū)533。 摻雜劑擴(kuò)散到晶片100中使摻雜劑源501、503、521和523轉(zhuǎn)換成無摻雜劑的介電層535。 接觸窗口 536貫穿介電層535形成，使金屬柵線與N+有效擴(kuò)散區(qū)532和P+有效擴(kuò)散區(qū)534 相接觸。在一些應(yīng)用中，可能需要形成三組而不是四組不同的有效擴(kuò)散區(qū)。例如，在圖6 中，可以去掉圖5中的輕摻雜有效擴(kuò)散區(qū)之一。圖6，包括圖6A和圖6B，示出了使用具有不同摻雜濃度的選擇性沉積摻雜劑源來形成背面觸點(diǎn)太陽能電池的有效擴(kuò)散區(qū)的另一種方式。在圖6A中，摻雜劑源602、603和 604選擇性沉積在晶片100的背面上，該背面與正面103-1相對(duì)。例如，摻雜劑源602可用 N型摻雜劑重?fù)诫s，摻雜劑源603可用P型摻雜劑輕摻雜，而摻雜劑源604可用P型摻雜劑重?fù)诫s。摻雜劑源602和604可在印刷過程的第一行程形成選擇性沉積，隨后摻雜劑源603 在印刷過程的第二行程形成。在圖6B中，進(jìn)行擴(kuò)散步驟，將摻雜劑源602、603和604中的摻雜劑擴(kuò)散到晶片100 中。該擴(kuò)散步驟使摻雜劑源602中的N型摻雜劑擴(kuò)散形成N+有效擴(kuò)散區(qū)632，摻雜劑源603 中的P型摻雜劑擴(kuò)散形成P-有效擴(kuò)散區(qū)633，以及摻雜劑源604中的P型摻雜劑擴(kuò)散形成 P+有效擴(kuò)散區(qū)634。摻雜劑擴(kuò)散到晶片100中使所述摻雜劑源602，603和604轉(zhuǎn)換成無摻雜劑的介電層635。接觸窗口 636貫穿所述介電層635形成，使金屬柵線能與N+有效擴(kuò)散區(qū)632和P+有效擴(kuò)散區(qū)634相接觸。除選擇性沉積和化學(xué)氣相沉積(CVD)之外，還可以使用旋涂來形成摻雜劑源。例如，可用適當(dāng)摻雜的旋涂玻璃(SOG)來制成圖7所示的P型和N型摻雜劑源。圖7，包括圖7A、7B、7C和7D，示出了使用旋涂摻雜劑源制成背面觸點(diǎn)太陽能電池的有效擴(kuò)散區(qū)。在圖7A中，摻雜劑源704旋涂在晶片100背面的整個(gè)裸露表面上，該背面與正面103-1相對(duì)。例如，所述摻雜劑源704可包括用P型摻雜劑重?fù)诫s的旋涂玻璃，旋制成厚度大約為2微米。在圖7B中，對(duì)摻雜劑源704圖案化處理以露出晶片100背面的部分區(qū)域，在所述部分區(qū)域上將形成其它摻雜劑源。在圖7C中，摻雜劑源702旋涂在圖7B中的試樣上。例如，摻雜劑源702可包括用N型摻雜劑重?fù)诫s的S0G，并在摻雜劑源704的頂部旋涂大約2微米的厚度。在圖7D中，進(jìn)行擴(kuò)散步驟將摻雜劑源704和702中的摻雜劑擴(kuò)散到晶片100中。該擴(kuò)散步驟將N型摻雜劑從摻雜劑源702擴(kuò)散到晶片100中形成N+有效擴(kuò)散區(qū)712。同樣，該擴(kuò)散步驟將摻雜劑源704中的P型摻雜劑擴(kuò)散到晶片100中形成有效擴(kuò)散區(qū)714。摻雜劑擴(kuò)散到晶片100中使摻雜劑源702和704轉(zhuǎn)換成不摻雜的介電層716。圖8，包括圖8A，圖8B和圖8C，示出了使用選擇性沉積和其它沉積方法相結(jié)合的方式制成背面觸點(diǎn)太陽能電池的有效擴(kuò)散區(qū)。在圖8A中，摻雜劑源804選擇性沉積在晶片 100的背面，該背面與所述晶片正面103-1相對(duì)。例如，所述摻雜劑源804可以直接印刷在晶片100的背面，厚度為大約5微米。摻雜劑源804可用P型摻雜劑重?fù)诫s。摻雜劑源804 的選擇性沉積可在印刷過程(例如噴墨印刷或絲網(wǎng)印刷)的單行程中進(jìn)行。在圖8B中，摻雜劑源802旋涂在圖8A中的試樣上。例如，該摻雜劑源802可包括用N型摻雜劑重?fù)诫s的S0G，在所述摻雜劑源804的頂部旋涂大約2微米的厚度。注意，摻雜劑源804的選擇性沉積有利之處在于，不必對(duì)要摻雜劑源804形成圖案的情況下來旋涂摻雜劑源802。根據(jù)應(yīng)用情況，摻雜劑源802也可用滾涂、噴射、絲網(wǎng)印刷或噴墨印刷工藝進(jìn)行全覆沉積來制成。在圖8C中，進(jìn)行擴(kuò)散步驟將摻雜劑源804和802中的摻雜劑擴(kuò)散到晶片100中。 該擴(kuò)散步驟將摻雜劑源802中的N型摻雜劑擴(kuò)散入晶片100中形成N+有效擴(kuò)散區(qū)812。同樣，該擴(kuò)散步驟將摻雜劑源804中的P型摻雜劑擴(kuò)散入晶片100中形成P+有效擴(kuò)散區(qū)814。 摻雜劑擴(kuò)散到晶片100中導(dǎo)致所述摻雜劑源802和804轉(zhuǎn)換成不摻雜介電層816。圖9，包括圖9A、9B、9C和9D，示出了使用便于采用自對(duì)準(zhǔn)接觸窗口蝕刻工藝的摻雜劑源制成背面觸點(diǎn)太陽能電池的有效擴(kuò)散區(qū)。在圖9A中，在所述晶片100的背面形成摻雜劑源903，該背面與正面103_1相對(duì)。 在一個(gè)實(shí)施例中，摻雜劑源903是這樣形成的，使得窗口 906僅能在要形成重?fù)诫s有效擴(kuò)散區(qū)的位置上形成(參見圖9C中的922和924)。下面的描述將會(huì)更清楚，相對(duì)較厚的摻雜劑源903便于采用自對(duì)準(zhǔn)工藝，因?yàn)榇翱?906限定了到所述有效擴(kuò)散區(qū)的接觸窗口(參見圖9D中的936)的位置。摻雜劑源903可選擇性地沉積在晶片100的背面上。所述摻雜劑源903優(yōu)選通過全覆沉積(例如通過化學(xué)氣相沉積或旋涂)在晶片100的背面形成，隨后通過圖案化工藝來形成窗口 906。在全覆沉積之后通過圖案化工藝有利于防止可印刷的摻雜劑相互接觸。在一個(gè)實(shí)施例中，摻雜劑源903包括用P型摻雜劑輕摻雜的介電材料。摻雜劑源 903的成分和厚度可這樣形成，使得在高溫?cái)U(kuò)散步驟之后，產(chǎn)生的P型有效擴(kuò)散區(qū)將被輕摻雜(例如，大約2500hm/sq)并將產(chǎn)生低載流子復(fù)合(例如，大約25fA/cm2的發(fā)射極飽和電流密度)，且摻雜劑源903與隨后形成的摻雜劑源902和904(參見圖9B)相比相對(duì)較厚 (例如，大約2000埃)。在圖9B中，摻雜劑源902和904在摻雜劑源903上形成并進(jìn)入窗口 906中。摻雜劑源902和904用于在要連接金屬柵線的位置形成有效擴(kuò)散區(qū)。所述摻雜劑源902和904 優(yōu)選通過將其直接印刷在晶片100的背面上進(jìn)行沉積。例如，摻雜劑源902和904可通過單行程或多行程絲網(wǎng)印刷或噴墨印刷進(jìn)行選擇性沉積。所述摻雜劑源902和904還可以通過全覆沉積(例如通過化學(xué)氣相沉積或旋涂)形成，隨后進(jìn)行圖案化工藝，但是可能需要附加的刻蝕終止層。在一個(gè)實(shí)施例中，摻雜劑902包括用N型摻雜劑重?fù)诫s的介電材料，而摻雜劑源 904包括用P型摻雜劑重?fù)诫s的介電材料。摻雜劑源902和904的成分和厚度可這樣形成， 在高溫?cái)U(kuò)散步驟之后，使得(a)摻雜劑源902和904將在晶片100中形成重?fù)诫s(例如，大約100hm/Sq)擴(kuò)散區(qū)，(b)摻雜劑源902和904與摻雜劑源903(參見圖9B)比較起來相對(duì)較薄(大約500埃)，和(c)形成的擴(kuò)散區(qū)是不透明的(即由擴(kuò)散區(qū)誘導(dǎo)的載流子復(fù)合在這些位置不會(huì)受到硅界面條件的較大影響)。摻雜劑源903相對(duì)于摻雜劑源902和904的厚度優(yōu)選為，能使隨后進(jìn)行的接觸窗口蝕刻工藝在摻雜劑源903完全除去之前，對(duì)摻雜劑源902和904進(jìn)行刻蝕，直到通到晶片 100。這對(duì)自對(duì)準(zhǔn)接觸窗口蝕刻工藝是有利的，因?yàn)閾诫s劑源902和904不僅為有效擴(kuò)散區(qū)提供摻雜劑源，而且還定位了接觸窗口的位置?？筛鶕?jù)太陽能電池的具體情況進(jìn)行固化步驟或保護(hù)層沉積。
在圖9C中，進(jìn)行擴(kuò)散步驟，將摻雜劑源902、903和904中的摻雜劑擴(kuò)散到晶片100 中。該擴(kuò)散步驟將摻雜劑源902中的N型摻雜劑擴(kuò)散到晶片100中形成N+有效擴(kuò)散區(qū)922。 該擴(kuò)散步驟還將摻雜劑源904中的P型摻雜劑擴(kuò)散到晶片100中形成P+有效擴(kuò)散區(qū)擬4 和摻雜劑源903中的P型摻雜劑擴(kuò)散到晶片100中形成P-有效擴(kuò)散區(qū)913。摻雜劑擴(kuò)散到晶片100中導(dǎo)致?lián)诫s劑源902、903和904轉(zhuǎn)換成介電層935。也就是說，在擴(kuò)散步驟之后， 介電層935較厚的部分是摻雜劑源903余下的部分，而電介質(zhì)層935較薄的部分是摻雜劑源902和904余下的部分。在擴(kuò)散過程中，可將富摻雜劑氣體(例如三氯氧磷)和一些氧在選定的時(shí)間導(dǎo)入加熱爐中，以在正面103-1上形成輕摻雜N型擴(kuò)散區(qū)和生成熱氧化層。正面103-1上的所述輕摻雜N型擴(kuò)散區(qū)和熱氧化層有助于降低太陽能電池的已織構(gòu)化面上的復(fù)合。在圖9D中，圖9C中的試樣經(jīng)過自對(duì)準(zhǔn)接觸窗口蝕刻步驟去除掉在有效擴(kuò)散區(qū)922 和擬4之上的介電層935部分。接觸窗口刻蝕步驟形成穿過前述接觸窗口 906 (參見圖9C) 的接觸窗口 936。所述接觸窗口刻蝕步驟可設(shè)計(jì)成使在接觸窗口 906中的介電層935下部變薄來形成接觸窗口 936。因?yàn)閾诫s劑源902和904制成比摻雜劑源903薄，接觸窗口蝕刻步驟將電介質(zhì)層935較厚的部分變薄，但將電介質(zhì)層935較薄的部分完全去除?？梢栽诮佑|窗口 936處形成金屬柵線以通過電連接到有效擴(kuò)散區(qū)922和924。在一個(gè)實(shí)施例中，接觸窗口蝕刻步驟包括定時(shí)濕法刻蝕工藝。例如，所述接觸窗口刻蝕步驟可通過將圖9C中試樣的背面(即未織構(gòu)化的面)在控制的時(shí)間段內(nèi)置于富氫氟酸(HF)的蝕刻劑(液體或蒸氣)中來進(jìn)行。通常，可以使用能產(chǎn)生可控的介電層935刻蝕速度的任何蝕刻劑。在應(yīng)用中不好僅對(duì)一面進(jìn)行刻蝕，可在已織構(gòu)化正面103-1上沉積有附加保護(hù)層，以在接觸窗口刻蝕過程中保護(hù)該正面。也可以用電漿蝕刻機(jī)在不刻蝕所述正面103-1的情況下來刻蝕晶片100的背面。該電漿刻蝕步驟可與隨后用于在接觸窗口 936 中形成金屬柵線的金屬濺鍍步驟結(jié)合進(jìn)行。例如，一種組合加工設(shè)備可具有用于進(jìn)行電漿刻蝕步驟的第一腔室和用于形成金屬柵線的另一腔室。在一可選實(shí)施例中，首先形成用于形成有效擴(kuò)散的相對(duì)較薄的摻雜劑源，接下來由較厚的摻雜劑源。例如，所述較厚的摻雜劑源903可在較薄的摻雜劑源902和904之后形成于晶片100的背面。然而，圖9A-9D中的實(shí)施例是優(yōu)選的，因?yàn)樵搶?shí)施例便于采用可靠的自對(duì)準(zhǔn)工藝和防止可印刷摻雜劑的混合。雖然已經(jīng)提供了本發(fā)明的具體實(shí)施例，可以理解這些實(shí)施例用于示例之目的，并非限制性的。在本領(lǐng)域普通技術(shù)人員閱讀本公開文本后，將會(huì)明了許多其它的實(shí)施例。
權(quán)利要求
1.一種在背面觸點(diǎn)太陽能電池中形成有效擴(kuò)散區(qū)的方法，所述方法包括提供要加工成太陽能電池的晶片，所述晶片的正面配置成在太陽能電池正常運(yùn)行時(shí)朝向太陽；在要加工成太陽能電池的晶片的背面上形成第一組摻雜劑源，該晶片具有配置成在太陽能電池正常運(yùn)行時(shí)朝向太陽的正面，所述背面與該正面相對(duì)，在第一組摻雜劑源上選擇性地沉積第二組摻雜劑源和第三組摻雜劑源，第二組摻雜劑源和第三組摻雜劑源具有不同的極性，第二組摻雜劑源被選擇性地沉積在貫穿第一組摻雜劑源的第一組窗口中，第三組摻雜劑源被選擇性地沉積在貫穿第一組摻雜劑源的第二組窗口中，形成的第一組摻雜劑源的厚度大于第二組摻雜劑源和第三組摻雜劑源的厚度；以及進(jìn)行擴(kuò)散步驟，將第一組摻雜劑源中的摻雜劑擴(kuò)散形成太陽能電池的第一組有效擴(kuò)散區(qū)、將第二組摻雜劑源中的摻雜劑擴(kuò)散形成太陽能電池的第二組有效擴(kuò)散區(qū)、以及將第三組摻雜劑源中的摻雜劑擴(kuò)散形成太陽能電池的第三組有效擴(kuò)散區(qū)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述晶片的正面在形成第一組摻雜劑源、 第二組摻雜劑源和第三組摻雜劑源之前進(jìn)行了織構(gòu)化。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，用織構(gòu)工藝對(duì)所述晶片的正面進(jìn)行織構(gòu)化，該工藝過程包括變薄所述晶片的正面和背面，以部分地去除該晶片的所述正面和背面上的受損部分；織構(gòu)化所述晶片的正面和背面，從而去除該晶片的所述正面和背面上的剩余受損部分；和拋光所述晶片的背面，以去除該晶片背面上的織構(gòu)化結(jié)構(gòu)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，第一組摻雜劑源、第二組摻雜劑源和第三組摻雜劑源通過絲網(wǎng)印刷進(jìn)行選擇性沉積。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，第一組摻雜劑源、第二組摻雜劑源和第三組摻雜劑源通過噴墨印刷進(jìn)行選擇性沉積。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，第一組摻雜劑源、第二組摻雜劑源和第三組摻雜劑源在印刷過程的單行程中進(jìn)行選擇性沉積。
7.一種在背面觸點(diǎn)太陽能電池中形成有效擴(kuò)散區(qū)的方法，所述方法包括提供要加工成太陽能電池的晶片，所述晶片的正面配置成在太陽能電池正常運(yùn)行時(shí)朝向太陽；將摻雜有第一類型摻雜劑的第一組摻雜劑源選擇性沉積在所述晶片背面上，該背面與太陽能電池的所述正面相對(duì)，所述第一組摻雜劑源通過將其直接印刷在所述晶片背面來進(jìn)行選擇性沉積；在所述晶片的背面上形成摻雜有不同于第一類型摻雜劑的第二類型摻雜劑的第二組摻雜劑源；和進(jìn)行擴(kuò)散步驟，將所述第一組摻雜劑源中的摻雜劑擴(kuò)散形成太陽能電池的第一組有效擴(kuò)散區(qū)，和將所述第二組摻雜劑源中的摻雜劑擴(kuò)散形成太陽能電池的第二組有效擴(kuò)散區(qū)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述第二組摻雜劑源通過旋涂在所述晶片的背面形成。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述晶片的正面在形成所述第一組和第二組摻雜劑源前采用織構(gòu)工藝進(jìn)行織構(gòu)化，該工藝過程包括變薄所述晶片的正面和背面，以部分地除去該晶片的所述正面和背面上的受損部分； 織構(gòu)化所述晶片的正面和背面，從而除去該晶片的所述正面和背面上的余下受損部分；和拋光所述晶片的背面，以除去該晶片背面上的織構(gòu)化結(jié)構(gòu)。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述第二組摻雜劑源印刷在所述晶片的背面。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于還包括在進(jìn)行擴(kuò)散步驟之前將第三組摻雜劑源沉積在所述晶片的背面上，所述第三組摻雜劑源相對(duì)于所述第一組摻雜劑源為輕摻雜；和進(jìn)行所述擴(kuò)散步驟，將所述第一組摻雜劑源中的摻雜劑擴(kuò)散形成太陽能電池的所述第一組有效擴(kuò)散區(qū)，將所述第二組摻雜劑源中的摻雜劑擴(kuò)散形成太陽能電池的所述第二組有效擴(kuò)散區(qū)，和將第三組摻雜劑源中的摻雜劑擴(kuò)散形成太陽能電池的第三組有效擴(kuò)散區(qū)。
12.—種加工半導(dǎo)體晶片制成太陽能電池的方法，該方法包括織構(gòu)化所述晶片的正面，該正面配置成在正常運(yùn)行時(shí)朝向太陽來收集太陽輻射； 在對(duì)所述晶片織構(gòu)化處理后，在與所述正面相對(duì)的該晶片的背面上選擇性形成第一組摻雜劑源；和將所述第一組摻雜劑源中的摻雜劑擴(kuò)散形成太陽能電池的第一組有效擴(kuò)散區(qū)。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，織構(gòu)化所述晶片正面的過程包括 變薄所述晶片的正面和背面，以部分地除去該晶片的所述正面和背面上的受損部分； 織構(gòu)化所述晶片的正面和背面，以除去該晶片的所述正面和背面上的余下受損部分；和拋光所述晶片的背面，以除去該晶片背面上的織構(gòu)化結(jié)構(gòu)。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，所述第一組摻雜劑源印刷在所述晶片的背面。
15.一種在背面觸點(diǎn)太陽能電池中形成有效擴(kuò)散區(qū)的方法，該方法包括在要加工成太陽能電池的晶片的背面形成第一組摻雜劑源，所述晶片具有正面，該正面配置成在太陽能電池正常運(yùn)行時(shí)朝向太陽，所述背面與該正面相對(duì)；在所述第一組摻雜劑源上選擇性沉積第二組和第三組摻雜劑源，所述第二組摻雜劑源選擇性沉積在貫穿所述第一組摻雜劑源的第一組窗口中，所述第三組摻雜劑源選擇性沉積在貫穿所述第一組摻雜劑源的第二組窗口中，形成的所述第一組摻雜劑源的厚度大于所述第二組摻雜劑源和第三組摻雜劑源的厚度；進(jìn)行擴(kuò)散步驟，將所述第一組摻雜劑源中的摻雜劑擴(kuò)散形成太陽能電池的第一組有效擴(kuò)散區(qū)，將所述第二組摻雜劑源中的摻雜劑擴(kuò)散形成太陽能電池的第二組有效擴(kuò)散區(qū)，和將第三組摻雜劑源中的摻雜劑擴(kuò)散形成太陽能電池的第三組有效擴(kuò)散區(qū)；和在擴(kuò)散步驟之后，將所述第一組、第二組和第三組摻雜劑源的余下部分與蝕刻劑相接觸，以在自對(duì)準(zhǔn)刻蝕工藝過程中去除掉所述第三組和第二組摻雜劑源的余下部分來形成到達(dá)所述第二組和第三組的有效擴(kuò)散區(qū)的接觸窗口，而不需要完全去除所述第一組摻雜劑源的剩余部分。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，采用定時(shí)刻蝕方法將所述第一組、第二組和第三組的摻雜劑源的余下部分與蝕刻劑進(jìn)行接觸。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，在所述晶片的背面上形成所述第一組摻雜劑源的步驟包括進(jìn)行全覆沉積來形成所述第一組摻雜劑源；和對(duì)所述第一組摻雜劑源進(jìn)行圖案化處理來形成貫穿所述第一組摻雜劑源的所述第一組和第二組窗口。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于，所述全覆沉積通過旋涂工藝進(jìn)行。
19.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，所述晶片的正面在選擇性形成所述第一組摻雜劑源和選擇性沉積所述第二組和第三組摻雜劑源之前用織構(gòu)工藝進(jìn)行織構(gòu)化，該織構(gòu)工藝過程包括變薄所述晶片的正面和背面，以部分地除去該晶片的所述正面和背面上的受損部分； 織構(gòu)化所述晶片的正面和背面，以除去該晶片的所述正面和背面上的余下受損部分；和拋光所述晶片的背面，以除去該晶片背面上的織構(gòu)化結(jié)構(gòu)。
全文摘要
在一個(gè)實(shí)施例中，通過擴(kuò)散選擇性沉積在晶片(100)背面上的摻雜劑源(201，202，203，204)中的摻雜劑來形成太陽能電池的有效擴(kuò)散結(jié)(211，212，213，214)。例如，所述摻雜劑源(201，202，203，204)可使用印刷方法進(jìn)行選擇性沉積。可采用多個(gè)摻雜劑源形成具有不同摻雜濃度的有效擴(kuò)散區(qū)。例如，可制成三個(gè)或四個(gè)有效擴(kuò)散區(qū)來優(yōu)化太陽能電池的硅/介電材料界面、硅/金屬界面以及前述兩界面。所述晶片的正面(103-1)在形成摻雜劑源(201，202，203，204)前采用織構(gòu)工藝進(jìn)行織構(gòu)化，以將晶片材料的去除最小化?？梢杂米詫?duì)準(zhǔn)接觸窗口蝕刻工藝形成使金屬柵線能連接到有效擴(kuò)散結(jié)的窗口，以將未對(duì)準(zhǔn)的影響降到最小。
文檔編號(hào)H01L31/18GK102420271SQ20111040301
公開日2012年4月18日 申請(qǐng)日期2006年12月20日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月21日
發(fā)明者D·德瑟斯特, J·E·曼寧, P·J·卡曾斯, R·M·斯旺森 申請(qǐng)人:太陽能公司