使用n型摻雜硅納米粒子制造太陽能電池的發(fā)射極區(qū)域的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明的實施例屬于可再生能源領域，具體地講，涉及使用N型摻雜硅納米粒子制造太陽能電池的發(fā)射極區(qū)域的方法和所得的太陽能電池。
【背景技術】
[0002]光伏電池(常被稱為太陽能電池)是熟知的用于將太陽輻射直接轉化為電能的器件。一般來講，使用半導體加工技術在基板的表面附近形成P-η結而將太陽能電池制造在半導體晶片或基板上。沖擊在基板表面上并進入基板內的太陽輻射在基板主體中形成電子和空穴對。電子和空穴對迀移至基板中的P摻雜區(qū)域和η摻雜區(qū)域，從而在摻雜區(qū)域之間產(chǎn)生電壓差。將摻雜區(qū)域連接到太陽能電池上的導電區(qū)域，以將電流從電池引導至與其耦合的外部電路。
[0003]效率是太陽能電池的重要特性，因其直接與太陽能電池發(fā)電的能力有關。同樣，制備太陽能電池的效率直接與此類太陽能電池的成本效益有關。因此，提高太陽能電池效率的技術或提高制備太陽能電池效率的技術是普遍所需的。本發(fā)明的一些實施例涉及允許通過提供用于制備太陽能電池結構的新型工藝而提高太陽能電池的制造效率。通過提供新型太陽能電池結構，本發(fā)明的一些實施例允許用于提高太陽能電池效率。
【附圖說明】
[0004]圖1Α-1Ε和圖1Ε’示出根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的太陽能電池制造中的各個階段的橫截面圖。
[0005]圖2A-2G示出根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例的太陽能電池制造中的各個階段的橫截面圖。
【具體實施方式】
[0006]本文描述了使用N型摻雜硅納米粒子制造太陽能電池的發(fā)射極區(qū)域的方法和所得的太陽能電池。在下面的描述中，給出了許多具體細節(jié)，例如具體的工藝流程操作，以形成對本發(fā)明的實施例的透徹理解。對本領域的技術人員將顯而易見的是在沒有這些具體細節(jié)的情況下可實施本發(fā)明的實施例。在其他情況中，沒有詳細地描述熟知的技術，如平版印刷和圖案化技術，以避免不必要地使本發(fā)明的實施例難以理解。此外，應當理解，圖中所示的多種實施例是示例性的并且未必按比例繪制。
[0007]本文公開了制造太陽能電池的方法。在一個實施例中，制造太陽能電池發(fā)射極區(qū)域的方法包括在太陽能電池的基板的第一表面上形成多個N型摻雜硅納米粒子區(qū)域。含P型摻雜劑層形成在多個N型摻雜硅納米粒子區(qū)域上和N型摻雜硅納米粒子區(qū)域之間的基板第一表面上。含P型摻雜劑層的至少一部分與所述多個N型摻雜硅納米粒子區(qū)域中的每個的至少一部分混合。在另一個實施例中，制造太陽能電池發(fā)射極區(qū)域的方法包括在太陽能電池的基板的第一表面上形成多個N型摻雜硅納米粒子區(qū)域。含P型摻雜劑層形成在多個N型摻雜硅納米粒子區(qū)域上和N型摻雜硅納米粒子區(qū)域之間的基板第一表面上。在含P型摻雜劑層上形成耐蝕層。與第一表面相對的基板第二表面被蝕刻，從而使基板的第二表面紋理化。耐蝕層在蝕刻期間保護含P型摻雜劑層。
[0008]本文還公開了太陽能電池。在一個實施例中，太陽能電池的發(fā)射極區(qū)域包括設置在太陽能電池的基板的第一表面上的多個N型摻雜硅納米粒子區(qū)域?；逯性O置有對應的N型擴散區(qū)域。在所述多個N型摻雜硅納米粒子區(qū)域上以及在基板第一表面上N型摻雜硅納米粒子區(qū)域之間設置有含P型摻雜劑層?；逯械腘型擴散區(qū)域之間設置有對應的P型擴散區(qū)域。在含P型摻雜劑層上設置有耐蝕層。第一組金屬觸點被設置成穿過耐蝕層、含P型摻雜劑層和所述多個N型摻雜硅納米粒子區(qū)域，并且到達N型擴散區(qū)域。第二組金屬觸點被設置成穿過耐蝕層和含P型摻雜劑層，并且到達P型擴散區(qū)域。
[0009]在第一方面，一個或多個特定實施例涉及用于印刷η型硅(Si)納米粒子并隨后使用三溴化硼(BBr3)作為前體來沉積B2O3氧化物層的方法。該BBr 3前體可用于將硅納米粒子轉化為硼磷硅酸鹽玻璃(BPSG)層，用作磷擴散源。此外，B2O3沉積在非印刷區(qū)域中，用作硼擴散源。對于發(fā)射極區(qū)域形成在塊狀基板中或塊狀基板上方的太陽能電池，可利用該方法減少或消除圖案化和摻雜劑沉積操作。
[0010]更具體地講，在此類制造方法方案中，可利用圖案化的摻雜劑源來實現(xiàn)高效摻雜。要實現(xiàn)可用的圖案，通常在毯覆式沉積之后進行掩模和蝕刻平版印刷步驟。相反，本文所述的一個或多個實施例涉及在沉積期間直接對摻雜劑源進行圖案化。在早期嘗試直接圖案化的操作包括形成噴墨摻雜劑。其他另選的替代方案涉及基于氧化物(而非基于硅納米粒子)的噴墨摻雜劑和絲網(wǎng)印刷摻雜劑。這種早期方法的材料可證實難以開發(fā)。而在另一種早期嘗試中，印刷了硅納米粒子，并通過APCVD在硅納米粒子上形成了硼硅酸鹽玻璃(BSG)層。然而，在此類方法中，納米粒子未形成致密的粘結層，并且只有極少量的磷被驅動進入基礎基板中。
[0011]更一般地說，在第一方面，一個或多個實施例涉及在基板中或基板上形成摻雜層或區(qū)域的方法。就在塊狀晶體基板中形成摻雜擴散區(qū)域而言，最終形成的發(fā)射極區(qū)域可以形成在(例如)塊狀單晶硅基板中。就在基板上形成摻雜層而言，最終形成的發(fā)射極區(qū)域可以形成在(例如)多晶層或硅層中。在任一種情況下，都在要摻雜的區(qū)域上印刷η型硅納米粒子。可通過絲網(wǎng)印刷、噴墨印刷、擠出印刷或氣溶膠噴射印刷，或其他類似的方法來進行印刷。印刷之后，可將接納基板放置在擴散爐中。進行BBr3沉積，以在晶片上生長B 203。B2O3層填充硅納米粒子薄膜中的空隙，形成致密的網(wǎng)狀層。在非印刷區(qū)域上沉積典型的B2O3層。在沉積88^后，在高溫擴散步驟中對晶片進行退火，該步驟會驅動硼從B 203區(qū)域進入基板中。在硅納米粒子印刷區(qū)域中，B2O3消耗摻雜磷的硅，以形成硅酸鹽玻璃。由于空隙體積比納米粒子小，所以硅酸鹽玻璃層摻雜有高濃度的磷和較稀濃度的硼。其結果是得到摻雜硼和磷的硅酸鹽玻璃(BPSG)層。該BPSG層可用于優(yōu)先驅動磷進入硅中。因此，擴散步驟包括磷從BPSG(印刷)區(qū)域擴散進入基板中的主要過程(一些硼也可能從該區(qū)域擴散進入基板中)，以及硼從Β203 (非印刷區(qū)域)擴散進入基板中的過程。
[0012]例如，圖1Α-1Ε和圖1Ε’示出根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的太陽能電池制造中的各個階段的橫截面圖。
[0013]參見圖1Α，制造太陽能電池發(fā)射極區(qū)域的方法包括在太陽能電池基板100的第一表面101上形成多個N型摻雜硅納米粒子102區(qū)域。在一個實施例中，基板100為塊狀硅基板，諸如塊狀單晶N型摻雜硅基板。然而，應當理解，基板100可以是設置在整個太陽能電池基板上的層(例如)多晶硅層。
[0014]在一個實施例中，通過在基板100的第一表面101上印刷或旋涂摻雜磷的硅納米粒子，來形成多個N型摻雜硅納米粒子102區(qū)域。在一個此類實施例中，摻雜磷的硅納米粒子具有大約在5-100納米的范圍內的平均粒度和大約在10-50%的范圍內的孔隙率。在一個具體的此類實施例中，在存在載體溶劑或流體(隨后可蒸發(fā)或燃盡)的情況下輸送摻雜磷的硅納米粒子。在一個實施例中，當使用絲網(wǎng)印刷方法時，由于使用低粘度的液體可導致滲色，從而使限定區(qū)域的分辨率降低，因此可優(yōu)選地使用具有高粘度的液體源進行輸送。
[0015]參見圖1B，該方法還包括在所述多個N型摻雜硅納米粒子102區(qū)域上以及在基板100的第一表面101上的N型摻雜硅納米粒子102區(qū)域之間形成含P型摻雜劑層104。
[0016]在一個實施例中，通過在所述多個N型摻雜硅納米粒子102區(qū)域上以及在基板100的第一表面101上的N型摻雜硅納米粒子102區(qū)域之間沉積氧化硼(B2O3)層來形成含P型摻雜劑層104。在一個此類實施例中，通過使三溴化硼(BBr3)和氧氣(O2)反應來形成B2O3層。
[0017]參見圖1C，該方法還包括將含P型摻雜劑層104的至少一部分與所述多個N型摻雜硅納米粒子102區(qū)域中的每個的至少一部分混合。
[0018]在一個實施例中，通過加熱基板100來進行混合。在一個此類實施例中，通過在大約700-1100攝氏度范圍內的溫度下持續(xù)加熱大約1-100分鐘來進行混合。在一個實施例中，N型摻雜硅納米粒子102是摻雜磷的硅納米粒子，含P型摻雜劑層104是含硼層，而混合含P型摻雜劑層104與N型摻雜硅納米粒子102區(qū)域的步驟包括形成對應的硼磷硅酸鹽玻璃(BPSG) 106的區(qū)域。在一個實施例中，該混合使得N型摻雜硅納米粒子102致密化，從而得到較少孔或無孔的BPSG層。
[0019]參見圖1D，該方法還包括，在將含P型摻雜劑層104與N型摻雜硅納米粒子102區(qū)域混合后，從N型摻雜硅納米粒子106的區(qū)域擴散N型摻雜劑，以在基板100中形成對應的N型擴散區(qū)域108。另外，從含P型摻雜劑層104擴散P型摻雜劑，在基板100中的N型擴散區(qū)域108之間形成對應的P型擴散區(qū)域110。
[0020]在一個實施例中，通過加熱基板100來進行擴散。在一個此類實施例中，用于擴散的加熱是采用與混合含P型摻雜劑層104和N型摻雜硅納米粒子102區(qū)域的加熱相同的工藝操作來進行的。然而，在另選的此類實施例中，用于擴散的加熱是采用與混合含P型摻雜劑層104和N型摻雜硅