用于太阳能电池的直列式扩散方法技术

提供了用于在单阶段工艺中同时在太阳能电池晶片的相应面上扩散不同类型的掺杂剂的方法。优选地通过移印将掺杂剂以湿化学形式施加到晶片的相应面。掺杂材料可以被施加到整个晶片表面或其有效区域，或可以被施加成图案以适合所预期的太阳能构造。在典型实施例中，掺杂剂是硼和磷。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利说明】关于政府自主研究或发展的陈述无。
技术介绍
本专利技术总体上涉及硅中的扩散工艺。本专利技术尤其适用于晶体硅太阳能电池。热扩散通常用于在晶体硅太阳能电池中形成PN结。在P型硅中，磷扩散到体硅中以形成结。在N型硅中，硼扩散到体硅中以形成结。热扩散的现有技术方法包括使用管式熔炉来提供驱动掺杂剂原子进入硅的晶格结构中所需的热量。在使用诸如用于磷扩散的三氯氧磷或用于硼扩散的三溴化硼等蒸汽源的扩散加热期间，可以将掺杂剂运送到晶片。为了使用N型硅制造太阳能电池，需要两种高温扩散工艺。在晶片的第一表面上执行硼扩散以产生电荷分离发射场。在晶片的第二表面上，执行磷扩散以形成深结来用作导电背面场(BSF)。在常规实践中，用分立的设备顺序执行这两种工艺，这导致长的周期时间、昂贵的资本设备和运行成本。同样，诸如玻璃去除蚀刻和掩膜等附加的工艺步骤必须在每个顺序工艺期间被执行，这也增加了资本、材料和运行费用。
技术实现思路
本专利技术了提供了在单阶段工艺中同时在太阳能电池晶片的相应面上扩散不同类型的掺杂剂。优选地通过移印、或替代地通过喷涂、浸涂、辊涂、凹面涂覆、棒涂、喷墨印刷、丝网印刷或其它已知的施加技术，将掺杂剂以湿化学形式施加到晶片的相应面上。掺杂材料可以被施加到整个晶片表面或其有效区域，或可以被施加成图案以适合所预期的太阳能电池构造。在典型的实施例中，掺杂剂是硼和磷。如本领域已知的，还可以使用其它III族和V族掺杂剂。湿化学掺杂材料与上文所述的施加技术一样不昂贵。此外，这些湿化学涂覆方法是通用的，并且可以单独使用、或被结合以形成用于常规的或先进的太阳能电池构造的全表面涂层或图案化的沉积。对于每种涂覆方法，基础掺杂源化学物可以是相同的，但是可以化学地改变诸如流变性、干燥特性、表面湿度以及流量控制等因子来产生期望的特性。此外，可以通过掺杂剂化学物的配方，例如通过调节每个掺杂剂中的掺杂剂源的元素浓度，来半独立地控制两个同时扩散的结的深度。另外，诸如二氧化硅等抑制剂层可以被设置在掺杂剂源之下且在硅晶片之上，并且起着阻止掺杂剂扩散到硅晶片中的作用，从而影响扩散的深度。在施加掺杂剂之后，在单个直列式熔炉中同时执行硼和磷的热扩散步骤两者。在扩散之后，在单个酸蚀刻工艺中同时去除在硼和磷掺杂的表面上产生的玻璃层。以这些方式，资本设备、材料、工艺步骤及运行成本较常规的两阶段方法减少。本文所描述的专利技术是针对硼和磷在硅晶片或衬底中的扩散，但不限于这些材料。本专利技术可广泛地适用于诸如其它III族和V族的掺杂剂等其它掺杂剂在半导体晶片中的同时扩散，以及到除硅之外的晶片的扩散。为了防止将要在晶片的一面上扩散的掺杂剂迀移到将要扩散另一种掺杂剂的相反面，本专利技术一方面在相应掺杂层已经被干燥之后并在掺杂剂同时扩散到晶片的相应面中的单个扩散步骤之前，在相应掺杂层之上采用阻挡层或覆盖层。在本专利技术的另一方面，熔炉的气流模式被布置为隔离相应的掺杂剂并且阻止每种掺杂剂到晶片的相反面的迀移。【附图说明】根据结合附图阅读的以下【具体实施方式】，将更全面地理解本专利技术，在附图中：图1是本专利技术的优选实施例的流程图；并且图2是具有隔离的气流路径的熔炉的示意图。【具体实施方式】在图1的流程图中示出了本专利技术的优选实施例。作为初始步骤10，晶片在例如10%的氢氟酸溶液中彻底蚀刻一分钟，之后用去离子水冲洗并干燥晶片表面。在步骤12中，将III族掺杂剂以湿化学形式施加于晶片的一面，并且在步骤14中，干燥该掺杂剂。可选地，在步骤16中，将阻挡/覆盖层涂覆在干燥的III族掺杂剂之上，并且在步骤18中，干燥该阻挡/覆盖层。在步骤20中，将V族掺杂剂施加到晶片的相反面并且在步骤22中，干燥该掺杂剂。可选地，在步骤24中，在干燥的V族掺杂剂之上提供阻挡/覆盖层，并且在步骤26中，干燥该阻挡/覆盖层。在步骤28中，在直列式熔炉中加热晶片以使III族和V族掺杂剂同时扩散到晶片中。在步骤30中，从晶片的相应面同时去除在加热和扩散步骤期间在晶片表面上形成的扩散玻璃层。之后，可以进一步处理晶片以形成太阳能电池。移印方法尤其适用于将湿化学掺杂源化学物和涂层施加到硅太阳能晶片。该方法使用硅树脂印刷盘，其大到足以用单次盘压工艺将整个区域或图案化的掺杂剂沉积完全转移到太阳能晶片。金属、聚合物、或者陶瓷铅板用于限定用于转移的沉积图案。可以调节铅板深度以获得期望的沉积量。优选地具有聚合物或者陶瓷铅板的移印提供不含金属的施加系统，其可以快速地选择性沉积不同材料的薄结构涂层到两个晶片表面。移印还能够产生均匀的薄涂层，该薄涂层与上面设置有该涂层的表面共形。以此方法，最小化了涂层空隙、提高了结深均匀性、并且减少了短路。此外，可以通过掺杂剂化学物的配方，例如通过调节每个掺杂剂中的掺杂剂源的元素浓度来半独立地控制两个同时扩散的结的深度。另外，抑制剂层（例如包括二氧化硅）可以被设置在掺杂剂源之下且在硅晶片之上，并且起着阻止掺杂剂扩散到硅晶片中的作用，从而影响扩散的深度。可选地，可以在共扩散之前将阻挡层或覆盖层设置在掺杂剂源涂层的其中之一或二者之上，以阻止或减少相反的掺杂剂的污染。这些阻挡层可能由凝胶衍生的二氧化硅溶胶或纳米粒子构成，并且可以由与掺杂材料相同的方法进行施加。阻止掺杂剂的交叉污染的另一方法是加入具有互相接触的相似掺杂剂表面的两个或更多晶片。可以用诸如硅酸盐等小剂量的粘合剂将这些晶片暂时接合在一起，该粘合剂可以由后扩散玻璃蚀刻工艺来溶解。替代地，可以使用机械夹具或固定设备来在热处理期间将晶片保持在一起。可以在直列式熔炉中减少掺杂剂的交叉污染的另一方法是控制熔炉内的气流，以阻止空气传播的相反掺杂剂污染物在扩散期间沉积到晶片表面上或使该沉积最小化。这种方法使用差动排流方向和速率，以使气流总是远离晶片的任一面。将流速保持为高到足以带走气态或微粒掺杂剂并且将它们导向远离晶片，从而阻止磷在硼掺杂面或硼在磷掺杂面上的交叉污染。参考图2，示意性地描绘了熔炉室50，传送机52运载硅晶片54通过熔炉室50。上层气流路径由箭头56图示，并且提供了远离晶片的顶面的气流。由箭头58图示的下层气流路径提供了远离晶片的底面的气流。用于产生这样的差动气流的技术在本领域中是已知的。在施加掺杂剂之后，在单个直列式熔炉中同时执行硼和磷的热扩散步骤。此直列式熔炉可以使用由诸如镍镉耐热合金5等耐高温材料制成的金属传送带。使用金属传送带的缺点是来自传送带的金属元素在扩散工艺期间可能扩散到晶片硅中并且产生减少复合中心的载流子寿命。已经显示，与传送带接触的晶片的表面上的磷涂层在金属传送带元素扩散到硅中之前可以用作金属传送带元素的阻挡层，并且还在扩散期间将金属杂质从体硅吸除。通过直列式扩散熔炉传送晶片的优选方法是使用非金属传送工具，而不是金属传送带。以此方式，没有接触或紧邻晶片的可以用作金属污染源的金属。非金属传送工具的方法包括在陶瓷滚轴或陶瓷连接带上通过熔炉传送晶片。另外，陶瓷晶片支撑元件可以通过熔炉来传送并且与诸如熔炉的高温部分内的(多个)陶瓷绳等公共驱动元件连接在一起。如果陶瓷晶片支撑元件在熔炉的高温部分的外部连接在一起，则可以将耐较低温的材料用作驱动元件。在扩散之后，然后在单个酸蚀刻工艺中同时去除在硼和磷掺杂的表面上产生的玻璃层。以这些方式，资本、材料、工艺本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在硅晶片的相应面上同时扩散不同类型的掺杂剂的方法，包括以下步骤：将第一液体掺杂材料施加到所述晶片的第一面；将第二液体掺杂材料施加到所述晶片的第二面；以及加热所述晶片以使所述第一掺杂剂和所述第二掺杂剂同时扩散到所述晶片的相应面中。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：P·J·里克特，F·博塔里，
申请(专利权)人：BTU国际公司，
类型：发明
国别省市：美国;US