使用硅纳米粒子制造太阳能电池的发射极区域制造技术

本发明专利技术描述了使用硅纳米粒子制造太阳能电池发射极区域的方法和所得的太阳能电池。在一个例子中，制造太阳能电池发射极区域的方法包括在设置于所述太阳能电池的基板表面上方的介电层上方形成掺杂硅纳米粒子区域。在所述掺杂硅纳米粒子区域上形成硅层。将所述硅层的至少一部分与所述掺杂硅纳米粒子区域的至少一部分混合，以形成设置于所述介电层上的掺杂多晶硅层。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】使用硅纳米粒子制造太阳能电池的发射极区域
本专利技术的实施例属于可再生能源领域，具体地讲，涉及使用硅纳米粒子制造太阳能电池的发射极区域的方法和所得的太阳能电池。
技术介绍
光伏电池(常被称为太阳能电池)是熟知的用于将太阳辐射直接转化为电能的器件。一般来讲，使用半导体加工技术在基板的表面附近形成p-n结而将太阳能电池制造在半导体晶片或基板上。照射在基板表面上并进入基板内的太阳辐射在基板主体中形成电子和空穴对。电子和空穴对迁移至基板中的p掺杂区域和n掺杂区域，从而在掺杂区域之间生成电压差。将掺杂区域连接到太阳能电池上的导电区域，以将电流从电池引导至与其耦合的外部电路。效率是太阳能电池的重要特性，因其直接与太阳能电池发电的能力有关。同样，制备太阳能电池的效率直接与此类太阳能电池的成本效益有关。因此，提高太阳能电池效率的技术或提高制造太阳能电池效率的技术是普遍所需的。本专利技术的一些实施例涉及通过提供制备太阳能电池结构的新工艺而提高太阳能电池的制造效率。通过提供新型太阳能电池结构，本专利技术的一些实施例可供提高太阳能电池效率之用。附图说明图1A至图1D示出了根据本专利技术实施例的太阳能电池制造中的各个阶段的剖视图。图2A至图2C示出了根据本专利技术另一个实施例的太阳能电池制造中的各个阶段的剖视图。图3A至图3F示出了根据本专利技术另一个实施例的太阳能电池制造中的各个阶段的剖视图。具体实施方式本文描述了使用硅纳米粒子制造太阳能电池的发射极区域的方法和所得的太阳能电池。在下面的描述中，给出了许多具体细节，诸如具体的工艺流程操作，以形成对本专利技术的实施例的透彻理解。将对本领域的技术人员显而易见的是，可在没有这些具体细节的情况下来实施本专利技术的实施例。在其他情况中，没有详细地描述熟知的技术，如平版印刷和图案化技术，以避免不必要地使本专利技术的实施例难以理解。此外，应当理解，图中所示各种实施例是示例性的且未必按比例绘制。本文还公开了制造太阳能电池的方法。在一个实施例中，制造太阳能电池发射极区域的方法包括在设置于太阳能电池的基板表面上方的介电层上方形成掺杂硅纳米粒子区域。在该掺杂硅纳米粒子区域上形成硅层。将该硅层的至少一部分与掺杂硅纳米粒子区域的至少一部分混合，以形成设置于介电层上的掺杂多晶硅层。在另一个实施例中，制造太阳能电池发射极区域的方法包括在设置于太阳能电池基板的背表面上方的介电层上方形成掺杂硅纳米粒子区域。该背表面与太阳能电池的光接收表面相对。在光接收表面上和在基板的背表面上方均形成硅层，其包括掺杂硅纳米粒子区域上的部分和介电层上的部分。将该硅层的形成于掺杂硅纳米粒子区域上的部分与掺杂硅纳米粒子区域的至少一部分混合，以形成设置于介电层上的掺杂多晶硅层。将基板的光接收表面上的硅层、硅层在介电层上的部分、以及掺杂多晶硅层的最外侧区域氧化以在光接收表面上和在基板的背表面上方形成氧化硅层。在光接收表面上的氧化硅层上以及在基板背表面上方的氧化硅层上形成抗反射涂层。在另一个实施例中，制造太阳能电池发射极区域的方法包括在设置与太阳能电池基板的背表面上方的介电层上方形成N型掺杂硅纳米粒子区域和P型掺杂硅纳米粒子区域。该背表面与太阳能电池的光接收表面相对。N型掺杂硅纳米粒子区域相邻于但不接触P型掺杂硅纳米粒子区域。至少在基板的背表面上方，包括在N型和P型掺杂硅纳米粒子区域上的部分和介电层上的部分上方形成硅层。将该硅层的形成于N型和P型掺杂硅纳米粒子区域上的部分与N型和P型掺杂硅纳米粒子区域中每一者的至少一部分混合，以分别形成各自设置于介电层上的N型掺杂多晶硅层和P型掺杂多晶硅层。将该硅层在介电层上的部分、以及N型和P型掺杂多晶硅层中每一者的最外侧区域氧化，以在基板的背表面上方形成氧化硅层。对基板背表面上方的氧化硅层进行掩蔽和蚀刻，从而得到由形成于基板背表面中的沟槽分隔的N型掺杂多晶硅区域和P型掺杂多晶硅区域，所述N型掺杂多晶硅区域和P型掺杂多晶硅区域中的每一者在其上保持氧化硅层的一部分。在N型掺杂多晶硅区域和P型掺杂多晶硅区域上以及在沟槽中形成抗反射涂层。在第一方面，总体而言，可通过印刷掺杂硅纳米粒子并且随后通过低压化学气相沉积(LPCVD)沉积非晶硅(a-Si)薄层来形成多晶硅发射极。在高温下对所得结构退火时，材料叠堆致密化形成掺杂多晶硅层，该掺杂多晶硅层可用作太阳能电池的多晶硅发射极。在一个实施例中，N型和P型发射极中的一者或两者可由纳米粒子形成并且直接图案化到(诸如沉积到)基板上。此类方法可消除驱动掺杂剂、图案化掺杂区域、或图案化发射极之间的沟槽的需求。更一般地，多晶硅发射极可能造价昂贵，相对于基板-发射极制造工艺而言通常需要若干额外的工艺步骤。例如，多晶硅的毯覆式沉积以及掺杂剂膜的后续沉积通常需要若干蚀刻操作来制造图案化的掺杂指和发射极之间的沟槽。过去已进行了若干旨在减少此类工艺中的操作数量的尝试，诸如使用可消除制造沟槽的需要的长寿命多晶硅。同时，喷墨掺杂剂的使用允许将掺杂剂直接图案化到多晶硅层上。掺杂a-Si层的荫罩等离子体增强化学气相沉积(PECVD)已用于实现操作减少的工艺流程。相比之下，或结合上述方法，本文所述的实施例包括使用硅纳米粒子区域在基板上方形成发射极区域，如下文更详细地描述。更具体地讲，在一个实施例中，可通过首先在基板表面上生长隧道氧化物，然后将N型和P型硅纳米粒子均印刷到隧道氧化物层上，来形成多晶硅发射极。通过LPCVD沉积a-Si层，该层填充纳米粒子之间的空隙。退火时，所得的Si纳米粒子和a-Si材料的共混膜被致密化以结晶成多晶硅层。存在于纳米粒子或基于LPCVD的a-Si或两者中的掺杂剂可扩散到整个所形成的多晶硅层中。多晶硅薄层可保持连接印刷的纳米粒子发射极。在一个实施例中，如果该层有问题，则可进行氧化以将剩余的多晶硅转化成氧化膜，移除不同发射极之间的电连接。因此，在一个实施例中，使用纳米粒子制造N型和P型发射极中的一者或两者。印刷掺杂纳米粒子的能力可消除对驱动掺杂剂进入多晶硅层中的需要，同时(刚沉积的)图案化可消除掩蔽和蚀刻所述层的需要。另外，使发射极之间的多晶硅薄层氧化可消除在发射极之间蚀刻沟槽的需要。在一个具体实施例中，通过LPCVD相对缓慢和均匀地沉积a-Si是用于填充纳米粒子之间的空隙的好方法。因此，制造工艺中涉及在基板上方(而非在基板内)形成发射极区域的工艺操作的剪切数可减少多达2至8个工艺操作，其例子如下文详述。例如，图1A至图1D示出了根据本专利技术实施例的太阳能电池制造中的各个阶段的剖视图。参见图1A，制造太阳能电池的发射极区域的方法包括在基板100的表面102上形成薄介电层104，例如隧道氧化物层。在一个实施例中，基板100为块状硅基板，诸如块状单晶N型掺杂硅基板。然而，应当理解，基板100可以是设置在整个太阳能电池基板上的层(诸如)多晶硅层。在一个实施例中，薄介电层104为氧化硅或二氧化硅层，并且通过采用例如热氧化、化学氧化或UV/臭氧氧化消耗下面的晶体硅基板100的一部分而形成。在另一个实施例中，薄介电层104为通过液态氧化物沉积或其他合适的沉积方法形成的氧化硅或二氧化硅层。参见图1B，在薄介电层104上形成掺杂硅纳米粒子区域106A和106B。在一个实施例中，掺杂硅纳米粒子区域106A和1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制造太阳能电池的发射极区域的方法，所述方法包括：在设置于所述太阳能电池的基板表面上方的介电层上方形成掺杂硅纳米粒子区域；在所述掺杂硅纳米粒子区域上形成硅层；以及将所述硅层的至少一部分与所述掺杂硅纳米粒子区域的至少一部分混合，以形成设置在所述介电层上的掺杂多晶硅层。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.12.19 US 13/720,0601.一种制造太阳能电池的发射极区域的方法，所述方法包括：在设置于所述太阳能电池的基板表面上方的介电层上方形成掺杂硅纳米粒子区域；在所述掺杂硅纳米粒子区域上形成硅层；以及将所述硅层的至少一部分与所述掺杂硅纳米粒子区域的至少一部分混合，以形成设置在所述介电层上的掺杂多晶硅层。2.根据权利要求1所述的方法，其中形成所述掺杂硅纳米粒子区域包括印刷或旋涂掺杂硅纳米粒子区域，所述掺杂硅纳米粒子具有在5-100纳米范围内的平均粒度和在10-50％范围内的孔隙率，其中具有至少一些开放孔。3.根据权利要求1所述的方法，其中形成所述硅层包括在低压化学气相沉积(LPCVD)室中，以在525–565摄氏度范围内的温度，从硅烷(SiH4)形成一层未掺杂非晶硅、本征非晶硅或轻掺杂非晶硅。4.根据权利要求1所述的方法，其中形成所述硅层包括在所述掺杂硅纳米粒子区域内形成所述硅层的一部分，并且用所述硅层的一部分闭合所述掺杂硅纳米粒子区域的一个或多个开放孔。5.根据权利要求4所述的方法，其中用所述硅层的部分闭合所述掺杂硅纳米粒子区域的一个或多个开放孔包括形成具有有角边缘的闭合孔，并且其中将所述硅层的部分与所述掺杂硅纳米粒子区域的部分混合以形成所述掺杂多晶硅层包括修改具有有角边缘的所述闭合孔以形成倒圆的闭合孔。6.根据权利要求1所述的方法，其中将所述硅层的部分与所述掺杂硅纳米粒子区域的部分混合以形成所述掺杂多晶硅层包括将所述基板加热至在700-1100摄氏度范围内的温度。7.根据权利要求1所述的方法，其中将所述硅层的部分与所述掺杂硅纳米粒子区域的部分混合以形成所述掺杂多晶硅层包括使所述硅层与所述掺杂硅纳米粒子区域的组合厚度减小在20-50％范围内的量。8.根据权利要求1所述的方法，其中所述掺杂硅纳米粒子区域形成为在0.2-3微米范围内的厚度，并且所述硅层形成为在200-2000埃范围内的绝对厚度。9.根据权利要求1所述的方法，其中所述掺杂硅纳米粒子为P型掺杂硅纳米粒子，并且所述掺杂多晶硅层为P型掺杂多晶硅层。10.根据权利要求9所述的方法，还包括：在所述介电层上方形成N型掺杂硅纳米粒子区域，使其相邻于但不接触所述P型掺杂硅纳米粒子区域；在所述N型掺杂硅纳米粒子区域上形成所述硅层；以及将所述硅层的至少一部分与所述N型掺杂硅纳米粒子区域的至少一部分混合，以形成设置在所述介电层上的N型掺杂多晶硅层。11.根据权利要求1所述的方法，其中所述掺杂硅纳米粒子为N型掺杂硅纳米粒子，并且所述掺杂多晶硅层为N型掺杂多晶硅层。12.根据权利要求1所述的方法，其中所述介电层形成于所述基板上，并且是用于所述发射极区域的隧道介电层。13.根据权利要求1所述的方法，其中所述基板的表面是所述基板的背表面，与所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：保罗·卢斯科托福，大卫·D·史密斯，迈克尔·莫尔斯，安·瓦尔德豪尔，金泰锡，史蒂文·爱德华·莫里萨，
申请(专利权)人：太阳能公司，
类型：发明
国别省市：美国;US