多晶硅射极太阳电池用的图案化掺杂制造技术

技术编号:9721883 阅读:104 留言:0更新日期:2014-02-27 17:29
本发明专利技术揭示了一种制造多晶硅太阳能电池的改善的方法。为了形成具有p型区和n型区的多晶硅层,所述层在存在一种类型的掺杂物的情况下生长。在形成已掺杂的多晶硅层之后,选择性地将具有相反掺杂物导电性的离子植入所述多晶硅层的部分中。此选择性植入可使用荫罩幕来执行。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】多晶硅射极太阳电池用的图案化掺杂
技术介绍
离子植入(ion implantation)是一种用于将改变导电性的杂质引入工件中的标准技术。在离子源中离子化所要的杂质材料,使离子加速以形成指定能量的离子束,且将离子束引导到工件的表面上。离子束中的高能离子穿透到工件材料的主体中,并嵌入工件材料的晶格(crystalline lattice)中,从而形成具有所要导电性的区。太阳能电池是使用硅工件的装置的一个实例。任何针对高性能太阳能电池的制造或生产成本的降低,或任何针对高性能太阳能电池的效率的改善,都会在世界范围内对太阳能电池的实施产生积极的影响。此举将使得这种无污染能源技术能得到更广泛地使用。制造太阳能电池所使用的过程通常与制造其他半导体装置所使用的过程相同,常常使用硅作为基板材料。半导体太阳能电池是具有内置电场的简易装置,所述内置电场对通过半导体材料中的光子吸收产生的电荷载流子进行分离。此电场通常通过p-n接面(二极管)的形成产生,所述p-n接面由半导体材料的不同掺杂产生。用极性相反的杂质对半导体基板的一部分(例如,表面区)进行掺杂形成P-n接面,其可用作将光转换成电的光伏装置。图1所示为典型的太阳能电池100的横截面,其中p-n接面120远离被照射的表面。如箭头所表示,光子10穿过顶部(或被照射的)表面进入所述太阳能电池100。这些光子经过抗反射涂层104,所述抗反射涂层104经设计以最大化穿透基板100的光子的数量并最小化反射远离基板的光子的数量。抗反射涂层104(ant1-reflective coating ;ARC)可由31队层组成。ARC10 4下方可以是钝化层103,所述钝化层103可由二氧化硅组成。当然,可使用其他介电质。太阳能电池100的背面上是铝发射极区106和铝层107。在一项实例中,这种设计可称作Al背发射极电池(Al back emitter cell)。在内部,形成的太阳能电池100具有p-n接面120。虽然此接面图示为实质上平行于太阳能电池100的底部表面,但是存在其他实施方案,在其他实施方案中所述接面可不平行于所述表面。在一些实施例中,使用η型基板101构造太阳能电池100。光子10穿过η+掺杂区进入太阳能电池100,所述η+掺杂区也被称作前表面场(front surfacefield ;FSF)102。具有足够能量(在半导体的带隙之上)的光子能够将在半导体材料的价带(valence band)之内的电子提升至导带(conduction band)。与这种自由电子相关联的是价带中的相应带正电荷的电洞(hole)。为了产生可驱动外部载荷的光电流,这些电子-电洞(e-h)对需要得到分离。这是通过在p-n接面102处的内置电场来完成。因此,在p_n接面102的耗尽区中产生的任何e-h对得到分离,扩散至装置的耗尽区的任何其他少数载流子也得到分离。由于大多数入射光子10在太阳能电池100的近表面区中被吸收,因此在发射极中产生的少数载流子需要扩散至耗尽区并被横扫至另一侧。一些光子10经过前表面场102并进入P型发射极106。随后,这些光子10可激发在P型发射极106之内的电子,所述电子是自由的,因而移动至前表面场102中。关联的电洞遗留在发射极106中。由于此p-n接面120的存在造成电荷分离,因此由光子10产生的额外载流子(电子和电洞)随后可用于驱动外部载荷以形成回路。通过从外部将接通前表面场102的基极连接至接通外部载荷的发射极106,有可能传导电流并因此提供电力。为达到此目的,触点105(通常是金属的,且在一些实施例中是银质的)配置在前表面场102的外表面上。图2显示了太阳能电池200的第二实施例。在此项实施例中,P-n接面不是在基板201内产生。相反,基板201 (通常是η型硅基板)通过薄穿隧氧化层202与背表面隔离。所述穿隧氧化层足够薄以允许电子穿隧通过穿隧氧化层202,例如,在I纳米与4纳米之间。此穿隧氧化层202可以是二氧化硅或是另一适合的介电质材料。在穿隧氧化层的相对侧上是多晶硅层203。此层具有彼此相邻定位的η型区204a和P型区204b。在这些区会合的地方,形成P-n接面210。随后,将触点25施加于η型区204a和P型区204b。在一些实施例中,第二穿隧氧化层206存在于基板201的前表面上。在此实施例中,η型多晶硅层207可施加于第二穿隧氧化层206。太阳能电池的此实施例具有若干优势。首先,其效率可大于图1的传统太阳能电池。这可归因于基板内载流子的复合减少。然而,这些多晶硅太阳能电池的生产耗时且成本高,需要许多过程步骤。因此,需要制造多晶硅太阳能电池的改进方法。
技术实现思路
本专利技术揭示了制造多晶硅太阳能电池的改善的方法。为了形成具有P型区和η型区的多晶硅层,所述层在存在一种类型的掺杂物的情况下生长。在形成已掺杂的多晶硅层之后,选择性地将具有相反掺杂物导电性的离子植入多晶硅层的部分中。此选择性植入可使用荫罩幕来执行。【附图说明】为了更好地理解本专利技术,将参考附图,这些附图以引用的方式并入本文中,且其中:图1是现有技术太阳能电池的第一实施例的横截面侧视图。图2是现有技术太阳能电池的第二实施例的横截面侧视图。图3Α至图3Ε显示了制造过程步骤的顺序的一项实施例。图4Α至图4Ε显示了制造过程步骤的顺序的第二实施例。图5Α至图5Β显示了制造过程步骤的顺序的第三实施例。【具体实施方式】太阳能电池的实施例在本文中结合离子植入机进行描述。可使用束线离子植入机、电衆掺杂离子植入机或淹没式离子植入机(flood ion implanter)。另外,可使用其他植入系统。例如,也可使用不具备质量分析的离子植入机或通过修改电浆鞘来使离子聚焦的电浆工具。本文中所揭示的实施例也可使用经聚焦以仅植入太阳能电池的特定部分的离子束,或栅网聚焦电衆系统。然而,也可使用气相扩散、炉扩散(furnace diffusion)、雷射掺杂、其他电浆处理工具或为所属领域的技术人员所已知的其他方法。另外,虽然描述了植入,但也可执行掺杂层的沉积。同样,虽然列出了特定η型和P型掺杂物,但可使用其他η型或P型掺杂物来代替,且本文中的实施例并不仅限于列出的掺杂物。因此,本专利技术不限于下文所描述的具体实施例。如上文所述,多晶硅太阳能电池可提供常规太阳能电池不可能提供的效率优势。然而,这些多晶硅太阳能电池的当前制造过程昂贵且耗时,从而影响多晶硅太阳能电池的采用。与这些多晶硅太阳能电池的制作相关联的一个主要问题是具有η型区和P型区的多晶硅层的形成。图3Α至图3Ε所示为形成多晶硅太阳能电池300的制造步骤的顺序。图3Α所示为基板301。此基板301可以是任何适合的基板,例如,η型硅基板。基板301具有前表面302和背表面303。所述前表面302曝露在阳光下,而电触点将形成于所述背表面303上。图3Β所示为在基板301的背表面303上形成的穿隧氧化层304。所述穿隧氧化层的厚度可在约Inm与4nm之间。在一些实施例中,将热氧化用于生长穿隧氧化层。此过程可在温度高于800°C的炉中执行,从而引起氧(分子氧或水蒸气)与所述基板的背表面反应,从而形成二氧化娃。因此,湿法和干法氧化均可使用。图3C所示为多晶硅层305,其与穿隧本文档来自技高网
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【技术保护点】
一种生产太阳能电池的方法,使用具有第一表面和第二表面的基板,所述生产太阳能电池的方法包含:在所述基板的所述第二表面上形成穿隧氧化层;在所述穿隧氧化层上形成内部含有第一掺杂物的多晶硅层,所述多晶硅层具有第一导电性类型;在所述多晶硅层与离子束之间引入罩幕,从而为所述多晶硅层的区域阻挡所述离子束;将第二掺杂物的离子植入所述多晶硅层的所述区域中,所述第二掺杂物具有与所述第一导电性相反的第二导电性,所述第二掺杂物的离子的量足以使被植入的所述区域的导电性改变成所述第二导电性,从而形成具有所述第一导电性的第一被植入区以及具有与所述第一被植入区的导电性相反的导电性的第二被植入区。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.06.15 US 13/160,7211.一种生产太阳能电池的方法,使用具有第一表面和第二表面的基板,所述生产太阳能电池的方法包含: 在所述基板的所述第二表面上形成穿隧氧化层; 在所述穿隧氧化层上形成内部含有第一掺杂物的多晶硅层,所述多晶硅层具有第一导电性类型; 在所述多晶硅层与离子束之间引入罩幕,从而为所述多晶硅层的区域阻挡所述离子束; 将第二掺杂物的离子植入所述多晶硅层的所述区域中,所述第二掺杂物具有与所述第一导电性相反的第二导电性,所述第二掺杂物的离子的量足以使被植入的所述区域的导电性改变成所述第二导电性,从而形成具有所述第一导电性的第一被植入区以及具有与所述第一被植入区的导电性相反的导电性的第二被植入区。2.根据权利要求1所述的生产太阳能电池的方法,其中通过包含硅烷的气体和掺杂物气体的沉积来形成所述多晶硅层,所述掺杂物气体选自由乙硼烷、磷化氢和砷化氢组成的群组。3.根据权利要求2所述的生产太阳能电池的方法,其中所述掺杂物气体包含乙硼烷,且所述第二掺杂物包含第五族元素。4.根据权利要求2所述的生产太阳能电池的方法,其中所述掺杂物气体包含磷化氢或砷化氢,且所述第二掺杂物包含第三族元素。5.根据权利要求1所述的生产太阳能电池的方法,进一步包含在植入之后对所述基板进行热处理,其中所述热处理是在500°C与600°C之间的温度下执行。6.根据权利要求1所述的生产太阳能电池的方法,进一步包含在所述第一被植入区与所述第二被植入区之间形成沟槽,从而阻止所述第一被植入区和所述第二被植入区中的每一个发生接触。7.一种生产太阳能电...

【专利技术属性】
技术研发人员:约翰·W·葛拉夫
申请(专利权)人:瓦里安半导体设备公司
类型:
国别省市:

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