具有由脊分隔的掺杂的沟槽区域的太阳能电池制造技术

本发明专利技术描述了具有由脊分隔的掺杂的沟槽区域的太阳能电池以及制造太阳能电池的方法。在一个实例中，太阳能电池包括具有表面的衬底，所述表面具有多个沟槽和脊。将具有第一导电类型的第一掺杂区域设置于第一沟槽中。将具有与所述第一导电类型相反的第二导电类型的第二掺杂区域设置于第二沟槽中。第一沟槽和第二沟槽由脊中的一个分隔。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有由脊分隔的掺杂的沟槽区域的太阳能电池本文描述的专利技术得到美国政府支持，在美国能源部授予的编号DE-FC36-07GO17043的合同下完成。美国政府可拥有本专利技术的某些权利。
本专利技术的实施例为可再生能源的领域，更特别地为具有由脊分隔的掺杂的沟槽区域的太阳能电池。
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换为电能的装置。一般来讲，使用半导体加工技术在衬底的表面附近形成p-n结而将太阳能电池制造在半导体晶片或衬底上。冲击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衬底中的p掺杂区域和n掺杂区域，从而在掺杂区域之间产生电压差。将掺杂区域连接至太阳能电池上的导电区域，以将电流从电池引导至与其联接的外部电路。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备太阳能电池效率的技术是普遍所需的。本专利技术的实施例涉及通过提供制造太阳能电池结构的新工艺而提高太阳能电池的制造效率。附图说明图1示出了根据本专利技术的一个实施例的太阳能电池的一部分的横截面图，所述太阳能电池具有由未掺杂的或轻掺杂的脊部分隔的掺杂区域。图2示出了根据本专利技术的一个实施例的太阳能电池的一部分的横截面图，所述太阳能电池具有彼此邻接的掺杂区域。图3示出了根据本专利技术的一个实施例的太阳能电池的一部分的横截面图，所述太阳能电池具有在多个沟槽中，但不在多个沟槽表面以下形成的掺杂区域。图4为表示根据本专利技术的一个实施例的制造太阳能电池的方法中的操作的流程图。图5A示出了根据本专利技术的一个实施例的太阳能电池制造中与图4的流程图的操作402相对应的阶段的横截面图。图5B示出了根据本专利技术的一个实施例的太阳能电池制造中的一个阶段的横截面图。图5C示出了根据本专利技术的一个实施例的太阳能电池制造中与图4的流程图的操作404和406相对应的阶段的横截面图。图5D示出了根据本专利技术的一个实施例的太阳能电池制造中的一个阶段的横截面图。图5E示出了根据本专利技术的一个实施例的太阳能电池制造中与图4的流程图的操作408相对应的阶段的横截面图。图5F示出了根据本专利技术的一个实施例的太阳能电池制造中的一个阶段的横截面图。图6为表示根据本专利技术的一个实施例的制造太阳能电池的另一方法中的操作的流程图。图7A示出了根据本专利技术的一个实施例的太阳能电池制造中与图6的流程图的操作602相对应的阶段的横截面图。图7B示出了根据本专利技术的一个实施例的太阳能电池制造中与图6的流程图的操作604相对应的阶段的横截面图。图7C示出了根据本专利技术的一个实施例的太阳能电池制造中的一个阶段的横截面图。图7D示出了根据本专利技术的一个实施例的太阳能电池制造中与图6的流程图的操作606相对应的阶段的横截面图。图7E示出了根据本专利技术的一个实施例的太阳能电池制造中与图6的流程图的操作608相对应的阶段的横截面图。图7F示出了根据本专利技术的一个实施例的太阳能电池制造中的一个阶段的横截面图。图8A-8F示出了根据本专利技术的另一实施例的太阳能电池制造中的各个阶段的横截面图。图9A-9D示出了根据本专利技术的另一实施例的在制造用于制造太阳能电池的具有沟槽和脊的衬底中的各个阶段的横截面图。具体实施方式本文描述了具有由脊分隔的掺杂的沟槽区域的太阳能电池。在下面的描述中，给出了许多具体细节，例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。对本领域的技术人员将显而易见的是在没有这些具体细节的情况下可实施本专利技术的实施例。在其他例子中，没有详细地描述诸如随后的金属触点形成技术的公知的制造技术，以避免不必要地使本专利技术的实施例难以理解。此外，应当理解在图中示出的多种实施例是示例性的实例并且未必按比例绘制。本文公开了具有由脊分隔的掺杂的沟槽区域的太阳能电池。在一个实施例中，太阳能电池包括具有表面的衬底，所述表面具有多个沟槽和脊。将具有第一导电类型的第一掺杂区域设置于第一沟槽中。将具有与所述第一导电类型相反的第二导电类型的第二掺杂区域设置于第二沟槽中。第一沟槽和第二沟槽由脊中的一个分隔。本文也公开了制造太阳能电池的方法。在一个实施例中，方法包括在衬底的表面中形成具有多个沟槽和脊的图案。将具有第一导电类型的第一掺杂剂油墨组合物递送至第一沟槽中。将具有第二相反导电类型的第二掺杂剂油墨组合物递送至第二沟槽中，所述第一沟槽和第二沟槽由脊中的一个分隔。然后将来自第一和第二掺杂剂油墨组合物的掺杂剂向衬底驱动。在另一实施例中，方法包括在衬底的表面中形成具有多个沟槽和脊的图案。将具有第一导电类型的掺杂剂油墨组合物递送至第一沟槽中。使第二相反导电类型的固态掺杂剂源在第二沟槽中以及在第一沟槽中的掺杂剂油墨组合物以上形成。第一沟槽和第二沟槽由脊中的一个分隔。然后将来自固态掺杂剂源和掺杂剂油墨组合物的掺杂剂向衬底驱动。溶剂基喷墨油墨通常含有大于大约50%的溶剂和添加剂以满足用于喷墨打印头的粘度要求（例如大约5-20厘泊）。这种高比率溶剂和添加剂可产生可变或复杂的干燥动力学。例如，干燥动力学可使得形状保真性对于某些喷墨应用而言具有挑战性。为了解决这种问题，图形艺术工业已开发在接触时吸附喷墨液滴的吸附剂衬底。在该方法中，产生颜色的组分不能移动，同时溶剂蒸发。使用溶剂基喷墨油墨用于电子器件应用可引入另外的挑战。例如，用于电子器件应用的衬底通常不是吸收性的（例如硅衬底可能不吸收），因此，图形溶液可能不易于适于电子器件应用。此外，由于相比于用于图形艺术应用，被印刷的材料具有用于电子器件应用的更先进的功能（包括蚀刻掩模、掺杂源、金属化、印刷硅等），通常厚度控制变为可能需要良好控制的另外的输出参数。由于动态蒸发作用，厚度可能比形状清晰度更难以控制。当印刷至粗糙表面（如用于太阳能电池上的那些）时，厚度和形状清晰度的总体缺乏可能进一步恶化。例如，流体沉积过程通常是平整化的，特别是在低粘度下。已实施以在电子器件应用中控制喷墨过程的膜厚度和形状清晰度的更成功的策略之一使用预图案化的沟槽或凹槽。例如，该方法已用于显示器工业中，以使用喷墨过程制造滤色器。彩色油墨沉积至使用光刻技术图案化的沟槽或凹槽中。由于喷墨技术可用于精确控制喷射的油墨的量，因此也可精确控制过滤材料的量。给定已知体积，可精确控制最终膜厚度，因为沟槽或凹槽的体积也通过光刻图案化过程精确控制。根据本专利技术的一个或多个实施例，沟槽或凹槽在背接触太阳能电池的制造中用于厚度和形状控制。通常，图案化步骤可用于限定电池表面中的沟槽或沟道，之后进行例如湿蚀刻操作以将沟槽或沟道蚀刻至下方的层中。在一个实施例中，随后将掺杂剂油墨组合物分配至沟槽或凹槽中以用于随后的掺杂操作。在一个这种实施例中，通过加入仅一个图案化过程操作而完成如上掺杂方法。在一个实例中，使用来自供应商的引入晶片，所述晶片可能已经需要损伤去除蚀刻，以从晶片表面上去除大约10-15微米的污染和断裂的硅。在一个实施例中，在损伤去除蚀刻之前，使晶片表面经受图案化操作，例如形成丝网印刷蚀刻掩模。在一个实施例中，图案化操作确定用于n型和p型指状物和垫的沟槽或凹槽的位置。在图案化操作之后，在掩模位于适当的位置的情况下，使晶片经受所进本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种太阳能电池，包括：衬底，其具有表面，所述表面具有多个沟槽和脊；具有第一导电类型的第一掺杂区域，其设置于第一沟槽中；具有与所述第一导电类型相反的第二导电类型的第二掺杂区域，其设置于第二沟槽中，所述第一和第二沟槽由所述脊中的一个分隔。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.09.30 US 13/250,9881.一种太阳能电池，包括：衬底，其具有表面，所述表面具有多个沟槽和脊；具有第一导电类型的第一掺杂区域，其设置于第一沟槽中；具有与所述第一导电类型相反的第二导电类型的第二掺杂区域，其设置于第二沟槽中，所述第一沟槽和所述第二沟槽由所述脊中的一个分隔，其中分隔所述第一沟槽和所述第二沟槽的所述脊包含与所述第一掺杂区域连续、并与所述第二掺杂区域邻接的具有第一导电类型的掺杂剂，使得所述第一掺杂区域延伸通过所述脊，从而没有未掺杂的或轻掺杂的区域保持在所述脊中。2.根据权利要求1所述的太阳能电池，其中所述第二掺杂区域延伸至所述脊中一定量。3.根据权利要求1所述的太阳能电池，其中所述第一掺杂区域设置于所述第一沟槽表面之下的衬底的一部分中，且所述第二掺杂区域设置于所述第二沟槽表面之下的衬底的另一部分中。4.根据权利要求1所述的太阳能电池，其还包括：半导体层，其设置于所述沟槽中的每一个中，其中所述第一掺杂区域设置于在所述第一沟槽中设置的半导体层的部分中，且所述第二掺杂区域设置于在所述第二沟槽中设置的半导体层的部分中。5.根据权利要求4所述的太阳能电池，其中所述半导体层与每个沟槽的至少一部分共形，但在沟槽之间是不连续的。6.根据权利要求1所述的太阳能电池，其中所述衬底包含硅，所述第一掺杂区域包含用于硅的n型掺杂剂，且所述第二掺杂区域包含用于硅的p型掺杂剂。7.一种制造太阳能电池的方法，所述方法包括：在衬底的表面中形成具有多个沟槽和脊的图案；将具有第一导电类型的第一掺杂剂油墨组合物递送至第一沟槽中；将具有第二相反导电类型的第二掺杂剂油墨组合物递送至第二沟槽中，所述第一沟槽和所述第二沟槽由脊中的一个分隔；以及将来自所述第一掺杂剂油墨组合物和所述第二掺杂剂油墨组合物的掺杂剂向衬底驱入，以在所述第一沟槽中形成具有第一导电类型的第一掺杂区域，并且在所述第二沟槽中形成具有第二导电类型的第二掺杂区域，其中分隔所述第一沟槽和所述第二沟槽的所述脊包含与所述第一掺杂区域连续、并与所述第二掺杂区域邻接的具有第一导电类型的掺杂剂，使得所述第一掺杂区域延伸通过所述脊，从而没有未掺杂的或轻掺杂的区域保持在所述脊中。8.根据权利要求7所述的方法，所述方法还包括：在所述沟槽中的每一个中形成半导体层，其中驱入来自所述第一掺杂剂油墨组合物和所述第二掺杂剂油墨组合物的掺杂剂包括在设置于所述第一沟槽中的半导体层的部分中形成具有第一导电类型的第一掺杂区域，以及在设置于所述第二沟槽中的半导体层的部分中形成具有第二导电类型的第二掺杂区域。9.根据权利要求7所述的方法，其中驱入来自所述第一掺杂剂油墨组合物和所述第二掺杂剂油墨组合物的掺杂剂包括在所述第一沟槽的表面下方的衬底的一部分中形成具有第一导电类型的第一掺杂区域，且在所述第二沟槽的表面下方的衬底的另一部分中形成具有第二导电类型的第二掺杂区域。10.根据权利要求7所述的方法，其中递送所述第一掺杂剂油墨组合物，递送所述第二掺杂剂油墨组合物或上述两者包括使用选自如下的技术：喷墨、丝网印刷、铲刮、通过吸管转移、旋涂和蚀刻、凹版印刷和槽模涂布。11.根据权利要求7所述的方法，所述方法还包括：在驱入来自所述第一掺杂剂油墨组合物和所述第二掺杂剂油墨组合物的掺杂剂之前，固化所述第一掺杂剂油墨组合物和所述第二掺杂剂油墨组合物以交联所述第一掺杂剂油墨组合物和所述第二掺杂剂油墨组合物的相当一部分硅氧烷物种。12.根据权利要求11所述的方法，其中通过使用非热过程进行所述固化。13.根据权利要求11所述的方法，其中通过使用烘焙过程进行所述固化。14.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：史蒂文·爱德华·莫里萨，托马斯·帕斯，史蒂夫·克拉夫特，
申请(专利权)人：太阳能公司，
类型：发明
国别省市：美国;US