混合型发射极全背接触式太阳能电池制造技术

本发明专利技术公开了一种具有混合型发射极设计的全背接触式太阳能电池。所述太阳能电池具有形成在单晶硅基板(101)的背侧表面上的薄介质层(102)。所述太阳能电池的一个发射极(103)由形成在所述薄介质层(102)上的掺杂多晶硅制成。所述太阳能电池的另一个发射极(108)形成在所述单晶硅基板(101)中并由掺杂单晶硅制成。所述太阳能电池包括接触孔，所述接触孔允许金属触点(107)连接到相应的发射极(108、103)。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】混合型发射极全背接触式太阳能电池与联邦政府资助的研究或开发有关的声明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。
本文中所述主题的实施例整体涉及太阳能电池。更具体地讲，所述主题的实施例涉及太阳能电池制造方法和结构。
技术介绍
太阳能电池是为人们所熟知的用于将太阳辐射转换成电能的装置。太阳能电池具有在正常工作期间面向太阳以收集太阳辐射的正面，以及与正面相对的背面。在全背接触式太阳能电池中，所有金属触点和相应的发射极均形成在太阳能电池的背面上。外部电路(如，负载)可连接到将由太阳能电池供电的金属触点。为了节省有商业价值的可再生能源，需要以低成本制造太阳能电池。本专利技术的实施例涉及混合型发射极设计，该设计在保持效率的同时简化太阳能电池的制造。
技术实现思路
在一个实施例中，全背接触式太阳能电池具有混合型发射极设计。太阳能电池可具有形成在单晶硅基板的背侧表面上的薄介质层。该薄介质层可包含直接形成于单晶硅基板的背侧表面上的二氧化硅。太阳能电池的一个发射极可包含形成在薄介质层上的掺杂多晶硅。太阳能电池的另一个发射极可形成在单晶硅基板中并包含掺杂单晶硅。太阳能电池包括接触孔，其允许金属触点连接到相应的发射极。所属领域的技术人员在阅读本公开内容的全文时将易于明了本专利技术的这些特征和其他特征，本公开内容包括附图和权利要求书。附图说明结合以下附图考虑时，可通过参考具体实施方式和权利要求得到对主题的更完整理解，其中在所有这些附图中，相似标号指代类似元件。附图未按比例绘制。图1-图12为示意性地说明根据本专利技术实施例的制造太阳能电池的方法的截面图。图13示出了根据本专利技术实施例的制造太阳能电池的方法流程图。具体实施方式在本专利技术中，提供了许多具体的细节，例如设备、工艺步骤和结构的例子，以提供对本专利技术实施例的全面理解。然而，所属领域的技术人员将认识到，可在不具有这些具体细节中的一个或多个具体细节的情况下实践本专利技术。在其他示例中，不显示或描述众所周知的细节以避免混淆本专利技术的方面。图1-图12为示意性地说明根据本专利技术实施例的制造太阳能电池的方法的截面图。图1-图12未按比例绘制。图1中，在单晶硅基板101上形成薄介质层102。基板101可包括长寿命N型单晶硅晶片。在一个实施例中，薄介质层102包含直接形成在单晶硅基板101的背侧表面131上的二氧化硅。背侧表面131与单晶硅基板101的正侧表面132相对。正侧表面132在太阳能电池的正面上，其也称为“向阳面”，因为它在正常工作期间面向太阳。背侧表面131在太阳能电池的背面上。因为发射极和相应的金属触点片全部在太阳能电池的背面上形成，故制造中的太阳能电池为全背接触式太阳能电池。薄介质层102可提供隧穿功能，例如作为隧道氧化物。在一个实施例中，薄介质层102包含直接热生长在背侧表面131上以至小于或等于40埃的厚度(例如，介于5至40埃之间，优选地为20埃的厚度)的二氧化硅。图2中，在薄介质层102上形成多个掺杂多晶硅发射极103。为了清楚地举例说明，仅在图中示出一个多晶硅发射极103。多晶硅发射极103可在沉积期间掺杂或在沉积之后掺杂。在图2的例子中，多晶硅发射极103掺杂有P型掺杂物，诸如硼。可以理解，多晶硅发射极103还可掺杂有N型掺杂物，这适当地改变了对其他发射极和/或单晶硅基板101的掺杂。在图2的例子中，可例如采用湿法刻蚀或干法刻蚀将薄介质层102中不在多晶硅发射极103下方的部分移除。从下文将更明显地看出，制造中的太阳能电池仅具有一种极性(在该例子中为P型)的多晶硅发射极；极性相反的发射极为单晶硅发射极。这有利地允许多晶硅发射极103在原位掺杂。可通过如图9所示在薄介质层102上形成一层多晶硅层201而形成多晶硅发射极103。该多晶硅层201可通过沉积工艺(例如，通过低压化学气相沉积法(LPCVD))形成，其厚度例如为约1000埃至5000埃。随后是如图10所示的图案化步骤，诸如掩模和蚀刻，用于将多晶硅层201图案化。在图10的例子中，在将薄介质层102图案化期间，薄介质层102呈现出图案。图案化的多晶硅层201充当多晶硅发射极103。该多晶硅层201可在图案化步骤之前或之后掺杂。也可采用其他处理步骤形成多晶硅发射极103，包括通过图11所示的印刷。在图11的例子中，使用喷墨打印机的印刷头205选择性地印刷出发射极203。发射极203可包含喷墨印刷在薄介质层102上的硅纳米粒子。发射极203可在印刷步骤之前或之后掺杂。热处理步骤使硅纳米粒子聚结形成多晶硅，其充当多晶硅发射极103。因为用于在单晶硅101中形成单晶硅发射极的掺杂物可扩散穿过薄介质层102，故不必额外对该薄介质层102进行蚀刻，由此有利地省去了图案化步骤。继续参见图3，形成多晶硅发射极103后，在多晶硅发射极103和单晶硅基板101上形成掺杂物源层104。在图3的例子中，掺杂物源层104包含N型掺杂物(诸如磷)，以便随后在单晶硅基板101中形成N型发射极。为了适应不同的掺杂物极性要求，可以改变掺杂物源层104中的掺杂物(例如，改变为P型)。在一个实施例中，掺杂物源层104包括通过例如大气压化学气相沉积法(APCVD)形成的厚约1000埃的磷硅酸盐玻璃(PSG)毯覆式层。图4中，执行扩散步骤以使掺杂物从掺杂物源层104扩散到单晶硅基板101，从而形成单晶硅发射极108。在图4的例子中，由于掺杂物源层104包含N型掺杂物，故所得的发射极108包含N型掺杂单晶硅。该扩散步骤可通过例如在扩散炉中的热处理过程来执行。在该扩散步骤期间，来自多晶硅发射极103的一定量掺杂物可扩散穿过薄介质层102，以在单晶硅基板101内形成掺杂区109。在图4的例子中，因为多晶硅发射极103掺杂有P型掺杂物，所以掺杂区109为P型掺杂区。要利用多晶硅发射极103下方的低电荷载流子复合，与单晶硅发射极108相比，多晶硅发射极103可覆盖单晶硅基板101背表面131的更多面积。例如，多晶硅发射极103可具有覆盖背表面131总面积的至少80％的总面积。图5中，在掺杂物源层104上形成材料叠堆105。材料叠堆105可包括一层或多层材料，诸如防潮层、抗反射涂层，以及取决于制造过程特殊要求的其他材料层。材料叠堆105可在扩散步骤之前或之后形成。图6中，形成了接触孔106，以使单晶硅发射极108和多晶硅发射极103暴露。一般来讲，太阳能电池中有多个发射极108和103，每个发射极通过相应的接触孔106连接到相应的金属触点。在图6的例子中，为了暴露下面的发射极103，穿过材料叠堆105和掺杂物源层104但不穿过薄介质层102形成了接触孔106。同样在图6的例子中，为了暴露下面的发射极108，穿过材料叠堆105和掺杂物源层104形成了接触孔106。当薄介质层102的一部分留在发射极108上时(例如，像在图12的例子中那样)，还穿过薄介质层102形成了相应的孔106，以使下面的发射极108暴露。接触孔106可通过激光烧蚀、掩模和蚀刻、或其他处理步骤形成。图7中，在接触孔106内形成金属触点107，以连接到相应的发射极。金属触点107可包括单层金属触点或多层金属触点。比如本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种全背接触式太阳能电池，包括：单晶硅基板；薄介质层，所述薄介质层形成在所述单晶硅基板的背侧表面上；所述太阳能电池的第一发射极，所述太阳能电池的第一发射极形成在所述薄介质层上并包含掺杂多晶硅以具有第一极性；所述太阳能电池的第二发射极，所述太阳能电池的第二发射极形成在所述单晶硅基板中并包含掺杂单晶硅以具有与所述第一极性相反的第二极性；第一金属触点，所述第一金属触点在所述太阳能电池的背面上连接到所述第一发射极，所述背面与所述太阳能电池的在正常工作期间面向太阳的正面相对；以及第二金属触点，所述第二金属触点在所述太阳能电池的背面上连接到所述第二发射极。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.12.19 US 13/720,7211.一种全背接触式太阳能电池，包括：单晶硅基板；薄介质层，所述薄介质层形成在所述单晶硅基板的背侧表面上；所述太阳能电池的第一发射极，所述太阳能电池的第一发射极形成在所述薄介质层上并包含掺杂多晶硅以具有第一极性；所述太阳能电池的第二发射极，所述太阳能电池的第二发射极形成在所述单晶硅基板中并包含掺杂单晶硅以具有与所述第一极性相反的第二极性；第一金属触点，所述第一金属触点在所述太阳能电池的背面上连接到所述第一发射极，所述背面与所述太阳能电池的在正常工作期间面向太阳的正面相对；第二金属触点，所述第二金属触点在所述太阳能电池的背面上连接到所述第二发射极；以及第一层材料，所述第一层材料形成于所述第一发射极和所述单晶硅基板的背侧表面上，并且其中所述第一金属触点穿过所述第一层材料但不穿过所述薄介质层连接到所述第一发射极。2.根据权利要求1所述的太阳能电池，其中所述薄介质层包含直接形成于所述单晶硅基板的背侧表面上的二氧化硅。3.根据权利要求1所述的太阳能电池，其中所述第二金属触点穿过所述第一层材料和所述薄介质层连接到所述第二发射极。4.根据权利要求1所述的太阳能电池，其中所述第一发射极为P型掺杂发射极，所述第二发射极为N型掺杂发射极，并且所述单晶硅基板掺杂有N型掺杂物。5.根据权利要求1所述的太阳能电池，其中包含多晶硅的所述太阳能电池的所述第一发射极和其他发射极的总面积覆盖所述单晶硅晶片的背侧表面的总面积的至少80％。6.一种制造全背接触式太阳能电池的方法，所述方法包括：在单晶硅基板的背侧表面上形成薄介质层；在所述太阳能电池的背面上的所述薄介质层上形成第一发射极，所述第一发射极包含掺杂有第一极性的掺杂物的多晶硅，所述太阳能电池的背面与所述太阳能电池的在正常工作期间面向太阳的正面相对；在所述太阳能电池的背面上的所述单晶硅基板中形成第二发射极，所述第二发射极包含掺杂有与所述第一极性相反的第二极性的掺杂物的单晶硅；以及在所述太阳能电池的背面上形成连接到所述第一发射极的第一金属触点和连接到所述第二发射极的第二金属触点，其中所述方法还包括：在所述薄...

【专利技术属性】
技术研发人员：保罗·卢斯科托福，塞温·里姆，
申请(专利权)人：太阳能公司，
类型：发明
国别省市：美国;US