制造选择性掺杂光伏电池的方法技术

本发明专利技术涉及制造选择性掺杂光伏电池的方法，包括：提供掺杂第一导电型的半导体衬底；在衬底中形成具有第一浓度掺杂元素的第一掺杂区域；通过将掺杂元素离子注入到衬底中，形成最大尺寸小于一毫米的至少一组对准图案以及与第一区域相邻的第二区域，第二区域具有浓度大于第一浓度的第二浓度的掺杂元素；对衬底进行热处理，从而激活掺杂元素并在对准图案、第一区域和第二区域的上方的衬底表面上形成氧化层，第二浓度和热处理条件为使得位于对准图案上方的氧化层的厚度比位于和对准图案相邻的衬底区域上方的氧化层的厚度大至少10nm；在氧化层上沉积抗反射层；通过丝网将电极沉积到抗反射层上，电极与第二区域相对，丝网利用对准图案相对于衬底定位。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种方法，该方法用于制造表面上呈现选择性掺杂的光伏电池，例如选择性发射极电池或交错背接触电池。
技术介绍
光伏电池是用半导体材料，例如硅制成的设备，半导体材料从光子中吸收能量，并将其转换为电能。大致上，该设备包括掺杂有p型杂质(例如，硼原子)的第一硅区域，其与掺杂有n型杂质(例如，磷原子)的第二硅区域接触，从而形成p-n结。p-n结形成电场，该电场使光子吸收所产生的电子-空穴对分离，电子被引导至n区，而空穴被引导至p区。p-n结可以简单地通过在p型衬底内形成n型掺杂区域而形成。为了聚积电子和空穴，在p-n结的两侧，即n型掺杂区域和p型掺杂区域，在衬底的表面上进一步形成电触点。这些触点通常利用丝网印刷制成，丝网印刷是一种可以快速，简单地执行的印刷技术。为了改善触点的质量，一种技术是对位于触点下方的半导体区域进行重度掺杂。但是，高掺杂物浓度增加了俄歇复合导致的损失，特别是在表面上，因此降低光伏电池的效率。因此，这种重度掺杂只在局部(即，在触点下方)执行。因此，设置有触点的电池的表面显示出不同的掺杂物浓度。提供的表面适用掺杂的第一个例子是选择性发射极电池。图1A是选择性发射极光伏电池10的顶视图，图1B是该电池沿图1A所示轴A-A截取的截面图。选择性发射极电池10包括p型掺杂硅的衬底12。衬底12包括暴露给太阳辐射的前表面12a和位于前表面12a相反侧的后表面12b(图1B)。因此，光子通过衬底的前表面12a进入电池。在光伏电池的该结构中，通过在p型衬底的前表面12a上形成n型掺杂硅层14获得p-n结。举例来说，层14是通过磷的气相扩散(例如，POCl3扩散)或者通过在衬底中注入电离的磷原子形成的。在层14中，举例来说，通过离子注入或者通过应用激光束进一步形成过度掺杂区域14’，该区域的掺杂物浓度高于层14的掺杂物浓度。n型掺杂层14和过度掺杂区域14’(其也为n型)被称为“发射极”，而p型衬底形成p-n结的“基部”。在衬底的前表面12a上，高度掺杂区域14’与第一电极16a连接，举例来说，第一电极16a的形式为金属线(图1A)，它们通过第一电极16a形成良好的欧姆接触，因为其电阻率较低。层14的较轻度掺杂减少了电子-空穴对复合，导致对高能入射光子的屏蔽较少。第二电极16b在衬底的后表面12b上提供接触。最后，在衬底的前表面12a上设置由SiN制成的抗反射层18(图1A中未显示)，从而保证光伏电池中的良好光子吸收。因此，选择性发射极电池10在其前表面上包括两个具有相同导电型(这里为n型掺杂)的区域，所述区域具有不同的掺杂物浓度，从而获得不同的电特性和光伏特性。具有选择性掺杂结构的光伏电池的第二个例子为具有交错背接触(所谓的“IBC”)的电池。在该电池结构中，在n型衬底的后表面(非照明表面)上形成p-n结。该后表面包括两个交错的掺杂区域，所述区域具有相反类型的掺杂：一个是p区域，另一个是n型衬底的n+区域(其中n+区域具有斥力场效应，该效应有利于表面上的较低度载流子复合)。因此，与选择性发射极电池对比，IBC电池在其后表面上包括具有相反类型掺杂的两个掺杂区。图2A是IBC交错背接触电池20的简化顶视图(后表面12b)，图2B是该电池沿图2A所示轴B-B截取的截面图。IBC电池20在其n型硅衬底的后表面12b上包括n+型掺杂区域22，即比衬底12(“基部”)更高度掺杂的n型区域，以及p型掺杂(“发射极”)区域24。区域22和24的电阻率低于衬底的电阻率，并有利地用作电触点的支撑。因此，“n型”电极26a和“p型”电极26b设置为分别与区域22和24接触。形式为交错梳的电极26a和26b覆盖衬底几乎全部的后表面(图2A)。最后，在衬底的前表面12a上设置由SiN制成的抗反射层18(图2B)。举例来说，区域22和24的形成需要两个离子注入步骤，每个步骤通过特定掩膜执行，从而限定注入区域的图案(这里为梳形)。为了形成光伏电池，离子注入掺杂通常比扩散掺杂或激光掺杂技术更优选，因为它能够获得更好质量的发射极。该技术还能够更好地控制发射极中的掺杂物分布。文章(“使用图案化离子注入的高效选择性发射极电池”(High efficiency selective emitter cells using patterned ion implantation)C.E.Dubé等，Energy Procedia 8，706-711页，2011)描述了一种通过离子注入，利用p型掺杂晶体硅制成的衬底形成选择性发射极电池的方法。该方法包括以下步骤：-对衬底的前表面进行整体掺杂的第一离子注入步骤；-通过掩膜限定过度掺杂区域的第二离子注入步骤；-氧化退火以形成钝化层；-在钝化层上沉积抗反射涂层；以及最后-在过度掺杂区域上形成金属化轨迹的丝网印刷步骤。衬底前表面上的过度掺杂区域难以在光学上区分，因此在它们上面沉积金属化轨迹存在风险。为克服该问题，这篇文章的作者提议相对于衬底对注入掩膜和印刷丝网进行定位，以该衬底的边缘作为参考。因此，金属化轨迹和过度掺杂区域对准。但是，所述对准参考缺乏精度，并且过度掺杂区域必须足够宽(大约500μm)以使电极轨迹精确地沉积在顶部。文件US2011/0139230公开了通过离子注入制造选择性发射极电池的另一种方法，其中利用衬底中预先通过激光形成的对准图案，相对于衬底对印刷丝网进行定位。这些对准图案改善了精度，但是利用激光来形成它们需要在方法中使用附加步骤和附加设备。因此，这种制造方法难以大规模，低成本地使用。
技术实现思路
因此，需要简单，经济地制造光伏电池，该光伏电池具有在高度掺杂的半导体区域上精确对准的电极。根据本专利技术，通过提供以下步骤满足该需要：-提供掺杂了第一导电型的半导体衬底；-在所述衬底中形成第一掺杂区域，所述第一掺杂区域具有第一浓度的掺杂元素；-通过将掺杂元素离子注入到所述衬底中，形成最大尺寸小于一毫米的至少一组对准图案，以及与所述第一区域相邻的第二区域，所述第二区域具有第二浓度的掺杂元素，所述第二浓度高于所述第一浓度；-对所述衬底进行热处理，从而激活所述掺杂元素，并在所述对准图案、所述第一区域和所述第二区域的上方的所述衬底的表面上形成氧化层，所述第二浓度和热处理条件选择为使得位于所述对准图案上方的所述氧化层的厚度比位于和所述对准图案相邻的衬底区域上方的所述氧化层的厚度高至少10nm；-在所述氧化层上沉积抗反射层；以及-通过丝网将电极沉积到所述抗反射层上，所述电极与所述第二区域相对，利用所述对准图案相对于所述衬底对所述丝网进行定位。在一种优选实施方式中，所述第一区域是通过对所述衬底的整个表面进行第一剂量的掺杂元素的离子注入而形成的。所述对准图案和所述第二区域接下来通过在所述衬底的上面叠加有掩膜的表面进行第二剂量的掺杂元素的离子注入而形成，由此所述对准图案和所述第二区域积聚所述第一剂量和所述第二剂量。所述第一剂量和所述第二剂量有利地为5x1014cm-2和2.5x1015cm-2之间，并且利用5KeV和15KeV之间的注入能量被注入。在第一实施方式中，所述光伏电池是选择性发射极光伏电池；所述衬底的所述表面是所述光伏电池的前表面；所述第一区域掺杂了与所述第一类型相反的第二导电型，从而形本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制造光伏电池的方法，该方法包括以下步骤：‑提供掺杂了第一导电型的半导体衬底(12)；‑在所述衬底中形成(F1)第一掺杂区域(14，22)，所述第一掺杂区域具有第一浓度(C1)的掺杂元素；‑通过将掺杂元素离子注入到所述衬底中，形成(F2)最大尺寸小于一毫米的至少一组对准图案(34)以及与所述第一区域(14，22)相邻的第二区域(14’，24)，所述第二区域具有第二浓度(C2)的掺杂元素，所述第二浓度大于所述第一浓度(C1)；‑对所述衬底进行(F3)热处理，从而激活所述掺杂元素并在所述对准图案(34)、所述第一区域(14，22)和所述第二区域(14’，24)的上方的所述衬底的表面上形成氧化层(36a，36b)，所述第二浓度(C2)和热处理条件选择为使得位于所述对准图案(34)上方的所述氧化层(36a)的厚度比位于和所述对准图案(34)相邻的衬底区域上方的所述氧化层的厚度大至少10nm；‑在所述氧化层上沉积(F4)抗反射层(18，18’)；以及‑通过丝网(40)将电极(16a，26b)沉积(F5)到所述抗反射层上，所述电极与所述第二区域(14’，24)相对，所述丝网利用所述对准图案(34)相对于所述衬底(12)定位。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.03.07 FR 14518691.一种制造光伏电池的方法，该方法包括以下步骤：-提供掺杂了第一导电型的半导体衬底(12)；-在所述衬底中形成(F1)第一掺杂区域(14，22)，所述第一掺杂区域具有第一浓度(C1)的掺杂元素；-通过将掺杂元素离子注入到所述衬底中，形成(F2)最大尺寸小于一毫米的至少一组对准图案(34)以及与所述第一区域(14，22)相邻的第二区域(14’，24)，所述第二区域具有第二浓度(C2)的掺杂元素，所述第二浓度大于所述第一浓度(C1)；-对所述衬底进行(F3)热处理，从而激活所述掺杂元素并在所述对准图案(34)、所述第一区域(14，22)和所述第二区域(14’，24)的上方的所述衬底的表面上形成氧化层(36a，36b)，所述第二浓度(C2)和热处理条件选择为使得位于所述对准图案(34)上方的所述氧化层(36a)的厚度比位于和所述对准图案(34)相邻的衬底区域上方的所述氧化层的厚度大至少10nm；-在所述氧化层上沉积(F4)抗反射层(18，18’)；以及-通过丝网(40)将电极(16a，26b)沉积(F5)到所述抗反射层上，所述电极与所述第二区域(14’，24)相对，所述丝网利用所述对准图案(34)相对于所述衬底(12)定位。2.如权利要求1所述的方法，其中所述第一浓度(C1)和热处理(F3)条件选择为使得位于所述第一区域(14，22)上方的所述氧化层(36a)的厚度至少为5nm。3.如权利要求1和2之一所述的方法，其中所述第一区域(14，22)是通过横跨所述衬底(12)的整个表面进行第一剂量(D1)的掺杂元素的离子注入而形成的。4.如权利要求3所述的方法，其中所述第一剂量(D1)为5x1014cm-2和2.5x1015cm-2之间，并且利用5KeV和15KeV之间的注入能量被注入。5.如权利要求3和4之一所述的方法，其中所述对准图案(34)和所述第二区域(14’，24)通过在所述衬底(12)的上面叠加有掩膜(30)的表面进行第二剂量(D2)的掺杂元素的离子注入而形成，由此所述对准图案和所述第二区域积聚所述第一剂量和所述第二剂量(D...

【专利技术属性】
技术研发人员：杰罗姆·勒波彻，雷米·蒙纳，
申请(专利权)人：法国原子能及替代能源委员会，
类型：发明
国别省市：法国;FR