特别用于太阳能电池的在硅基板中产生不同掺杂区的方法技术

一种特别用于太阳能电池的在硅基板(1)中产生至少两个主要以第一掺杂剂类型掺杂到不同程度的子区(3、5)的方法，包括：用由硼硅酸盐玻璃构成的掺杂层(7)覆盖该硅基板的将要在其中产生第一掺杂剂类型的较重掺杂的至少一个第一子区(3)，其中该硅基板的将要在其中产生第一掺杂剂类型的较轻掺杂的至少一个第二子区(5)不被该掺杂层覆盖，并且其中该层中包括作为与第一掺杂剂类型极性相反的第二掺杂剂类型的掺杂剂的硼；以及在炉中在第一掺杂剂类型的气氛中将这样制备的硅基板加热。该方法利用了以下观察：硼硅酸盐玻璃层似乎促进来自气体气氛的磷的内扩散。

Method for producing different doping regions in silicon substrates, in particular for solar cells

Especially for a solar battery on a silicon substrate (1) in at least two mainly in the first dopant type doped into different sub region (3, 5) methods, including: the doped layer is composed of borosilicate glass (7) heavy doping covering the silicon substrate to be produced the first dopant type in which at least one of the first sub region (3), at least one of the second sub region of the lightly doped silicon substrate which will produce a first dopant type in which the (5) was not the doped layer, and wherein the layer comprises a first doping type and as agent of opposite polarity second dopant type dopant and boron; in the furnace in the first dopant type atmosphere thus prepared silicon substrate heating. The method makes use of the following observations: the borosilicate glass layer seems to promote the diffusion of phosphorus from the gaseous atmosphere.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及特别用于太阳能电池的在硅基板中产生至少两个不同重掺杂的子区的方法。此外，本专利技术还涉及一种制造太阳能电池，特别是背接触太阳能电池的方法以及相应的可制造的太阳能电池。
技术介绍
硅基板用于多种应用中。作为例子，晶片或薄膜形式的硅基板可以用于制造太阳能电池或其他电子元件。为此，在硅基板中主要邻近其表面产生几个子区，这些子区在引入其中的掺杂剂类型和/或掺杂剂浓度方面彼此不同。这里，可以引入掺杂剂例如磷，其释放负电荷的，即电子，因此根据其极性被称为n型掺杂剂。或者，可以引入掺杂剂例如硼，其释放正电荷，即空穴，因此根据其极性被称为p型掺杂剂。根据子区主要以那种掺杂剂类型和那种掺杂剂浓度掺杂，在其中形成电势。通过适当地布置子区，可以实现特定半导体元件的期望功能。在下文中，主要关于用于制造太阳能电池的硅基板来描述本专利技术的实施例，因为本专利技术有利的优点可特别好地用于太阳能电池的制造。然而，本专利技术的实施例还可以用于制造用于其它应用的硅基板，例如，用于微电子器件、功率半导体器件、存储器技术的器件等。太阳能电池被用作用于将光转换为电能的光伏元件。为此，在诸如硅晶片的半导体基板中提供各种掺杂子区。由于各个子区内的电荷载流子的不同类型或密度，在边界表面处产生相邻子区之间的电位差。借助于这种电位差，通过光吸收在这些边界表面附近产生的电荷载流子对可以在空间上分离。已经开发出多种太阳能电池概念，其中以适当定制的几何形状在硅基板中产生不同掺杂的子区，以便实现所需的功能，例如，有效聚集所产生的电荷载流子，在太阳能电池的面向太阳的表面低的金属触点遮蔽或者太阳能电池的表面的良好钝化的可能性。作为例子，已经开发出背接触太阳能电池，其中在硅基板的背侧设置有两种触点类型，即，接触p型区的触点和接触n型区的触点，使得在太阳能电池的面向太阳侧没有触点引起的遮蔽，并且有机会能够非常有效地钝化特别是硅基板的前侧表面。这种背接触太阳能电池的例子包括IBC(InterdigitatedBackContact，交指背接触)太阳能电池，其中用于接触两极的接触指彼此嵌套地设置在硅基板的背侧表面上。传统上，在硅太阳能电池的制造中，存在不同的方法在硅基板中产生不同掺杂的子区。例如，将要以某种掺杂剂类型掺杂的那些子区可以在高温炉中经受包含这种掺杂剂类型的气氛，使得掺杂剂能够积聚在硅基板的表面上并且扩散进入硅基板。传统上，主要通过掩模层来保护硅基板的不要掺杂的子区免于掺杂剂累积和内扩散。例如，适当厚度的氧化硅或氮化硅层用作掩模层。通常可以通过使硅基板依次经受具有不同掺杂剂的不同气氛来在硅基板中产生不同极性的掺杂子区，由此，在每个情况下，先遮蔽不要掺杂的子区。例如可以通过首先在整个区域上均匀地内扩散掺杂剂，然后回蚀刻各个子区，来产生不同的导电性。或者，可以例如通过将掺杂剂带电层设置在要掺杂的子区的表面上，随后将硅基板以及设置在其上的层一起加热，以使掺杂剂从这些层扩散到硅基板中，来产生不同掺杂的子区。
技术实现思路
可能需要一种在硅基板中产生至少两个主要以第一掺杂剂类型掺杂的不同重掺杂的子区的替代方法，其中该硅基板尤其可用于太阳能电池。还可能需要利用上述方法制造太阳能电池的方法以及可以通过上述方法生产的太阳能电池。所述方法可以容易地实现。特别地，可以在一个常规工艺中在硅基板中产生两个、三个或更多个不同掺杂的子区。本专利申请的独立权利要求的方法或太阳能电池可以满足这种需要。在从属权利要求中限定有利的实施例。根据本专利技术的第一方面，提出一种在硅基板中产生至少两个主要以第一掺杂剂类型掺杂的不同重掺杂的子区的方法。该硅基板可以特别地用于制造太阳能电池。该方法包括下面以给定顺序描述的步骤：用硼硅酸盐玻璃的掺杂层至少覆盖所述硅基板的将要在其中产生所述第一掺杂剂类型的较重掺杂的第一子区，其中至少所述硅基板的将要在其中产生第一掺杂剂类型的较轻掺杂的第二子区不被所述掺杂层覆盖，并且其中在所述掺杂层中，包括作与所述第一掺杂剂类型不同的第二掺杂剂类型的掺杂剂并且与所述第一掺杂剂类型极性相反的硼；在炉中在含有大量的第一掺杂剂类型的气氛中将这样制备的硅基板加热到高于800℃，优选高于900℃的温度。根据本专利技术的第二方面，提出一种制造太阳能电池，特别是背接触太阳能电池的方法。该方法包括以下步骤，优选以给定的顺序：提供硅基板；通过根据本专利技术的第一方面的上述方法的实施例，在硅基板中产生至少两个以第一掺杂剂类型不同重掺杂的子区；产生用于电接触硅基板的各个掺杂子区的金属触点。根据本专利技术的第三方面，提出一种硅太阳能电池，特别是背接触太阳能电池，例如IBC太阳能电池。该太阳能电池包括邻近硅基板的表面的至少两个不同重掺杂的主要为n型掺杂的子区。在硅基板的引入较重的n型掺杂的第一子区中，另外引入由n型掺杂来过补偿的弱p型掺杂。在硅基板的引入较轻的n型掺杂的第二子区中，基本上不引入p型掺杂。这里，在第一子区中引入的p型掺杂的掺杂分布呈现为靠近硅基板的表面的掺杂浓度比远离硅基板的表面的掺杂浓度基本上更陡地指数下降。在下文中，使用实施例的例子来说明本专利技术的可能的细节、可能的优点和可能的作用模式。本专利技术的上述方面和实施例的思想可以被认为尤其是基于下面描述的思想和发现。如引言中所述，关于通常在硅基板中产生不同掺杂的子区的太阳能电池的传统制造方法，通常认为必须在几个处理步骤中先后产生各种子区。特别地，似乎不可能在单个处理步骤中产生具有不同掺杂浓度的p型掺杂子区和n型掺杂子区。已经认识到，一方面，通过适当选择用来覆盖硅基板表面要掺杂的各个子区的层，另一方面，通过适当选择加热硅基板以使掺杂剂内扩散时设置的参数，可以实现允许在一个共同的处理步骤中产生几个不同掺杂的子区的协同效果。已经特别地观察到，在适当选择的情况下，沉积在子区上并且其中包括第二掺杂剂类型的掺杂剂的掺杂层可以令人惊讶地具有以下效果：在随后进行的对这样制备的硅基板的加热中，与没有沉积这样的掺杂层时观察到的相比，第一、其他掺杂剂类型的掺杂剂更强地扩散到硅基板中。在此，掺杂层可以被理解为包含大量的掺杂硅的元素即掺杂剂的层。在此，掺杂剂的原子或通常的颗粒可以包括在形成该层的材料中。大多数情况下，掺杂剂的量仅构成该层的一部分，例如，浓度在1e18至1e22cm-3的范围内。可以选择掺杂剂使得包括在该层中的原子或颗粒不显著影响该层本身的电性能。然而，一旦原子或颗粒扩散到相邻的半导体材料中，它们就通过充当电活性杂质而导致掺杂并且因此改变半导体材料的电性能。该层可以例如被实现为在诸如氧化硅、氮化硅或碳化硅的电介质中包括掺杂剂的介电层。或者，可以想到用其它非电介质材料，例如非晶硅，形成掺杂层。在一个具体例子中，例如观察到，其中包括作为第二掺杂剂类型的硼的掺杂化硅层，即硼硅酸盐玻璃(BSG)层，在具有适当选择的层厚度时，具有这样的效果：与观察的子区没有覆盖硼硅酸盐玻璃层的情况相比，作为第一掺杂剂类型的磷在高温下更强烈地从气体气氛扩散到相邻的硅基板中。有趣的是，已经观察到，磷的内扩散不仅比子区完全未被介电层覆盖的情况更强烈，而且也比在硅酸盐玻璃层实际覆盖子区但是其中不含硼的情况更强烈。因此，硼硅酸盐玻璃层似乎实质上促进磷扩散到下面的硅基板中，换句话说，充当一种“扩散催化剂”，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在硅基板(1)中产生至少两个主要以第一掺杂剂类型掺杂的不同重掺杂的子区(3、5)的方法，该方法包括：用硼硅酸盐玻璃的掺杂层(7)至少覆盖所述硅基板(1)的将要在其中产生所述第一掺杂剂类型的较重掺杂的第一子区(3)，其中至少所述硅基板(1)的将要在其中产生所述第一掺杂剂类型的较轻掺杂的第二子区(5)不被所述掺杂层(7)覆盖，并且其中所述掺杂层(7)中包括作为与所述第一掺杂剂类型不同的第二掺杂剂类型的掺杂剂并且与所述第一掺杂剂类型极性相反的硼；在炉中在含有大量的第一掺杂剂类型的气氛中将这样制备的硅基板(1)加热到高于800℃，优选高于900℃的温度。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.07.01 DE 102014109179.51.一种在硅基板(1)中产生至少两个主要以第一掺杂剂类型掺杂的不同重掺杂的子区(3、5)的方法，该方法包括：用硼硅酸盐玻璃的掺杂层(7)至少覆盖所述硅基板(1)的将要在其中产生所述第一掺杂剂类型的较重掺杂的第一子区(3)，其中至少所述硅基板(1)的将要在其中产生所述第一掺杂剂类型的较轻掺杂的第二子区(5)不被所述掺杂层(7)覆盖，并且其中所述掺杂层(7)中包括作为与所述第一掺杂剂类型不同的第二掺杂剂类型的掺杂剂并且与所述第一掺杂剂类型极性相反的硼；在炉中在含有大量的第一掺杂剂类型的气氛中将这样制备的硅基板(1)加热到高于800℃，优选高于900℃的温度。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一掺杂剂类型是磷。3.根据权利要求1或2所述的方法，其中以小于400nm，优选小于100nm的厚度产生所述掺杂层(7)。4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中所述硅基板(1)的加热在炉中的玻璃管内进行，其中所述玻璃管的内侧覆盖有磷层，例如磷玻璃层。5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中所述硅基板(1)的加热在添加有所述第一掺杂剂类型和/或包含所述第一掺杂剂类型的化合物的气氛中进行。6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中在所述硅基板(1)中，另外通过另外包括以下步骤的方法至少产生以第二掺杂剂类型掺杂的第三掺杂子区(15)：在所述加热之前，用作为所述第一掺杂剂类型的扩散阻挡层的另一层(17)覆盖将要产生的所述第三掺杂子区(15)上方的掺杂层(7)。7.根据权利要求6所述的方法，其中用作所述第一掺杂剂类型的扩散阻挡层的所述另一层(17)是介电层，特别是氮化硅层。8.一种生产太阳能电池(100)的方法，包括：提供硅...

【专利技术属性】
技术研发人员：塞巴斯蒂安·格洛格尔，巴巴拉·特赫旦，丹尼尔·佐默，阿克塞尔·埃尔古特，乔希·恩格尔哈特，
申请(专利权)人：康斯坦茨大学，
类型：发明
国别省市：德国;DE