制造钝化太阳能电池的方法及所得的钝化太阳能电池技术

制造钝化太阳能电池的方法包括以下步骤：(1)在半导体衬底的设置有纹理化表面的第一侧面上提供导电区域，该导电区域包括p型电导率的掺杂剂原子，特别是硼；(2)通过施加隧道电介质层和多晶硅层并进行退火以便将掺杂剂原子从导电区域扩散到多晶硅层中来提供钝化层。氢化氮化硅或氮氧化硅层可以存在于多晶硅层的顶部上。所形成的太阳能电池具有显著增加的电荷载流子寿命，并因此提高了开路电压。

The method of manufacturing passivated solar cell and the obtained passivated solar cell

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】制造钝化太阳能电池的方法及所得的钝化太阳能电池专利
本专利技术涉及一种制造钝化太阳能电池的方法，其包括以下步骤：-在半导体衬底的第一侧面上提供导电区域；-在第一侧面上提供钝化层(passivation)。本专利技术还涉及一种太阳能电池，其包括具有第一侧面和相对的第二侧面的半导体衬底，该第一侧面设置有纹理化表面，其中具有p型电导率并限定发射区(emitter)的导电区域存在于该衬底的第一侧面上，该第一侧面上覆盖着钝化层，其中隧道电介质和多晶硅层存在于衬底的第二侧面上，该多晶硅层中掺杂有n型掺杂剂，其中该第二侧面上的触点延伸到多晶硅层中而不延伸到该半导体衬底中。专利技术背景最近，效率更高的新型太阳能电池已经商业化，该新型电池被称为PERT电池类型或PERC电池类型。在这两种电池类型中，发射区都存在于第一侧面，并且设置有在第一侧面上与之接触的触点。在第二后侧面处，太阳能电池的整个表面区域或部分表面区域上存在触点。在另一个实施例中，多晶硅层存在于该后触点和该衬底之间。该多晶硅层通过隧道电介质而与衬底分离。在这种情况下，后接触金属被认为没有必要在整个后侧面上延伸，但是通常多晶硅层确实在第二后侧面的整个表面上延伸。在某些实施例中，在后侧面上也可以有相反极性的触点，以形成例如在US7,468,485中所示的实施例中的叉指背接触(IBC(interdigitatedbackcontact))结构。多晶硅层与隧道电介质的结合使用提高了太阳能电池的效率和太阳能电池中少数载流子寿命。太阳能电池的效率会被电荷载流子的复合所降低。这种复合尤其发生在半导体衬底的晶格被破坏的表面处。隧道电介质有效地限制电荷载流子的表面复合，因为隧道电介质和多晶硅叠层通过隧道电介质(例如隧道氧化物)而将触点与下面的衬底屏蔽开。隧道氧化物是一层氧化物，其非常薄以至于电子直接隧穿过它的可能性非常高；隧道氧化物的厚度小于约3.0nm，通常为1-2nm。多晶硅限定了与隧道电介质接触的接触表面。多晶硅可以在沉积后退火，以提高其结晶度和/或其晶畴(domain)的尺寸。在20世纪80年代后期，这种结构被专利技术用来制造用于CMOS技术中的双极性设备中的具有磷掺杂的多晶硅的多晶硅发射区，其中薄的电介质层、隧道电介质的引入用于对电子和空穴进行非常有效的电荷分离，从而显著提高这些晶体管的电流增益。对于太阳能电池设备，已经在20世纪90年代提出了类似的结构。在US5057439中，提出了在太阳能电池中使用多晶硅发射区。本征多晶硅不是良导体。因此，通常会添加掺杂剂。当多晶硅具有大的表面积时，它可以包含具有不同电导率的畴，例如诸如在US7,468,485中所提出的。n型掺杂剂通常是含磷的，并且p型掺杂剂通常是硼，尽管不排除其他掺杂剂。已知多种掺杂材料的方法。掺杂多晶硅最常见的工艺是通过扩散法。在此，未掺杂的本征多晶硅被沉积。此后，掺杂剂以形成硅酸盐玻璃(通常是硼硅酸盐玻璃(BSG)或磷硅酸盐玻璃(PSG))的方式被沉积。随后，退火在例如950℃下在1小时内完成。其结果是，掺杂剂扩散到多晶硅中，这导致了足够高的电导率。退火后，多晶硅与金属化物(metallization)接触。如本领域技术人员本身所知，需要结合合适的金属化方案。在这种类型的太阳能电池中，在金属化物通过隧道电介质而间接连接到衬底的情况下，触点由此被“钝化”，这意味着更少的电池电流可以在触点处复合。因此，这些触点也被称为“钝化触点”。如US7,468,485所示，衬底的第一侧面也可以设置有隧道电介质和多晶硅层。利用臭氧施加大约1nm厚度的隧道电介质，并且利用常压化学气相沉积(APCVD)施加20nm厚度的多晶硅层。该APCVD工艺用于以单侧面的方式施加隧道电介质和多晶硅层。由此，在第一侧面上施加隧道电介质和多晶硅层之前，隧道电介质和多晶硅的叠层被施加到第二侧面上并设置有掺杂剂源。尽管单侧面工艺的顺序似乎是足够的，但APCVD有明显的缺点。首先，有效的沉积过程是缓慢的，这也是因为太阳能电池不是如在LPCVD或PECVD中以晶片舟(waferboat)布置，而是以平面布置被布置。其次，这些层不是无瑕疵地沉积，而是沉积有针孔。当产生隧道电介质以限定钝化触点时，针孔的存在容易降低钝化质量。这就是通过臭氧来施加隧道氧化物的原因。然而，臭氧处理需要在单独的反应器中的处理，这也是没有效率的。基于更高效的化学气相沉积工艺(如PECVD，尤其是LPCVD)来创建过程对于效率而言比较好。此外，在US7,468,485的工艺中，第一侧面上的多晶硅层是n型掺杂的。这是通过在多晶硅层的顶部上施加掺杂层来实现的，该掺杂层随后再次被去除。在该工艺中，如第2列第29-31行中所述，n型掺杂的多晶硅层取代了传统上施加到半导体衬底中的发射区。这个工艺不被认为是最佳的，特别是对于在第一侧面上的p型掺杂来讲不是最佳的。首先，去除20nm厚的多晶硅层上的掺杂层(通常是玻璃)会趋于导致多晶硅层的厚度的不均匀性和/或其它损坏，例如由于厚度的不均匀性，掺杂剂从玻璃强烈地向内扩散到多晶硅中，并通过隧道氧化物进入衬底中。此外，玻璃的形成和去除倾向于去除10-20nm的多晶硅，如果想要最终得到厚度均匀的20nm的薄层，这就产生了一个大问题。由于第一侧面是用于捕获辐射的，这种损坏将减少入射辐射的光学透射，从而降低太阳能电池的效率。此外，众所周知，多晶硅层的硼型掺杂难以均匀地制造。该掺杂倾向于移动到与隧道电介质和/或晶界的界面。这使得在多晶硅层沉积期间原位掺杂多晶硅层相当有问题，除非使用如申请人的非预先公开的申请PCT/NL2016/50665中所述的特定沉积工艺。最近，在第一侧面和第二侧面上都具有多晶硅层的钝化太阳能电池的另外的例子已经公布，例如，RPeibst等人在2016年7月22日第32届欧洲光伏太阳能会议上发布的，和M.K.Stodolny等人在SolarEnergyMaterials&SolarCells，第153期(2016年)，第24-28页中公布的。Peibst等人报告了多晶硅层的厚度到值20nm的减小，这对光学透明度而言正是需要的。因此，该论文指出需要沉积透明的导电氧化物以获得额外的横向电导率(lateralconductivity)。在其顶部，提供氮化硅层作为覆盖层(cappinglayer)。多晶硅层用离子注入进行异位掺杂，或者原位掺杂。在后一种工艺中，隧道电介质被施加作为湿法化学氧化物(wetchemicaloxide)。它将在多晶硅层的退火步骤中生长。Peibst等人将得到的横截面图作为目标电池结构显示。然而，既没有指定使用哪个工艺选项来生成该目标结构，也没有给出目标结构确实被实现的任何指示。因此，希望提供一种在太阳能电池的衬底的第一侧面上提供p型掺杂多晶硅层的另一种工艺，其中特别不需要去除在多晶硅层的顶部上的层。专利技术概述因此，本专利技术的第一个目的是提供在开头段落中详述类型的改进工艺，以便在衬底的第一侧面上提供p型掺杂的多晶硅。本专利技术的另一个目的是利用该改进的工艺提供太阳能电池。根据第一方面，本专利技术为此提供了制造钝化太阳能电池的方法，其包括在半导体衬底的第一侧面上提供导电区域和在第一侧面上提供钝化层的步骤，其中导电区域包括具有p型电本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种制造钝化太阳能电池的方法，包括以下步骤：‑在半导体衬底的设置有纹理化表面的第一侧面上提供导电区域；‑在所述第一侧面上提供钝化层，其中：‑所述导电区域包括p型电导率的掺杂剂原子，‑所述钝化层是通过施加隧道电介质层和多晶硅层并进行退火以便将掺杂剂原子从所述导电区域扩散到所述多晶硅层中来提供的。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2017.02.10 NL 20183561.一种制造钝化太阳能电池的方法，包括以下步骤：-在半导体衬底的设置有纹理化表面的第一侧面上提供导电区域；-在所述第一侧面上提供钝化层，其中：-所述导电区域包括p型电导率的掺杂剂原子，-所述钝化层是通过施加隧道电介质层和多晶硅层并进行退火以便将掺杂剂原子从所述导电区域扩散到所述多晶硅层中来提供的。2.根据权利要求1所述的方法，其中在所述多晶硅层上施加氢化氮化物或氮氧化物，优选为氢化氮化硅。3.根据权利要求1-2所述的方法，其中所述隧道电介质层是通过热氧化施加的隧道氧化物。4.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其中所述导电区域是通过使用热处理将硼扩散到所述半导体衬底中来施加的。5.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，其中所述隧道电介质和所述多晶硅层被施加在所述第一侧面和相对的第二侧面上。6.根据权利要求5所述的方法，其中，在退火步骤之前，将所述第一侧面的所述多晶硅层回退减薄，使得在所述第一侧面上的所述多晶硅层比在所述第二侧面上的多晶硅层薄。7.根据权利要求5或6所述的方法，其中在所述第二侧面上的多晶硅层掺杂有n型电导率的掺杂剂原子，优选为含磷的掺杂剂原子。8.根据前述权利要求特别是权利要求6和7中任一项所述的方法，其中所述多晶硅层设置有蚀刻停止界面，并且其中所述钝化层的所述多晶硅层回退减薄到所述蚀刻停止界面，并且所述蚀刻停止界面优选地是存在于多晶硅的第一子层和第二子层之间的中间电介质层。9.根据权利要求6-8所述的方法，其中对所述多晶硅层的n型掺杂在所述多晶硅层的沉积期间被施加，使得所述多晶硅层的第一子层相比于第二子层具有更低的n型掺杂浓度，并且其中所述第二子层在沉积之后被从所述第一侧面上去除，其中优选地，所述多晶硅层的所述第一子层基本上在没有掺杂的情况下被施加，或者可替代地，其中所述第一子层在其施加期间利用p型掺杂剂特别是硼进行掺杂。10.根据权利要求6-9中任一项所述的方法，其中在所述第二侧面上的所述多晶硅层在其沉积后通过离子注入的方式被掺杂，其中所述离子注入优选地以使得所述第二侧面上的所述多晶硅层的至少顶部部分非晶化的方式被施加。...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗纳德·科内利斯·杰拉德·纳贝尔，约翰尼斯·莱茵德·马克·卢奇斯，马泰恩·莱内斯，
申请(专利权)人：泰姆普雷斯艾普公司，
类型：发明
国别省市：荷兰,NL