选择性射极太阳能电池的制程制造技术

一种选择性射极太阳能电池的制程，是以氨电浆氮化结晶硅构成的基材形成氮化硅薄层，接着图案化氮化硅薄层成遮阻图像，然后透过遮阻图像将掺杂元素掺杂入基材中，使基材内形成对应于该遮阻图像的区域且电性与基材相反的轻掺杂扩散区，及对应于未被该遮阻图像遮覆的区域且电性与基材相反的重掺杂扩散区，进而形成照光产生光电流的电性接面结构，接着在移除遮阻图像后，对应于该重掺杂扩散区上形成与基材电连接的前电极，以及于基材底面形成与基材电连接的背电极，完成选择性射极太阳能电池的制作。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种太阳能电池的制程，特别是指一种选择性射极太阳能电池 (selective emitter solar cell)的制禾呈。
技术介绍
太阳能电池的种类繁多，其中，结晶硅太阳能电池因为具备光电转换效率佳、基本 技术与半导体相似而成熟度高，以及发电特性安定等特点，是目前市场中占据最大比重的主流广品。参阅图1，结晶硅太阳能电池1的基本结构包含一基材11、一设于该基材11顶面 的前电极12，及一设于该基材11底面的背电极13。该基材11是结晶硅，并经过一致性 (homogeneous)掺杂后形成电性接面结构(p_n junction)，而在照光时产生光电流，该前电 极12、背电极13配合将产生的光电流导出供后续应用。尽管结晶硅太阳能电池1发展成熟且已商品化，但仍有极大的改善空间；其中，选 择性射极(selective emitter)的导入，而制作出如图2所示的选择性射极太阳能电池2， 是最为直接而有效的方法。参阅图2，所谓的选择性射极太阳电池2，是指在基材21对应形成有前电极22的 位置处，掺杂较浓而形成重掺杂扩散区(相对P型基材而言为η++掺杂，阻值约45 50 Ω / sq (欧姆/单位正方))，对应没有前电极22的位置处则掺杂较轻而形成轻掺杂扩散区(相 对P型基材而言为η+掺杂，阻值约110 150 Ω /sq)，有别于目前的结晶硅太阳能电池1的 一致性掺杂，以加深加大基材21的电性接面结构，进而拥有较佳的短波长吸收、较低的漏 电流，以及更高的光转换效率。目前，在基材形成轻、重掺杂扩散区以制作选择性射极太阳能电池的制程，大致有 以下几种1、选用含磷的胶材用网印的方式在对应需形成前电极的区域印出具有预定图 像的胶膜，之后，以胶膜为扩散源辅以高温制程将其中的磷气相向外扩散(Gas-phase out-diffusion)至基材中，让基材对应于印有胶膜处形成重掺杂扩散区，其余区域为轻掺 杂扩散区。这样的制程虽然可用一次的高温扩散同时形成轻、重掺杂扩散区，但是需要精准 的掌握高温扩散的热温度条件，才能达到目标的掺杂浓度，所以较不符量产所需。2、在基材上进行全面性的高浓度掺杂形成高浓度掺杂层，再以网印方式形成阻障 层配合回蚀方式(etching back process)，蚀刻掉部分区域而得到轻、重掺杂扩散区。此制程的缺点是要大面积且均勻地回蚀具有相当的困难度高，同样地不适合量 产；此外回蚀的过程中也有可能伤害例如已形成的表面粗糙结构。3、掺杂前先网印上以二氧化硅(SiO2)为主要构成材料的扩散阻障层，再透过扩散 阻障层将掺杂元素掺杂入基材中，借着网印的扩散阻障层调变掺杂的总量浓度与深度，而 形成轻、重掺杂扩散区。这种制程最大的问题在于网印形成的扩散阻障层的组成元素，会同时在高温制程 中扩散进入基材中，而造成掺杂浓度的不易掌握。4、直接调整SiH4/PH3的比例形成不同浓度的磷玻璃(phosphosilicate glass), 再于预定的区域上布设不同浓度的磷玻璃，然后同样地用高温制程让磷掺杂入基材中而形 成轻、重掺杂扩散区。此制程在量产上最大的障碍在于需要繁复的过程，才能在特定区域上形成浓度不 同之磷玻璃。5、在基材上进行全面性的低浓度掺杂成低浓度掺杂扩散层，再采用含磷之银胶配 合网印制程网印出前电极，最后共烧(co-firing)形成前电极的同时，让磷扩散进入低浓 度掺杂层预定区域而形成轻、重掺杂扩散区。此制程最大优势是只需要更替原制程中形成前电极的银胶，因此可完全兼容于现 有的量产技术；不过，共烧时银的扩散速度高于磷，会造成漏电流恶化，反而让选择性射极 的优点无法显现。6、在基材上进行全面性的低浓度掺杂成低浓度掺杂扩散层，再用激光在预定形成 前电极的区域上蚀刻出沟槽并进行高浓度掺杂成重掺杂扩散区，随后以电镀法填充沟槽形 成埋藏式前电极(buried contact)。此制程的优势在于结合了选择性射极的制作与埋藏式前电极；不过，缺点也在于 因为需要额外的激光蚀刻与掺杂设备，及电镀设备，不仅不兼容于现有的量产技术，且激光 蚀刻的制造成本高，而不利于量产。此外，上述各制程还有一个被隐藏不谈的关键技术，也就是如何在已完成掺杂的 重掺杂扩散区上精准地设置前电极，如此才能降低串联电阻、提高填充因子，确实达成制作 选择性射极的优点，而，以目前都是用网印银胶再烧结形成前电极的方式而言，由于轻、重 掺杂扩散区的位置与浓度并不易掌握，更遑论在已形成的重掺杂扩散区上精准地以银胶网 印出前电极态样了。由上述的说明可知，尽管结晶硅太阳能电池发展成熟且已商品化，但选择性射极 太阳能电池的制程仍有极大的改善空间需要学界、业界努力投入。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是针对上述现有的不足，提供一种制程步骤简易的 选择性射极太阳能电池的制程。为了解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案是一种选择性射极太阳能电 池的制程，包含下列步骤a、在一基材顶面形成一由氮化硅构成并使该基材预定区域裸露的遮阻图像；b、将一掺杂元素透过该遮阻图像掺杂入该基材中，使该基材内对应于该遮阻图像 遮覆的区域形成电性与该半导体材料相反的轻掺杂扩散区，其余对应于未被该遮阻图像遮 覆的区域形成电性与该半导体材料相反的重掺杂扩散区，其中，该重掺杂扩散区的掺杂浓 度大于该轻掺杂扩散区且小于该掺杂元素于该基材的扩散极限值，而使该基材形成照光产 生光电流的电性接面结构；C、移除该遮阻图像；d、对应于该重掺杂扩散区上形成一与该基材电连接的前电极，并于该基材底面形 成一与该基材电连接并与该前电极配合将光电流导出的背电极。本专利技术的有益效果是利用氮化硅构成的遮阻图像作为掺杂时的遮阻，以控制后 续掺杂源的扩散掺杂浓度，同时，掺杂后移除掺杂源时可一并移除作为遮阻的遮阻图像，而 以兼容于现有的量产技术，低成本且高效率的完成选择性射极太阳电池的制作。附图说明图1是现有的结晶硅太阳能电池的示意图。图2是现有的选择性射极太阳能电池的示意图。图3a是本专利技术选择性射极太阳能电池的第一较佳实施例的制作流程图一。图北是本专利技术选择性射极太阳能电池的第一较佳实施例的制作流程图二(接图 3a) ο图4是实施本专利技术选择性射极太阳能电池的第一较佳实施例时，以氨电浆氮化基 材形成氮化硅薄层时，氨电浆的实施功率与实施时间和所成氮化硅薄层的厚度的关系的立 体柱状图。图5是说明氨电浆实施功率为400W且时间为215秒时，氮化形成的氮化硅薄层的 厚度与折射率的均勻度保持在稳定的状态，验证本专利技术选择性射极太阳能电池的第一较佳 实施例符合量产需求的条形图。图6是说明实施本专利技术选择性射极太阳能电池的第一较佳实施例时，氨电浆氮化 基材形成氮化硅薄层时且在固定磷扩散制程下，氨电浆的实施功率与实施时间和所成掺杂 扩散区阻值的关系的立体柱状图。图7是说明实施本专利技术选择性射极太阳能电池的第一较佳实施例时，磷原子分布 状况与文献相吻合，进而验证本专利技术的可行性的SIMS分析图。图8a是说明本专利技术选择性射极太阳能电池的一第二较佳实施例的制作流程图ο图8b是说明本专利技术选择性射极太阳能电池的一第二较佳实施例的制作流程图二 (接图8a)。标号说明1结晶硅太阳能电池12前电极2选择性射极太阳电池211重掺杂扩散区22前本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种选择性射极太阳能电池的制程，其特征在于：包含下列步骤：ａ、在一基材顶面形成一由氮化硅构成并使该基材预定区域裸露的遮阻图像；ｂ、将一掺杂元素透过该遮阻图像掺杂入该基材中，使该基材内对应于该遮阻图像遮覆的区域形成电性与该半导体材料相反的轻掺杂扩散区，其余对应于未被该遮阻图像遮覆的区域形成电性与该半导体材料相反的重掺杂扩散区，其中，该重掺杂扩散区的掺杂浓度大于该轻掺杂扩散区且小于该掺杂元素于该基材的扩散极限值，而使该基材形成照光产生光电流的电性接面结构；ｃ、移除该遮阻图像；ｄ、对应于该重掺杂扩散区上形成一与该基材电连接的前电极，并于该基材底面形成一与该基材电连接并与该前电极配合将光电流导出的背电极。

【技术特征摘要】
1.一种选择性射极太阳能电池的制程，其特征在于包含下列步骤a、在一基材顶面形成一由氮化硅构成并使该基材预定区域裸露的遮阻图像；b、将一掺杂元素透过该遮阻图像掺杂入该基材中，使该基材内对应于该遮阻图像遮覆 的区域形成电性与该半导体材料相反的轻掺杂扩散区，其余对应于未被该遮阻图像遮覆的 区域形成电性与该半导体材料相反的重掺杂扩散区，其中，该重掺杂扩散区的掺杂浓度大 于该轻掺杂扩散区且小于该掺杂元素于该基材的扩散极限值，而使该基材形成照光产生光 电流的电性接面结构；C、移除该遮阻图像；d、对应于该重掺杂扩散区上形成一与该基材电连接的前电极，并于该基材底面形成一 与该基材电连接并与该前电极配合将光电流导出的背电极。2.如权利要求1所述的选择性射极太阳能电池的制程，其特征在于所述步骤a使用 的该基材含硅，且先自该基材顶面氮化形成一氮化硅薄层后，再图案化该氮化硅薄层形成 该遮阻图像。3.如权利要求2所述的选择性射极太阳能电池的制程，其特征在于所述步骤a是选 用P型硅晶圆作为基材，并用氨电浆自该基材顶面氮化形成该氮化硅薄层，其中，该氮化硅 薄层的厚度不大于12nm，且组成是SiNx，0. 2 ^ χ ^ 5. 0 ；且该步骤b中是选择磷、砷、或锑 或其组合作为掺杂元素。4.如权利要求3所述的选择性射极太阳能电池的制程，其特征在于所述步骤b是于 700°C 1050°C将掺杂源中的掺杂元素扩散掺杂入该基材中，且该步骤c选用同时移除遮 阻图像与该掺杂源但不蚀刻基材的蚀刻剂，同步蚀刻移除该遮阻图像与该掺杂源。5.如权利要求2所述的选择性射极太阳能电池的制程，其特征在于所述步骤a是选 用η型硅晶圆作为基材，并用氨电浆自该基材顶面氮化形成该氮化硅薄层，其中，该氮化硅 薄层的厚度不大于12nm，且组成是SiNx，0. 2 ^ χ ^ 5. 0 ；且该步骤b选择硼、铝、镓、铟、或 铊或其组合作为掺杂元素。6.如权利要求5所述的选择性射极太阳能电池的制程，其特征在于所述步骤b于 650°C 1050°C将掺杂源中的掺杂元素扩散掺杂入该基材中，且该步骤c选用同时移除遮 阻图像与该掺杂源但不蚀刻基材的蚀刻剂，同步蚀刻移除该遮阻图像与该掺杂源。7.如权利要求2所述的选择性射极太阳能电池的制程，其特征在于所述步骤a移除 该氮化硅薄层预定区域使该基材表面对应的区域裸露后，还自该基材表面对应的区域向下 移除预定厚度的基材结构而成一没有被该遮阻图像遮覆的预备渠道，且该步骤d是将导电 材料填置于该预备渠道中形成该前电极。8.如权利要求7所述的选择性射极太阳能电池的制程，其特征在于所述步骤a选用ρ 型硅晶圆作为基材，并用氨电浆自该基材顶面氮化形成该氮化硅薄层，其中，该氮化硅薄层 的厚度不大于12nm，且组成是SiNx，0. 2 ^ χ ^ 5. 0 ；且该步骤b是选择磷、砷、或锑或其组 合作为掺杂元素。9.如权利要求8所述的选择性射极太阳能电池的制程，其特征在于所述步骤b于 700°C 1050°C将掺杂源中的掺杂元素扩散掺杂入该基材中，且该步骤c选用同时移除遮 阻图像与该掺杂源但不蚀刻基材的蚀刻剂，同步蚀刻移除该遮阻图像与该掺杂源。10.如权利要求9所述的选择性射极太阳能电池的制程，其特征在于所述步骤d是在移除遮阻图像后的具有预备渠道的基材上以喷洒或印刷方式形成一由导电材料构成且需 填充该预备渠道的导电层，再自导电层向下蚀刻到至少能除去在非预备渠道区域的导电层 层体且同时能保留在预备渠道内的导电材料，而形成该前电极。11.如权利要求9所述的选择性射极太阳能电池的制程，其特征在于所述步骤d是先 在步骤c之前进行，且在移除遮阻图像前的具有预备渠道的基材上以喷洒或印刷方式形成 一由导电材料构成且需填充该预备渠道的导电层，再自导电层向下蚀刻到至少能除去在非 预备渠道区域的导电层层体且同时能保留在预备渠道内的导电材料，而形成该前电极。12.如权利要求7所述的选择性射极太阳能电池的制程，其特征在于所述步骤a是选 用η型硅晶圆作为基材，并用氨电浆自该基材顶面氮化形成该氮化硅薄层，其中，该氮化硅 薄层的厚度不大于12nm，且组成是SiNx，0. 2彡χ彡5.0 ；且该步骤b是选择硼、铝、镓、铟、 或铊或其组合作为掺杂元素。13.如权利要求12所述的选择性射极太阳能电池的制程，其特征在于所述步骤b是 于650°C 1050°C将掺杂源中的掺杂元素扩散掺杂入该基材中，且该步骤c是选用同时移 除遮阻图像与该掺杂源但不蚀刻基材的蚀刻剂，同步蚀刻移除该遮阻图像与该掺杂源。14.如权利要求13所述的选择性射极太阳能电池的制程，其特征在于所述步骤d是 在移除遮阻图像后的具有预备渠道的基材上以喷撒或印刷方式形成一由导电材料构成且 需填充该预备渠道的导电层，再自导电层向下蚀刻到至少能除去在非预备渠道区域的导电 层层体且同时能保留在预备渠道内的导电材料，而形成该前电极。15.如权利要求13所述的选择性射极太阳能电池的制程，其特征在于所述步骤d是 先在步骤c之前进行，且在移除遮阻图像前的具有预备渠道的基材上以喷撒或印刷方式形 成一由导电材料构成且需填充该预备渠道的导电层，再自导电层向下蚀刻到至少能除去在 非预备渠道区域的导电层层体且同时能保留在预备渠道内的导电材料，而形成该前电极。16.如权利要求1所述的选择性射极太阳能电池的制程，其特征在于所述步骤a使用 的该基材含硅，且先于该基材上形成一使该基材对应于该遮阻图像区域裸露的屏蔽层后， 于该基材未被该屏蔽层遮覆的区域顶面氮化形成该遮阻图像后，移除该屏蔽层。17.如权利要求16所述的选择性射极太阳能电池的制程，其特征在于所述步骤a是 选用P型硅晶圆作为基材，并用氨电浆自该基材顶面氮化形成该遮阻图像，其中，该遮阻图 像的厚度不大于12nm，且组成是SiNx，0. 2 ^ χ ^ 5. 0 ；且该步骤b选择磷、砷、或锑或其组 合作为掺杂元素。18.如权利要求17所述的选择性射极太阳能电池的制程，其特征在于所述步骤b是 于700°C 1050°C将掺杂源中的掺杂元素扩散掺杂入该基材中，且该步骤c选用同时移除 遮阻图像与该掺杂源但不蚀刻基材的蚀刻剂，同步蚀刻移除该遮阻图像与掺杂源。19.如权利要求16所述的选择性射极太阳能电池的制程，其特征在于所述步骤a选 用η型硅晶圆作为基材，并用氨电浆自该基材顶面氮化形成该遮阻图像，其中，该遮阻图像 的厚度不大于12nm，且组成是SiNx，0. 2 ^ χ ^ 5. 0 ；且该步骤b选择硼、铝、镓、铟、或铊或 组合作为掺杂元素。20.如权利要求19所述的选择性射极太阳能电池的制程，其特征在于所述步骤b于 650°C 1050°C将掺杂源中的掺杂元素扩散掺杂入该基材中，且该步骤c选用同时移除遮 阻图像与该掺杂源但不蚀刻基材的蚀刻剂，同步蚀刻移除该遮阻图像与掺杂源。21.如权利要求16所述的选择性射极太阳能电池的制程，...

【专利技术属性】
技术研发人员：巫勇贤，王立康，荆凤德，
申请(专利权)人：国立清华大学，
类型：发明
国别省市：71[中国|台湾]