用低温精密回蚀和钝化过程制备的具有选择性发射极的晶体硅光伏电池制造技术

在光伏(PV)晶体硅半导体晶片中形成选择性发射极的方法，包括在晶片的前侧面上形成掩模以在前侧面上产生遮蔽和未遮蔽区域。在前侧面的未遮蔽区域电化学形成第一氧化硅层，使得氧化硅层至少延伸至晶片的发射极中的盲区。除去掩模并回蚀第一氧化硅层直至基本除去全部第一氧化硅层。然后在前侧面上电化学形成第二氧化硅层，使得第二氧化硅层具有足够的厚度以钝化前侧面。所述方法可选择性地包括：通过在没有半导体结的PV晶体硅半导体晶片的未遮蔽区域中电化学形成的第一氧化硅层扩散掺杂剂从而形成发射极，然后回蚀第一氧化硅层并用电化学形成的第二氧化硅层钝化。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术一般涉及半导体器件，更具体涉及具有选择性发射极的高效光伏(PV)电 池。
技术介绍
晶体硅光伏(PV)电池通常具有可接受光线的前侧面和与前侧面相反的后侧面。 前侧面是PV电池的发射极的部分并具有形成于其中的多个电接触。后侧面具有至少一个 电接触。前侧面和后侧面上的电接触用于将PV电池连接至外部电路。前侧接触通常形成为延伸穿过整个前侧面的多个平行隔开的“指状物”。通过将金 属糊料以所需图案丝网印刷至前侧面上形成指状物。金属糊料扩散至前侧面中使得仅少部 分的糊料留在前侧面上，该少部分被视为指状物或上述线条。提供额外的糊料以产生垂直 于指状物延伸的母线，以收集来自指状物的电流。母线通常比指状物宽以使其能够承载从 指状物集合的电流。电接触和母线不透明且为发射极遮蔽光线，这使得用于光聚集的有效发射极区域 的光线减少。因此，衬底前侧上由丝网印刷的指状物和母线占据的区域已知为阴影区，因为 形成指状物和母线的不透明糊料阻止太阳辐射到达该区域中的发射极。阴影区使器件的电 流产生能力降低。现代太阳能电池衬底阴影区域占据6%至10%的可用活性比表面积。尽管以大容量制备硅晶电池，但需要提高其效率并降低其制造成本以使光伏能 源成本更具竞争性。前侧金属化的优化是一种减少由金属接触占据的阴影区域的方式。 阴影区域的减少增加了 PV电池的电流和电压，因为其增加了太阳辐射所能到达的衬底的 表面积，并同样减少了接触糊料向衬底前表面中的扩散，扩散对电荷复合具有不利作用。 PV电池的前侧和后侧上的电荷复合可通过使用工业可用的技术和设备用薄层介电材料 (例如 Si02、SiNx、SiC)钝化而大大减少(S. W. Glunz 等人，“Comparison of different dielectric passivation layers for application in industrialIy feasible high-efficiency crystalline solar cells,20th European Solar Conference and Exhibition, 6 月 6-10 日，2005，巴塞罗那)。由于发射极厚度的限制，传统的丝网印刷技术在太阳能电池效率的改进上存在局 限性。在丝网印刷指状物烧制过程中，当发射极厚度小于金属糊料的扩散深度时，产生通过 ρ/η结的电分流(electrical shunting)。因此现代丝网印刷技术允许制备具有发射极薄 层电阻通常不超过650hm/sq的太阳能电池。这对应发射极厚度为大于0.2微米。同时，已 知具有大于lOOOhm/sq的薄层电阻和小于0. 2微米的厚度的发射极提供基本有益的电池效 率，主要原因在于蓝色光谱区域中较低的光学损失。具有这些性质的发射极已知为浅结发 射极(shallow emitter)。因此，为了提高使用传统丝网印刷金属化的太阳能电池的转化效 率，可优化发射极的设计参数，使得在丝网印刷指状物下方发射极厚度足够大，而在光线照 射区域发射极厚度则薄得多。具有这些不同厚度的发射极已知为选择性发射极。在选择性发射极中，集电指状物和母线下方区域中足够的发射极厚度和高掺杂剂浓度确保半导体衬 底和指状物与母线之间的低电阻电接触，而不会分流ρ/η结。尽管选择性发射极的使用被 证实能够有效改善PV电池的效率，但实践中选择性发射极的实施相当复杂。另一个改善太阳能电池性能的方法包括回蚀发射极的盲区，在发射极中仅留下掺 杂剂浓度减少区。当掺杂剂扩散至材料中时，在半导体材料中形成盲区或掺杂剂浓度相对 恒定区。掺杂剂浓度减少区紧邻盲区形成。盲区具有相对高的掺杂剂浓度。在该区中极易 发生电荷复合，这是不希望的。因此，本领域中通常试图使用传统蚀刻法除去该区，从而仅 留下掺杂剂浓度减少区。传统的回蚀法基于湿蚀刻或涉及高温的等离子体蚀刻方法，其需 要昂贵的设备和特定的步骤并且与多晶硅半导体材料不相容。此外，这些方法可导致浓度 减少区的部分变薄。因此不能精确控制发射极的厚度，因此在制备中难以达到制造公差。Ruby 等人的名称为Silicon solar cells made by a self-aligned, selective-emitter,plasma-etchback5, 871, 591 了？ 禾口选择性发射极的方法。该方法使用重掺杂的发射极的等离子体蚀刻来改善其性能。使用丝 网印刷的金属图案(也被称作太阳能电池的栅极)以遮蔽等离子体蚀刻，从而仅蚀刻在栅 极之间的发射极区域，而栅极下方的区域维持重掺杂以在衬底和丝网印刷的金属栅极之间 提供低的接触电阻。该方法可能是低成本方法，因为其不需要使重掺杂区域与丝网印刷图 案精密对准。蚀刻发射极之后，通过等离子体增强化学气相沉积来沉积氮化硅，以产生抗反 射涂层。然后在合成气中使太阳能电池退火。提出的等离子体回蚀法使发射极表面上掺杂 剂浓度大幅降低，由于减少了表面电荷复合，这改善了发射极的掺杂属性并使太阳能电池 效率相应改善。虽然该方法允许选择性发射极的制造和太阳能电池效率的提高，其缺点在 于不能在回蚀处理之后针对发射极的最终厚度提供足够的控制。该缺点导致制造的PV电 池的性质重现性差。Ruby 等人的名称为Silicon solar cells made by a self-aligned, selective-emitter,plasma-etchback process的美国专利 6，091，021 描述了 PV 电池和 制备PV电池的方法，其中使用PV电池的金属化栅极以遮蔽PV电池的部分发射极区域，以 允许选择性蚀刻区域。与具有均勻的发射极重掺杂的PV电池相比，自对准的选择性蚀刻允 许增强的蓝光响应(blue response)，而在栅极线下方的区域中保留更重的掺杂，这对于低 的接触电阻来说是需要的。该方法可代替用于获得选择性蚀刻发射极的难对准的方法，并 易于与现存的等离子体处理方法和技术结合。该方法使发射极表面上掺杂浓度大幅降低， 由于减少的表面电荷复合，这改善了发射极的掺杂分布并使太阳能电池效率相应改善。然 而，所提出的方法同样不能在回蚀处理之后针对发射极的最终厚度提供足够的控制，导致 制备的PV电池的性质重现性差。Horzel 等人的名禾尔为Semiconductor device with selectively diffused regions”的美国专利6，552，414和6，825，104描述了具有两个具有不同掺杂程度的选择性 扩散区域的PV电池。使用第一丝网印刷过程将固体基掺杂剂源沉积在衬底上。在特定提 供的气氛中使来自掺杂剂源的掺杂剂原子扩散至太阳能电池的前侧中，以产生两个具有不 同掺杂剂浓度的区域掺杂剂源下方的高掺杂剂浓度区域和太阳能电池剩余前侧上的低掺 杂剂浓度区域。第二丝网印刷过程沉积精确对准的金属化图案，以确保丝网印刷的指状物 和母线与发射极的高掺杂剂浓度区域接触。然而，通过这些方法，非常难以确保发射极性质(特别是选择性浅结发射极区域的厚度)的足够的重现性。
技术实现思路
根据本专利技术的一个方面，提供在光伏晶体硅半导体晶片中形成选择性发射极的方 法，所述光伏晶体硅半导体晶片具有前侧面和本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种在光伏晶体硅半导体晶片中形成选择性发射极的方法，所述光伏晶体硅半导体晶片具有：前侧面和后侧面、所述前侧面和后侧面之间的结以及所述结和所述前侧面之间的发射极，其中所述发射极具有扩散的掺杂剂浓度分布，使得所述发射极具有直接位于所述前侧面下方的盲区以及邻近所述盲区的掺杂剂浓度减少区，其中所述盲区中所述扩散的掺杂剂浓度相对恒定，而在所述掺杂剂浓度减少区中所述扩散的掺杂剂浓度减少，所述方法包括：在所述前侧面上形成掩模以在所述前侧面上产生遮蔽和未遮蔽区域；在所述前侧面的所述未遮蔽区域电化学形成第一氧化硅层，使得所述氧化硅层至少延伸至所述发射极中的盲区；除去所述掩模；回蚀所述第一氧化硅层直至基本除去全部所述第一氧化硅层；和在所述回蚀之后，在前侧面上电化学形成第二氧化硅层，所述第二氧化硅层具有足够的厚度以钝化所述前侧面。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种在光伏晶体硅半导体晶片中形成选择性发射极的方法，所述光伏晶体硅半导体 晶片具有前侧面和后侧面、所述前侧面和后侧面之间的结以及所述结和所述前侧面之间 的发射极，其中所述发射极具有扩散的掺杂剂浓度分布，使得所述发射极具有直接位于所 述前侧面下方的盲区以及邻近所述盲区的掺杂剂浓度减少区，其中所述盲区中所述扩散的 掺杂剂浓度相对恒定，而在所述掺杂剂浓度减少区中所述扩散的掺杂剂浓度减少，所述方 法包括在所述前侧面上形成掩模以在所述前侧面上产生遮蔽和未遮蔽区域；在所述前侧面的所述未遮蔽区域电化学形成第一氧化硅层，使得所述氧化硅层至少延 伸至所述发射极中的盲区；除去所述掩模；回蚀所述第一氧化硅层直至基本除去全部所述第一氧化硅层；和在所述回蚀之后，在前侧面上电化学形成第二氧化硅层，所述第二氧化硅层具有足够 的厚度以钝化所述前侧面。2.根据权利要求1所述的方法，其中电化学形成所述第一氧化硅层和所述第二氧化硅 层至少之一包括使所述前侧面与电解质表面电接触，同时在所述电解质和所述晶片的所述 后侧面之间施加电势，直至通过所述晶片的电流符合标准。3.根据权利要求2所述的方法，其中电化学形成所述第一氧化硅层和所述第二氧化硅 层至少之一包括施加所述电势直至通过所述晶片的所述电流小于参考值。4.根据权利要求3所述的方法，其中电化学形成所述第一氧化硅层包括将所述参考值 设定为对应所述氧化硅层的厚度的值，所述第一氧化硅层的厚度大致对应至少所述盲区的 厚度。5.根据权利要求2所述的方法，其中电化学形成所述第一氧化硅层和所述第二氧化硅 层至少之一包括随着所述第一氧化硅层和所述第二氧化硅层至少之一的生长改变所述电势。6.根据权利要求5所述的方法，其中改变所述电势包括在约20伏特至约500伏特之间 改变所述电势。7.根据权利要求1所述的方法，其中电化学形成所述第一氧化硅层包括电化学形成所 述第一氧化硅层直至所述第一氧化硅层具有约Inm至约500nm的厚度，其中形成所述第二 氧化硅层包括电化学形成所述第二氧化硅层直至所述第二氧化硅层具有约Inm至约30nm 的厚度。8.一种用作光伏电池的光伏晶体硅半导体晶片的制备方法，包括进行如权利要求1至 7中任一项所述的方法，还包括在所述前侧面施加抗反射涂层。9.根据权利要求8所述的方法，还包括在所述前侧面和后侧面上形成电接触，其中在 所述前侧面中形成的所述电接触在所述半导体晶片的被所述掩模覆盖的区域中形成，在所 述后侧面中形成的所述电接触均勻贯穿所述后侧面形成。10.根据权利要求1所述的方法，其中形成所述掩模包括将糊料印刷至所述前侧面上。11.根据权利要求10所述的方法，其中印刷所述糊料包括将所述糊料印刷成线。12.一种光伏电池的制备方法，包括进行如权利要求1、10或11中任一项所述的方法， 还包括在所述前侧面施加抗反射涂层。13.一种光伏电池的制备方法，包括进行如权利要求8或12所述的方法，还包括在所 述前侧面和后侧面上形成电接触，其中在所述前侧面中形成的所述电接触在所述发射极的 被所述掩模覆盖的区域中形成，在所述后侧面中...

【专利技术属性】
技术研发人员：利奥尼德·B·鲁宾，布拉姆·萨德利克，亚历山大·奥西波夫，
申请(专利权)人：达伊四能量有限公司，
类型：发明
国别省市：CA