使用一组硅纳米颗粒流体以原位控制一组掺杂剂扩散分布的方法技术

本发明专利技术公开了形成多掺杂结的方法。所述方法包括提供第一基板和第二基板。所述方法还包括将第一油墨沉积在所述第一基板和所述第二基板中的每一个的第一表面上，所述第一油墨包含第一组纳米颗粒和第一组溶剂，所述第一组纳米颗粒包含第一浓度的第一掺杂剂。所述方法还包括将第二油墨沉积在所述第一基板和所述第二基板中的每一个的第二表面上，所述第二油墨包含第二组纳米颗粒和第二组溶剂，所述第二组纳米颗粒包含第二浓度的第二掺杂剂。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本公开一般涉及p-n结，具体地讲涉及使用一组硅纳米颗粒流体以原位控制ー组掺杂剂扩散分布的方法。专利技术背景 太阳能电池将太阳能直接转化为直流电能。一般被构造成光电ニ极管的太阳能电池允许光透入金属触点附近，使得生成的载流子例如电子或空穴(不含电子)可按电流形式来提取。与大多数其它ニ极管一祥，光电ニ极管通过组合P型和η型半导体以形成结而形成。因此电场(或内置电位)中结的P-型侧上的电子可被吸引到η-型区域(通常掺入有磷)并受到P-型区域(通常掺入有硼)排斥，而电场中结的η-型侧上的空穴因此可被吸引到P-型区域并受到η-型区域排斥。通常，η型区域和/或P-型区域可各自分别包含不同水平的相对惨杂剂浓度，通常显不为η-、η+、η++、ρ-、ρ+、ρ++等。内置电位并且因此电场大小通常取决于两个相邻的层之间的掺杂水平。实质地影响太阳能电池性能的载流子寿命(或复合寿命)被定义为过剩少数载流子(半导体区域中的非主导载流子)复合而导致电流无法传导所经历的平均时间。同样，扩散长度为载流子复合前迁移的平均距离。一般来讲，尽管提高掺杂剂浓度会改善导电性，但其往往也会增加复合。因此，复合寿命或复合长度越短，金属区域一定就越接近生成载流子的位置。常规的太阳能电池一般在掺入有第一掺杂剂(通常为硼)从而形成吸收体区域的硅基板上配置有一组前后金属触点，第二反掺杂剂(通常为磷)则散布在其上面而形成发射 极区域，以便完成P-n结。在添加钝化和减反射涂层后，可添加金属触点(发射极上的细栅和主栅以及吸收体背部的垫片)以便提取生成的电荷。在可供选择的背接触式太阳能电池构型中，所有金属触点都以交指型方式被定位在掺杂基板的背面上。即，交织交替的η-型区域和P-型区域。一般来讲，掺杂区域内低浓度的(取代型)掺杂剂原子会导致低复合(从而得到更高的太阳能电池效率)以及与金属电极的不良电接触二者。相反地，高浓度的(取代型)掺杂剂原子将导致高复合(从而降低太阳能电池效率)以及与金属电极的低电阻欧姆接触二者。通常，为了降低制造成本，単一(不是最理想的)掺杂剂扩散一般用于形成发射极，掺杂浓度按低复合和低电阻欧姆接触间的折衷进行选择。因此，所得的太阳能电池效率(转换成电的日光的百分比)会降低。就常规的太阳能电池构型而言，BSF (背表面场)的存在也会影响效率，或者就背接触式太阳能电池构型而言，FSF (前表面场)的存在也会影响效率。表面场被构造成可通过形成排斥来自表面区域和表面上的金属化区域的少数载流子的电场以有助于最小化载流子复合。使用与吸收体区域中相同类型的掺杂剂形成表面场中的掺杂剂原子浓度时，该掺杂剂原子浓度通常选择为高于用来掺杂吸收体区域的浓度。就BSF而言，由于通常使用铝，因此所得的电导率和排斥BSF少数载流子的电场特性(即，场强和场均匀性)可能不是最适用于高效率(即，>17%)太阳能电池。通常，铝通过丝网沉积到太阳能电池背面上来施加，然后在带式炉中与正面金属触点(通常由丝网印刷的银浆形成)共焙烧。铝原子(熔融温度显著低于硅)趋于扩散到硅基板内并且合并到硅晶体中。然而，铝为约25X 106(1/°C)的热膨胀系数是硅的热膨胀系数的约10倍，这继而会由于焙烧过程导致基板显著弯曲。即，由于基板厚度减小以及铝厚度增大，基板弯曲的量将会增大，从而使基板不适用于模块构造。此外，铝BSF往往还会导致太阳能电池效率损失，因为通过晶片传播并被铝吸收 的任何光的光子不可用于载流子生成。根据前述内容，希望提供使用一组硅纳米颗粒流体以原位控制前表面和后表面掺杂剂扩散分布的方法。专利技术概述在一个实施方案中，本专利技术涉及并公开了形成多掺杂结的方法。该方法包括提供第一基板和第二基板。该方法还包括将第一油墨沉积在第一基板和第二基板中的每一个的第一表面上，第一油墨包含第一组纳米颗粒和第一组溶剂，第一组纳米颗粒包含第一浓度的第一掺杂剂。该方法还包括将第二油墨沉积在第一基板和第二基板中的每一个的第二表面上，第二油墨包含第二组纳米颗粒和第二组溶剂，第二组纳米颗粒包含第二浓度的第二掺杂剂。该方法还包括将第一基板和第二基板以背对背构型放置；以及将第一基板和第二基板在第一驱入环境中加热至第一温度并持续第一时间段。该方法还包括将背对背构型的第一基板和第二基板暴露于沉积环境并持续第二时间段，沉积环境包含P0C13、N2载气、主要N2气体和反应性O2气体；以及将第一基板和第二基板在第二驱入环境中加热至第三温度并持续第三时间段。附图简述图I示出了具有选择性发射极和毯式BSF的太阳能电池的简图；图2示出了根据本专利技术的、配有多种硅纳米颗粒流体构型的八组结晶硅基板的简图；图3示出了根据本专利技术的背对背扩散的简图；图4示出了根据本专利技术的、各自暴露于不同硅油墨扩散过程的三组硅基板的简图；图5示出了根据本专利技术的、各自暴露于具有不同硅油墨硼掺杂剂浓度的相同硅油墨扩散过程的三组硅基板的简图；图6示出了根据本专利技术的背接触式太阳能电池的简图；图7不出了根据本专利技术的背接触式背对背扩散的简图；图8示出了根据本专利技术的、各自暴露于具有不同硅油墨磷掺杂剂浓度的相同硅油墨扩散过程的三组硅基板的简图9A示出了根据本专利技术的、在一组P-型太阳能电池基板上形成选择性发射极和硼BSF的简化方法；以及图9B示出了根据本专利技术的、在一组P-型基板上形成背接触式太阳能电池的简化方法。专利技术详述现将结合如附图所示的本专利技术的一些优选实施方案来详细描述本专利技术。为了能够全面理解本专利技术，在以下说明中阐述了许多具体细节。然而对于本领域的技术人员而言将显而易见的是，没有部分或所有这些具体细节也能实践本专利技术。在其它情况下，为了不给本专利技术增加不必要的理解难度，未详细示出熟知的工序和/或结构。一般来讲，为了形成常规太阳能电池构型中的多掺杂结(例如选择性发射极)，通常使用气体组合和掩蔽步骤将掺杂剂沉积在IV族基板上。即，首先将掩蔽物沉积在IV族、(例如硅等)基板(其中待高度掺杂的区域被暴露)上，之后将IV族基板暴露于第一掺杂剂气体。然后移除掩蔽物，将IV族基板暴露于第二较低浓度的掺杂剂气体(或掺杂剂气体的浓度相同，但温度较低)，从而形成选择性发射极构型。例如，为了使磷扩散到硼掺杂的硅基板中，可使用POCl3 (三氯氧化磷)。POCl3扩散过程中涉及到的典型气体包括环境氮气(主要N2气体)、流过充有液态POCl3的鼓泡器的氮气载气(N2载气)、配置成与气态POCl3反应以形成沉积(处理)气体的反应性氧气(反应性O2气体)，以及可任选地配置成其后形成氧化物层的主要氧气(主要O2气体)。一般来讲，首先将硅基板置于具有主要N2气体的加热管式炉中。然后让POCl3蒸气流入管式炉中，加热至沉积温度，并暴露于反应性O2气体中以在硅基板上形成P2O5 (氧化磷)以及Cl2 (氯气)，氯气与硅基板上的金属杂质反应并除去金属杂质。P2O5继而与硅基板反应形成SiO2和游离的P原子。在沉积期间，硅片的同时氧化导致SiO2 ·Ρ205层(PSG或磷硅酸盐玻璃)的形成。通常采用附加的驱入步骤(不含任何POCl3流)，所述驱入步骤采用沉积温度或更高的温度，以便使游离的磷原子能够进一步扩散到硅基板中并且替换晶格中的硅原子以用于载流子生成。在此步骤期间，可能包含主要N2气体和/或主要O2气本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2009.11.25 US 12/626,1981.形成多掺杂结的方法，包括 (A)提供第一基板和第二基板； (B)将第一油墨沉积在所述第一基板和所述第二基板中的每一个的第一表面上，所述第一油墨包含第一组纳米颗粒和第一组溶剂，所述第一组纳米颗粒包含第一浓度的第一掺杂剂； (C)将第二油墨沉积在所述第一基板和所述第二基板中的每一个的第二表面上，所述第二油墨包含第二组纳米颗粒和第二组溶剂，所述第二组纳米颗粒包含第二浓度的第二掺杂剂； (D)将所述第一基板和所述第二基板以背对背构型放置； (E)在第一驱入环境中将所述第一基板和所述第二基板加热至第一温度并持续第一时间段； (F)将所述背对背构型的第一基板和第二基板暴露于沉积环境并持续第二时间段，所述沉积环境包含P0C13、N2载气、主要N2气体和反应性O2气体；以及 (G)在第二驱入环境中将所述第一基板和所述第二基板加热至第三温度并持续第三时间段。2.权利要求I的方法，其中所述第一温度介于约900°C和约1050°C之间，并且所述第一时间段介于约I分钟至约60分钟之间；3.权利要求I的方法，其中在介于约700°C和约1000°C之间的第二温度下，所述队载气与所述反应性O2气体的比率介于约I: I至约I. 5:1之间，并且所述第二时间段为约5分钟至约35分钟。4.权利要求I的方法，其中所述第三温度介于约800°C和约1100°C之间。5.权利要求I的方法，其中如果所述第一掺杂剂为硼，则所述第一浓度介于约5原子％和约15原子％之间，并且如果所述第一掺杂剂为磷，则所述第一浓度介于约1.4原子％和约5. 6原子％之间。6.权利要求I的方法，其中如果所述第二掺杂剂为硼，则所述第二浓度介于约5原子％和约15原子％之间，并且如果所述第二掺杂剂为磷，则所述第二浓度介于约1.4原子％和约5.6原子％之间。7.权利要求I的方法，还包括以下步骤 在将所述第一油墨沉积在所述第一表面上之后，在第一烘培环境中将所述第一基板和所述第二基板加热至介于约200°C和约800°C之间的第四温度并持续介于约3分钟和约20分钟之间的第四时间段，其中所述第一烘焙环境为惰性环境和氧化环境中的一者。8.权利要求I的方法，还包括以下步骤 在将所述第二油墨沉积在所述第二表面上之后，在第二烘培环境中将所述第一基板和所述第二基板加热至介于约200°C和约800°C之间的第五温度并持续介于约3分钟和约20分钟之间的第五时间段，其中所述第二烘焙环境为惰性环境和氧化环境中的一者。9.权利要求I的方法，还包括以下步骤在将所述第一基板和所述第二基板以背对背构型放置之前，在湿化学浴中清洗所述第一基板和所述第二基板。10.权利要求9的方法，其中所述湿化学浴包括氢氟酸(HF)，缓冲氧化物蚀刻液(B0E)，过氧化氢与硫酸的混合物，过氧化氢、氢氧化铵与水的混合物中的至少一者。11.权利要求I的方法，其中所述第一温度介于约975°C和约1025°C之间，并且所述第一时间段介于约I分钟和约40分钟之间。12.权利要求I的方法，其中所述第一温度为约1000°C，并且所述第一时间段为约30分钟。13.权利要求I的方法，其中所述第二温度介于约725°C和约825°C之间，并且所述第二时间段介于约10分钟和约35分钟之间。14.权利要求I的方法，其中所述第二温度介于约750°C和约850°C之间，并且所述第二时间段介于约10分钟和约30分钟之间。15.权利要求I的方法，其中所述第二温度为约800°C，并且所述第二时间段为约20分钟。16.权利要求I的方法，其中所述第三温度介于约875°C和约1000°C之间。17.权利要求I的方法，其中所述第三温度介于约850°C和约1050°C之间。18.权利要求I的方法，其中所述第三温度为约900°C。19.权利要求I的方法，其中所述第三时间段介于约15分钟和约30分钟之间。20.权利要求I的方法，其中所述第一驱入环境为惰性环境和氧化环境中的一者，并且所述第二驱入环境为所述惰性环境和所述氧化环境中的一者。21.权利要求I的方法...

【专利技术属性】
技术研发人员：E·罗戈吉纳，D·泊普拉维斯基，M·克尔曼，D·克赖，G·斯卡尔德拉，M·伯罗斯，
申请(专利权)人：英诺瓦莱特公司，
类型：发明
国别省市：