专利名称：太阳能电池的氮氧化物钝化的制作方法
技术领域：
本发明总地涉及太阳能电池，并且更具体地涉及太阳能结构和制造方法。
背景技术：
太阳能电池是用于将太阳辐射转换为电能的设备。其可以采用半导体 制造技术在半导体晶片上被制造。
一般而言，可以通过在硅衬底上形成P
型和N型的活性扩散区域来制造太阳能电池。碰撞到太阳能电池上的太阳 辐射产生迁移到活性扩散区域的电子和空穴，从而在活性扩散区域之间产 生电压差。在背面接触太阳能电池中，活性扩散区域和与其耦合的金属网 格均在太阳能电池的背面上。金属网格允许将外部电路耦合至太阳能电池 并由该太阳能电池供电。
关于太阳能电池的一个问题或局限在于，其性能随时间趋向降低。换 言之，太阳能电池的可靠性以及效率随时间趋向变低。申请人认为本公开 内容提供了一种克服或至少部分克服太阳能电池的性能下降的问题的技 术方案。
发明内容
一个实施例涉及用于太阳能电池的结构。该结构包括其中具有P型和 N型活性扩散区域的硅衬底。至少在该P型和N型活性扩散区域上包括氮 氧化物钝化层。该结构进一步包括穿过该氮氧化物钝化层至该P型和N型 活性扩散区域的接触开口，和金属网格线，该金属网格线通过该接触开口 选择性地接触该P型和N型活性扩散区域。
另 一个实施例涉及制造太阳能电池的方法。在硅村底上形成P型和N 型活性扩散区域，和至少在该P型和N型活性扩散区域上形成氮氧化物钝 化层。此外，形成接触开口，该接触开口穿过该氮氧化物钝化层至该P型 和N型活性扩散区域，和形成金属网格线，该金属网格线通过该接触开口选择性地接触该P型和N型活性扩散区域。还^Hf了其他实施例、方面和特征。
通过阅读包括附图和权利要求的全部公开内容，本发明的这些和其他特征对于本领域的普通技术人员而言将是显而易见的。
注意到在不同的图中使用相同的附图标记表示相同或相似的部件。附图不一定按比例，除非另作声明。
图1为根据本发明的实施例用在制造太阳能电池结构中的硅晶片的横截面示意图2为根据本发明的实施例在沉积掺杂源后的硅晶片的横截面示意
图3A为根据本发明的实施例在炉中加热以使掺杂剂扩散进入硅晶片后的该硅晶片的横截面示意图3B为根据本发明的实施例在炉中加热后的硅晶片的横截面示意图，其中将该层掺杂剂源示作氧化层或玻璃层；
图4为根据本发明的实施例在正面和背面生长氮氧化物钝化层后的硅晶片的横截面示意图5为根据本发明的实施例在背面上的氮氧化物钝化层中形成接触开口后的硅晶片的横截面示意图6为根据本发明的实施例在沉积金属层后的硅晶片的横截面示意
图7为根据本发明的实施例在图案化金属层后的硅晶片的横截面示意
图8A为根据本发明的实施例的制造具有氮氧化物钝化层的太阳能电池的方法的示意图8B为根据本发明的另一实施例的制造具有氮氧化物钝化层的太阳能电池的方法的示意图。
具体实施例方式
在本公开内容中，提供诸如结构和制作步骤的示例的多个具体细节来提供对本发明实施例的全面理解。但是本领域内的普通技术人员可以认识
5到，无需该具体细节中的一个或者多个也可以实现本发明。在其他情况中， 公知的细节没有示出或者描述，以避免使本发明的方面模糊。
如以上所述，太阳能电池的可靠性以及效率随时间趋向变低。申请人 认为该降低的至少一部分是由于太阳能电池随时间暴露于湿热所引起。申 请人进一步认为这样的湿热引起水气扩散通过太阳能电池的设备背面上 的钝化层。
申请人认为本公开内容提供了 一种防止或降低水气通过太阳能电池 的设备背面上的钝化层的扩散的太阳能电池结构及其制造方法。同样，申 请人认为根据本发明的实施例制造的太阳能电池的性能随时间降低较小。 根据本公开内容制造的太阳能电池应该在湿热条件下可以更好地保持稳 定性和效率。
如下面进一步描述，为了更好地保护设备不受水气扩散的影响，申请 人已提出一种改进的方法来制造太阳能电池以引入氮氧化物钝化层。申请 人进一步认为该氮氧化物层通过降低表面复合来提高设备性能。
处的硅晶片的横截面图。图8A和图8B提供了示出根据本发明的实施例在 两种可能的制作方法中的步骤的流程图。
图1为根据本发明的实施例在制造太阳能电池结构中使用的硅晶片 101的横截面示意图。该晶片101可以包括例如N型硅晶片。如图1所示， 指示出晶片的正面103和背面104。
期望在制造方法中通过湿法刻蚀工艺，例如采用氢氧化钾和乙酸异丙 酯来使正面103和背面104织构化。织构化正面103在提高太阳辐射收集 效率方面是有优势的。
图2为根据本发明的实施例的在背面104上沉积掺杂源(202和204) 后的硅晶片IOI的横截面示意图。由于掺杂剂源202和204不是通过覆盖 沉积继而图案化形成的，可以选择性地沉积4参杂剂源202和204。可以通 过直接在晶片的背面104上印刷掺杂剂源202和204,例如釆用工业喷墨 印刷或丝网印刷，来选择性沉积掺杂剂源202和204。例如，如果采用工 业喷墨印刷，则可以通过不同打印头或同 一打印头的不同喷嘴组来释放掺 杂剂源202和204。可以在一个或多个打印头的一个通道或多个通道中印 刷掺杂剂源202和204。用于喷墨印刷掺杂剂源的适合材料可以包括溶剂 (例如乙酸异丙酯)、有机硅氧烷和催化剂的适当掺杂的组合，同时用于
6丝网印刷掺杂剂源的适合材料可以包括溶剂、有机硅氧烷、催化剂和填充
物(例如八1203、 Ti02或Si()2颗粒)的适当掺杂的组合。
第一掺杂剂源202可以包括诸如磷的N型掺杂剂。第二掺杂剂源204 可以包括诸如硼的P型掺杂剂。在一个实现方式中，在每一掺杂剂源中的 掺杂浓度可以是均匀或基本均匀的。在另一个实现方式中，在每一掺杂剂 源中的掺杂浓度可以根据浓度分布而变化。这样的浓度分布可以通过将每 一掺杂源区域分成多个要印刷的子区域，每一子区域具有更重的(N+或 P+)或更轻的(N-或P-)的掺杂剂浓度来实现。
通过将硅晶片101放置在炉中来将掺杂剂从掺杂剂源(202和204) 扩散进入硅晶片101。图3A为根据本发明的实施例在炉中加热以使掺杂 剂扩散进入硅晶片后的硅晶片101的横截面示意图。如所示，扩散步骤导 致N型掺杂剂从掺杂剂源202扩散到晶片101中以形成N+活性扩散区域 302。该扩散步骤还导致P型掺杂剂从掺杂剂源204扩散到晶片101中以 形成P+活性扩散区域304。在扩散步骤之后，掺杂剂源(202/204)的层 变为图3B中所指示的氧化层或玻璃层306。可以将该层306看做为初始 钝化层以保护设备的该面(此为背面)。
根据本发明的实施例，可以执行下一个步骤或多个步骤以便提供氮氧 化物钝化层402。如以上所提到，申请人认为这样的氮氧化物钝化层402 减緩或防止水气扩散进入太阳能电池衬底中，并因此对于太阳能电池提供 了随时间较少下降的性能。可以相信，与常规二氧化硅钝化层相比，氮氧 化物钝化层402更好地防止了水气扩散的有害影响。可以进一步相信，通 过降低表面复合氮氧化物层将提高设备性能。
图4为根据本发明的实施例在正面和背面生长氮氧化物钝化层402后 的硅晶片的横截面示意图。如以下与图8A和图8B相关的进一步描述，可 以通过在二氧化硅的生长期间将氮气引入炉(见图8A中的块810),或通 过在氧化物生长之后在氮气环境中对该晶片进行退火(见图8B中的块850 和852 )来生长氮氧化物钝化层402。
图5为根据本发明的实施例在背面104上的氮氧化物钝化层402中形 成接触开口 502后的硅晶片的横截面示意图。处于简化目的，在图5至图 7中将初始钝化层306引入作为氮氧化物钝化层402的一部分。可以在该 晶片的背面104上的氮氧化物钝化层402上形成图5中的接触开口 502， 例如通过掩模的喷墨或丝网印刷，继而进行湿法刻蚀。图6为根据本发明的实施例在沉积金属层602之后的硅晶片的橫截面 示意图。该金属层602可以包括例如铝。随后通过掩模的喷墨或丝网印刷， 继而进行湿法刻蚀来图案化金属层602。图7为根据本发明的实施例在图 案化金属层之后的硅晶片的橫截面示意图。该图案化可以在该晶片的背面 上形成金属网格线。注意到在图7的横截面图中该金属网格线不明显，但 在背面的二维平面图中其为可见。
尽管图1至图7示出用于制造具有氮氧化物钝化层的背面接触太阳能 电池的方法的步骤，但本发明的其他实施例可以关联于制造具有氮氧化物 钝化层的正面接触太阳能电池。
图8A是根据本发明的实施例的制造具有氮氧化物钝化层的太阳能电 池的方法800的示意图。获得硅晶片(块802)。例如，该晶片可以是N 型(或替代地P型)硅晶片。
可以通过湿法刻蚀来处理正面和背面以便使表面织构化(块804 )。织 构化正面在提高太阳辐射收集效率方面是有优势的。在其他处理中，可以 在后面的工艺步骤中通过湿法刻蚀来使正面织构化。在一些处理中，可以 用湿法刻蚀对背面掩膜或在湿法刻蚀之后对该背面进行抛光。
可以在设备面(例如背面)上沉积掺杂源(N型和P型)(块806)。 例如，该沉积可以通过工业喷墨印刷或丝网印刷来执行。此后，将晶片》文 置在高温下的炉中以使掺杂剂从该源扩散到该晶片的相应区域中(块 808 )。
随后，通过在二氧化硅的生长期间将氮气引入到炉中，在正表面和背 表面上生长氮氧化物钝化层(块810)。换言之，通过除了常规氧气之外还 引入氮气，可以在炉中生长氮氧化物层。
此后，在该晶片的设备面上形成穿过氮氧化物钝化层的接触开口(块 812)。接着，在该设备面上可以沉积金属层(例如铝)(块814)。随后通 过例如采用喷墨或丝网印刷的印刷、之后的湿法刻蚀来图案化该金属层 (块816)。
图8B为根据本发明的另一实施例的制造具有氮氧化物钝化层的太阳 能电池的方法的示意图。图8B与图8A的不同之处在于形成氮氧化物钝化 层的工艺步骤。图8B中，通过首先在晶片的正表面和背表面生长二氧化 硅钝化层来形成氮氧化物钝化层(块850)。此后，在氮气环境下对该晶片 进行退火以将氧化物转变为氮氧化物(块852 )。尽管在图8A和图8B的两个示例的方法中示出某些相关的步骤并对其 进行以上讨论，但太阳能电池的制造显然可以包括各种替代的和/或额外的 步骤。此外，虽然以上描述关注于背面接触太阳能电池的实施例(其中触 点在远离于太阳光的背面上)，但正面接触太阳能电池的实施例也是可以 理解的，并应该类似地受益于此处公开的氮氧化物钝化层。
虽然已经提供本发明的具体实施例，但是应该理解这些实施例仅用于 说明目的而非限制。对于本领域普通技术人员而言，许多附加实施例将是明 显的。
权利要求
1.一种制造太阳能电池的方法，该方法包括在硅衬底上形成P型和N型活性扩散区域；在该P型和N型活性扩散区域上形成氮氧化物钝化层；形成接触开口，该接触开口穿过该氮氧化物钝化层至该P型和N型活性扩散区域；形成金属网格线，该金属网格线通过该接触开口选择性地接触该P型和N型活性扩散区域。
2. 根据权利要求1所述的方法，其中形成该氮氧化物钝化层包括在包 括氧气和氮气的环境中生长该氮氧化物钝化层。
3. 根据权利要求1所述的方法，其中形成该氮氧化物钝化层包括生长 氧化物层，之后在具有氮气的环境中进行退火以便将该氧化物层转变为氮 氧化物层。
4. 根据权利要求1所述的方法，进一步包括使该硅衬底的正表面织构 化以提高太阳收集效率。
5. 根据权利要求1所述的方法，其中该P型和N型活性扩散区域通 过掺杂源的沉积、之后掺杂剂从该掺杂源进入到该掺杂区域中的扩散来形 成。
6. 根据权利要求5所述的方法，其中该掺杂源通过直接印刷来沉积。
7. 根据权利要求5所述的方法，其中在该掺杂源上沉积该氮氧化物钝 化层。
8. 根据权利要求1所述的方法，其中通过该氮氧化物钝化层减少在该 太阳能电池的工作期间的表面复合。
9. 根据权利要求1所述的方法，其中在该硅衬底的正面和背面上形成 该氮氧化物钝化层。
10. —种用于太阳能电池的结构，该结构包括 硅衬底；在该硅衬底中的P型和N型活性扩散区域；在该硅衬底中的P型和N型活性扩散区域上的氮氧化物钝化层；穿过该氮氧化物钝化层至该P型和N型活性扩散区域的接触开口 ；和金属网格线，该金属网格线通过该接触开口选择性地接触该P型和N 型活性扩散区域。
11. 根据权利要求IO所述的结构，其中在包括氧气和氮气的环境中生 长该氮氧化物钝化层。
12. 根据权利要求IO所述的结构，其中通过生长氧化物层、之后在具 有氮气的环境中进行退火以便将该氧化物层转变为氮氧化物层来形成该 氮氧化物钝化层。
13. 根据权利要求IO所述的结构，进一步包括该硅衬底的织构化的正 表面以提高太阳收集效率。
14. 根据权利要求IO所述的结构，其中通过掺杂源的沉积、之后掺杂 剂从该掺杂源进入到该掺杂区域中的扩散来形成该P型和N型活性扩散区 域。
15. 根据权利要求14所述的结构，其中该掺杂源通过直接印刷来沉积。
16. 根据权利要求14所述的结构，其中在该掺杂源上沉积该氮氧化物 钝化层。
17. 根据权利要求IO所述的结构，其中通过该氮氧化物钝化层减少在 该太阳能电池的工作期间的表面复合。
18. 根据权利要求IO所述的结构，其中在该硅衬底的正面和背面上形 成该氮氧化物钝化层。
全文摘要
一个实施例涉及用于太阳能电池的结构。该结构包括其中具有P型和N型活性扩散区域的硅衬底。至少在该P型(304)和N型(302)活性扩散区域上包括了氮氧化物钝化层(402)。该结构进一步包括穿过该氮氧化物钝化层(402)至该P型(304)和N型(302)活性扩散区域的接触开口(502)，和金属网格线(702和704)，该金属网格线通过该接触开口(502)选择性地接触该P型(304)和N型(302)活性扩散区域。另一个实施例涉及制造太阳能电池的方法。还公开了其他实施例、方面和特征。
文档编号H01L31/0216GK101652865SQ200880011608
公开日2010年2月17日 申请日期2008年4月4日 优先权日2007年4月12日
发明者C·斯通 申请人:太阳能公司