专利名称：用于制造n型单晶硅太阳能电池的方法以及根据这样的方法制造的太阳能电池的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种根据权利要求1前序部分所述的用于制造n型单晶硅太阳能电池 的方法以及根据这样的方法所制造的太阳能电池，其中所述太阳能电池具有背侧的p+发 射极和空间上分开的背侧的近表面地高度掺杂的n++基极区域、以及叉指式背侧接触指结 构，所述叉指式背侧接触指结构分别与P+发射极区域和n++基极区域导电地相连接。
背景技术：
多年以来，n型单晶硅晶片上的背侧接触式太阳能电池已被不同的太阳能电池制 造商开发出并且一部分已经在市场上销售。在此，例如可以参考SunPower公司的所谓的A300电池(参见W.D.Mulligan， D.H.Rose, M.J.Cudzinovic, D.M.DeCeuster, K.R.Mcintosh, D.D.Smith, R.M.Swanson,
"Manufacture of solar cells with 21% efficiency”，第 19 届欧洲光伏太阳能会议的学报，
巴黎，法国(2004))。A300电池是一种所谓的叉指式背触式电池(Back Contact Cell， IBC)，这意味着不仅发射极接触带、而且BSF (Back Surface Field(背表面场))接触带 以及基极接触带都位于电池背侧，并且如两个彼此交错的叉状结构那样被构造。同一表面上的彼此相邻的n型掺杂的半导体区域和p型掺杂的半导体区域所需的 电隔离可以通过不同的方法来解决。因此所存在的可能性是，通过如下方式将两个区域 置于不同的高度借助激光烧蚀除去围绕被设置成基极接触部的区域的在背侧表面上所 沉积的氧化硅(P.Engelhardt，N.-P.Harder, T.Neubert, H.Plagwitz, B.Fischer, R.Meyer 禾口 R.Brendel， "Laser Processing of 22 % Efficient Back-Contacted Silicon Solar Cells"，第 21届欧洲光伏太阳能会议，德累斯顿，2006，第1页)。在已经利用湿化学蚀刻去除了由激光工艺所引起的表面损伤以及大致20 ym的 硅以后，利用标准P0C13I艺来用磷同时在背侧的被加深的区域中、在前侧、以及在前 发射极和背侧发射极之间的连接孔中进行发射极掺杂。然后，通过单个铝汽化渗镀步骤进行两个区域的金属化，其中通过在半导体表 面中的所产生的几乎垂直的阶梯结构处使金属薄层断裂来使接触区域彼此电隔离。用于制造经钝化的发射极以及与两个半导体区、即基极和发射极的局部点接触 的技术同样是公知的，并且在文献中被评价(参见R.A.Sinton，Y.Kwark, R.M.Swanson, "Recombination Mechanisms in Silicon Solar Cells”，14th Project Integration Meeting,
Photovoltaic Concentrator Technology Project, 1986 年六月，第 117 至 125 页)。钝化层的局部开口(其同时是半导体区与位于其之上的金属电流路径 (Strombahn)之间的绝缘)越来越多地利用激光来实现。在此，一方面使用所谓的激光 烧蚀，以便仅仅局部地除去绝缘层。另一方面，使用所谓的激光烧结接触(Laser Fired Contacts, LFC)方法，其中通过激光闪光使汽化渗镀或者溅射的铝层移动穿过绝缘层， 以便接触位于其之下的半导体区。
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从DE 696 31 815 T2中公知的是，将AISi共晶体用作p型发射极结构的导体基 底，其中所述导体基底在铝穿过背侧的预先已扩散进去的n+层而扩散到硅中之后表面地 产生。此外，那里的解决方案使用如下的方式穿过氧化物窗口将铝膏丝网印刷到n型 基极区域上。该解决方法的缺点是，必须在一个步骤中、即大面积地实施对铝发射极的 铝掺杂和接触，使得发射极的面积和金属接触部的面积相同。因此，不可能实现具有局 部接触部的发射极的钝化。其结果是大的表面复合速度以及由此相对低的效率。用于制造局部接触部的激光烧蚀和LFC方法都具有的缺点是，这些方法具有顺 序的性质。这意味着，必须为每个晶片单独地相继制造孔。
发明内容
因此根据上述方面，本发明的任务是提供一种经过改进的用于制造n型单晶硅 太阳能电池的方法，所述太阳能电池具有背侧经过钝化的p+发射极和空间上分开的近表 面地高度掺杂的n++基极区域、以及具有叉指式背侧接触指结构，其中该方法能够实现高 的生产率并且避免现有技术的缺点。除此之外，将提供如下的可能性将技术步骤、尤其是那些在生产工艺中时间 成本高的步骤联合，以便保证进一步改善生产率。此外还成立的是，为太阳能电池的制造开发来自微电子芯片生产的节省晶片的 技术、比如分别用不同的卤素等离子体以及喷墨对铝和氧化物进行溅射、汽化渗镀、 CVD、掩模干法蚀刻。本发明的任务的解决方案在方法方面利用根据权利要求1的教导进行，并且在 太阳能电池方面利用按照根据权利要求26的特征组合的主题进行，其中从属权利要求描 述至少适宜的扩展方案和改进方案。对本发明重要的是制造背侧的局部扩散和钝化的铝发射极以及如下可能性在 背侧和前侧的近表面的n基极区域中同时进行n型硅的两侧和局部的n+掺杂。根据本发 明，可以在用于扩散所选发射极掺杂材料铝和所选BSF/FSF掺杂剂磷的共同的温度处理 步骤中进行针对要构造的发射极和BSF区域或FSF区域的扩散步骤。晶片可以在施加和结构化用于发射极掺杂的含铝原始层以前已经在一侧上被纹 理化(texturiert)。但是同样可能的是，晶片的纹理化在沉积铝并且用耐蚀刻的氧化物在 背侧涂覆所述铝以后才进行，使得发射极以及由此背侧的大部分保持未被纹理化。此外，本发明还说明了直到完成的背侧接触式太阳能电池的工艺序列是怎样 的，具体而言，包括前侧和背侧的钝化、以及包括化学或电镀强化的接触结构制造。对本发明重要还有，在完成的太阳能电池上体现出的发射极掺杂材料和基极掺 杂材料的侧向隔离、以及由此用于太阳能电池的电池制造的新型技术。根据本发明的方法的基础是将铝薄层或含铝薄层沉积在n型硅晶片的背侧以及 接着对所述薄层进行结构化，其中在之后的基极接触部的区域中获得开口。在另一工艺 步骤中，然后使铝扩散到n型硅晶片中以用于构造结构化的发射极层。之后，铝层或含 铝层在其本身被扩散到晶片中以前被结构化。所提到的铝薄层可以通过汽化渗镀或溅射工艺被沉积在晶片上。对所沉积的铝薄层的结构化优选地通过选择性的蚀刻带状地进行。在此，可以通过金属掩模使用干法蚀刻法，其中也可以使用有机掩模。当然，也可以进行湿化学蚀 刻或者借助局部地印刷蚀刻膏进行选择性的蚀刻。在另一方法步骤，用介电保护层整面地覆盖结构化的发射极层。此外，所述 保护层在之后的基极掺杂的区域中被开口，这再次可以通过蚀刻或借助于蚀刻掩模来实 现。接着，硅晶片经历纹理化，其中该纹理化在晶片前侧和介电保护层中的开口的 区域中进行。这些开口可以通过带状蚀刻掩模被构造，其中所产生的开口的宽度小于晶片中 的不含铝的带状区域的宽度。为了构造近表面地高度掺杂的I1++BSF基极区域，在介电保护层中的开口的区域 中用高度含磷的材料进行覆盖。该覆盖可以通过借助于丝网印刷或模板印刷施加膏、通过喷墨成局部堆积物(in lokalen Depots)等等方法来进行。在需要时，所施加的膏经历干燥步骤。然后，BSF掺杂材料在单级或多级的温度处理步骤中被扩散。作为发射极掺杂剂的铝的扩散以及BSF掺杂材料的扩散可以以在工艺上特别经 济的方式在共同的处理步骤中进行。通过在含磷的、尤其是P0C13气氛中进行另外的温 度处理，可以在晶片前侧产生平坦的磷扩散层(FSF-Front Surface Field(前表面场))，所 述磷扩散层具有可以通过处理温度和处理时间被调节的层电阻。通过蚀刻池除去掺杂材料的剩余部分、所形成磷硅酸盐玻璃、绝缘层的剩余部 分、以及所形成AISi共晶体层，使得然后露出发射极区域、BSF区域、以及可能存在的 前侧的n+FSF结构。接着，用钝化层、例如氧化硅层覆盖晶片。然后，晶片背侧被局部地在发射极 区域和BSF区域上去除钝化层。接着，整个晶片背侧被覆盖以导电的、尤其是铝层。然 后，所述导电层用于形成叉指式接触指结构。通过简要概述的方法，得出一种新型的太阳能电池，其中在晶片背侧上的 n++基极区域具有距p+发射极区域的侧向间距，并且至少n++基极区域具有在原始晶片 (Ausgangswafer)的n型基极浓度(n-Basiskonzentration)之下的发射极掺杂材料浓度。
下面将根据实施例参考各个工艺步骤的示意图来进一步阐述本发明。
具体实施例方式根据图1，在第一方法步骤，用铝层或含铝层3覆盖在所示的例子中为未纹理化 的n型硅晶片1的整个背侧2b，所述铝层或含铝层3形成发射极掺杂剂。晶片的前侧用 附图标记2a标出并且背侧用附图标记2b标出。在另一步骤，含铝层3被促使接触掩模5a并且通过干法蚀刻步骤在含氯气的等 离子体7a中被结构化(参见图2和3)。可替代地，也可以例如通过所谓的喷墨来施加有机掩模层，并且然后利用湿化学手段在露出的区域中对铝进行蚀刻。在两种所阐述的技术变型中，在掩模5a的穿孔6a的区域中都产生长形的带状的
开口 4。之后，BSF掺杂材料以距铝边缘的侧向间距扩散到铝层3中的带状开口 4中。现在，根据本发明的另一工艺步骤是，用电介质层8涂覆带状结构化的含铝层 3(参见图4)。电介质层8可以由诸如Si02、Ti02或者A1203的氧化物制成。同样可以构造同样防止磷扩散的氮化硅层。层8的沉积可以通过反应溅射或者 通过CVD或者PECVD法来进行。在另一方法步骤，然后根据图5，通过掩模蚀刻步骤在另一掩模5b的穿孔6b区 域中除去电介质层8。这里，这可以是在含氟气的等离子体7b中穿过金属膜掩模进行的干法蚀刻步 骤、或者在含氟气的等离子气氛中穿过有机掩模层进行的干法蚀刻步骤、或者通过有机 掩模层进行的湿化学蚀刻工艺。根据本发明，掩模5b中的带状穿孔6b以及由此产生的在电介质层8中露出的带 状区域9比掩模5a中以及由此含铝层3中的带状穿孔6a更窄。通过这种方式避免在下一个工艺步骤中的磷掺杂时可能出现发射极区域与BSF 区域之间的短路。根据按照图6的图示，现在在例如由KOH和异丙醇(IPA)构成的浸渗池中进行 按标准的纹理化。由于含铝层3受介电层8保护，因此该纹理化仅仅在晶片前侧2a上以 所期望的方式进行并且在晶片背侧上的露出的带状区域9b中进行。接着，用高度含磷的材料、优选膏覆盖发射极层4的开口中的覆盖层8中的穿孔 9，其中所述膏例如借助于丝网印刷技术、模板印刷、或者喷墨被堆积成晶片1的表面上 的局部堆积物10。在必要时，该膏在例如150°C至200°C的温度下经历干燥步骤。根据按照图8和9的图示，在存在如下可能性的情况下进行单级的或可选的两 级的热处理发射极掺杂剂铝和来自经过干燥的含磷层10b的BSF掺杂材料磷共同扩散 (Kodiffusion)。第一温度处理步骤在900°C至1100°C之间的范围中的温度下在导致所期望的共 同扩散的氮氧混合物中进行(图8)。第二处理步骤在800°C至1000°C的温度下可选地进 行、更具体而言在含磷气体13、优选进行。第一高温步骤导致硅和铝的互扩散，并且产生具有共晶AISi组织的近表面的混 晶层3b、以及具有A1分布11的p+掺杂层。同时，来自前导堆积物(precursordepot) 10b 的磷扩散到BSF区域9b、硅表面中，并且产生深的n++掺杂12。由于铝扩散所需的> 1000°C的高温，与在其它情况下常规的900°C左右的P扩散 工艺相比，磷的该扩散分布被构造得更深。根据图9的在所述通常更低的温度下、但这次利用？003气氛进行的可选的第二 温度处理步骤导致除了至背侧9b的BSF区域中的深的P扩散，还在前侧2a上进行平 坦的P扩散，所述平坦的P扩散形成具有可以通过温度和时间被调节的、即优选高的层电 阻的 FSF 层(Front Surface Field (前表面场))14。当然，也可以在用含磷膏涂覆的步骤之前并且与接下来的第二温度处理步骤无关地执行第一温度处理步骤。在此，所得到的优点是，可以与较高温度下的第一扩散步 骤的工艺参数无关地优化较低的温度下的第二扩散步骤的工艺参数。当不期望作为前侧钝化部的前表面场层14时，同样可以取消优选利用P0C13在 含磷气氛中进行的附加的平坦扩散。另一方面，尤其是当第一磷扩散步骤也利用P0C13 进行时，该钝化也可以在附加的第三扩散工艺中进行。在下面的另一工艺过程中、更具体而言根据图10，在分别合适的蚀刻池中蚀去 掺杂膏10b的剩余部分、所形成的磷硅酸盐玻璃PSG 14b、介电掩模层8、以及AISi共晶 体层3b，使得发射极区域11、BSF区域12、以及前侧的n+层14露出。如利用图11所示的那样，在另一方法步骤，例如通过晶片两侧在水蒸汽气氛中 的热氧化来用电介质进行两侧的涂覆，使得得到前侧15a和背侧15b上的氧化硅层。可选地存在的可能性是，在两个晶片表面上构造热氧化物以后，用薄铝层涂覆 两侧。在此，该层厚度优选地处于lOnm至lOOnm之间的范围中。结果得到前侧的上的 铝层16a以及背侧上的铝层16b。然后，晶片以在350°C至450°C之间的范围中进行热处 理的方式被涂覆。这样实现的退火工艺(Alnealing-Prozess)产生极好的表面钝化结果(参 见图12)。如图11所示，在蚀去铝层以后，晶片再次处于某种状态。此外，如图13所示，所有发射极区域和BSF区域上、即例如同时通过含氟气的 等离子体7b中的掩模干法蚀刻或者在没有掩模的情况下例如借助于激光烧蚀来局部地除 去的背侧上的钝化层15b。在此，同样可以在沉积基本金属化部以后使用本身公知的LFC法。掩模17中的BSF区之上的开口 18b以及发射极区11之上的开口 18a小于前述蚀 刻步骤的掩模5b中的开口 6b。一方面，这使得易于将掩模或掩模层17与已经存在的结构对准，并且另一方 面，金属化部与半导体材料的接触区域将尽可能小，以便限制表面复合。在下面的工艺步骤，用铝层20覆盖整个背侧，使得由此在前述蚀刻步骤中露出 的所有接触面20a和29b都被金属化，而否则通过层15b与半导体区、即发射极11和BSF 12绝缘(参见图14)。现在，通过优选地通过结构化的喷墨印刷施加耐酸层21来将铝层20划分成发射 极接触路径和BSF接触路径。所述施加以如下方式进行在所打算的接触区域22b之间 空出长形的间隙22a，其中在所述间隙22a中，酸23选择性地蚀刻铝、即不侵蚀氧化硅， 除去铝(参见图15)。在喷墨印刷的情况下，要么使用凝结的有机膏，要么使用热熔蜡， 所述热熔蜡在热的情况下被喷涂并且在冷却时在晶片上硬化。还可以使用经历干燥工艺 的合适的墨料。如图16所示，在补充性的工艺步骤中，在优选地由氮化硅构成的前侧上形成抗 反射层24。该抗反射层在厚度和折射率方面被构造为在来自阳光的能量的捕获方面的最 优效率。该抗反射层24的沉积例如可以通过等离子体辅助的CVD或者通过反应溅射进 行。在此，优选地使用等离子体CVD法，因为该方法在400°C以上、但是在500°C以 下的温度下进行并且因此导致铝接触层20的回火并且因此导致接触电阻减小，而没有在577°C的共晶温度下AISi液化的危险。作为补充地，根据图17，可以在一个化学或电镀池25中或者在可能光支持的沉 积工艺中同时给背侧的所有接触部设置厚的金属导电层。在此，产生发射极印制导线增 强部26a以及BSF印制导线增强部26b。相应的层可以要么由单种材料镍或铜或银构成， 要么由不同材料例如Ni+Cu+Sn或Ni+Ag或Ni+Au的多个单个的层构成。如图18所示，在清洗和干燥晶片以后，背侧接触式太阳能电池是能够运行的。 不需要边缘绝缘，因为通过侧向间距和通过氧化物覆盖来保证发射极区域11和BSF区域 12的隔离。
权利要求
1.一种用于制造η型单晶硅太阳能电池的方法，所述η型单晶硅太阳能电池具有背侧 的P+发射极和空间上分开的背侧的近表面地高度掺杂的η++基极区域、以及叉指式背侧接 触指结构，所述叉指式背侧接触指结构分别与P+发射极区域和η++基极区域导电地相连 接，其特征在于，将铝薄层或含铝薄层沉积在η型硅晶片的背侧，并且接着对所述薄层进行结构化， 其中在之后的基极掺杂的区域中获得开口，在另一工艺步骤中，使铝扩散到η型硅晶片 中以构造结构化的发射极层。
2.根据权利要求1所述的方法， 其特征在于，通过汽化渗镀或溅射工艺来沉积所述铝薄层。
3.根据权利要求1或2所述的方法， 其特征在于，对所沉积的铝薄层的结构化通过选择性的蚀刻带状地进行。
4.根据权利要求3所述的方法， 其特征在于，借助金属掩模来执行干法蚀刻。
5.根据权利要求3所述的方法， 其特征在于，借助于有机掩模进行干法蚀刻。
6.根据权利要求3所述的方法， 其特征在于，借助于有机墨料掩模以湿化学方式执行蚀刻步骤。
7.根据权利要求3所述的方法， 其特征在于，所述选择性的蚀刻通过局部地印刷蚀刻膏来进行。
8.根据前述权利要求之一所述的方法， 其特征在于，在铝扩散步骤结束以后除去所存在的薄层的剩余部分。
9.根据权利要求1至7之一所述的方法， 其特征在于，用介电保护层整面地覆盖结构化的发射极层，并且所述层在之后的基极接触部的区 域中被开口。
10.根据权利要求9所述的方法， 其特征在于，在之后的基极掺杂的区域中的开口借助于蚀刻掩模来构造。
11.根据权利要求9或10所述的方法， 其特征在于，所述硅晶片经历纹理化。
12.根据权利要求11所述的方法， 其特征在于，所述纹理化在晶片前侧和在介电保护层的开口的区域中进行。
13.根据权利要求10所述的方法， 其特征在于，所述开口通过带状掩模被构造，其中所产生的开口的宽度小于晶片中不含铝的带状 区域的宽度。
14.根据权利要求12所述的方法， 其特征在于，为了构造近表面地高度掺杂的n++BSF基极区域，在介电保护层中的开口的区域中用 高度含磷的材料进行覆盖。
15.根据权利要求14所述的方法， 其特征在于，所述覆盖通过借助于丝网印刷或模板印刷来施加膏、通过喷墨成局部堆积物等等方 法来进行。
16.根据权利要求15所述的方法， 其特征在于，所施加的膏经历干燥步骤。
17.根据权利要求14所述的方法， 其特征在于，所述BSF掺杂材料在单级或多级的温度处理步骤中被扩散。
18.根据权利要求1至17之一所述的方法， 其特征在于，作为发射极掺杂剂的铝的扩散以及BSF掺杂材料的扩散在共同的处理步骤中进行。
19.根据权利要求17或18所述的方法， 其特征在于，在含磷的、尤其是POCl3气氛中进行另外的温度处理，以便在晶片前侧上产生平坦 的磷扩散层(FSF-Frant Surface Field，前表面场)，所述磷扩散层具有能够通过处理温度 和处理时间被调节的层电阻。
20.根据权利要求18或19所述的方法， 其特征在于，通过蚀刻池除去掺杂材料的剩余部分、所形成磷硅酸盐玻璃、绝缘层的剩余部分、 以及所形成AlSi共晶体层材料，使得露出发射极区域、BSF区域、以及可能存在的前侧 的n+FSF层。
21.根据权利要求20所述的方法， 其特征在于，用至少一个钝化层覆盖晶片。
22.根据权利要求21所述的方法， 其特征在于，晶片背侧被局部地在发射极区域和BSF区域上去除钝化层，以形成局部接触部位。
23.根据权利要求22所述的方法， 其特征在于，用导电的、尤其是铝层覆盖整个晶片背侧。
24.根据权利要求23所述的方法， 其特征在于，所述导电层被结构化以形成叉指式接触指。
25.—种按照根据前述权利要求之一或多个所述的方法制造的太阳能电池。
26.一种按照根据权利要求1至24之一或多个所述的方法制造的太阳能电池， 其特征在于，晶片背侧上的n++基极区域具有距ρ+发射极区域的侧向间距，并且至少n++基极区域 具有在原始晶片的η型基极浓度之下的发射极掺杂材料浓度。
全文摘要
本发明涉及一种用于制造n型单晶硅太阳能电池的方法，所述n型单晶硅太阳能电池具有背侧的钝化的p+发射极(11)和空间上分开的背侧的近表面地高度掺杂的n++基极区域(12)、以及叉指式背侧接触指结构(26a，b)，所述叉指式背侧接触指结构(26a，b)分别与P+发射极区域和n++基极区域导电地相连接。根据本发明，将铝薄层或含铝薄层沉积在n型硅晶片的背侧，并且接着对所述薄层进行结构化，其中在之后的基极接触的区域中获得开口。然后在另一工艺步骤，使铝扩散到n型硅晶片中以构造结构化的发射极层。
文档编号H01L31/18GK102017165SQ200980113461
公开日2011年4月13日 申请日期2009年2月11日 优先权日2008年2月15日
发明者H-J·克罗科斯津斯基, J·洛森 申请人:罗伯特.博世有限公司