使用离子注入制造太阳能电池发射极区的制作方法
【专利说明】使用离子注入制造太阳能电池发射极区
相关申请的交叉引用
[0001 ] 本申请要求于2013年12月9日提交的美国临时申请N0.61 /913，614的权益，该临时申请的全部内容据此以引用方式并入本文。
技术领域
[0002]本公开的实施例属于可再生能源领域，并且具体地讲，涉及使用离子注入制造太阳能电池发射极区的方法，以及所得太阳能电池。
【背景技术】
[0003]光伏电池(常被称为太阳能电池)是熟知的用于将太阳辐射直接转换为电能的装置。一般来讲，使用半导体加工技术在基板的表面附近形成p-n结而在半导体晶片或基板上制造太阳能电池。照射在基板表面上并进入基板内的太阳辐射在基板主体中形成电子空穴对。电子空穴对迀移至基板中的P掺杂区和η掺杂区，从而在掺杂区之间形成电压差。将掺杂区连接至太阳能电池上的导电区，以将电流从电池引导至与其耦接的外部电路。
[0004]效率是太阳能电池的重要特性，因其直接与太阳能电池发电能力有关。同样，制备太阳能电池的效率直接与此类太阳能电池的成本效益有关。因此，提高太阳能电池效率的技术或提高制造太阳能电池效率的技术是普遍所需的。本公开的一些实施例允许通过提供制造太阳能电池结构的新工艺而提高太阳能电池的制造效率。本公开的一些实施例允许通过提供新型太阳能电池结构来提高太阳能电池效率。
【附图说明】
[0005]图1Α-1Ε示出了根据本公开的实施例的太阳能电池制造中的各个阶段的剖视图。
[0006]图2为根据本公开的实施例的流程图，所述流程图列出了与图1Α-1Ε相对应的制造太阳能电池的方法中的操作。
[0007]图3Α-3Ε示出了根据本公开实施例的太阳能电池制造中的各个阶段的剖视图。
[0008]图4为根据本公开的实施例的流程图，所述流程图列出了与图3Α-3Ε相对应的制造太阳能电池的方法中的操作。
[0009]图5Α示意性地示出了根据本公开的实施例的图案化注入的内嵌式平台的剖视图，该图案化注入涉及移动晶片和静止遮蔽掩模。
[0010]图5Β示出了根据本公开的实施例的图5Α装置中穿过石墨接近掩模的注入序列。
[0011]图6Α示意性地示出了根据本公开的实施例的图案化注入和封盖的内嵌式平台的剖视图。
[0012]图6Β示出了根据本公开的实施例的图6Α装置中穿过硅接触掩模的注入和封盖序列。
[0013]图7A-7G示出了根据本公开的实施例的太阳能电池制造中的各个阶段的剖视图。
[0014]图8为根据本公开的实施例的流程图，该流程图列出了与图7A-7G相对应的制造太阳能电池的方法中的操作。
[0015]图9A示出了根据本公开的实施例的经过修改的第一注入区的剖视图，该第一注入区使用相同尺寸的对准狭缝图案形成。
[0016]图9B示出了根据本公开的实施例的经过修改的第一注入区的剖视图，该第一注入区使用相同尺寸的未对准狭缝图案形成。
[0017]图9C示出了根据本公开的实施例的经过修改的第一注入区的剖视图，该第一注入区使用更小(例如，更窄)尺寸的狭缝图案形成。
[0018]图10示意性地示出了根据本公开的实施例的图案化注入的内嵌式平台的剖视图，该图案化注入涉及移动晶片和静止遮蔽掩模。
【具体实施方式】
[0019]以下【具体实施方式】本质上只是例证性的，并非意图限制所述主题的实施例或此类实施例的应用和用途。如本文所用，词语“示例性”意指“用作例子、实例或举例说明”。本文描述为示例性的任何实施未必理解为相比其它实施优选的或有利的。此外，并不意图受前述技术领域、【背景技术】、
【发明内容】
或以下【具体实施方式】中提出的任何明示或暗示的理论的约束。
[0020]本说明书包括对“一个实施例”或“实施例”的提及。短语“在一个实施例中”或“在实施例中”的出现不一定是指同一实施例。特定的特征、结构或特性可以任何与本公开一致的合适方式加以组合。
[0021]术语。以下段落提供存在于本公开(包括所附权利要求书)中的术语的定义和/或背景:
[0022]“包含/包括”。该术语是开放式的。如在所附权利要求书中所用，该术语并不排除另外的结构或步骤。
[0023]“被配置为”。各种单元或组件可被描述或主张成“被配置为”执行一项或多项任务。在这样的背景下，“被配置为”用于通过指示该单元/组件包括在操作期间执行一项或多项那些任务的结构而暗示结构。因此，即使指定的单元/组件目前不处于工作状态(例如，未开启/激活)，也可将该单元/组件说成是被配置为执行任务。详述某一单元/电路/组件“被配置为”执行一项或多项任务明确地意在对该单元/组件而言不援用35U.S.C.§112第六段。
[0024]如本文所用的“第一”、“第二”等这些术语用作其之后的名词的标记，而并不暗示任何类型的顺序(例如，空间、时间和逻辑等)。例如，提及“第一”太阳能电池并不一定暗示该太阳能电池为某一序列中的第一个太阳能电池;相反，术语“第一”用于区分该太阳能电池与另一个太阳能电池(例如，“第二”太阳能电池)。
[0025]“耦接以下描述是指“耦接”在一起的元件或节点或特征。如本文所用，除非另外明确指明，否则“親接”意指一个元件/节点/特征直接或间接连接至另一个元件/节点/特征(或直接或间接与其连通)，并且不一定是机械耦接。
[0026]此外，以下描述中还仅出于参考的目的而使用了某些术语，因此这些术语并非意图进行限制。例如，诸如“上部”、“下部”、“上面”或“下面”等术语是指附图中提供参考的方向。诸如“正面”、“背面”、“后面”、“侧面”、“外侧”和“内侧”等术语描述在一致但任意的参照系内组件的某些部分的取向和/或位置，通过参考描述所讨论部件的文字和相关的附图可以清楚地了解这些取向和/或位置。这样的术语可以包括上面具体提及的词语、它们的衍生词语以及类似意义的词语。
[0027]“抑制如本文所用，抑制用于描述减小影响或使影响降至最低。当组件或特征被描述为可抑制一种行为、运动或条件时，它可以完全防止某种结果或后果或未来的状态。另外，“抑制”还可以指减少或减小可能会发生的某种后果、表现和/或效应。因此，当组件、元件或特征被称为抑制一种结果或状态时，它不一定完全防止或消除某种结果或状态。
[0028]本文描述了使用离子注入制造太阳能电池发射极区的方法，以及所得太阳能电池。在下面的描述中，给出了许多具体细节，诸如具体的工艺流程操作，以形成对本公开的实施例的透彻理解。对本领域的技术人员将显而易见的是可在没有这些具体细节的情况下实施本公开的实施例。在其他情况中，没有详细地描述熟知的制造技术，如平版印刷和图案化技术，以避免不必要地使本公开的实施例难以理解。此外，应当理解在图中示出的多种实施例是示例性的展示并且未必按比例绘制。
[0029]本文公开了制造太阳能电池的方法。在一个实施例中，制造太阳能电池的交替N型和P型发射极区的方法涉及在基板上面形成硅层。穿过第一遮蔽掩模将第一导电类型的掺杂物杂质原子注入硅层中，以形成第一注入区并产生硅层的未注入区。穿过第二遮蔽掩模将第二相反导电类型的掺杂物杂质原子注入硅层的未注入区的部分中，以形成第二注入区并产生硅层的剩余未注入区。通过选择性蚀刻工艺移除硅层的剩余未注入区，从而保留硅层的第一注入区和第二注入区。对硅层的第一注入区和第二注入区进行退火以形成掺杂多晶硅发射极区。
[0030]在另一个实施例中，制造太阳能电池的发射极区的方法涉及在基板上面形成硅层。在硅层上形成碳硅烷层。穿过遮蔽掩模将掺杂物杂质原子注入碳硅烷层和硅层中以形成注入硅区和碳硅烷层的对应自对准注入区，并且产生硅层的未注入区和碳硅烷层的对应未注入区。移除硅层的未注入区和碳硅烷层的未注入区。在移除过程中，碳硅烷层的注入区保护硅层的注入区。对硅层的注入区进行退火以形成掺杂多晶硅发射极区。
[0031]本文还公开了太阳能电池。在一个实施例中，背接触太阳能电池包括具有光接收表面和背表面的单晶硅基板。薄介电层设置在单晶硅基板的背表面上。多晶硅发射极区设置在薄介电层上。多晶硅发射极区掺杂有杂质原子。碳硅烷层设置在多晶硅发射极区上并与多晶硅发射极区对准。导电触点结构被设置为穿过碳硅烷层并位于多晶硅发射极区上。
[0032]本文所述的一个或多个实施例提供了用于制造高效率、全背接触太阳能电池器件的简化工艺流程，该流程涉及使用离子注入技术用于生成N+(例如，通常为磷掺杂或砷掺杂)和P+(例如，通常为硼掺杂)多晶硅发射极层中的一者或两者。在一个实施例中，制造方法涉及使用离子注入以不仅将所需掺杂物类型的原子引入发射极层中，而且引起该发射极层上的薄表面层的湿法蚀刻特性充分变化，以便允许其在选择性湿法蚀刻移除发射极层的所有未注入区期间用作掩模。
[0033]为提供上下文，引入目标针对高效率太阳能应用的具有图案化能力的新型高通量离子注入工具可适用于制造叉指背接触(IBC)太阳能电池。具体地讲，在物理和化学变化与进行离子注入操作相关联的情况下，可利用此类注入以允许形成自对准沟槽图案。如下文更详细地描述，实现自对准沟槽图案化的一种或多种方法基于注入工艺期间S1-H键的相对高反应性，具体地讲采用对于移除具有未反应的(即，剩余的)S1-H键的材料而言最有效的湿法蚀刻化学物质。
[0034]一些实施例涉及用于采用经证实的N+多晶硅发射极/隧道氧化物结构和P+多晶硅发射极/隧道氧化物结构生成高效率全背接触太阳能电池结构的方法，所述结构通过在一定条件下进行图案化离子注入而制造，所述条件促进非晶硅层和/或在本征氢化非晶硅(a-S1:H)层或未掺杂多晶硅层上方的薄碳硅烷封盖层的H损耗、压实和局部结晶。注入工艺之后可进行选择性湿法蚀刻操作，该操作采用具有后续氢氟酸/臭氧(HF/03)清洁的碱性蚀刻工艺移除所有未注入的(例如，未压实的和剩余的)S1-H富集区。在一个此类实施例中，方法涉及使用已在正面上纹理化的晶片，使得在湿法蚀刻移除未注入的沟槽之后，单个高温退火步