光伏电池的改进的制造方法与流程

本发明涉及的领域是也称为太阳能电池的光伏电池及其制造。

背景技术：

这种电池通常由包括具有相反导电类型掺杂层的半导体基体形成。例如，在被称为“前表面”的表面一侧上延伸的上层由例如根据p型掺杂而掺杂的半导体构成。在这种情况下，可以在与前表面相对的被称为“后表面”的基材另一面处设置n掺杂的下层。

上层和下层的掺杂可以通过注入实现。即使借助定向光束的常规注入技术，通过注入制成掺杂区域可能在基材边缘或相对表面周围处形成不需要掺杂区。

在常规注入的情况下，这种边缘的不需要的掺杂可能是由于光束聚焦不良或光束发散的问题，甚至是由于基材相对于光束定位不良造成的。

这种由通常用于掺杂前表面的掺杂物质而导致的基材边缘不需要的掺杂可能是太阳能电池制造完成后导致泄漏电流的根源。

为避免这种情况，文献us8598021提出在待注入的基材下方设置支架，该支架具有突出基材边缘的特定掺杂区域。以适当的方式选择这些特定区域的掺杂类型，特别是考虑与为前表面设置相反类型的掺杂。作用于这些特定掺杂区域的注入光束允许通过喷涂从基材边缘处的这些区域注入离子。通过光束的“直接”注入的掺杂和通过喷涂的掺杂被认为可以相互补偿。

然而，使用这种方法，难以精确地控制由喷涂产生的掺杂剂的量，以便进行精确补偿。因此，这种方法难以复制且难以实现工业规模应用。

本发明旨在至少部分地解决上述问题。

技术实现要素：

本发明的目的是能够通过注入太阳能电池基材的前表面进行掺杂，同时避免产生寄生结或不希望的掺杂区而引起泄漏电流。

为此，根据一个方面，本发明提出在基材的侧边缘上形成阻挡层，该阻挡层被构造成为在注入前表面时限制掺杂物质在基材侧边缘处渗透。

更特别地，该阻挡层是包含多种掺杂剂或至少一种掺杂剂的层，其在基板的边缘处扩散，以便能够补偿或超过在正表面注入时的掺杂。

如此进行半导体材料的“第一类型”掺杂，例如n型掺杂，与在注入前表面时所谓的“第二类型”掺杂相反，“第二类型”掺杂可以例如是p型掺杂。

所谓补偿，是指半导体材料中侧边缘处的受主掺杂物质和施主掺杂物质的浓度接近或设置为能够获得邻接基材边缘基本上呈中性的掺杂区。

在硅中，例如可以通过硼掺杂来补偿浓度与硼的浓度接近的磷掺杂，以及通过磷掺杂来补偿浓度与磷的浓度接近的硼掺杂。“接近”在这里是指各自的浓度相差不到十。

有利地，经由半导体材料中的阻挡层混合的第一类型的掺杂剂的量，设置为使基材的侧边缘处掺杂区大体上根据第一类型的掺杂而掺杂，特别是n+或n++。因此，第一类型(例如n型)的掺杂超过第二类型(例如p型)的掺杂。

因此，根据实施例，本发明提出光伏电池的制造方法，其包括如下步骤：

-在基于半导体材料的基材的侧边缘区域上形成包含掺杂剂的阻挡层，掺杂剂适于所述半导体材料的第一类型的掺杂，特别是n型掺杂，

-借助适用于与第一掺杂类型相反的第二类型的掺杂，特别是p型掺杂的掺杂物质注入基材的前表面，阻挡层能够在该注入时限制所述给定的掺杂物质在基材侧边缘处渗透，

-热退火以便使包含在所述阻挡层中的所述掺杂剂在半导体材料中扩散。

阻挡层掺杂剂的扩散允许避免在基材侧边缘处形成结，减少在电池的外围上的泄漏电流，从而改善电池的形状因子(ff)。对于该因素而言，可以获得至少0.3％的绝对增益。

使用包含掺杂剂的阻挡层来对侧边缘进行掺杂并且通过扩散来进行这种掺杂允许精确控制基材侧边缘的掺杂。这也可以使大量掺杂剂扩散并且特别是与根据现有技术的通过喷涂进行掺杂的方法相比剂量更大。

例如，在含磷的层和在1050℃下退火的情况下，掺杂剂浓度可以超过4.10²⁰at/cm³，总剂量约为1.10¹⁶at/cm²。

优选地，阻挡层基于介电材料。一旦完成通过扩散的掺杂，就可以保留该层并进行钝化。阻挡层因此既可以在注入正表面时用作保护层，也可以用作掺杂层和钝化层。其作为钝化层的作用改善了电池的短路电流jcc以及开路电压voc。

使用这种阻挡层特别适用于通过等离子浸没(piii)通过离子注入进行前表面的掺杂的方法，piii技术是多方向的，并且倾向于在基材所有暴露的表面处掺杂基材。

阻挡层可以有利地形成以覆盖基材后表面的外围区域。这有利地保护了基材侧边缘和基材后表面的外围部分。因此，与先前在“现有技术”部分中描述的喷涂技术不同，可以对后表面区域进行保护和掺杂。

根据使用该方法的一种可能性，当在基材的后表面上放置掩模时，可以通过局部沉积形成阻挡层，而后表面的外围区域不被掩模覆盖。

有利地，按照适合的持续时间和温度，设置能够使阻挡层中所包含的掺杂剂扩散的热退火，以便实现注入基材前表面给定的所述掺杂物质的掺杂剂同时活化。因此，可以使掺杂剂扩散，以便例如在基材侧边缘处进行n型掺杂，同时活化例如用于掺杂前表面的p型掺杂剂。

该方法还可以包括如下步骤：

-在基材的第二表面处进行第一类型掺杂，然后

-退火，以便在第二表面处活化掺杂剂，并在基材侧边缘处重新分布所述第一类型的掺杂剂。

一个特殊的实施例设置了磷掺杂的阻挡层，该阻挡层尤其用于进行n型掺杂，而注入前表面的给定掺杂物质是硼，以便在前表面进行p型掺杂。

一个特殊的实施例设置了使用基于磷掺杂的氮化硅(sin：p)或磷掺杂的氧化硅(sio：p)的阻挡层。

附图说明

通过阅读参照附图进行的对作为非限制性和单纯示意性给出的实施例的说明，本发明将更好地被理解，附图中：

－图1a至图1h用于说明根据本发明通过基材制作太阳能电池的方法的第一示例，在基材外围形成保护层，用于补偿在掺杂前表面时可能在基材边缘出现的掺杂；

图2用于借助源自在基材的侧边缘上制成的阻挡层的掺杂说明掺杂剂浓度分布的示例；

不同附图的相同、相似或等效部分具有相同的附图标记，以便于从一个附图过渡到另一附图。

为了使图更易读，图中所示的不同部分不必一定以统一的比例显示。

此外，在下面的描述中，取决于结构方向的术语，例如“前”、“上”、“后”、“下”、“侧”，考虑的是如图所示的结构方向。

具体实施方式

现在将结合图1a至图1h描述根据本发明实施例的光伏电池制造方法的示例。

该方法的起始材料可以是基于晶体半导体材料例如晶体硅的基材1。基材1例如根据n型掺杂而掺杂。

为了降低电池表面的反射率并增加装置中光的光路，有利地设置了基材1至少一个表面的纹理化。该操作允许例如以微米级金字塔图案的形式在表面上形成浮雕。纹理化可以通过机械作用或化学侵蚀实现，例如通过将基材1放置在含有koh溶液的池中实现。

在图1a所示的示例中，在基材1前表面av及其后表面ar进行纹理化。

“前表面”av在该实例中指基材1直接暴露于阳光的一面，而“后表面”ar是指与前表面相对的一面。

然后在基材侧边缘2区域2a处局部沉积保护层4，也被称为“阻挡层”，侧边缘是从基材1前表面av到后表面ar之间的多个区域。

在通过注入进行掺杂的随后的步骤时，阻挡层4尤其用于保护基材1，特别是前表面av。

阻挡层4还包含多种掺杂剂，因此旨在在基材1边缘2处进行掺杂，特别是与随后要进行的前表面掺杂类型相反的掺杂。

因此，阻挡层4在此适于进行与基材1掺杂类型相同的掺杂。在该示例中，阻挡层4包含施主物质，例如磷，以便进行n型掺杂。磷原子的原子比例通常为1％至10％。

阻挡层4的厚度可以例如在10nm至200nm之间，优选地在20nm至50nm之间。

有利地，阻挡层4基于介电材料并且因此可以适于钝化基材1侧边缘。例如，该介电材料可以是磷掺杂的氮化硅(sin：p)、磷掺杂的氧化硅(sio：p)或其衍生物之一，例如磷掺杂的氮氧化硅。

优选地，例如通过使用pecvd技术(即“等离子体增强化学气相沉积”)的真空沉积来制成阻挡层4。

在图1b所示的特定实施例中，除了覆盖侧边缘之外，制造的阻挡层4还用于覆盖并保护基材1后表面ar的外围区域3a。

为了允许阻挡层4的这种局部制造，可以设置掩模(图1b中未示出)，该遮盖物覆盖不需要在其上形成该层4的部分，特别是覆盖在基材1前表面av上以及后表面ar的中央区域上，后表面ar的外围区域3a暴露在外，且不被该掩模保护。

图1c示出了通过在沿基材1前表面av(图1c)延伸的基材1的区域6随后的掺杂步骤。为了制成通常被称为“发射极”的掺杂区域6，优选进行p型掺杂。因此，此处p型区域6具有与起始基材1相反的导电性，在该示例中，初始为n型掺杂。

前表面av的掺杂有利地通过等离子体浸没注入(piii即“等离子体浸没离子注入”)进行，该技术使用等离子体作为掺杂物质的来源。该掺杂技术允许以非常低的能量和降低的成本进行掺杂。piii型注入是多向的，并且阻挡层4允许限制甚至防止在基材1后表面ar侧边缘2和外围区域3a处偶然的掺杂。

在该示例性实施例中，通常使用硼掺杂前表面av。在该结构的侧边缘处，在阻挡层4中而不是基材1的硅中注入硼离子，因此阻挡层4允许避免硼在硅中扩散。

然后，在一定温度下并根据适当的持续时间进行热退火，以活化位于前表面av处的掺杂区域6的掺杂剂。还设置了允许使包含在阻挡层4中的掺杂剂扩散的退火。例如，为实现在侧边缘处的磷扩散以及前表面av处硼的同时活化，可以在例如800℃至1100℃之间的温度下根据持续时间进行退火，例如持续时间可以在1分钟至90分钟之间。

图1d示出了在退火结束时的结构，带有由阻挡层4掺杂剂的扩散产生的在基材1侧边缘2处与阻挡层邻接的区域9。扩散掺杂允许精确界定掺杂区并实现高水平掺杂。在层含磷以及在1050℃下退火的情况下，掺杂剂浓度可以特别地超过4.10²⁰at/cm³，总剂量为1.10¹⁶at/cm²。

在图2中，曲线c1示出了在这种掺杂条件下通过阻挡层在这种1050℃回火之后获得的磷掺杂剂的浓度分布的示例。

形成的区域9可以例如是n+或n++掺杂。

随后，进行沿基材1后表面ar延伸的区域10的掺杂，以制成通常被称为bsf(“背面场”)的掺杂区域10。在该示例中进行n型掺杂，因此该区域10具有与起始基材1相同类型的导电性。在这种情况下，通常使用磷掺杂后表面ar。可以通过注入来进行这种掺杂(图1e)。使用常规的离子注入，即使用定向光束或通过等离子体浸没进行注入。也可以考虑通过扩散进行这种掺杂。

然后，在适合于活化位于背表面ar处的掺杂区域10的掺杂剂的温度和持续时间下进行至少另一次热退火。为在硅中活化磷掺杂剂，可以在例如780℃至1100℃之间，优选在800℃至900℃之间的温度下根据例如在1分钟至90分钟之间的持续时间退火。

根据实施活化退火的可能性，可以在氧化气氛下退火，以便在基材1前表面av和后表面ar上形成氧化硅层。这种层可以用作钝化层13。

变型中，为了形成该钝化层13，一旦已经完活化退火就可以进行热氧化。

根据另一种变型，既可以在氧化气氛下进行掺杂剂的活化退火，又可以进行至少一次热氧化。

然后可以在基材1的至少一个表面上形成基于材料的层15，材料优选为介电材料，且其厚度被设置为起到防反射效果。在图1g所示的特定实施例中，在基材1前表面av上和后表面ar上沉积防反射层15。防反射层15例如为sinx，允许减少与光辐射的反射相关的光学损失，并优化基材1对光辐射的吸收。

可选地，由sinx制成的防反射层15也可以用作用于钝化的层。

然后(图1h)，在基材前表面av和后表面ar上形成金属电极21。通常，该步骤包括可以通过丝网印刷进行的金属化。电极21可以由诸如ito的透明导电氧化物层形成，在该透明导电氧化物层上放置金属层，例如基于ag的金属层。

在刚刚描述的实施例中，阻挡层4可以在方法结束后保存。因此，阻挡层不仅可以通过在前表面上注入硼离子来补偿掺杂的影响，而且可以形成基板的侧面或侧边缘的钝化。

根据刚刚给出的方法示例的实施例变型，可以从n型基材开始，但是应设置将发射极制成在后表面ar上。在这种情况下，可以使用与前述类似的方法，仅将掺杂区域6、10倒置转。

根据另一实施例变型，可以对前表面和后表面使用共同的掺杂剂活化退火。在这种情况下，通过注入进行前表面的掺杂后再进行后表面的掺杂，或者通过注入进行后表面的掺杂后再进行前表面的掺杂。然后，一旦完成了这些掺杂，就进行共同的活化退火。

下表给出了在具有阻挡层并使用上述方法实施的一批太阳能电池与参考批次之间某些性能因子的测量结果的比较结果。

在考虑与具有二极管和分流电阻器的太阳能电池等效的电路时，评估的性能因子为pff(“伪场因子”)、并联电阻rshunt(其值取反，代表边缘处的泄漏电流)和二极管的饱和电流密度j02。