在太陽能電池基板中形成p-n結的方法
【專利摘要】本發明的實施例關于用于選擇性射極太陽能電池制造的單步驟擴散工藝。在一個實施例中，將摻雜劑膠選擇性施加于基板前表面，基板的導電類型與摻雜劑膠相反。接著讓基板暴露于含摻雜劑蒸汽，以在基板前表面上沉積導電類型與基板相反的摻雜層。雖然基板暴露于含摻雜劑蒸汽，但部分摻雜劑膠亦可透過摻雜劑膠的摻雜原子氣相輸送而有助于摻雜層沉積。接著在包含氧和/或氮的氛圍中，將基板加熱至足以使摻雜劑膠及摻雜層中的摻雜劑原子擴散到基板內的溫度，以形成重摻雜射極區和輕摻雜射極區。
【專利說明】在太陽能電池基板中形成P-N結的方法
[0001]發明背景發明領域
[0002]本發明的實施例大體關于用于形成選擇性射極太陽能電池的系統和工藝。
[0003]相關技術描述
[0004]太陽能電池為將太陽光轉換成電功率的光伏(PV)裝置。典型的太陽能電池包括基板或晶圓，所述基板或晶圓具有形成在所述基板或晶圓中的一個或更多個p-n結。每一p-n結具有P型區和η型區。當太陽能電池的p-n結暴露于太陽光(由來自光子的能量組成)時，太陽光將藉由PV效應轉換成電能。太陽能電池產生一定量的電功率，并可鋪砌成用以傳遞期望系統功率量的模塊尺寸。
[0005]圖1A示意性地圖示選擇性射極太陽能電池10的等角視圖。圖1B圖示圖1A所示太陽能電池10沿線B-B截切的剖視圖。太陽能電池10通常制造在硅基板11上，基板11包括P型基極區21、η型射極區22和設于二者之間的p-n結區23。η型射極區22藉由以某些類型的元素摻雜基板11而形成，所述元素可施予載子而增加負電荷載子(即電子)的數量。同樣地，可藉由將三價摻雜劑原子加入晶格，使正常硅晶格的四價鍵之一缺少電子而形成P型基極區21。摻雜劑原子接受電子，造成相鄰原子的鍵損失一半而形成“空穴”。
[0006]當太陽能電池10暴露于光時,來自入射光子的能量會在p-n結區23兩側產生電子-空穴對。電子和空穴反向擴散，以致在η型射極區22中形成負電荷及在P型基極區21中形成相應正電荷。當P-n結暴露于特定光波長時，η型射極區22與ρ型基極區21之間將形成電路而有電流流動。產生的電流流過設于前側18 (即光接收側)的導電觸點14 (已知為接觸指)和設于太陽能電池10之背側19的背部觸點25。導電觸點14將電流供應至較大匯流條15(圖1Α)。太陽能電池10通常覆蓋介電材料薄層以充當抗反射涂層16，以使光從太陽能電池10的頂表面22Α的反射最少。
[0007]為加強與太陽能電池10的接觸，導電觸點14設在形成于基板表面內的重摻雜區17之上，使之與η型射極區22有低接觸電阻。由于它們的電性質，重摻雜區17易阻擋或使可貫穿光量最少。因此，想要使重摻雜區17的尺寸最小，同時確保這些區足夠大以在導電觸點14與η型射極區22之間提供適當傳導性。
[0008]η型射極區22通常利用二步驟摻雜劑擴散工藝來制造較重和較輕摻雜的區域而形成在基板表面。通常，將一種或更多種摻雜材料選擇性施加且干燥于基板前表面。接著使基板在高溫下經受第一擴散步驟，促使摻雜材料驅入或擴散到基板前表面內而形成重摻雜區17。隨后，在更低溫下的第二擴散步驟中，使基板前表面暴露于含摻雜劑的蒸汽或氣體，驅使摻雜劑原子進入前表面而形成輕摻雜區24。然而，此二步驟摻雜劑擴散工藝在制造工藝中需要高熱預算，且導致處理時間增加及基板產量降低。
[0009]因此，需要形成選擇性射極太陽能電池的改良工藝。

【發明內容】
[0010]本發明的實施例針對制作太陽能電池的改良工藝。在一個實施例中，一種用于形成太陽能電池的方法包括:選擇性施加摻雜劑材料層至基板表面上，摻雜劑材料層的導電類型與基板相反；在富氧環境中，提高基板溫度，使摻雜劑材料層擴散到基板表面內；使基板暴露于含摻雜劑蒸汽，以在基板表面上沉積摻雜層，摻雜層的導電類型與基板相反；以及將基板加熱至足以使摻雜劑材料中的摻雜劑原子和摻雜劑層中的摻雜劑原子擴散到紋理化表面內期望距離的溫度。
[0011]在另一實施例中，一種形成太陽能電池的方法包括:使基板的表面紋理化；選擇性施加摻雜劑材料層至基板的紋理化表面，摻雜劑材料層的導電類型與基板相反；使基板暴露于含摻雜劑蒸汽，以在紋理化表面上沉積摻雜層，摻雜層的導電類型與基板相反；以及將基板加熱至足以使摻雜劑材料中的摻雜劑原子和摻雜劑層中的摻雜劑原子擴散到紋理化表面內期望距離的溫度。
[0012]在又一實施例中，一種形成太陽能電池的方法包括:使基板的表面紋理化；選擇性施加摻雜劑材料層至基板的紋理化表面，摻雜劑材料層的導電類型與基板相反；使基板暴露于含摻雜劑蒸汽，以在紋理化表面上沉積摻雜層，摻雜層的導電類型與基板相反；以及將基板加熱至足以使摻雜劑材料中的摻雜劑原子擴散到基板內而形成重摻雜區圖案并使摻雜劑層中的摻雜劑原子擴散到紋理化表面內而形成輕摻雜場區的溫度，其中輕摻雜區形成在重摻雜區之間。
[0013]附圖簡述
[0014]為讓本發明的上述概要特征更明顯易懂，可配合參考實施例說明本發明的更特定描述，所述實施例部分圖示在附圖中。然而，需要注意附圖僅說明本發明的典型實施例，故不應視為限定本發明的范圍，因為本發明可容許其他等效實施例。
[0015]圖1A為選擇性射極太陽能電池的等角視圖。
[0016]圖1B為沿線B-B截切圖1A所示太陽能電池的剖視圖。
[0017]圖2為示例性的串聯處理系統的平面圖，所述系統用于使用根據本發明至少一個實施例的處理程序來形成選擇性射極太陽能電池。
[0018]圖3A至圖3H為太陽能電池基板在使用根據本發明至少一個實施例的處理程序的不同階段期間的示意性剖視圖。
[0019]圖4為處理程序的方塊圖，所述程序用于使用圖2的示例性串聯系統來形成圖3A至圖3H所示的選擇性射極太陽能電池。
[0020]附錄含有常規工藝和根據本文所述實施例的各種不同工藝實施例的說明。
【具體實施方式】
[0021]本發明的實施例針對用于制作太陽能電池的改良工藝。特別地，本發明的實施例提供單步驟擴散工藝，用以在約850°C或以下的較低溫度下，利用摻雜劑膠(摻雜劑膠通常不易在低溫下擴散)，制造選擇性射極太陽能電池。在一個實施例中，使P型基板的前表面紋理化，并在所述基板的前表面上選擇性施加η型摻雜劑膠及可選地在基板前表面上干燥。接著將基板暴露于含摻雜劑蒸汽，例如氧氯化磷(POCl3),以沉積摻雜層至基板前表面。雖然基板暴露于POCl3蒸汽，但摻雜劑膠的一部分亦可透過摻雜劑膠的磷氣相輸送而有助于摻雜層沉積，進而改良基板表面附近的P原子摻雜效率。接著在包含氮及/或氧的氛圍中，加熱且退火處理基板至足以同時活化且促使摻雜劑膠及摻雜層中的摻雜劑原子擴散到基板內預定距離的溫度，以形成重摻雜射極區和輕摻雜射極區。
[0022]在不同實施例中，重摻雜區具有低的片電阻(sheet resistance)，以在射極區與后續形成的導電觸點之間提供高導電路徑；反之，輕摻雜區具有較高片電阻，以降低載子復合且吸收最少光，使增加的光量透射至P-n結而轉換成電流。本發明的單步驟擴散工藝能以降低的熱預算和增加的基板產量來制造太陽能電池。此外，太陽能電池前表面附近的摻雜效率比常規二步驟擴散工藝明顯得到改良。本發明的擴散工藝十分適合雜質量比單晶CZ娃聞的多晶、精練冶金娃、單晶鑄造娃。在較聞溫度(例如聞于850°C )下，娃晶圓中的雜質會縮短少數載子壽命，從而導致太陽能電池性能平庸。
[0023]圖2為示例性串聯處理系統的示意性平面圖，所述系統利用根據本發明至少一個實施例的處理程序來形成選擇性射極太陽能電池。串聯處理系統200包括第一清潔腔室210、摻雜劑施加腔室220、干燥腔室230、熱處理腔室240、第二清潔腔室250、沉積腔室260和腔室控制器290。在串聯處理系統200中，基板(例如圖3A至圖3H所示基板302)支撐在一個或更多輸送器205上且傳送通過串聯處理系統200。輸送器205可包括多個輸送帶,輸送帶由諸如一個或更多個電機之類的致動器驅動。應注意圖2所示串聯處理系統僅為用于制造本發明的選擇性射極太陽能電池的示例性系統構造。可視工藝方案或應用來增設、刪除及/或重排一個或更多個腔室。
[0024]腔室控制器290為通用計算機，用以控制串聯處理系統200中存在的一個或更多個部件/腔室。腔室控制器290通常設計成協助整個系統的控制及自動化，且控制器290可包括中央處理單元(CPU)(未圖示)、存儲器(未圖示)和支援電路(未圖示)。CPU可為任一型式的計算機處理器，所述計算機處理器可用于工業設定來控制各種腔室工藝及硬件(例如輸送器、電機、流體傳遞硬件、激光硬件、熱處理硬件、清潔硬件)，且監控系統及腔室工藝(例如基板位置、工藝時間)。存儲器連接至CPU，且存儲器可為一個或更多個容易取得的存儲器，例如隨機存取存儲器(RAM)、只讀存儲器(ROM)、軟盤、硬盤、或任何其他類型的本地或遠端數字存儲器。軟件指令及數據可加以編碼且存入存儲器，用以指示CPU。支援電路亦連接至CPU，以藉由常規方式支援處理器。支援電路可包括高速緩存、電源、時鐘電路、輸入/輸出電路等。腔室控制器290可讀取的程序(或計算機指令)決定可在基板302上執行的任務。程序可為腔室控制器290可讀取的軟件，所述軟件包括編碼以產生且存儲至少基板位置信息、各種控制部件的移動順序、清潔處理信息、熱處理信息和上述任何組合物。
[0025]圖3A至圖3H為太陽能電池基板300在利用根據本發明至少一個實施例的處理程序400的不同階段期間的示意性剖視圖。圖4為處理程序的方塊圖，所述程序利用圖2的示例性串聯系統來形成圖3A至圖3H所示的太陽能電池。圖4所示程序對應于圖3A至圖3H所示階段。雖然圖3A至圖3H只圖示前側結構，然而可設想可在任何預定階段在太陽能電池基板的背側上形成一層或更多層金屬背側接觸結構。
[0026]在本發明的不同實施例中，基板可由單結晶硅(mono-Si)或多結晶硅(mc_Si)形成。結晶娃基板可為電子級娃基板或低壽命、富缺陷的娃基板，例如精練冶金級(UMG)結晶硅基板。精練冶金級(UMG)硅是相對干凈的多晶硅原料，UMG硅具有低的重金屬及其他有害雜質濃度(較佳為百萬分之一范圍)，但UMG硅亦可視來源含有高濃度的硼或磷。在一些應用中，基板可以是以射極穿透(EWT)方式、金屬盤繞(MWA)方式或金屬穿透(MWT)方式制備的背部接觸硅基板。通常，MWA和MWT具有在前表面上的金屬集流網格。所述網格分別盤繞邊緣或穿孔至背部表面，以制作背部接觸電池。至于EWT電池則無金屬覆蓋在電池前側。EffT電池透過硅晶圓中的摻雜導電通道從前表面到后表面盤繞集流結(“射極”)。此導電通道的制造例如為利用激光在硅基板內鉆孔，然后在前表面與后表面形成射極的同時，在所述孔內形成射極。EWT電池相關的進一步說明可參見名稱為“Method Of Making A BackContacted Solar Cell (制造背部接觸太陽能電池的方法)”的美國專利第5，468，652號。
[0027]在圖4所示步驟402中，在第一清潔腔室210中提供基板302 (圖2)，且進行可選的清潔工藝來清潔基板302的表面，以移除任何不希望有的材料。如圖3A所示，基板302具有前表面304和背部表面305，背部表面305通常與前表面304相反且在基板302的相反偵U。基板302可由單晶硅(mono-Si)或多晶硅(mc-Si)形成。在一個實例中，基板302是ρ型結晶硅(c-Si)基板。雖然圖3Α至圖3Η和所述圖的相關說明主要討論ρ型c-Si基板的使用，但本構造不旨在限制本發明的范圍，因為在不脫離本文所述本發明實施例的基本范圍內，亦可使用η型c-Si基板。形成于基板上的摻雜層或射極將基于所使用的基板類型而變，如下文將討論。
[0028]在步驟402中的可選清潔工藝期間，可利用等離子體清潔工藝或濕式清潔工藝來清潔基板302，其中基板被噴灑上清潔液。清潔液可為任何常規清潔液,例如氫氟酸最后處理(HF-1ast)型清潔液、臭氧水清潔液、氫氟酸(HF)和過氧化氫(H2O2)溶液或其他適合的清潔液。清潔工藝可在基板302上進行約5秒與約600秒之間，例如約120秒。
[0029]在圖4所示步驟404中，在第一清潔腔室210 (圖2)中，在基板302的表面304進行紋理化蝕刻工藝，以形成紋理化表面306 (如圖3Β所示)。紋理化表面306通常為太陽能電池形成后適于接收太陽光的太陽能電池基板前側。紋理化表面306經形成以加強光陷入太陽能電池，進而改良轉換效率。在一個實例中，以包含在約2.7體積％的氫氧化鉀(KOH)與約4500ppm的300MW PEG之間且維持呈約79°C至80°C的溫度的蝕刻液蝕刻基板約30分鐘。在一個實施例中，用于蝕刻娃基板的蝕刻液可為氫氧化鉀(KOH)水溶液、氫氧化鈉(NaOH)、氨水(NH4OH)、四甲基氫氧化銨(TMAH ； (CH3) 4Ν0Η)或其他類似堿性溶液。蝕刻液通常將各向異性地蝕刻基板302，而在基板302的紋理化表面306上形成角錐。示例性清潔工藝(步驟402)或紋理化蝕刻工藝(步驟404)的實例例如參見2009年3月23日申請、名稱為 “SURFACE CLEANING AND TEXTURING PROCESS FOR CRYSTALLINE SOLAR CELLS (用于結晶太陽能電池的表面清潔及紋理化工藝)”的美國專利申請案第12/383，350號。
[0030]在圖4所示步驟406中，在摻雜劑施加腔室220 (圖2)中，施加摻雜劑材料308至基板302的紋理化表面306 (如圖3C所示)。雖然圖3C圖示摻雜劑材料308僅施加至基板302的紋理化表面306，但在一些實施例中，摻雜劑材料308可施加至基板302兩側。在基板302為ρ型基板的情況下,摻雜劑材料308為η型摻雜劑材料。用于娃太陽能電池制造的典型η型摻雜劑為例如磷(P)、砷(As)或銻(Sb)的元素。摻雜劑材料308可為氧氯化磷(P0C13)。其他實例可包括但不限于多磷酸、磷硅酸鹽玻璃前驅物、磷酸(Η3Ρ04)、亞磷酸(H3PO3 )、次磷酸(H3PO2)和/或上述物質的各種銨鹽。在基板302為η型基板的情況下，摻雜劑材料308可為ρ型摻雜劑材料，例如硼酸(H3BO3)15在任一情況下，可利用網印、噴墨印刷、噴霧沉積、橡皮沖壓、激光擴散或其他類似工藝，按照預定圖案沉積或印刷摻雜劑材料308。摻雜劑材料308最初可為液體、膠或凝膠，用以在后續處理步驟中在基板302內形成重摻雜區 312 (圖 3E)。[0031]在圖4所示步驟408中，在干燥腔室230 (圖2)中，可選地處理基板302，以將摻雜劑材料308干燥成均勻且更堅實的狀態。可以在約50°C與約500°C之間的期望溫度下處理基板302。如圖3C所示，干燥腔室230的溫度宜控制得夠高，以將摻雜劑材料308干燥成至少“膠粘”狀態、致密化和/或與基板302的前表面304形成接合，而溫度夠低致使摻雜劑材料中的摻雜劑原子不擴散到基板302內。
[0032]在圖4所示步驟410中，在熱處理腔室240 (圖2)中，將基板302逐漸加熱至高于約8000C的溫度。熱處理腔室240的溫度可按在約25°C /秒與約500°C /秒之間的提高速率從約700°C的穩定溫度提高至約850°C。在一個實例中，視目標片電阻值而定，在存有氧氣
(O2)或存有氧氣(O2)及氮氣(N2)的環境中，將基板302逐漸加熱至在約750°C與約1000°C之間的溫度范圍(例如在約800°C與約850°C之間)達到在約I分鐘與約120分鐘之間，例如在約15分鐘與約30分鐘之間。在溫度提高期間也可設想其他氣體，例如氫氣(H2)、空氣或上述氣體的組合物。
[0033]雖然未清楚繪示，但在此溫度提高期間熱處理基板302亦會導致摻雜劑材料308中的摻雜原子稍微或部分擴散到基板302的紋理化表面306內，進而改良基板302的前表面304附近的P原子的摻雜效率。在一個實例中，在快速熱退火(RTA)腔室中，在富氧(O2)環境中，將基板302逐漸加熱至約800°C至約850°C的溫度范圍。或者，在富氮(N2)環境中，逐漸加熱基板302。可修改而完成熱處理步驟的一示例性串聯處理系統為美國加州圣克拉拉市的應用材料公司制造的ATON系統。
[0034]在圖4所示步驟412中，雖然在熱處理腔室240 (圖2)中熱處理基板302，但也可將期望的含摻雜劑氣體(例如氧氯化磷(POCl3))供應至腔室240內，使基板302的前表面304暴露于POCl3蒸汽，進而在基板302的紋理化表面306上沉積含POCl3的摻雜層310(如圖3D所示)。摻雜層310通常為形成在摻雜劑材料308之間的薄層。在一個實例中，摻雜層310的層厚度可為從約10 A至約90000 A，例如30000 A，所述層厚度視沉積時間而改變。雖然未繪示，但摻雜層310的部分亦沉積在摻雜劑材料308上和在摻雜劑材料308之間。應設想，雖然摻雜劑材料308和摻雜層310顯示在不同階段被沉積，但摻雜層310可在摻雜劑材料308形成期間形成。例如，如圖3D所示，可在基板302的紋理化表面306上沉積或印刷期望圖案的摻雜劑材料308，同時使基板302暴露于期望的含摻雜劑氣體，例如氧氯化磷(POCl3)蒸汽，進而在摻雜劑材料308上和/或在摻雜劑材料308之間形成摻雜層310的部分。
[0035]步驟412可在存有氮氣(N2)及/或氧氣(O2)的環境中進行，且步驟412可選地包括載氣，例如氫氣、氦氣、気氣或其他適合的氣體。若有需要，則可在沉積摻雜層310前,進行將熱處理腔室240的溫度維持呈約850°C的可選的穩定步驟約I分鐘至35分鐘。在采用η型太陽能電池基板的情況下，可使基板302的前表面304暴露于蒸汽，例如多磷酸、磷硅酸鹽玻璃前驅物、磷酸(Η3Ρ04)、亞磷酸(Η3Ρ03)、次磷酸(成?02)和/或上述物質的各種銨鹽，以在紋理化表面306上沉積摻雜層。
[0036]在沉積摻雜層310期間，亦會使部分摻雜劑材料308蒸發，以致輕度摻雜基板302的暴露區(即摻雜劑材料308外的表面區域)而形成摻雜層310的部分。即，雖然基板302暴露于含摻雜劑的蒸汽，但摻雜劑材料308的部分亦可通過來自摻雜劑材料308的摻雜原子氣相輸送而有助于摻雜層310沉積。因此，可進一步改良基板302的表面附近的摻雜原子的摻雜效率。在步驟412的一些實例中，摻雜層310僅通過摻雜劑材料308的摻雜原子氣相輸送而形成，而未使基板302暴露于含摻雜劑氣體。雖然未繪不，但應設想在熱處理基板302期間，摻雜劑材料308的一些部分亦可沉積在基板302的背側。
[0037]在圖4所示步驟414中，停止供應含摻雜劑氣體(例如POCl3),且在熱處理腔室240中進行單步驟擴散工藝，使摻雜劑材料308中的摻雜原子和摻雜層310中的摻雜原子共同深度擴散到基板302的前表面304內，進而形成重摻雜區312和輕摻雜區314 (如圖3E所示)。通常通過在例如約850°C或以下的預定溫度下將熱能傳遞到基板302達預定時間段，來退火處理基板302，視給定熱能而定，所述時間段足以同時活化且促使摻雜劑材料308和摻雜層310中的摻雜劑原子(例如磷)擴散到基板302內期望距離。在某些應用中，期望在較低溫度范圍下退火，例如在約800°C與約850°C之間，例如在約825°C與約835°C之間，因為在較低溫度范圍下退火降低了制造工藝的熱預算。因此具降低的熱預算的創新的單步驟擴散工藝不僅有利單晶娃基板，還適合富缺陷基板，例如多結晶(多晶)娃基板和精練冶金級(UMG)硅基板，所述基板制造比高純度多晶硅便宜，進而可降低太陽能電池的制造成本。
[0038]圖3E的虛線繪示摻雜劑材料308和摻雜層310已擴散到基板302的前表面304內之后的基板302的狀態。所形成的結構提供η型射極區，η型射極區具有輕摻雜區314形成于基板302的前表面304上的重摻雜區312之間的分布。根據基板內的射極深度要求，退火后，輕摻雜區314的層厚度可為從約10 A至約90000 Α,例如30000 K,同時重摻雜區312的層厚度可為從約10 A至約30000 A或更厚。在一個實例中，重摻雜區312包括基板302的前表面區域的約5%與約85%之間。進行步驟414的工藝后，重摻雜區312的摻雜水平大于或等于約I X IO19原子/立方厘米，且輕摻雜區314的摻雜水平小于或等于約I X IO18原子/立方厘米。雖然未論及，然而可設想重摻雜區或輕摻雜區的摻雜水平可藉由增加或減小含摻雜劑環境的濃度來控制。
[0039]可在存有氮與氧的氛圍中，以約850°C進行步驟414的單步驟擴散工藝約30分鐘至約120分鐘。或者，可在存有氮、氧及氧氯化磷(POCl3)的環境中進行擴散。在一些應用中，可期望在富氮或純氮氛圍中，以約850°C進行單步驟擴散工藝約I分鐘至60分鐘，然后在富氧或純氧氛圍中，以約850°C進行約I分鐘至60分鐘。若有需要，可在整個擴散工藝中，在富氮或純氮氛圍中進行此單步驟擴散工藝。
[0040]在完成步驟414的擴散后，基板302的重摻雜區312的片電阻(Rs)通常小于80 Ω/，例如在約20Ω/與約70 Ω/之間，例如在約55Ω/與約60 Ω/之間，同時輕摻雜區314 (即除重摻雜區312外的場區)的片電阻(Rs)通常大于約60 Ω/，例如在約80Ω/與約120 Ω /之間。單步驟擴散工藝能在基板302的前表面304提供低射極片電阻及高射極片電阻。具有高片電阻的輕摻雜區314有利于降低載子復合，反之具低片電阻的重摻雜區312則可提供良好的歐姆接觸。因此，基板302具有重摻雜區312的網格圖案，所述重摻雜區提供極低電阻以在射極區與后續形成的導電觸點之間提供高導電路徑。具有高片電阻的場區(即輕摻雜區314)可降低載子復合且吸收最少光，讓增加的光量透射至p-n結323而轉換成電流。形成的重摻雜區312的圖案被配置以匹配圖案化金屬接觸結構，例如上述參考圖1A及圖1B所討論的導電觸點14。
[0041]在圖4所示步驟416中，在完成單步驟擴散工藝后，在熱處理腔室240中，可將基板302逐漸冷卻至期望溫度(如圖2及圖4所示)。可按照在約5°C /秒與約350°C /秒之間的降溫速率，例如約150°C /秒，使基板302的溫度從約850°C的擴散溫度降至約700°C或以下的期望溫度，例如約室溫。
[0042]在圖4所示步驟418中，在完成步驟416的工藝后，在第二清潔腔室250 (圖2)中，在基板302上進行可選的清潔工藝，以從基板302上移除任何不希望有的殘留物或氧化物，例如擴散步驟期間形成的磷硅酸鹽玻璃氧化物。可按照類似上述關于步驟402討論的方式進行清潔工藝。清潔工藝可在基板302上進行約5秒與約600秒之間，例如約30秒至約240秒。
[0043]在圖4所示步驟420中，在沉積腔室260 (圖2)中，在基板302的前表面304上形成抗反射層316 (如圖3F所示)。抗反射層316亦可包括透明導電氧化物(TCO)層(未繪示)。在一個實例中，抗反射層316可為薄鈍化/抗反射層，例如氧化硅或氮化硅。在需要異質結型太陽能電池的一些實施例中，鈍化/抗反射層可包括薄(20 A至I(K) A)本征無定形硅(1-a-S1:H)層和ARC層(例如氮化硅)，鈍化/抗反射層可在沉積腔室260中使用物理氣相沉積(PVD)工藝或化學氣相沉積(CVD)工藝沉積而得。
[0044]在圖4所示步驟422中，如圖3G所示，可選地蝕刻抗反射層316的部分以暴露重摻雜區312的區域324，使得后續沉積的導電觸點可密切接觸暴露的重摻雜區312而放置。因此，蝕刻圖案將匹配用于形成重摻雜區312的圖案。可用于圖案化抗反射層316的典型蝕刻工藝可包括圖案化及干蝕刻技術、激光消融技術、圖案化及濕蝕刻技術或其他適合工藝。或者，后續沉積的導電觸點318 (步驟424中)可燒穿抗反射層316，而不需蝕刻抗反射層 316。
[0045]在圖4所示步驟424中，如圖3H所示，在沉積腔室260 (圖2)中，按照圖案沉積導電觸點318至基板302上暴露的重摻雜區312上。導電觸點318的厚度可為在約500 A與約50000 A之間，寬度為約IOum至約200 μ m,且導電觸點318含有金屬，例如鋁(Al)、銀(Ag)、錫(Sn)、鈷(Co)、錸(Rh)、鎳(Ni)、鋅(Zn)、鉛(Pb)、鈀(Pd)、鑰(Mo)、鈦(Ti)、釩(V)、鎢(W)或鉻(Cr)。在一個實例中，導電觸點318是含有銀(Ag)或錫(Sn)的金屬膠，并按照匹配用于形成重摻雜區312的圖案，通過首先網印金屬膠及加熱金屬膠達預定溫度來燒結此膠，以沉積圖案。網印工藝可通過可從Baccini S.p.A (美國加州圣克拉拉市的應用材料公司的分部)的Softline?工具進行。沉積腔室260的實例進一步詳述于2009年4月6日申請、名稱為“NEXT GENERATION SCREEN PRINTING SYSTEM (下一代網印系統)”的美國專利申請案第12/418, 912號和2008年11月19日申請、名稱為“SOLAR CELL CONTACTFORMATION PROCESS USING A PATTERNED ETCHANT MATERIAL (使用圖案化蝕刻材料進行太陽能電池觸點形成工藝)”的美國專利公開案第2009/0142880號。
[0046]在圖4所示步驟424后，傳遞熱至導電觸點318，促使導電觸點318中的金屬形成電性連接至重摻雜區312。加熱工藝可在沉積腔室260內的加熱爐中進行。可用于進行步驟424的工藝步驟的加熱爐的一個實例進一步描述于共同轉讓且共同待審的2008年10 月 24 日申請、名稱為 “SOLAR CELL CONTACT FORMATION PROCESS USING A PATTERNEDETCHANT MATERIAL (利用圖案劃蝕刻材料的太陽能電池觸點形成工藝)”的美國專利申請案第 12/274,023 號。[0047]上述本發明關于制作太陽能電池的改良方法。特別地，本發明的實施例提供單步驟擴散工藝，用以在約850°C或以下的較低溫度下制造選擇性射極太陽能電池。在不同實施例中，選擇性施加摻雜劑膠(且可選地)干燥于基板的紋理化前表面。接著使基板暴露于期望的含摻雜劑蒸汽，例如氧氯化磷(POCl3),以沉積摻雜層至基板前表面。在基板暴露于POCl3蒸汽的同時，部分摻雜劑膠亦可透過摻雜劑膠的磷氣相輸送而有助于摻雜層沉積，進而改良基板表面附近的P原子摻雜效率。接著在包含氮和/或氧的氛圍中，加熱及退火處理基板至足以同時活化且促使摻雜劑膠及摻雜層中的摻雜劑原子擴散到基板內期望距離的溫度，以形成重摻雜射極區和輕摻雜射極區。具有低片電阻的重摻雜區提供在射極區與后續形成的導電觸點之間的高導電路徑。具有高電阻的輕摻雜區則降低載子復合且吸收最少光，使增加的光量透射至P-n結而轉換成電流。創新的單步驟擴散工藝能以增加的基板產量和降低的熱預算來制造太陽能電池，并且亦開啟富缺陷基板的機會，例如多結晶(多晶)硅基板和精練冶金級(UMG)硅基板，進而降低太陽能電池的制造成本。另外，與常規二步驟擴散工藝相比，根據本發明的工藝亦顯著改良太陽能電池前表面附近的摻雜效率。
[0048]雖然以上針對本發明實施例進行說明，但在不脫離本發明基本范圍的情況下，當可策劃本發明的其他和進一步實施例，且本發明的范圍由所附權利要求書確定。
【權利要求】
1.一種形成太陽能電池的方法，所述方法包括以下步驟: 選擇性施加摻雜劑材料層至基板的表面，所述摻雜劑材料層的導電類型與所述基板相反； 在富氧環境中，提高所述基板的溫度，以使所述摻雜劑材料層擴散到所述基板的所述表面內； 使所述基板暴露于含摻雜劑蒸汽，以在所述基板的所述表面上沉積摻雜層，所述摻雜層的導電類型與所述基板相反；以及 將所述基板加熱至足以使所述摻雜劑材料中的摻雜劑原子和所述摻雜劑層中的摻雜劑原子擴散到所述表面內期望距離的溫度。
2.如權利要求1所述的方法，其中提高所述基板的溫度的步驟包括以下步驟:以約5°C /秒至約150°C /秒的升溫速率，將所述基板的溫度升高至在約800°C與約850°C之間的范圍內的溫度。
3.如權利要求1所述的方法，其中加熱所述基板在約800°C與約850°C的溫度范圍下進行。
4.一種形成太陽能電池的方法，所述方法包括以下步驟: 使基板的表面紋理化； 選擇性施加摻雜劑材料層至所述基板的所述紋理化表面，所述摻雜劑材料層的導電類型與所述基板相反； 使所述基板暴露于含摻雜劑蒸汽，以在所述紋理化表面上沉積摻雜層，所述摻雜層的導電類型與所述基板相反；以及 將所述基板加熱至足以使所述摻雜劑材料中的摻雜劑原子和所述摻雜劑層中的摻雜劑原子擴散到所述紋理化表面內期望距離的溫度。
5.如權利要求4所述的方法，進一步包括以下步驟: 在使所述基板暴露于所述含摻雜劑蒸汽前，提高所述基板的溫度至預定溫度，以使所述摻雜劑材料中的摻雜原子擴散到所述基板的所述紋理化表面內。
6.如權利要求5所述的方法，其中提高所述基板的溫度的步驟包括以下步驟:以約5°C /秒至約350°C /秒的升溫速率，將所述基板的所述溫度升高至在約800°C與約850°C之間的范圍內的溫度。
7.如權利要求5所述的方法，其中提高所述基板的溫度是在包括氧氣(O2)的氛圍中進行。
8.如權利要求4所述之方法，其中使所述基板暴露于所述含摻雜劑蒸汽是在包括氮氣(N2)和/或氧氣(O2)的氛圍中進行。
9.如權利要求4所述的方法，其中在使所述基板暴露于所述含摻雜劑蒸汽期間，使所述摻雜劑材料層的部分蒸發，以致輕度摻雜所述基板的所述紋理化表面。
10.一種形成太陽能電池的方法，所述方法包括以下步驟: 選擇性施加摻雜劑材料層至基板的表面，所述摻雜劑材料層的導電類型與所述基板相反； 使所述基板暴露于含摻雜劑蒸汽，以在所述表面上沉積摻雜層，所述摻雜層的導電類型與所述基板相反；以及將所述基板加熱至足以使所述摻雜劑材料中的摻雜劑原子擴散到所述基板內而形成多個重摻雜區的圖案、并使所述摻雜劑層中的摻雜劑原子擴散到所述表面內而形成多個輕摻雜場區的溫度，其中所述輕摻雜區形成在所述重摻雜區之間。
11.如權利要求10所述的方法，其中使所述基板暴露于所述含摻雜劑蒸汽是在包括氮氣(N2 )、氧氣(O2)及來自所述含摻雜劑蒸汽的η型摻雜劑的氛圍中進行。
12.如權利要求10所述的方法，其中在使所述基板暴露于所述含摻雜劑蒸汽期間，使所述摻雜劑材料層的部分蒸發，以致輕度摻雜所述基板的所述表面。
13.如權利要求10所述的方法，其中加熱所述基板是在包括氮氣(N2)和/或氧氣(O2)的氛圍中進行。
14.如權利要求10所述的方法，其中重摻雜區的所述圖案的片電阻(Rs)在約20Ω/與約70 Ω /之間，且所述輕摻雜場區的片電阻(Rs)在約80 Ω /與約120 Ω /之間。
15.如權利要求10所述的方法，進一步包括以下步驟: 在使所述基板暴露于所述含摻雜劑蒸汽前，將所述基板的溫度提高至在約800°C與約850°C之間的溫度范圍。
【文檔編號】H01L31/18GK103477450SQ201280019308
【公開日】2013年12月25日 申請日期:2012年2月14日 優先權日:2011年4月21日
【發明者】P·庫馬爾, J·多明格斯, D·坦納 申請人:應用材料公司