專利名稱：用低溫精密回蝕和鈍化過程制備的具有選擇性發(fā)射極的晶體硅光伏電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及半導體器件，更具體涉及具有選擇性發(fā)射極的高效光伏(PV)電 池。
背景技術(shù)：
晶體硅光伏(PV)電池通常具有可接受光線的前側(cè)面和與前側(cè)面相反的后側(cè)面。 前側(cè)面是PV電池的發(fā)射極的部分并具有形成于其中的多個電接觸。后側(cè)面具有至少一個 電接觸。前側(cè)面和后側(cè)面上的電接觸用于將PV電池連接至外部電路。前側(cè)接觸通常形成為延伸穿過整個前側(cè)面的多個平行隔開的“指狀物”。通過將金 屬糊料以所需圖案絲網(wǎng)印刷至前側(cè)面上形成指狀物。金屬糊料擴散至前側(cè)面中使得僅少部 分的糊料留在前側(cè)面上，該少部分被視為指狀物或上述線條。提供額外的糊料以產(chǎn)生垂直 于指狀物延伸的母線，以收集來自指狀物的電流。母線通常比指狀物寬以使其能夠承載從 指狀物集合的電流。電接觸和母線不透明且為發(fā)射極遮蔽光線，這使得用于光聚集的有效發(fā)射極區(qū)域 的光線減少。因此，襯底前側(cè)上由絲網(wǎng)印刷的指狀物和母線占據(jù)的區(qū)域已知為陰影區(qū)，因為 形成指狀物和母線的不透明糊料阻止太陽輻射到達該區(qū)域中的發(fā)射極。陰影區(qū)使器件的電 流產(chǎn)生能力降低。現(xiàn)代太陽能電池襯底陰影區(qū)域占據(jù)6%至10%的可用活性比表面積。盡管以大容量制備硅晶電池，但需要提高其效率并降低其制造成本以使光伏能 源成本更具競爭性。前側(cè)金屬化的優(yōu)化是一種減少由金屬接觸占據(jù)的陰影區(qū)域的方式。 陰影區(qū)域的減少增加了 PV電池的電流和電壓，因為其增加了太陽輻射所能到達的襯底的 表面積，并同樣減少了接觸糊料向襯底前表面中的擴散，擴散對電荷復(fù)合具有不利作用。 PV電池的前側(cè)和后側(cè)上的電荷復(fù)合可通過使用工業(yè)可用的技術(shù)和設(shè)備用薄層介電材料 (例如 Si02、SiNx、SiC)鈍化而大大減少(S. W. Glunz 等人，“Comparison of different dielectric passivation layers for application in industrialIy feasible high-efficiency crystalline solar cells",20th European Solar Conference and Exhibition, 6 月 6-10 日，2005，巴塞羅那)。由于發(fā)射極厚度的限制，傳統(tǒng)的絲網(wǎng)印刷技術(shù)在太陽能電池效率的改進上存在局 限性。在絲網(wǎng)印刷指狀物燒制過程中，當發(fā)射極厚度小于金屬糊料的擴散深度時，產(chǎn)生通過 ρ/η結(jié)的電分流(electrical shunting)。因此現(xiàn)代絲網(wǎng)印刷技術(shù)允許制備具有發(fā)射極薄 層電阻通常不超過650hm/sq的太陽能電池。這對應(yīng)發(fā)射極厚度為大于0.2微米。同時，已 知具有大于lOOOhm/sq的薄層電阻和小于0. 2微米的厚度的發(fā)射極提供基本有益的電池效 率，主要原因在于藍色光譜區(qū)域中較低的光學損失。具有這些性質(zhì)的發(fā)射極已知為淺結(jié)發(fā) 射極(shallow emitter)。因此，為了提高使用傳統(tǒng)絲網(wǎng)印刷金屬化的太陽能電池的轉(zhuǎn)化效 率，可優(yōu)化發(fā)射極的設(shè)計參數(shù)，使得在絲網(wǎng)印刷指狀物下方發(fā)射極厚度足夠大，而在光線照 射區(qū)域發(fā)射極厚度則薄得多。具有這些不同厚度的發(fā)射極已知為選擇性發(fā)射極。在選擇性發(fā)射極中，集電指狀物和母線下方區(qū)域中足夠的發(fā)射極厚度和高摻雜劑濃度確保半導體襯 底和指狀物與母線之間的低電阻電接觸，而不會分流ρ/η結(jié)。盡管選擇性發(fā)射極的使用被 證實能夠有效改善PV電池的效率，但實踐中選擇性發(fā)射極的實施相當復(fù)雜。另一個改善太陽能電池性能的方法包括回蝕發(fā)射極的盲區(qū)，在發(fā)射極中僅留下?lián)?雜劑濃度減少區(qū)。當摻雜劑擴散至材料中時，在半導體材料中形成盲區(qū)或摻雜劑濃度相對 恒定區(qū)。摻雜劑濃度減少區(qū)緊鄰盲區(qū)形成。盲區(qū)具有相對高的摻雜劑濃度。在該區(qū)中極易 發(fā)生電荷復(fù)合，這是不希望的。因此，本領(lǐng)域中通常試圖使用傳統(tǒng)蝕刻法除去該區(qū)，從而僅 留下?lián)诫s劑濃度減少區(qū)。傳統(tǒng)的回蝕法基于濕蝕刻或涉及高溫的等離子體蝕刻方法，其需 要昂貴的設(shè)備和特定的步驟并且與多晶硅半導體材料不相容。此外，這些方法可導致濃度 減少區(qū)的部分變薄。因此不能精確控制發(fā)射極的厚度，因此在制備中難以達到制造公差。Ruby 等人的名稱為"Silicon solar cells made by a self-aligned, selective-emitter,plasma-etchback5, 871, 591 了？ 禾口
選擇性發(fā)射極的方法。該方法使用重摻雜的發(fā)射極的等離子體蝕刻來改善其性能。使用絲 網(wǎng)印刷的金屬圖案(也被稱作太陽能電池的柵極)以遮蔽等離子體蝕刻，從而僅蝕刻在柵 極之間的發(fā)射極區(qū)域，而柵極下方的區(qū)域維持重摻雜以在襯底和絲網(wǎng)印刷的金屬柵極之間 提供低的接觸電阻。該方法可能是低成本方法，因為其不需要使重摻雜區(qū)域與絲網(wǎng)印刷圖 案精密對準。蝕刻發(fā)射極之后，通過等離子體增強化學氣相沉積來沉積氮化硅，以產(chǎn)生抗反 射涂層。然后在合成氣中使太陽能電池退火。提出的等離子體回蝕法使發(fā)射極表面上摻雜 劑濃度大幅降低，由于減少了表面電荷復(fù)合，這改善了發(fā)射極的摻雜屬性并使太陽能電池 效率相應(yīng)改善。雖然該方法允許選擇性發(fā)射極的制造和太陽能電池效率的提高，其缺點在 于不能在回蝕處理之后針對發(fā)射極的最終厚度提供足夠的控制。該缺點導致制造的PV電 池的性質(zhì)重現(xiàn)性差。Ruby 等人的名稱為"Silicon solar cells made by a self-aligned, selective-emitter,plasma-etchback process"的美國專利 6，091，021 描述了 PV 電池和 制備PV電池的方法，其中使用PV電池的金屬化柵極以遮蔽PV電池的部分發(fā)射極區(qū)域，以 允許選擇性蝕刻區(qū)域。與具有均勻的發(fā)射極重摻雜的PV電池相比，自對準的選擇性蝕刻允 許增強的藍光響應(yīng)(blue response)，而在柵極線下方的區(qū)域中保留更重的摻雜，這對于低 的接觸電阻來說是需要的。該方法可代替用于獲得選擇性蝕刻發(fā)射極的難對準的方法，并 易于與現(xiàn)存的等離子體處理方法和技術(shù)結(jié)合。該方法使發(fā)射極表面上摻雜濃度大幅降低， 由于減少的表面電荷復(fù)合，這改善了發(fā)射極的摻雜分布并使太陽能電池效率相應(yīng)改善。然 而，所提出的方法同樣不能在回蝕處理之后針對發(fā)射極的最終厚度提供足夠的控制，導致 制備的PV電池的性質(zhì)重現(xiàn)性差。Horzel 等人的名禾爾為"Semiconductor device with selectively diffused regions”的美國專利6，552，414和6，825，104描述了具有兩個具有不同摻雜程度的選擇性 擴散區(qū)域的PV電池。使用第一絲網(wǎng)印刷過程將固體基摻雜劑源沉積在襯底上。在特定提 供的氣氛中使來自摻雜劑源的摻雜劑原子擴散至太陽能電池的前側(cè)中，以產(chǎn)生兩個具有不 同摻雜劑濃度的區(qū)域摻雜劑源下方的高摻雜劑濃度區(qū)域和太陽能電池剩余前側(cè)上的低摻 雜劑濃度區(qū)域。第二絲網(wǎng)印刷過程沉積精確對準的金屬化圖案，以確保絲網(wǎng)印刷的指狀物 和母線與發(fā)射極的高摻雜劑濃度區(qū)域接觸。然而，通過這些方法，非常難以確保發(fā)射極性質(zhì)(特別是選擇性淺結(jié)發(fā)射極區(qū)域的厚度)的足夠的重現(xiàn)性。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供在光伏晶體硅半導體晶片中形成選擇性發(fā)射極的方 法，所述光伏晶體硅半導體晶片具有前側(cè)面和后側(cè)面、前側(cè)面和后側(cè)面之間的結(jié)以及結(jié)和 前側(cè)面之間的發(fā)射極。所述發(fā)射極具有擴散的摻雜劑濃度分布，使得發(fā)射極具有直接位于 前側(cè)面下方的盲區(qū)以及鄰近盲區(qū)的摻雜劑濃度減少區(qū)，其中所述盲區(qū)中擴散的摻雜劑濃度 相對恒定，所述摻雜劑濃度減少區(qū)中擴散的摻雜劑濃度減少。所述方法包括在前側(cè)面上形 成掩模以在前側(cè)面上產(chǎn)生遮蔽和未遮蔽區(qū)域。所述方法還包括在前側(cè)面的未遮蔽區(qū)域電化 學形成第一氧化硅層，使得氧化硅層至少延伸至發(fā)射極中的盲區(qū)。所述方法進一步包括除 去掩模，回蝕第一氧化硅層直至基本除去全部第一氧化硅層，和回蝕之后在前側(cè)面上電化 學形成第二氧化硅層，使得第二氧化硅層具有足夠的厚度以鈍化前側(cè)面。電化學形成第一氧化硅層和第二氧化硅層至少之一可包括使前側(cè)面與電解質(zhì)的 表面電接觸，同時在電解質(zhì)和晶片的后側(cè)面之間施加電勢，直至通過晶片的電流符合標準。電化學形成第一氧化硅層和第二氧化硅層至少之一可包括施加電勢直至通過晶 片的電流小于參考值。電化學形成第一氧化硅層可包括將參考值設(shè)定為對應(yīng)氧化硅層的厚度的值，第一 氧化硅層的厚度大致對應(yīng)至少盲區(qū)的厚度。電化學形成第一氧化硅層和第二氧化硅層至少之一可包括隨著第一氧化硅層和/ 或第二氧化硅層的生長改變電勢。改變電勢可包括在約20伏特至約500伏特改變電勢。電化學形成第一氧化硅層可包括電化學形成第一氧化硅層直至第一氧化硅層具 有約Inm至約500nm的厚度，和其中形成第二氧化硅層包括電化學形成第二氧化硅層直至 第二氧化硅層具有約Inm至約30nm的厚度。根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供用作光伏電池的光伏晶體硅半導體晶片的制備方 法。所述方法可包括在形成第二氧化物層之后，在前側(cè)面施加抗反射涂層。所述方法可進一步包括在前側(cè)面和后側(cè)面上形成電接觸，其中在前側(cè)面中形成的 電接觸在半導體晶片被掩模覆蓋的區(qū)域中形成，在后側(cè)面中形成的電接觸均勻貫穿后側(cè)面 形成。形成掩模可包括將糊料印刷至前側(cè)面上。
印刷糊料可包括將糊料印刷成線。所述方法還可包括在形成抗反射涂層之后，在前側(cè)面和后側(cè)面上形成電接觸，其 中在前側(cè)面中形成的電接觸在發(fā)射極被掩模覆蓋的區(qū)域中形成，在后側(cè)面中形成的電接觸 均勻貫穿后側(cè)面形成。根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供在具有前側(cè)面和后側(cè)面的晶體硅半導體晶片中形 成選擇性發(fā)射極的方法。所述方法包括在前側(cè)面上形成掩模以在前側(cè)面上產(chǎn)生遮蔽和未遮 蔽區(qū)域。該方法還包括在前側(cè)面的未遮蔽區(qū)域中形成第一氧化硅層，和除去掩模。該方法 還包括通過前側(cè)面的預(yù)先遮蔽區(qū)域和通過第一氧化硅層擴散摻雜劑，使得預(yù)先遮蔽區(qū)域和 第一氧化硅層具有盲區(qū)和鄰近盲區(qū)的摻雜劑濃度減少區(qū)，其中所述盲區(qū)中擴散的摻雜劑濃度相對恒定，而所述摻雜劑濃度減少區(qū)中的擴散的摻雜劑濃度減少。所述方法還包括回蝕 氧化硅層直至基本除去全部第一氧化硅層。所述方法還包括在回蝕之后，在前側(cè)面上電化 學形成第二氧化硅層，所述第二氧化硅層具有足夠的厚度以鈍化前側(cè)面。通過參考下列本發(fā)明具體實施方案的說明并結(jié)合附圖，本發(fā)明的其他方面和特征 對于本領(lǐng)域技術(shù)人員將是明顯的。


在說明本發(fā)明實施方案的圖中，圖1是表示根據(jù)本發(fā)明的第一實施方案在光伏晶 體硅半導體晶片中形成選擇性發(fā)射極的方法的示意圖，其包括圖1A，其是所述過程原材料的示意圖；圖1B，其是圖IA的器件在前表面上形成保護條之后的示意圖；圖1C，其是圖IB的器件上電化學形成第一氧化硅層之后的示意圖；圖1D，其是圖IC的器件上除去保護條之后的示意圖；圖1E，其是圖ID所示器件在回蝕圖ID所示器件的第一氧化硅層之后的示意圖；圖1F，其是圖IE所示器件上形成第二氧化硅層之后的示意圖；圖1G，其是圖IF所示器件上沉積抗反射涂層之后的示意圖；圖1H，其是圖IG所示器件上形成電接觸的示意圖；和圖II，其是具有固定于其上的集電極的圖IH所示器件的示意圖；圖2是圖IB所示器件的示意圖，其中穿過圖IB所示器件的前側(cè)面以平行線印刷 保護條；圖3是圖IB所示器件的示意圖，其中保護條形成為正方形柵極圖案；圖4是圖IB所示器件的示意圖，其中保護條形成為斷裂線段；圖5是用于在圖IB所示器件上電化學形成第一氧化硅層和在圖IE所示器件上電 化學形成第二氧化硅層的電化學浴的示意圖；和圖6是在光伏晶體硅半導體晶片(其中尚未形成ρ/η結(jié))中形成選擇性發(fā)射極的 過程的示意圖，其包括圖6Α，其示出所述過程的第一步驟，其中將保護條絲網(wǎng)印刷在預(yù)摻雜的ρ型半導 體晶片上；圖6Β，其顯示了在其上電化學形成第一氧化物層之后的圖6Α所示器件；圖6C，其顯示了除去保護條之后的圖6Β所示器件；圖6D，其顯示了進行摻雜過程之后的圖6C所示器件，其中η型材料擴散至圖6所 示器件的前表面中以形成具有高摻雜劑濃度區(qū)域和低摻雜劑濃度區(qū)域的發(fā)射極；圖6Ε，其是回蝕圖6D所示器件的第一氧化硅層之后的圖6D所示器件的示意圖；圖6F，其是圖6Ε所示器件上形成第二氧化硅層之后的示意圖；圖6G，其是圖6F所示器件上沉積抗反射涂層之后的示意圖；圖6Η，其是圖6G所示器件上形成電接觸的示意圖；和圖61，其是具有固定于其上的集電極的圖6Η所示器件的示意圖。
具體實施例方式參考圖1，根據(jù)本發(fā)明的第一實施方案在光伏晶體硅半導體晶片中形成選擇性發(fā) 射極的方法整體上示于10中。如圖IA所示，所述方法的原材料是光伏晶體硅半導體晶片 12，其具有前側(cè)面14和后側(cè)面16以及在前側(cè)面與后側(cè)面之間的半導體ρ/η結(jié)18。首先，晶片由以常見方式摻雜的半導體材料構(gòu)成，其中，例如晶片的主體部分由ρ 型材料組成，晶片的發(fā)射極部分由η型材料組成。發(fā)射極位于結(jié)18和前側(cè)面14之間。通常通過將磷擴散至ρ型半導體晶片中形成發(fā)射極。用于將磷擴散至晶片中的擴 散過程導致?lián)诫s劑通過前側(cè)面14擴散至主體半導體中，這產(chǎn)生發(fā)射極并導致其具有擴散 的摻雜劑濃度分布，使得發(fā)射極具有直接位于前側(cè)面下方的盲區(qū)20和在盲區(qū)與結(jié)18之間 的濃度降低區(qū)22。盲區(qū)20具有從前側(cè)面14至離前側(cè)面第一距離M的相對恒定的電活性 摻雜劑濃度，濃度降低區(qū)22具有降低的摻雜劑濃度，其中擴散的摻雜劑濃度從第一距離至 結(jié)18降低。用上述常見摻雜劑擴散過程形成的發(fā)射極通常產(chǎn)生具有約40至500hm/sq的 薄層電阻和約0. 3至約0. 5微米的發(fā)射極厚度的發(fā)射極。參考圖1B，根據(jù)本發(fā)明的第一實施方案，所述過程的第一步驟是在前側(cè)面14上形 成掩模30以在前側(cè)面上產(chǎn)生遮蔽區(qū)域32和未遮蔽區(qū)域34。在所示的實施方案中，使用絲 網(wǎng)印刷或噴墨技術(shù)通過在前側(cè)面14上沉積保護條36形成掩模30。例如，適于保護發(fā)射極 表面不受電化學氧化和抗氫氟酸穩(wěn)定的真空封蠟(Picein wax)或其他蠟基熱熔糊料是有 利的。用于該目的的合適產(chǎn)品可購自例如美國俄亥俄州的i^erro Corporation.參考圖2，保護條36可穿過前側(cè)面14以平行連續(xù)線40排列，每條線具有約100微 米至約500微米的寬度。所述線可以約500微米至約5000微米隔開。參考圖3，或者，保護條36可排列為正方形柵極排布42，其具有約500平方微米至 約5000平方微米的網(wǎng)格44。參考圖4，在另一可選擇的實施方案中，保護條36可以包含多個線段48的平行斷 裂線46排列，每個片段具有約0. 5mm至約4mm的長度以及約0. Imm至約Imm的寬度。這些 斷裂線46例如可以約Imm至6mm隔開。參考圖1C，所述過程的第二步驟是在前側(cè)面14的未遮蔽區(qū)域34電化學形成第一 氧化硅層100，使得第一氧化硅層至少延伸至發(fā)射極25中限定盲區(qū)20端部的第一距離對。參考圖5，通過將前側(cè)面14置于電解質(zhì)浴112中的電解質(zhì)110的表面108上從而 實現(xiàn)第一氧化硅層的電化學形成。浴112中置有一系列輥(僅示出其中兩個，114和116) 以支撐半導體晶片12的前側(cè)面14，并將在浴112中傳輸晶片12。提供多個后側(cè)輥118、120 和122以接觸晶片12的后側(cè)面16并在浴112中傳輸晶片12。后側(cè)輥118、120和122與 電路1 連接，所述電路包含第一導體1 和第二導體128、電流表130、電壓源132和電極 134。電極134位于電解質(zhì)110中并通過第二導體128與電壓源132連接。后側(cè)輥118、120 和122通過第一導體與電流表130連接，電流表與電壓源132連接，從而形成串聯(lián)電路。電 解質(zhì)110可包含約0. 5克NaN03、3克H2O和100毫升CH3OH的組合物，并因此是導電性的。期望的是后側(cè)面16和后側(cè)輥118、120和122之間的接觸電阻保持較小?？蓪X 的薄層(未示出)預(yù)先蒸發(fā)到后側(cè)面16上，以在后側(cè)面和后側(cè)輥118、120和122之間提供 低的接觸電阻。電極134可由鉬、石墨、不銹鋼、鋁或其他提供與后側(cè)面16足夠低電阻電接觸的材料構(gòu)成。為了電化學形成第一氧化硅層100，設(shè)置電壓源132以在后側(cè)輥118、120和122和 電極134之間施加約20伏特至約500伏特的電壓。這導致電解質(zhì)中的水分解為氫離子和 氧離子。氧離子在電解質(zhì)110中的遷移導致晶片12的前側(cè)面14的未遮蔽區(qū)域34上氧化 硅的電化學氧化，而氫離子的遷移導致電極134的還原。取決于電解質(zhì)的組成，電化學氧化 過程可在低于100°C的相對低溫下進行。氧化硅是具有電阻的絕緣體，該電阻取決于未遮蔽區(qū)域34中陽極形成的氧化硅 厚度。因此，隨著第一氧化硅層形成和生長，其向電路貢獻的電阻增加，因此從電壓源132 流出的電流逐漸降低。因此，需要增加由電壓源132提供的電壓以保持氧化硅層在未遮蔽 區(qū)域34的生長，以達到所需的厚度。盲區(qū)20通常具有約30nm至約IOOnm的厚度，因此，需要控制由電壓源132提供的 電壓以確保氧化硅層100形成為對應(yīng)盲區(qū)厚度的深度。在未遮蔽區(qū)域34中形成的第一氧化硅層100有效地將第一表面的未遮蔽區(qū)域34 下方的發(fā)射極部分轉(zhuǎn)換為氧化硅部分(在此稱作第一氧化硅層)。由于通過調(diào)節(jié)電壓源132 的電壓控制第一氧化硅層100的厚度，以使第一氧化硅層至少延伸至發(fā)射極25中的盲區(qū) 20，第一氧化硅層占據(jù)前側(cè)面14的未遮蔽區(qū)域34下方的盲區(qū)，留下第一氧化硅層和結(jié)18 之間的具有包含摻雜劑濃度降低的摻雜分布的發(fā)射極部分。所述摻雜劑濃度降低區(qū)的薄層 電阻取決于該區(qū)的厚度，并可在800hm/sq至約1400hm/sq的范圍內(nèi)變化。因此，第一氧化 物層可在該摻雜劑濃度降低區(qū)中延伸以形成具有所需薄層電阻的發(fā)射極。在所示的實施方案中，第一氧化娃層占據(jù)盲區(qū)，并在其下方留下完整的摻雜劑濃度降 低區(qū)，由保護條36覆蓋的鄰近的遮蔽區(qū)域持續(xù)具有約400hm/Sq至約500hm/Sq的薄層電阻。參考回圖1，在特定的圖ID中，所述方法的下一步驟是除去掩模30，包括除去保護 條36。這可使用有機溶劑例如氯仿或其他氯基有機溶劑溶解保護條36完成。這使得發(fā)射 極25具有由第一氧化硅層部分142、144分離的具有約400hm/sq至500hm/sq的薄層電阻 的重摻雜區(qū)域140，和具有至多約1400hm/sq的薄層電阻的輕摻雜的小淺結(jié)部分146、148。 前側(cè)面14通常為平面。參考圖1E，所述過程的下一步驟是回蝕第一氧化硅層100直至基本除去全部第一 氧化硅層。這包括使用已知的回蝕工藝，例如包括將晶片12的前側(cè)面14浸入氫氟酸(HF) 中的那些工藝，其導致第一氧化硅層100的選擇性溶解，而使發(fā)射極25的鄰近的高摻雜部 分140實際上未蝕刻，除了通常存在于任何硅晶體表面上的具有約Inm厚度的非常薄的氧 化硅原生層(native layer)保持完整。因此，高摻雜部分140例如鄰近并位于輕摻雜部分 146和148之上。所述過程的下一步驟是在上述回蝕步驟之后在前側(cè)面14上電化學形成第二氧化 硅層150，以使第二氧化硅層具有足夠的厚度以鈍化高摻雜部分140和輕摻雜部分146和 148。為了電化學形成第二氧化硅層，可將晶片置于圖5所示的電解浴112中，并調(diào)節(jié)電壓 源132以在高摻雜部分140和輕摻雜部分146、148上生長第二氧化硅層150。參考圖1F，第二氧化硅層150可形成約Inm至約30nm的厚度，該厚度足以鈍化高 摻雜區(qū)域140和輕摻雜部分146、148的外表面。還參考圖1，特別是圖1G，所述方法的下一步驟是在第二氧化硅層150上形成抗反射涂層160，例如氮化硅(SiN4)?？墒褂玫入x子體增強化學氣相沉積或其他已知方法施加 SiN4抗反射涂層。參考圖1H，所述方法的下一步驟是分別在前側(cè)面14和后側(cè)面16上形成電接觸。 使用傳統(tǒng)的絲網(wǎng)印刷技術(shù)在前側(cè)面14上形成接觸162，該技術(shù)包含對準絲網(wǎng)印刷的絲網(wǎng)， 使得形成接觸的糊料位于高摻雜區(qū)域140上?？墒褂锰娲椒ɡ缃饘匐婂円栽谇皞?cè)面14 中形成接觸?？墒褂脗鹘y(tǒng)的絲網(wǎng)印刷法、激光燒制法或具有燒結(jié)的鋁濺射法在后側(cè)面16中 形成接觸164。接觸在后側(cè)面16上的定位不如前側(cè)面14那么苛刻，但是通常需要使接觸均 勻穿過后側(cè)面分布。參考圖II，在前側(cè)面14和后側(cè)面16上形成接觸之后，在前側(cè)面施加例如PCT申 請?zhí)朠CT/CA2003/001278中描述的電極163，使得電極上的導體165與前側(cè)面上的接觸162 歐姆接觸，以從其收集電流并向外部電路提供電流。參考圖6，通過應(yīng)用氧化硅作為擴散阻擋從而在晶體半導體晶片200中形成選擇 性發(fā)射極的方法整體上示于206中。所述過程的第一步驟示于圖6A中，在該步驟中，在晶 片200的前側(cè)面202上形成掩模208以在前側(cè)面上產(chǎn)生遮蔽區(qū)域210和未遮蔽區(qū)域212。 可以與圖IB所描述的相同方式形成掩模208。特別地，將保護條214(與上文描述為36的 那些相同)絲網(wǎng)印刷到前側(cè)面202上。參考圖6B，所述過程的下一步驟是在前側(cè)面202的未遮蔽區(qū)域212中形成第一氧 化硅層216。以與圖5所描述的相同方式形成所述第一氧化硅層216。在該實施方案中，第 一氧化硅層216形成約Inm至約500nm的厚度，使得該厚度與盲區(qū)厚度大致相同，所述盲區(qū) 在下文描述的后續(xù)擴散步驟中在晶片中形成。所述方法的下一步驟示于圖6C中，其涉及以與上文圖ID所描述的相同方式除去 保護條214?；旧鲜褂糜袡C溶劑溶解保護條214，從而在晶片200上留下通常為平面的前 側(cè)面202。參考圖6D，所述過程的下一步驟是使摻雜劑通過前側(cè)面202的預(yù)先遮蔽區(qū)域210 和通過第一氧化硅層216擴散，使得預(yù)先遮蔽區(qū)域210和第一氧化硅層216分別具有擴散 的摻雜劑濃度相對恒定的盲區(qū)220和222，和分別具有擴散的摻雜劑濃度減少的區(qū)2M和 226。參考圖6E，所述過程的下一步驟是回蝕第一氧化硅層216直至基本除去全部第一 氧化硅層，這以與上文圖IE所描述的相同方式進行?；旧鲜褂盟崂鐨浞?HF)選擇 性地蝕刻第一氧化硅層216，得到高摻雜劑濃度區(qū)域2 和低摻雜劑濃度區(qū)域230。所述過程的隨后步驟示于圖6F至圖61中，且與上文圖IF至圖II所示步驟相同。參考圖II和圖61，在各個實施方案中，高摻雜劑濃度區(qū)域140和2 具有的厚度 大于各個實施方案中的低摻雜劑濃度區(qū)域146、148和230的厚度。低摻雜劑濃度區(qū)域146、 148和230是特別在藍色光譜區(qū)域具有較高量子效率的區(qū)域，導致形成的PV電池響應(yīng)更寬 的光能帶寬，這增加了 PV電池相對于具有更大厚度發(fā)射極的PV電池的效率。高摻雜濃度 區(qū)域140和2 具有更大的厚度以容納電接觸162和232 (在各個實施方案中)，這避免了 形成電接觸的電糊料通過半導體結(jié)18和225的擴散，并提供支撐電接觸所必需的主體。通過電化學形成各實施方案中的第一氧化硅層100和216以及各實施方案中的第 二氧化硅層150和234，可謹慎控制這些層的厚度，以使例如第一氧化硅層100和216僅延伸至如圖1所示的實施方案中的發(fā)射極25中的盲區(qū)或如圖6所描述的實施方案中所描述 的發(fā)射極25中的盲區(qū)。通過使用本文所描述的電化學形成法和本文所描述的蝕刻法可選 擇性地和謹慎地控制發(fā)射極厚度，以提供支撐前側(cè)面中的電接觸的相對厚的發(fā)射極部分和 在更寬的光線帶寬上提供更好光伏能量形成的相對薄的發(fā)射極部分。使用電化學氧化形成氧化硅層的一個優(yōu)點在于其可在相對低溫下進行，例如低于 100°C。這開拓了使用該方法制備單晶硅以及制備多晶PV電池的可能性。雖然描述并說明了本發(fā)明的特定實施方案，這些實施方案僅應(yīng)被理解為用于說明 本發(fā)明，不應(yīng)被理解為限制根據(jù)權(quán)利要求書所解釋的本發(fā)明。
權(quán)利要求
1.一種在光伏晶體硅半導體晶片中形成選擇性發(fā)射極的方法，所述光伏晶體硅半導體 晶片具有前側(cè)面和后側(cè)面、所述前側(cè)面和后側(cè)面之間的結(jié)以及所述結(jié)和所述前側(cè)面之間 的發(fā)射極，其中所述發(fā)射極具有擴散的摻雜劑濃度分布，使得所述發(fā)射極具有直接位于所 述前側(cè)面下方的盲區(qū)以及鄰近所述盲區(qū)的摻雜劑濃度減少區(qū)，其中所述盲區(qū)中所述擴散的 摻雜劑濃度相對恒定，而在所述摻雜劑濃度減少區(qū)中所述擴散的摻雜劑濃度減少，所述方 法包括在所述前側(cè)面上形成掩模以在所述前側(cè)面上產(chǎn)生遮蔽和未遮蔽區(qū)域；在所述前側(cè)面的所述未遮蔽區(qū)域電化學形成第一氧化硅層，使得所述氧化硅層至少延 伸至所述發(fā)射極中的盲區(qū)；除去所述掩模；回蝕所述第一氧化硅層直至基本除去全部所述第一氧化硅層；和在所述回蝕之后，在前側(cè)面上電化學形成第二氧化硅層，所述第二氧化硅層具有足夠 的厚度以鈍化所述前側(cè)面。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中電化學形成所述第一氧化硅層和所述第二氧化硅 層至少之一包括使所述前側(cè)面與電解質(zhì)表面電接觸，同時在所述電解質(zhì)和所述晶片的所述 后側(cè)面之間施加電勢，直至通過所述晶片的電流符合標準。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中電化學形成所述第一氧化硅層和所述第二氧化硅 層至少之一包括施加所述電勢直至通過所述晶片的所述電流小于參考值。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中電化學形成所述第一氧化硅層包括將所述參考值 設(shè)定為對應(yīng)所述氧化硅層的厚度的值，所述第一氧化硅層的厚度大致對應(yīng)至少所述盲區(qū)的 厚度。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中電化學形成所述第一氧化硅層和所述第二氧化硅 層至少之一包括隨著所述第一氧化硅層和所述第二氧化硅層至少之一的生長改變所述電勢。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中改變所述電勢包括在約20伏特至約500伏特之間 改變所述電勢。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中電化學形成所述第一氧化硅層包括電化學形成所 述第一氧化硅層直至所述第一氧化硅層具有約Inm至約500nm的厚度，其中形成所述第二 氧化硅層包括電化學形成所述第二氧化硅層直至所述第二氧化硅層具有約Inm至約30nm 的厚度。
8.一種用作光伏電池的光伏晶體硅半導體晶片的制備方法，包括進行如權(quán)利要求1至 7中任一項所述的方法，還包括在所述前側(cè)面施加抗反射涂層。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，還包括在所述前側(cè)面和后側(cè)面上形成電接觸，其中在 所述前側(cè)面中形成的所述電接觸在所述半導體晶片的被所述掩模覆蓋的區(qū)域中形成，在所 述后側(cè)面中形成的所述電接觸均勻貫穿所述后側(cè)面形成。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中形成所述掩模包括將糊料印刷至所述前側(cè)面上。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中印刷所述糊料包括將所述糊料印刷成線。
12.一種光伏電池的制備方法，包括進行如權(quán)利要求1、10或11中任一項所述的方法， 還包括在所述前側(cè)面施加抗反射涂層。
13.一種光伏電池的制備方法，包括進行如權(quán)利要求8或12所述的方法，還包括在所 述前側(cè)面和后側(cè)面上形成電接觸，其中在所述前側(cè)面中形成的所述電接觸在所述發(fā)射極的 被所述掩模覆蓋的區(qū)域中形成，在所述后側(cè)面中形成的所述電接觸均勻貫穿所述后側(cè)面形 成。
14.一種在具有前側(cè)面和后側(cè)面的晶體硅半導體晶片中形成選擇性發(fā)射極的方法，所 述方法包括在所述前側(cè)面上形成掩模以在所述前側(cè)面上產(chǎn)生遮蔽和未遮蔽區(qū)域；在所述前側(cè)面的所述未遮蔽區(qū)域中電化學形成第一氧化硅層；除去所述掩模；通過所述前側(cè)面的預(yù)先遮蔽區(qū)域和通過所述第一氧化硅層擴散摻雜劑，使得所述預(yù)先 遮蔽區(qū)域和所述第一氧化硅層具有盲區(qū)和鄰近盲區(qū)的摻雜劑濃度減少區(qū)，其中所述盲區(qū)中 所述擴散的摻雜劑濃度相對恒定，所述摻雜劑濃度減少區(qū)中所述擴散的摻雜劑濃度減少；回蝕所述第一氧化硅層直至基本除去全部所述第一氧化硅層；和在所述回蝕之后，在所述前側(cè)面上電化學形成第二氧化硅層，所述第二氧化硅層具有 足夠的厚度以鈍化所述前側(cè)面。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中電化學形成所述第一氧化硅層和所述第二氧化 硅層至少之一包括使所述前側(cè)面與電解質(zhì)表面電接觸，同時在所述電解質(zhì)和所述晶片的所 述后側(cè)面之間施加電勢，直至通過所述晶片的電流符合標準。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中電化學形成所述第一氧化硅層和所述第二氧化 硅層至少之一包括施加所述電勢直至通過所述晶片的所述電流小于參考值。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中電化學形成所述第一氧化硅層包括將所述參考 值設(shè)定為對應(yīng)所述第一氧化硅層的厚度的值，所述第一氧化硅層的厚度大致對應(yīng)至少所述 盲區(qū)的厚度。
18.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中電化學形成所述第一氧化硅層和所述第二氧化 硅層至少之一包括隨著所述第一氧化硅層和所述第二氧化硅層至少之一的生長改變所述 電勢。
19.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中改變所述電勢包括在約20伏特至約500伏特之 間改變所述電勢。
20.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中電化學形成所述第一氧化硅層包括電化學形成 所述第一氧化硅層直至所述第一氧化硅層具有約Inm至約500nm的厚度，和其中形成所述 第二氧化硅層包括電化學形成所述第二氧化硅層直至所述第二氧化硅層具有約Inm至約 30nm的厚度。
21.一種用作光伏電池的光伏晶體硅半導體晶片的制備方法，所述方法包括如權(quán)利要 求14至20中任一項所述的方法，還包括在所述前側(cè)面上形成抗反射涂層。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，還包括在所述前側(cè)面和后側(cè)面上形成電接觸，其中 在所述前側(cè)面中形成的所述電接觸在所述半導體晶片的被所述掩模覆蓋的區(qū)域中形成，在 所述后側(cè)面中形成的所述電接觸均勻貫穿所述后側(cè)面形成。
23.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中形成所述掩模包括將糊料印刷至所述前側(cè)面上。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，其中印刷所述糊料包括將所述糊料印刷成線。
25.一種使半導體晶片適用于光伏發(fā)電的方法，所述方法包括如權(quán)利要求14、23或M 中任一項所述的方法，還包括在所述前側(cè)面上形成抗反射涂層。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的方法，還包括在所述前側(cè)面和后側(cè)面中形成電接觸，其中 在所述前側(cè)面中形成的所述電接觸在所述半導體晶片的被所述掩模覆蓋的區(qū)域中形成，在 所述后側(cè)面中形成的所述電接觸均勻貫穿所述后側(cè)面形成。
全文摘要
在光伏(PV)晶體硅半導體晶片中形成選擇性發(fā)射極的方法，包括在晶片的前側(cè)面上形成掩模以在前側(cè)面上產(chǎn)生遮蔽和未遮蔽區(qū)域。在前側(cè)面的未遮蔽區(qū)域電化學形成第一氧化硅層，使得氧化硅層至少延伸至晶片的發(fā)射極中的盲區(qū)。除去掩模并回蝕第一氧化硅層直至基本除去全部第一氧化硅層。然后在前側(cè)面上電化學形成第二氧化硅層，使得第二氧化硅層具有足夠的厚度以鈍化前側(cè)面。所述方法可選擇性地包括通過在沒有半導體結(jié)的PV晶體硅半導體晶片的未遮蔽區(qū)域中電化學形成的第一氧化硅層擴散摻雜劑從而形成發(fā)射極，然后回蝕第一氧化硅層并用電化學形成的第二氧化硅層鈍化。
文檔編號H01L31/0216GK102105999SQ200880130587
公開日2011年6月22日 申請日期2008年7月28日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月28日
發(fā)明者亞歷山大·奧西波夫, 利奧尼德·B·魯賓, 布拉姆·薩德利克 申請人:達伊4能量有限公司