專利名稱：用于局部高摻雜和接通是太陽能電池或太陽能電池前體的半導體結構的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種根據(jù)權利要求I的上位概念所述的用于局部高摻雜和接通半導體結構的方法，所述半導體結構是太陽能電池或太陽能電池前體并且具有基區(qū)摻雜類型的娃半導體襯底。
背景技術：
在基于硅半導體襯底的光伏太陽能電池中已經研究出許多方法用來一方面在將入射的電磁輻射轉換為電能時達到高效率并且另一方面實現(xiàn)低成本的工業(yè)生產。尤其是在發(fā)射極和由此分離所產生的載流子對的pn結構造在太陽能電池的用于光入射的正面區(qū)域上或中的太陽能電池中，基區(qū)的電接通通常借助設置在背面的金屬的接通層來進行，所述接通層與半導體襯底導電連接。其中，要達到高效率，有效的背面鈍化、即尤其是在半導體 襯底的背面的表面區(qū)域中實現(xiàn)少數(shù)載流子的低表面復合速度以及實現(xiàn)低接觸電阻的接通，就具有重要意義。已知這樣的太陽能電池結構，其中，半導體襯底的背面基本上整面地被氮化硅或二氧化硅層覆蓋，從而實現(xiàn)了低表面復合速度。僅在點接觸上鈍化層點狀斷開并形成與金屬接通層的導電連接。通過在點接觸區(qū)域中的局部高摻雜實現(xiàn)效率的提高，因為通過局部高摻雜可降低背面的復合并且附加地減小金屬的接通層與半導體襯底之間的接觸電阻。這種太陽能電池結構例如是PERL結構(鈍化發(fā)射極passivated emitter, rear locallydefused)，如 J. Benick, B. Hoex, G. Dingemans, A. Richter, M. Hermle 和 S. ff. Glunz 在“具有正面硼發(fā)射極的高效n型硅太陽能電池”，24屆歐洲光伏太陽能會議記錄(德國漢堡)，2009中所說明的。這種允許背面接通以便達到高效率的結構在制造時除了附加的用于實現(xiàn)高摻雜區(qū)域的擴散外還需要幾個額外的光刻步驟，因而這種太陽能電池結構的工業(yè)實施并不實用或至少意味著非常高的成本。一種背面上復合速度較低的太陽能電池結構可由HIT結構來實現(xiàn)，其與PERL結構相比能夠實現(xiàn)更加簡單的工業(yè)實施。在EP I 187 223Α2和Μ. Taguchi, Y. Tsunomura,
H.Inoue, S. Taira, T. Nakashima, T. Baba, H. Sakata 和 E. Maruyama 的“薄(< 10 μ m)娃晶片上的高效HIT太陽能電池”，24屆歐洲光伏太陽能會議記錄(德國漢堡)，2009中介紹了所述HIT結構。在HIT太陽能電池的背面上構造異質結，其方式是在硅半導體襯底的背面上鍍敷一個層結構，其包括一個薄的非晶硅本征層、一個薄的非晶硅摻雜層和一種透明的傳導的氧化物。非晶硅本征層確保背面的高效鈍化，進而確保了少數(shù)載流子的低復合速度。但同時該層必須足夠薄，以便能夠通過通道過程使得載流子被傳送進入位于其上的非晶硅摻雜層中。由此，對非晶硅層的層厚度和質量的要求、特別是在鍍敷所述層時對層厚度以及材料質量的精確度方面的要求非常高。只有確保了這些高要求，才可借助該太陽能電池設計方案實現(xiàn)高效率。

發(fā)明內容
因此，本發(fā)明的根本任務在于提供一種用于局部高摻雜和接通半導體結構的方法，所述半導體結構是太陽能電池或太陽能電池前體并且具有基區(qū)摻雜類型的硅半導體襯底。該方法擬實現(xiàn)半導體結構的局部高摻雜和接通，該半導體結構能夠制造高效率的太陽能電池，此外與已知的方法相比技術投入較低，由此可在工業(yè)上得以實施且成本較低。該任務通過根據(jù)權利要求I的方法得以解決。所述方法的優(yōu)選構型在權利要求2至15中給出。根據(jù)本發(fā)明的方法用于局部高摻雜和接通半導體結構，所述半導體結構是太陽能電池或太陽能電池前體。所述半導體結構具有基區(qū)摻雜類型的硅半導體襯底。摻雜類型在此是指η型摻雜或與此相反的P型摻雜。根據(jù)本發(fā)明的方法既可用于具有η型摻雜基區(qū)的太陽能電池，又可用于具有P型摻雜基區(qū)的太陽能電池。 高摻雜和接通以下述方式進行在半導體襯底的接通面上的半導體襯底中制造多個基區(qū)摻雜類型的局部高摻雜區(qū)域并且在接通面上或者在一個或多個完全或部分覆蓋接通面的中間層上鍍敷一個金屬的接通層，以便在所述高摻雜區(qū)域上在接通層與半導體襯底之間形成導電連接。重要的是，根據(jù)本發(fā)明的方法包括下述步驟在方法步驟A中形成一個覆蓋半導體襯底的接通面的層結構。所述層結構包括一個摻雜層，其含有基區(qū)摻雜類型的摻雜物。所述摻雜層構造為非晶硅層或碳含量小于10原子百分比(at%)的非晶碳化硅層。因此，非晶摻雜層的主要組成成分是硅以及基區(qū)摻雜類型的摻雜物和/或碳。原子百分比的說明在此以及在后文中-如同其在該領域中通常所表示的-總是指晶體硅的參考原子密度(100at% )，因為不知道沉積層的準確的原子密度。此外，層結構還包括一個反射層。這樣構造該反射層，使得其至少在SOOnm和1200nm之間的波長范圍內具有小于半導體襯底折射率nHS的折射率ηκ。從半導體襯底的接通面起，在層順序中摻雜層位于反射層前面。在方法步驟B中，在多個區(qū)上對層結構和位于其下的半導體襯底的表面進行局部加熱，以便形成局部高摻雜區(qū)域。這樣進行局部加熱在局部加熱的區(qū)域上分別局部地形成至少由層結構的摻雜層和接通面上的半導體襯底的部分區(qū)域構成的熔化混合物。在該熔化混合物冷卻和凝固時，在接通面上的半導體襯底中形成至少由摻雜層的摻雜物相對于半導體襯底的基區(qū)摻雜更重摻雜的高摻雜區(qū)域。在方法步驟C中鍍敷一個金屬的接通層，以便在高摻雜區(qū)域上在半導體襯底與接通層之間形成導電連接。因此由根據(jù)本發(fā)明的方法所形成的局部高摻雜和接通的優(yōu)點在于通過在接通面上鍍敷層結構來進行半導體襯底的接通面的電鈍化，進而由此實現(xiàn)了接通面上表面復合速度的降低。此外，通過摻雜層的局部熔化可在多個區(qū)域上進行半導體襯底的局部高摻雜，其中，電接通通過在高摻雜區(qū)域上在半導體襯底與接通層之間形成導電連接來進行，由此，如上所述地進一步降低了接通面上的總復合以及接通面上的總接觸電阻。此外還具有如下優(yōu)點在反射層和金屬的接通層的共同作用下至少在SOOnm至120nm之間的波長范圍內實現(xiàn)了接通面上的反射增強，使得尤其是該波長范圍中的電磁輻射被反射回半導體襯底中，另由此進一步提高太陽能電池的光效率及其效率。根據(jù)本發(fā)明的方法的優(yōu)點還在于無需光刻步驟，并且可采用已知的、可工業(yè)實施的方法來實施根據(jù)本發(fā)明的方法。所述層的鍍敷可整面地進行，由此尤其是無需任何高成本的掩蔽步驟。此外，能夠通過已知的方法、尤其是CVD (化學氣相沉積法)、如PECVD (等離子體增強化學氣相沉積法)或通過PVD (物理氣相沉積法)、如濺射來制造所述層，為此已經存在用于工業(yè)實施的裝置和工藝參數(shù)。尤其是層結構的局部加熱構成了一個成本低廉且可以簡單方式實現(xiàn)工業(yè)實施的用于形成局部高摻雜的方法步驟。已知通過借助激光器的局部加熱來形成局部接通。這種方法例如如專利文獻DE100 46 170A1 和 E. Schneiclcrlochner, R. Preu, R. Ludemann 和 S. ff. Glunz 在“激光背接 觸晶體硅太陽能電池”太陽能光伏研究與應用，卷10，第29-34頁，2002以及S. ff. Glunz,E. Schneideridcfiner, D. Kray, A. Grohe, H. Kampwerth, R. Preu 和 G. Willeke 在“激光接觸P型和η型襯底上的太陽能電池”，19屆歐洲光伏太陽能會議記錄(法國巴黎)，第408-411頁，2004中所述。其中所介紹的方法可用于根據(jù)本發(fā)明的方法的步驟B中以形成局部高摻雜區(qū)域，因此在此也可使用已建立的、可工業(yè)應用的方法。但是與已知的用于形成局部接通的方法不同的是，在根據(jù)本發(fā)明的方法中不通過局部加熱進行接通。在方法步驟B中，僅有局部高摻雜是通過局部產生由層結構的所述層和半導體襯底的部分區(qū)域構成的熔化混合物而形成。接著，在方法步驟C中以下述方式進行接通優(yōu)選在層結構上整面地敷鍍金屬的接通層。由此在高摻雜區(qū)域中在半導體襯底與接通層之間形成導電連接。接通面上的總復合的進一步降低在根本發(fā)明的方法的一種優(yōu)選實施方式中以下述方式實現(xiàn)在方法步驟A中，所述層結構另具有一個硅含量至少為90at %的非晶鈍化層。所述鈍化層不含基區(qū)摻雜類型的摻雜物或僅含有濃度可忽略的小于IxIO19CnT3的這種摻雜物。此外，鈍化層在層順序中構造為比摻雜層更靠近接通面。優(yōu)選鈍化層直接和/或整面地鍍敷在半導體襯底的接通面上。因此實現(xiàn)了接通面的特別有效的鈍化，進而實現(xiàn)接通面上的半導體襯底的特別高的電氣質量，從而進一步提高了效率。在該優(yōu)選實施方式中，通過絕緣層基本上確保了半導體襯底接通面上的低表面復合速度，通過摻雜層能夠在方法步驟B中形成局部高摻雜區(qū)域，并且通過反射層尤其在SOOnm至1200nm之間的波長范圍內提高了接通面的光學質量。根據(jù)本發(fā)明的方法的另一優(yōu)點在于所有在方法步驟A中被鍍敷的層均可保留在太陽能電池上，因此無須在技術投入大和/或會給半導體襯底中帶來雜質或缺陷的其他方法步驟中再次被去除。由此進一步減少了制造方法的成本且同時避免了可能損害太陽能電池效率的缺陷來源。申請人:的研究表明，鈍化層優(yōu)選具有5nm至IOOnm之間、優(yōu)選30nm至50nm之間的厚度。由此實現(xiàn)了鍍敷層結構所需的總過程時間與鈍化效果之間的優(yōu)化。鈍化層特別優(yōu)選構造為碳含量優(yōu)選為小于10at%的碳化硅層(SiCx)。由此達到極好的鈍化效果。此外，申請人的研究表明，摻雜層具有IOnm至IOOnm之間、優(yōu)選30nm至50nm之間的厚度。由此實現(xiàn)形成局部高摻雜區(qū)域時的摻雜效果與制造層結構時的極短的過程持續(xù)時間之間的優(yōu)化。優(yōu)選摻雜層含有濃度大于lxl02°Cm_3的摻雜物。摻雜層的主要功能在于提供用于摻雜高摻雜區(qū)域的摻雜物。對于摻雜過程而言有利的是，在熔化期間在摻雜層和半導體襯底的熔化的部分區(qū)域之間發(fā)生液-液擴散，因為由此可特別迅速且有效地摻雜半導體襯底的熔化的部分區(qū)域。為此摻雜層的較低的熔點尤為有利，優(yōu)選摻雜層具有大約半導體襯底的熔點。向摻雜層中添加碳會提高熔點。因此對于實現(xiàn)液-液擴散有利的是摻雜層不含碳。但不含碳的摻雜層的缺點是，在例如被加熱到約400°C時不穩(wěn)定。然而常常在敷鍍接通層之后采用具有這樣溫度的方法步驟來改善接觸特性(所謂的“溫度步驟”)。
因此優(yōu)選摻雜層具有較小的碳含量，使得一方面摻雜層的熔點僅略微升高且由此如上所述確保液-液擴散并且同時在加熱到400°C時、尤其是在溫度步驟中是穩(wěn)定的。因此摻雜層優(yōu)選構造為含碳的碳化硅層，其中碳含量優(yōu)選在lat%至10at%之間、尤其優(yōu)選在2at%至10at%之間的范圍中。反射層優(yōu)選構造為含硅的非晶層、例如氧化硅和氮化硅，其優(yōu)點在于這樣的層在工藝技術上制造簡單。反射層構造為氧化鋁層或二氧化鈦層或氟化鎂層也屬于本發(fā)明的范疇。此夕卜，申請人的研究表明，反射層優(yōu)選具有50nm至300nm之間、優(yōu)選IOOnm至300nm之間的厚度。由此實現(xiàn)了一方面光學質量的提高與另一方面制造層系統(tǒng)總過程時間的減少之間的優(yōu)化。反射層特別優(yōu)選構造為碳化硅層。反射層優(yōu)選具有大于40at%、尤其是大于50at%的碳含量。反射層的碳含量構成關于所產生的反射層折射率的重要的參數(shù)。通過所述的有利的碳含量實現(xiàn)了 800nm至1200nm之間的波長范圍內小于2. 5的折射率ηκ。由此在該波長范圍內達到了比(不含碳的)硅的折射率更小的折射率并確保了半導體襯底接通面上光學質量的提高。優(yōu)選反射層至少在800nm至1200nm之間的波長范圍內具有小于2. 5且大于I的
折射率％，以便達到上述光學質量。為了達到尤其是在半導體襯底接通面上表面復合速度方面最佳的電氣質量，優(yōu)選在方法步驟A之前至少對半導體襯底的接通面進行清洗，從而消除可能的雜質和少量的晶格缺陷。為此尤其適用濕化學清洗。在根據(jù)本發(fā)明的方法中，優(yōu)選在方法步驟A中借助低溫工藝在低于300°C的溫度下制造所有層。因此根據(jù)本發(fā)明的方法也可用于例如在半導體襯底的與接通面相反的一側上具有異質結構的太陽能電池結構。超過所述極限溫度的方法步驟會損壞異質結構。在方法步驟A中，可借助已知的方法、尤其是借助PECVD在小于上述極限溫度的溫度下敷鍍上述用于形成層系統(tǒng)的各個層。因此根據(jù)本發(fā)明的方法尤其適合于制造高效的、具有所謂的異質發(fā)射極的硅太陽能電池，所述異質發(fā)射極是通過敷鍍一個具有與基區(qū)摻雜類型相反的摻雜類型的摻雜層而產生的發(fā)射極。但根據(jù)本發(fā)明的方法也可用于具有一個或多個借助擴散在半導體襯底中產生的發(fā)射極的太陽能電池結構。在方法步驟A中，層結構優(yōu)選通過PECVD來制造，因為在此可使用現(xiàn)有的用于工業(yè)應用的設備和現(xiàn)有的用于制造所述層的工藝參數(shù)。在此優(yōu)選通過在沉積過程期間添加摻雜氣體、特別優(yōu)選通過添加磷化氫氣體來制造摻雜層或含有其它摻雜物的層。在方法步驟B中優(yōu)選通過激光器并且特別優(yōu)選根據(jù)DE 100 46 170A1和E. S cl I n e ide rid chn e K R. Preu, R. Liidemann 和 S. ff. Glunz 的“激光背接觸晶體娃太陽能電池”太陽能光伏研究與應用，卷10，第29-34頁，2002以及在S. W. Glunz，E. Schneiderlochner, D. Kray, A. Grohe, H. Kampwerth, R. Preu 和 G. Willeke 的“激光接觸P型和η型襯底上的太陽能電池”，19屆歐洲光伏太陽能會議記錄(法國巴黎)，第408-411頁，2004來進行局部加熱。優(yōu)選加熱通過脈沖激光器來進行，因為由此可達到充分的加熱以形成熔化混合物。激光器的波長優(yōu)選小于1200nm，因為在更長的波長下，硅中的吸收急劇減少并且不再進行熔化，而會進行所述層的燒蝕。尤為有利的是使用這樣的激光器，其通過鏡系統(tǒng)依次偏轉到接通面的不同點上以形成高摻雜區(qū)域。在此可使用現(xiàn)有的具有壓電轉向鏡的裝置，從而可在不長的過程時間內·在接通面上形成許多高摻雜區(qū)域。根據(jù)本發(fā)明的方法原則上可用在太陽能電池或太陽能電池前體的正面和/或背面上。當該方法用在太陽能電池的正面上時，則這樣敷鍍金屬層，使得其僅局部地至少在高摻雜區(qū)域中覆蓋正面，由此電磁輻射可在未被金屬層覆蓋的區(qū)域中進入半導體襯底中。將根據(jù)本發(fā)明的方法用在太陽能電池或太陽能電池前體的背面則尤為有利。尤其是在背面上的上述波長范圍中的光學質量具有重要意義，因為硅在該波長范圍中與純半導體相比具有較小的吸收，因此該波長范圍中的大部分電磁輻射可穿過半導體襯底并且由此會通過借助反射層和金屬層的相互作用來反射該波長范圍中的輻射而提高總吸收量。因此優(yōu)選接通面為在太陽能電池運行時背離電磁輻射的入射的背面。根據(jù)本發(fā)明的方法原則上既可用于具有η型基區(qū)摻雜的太陽能電池，又可用于具有P型基區(qū)摻雜的太陽能電池。但尤其是具有η型基區(qū)摻雜的硅太陽能電池在工業(yè)生產方面具有巨大潛力。η型摻雜硅比P型摻雜硅在材料特性方面具有固有優(yōu)勢不存在摻雜物-氧-復合物(Dotierstoff-Sauerstoff-Komplexen)的形成所帶來的退化作用。因此無論是浮區(qū)硅、還是丘克拉斯基硅中的少數(shù)載流子的壽命與P型摻雜的硅相比都要更長。此夕卜，η型摻雜娃相對于雜質如鐵在使用壽命方面的耐久性比P型摻雜娃要高。另外，η型摻雜硅的特點還在于，在相同的摻雜濃度下具有更強的傳導性，這尤其使η型摻雜中的高摻雜區(qū)域的效率比P型摻雜中的高摻雜區(qū)域的效率要高。因此，太陽能電池生產中的最高效率在目前要基于具有η型基區(qū)摻雜的太陽能電池來實現(xiàn)。根據(jù)本發(fā)明的方法因此優(yōu)選在η型基區(qū)摻雜下使用。反射層如上所述首先滿足這樣的功能在與金屬層的共同作用下至少在紅外范圍中(在800nm至1200nm之間)引起反射。反射層也具有濃度大于102°cm_3的摻雜物。由此實現(xiàn)這樣的優(yōu)點，即，在熔化期間在摻雜物從摻雜層擴散出時沒有或者只有較少的摻雜物熔析到反射層中，因此摻雜層的摻雜物基本上擴散到高摻雜區(qū)域中。摻雜層和/或鈍化層構造為含硅的非晶層。這種非晶層在相鄰的半導體襯底接通面的表面復合方面具有良好的電鈍化特性。鈍化效果隨層厚度的增加而增強。但是，非晶硅層相對于晶體硅而言具有明顯更低的電傳導性，因此在垂直于接通表面的電流下，電傳導電阻也隨著層厚度的增加而增大。但這在根據(jù)本發(fā)明的方法中并不是缺點，因為載流子的輸出主要通過高摻雜區(qū)域和連接在其上的與接通層的點接觸進行。因此在根據(jù)本發(fā)明的方法中可針對鈍化效果對層厚度進行優(yōu)化，相反不會產生由電傳導電阻引起的缺點。由此優(yōu)選摻雜層和/或鈍化層具有至少為30nm、尤其是至少為50nm的厚度，因為設有所述最小厚度的非晶硅層具有極好的電鈍化特性。


下面借助附圖和一種實施例詳細說明根據(jù)本發(fā)明的方法的其它優(yōu)選特征和方案。附圖如下圖I為根據(jù)本發(fā)明的用于局部高摻雜和接通硅晶片背面的方法的一種實施例的方法步驟O和A ;
圖2為該實施例的方法步驟B和C。
具體實施例方式在圖I和2中示出根據(jù)本發(fā)明的用于局部高摻雜和接通半導體結構的方法的一種實施例，所述半導體結構是硅太陽能電池前體。在所有附圖中使用同樣的附圖標注表示相同的元件。構造為硅晶片的半導體襯底I具有均一的、摻雜物濃度為5xl015cm_3的摻雜。因此待制造的太陽能電池為η型硅太陽能電池。在所有于附圖中示出的示意圖中僅示出半導體結構的局部，所述半導體結構分別向左和向右延伸。為了更好地進行說明，示意圖未按比例顯示、尤其是在高度和寬度的比例方面。半導體襯底I具有接通面la，該接通面是半導體襯底的背面。在完成的太陽能電池中，在運行時通過與接通面Ia相反的正面Ib為半導體襯底I加載電磁輻射。在方法步驟O中，首先進行接通面Ia的清洗。清洗以公知的RCA清洗方式進行，如在W. Kern、D. Puotinen的“硅半導體技術中應用的基于過氧化氫的清潔方案”，RCA評論187 (1970年6月)中所描述的且優(yōu)選包括以下步驟_用氫氧化銨、過氧化氫、純水按I : I : 5至I : 2 : 7的比例清洗，然后-用鹽酸，雙氧水、純水按I : I : 6至I : 2 : 8的比例清洗。接著在方法步驟A中沉積層結構。該層結構包括鈍化層2、摻雜層3和反射層4。所有三個層均借助PECVD沉積并且構造為非晶碳化硅層。這些層尤其是在碳和摻雜物的含量方面有所區(qū)別首先，借助PECVD將鈍化層2作為非晶碳化硅層沉積出。層厚度優(yōu)選在5nm至50nm之間，在圖中所示的實施例中，層厚度為20nm。鈍化層2為本征層、即其不含基區(qū)摻雜類型的摻雜物(在此情況下不含η型摻雜物)。此外，鈍化層構造為富硅層并具有超過90at%的娃含量。鈍化層不含碳屬于本發(fā)明的范疇，在圖中所不的實施例中，摻雜層的娃含量為95at % ο鈍化層2引起半導體襯底I的接通面Ia的表面缺陷飽和，從而有效降低了接通面上的表面復合速度并由此形成與半導體襯底I的接通面Ia上的復合特性相關的電氣高質量。然后，沉積摻雜層3。摻雜層3也構造為富硅的非晶碳化硅層并且具有大于90at %的娃含量。其中，摻雜層3不含碳也屬于本發(fā)明的范疇。在當前實施例中,摻雜層的娃含量為 95at%0摻雜層3具有基區(qū)摻雜類型的摻雜物的高摻雜、優(yōu)選摻雜濃度大于102°cnT3。在當前實施例中，摻雜層3通過濃度為8xl02°Cm_3的磷增強。該摻雜進行的方式是在借助PECVD的沉積中在沉積過程期間將一種摻雜氣體、在當前實施例中即為磷化氫添加到前驅氣體中。
摻雜層3 —方面用作用于在后續(xù)的方法步驟中形成局部高摻雜區(qū)域的摻雜物源，另一方面摻雜層3與鈍化層2結合通過降低接通層上的復合速度提高了半導體襯底I接通面Ia的電氣質量。尤其需要將摻雜層3構造為娃含量大于90at%的富娃層，因為與碳含量較高以及因此硅含量較低的層相比，富硅層具有較低的熔點。通過尤其是將摻雜層3以及額外地將鈍化層2構造為富硅層，硅以及位于其上的富硅層就在后述的局部加熱期間局部熔化，從而尤其會從摻雜層3發(fā)生摻雜物的液-液擴散并由此確?？焖俚臄U散，以此形成不易出現(xiàn)缺陷的高摻雜區(qū)域。因此優(yōu)選摻雜層和/或鈍化層設有低于10at%的碳含量、特別優(yōu)選這兩個層的碳含量均低于IOat%。摻雜層3優(yōu)選具有IOnm至IOOnm之間的層厚度。在當前實施例中，摻雜層的層厚度為50nm。接下來沉積反射層4。反射層4同樣構造為非晶碳化硅層并且具有優(yōu)選50nm至300nm之間的層厚度。在當前實施例中，反射層的層厚度為lOOnm。與摻雜層3和鈍化層2相反，反射層4中碳含量選擇得較高。相應地反射層4的硅含量優(yōu)選低于40at%、特別優(yōu)選低于50at%。在當前實施例中，反射層的硅含量約為40at%并且反射層的碳含量約為60at%。原因在于，反射層的光學折射率主要取決于碳含量，并且反射層4的折射率％小于半導體襯底I的折射率、尤其是優(yōu)選小于2. 5，以便尤其是在SOOnm至1200nm的波長范圍內實現(xiàn)背面的光學高質量。在當前實施例中，折射率ηκ在I. 8至2. 3之間的范圍中。反射層4的首要功能在于在與下面的接通層的共同作用下改善紅外范圍中的、尤其是SOOnm至1200nm波長范圍中的反射特性，使得該波長范圍中的電磁輻射被反射并因此提聞半導體襯底I中的光學的光效率，進而提聞太陽能電池的效率。優(yōu)選反射層4另具有基區(qū)摻雜類型的摻雜物，使得反射層用作用于形成高摻雜區(qū)域的附加的摻雜物源和/或防止摻雜物從摻雜層熔析到反射層中。在當前實施例中，通過在沉積反射層4的過程期間如上所述地添加磷化氫氣體實現(xiàn)反射層4中約5X102°cnT3的磷濃度。在圖IA中示出具有在方法步驟A中制造的層結構的半導體襯底I。接著，在方法步驟B中，在多個區(qū)域中對層結構和位于其下的半導體襯底的表面進行局部加熱，以便形成局部高摻雜區(qū)域。在圖2中以子圖B和C分別示出一個這樣的高摻雜區(qū)域6。
通過借助激光器的局部加熱來形成高摻雜區(qū)域，所述激光器優(yōu)選為脈沖激光器。在圖2B中不意性不出激光脈沖5。借助激光器的 局部加熱導致鈍化層2、摻雜層3以及接通面Ia上的半導體襯底I的部分區(qū)域局部熔化。與其余層相比，富碳的反射層由于更高的熔點而通過局部加熱被燒蝕。摻雜物從摻雜層3分離到熔化混合物中并且在當前實施例中摻雜物也從反射層中分離到熔化混合物中，使得在熔化混合物凝固后形成如圖2B和2C所示的高摻雜區(qū)域6。通過短時間的局部加熱也會出現(xiàn)少量的材料耗損，由此凝固的熔化混合物與包圍所述凝固的熔化混合物的反射層4相比約具有更深的表面，如圖2B所示。因此在方法步驟B中，在半導體襯底I的接通面Ia上會形成局部高摻雜6，從而能夠接通半導體襯底，與無高摻雜區(qū)域的情況下的接通相比，在所述接通中一方面基于高摻雜而確保了較低的接觸電阻，另一方面也改善了尤其是接通區(qū)域上、尤其是高摻雜區(qū)域中的復合特性。從而進一步提聞了太陽能電池的總效率。然后，在方法步驟C中敷鍍金屬的接通層7。這優(yōu)選通過將金屬層整面地敷鍍到層結構的最下層、在當前實施例中即敷鍍到反射層4上來進行。其中，接通層7與高摻雜區(qū)域6之間產生導電接觸。接通層7的敷鍍可以公知的方式進行、例如通過接通層的氣相噴鍍。在本發(fā)明的范疇中，也可使用硅太陽能電池中已知的用于背面接通的金屬化方式、尤其是設置鋁制接通層。將接通層7構造成一個具有多個不同金屬層的層系統(tǒng)也屬于本發(fā)明的范疇。在當前實施例中，接通層7構造為鋁層并且借助氣相噴鍍來敷鍍。優(yōu)選在接下來的燒結步驟、即溫度步驟中，在300°C至450°C之間的溫度下在高摻雜區(qū)域6上改善接通層7與半導體襯底I的電接觸的形成。鈍化層2、摻雜層3和反射層4的敷鍍如上所述地借助PECVD并且以公知的方式在低壓環(huán)境中進行。借助PECVD來敷鍍所述層對于技術人員而言是已知的，如“等離子體放電和材料加工原理”，M. A. Lieberman, A. J. Lichtenberg, John Wiley & Sons 有限公司中所述。在方法步驟B中借助激光器的局部加熱優(yōu)選如上所述地按已知的、用于借助通過激光器的局部加熱形成點接觸的方法來進行。具有Ins至5 μ s之間的脈沖持續(xù)時間的激光器的光脈沖尤其適用于根據(jù)本發(fā)明的方法，以便盡可能小地保持相鄰材料層的熱負荷，但同時長時間保持熱效應，以確保層系統(tǒng)和硅熔化直到從大約IOOnm至幾個μ m的深度、優(yōu)選O. Ιμ 至ΙΟμ 之間的深度。200至1200nm范圍中的波長適合用作過程波長。作為激光器優(yōu)選使用相應脈沖的固體激光器(例如Nd: YAG激光器、Yb: YAG激光器、纖維激光器或纖維放大器)，其激光束借助轉向鏡被偏轉到用于形成高摻雜區(qū)域的相應點上。由此可以在短時間內依次形成許多高摻雜區(qū)域，因為在一個用于形成高摻雜區(qū)域的點上只需要激光器的極短的作用時間。如上所述，根據(jù)本發(fā)明的方法既可用于具有擴入的發(fā)射極的太陽能電池，又可用于具有通過異質結構形成的發(fā)射極(發(fā)射極通過施加具有與半導體襯底的摻雜相反的摻雜來形成)的太陽能電池。由于根據(jù)本發(fā)明的方法的所有步驟均為低溫步驟并且因此半導體結構并未整個被加熱到大于450°C的溫度(必要時除了高摻雜區(qū)域上的局部加熱之外)，所以根據(jù)本發(fā)明 的方法能夠毫無問題地實施于現(xiàn)有的用于制造太陽能電池的方法中。發(fā)射極的形成優(yōu)選在實施方法步驟A、B和C之前進行。
權利要求
1.一種用于局部高摻雜和接通半導體結構的方法，所述半導體結構是太陽能電池或太陽能電池前體并且具有基區(qū)摻雜類型的硅半導體襯底(I)，所述高摻雜和接通以下述方式進行在半導體襯底的接通面(Ia)上的半導體襯底(I)中形成多個基區(qū)摻雜類型的局部高摻雜區(qū)域并且在接通面(Ia)上或者在一個或多個完全或部分覆蓋接通面(Ia)的中間層上敷鍍一個金屬的接通層(7)，以便在所述高摻雜區(qū)域上在接通層(7)與半導體襯底(I)之間形成導電連接，其特征在于，所述方法包括下述步驟 A、制造一個覆蓋半導體襯底接通面(Ia)的層結構，包括 一個摻雜層(3),其含有基區(qū)摻雜類型的摻雜物并且構造為非晶娃層或碳含量小于IOat %的非晶碳化硅層；和 一個反射層(4)，其至少在800nm和1200nm之間的波長范圍中具有小于半導體襯底折射率nHS的折射率ηκ， 其中，摻雜層(3)在層順序中構造為比反射層(4)更靠近接通面(Ia)， B、在多個區(qū)上對層結構和位于其下的半導體襯底的表面進行局部加熱，以便形成局部高摻雜區(qū)域，其中所述局部加熱這樣進行在局部加熱的區(qū)域上分別局部地形成至少由摻雜層(3)和接通面(Ia)上的半導體襯底的部分區(qū)域構成的熔化混合物，在該熔化混合物凝固時在接通面(Ia)上的半導體襯底(I)中形成至少由摻雜層(3)的摻雜物更強摻雜的高摻雜區(qū)域(6)，和 C、敷鍍一個金屬的接通層(7)，以便在高摻雜區(qū)域(6)上在半導體襯底(I)與接通層(7)之間形成導電連接。
2.根據(jù)權利要求I所述的方法，其特征在于，在方法步驟A中，所述層結構另具有一個硅含量至少為90at%的非晶鈍化層(2)，所述鈍化層(2)不含基區(qū)摻雜類型的摻雜物或僅含有濃度小于lX1019cm_3的這種摻雜物并且所述鈍化層(2)在層順序中構造為比摻雜層(3)更靠近接通面(Ia)。
3.根據(jù)權利要求2所述的方法，其特征在于，所述鈍化層(2)具有5nm至IOOnm之間、優(yōu)選30nm至50nm之間的厚度。
4.根據(jù)權利要求2至3中任一項所述的方法，其特征在于，所述鈍化層(2)構造為含碳的碳化硅層，尤其是所述層具有l(wèi)at%至10at%之間的碳含量。
5.根據(jù)上述權利要求中任一項所述的方法，其特征在于，所述摻雜層(3)具有IOnm至IOOnm之間、優(yōu)選30nm至50nm之間的厚度。
6.根據(jù)上述權利要求中任一項所述的方法，其特征在于，所述摻雜層(3)構造為含碳的碳化硅層，尤其是所述層具有l(wèi)at%至10at%之間的碳含量。
7.根據(jù)上述權利要求中任一項所述的方法，其特征在于，所述反射層(4)具有50nm至300nm之間、優(yōu)選IOOnm至300nm之間的厚度。
8.根據(jù)上述權利要求中任一項所述的方法，其特征在于，所述反射層(4)構造為含碳的碳化硅層，尤其是所述層具有大于40at%、優(yōu)選大于50at%的碳含量。
9.根據(jù)上述權利要求中任一項所述的方法，其特征在于，所述反射層(4)至少在SOOnm和1200nm之間的波長范圍內具有小于2. 5且大于I的折射率ηκ。
10.根據(jù)上述權利要求中任一項所述的方法，其特征在于，在方法步驟A之前至少對半導體襯底的接通面(Ia)進行清洗、優(yōu)選濕化學清洗。
11.根據(jù)上述權利要求中任一項所述的方法，其特征在于，在方法步驟A中借助低溫工藝在小于300°C的溫度下來制造所有層。
12.根據(jù)上述權利要求中任一項所述的方法，其特征在于，在方法步驟A中通過PECVD (等離子體增強化學氣相沉積法)來制造所述層結構。
13.根據(jù)權利要求12所述的方法，其特征在于，在方法步驟A中通過在沉積過程期間添加摻雜氣體、優(yōu)選通過添加磷化氫氣體來制造一個或多個含有摻雜物的層。
14.根據(jù)上述權利要求中任一項所述的方法，其特征在于，在方法步驟B中借助激光器進行局部加熱。
15.根據(jù)上述權利要求中任一項所述的方法，其特征在于，所述接通面(Ia)為在太陽 能電池運行時背離電磁輻射入射的背面。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于局部高摻雜和接通半導體結構的方法，所述半導體結構是太陽能電池或太陽能電池前體并且具有基區(qū)摻雜類型的硅半導體襯底(1)，所述高摻雜和接通以下述方式進行在半導體襯底的接通面(1a)上的半導體襯底(1)中形成多個基區(qū)摻雜類型的局部高摻雜區(qū)域并且在接通面(1a)上或者在一個或多個完全或部分覆蓋接通面(1a)的中間層上敷鍍一個金屬的接通層(7)，以便在所述高摻雜區(qū)域上在接通層(7)與半導體襯底(1)之間形成導電連接。
文檔編號H01L31/0216GK102893404SQ201180007543
公開日2013年1月23日 申請日期2011年1月18日 優(yōu)先權日2010年1月29日
發(fā)明者多米尼克·蘇維托, 簡·貝尼克, 烏爾里?！ひ駹?申請人:弗勞恩霍弗實用研究促進協(xié)會, 弗賴堡阿爾伯特-路德維格大學