專利名稱：用于制造太陽能的電池的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種如專利權利要求I所述的用于由硅-襯底制造太陽能電池的方法。
背景技術：
太陽能電池通常由硅襯底構成。為了確保太陽能電池的長時間穩(wěn)定性并且為了防止外來原子侵入到所述襯底中，太陽能電池設有鈍化層。為了鈍化太陽能電池的硅表面，迄今為止采用介電薄膜。在工業(yè)實踐中主要是利用等離子體方法滲透沉積的氮化硅膜。但是公知的是，熱生長的二氧化硅層提供顯著改善的鈍化特性。這主要在鈍化P摻雜表面時就是這種情況，因為在此氮化硅中的高的正電荷具有降低功率的影響(產(chǎn)生反型層和“寄生分流”)。因此，熱氧化物的采用尤其對于PERC(鈍化發(fā)射體及背面電池)電池/PERT (鈍化發(fā)射體，背面完全擴散的)電池/PERL (鈍化發(fā)射體，背面局部擴散的)電池的背面的鈍化是值得期望的。在太陽能制造中迄今為止公知的用于制造熱氧化物的方法具有很多缺點工藝的持續(xù)時間非常長，因為工藝時間隨著層厚度的平方增加，這導致太高的工藝成本。此外，該工藝要求高的熱預算，所述熱預算可不利地改變擴散分布。此外的缺點是，該工藝固有地就是雙側的。但是因為典型地僅在太陽能電池的一側上需要鈍化層，因此必須掩蔽太陽能電池的另一側。對于PERC 電池例如已知了一 種工藝(“All-Screen-Printed 120- u m-ThinLarge-Area Silicon Solar Cells Applying Dielectric Rear Passivation andLaser-Fired Contacts Reaching 18% Efficiency，，)，L Gautero 等人，2009 年第二十四屆歐洲太陽能會議與展覽會，漢堡，2D0. 2. 5期)，所述工藝——在簡短總結的情況下具有下述步驟
1)織構
2)清潔(HN03)
3)利用驅(qū)趕步驟使POCl3擴散
4)蝕刻去掉PSG(磷硅酸鹽玻璃)
5)SiN沉積前側
6)發(fā)射體去除背側
7)清潔標準清潔I/標準清潔2
8)氧化
9)Si02沉積背側
10)SiN沉積背側
在此，氧化的單側性通過利用沉積的SiN的前側掩蔽實現(xiàn)。為了降低工藝時間，僅僅生長一個薄層( 20nm)氧化物并且該氧化物接著通過沉積的氧化物和氮化物增厚。因為對于鈍化來說主要是SiO2與Si之間的邊界層是關鍵的，因此通過層疊堆實現(xiàn)了可與純熱氧化物比較的鈍化質(zhì)量。但是其缺點是，該方法在技術上非常費事并且昂貴。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主題是一種用于由硅襯底制造太陽能電池的方法，所述硅襯底具有在使用狀態(tài)中用作光入射側的第一主表面和用作背側的第二主表面，在第二主表面上具有鈍化層，所述方法包括下述步驟將含氧化物層施加到所述硅襯底的第二主表面上；和將所述硅襯底加熱到至少800°C的溫度以緊實(Verdichten)所述含氧化物層并且以氧化所述含氧化物層與所述硅襯底的第二主表面之間的邊界面以形成熱氧化物，其中，氧源輸出用于氧化的氧。該方法的優(yōu)點是，其技術簡單并且成本低廉?？蓪⒐枰r底的工藝氣氛(其特別是包括O2和/或比0)用作氧源?？蛇@樣地施加所述含氧化物層，使得其是可透氧的，所述含氧化物層特別是包括Si02、Zr02、Si0aNb和/或 SiOaCb，其中，相應b << a。其優(yōu)點是，該方法在技術上得以進一步簡化并且成本更低廉。特別是包括SiO2的所述含氧化物層可通過CVD-或PECVD-方法、特別是在使用SiH4的情況下施加到所述硅襯底的第二主表面上。由此進一步降低該方法的成本，因為CVD-以及PEVBD方法是成本非常低廉的方法。此外，所述含氧化物層被均勻地施加到第二主表面上。所述含氧化物層可包括超化學計量的氧化物特別是Si02+x:H和/或低密度氧化物和/或吸濕性氧化物優(yōu)選BSG、PSG和/或TEOS-氧化物并且所述含氧化物層可用作氧源。由此在技術上進一步簡化該方法，因為不需要附加的氧源。在該方法中，此外可將在加熱所述硅襯底期間在該硅襯底上產(chǎn)生的氧化硅層從第一主表面上蝕刻去掉并且將所述含氧化物層的一部分從所述第二主表面上蝕刻去掉。其優(yōu)點是，以簡單的方式和方法使第一主表面上的硅襯底暴露，而第二主表面上的鈍化層僅僅被部分地去除。在該方法中，此外在施加所述含氧化物層之后將摻雜物特別是硼、優(yōu)選借助于三溴化硼和/或磷、優(yōu)選借助于三氯氧磷擴散到所述兩個主表面中，其中，所述摻雜物在加熱所述硅襯底的步驟期間擴散到第一主表面中，其中，所述含氧化物層在該加熱期間用作第二主表面的掩蔽層。由此能夠以簡單的方式和方法在娃襯底的第一主表面上形成一個可用作發(fā)射體的摻雜層，而摻雜物不擴散到硅襯底的第二主表面中?？蓪⒃诩訜崴龉枰r底期間產(chǎn)生的摻雜物-硅-連接層從所述第一主表面上和/或從所述第二主表面上蝕刻去掉。其優(yōu)點是，在第一主表面上露出硅襯底的硅并且在第二主表面上露出含氧化物層。在該方法中，此外可在施加所述含氧化物層之前將表面結構施加到所述第一主表面上和/或所述第二主表面上。其優(yōu)點是，可有針對性地不在第一和/或第二主表面的部分上施加含氧化物層。在該方法中，此外可在施加所述含氧化物層之前使所述第二主表面平坦化。由此顯著地改善所述含氧化物層在該第二主表面上的施加。此外，在所建議的方法中還可以在施加所述含氧化物層之前特別是利用HNO3清潔所述第一主表面和/或所述第二主表面。其優(yōu)點是，進一步改善所述含氧化物層的施加。在該方法中，此外可將硼或磷為了產(chǎn)生背表面場(BSF)-層擴散到或者通過離子注入而注入到所述第二主表面中，所述硼或磷通過加熱所述硅襯底而激活。通過所述背表面場改善太陽能電池的效率，因為所述背表面場表現(xiàn)為電子的阻擋層，所述電子因此不能接近硅襯底表面。在該方法中，此外可將SiN抗反射層施加到所述第一主表面上和/或所述第二主表面的含氧化物層上。通過所述抗反射層，由硅襯底反射少量的光，由此使得更多的光進入到硅襯底中。由此提高了太陽能電池的效率。此外可在施加所述含氧化物層之前借助于激光器穿過所述硅襯底產(chǎn)生一個或多個孔以便將所述第一主表面與所述第二主表面連接，特別是借助于激光器。其優(yōu)點是，通過所述孔以簡單的方式和方法形成從第一主表面到第二主表面或反過來的電連接。在該方法中，可在施加所述含氧化物層之前實施下述方法步驟將摻雜物特別是硼、優(yōu)選借助于三溴化硼和/或磷、優(yōu)選借助于三氯氧磷擴散到所述兩個主表面中；通過加熱所述硅襯底將所述摻雜物擴散到所述硅襯底中以在所述第一主表面上形成發(fā)射體層并且在所述第二主表面上形成發(fā)射體層；將通過加熱所述硅襯底而產(chǎn)生的摻雜物-硅連接層 從所述第一主表面上和/或從所述第二主表面上蝕刻去掉；將一掩蔽層優(yōu)選SiN施加到所述第一主表面上；特別是通過蝕刻將第二主表面的發(fā)射體層去除，其中，在所述去除期間，SiN層用作所述第一主表面的掩蔽層。其優(yōu)點是，與現(xiàn)有技術相比可省去清潔硅襯底的步驟，也就是可省去標準清潔I/標準清潔2。由此節(jié)省了時間和成本并且在技術上簡化該工藝。


本發(fā)明的另外的優(yōu)點和適宜性通過附圖形象地示出并且在下面的說明中進行闡述。在此需注意的是，附圖僅僅具有描述的特征并且不意味著本發(fā)明受到任何形式的限制。附圖中
圖Ia-Id是本發(fā)明的用于由硅襯底制造太陽能電池的方法的在彼此相繼的步驟之后的硅襯底，其具有鈍化層；
圖2a_2d是本發(fā)明的用于由硅襯底制造太陽能電池的另一方法的在彼此相繼的步驟之后的硅襯底，其具有鈍化層；
圖3a_3d是本發(fā)明的用于由硅襯底制造太陽能電池的另一方法的在彼此相繼的步驟之后的硅襯底，其具有鈍化層。
具體實施例方式在下面的描述中對于相同或作用相同的部件使用相同的附圖標記。圖Ia至圖Id分別示出本發(fā)明的用于由硅襯底制造太陽能電池的方法的步驟之后的硅襯底1，其在該襯底的背側上具有鈍化層。在圖Ia中示出硅晶片或硅襯底I。所述硅襯底I由晶體硅2構成并且具有也被稱為前側的第一主表面3和也被稱為背側的第二主表面4，該第二主表面與所述第一主表面3相對。圖Ib示出第一方法步驟之后的硅襯底I。在所述第一方法步驟中，通過PECVD方法將二氧化硅施加到硅襯底I的第二主表面4上。也可考慮用其他的含氧化物層來代替二氧化硅。還可考慮其他的用于施加層的方法。在第二方法步驟中將硅襯底I加熱到至少800°C的溫度。由此使得所述含氧化物層5緊實并且使所述含氧化物層5與所述硅襯底I的硅2之間的邊界層(再)氧化。由此在所述邊界層上產(chǎn)生高質(zhì)量熱氧化物的薄層，所述熱氧化物具有良好的鈍化特性。氧源可以是硅襯底I的工藝氣氛(例如O2或H2OX在此，沉積的含氧化物層5可讓氧通過，這例如在SiO2和SiOaNb或SiOaCb (如果b比a小得多的話)的情況下就是這樣。同樣可考慮其他的傳導氧的金屬氧化物例如ZrO2作為含氧化物層。氧源也可以是所述含氧化物層5本身。在這種情況下將超化學計量(ueberstoechiometrisches)的氧化物作為含氧化物層施加到娃襯底I的第二主表面4上。在加熱所述硅襯底期間，超化學計量的氧化物釋放水和/或氧。超化學計量的氧化物例如可以是Si02+x:H或者也可以是吸濕氧化物，例如BSG、PSG或TEOS氧化物。此外，提供一種低密度的氧化物，以便簡化氧擴散。這典型地在SiH4工藝中在溫度低的情況下就是這樣。硅襯底上的無定形SiO2層借助于SiH4和氧源通過PECVD方法制造。為此，例如笑氣或純氧可用作氧源。 所述SiH4工藝在室溫與約500°C之間的溫度下、優(yōu)選在約200°C的溫度下期滿。圖Ic示出加熱之后的硅襯底I。在所述第一主表面3上形成一個二氧化硅層6。在相對的第二主表面4上在硅2與含氧化物層5之間的邊界面處形成熱氧化物6?，F(xiàn)在，通過兩個主表面3、4的蝕刻形成單側的氧化物，也就是僅僅在硅2的一個側上形成具有鈍化層的太陽能電池。通過所述蝕刻，將硅襯底I的第一主表面3上的二氧化硅層去掉。在第二主表面4上通過蝕刻僅僅去除掉含氧化物層5的一部分。由此制造一種太陽能電池，其僅僅在一個側上、也就是在背側上具有帶有一個高質(zhì)量熱氧化物6的鈍化層。在圖2a至2d中示出在本發(fā)明的用于制造在背側上具有鈍化層的太陽能電池的另一方法的彼此相繼的步驟之后的硅襯底I。在圖2a中，在包括由硅2構成的晶片的硅襯底I上已經(jīng)將含氧化物層5施加到與第一主表面3相對的第二主表面4上。在第二方法步驟中將磷擴散進去。在此，在硅襯底I的第一主表面3上并且在第二主表面4的二氧化硅5上形成PSG7、即磷硅酸鹽玻璃。通過加熱所述硅襯底I將擴散進去的磷驅(qū)趕到硅襯底I的硅2中，以便在硅襯底I的第一主表面3上形成發(fā)射體8。在所述驅(qū)趕步驟中，在硅2與施加在硅襯底I的第二主表面4上的二氧化硅5之間的邊界面處產(chǎn)生熱氧化層6。在圖2b中示出該方法步驟之后的層序列的狀態(tài)。通過第一主表面3和第二主表面4的蝕刻，將所述PSG7從兩個主表面3、4上去掉。在圖2c中不出兩個王表面3、4蝕刻之后的結果。現(xiàn)在，在弟一王表面3上,暴露出具有薄的摻雜有磷的層8的硅2。在硅襯底I的第二主表面4上具有熱氧化物6并且在該熱氧化物上具有二氧化硅5的層。在圖2c中示出該方法步驟之后的硅襯底I的狀態(tài)。在另一方法步驟中，現(xiàn)在施加一個SiN抗反射層9到硅襯底I的第一主表面3上。在圖2d中示出該方法結束之后的硅襯底I。硅襯底I僅僅在背側上具有鈍化層，該鈍化層包括熱氧化物6。在圖3a至3d中示出在本發(fā)明的用于制造在硅襯底I的一個側上具有鈍化層的太陽能電池的另一方法的彼此相繼的步驟之后的硅襯底I。在第一步驟中將硼層10作為背表面場例如通過擴散引入到硅襯底I的第二主表面4中。在圖3a中示出該第一步驟之后的硅襯底I。
然后將二氧化硅層5施加到硅襯底I的第二主表面4上。在圖3b中示出該步驟之后的層序列?，F(xiàn)在，為了形成發(fā)射體8，使磷擴散。由此在所述第一主表面3上并且在所述第二主表面4上的二氧化硅5上形成PSG7。在將磷驅(qū)趕到硅2中的驅(qū)趕步驟中，在硅2與施加在第二主表面4上的二氧化硅5之間的邊界面上產(chǎn)生熱氧化層6。此外，通過加熱所述硅襯底I的熱步驟將硼層10的硼激活，并且使由于注入步驟導致 的損傷痊愈。在圖3c中示出該步驟之后的娃襯底I?，F(xiàn)在,通過第一主表面3和第二主表面4的蝕刻而將PSG從兩個主表面3、4上去掉。現(xiàn)在，作為最后一個方法步驟，將SiN抗反射層9施加到硅襯底I的第一主表面3上。這里描述的方法可以與前面提及的工藝相互組合，由此大大簡化工藝流程，因為不再需要附加的氧化步驟并且降低清潔步驟的數(shù)量。此外，通過將本發(fā)明的方法與已經(jīng)公知的工藝流程相組合可降低所需的氧化時間/氧化溫度。根據(jù)本發(fā)明改進的工藝為
1)織構
2)清潔(HNO3)
3)利用驅(qū)趕步驟使POCl3擴散
4)蝕刻去掉PSG
5)SiN沉積前側
6)發(fā)射體去除RS
7)SiO2沉積背側
8)氧化
9)SiN沉積背側
與迄今為止公知的工藝相比，步驟8)和9)(現(xiàn)在的步驟8)和7))互換。省去了或者可以省去已知Sinto工藝的步驟7)，也就是昂貴且費事的用于去除金屬污物的標準清潔I/標準清潔2-步驟。通過該工藝制造的PERC電池可利用硼注入擴展為PERT電池。在該情況下，POCl3/BBr3擴散附加地還滿足激活注入的摻雜物的功能，從而使得總體上可節(jié)省兩個高溫步驟。根據(jù)本發(fā)明的新PERC工藝為
1)織構(+背側平坦化)
2)清潔(HNO3，可能更多)
3)SiO: H沉積背側
4)利用驅(qū)趕步驟使POCl3擴散
5)蝕刻去掉PSG
6)SiN沉積前側
7)SiN沉積背側
通過該新的PERC工藝節(jié)省了附加的氧化步驟。此外，該方法還可以與MWT (金屬貫穿孔“metal wrap through”)-工藝流程相組
八
口 o 根據(jù)本發(fā)明的PERC-MWT工藝為1)織構(+背側平坦化)
2)清潔
3)SiO: H沉積背側
4)激光產(chǎn)生孔(+可能在匯流排區(qū)域中剝蝕背側)
5)利用驅(qū)趕步驟使POCl3擴散
6)去掉PSG
7)SiN沉積前側
8)SiN沉積背側
根據(jù)本發(fā)明的具有離子注入的新PERC工藝為
1)織構(+背側平坦化)
2)清潔
3)注入BSF(磷或硼)
4)SiO: H沉積背側
5)利用驅(qū)趕步驟使BBr3或POCl3擴散
6)蝕刻去掉PSG
7)SiN沉積前側
8)SiN沉積背側
因為POCl3-或BBr3-擴散或者驅(qū)趕步驟同時引起硼注入的激活，所以在此節(jié)省了兩個
高溫步驟。所建議的工藝流程可以不受限制地應用于具有選擇性前側擴散的電池工藝流程上。在此還可通過前側擴散的長時間的驅(qū)趕步驟改善背側鈍化的質(zhì)量。在此需指出的是，該方法的全部上述步驟可本身單獨地觀察或者以任意的組合、特別是在附圖中示出的細節(jié)被要求作為本發(fā)明內(nèi)容。對此進行的改變也是本領域技術人員熟悉的。此外，本發(fā)明的實施不限于上述實例和強調(diào)的觀點，其僅僅通過所附權利要求的保護范圍來限定。
權利要求
1.一種用于由硅襯底(I)制造太陽能電池的方法，所述硅襯底具有在使用狀態(tài)中用作光入射側的第一主表面(3 )和用作背側的第二主表面(4 )，在第二主表面(4 )上具有鈍化層，所述方法包括下述步驟 將含氧化物層(5)施加到所述硅襯底(I)的第二主表面(4)上；和 將所述硅襯底(I)加熱到至少800°C的溫度以緊實所述含氧化物層(5)并且氧化所述含氧化物層(5)與所述硅襯底(I)的第二主表面(4)之間的邊界面，以形成熱氧化物(6)，其中，氧源輸出用于氧化的氧。
2.根據(jù)權利要求I的方法，其中，將特別是包括O2和/或H2O的工藝氣氛用作氧源。
3.根據(jù)權利要求I或2的方法，其中，施加所述含氧化物層，使得所述含氧化物層是可透氧的，所述含氧化物層特別是包括SiO2、Zr02、SiOaNb和/或SiOaCb，其中，相應地b < < a。
4.根據(jù)以上權利要求中任一項的方法，其中，將特別是包括SiO2的含氧化物層(5)通過CVD-或PECVD-方法特別是在使用SiH4的情況下施加到所述硅襯底(I)的第二主表面(4)上。
5.根據(jù)以上權利要求中任一項的方法，其中，所述含氧化物層(5)包括超化學計量的氧化物特別是Si02+x: H和/或低密度氧化物和/或吸濕氧化物優(yōu)選BSG、PSG和/或TEOS-氧化物，并且所述含氧化物層(5 )用作氧源。
6.根據(jù)以上權利要求中任一項的方法，其中，此外將在加熱所述硅襯底(I)期間在那里產(chǎn)生的氧化硅層從第一主表面(3)上蝕刻去掉并且將所述含氧化物層(5)的一部分從所述第二主表面(4)上蝕刻去掉。
7.根據(jù)以上權利要求中任一項的方法，其中，此外在施加所述含氧化物層(5)之后將摻雜物特別是硼、優(yōu)選借助于三溴化硼和/或磷、優(yōu)選借助于三氯氧磷擴散到所述兩個主表面(3 )中，其中，所述摻雜物在加熱所述硅襯底(I)的步驟期間擴散到第一主表面(3 )中，以及其中所述含氧化物層(5)在該加熱期間用作第二主表面(4)的掩蔽層。
8.根據(jù)權利要求7的方法，其中，此外將在加熱所述硅襯底(I)期間產(chǎn)生的摻雜物-硅-連接層從所述第一主表面(3)上和/或從所述第二主表面(4)上蝕刻去掉。
9.根據(jù)以上權利要求中任一項的方法，其中，此外在施加所述含氧化物層(5)之前將表面結構施加到所述第一主表面(3)和/或所述第二主表面(4)上。
10.根據(jù)以上權利要求中任一項的方法，其中，此外在施加所述含氧化物層(5)之前使所述第二主表面(4)平坦化。
11.根據(jù)以上權利要求中任一項的方法，其中，此外在施加所述含氧化物層(5)之前特別是利用HNO3清潔所述第一主表面(3)和/或所述第二主表面(4)。
12.根據(jù)以上權利要求中任一項的方法，其中，此外將硼或磷為了產(chǎn)生背表面場(BSF)層(10)而擴散或注入到所述第二主表面(4)中，所述硼或磷通過加熱所述硅襯底(I)而激活。
13.根據(jù)以上權利要求中任一項、特別是根據(jù)權利要求6-12中任一項的方法，其中，在蝕刻所述兩個主表面(3，4)之后將SiN抗反射層(9)施加到所述第一主表面(3)上和/或施加到所述第二主表面(4)的含氧化物層(5)上。
14.根據(jù)以上權利要求中任一項的方法，其中，在施加所述含氧化物層(5)之前特別是借助于激光器制造一個或多個穿過所述硅襯底(I)的孔，以便將所述第一主表面(3)與所述第二主表面(4)連接。
15.根據(jù)以上權利要求中任一項的方法，其中，在施加所述含氧化物層(5)之前實施下述方法步驟 將摻雜物特別是硼、優(yōu)選借助于三溴化硼和/或磷、優(yōu)選借助于三氯氧磷擴散入所述兩個主表面(3，4)中， 通過加熱所述硅襯底(I)將所述摻雜物擴散到所述硅襯底(I)中以在所述第一主表面(3)上形成發(fā)射體層并且在所述第二主表面(4)上形成發(fā)射體層， 將通過加熱所述硅襯底(I)產(chǎn)生的摻雜物-玻璃層從所述第一主表面(3)和/或從所述第二主表面(4)上蝕刻去掉， 將掩蔽層優(yōu)選SiN施加到所述第一主表面(3)上，以及 特別是通過蝕刻將第二主表面(4)的發(fā)射體層去除，其中，在所述去除期間，SiN層用作所述第一主表面(3)的掩蔽層。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于由硅襯底制造太陽能電池的方法，所述硅襯底具有在使用狀態(tài)中用作光入射側的第一主表面和用作背側的第二主表面，在第二主表面上具有鈍化層，所述方法包括下述步驟將含氧化物層施加到所述硅襯底的第二主表面上；和將所述硅襯底加熱到至少800℃的溫度以緊實所述含氧化物層并且以氧化所述含氧化物層與所述硅襯底的第二主表面之間的邊界面，以形成熱氧化物，其中，氧源輸出用于氧化的氧。
文檔編號H01L31/0216GK102822988SQ201180017924
公開日2012年12月12日 申請日期2011年2月16日 優(yōu)先權日2010年4月9日
發(fā)明者T.貝斯克 申請人:羅伯特·博世有限公司