太陽(yáng)能電池及其生產(chǎn)方法
【專利摘要】提出一種后部接觸異質(zhì)結(jié)太陽(yáng)能電池（1）和這種太陽(yáng)能電池的制造方法。太陽(yáng)能電池（1）包括硅襯底（3），硅襯底（3）具有位于其前表面的鈍化層（5）和覆蓋其后表面的本征非晶硅層（7）。在本征非晶硅層（7）的背側(cè)設(shè)置有發(fā)射極層（13）和基極層（19），這些層中的每層覆蓋背表面的相鄰的部分區(qū)。包括電絕緣材料的隔離層（9）插在發(fā)射極層（13）和基極層（19）之間?？梢酝ㄟ^(guò)氣相沉積經(jīng)由罩產(chǎn)生隔離層（9）以及基極層（19）和發(fā)射極層（13）。由于該工藝，發(fā)射極層（13）與隔離層（9）的鄰接區(qū)域以及基極層（19）與隔離層（9）的鄰接域區(qū)以如下方式部分橫向重疊：在重疊區(qū)（23、25）中，隔離層（9）的至少一部分的位置比發(fā)射極層（13）和基極層（19）中對(duì)應(yīng)一個(gè)的重疊部分更靠近襯底（3）。利用所提出的太陽(yáng)能電池概念和制造方法，由于能做到高質(zhì)量的表面鈍化，所以可以以低制造成本獲得高太陽(yáng)能電池效率。
【專利說(shuō)明】太陽(yáng)能電池及其生產(chǎn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及后部接觸異質(zhì)結(jié)本征薄層硅太陽(yáng)能電池以及這種太陽(yáng)能電池的制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]太陽(yáng)能電池被用于利用光伏效應(yīng)將太陽(yáng)光轉(zhuǎn)換為電力。一般目的是實(shí)現(xiàn)高轉(zhuǎn)換效率與低生產(chǎn)成本需要的平衡。
[0003]為了獲得高效率，應(yīng)當(dāng)使用高質(zhì)量的半導(dǎo)體材料作為太陽(yáng)能電池的襯底，并且襯底表面應(yīng)當(dāng)被高度鈍化以使復(fù)合損失最小化。此外，用于襯底電接觸的接觸方案應(yīng)當(dāng)被優(yōu)化以使電阻損失和黑斑最小化。
[0004]為了保持低生產(chǎn)成本，一般著意使用盡可能少的工藝步驟并且防止復(fù)雜的和成本密集的生產(chǎn)步驟，例如，光刻掩模步驟和高溫工藝步驟。
[0005]在W003/083955A1中已經(jīng)提出太陽(yáng)能電池概念。其中提出了 pn結(jié)和電極形成在半導(dǎo)體娃襯底的與光入射表面相反的后表面上的后結(jié)(rear-junction)類型光伏元件。該光伏元件在其后側(cè)具有厚度為0.1nm至50nm的本征半導(dǎo)體膜。在該本征半導(dǎo)體膜的背側(cè)布置P型導(dǎo)電半導(dǎo)體部分和η型導(dǎo)電半導(dǎo)體部分，并且每個(gè)導(dǎo)電半導(dǎo)體部分與各自的第一或第二電極接觸。這種異質(zhì)結(jié)本征薄膜太陽(yáng)能電池有時(shí)稱為HIT太陽(yáng)能電池。
[0006]已經(jīng)提出了改進(jìn)這種太陽(yáng)能電池概念以及這種太陽(yáng)能電池制造方法的若干種嘗試。其中，制造方法包括若干個(gè)工藝步驟，尤其包括用于鈍化襯底表面、限定各種半導(dǎo)體電極層和絕緣層的幾何形狀以及/或者將電極施加到太陽(yáng)能電池襯底的不同技術(shù)。例如，已經(jīng)提出使用昂貴的光刻工藝步驟來(lái)精確限定襯底的后表面上半導(dǎo)體層或絕緣層的區(qū)。此夕卜，已經(jīng)提出通過(guò)局部蝕刻局部去除先前沉積的層，從而隨后在準(zhǔn)備好的開(kāi)口中沉積其他層材料，由此產(chǎn)生期望幾何形狀的后側(cè)層布局。
[0007]然而，用于產(chǎn)生后部接觸異質(zhì)結(jié)本征薄膜太陽(yáng)能電池結(jié)構(gòu)的所有傳統(tǒng)技術(shù)似乎都具有以下缺點(diǎn)中的至少一個(gè):
[0008]-缺少廉價(jià)的批量生產(chǎn)方法
[0009]-由于電極區(qū)的限定不完美，電極邊緣處的鈍化差
[0010]-使只在電極的有限部分上的強(qiáng)制金屬化分路的風(fēng)險(xiǎn)
[0011]-最靠近襯底的關(guān)鍵層中本征薄膜的潔凈度和沉積均勻性難以控制
[0012]-由于使用光刻技術(shù)，層的幾何形狀限定昂貴
[0013]-要求使用〈100〉取向的硅晶片作為襯底。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0014]本發(fā)明的目的是至少部分克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)。特別地，本發(fā)明的目的可以是提供一種盡管使用相對(duì)簡(jiǎn)單并且具有成本效益的制造工藝序列，但是可以實(shí)現(xiàn)高太陽(yáng)能電池效率的后部接觸異質(zhì)結(jié)本征薄層太陽(yáng)能電池和這種太陽(yáng)能電池的制造方法。[0015]利用獨(dú)立權(quán)利要求的主題可以實(shí)現(xiàn)這種目的。從屬權(quán)利要求中限定了有利的實(shí)施方式。
[0016]根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提出一種后部接觸異質(zhì)結(jié)太陽(yáng)能電池，其包括:硅襯底；在所述硅襯底的前表面的鈍化層；覆蓋所述襯底的后表面的薄本征非晶硅(1-aSi)層；以及發(fā)射極層、基極層和隔離層，它們每個(gè)設(shè)置在所述本征非晶硅層的后表面的不同區(qū)。所述發(fā)射極層和所述基極層可以與各自的金屬和/或?qū)щ娧趸飳咏佑|，并且可以由此形成發(fā)射極電極和基極電極部分。
[0017]所述硅襯底可以例如是晶體硅晶片。所述硅襯底可以摻雜有η型或P型基本摻雜。作為選擇，所述硅襯底可以包括本征半導(dǎo)體材料。
[0018]所述前表面鈍化層可以包括一層或多層例如非晶硅和/或電介質(zhì)材料，用于鈍化所述硅襯底的前表面并且可選地提供抗反射涂層。
[0019]所述薄本征非晶娃層應(yīng)當(dāng)具有例如低于50nm的非常小的厚度,優(yōu)選在I和IOnm之間，使得來(lái)自所述硅襯底的載流子可以隧穿該層，同時(shí)該層可以有利地用于所述硅襯底后表面的表面鈍化。優(yōu)選地，所述本征非晶硅層覆蓋所述襯底的整個(gè)后表面，并且可以在單個(gè)沉積工藝步驟中沉積在該后表面上。
[0020]所述發(fā)射極層包括第一摻雜極性的摻雜半導(dǎo)體材料。在所述硅襯底通過(guò)η型或P型基本摻雜制成的情況下，所述發(fā)射極層可以包括與所述硅襯底的基本摻雜相反的摻雜。所述發(fā)射極層僅覆蓋所述本征非晶硅層后表面的局部部分，下文也稱為“發(fā)射極區(qū)”或“發(fā)射極電極區(qū)”。
[0021]所述基極層包括與所述發(fā)射極層的第一摻雜極性相反的第二摻雜極性的并且具有比所述硅襯底的基本摻雜更高摻雜濃度的摻雜半導(dǎo)體材料。所述基極層覆蓋所述本征非晶硅層的后表面的與所述發(fā)射極層(即，所述發(fā)射極區(qū))覆蓋的部分相鄰但不直接鄰接(即，不機(jī)械接觸)的部分。該表面部分下文也稱為“基極區(qū)”或者“基極電極區(qū)”。
[0022]所述隔離層，下文有時(shí)也稱為“阻擋層”，包括電絕緣材料，如本征非晶硅和/或電介質(zhì)材料。所述隔離層設(shè)置在所述后部本征非晶硅層后表面的橫向上在所述發(fā)射極層和所述基極層的相鄰部分之間的部分上。換句話說(shuō)，所述隔離層橫向上插在所述發(fā)射極區(qū)和所述基極區(qū)的相鄰部分之間。相關(guān)的表面部分下文也稱為“隔離區(qū)”。
[0023]可以看出，作為本發(fā)明的理念，以特定的幾何排列設(shè)置發(fā)射極層、基極層和隔離層，使得發(fā)射極層與隔離層的鄰接區(qū)域以及基極層與隔離層的鄰接區(qū)域以如下方式至少部分橫向重疊:在重疊區(qū)中，隔離層的至少一部分的位置比發(fā)射極層和基極層中對(duì)應(yīng)一個(gè)的重疊部分更靠近襯底。
[0024]換句話說(shuō)，盡管發(fā)射極層、基極層和隔離層中的每一層理所當(dāng)然地在不同區(qū)接觸下面的本征非晶硅層的二維表面，但是這些層的三維結(jié)構(gòu)可以設(shè)置成使得部分發(fā)射極層和部分基極層至少部分橫向覆蓋插在這兩層之間的隔離層的下面部分。
[0025]在一個(gè)實(shí)施方式中，在隔離層的不與本征非晶硅層接觸的表面的所有位置，隔離層的朝向外側(cè)的表面的法線都具有背對(duì)后部本征非晶硅層的方向分量。
[0026]換句話說(shuō)，隔離層的不與本征非晶硅層直接接觸的表面的每個(gè)部分都或多或少地背對(duì)本征非晶硅層。再換句話說(shuō)，隔離層沒(méi)有垂直壁或者垂懸部分，即，隔離層的不與本征非晶硅層接觸的表面不存在如下部分:在該部分，該表面位置處的方向遠(yuǎn)離該層的法線平行于本征非晶硅層的表面或者甚至指向該表面。
[0027]由于隔離層的這種幾何形狀，在隔離層與鄰接的基極層或鄰接的發(fā)射極層重疊的重疊區(qū)，隔離層總是直接接觸本征非晶硅層。因此，在該重疊區(qū)中，鄰接的基極層或發(fā)射極層通過(guò)下面的隔離層與本征非晶硅層的表面略微分開(kāi)并且與其絕緣，如下文更詳細(xì)描述的，這對(duì)本征非晶硅層表面的場(chǎng)效應(yīng)鈍化和化學(xué)鈍化具有積極效果。
[0028]在一個(gè)實(shí)施方式中，隔離層的厚度在其橫向邊緣處以沒(méi)有陡沿的平滑方式減小到可忽略不計(jì)的值。換句話說(shuō)，隔離層向其橫向邊緣連續(xù)變薄，在隔離層的表面沒(méi)有臺(tái)階或者甚至沒(méi)有垂懸部分。沒(méi)有陡沿可以正面影響隔離層的表面鈍化性能。
[0029]在一個(gè)實(shí)施方式中，隔離層的至少一部分與本征非晶硅層形成連續(xù)相。太陽(yáng)能電池的橫截面由此顯示出本征非晶硅層在與發(fā)射極層和基極層之一接觸的電極的中部下方最薄，并且在趨向至少一個(gè)電極邊緣時(shí)并且在大部分隔離層中變厚至少20%，優(yōu)選至少50%。
[0030]換句話說(shuō)，隔離層不是必須設(shè)置為薄本征非晶硅層以外的附加層，而是可以是該本征非晶硅層的一部分。如果是這種情況，那么本征非晶硅層不具有平坦表面，而是在稍后將發(fā)射極區(qū)與基極區(qū)電隔離的區(qū)域中本征非晶硅層較厚，并且因此可以充當(dāng)這兩個(gè)區(qū)之間的絕緣壁。在本征非晶硅層的加厚區(qū)的頂部可以進(jìn)一步存在例如由電介質(zhì)材料制成的絕緣層，從而增加該壁的高度。
[0031]在一個(gè)實(shí)施方式中，隔離層包括至少一層具有良好鈍化和電絕緣性能的電介質(zhì)材料。例如，在整個(gè)本征非晶硅層區(qū)域頂部的包括富硅氮化物而沒(méi)有附加的本征非晶硅的隔離層將滿足鈍化和絕緣要求。在這種鈍化電介質(zhì)層的頂部可以增加額外的電介質(zhì)層以用于內(nèi)反射的目的。
[0032]在另一個(gè)實(shí)施方式中，隔離層包括一層具有良好鈍化性能的本征非晶硅和至少一層具有良好光反射和電絕緣性能的電介質(zhì)材料，其中該本征非晶硅的尾部在鄰接的基極層或發(fā)射極層下方延伸并且橫向上與其重疊。從而可以確保本征非晶硅積極的表面鈍化效果O
[0033]在一個(gè)實(shí)施方式中，襯底是沿著〈111〉晶體取向切割的硅晶片，并且其后表面被拋光。換句話說(shuō)，作為該太陽(yáng)能電池襯底的硅晶片具有〈111〉晶體取向的平坦后表面。本太陽(yáng)能電池概念特別允許這種〈111〉硅表面良好的表面鈍化，由此導(dǎo)致高太陽(yáng)能電池效率。
[0034]在一個(gè)可選的實(shí)施方式中，硅襯底的后表面可以具有紋理。例如，可以通過(guò)在〈100〉取向晶片上使用標(biāo)準(zhǔn)各向異性蝕刻并且優(yōu)選地之后進(jìn)行軟圓蝕刻來(lái)獲得這種紋理。盡管在襯底前表面上這種紋理可以支持捕獲入射光，從而增加太陽(yáng)能電池效率，但是本文給出的太陽(yáng)能電池概念還可容許在硅襯底的后側(cè)表面提供這種紋理。此外,例如,在〈100〉晶片中，通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)各向異性蝕刻得到的紋理化表面可以使〈111〉取向的所有表面都具有角錐體或倒角錐體，從而允許非常有效的表面鈍化。
[0035]根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提出一種后部接觸異質(zhì)結(jié)太陽(yáng)能電池的制造方法。其中，通過(guò)按照指定順序進(jìn)行的至少以下步驟形成該太陽(yáng)能電池的后側(cè):提供硅襯底；在所述硅襯底的后表面，優(yōu)選在整個(gè)表面，沉積厚度小于50nm,優(yōu)選在I和IOnm之間的本征非晶娃薄層；沉積包括電絕緣材料的隔離層；以及沉積發(fā)射極層和基極層中的一個(gè)并且最后沉積發(fā)射極層和基極層中的另一個(gè)。[0036]其中，所述硅襯底可以是p型、η型或本征的，并且所述隔離層包括電絕緣材料，如本征非晶娃，或者電介質(zhì)材料，如氮化娃、氧化娃、碳化娃等。所述發(fā)射極層包括第一摻雜極性的摻雜半導(dǎo)體材料，并且所述基極層包括與所述第一摻雜極性相反的第二摻雜極性的并且具有比所述硅襯底中高的摻雜濃度的摻雜半導(dǎo)體材料。
[0037]所提出的制造方法的一個(gè)重要特征是隔離層、發(fā)射極層和基極層中的每一個(gè)都是通過(guò)蔭罩(shadow mask)沉積的。
[0038]可以使用例如由因瓦合金或可伐合金制成的片材以高精度預(yù)先制成這種罩，其中使用激光畫線和/或蝕刻在該片材中制備精細(xì)開(kāi)口。為了容易清洗或防止污染，該罩可以覆蓋有鎳層?？梢栽谑褂美缁瘜W(xué)氣相沉積(CVD)的沉積工藝期間將該罩置于硅襯底后表面的薄的整個(gè)1-aSi層區(qū)域的頂部。從而材料只沉積在1-aSi層背表面上該罩的開(kāi)口露出的區(qū)域中，而其他區(qū)域被該蔭罩保護(hù)沒(méi)有任何層沉積。
[0039]使用特定的罩的幾何圖案，可以將隔離層沉積為使得它只覆蓋本征非晶硅層背表面的特定部分區(qū)域，即，隔離區(qū)。
[0040]在沉積隔離層之后，可以經(jīng)由罩沉積發(fā)射極層和基極層中的一個(gè)，使得它覆蓋本征非晶硅層背表面的與隔離區(qū)鄰接的發(fā)射極區(qū)或基極區(qū)。最后，可以經(jīng)由罩沉積發(fā)射極層和基極層中的另一個(gè)，使得它覆蓋本征非晶硅層背表面的與隔離部分相鄰的剩下的發(fā)射極區(qū)或基極區(qū)。
[0041]由于首先經(jīng)由罩沉積隔離層并且只在之后經(jīng)由罩沉積發(fā)射極層和基極層這一事實(shí)，可以具有如下優(yōu)點(diǎn):經(jīng)由沒(méi)有完美陰影的罩的沉積將導(dǎo)致所沉積的層在其邊緣沒(méi)有臺(tái)階過(guò)渡。換句話說(shuō)，罩一般不能完美地覆蓋襯底表面這一事實(shí)導(dǎo)致所沉積的層在其邊緣具有一些“尾部”。由于首先沉積隔離層，所以隔離層的尾部將直接接觸下面的本征非晶硅層，而隨后沉積的發(fā)射極層或基極層將覆蓋隔離層的這些尾部而不會(huì)與下面的本征非晶硅層直接接觸。如下面進(jìn)一步詳細(xì)解釋的，隔離層和鄰接的發(fā)射極層和基極層的這種結(jié)構(gòu)可以有利地影響這些層的表面鈍化性能。
[0042]在一個(gè)實(shí)施方式中，用于沉積隔離層、基極層和發(fā)射極層中的至少一個(gè)的罩具有傾斜邊緣，底部最窄。這種罩結(jié)構(gòu)可以允許經(jīng)由該罩沉積的層具有較銳利的邊緣清晰度。
[0043]在一個(gè)實(shí)施方式中，用于沉積隔離層的罩中的開(kāi)口，在被定位用于沉積隔離層(9)時(shí)，與用于沉積基極層和發(fā)射極層之一的罩中的開(kāi)口部分橫向重疊。換句話說(shuō)，當(dāng)各個(gè)罩被定位在襯底表面的頂部用于層沉積時(shí)，相對(duì)于襯底表面的各個(gè)罩的開(kāi)口區(qū)部分地橫向重疊。由于這種橫向重疊，使用這種罩制備的隔離層、發(fā)射極層和基極層也部分重疊，這尤其導(dǎo)致有利的表面鈍化性能。
[0044]沉積隔離層期間的沉積溫度可以保持低于250°C。由于這種低沉積溫度，經(jīng)由罩沉積的隔離層的尾部可以保持最小。此外，通過(guò)施加電和/或磁力可以強(qiáng)制罩和襯底之間機(jī)械接觸以使尾部保持最小。
[0045]在一個(gè)實(shí)施方式中，當(dāng)用于沉積隔離層、發(fā)射極層和基極層的罩的對(duì)準(zhǔn)工藝在技術(shù)上受限于最小對(duì)準(zhǔn)精度時(shí)，用于沉積這些分開(kāi)區(qū)域的罩中的每個(gè)開(kāi)口的寬度和間隔具有該最小對(duì)準(zhǔn)精度的至少兩倍的寬度和間隔。換句話說(shuō)，盡管在沉積工藝期間罩可以被對(duì)準(zhǔn)的精度由于技術(shù)原因可能受限于例如尺寸d0，但是在設(shè)計(jì)罩時(shí)可以考慮該對(duì)準(zhǔn)精度，使得罩中的每個(gè)開(kāi)口的寬度dx和罩中的相鄰開(kāi)口之間的間隔dy被選擇為該最小對(duì)準(zhǔn)精度的至少兩倍，即，辦>2\(10并且(^>2\(10。從而即使在最大未對(duì)準(zhǔn)情況下，隔離層、發(fā)射極層和基極層也將在它們的邊緣處充分重疊，以提供足夠的表面鈍化。
[0046]在一個(gè)實(shí)施方式中，將同一個(gè)罩用于隔離層沉積、基極層沉積和發(fā)射極層沉積的各種沉積。其中，不同的罩對(duì)準(zhǔn)都僅相對(duì)于首先圖案化的層沉積的對(duì)準(zhǔn)。在這種配置中，可以利用允許該罩相對(duì)于襯底小的受控移動(dòng)的結(jié)構(gòu)，將該罩保持在位，從而可以簡(jiǎn)化對(duì)準(zhǔn)程序。
[0047]在一個(gè)實(shí)施方式中，用于沉積隔離層的罩包含多個(gè)橋，這些橋連接罩的與其中的開(kāi)口鄰接的各部分，從而允許在橋下層沉積。這些橋維持罩的機(jī)械穩(wěn)定性。
[0048]在一個(gè)實(shí)施方式中，罩由熱膨脹系數(shù)與硅襯底的熱膨脹系數(shù)相同或相近的材料制成。使用具有這種對(duì)應(yīng)的熱膨脹系數(shù)的罩，可以使層的順序沉積工藝的加熱期間由熱膨脹引起的罩相對(duì)于娃襯底的未對(duì)準(zhǔn)最小化。
[0049]需要指出的是，本發(fā)明的實(shí)施方式的可能的特征和優(yōu)點(diǎn)在本文中是關(guān)于所提出的后部接觸異質(zhì)結(jié)太陽(yáng)能電池或者關(guān)于所提出的用于制造這種太陽(yáng)能電池的方法描述的。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將會(huì)認(rèn)識(shí)到，為了實(shí)施進(jìn)一步的有利實(shí)施方式并且實(shí)現(xiàn)協(xié)同效果，可以任意地組合不同的特征，并且可以在制造方法中以對(duì)應(yīng)的方式實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能電池的特征，反之亦然。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0050]下面結(jié)合附圖描述本發(fā)明的實(shí)施方式的特征和優(yōu)點(diǎn)。其中，文字說(shuō)明和附圖都不應(yīng)該理解為限制本發(fā)明。
[0051]圖1示出根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施方式的太陽(yáng)能電池的基本設(shè)計(jì)的截面圖。
[0052]圖2示出圖1的太陽(yáng)能電池的后表面的頂視圖。
[0053]圖3示出圖1中指出的區(qū)域A的放大截面圖，其示出圖1的太陽(yáng)能電池的重疊部分。
[0054]圖4示出圖2中指出的區(qū)域B的放大頂視圖。
[0055]圖5示出可在根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施方式的制造方法中使用的重疊的蔭罩的頂視圖。
[0056]圖6示出圖5中指出的區(qū)域C的放大頂視圖。
[0057]圖7a、b、c示出可在根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施方式中使用的蔭罩的截面圖。
[0058]圖8a、b、c示出圖3中指出的截面a_a、b_b和c_c的能帶圖。
[0059]附圖僅是示意性的并且不是按比例的。在所有圖中，用相同的附圖標(biāo)記表示相同或類似的特征。
【具體實(shí)施方式】
[0060]本發(fā)明的實(shí)施方式的目的是提供一種具有成本效益并且可產(chǎn)業(yè)應(yīng)用的背接觸硅異質(zhì)結(jié)本征薄層太陽(yáng)能電池的制造方法以及適合于并且從該制造方法得到的具體太陽(yáng)能電池設(shè)計(jì)。
[0061]在該背接觸硅異質(zhì)結(jié)本征薄層太陽(yáng)能電池中，該本征層必須薄到足以允許隧穿，并且厚到足以鈍化鄰接的硅表面。這意味著非常低的缺陷密度和絕對(duì)的厚度控制是必須的。因此，允許在整個(gè)后表面一次性沉積該本征層的任何方法對(duì)于生產(chǎn)的優(yōu)化和工藝控制的容易性都具有巨大好處，并且同樣具有較高的最大效率潛力。
[0062]用于生產(chǎn)類似的太陽(yáng)能電池的所有現(xiàn)有方法都包括蝕穿并且部分重建該層，或者向下蝕刻到該層，這具有污染、過(guò)蝕刻的風(fēng)險(xiǎn)，或者對(duì)犧牲層的鈍化性能產(chǎn)生限制。
[0063]太陽(yáng)能電池設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)平衡電池結(jié)構(gòu)在電池橫向上周期性重復(fù)的單位電池(B卩，周期)的要求和與產(chǎn)業(yè)上的高產(chǎn)量方法兼容的最小對(duì)準(zhǔn)精度的要求，其中所述單位電池優(yōu)選小于2mm,進(jìn)一步優(yōu)選小于Imm,以避免串聯(lián)電阻,所述最小對(duì)準(zhǔn)精度典型地為50 μ m。
[0064]本發(fā)明的實(shí)施方式的理念依賴對(duì)幾個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)的理解:
[0065]I)在硅襯底后表面上沉積最初多個(gè)單層本征非晶硅是關(guān)鍵的。在所提出的制造方法中，可以在施加蔭罩之前沉積這些層，產(chǎn)生均勻的鈍化層條件。以前使用蝕刻的方法需要在不同時(shí)間并且至少一個(gè)經(jīng)由蔭罩沉積最初多個(gè)單層的不同電極。本文提出的方法避免了該問(wèn)題。在施加任何罩之前在適當(dāng)?shù)奈恢镁哂凶畛鯉讉€(gè)納米的非晶硅還減小了晶片表面污染或損傷的風(fēng)險(xiǎn)。
[0066]2)(本征aSi)-(摻雜aSi)堆疊電極具有雙重功能。它是鈍化的和導(dǎo)電的。鈍化又依賴于場(chǎng)效應(yīng)鈍化和化學(xué)鈍化。當(dāng)使用例如PECVD經(jīng)由例如光刻限定的圖案沉積摻雜的電極層時(shí)，可能有兩個(gè)問(wèn)題:首先，邊緣處的薄層可能產(chǎn)生不充足的能帶彎曲，從而導(dǎo)致不良的場(chǎng)效應(yīng)鈍化。其次，通過(guò)界限清楚的掩模產(chǎn)生的陡沿在后續(xù)的相鄰膜沉積期間可能產(chǎn)生不完美的化學(xué)鈍化。
[0067]3)具有不完美的摻雜層厚度的區(qū)域的電接觸可能受到不同的局部?jī)?nèi)建電壓，這將有效地起到分流器的作用。這可能迫使金屬限制在窄帶，限制了電導(dǎo)率，或者迫使使用較厚的金屬層。通過(guò)在電極周圍引入鈍化和絕緣層，可以在較大的區(qū)域上沉積金屬，并且金屬可以因此較薄，這意味著蒸發(fā)、濺射或噴薄打印變得更吸引人，避免需要絲網(wǎng)印刷。
[0068]4)因?yàn)榭梢栽谡麄€(gè)發(fā)射極區(qū)沉積金屬，所以在發(fā)射極區(qū)中無(wú)需橫向載流子傳輸。這意味著發(fā)射極區(qū)中的體內(nèi)復(fù)合可被顯著減少。
[0069]5)另一方面，太厚的本征非晶硅層將不會(huì)不利地影響表面鈍化，而是可以只引入附加的串聯(lián)電阻。在本征非晶硅層的邊緣具有尾部將只減小有效的接觸面積，而不會(huì)降低鈍化。
[0070]6)在傳統(tǒng)的異質(zhì)結(jié)電池結(jié)構(gòu)中，電極典型地還包含ITO (氧化銦錫)層。ITO-aSi界面可能引入額外的串聯(lián)電阻。在本文提出的設(shè)計(jì)中，不絕對(duì)需要ITO層，并且aS1-金屬接觸可能具有顯著更好的電導(dǎo)率，從而減小對(duì)接觸面積的要求。這意味著可以更好地利用通過(guò)電極之間的鈍化堆疊獲得的較好反射率和鈍化，因?yàn)樗梢愿采w更大的面積。
[0071]7)將罩壓在襯底上的工藝可能引入襯底破碎的風(fēng)險(xiǎn)。在電池設(shè)計(jì)中允許線條清晰度較不完美可以通過(guò)減小所需的壓力來(lái)降低該風(fēng)險(xiǎn)。
[0072]8)前后鈍化分離的要求意味著使用具有拋光的背側(cè)的、前側(cè)紋理表面可以是不同取向的〈111〉晶片成為可能。拋光的背側(cè)又減小了尾部形成，這可以在設(shè)計(jì)電池幾何形狀時(shí)提聞可能的最大分辨率。
[0073]9)在生產(chǎn)過(guò)程中使用的不同罩的對(duì)準(zhǔn)可能需要花費(fèi)精力。通過(guò)將電池設(shè)計(jì)為具有軟的重疊邊緣來(lái)減小對(duì)準(zhǔn)要求，對(duì)準(zhǔn)需求被降低，并且降低到例如大約低于50 μ m的批量生產(chǎn)良好的范圍內(nèi)。
[0074]10)在現(xiàn)有方法中，當(dāng)通過(guò)形成整個(gè)區(qū)域的1-aSi絕緣層，然后蝕刻摻雜半導(dǎo)體區(qū)的開(kāi)口來(lái)制造電池時(shí)，絕緣層的側(cè)壁可能垂懸或者留下陡沿，這使得難以用摻雜半導(dǎo)體完全填充該空間。
[0075]所提出的電池設(shè)計(jì)和制造方法的創(chuàng)新點(diǎn)涉及
[0076]I)實(shí)現(xiàn)了可通過(guò)遮擋的PECVD沉積足夠薄的線條；
[0077]2)各層的沉積順序，確保了阻擋層的軟邊緣沒(méi)有負(fù)面影響，甚至也沒(méi)有正面影響；
[0078]3)電池設(shè)計(jì)的重疊層，提高了邊緣清晰度和對(duì)準(zhǔn)的容差。
[0079]4) PECVD沉積的阻擋層的使用同時(shí)起到電絕緣層、鈍化層、反射層的作用，并且對(duì)以后的沉積層的邊緣清晰度有幫助；
[0080]5)實(shí)現(xiàn)了 PECVD沉積的阻擋層允許摻雜半導(dǎo)體發(fā)射極層區(qū)域和基極層區(qū)域的均勻沉積，以及當(dāng)通過(guò)蝕刻獲得潛在地具有垂懸壁的開(kāi)口時(shí)難以實(shí)現(xiàn)的事情；
[0081]6)設(shè)計(jì)出一種罩，其可以一次性沉積這些重疊層中的第一層，而不是將該工藝分成多個(gè)步驟；
[0082]7 )實(shí)現(xiàn)了在該電池設(shè)計(jì)中前后鈍化的分離允許有效使用〈111>取向的晶片。
[0083]下文中將使用一些定義:
[0084]晶片取向:與晶片切割方向平行的硅平面。在單晶太陽(yáng)能電池中最常見(jiàn)的方向是〈100〉，但是也存在只能給出〈111〉取向晶片的切片方法。
[0085]晶片摻雜類型:硅晶片一般是P型(摻雜受主，如硼、鋁或鎵)或者η型(摻雜施主，如磷或砷)。
[0086]前側(cè):晶片面向光源的一側(cè)
[0087]后側(cè):晶片背對(duì)光源的一側(cè)
[0088]后部本征層:由基極區(qū)域、發(fā)射極區(qū)域和隔離區(qū)域共享的本征非晶硅層。
[0089]電極:以下材料的堆疊
[0090]非晶硅、微晶硅、碳化硅或者可被有效摻雜并且具有足夠帶隙的其他半導(dǎo)體材料
[0091]金屬接觸(可能包括提供擴(kuò)散阻擋、電接觸、橫向電導(dǎo)率、可焊性和退化保護(hù)的若干層不同金屬)
[0092](可選)用于提高鈍化、開(kāi)路電壓和/或反射率的透明導(dǎo)電氧化物層
[0093]發(fā)射極電極:摻雜是晶片摻雜的相反類型(施主或受主)的電極。如果晶片是P型，則發(fā)射極是η型，反之亦然。
[0094]基極電極:摻雜是與晶片摻雜相同類型的電極。如果晶片是P型，則基極電極也是P型，但是提供摻雜的摻雜元素不需要相同。
[0095]后部遮蔽沉積:使用蔭罩沉積的后部所有電介質(zhì)層的沉積。
[0096]隔離層或阻擋層:將發(fā)射極電極與基極電極分開(kāi)的后部區(qū)域，在該區(qū)域中鈍化和反射材料層沉積在后部本征層上。
[0097]重疊區(qū)域或緩沖區(qū):阻擋層和發(fā)射極電極部分重疊的區(qū)域，或者阻擋層和基極電極部分重疊的區(qū)域。
[0098]前部化學(xué)鈍化層:覆蓋晶片前部的最初幾個(gè)納米的堆疊，用于通過(guò)減小晶片前表面的缺陷密度來(lái)化學(xué)鈍化。可以是非晶硅、富硅氮化物、硅氧化物、鋁氧化物或者其他鈍化材料。[0099]前頂部層:前側(cè)的剩余堆疊，用于電池的場(chǎng)效應(yīng)鈍化和抗反射性能。典型的是硅氮化物、鋁氮化物、硅氧氮化物、硅碳化物或者它們的堆疊。
[0100]金屬化:通過(guò)PVD、印刷或者這些工藝的組合形成電極的金屬部分。
[0101]交叉連接器:連接平行的若干個(gè)電極的金屬部分，連接來(lái)自較大區(qū)域而不是任何單個(gè)電極的電流。交叉連接器因此必須具有比電極金屬化部分的其余部分更高的電導(dǎo)率，并且可以由包括PVD、印刷、焊接等若干個(gè)方法中的一個(gè)來(lái)形成。
[0102]根據(jù)圖1至圖4中所示的實(shí)施方式的后部接觸太陽(yáng)能電池I包括以下特征:
[0103]硅晶片3具有η型或P型凈摻雜
[0104]晶片的前部被鈍化層5覆蓋，鈍化層5包括前部化學(xué)鈍化層和用于提供良好的光捕獲和/或場(chǎng)效應(yīng)鈍化的一個(gè)或多個(gè)前頂部層
[0105]晶片的后部被后部本征層7覆蓋
[0106]后部本征層7部分被阻擋層或隔離層9覆蓋，隔離層9包括非晶硅、硅氮化物、硅碳化物、鋁氧化物或者提供良好的鈍化、足夠的電絕緣和光反射性的材料的堆疊
[0107]后部本征層7部分被發(fā)射極電極11覆蓋，發(fā)射極電極11包括發(fā)射極層13和金屬層15
[0108]后部本征層7部分被基極電極17覆蓋，基極電極17包括基極層19和金屬層21
[0109]在重疊區(qū)23中發(fā)射極電極11的邊緣與隔離層9部分重疊
[0110]在重疊區(qū)25中基極電極17的邊緣與隔離層9部分重疊
[0111]相鄰的基極電極17和相鄰的發(fā)射極電極11通過(guò)各自的交叉連接器27相互連接
[0112]下面給出該制造方法以及所得到的太陽(yáng)能電池結(jié)構(gòu)的細(xì)節(jié)，部分通過(guò)底層物理效應(yīng)的解釋來(lái)補(bǔ)充。只要沒(méi)有另外指出，該方法步驟就以所指出的順序進(jìn)行。為了進(jìn)一步提高例如鈍化，整個(gè)工藝序列可以包括進(jìn)一步的方法步驟。挑戰(zhàn)在于獲得隔離層和電極堆疊的足夠精確的沉積以獲得良好的電池效率以及獲得足夠的鈍化和這些膜的摻雜。并行地需要模擬來(lái)確定可容許的厚度、鈍化和晶片質(zhì)量、發(fā)射極粒度等是什么。
[0113]I)提供硅襯底
[0114]可以使用厚度例如在20μπι和400μπι之間的硅晶片作為硅襯底。該晶片可以是單晶的，并且可以具有各種晶體取向中的一個(gè)，如〈111〉或〈100〉。作為選擇，可以使用其他硅襯底，如硅薄膜或者其他晶體結(jié)構(gòu)或晶體取向。
[0115]該太陽(yáng)能電池可以基于〈100〉晶片。可以進(jìn)行清洗步驟和鋸齒損傷去除?？梢岳脴?biāo)準(zhǔn)各向異性蝕刻對(duì)該晶片進(jìn)行紋理蝕刻，然后進(jìn)行各向同性圓蝕刻，得到角錐形文理，其中所有角錐表面是〈111〉取向的，但是角錐的底部可以是圓形的而不是尖的。這是非晶硅沉積的理想表面，因?yàn)樗峁┫蚍蔷Ч璧耐蝗晦D(zhuǎn)變。特別是對(duì)于需要非常高精度的后部本征層，這可能是重要的。還可以通過(guò)留下具有相同表面取向的倒角錐紋理的蝕刻來(lái)蝕刻該晶片。從光學(xué)角度來(lái)說(shuō)，這甚至更好。
[0116]作為選擇，該太陽(yáng)能電池可以基于〈111〉晶片。在此情況下，可以通過(guò)等離子體或者激光蝕刻來(lái)蝕刻前側(cè)，并且后側(cè)被拋光。拋光的后部對(duì)于減小邊緣清晰度問(wèn)題可能是最佳的，并且提供良好的鈍化和反射性。前部可能必須被紋理化以增加入射光的光路長(zhǎng)度，但是因?yàn)樗梢圆粌H通過(guò)非晶硅，還可以以任何方式鈍化，所以前側(cè)的表面取向不是關(guān)鍵。
[0117]II)在襯底的前部制備鈍化層[0118]襯底的前部可以覆蓋有鈍化的非吸收性絕緣體，例如，aS1、SiN, SiOx, AlOx或者類似鈍化材料的組合。如果需要，可以在該階段使用高溫，只要在該高溫步驟之后沉積后側(cè)1-aSi即可。
[0119]前頂部層可以形成抗反射涂層。該抗反射涂層(ARC)可以是單個(gè)層或多個(gè)層。
[0120]III)在襯底的后部沉積本征非晶硅層
[0121]可以使用例如適當(dāng)?shù)臍庀喑练e方法，如PECVD (等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積)，在硅襯底的整個(gè)后表面上沉積本征非晶硅(1-aSi)層。不一定使用罩。
[0122]IV)在1-aSi層的后部沉積隔離層
[0123]可以使用適當(dāng)?shù)臍庀喑练e方法，如PECVD，沉積絕緣隔離層，以局部覆蓋預(yù)先沉積了 1-aSi層的背表面的隔離區(qū)域。
[0124]該隔離層可以包括在電極摻雜層之前沉積的至少一個(gè)阻擋層和在電極摻雜層之后沉積的可能的至少一個(gè)阻擋層。在此情況下，第一層應(yīng)當(dāng)提供化學(xué)鈍化和邊緣清晰度，并且第二層可以提供增強(qiáng)的反射率和電極與可能的金屬交叉連接器之間的電絕緣。這可以簡(jiǎn)化用于沉積隔離層的蔭罩的設(shè)計(jì)，并且可以使用用于第一阻擋層和電極的同一個(gè)罩進(jìn)行用于下面進(jìn)一步描述的對(duì)準(zhǔn)選擇的開(kāi)口，然后使用另外的罩用于頂部阻擋層。
[0125]可以以多個(gè)循環(huán)沉積該隔離層，這允許更穩(wěn)定的遮蔽。當(dāng)趨向于非常薄的線條厚度，或者為了在幾何形狀比簡(jiǎn)單的線條更復(fù)雜的位置，例如在交叉連接器下方或者在電極端部，實(shí)現(xiàn)阻擋層時(shí)，這可能是所希望的。
[0126]V)在1-aSi層的后部沉積電極層
[0127]在先前沉積的本征非晶硅層的后部設(shè)置兩個(gè)極性的電極。為了制備發(fā)射極電極的發(fā)射極層和基極電極的基極層，可以使用與用于沉積隔離層類似或相同的沉積技術(shù)和類似或相同的蔭罩。
[0128]可以使用SiH4和含硼的氣體，如B2H6，形成P型摻雜電極。另外，可以添加碳或氮以增加硅的帶隙，從而允許更加微晶質(zhì)的結(jié)構(gòu)，這又允許更高的摻雜效率?？梢蕴砑悠渌麣怏w，如氬、氫等，以改善沉積條件，并且它們的成分不留在膜中。
[0129]可以使用SiH4和含磷的氣體，如PH3，形成η型摻雜電極。另外，可以添加碳或氮以增加硅的帶隙，從而允許更加微晶的結(jié)構(gòu)，這又允許更高的摻雜效率?？梢蕴砑悠渌麣怏w，如氬、氫等，以改善沉積條件，并且它們的成分不留在膜中。
[0130]可以例如使用氣相沉積或者濺射技術(shù)在電極層的各半導(dǎo)體層的頂部沉積金屬層和/或透明導(dǎo)電氧化物層。作為選擇，可以使用諸如噴墨打印、絲網(wǎng)印刷等技術(shù)。
[0131]在前后表面上進(jìn)行各種沉積的順序可以根據(jù)溫度和污染減小要求的需要而改變，如果需要的話，可以增加清洗步驟。它可以分成四個(gè)不應(yīng)拆分的單獨(dú)部分:
[0132]1、襯底后表面上1-aSi層的沉積包括:
[0133]a、(可選:后表面等離子體/化學(xué)清洗)
[0134]b、沉積薄的整個(gè)區(qū)域的后部本征層，
[0135]2、隔離層、發(fā)射極層和基極層的遮蔽的層沉積包括:
[0136]a、例如通過(guò)光學(xué)、機(jī)械或其他手段識(shí)別晶片位置
[0137]b、放置用于阻擋層沉積的罩，滿足對(duì)準(zhǔn)要求
[0138]C、沉積阻擋層[0139]d、(可選步驟，利用不同的罩重復(fù)最后三個(gè)步驟，提供不同的阻擋層的不同部分)
[0140]e、(可選:再次識(shí)別晶片位置)
[0141]f、放置用于第一電極的罩
[0142]g、沉積第一電極的摻雜部分
[0143]h、(再次識(shí)別晶片位置)
[0144]1、放置用于第二電極的罩
[0145]j、沉積第二電極的摻雜部分
[0146]k、(可選:清洗所有罩，用于下一次沉積)
[0147]3、前部化學(xué)鈍化層的沉積
[0148]a、(可選:等離子清洗前表面)
[0149]b、沉積“前部化學(xué)鈍化層”
[0150]4、前頂部層的沉積
[0151]假定在真空室中通過(guò)化學(xué)氣相沉積工藝進(jìn)行所有這些沉積。這種沉積方法的例子有直接和間接PECVD、熱絲化學(xué)氣相沉積(hot wire CVD)、擴(kuò)展等離子體化學(xué)氣相沉積(expanding plasma CVD)等。
[0152]最可能的順序如下:
[0153](3，I, 2，4)，翻轉(zhuǎn)兩次，但是使來(lái)自摻雜或其他氣體的污染最小化
[0154](I, 2，3，4)，只翻轉(zhuǎn)一次，但是在后部沉積期間可能使摻雜劑污染前表面
[0155](3，4，I, 2)，提供對(duì)前側(cè)沉積使用比后部非晶硅能容忍的更高的溫度的機(jī)會(huì)，這需要在隨后的沉積之前冷卻。這可導(dǎo)致后表面污染，需要額外的清洗
[0156](1，3，2，4)，提供與(3，1，2，4)相同的好處。
[0157]優(yōu)選地可以通過(guò)PVD或某種印刷方法完成電極，這提供允許從太陽(yáng)能電池提取電流的導(dǎo)電的可能有金屬特性的層。
[0158]可選地，如果需要的話，可以在電極上增加附加阻擋層，以保護(hù)電極并使電極與交叉連接器絕緣。此外，可選地，可以作為單獨(dú)步驟增加用于幫助電池互連的金屬。
[0159]完成后的太陽(yáng)能電池可以具有被隔離層的線條分開(kāi)的線條狀發(fā)射極電極和基極電極?？梢栽陔姵氐臋M向區(qū)域，通過(guò)全電極結(jié)構(gòu)或者通過(guò)金屬條連接電極，產(chǎn)生相互交叉結(jié)構(gòu)。
[0160]發(fā)射極電極、阻擋層、基極電極和阻擋層，S卩，單位電池的組合寬度應(yīng)當(dāng)?shù)陀?mm，優(yōu)選地甚至低于1_，以避免電阻影響。如果晶片摻雜很低，那么由于電阻增加，最大單位電池寬度也必須減小。晶片的任意部分到發(fā)射極電極的最大距離應(yīng)當(dāng)?shù)陀诰猩僮拥臄U(kuò)散長(zhǎng)度，典型地低于300 μ m，以避免損失，但是對(duì)于更高的最大距離，電池也以更低的效率起作用。任何線條的最小寬度只由對(duì)準(zhǔn)容差和邊緣清晰度來(lái)確定，并且有可能< 100 μ m。
[0161]可以使用摻雜到太陽(yáng)能電池通常以低注入工作的水平的晶片，S卩，光生載流子濃度小于基本摻雜，并且因此通過(guò)摻雜控制電阻。在這種電池中，到基極電極的最大距離由晶片的電阻率確定，并且發(fā)射極電極區(qū)粒度應(yīng)當(dāng)遠(yuǎn)大于基極電極區(qū)粒度。如果晶片摻雜大約在lel5以上，則將是這種情況。
[0162]作為選擇，可以使用摻雜到電池以高注入工作的水平的晶片，S卩，光生載流子濃度大于基本摻雜。在這種情況下，發(fā)射極觸點(diǎn)和基極觸點(diǎn)的區(qū)域粒度應(yīng)當(dāng)很相似。其好處在于基極觸點(diǎn)和發(fā)射極觸點(diǎn)的金屬線厚度可以更相似，提供更優(yōu)化的金屬厚度、更高的區(qū)域覆蓋并且最終金屬消耗更低。
[0163]該罩可以由因瓦合金、可伐合金、FeNi42、鋁或者與預(yù)期的沉積和清洗序列兼容的任何其他材料制成。使用導(dǎo)電的或絕緣的罩可以給出不同的沉積，二者都可以。
[0164]圖5和圖6示出蔭罩的可能設(shè)計(jì)的頂視圖。存在三種類型的罩:用于隔離層沉積的罩31、用于基極層沉積的罩33和用于發(fā)射極層沉積的罩35。罩31、33、35以不同的剖面線示出。所有的罩31、33、35的開(kāi)口總和覆蓋硅襯底的后表面的整個(gè)區(qū)域。不同的罩31、33,35中的開(kāi)口在區(qū)域37中部分重疊。因此，經(jīng)由罩31、33、35沉積的層9、13、19也在重疊區(qū)域23、25中部分重疊。
[0165]使用如圖7b、7c中所示的開(kāi)口的底部比頂部更窄的罩開(kāi)口可以提高氣體向發(fā)生沉積的區(qū)域的流動(dòng)，并且可以提高沉積速率和均勻性。這可以通過(guò)使用激光沿著邊緣部分地刺穿氧化鋁并且完全刺穿想要沉積的區(qū)域來(lái)實(shí)現(xiàn)。
[0166]罩的厚度必須在為了穩(wěn)定和魯棒而要求厚的罩與為了減小開(kāi)口的高/寬比、減小使溫度穩(wěn)定所需的時(shí)間和增加沉積速率而要求薄的罩之間平衡。
[0167]第一個(gè)罩可以包含“橋”?！皹颉币馕吨謴木鸬牟糠?，以允許氣體在“橋”下擴(kuò)散，從而沉積，但是該橋?qū)⒄值牟煌糠直３衷谝黄?。這允許在單一步驟中沉積電極周圍的阻擋層，而不必進(jìn)行兩次沉積以充分圍繞具有阻擋層的區(qū)域。它還允許利用更堅(jiān)固的部分使最薄的罩部分穩(wěn)固。
[0168]可以通過(guò)將晶片物理地安放在固定位置，如載舟中的凹部，并且使罩處于相對(duì)于該位置的給定位置來(lái)對(duì)準(zhǔn)，或者通過(guò)利用光學(xué)手段識(shí)別晶片的位置，然后相應(yīng)地放置罩來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)準(zhǔn)。
[0169]阻擋層、發(fā)射極電極和基極電極的罩可以相同，這樣可以在遮蔽沉積開(kāi)始時(shí)進(jìn)行對(duì)準(zhǔn)，并且后續(xù)的對(duì)準(zhǔn)可以通過(guò)將罩相對(duì)移位固定的量來(lái)完成，而沒(méi)有用于每一步的絕對(duì)對(duì)準(zhǔn)。這將允許增加相對(duì)于晶片邊緣的對(duì)準(zhǔn)容差，并且對(duì)于電池內(nèi)的線條邊緣保持小的對(duì)準(zhǔn)容差。如果想要使電極比阻擋層寬，那么可以將罩移動(dòng)到與先前的沉積部分重疊的位置，然后可以重復(fù)該沉積。
[0170]可以在每次沉積之后，或者在大數(shù)量的沉積之后清洗該罩，例如通過(guò)等離子體清洗或者通過(guò)化學(xué)清洗。一個(gè)選擇是具有與等離子體沉積室平行的等離子體清洗室，使得在整個(gè)對(duì)準(zhǔn)/沉積/移動(dòng)清洗循環(huán)中罩不必離開(kāi)真空。罩必須由抗清洗的材料制成，或者由一種材料制成，然后覆蓋一層薄的抗蝕材料。
[0171]罩可以由與硅具有相同熱膨脹系數(shù)的材料制成。
[0172]可以利用使罩的較柔軟部分伸展開(kāi)的框架將罩保持繃緊，從而避免未對(duì)準(zhǔn)和變形。
[0173]為了進(jìn)行各種沉積工藝，可以將沉積室設(shè)置為由密封門分開(kāi)的一系列室，使得可以在一個(gè)室中保持真空，同時(shí)相鄰的室中填充有氣體?？梢詫⒕旁谟糜趥鬏敽妥鳛閷?duì)準(zhǔn)用的支架和罩定位的卡盤或“舟”上。該舟可以隨著晶片穿過(guò)幾個(gè)室，或者它只可用于一個(gè)室。該舟還可以保護(hù)晶片的下側(cè)不被沉積。然后所述室可以起到不同的作用，如作為沉積室、罩定位室、蝕刻室、罩去除室或者翻轉(zhuǎn)臺(tái)。蝕刻室可以存在罩、晶片和“舟”。在罩去除室中，罩可以從晶片上升起，然后穿過(guò)罩清洗室傳送到罩對(duì)準(zhǔn)室。晶片和罩可以從對(duì)準(zhǔn)室穿過(guò)沉積室傳送到罩去除室。
[0174]連接同一類型的電極的金屬可以與該電極中使用的金屬不同。該連接金屬，也稱為“交叉連接器”，可以被焊上，絲網(wǎng)印刷或者通過(guò)方便的任何手段來(lái)形成。其優(yōu)點(diǎn)是可以增加電池的承載最大電流的部分的電導(dǎo)率而不增加電池的其余部分的金屬消耗。
[0175]實(shí)驗(yàn)結(jié)果
[0176]a)經(jīng)由蔭罩的非晶硅線條的沉積
[0177]通過(guò)激光切割200 μ m厚度的氧化鋁片制成罩。切割出100、200、300、400和500 μ m
寬度的線條。
[0178]將該罩放在拋光、清潔、疏水性的〈100〉取向的硅晶片表面上，除了重力以外不施加力，將該晶片插入直流PECVD室中，頻率為13.56MHz。
[0179]該室被設(shè)定為根據(jù)已知能夠給出相對(duì)好的非晶硅鈍化的參數(shù)沉積，包括以下參數(shù):
[0180]沉積溫度:200°C
[0181]SiH4 氣流，25sccm
[0182]功率，從20W至8W (在大約25cm直徑的圓形電極上)
[0183]壓力3OOmtorr
[0184]沉積時(shí)間15min
[0185]使用聚焦橢偏儀、阿爾法臺(tái)階儀和光學(xué)顯微鏡來(lái)表征該樣品，這些方法顯示出一致的結(jié)果。最大厚度> 30μπι，表明沉積速率略低于沒(méi)有罩時(shí)的沉積速率，但是量級(jí)相同。所沉積的線條的線條寬度非常接近罩開(kāi)口的寬度，但是對(duì)于比300 μ m薄的線條，線條形貌略呈圓形。在線條外側(cè)有一些尾部形成，但是離開(kāi)線條邊緣200 μ m處，非晶硅低于lnm。不能排除達(dá)到100 μ m尾部的可能性，因?yàn)榫劢箼E偏儀不具有足夠的分辨率，并且我們沒(méi)有進(jìn)行TEM?？傊?，對(duì)于300 μ m線條寬度的設(shè)計(jì)，該線條清晰度是足夠的，并且可以允許200 μ m或者甚至100 μ m的線條寬度。
[0186]在200°C的沉積似乎給出比在230°C的沉積更銳利的邊緣清晰度。當(dāng)以更高的溫度沉積時(shí)，例如在400°C沉積SiN，尾部急劇增加，并且尾部變得比線條的中部更富硅。這可能是由硅的低粘著系數(shù)引起的，允許沿著表面擴(kuò)散。
[0187]b)經(jīng)由具有傾斜側(cè)壁的蔭罩的非晶硅線條的沉積
[0188]下面的程序與上述完全相同，但是在本情況中，一個(gè)罩具有豎直邊緣(圖7a)，一個(gè)罩具有以45度傾斜的邊緣(圖7b)，在罩的底部最窄并且在頂部最寬，另一個(gè)罩是圓形的，幾乎呈U形(圖7c)，與具有直壁的罩相比，后兩個(gè)罩使氣體更好地向下擴(kuò)散到晶片表面。
[0189]在此情況下，邊緣清晰度更好，線條沉積的厚度更均勻，但是在所沉積的線條邊緣，由進(jìn)行開(kāi)口時(shí)激光束斑尺寸引起的粗糙度是可察覺(jué)的。在此情況下所需的沉積時(shí)間減少，因?yàn)槌练e速率增加了。激光引起的粗糙度再次強(qiáng)調(diào)了需要具有重疊區(qū)域的設(shè)計(jì)。
[0190]c)經(jīng)由具有“橋”的蔭罩的非晶硅線條的沉積
[0191]還生產(chǎn)出利用橋的線條，其中從晶片側(cè)僅部分挖掉該罩，然后以與上述相同的方式使用。使用200 μ m厚的罩時(shí)，橋被制成為50或IOOym厚，在罩和晶片之間留下150 μ m或100 μ m的開(kāi)口。當(dāng)“橋”是200 μ m厚并且線條寬度〉300 μ m時(shí)，由于氣體在“橋”下擴(kuò)散，在“橋”下清楚發(fā)生沉積。[0192]撞擬
[0193]已經(jīng)在SILVAC0的2D模擬程序包ATLAS中進(jìn)行了模擬，顯示出只要本征非晶硅層可以保持在大約5nm，并且非晶硅的摻雜足夠高(> lel8/cm3)，接觸電阻就不太可能限制電池性能。該設(shè)計(jì)可以根據(jù)晶片質(zhì)量和鈍化質(zhì)量允許更大的尺寸靈活性。一般來(lái)說(shuō)，似乎阻擋層線條越窄越好。所以如果電極已經(jīng)以完美的方式沉積，那么阻擋層本身在裝置中只表現(xiàn)為具有負(fù)功能。因此阻擋層的功能僅涉及生產(chǎn)的容易性。
[0194]如果假定阻擋層可以具有比電極更好的內(nèi)反射，那么這會(huì)改變，并且甚至增加阻擋層寬度都可能有利。在此必須進(jìn)行許多材料假定，所以一般的幾何形狀裝置是很困難的。
[0195]從晶片中的任一點(diǎn)到發(fā)射極電極的最大容許距離受少子的有效擴(kuò)散長(zhǎng)度限制，或者換句話說(shuō)，受包括前部和阻擋層鈍化質(zhì)量的晶片的有效壽命限制。
[0196]從任一點(diǎn)到基極電極的最大距離受晶片的電阻率限制。如果晶片摻雜足夠高，則發(fā)射極寬度應(yīng)當(dāng)因此高于基極寬度。對(duì)于非常低摻雜的晶片，甚至使發(fā)射極像沉積精度所允許的一樣窄都可能是有利的。
[0197]使用所獲得的最佳線條寬度作為輸入，并且假定可以實(shí)現(xiàn)50 μ m的對(duì)準(zhǔn)精度，模擬表明，根據(jù)鈍化(3-lOOcm/s)和晶片質(zhì)量(0.3-3ms)以及實(shí)現(xiàn)的光捕獲(36_46mA可利用的光電流)，可以獲得18-26%的電池效率。
[0198]結(jié)束語(yǔ)
[0199]本發(fā)明涉及后部接觸異質(zhì)結(jié)本征薄層硅電池的生產(chǎn)方法。本發(fā)明的一方面是使用蔭罩沉積電極和電極之間的阻擋層。這意味著可以一次性沉積絕對(duì)關(guān)鍵的本征薄層，并且在以后的堆疊工藝中不會(huì)受損，這可以通過(guò)用于類似電池設(shè)計(jì)的每個(gè)已知的其他公開(kāi)生產(chǎn)方法來(lái)完成。
[0200]所提出的方法和電池的主要優(yōu)點(diǎn)是:
[0201]I)沉積序列和方法部分使用經(jīng)由罩的沉積，避免了在最初的非晶硅(aSi)鈍化之后的蝕刻步驟，從而以增大對(duì)準(zhǔn)問(wèn)題為代價(jià)，提高生產(chǎn)速度并且減少與界面清洗和本征aSi沉積有關(guān)的問(wèn)題
[0202]2)該電池設(shè)計(jì)可以必然容忍實(shí)際批量生產(chǎn)中出現(xiàn)的未對(duì)準(zhǔn)
[0203]3)在該電池設(shè)計(jì)中，在電池后側(cè)，不同元件之間的邊界區(qū)域具有重疊結(jié)構(gòu)，使得在后側(cè)的每一點(diǎn)都存在至少良好的化學(xué)鈍化或者良好的場(chǎng)效應(yīng)鈍化
[0204]4)工藝允許對(duì)關(guān)鍵階段，特別是本征薄層沉積的完全控制，并且減輕對(duì)較不關(guān)鍵的沉積階段的控制，進(jìn)一步遠(yuǎn)離與晶體硅的界面
[0205]一些創(chuàng)新點(diǎn)在于
[0206]I)認(rèn)識(shí)到如果某些工藝參數(shù)和遮蔽要求被滿足，那么足夠精確的遮蔽沉積是可能的(通過(guò)實(shí)驗(yàn)和模擬來(lái)確認(rèn))
[0207]2)認(rèn)識(shí)到如果以正確的順序沉積各部分，則由遮蔽沉積引起的不完美的線條清晰度不再是問(wèn)題，而是優(yōu)點(diǎn)，因?yàn)樗陔S后的能帶彎曲的減小降低鈍化質(zhì)量之前逐步增加串聯(lián)電阻和鈍化(理論估計(jì))
[0208]3)認(rèn)識(shí)到通過(guò)在電極之間引入足夠?qū)挼木彌_層區(qū)域可以實(shí)現(xiàn)所需的未對(duì)準(zhǔn)容差，而不會(huì)犧牲太多的電池效率(由模擬支持)
[0209]使用(PEC)VD經(jīng)由罩，典型地是金屬性質(zhì)的(例如，Ni/可伐合金)或者絕緣性質(zhì)的(例如，氧化鋁)罩，施加摻雜的aSi和其他后部鈍化材料，該罩具有由對(duì)準(zhǔn)、罩厚度和金屬沉積參數(shù)確定的至少100 μ m的開(kāi)口。
[0210]罩和晶片之間的對(duì)準(zhǔn)精度(d0)是關(guān)鍵的設(shè)計(jì)問(wèn)題，并且確定了圖1中所示的最小距離dl, d2，d3，d4和d5。它們都應(yīng)當(dāng)> 2XdO。假定對(duì)準(zhǔn)精度是50 μ m，則它們可以都是100 μ m，或者它們可以是都高于100 μ m的不同值。
[0211]所有這些材料都需要如該圖中所示的重疊，從而即使具有最大未對(duì)準(zhǔn)，也沒(méi)有區(qū)域未被鈍化。該重疊是本發(fā)明的關(guān)鍵點(diǎn)。
[0212]即使最初沉積的阻擋層不具有完美的清晰度，甚至被形成電極的摻雜aSi (或者aSiC、μ cSi或者類似物)覆蓋時(shí)，該遮蔽層的邊緣/尾部也只改善鈍化。只需要留下必要的區(qū)域來(lái)形成良好的電接觸，并且在發(fā)射極的情況下，不破壞由發(fā)射極實(shí)現(xiàn)的能帶彎曲。
[0213]特別地，如果aSi被用于該遮蔽，則觸點(diǎn)一定不會(huì)有這種問(wèn)題。如果紋理化導(dǎo)致尾部的不規(guī)則邊緣，那么只要角錐/紋理頂端提供足夠的接觸面積，這也同樣不是問(wèn)題。
[0214]其中的關(guān)鍵認(rèn)識(shí)之一是，隧穿電阻首先增加到我們不再依賴于場(chǎng)效應(yīng)鈍化(圖Sb)的水平，然后能帶彎曲下降到場(chǎng)效應(yīng)鈍化被去除的水平(圖8c)，但是因?yàn)樗泶┳钃鯇蝇F(xiàn)在很大，所以界面處大量的載流子不再是個(gè)問(wèn)題。在具有清晰過(guò)渡的設(shè)計(jì)中，在獲得化學(xué)鈍化之前發(fā)生場(chǎng)效應(yīng)損失，這導(dǎo)致高復(fù)合。
[0215]異質(zhì)結(jié)電池觸點(diǎn)處的鈍化非常好(圖8a)，因此串聯(lián)電阻可能是選擇接觸區(qū)域尺寸時(shí)的限制因素。其中兩個(gè)串聯(lián)電阻競(jìng)爭(zhēng)。大的后部節(jié)距將產(chǎn)生高的體電阻。小的節(jié)距意味著接觸區(qū)域粒度較小(由于對(duì)準(zhǔn)限制)，因此接觸電阻較高，這可能是個(gè)問(wèn)題。
[0216]發(fā)射極觸點(diǎn)粒度應(yīng)當(dāng)可以大于基極觸點(diǎn)，以減小所需的少子擴(kuò)散長(zhǎng)度，并且因?yàn)楦赡墚a(chǎn)生高電阻率。
[0217]電極之間的絕緣阻擋層還減輕了可通過(guò)蒸發(fā)或?yàn)R射完成的金屬觸點(diǎn)沉積的對(duì)準(zhǔn)和限域問(wèn)題。它也可以由多種金屬的堆疊構(gòu)成，其中一些是為了鈍化而被優(yōu)化，其他用于反射和/或電絕緣。
[0218]最后，應(yīng)當(dāng)指出的是，術(shù)語(yǔ)“包括”不排除其他要素或步驟，并且“一”或“一個(gè)”不排除多個(gè)。關(guān)于不同實(shí)施方式描述的要素也可以組合。應(yīng)當(dāng)指出，權(quán)利要求中的附圖標(biāo)記不應(yīng)被理解為限制權(quán)利要求的范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種后部接觸異質(zhì)結(jié)本征薄層太陽(yáng)能電池(1)，包括: 硅襯底(3)，其具有前表面和后表面； 鈍化層(5)，其位于所述硅襯底(3)的所述前表面； 薄本征非晶硅層(7)，其覆蓋所述襯底(3)的所述后表面，所述本征非晶硅層(7)具有與所述硅襯底(3)的所述后表面鄰接的前表面并且具有與所述前表面相反的背表面； 發(fā)射極層(13)，其包括第一摻雜極性的摻雜半導(dǎo)體材料，并且覆蓋所述本征非晶硅層(7)的所述背表面的一個(gè)或多個(gè)部分； 基極層(19)，其包括與所述第一摻雜極性相反的第二摻雜極性的并且具有比所述硅襯底(3)更高摻雜濃度的摻雜半導(dǎo)體材料，并且覆蓋所述本征非晶硅層(7)的所述背表面的與所述發(fā)射極層(13)覆蓋的部分相鄰的一個(gè)或多個(gè)部分；以及 隔離層(9)，其包括電絕緣材料并且設(shè)置在所述后部本征非晶硅層(7)的所述背表面的橫向上在相鄰的所述發(fā)射極層(13)部分和所述基極層(19)部分之間的一個(gè)或多個(gè)部分， 其特征在于， 所述發(fā)射極層(13)與所述隔離層(9)的鄰接區(qū)域以及所述基極層(19)與所述隔離層(9)的鄰接區(qū)域以如下方式部分橫向重疊:在重疊區(qū)(23、25)中，所述隔離層(9)的至少一部分的位置比所述發(fā)射極層(13)和所述基極層(19)中對(duì)應(yīng)一個(gè)的重疊部分更靠近所述襯底(3)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽(yáng)能電池，其中在所述隔離層(9)的不與所述本征非晶硅層(7)接觸的表面的所有位置，所述隔離層(9)的朝向外側(cè)的表面的法線都具有背對(duì)所述后部本征非晶硅層的方向分量。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的太陽(yáng)能電池，其中所述隔離層(9)的厚度在其橫向邊緣處以沒(méi)有陡沿的平滑方式減小到可忽略不計(jì)的值。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的太陽(yáng)能電池，其中所述隔離層(9)的至少一部分與所述本征非晶硅層(7)形成連續(xù)相，并且其中所述太陽(yáng)能電池的橫截面顯示出所述本征非晶硅層(7)在與所述發(fā)射極層(13)和所述基極層(19)之一接觸的電極(15，21)的中部下方最薄，并且在趨向至少一個(gè)電極邊緣時(shí)并且在大部分所述隔離層(9)中變厚至少20%。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的太陽(yáng)能電池，其中所述隔離層(9)包括至少一層具有良好鈍化和電絕緣性能的電介質(zhì)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的太陽(yáng)能電池，其中所述隔離層(9)包括一層具有良好鈍化性能的本征非晶硅和至少一層具有良好光反射和電絕緣性能的電介質(zhì)，并且其中所述本征非晶硅的尾部在鄰接的基極層(19)或發(fā)射極層(13)下方延伸并且橫向上與其重疊。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng) 所述的太陽(yáng)能電池，其中所述襯底(3)是沿著〈111〉晶體取向切割的硅晶片，并且其后表面被拋光。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的太陽(yáng)能電池，其中所述硅襯底(3)的后表面具有紋理。
9.一種后部接觸異質(zhì)結(jié)本征薄層太陽(yáng)能電池(I)的制造方法，其中至少通過(guò)以下步驟形成后側(cè):提供具有如表面和后表面的娃襯底(3)； 在所述硅襯底(3)的后表面沉積薄的本征非晶硅層(7)，所述本征非晶硅層(7)具有與所述硅襯底(3)的后表面鄰接的前表面并且具有與所述前表面相反的背表面； 沉積包括電絕緣材料的隔離層(9)，其中經(jīng)由罩(31)沉積所述隔離層(9)，使得所述罩(31)覆蓋所述本征非晶硅層(7)的背表面的隔離部分； 沉積包括第一摻雜極性的摻雜半導(dǎo)體材料的發(fā)射極層(13)，其中經(jīng)由罩(33)沉積所述發(fā)射極層(13)，使得所述罩(33)覆蓋所述本征非晶硅層(7)的背表面的與所述隔離部分鄰接的發(fā)射極部分； 沉積包括與所述第一摻雜極性相反的第二摻雜極性的并且具有比所述硅襯底(3)更高摻雜濃度的摻雜半導(dǎo)體材料的基極層(19)，其中經(jīng)由罩(35)沉積所述基極層(19)，使得所述罩(35)覆蓋所述本征非晶硅層(7)的后表面的與所述發(fā)射極部分鄰接的基極部分。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中用于沉積所述隔離層、所述基極層和所述發(fā)射極層中的至少一個(gè)的罩(31、33、35)具有傾斜邊緣，底部最窄。
11.根據(jù)權(quán)利要求9或10所述的方法，其中用于沉積所述隔離層(9)的罩(31)被定位以沉積所述隔離層(9)時(shí)其中的開(kāi)口與用于沉積所述基極層(13)和所述發(fā)射極層(19)之一的罩(33、35 )被定位以沉積對(duì)應(yīng)的層(13、19 )時(shí)其中的開(kāi)口部分地橫向重疊。
12.根據(jù)權(quán)利要求9至11中任一項(xiàng)所述的方法，其中當(dāng)用于沉積所述隔離層(9)、所述發(fā)射極層(13)和所述基極層(19)的罩(31、33、35)的對(duì)準(zhǔn)工藝在技術(shù)上受限于最小對(duì)準(zhǔn)精度(d0)時(shí)，用于沉積這些單獨(dú)區(qū)域的罩(31、33、35)中的每個(gè)開(kāi)口的寬度和間隔(dl、d2、d3、d4、d5)具有最小對(duì)準(zhǔn)精度(d0)的至少兩倍的寬度和間隔。
13.根據(jù)權(quán)利要求9至12中任一項(xiàng)所述的方法，其中將同一個(gè)罩用于隔離層沉積、基極層沉積和發(fā)射極層沉積的各種沉積，并且其中不同的罩對(duì)準(zhǔn)都僅相對(duì)于首先圖案化的層沉積的對(duì)準(zhǔn)。
14.根據(jù)權(quán)利要求9至13中任一項(xiàng)所述的方法，其中用于沉積所述隔離層(9)的罩(31)包含多個(gè)橋，允許在所述橋下層沉積，并且所述橋維持所述罩(31)的機(jī)械穩(wěn)定性。
15.根據(jù)權(quán)利要求9至14中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述罩(31、33、35)由熱膨脹系數(shù)與所述硅襯底(3 )的熱膨脹系數(shù)相同或相近的材料制成。
【文檔編號(hào)】H01L31/0224GK103765600SQ201280027134
【公開(kāi)日】2014年4月30日 申請(qǐng)日期:2012年5月25日 優(yōu)先權(quán)日:2011年5月27日
【發(fā)明者】馬丁·柯肯吉恩, 埃里克·薩烏爾 申請(qǐng)人:瑞科斯太陽(yáng)能源私人有限公司