用于在硅襯底中形成擴(kuò)散區(qū)的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種制造太陽(yáng)能電池的方法。所述方法包括將耐蝕刻摻雜劑材料沉積到硅襯底上，所述耐蝕刻摻雜劑材料包含摻雜劑源；利用所述耐蝕刻摻雜劑材料的非熱固化在所述耐蝕刻摻雜劑材料中形成交聯(lián)基質(zhì)；以及將所述硅襯底和所述耐蝕刻摻雜劑材料加熱到足夠的溫度以使所述摻雜劑源擴(kuò)散到所述硅襯底內(nèi)。
【專利說(shuō)明】用于在硅襯底中形成擴(kuò)散區(qū)的方法
[0001]與聯(lián)邦政府資助的研究或開(kāi)發(fā)有關(guān)的聲明
[0002]美國(guó)政府擁有本發(fā)明的已償付許可證并享有在有限的情況下要求專利所有人依據(jù)由DOE授予的DE-FC36-07G017043的條款所規(guī)定的合理?xiàng)l款許可他人的權(quán)利。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0003]本文所述主題的實(shí)施例一般地涉及太陽(yáng)能電池制造。具體而言，所述主題的實(shí)施例涉及薄型硅太陽(yáng)能電池和制造技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0004]太陽(yáng)能電池是熟知的用于將太陽(yáng)輻射轉(zhuǎn)換成電能的裝置。它們可以在半導(dǎo)體晶圓上利用半導(dǎo)體加工技術(shù)制成。太陽(yáng)能電池包括P型和N型擴(kuò)散區(qū)。沖擊在太陽(yáng)能電池上的太陽(yáng)輻射產(chǎn)生遷移至擴(kuò)散區(qū)的電子和空穴，從而在擴(kuò)散區(qū)之間形成電壓差。在背接觸太陽(yáng)能電池中，擴(kuò)散區(qū)和與它們相連的金屬觸片均位于太陽(yáng)能電池的背面上。觸片允許將外部電路連接到太陽(yáng)能電池上并由太陽(yáng)能電池供電。
[0005]因此，用于改善制造工藝和降低制造太陽(yáng)能電池的成本的技術(shù)通常為可取的。此類技術(shù)包括通過(guò)類似于噴墨印刷的工藝將摻雜劑印刷并固化在硅襯底上。這些或其他類似的實(shí)施例形成本發(fā)明的【背景技術(shù)】。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0006]當(dāng)結(jié)合以下附圖考慮時(shí)，通過(guò)參見(jiàn)【具體實(shí)施方式】和權(quán)利要求書(shū)可以更完全地理解所述主題，其中在所有附圖中，類似的附圖標(biāo)記是指類似的元件。
[0007]圖1-9為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例制造太陽(yáng)能電池的剖視圖；
[0008]圖10-17為根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例制造太陽(yáng)能電池的剖視圖；
[0009]圖18-31為根據(jù)本發(fā)明的又一個(gè)實(shí)施例制造太陽(yáng)能電池的剖視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0010]以下【具體實(shí)施方式】本質(zhì)上只是例證性的，并非意圖限制所述主題的實(shí)施例或此類實(shí)施例的應(yīng)用和用途。如本文所用，詞語(yǔ)“示例性的”是指“作為例子、實(shí)例或例證”。本文示例性描述的任何實(shí)施方式不一定被理解為比其他實(shí)施方式更優(yōu)選或有利。此外，并不意圖受前述【技術(shù)領(lǐng)域】、【背景技術(shù)】、
【發(fā)明內(nèi)容】
或以下【具體實(shí)施方式】中提出的任何明示或暗示的理論的約束。
[0011]用于在光伏太陽(yáng)能電池制造工藝中簡(jiǎn)化硅襯底中的摻雜擴(kuò)散區(qū)的形成的一種技術(shù)為在硅襯底上使用印刷的摻雜劑漿料(包括噴墨分配的摻雜劑)。然后可加熱印刷的摻雜劑衆(zhòng)料，以驅(qū)使摻雜劑材料進(jìn)入下面的娃內(nèi)，從而在娃襯底中產(chǎn)生摻雜擴(kuò)散區(qū)(產(chǎn)生光伏太陽(yáng)能電池中的步驟)。某些印刷的摻雜劑漿料可變成熱不穩(wěn)定的，從而導(dǎo)致?lián)诫s劑材料從摻雜劑漿料逸出進(jìn)入周圍環(huán)境。這又可導(dǎo)致反摻雜，其中逸出到周圍環(huán)境中的摻雜劑可重新沉積到硅襯底的非期望區(qū)域中。這種熱不穩(wěn)定性可在環(huán)境溫度升高的印刷后加熱過(guò)程(包括烘烤和摻雜劑驅(qū)使過(guò)程)中表現(xiàn)出來(lái)。應(yīng)該指出的是，凡提及摻雜劑漿料均指包含摻雜材料的任何類型的懸浮液或溶液。所述物質(zhì)無(wú)需一定為漿料，也可為液體、溶液、懸浮液、固體、半固體、或任何其他的物理狀態(tài)。
[0012]對(duì)此工藝的改進(jìn)可以是在熱摻雜劑驅(qū)使步驟之前執(zhí)行非熱固化過(guò)程以在摻雜劑漿料中形成交聯(lián)基質(zhì)。在一個(gè)實(shí)施例中，例如通過(guò)摻雜劑漿料的光致聚合或光固化此工藝可降低在驅(qū)動(dòng)摻雜劑的加熱期間的質(zhì)量損失現(xiàn)象或逸氣。
[0013]公開(kāi)了制造太陽(yáng)能電池的方法。所述方法包括將耐蝕刻摻雜劑材料沉積到硅襯底上，所述耐蝕刻摻雜劑材料包含摻雜劑源；利用對(duì)耐蝕刻摻雜劑材料的非熱固化在耐蝕刻摻雜劑材料中形成交聯(lián)基質(zhì)；以及將硅襯底和耐蝕刻摻雜劑材料加熱到足夠的溫度以使摻雜劑源擴(kuò)散到硅襯底內(nèi)。
[0014]公開(kāi)了制造太陽(yáng)能電池的另一個(gè)方法。所述方法包括將摻雜劑材料沉積到具有光伏太陽(yáng)能電池結(jié)構(gòu)的硅襯底上；將耐蝕刻摻雜劑材料非熱暴露于紫外光以通過(guò)光致聚合過(guò)程在摻雜劑材料中形成交聯(lián)基質(zhì)；以及將摻雜劑材料的硅襯底加熱到足夠的溫度以使摻雜劑源擴(kuò)散到硅襯底內(nèi)。
[0015]公開(kāi)了制造太陽(yáng)能電池的又一個(gè)方法。所述方法包括在硅襯底的表面上形成薄介質(zhì)層；在薄介質(zhì)層上形成多晶硅層；將包含摻雜劑源材料的耐蝕刻摻雜劑材料沉積到多晶硅層上；利用對(duì)耐蝕刻摻雜劑材料的非熱固化在耐蝕刻摻雜劑材料中形成交聯(lián)基質(zhì)；將耐蝕刻摻雜劑材料加熱到能夠使摻雜劑源材料擴(kuò)散到多晶硅層內(nèi)的溫度；以及選擇性地蝕刻以在未蝕刻多晶硅層的情況下來(lái)移除摻雜劑源材料。
[0016]結(jié)合圖2-6所示的制造工藝執(zhí)行的各道工序可包括任何數(shù)量的附加或替代的工序(例如圖7-9)。圖10-17和圖18-31所示的制造工藝不一定按所示順序來(lái)執(zhí)行，并且可合并到具有本文未詳述的額外功能的更綜合性的過(guò)程、流程或制造中。
[0017]圖1示出了包括硅襯底104的太陽(yáng)能電池100。太陽(yáng)能電池100包括硅襯底104和沉積在硅襯底104的表面上的耐蝕刻摻雜劑材料110、112。耐蝕刻摻雜劑材料110、112可通過(guò)各種技術(shù)以液體或半液體形式分配到硅襯底104上，所述技術(shù)包括(但不限于)下述技術(shù):絲網(wǎng)印刷、噴墨印刷、和旋涂。盡管示出了兩個(gè)耐蝕刻摻雜劑材料區(qū)110、112，但在其他實(shí)施例中，可將更多或更少的耐蝕刻摻雜劑材料區(qū)沉積到硅襯底104上。耐蝕刻摻雜劑材料110、112可在硅襯底104上形成重復(fù)圖案，包括掩模圖案。
[0018]在某些實(shí)施例中，耐蝕刻摻雜劑材料110、112的每個(gè)沉積區(qū)可包括溶劑、前基質(zhì)材料、和摻雜劑源120、122。耐蝕刻摻雜劑材料110、112的各種實(shí)施例可根據(jù)需要包括這些組分中的全部或一些選擇組分、以及其他組分。在某些實(shí)施例中，耐蝕刻摻雜劑材料110、112可具有與如下專利申請(qǐng)所描述的摻雜劑材料中揭示的性質(zhì)類似的性質(zhì):2011年9月30日提交的名稱為 “DOPANT INK COMPOSITION AND METHOD OF FABRICATING A SOLAR CELLTHERE FROM”(摻雜劑油墨組合物以及使用摻雜劑油墨組合物制造太陽(yáng)能電池的方法)的美國(guó)專利申請(qǐng)N0.13/250,215。
[0019]摻雜劑源120、122可包括單極性摻雜劑源，所述單極性摻雜劑源包括P型摻雜劑源或N型摻雜劑源。例如，P型摻雜劑源可包括硼或硼復(fù)合物，而N型摻雜劑源可包括磷或磷復(fù)合物。[0020]盡管包含上文所述的摻雜劑源和和其他組分的摻雜劑材料被稱為耐蝕刻摻雜劑材料，但所述摻雜劑材料可在一些實(shí)施例中不具有耐蝕刻性質(zhì)，因此，在一些實(shí)施例中，所述摻雜劑材料可僅用于摻雜并且不用于任何蝕刻過(guò)程。另外，當(dāng)摻雜劑材料被稱為耐蝕刻性時(shí)，所述摻雜劑材料僅需要耐受單一類型的蝕刻劑。在一些實(shí)施例中，耐蝕刻摻雜劑材料可耐受多種類型的蝕刻劑。在其他實(shí)施例中，其可耐受少數(shù)蝕刻劑。此外，耐蝕刻摻雜劑材料可耐受一種類型的蝕刻劑，而容易為另一類型的蝕刻劑所蝕刻。因此，摻雜劑材料或耐蝕刻摻雜劑材料可以在文中通篇互換使用，用來(lái)指具有可完成文中通篇描述的那些功能的適當(dāng)性質(zhì)的摻雜劑材料。因此，盡管摻雜劑材料被稱為耐蝕刻摻雜劑材料，但應(yīng)當(dāng)理解，可根據(jù)是否需要耐蝕刻性來(lái)選擇用于所期望實(shí)施例的適當(dāng)摻雜劑材料。
[0021]耐蝕刻摻雜劑材料110、112分成獨(dú)立組的配置僅提出一種旨在將摻雜劑源120、122按此驅(qū)動(dòng)到硅襯底中的配置，并且因此是耐蝕刻摻雜劑材料110、112可被分配成的分布。在一些實(shí)施例中，可能的是，P型摻雜劑源存在于耐蝕刻摻雜劑材料110的位置中，并且N型摻雜劑源存在于耐蝕刻摻雜劑材料112中。情況也可以相反，其中N型摻雜劑源分配到耐蝕刻摻雜劑材料110的位置中，而P型摻雜劑源分配到耐蝕刻摻雜劑材料112中。在另一個(gè)實(shí)施例中可以是，耐蝕刻摻雜劑材料110、112這二者均僅包含P型摻雜劑源或N型摻雜劑源。
[0022]在多個(gè)實(shí)施例的任何一者中，形成的太陽(yáng)能電池100可為背接觸背結(jié)(BCBJ)太陽(yáng)能電池，包括本文圖示和描述的那些。盡管太陽(yáng)能電池100可具有任何數(shù)量的所討論的實(shí)施例，但其并不限于本文所述的結(jié)構(gòu)。
[0023]圖2-6進(jìn)一步示出了在太陽(yáng)能電池制造工藝的順序步驟中利用硅襯底上的印刷摻雜劑來(lái)加工太陽(yáng)能電池100。
[0024]圖2-3示出了耐蝕刻摻雜劑材料110、112的非熱固化，由此在硅襯底104上形成交聯(lián)基質(zhì)130。
[0025]可在耐蝕刻摻雜劑材料110、112沉積后進(jìn)行耐蝕刻摻雜劑材料110、112的非熱固化150。當(dāng)在硅襯底104上形成交聯(lián)基質(zhì)130的過(guò)程中，非熱固化150可導(dǎo)致耐蝕刻摻雜劑材料110、112的相變。在一些實(shí)施例中，形成交聯(lián)基質(zhì)130的耐蝕刻摻雜劑材料110、112的非熱固化150可包括將耐蝕刻摻雜劑材料110、112暴露于非紅外電磁輻射。暴露于非紅外電磁福射還可包括將耐蝕刻摻雜劑材料110、112暴露于紫外光。在一些實(shí)施例中，非熱固化150還可包括將耐蝕刻摻雜劑材料110、112暴露于可見(jiàn)光譜中的光。例如，非熱固化150可包括將耐蝕刻摻雜劑材料110、112暴露于具有介于380和760納米之間的波長(zhǎng)的電磁(EM)輻射，包括此類M輻射(例如脈沖、閃爍、或變化的強(qiáng)度)的序列。在某些實(shí)施例中，所述序列可包括相同波長(zhǎng)的EM輻射的重復(fù)，而在其他實(shí)施例中，可在同一序列中使用若干不同波長(zhǎng)的EM福射。
[0026]在又一個(gè)實(shí)施例中，耐蝕刻摻雜劑材料110、112的非熱固化150可包括向耐蝕刻摻雜劑材料110、112發(fā)射聲波，由此在硅襯底104上的耐蝕刻摻雜劑材料110、112中形成交聯(lián)基質(zhì)130。
[0027]圖3示出了因形成于硅襯底104上的耐蝕刻摻雜劑材料110、112內(nèi)的交聯(lián)基質(zhì)130而產(chǎn)生的摻雜劑源120、122的有序結(jié)構(gòu)。盡管被示為直線柵格，但存在于交聯(lián)基質(zhì)130中的摻雜劑材料110、112可形成由非熱固化步驟150和摻雜劑材料110、112的組分產(chǎn)生的任何分布。因此，在某些實(shí)施例中，可形成(例如)晶體結(jié)構(gòu)。此外，盡管摻雜劑源120、122被示為布置在交聯(lián)基質(zhì)130內(nèi)的頂點(diǎn)處，但摻雜劑源120、122可布置在間隙內(nèi)，或者換句話講，可存在于摻雜劑材料110、112中而不與交聯(lián)基質(zhì)130鍵合、或結(jié)合、或形成一體。另外，交聯(lián)基質(zhì)130無(wú)需一定為物理排列而可為由摻雜劑材料110、112內(nèi)的化學(xué)鍵(例如，共價(jià)鍵)形成，其中此類鍵由于非熱固化步驟150而形成。因此，交聯(lián)基質(zhì)130可包括螺線形、螺旋形、或其他結(jié)構(gòu)安排，包括此類結(jié)構(gòu)之間的鍵或連接。
[0028]圖4-6示出了將硅襯底104和耐蝕刻摻雜劑材料110、112加熱160到足夠溫度而使摻雜劑源擴(kuò)散140、142到硅襯底104內(nèi)。這種擴(kuò)散可包括摻雜劑源120以填隙方式取代硅晶格。在某些實(shí)施例中，隨后可對(duì)硅襯底104進(jìn)行選擇性地蝕刻，以移除耐蝕刻摻雜劑材料110、112而不蝕刻硅襯底104。
[0029]圖4示出了對(duì)硅襯底104上的耐蝕刻摻雜劑材料110、112的加熱160，由此導(dǎo)致?lián)诫s劑源120、122擴(kuò)散到硅襯底104內(nèi)。加熱160可包括將硅襯底104上的耐蝕刻摻雜劑材料110、112的溫度升高到第一溫度，所述第一溫度為至少400°C和至多1200°C之間的任何溫度。在某些實(shí)施例中，可使用熱循環(huán)，以將溫度升高或降低到任何所需的溫度并保持任何所需的時(shí)間長(zhǎng)度，由此來(lái)實(shí)現(xiàn)摻雜劑擴(kuò)散?？墒褂锰囟囟确植紒?lái)執(zhí)行此過(guò)程，所述特定溫度分布經(jīng)優(yōu)選，以使得摻雜劑源120、122最均勻地?cái)U(kuò)散到硅襯底104內(nèi)。擴(kuò)散區(qū)140、142中的摻雜劑源120、122的濃度可為至少I X IO17原子/立方厘米。在其他實(shí)施例中，擴(kuò)散區(qū)140,142中可存在較高或較低濃度的摻雜劑源120122。對(duì)硅襯底104或其他目標(biāo)表面的任何類型的摻雜可利用此技術(shù)(包括間隙擴(kuò)散或取代擴(kuò)散)來(lái)實(shí)現(xiàn)。
[0030]圖5示出了在進(jìn)行加熱160之后的摻雜劑源120、122向硅襯底104內(nèi)的擴(kuò)散。圖5所示的摻雜劑源120、122可包括單極性摻雜劑源(包括P型摻雜劑源或N型摻雜劑源)，由此導(dǎo)致擴(kuò)散區(qū)140、142中的相應(yīng)極性。
[0031]圖6示出了后續(xù)步驟，其中選擇性地蝕刻硅襯底104，以移除耐蝕刻摻雜劑材料110、112而不蝕刻硅襯底104 (包括擴(kuò)散區(qū)140、142)。在耐蝕刻摻雜劑材料110、112已被移除的情況下，太陽(yáng)能電池100至少包括硅襯底104和擴(kuò)散區(qū)140、142，但前期處理步驟可已添加其他結(jié)構(gòu)，后期處理步驟也可添加其他結(jié)構(gòu)。
[0032]圖7-9示出了可供選擇的實(shí)施例，其中通過(guò)如下方式來(lái)執(zhí)行減少耐蝕刻摻雜劑材料110、112中的溶劑的體積的步驟:當(dāng)在減少的耐蝕刻摻雜劑材料170、172中形成交聯(lián)基質(zhì)130之后將耐蝕刻摻雜劑材料加熱到至少200°C。如圖7所示，可通過(guò)加熱硅襯底104(包括耐蝕刻摻雜劑材料110、112)來(lái)產(chǎn)生耐蝕刻摻雜劑材料110、112的減小體積。在某些實(shí)施例中，可在不改變交聯(lián)基質(zhì)130的結(jié)構(gòu)的情況下來(lái)實(shí)現(xiàn)溶劑的驅(qū)除。圖8和9示出了類似于上述圖5所示的后續(xù)擴(kuò)散步驟、以及類似于上述圖6所示的摻雜劑材料移除步驟。
[0033]圖10示出了利用硅襯底204的頂部上的薄介質(zhì)層270形成的太陽(yáng)能電池200。除非另外指明，否則圖10-17中的部件類似于上文參照?qǐng)D1-9所述的那些，不同的是用于命名部件的數(shù)字標(biāo)記已被增加100?？狗瓷渫繉?ARC)280可位于硅襯底204下面。太陽(yáng)能電池結(jié)構(gòu)的這些或其他元件可在太陽(yáng)能電池200的制造過(guò)程中設(shè)置在太陽(yáng)能電池200任一側(cè)的不同位置。因此，可在制造工藝中并且任何適當(dāng)?shù)奈恢锰幮纬蓴U(kuò)散區(qū)。因此，耐蝕刻摻雜劑材料210、212可沉積在介質(zhì)層270的表面上。耐蝕刻摻雜劑材料210、212可為包括硅烷、環(huán)硅烷、和硅氧烷的化學(xué)物質(zhì)中的一種。[0034]圖11示出了暴露于紫外光250的耐蝕刻摻雜劑材料210、212。紫外光250引起耐蝕刻摻雜劑材料210、212中的相變，由此通過(guò)光致聚合過(guò)程導(dǎo)致交聯(lián)基質(zhì)230的形成。在一個(gè)實(shí)施例中，形成交聯(lián)基質(zhì)130的耐蝕刻摻雜劑材料210、212的紫外光曝光250可包括將耐蝕刻摻雜劑材料210、212暴露于具有介于8和400納米之間的波長(zhǎng)的電磁輻射。紫外曝光可持續(xù)任何所需的時(shí)間段，但對(duì)量產(chǎn)過(guò)程中的通過(guò)量來(lái)說(shuō)，在較短的曝光持續(xù)時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)充分交聯(lián)的基質(zhì)形成物可為有利的(相比于相對(duì)較長(zhǎng)的持續(xù)時(shí)間而言)。暴露于紫外光250可引起固化步驟，例如，丙烯酸酯聚合、陽(yáng)離子聚合、巰基烯化學(xué)應(yīng)用、和含氫硅烷加成。
[0035]圖12示出了形成于介質(zhì)層270上的耐蝕刻摻雜劑材料210、212內(nèi)的交聯(lián)基質(zhì)230。
[0036]圖13示出了對(duì)耐蝕刻摻雜劑材料210、212的加熱，260，由此導(dǎo)致?lián)诫s劑源220、222擴(kuò)散到硅襯底204內(nèi)。
[0037]圖14示出了在進(jìn)行加熱260之后摻雜劑源220、222向硅襯底204內(nèi)的擴(kuò)散，由此產(chǎn)生擴(kuò)散區(qū)240、242。
[0038]圖15示出了太陽(yáng)能電池204的實(shí)施例，所述實(shí)施例還包括當(dāng)在耐蝕刻摻雜劑材料210,212中形成交聯(lián)基質(zhì)230之后利用耐蝕刻摻雜劑材料210、212作為蝕刻掩模來(lái)蝕刻硅襯底204的步驟。結(jié)果為如圖15所示的蝕刻掉的外露區(qū)域290，所述外露區(qū)域290可充當(dāng)擴(kuò)散區(qū)240和擴(kuò)散區(qū)242之間的勢(shì)壘。所作蝕刻的類型被選擇成可蝕刻介質(zhì)層270。相似地，可基于所選擇的蝕刻劑和蝕刻浴的持續(xù)時(shí)間來(lái)額外地蝕刻基礎(chǔ)硅襯底204。ARC280層可根據(jù)實(shí)施例的需要蝕刻或不蝕刻。
[0039]圖16示出了因執(zhí)行選擇性蝕刻過(guò)程所得的太陽(yáng)能電池200，所述選擇性蝕刻過(guò)程用于移除耐蝕刻摻雜劑材料210、212而不再蝕刻硅襯底204。在耐蝕刻摻雜劑材料已被移除的情況下，太陽(yáng)能電池200由通過(guò)硅襯底204內(nèi)的蝕刻掉的外露區(qū)域隔開(kāi)的擴(kuò)散區(qū)240和擴(kuò)散區(qū)242構(gòu)成。
[0040]圖17示出了下述實(shí)施例，其中當(dāng)在耐蝕刻摻雜劑材料210、212中形成交聯(lián)基質(zhì)230之后，利用耐蝕刻摻雜劑材料210、212作為蝕刻掩模來(lái)蝕刻硅襯底204不損傷硅襯底204、介質(zhì)層270、或存在于太陽(yáng)能電池200上的任何其他結(jié)構(gòu)。這種蝕刻可用于進(jìn)一步地加工太陽(yáng)能電池200的其他結(jié)構(gòu)元件(為清楚起見(jiàn)未示出)。
[0041]圖18示出了利用形成于硅襯底304的頂部的介質(zhì)層370形成的太陽(yáng)能電池300。除非另外指明，否則圖18-24中的部件類似于上文參照?qǐng)D10-17所述的那些，不同的是用于命名部件的數(shù)字標(biāo)記已被增加100。在太陽(yáng)能電池300的某些實(shí)施例中，可在介質(zhì)層370的頂部形成多晶硅層380。可(例如)通過(guò)如上文參照?qǐng)D1所述的噴墨或其他分配方法來(lái)將耐蝕刻摻雜劑材料310、312沉積到多晶硅層380的表面上。耐蝕刻摻雜劑材料310、312可包含摻雜劑源320、322。
[0042]參照?qǐng)D19-20，可進(jìn)行耐蝕刻摻雜劑材料310、312的非熱固化350，以在硅襯底304上形成交聯(lián)基質(zhì)330。圖21示出了因形成于多晶硅層380上的耐蝕刻摻雜劑材料310、312內(nèi)的交聯(lián)基質(zhì)330而產(chǎn)生的摻雜劑源320、322的有序結(jié)構(gòu)。
[0043]圖22-24示出了將包括耐蝕刻摻雜劑材料310、312和多晶硅層380的太陽(yáng)能電池300加熱360到足夠的溫度，以使摻雜劑源擴(kuò)散到硅襯底304內(nèi)，如上文參照?qǐng)D1_9所述。此過(guò)程可利用特定的溫度分布來(lái)完成，所述特定的溫度分布經(jīng)優(yōu)選以用于使摻雜劑源320、322均勻地?cái)U(kuò)散到多晶硅層380內(nèi)，或者以便在硅襯底304中實(shí)現(xiàn)摻雜劑源320322的所需濃度，由此來(lái)形成擴(kuò)散區(qū)。隨后，可蝕刻太陽(yáng)能電池300，以移除耐蝕刻摻雜劑材料310、312而不蝕刻硅襯底304。
[0044]圖25-26示出了在加熱360耐蝕刻摻雜劑材料310、312之后，利用耐蝕刻摻雜劑材料310314作為蝕刻掩模來(lái)蝕刻多晶硅層380的步驟。在某些實(shí)施例中，可類似地蝕刻介質(zhì)層370。結(jié)果為蝕刻掉的外露區(qū)域390，所述外露區(qū)域390充當(dāng)擴(kuò)散區(qū)340、342之間的勢(shì)壘。隨后可從多晶硅層380清洗或蝕刻耐蝕刻摻雜劑材料310、312。
[0045]圖27示出了太陽(yáng)能電池300的可供選擇的實(shí)施例，其中可在多晶硅層380上以叉指狀接觸指400布置來(lái)分配耐蝕刻摻雜劑材料310、312。在其他實(shí)施例中，叉指狀接觸指400可直接形成于硅襯底304的頂部上，而在其他實(shí)施例中，叉指狀接觸指400可形成于介質(zhì)層或其他太陽(yáng)能電池結(jié)構(gòu)(其形成于襯底304上)的頂部上。
[0046]圖28到31示出了太陽(yáng)能電池300的可供選擇的實(shí)施例，其中在交聯(lián)基質(zhì)330形成之后執(zhí)行利用耐蝕刻摻雜劑材料310、312作為蝕刻掩模來(lái)蝕刻多晶硅層380的步驟。此步驟之后可進(jìn)行:加熱360耐蝕刻摻雜劑材料310、312以使摻雜劑源320、322擴(kuò)散到多晶硅層380內(nèi)。然后可將多晶硅層380暴露于選擇性蝕刻劑，以移除耐蝕刻摻雜劑材料310、312而不蝕刻多晶硅層380，如圖26所示。在另一個(gè)實(shí)施例中，可將多晶硅層380暴露于蝕亥IJ劑，以移除耐蝕刻摻雜劑材料310、312，同時(shí)還蝕刻多晶硅層380，由此得到可形成擴(kuò)散區(qū)340、342之間的勢(shì)壘的外露區(qū)域390。隨后可從多晶硅層380清洗或蝕刻耐蝕刻摻雜劑材料310、312，由此得到示于圖26的實(shí)施例中的太陽(yáng)能電池結(jié)構(gòu)。
[0047]圖31示出了太陽(yáng)能電池的另一個(gè)實(shí)施例。在太陽(yáng)能電池制造的一些實(shí)施例中，在蝕刻或清洗耐蝕刻摻雜劑材料310、312 (包括使用為獲得對(duì)抗摻雜劑材料310、312的耐蝕刻性質(zhì)的功效而選擇的蝕刻劑)之后，蝕刻掉的外露區(qū)域410可蝕刻穿過(guò)介質(zhì)層并且可到達(dá)并蝕刻硅襯底304，這取決于所用的蝕刻劑和蝕刻劑濃度。因此，如圖31所示，在一些實(shí)施例中，外露區(qū)域410可延伸穿過(guò)介質(zhì)層370。在某些實(shí)施例中，可在外露區(qū)域410中存在結(jié)構(gòu)形成物，由此形成無(wú)規(guī)紋理圖案。
[0048]在制造過(guò)程期間蝕刻多晶硅層380、介質(zhì)層370、或硅襯底304中的任何一個(gè)的步驟可在耐蝕刻摻雜劑材料310、312沉積之后的整個(gè)過(guò)程中的任何階段來(lái)執(zhí)行。因此，材料本身可充當(dāng)蝕刻掩模。在一些實(shí)施例中，所需的耐蝕刻性質(zhì)可在其中形成交聯(lián)基質(zhì)的非熱固化步驟之前存在。在其他實(shí)施例中，摻雜劑材料可在溶劑驅(qū)除之后，可在摻雜劑被驅(qū)離而進(jìn)入介質(zhì)層、硅襯底、或多晶硅層之后，可在任何數(shù)量的其他流程步驟之后來(lái)充當(dāng)蝕刻掩模，只要這發(fā)生在耐蝕刻摻雜劑材料移除之前。因此，耐蝕刻摻雜劑材料可充當(dāng)用于任何所需流程步驟中的蝕刻操作的掩模，由此有助于形成本文所示的或可利用所述技術(shù)制造的任何太陽(yáng)能電池結(jié)構(gòu)。
[0049]然而，在一些實(shí)施例中，耐蝕刻摻雜劑材料310、312根本無(wú)需用作蝕刻掩模。耐蝕刻摻雜劑材料可僅用作摻雜劑源并且其后從太陽(yáng)能電池結(jié)構(gòu)移除，而不在蝕刻其他特征中起作用。在一些實(shí)施例中，摻雜劑材料(具有耐蝕刻性或不具有耐蝕刻性)可保留在太陽(yáng)能電池上并且可結(jié)合到發(fā)射器或接觸結(jié)構(gòu)內(nèi)。
[0050]應(yīng)當(dāng)理解，結(jié)合太陽(yáng)能電池制造工藝執(zhí)行的各種工序可包括任何數(shù)量的附加或替代的工序。圖1-31所示的工序無(wú)需一定按所示順序執(zhí)行，并且可合并到具有本文未詳述的額外功能的更綜合性的過(guò)程或流程中。
[0051]雖然前面的詳細(xì)描述已展示至少一個(gè)示例性實(shí)施例，但應(yīng)當(dāng)理解，還存在大量的變型形式。還應(yīng)當(dāng)理解，本文所述的一個(gè)或多個(gè)示例性實(shí)施例并不旨在以任何方式限制要求保護(hù)的主題的范圍、適用性或構(gòu)型。相反，上述詳細(xì)說(shuō)明將為本領(lǐng)域的技術(shù)人員提供實(shí)施所述一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例的方便的操作路徑圖。應(yīng)當(dāng)理解，可在不脫離權(quán)利要求書(shū)所限定的范圍(其包括提交本專利申請(qǐng)時(shí)已知的等同物和可預(yù)知的等同物)的情況下對(duì)元件的功能和布置方式進(jìn)行多種改變。
【權(quán)利要求】
1.一種制造太陽(yáng)能電池的方法，所述方法包括: 將耐蝕刻摻雜劑材料沉積到硅襯底上,所述耐蝕刻摻雜劑材料包含摻雜劑源； 利用所述耐蝕刻摻雜劑材料的非熱固化在所述耐蝕刻摻雜劑材料中形成交聯(lián)基質(zhì)；以及 將所述硅襯底和所述耐蝕刻摻雜劑材料加熱到足夠的溫度以使所述摻雜劑源擴(kuò)散到所述硅襯底內(nèi)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中利用所述耐蝕刻摻雜劑材料的非熱固化在所述耐蝕刻摻雜劑材料中形成交聯(lián)基質(zhì)包括使所述硅襯底上的所述耐蝕刻摻雜劑材料發(fā)生從液態(tài)到固態(tài)的相變。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中利用所述耐蝕刻摻雜劑材料的非熱固化在所述耐蝕刻摻雜劑材料中形成交聯(lián)基質(zhì)包括將所述耐蝕刻摻雜劑材料暴露于非紅外電磁輻射。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中將所述耐蝕刻摻雜劑材料暴露于非紅外電磁輻射包括將所述耐蝕刻摻雜劑材料暴露于紫外光。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中將所述耐蝕刻摻雜劑材料暴露于非紅外電磁輻射包括將所述耐蝕刻摻雜劑材料暴露于可見(jiàn)光譜的光或者說(shuō)具有380納米到760納米的波長(zhǎng)的電磁輻射。
6.根據(jù)權(quán)利要求 1所述的方法，其中利用所述耐蝕刻摻雜劑材料的非熱固化在所述耐蝕刻摻雜劑材料中形成交聯(lián)基質(zhì)包括向所述耐蝕刻摻雜劑材料發(fā)射聲波。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中沉積所述耐蝕刻摻雜材料包括將所述耐蝕刻摻雜劑以液體形式分配到所述硅襯底上。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中分配所述耐蝕刻摻雜劑材料包括將所述耐蝕刻摻雜劑材料絲網(wǎng)印刷到硅襯底上。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中分配所述耐蝕刻摻雜劑材料包括將所述耐蝕刻摻雜劑材料噴墨印刷到硅襯底上。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中分配所述耐蝕刻摻雜劑材料包括將所述耐蝕刻摻雜劑材料旋涂到硅襯底上。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中將包含摻雜劑源的所述耐蝕刻摻雜劑材料分配到所述硅襯底上包括將包含單極性摻雜劑源的摻雜劑材料分配到所述硅襯底上。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中將包含單極性摻雜劑源的摻雜劑材料分配到所述硅襯底上包括將P型摻雜劑分配到所述硅襯底上。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中將包含單極性摻雜劑源的摻雜劑材料分配到所述硅襯底上包括將N型摻雜劑分配到所述硅襯底上。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括選擇性地蝕刻所述硅襯底，以移除所述摻雜劑源材料而不蝕刻所述硅襯底。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括下述步驟:當(dāng)在所述耐蝕刻摻雜劑材料中形成所述交聯(lián)基質(zhì)之后通過(guò)將所述耐蝕刻摻雜劑材料加熱到至少400°C來(lái)減少所述耐蝕刻摻雜劑材料中溶劑的量。
16.一種太陽(yáng)能電池，所述太陽(yáng)能電池是根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法制造的。
17.—種制造太陽(yáng)能電池的方法，所述方法包括:將摻雜劑材料沉積到具有光伏太陽(yáng)能電池結(jié)構(gòu)的硅襯底上； 將所述摻雜劑材料非熱暴露于紫外光以通過(guò)光致聚合過(guò)程在所述摻雜劑材料中形成交聯(lián)基質(zhì)；以及 將所述摻雜劑材料的硅襯底加熱到足夠的溫度以使所述摻雜劑源擴(kuò)散到所述硅襯底內(nèi)。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中通過(guò)將所述摻雜劑材料非熱暴露于紫外光在所述摻雜劑材料中形成交聯(lián)基質(zhì)包括將所述摻雜劑材料暴露于具有8納米到400納米的波長(zhǎng)的電磁輻射。
19.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中通過(guò)將所述摻雜劑材料非熱暴露于紫外光在所述摻雜劑材料中形成交聯(lián)基質(zhì)包括將所述摻雜劑材料暴露于紫外光，以使得所述摻雜劑材料在所述光致聚合過(guò)程中發(fā)生從液態(tài)到固態(tài)的相變。
20.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中通過(guò)將所述摻雜劑材料非熱暴露于紫外光在所述摻雜劑材料中形成交聯(lián)基質(zhì)包括暴露所述摻雜劑材料以執(zhí)行固化步驟，所述固化步驟選自丙烯酸酯聚合、陽(yáng)離子聚合、巰基烯化學(xué)應(yīng)用、和含氫硅烷加成。
21.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中沉積所述摻雜劑材料包括沉積化學(xué)基團(tuán)，所述化學(xué)基團(tuán)包括選自硅烷、環(huán)硅烷、和硅氧烷的化學(xué)結(jié)構(gòu)。
22.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，還包括當(dāng)在所述摻雜劑材料中形成所述交聯(lián)基質(zhì)之后利用所述摻雜劑材料作為蝕刻掩模來(lái)蝕刻所述硅襯底的步驟。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其中蝕刻所述硅襯底包括蝕刻所述硅襯底的光伏太陽(yáng)能電池結(jié)構(gòu)的至少一 部分。
24.一種太陽(yáng)能電池，所述太陽(yáng)能電池是根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法制造的。
25.一種制造太陽(yáng)能電池的方法，所述方法包括: 在娃襯底的表面上形成薄介質(zhì)層； 在所述薄介質(zhì)層上形成多晶硅層； 將包含摻雜劑源材料的耐蝕刻摻雜劑材料沉積到所述多晶硅層上； 利用所述耐蝕刻摻雜劑材料的非熱固化在所述耐蝕刻摻雜劑材料中形成交聯(lián)基質(zhì)；以及 將所述耐蝕刻摻雜劑材料加熱到能夠使所述摻雜劑源材料擴(kuò)散到所述多晶硅層內(nèi)的溫度。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的方法，還包括利用所述耐蝕刻摻雜劑材料作為蝕刻掩模來(lái)蝕刻所述多晶硅層的步驟。
27.根據(jù)權(quán)利要求25所述的方法，其中沉積所述耐蝕刻摻雜劑材料包括將所述耐蝕刻摻雜劑材料分配到所述硅襯底上的多個(gè)叉指狀接觸指中。
28.—種太陽(yáng)能電池，所述太陽(yáng)能電池是根據(jù)權(quán)利要求25所述的方法制造的。
【文檔編號(hào)】H01L31/18GK103843159SQ201280048109
【公開(kāi)日】2014年6月4日 申請(qǐng)日期:2012年9月26日 優(yōu)先權(quán)日:2011年9月30日
【發(fā)明者】坎恩·C·伍, 史蒂文·M·克拉夫特, 保羅·盧斯科托福, 史蒂夫·愛(ài)德華·莫里薩 申請(qǐng)人:太陽(yáng)能公司