形成半導(dǎo)體基板的p型摻雜鋁表面區(qū)域的方法
【專利摘要】一種用于形成半導(dǎo)體基板的至少一個(gè)p型摻雜鋁表面區(qū)域的方法，所述方法包括以下步驟：(1)提供半導(dǎo)體基板，(2)在所述半導(dǎo)體基板的至少一個(gè)表面區(qū)域上施加并干燥鋁漿，(3)焙燒所述干燥過的鋁漿，以及(4)用水除去所述焙燒過的鋁漿，其中在步驟(2)中使用的所述鋁漿包含粒狀鋁、有機(jī)載體和基于總鋁漿組合物計(jì)3至20重量％的玻璃料。
【專利說明】形成半導(dǎo)體基板的P型摻雜鋁表面區(qū)域的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及形成半導(dǎo)體基板的P型摻雜鋁表面區(qū)域的方法并且涉及通過所述方法制備的半導(dǎo)體基板。
【背景技術(shù)】
[0002]在說明書及權(quán)利要求書中，使用了術(shù)語“P型摻雜鋁”。它是指P型摻雜有鋁作為P型摻雜物。
[0003]通過將P型摻雜物如硼熱擴(kuò)散到硅基板中的硅的P型摻雜是熟知的。熱擴(kuò)散通常利用P型摻雜物例如氣態(tài)BBr3的擴(kuò)散源進(jìn)行。P型摻雜物可熱擴(kuò)散穿過整個(gè)硅基板，從而形成P型摻雜的硅基板(P型硅基板)。然而，熱擴(kuò)散方法以以下方式進(jìn)行也是可能的:僅允許P型摻雜物滲透到硅基板的表面區(qū)域，從而僅形成P型摻雜的薄層，該層具有例如至多200nm的低滲透深度。所述熱擴(kuò)散方法可通過遮蔽硅基板表面的某些部分獲得支持，即，那些表面區(qū)域?qū)⒉唤邮誔型摻雜物。
[0004]太陽能電池是半導(dǎo)體的具體例子。
[0005]常規(guī)太陽能電池結(jié)構(gòu)由具有正面η型表面(正面η型區(qū)域、正面η型發(fā)射器)的ρ型基板、沉積于電池正面(光照面、光照表面)的負(fù)極和在背面上的正極構(gòu)成。通常，具有正面η型表面的ρ型基板是具有正面η型硅表面的ρ型硅。
[0006]常規(guī)太陽能電池的生產(chǎn)通常開始于ρ型晶片(通常P型硅晶片)形式的P型基板。P型晶片可具有例如在100至250cm2的范圍內(nèi)的面積和例如180至300 μ m的厚度。在ρ型晶片上，通過熱擴(kuò)散磷(P)等形成η型擴(kuò)散層，S卩，η型發(fā)射器。通常將三氯氧磷(POCl3)用作氣態(tài)磷擴(kuò)散源，其它液體源為磷酸等。在不存在任何具體變型的情況下，η-型擴(kuò)散層在P型基板的整個(gè)表面上形成。在P型摻雜物的濃度等于η型摻雜物的濃度的位點(diǎn)形成ρ-η結(jié)；具有靠近光照面的Ρ-η結(jié)的常規(guī)電池具有介于0.05和0.5 μ m之間的結(jié)深度。
[0007]在形成了該擴(kuò)散層之后，通過用某種酸諸如氫氟酸進(jìn)行蝕刻而將多余的表面玻璃從表面的其余部分除去。
[0008]接下來，通過諸如例如等離子CVD (化學(xué)氣相沉積)的方法在η型擴(kuò)散層上形成例如Ti0x、Si0x、Ti0x/Si0x、SiNx、Si3N4的ARC層(抗反射涂層)或具體地講SiNjSiOx的介電堆棧，其厚度為例如50至lOOnm。
[0009]通常通過在晶片正面上的ARC層上絲網(wǎng)印刷并干燥正面導(dǎo)電金屬漿料(正面電極形成導(dǎo)電金屬漿料)，通常為銀漿來施加正面陰極。通常以所謂的H圖案對(duì)正面陰極進(jìn)行絲網(wǎng)印刷，所述圖案包括⑴細(xì)平行指狀線(收集器線)和(ii)以直角與指狀線相交的兩條母線。此外，通常為銀漿或銀/鋁漿的背面導(dǎo)電金屬漿料和背面鋁漿在晶片背面上被絲網(wǎng)印刷(或一些其它施加方法)并連續(xù)干燥。通常，首先將背面導(dǎo)電金屬漿料絲網(wǎng)印刷到晶片的背面上，形成兩條平行母線或形成矩形(插片)，以準(zhǔn)備用于焊接互連線(預(yù)焊接的銅帶)。然后將背面鋁漿印刷到裸露區(qū)域，與背面導(dǎo)電金屬略微重疊。然后通常在帶式爐中進(jìn)行焙燒，持續(xù)I至5分鐘的時(shí)間，使晶片達(dá)到在700至900°C的范圍內(nèi)的峰值溫度。正面陰極和背面陽極能依次焙燒或共同焙燒。
[0010]一般將鋁漿絲網(wǎng)印刷在晶片背面并對(duì)其進(jìn)行干燥。在高于鋁熔點(diǎn)的溫度下焙燒晶片；在硅晶片的典型情況下，形成鋁-硅熔體并且隨后在冷卻期間形成外延生長硅層，其摻雜有鋁。該層一般被稱為BSF(背表面場)層。鋁漿通過焙燒從干燥狀態(tài)轉(zhuǎn)化為鋁背面陽極。同時(shí)焙燒背面導(dǎo)電金屬漿料，使之變?yōu)閷?dǎo)電金屬背面陽極。在焙燒期間，背面鋁與背面導(dǎo)電金屬之間的邊界呈現(xiàn)合金狀態(tài)，并且實(shí)現(xiàn)電連接。鋁陽極占背面陽極的大多數(shù)區(qū)域，這部分歸因于需要形成P+層。在背面的部分(常常作為2-6mm寬的母線)上形成導(dǎo)電金屬背面陽極以作為用于通過預(yù)焊接的銅帶等來使太陽能電池相互連接的電極。此外，在焙燒過程中，作為正面陰極而印刷的正面導(dǎo)電金屬漿料會(huì)燒結(jié)并滲透(燒透)穿過ARC層，從而能夠與η型層進(jìn)行電接觸。
[0011]晶片和鋁背面陽極一起形成雙金屬條，其趨于表現(xiàn)出翹曲(彎曲)，這是一種非期望的現(xiàn)象，如果翹曲超過容許上限的話是尤其非期望的。
[0012]MWT(金屬穿孔卷繞)太陽能電池表示一種特殊類型的前述常規(guī)太陽能電池。它們具有另一種電池設(shè)計(jì)并且它們也是技術(shù)人員所熟知的(參見例如網(wǎng)站“http://www.sollandsolar.com/IManager/Content/4680/qfl7/mt1537/mi 30994/m ul254913665/mv2341 ” 和說明資料 “Preliminary Datasheet Sunweb”，其能從該網(wǎng)站下載，以及 F.Clement 等人的 “Industrially feasible mult1-crystalline metalwrap through (MWT) silicon solar cells exceedingl6 % efficiency，，，Solar EnergyMaterials&Solar Cells93 (2009)，第1051-1055頁)。MWT太陽能電池是背面觸點(diǎn)電池，允許它們比標(biāo)準(zhǔn)太陽能電池進(jìn)行較少的正面遮蔽。
[0013]MWT太陽能電池的ρ型晶片具有在電池的正面和背面之間形成通路的小空穴。MWT太陽能電池具有延伸到整個(gè)正面和空穴內(nèi)側(cè)的η型發(fā)射器。η型發(fā)射器覆蓋有用作ARC層的電介質(zhì)鈍化層。η型發(fā)射器不僅延伸到整個(gè)正面，而且還延伸到空穴的內(nèi)側(cè)，而電介質(zhì)鈍化層不會(huì)這樣，并且略過空穴內(nèi)側(cè)?？昭▋?nèi)側(cè)，即，未覆蓋有電介質(zhì)鈍化層的η型擴(kuò)散層，具有敷金屬?？昭ǖ姆蠼饘俪洚?dāng)發(fā)射器觸點(diǎn)并且形成MWT太陽能電池的陰極背面觸點(diǎn)。此外，MWT太陽能電池的正面具有細(xì)的導(dǎo)電性金屬收集器線形式的正面敷金屬，所述收集器線以MWT太陽能電池的典型圖案布置，例如網(wǎng)格狀或網(wǎng)狀圖案或細(xì)平行指狀線。術(shù)語“用于麗T太陽能電池的典型圖案”表示收集器線的端子與空穴的敷金屬重疊并且因此與之電連接。由導(dǎo)電金屬漿料施加收集器線并且它們焙燒穿過正面電介質(zhì)鈍化層，從而接觸電池的正面η型表面。
[0014]正如常規(guī)太陽能電池的背面一樣，MWT太陽能電池的背面也具有鋁陽極形式的背面敷金屬。該鋁陽極與導(dǎo)電金屬收集器背面觸點(diǎn)電接觸，從而鋁陽極以及導(dǎo)電金屬收集器背面觸點(diǎn)在任何情況下均與空穴的敷金屬電絕緣。從MWT太陽能電池的陰極背面觸點(diǎn)和陽極導(dǎo)電金屬收集器背面觸點(diǎn)收集光電流。
[0015]MWT太陽能電池的制備非常類似于前述常規(guī)太陽能電池的制備并且它起始于P型晶片，通常P型硅晶片。通常通過激光鉆孔來施加在晶片的正面和背面之間形成通路的小空穴。如此制備的空穴均勻分布在晶片上，并且它們的數(shù)量在例如每個(gè)晶片10至100個(gè)的范圍內(nèi)。隨后在基板的整個(gè)正面(包括空穴的內(nèi)側(cè))形成η型擴(kuò)散層(η型發(fā)射器)。
[0016]在形成η型擴(kuò)散層之后，通過進(jìn)行蝕刻(具體地，在某種強(qiáng)酸中，例如氫氟酸)而將多余的表面玻璃從發(fā)射器表面除去。
[0017]通常，隨后在正面η型擴(kuò)散層上形成例如Ti0x、Si0x、Ti0x/Si0x、SiNx、Si3N4的電介質(zhì)ARC層或具體地講SiNx/SiOx的介電堆棧，然而會(huì)略過空穴的內(nèi)側(cè)，并且任選地也略過空穴正面邊緣周圍的窄邊。電介質(zhì)的沉積可例如使用諸如等離子CVD(化學(xué)氣相沉積)或?yàn)R射的方法來進(jìn)行。
[0018]正如前述的常規(guī)太陽能電池結(jié)構(gòu)，MWT太陽能電池通常在它們的正面上具有陰極并且在它們的背面上具有陽極。正面陰極呈細(xì)的導(dǎo)電性收集器線的形式，所述收集器線按MWT太陽能電池的典型圖案布置。通常通過在電池正面的ARC層上絲網(wǎng)印刷、干燥和焙燒正面導(dǎo)電金屬漿料(通常銀漿)來施加細(xì)的導(dǎo)電性收集器線，從而使收集器線的端子與空穴的敷金屬重疊以與之產(chǎn)生電連接。通常在帶式爐中實(shí)施焙燒1-5分鐘的時(shí)間，并且晶片達(dá)到了在700-900°C范圍內(nèi)的峰值溫度。
[0019]如已經(jīng)提到的一樣，MWT太陽能電池的晶片空穴具有敷金屬。為此，通過以導(dǎo)電金屬層(開放的空穴)形式或?qū)щ娊饘偃?填充有導(dǎo)電金屬的空穴)形式向空穴施加導(dǎo)電金屬漿料(通常銀漿)而使空穴自身金屬化。敷金屬可僅覆蓋空穴的內(nèi)側(cè)或者也覆蓋空穴邊緣周圍的窄邊，從而窄邊可存在于空穴的正面邊緣上、空穴的背面邊緣上、或同時(shí)存在于它們兩者之上?？捎梢环N單一的導(dǎo)電金屬漿料來施加敷金屬。也可由兩種不同的導(dǎo)電金屬漿料來施加敷金屬，即可將一種導(dǎo)電金屬漿料施加到空穴的正面，并且將另一種施加到其背面。在施加了一種或兩種導(dǎo)電金屬漿料之后，對(duì)漿料進(jìn)行干燥和焙燒以形成η型發(fā)射器觸點(diǎn)以及分別形成MWT太陽能電池的陰極背面觸點(diǎn)。通常在帶式爐中實(shí)施焙燒I至5分鐘的時(shí)間，并且晶片達(dá)到了在700至900°C范圍內(nèi)的峰值溫度。經(jīng)焙燒的空穴的敷金屬與細(xì)的正面導(dǎo)電性收集器線的端子電連接。
[0020]此外，在ρ型晶片的背面，通常通過絲網(wǎng)印刷來施加背面導(dǎo)電金屬漿料(通常銀或銀/鋁漿和鋁漿)，并依次干燥，從而避免與空穴的敷金屬發(fā)生任何接觸。換句話講，施加背面金屬漿料，從而確保它們?cè)诒簾耙约爸笈c空穴的敷金屬保持電絕緣。將背面導(dǎo)電金屬漿料施加到背面上作為陽極背面收集器觸點(diǎn)，其可呈匯流條、插片或均勻分布的觸點(diǎn)形式。隨后將背面鋁漿(用于BSF形成)施加于裸露區(qū)域，與導(dǎo)電金屬背面收集器觸點(diǎn)略微重疊。在一些情況下，在施加背面鋁漿之后施加背面導(dǎo)電金屬漿料。通常在帶式爐中實(shí)施焙燒I至5分鐘的時(shí)間，并且晶片達(dá)到了在700至900°C范圍內(nèi)的峰值溫度。正面陰極、空穴的敷金屬和背面陽極可依次焙燒或共同焙燒。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0021]已發(fā)現(xiàn)，半導(dǎo)體基板的ρ型摻雜鋁表面區(qū)域可通過在半導(dǎo)體基板表面上施加并焙燒鋁漿并且隨后通過水處理除去焙燒過的鋁組合物進(jìn)行制備，前提條件是鋁漿包含基于總鋁漿組合物計(jì)3至20重量％ (重量-% )的玻璃料。
[0022]在說明書和權(quán)利要求書中使用術(shù)語“半導(dǎo)體基板”。它是指半導(dǎo)體薄晶片，具體地指太陽能電池晶片。為了避免誤解，它不包括厚基板類例如結(jié)晶硅錠。
[0023]本發(fā)明涉及用于形成半導(dǎo)體基板的至少一個(gè)ρ型摻雜鋁表面區(qū)域的方法。因此，它也涉及用于制備半導(dǎo)體基板自身的方法，所述基板具有至少一個(gè)P型摻雜鋁表面區(qū)域。因此，在它的一般實(shí)施例中，本發(fā)明的方法包括以下步驟:[0024](I)提供半導(dǎo)體基板，
[0025](2)在所述半導(dǎo)體基板的至少一個(gè)表面區(qū)域上施加并干燥鋁漿，
[0026](3)焙燒所述干燥過的鋁漿，以及
[0027](4)用水除去所述焙燒過的鋁漿，
[0028]其中在步驟(2)中使用的鋁漿包含粒狀鋁、有機(jī)載體和基于總鋁漿組合物計(jì)3至20重量％的玻璃料。
【具體實(shí)施方式】
[0029]在說明書及權(quán)利要求書中，使用了術(shù)語“半導(dǎo)體基板的ρ型摻雜鋁表面區(qū)域”。它不限于半導(dǎo)體基板的表面區(qū)域，其中鋁P型摻雜物可能僅存在于表面上；相反地，它意指半導(dǎo)體基板的表面區(qū)域，其中鋁P型摻雜物已經(jīng)在相應(yīng)區(qū)域滲透到表面，滲透深度僅為某個(gè)在例如500至4000nm，具體地3000至4000nm的范圍內(nèi)的滲透深度；換句話講，鋁P型摻雜物在相應(yīng)區(qū)域形成P型摻雜鋁表面薄層。在任何情況下，鋁P型摻雜物尚未滲透穿過整個(gè)半導(dǎo)體基板。
[0030]在說明書及權(quán)利要求書中，使用了術(shù)語“半導(dǎo)體基板的至少一個(gè)表面區(qū)域”。它是指整個(gè)表面區(qū)域或僅僅它的一部分，例如僅有半導(dǎo)體基板的兩個(gè)或更多個(gè)側(cè)面中的一個(gè)側(cè)面，或者甚至僅有其一個(gè)側(cè)面的一部分。一個(gè)側(cè)面的一部分的例子是僅覆蓋一個(gè)側(cè)面的一部分的圖案。
[0031]在本發(fā)明的方法的步驟(I)中提供了半導(dǎo)體基板。半導(dǎo)體基板是本征或P型半導(dǎo)體。例如，半導(dǎo)體基板可選自無定形鍺半導(dǎo)體基板、非晶硅半導(dǎo)體基板、無摻雜結(jié)晶鍺半導(dǎo)體基板、P型摻雜結(jié)晶鍺半導(dǎo)體基板、無摻雜結(jié)晶鍺-硅合金半導(dǎo)體基板和P型摻雜結(jié)晶鍺-娃合金半導(dǎo)體基板。半導(dǎo)體基板具體地可選自無摻雜結(jié)晶娃半導(dǎo)體基板和P型摻雜結(jié)晶娃半導(dǎo)體基板。
[0032]在說明書及權(quán)利要求書中使用的術(shù)語“結(jié)晶”是指單晶或多晶。
[0033]就ρ型半導(dǎo)體基板而言，通過本發(fā)明的方法獲得的附加的鋁摻雜提高ρ型半導(dǎo)體基板的一個(gè)或多個(gè)相應(yīng)表面區(qū)域的P型特征，或者換句話講，提高在P型半導(dǎo)體基板的一個(gè)或多個(gè)相應(yīng)表面區(qū)域的P型摻雜物濃度。
[0034]在本發(fā)明的方法的步驟(2)中施加的鋁漿是鋁厚膜導(dǎo)電組合物，其包含粒狀鋁、有機(jī)載體和玻璃料，其中在鋁漿中的玻璃料比例基于總鋁漿組合物計(jì)為3至20重量％。
[0035]粒狀鋁可為鋁或者在一個(gè)實(shí)施例中可為具有一種或多種其它金屬的鋁合金。就鋁合金而言，鋁含量為例如99.7重量％至小于100重量％。粒狀鋁可包括各種形狀的鋁顆粒，例如鋁薄片、球形鋁粉、結(jié)節(jié)形(不規(guī)則形)鋁粉或它們的任何組合。在一個(gè)實(shí)施例中，粒狀鋁為鋁粉形式。鋁粉表現(xiàn)出例如4-10 μ m的平均粒度。粒狀鋁可按如下比例存在于鋁漿中:基于總招衆(zhòng)組合物計(jì)所述比例為50-80重量％,或者在一個(gè)實(shí)施例中為70-75重量％。
[0036]在說明書及權(quán)利要求書中使用術(shù)語“平均粒度”。其應(yīng)指借助激光散射測定的平均粒度(平均粒徑，d50)。激光散射測量可使用粒度分析儀，例如Microtrac S3500儀來進(jìn)行。
[0037]本說明書和權(quán)利要求書中關(guān)于平均粒度所作的所有陳述均涉及如存在于鋁漿組合物中的相關(guān)材料的平均粒度。[0038]鋁漿包含有機(jī)載體?？蓪⒍喾N惰性的粘稠材料用作有機(jī)載體。有機(jī)載體可為如下的載體:其中粒狀組分(粒狀鋁、玻璃料)為可分散的，并具有足夠的穩(wěn)定度。有機(jī)載體的特性(具體地講流變特性)可使得它們向鋁漿組合物提供良好的應(yīng)用特性，包括:不溶性固體的穩(wěn)定分散性、對(duì)于施加的適當(dāng)?shù)恼扯群陀|變性、半導(dǎo)體基板和漿料固體的適當(dāng)可潤濕性、良好的干燥速率和良好的焙燒特性。用于鋁漿中的有機(jī)載體可為非水惰性液體。有機(jī)載體可為有機(jī)溶劑或有機(jī)溶劑混合物；在一個(gè)實(shí)施例中，有機(jī)載體可為一種或多種有機(jī)溶劑中一種或多種有機(jī)聚合物的溶液。在一個(gè)實(shí)施例中，用于該目的的聚合物可為乙基纖維素?？蓡为?dú)使用或以組合方式使用的聚合物的其它例子包括乙基羥乙基纖維素、木松香、酚醛樹脂和低級(jí)醇的聚(甲基)丙烯酸酯。合適的有機(jī)溶劑的例子包括酯醇和萜烯諸如α -或β -萜品醇或它們與其它溶劑諸如煤油、鄰苯二甲酸二丁酯、二甘醇丁基醚、二甘醇丁醚乙酸酯、己二醇和高沸點(diǎn)醇的混合物。此外，在有機(jī)載體中還可包含揮發(fā)性有機(jī)溶劑，以用于促進(jìn)在將鋁漿施加到半導(dǎo)體基板上后的快速硬化?？膳渲七@些溶劑和其它溶劑的各種組合以達(dá)到所期望的粘度和揮發(fā)性要求。
[0039]鋁漿中的有機(jī)溶劑含量基于總鋁漿組合物計(jì)可在5至25重量％，或者在一個(gè)實(shí)施例中10至20重量％的范圍內(nèi)。
[0040]一種或多種有機(jī)聚合物可按如下比例存在于有機(jī)載體中:基于總鋁漿組合物計(jì)所述比例在O至20重量％，或在一個(gè)實(shí)施例中在5至10重量％的范圍內(nèi)。
[0041 ] 鋁漿包含基于總鋁漿組合物計(jì)3至20重量％、或者在一個(gè)實(shí)施例中3至10重量％的玻璃料作為無機(jī)粘合劑。如果鋁漿中的玻璃料含量為小于3重量％，工藝步驟(4)不能成功地進(jìn)行；即，在這種情況下焙燒過的鋁漿不能或不完全用水除去。具有超過20重量％上限的玻璃料含量的鋁漿組合物不具有其它需要的特性；即，包含超過20重量％玻璃料的鋁漿一般來講不用于本發(fā)明的方法。
[0042]玻璃料具有在例如350至600°C的范圍內(nèi)的軟化點(diǎn)溫度和例如0.5至4 μ m的平均粒度。
[0043]在說明書及權(quán)利要求書中，使用了術(shù)語“軟化點(diǎn)溫度”。其是指在ΙΟΚ/min的加熱速率下通過差熱分析(DTA)測得的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度。
[0044]3至20重量％的玻璃料可包含一種玻璃料或兩種或更多種不同玻璃料的組合。對(duì)于玻璃料組合物無特殊限制。在一個(gè)實(shí)施例中，玻璃料是硅鋁酸鹽玻璃。在另一個(gè)實(shí)施例中，玻璃料是硼硅酸鹽玻璃，其可包含或可不包含堿金屬氧化物和/或堿土金屬氧化物。玻璃料可含有PbO或者它可為不含鉛的。玻璃料的例子還包括氧化物的組合，諸如:B203、SiO2, A1203、CdO, CaO, BaO, ZnO, Na2O, Li2O, PbO和ZrO2,它們可獨(dú)立地使用或以組合方式使用以形成玻璃粘合劑。
[0045]玻璃料的制備是熟知的；玻璃組分，具體地組分的氧化物形式，可被例如熔融在一起。當(dāng)然，批料成分可為任何化合物，所述化合物在通常的玻璃料生產(chǎn)條件下將產(chǎn)生所期望的氧化物。例如，氧化硼可得自硼酸，氧化鋇可由碳酸鋇制得，等等。本領(lǐng)域熟知的一點(diǎn)是可加熱至在例如1050至1250°C的范圍內(nèi)的峰值溫度一段時(shí)間，使得熔體完全變?yōu)橐后w并且是均勻的，通常持續(xù)0.5至1.5小時(shí)。將熔融組合物傾注到水中以形成玻璃料。
[0046]可將玻璃在球磨機(jī)中用水或惰性的低粘度低沸點(diǎn)的有機(jī)液體進(jìn)行研磨，以減小玻璃料的粒度并且獲得尺寸基本上均勻的玻璃料。然后可將其沉淀在水或所述有機(jī)液體中以分離出細(xì)料，并且可除去包含細(xì)料的上清液。也可使用其它分類方法。
[0047]鋁漿可包含耐火無機(jī)化合物和/或金屬-有機(jī)化合物。“耐火無機(jī)化合物”是指抵抗焙燒期間經(jīng)歷的熱條件的無機(jī)化合物。例如，它們的熔點(diǎn)高于焙燒期間經(jīng)歷的溫度。例子包括無機(jī)氧化物，例如無定形二氧化硅。金屬有機(jī)化合物的例子包括錫有機(jī)化合物和鋅有機(jī)化合物，諸如新癸酸鋅和2-乙基己酸亞錫(II)。
[0048]鋁漿可包含一種或多種有機(jī)添加劑，例如表面活性劑、增稠劑、流變改性劑和穩(wěn)定齊U。一種或多種有機(jī)添加劑可為有機(jī)載體的一部分。然而，也有可能在制備鋁漿時(shí)單獨(dú)加入一種或多種有機(jī)添加劑。一種或多種有機(jī)添加劑可按如下的總比例存在于鋁漿中:基于總鋁漿組合物計(jì)所述總比例為例如0-10重量％。
[0049]鋁漿中的有機(jī)載體含量可取決于施加漿料的方法和所用的有機(jī)載體的種類，并且其可以變化。在一個(gè)實(shí)施例中，基于總鋁漿組合物計(jì)其可為20至45重量％，或者在一個(gè)實(shí)施例中，其可在22至35重量％的范圍內(nèi)。該數(shù)目20-45重量％包含一種或多種有機(jī)溶劑、一種或多種可能的有機(jī)聚合物和一種或多種可能的有機(jī)添加劑。
[0050]鋁漿為一種粘稠的組合物，其可通過將粒狀鋁和具有有機(jī)載體的玻璃料機(jī)械混合來制備。在一個(gè)實(shí)施例中，可使用粉末混合制造方法，其為一種相當(dāng)于傳統(tǒng)輥磨的分散技術(shù)；也可使用輥磨或其它混合技術(shù)。
[0051]鋁漿可原樣使用或者可例如通過加入一種或多種附加的有機(jī)溶劑進(jìn)行稀釋。因此，可降低鋁漿的所有其它成分的重量百分比。
[0052]在本發(fā)明的方法的步驟(2)中，將鋁漿施加到半導(dǎo)體基板的至少一個(gè)表面區(qū)域上。鋁漿可被施加至例如15至60 μ m的干膜厚度。鋁漿的施加方法可為印刷，例如硅氧烷移??；或在一個(gè)實(shí)施例中為絲網(wǎng)印刷，或者它可為筆繪。施加方法的多樣性允許施加鋁漿以覆蓋整個(gè)表面或僅覆蓋它的一個(gè)或多個(gè)部分。例如以圖案形式施加鋁漿是可能的，其中所述圖案可包括精細(xì)結(jié)構(gòu)如細(xì)線和點(diǎn)。如果期望以圖案形式施加鋁漿，則不需要采用遮蔽方法如常規(guī)的P型摻雜。當(dāng)通過使用Brookfield HBT粘度計(jì)和#14錠子的效用杯以IOrpm的錠子速度且在25°C下測量時(shí)，鋁漿的施加粘度可為例如20至200Pa.S。
[0053]施加鋁漿后使其干燥例如I至100分鐘的時(shí)間，從而使半導(dǎo)體基板達(dá)到在100-300°C的范圍內(nèi)的峰值溫度。干燥可利用例如帶式、旋轉(zhuǎn)式或靜止式干燥機(jī)，具體地講IR(紅外線)帶式干燥機(jī)來進(jìn)行。
[0054]干燥過的鋁漿在本發(fā)明的方法的步驟(3)中焙燒。焙燒可持續(xù)例如I至5分鐘的時(shí)間，使半導(dǎo)體基板達(dá)到在700至900°C的范圍內(nèi)的峰值溫度。
[0055]焙燒可利用例如單區(qū)段或多區(qū)段帶式爐尤其是多區(qū)段IR帶式爐來進(jìn)行。焙燒在存在氧的情況下尤其是在存在空氣的情況下發(fā)生。
[0056]在焙燒期間，可除去包含非揮發(fā)性有機(jī)材料的有機(jī)物質(zhì)和在干燥步驟期間沒有蒸發(fā)的有機(jī)部分，即燒盡和/或碳化，具體地講燒盡它們。在焙燒期間除去的有機(jī)物質(zhì)包括一種或多種有機(jī)溶劑、一種或多種可能的有機(jī)聚合物、一種或多種可能的有機(jī)添加劑、以及可能的金屬有機(jī)化合物的有機(jī)部分。焙燒期間還進(jìn)行了另一工序，即燒結(jié)玻璃料。在焙燒期間溫度高于鋁的熔點(diǎn)；在硅半導(dǎo)體基板的典型情況下，形成鋁-硅熔體并且隨后在冷卻期間形成P型摻雜鋁的外延生長硅層，即硅半導(dǎo)體基板的P型摻雜鋁表面區(qū)域。
[0057]通常在進(jìn)行工藝步驟(3)和(4)之間無明顯延遲，具體地當(dāng)本發(fā)明的方法作為工業(yè)方法進(jìn)行時(shí)無明顯延遲。例如，在工藝步驟(3)結(jié)束后，工藝步驟(4)通常將緊接著、或者例如在半導(dǎo)體基板已經(jīng)冷卻后24小時(shí)內(nèi)進(jìn)行。然而，在進(jìn)行工藝步驟(3)和(4)之間的時(shí)間長度是不重要的，并且對(duì)本發(fā)明的方法的性能實(shí)現(xiàn)與否無影響。
[0058]在本發(fā)明的方法的步驟(4)中，用水，或者換句話講通過水處理除去焙燒過的鋁漿。水溫可為例如20至100°C，或者在一個(gè)實(shí)施例中為25至80°C。水處理可持續(xù)例如10至120秒。水溫越高，步驟(4)所需的時(shí)間越短。令人驚訝地是工藝步驟(4)可簡單地用水進(jìn)行，并且不需要使用任何其它輔助化學(xué)制品例如酸或堿；這意味著相當(dāng)多的優(yōu)點(diǎn)，不僅來自環(huán)境方面，而且還來自安全方面的考慮。令人驚訝地是，雖然使用其它水處理方法例如沖洗、噴灑或者甚至噴水-噴灑也是可以的，但把在其表面上具有焙燒過的鋁漿的半導(dǎo)體基板浸入水中就足夠了。也可組合使用多種水處理方法。雖然不需要，但通過機(jī)械磨蝕例如刷涂或涂搽以輔助水處理是可以的。
[0059]在結(jié)束步驟(4)后，獲得具有至少一個(gè)P型摻雜鋁表面區(qū)域的半導(dǎo)體基板。因此，本發(fā)明也涉及具有通過本發(fā)明的方法形成的至少一個(gè)P型摻雜鋁表面區(qū)域的半導(dǎo)體基板。
[0060]雖然不希望受任何理論的約束，但推測存在于鋁漿中的3至20重量％的玻璃料導(dǎo)致在焙燒期間存在于鋁顆粒表面上的全部或至少相當(dāng)部分的氧化鋁被玻璃消耗，并且剩下的鋁顆粒易于被水沖洗下來。還推測焙燒過的鋁組合物與水反應(yīng)，導(dǎo)致脆弱，使得它從半導(dǎo)體基板具有的P型摻雜鋁表面區(qū)域中被除去。
[0061]在上文公開中本發(fā)明已經(jīng)通過其一般實(shí)施例進(jìn)行了描述。在下文中公開了本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施例。
[0062]在本發(fā)明的方法的具體實(shí)施例中，在步驟(I)中提供的半導(dǎo)體基板是P型太陽能電池晶片，其具有P型區(qū)域、正面η型區(qū)域和ρ-η結(jié)，并且在其上鋁漿在步驟(2)中被施加的半導(dǎo)體基板的至少一個(gè)表面區(qū)域是P型太陽能電池晶片的背面。因此，該方法因而是用于形成形式為在P型太陽能電池晶片背面上的BSF層的ρ型摻雜鋁表面區(qū)域的方法。因此，在它的具體實(shí)施例中，本發(fā)明涉及用于在P型太陽能電池晶片的背面上形成P型摻雜鋁BSF層的方法。因此，它也涉及用于制備具有P型摻雜鋁BSF層的ρ型太陽能電池晶片自身的方法。
[0063]因此，在它的具體實(shí)施例中，本發(fā)明的方法包括以下步驟:
[0064](I’ )提供ρ型太陽能電池晶片，其具有ρ型區(qū)域、正面η型區(qū)域和ρ-η結(jié)，
[0065](2’ )在所述ρ型太陽能電池晶片的背面上施加并干燥鋁漿，
[0066](3’ )焙燒所述施加的并干燥過的鋁漿，以及
[0067](4’ )用水除去所述焙燒過的鋁漿，
[0068]其中在步驟(2’)中使用的鋁漿包含粒狀鋁、有機(jī)載體和基于總鋁漿組合物計(jì)3至20重量％的玻璃料。
[0069]在步驟(I’ )中提供的ρ型太陽能電池晶片可例如選自P型結(jié)晶鍺太陽能電池晶片和P型結(jié)晶鍺-硅合金太陽能電池晶片。P型太陽能電池晶片具體地可選自P型結(jié)晶硅太陽能電池晶片。
[0070]具有ρ型區(qū)域、正面η型區(qū)域和ρ-η結(jié)的ρ型太陽能電池晶片的制備是本領(lǐng)域的技術(shù)人員已知的。參照上文部分“【背景技術(shù)】”，其中描述了此類常規(guī)和MWT型太陽能電池晶片的制備。[0071]ρ型太陽能電池晶片可已具有正面和/或背面導(dǎo)電金屬敷金屬，如上文部分“【背景技術(shù)】”所述。然而，在本發(fā)明的方法的具體實(shí)施例的特殊變型中，P型太陽能電池晶片無背
面敷金屬。
[0072]在步驟(2’)中，將鋁漿施加于在步驟0-)中提供的P型太陽能電池晶片的背面。鋁漿與在一般實(shí)施例中本發(fā)明的方法的步驟(2)中使用的鋁漿相同；為了避免不必要的重復(fù)，參照對(duì)應(yīng)的上文公開。
[0073]步驟(2’ )可通過將鋁漿施加于P型太陽能電池晶片的背面的那些表面部分來進(jìn)行，該表面部分未被其它背面敷金屬覆蓋，具體地背面銀或銀/鋁敷金屬，它們可已經(jīng)經(jīng)過焙燒或未經(jīng)過焙燒。在本發(fā)明的方法的具體實(shí)施例的特殊變型情況下，P型太陽能電池晶片無任何背面敷金屬并且將鋁漿施加于P型太陽能電池晶片的整個(gè)背面區(qū)域上，其中就MWT太陽能電池晶片而言，施加鋁漿以使得避免電接觸晶片中空穴的敷金屬。
[0074]將鋁漿施加至例如15至60 μ m的干膜厚度。鋁漿的施加方法可為印刷，例如硅氧烷移?。换蛟谝粋€(gè)實(shí)施例中為絲網(wǎng)印刷。當(dāng)通過使用Brookfield HBT粘度計(jì)和#14錠子的效用杯以IOrpm的錠子速度且在25°C下測量時(shí)，鋁漿的施加粘度可為例如20至200Pa *s。
[0075]施加鋁漿后使其干燥例如I至100分鐘的時(shí)間，從而使太陽能電池晶片達(dá)到在100至300°C的范圍內(nèi)的峰值溫度。干燥可利用例如帶式、旋轉(zhuǎn)式或靜止式干燥機(jī)，具體地講IR帶式干燥機(jī)來進(jìn)行。
[0076]然后，在步驟(3’)中，焙燒干燥過的鋁漿。焙燒可持續(xù)例如I至5分鐘的時(shí)間，使太陽能電池晶片達(dá)到在700至900°C的范圍內(nèi)的峰值溫度。焙燒可利用例如單區(qū)段或多區(qū)段帶式爐尤其是多區(qū)段IR帶式爐來進(jìn)行。焙燒在存在氧的情況下尤其是在存在空氣的情況下發(fā)生。在焙燒期間，可除去包含非揮發(fā)性有機(jī)材料的有機(jī)物質(zhì)和在干燥步驟期間沒有蒸發(fā)的有機(jī)部分，即燒盡和/或碳化，具體地講燒盡它們。焙燒期間除去的有機(jī)物質(zhì)包括一種或多種有機(jī)溶劑、一種或多種可能的有機(jī)聚合物和一種或多種可能的有機(jī)添加劑。焙燒期間還進(jìn)行了另一工序，即燒結(jié)玻璃料。可將焙燒執(zhí)行為所謂與已施加到P型太陽能電池晶片上的其它金屬漿料即正面和/或背面導(dǎo)電金屬漿料共焙燒在一起，所述金屬漿料在焙燒過程期間已被施加以形成晶片的表面上的正面電極和/或背面電極。一個(gè)實(shí)施例包括正面銀漿料和背面銀或背面銀/鋁漿料。
[0077]在焙燒期間溫度高于鋁的熔點(diǎn)；在P型硅太陽能電池晶片的典型情況下，形成鋁-硅熔體并且隨后在冷卻期間形成P型摻雜鋁的外延生長硅層，即P型摻雜鋁BSF層。
[0078]通常在進(jìn)行工藝步驟(3’ )和(4’ )之間無明顯延遲，具體地當(dāng)本發(fā)明方法在它的具體實(shí)施例中作為工業(yè)方法進(jìn)行時(shí)無明顯延遲。例如，在工藝步驟(3’ )結(jié)束后，工藝步驟(4’)通常將緊接著、或者例如在太陽能電池晶片已經(jīng)冷卻后24小時(shí)內(nèi)進(jìn)行。然而，在進(jìn)行工藝步驟(3’)和(4’)之間的時(shí)間長度是不重要的，并且對(duì)本發(fā)明的方法的具體實(shí)施例性能實(shí)現(xiàn)與否無影響。
[0079]在步驟(4’ )中，用水除去焙燒過的鋁組合物。為了避免不必要的重復(fù)，參照本發(fā)明的方法的一般實(shí)施例的步驟(4)描述相關(guān)聯(lián)的公開。 [0080]在結(jié)束步驟(4’ )后，獲得具有P型摻雜鋁BSF層的ρ型太陽能電池晶片。因此，本發(fā)明也涉及通過在具體實(shí)施例中的本發(fā)明的方法制備的所述P型太陽能電池晶片。通過在具體實(shí)施例中的本發(fā)明的方法制備的P型太陽能電池晶片表現(xiàn)出無翹曲或幾乎可忽略不計(jì)的翹曲。
[0081]雖然不希望受任何理論的約束，但推測存在于鋁漿中的3至20重量％的玻璃料導(dǎo)致在焙燒期間存在于鋁顆粒表面上的全部或至少相當(dāng)部分的氧化鋁被玻璃消耗，并且剩下的鋁顆粒易于被水沖洗下來。還推測焙燒過的鋁組合物與水反應(yīng)，導(dǎo)致脆弱，使得它從太陽能電池晶片具有的摻雜鋁BSF層中被除去。
[0082]在本發(fā)明的方法的具體實(shí)施例的特殊變型情況下，進(jìn)行后續(xù)步驟(5，)，該步驟形成背面導(dǎo)電金屬陽極，或者就MWT太陽能電池晶片而言形成陽極導(dǎo)電金屬背面收集器觸點(diǎn)。
[0083]為此，施加背面導(dǎo)電金屬漿料，通常銀或銀/鋁漿，例如將其絲網(wǎng)印刷在P型太陽能電池晶片的背面上的摻雜鋁BSF層上并連續(xù)干燥。例如以兩條平行母線或矩形(插片)形式施加背面導(dǎo)電金屬漿料，以準(zhǔn)備用于焊接互連線(預(yù)焊接的銅帶)，或者就MWT太陽能電池晶片而言，以陽極導(dǎo)電金屬背面收集器觸點(diǎn)的形式施加。
[0084]施加背面導(dǎo)電金屬漿料后使其干燥例如I至100分鐘的時(shí)間，從而使晶片達(dá)到在100-300°C的范圍內(nèi)的峰值溫度。干燥可利用例如帶式、旋轉(zhuǎn)式或靜止式干燥機(jī)，具體地講IR帶式干燥機(jī)來進(jìn)行。
[0085]隨后焙燒干燥的背面導(dǎo)電金屬漿料以變成導(dǎo)電金屬背面陽極或陽極導(dǎo)電金屬背面收集器觸點(diǎn)。焙燒可持續(xù)例如I至5分鐘的時(shí)間，使晶片達(dá)到在700至900°C的范圍內(nèi)的峰值溫度。焙燒可利用例如單區(qū)段或多區(qū)段帶式爐尤其是多區(qū)段IR帶式爐來進(jìn)行。
[0086]最近已經(jīng)公開了所謂的“SUM-cut”方法，其用于制造超薄(?50μπι)結(jié)晶硅晶片(F.Dross 等人，“Stress-1nduced Lift-Off Method for kerf-loss-free waferingof ultra-thin crystalline Si wafers，，,Photovoltaic Specialists Conference,2008,ISBN978-1-4244-1640-0)。此處將具有失配熱膨脹系數(shù)的金屬層沉積于厚硅基板上并加熱。在冷卻時(shí)不同的收縮導(dǎo)致大的應(yīng)力場，其通過引發(fā)并擴(kuò)大平行于表面的斷裂而被釋放。隨后可通過用適當(dāng)?shù)奈g刻化學(xué)法處理，從由此獲取的雙金屬基板上除去金屬。如果在本發(fā)明的方法的步驟(2)中施加的鋁漿用于所述“SLIM-cut”方法以沉積具有失配熱膨脹系數(shù)的金屬層，將不需要使用蝕刻化學(xué)法；相反地，可利用本發(fā)明的原理并且簡單地用水替換蝕刻化學(xué)法，即，可通過簡單的水處理除去金屬(本文為鋁)。
【權(quán)利要求】
1.用于形成半導(dǎo)體基板的至少一個(gè)P型摻雜鋁表面區(qū)域的方法，所述方法包括以下步驟: (1)提供半導(dǎo)體基板， (2)在所述半導(dǎo)體基板的至少一個(gè)表面區(qū)域上施加并干燥鋁漿， (3)焙燒所述干燥過的鋁漿，以及 (4)用水除去所述焙燒過的鋁漿， 其中在步驟(2)中使用的所述鋁漿包含粒狀鋁、有機(jī)載體和基于總鋁漿組合物計(jì)3至20重量％的玻璃料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述半導(dǎo)體基板選自無定形鍺半導(dǎo)體基板、非晶硅半導(dǎo)體基板、無摻雜結(jié)晶鍺半導(dǎo)體基板、P型摻雜結(jié)晶鍺半導(dǎo)體基板、無摻雜結(jié)晶鍺-硅合金半導(dǎo)體基板、P型摻雜結(jié)晶鍺-娃合金半導(dǎo)體基板、無摻雜結(jié)晶娃半導(dǎo)體基板和P型摻雜結(jié)晶娃半導(dǎo)體基板。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述半導(dǎo)體基板是P型太陽能電池晶片，其具有P型區(qū)域、正面η型區(qū)域和ρ-η結(jié)，并且其中所述半導(dǎo)體基板的至少一個(gè)表面區(qū)域是所述P型太陽能電池晶片的背面。
4.根據(jù)權(quán)利要 求3所述的方法，其中所述P型太陽能電池晶片選自P型結(jié)晶鍺太陽能電池晶片、P型結(jié)晶鍺-硅合金太陽能電池晶片和P型結(jié)晶硅太陽能電池晶片。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其中所述粒狀鋁在所述鋁漿中以基于總鋁漿組合物計(jì)50至80重量％的比例存在。
6.根據(jù)權(quán)利要求1、2或5所述的方法，其中所述玻璃料是硅鋁酸鹽玻璃或硼硅酸鹽玻3? ο
7.根據(jù)權(quán)利要求1、2、5或6所述的方法，其中在所述鋁漿中的有機(jī)載體含量為基于總鋁漿組合物計(jì)20至45重量％。
8.具有至少一個(gè)P型摻雜鋁表面區(qū)域的半導(dǎo)體基板由根據(jù)權(quán)利要求1、2、5、6或7所述的方法制備。
9.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的方法，其中所述粒狀鋁在所述鋁漿中按如下:以基于總鋁漿組合物計(jì)50至80重量％的比例存在。
10.根據(jù)權(quán)利要求3、4或9所述的方法，其中所述玻璃料是硅鋁酸鹽玻璃或硼硅酸鹽玻3? ο
11.根據(jù)權(quán)利要求3、4、9或10所述的方法，其中在所述鋁漿中的有機(jī)載體含量為基于總鋁漿組合物計(jì)20至45重量％。
12.具有P型摻雜鋁BSF層的P型太陽能電池晶片由根據(jù)權(quán)利要求3、4、9、10或11所述的方法制備。
【文檔編號(hào)】H01L31/18GK103907207SQ201280052895
【公開日】2014年7月2日 申請(qǐng)日期:2012年11月5日 優(yōu)先權(quán)日:2011年11月4日
【發(fā)明者】K·W·杭, A·G·普林斯, M·羅斯, R·J·S·揚(yáng) 申請(qǐng)人:E.I.內(nèi)穆爾杜邦公司