專利名稱:背接觸薄片電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明通常涉及太陽能電池，更具體地，涉及但不限于太陽能電池的制造工藝和結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)太陽能電池是已知的用于將太陽輻射轉(zhuǎn)換為電能的裝置。薄片電池是由單晶硅薄片制成的太陽能電池。當(dāng)前可得到的薄片電池通過微細(xì)加工延伸通過硅晶片的厚度的窄凹槽來制成。在從晶片切割下來的長片(即，薄片)上制造太陽能電池。與其他太陽能電池的設(shè)計(jì)相比，這允許使用較少的娃來制造薄片電池?？梢詮陌拇罄麃喌腛rigin Energy公司獲得薄片電池。

實(shí)用新型內(nèi)容

本公開涉及改進(jìn)的薄片電池的設(shè)計(jì)和制造工藝。
太陽能電池使用硅晶片的薄片作為襯底。薄片具有在正常操作期間面對太陽的正面。薄片的正面包括始于沿晶片的厚度的表面，以允許硅的更有效使用。在薄片的背面上形成金屬接觸。金屬接觸電連接至太陽能電池的發(fā)射極和基極，太陽能電池可以形成在薄片內(nèi)或者可以由多晶硅制成。例如，太陽能電池的發(fā)射極可以是P型摻雜區(qū)域，太陽能電池的基極可以是N型摻雜區(qū)域。太陽能電池可以包括形成在薄片的正面上的抗反射涂層?？狗瓷渫繉涌梢栽诒∑嫔系募y理表面之上。
通過閱讀本公開整體，包括附圖和權(quán)利要求
，本發(fā)明的這些和其他特征對本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說將顯而易見。


圖I至圖9示出了簡要說明根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的制造太陽能電池的方法的截面圖。
圖10簡要示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的被處理為薄片電池的晶片的俯視圖。
圖11和圖12示出了簡要說明根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例的制造太陽能電池的方法的截面圖。
不同附圖中使用的相同的參考標(biāo)號表示相同或相似的部件。附圖不按比例繪制。
具體實(shí)施方式
在本公開中，提供了許多具體細(xì)節(jié)，諸如材料、工藝步驟、和結(jié)構(gòu)的示例，以提供對本發(fā)明的實(shí)施例的充分理解。但是，本領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員將認(rèn)識到，可以在沒有所述具體細(xì)節(jié)中的一個(gè)或多個(gè)的情況下實(shí)踐本發(fā)明。其他情況下，為了避免使本發(fā)明的方面模糊，沒有示出和描述已知的細(xì)節(jié)。例如，為了清楚起見，省略了對本發(fā)明的理解不必要的遮蔽步驟和其他處理步驟。
圖I至圖9示出了簡要說明根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的制造太陽能電池的方法的截面圖。由于所涉及的尺寸，圖I至圖9以及本公開中的剩余附圖都不是按比例繪制的。下文中將更清楚的是，所得到的太陽能電池是背接觸薄片電池，其中用于將外部電路電耦合至太陽能電池的摻雜區(qū)域的金屬接觸在薄片的背面上。薄片的正面與背面相反。由于正面被配置為在正常操作期間面對太陽來收集太陽輻射，因此正面也被稱為“陽面”。
參考圖1，N型單晶硅晶片101被準(zhǔn)備用于通過經(jīng)歷損傷蝕刻步驟來處理為背接觸薄片電池。晶片101在該示例中為晶片形式，由于晶片廠商使用剖鋸工藝來從晶片坯料上切下晶片101，因此晶片101通常具有損傷的表面。如從晶片廠商收到的一樣，晶片101可以為約100至200微米厚。在一個(gè)實(shí)施例中，損傷蝕刻步驟涉及使用包括氫氧化鉀的濕法 蝕刻工藝從晶片101的每個(gè)面上除去約10至20 μ m。損傷蝕刻步驟還可以包括對晶片101進(jìn)行清洗，以除去金屬污染。晶片101的相對的平面被標(biāo)記為102和103。晶片101的厚度被標(biāo)記為160。下文中將更清楚的是，薄片電池的正面包括始于沿晶片101的厚度的表面，其作為太陽能電池襯底。
在圖2中，在圖I的樣品中形成偏移溝槽120和121。偏移溝槽可以通過任意合適的蝕刻過程來形成。在對晶片101進(jìn)行蝕刻期間，晶片側(cè)103可以被遮蔽，以形成溝槽120。之后，在對晶片101進(jìn)行蝕刻期間，晶片側(cè)102可以被遮蔽，以形成溝槽121。在圖2的示例中，溝槽120和121在晶片101的厚度內(nèi)停止，以在每個(gè)溝槽中創(chuàng)建分級的底表面。溝槽120和121還包括始于沿晶片101的厚度的壁表面。通過偏移晶片101的相對側(cè)的溝槽120和121，晶片101的部分分離，并且每個(gè)部分具有分級的底表面。尺寸161和162之比可以根據(jù)設(shè)計(jì)參數(shù)來選擇。例如，尺寸161可以為晶片厚度的三分之二(2/3)，而尺寸162可以為晶片厚度的三分之一(1/3)。
在典型的薄片電池工藝中，通過切割或蝕刻直通硅晶片的厚度的溝槽來制成垂直薄片。但是，由于需要遮蔽，因此該方法很難在所得到的壁表面上形成選擇性擴(kuò)散。通過偏移溝槽120和121，可以進(jìn)行在溝槽側(cè)壁上形成薄膜的視線處理。這有利地使得薄片電池容易被制造，很大程度上增大了薄片電池作為可再生能源的機(jī)會(huì)，使其變得更有競爭力。
在圖3中，在晶片側(cè)102的晶片101的暴露表面上形成摻雜二氧化硅層104形式的N型摻雜劑源。在一個(gè)實(shí)施例中，二氧化硅層104摻雜有磷?？梢允褂弥T如常壓化學(xué)氣相沉淀方法(APCVD)之類的視線沉淀處理來沉淀厚度約1000至4000埃(優(yōu)選地約2400埃)的二氧化硅層104。
在可選實(shí)施例中，代替在晶片101的暴露表面上形成二氧化硅層104，在晶片側(cè)102的晶片101的暴露表面上沉淀第一摻雜的二氧化硅層。第一摻雜的二氧化硅層可以被沉淀為厚度約200至600埃，優(yōu)選地約400埃。然后，在第一摻雜的二氧化硅層之上直接沉淀第一非摻雜的二氧化硅層，所述第一非摻雜的二氧化硅層的厚度約為2000至4000埃，優(yōu)選地約為2000埃。在執(zhí)行化學(xué)蝕刻來對所得到的薄片太陽能電池的陽面進(jìn)行紋理化的情況下，第一非摻雜的氧化物層用作覆蓋層。
溝槽120的底表面使得停止在相對晶片側(cè)103的晶片101的表面上沉淀二氧化硅層104。如圖4所示，這使得可以在晶片側(cè)103的暴露表面上形成摻雜二氧化硅層105形式的P型摻雜劑源。在一個(gè)實(shí)施例中，二氧化硅層105摻雜有硼。溝槽121的底表面使得停止在相對側(cè)102的表面上沉淀二氧化硅層105。這極大地簡化了形成摻雜劑源所需的遮蔽步驟?？梢允褂弥T如APCVD之類的視線沉淀處理來沉淀厚度約1000至4000埃(優(yōu)選地約2400埃)的二氧化硅層105。代替形成單二氧化硅層105，可以在晶片側(cè)103的暴露表
面上形成由第二更厚的非摻雜二氧化硅層(作為覆蓋層)覆蓋其上的第一薄摻雜的二氧化娃層。
視線沉淀處理的使用有利地允許在P型和N型區(qū)域之間的角處形成連續(xù)或不間斷的溝槽。這種溝槽可以允許在具有相對低的反向擊穿電壓的同時(shí)提高效率。
在圖5中，形成垂直對準(zhǔn)的溝槽122，使其完全穿過晶片101的厚度，從而產(chǎn)生晶片薄片130( S卩，130-1、130-2、130-3、…)?？梢酝ㄟ^適當(dāng)?shù)奈g刻工藝(包括通過激光蝕刻和化學(xué)蝕刻)來形成垂直對準(zhǔn)的溝槽122?？梢詧?zhí)行選擇性蝕刻來留下特定的晶格平面作為最終的暴露陽面。此時(shí)，每個(gè)晶片薄片130仍然附著在晶片上。圖10簡要示出了該結(jié)構(gòu)，其中以晶片側(cè)102在上示出了晶片101的俯視圖。將被用作薄片的背面的偏移溝槽120和 121的垂直壁表面與頁面垂直。在處理期間，薄片130可以保持附著在晶片101的一端，直到將它們從晶片101物理分離來噴鍍金屬為止。
垂直于圖10的頁面的溝槽122的壁表面用作所得到的雙面薄片電池的主太陽輻射收集表面。溝槽122的壁表面將被配置為在正常操作期間面向太陽。與將晶片的平面用作主太陽輻射收集表面的傳統(tǒng)太陽能電池不同，薄片電池使用沿晶片厚度的壁表面作為主收集表面。這有利地增大了可以從晶片獲得的收集表面的量。
在圖6中，溝槽122的壁表面被紋理化，以改進(jìn)太陽輻射收集。紋理化的壁表面被標(biāo)記為紋理表面123，其在正常操作期間面向太陽。但是，注意，所得到的薄片電池是雙面的，即，從薄片電池的兩側(cè)收集太陽輻射。紋理表面123還被稱為薄片電池的“正面”或“陽面”。與正面相反的面被稱為背面。在一個(gè)實(shí)施例中，為了有效和審美的原因，到薄片電池的摻雜區(qū)域的所有金屬接觸都在背面上?？梢酝ㄟ^等離子蝕刻來形成紋理表面123?？商鎿Q地，紋理表面123可以包括使用具有Z字形圖案的掩模蝕刻的微結(jié)構(gòu)。
在圖7中，形成正面域126以及摻雜區(qū)域124和125。正面域126以及摻雜區(qū)域124和125可以在使圖6的樣品經(jīng)受高溫的熱驅(qū)入步驟中形成。例如，可以在包括磷圍繞物的火爐中加熱圖6的樣品?；馉t中的磷擴(kuò)散通過薄片的兩側(cè)，以形成N型正面域126。熱驅(qū)入步驟還使N型摻雜劑從摻雜二氧化硅124擴(kuò)散到晶片101中，從而形成N型摻雜區(qū)域124。類似地，熱驅(qū)入步驟還使P型摻雜劑從摻雜二氧化硅125擴(kuò)散到晶片101中，以形成P型摻雜區(qū)域125。該示例中，假設(shè)晶片101是N型硅晶片，N型摻雜區(qū)域124和P型摻雜區(qū)域125分別形成所得到的薄片電池的基極和發(fā)射極。發(fā)射極收集少數(shù)載流子，基極收集薄片電池中的多數(shù)載流子。使用N型硅晶片101，電子為多數(shù)載流子，并且被收集在摻雜區(qū)域124中，而空穴為少數(shù)載流子，并且被收集在摻雜區(qū)域125中。
在圖8中，在圖7的樣品的表面上形成氮化硅層107形式的抗反射涂層(ARC)和防潮層。如圖8中所示，氮化硅層107覆蓋每個(gè)晶片薄片130的所有表面。氮化硅層107可以通過例如PECVD被形成為厚度約400至700埃，優(yōu)選地約500埃。
圖8中，薄片130可以保持附著到晶片101的一端(參見圖10)。為了噴鍍金屬，每個(gè)薄片130可以通過例如激光或機(jī)械刻圖來與晶片101的剩余部分物理分離。這使得金屬接觸可以容易地形成在所得到的薄片電池的背面上。[0025]圖9示出了與晶片101的剩余部分物理分離之后的薄片130。在穿過氮化硅層107和二氧化硅層104的接觸孔中形成金屬接觸114，以與N型摻雜區(qū)域124接觸。類似地，在穿過氮化硅層107和二氧化硅層105的接觸孔中形成金屬接觸115，以與P型摻雜區(qū)域125接觸。金屬接觸114和115可以包括叉指型金屬接觸，并且形成在薄片130的背面上。不存在電耦合到正面上的摻雜區(qū)域的金屬接觸有利地允許太陽輻射具有到薄片電池的正面的清晰路徑。所有的背接觸設(shè)計(jì)還可以改進(jìn)薄片電池的美學(xué)效果，這在住宅應(yīng)用中是重要的特征。金屬接觸114和115可以耦合到接收通過薄片電池產(chǎn)生的電流的外部電路。
與傳統(tǒng)的太陽能電池的結(jié)構(gòu)不同，圖9的改進(jìn)的薄片電池具有太陽能電池襯底，其中正面包括始于沿硅晶片的厚度的表面，而不包括沿硅晶片的平面的表面。與傳統(tǒng)太陽能電池的等效陽面面積相比，當(dāng)多個(gè)改進(jìn)的薄片電池彼此相鄰地放置并且其陽面朝向相同平面時(shí)，具有較大的P-η結(jié)界面面積。該改進(jìn)的薄片電池結(jié)構(gòu)也不同于使用前接觸和后接觸的傳統(tǒng)薄片電池取向。傳統(tǒng)的薄片電池取向可能在電池的陽面上引入陰影，或者在薄片電池的縱向端處具有接觸，從而強(qiáng)迫載流子從主體中心到接觸行進(jìn)較長的距離，這回導(dǎo)致更低的效率。改進(jìn)的薄片電池可以具有約Imm的寬度、約IOmm的長度、以及約50微米的高度。改進(jìn)的薄片電池使得可以更有效地使用晶片，這與傳統(tǒng)的太陽能電池不同，傳統(tǒng)的太陽能電池具有始于晶片的平面的連續(xù)正表面。·
上述薄片電池在晶片101中具有摻雜區(qū)域124和125，即基極和發(fā)射極?？商鎿Q地，還可以使用在晶片101的外部形成的摻雜區(qū)域來制造薄片電池。摻雜區(qū)域可以在形成在晶片101之上的材料層中。其他處理步驟與圖I至圖9中的相同。例如，可以從圖2得出圖11。在圖11中，在晶片101的表面上形成薄氧化物層201。氧化物層201可以包括在晶片101的表面上熱生長為厚度小于或等于40埃(B卩，在5至40埃之間，優(yōu)選地為10埃)的二氧化硅。之后，在氧化物層201上形成多晶硅層202。多晶硅層202 (此階段為非摻雜的)提供了其中將形成摻雜區(qū)域的材料層。根據(jù)圖11，考慮到每個(gè)薄片130上存在氧化物層201和多晶硅層202，處理繼續(xù)與圖4至圖9中的相同。
一般來說，如前所述，代替單P型或N型摻雜層，可以使用由非摻雜覆蓋層覆蓋的具有P型摻雜或N型摻雜層的兩層工藝。
參考圖12，隨后的熱驅(qū)入步驟導(dǎo)致來自摻雜劑源124的N型摻雜劑和來自摻雜劑源125的P型摻雜劑擴(kuò)散到多晶硅層202中。其中擴(kuò)散入N型摻雜劑的多晶硅層202的部分導(dǎo)致(并且因此被標(biāo)記為)N型摻雜區(qū)域224。其中擴(kuò)散入P型摻雜劑的多晶硅層202的部分導(dǎo)致(并且因此被標(biāo)記為)P型摻雜區(qū)域225。在晶片101包括N型硅晶片的該示例中，N型摻雜區(qū)域224和P型摻雜區(qū)域225分別為薄片電池的基極和發(fā)射極。與圖9的薄片電池不同，圖12的薄片電池的基極和發(fā)射極在晶片101的外部。在圖12的示例中，基極和發(fā)射極形成在多晶硅層202中。
仍然參考圖12，在穿過氮化硅層107和二氧化硅層104的接觸孔中形成金屬接觸114，以與N型摻雜區(qū)域224電接觸。類似地，在穿過氮化硅層107和二氧化硅層105的接觸孔中形成金屬接觸115，以與P型摻雜區(qū)域225電接觸。金屬接觸114和115可以包括叉指型金屬接觸，并且形成在薄片130的背面上。
已經(jīng)公開了高效率的薄片電池。盡管已經(jīng)提供了本發(fā)明的具體實(shí)施例，但是應(yīng)該理解的是，這些實(shí)施例僅用于說明的目的而非限制的目的。閱讀本公開之后，許多其他實(shí)施例對本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說將顯而易見 。
權(quán)利要求
1.一種太陽能電池，包括 硅晶片的薄片，所述薄片具有正面和背面，所述薄片的正面被配置為在正常操作期間面向太陽，所述薄片的背面與薄片的正面相反，所述薄片的正面包括來自沿所述硅晶片的厚度的表面； 第一摻雜區(qū)域，配置為所述太陽能電池的基極； 第二摻雜區(qū)域，配置為所述太陽能電池的發(fā)射極；以及 第一金屬接觸和第二金屬接觸，形成在所述薄片的背面上，第一金屬接觸電耦合至第一摻雜區(qū)域，第二金屬接觸電耦合至第二摻雜區(qū)域。
2.根據(jù)權(quán)利要求
I所述的太陽能電池，其中所述第一和第二摻雜區(qū)域包括形成在所述薄片與所述第一和第二金屬接觸之間的多晶硅。
3.根據(jù)權(quán)利要求
2所述的太陽能電池，還包括 電介質(zhì)層，位于所述多晶硅與所述薄片的背面之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求
I所述的太陽能電池，其中所述第一摻雜區(qū)域包括N型區(qū)域，所述第二摻雜區(qū)域包括P型區(qū)域。
5.根據(jù)權(quán)利要求
4所述的太陽能電池，其中所述N型區(qū)域包括磷。
6.根據(jù)權(quán)利要求
4所述的太陽能電池，其中所述P型區(qū)域包括硼。
7.根據(jù)權(quán)利要求
I所述的太陽能電池，其中所述薄片的正面具有紋理表面。
8.根據(jù)權(quán)利要求
7所述的太陽能電池，還包括 抗反射涂層，形成在所述薄片的正面上的紋理表面之上。
9.根據(jù)權(quán)利要求
I所述的太陽能電池，其中所述第一和第二摻雜區(qū)域形成在所述薄片內(nèi)。
10.根據(jù)權(quán)利要求
I所述的太陽能電池，其中所述硅晶片為N型。
11.一種太陽能電池，包括 硅晶片的薄片，所述薄片具有正面和背面，所述薄片的正面被配置為在正常操作期間面向太陽，所述薄片的背面與所述薄片的正面相反，所述薄片的正面包括來自沿所述硅晶片的厚度的表面； 太陽能電池的基極； 太陽能電池的發(fā)射極； 叉指型第一和第二金屬接觸，形成在所述薄片的背面上，第一金屬接觸電耦合至所述基極，第二金屬接觸電耦合至所述發(fā)射極；以及抗反射涂層，形成在所述薄片的正面之上。
12.根據(jù)權(quán)利要求
11所述的太陽能電池，其中所述基極和發(fā)射極包括多晶硅。
13.根據(jù)權(quán)利要求
12所述的太陽能電池，還包括 二氧化硅層，形成在所述薄片與所述多晶硅之間。
14.根據(jù)權(quán)利要求
11所述的太陽能電池，其中所述基極和發(fā)射極形成在所述薄片中。
專利摘要
一種太陽能電池，使用硅晶片(101)的薄片(130)作為襯底。薄片(130)具有在正常操作期間面向太陽的正面。薄片(130)的正面包括來自沿晶片(101)的厚度的表面，從而允許更有效地使用硅。薄片(130)的背面上形成金屬接觸(114和115)。金屬接觸(114和115)電連接至太陽能電池的發(fā)射極和基極，太陽能電池的發(fā)射極和基極可以形成在薄片(130)內(nèi)或者由多晶硅制成。例如，太陽能電池的發(fā)射極可以是P型摻雜區(qū)域(125)，太陽能電池的基極可以是N型摻雜區(qū)域(124)。太陽能電池還可以包括形成在所述薄片(130)的正面上的抗反射涂層(107)?？狗瓷渫繉?107)可以位于薄片(130)的正面上的紋理表面之上。
文檔編號H01L21/00GKCN202601572SQ201090000731
公開日2012年12月12日 申請日期2010年1月19日
發(fā)明者彼得·約翰·卡曾斯 申請人:太陽能公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan