專利名稱:太陽(yáng)能電池及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及太陽(yáng)能電池及其制造方法，更具體地說(shuō)，涉及一種能夠通過(guò)簡(jiǎn)單工藝形成的太陽(yáng)能電池及其制造方法。
背景技術(shù)：
太陽(yáng)能電池可由太陽(yáng)能產(chǎn)生電能。太陽(yáng)能電池對(duì)環(huán)境是有利的，而且其能源也是無(wú)盡的。此外，太陽(yáng)能電池具有很長(zhǎng)的使用壽命。太陽(yáng)能電池的示例包括硅太陽(yáng)能電池和染料敏化太陽(yáng)能電池。
硅太陽(yáng)能電池包括半導(dǎo)體襯底和發(fā)射體層、絕緣層和前電極以及后電極，其中半導(dǎo)體襯底和發(fā)射體層構(gòu)成具有不同傳導(dǎo)類型的p-n接觸區(qū)，絕緣層和前電極形成在該發(fā)射體層上，而后電極形成在該半導(dǎo)體襯底上。
發(fā)射體層是通過(guò)將特定的摻雜劑摻雜到半導(dǎo)體襯底的第一表面上而形成的。考慮到前電極與發(fā)射體層之間的接觸電阻，該摻雜劑可被摻雜成高濃度。
不過(guò)，為了使太陽(yáng)能電池表面發(fā)生的復(fù)合最小化，摻雜劑可被摻雜成低濃度。也就是說(shuō)，當(dāng)發(fā)射體層形成為均一的摻雜濃度時(shí)，不能完全滿足太陽(yáng)能電池的必要特性。
考慮到這些，硅太陽(yáng)能電池已經(jīng)被設(shè)計(jì)為形成高濃度發(fā)射體部分，而且其與發(fā)射體層處于形成前電極的區(qū)域。為了形成高濃度發(fā)射體部分，采用了一種方法，其中在通過(guò)光刻和蝕刻處理對(duì)絕緣層進(jìn)行圖樣化之后，再另外將摻雜劑進(jìn)行摻雜。不過(guò)，由于該方法需要昂貴的設(shè)備和材料來(lái)對(duì)絕緣層進(jìn)行圖樣化，摻雜劑必須另外進(jìn)行摻雜，因此導(dǎo)致復(fù)雜的制造過(guò)程。

發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明提供一種太陽(yáng)能電池及其制造方法，其中太陽(yáng)能電池具有高濃度發(fā)射體部分，并能夠通過(guò)簡(jiǎn)單和廉價(jià)的工藝來(lái)進(jìn)行制造。
根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供一種制造太陽(yáng)能電池的方法，其包括在半導(dǎo)體襯底的第一表面上形成發(fā)射體層；在所述發(fā)射體層上形成絕緣層；在所述絕緣層上以特定圖樣(pattern)形成化學(xué)化合物，該化學(xué)化合物包含與所述發(fā)射體層具有相同傳導(dǎo)類型的摻雜劑；通過(guò)去除對(duì)應(yīng)于所述化學(xué)化合物的所述絕緣層并將所述摻雜劑朝向所述發(fā)射體層擴(kuò)散，形成高濃度發(fā)射體部分；去除所述化學(xué)化合物；以及形成被電連接到所述高濃度發(fā)射體部分的第一電極。
在本發(fā)明的上述方面中，所述摻雜劑可包含磷(P)，而所述化學(xué)化合物可包含五氧化二磷(P2O5)和/或三氯氧磷(POCl3)。
所述化學(xué)化合物可通過(guò)使用一方法而形成，所述方法選自由絲網(wǎng)印刷法、配制法(dispensing)、無(wú)電鍍法、和電鍍法所組成的組中。
所述高濃度發(fā)射體部分可通過(guò)執(zhí)行用于擴(kuò)散所述摻雜劑的熱退火處理而形成。
所述熱退火處理可在850℃-950℃的溫度范圍內(nèi)執(zhí)行。
所述化學(xué)化合物的所述圖樣可對(duì)應(yīng)于該第一電極的圖樣。
該方法可進(jìn)一步包括步驟在所述半導(dǎo)體襯底的第二表面上形成第二電極，使得該第二電極被電連接到所述半導(dǎo)體襯底。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種太陽(yáng)能電池，其包括半導(dǎo)體襯底；形成在所述半導(dǎo)體襯底上的發(fā)射體層；以特定圖樣形成在所述發(fā)射體層上并被電連接到所述發(fā)射體層的第一電極；和形成在所述發(fā)射體層上的未形成該第一電極的所述圖樣的區(qū)域中的絕緣層；其中，一高濃度發(fā)射體部分形成在對(duì)應(yīng)于該第一電極的所述發(fā)射體層上，而一不平部分(uneven part)形成在與該第一電極接觸的所述絕緣層上。
通過(guò)參照附圖來(lái)詳細(xì)描述本發(fā)明的示例性實(shí)施例，本發(fā)明的上述及其它特征和優(yōu)點(diǎn)將變得更明顯，在附圖中圖1A-圖1H為示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的太陽(yáng)能電池的制造過(guò)程的剖視圖。
具體實(shí)施方式在下文中，將參照附圖對(duì)太陽(yáng)能電池及其制造方法的實(shí)施例進(jìn)行描述。
圖1A-圖1H為示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的太陽(yáng)能電池的制造過(guò)程的剖視圖。
首先參照?qǐng)D1A，其中制備了由硅形成的p型半導(dǎo)體襯底10。不過(guò)，本發(fā)明并不僅限于此，因而也可制備n型半導(dǎo)體襯底。此外，半導(dǎo)體襯底可以由除硅以外的各種半導(dǎo)體材料形成。
為改進(jìn)太陽(yáng)能電池的特性，可以執(zhí)行預(yù)處理，其中通過(guò)在半導(dǎo)體襯底10被蝕刻后使用洗滌溶液，通過(guò)利用堿性水溶液或混合酸溶液，來(lái)去除雜質(zhì)。半導(dǎo)體襯底10中的損壞部分通過(guò)蝕刻被去除，因而半導(dǎo)體襯底10的表面變得不平。這樣，有可能減少太陽(yáng)能的損失。
隨后，如圖1B所示，摻雜劑被摻雜在半導(dǎo)體襯底10的前表面上，從而形成n型發(fā)射體層12。雖然在本實(shí)施例的示例中使用磷(P)作為摻雜劑以形成n型發(fā)射體層12，不過(guò)也可以使用除磷以外的各種材料作為摻雜劑。本發(fā)明并不僅限于此，因此，可使用任何材料，只要其使得發(fā)射體層12的傳導(dǎo)類型與半導(dǎo)體襯底10的傳導(dǎo)類型相反即可。這樣，當(dāng)使用n型半導(dǎo)體襯底時(shí)，可形成p型發(fā)射體層。
摻雜方法可以有多種，例如，可以為高溫?cái)U(kuò)散方法、噴射方法、絲網(wǎng)印刷方法或離子浴方法。
摻雜之后，可執(zhí)行通過(guò)使用氟酸水溶液來(lái)去除不必要形成的磷硅玻璃(PSG)的處理。
隨后，如圖1C所示，絕緣層14形成在發(fā)射體層12上。絕緣層14可為氮化硅層、氧化硅層、或氧化鈦層，其可通過(guò)使用各種方法，例如，等離子強(qiáng)化化學(xué)氣相沉積法，電子束沉積法，絲網(wǎng)印刷法，或噴射法而形成。
絕緣層14不僅用于減少入射進(jìn)來(lái)的太陽(yáng)光線的反射，還用于阻止可能發(fā)生在半導(dǎo)體襯底10的表面上的電子損失。也就是說(shuō)，由于懸空鍵(danglingbonding)，可能在半導(dǎo)體襯底10的表面上發(fā)生電子損失，而能夠通過(guò)形成絕緣層14來(lái)對(duì)此進(jìn)行阻止。
隨后，如圖1D所示，包含磷(P)的化學(xué)化合物16通過(guò)使用絲網(wǎng)印刷法而在絕緣層14上形成?；瘜W(xué)化合物16以與形成在發(fā)射體層12上的第一電極(在圖1H中用附圖標(biāo)記22表示)相同的圖樣而形成，使得高濃度發(fā)射體部分(在圖1E中用附圖標(biāo)記12a表示)位于第一電極22的下方。
在化學(xué)化合物16中，磷以五氧化二磷(P2O5)或三氯氧磷(POCl3)的形式存在。雖然使用磷作為摻雜劑，但本發(fā)明并不僅限于此。也就是說(shuō)，可使用任何材料作為摻雜劑，只要化學(xué)化合物16包括的摻雜劑具有與發(fā)射體層12相同的傳導(dǎo)類型，而絕緣層14使用包括通過(guò)熱退火處理的摻雜劑的化合物來(lái)進(jìn)行刻蝕。
隨后，如圖1E所示，絕緣層14被刻蝕，從而通過(guò)在半導(dǎo)體襯底10上執(zhí)行熱退火處理來(lái)形成高濃度發(fā)射體部分12a，其中半導(dǎo)體襯底10上形成有發(fā)射體層12、絕緣層14和化學(xué)化合物16。也就是說(shuō)，在熱退火處理過(guò)程中，包含在化學(xué)化合物16中的五氧化二磷(P2O5)或三氯氧磷(POCl3)去除位于化學(xué)化合物16下方的絕緣層14，而包含在化學(xué)化合物16中的磷通過(guò)被去除的部分而朝向半導(dǎo)體襯底10被擴(kuò)散，從而在半導(dǎo)體襯底10上形成高濃度發(fā)射體部分12a。
在這種情況下，由于絕緣層14通過(guò)已經(jīng)進(jìn)行絲網(wǎng)印刷的化學(xué)化合物16而被去除，因此，如圖1E中的放大電路所示，根據(jù)絲網(wǎng)的圖樣，在絕緣層14a上形成了不平部分14b。
如上所述，在本實(shí)施例中，當(dāng)對(duì)絕緣層14進(jìn)行圖樣化時(shí)，不需要光刻處理或掩膜蝕刻處理。這樣，不需要昂貴的設(shè)備或材料，而其結(jié)果是，能夠明顯減少制造成本。此外，由于能夠形成高濃度發(fā)射體部分12a而不需另外的摻雜處理，因此能夠簡(jiǎn)化制造工藝。
熱退火處理可在850℃-950℃的溫度范圍內(nèi)執(zhí)行。在超出950℃的高溫條件下，半導(dǎo)體襯底10更有可能在熱退火處理中被損壞。而在低于850℃的低溫條件下，擴(kuò)散的進(jìn)行可能不夠充分。
在熱退火處理中，紅外燈、燒爐等可用作熱源。例如，當(dāng)使用紅外燈時(shí)，熱退火處理可執(zhí)行10秒至10分鐘。
隨后，如圖1F所示，使用超純水洗滌半導(dǎo)體襯底10，從而去除化學(xué)化合物16。在這種情況下，考慮到組成化學(xué)化合物16的材料，可使用表面活性劑。
然后，如圖1G所示，鋁料被絲網(wǎng)印刷在半導(dǎo)體襯底10的后表面上，然后執(zhí)行熱退火處理。其結(jié)果是，形成了被電連接到半導(dǎo)體襯底10的第二電極18。不過(guò)，本發(fā)明并不僅限于此。因此，第二電極18可由各種材料形成，而這也包括在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。
鋁通過(guò)熱退火處理在半導(dǎo)體襯底10的后表面被擴(kuò)散到一預(yù)定的厚度，從而形成p+型的后電場(chǎng)層20。后電場(chǎng)層20形成電場(chǎng)，以便阻止光激發(fā)的電子移動(dòng)到半導(dǎo)體層10的后表面。
隨后，如圖1H所示，第一電極22形成在半導(dǎo)體襯底10的前表面上，使得第一電極22對(duì)應(yīng)于去除了化學(xué)化合物16的區(qū)域，也就是，高濃度發(fā)射體部分12a。第一電極22可通過(guò)使用各種方法形成，例如使用無(wú)電鍍法、電鍍法、噴墨法、或配制法形成。例如，第一電極22可由銀(Ag)形成。
在本實(shí)施例的太陽(yáng)能電池中，由于第一電極22形成在高濃度發(fā)射體部分12a，因此能夠有效減小接觸電阻。另外，由于濃度相對(duì)較低的發(fā)射體層12形成在未形成第一電極22的區(qū)域，因此有可能減小電荷損失。
當(dāng)光入射到根據(jù)上述制造方法所制造的太陽(yáng)能電池時(shí)，通過(guò)光電效應(yīng)而形成的正空穴-電子對(duì)被分開(kāi)，因而電子被積聚在n型發(fā)射體層12上，而正空穴被積聚在p型半導(dǎo)體襯底10上，從而產(chǎn)生電勢(shì)差。該電勢(shì)差允許電流流過(guò)第一電極22、第二電極18和外部電路(未示出)。如上所述，半導(dǎo)體襯底10的傳導(dǎo)類型以及發(fā)射體層12和高濃度發(fā)射體部分12a的傳導(dǎo)類型，能夠以各種方式被修改，而這也包括在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。
根據(jù)本發(fā)明的太陽(yáng)能電池的制造方法，通過(guò)使用能夠蝕刻絕緣層的化學(xué)化合物，能夠以低成本對(duì)絕緣層進(jìn)行圖樣化。該化學(xué)化合物包括與發(fā)射體層具有相同傳導(dǎo)類型的摻雜劑，從而能夠形成高濃度發(fā)射體部分，而同時(shí)將絕緣層圖樣化而無(wú)需另外的摻雜處理。這樣，使用簡(jiǎn)單的工藝，就能夠制造具有高濃度發(fā)射體部分的太陽(yáng)能電池。
此外，由于第一電極形成在高濃度發(fā)射體部分上，因此，能夠減小接觸電阻。另外，由于濃度相對(duì)較低的發(fā)射體層形成在未形成第一電極的區(qū)域，因此，有可能減少電荷損失。因此，能夠改進(jìn)太陽(yáng)能電池的各種特性。
雖然已經(jīng)對(duì)本發(fā)明的示例性實(shí)施例和修改的示例進(jìn)行了描述，但本發(fā)明并不僅限于這些實(shí)施例和示例，而是在不偏離本發(fā)明的所附權(quán)利要求
書(shū)、詳細(xì)的說(shuō)明書(shū)以及附圖的范圍下，可以各種不同的形式進(jìn)行修改。因此，實(shí)質(zhì)上這種修改也屬于本發(fā)明的范圍。
權(quán)利要求
1.一種太陽(yáng)能電池的制造方法，包括在半導(dǎo)體襯底的第一表面上形成發(fā)射體層；在所述發(fā)射體層上形成絕緣層；在所述絕緣層上以特定圖樣形成化學(xué)化合物，該化學(xué)化合物包含與所述發(fā)射體層具有相同傳導(dǎo)類型的摻雜劑；通過(guò)去除對(duì)應(yīng)于所述化學(xué)化合物的所述絕緣層并將所述摻雜劑朝向所述發(fā)射體層擴(kuò)散，形成高濃度發(fā)射體部分；去除所述化學(xué)化合物；以及形成被電連接到所述高濃度發(fā)射體部分的第一電極。
2.如權(quán)利要求
1所述的方法，其中所述摻雜劑包含磷P。
3.如權(quán)利要求
1所述的方法，其中所述化學(xué)化合物包含五氧化二磷P2O5和/或三氯氧磷POCl3。
4.如權(quán)利要求
1所述的方法，其中所述化學(xué)化合物通過(guò)使用一方法而形成，所述方法選自由絲網(wǎng)印刷法、配制法、無(wú)電鍍法和電鍍法所組成的組中。
5.如權(quán)利要求
1所述的方法，其中所述高濃度發(fā)射體部分通過(guò)執(zhí)行用于擴(kuò)散所述摻雜劑的熱退火處理而形成。
6.如權(quán)利要求
5所述的方法，其中所述熱退火處理在850℃-950℃的溫度范圍內(nèi)執(zhí)行。
7.如權(quán)利要求
1所述的方法，其中所述化學(xué)化合物的所述圖樣對(duì)應(yīng)于該第一電極的圖樣。
8.如權(quán)利要求
1所述的方法，進(jìn)一步包括步驟在所述半導(dǎo)體襯底的第二表面上形成第二電極，使得該第二電極被電連接到所述半導(dǎo)體襯底。
9.一種太陽(yáng)能電池，包括半導(dǎo)體襯底；形成在所述半導(dǎo)體襯底上的發(fā)射體層；以特定圖樣形成在所述發(fā)射體層上并被電連接到所述發(fā)射體層的第一電極；和形成在所述發(fā)射體層上的未形成該第一電極的所述圖樣的區(qū)域中的絕緣層；其中一高濃度發(fā)射體部分形成在對(duì)應(yīng)于該第一電極的所述發(fā)射體層上，而一不平部分形成在與該第一電極接觸的所述絕緣層上。
專利摘要
本發(fā)明提供一種太陽(yáng)能電池的制造方法，該方法包括在半導(dǎo)體襯底的第一表面上形成發(fā)射體層；在所述發(fā)射體層上形成絕緣層；在所述絕緣層上以特定圖樣形成化學(xué)化合物，該化學(xué)化合物包含與所述發(fā)射體層具有相同傳導(dǎo)類型的摻雜劑；通過(guò)去除其上形成有化學(xué)化合物的絕緣層并擴(kuò)散所述摻雜劑，形成高濃度發(fā)射體部分；去除所述化學(xué)化合物；以及形成被電連接到所述高濃度發(fā)射體部分的第一電極。
文檔編號(hào)H01L31/042GK1992355SQ200610156357
公開(kāi)日2007年7月4日 申請(qǐng)日期2006年12月29日
發(fā)明者樸相昱, 金大園, 趙銀喆 申請(qǐng)人:三星Sdi株式會(huì)社導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan