專利名稱：一種制作硅晶磊晶層的方法及相關(guān)的晶硅基板結(jié)構(gòu)的制作方法
一種制作娃晶晶晶層的方法及相關(guān)的晶娃基板結(jié)構(gòu)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬結(jié)晶硅半導(dǎo)體薄膜生長技術(shù)的領(lǐng)域。本案利用網(wǎng)板印刷技術(shù)，成功的在結(jié)晶硅基板表面生長ー層硅晶薄膜層，藉由本發(fā)明的制程技術(shù)，可以在硅晶基板的表面上調(diào)適此硅晶基板的表面特性；例如，摻雜的種類、含量，導(dǎo)電極性(P型或N型的導(dǎo)電極性)及結(jié)晶缺陷的控制…等，使分別適合于硅晶型太陽能電池、硅ニ極體、硅電晶體、硅閘流體…等硅晶半導(dǎo)體元器件的應(yīng)用場合。本案實施的制程設(shè)備，為エ業(yè)化量產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備，具有成本優(yōu)勢，方法亦極為簡單可行，本案以硅晶型太陽能電池的制作為例，具體說明之。
背景技木隨著儲藏的原油逐漸枯竭，取代能源的發(fā)展已經(jīng)是ー股潮流，其中核能發(fā)電雖然仍是主流，但是預(yù)計至西元2020年，全世界利用太陽能發(fā)電將達到IOOGWp的總發(fā)電能量的·布局，而發(fā)展將近60年的硅晶型太陽能電池，占有目前全部太陽能電池市場九成以上的市占率，基于硅乃是世界上最豐富的礦藏，約為地殼組成份的26%，以硅晶型太陽能電池現(xiàn)在擁有的量產(chǎn)化制程及規(guī)模，加上該產(chǎn)業(yè)能夠逐一克服技術(shù)屏障，提高發(fā)電效率的驅(qū)勢，預(yù)計硅晶型太陽能電池未來仍將扮演著太陽能發(fā)電的主要角色。目前大量制造的硅晶型太陽能電池產(chǎn)業(yè)，對于提高效率的方法都以能夠符合所謂的Grid Parity的精神來實施，因此即便實驗室已經(jīng)證實可行的高效率結(jié)構(gòu)，ー時也都無法進入生產(chǎn)線大量制造，但是這些提高效率的實驗室論證，卻仍是量產(chǎn)化硅晶型太陽能電池業(yè)界引為改善效率的指導(dǎo)方向，例如降低硅晶型太陽能電池背表面的電子固結(jié)速度(BSRV，Back Side Recombination Velocity,或者以Seff (cm/s)表示之)以提高效率即是一個明顯的例證；現(xiàn)行量產(chǎn)化的硅晶型太陽能電池制程中，利用印刷技術(shù)將ー種由金屬鋁粉、玻璃微粒、有機物樹脂、溶劑及各式添加物混煉成的導(dǎo)電鋁漿披覆于硅晶基板背面，經(jīng)過高溫?zé)Y(jié)而產(chǎn)生了鋁背場(Al-BSF)，就是基于此實驗室論證，將表面的電子固結(jié)速度降低，提高效率的ー種例證。然而此種鋁背場(Al-BSF)經(jīng)長年的實施，所能提供的BSRV值雖然已經(jīng)大幅改善，但是一般仍高于400cm/s，而且對于制造大尺寸且日趨薄化的硅晶型太陽能電池，此鋁背場容易造成晶片翹曲的問題十分嚴(yán)重，使得后續(xù)的模組生產(chǎn)容易壓裂、破損，造成相當(dāng)多的困擾。針對改善現(xiàn)階段鋁背場電子固結(jié)速度，D.S. Kim等人指出ー種利用高溫硼(Boron)擴散制程的硼背場(B-BSF)可以改善此問題(J. Electrochem. Soc.，Volume157，Issue 6，pp. H684-H687 (2010))，其研究報告指出，效率高達19. 7%硅晶型太陽能電池是可行的，只是該實驗的電池結(jié)構(gòu)與現(xiàn)行量產(chǎn)的電池結(jié)構(gòu)并不一致，需要利用黃光微影(PH0T0-LITH0GRAPHY)制程；正、背金屬電極也不是一般已知的印刷制程可以制作的，在現(xiàn)行的硅晶型太陽能電池生產(chǎn)線難以立即采用此高溫硼(Boron)擴散制程予以制作硼背場(B-BSF)應(yīng)是十分明顯的事實。另外根據(jù)Frank Huster 所言(2Oth European Photovoltaic Solar EnergyConference and Exhibition, Barcelona, 6-10June 2005 Pre-Print, 2A0. 2. I),招背場形成的過程，鋁漿最終會在硅基板背表面上以鋁硅共析合金(eutectic alloy)的金屬形態(tài)固結(jié)，而大尺寸且日趨薄化的結(jié)晶硅基板與這層鋁硅合金層基于熱膨脹性質(zhì)(CTE)的巨大差異，的確是造成電池片翹曲的主要原因。Frank Huster將翹曲的太陽能電池片經(jīng)過-20°C _50°C的冷凍后，于室溫下又會回復(fù)成平坦?fàn)顟B(tài)；此法值得進一步評估其引進量產(chǎn)制程的合適性，但是大部份的太陽能電池廠家都希望能有簡易的解決辦法，而不是増加制程的復(fù)雜性；導(dǎo)電鋁漿供應(yīng)廠家為此莫不傷透腦筋地調(diào)整配方希望達成客戶的期望。另外，關(guān)于結(jié)晶硅太陽能電池降低成本的研究，方向幾乎全部指向降低使用結(jié)晶硅原材料或開發(fā)替代性材料的各種措施。20年來德國、美國、日本等國家相關(guān)的研究中，較為可行的辦法就是使用一種低成本稱為冶金級娃(metallurgical grade Silicon)原料所制作的結(jié)晶硅基板來制作太陽能電池，或是使用硅原料極少的薄膜型硅晶太陽能電池。于較早時期，日本佳能公司(Canon Kabushiki Kaisha, Tokyo, JP)致カ于此方面的研究,有一系列的美國專利可供參考，其中US 6, 869, 863 Fabrication process of solar cell利用液相磊晶的技術(shù)在冶金級硅制成的基板制作硅晶太陽能電池，其效率值約為使用高純度 硅晶基板的七成；近期(2010/7月)德國愛美科公司(MEC)于此種基板上使用氣相磊晶技術(shù)生長三道磊晶層及一種復(fù)雜結(jié)構(gòu)的反射膜，其報導(dǎo)給予ー個名稱叫作”wafer等同”基板(“wafer equivalent” substrate),此基板利用エ業(yè)化標(biāo)準(zhǔn)制程制作出面積70cm2的娃晶太陽能電池，效率值更進ー步達到14. 7%的成果，幾乎已經(jīng)等同于目前的エ業(yè)量產(chǎn)硅晶太陽能電池的效率值。由以上兩個例子可以理解，利用便宜的低純度硅材料制成的硅晶基板，尚需經(jīng)過ー種薄膜生長的制程，才能成功的提升硅晶太陽能電池的效率值，但是所謂的液相磊晶、氣相磊晶技術(shù)，都不是硅晶太陽能電池現(xiàn)行的標(biāo)準(zhǔn)化制程，即便后者推出的”wafer等同”基板可以直接應(yīng)用于硅晶太陽能電池的標(biāo)準(zhǔn)化制程，其價格是否能夠等同于業(yè)者能夠接受的程度將是個考驗。關(guān)于現(xiàn)行晶硅太陽能電池的鋁背場結(jié)構(gòu)，一般都希望能夠在所謂的共燒制程(co-firing)盡可能的長厚，甚至能夠達到10 μ (微米)以上的厚度，但是受制于正面銀導(dǎo)電衆(zhòng)的所謂燒穿Ρ/Ν結(jié)(P/N junction)的顧慮,共燒(co-firing)制程尖峰溫度無法隨意調(diào)高，例如，850°C以上的尖峰溫度，加上或多或少憂慮電池片產(chǎn)生翹曲的問題，甚至背面的鋁導(dǎo)電漿表面燒出鋁珠、鏈條痕等外觀問題，十分困擾，因此折衷之下，一般晶硅太陽能電池的鋁背場厚度約為2. O μ (微米) 6. O μ (微米)。另外，現(xiàn)行晶硅太陽能電池背面的鋁背場并非全表面(full area)的ー種結(jié)構(gòu)，因為于制程上的安排，(供焊條焊接的)背銀通常是先于鋁漿予以印刷被覆的，目的是使得背銀直接附著于晶硅電池的背表面上，相較于附著在鋁漿上其附著力更為牢靠，于模組的焊條接合制程中，較容易焊接而且拉カ值較高之故?；谝陨戏N種原因，本案揭露ー種創(chuàng)新的”wafer等同”基板產(chǎn)品，及其制造方法，能夠提供厚度均一且大于6. O μ (微米)及表面高導(dǎo)電特性的全表面(full area)鋁背場，同時也能避免電池片產(chǎn)生外觀或翹曲等問題。該技術(shù)的實施，系利用網(wǎng)板印刷技木，于結(jié)晶硅基板的表面上涂布至少ー層金屬鋁漿料，隨后通過高溫快速燒結(jié)的制程，使得結(jié)晶硅基板于涂布區(qū)域生長出ー層硅晶薄膜層，此層硅薄膜層即等同于所謂的鋁背場，所實施的辦法是結(jié)晶硅太陽能電池的標(biāo)準(zhǔn)化制程，相關(guān)細節(jié)將在下一節(jié)中詳加敘述?；诒景杆衣兜膶嵤┺k法，與結(jié)晶硅太陽能電池廠家現(xiàn)行生產(chǎn)制程吻合，這將是本案具有高可行性的強カ證明，系能符合Grid Parity的強力保證。本發(fā)明提供的晶硅太陽能電池制程解決方案包括制程步驟、參數(shù)、金屬漿料配方及一種創(chuàng)新的結(jié)晶硅”wafer等同”基板結(jié)構(gòu)。依照本案實施辦法，將是能夠以合理的制造成本達成提升結(jié)晶硅太陽能電池效率，降低成本及一井改善、解決電池片的外觀、翹曲問題的一種創(chuàng)新技術(shù)、及ー種創(chuàng)新產(chǎn)品。對于具有一般結(jié)晶硅太陽能電池元器件制程、薄膜制程等經(jīng)驗或背景的相關(guān)人士，或許因為稍加調(diào)整本案所揭露的制程步驟、制程參數(shù)、配方內(nèi)容或衍生自本案所揭露的制程步驟、制程參數(shù)、相關(guān)配方內(nèi)容或利用本案的實施方法衍生的技木，或應(yīng)用該技術(shù)于相關(guān)元器件的結(jié)構(gòu)的全部或局部，都將視為本發(fā)明所欲揭露的專利范圍的部份。

發(fā)明內(nèi)容
本案的實施利用ー種已知的網(wǎng)板印刷技術(shù)，將ー種金屬漿料均勻的涂布在結(jié)晶硅基板的至少ー個表面上，厚度范圍為5. O μ (微米) 300. O μ (微米)，之后，此晶硅基板以
一種傳送速度通過高溫隧道窯，使得漿料與結(jié)晶硅產(chǎn)生反應(yīng)，并于結(jié)晶硅基板上長出ー層硅晶薄膜層。金屬漿料與結(jié)晶硅產(chǎn)生的反應(yīng)，按照隧道窯各區(qū)預(yù)設(shè)的溫度，以下列進程依序進行進程I 120°C 300°C時，將印制在晶硅基板上的漿料烘干、固結(jié)；進程2 3000C 600°C時，逸燒漿料中的有機物組成份；進程3 400°C 900°C時，漿料中的金屬組成份開始融熔，硅晶也逐漸溶入金屬液中、進程4 700°C 1000°C時，硅在金屬液中達到飽和；進程5 降至室溫，溶液中的硅因為過飽和而析出并在硅基板上長出ー層硅晶薄層(thin film)；最后，將硅基板上的金屬層去除，結(jié)合原本的晶硅基板成為ー種”wafer等同”的硅晶基板。根據(jù)上述制程，匹配制程溫度、傳送速度、漿料配方及其印制厚度…等，可以制作具有厚度6. O μ (微米)以上的硅晶薄膜層的”wafer等同”娃晶基板；此基板的硅晶薄膜層具有半導(dǎo)體特性，表面的阻值(Resistivity)范圍為O. 0001 Ω cm Ι.ΟΩαιι。表面形態(tài)微觀為平滑的表面，其特征完全延伸自所使用的基板，例如晶體方向、結(jié)晶型態(tài)、外觀…等；可以不必經(jīng)過表面研磨、拋光處理，即可適用于晶硅太陽能電池的應(yīng)用場合。通過ー種金屬漿料配方的調(diào)制，本發(fā)明利用上述流程，可在阻值(Resistivity) O. 05 Ω . cm以上的P型硅晶基板上制作厚度至少6. O μ (微米)的P+型硅晶薄膜層，使其表面的阻值(Resistivity)范圍為O. OOOl Ω · cm I. O Ω . cm。此P+型娃晶薄膜層可作為N+/P/P+晶硅太陽能電池結(jié)構(gòu)的一種背場，可以替代現(xiàn)行的P/P+:A1鋁背場。此外，通過另ー種金屬衆(zhòng)料配方的調(diào)制，利用上述流程，本發(fā)明可在阻值(Resistivity)O. 05 Ω .cm以上的N型硅晶基板上制作厚度至少6. O μ (微米)的N+型硅晶薄膜層，使其表面的阻值(Resistivity)范圍為O. OOOl Ω · cm O. 8 Ω · cm。此N.型娃晶薄膜層可作為P+/N/N.所謂背結(jié)背電極式(BJ BC)晶硅太陽能電池的一種正場，可以替代磷(POCl3)擴散所制作的N/N+:P 正場。金屬漿料配方中的金屬組成份的選擇，主要系與硅晶能共溶的金屬為選擇要件，例如鋁、銅、銀、金、錫、鎵、銦、鉛…等純金屬；或合金，例如鋁銅、鋁鎵、鋁銦、鋁錫、鋁娃…等招合金或銀合金、金合金、銅合金…等合金的微粒，或純金屬按比例相互混合的微粒等為之。金屬漿料配方中，此金屬組成份為主要的成份，于本發(fā)明中稱為第一金屬微粒，依照娃元素與金屬的互溶平衡相圖(phase diagram)或溶解度關(guān)系曲線圖(solubilitycurve),予以決定娃晶薄膜層的成長尖峰溫度(peak temperature)及隧道窯各區(qū)的溫度設(shè)定。硅晶薄膜層的導(dǎo)電極性取決于金屬漿料配方的摻雜(dopant)組成份抑或金屬組成份，于本發(fā)明中稱為第二金屬微粒。一般晶硅半導(dǎo)體所習(xí)用的N型半導(dǎo)體摻雜(dopant)有神、磷、銻、碲、鎘、硫、···等周期表五、六價的元素；P型半導(dǎo)體摻雜(dopant)有鈹、鎂、鍶、·鋇、鋅、鋁、銦、鉍、鎵、硼、砣…等周期表ニ、三價的元素。所以金屬漿料配方的摻雜(dopant)組成份除了単獨，或依ー種混合比例使用這些元素微粒外，亦可使用其氧化物、鹵化物、有機金屬化合物…等微?；蛴袡C膠體的型態(tài)，使之均勻分散于漿料中，于硅晶薄膜層成長時溶于其中，分別生長半導(dǎo)體導(dǎo)電極性為P型或N型的硅晶薄膜層，而其電子或電洞濃度由薄膜層的里層至表面逐漸增加，通常表面的載子濃度(carrier concentration)可予以控制在 0. I X 1017cm_3 8. 0X102Qcm_3 的范圍。金屬漿料配方中的組成份，除了上述的組成份外，還有有機樹脂、溶劑及各式的微量添加物，主要目的是控制漿料的黏著性(viscosity)以促進其印刷性，例如，透膜性、流變性，及滾煉(3-rollers mixing)后楽;料的均勻性,這些非金屬組成份,本案統(tǒng)稱其為助齊U，此助劑在高溫時會燒失(burn out)，一般都以水及ニ氧化碳的氣體形態(tài)脫離，但是也會有少許的碳或碳化物殘留，對于導(dǎo)電性并無嚴(yán)重影響。針對電池片的外觀、翹曲等問題，本發(fā)明于硅晶薄膜層成長后，表面經(jīng)高溫?zé)Y(jié)的金屬層會經(jīng)過化學(xué)腐蝕處理，將之清除殆盡，完全不必顧慮電池片背鋁的外觀、或翹曲等問題。金屬層處理后，最終露出一種低阻(例如
3.0Χ10_4Ω. cm)的娃晶薄膜的表層,此娃晶薄膜的表面形態(tài),微觀系平滑的表面,于晶娃太陽能電池的應(yīng)用場合，不必經(jīng)過表面研磨、拋光處理，即可適用。另外，此硅晶薄膜表層可以直接印刷背銀導(dǎo)電漿，經(jīng)共燒(co-firing)成為背面電極。對于某些晶硅太陽能電池結(jié)構(gòu)，其正銀需要更高的燒結(jié)溫度時，例如，高于或等于835°C時，完全不必顧慮原先制程的背鋁外觀、或電池片翹曲等問題。另外，本案揭露的ー種創(chuàng)新結(jié)構(gòu)(圖3)，在電池背面增設(shè)對于紅外線波段的光具有較高的反射率的ー種反射層，，例如Accuflect 的反射層，其反射率在波長范圍700奈米 2，500奈米時，有95%以上全反射率的反射特性，可以增進電池的光電效率。

圖1-1、P/P-sub./P+”wafer 等同”娃晶基板圖1-2、表面粗化的P/P-sub. /P+” wafer等同”娃晶基板，圖2、一種硅晶太陽能電池制作流程
圖3、利用表面粗化的P/P-sub. /P+,,wafer等同”硅晶基板制作一種硅晶太陽能電池結(jié)構(gòu)的圖式主要元件符號說明I. 001 P 型硅晶基板(P-sub.)2. 010 P型硅晶薄膜層3. Oil P+硼背場(B:BSF)硅晶薄膜層4. 012表面粗化的P型硅晶薄膜層

5. 014 背面反射層(BSR, Back Side Reflector)6. 030 P/N 結(jié)(P/N junction)7. 040正面抗反射膜(ARC)8. 050背面銀導(dǎo)線電極9. 060正面銀導(dǎo)線電極
具體實施方式為了更具體說明本發(fā)明的實施內(nèi)容，于本節(jié)利用實施例逐步闡明制程步驟、參數(shù)、或配方內(nèi)容，但并不代表本發(fā)明僅適用于該例子的范圍。實施例一、硼摻雜招衆(zhòng)(B-doped Al paste)配方；-配方組成份(％，重量百分比)I.第一金屬微粒鋁90· 00% 99. 99%2.第二金屬微粒硼0. 01% 10. 00%合計(助劑未計入)100.0%3.助劑；適量，一般于漿料總重量中大約占有10. 0% 30. O %的重量百分比。-金屬微粒規(guī)格※鋁金屬微粒純度99. 9% 99. 9999%、粒徑范圍O. 01 μ (微米) 20. O μ (微米)的金屬微?！饟诫s微粒純度99. 9% 99. 9999%、粒徑范圍O. 01 μ (微米) 20. O μ (微米)的金屬微粒(以上微粒以球型為慣用的型態(tài)，但并不局限于該外型型態(tài)的微粒。)-衆(zhòng)料黏度(viscosity):10 500PaS(布氏測試方法；Brookfield,#14, IOrpm, 25°C )實施例ニ、P/P-sub. /P+ ” wafer等同”硅晶基板的制程及結(jié)構(gòu)本實施例以P型”wafer等同”硅晶基板為例，其主要制造流程及制程參數(shù)、設(shè)備依序說明如下；步驟ー硅基板化學(xué)腐蝕、清洗；其中；P型硅晶基板的阻值(Resistivity)規(guī)格為O. 05 Ω · cm以上，厚度80. O μ (微米) 250. O μ (微米)；步驟ニグ硅晶薄膜層成長；步驟細節(jié)含；-硅晶基板的兩個表面中的任一表面，施以P型硼摻雜鋁金屬漿印刷涂布，
-高溫隧道窯薄膜成長；而高溫區(qū)的設(shè)置為上高下低(上部IR燈源至傳動鏈條表面)的溫度梯度分布，其尖峰溫度(peak temperature)范圍 300. CTC 980. CTC,-化學(xué)腐蝕，清洗(以去除表面固結(jié)的金屬漿料)…等細節(jié)。長成的硅晶薄膜層其厚度范圍為6. O μ (微米) 20. O μ(微米);表面阻值(Resistivity)范圍為O. 0001 Ω · cm I. O Ω . cm ； 步驟三P型硅晶薄膜層成長；步驟細節(jié)含；-娃晶基板的兩個表面中的另一表面，施以P型銦摻雜錫金屬衆(zhòng)印刷涂布，-高溫隧道窯薄膜成長；而高溫區(qū)的設(shè)置為上高下低(上部IR燈源至傳動鏈條表面)的溫度梯度分布，其尖峰溫度(peak temperature)范圍 300. CTC 980. CTC,-化學(xué)腐蝕，清洗(以去除表面固結(jié)的金屬漿料)…等細節(jié)。長成的硅晶薄膜層其厚度范圍為6. O μ (微米) 20. O μ(微米)；表面的載子濃度(carrierconcentration)予以控制在范圍為O. 5 X IO17 2. OXlO1W ；本實施例的產(chǎn)出稱為P型”wafer等同”硅晶基板，能取代現(xiàn)行的硅晶太陽能基板，是ー種新創(chuàng)結(jié)構(gòu)(圖I)，具有如下特點I. P型娃晶基板的兩個表面,各具有一全表面娃晶薄膜層；2.其中的ー個表面層，為表面低阻值(Resistivity)P+型硅晶薄膜層；其厚度范圍 6·0μ (微米)—20. O μ (微米)，表面阻值(Resistivity)范圍為 O. 0001 Ω · cm I. O Ω ·cm3.其中的另ー個表面，為P型摻雜硅晶薄膜層；其厚度范圍6. O μ (微米) 20. O μ (微米);表面的載子濃度控制在范圍O. 5 X IO17 2. O X 1018cm_3;P型” wafer等同”硅晶基板可適用于現(xiàn)行硅晶太陽能電池制程，更能在現(xiàn)有制程基礎(chǔ)上制造更高效率的娃晶太陽能電池結(jié)構(gòu)，例如SE (Selective Emitter)結(jié)構(gòu)的娃晶太陽能電池，可為硅晶太陽能電池業(yè)者提供一種有效的解決方案。 實施例三、N/N-sub. /N+” wafer等同”娃晶基板的制程及結(jié)構(gòu)本實施例以N型”wafer等同”硅晶基板為例，其主要制造流程及制程參數(shù)、設(shè)備依序說明如下；步驟ー硅基板化學(xué)腐蝕、清洗；其中；N型硅晶基板的阻值(Resistivity)規(guī)格為O. 05 Ω · cm以上，厚度80. O μ (微米) 250. O μ (微米)；步驟ニ -X硅晶薄膜層成長；步驟細節(jié)含；-娃晶基板的兩個表面中的任一表面，施以N型砷摻雜銀金屬衆(zhòng)印刷涂布，-高溫隧道窯薄膜成長；而高溫區(qū)的設(shè)置為上高下低(上部IR燈源至傳動鏈條表面)的溫度梯度分布，其尖峰溫度(peak temperature)范圍 835. CTC 980. (TC,
-化學(xué)腐蝕，清洗(以去除表面固結(jié)的金屬漿料)…等細節(jié)。長成的硅晶薄膜層其厚度范圍為6. O μ (微米) 20. O μ(微米);表面阻值(Resistivity)范圍為O. 0001 Ω · cm O. 8 Ω · cm ;步驟三N型硅晶薄膜層成長；步驟細節(jié)含；-娃晶基板的兩個表面中的另一表面，施以鋪摻雜錫金屬衆(zhòng)印刷涂布，-高溫隧道窯薄膜成長；而高溫區(qū)的設(shè)置為上高下低(上部IR燈源至傳動鏈條表面)的溫度梯度分布，其尖峰溫度(peak temperature)范圍 300. CTC 980. CTC, -化學(xué)腐蝕，清洗(以去除表面固結(jié)的金屬漿料)…等細節(jié)。長成的硅晶薄膜層其厚度范圍為6. O μ (微米) 20. O μ(微米)；表面的載子濃度(carrierconcentration)予以控制在范圍O. 5X IO17 2. OXlO1W ；本實施例的產(chǎn)出稱為N型”wafer等同”硅晶基板，能取代現(xiàn)行的硅晶太陽能基板，系ー種新創(chuàng)結(jié)構(gòu)，具有如下特點I. N型娃晶基板的兩個表面中，各具有一全表面娃晶薄膜層；2.其中的ー個表面層，為表面低阻值(Resistivity)N+硅晶薄膜層；其厚度范圍
6.O μ (微米) 20. O μ (微米)，表面阻值(Resi stivity)范圍為 O. 0001 Ω · cm O. 8 Ω ·cm3.其中的另ー個表面，為N型摻雜硅晶薄膜層；其厚度范圍6. O μ (微米) 20. O μ(微米);表面的載子濃度控制在范圍O. 5 X IO17 2. O X 1018cm_3;N型” wafer等同”硅晶基板可以加速現(xiàn)行硅晶太陽能電池制程的更替，故使得具有更高效率潛力的N型硅晶太陽能電池更能提早成為下一波硅晶太陽能電池的主流。實施例四、一種硅晶太陽能電池制作流程；本實施例以P/P-sub. /P+,Vafer等同”娃晶基板，匹配現(xiàn)行晶硅太陽能電池量產(chǎn)流程的實施為例，制造N/P/P+結(jié)構(gòu)的晶硅太陽能電池，其制造流程及細節(jié)依序說明如下；步驟ー娃基板化學(xué)腐蝕、清洗、表面粗化蝕刻(texture etching)等制程；其中；P型硅晶基板的阻值(Resistivity)規(guī)格為O. 05 Ω · cm以上，厚度80. O μ (微米) 250. O μ (微米)；步驟ニΡ/Ν·結(jié)(P/N junction)制作；步驟細節(jié)含；-磷酸(POCl3)蒸霧；-900°C 1000°C高溫擴散 O. 5 I. 5 小時；-磷硅玻璃(PSG)化學(xué)清除、基板清洗…等細節(jié)。使其N層擴散層厚度約為O. I μ (微米) 1·0μ (微米)；表面阻值(Resistivity)范圍為O. 0001 Ω · cm O. 0005 Ω · cm ;步驟三正面抗反射鍍膜(ARC)；
以低溫PECVD法沉積氮化硅薄膜，厚度范圍約400nm(奈米) 800nm(奈米)，致密無針孔；步驟四背面反射層(BSR)制程ー種高介電漿料的涂布、烘干；其具有紅外波長范圍700奈米 2，500奈米，95%以上全反射率的反射特性，厚度范圍約I. O μ (微米) 3，000. O μ (微米)。步驟五正面、背面銀導(dǎo)線電極共燒制程；步驟細節(jié)含-背面P型焊接銀漿印刷，干燥；
-正面N型銀漿印刷；-高溫隧道窯尖峰溫度(peaktemperature) 730°C 830°C共燒(co-firing)…等細節(jié)；步驟六電池片周邊Isolation (絕緣)處理、測試…等以上敘述可參考圖2的流程步驟。本實施例所制造的太陽能電池結(jié)構(gòu)有如下I. ー種全表面背場(full area BSF)的太陽能電池結(jié)構(gòu)，背場厚度可以增至
6.O μ (微米) 20. O μ (微米)范圍，2.具有低表面阻抗值，O. 0001 Ω · cm I. O Ω · cm的硼背場(B: BSF),3.背銀焊接導(dǎo)線取代背鋁導(dǎo)電層，成為太陽能電池的背面電極，4.具有背面450nm(奈米) 2500nm(奈米)反射率95%以上的反射層(BSR，BackSide Reflector),…等如圖3的特點。由以上揭露的制程步驟細節(jié)，一般熟悉硅晶太陽能電池生產(chǎn)制程的相關(guān)人士，應(yīng)該很容易就發(fā)現(xiàn)本發(fā)明的P/P-sub. /P+"wafer等同”硅晶基板是完全可以在現(xiàn)有制程及設(shè)備予以實施的。
權(quán)利要求
1. ー種制作硅晶磊晶層的方法，其特征在于，在晶硅基板表面形成摻雜硅晶薄膜的方法，包括 利用印刷制程將鋁金屬漿料印制在基板的表面上，再經(jīng)過一道高溫快燒的制程，漿料中的鋁金屬微粒在高溫下融熔，例如800°C 1000°C，使得接觸的基板表層的硅材料溶入金屬液中，隨后逐漸降溫至室溫，使得鋁金屬液中的硅發(fā)生過飽和現(xiàn)象而在硅基板上重新長出ー層硅晶薄膜，其厚度與設(shè)定的尖峰溫度成正比，本發(fā)明以達到6.0μ (微米)以上的厚度為標(biāo)準(zhǔn)，其膜層的結(jié)構(gòu)特征完全延伸自基板；基板上已經(jīng)燒結(jié)固化的鋁硅合金層利用ー種化學(xué)腐蝕的制程，予以完全清除，薄膜硅晶露出成為基板一種新的表面，其表面形態(tài)微觀為平滑的表面，另外，此薄膜的半導(dǎo)體特性不同于原來的晶硅基板的特性， 其中各項規(guī)畫要點如下 甲、晶娃基板； 晶硅基板，為結(jié)晶態(tài)單晶或多晶硅基板的通稱，目前晶硅太陽能電池使用的最大尺寸為5寸單晶方片及6寸多晶方片，P型硅晶基板，阻值(Resistivity)規(guī)格O. 05 Ω . cm以上，其厚度120. O μ (微米) 220. O μ (微米) こ、金屬漿料的配方；
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的制作硅晶磊晶層的方法，其特征在于，所述第一金屬微粒，是與硅晶能共溶的金屬微粒，除了鋁以外，銅、銀、金、鎵、銦、鉛、錫…等純金屬；或合金，例如鋁銅、鋁鎵、鋁銦、鋁錫、鋁硅…等鋁合金，或銀合金、金合金、銅合金…等合金的微粒，或純金屬按比例相互混合的微粒等皆宜作為第一金屬微粒。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述方法制成的晶硅基板結(jié)構(gòu)，其特征在于，具有P+(硼背場)層的P型娃晶基板； 使用如下金屬摻雜漿料配方，組成份 (%，重量百分比) 1.第一金屬(鋁)微粒90.0% 99. 9%
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述方法制成的晶硅基板結(jié)構(gòu)，其特征在于，具有N+(神正場)層的N型娃晶基板； 使用如下?lián)诫s金屬漿料配方，組成份 (%，重量百分比) .1.第一金屬(錫)微粒90.0% 99. 9%
5.一種晶硅基板結(jié)構(gòu)，其特征在于，具有正面P硅晶薄層及背面P+(硼背場)層的P型娃晶基板； 其使用如下ニ種摻雜金屬漿料配方， 之一(背面P+的金屬漿料)；組成份 (%，重量百分比) 1.第一金屬(鋁)微粒90.0% 99. 9% 2.第二金屬(硼)微粒O.1% 10. 0% 合計(助劑未計入)100. 0% 3.助劑適量，一般于漿料總重量中大約占有10.0% 30.0% 的重量百分比 之ニ(正面P的金屬漿料);組成份 (%，重量百分比) 1.第一金屬(錫)微粒95.O % 99. 95% 2.第二金屬(銦)微粒O. 05% 5. 0% 合計(助劑未計入)100. 0% 3.助劑適量，一般于漿料總重量中大約占有10.0% 30.0% 的重量百分比 并且，按照實施例ニ的流程步驟，于硅晶基板上、下全表面分別生長ー層硅晶層；結(jié)構(gòu)如P:In/P-sub./P+:B ； 其中； PlIn層規(guī)格 厚度范圍(微米)6.0 20. O 表面型態(tài)平坦化或粗化兩種選擇 表面載子濃度范圍(cnT3) :0. 5X IO17 2. OXlO18 PiIB層規(guī)格 厚度范圍(微米)6.0 20. O 表面型態(tài)平坦化或粗化兩種選擇 表面阻值范圍(Ω · cm) 0. 0001 I. O。
6.一種晶娃基板結(jié)構(gòu)，其特征在于，ー種具有正面N娃晶薄層及正面N+(神正場)層的N型娃晶基板； 其使用如下ニ種摻雜金屬漿料配方， 之一(正面N+的金屬漿料);
7.根據(jù)權(quán)利要求3或權(quán)利要求5所屬的晶硅基板結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述金屬漿料配方中的第二金屬微粒為P型摻雜元素(dopant)，除了硼、銦以外，周期表ニ、三價的元素，被、鎂、鍶、鋇、鋅、鋁、鉍、鎵、砣…等皆宜作為第二金屬微粒。使用時除了単獨，或ー種以上按比例混合，使用這些元素微粒；亦可使用其氧化物、南化物、有機金屬化合物…等微?；蛴袡C膠體的型態(tài)。
8.根據(jù)權(quán)利要求4或權(quán)利要求6所屬的晶硅基板結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述的金屬漿料配方中的第二金屬微粒為N型摻雜元素(dopant)，除了神、銻以外，周期表五、六價的元素；磷、碲、鎘、硫、···等皆宜作為第二金屬微粒。使用時除了単獨，或ー種以上按比例混合，使用這些元素微粒；亦可使用其氧化物、南化物、有機金屬化合物…等微粒或有機膠體的型態(tài)。
9.ー種利用權(quán)利要求5所述的硅晶基板所制造的一種硅晶太陽能電池結(jié)構(gòu)，其特征在于 以實施例四的制作流程(參考圖2)，其結(jié)構(gòu)中P/N結(jié)的位置在硅晶基板的上層P型硅晶薄層的范圍內(nèi)，較為有利的實施措施，使P/N結(jié)的位置盡可能接近表面，例如0.3μ (微米) I. O μ (微米)的深度， 背面電極局部穿過背面反射層(BSR)并與背場表面銜接，電極的布局形狀，以電流能夠均勻分布及模組階段焊條焊接方便、牢固為主要考慮。
10.實施例ニ的流程步驟的步驟ニ及步驟三予以合并實施的一種改進措施；是ー種共燒的步驟，于同一高溫快燒條件下，基板的上、下表面同時生長硅晶薄膜；之后，再一起實施化學(xué)腐蝕，清洗，去除正、背表面固結(jié)的金屬漿料。
全文摘要
一種制作硅晶磊晶層的方法，利用一種已知的網(wǎng)板印刷技術(shù)，將一種金屬漿料均勻的涂布在晶硅基板的至少一個全表面上，并以一種傳送速度通過高溫隧道窯，使得漿料與結(jié)晶硅以一種液相磊晶的過程，在晶硅基板上長出一層硅晶磊晶薄膜；調(diào)節(jié)金屬漿料配方中的摻雜元素的組成份，可以控制此硅晶層的導(dǎo)電極性為P型或N型半導(dǎo)體；利用此方法，本發(fā)明揭露一種具有摻雜磊晶層的晶硅基板。
文檔編號H01L31/18GK102842640SQ20111016879
公開日2012年12月26日 申請日期2011年6月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月21日
發(fā)明者張嘉甫, 陳文泰 申請人:致嘉科技股份有限公司