專利名稱：半導(dǎo)體太陽能電池的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體太陽能電池的制造方法。
背景技術(shù)：
太陽能電池的一種限制因素是太陽能電池表面上的載流子的復(fù)合。復(fù)合的載流子此時不再能夠用于產(chǎn)生電流。為了降低復(fù)合，必須使太陽能電池表面“鈍化”，就是說，必須通過表面狀態(tài)使載流子的復(fù)合活性降低。這通過在太陽能電池表面上涂覆介電的鈍化層來實現(xiàn)。但通常使用的鈍化層通常相對于在制造太陽能電池時必須執(zhí)行的工藝步驟是敏感的。在這些步驟期間，鈍化層會失去其鈍化作用的很大一部分或者在極端情況下完全失去。帶來鈍化層這樣的退化的效果的工藝步驟的一個例子是所謂的灼燒步驟(Feuerschritt)，在該步驟中，涂覆在太陽能電池的背面上的金屬膏狀物硬化成接觸層并 在此時形成金屬和半導(dǎo)體的合金。在DE 10 2007 054 384 Al中提出一種鈍化結(jié)構(gòu)，所述鈍化結(jié)構(gòu)對于在800-900° C的溫度范圍內(nèi)的灼燒步驟是穩(wěn)定的并且其鈍化特性基本上可得到保持。所述鈍化結(jié)構(gòu)是一種雙層，所述雙層包括鋁氧化物和沉積在鋁氧化物上的由氧化硅、氮化硅或類似物質(zhì)形成的層。在這種已知的方法中，緊接著雙層在太陽能電池表面上的沉積，通過絲網(wǎng)印刷將金屬膏狀物施加到太陽能電池上并在通過式爐中對其進行灼燒處理步驟。在上面所述的制造方法中，鈍化層構(gòu)造成使得所述鈍化層構(gòu)成太陽能電池表面的穩(wěn)定的鈍化結(jié)構(gòu)，所述鈍化結(jié)構(gòu)能夠承受在800-900° C的溫度范圍內(nèi)的灼燒步驟并在此時保持其鈍化特性。但問題是在余下的處理步驟中，鈍化層直接受到化學(xué)和物理條件和物質(zhì)、例如化學(xué)品的影響，所述條件和物質(zhì)可能起腐蝕性作用。這些步驟的例子包括紋理步驟、蝕刻步驟和擴散步驟。如果所述處理步驟在施加鈍化層之前執(zhí)行，則通常必須在所述處理步驟之前在太陽能電池的基體表面上施加附加的層，所述附加的層此時對于相應(yīng)處理步驟起到隔離層的作用。施加以及必要時接著除去這種犧牲層或隔離層使得工藝變得復(fù)雜并且成本高。

發(fā)明內(nèi)容
因此本發(fā)明的目的在于，提供一種用于半導(dǎo)體太陽能電池的制造方法，這種制造方法較為經(jīng)濟且其中降低了處理步驟的數(shù)量。所述目的根據(jù)本發(fā)明的具有權(quán)利要求I的特征的制造方法來實現(xiàn)。本發(fā)明有利的改進方案在各從屬權(quán)利要求中記載。本發(fā)明基于這樣的認知，S卩，可以將由兩個由適當(dāng)?shù)牟煌殡姴牧蠘?gòu)成的介電層組成的鈍化雙層用作確定的處理步驟的隔離層，而不會失去其鈍化特性。為此，首先將由第一介電材料形成的第一介電層施加到半導(dǎo)體基體的表面上。此后，在第一介電層上施加由與第一介電材料不同的第二介電材料形成的第二介電層。在這種制造方法中在施加鈍化雙層之后執(zhí)行的紋理步驟、擴散步驟和/或蝕刻步驟中，所述鈍化雙層相應(yīng)地用作紋理隔離、擴散隔離或蝕刻隔離。半導(dǎo)體基體可以是半導(dǎo)體晶片，也可以是按在一基體上、例如玻璃基體上的薄層的方式制造的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，由這種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)制造太陽能電池。在施加鈍化雙層的兩個介電層之前，可以對半導(dǎo)體基體的表面整面地或局部地進行攙雜。為此，半導(dǎo)體基體的表面例如可以用硼和/或磷進行擴散，或者進行植入。為了對半導(dǎo)體基體的表面進行預(yù)處理，其它的處理有利地包括用于除去可能存在的鋸切損傷(SSgeschiiden)的清潔處理。紋理步驟是用于使光入射側(cè)的太陽能電池表面結(jié)構(gòu)化以便在光吸收時提高效率的處理。紋理步驟例如可以以濕化學(xué)(nasschemisch)的方式執(zhí)行，由此能夠產(chǎn)生棱錐狀的表面結(jié)構(gòu)。但同樣已知干化學(xué)(trockenchemische)的紋理方法,例如等離子體輔助的紋理方法。鈍化雙層可以例如作為背面的鈍化層的同時作為背面的紋理隔離防止無意中對太陽能電池背面的紋理化。在本發(fā)明的范圍內(nèi)，當(dāng)鈍化雙層在常規(guī)的紋理方法中基本上沒有被除去，則鈍化 雙層起到作為紋理隔離的作用。如果紋理步驟利用紋理蝕刻劑執(zhí)行，則鈍化雙層優(yōu)選具有這樣的蝕刻速率，所述蝕刻速率最高約為半導(dǎo)體基體的蝕刻速率的10%，優(yōu)選最高約為2%、更優(yōu)選最高約為0. 5%。例如在紋理步驟中需要蝕刻的材料的蝕刻去除深度通常為I U m至20 ii m,而蝕刻隔離的厚度通常為約50nm至200nm。與此不同，蝕刻步驟通常是用于除去半導(dǎo)體基體表面的表面區(qū)域或表面層的方法。對此的一個例子整面地或選擇性地蝕刻磷硅酸鹽層(基于HF)，所述磷硅酸鹽層在擴散時可以通過POCl3形成。另外的例子包括邊緣絕緣(基于HF/HN03)、損傷蝕刻(用于除去鋸切損傷、激光結(jié)構(gòu)化損傷或類似結(jié)構(gòu))和必要時去除漆層，所述漆層也稱為漆帶(在通過漆料結(jié)構(gòu)化時形成，這基于KOH進行)。還應(yīng)提及，至少在濕化學(xué)紋理步驟中也可以進行表面區(qū)域的去除，從而紋理步驟和蝕刻步驟之間很難進行區(qū)分。例如除去鋸切損傷以及由此在常規(guī)的生成線中必要的除去硅通過紋理步驟順便完成。紋理步驟此時其實是一種非各向同性地進行的蝕刻步驟。對于這種處理鈍化層應(yīng)具有耐抗性。鈍化雙層也可以用作整面的、就是說正面和背面的蝕刻隔離。除此以外或同時，太陽能電池側(cè)面上的鈍化雙層也可以結(jié)構(gòu)化，并在接下來的蝕刻步驟中用作起結(jié)構(gòu)化作用的蝕刻隔離或蝕刻掩膜。在當(dāng)如情況下，當(dāng)純化雙層與半導(dǎo)體基體相比具有最聞約10%、優(yōu)選最聞約為2%、更優(yōu)選最高約為0. 5%的蝕刻速率時，則鈍化雙層用作在蝕刻步驟期間的蝕刻隔離。特別是鈍化雙層在常見的蝕刻溶液中、如5%的氟氫酸(HF)中在室溫下具有最高lnm/s的蝕刻速率，或者在45%的氫氧化鉀(KOH)中在80° C下具有最高lnm/min的蝕刻速率。需要注意的是，KOH與HF不同可以用于蝕刻硅。擴散步驟中，鈍化雙層相應(yīng)地用作擴散隔離。這例如可以這樣來實現(xiàn)，即，擴散隔離足夠厚，使得攙雜不能或不能以有效的濃度穿過擴散隔離到達基體。擴散例如在最高900° C或更高的溫度下進行，從而擴散隔離必須能承受這樣的高溫，而不會損失鈍化作用。第一和第二介電材料可以這樣來選擇，使得由此形成的各介電層分別由于場效應(yīng)作用和/或由于化學(xué)鈍化作用使半導(dǎo)體基體表面鈍化。
在這種制造方法中可能有用的是，在施加第一介電層之前，在半導(dǎo)體基體的表面上施加另一個中間層。同樣可能合理的是，在兩個介電層之間設(shè)置一個或多個另外的中間層。但在優(yōu)選的實施方式中設(shè)定，第一介電層直接施加在半導(dǎo)體基體的表面上和/或第二介電層直接施加在第一介電層上。特別是對于通過第一介電層對表面的化學(xué)鈍化，應(yīng)將第一介電層直接施加在表面上。在有利的改進方案中設(shè)定，第一介電層和/或第二介電層通過薄層法沉積設(shè)置。這種薄層法例如包括沉積法，如CVD (化學(xué)氣相沉積)和PVD (物理氣相沉積)、濺射法、原子層沉積(ALD-atomic layer deposition)或類似方法,其中可以采用帶有或沒有等離子體輔助的沉積法。但采用薄層法不是一定必需的。例如介電層之一或兩個介電層可以通過其他合適的涂覆方法、例如溶膠-凝膠法施加。根據(jù)適宜的實施方式設(shè)定，另外的制造步驟包括灼燒步驟。同時，鈍化雙層本身是穩(wěn)定的，使得鈍化雙層保持其鈍化作用并且接著作為鈍化層和必要時還作為完成的太陽能電池表面上的背面鏡面得以保留。灼燒步驟是一個用于烘烤施加在太陽能電池上的金屬膏 狀物以便產(chǎn)生金屬接觸層的方法步驟。由于鈍化雙層的穩(wěn)定性和堅固性，金屬膏狀物也可以至少部分地施加在鈍化雙層上。在這種實施方式中，鈍化雙層在鈍化雙層上存在或不存在膏狀材料的情況下都能夠承受灼燒步驟。換言之，鈍化雙層是灼燒穩(wěn)定的并且同時是耐抗金屬膏狀物穩(wěn)定的。此外，所述鈍化雙層還確保了鈍化雙層和金屬膏狀物之間足夠的機械附著力。在這種灼燒步驟中最大溫度通常為800到1000攝氏度，并持續(xù)幾秒鐘。優(yōu)選設(shè)定，在施加第一介電層和/或第二介電層時，半導(dǎo)體基體的表面不超過約600° C、優(yōu)選約500° C、更優(yōu)選約400° C的過程溫度。一個或優(yōu)選兩個介電層的施加或沉積在較低溫度下有這樣的優(yōu)點，即，由此節(jié)省工藝成本并同時降低工藝的復(fù)雜性。同時，對于半導(dǎo)體基體和已經(jīng)位于半導(dǎo)體基體上的層或結(jié)構(gòu)提出的機械和物理上的要求較低。在適宜的實施方式中設(shè)定，第一介電材料包括鋁氧化物(特別是Al2O3)或其他金屬氧化物和/或第二介電材料包括氧化硅(Si02)、氮化硅(SiNx)、氮氧化硅(SiOxNy)或碳化硅(SiCx)0這里需要指出的是，一般性的通式SiOxNy通常也包括特定的材料SiOjP SiNx。然而，在不考慮特定材料SiO2和SiNx的情況下，SiOxNy作為介電材料也具有特殊的優(yōu)點。在有利的實施方式中設(shè)定，第一介電材料包括氧化硅、氮化硅、氮氧化硅或碳化硅。根據(jù)優(yōu)選的實施方式設(shè)定，第一介電層和/或第二介電層換雜地施加。這種情況下的施加，例如沉積，使得相應(yīng)的介電層作為攙雜的層沉積在半導(dǎo)體基體表面上。例如為此攙雜物質(zhì)可以摻入反應(yīng)氣體。除此以外，對介電層的攙雜可以在將其施加到所述表面上之后進行。有利地設(shè)定，第二介電層這樣施加，使得所述第二介電層的氫含量為至少1&丨％、優(yōu)選為至少2at%、更優(yōu)選為至少5at%。在施加鈍化雙層之后，必要時在另外的處理步驟中，例如在回火步驟中，氫可以部分地滲入第一介電層并一直到達半導(dǎo)體基體的表面，并在這里用于實現(xiàn)改進的鈍化作用。根據(jù)優(yōu)選的實施方式設(shè)定，鈍化雙層在施加之后進行回火。已經(jīng)證實，第一介電層的鈍化作用和鈍化雙層的鈍化作用一樣，在回火步驟之后明顯改善。導(dǎo)致“激活”鈍化作用的回火步驟優(yōu)選這樣選擇，使得鈍化雙層在氮氣或其他氣體氛圍下經(jīng)受至少300° C的溫度，并持續(xù)至少5分鐘，更優(yōu)選地經(jīng)受至少350° C的溫度，并持續(xù)至少10分鐘，在一個優(yōu)選的實施方式中，經(jīng)受400° C的溫度，持續(xù)時間大于10分鐘。在較高的溫度下，回火步驟的持續(xù)時間也可以縮短?；鼗鸩襟E有利地在約400° C的溫度下持續(xù)約I分鐘或更短。較短的回火步驟是希望的，并且對于激活鈍化作用也是可以實現(xiàn)的。有利地(例如由鋁氧化物組成的)第一介電層的激活隨著第二介電層的沉積就已經(jīng)實現(xiàn)了。—方面，回火步驟有利地用于改進或激活由第一介電層和第二介電層組成的鈍化雙層的鈍化作用。另一方面，第二介電層作為蝕刻隔離的作用可以通過回火步驟改進，其方式是，回火步驟降低了第二介電層在不同的蝕刻溶液中的蝕刻速率。優(yōu)選設(shè)定，鈍化雙層在進一步的制造步驟之前或之后進行結(jié)構(gòu)化處理。鈍化雙層例如可以設(shè)置成背面的鈍化結(jié)構(gòu)。在這種情況下，在鈍化雙層上整面地施加接觸層，所述接觸層通過在鈍化雙層中形成的通孔與太陽能電池半導(dǎo)體基體導(dǎo)電地連接。此外，如果鈍化 雙層作為紋理、蝕刻和/或擴散隔離，鈍化雙層可以進行結(jié)構(gòu)化處理，以便僅在選擇的部分區(qū)域內(nèi)起隔離層的作用。因此，擴散僅通過在鈍化雙層中形成的通孔或通過結(jié)構(gòu)進行。這樣結(jié)構(gòu)化處理的鈍化雙層可以用于制造背面接觸的太陽能電池。


下面根據(jù)實施例參考

本發(fā)明。這里圖I至6示出在太陽能電池根據(jù)優(yōu)選實施例的制造中太陽能電池的不同階段。具體地圖I示出帶有攙雜的表面的半導(dǎo)體基體；圖2示出帶有鈍化雙層的圖I的半導(dǎo)體基體；圖3示出帶有紋理化的正面的圖2的半導(dǎo)體基體；圖4示出在擴散步驟后圖3的半導(dǎo)體基體；圖5示出帶有防反射層的圖4的半導(dǎo)體基體；以及圖6不出具有雙面鍍金屬的完成的半導(dǎo)體基體太陽能電池。圖I至6用橫截面圖示意性示出帶有根據(jù)優(yōu)選實施方式的鈍化雙層的太陽能電池的制造。這里所示的層結(jié)構(gòu)不是按照正確的比例顯示的。
具體實施例方式首先根據(jù)圖I制造半導(dǎo)體基體2。在半導(dǎo)體基體2的表面22上通過擴散或向半導(dǎo)體材料中植入硼構(gòu)成摻雜層21，所述表面是背面的表面。所述摻雜層21是可選的，但可以改進太陽能電池背面的接通?？蛇x地或附加地，整個半導(dǎo)體基體2可以用硼或其他合適的摻雜材料預(yù)摻雜，以便形成以后的太陽能電池的基本半導(dǎo)體。在圖I中示出的半導(dǎo)體基體2是半導(dǎo)體晶片。半導(dǎo)體基體2的基體正面23可以保持沒有進行預(yù)先處理。此外，必要時必須對半導(dǎo)體基體2進行去除鋸切損傷的操作。為此例如可以使用蝕刻溶液。此外，所述晶片可以具有通孔，用于制造EWT (發(fā)射極穿孔卷繞)或MWT (金屬穿孔卷繞)電池，所述通孔例如通過激光輻射法實現(xiàn)。接著向半導(dǎo)體基體2的表面22上沉積第一介電層3和第二介電層4，以便形成鈍化雙層3、4。該方法步驟的結(jié)果在圖2中示出。第一介電層3包括例如Al2O3，而第二介電層4包括SiOxNy。在這種情況下有利的是，第二介電層4具有較高的氫含量。包括SiOxNy的第二介電層4在下面起到用于包括Al2O3的第一介電層3的一種保護層的作用?？蛇x地，也可以選擇相反的層順序。在后面的方法步驟中，在圖6中示出的制造完成的半導(dǎo)體電池I中用作光入射側(cè)的基體正面23通過濕化學(xué)的紋理步驟進行紋理化。這里鈍化雙層3、4用作半導(dǎo)體基體2的背側(cè)表面22的紋理隔離。紋理步驟的結(jié)果在圖3中作為基體正面23上的棱錐結(jié)構(gòu)示意性地示出。圖4中示出，在接下來的擴散步驟中，在紋理化的基體正面23上形成半導(dǎo)體基體2中的擴散層24。這例如可以按氣相擴散通過作為擴散物質(zhì)的三氯氧化磷(POCl3)或三溴化硼(BBr3)來實現(xiàn)，由此擴散層24作為發(fā)射極層起作用。在擴散期間可以存在最高900° C的溫度。摻雜層也可以通過不同于氣相擴散的其他技術(shù)來實現(xiàn)，例如通過利用旋轉(zhuǎn)涂覆(spin-on )或噴涂(spray-on )施加摻雜的玻璃并通過接下來利用激光進行加熱或使摻雜物(Dotanden)滲入。鈍化雙層3、4在擴散步驟期間用作擴散隔離，以便保護半導(dǎo)體基體2的背面的表面22不受擴散影響。 在擴散步驟期間，形成由磷硅酸鹽玻璃(PSG)組成的層，所述層必須利用接下來的蝕刻步驟除去。這可以濕化學(xué)的或借助于等離子體輔助的蝕刻法實現(xiàn)。作為蝕刻溶液例如考慮采用基于HF的溶液。如圖5所示，在基體正面23的擴散層24上沉積正面的例如由氮化硅組成的防反射層6。最后，例如整面地或通過絲網(wǎng)印刷或類似的涂覆方法在正面和/或背面施加金屬膏狀物并接著對半導(dǎo)體太陽能電池I執(zhí)行灼燒步驟，由此觸點接通這樣制造的半導(dǎo)體太陽能電池I。以這種方式形成正面金屬化結(jié)構(gòu)7作為發(fā)射極觸點，并形成背面金屬化結(jié)構(gòu)8作為基極觸點。背面金屬化結(jié)構(gòu)8通過在鈍化雙層3、4中形成的通孔5與半導(dǎo)體基體2導(dǎo)電連接。鈍化雙層3、4的介電層3、4在這種情況下應(yīng)這樣選擇，使得即使在這種灼燒步驟之后仍保持鈍化作用。附圖標記列表I 半導(dǎo)體太陽能電池2 半導(dǎo)體基體21 摻雜層22 半導(dǎo)體基體的表面23 基體正面24 擴散層3 第一介電層4 第二介電層5 通孔6 防反射層7 正面金屬化結(jié)構(gòu)8 背面金屬化結(jié)構(gòu)
權(quán)利要求
1.半導(dǎo)體太陽能電池(I)的制造方法，包括以下步驟 制備半導(dǎo)體太陽能電池(I)的半導(dǎo)體基體(2)； 在半導(dǎo)體基體(2)的表面(22)上形成鈍化雙層(3、4)，其方式是，向半導(dǎo)體基體(2)的表面(22)上施加由第一介電材料形成的第一介電層(3)和向第一介電層(3)上施加由不同于第一介電材料的第二介電材料形成的第二介電層(4);以及 另外的制造步驟包括以下處理步驟中的至少一個、兩個或三個紋理步驟、擴散步驟和蝕刻步驟，鈍化雙層(3、4)在所述另外的制造步驟中起隔離層的作用并保護直接位于其下面的半導(dǎo)體基體(2)，鈍化雙層(3、4)在制造完成的半導(dǎo)體太陽能電池(I)中用作鈍化層。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的制造方法，其特征在于，第一介電層(3)直接施加在半導(dǎo)體基體(2)的表面(22)上和/或第二介電層(4)直接施加在第一介電層(3)上。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的制造方法，其特征在于，第一介電層(3)和/或第二介電 層(4)通過薄層法沉積。
4.根據(jù)上述權(quán)利要求中任意一項所述的制造方法，其特征在于，所述另外的制造步驟包括灼燒步驟，鈍化雙層(3、4 )在灼燒步驟中保持其鈍化作用。
5.根據(jù)上述權(quán)利要求中任意一項所述的制造方法，其特征在于，在施加第一介電層(3)和/或第二介電層(4)時，半導(dǎo)體基體(2)的表面(22)不超過約600° C、優(yōu)選約500° C、更優(yōu)選約400° C的過程溫度。
6.根據(jù)上述權(quán)利要求中任意一項所述的制造方法，其特征在于，第一介電材料包括鋁氧化物或其他金屬氧化物和/或第二介電材料包括氧化硅、氮化硅、氮氧化硅或碳化硅。
7.根據(jù)權(quán)利要求I至5中任意一項所述的制造方法，其特征在于，第一介電材料包括氧化硅、氮化硅、氮氧化硅或碳化硅。
8.根據(jù)上述權(quán)利要求中任意一項所述的制造方法，其特征在于，第一介電層(3)和/或第二介電層(4 )帶摻雜地施加。
9.根據(jù)上述權(quán)利要求中任意一項所述的制造方法，其特征在于，第二介電層(4)這樣施加，使得第二介電層(4)的氫含量為至少lat%、優(yōu)選為至少2at%、更優(yōu)選為至少5at%。
10.根據(jù)上述權(quán)利要求中任意一項所述的制造方法，其特征在于，在施加后對鈍化雙層(3、4)進行回火。
11.根據(jù)上述權(quán)利要求中任意一項所述的制造方法，其特征在于，在所述另外的制造步驟之前或之后對鈍化雙層(3、4)進行結(jié)構(gòu)化處理。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體太陽能電池(1)的制造方法，包括以下步驟制備半導(dǎo)體太陽能電池(1)的半導(dǎo)體基體(2)；在半導(dǎo)體基體(2)的表面(22)上形成鈍化雙層(3、4)，其方式是，向半導(dǎo)體基體(2)的表面(22)上施加由第一介電材料形成的第一介電層(3)和向第一介電層(3)上施加由不同于第一介電材料的第二介電材料形成的第二介電層(4)；以及另外的制造步驟，包括以下處理步驟中的至少一個、兩個或三個紋理步驟、擴散步驟和蝕刻步驟，其中，鈍化雙層(3、4)在所述另外的制造步驟中作為隔離層并保護直接位于鈍化雙層下面的半導(dǎo)體基體(2)，并且其中，鈍化雙層(3、4)在制造完成的半導(dǎo)體太陽能電池(1)中用作鈍化層。
文檔編號H01L31/18GK102822987SQ201180014551
公開日2012年12月12日 申請日期2011年2月28日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月24日
發(fā)明者P·恩格萊哈特, R·塞根, M·埃德曼 申請人:Q電池歐洲公司