專利名稱：一種背電極太陽能電池結(jié)構(gòu)及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及太陽能電池，特別涉及一種背電極太陽能電池結(jié)構(gòu)及其制造方法。
背景技術(shù)：
目前，最典型的太陽能電池制造方法之一是采用雙面電極方案，即從硅片兩面，分別為P型和N型摻雜區(qū)之上引出電極的太陽能電池制造方案。這種方案所具有的特點(diǎn)是: 使用P型襯底硅片，在表面做N型摻雜形成PN結(jié)，工藝簡(jiǎn)單，制造成本低，但轉(zhuǎn)換效率也較低。為了提高太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率，人們又提出了多種改善方案，其中一種方案是背電極太陽能電池制造方案，該方案所具有的特點(diǎn)是采用N型襯底硅片，在硅片背面一側(cè)做P型和N型摻雜，形成PN結(jié)，并從該側(cè)的P型區(qū)和N型區(qū)分別引出電極，這種方案的工藝會(huì)較為復(fù)雜一些，制造成本也較高，但其轉(zhuǎn)換效率更高，從綜合因素來看更具競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。然而，這種背電極太陽能電池的襯底摻雜濃度相對(duì)較高，少子壽命會(huì)相對(duì)較短，太陽光照射下在硅片中產(chǎn)生的光生載流子，在到達(dá)硅片背面形成的PN結(jié)勢(shì)壘區(qū)之前，更容易產(chǎn)生復(fù)合，從而影響轉(zhuǎn)換效率。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明提供一種背電極太陽能電池結(jié)構(gòu)及其制造方法。即在常規(guī)背電極太陽能電池方案的基礎(chǔ)上，通過在襯底硅片的背面一側(cè)摻入與襯底硅片具有相同導(dǎo)電類型的雜質(zhì)，形成第一半導(dǎo)體區(qū)域；通過在不同區(qū)域摻入與襯底硅片具有相反導(dǎo)電類型的雜質(zhì)形成第二半導(dǎo)體區(qū)域，和摻入與襯底硅片具有相同導(dǎo)電類型的雜質(zhì)形成第三半導(dǎo)體區(qū)域，且第二半導(dǎo)體區(qū)域和第三半導(dǎo)體區(qū)域交替分布在第一半導(dǎo)體區(qū)域的表層，第二半導(dǎo)體區(qū)域與第一半導(dǎo)體區(qū)域之間形成PN結(jié)，之后再完成該電池的其它工藝。 這種結(jié)構(gòu)既可以通過采用更低摻雜濃度的襯底硅片以降低襯底材料中光生載流子的復(fù)合， 也可以通過背面PN結(jié)下?lián)诫s形成較低電阻率的第一半導(dǎo)體區(qū)域來改善電池的串聯(lián)電阻等特性，從而可以提高太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率。本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)上述目的所采取的技術(shù)方案是一種背電極太陽能電池結(jié)構(gòu)，包括單晶襯底硅片，其特征在于在單晶襯底硅片背面一側(cè)形成與單晶襯底硅片具有相同導(dǎo)電類型的第一半導(dǎo)體區(qū)域；在第一半導(dǎo)體區(qū)域內(nèi)形成與單晶襯底硅片具有相反導(dǎo)電類型的第二半導(dǎo)體區(qū)域，在第一半導(dǎo)體區(qū)域內(nèi)形成與單晶襯底硅片具有相同導(dǎo)電類型的第三半導(dǎo)體區(qū)域，第二半導(dǎo)體區(qū)域和第三半導(dǎo)體區(qū)域交替分布在第一半導(dǎo)體區(qū)域的表層，第二半導(dǎo)體區(qū)域與第一半導(dǎo)體區(qū)域之間形成PN結(jié)；P極金屬電極和N極金屬電極與第二半導(dǎo)體區(qū)域和第三半導(dǎo)體區(qū)域之間分別通過絕緣介質(zhì)膜隔離，絕緣介質(zhì)膜在第二半導(dǎo)體區(qū)域和第三半導(dǎo)體區(qū)域的電極引出區(qū)開孔，P極金屬電極通過開孔與第二半導(dǎo)體區(qū)域形成歐姆接觸，N極金屬電極通過開孔與第三半導(dǎo)體區(qū)域形成歐姆接觸；在單晶襯底硅片表面一側(cè)加工有金字塔狀或者倒金字塔狀的絨面，絨面內(nèi)形成與單晶襯底硅片具有相同導(dǎo)電類型的第四半導(dǎo)體區(qū)域，絨面之上有減反射膜。
一種背電極太陽能電池結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征在于具有以下步驟
(一)、準(zhǔn)備單晶襯底硅片，通過高溫?cái)U(kuò)散摻雜，或者通過化學(xué)汽相淀積方法在硅片表層形成雜質(zhì)源，以高溫推進(jìn)方法摻雜，在單晶襯底硅片的背面一側(cè)形成與單晶襯底硅片具有相同導(dǎo)電類型的第一半導(dǎo)體區(qū)域；
(二)、在第一半導(dǎo)體區(qū)域內(nèi)，通過高溫?cái)U(kuò)散，熱氧化和濕法腐蝕方法，或者通過離子注入與退火方法，或者通過磷玻璃化學(xué)汽相淀積、硼玻璃化學(xué)汽相淀積與高溫推進(jìn)方法，或者它們的組合方法，摻入與單晶襯底硅片具有相反導(dǎo)電類型的雜質(zhì)，形成第二半導(dǎo)體區(qū)域，和摻雜與單晶襯底硅片具有相同導(dǎo)電類型的雜質(zhì)，形成第三半導(dǎo)體區(qū)域，第二半導(dǎo)體區(qū)域和第三半導(dǎo)體區(qū)域交替分布在第一半導(dǎo)體區(qū)域的表層，第二半導(dǎo)體區(qū)域與第一半導(dǎo)體區(qū)域之間形成PN結(jié)；之后完成絕緣介質(zhì)膜的淀積和開孔，并形成分離的P極金屬電極和N極金屬電極，P極金屬電極通過開孔與第二半導(dǎo)體區(qū)域形成歐姆接觸，N極金屬電極通過開孔與第三半導(dǎo)體區(qū)域形成歐姆接觸；
(三)、在單晶襯底硅片表面一側(cè)，以化學(xué)腐蝕方法制作出金字塔狀或者倒金字塔狀絨面；通過高溫?cái)U(kuò)散、或者通過化學(xué)汽相淀積方法在絨面表層形成雜質(zhì)源，以高溫推進(jìn)方法摻雜，在絨面內(nèi)摻入與單晶襯底硅片具有相同導(dǎo)電類型的雜質(zhì)，形成第四半導(dǎo)體區(qū)域；在絨面之上淀積一層氮化硅絕緣介質(zhì)膜，或者形成由氧化硅絕緣介質(zhì)膜和氮化硅絕緣介質(zhì)膜構(gòu)成的復(fù)合薄膜，作為減反射膜。本發(fā)明所產(chǎn)生的有益效果是本發(fā)明公開的背電極太陽能電池結(jié)構(gòu)及其制造方法可以進(jìn)一步提高太陽能電池的光-電轉(zhuǎn)換效率，從而降低發(fā)電總體成本，提升產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力。


圖1是本發(fā)明中通過化學(xué)汽相淀積與高溫推進(jìn)方法，或者離子注入方法摻雜形成第二半導(dǎo)體區(qū)域和第三半導(dǎo)體區(qū)域的電池結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明中通過高溫?cái)U(kuò)散方法摻雜形成第二半導(dǎo)體區(qū)域和第三半導(dǎo)體區(qū)域的電池結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明參照?qǐng)D1和圖2，一種背電極太陽能電池結(jié)構(gòu)包括單晶襯底硅片101，在單晶襯底硅片101背面一側(cè)形成與單晶襯底硅片101 具有相同導(dǎo)電類型的第一半導(dǎo)體區(qū)域201 ；在第一半導(dǎo)體區(qū)域201內(nèi)形成與單晶襯底硅片 101具有相反導(dǎo)電類型的第二半導(dǎo)體區(qū)域301，在第一半導(dǎo)體區(qū)域201內(nèi)形成與單晶襯底硅片101具有相同導(dǎo)電類型的第三半導(dǎo)體區(qū)域302，第二半導(dǎo)體區(qū)域301和第三半導(dǎo)體區(qū)域 302交替分布在第一半導(dǎo)體區(qū)域201的表層，第二半導(dǎo)體區(qū)域301與第一半導(dǎo)體區(qū)域201之間形成PN結(jié)；P極金屬電極801和N極金屬電極802與第二半導(dǎo)體區(qū)域301和第三半導(dǎo)體區(qū)域302之間分別通過絕緣介質(zhì)膜401隔離，絕緣介質(zhì)膜401在第二半導(dǎo)體區(qū)域301和第三半導(dǎo)體區(qū)域302的電極弓丨出區(qū)開孔，P極金屬電極801通過開孔與第二半導(dǎo)體區(qū)域301形成歐姆接觸，N極金屬電極802通過開孔與第三半導(dǎo)體區(qū)域302形成歐姆接觸；在單晶襯底硅片101表面一側(cè)加工有金字塔狀或者倒金字塔狀絨面501，絨面501內(nèi)形成與單晶襯底硅片101具有相同導(dǎo)電類型的第四半導(dǎo)體區(qū)域601，絨面501之上有減反射膜701。
實(shí)施例1 如圖1所示，一種背電極太陽能電池結(jié)構(gòu)的制造方法可以按如下步驟實(shí)現(xiàn)
(1)、準(zhǔn)備電阻率在30-50ohm.cm的高電阻率N型單晶襯底硅片101，通過高溫磷擴(kuò)散方法，或者通過磷玻璃的化學(xué)汽相淀積與高溫推進(jìn)方法，或者通過磷離子注入方法，在單晶襯底硅片的背面一側(cè)摻雜形成與單晶襯底硅片101具有相同導(dǎo)電類型，且雜質(zhì)濃度在 1x1016 5X1018cm-3，深度在5 10微米的第一半導(dǎo)體區(qū)域201 ；
(2)、在第一半導(dǎo)體區(qū)域201內(nèi)，通過磷玻璃化學(xué)汽相淀積，氧化硅或者氮化硅化學(xué)汽相淀積，絲網(wǎng)印刷，腐蝕與去膠，硼玻璃化學(xué)汽相淀積以及高溫推進(jìn)方法，或者通過磷離子注入，硼離子注入以及退火方法，摻雜形成交替分布的，雜質(zhì)濃度在lxl01iT5X1020Cm-3，深度在2、微米的第二半導(dǎo)體區(qū)域301和第三半導(dǎo)體區(qū)域302 ；
(3)、在單晶襯底硅片101表面一側(cè)，通過化學(xué)腐蝕制作出金字塔狀的絨面501，或者通過絲網(wǎng)印刷制作出倒金字塔狀絨面501 ；之后通過高溫磷擴(kuò)散方法，或者通過磷玻璃的化學(xué)汽相淀積與高溫推進(jìn)方法，或者通過磷離子注入與退火方法，在絨面501內(nèi)形成與單晶襯底硅片101具有相同導(dǎo)電類型，且雜質(zhì)濃度在lX1017 lX1019cm-3，深度在0. 1-1微米的第四半導(dǎo)體區(qū)域601 ；在絨面501上淀積一層氮化硅絕緣介質(zhì)膜，或者形成由氧化硅絕緣介質(zhì)膜和氮化硅絕緣介質(zhì)膜構(gòu)成的復(fù)合薄膜，作為減反射膜701 ；
(4)、在單晶襯底硅片101背面第二半導(dǎo)體區(qū)域301和第三半導(dǎo)體區(qū)域302之上，生長或者淀積氧化硅絕緣介質(zhì)膜，或者氮化硅絕緣介質(zhì)膜，或者二者的組合，形成絕緣介質(zhì)膜 401 ；并以絲網(wǎng)印刷，腐蝕與去膠工藝，分別在第二半導(dǎo)體區(qū)域301和第三半導(dǎo)體區(qū)域302之上將絕緣介質(zhì)膜401開孔；之后在絕緣介質(zhì)膜401之上以物理氣相淀積的方法淀積金屬，絲網(wǎng)印刷，腐蝕金屬與去膠，或者直接絲網(wǎng)印刷金屬，之后電鍍銅，形成分離的P極金屬電極 801和N極金屬電極802，P極金屬電極801通過開孔與第二半導(dǎo)體區(qū)域301形成歐姆接觸， N極金屬電極802通過開孔與第三半導(dǎo)體區(qū)域302形成歐姆接觸。實(shí)施例2 如圖2所示，一種背電極太陽能電池結(jié)構(gòu)的制造方法可以按如下步驟實(shí)現(xiàn)
(1)、準(zhǔn)備電阻率在30-50ohm.cm的高電阻率N型單晶襯底硅片101，通過高溫磷擴(kuò)散方法，或者通過磷玻璃的化學(xué)汽相淀積與高溫推進(jìn)方法，或者通過磷離子注入方法，在單晶襯底硅片101的背面一側(cè)摻雜形成與單晶襯底硅片具有相同導(dǎo)電類型，且雜質(zhì)濃度在 1x1016 5X1018cm-3，深度在5 10微米的第一半導(dǎo)體區(qū)域201 ；
(2)、在第一半導(dǎo)體區(qū)域201內(nèi)，通過高溫硼擴(kuò)散，氧化，腐蝕和高溫磷擴(kuò)散方法，摻雜形成交替分布的，雜質(zhì)濃度在lX1019 5X1020cm-3，深度在2、微米的第二半導(dǎo)體區(qū)域301 和第三半導(dǎo)體區(qū)域302 ；
(3)、在單晶襯底硅片101表面一側(cè)，通過化學(xué)腐蝕制作出金字塔狀，或者通過絲網(wǎng)印刷制作出倒金字塔狀絨面501 ；之后通過高溫磷擴(kuò)散方法，或者通過磷玻璃的化學(xué)汽相淀積與高溫推進(jìn)方法，或者通過磷離子注入與退火方法，在絨面501內(nèi)形成與單晶襯底硅片 101具有相同導(dǎo)電類型，且雜質(zhì)濃度在lX1017 lX1019cm-3，深度在0. 1-1微米的第四半導(dǎo)體區(qū)域601 ；在絨面501之上淀積一層氮化硅絕緣介質(zhì)膜，或者形成由氧化硅絕緣介質(zhì)膜和氮化硅絕緣介質(zhì)膜構(gòu)成的復(fù)合薄膜，作為減反射膜701 ；
(4)、在單晶襯底硅片101背面第二半導(dǎo)體區(qū)域301和第三半導(dǎo)體區(qū)域302之上，生長或者淀積氧化硅絕緣介質(zhì)膜，或者氮化硅絕緣介質(zhì)膜，或者二者的組合，形成絕緣介質(zhì)膜 401 ；并以絲網(wǎng)印刷，腐蝕與去膠工藝，分別在第二半導(dǎo)體區(qū)域301和第三半導(dǎo)體區(qū)域302之上將絕緣介質(zhì)膜401開孔；之后在絕緣介質(zhì)膜之上以物理氣相淀積的方法淀積金屬，絲網(wǎng)印刷，腐蝕金屬與去膠，或者直接絲網(wǎng)印刷金屬，之后電鍍銅，形成分離的P極金屬電極801 和N極金屬電極802，P極金屬電極801通過開孔與第二半導(dǎo)體區(qū)域301形成歐姆接觸，N 極金屬電極802通過開孔與第三半導(dǎo)體區(qū)域302形成歐姆接觸。
權(quán)利要求
1.一種背電極太陽能電池結(jié)構(gòu)，包括單晶襯底硅片(101)，其特征在于在單晶襯底硅片(101)背面一側(cè)形成與單晶襯底硅片(101)具有相同導(dǎo)電類型的第一半導(dǎo)體區(qū)域(201); 在第一半導(dǎo)體區(qū)域(201)內(nèi)形成與單晶襯底硅片(101)具有相反導(dǎo)電類型的第二半導(dǎo)體區(qū)域(301)，在第一半導(dǎo)體區(qū)域(201)內(nèi)形成與單晶襯底硅片(101)具有相同導(dǎo)電類型的第三半導(dǎo)體區(qū)域(302)，第二半導(dǎo)體區(qū)域(301)和第三半導(dǎo)體區(qū)域(302)交替分布在第一半導(dǎo)體區(qū)域(201)的表層，第二半導(dǎo)體區(qū)域(301)與第一半導(dǎo)體區(qū)域(201)之間形成PN結(jié)；P極金屬電極(801)和N極金屬電極(802)與第二半導(dǎo)體區(qū)域(301)和第三半導(dǎo)體區(qū)域(302)之間分別通過絕緣介質(zhì)膜(401)隔離，絕緣介質(zhì)膜(401)在第二半導(dǎo)體區(qū)域(301)和第三半導(dǎo)體區(qū)域(302)的電極引出區(qū)開孔，P極金屬電極(801)通過第二半導(dǎo)體區(qū)域(301)的電極引出區(qū)開孔與第二半導(dǎo)體區(qū)域(301)歐姆接觸，N極金屬電極(802)通過第三半導(dǎo)體區(qū)域(302) 的電極引出區(qū)開孔與第三半導(dǎo)體區(qū)域(302)歐姆接觸；在單晶襯底硅片(101)表面一側(cè)加工有金字塔狀或者倒金字塔狀的絨面(501)，絨面(501)內(nèi)形成有與單晶襯底硅片(101)具有相同導(dǎo)電類型的第四半導(dǎo)體區(qū)域(601)，絨面(501)之上有減反射膜(701)。
2.一種背電極太陽能電池結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征在于具有以下步驟(一)、準(zhǔn)備單晶襯底硅片，通過高溫?cái)U(kuò)散摻雜，或者通過化學(xué)汽相淀積方法在硅片表層形成雜質(zhì)源，以高溫推進(jìn)方法摻雜，在單晶襯底硅片的背面一側(cè)形成與單晶襯底硅片具有相同導(dǎo)電類型的第一半導(dǎo)體區(qū)域；(二)、在第一半導(dǎo)體區(qū)域內(nèi)，通過高溫?cái)U(kuò)散，熱氧化和濕法腐蝕方法，或者通過離子注入與退火方法，或者通過磷玻璃化學(xué)汽相淀積、硼玻璃化學(xué)汽相淀積與高溫推進(jìn)方法，或者它們的組合方法，摻入與單晶襯底硅片具有相反導(dǎo)電類型的雜質(zhì)，形成第二半導(dǎo)體區(qū)域，和摻雜與單晶襯底硅片具有相同導(dǎo)電類型的雜質(zhì)，形成第三半導(dǎo)體區(qū)域，第二半導(dǎo)體區(qū)域和第三半導(dǎo)體區(qū)域交替分布在第一半導(dǎo)體區(qū)域的表層，第二半導(dǎo)體區(qū)域與第一半導(dǎo)體區(qū)域之間形成PN結(jié)；之后完成絕緣介質(zhì)膜的淀積和開孔，并形成分離的P極金屬電極和N極金屬電極，P極金屬電極通過開孔與第二半導(dǎo)體區(qū)域形成歐姆接觸，N極金屬電極通過開孔與第三半導(dǎo)體區(qū)域形成歐姆接觸；(三)、在單晶襯底硅片表面一側(cè)，以化學(xué)腐蝕方法制作出金字塔狀或者倒金字塔狀的絨面；通過高溫?cái)U(kuò)散、或者通過化學(xué)汽相淀積方法在絨面表層形成雜質(zhì)源，以高溫推進(jìn)方法摻雜，絨面內(nèi)摻入與單晶襯底硅片具有相同導(dǎo)電類型的雜質(zhì)，形成第四半導(dǎo)體區(qū)域；絨面之上淀積一層氮化硅絕緣介質(zhì)膜，或者形成由氧化硅絕緣介質(zhì)膜和氮化硅絕緣介質(zhì)膜構(gòu)成的復(fù)合薄膜，作為減反射膜。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種背電極太陽能電池結(jié)構(gòu)及其制造方法。該背電極太陽能電池采用單晶襯底硅片，在硅片背面一側(cè)通過摻雜形成與襯底硅片具有相同導(dǎo)電類型的第一半導(dǎo)體區(qū)域；與襯底硅片具有相反導(dǎo)電類型的第二半導(dǎo)體區(qū)域和與襯底硅片具有相同導(dǎo)電類型的第三半導(dǎo)體區(qū)域，交替形成在第一半導(dǎo)體區(qū)域內(nèi)，第二半導(dǎo)體區(qū)域與第一半導(dǎo)體區(qū)域間形成PN結(jié)；金屬電極分別從第二、第三半導(dǎo)體區(qū)域的電極引出區(qū)引出并與引出區(qū)形成歐姆接觸；在硅片的表面一側(cè)加工出絨面，通過摻雜形成與襯底硅片具有相同導(dǎo)電類型的第四半導(dǎo)體區(qū)域，絨面上覆蓋減反射膜。該結(jié)構(gòu)及其制造方法可以減少襯底硅片體內(nèi)載流子的復(fù)合，提高電池的轉(zhuǎn)換效率，制造過程簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)。
文檔編號(hào)H01L31/18GK102437211SQ20111040079
公開日2012年5月2日 申請(qǐng)日期2011年12月6日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月6日
發(fā)明者叢培金, 杜春倩, 沈浩平, 王云峰, 王志剛, 饒祖剛 申請(qǐng)人:天津中環(huán)半導(dǎo)體股份有限公司