專(zhuān)利名稱(chēng)：用于局部高摻雜和接通是太陽(yáng)能電池或太陽(yáng)能電池前體的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種根據(jù)權(quán)利要求I的上位概念所述的用于局部高摻雜和接通半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的方法，所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)是太陽(yáng)能電池或太陽(yáng)能電池前體并且具有基區(qū)摻雜類(lèi)型的娃半導(dǎo)體襯底。
背景技術(shù)：
在基于硅半導(dǎo)體襯底的光伏太陽(yáng)能電池中已經(jīng)研究出許多方法用來(lái)一方面在將入射的電磁輻射轉(zhuǎn)換為電能時(shí)達(dá)到高效率并且另一方面實(shí)現(xiàn)低成本的工業(yè)生產(chǎn)。尤其是在發(fā)射極和由此分離所產(chǎn)生的載流子對(duì)的pn結(jié)構(gòu)造在太陽(yáng)能電池的用于光入射的正面區(qū)域上或中的太陽(yáng)能電池中，基區(qū)的電接通通常借助設(shè)置在背面的金屬的接通層來(lái)進(jìn)行，所述接通層與半導(dǎo)體襯底導(dǎo)電連接。其中，要達(dá)到高效率，有效的背面鈍化、即尤其是在半導(dǎo)體 襯底的背面的表面區(qū)域中實(shí)現(xiàn)少數(shù)載流子的低表面復(fù)合速度以及實(shí)現(xiàn)低接觸電阻的接通，就具有重要意義。已知這樣的太陽(yáng)能電池結(jié)構(gòu)，其中，半導(dǎo)體襯底的背面基本上整面地被氮化硅或二氧化硅層覆蓋，從而實(shí)現(xiàn)了低表面復(fù)合速度。僅在點(diǎn)接觸上鈍化層點(diǎn)狀斷開(kāi)并形成與金屬接通層的導(dǎo)電連接。通過(guò)在點(diǎn)接觸區(qū)域中的局部高摻雜實(shí)現(xiàn)效率的提高，因?yàn)橥ㄟ^(guò)局部高摻雜可降低背面的復(fù)合并且附加地減小金屬的接通層與半導(dǎo)體襯底之間的接觸電阻。這種太陽(yáng)能電池結(jié)構(gòu)例如是PERL結(jié)構(gòu)(鈍化發(fā)射極passivated emitter, rear locallydefused)，如 J. Benick, B. Hoex, G. Dingemans, A. Richter, M. Hermle 和 S. ff. Glunz 在“具有正面硼發(fā)射極的高效n型硅太陽(yáng)能電池”，24屆歐洲光伏太陽(yáng)能會(huì)議記錄(德國(guó)漢堡)，2009中所說(shuō)明的。這種允許背面接通以便達(dá)到高效率的結(jié)構(gòu)在制造時(shí)除了附加的用于實(shí)現(xiàn)高摻雜區(qū)域的擴(kuò)散外還需要幾個(gè)額外的光刻步驟，因而這種太陽(yáng)能電池結(jié)構(gòu)的工業(yè)實(shí)施并不實(shí)用或至少意味著非常高的成本。一種背面上復(fù)合速度較低的太陽(yáng)能電池結(jié)構(gòu)可由HIT結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)，其與PERL結(jié)構(gòu)相比能夠?qū)崿F(xiàn)更加簡(jiǎn)單的工業(yè)實(shí)施。在EP I 187 223Α2和Μ. Taguchi, Y. Tsunomura,
H.Inoue, S. Taira, T. Nakashima, T. Baba, H. Sakata 和 E. Maruyama 的“薄(< 10 μ m)娃晶片上的高效HIT太陽(yáng)能電池”，24屆歐洲光伏太陽(yáng)能會(huì)議記錄(德國(guó)漢堡)，2009中介紹了所述HIT結(jié)構(gòu)。在HIT太陽(yáng)能電池的背面上構(gòu)造異質(zhì)結(jié)，其方式是在硅半導(dǎo)體襯底的背面上鍍敷一個(gè)層結(jié)構(gòu)，其包括一個(gè)薄的非晶硅本征層、一個(gè)薄的非晶硅摻雜層和一種透明的傳導(dǎo)的氧化物。非晶硅本征層確保背面的高效鈍化，進(jìn)而確保了少數(shù)載流子的低復(fù)合速度。但同時(shí)該層必須足夠薄，以便能夠通過(guò)通道過(guò)程使得載流子被傳送進(jìn)入位于其上的非晶硅摻雜層中。由此，對(duì)非晶硅層的層厚度和質(zhì)量的要求、特別是在鍍敷所述層時(shí)對(duì)層厚度以及材料質(zhì)量的精確度方面的要求非常高。只有確保了這些高要求，才可借助該太陽(yáng)能電池設(shè)計(jì)方案實(shí)現(xiàn)高效率。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的根本任務(wù)在于提供一種用于局部高摻雜和接通半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的方法，所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)是太陽(yáng)能電池或太陽(yáng)能電池前體并且具有基區(qū)摻雜類(lèi)型的硅半導(dǎo)體襯底。該方法擬實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的局部高摻雜和接通，該半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)能夠制造高效率的太陽(yáng)能電池，此外與已知的方法相比技術(shù)投入較低，由此可在工業(yè)上得以實(shí)施且成本較低。該任務(wù)通過(guò)根據(jù)權(quán)利要求I的方法得以解決。所述方法的優(yōu)選構(gòu)型在權(quán)利要求2至15中給出。根據(jù)本發(fā)明的方法用于局部高摻雜和接通半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)是太陽(yáng)能電池或太陽(yáng)能電池前體。所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)具有基區(qū)摻雜類(lèi)型的硅半導(dǎo)體襯底。摻雜類(lèi)型在此是指η型摻雜或與此相反的P型摻雜。根據(jù)本發(fā)明的方法既可用于具有η型摻雜基區(qū)的太陽(yáng)能電池，又可用于具有P型摻雜基區(qū)的太陽(yáng)能電池。 高摻雜和接通以下述方式進(jìn)行在半導(dǎo)體襯底的接通面上的半導(dǎo)體襯底中制造多個(gè)基區(qū)摻雜類(lèi)型的局部高摻雜區(qū)域并且在接通面上或者在一個(gè)或多個(gè)完全或部分覆蓋接通面的中間層上鍍敷一個(gè)金屬的接通層，以便在所述高摻雜區(qū)域上在接通層與半導(dǎo)體襯底之間形成導(dǎo)電連接。重要的是，根據(jù)本發(fā)明的方法包括下述步驟在方法步驟A中形成一個(gè)覆蓋半導(dǎo)體襯底的接通面的層結(jié)構(gòu)。所述層結(jié)構(gòu)包括一個(gè)摻雜層，其含有基區(qū)摻雜類(lèi)型的摻雜物。所述摻雜層構(gòu)造為非晶硅層或碳含量小于10原子百分比(at%)的非晶碳化硅層。因此，非晶摻雜層的主要組成成分是硅以及基區(qū)摻雜類(lèi)型的摻雜物和/或碳。原子百分比的說(shuō)明在此以及在后文中-如同其在該領(lǐng)域中通常所表示的-總是指晶體硅的參考原子密度(100at% )，因?yàn)椴恢莱练e層的準(zhǔn)確的原子密度。此外，層結(jié)構(gòu)還包括一個(gè)反射層。這樣構(gòu)造該反射層，使得其至少在SOOnm和1200nm之間的波長(zhǎng)范圍內(nèi)具有小于半導(dǎo)體襯底折射率nHS的折射率ηκ。從半導(dǎo)體襯底的接通面起，在層順序中摻雜層位于反射層前面。在方法步驟B中，在多個(gè)區(qū)上對(duì)層結(jié)構(gòu)和位于其下的半導(dǎo)體襯底的表面進(jìn)行局部加熱，以便形成局部高摻雜區(qū)域。這樣進(jìn)行局部加熱在局部加熱的區(qū)域上分別局部地形成至少由層結(jié)構(gòu)的摻雜層和接通面上的半導(dǎo)體襯底的部分區(qū)域構(gòu)成的熔化混合物。在該熔化混合物冷卻和凝固時(shí)，在接通面上的半導(dǎo)體襯底中形成至少由摻雜層的摻雜物相對(duì)于半導(dǎo)體襯底的基區(qū)摻雜更重?fù)诫s的高摻雜區(qū)域。在方法步驟C中鍍敷一個(gè)金屬的接通層，以便在高摻雜區(qū)域上在半導(dǎo)體襯底與接通層之間形成導(dǎo)電連接。因此由根據(jù)本發(fā)明的方法所形成的局部高摻雜和接通的優(yōu)點(diǎn)在于通過(guò)在接通面上鍍敷層結(jié)構(gòu)來(lái)進(jìn)行半導(dǎo)體襯底的接通面的電鈍化，進(jìn)而由此實(shí)現(xiàn)了接通面上表面復(fù)合速度的降低。此外，通過(guò)摻雜層的局部熔化可在多個(gè)區(qū)域上進(jìn)行半導(dǎo)體襯底的局部高摻雜，其中，電接通通過(guò)在高摻雜區(qū)域上在半導(dǎo)體襯底與接通層之間形成導(dǎo)電連接來(lái)進(jìn)行，由此，如上所述地進(jìn)一步降低了接通面上的總復(fù)合以及接通面上的總接觸電阻。此外還具有如下優(yōu)點(diǎn)在反射層和金屬的接通層的共同作用下至少在SOOnm至120nm之間的波長(zhǎng)范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)了接通面上的反射增強(qiáng)，使得尤其是該波長(zhǎng)范圍中的電磁輻射被反射回半導(dǎo)體襯底中，另由此進(jìn)一步提高太陽(yáng)能電池的光效率及其效率。根據(jù)本發(fā)明的方法的優(yōu)點(diǎn)還在于無(wú)需光刻步驟，并且可采用已知的、可工業(yè)實(shí)施的方法來(lái)實(shí)施根據(jù)本發(fā)明的方法。所述層的鍍敷可整面地進(jìn)行，由此尤其是無(wú)需任何高成本的掩蔽步驟。此外，能夠通過(guò)已知的方法、尤其是CVD (化學(xué)氣相沉積法)、如PECVD (等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積法)或通過(guò)PVD (物理氣相沉積法)、如濺射來(lái)制造所述層，為此已經(jīng)存在用于工業(yè)實(shí)施的裝置和工藝參數(shù)。尤其是層結(jié)構(gòu)的局部加熱構(gòu)成了一個(gè)成本低廉且可以簡(jiǎn)單方式實(shí)現(xiàn)工業(yè)實(shí)施的用于形成局部高摻雜的方法步驟。已知通過(guò)借助激光器的局部加熱來(lái)形成局部接通。這種方法例如如專(zhuān)利文獻(xiàn)DE100 46 170A1 和 E. Schneiclcrlochner, R. Preu, R. Ludemann 和 S. ff. Glunz 在“激光背接 觸晶體硅太陽(yáng)能電池”太陽(yáng)能光伏研究與應(yīng)用，卷10，第29-34頁(yè)，2002以及S. ff. Glunz,E. Schneideridcfiner, D. Kray, A. Grohe, H. Kampwerth, R. Preu 和 G. Willeke 在“激光接觸P型和η型襯底上的太陽(yáng)能電池”，19屆歐洲光伏太陽(yáng)能會(huì)議記錄(法國(guó)巴黎)，第408-411頁(yè)，2004中所述。其中所介紹的方法可用于根據(jù)本發(fā)明的方法的步驟B中以形成局部高摻雜區(qū)域，因此在此也可使用已建立的、可工業(yè)應(yīng)用的方法。但是與已知的用于形成局部接通的方法不同的是，在根據(jù)本發(fā)明的方法中不通過(guò)局部加熱進(jìn)行接通。在方法步驟B中，僅有局部高摻雜是通過(guò)局部產(chǎn)生由層結(jié)構(gòu)的所述層和半導(dǎo)體襯底的部分區(qū)域構(gòu)成的熔化混合物而形成。接著，在方法步驟C中以下述方式進(jìn)行接通優(yōu)選在層結(jié)構(gòu)上整面地敷鍍金屬的接通層。由此在高摻雜區(qū)域中在半導(dǎo)體襯底與接通層之間形成導(dǎo)電連接。接通面上的總復(fù)合的進(jìn)一步降低在根本發(fā)明的方法的一種優(yōu)選實(shí)施方式中以下述方式實(shí)現(xiàn)在方法步驟A中，所述層結(jié)構(gòu)另具有一個(gè)硅含量至少為90at %的非晶鈍化層。所述鈍化層不含基區(qū)摻雜類(lèi)型的摻雜物或僅含有濃度可忽略的小于IxIO19CnT3的這種摻雜物。此外，鈍化層在層順序中構(gòu)造為比摻雜層更靠近接通面。優(yōu)選鈍化層直接和/或整面地鍍敷在半導(dǎo)體襯底的接通面上。因此實(shí)現(xiàn)了接通面的特別有效的鈍化，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)接通面上的半導(dǎo)體襯底的特別高的電氣質(zhì)量，從而進(jìn)一步提高了效率。在該優(yōu)選實(shí)施方式中，通過(guò)絕緣層基本上確保了半導(dǎo)體襯底接通面上的低表面復(fù)合速度，通過(guò)摻雜層能夠在方法步驟B中形成局部高摻雜區(qū)域，并且通過(guò)反射層尤其在SOOnm至1200nm之間的波長(zhǎng)范圍內(nèi)提高了接通面的光學(xué)質(zhì)量。根據(jù)本發(fā)明的方法的另一優(yōu)點(diǎn)在于所有在方法步驟A中被鍍敷的層均可保留在太陽(yáng)能電池上，因此無(wú)須在技術(shù)投入大和/或會(huì)給半導(dǎo)體襯底中帶來(lái)雜質(zhì)或缺陷的其他方法步驟中再次被去除。由此進(jìn)一步減少了制造方法的成本且同時(shí)避免了可能損害太陽(yáng)能電池效率的缺陷來(lái)源。申請(qǐng)人:的研究表明，鈍化層優(yōu)選具有5nm至IOOnm之間、優(yōu)選30nm至50nm之間的厚度。由此實(shí)現(xiàn)了鍍敷層結(jié)構(gòu)所需的總過(guò)程時(shí)間與鈍化效果之間的優(yōu)化。鈍化層特別優(yōu)選構(gòu)造為碳含量?jī)?yōu)選為小于10at%的碳化硅層(SiCx)。由此達(dá)到極好的鈍化效果。此外，申請(qǐng)人的研究表明，摻雜層具有IOnm至IOOnm之間、優(yōu)選30nm至50nm之間的厚度。由此實(shí)現(xiàn)形成局部高摻雜區(qū)域時(shí)的摻雜效果與制造層結(jié)構(gòu)時(shí)的極短的過(guò)程持續(xù)時(shí)間之間的優(yōu)化。優(yōu)選摻雜層含有濃度大于lxl02°Cm_3的摻雜物。摻雜層的主要功能在于提供用于摻雜高摻雜區(qū)域的摻雜物。對(duì)于摻雜過(guò)程而言有利的是，在熔化期間在摻雜層和半導(dǎo)體襯底的熔化的部分區(qū)域之間發(fā)生液-液擴(kuò)散，因?yàn)橛纱丝商貏e迅速且有效地?fù)诫s半導(dǎo)體襯底的熔化的部分區(qū)域。為此摻雜層的較低的熔點(diǎn)尤為有利，優(yōu)選摻雜層具有大約半導(dǎo)體襯底的熔點(diǎn)。向摻雜層中添加碳會(huì)提高熔點(diǎn)。因此對(duì)于實(shí)現(xiàn)液-液擴(kuò)散有利的是摻雜層不含碳。但不含碳的摻雜層的缺點(diǎn)是，在例如被加熱到約400°C時(shí)不穩(wěn)定。然而常常在敷鍍接通層之后采用具有這樣溫度的方法步驟來(lái)改善接觸特性(所謂的“溫度步驟”)。
因此優(yōu)選摻雜層具有較小的碳含量，使得一方面摻雜層的熔點(diǎn)僅略微升高且由此如上所述確保液-液擴(kuò)散并且同時(shí)在加熱到400°C時(shí)、尤其是在溫度步驟中是穩(wěn)定的。因此摻雜層優(yōu)選構(gòu)造為含碳的碳化硅層，其中碳含量?jī)?yōu)選在lat%至10at%之間、尤其優(yōu)選在2at%至10at%之間的范圍中。反射層優(yōu)選構(gòu)造為含硅的非晶層、例如氧化硅和氮化硅，其優(yōu)點(diǎn)在于這樣的層在工藝技術(shù)上制造簡(jiǎn)單。反射層構(gòu)造為氧化鋁層或二氧化鈦層或氟化鎂層也屬于本發(fā)明的范疇。此夕卜，申請(qǐng)人的研究表明，反射層優(yōu)選具有50nm至300nm之間、優(yōu)選IOOnm至300nm之間的厚度。由此實(shí)現(xiàn)了一方面光學(xué)質(zhì)量的提高與另一方面制造層系統(tǒng)總過(guò)程時(shí)間的減少之間的優(yōu)化。反射層特別優(yōu)選構(gòu)造為碳化硅層。反射層優(yōu)選具有大于40at%、尤其是大于50at%的碳含量。反射層的碳含量構(gòu)成關(guān)于所產(chǎn)生的反射層折射率的重要的參數(shù)。通過(guò)所述的有利的碳含量實(shí)現(xiàn)了 800nm至1200nm之間的波長(zhǎng)范圍內(nèi)小于2. 5的折射率ηκ。由此在該波長(zhǎng)范圍內(nèi)達(dá)到了比(不含碳的)硅的折射率更小的折射率并確保了半導(dǎo)體襯底接通面上光學(xué)質(zhì)量的提高。優(yōu)選反射層至少在800nm至1200nm之間的波長(zhǎng)范圍內(nèi)具有小于2. 5且大于I的
折射率％，以便達(dá)到上述光學(xué)質(zhì)量。為了達(dá)到尤其是在半導(dǎo)體襯底接通面上表面復(fù)合速度方面最佳的電氣質(zhì)量，優(yōu)選在方法步驟A之前至少對(duì)半導(dǎo)體襯底的接通面進(jìn)行清洗，從而消除可能的雜質(zhì)和少量的晶格缺陷。為此尤其適用濕化學(xué)清洗。在根據(jù)本發(fā)明的方法中，優(yōu)選在方法步驟A中借助低溫工藝在低于300°C的溫度下制造所有層。因此根據(jù)本發(fā)明的方法也可用于例如在半導(dǎo)體襯底的與接通面相反的一側(cè)上具有異質(zhì)結(jié)構(gòu)的太陽(yáng)能電池結(jié)構(gòu)。超過(guò)所述極限溫度的方法步驟會(huì)損壞異質(zhì)結(jié)構(gòu)。在方法步驟A中，可借助已知的方法、尤其是借助PECVD在小于上述極限溫度的溫度下敷鍍上述用于形成層系統(tǒng)的各個(gè)層。因此根據(jù)本發(fā)明的方法尤其適合于制造高效的、具有所謂的異質(zhì)發(fā)射極的硅太陽(yáng)能電池，所述異質(zhì)發(fā)射極是通過(guò)敷鍍一個(gè)具有與基區(qū)摻雜類(lèi)型相反的摻雜類(lèi)型的摻雜層而產(chǎn)生的發(fā)射極。但根據(jù)本發(fā)明的方法也可用于具有一個(gè)或多個(gè)借助擴(kuò)散在半導(dǎo)體襯底中產(chǎn)生的發(fā)射極的太陽(yáng)能電池結(jié)構(gòu)。在方法步驟A中，層結(jié)構(gòu)優(yōu)選通過(guò)PECVD來(lái)制造，因?yàn)樵诖丝墒褂矛F(xiàn)有的用于工業(yè)應(yīng)用的設(shè)備和現(xiàn)有的用于制造所述層的工藝參數(shù)。在此優(yōu)選通過(guò)在沉積過(guò)程期間添加摻雜氣體、特別優(yōu)選通過(guò)添加磷化氫氣體來(lái)制造摻雜層或含有其它摻雜物的層。在方法步驟B中優(yōu)選通過(guò)激光器并且特別優(yōu)選根據(jù)DE 100 46 170A1和E. S cl I n e ide rid chn e K R. Preu, R. Liidemann 和 S. ff. Glunz 的“激光背接觸晶體娃太陽(yáng)能電池”太陽(yáng)能光伏研究與應(yīng)用，卷10，第29-34頁(yè)，2002以及在S. W. Glunz，E. Schneiderlochner, D. Kray, A. Grohe, H. Kampwerth, R. Preu 和 G. Willeke 的“激光接觸P型和η型襯底上的太陽(yáng)能電池”，19屆歐洲光伏太陽(yáng)能會(huì)議記錄(法國(guó)巴黎)，第408-411頁(yè)，2004來(lái)進(jìn)行局部加熱。優(yōu)選加熱通過(guò)脈沖激光器來(lái)進(jìn)行，因?yàn)橛纱丝蛇_(dá)到充分的加熱以形成熔化混合物。激光器的波長(zhǎng)優(yōu)選小于1200nm，因?yàn)樵诟L(zhǎng)的波長(zhǎng)下，硅中的吸收急劇減少并且不再進(jìn)行熔化，而會(huì)進(jìn)行所述層的燒蝕。尤為有利的是使用這樣的激光器，其通過(guò)鏡系統(tǒng)依次偏轉(zhuǎn)到接通面的不同點(diǎn)上以形成高摻雜區(qū)域。在此可使用現(xiàn)有的具有壓電轉(zhuǎn)向鏡的裝置，從而可在不長(zhǎng)的過(guò)程時(shí)間內(nèi)·在接通面上形成許多高摻雜區(qū)域。根據(jù)本發(fā)明的方法原則上可用在太陽(yáng)能電池或太陽(yáng)能電池前體的正面和/或背面上。當(dāng)該方法用在太陽(yáng)能電池的正面上時(shí)，則這樣敷鍍金屬層，使得其僅局部地至少在高摻雜區(qū)域中覆蓋正面，由此電磁輻射可在未被金屬層覆蓋的區(qū)域中進(jìn)入半導(dǎo)體襯底中。將根據(jù)本發(fā)明的方法用在太陽(yáng)能電池或太陽(yáng)能電池前體的背面則尤為有利。尤其是在背面上的上述波長(zhǎng)范圍中的光學(xué)質(zhì)量具有重要意義，因?yàn)楣柙谠摬ㄩL(zhǎng)范圍中與純半導(dǎo)體相比具有較小的吸收，因此該波長(zhǎng)范圍中的大部分電磁輻射可穿過(guò)半導(dǎo)體襯底并且由此會(huì)通過(guò)借助反射層和金屬層的相互作用來(lái)反射該波長(zhǎng)范圍中的輻射而提高總吸收量。因此優(yōu)選接通面為在太陽(yáng)能電池運(yùn)行時(shí)背離電磁輻射的入射的背面。根據(jù)本發(fā)明的方法原則上既可用于具有η型基區(qū)摻雜的太陽(yáng)能電池，又可用于具有P型基區(qū)摻雜的太陽(yáng)能電池。但尤其是具有η型基區(qū)摻雜的硅太陽(yáng)能電池在工業(yè)生產(chǎn)方面具有巨大潛力。η型摻雜硅比P型摻雜硅在材料特性方面具有固有優(yōu)勢(shì)不存在摻雜物-氧-復(fù)合物(Dotierstoff-Sauerstoff-Komplexen)的形成所帶來(lái)的退化作用。因此無(wú)論是浮區(qū)硅、還是丘克拉斯基硅中的少數(shù)載流子的壽命與P型摻雜的硅相比都要更長(zhǎng)。此夕卜，η型摻雜娃相對(duì)于雜質(zhì)如鐵在使用壽命方面的耐久性比P型摻雜娃要高。另外，η型摻雜硅的特點(diǎn)還在于，在相同的摻雜濃度下具有更強(qiáng)的傳導(dǎo)性，這尤其使η型摻雜中的高摻雜區(qū)域的效率比P型摻雜中的高摻雜區(qū)域的效率要高。因此，太陽(yáng)能電池生產(chǎn)中的最高效率在目前要基于具有η型基區(qū)摻雜的太陽(yáng)能電池來(lái)實(shí)現(xiàn)。根據(jù)本發(fā)明的方法因此優(yōu)選在η型基區(qū)摻雜下使用。反射層如上所述首先滿(mǎn)足這樣的功能在與金屬層的共同作用下至少在紅外范圍中(在800nm至1200nm之間)引起反射。反射層也具有濃度大于102°cm_3的摻雜物。由此實(shí)現(xiàn)這樣的優(yōu)點(diǎn)，即，在熔化期間在摻雜物從摻雜層擴(kuò)散出時(shí)沒(méi)有或者只有較少的摻雜物熔析到反射層中，因此摻雜層的摻雜物基本上擴(kuò)散到高摻雜區(qū)域中。摻雜層和/或鈍化層構(gòu)造為含硅的非晶層。這種非晶層在相鄰的半導(dǎo)體襯底接通面的表面復(fù)合方面具有良好的電鈍化特性。鈍化效果隨層厚度的增加而增強(qiáng)。但是，非晶硅層相對(duì)于晶體硅而言具有明顯更低的電傳導(dǎo)性，因此在垂直于接通表面的電流下，電傳導(dǎo)電阻也隨著層厚度的增加而增大。但這在根據(jù)本發(fā)明的方法中并不是缺點(diǎn)，因?yàn)檩d流子的輸出主要通過(guò)高摻雜區(qū)域和連接在其上的與接通層的點(diǎn)接觸進(jìn)行。因此在根據(jù)本發(fā)明的方法中可針對(duì)鈍化效果對(duì)層厚度進(jìn)行優(yōu)化，相反不會(huì)產(chǎn)生由電傳導(dǎo)電阻引起的缺點(diǎn)。由此優(yōu)選摻雜層和/或鈍化層具有至少為30nm、尤其是至少為50nm的厚度，因?yàn)樵O(shè)有所述最小厚度的非晶硅層具有極好的電鈍化特性。


下面借助附圖和一種實(shí)施例詳細(xì)說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的方法的其它優(yōu)選特征和方案。附圖如下圖I為根據(jù)本發(fā)明的用于局部高摻雜和接通硅晶片背面的方法的一種實(shí)施例的方法步驟O和A ;
圖2為該實(shí)施例的方法步驟B和C。
具體實(shí)施例方式在圖I和2中示出根據(jù)本發(fā)明的用于局部高摻雜和接通半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的方法的一種實(shí)施例，所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)是硅太陽(yáng)能電池前體。在所有附圖中使用同樣的附圖標(biāo)注表示相同的元件。構(gòu)造為硅晶片的半導(dǎo)體襯底I具有均一的、摻雜物濃度為5xl015cm_3的摻雜。因此待制造的太陽(yáng)能電池為η型硅太陽(yáng)能電池。在所有于附圖中示出的示意圖中僅示出半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的局部，所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)分別向左和向右延伸。為了更好地進(jìn)行說(shuō)明，示意圖未按比例顯示、尤其是在高度和寬度的比例方面。半導(dǎo)體襯底I具有接通面la，該接通面是半導(dǎo)體襯底的背面。在完成的太陽(yáng)能電池中，在運(yùn)行時(shí)通過(guò)與接通面Ia相反的正面Ib為半導(dǎo)體襯底I加載電磁輻射。在方法步驟O中，首先進(jìn)行接通面Ia的清洗。清洗以公知的RCA清洗方式進(jìn)行，如在W. Kern、D. Puotinen的“硅半導(dǎo)體技術(shù)中應(yīng)用的基于過(guò)氧化氫的清潔方案”，RCA評(píng)論187 (1970年6月)中所描述的且優(yōu)選包括以下步驟_用氫氧化銨、過(guò)氧化氫、純水按I : I : 5至I : 2 : 7的比例清洗，然后-用鹽酸，雙氧水、純水按I : I : 6至I : 2 : 8的比例清洗。接著在方法步驟A中沉積層結(jié)構(gòu)。該層結(jié)構(gòu)包括鈍化層2、摻雜層3和反射層4。所有三個(gè)層均借助PECVD沉積并且構(gòu)造為非晶碳化硅層。這些層尤其是在碳和摻雜物的含量方面有所區(qū)別首先，借助PECVD將鈍化層2作為非晶碳化硅層沉積出。層厚度優(yōu)選在5nm至50nm之間，在圖中所示的實(shí)施例中，層厚度為20nm。鈍化層2為本征層、即其不含基區(qū)摻雜類(lèi)型的摻雜物(在此情況下不含η型摻雜物)。此外，鈍化層構(gòu)造為富硅層并具有超過(guò)90at%的娃含量。鈍化層不含碳屬于本發(fā)明的范疇，在圖中所不的實(shí)施例中，摻雜層的娃含量為95at % ο鈍化層2引起半導(dǎo)體襯底I的接通面Ia的表面缺陷飽和，從而有效降低了接通面上的表面復(fù)合速度并由此形成與半導(dǎo)體襯底I的接通面Ia上的復(fù)合特性相關(guān)的電氣高質(zhì)量。然后，沉積摻雜層3。摻雜層3也構(gòu)造為富硅的非晶碳化硅層并且具有大于90at %的娃含量。其中，摻雜層3不含碳也屬于本發(fā)明的范疇。在當(dāng)前實(shí)施例中,摻雜層的娃含量為 95at%0摻雜層3具有基區(qū)摻雜類(lèi)型的摻雜物的高摻雜、優(yōu)選摻雜濃度大于102°cnT3。在當(dāng)前實(shí)施例中，摻雜層3通過(guò)濃度為8xl02°Cm_3的磷增強(qiáng)。該摻雜進(jìn)行的方式是在借助PECVD的沉積中在沉積過(guò)程期間將一種摻雜氣體、在當(dāng)前實(shí)施例中即為磷化氫添加到前驅(qū)氣體中。
摻雜層3 —方面用作用于在后續(xù)的方法步驟中形成局部高摻雜區(qū)域的摻雜物源，另一方面摻雜層3與鈍化層2結(jié)合通過(guò)降低接通層上的復(fù)合速度提高了半導(dǎo)體襯底I接通面Ia的電氣質(zhì)量。尤其需要將摻雜層3構(gòu)造為娃含量大于90at%的富娃層，因?yàn)榕c碳含量較高以及因此硅含量較低的層相比，富硅層具有較低的熔點(diǎn)。通過(guò)尤其是將摻雜層3以及額外地將鈍化層2構(gòu)造為富硅層，硅以及位于其上的富硅層就在后述的局部加熱期間局部熔化，從而尤其會(huì)從摻雜層3發(fā)生摻雜物的液-液擴(kuò)散并由此確?？焖俚臄U(kuò)散，以此形成不易出現(xiàn)缺陷的高摻雜區(qū)域。因此優(yōu)選摻雜層和/或鈍化層設(shè)有低于10at%的碳含量、特別優(yōu)選這兩個(gè)層的碳含量均低于IOat%。摻雜層3優(yōu)選具有IOnm至IOOnm之間的層厚度。在當(dāng)前實(shí)施例中，摻雜層的層厚度為50nm。接下來(lái)沉積反射層4。反射層4同樣構(gòu)造為非晶碳化硅層并且具有優(yōu)選50nm至300nm之間的層厚度。在當(dāng)前實(shí)施例中，反射層的層厚度為lOOnm。與摻雜層3和鈍化層2相反，反射層4中碳含量選擇得較高。相應(yīng)地反射層4的硅含量?jī)?yōu)選低于40at%、特別優(yōu)選低于50at%。在當(dāng)前實(shí)施例中，反射層的硅含量約為40at%并且反射層的碳含量約為60at%。原因在于，反射層的光學(xué)折射率主要取決于碳含量，并且反射層4的折射率％小于半導(dǎo)體襯底I的折射率、尤其是優(yōu)選小于2. 5，以便尤其是在SOOnm至1200nm的波長(zhǎng)范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)背面的光學(xué)高質(zhì)量。在當(dāng)前實(shí)施例中，折射率ηκ在I. 8至2. 3之間的范圍中。反射層4的首要功能在于在與下面的接通層的共同作用下改善紅外范圍中的、尤其是SOOnm至1200nm波長(zhǎng)范圍中的反射特性，使得該波長(zhǎng)范圍中的電磁輻射被反射并因此提聞半導(dǎo)體襯底I中的光學(xué)的光效率，進(jìn)而提聞太陽(yáng)能電池的效率。優(yōu)選反射層4另具有基區(qū)摻雜類(lèi)型的摻雜物，使得反射層用作用于形成高摻雜區(qū)域的附加的摻雜物源和/或防止摻雜物從摻雜層熔析到反射層中。在當(dāng)前實(shí)施例中，通過(guò)在沉積反射層4的過(guò)程期間如上所述地添加磷化氫氣體實(shí)現(xiàn)反射層4中約5X102°cnT3的磷濃度。在圖IA中示出具有在方法步驟A中制造的層結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體襯底I。接著，在方法步驟B中，在多個(gè)區(qū)域中對(duì)層結(jié)構(gòu)和位于其下的半導(dǎo)體襯底的表面進(jìn)行局部加熱，以便形成局部高摻雜區(qū)域。在圖2中以子圖B和C分別示出一個(gè)這樣的高摻雜區(qū)域6。
通過(guò)借助激光器的局部加熱來(lái)形成高摻雜區(qū)域，所述激光器優(yōu)選為脈沖激光器。在圖2B中不意性不出激光脈沖5。借助激光器的 局部加熱導(dǎo)致鈍化層2、摻雜層3以及接通面Ia上的半導(dǎo)體襯底I的部分區(qū)域局部熔化。與其余層相比，富碳的反射層由于更高的熔點(diǎn)而通過(guò)局部加熱被燒蝕。摻雜物從摻雜層3分離到熔化混合物中并且在當(dāng)前實(shí)施例中摻雜物也從反射層中分離到熔化混合物中，使得在熔化混合物凝固后形成如圖2B和2C所示的高摻雜區(qū)域6。通過(guò)短時(shí)間的局部加熱也會(huì)出現(xiàn)少量的材料耗損，由此凝固的熔化混合物與包圍所述凝固的熔化混合物的反射層4相比約具有更深的表面，如圖2B所示。因此在方法步驟B中，在半導(dǎo)體襯底I的接通面Ia上會(huì)形成局部高摻雜6，從而能夠接通半導(dǎo)體襯底，與無(wú)高摻雜區(qū)域的情況下的接通相比，在所述接通中一方面基于高摻雜而確保了較低的接觸電阻，另一方面也改善了尤其是接通區(qū)域上、尤其是高摻雜區(qū)域中的復(fù)合特性。從而進(jìn)一步提聞了太陽(yáng)能電池的總效率。然后，在方法步驟C中敷鍍金屬的接通層7。這優(yōu)選通過(guò)將金屬層整面地敷鍍到層結(jié)構(gòu)的最下層、在當(dāng)前實(shí)施例中即敷鍍到反射層4上來(lái)進(jìn)行。其中，接通層7與高摻雜區(qū)域6之間產(chǎn)生導(dǎo)電接觸。接通層7的敷鍍可以公知的方式進(jìn)行、例如通過(guò)接通層的氣相噴鍍。在本發(fā)明的范疇中，也可使用硅太陽(yáng)能電池中已知的用于背面接通的金屬化方式、尤其是設(shè)置鋁制接通層。將接通層7構(gòu)造成一個(gè)具有多個(gè)不同金屬層的層系統(tǒng)也屬于本發(fā)明的范疇。在當(dāng)前實(shí)施例中，接通層7構(gòu)造為鋁層并且借助氣相噴鍍來(lái)敷鍍。優(yōu)選在接下來(lái)的燒結(jié)步驟、即溫度步驟中，在300°C至450°C之間的溫度下在高摻雜區(qū)域6上改善接通層7與半導(dǎo)體襯底I的電接觸的形成。鈍化層2、摻雜層3和反射層4的敷鍍?nèi)缟纤龅亟柚鶳ECVD并且以公知的方式在低壓環(huán)境中進(jìn)行。借助PECVD來(lái)敷鍍所述層對(duì)于技術(shù)人員而言是已知的，如“等離子體放電和材料加工原理”，M. A. Lieberman, A. J. Lichtenberg, John Wiley & Sons 有限公司中所述。在方法步驟B中借助激光器的局部加熱優(yōu)選如上所述地按已知的、用于借助通過(guò)激光器的局部加熱形成點(diǎn)接觸的方法來(lái)進(jìn)行。具有Ins至5 μ s之間的脈沖持續(xù)時(shí)間的激光器的光脈沖尤其適用于根據(jù)本發(fā)明的方法，以便盡可能小地保持相鄰材料層的熱負(fù)荷，但同時(shí)長(zhǎng)時(shí)間保持熱效應(yīng)，以確保層系統(tǒng)和硅熔化直到從大約IOOnm至幾個(gè)μ m的深度、優(yōu)選O. Ιμ 至ΙΟμ 之間的深度。200至1200nm范圍中的波長(zhǎng)適合用作過(guò)程波長(zhǎng)。作為激光器優(yōu)選使用相應(yīng)脈沖的固體激光器(例如Nd: YAG激光器、Yb: YAG激光器、纖維激光器或纖維放大器)，其激光束借助轉(zhuǎn)向鏡被偏轉(zhuǎn)到用于形成高摻雜區(qū)域的相應(yīng)點(diǎn)上。由此可以在短時(shí)間內(nèi)依次形成許多高摻雜區(qū)域，因?yàn)樵谝粋€(gè)用于形成高摻雜區(qū)域的點(diǎn)上只需要激光器的極短的作用時(shí)間。如上所述，根據(jù)本發(fā)明的方法既可用于具有擴(kuò)入的發(fā)射極的太陽(yáng)能電池，又可用于具有通過(guò)異質(zhì)結(jié)構(gòu)形成的發(fā)射極(發(fā)射極通過(guò)施加具有與半導(dǎo)體襯底的摻雜相反的摻雜來(lái)形成)的太陽(yáng)能電池。由于根據(jù)本發(fā)明的方法的所有步驟均為低溫步驟并且因此半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)并未整個(gè)被加熱到大于450°C的溫度(必要時(shí)除了高摻雜區(qū)域上的局部加熱之外)，所以根據(jù)本發(fā)明 的方法能夠毫無(wú)問(wèn)題地實(shí)施于現(xiàn)有的用于制造太陽(yáng)能電池的方法中。發(fā)射極的形成優(yōu)選在實(shí)施方法步驟A、B和C之前進(jìn)行。
權(quán)利要求
1.一種用于局部高摻雜和接通半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的方法，所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)是太陽(yáng)能電池或太陽(yáng)能電池前體并且具有基區(qū)摻雜類(lèi)型的硅半導(dǎo)體襯底(I)，所述高摻雜和接通以下述方式進(jìn)行在半導(dǎo)體襯底的接通面(Ia)上的半導(dǎo)體襯底(I)中形成多個(gè)基區(qū)摻雜類(lèi)型的局部高摻雜區(qū)域并且在接通面(Ia)上或者在一個(gè)或多個(gè)完全或部分覆蓋接通面(Ia)的中間層上敷鍍一個(gè)金屬的接通層(7)，以便在所述高摻雜區(qū)域上在接通層(7)與半導(dǎo)體襯底(I)之間形成導(dǎo)電連接，其特征在于，所述方法包括下述步驟 A、制造一個(gè)覆蓋半導(dǎo)體襯底接通面(Ia)的層結(jié)構(gòu)，包括 一個(gè)摻雜層(3),其含有基區(qū)摻雜類(lèi)型的摻雜物并且構(gòu)造為非晶娃層或碳含量小于IOat %的非晶碳化硅層；和 一個(gè)反射層(4)，其至少在800nm和1200nm之間的波長(zhǎng)范圍中具有小于半導(dǎo)體襯底折射率nHS的折射率ηκ， 其中，摻雜層(3)在層順序中構(gòu)造為比反射層(4)更靠近接通面(Ia)， B、在多個(gè)區(qū)上對(duì)層結(jié)構(gòu)和位于其下的半導(dǎo)體襯底的表面進(jìn)行局部加熱，以便形成局部高摻雜區(qū)域，其中所述局部加熱這樣進(jìn)行在局部加熱的區(qū)域上分別局部地形成至少由摻雜層(3)和接通面(Ia)上的半導(dǎo)體襯底的部分區(qū)域構(gòu)成的熔化混合物，在該熔化混合物凝固時(shí)在接通面(Ia)上的半導(dǎo)體襯底(I)中形成至少由摻雜層(3)的摻雜物更強(qiáng)摻雜的高摻雜區(qū)域(6)，和 C、敷鍍一個(gè)金屬的接通層(7)，以便在高摻雜區(qū)域(6)上在半導(dǎo)體襯底(I)與接通層(7)之間形成導(dǎo)電連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，在方法步驟A中，所述層結(jié)構(gòu)另具有一個(gè)硅含量至少為90at%的非晶鈍化層(2)，所述鈍化層(2)不含基區(qū)摻雜類(lèi)型的摻雜物或僅含有濃度小于lX1019cm_3的這種摻雜物并且所述鈍化層(2)在層順序中構(gòu)造為比摻雜層(3)更靠近接通面(Ia)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述鈍化層(2)具有5nm至IOOnm之間、優(yōu)選30nm至50nm之間的厚度。
4.根據(jù)權(quán)利要求2至3中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述鈍化層(2)構(gòu)造為含碳的碳化硅層，尤其是所述層具有l(wèi)at%至10at%之間的碳含量。
5.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述摻雜層(3)具有IOnm至IOOnm之間、優(yōu)選30nm至50nm之間的厚度。
6.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述摻雜層(3)構(gòu)造為含碳的碳化硅層，尤其是所述層具有l(wèi)at%至10at%之間的碳含量。
7.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述反射層(4)具有50nm至300nm之間、優(yōu)選IOOnm至300nm之間的厚度。
8.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述反射層(4)構(gòu)造為含碳的碳化硅層，尤其是所述層具有大于40at%、優(yōu)選大于50at%的碳含量。
9.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述反射層(4)至少在SOOnm和1200nm之間的波長(zhǎng)范圍內(nèi)具有小于2. 5且大于I的折射率ηκ。
10.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，在方法步驟A之前至少對(duì)半導(dǎo)體襯底的接通面(Ia)進(jìn)行清洗、優(yōu)選濕化學(xué)清洗。
11.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，在方法步驟A中借助低溫工藝在小于300°C的溫度下來(lái)制造所有層。
12.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，在方法步驟A中通過(guò)PECVD (等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積法)來(lái)制造所述層結(jié)構(gòu)。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，在方法步驟A中通過(guò)在沉積過(guò)程期間添加摻雜氣體、優(yōu)選通過(guò)添加磷化氫氣體來(lái)制造一個(gè)或多個(gè)含有摻雜物的層。
14.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，在方法步驟B中借助激光器進(jìn)行局部加熱。
15.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述接通面(Ia)為在太陽(yáng) 能電池運(yùn)行時(shí)背離電磁輻射入射的背面。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于局部高摻雜和接通半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的方法，所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)是太陽(yáng)能電池或太陽(yáng)能電池前體并且具有基區(qū)摻雜類(lèi)型的硅半導(dǎo)體襯底(1)，所述高摻雜和接通以下述方式進(jìn)行在半導(dǎo)體襯底的接通面(1a)上的半導(dǎo)體襯底(1)中形成多個(gè)基區(qū)摻雜類(lèi)型的局部高摻雜區(qū)域并且在接通面(1a)上或者在一個(gè)或多個(gè)完全或部分覆蓋接通面(1a)的中間層上敷鍍一個(gè)金屬的接通層(7)，以便在所述高摻雜區(qū)域上在接通層(7)與半導(dǎo)體襯底(1)之間形成導(dǎo)電連接。
文檔編號(hào)H01L31/0216GK102893404SQ201180007543
公開(kāi)日2013年1月23日 申請(qǐng)日期2011年1月18日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月29日
發(fā)明者多米尼克·蘇維托, 簡(jiǎn)·貝尼克, 烏爾里?！ひ駹?申請(qǐng)人:弗勞恩霍弗實(shí)用研究促進(jìn)協(xié)會(huì), 弗賴(lài)堡阿爾伯特-路德維格大學(xué)