用于硅太陽(yáng)能電池的改善的金屬化方法
【專利說(shuō)明】用于硅太陽(yáng)能電池的改善的金屬化方法
[0001]本申請(qǐng)是申請(qǐng)日為2010年10月25日的題為“用于硅太陽(yáng)能電池的改善的金屬化方法”的中國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)?01080048559.1的分案申請(qǐng)。
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技術(shù)領(lǐng)域
[0004]本發(fā)明總體上涉及太陽(yáng)能電池制造領(lǐng)域，特別是，涉及用于硅太陽(yáng)能電池的改善的金屬化方法。
【背景技術(shù)】
[0005]為了從太陽(yáng)能電池中汲取電流，必須對(duì)裝置(器件)的η型和P型材料兩者形成金屬接觸部。一種用于形成這些金屬接觸部的常用方法為金屬電鍍(金屬鍍覆)。對(duì)于形成金屬接觸部至太陽(yáng)能電池，這是一種具有吸引力的方法，因?yàn)樗鼭撛诘牡统杀?，并且與用于大多數(shù)商業(yè)生產(chǎn)的硅太陽(yáng)能電池的絲網(wǎng)印刷的銀相比它用于形成窄細(xì)。BP Solar在制造Saturn硅太陽(yáng)能電池時(shí)，成功地使用鎳并且然后是銅的無(wú)電電鍍(無(wú)電鍍敷，化學(xué)鍍)。
[0006]金屬電鍍涉及從溶液中還原金屬離子以在太陽(yáng)能電池上形成金屬沉積物。典型地，金屬沉積物形成在電池上的陰極區(qū)(即，存在電子源的位置)。在稱作無(wú)電電鍍的工藝中，該電子源可由鍍覆溶液(電鍍液)中的還原劑提供，或者在稱作“光引發(fā)鍍覆”(LIP)或光鍍覆的工藝中，當(dāng)太陽(yáng)能電池暴露于光時(shí)，至少部分地由通過(guò)光伏效應(yīng)產(chǎn)生的電子提供。
[0007]典型地，在通過(guò)介電層(二氧化硅或氮化硅)形成金屬化開口(例如凹槽)以暴露η型硅區(qū)域之前。利用激光劃線或其它圖案化技術(shù)(如光刻)可形成開口，并且可以涉及暴露在凹槽底部的硅的原位(in-situ)摻雜或后續(xù)的熔爐摻雜以在凹槽底部造成重?fù)诫s的硅區(qū)域。在凹槽底部的這種重?fù)诫s使得歐姆接觸在沉積金屬與硅之間形成。當(dāng)金屬電鍍時(shí)，圖案化的介電層(假定它具有足夠高的質(zhì)量)充當(dāng)用于金屬沉積的掩模，其中在理想情況下，金屬僅鍍覆至由圖案化過(guò)程所暴露的硅區(qū)域(例如，凹槽的底部)。
[0008]然而，在商業(yè)生產(chǎn)中，考慮成本、簡(jiǎn)單、產(chǎn)量以及避免高溫，這樣的介電層經(jīng)常不具有足夠好的質(zhì)量以充當(dāng)鍍覆掩模，在除了需要金屬接觸部之外的區(qū)域中導(dǎo)致不想要的局部化假性鍍覆的區(qū)域。例如，在使用氮化硅介電掩模層(屏蔽層)的硅太陽(yáng)能電池的金屬電鍍(特別是其中該氮化硅以遠(yuǎn)程等離子體強(qiáng)化的化學(xué)氣相沉積(PECVD)沉積)中所遇到的常見問(wèn)題是除了金屬沉積在凹槽中之外，還在介電層的上方形成假性不想要的金屬沉積物。該現(xiàn)象通常稱作“重影鍍覆(ghost plating)”。除了增加對(duì)于太陽(yáng)能電池的有效遮蔽之外，“重影鍍覆”因?yàn)闀?huì)造成分流(尤其是當(dāng)金屬化工藝包括金屬燒結(jié)步驟以進(jìn)一步降低金屬接觸部的接觸電阻時(shí))也是不期望的。
[0009]在某種程度上，“重影鍍覆”問(wèn)題可以通過(guò)在沉積氮化硅層之前在擴(kuò)散的硅上生長(zhǎng)薄(10-15nm) 二氧化硅層而被解決。雖然，該方法在去除“重影鍍覆”上可以是有效的，但是它具有許多缺點(diǎn)。首先，它典型地需要額外的高溫工藝，這對(duì)于許多低質(zhì)量的硅基板(襯底)是不期望的，因?yàn)楸┞队诟邷氐臅r(shí)間增加會(huì)降低載體壽命。此外，由于增加的晶片處理，所以它增加制造工藝的總成本。第二，它限制了來(lái)自氮化硅層的氫可被用來(lái)鈍化硅基板中缺陷的程度。后一點(diǎn)尤其與多晶晶片相關(guān)，多晶晶片由于晶片中晶粒邊界的存在而呈現(xiàn)出許多缺陷。由于其低價(jià)格，多晶質(zhì)晶片是常用的商業(yè)基板，因此該第二個(gè)限制是特別相關(guān)的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]根據(jù)第一個(gè)方面，本發(fā)明在于一種在硅太陽(yáng)能電池的表面發(fā)射極(emitter)上形成接觸部(觸點(diǎn)，接觸)的方法，該方法包括:
[0011 ] η型擴(kuò)散表面以形成具有10-40 Ω / □的薄層電阻(薄膜電阻，方塊電阻，片電阻，sheet resistance)的經(jīng)摻雜的發(fā)射極表面層；
[0012]回蝕刻(回蝕刻刻，etching back)該發(fā)射極表面層以增加該發(fā)射極表面層的薄層電阻；以及
[0013]選擇性鍍覆該表面
[0014]可通過(guò)形成鍍覆掩模并且通過(guò)掩模鍍覆而實(shí)現(xiàn)選擇性鍍覆?？商鎿Q地，可通過(guò)形成比該表面的其余部分更高度摻雜的需要鍍覆的發(fā)射極表面區(qū)域，并且鍍覆該表面，由此在該更高度摻雜的區(qū)域上選擇地形成鍍覆，來(lái)實(shí)現(xiàn)該選擇性鍍覆。
[0015]該回蝕刻步驟可以導(dǎo)致在100-150Ω/ □范圍內(nèi)的發(fā)射極表面層電阻率。
[0016]可以使用在擴(kuò)散爐中的POCljf散流程來(lái)實(shí)現(xiàn)該發(fā)射極摻雜步驟，并且在將晶片加載到擴(kuò)散爐中之前，該晶片被背對(duì)背地放置以使背表面的摻雜最小化。在一個(gè)實(shí)例中，重度前表面擴(kuò)散可以通過(guò)下述方式來(lái)實(shí)現(xiàn):
[0017](i)在890°C下進(jìn)行預(yù)氧化擴(kuò)散5分鐘；以及
[0018](ii)在POCl3存在下，在890°C下進(jìn)行進(jìn)一步擴(kuò)散達(dá)30分鐘以在該前表面上達(dá)到10-20 Ω/ □的薄層電阻。
[0019]該擴(kuò)散源也可以為旋涂(旋轉(zhuǎn)涂布，spin-on)擴(kuò)散源。
[0020]擴(kuò)散過(guò)程可以在該后表面上產(chǎn)生>100Ω/ □的薄層電阻。
[0021]優(yōu)選地，穿過(guò)該晶片的前表面進(jìn)行擴(kuò)散以實(shí)現(xiàn)薄層電阻變化〈10%的均勻擴(kuò)散。
[0022]可以通過(guò)將經(jīng)擴(kuò)散的晶片浸入到蝕刻劑溶液中來(lái)實(shí)現(xiàn)回蝕工藝。也可僅通過(guò)將蝕刻劑噴涂在晶片表面上而非將晶片浸入液體中來(lái)完成回蝕刻工藝。一種合適的配置為在20°C下進(jìn)行40秒的Trilogy蝕刻(126份硝酸、60份水和5份40% (w/v)氟化銨)?；匚g刻工藝也可通過(guò)在包括高錳酸鉀、水和HF的溶液中進(jìn)行蝕刻而實(shí)現(xiàn)?？商鎿Q地，也可以使用優(yōu)先蝕刻高度摻雜的η型硅而非輕度摻雜的硅的蝕刻溶液，諸如包括HF、硝酸和乙酸的硅蝕刻溶液的摩爾組合物。特別地，該蝕刻溶液可以包括I份HF、50份硝酸和100份乙酸。
[0023]可通過(guò)形成鍍覆掩模并通過(guò)該掩模鍍覆而實(shí)現(xiàn)選擇性鍍覆?？商鎿Q地，可通過(guò)形成比該表面的其余部分更高度摻雜的需要鍍覆的表面區(qū)域，并且鍍覆該表面，由此在該更高度摻雜的區(qū)域上選擇地形成鍍覆，來(lái)實(shí)現(xiàn)該選擇性鍍覆。
[0024]根據(jù)第二個(gè)方面，本發(fā)明在于一種在硅基板上制造硅太陽(yáng)能電池的方法，該方法包括:
[0025]1.進(jìn)行η型摻雜劑的前表面發(fā)射極擴(kuò)散以獲得50-250歐姆/每平方的最終發(fā)射極薄層電阻率；
[0026]i1.通過(guò)PECVD在該前表面上進(jìn)行介電層的沉積，包括:
[0027]a.薄5_30nm硅氧化物層的生長(zhǎng)；
[0028]b.抗反射涂層(ARC)的PECVD沉積，
[0029]ii1.退火該硅基板以將氫從氮化硅層驅(qū)入該硅中從而鈍化該硅；
[0030]iv.在含摻雜劑來(lái)源的存在下對(duì)晶片頂表面進(jìn)行局部化的激光熔化以同時(shí)熔化并摻雜該硅的光接收表面，在待形成前表面金屬接觸部的位置中產(chǎn)生重度摻雜的η+區(qū)域，同時(shí)破壞上覆的介電層以暴露該η+區(qū)域的經(jīng)摻雜的娃表面；
[0031]V.在該激光摻雜的η+區(qū)域上方鍍覆鎳層。
[0032]根據(jù)第三個(gè)方面，本發(fā)明在于一種在硅基板上制造硅太陽(yáng)能電池的方法，該方法包括:
[0033]1.進(jìn)行P型摻雜劑的前表面發(fā)射極擴(kuò)散以獲得50-250歐姆/每平方的最終發(fā)射極薄層電阻率；
[0034]i1.通過(guò)PECVD在該前表面上進(jìn)行介電層的沉積，包括:
[0035]a.薄5_30nm硅氧化物層的生長(zhǎng)；
[0036]b.抗反射涂層(ARC)的PECVD沉積，
[0037]ii1.退火該硅基板以將氫從氮化硅層驅(qū)入該硅中從而鈍化該硅；
[0038]iv.在含摻雜劑來(lái)源的存在下對(duì)晶片頂表面進(jìn)行局部化的激光熔化以同時(shí)熔化并摻雜該硅的光接收表面，在待形成前表面金屬接觸部的位置中產(chǎn)生重度摻雜的P+區(qū)域，同時(shí)破壞上覆的介電層以暴露該P(yáng)+區(qū)域的經(jīng)摻雜的娃表面；
[0039]V.在該激光摻雜的P+區(qū)域上方鍍覆鎳層。方法進(jìn)一步包括:
[0040]i)通過(guò)用鋁的絲網(wǎng)印刷在所述硅基板的后(非光接收)表面上形成接觸部；和
[0041]ii)在所述退火步驟之前燒制所述鋁。
[0042]根據(jù)第四個(gè)方面，本發(fā)明在于一種制造硅太陽(yáng)能電池的方法，包括:
[0043]1.進(jìn)行η型摻雜劑的前表面發(fā)射極擴(kuò)散以達(dá)到50-250歐姆/每平方的最終發(fā)射極薄層電阻率；
[0044]i1.通過(guò)PECVD在該前表面上進(jìn)行介電沉積(電介質(zhì)沉積)，包括:
[0045]a.薄5_30nm氧化物的生長(zhǎng)；
[0046]b.抗反射涂層(ARC)和氫源的PECVD沉積；
[0047]ii1.利用銷來(lái)絲網(wǎng)印刷(screen-print)后表面(非光接收表面)用于后接觸部(rear contact)，接著進(jìn)行燒制；
[0048]iv.至少在該后接觸部燒制步驟(iii)之后，退火該硅以驅(qū)使氫從該氮化硅層進(jìn)入該娃中從而鈍化該娃；
[0049]V.對(duì)該晶片頂表面進(jìn)行局部化的激光熔化以同時(shí)熔化并摻雜該硅的光接收表面，在待形成前表面金屬接觸部的位置中產(chǎn)生該重度摻雜的η+區(qū)域，同時(shí)破壞上層的介電層以暴露該η+區(qū)域的經(jīng)摻雜的硅表面；
[0050]vi1.在該激光摻雜的η+區(qū)域上方鍍覆鎳層。[0051 ] 太陽(yáng)能電池優(yōu)選由多晶硅制造。
[0052]優(yōu)選地進(jìn)行η型摻雜劑的前表面發(fā)射極擴(kuò)散以達(dá)到80-160歐姆/每平方(名義上100歐姆/每平方)的最終發(fā)射極薄層電阻。
[0053]該薄硅氧化物層優(yōu)選生長(zhǎng)至10_20nm的厚度并且可在帶式或管式爐中熱生長(zhǎng)?？商鎿Q地，該薄硅氧化物層可以通過(guò)PECVD生長(zhǎng)。
[0054]ARC和氫來(lái)源可以包括一或多層的氮化硅(SiNx)、氧化鋁(Al2Ox)、氧化鈦(T12)或其它具有類似合適性質(zhì)的材料。特別是，該材料應(yīng)該具有類似于SiNJ^折射率(空氣中大約2.0)，而且在整個(gè)沉積過(guò)程中可同時(shí)含有顯著量的氫從而能夠在后續(xù)退火期間提供原子氫來(lái)源(雖然利用多個(gè)具有不同特性的層以實(shí)現(xiàn)組合的需求可以達(dá)成這個(gè)目的)。以這種方式，薄氧化物可提供表面鈍化(與整個(gè)退火過(guò)程中的H+—起)并且保護(hù)免于重影鍍覆并減少激光摻雜期間的激光損害，同時(shí)上覆蓋層可提供抗反射的光學(xué)需求和用于退火的氫來(lái)源。ARC的光學(xué)厚度必須有效地為陽(yáng)光中主要光顏色波長(zhǎng)(其為約600nm(在空氣中))的四分之一。所以，就不同材料而言，產(chǎn)物的折射率和層厚度必須相同。然而，要變成良好的單一層ARC，折射率必須為約2.0 (介于娃與空氣之間)，在該情況中厚度必須為約75nm。這可以應(yīng)用于所有提及的材料(SiNx、Al2Ox和T12，其均可以以約2的折射率沉積)。
[0055]ARC層或多層優(yōu)選地具有65-75nm的厚度并且可以為單一富含氫的層?？商鎿Q地，ARC層可包括如下的至少兩層:
[0056]1.80-120埃的富氫材料；
[0057]i1.折射率 2.0-2.1 的 550-650 埃(angstroms)的材料；
[0058]ARC優(yōu)選地包括氮化硅。
[0059]可在350至720°C范圍內(nèi)的溫度下進(jìn)行退火0.5至20分鐘。優(yōu)選地，可在350至500°C范圍內(nèi)的溫度下進(jìn)行退火5至20分鐘或在500至720°C范圍內(nèi)的溫度下進(jìn)行退火0.5至8分鐘，并且特別地可以在380至420°C范圍內(nèi)的溫度下進(jìn)行退火8至12分鐘。
[0060]可以在待形成前表面金屬接觸部的位置中進(jìn)行該硅的激光摻雜以達(dá)到0.1至12微米范圍的結(jié)深度(junct1n depth)，優(yōu)選地在范圍I至5微米內(nèi)的結(jié)深度。在待形成前表面金屬接觸部的位置中，在該硅的熔化和/