使用基板级离子注入制造太阳能电池发射极区
阅读：918发布：2020-05-14
专利汇可以提供使用基板级离子注入制造太阳能电池发射极区专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 描述了使用 基板 级 离子注入 制造 太阳能 电池 发射极区的方法以及所得的 太阳能电池 。在一个实例中，制造太阳能电池的方法包括通过离子注入在 半导体 基板中形成轻掺杂区，所述轻掺杂区为第一浓度的第一导电类型。所述方法还包括通过离子注入形成具有第二更高浓度的所述第一导电类型的第一多个掺杂区，所述第一多个掺杂区与所述轻掺杂区的第一部分重叠。所述方法还包括通过离子注入形成第二多个掺杂区，所述第二多个掺杂区具有浓度高于第一浓度的第二导电类型，并且所述第二多个掺杂区与轻掺杂区的第二部分重叠并且与所述第一多个掺杂区相间但不重叠。，下面是使用基板级离子注入制造太阳能电池发射极区专利的具体信息内容。
1.一种制造太阳能电池的方法，所述方法包括：
通过离子注入在半导体基板中形成轻掺杂区，所述轻掺杂区为具有第一浓度的第一导电类型；
通过离子注入形成具有第二更高浓度的所述第一导电类型的第一多个掺杂区，所述第一多个掺杂区与所述轻掺杂区的第一部分重叠；以及
通过离子注入形成第二多个掺杂区，所述第二多个掺杂区具有浓度高于所述第一浓度的第二导电类型，并且所述第二多个掺杂区与所述轻掺杂区的第二部分重叠并且与所述第一多个掺杂区相间但不重叠；
其中所述轻掺杂区、所述第一多个掺杂区和所述第二多个掺杂区形成于所述半导体基板的背表面中，所述背表面与所述半导体基板的光接收表面相对，所述方法还包括：
在所述半导体基板的所述光接收表面上形成掺杂的非晶硅层；以及
在对所述半导体基板进行热退火，使所述掺杂的非晶硅层晶化，以在所述半导体基板的所述光接收表面上形成掺杂的多晶硅层。
2.根据权利要求1所述的方法，其中形成所述轻掺杂区和形成所述第一多个掺杂区包括在离子注入机中单程通过静止掩模注入掺杂物。
3.根据权利要求2所述的方法，其中在所述单程通过静止掩模注入掺杂物包括使用具有用于形成所述第一多个掺杂区的狭缝图案以及用于形成所述轻掺杂区的完整开口的掩模。
4.根据权利要求1所述的方法，在所述半导体基板的所述光接收表面上形成掺杂的非晶硅层之前，所述方法还包括：
在所述半导体基板的所述光接收表面上形成薄隧穿介电层。
5.根据权利要求4所述的方法，其中对所述半导体基板进行热退火包括在包含氮气(N2)的气氛下对半导体进行热退火。
6.根据权利要求1所述的方法，其中形成所述轻掺杂区包括在所述半导体基板中形成毯覆式轻掺杂区。
7.根据权利要求1所述的方法，其中形成所述轻掺杂区还包括在所述半导体基板中形成图案化轻掺杂区。
8.根据权利要求1所述的方法，还包括：
形成电连接到所述第一多个掺杂区的第一多个触点；以及
形成电连接到所述第二多个掺杂区的第二多个触点。
9.一种根据权利要求1所述的方法制造的太阳能电池。
10.一种太阳能电池，包括：
半导体基板，所述半导体基板具有光接收表面以及与所述光接收表面相对的背表面；
设置在所述半导体基板中并且处于所述半导体基板的所述背表面上的毯覆式掺杂区，所述毯覆式掺杂区为第一浓度的第一导电类型；
设置在所述半导体基板中并且与所述毯覆式掺杂区重叠的第一多个掺杂区，所述第一多个掺杂区为第二更高浓度的所述第一导电类型；
设置在所述半导体基板中并且与所述毯覆式掺杂区重叠但与所述第一多个掺杂区相间且不重叠的第二多个掺杂区，所述第二多个掺杂区为浓度高于所述第一浓度的第二导电类型；
在所述太阳能电池的所述背表面电连接到所述第一多个掺杂区的第一多个触点；
在所述太阳能电池的所述背表面电连接到所述第二多个掺杂区的第二多个触点；以及掺杂的多晶硅层，其位于所述光接收表面上。
11.根据权利要求10所述的太阳能电池，其中所述第一导电类型为P型，并且所述第二导电类型为N型。
12.根据权利要求11所述的太阳能电池，其中所述半导体基板为单晶半导体基板，其中所述第一多个掺杂区包含硼掺杂物，并且其中所述第二多个掺杂区包含磷掺杂物。
13.根据权利要求10所述的太阳能电池，其中所述第一导电类型为N型，并且所述第二导电类型为P型。
14.根据权利要求13所述的太阳能电池，其中所述半导体基板为单晶半导体基板，其中所述第一多个掺杂区包含磷掺杂物，并且其中所述第二多个掺杂区包含硼掺杂物。
15.根据权利要求10所述的太阳能电池，其中所述第一导电类型的所述第二更高浓度为1E19个原子/cm3，所述第二导电类型的所述浓度为1E19个原子/cm3，并且所述第一导电类型的所述第一浓度为1E18个原子/cm3。
16.一种太阳能电池，包括：
半导体基板，所述半导体基板具有光接收表面以及与所述光接收表面相对的背表面；
设置在所述半导体基板中并且处于所述半导体基板的所述背表面上的图案化掺杂区，所述图案化掺杂区为第一浓度的第一导电类型；
设置在所述半导体基板中并且与所述图案化掺杂区的至少一部分接触的第一多个掺杂区，所述第一多个掺杂区为第二更高浓度的所述第一导电类型；
设置在所述半导体基板中并且与所述图案化掺杂区的至少一部分接触的第二多个掺杂区，所述第二多个掺杂区与所述第一多个掺杂区相间但不重叠，所述第二多个掺杂区为浓度高于所述第一浓度的第二导电类型；
在所述太阳能电池的所述背表面电连接到所述第一多个掺杂区的第一多个触点；
在所述太阳能电池的所述背表面电连接到所述第二多个掺杂区的第二多个触点；以及掺杂的多晶硅层，其位于所述光接收表面上。
17.根据权利要求16所述的太阳能电池，其中所述第一导电类型为P型，并且所述第二导电类型为N型。
18.根据权利要求17所述的太阳能电池，其中所述半导体基板为单晶半导体基板，其中所述第一多个掺杂区包含硼掺杂物，并且其中所述第二多个掺杂区包含磷掺杂物。
19.根据权利要求16所述的太阳能电池，其中所述第一导电类型为N型，并且所述第二导电类型为P型。
20.根据权利要求19所述的太阳能电池，其中所述半导体基板为单晶半导体基板，其中所述第一多个掺杂区包含磷掺杂物，并且其中所述第二多个掺杂区包含硼掺杂物。
21.根据权利要求16所述的太阳能电池，其中所述第一导电类型的所述第二更高浓度为1E19个原子/cm3，所述第二导电类型的所述浓度为1E19个原子/cm3，并且所述第一导电类型的所述第一浓度为1E18个原子/cm3。
使用基板级离子注入制造太阳能电池发射极区
技术领域
背景技术
[0002] 光伏电池(常被称为太阳能电池)是熟知的用于将太阳辐射直接转换为电能的装置。一般来讲，使用半导体加工技术在半导体基板的表面附近形成p-n结，从而在半导体晶片或基板上制造太阳能电池。照射在基板表面上并进入基板内的太阳辐射在基板块体中形成电子和空穴对。电子和空穴对迁移至基板中的p掺杂区和n掺杂区，从而在掺杂区之间产生电压差。将掺杂区连接至太阳能电池上的导电区，以将电流从电池引导至与其耦接的外部电路。
[0003] 效率是太阳能电池的重要特性，因其直接与太阳能电池发电能力有关。同样，制备太阳能电池的效率直接与此类太阳能电池的成本效益有关。因此，提高太阳能电池效率的技术或提高制造太阳能电池效率的技术是普遍所需的。本公开的一些实施例允许通过提供制造太阳能电池结构的新工艺而提高太阳能电池的制造效率。本公开的一些实施例允许通过提供新型太阳能电池结构来提高太阳能电池效率。附图说明
[0004] 图1A-1F示出了根据本公开实施例的太阳能电池制造中的各个阶段的剖视图，其中：
[0005] 图1A示出了通过离子注入在半导体基板中形成轻掺杂区后的剖视图；
[0006] 图1B示出了通过离子注入形成第一导电类型的第一多个掺杂区后的图1A的结构的剖视图；
[0007] 图1C示出了通过离子注入形成第二多个掺杂区后的图1B的结构的剖视图；
[0009] 图1E示出了通过加热对半导体基板进行退火后的图1D的结构的剖视图；并且[0010] 图1F示出了在形成电连接到第一多个掺杂区的第一多个触点并且形成电连接到第二多个掺杂区的第二多个触点后的图1E的结构的剖视图。
[0011] 图2为根据本公开的实施例的流程图，该流程图列出了与图1A-1F相对应的制造太阳能电池的方法中的操作。
[0012] 图3A示出了根据本公开的实施例的图1C的结构的注入区的平面图。
[0013] 图3B示出了根据本公开的实施例的用于形成结合图1A和图1B所述的扩散区的掩模图案的平面图。
[0014] 图4A-4C示出了根据本公开实施例的太阳能电池制造中的各个阶段的剖视图，其中：
[0015] 图4A示出了通过离子注入在半导体基板中形成图案化轻掺杂区后的剖视图；
[0016] 图4B示出了通过离子注入形成第一导电类型的第一多个掺杂区并且通过离子注入形成第二多个掺杂区后的图4A的结构的剖视图；并且
[0017] 图4C示出了在基板的光接收表面上形成多晶硅层后并且在形成电连接到第一多个掺杂区的第一多个触点和形成电连接到第二多个掺杂区的第二多个触点后的图4A的结构的剖视图。
[0018] 图5A示出了根据本公开的实施例的图4B的结构的注入区的平面图。
[0019] 图5B示出了根据本公开的实施例的用于形成结合图4A和图4B所述的扩散区的掩模图案的平面图。
[0020] 图6A和图6B示出了根据本公开的另一个实施例的用于形成结合图4A和图4B所述的扩散区的一对掩模图案的平面图。
[0021] 图7示意性地示出了根据本公开的实施例的图案化注入的内嵌式平台的剖视图，该图案化注入涉及移动晶片和静止遮蔽掩模。
[0022] 图8为根据本公开的实施例的流程图，所述流程图列出制造太阳能电池的另一方法中的操作。
具体实施方式
[0023] 以下具体实施方式本质上只是例证性的，并非意图限制所述主题的实施例或此类实施例的应用和用途。如本文所用，词语“示例性”意指“用作示例、实例或举例说明”。本文描述为示例性的任何实施未必理解为相比其他实施是优选的或有利的。此外，并不意图受前述技术领域、背景技术、发明内容或以下具体实施方式中提出的任何明示或暗示的理论的约束。
[0026] “包括”。该术语是开放式的。如在所附权利要求书中所用，该术语并不排除其他结构或步骤。
[0027] “被配置为”。各个单元或部件可被描述或声明成“被配置为”执行一项或多项任务。在这样的语境下，“被配置为”用于通过指示该单元/部件包括在操作期间执行一项或多项那些任务的结构而暗示结构。因此，可以说是将单元/部件配置成即使当指定的单元/部件目前不在操作(例如，未开启/激活)时也可执行任务。详述某一单元/电路/部件“被配置为”执行一项或多项任务明确地意在对该单元/部件而言不援用35U.S.C.§112第六段。
[0028] “第一”、“第二”等。如本文所用，这些术语用作其之后的名词的标记，而并不暗示任何类型的顺序(例如，空间、时间和逻辑等)。例如，提及“第一”太阳能电池并不一定暗示该太阳能电池为某一序列中的第一个太阳能电池；相反，术语“第一”用于区分该太阳能电池与另一个太阳能电池(例如，“第二”太阳能电池)。
[0029] “耦接”以下描述是指元件或节点或结构特征被“耦接”在一起。如本文所用，除非另外明确指明，否则“耦接”意指一个元件/节点/特征直接或间接连接至另一个元件/节点/特征(或直接或间接与其连通)，并且不一定是机械连接。
[0030] “阻止”如本文所用，阻止用于描述减小影响或使影响降至最低。当组件或特征被描述为阻止行为、运动或条件时，它完全可以完全防止某种结果或后果或未来的状态。另外，“阻止”还可以指减少或减小可能会发生的某种后果、表现和/或效应。因此，当组件、元件或特征被称为阻止结果或状态时，它不一定完全防止或消除该结果或状态。
[0031] 此外，以下描述中还仅为了参考的目的使用了某些术语，因此这些术语并非意图进行限制。例如，诸如“上部”、“下部”、“上方”和“下方”之类的术语是指附图中提供参考的方向。诸如“正面”、“背面”、“后面”、“侧面”、“外侧”和“内侧”之类的术语描述部件的某些部分在一致但任意的参照系内的取向和/或位置，通过参考描述所讨论的部件的文字和相关的附图可以清楚地了解所述取向和/或位置。这样的术语可包括上面具体提及的词语、它们的衍生词语以及类似意义的词语。
[0032] 本文描述了使用基板级离子注入制造太阳能电池发射极区的方法以及所得的太阳能电池。在下面的描述中，阐述了诸如具体的工艺流程操作的许多具体细节，以便提供对本公开实施例的透彻理解。对本领域的技术人员将显而易见的是，可在没有这些具体细节的情况下实施本公开的实施例。在其他情况中，没有详细地描述熟知的制造技术，诸如平版印刷和图案化技术，以避免不必要地使本公开的实施例难以理解。此外，应当理解在图中示出的多种实施例是示例性的展示并且未必按比例绘制。
[0033] 本文公开了制造太阳能电池的方法。在一个实施例中，制造太阳能电池的方法包括通过离子注入在半导体基板中形成轻掺杂区，该轻掺杂区为具有第一浓度的第一导电类型。该方法还包括通过离子注入形成具有第二更高浓度的第一导电类型的第一多个掺杂区，该第一多个掺杂区与轻掺杂区的第一部分重叠。该方法还包括通过离子注入形成第二多个掺杂区，该第二多个掺杂区具有浓度高于第一浓度的第二导电类型，并且第二多个掺杂区与轻掺杂区的第二部分重叠并且与第一多个掺杂区相间但不重叠。
[0034] 本文还公开了太阳能电池。在一个实施例中，太阳能电池包括半导体基板，该半导体基板具有光接收表面以及与光接收表面相对的背表面。毯覆式掺杂区设置在半导体基板中并且处于半导体基板的背表面上。该毯覆式掺杂区为具有第一浓度的第一导电类型。第一多个掺杂区设置在半导体基板中并且与毯覆式掺杂区重叠。第一多个掺杂区具有第一导电类型和第二更高浓度。第二多个掺杂区设置在半导体基板中，并且与毯覆式掺杂区重叠，但是与第一多个掺杂区相间但不重叠。第二多个掺杂区具有浓度高于第一浓度的第二导电类型。第一多个触点电连接到太阳能电池的背表面上的第一多个掺杂区。第二多个触点电连接到太阳能电池的背表面上的第二多个掺杂区。
[0035] 在另一个实施例中，太阳能电池包括半导体基板，该半导体基板具有光接收表面以及与光接收表面相对的背表面。图案化掺杂区设置在半导体基板中并且处于半导体基板的背表面上。该图案化掺杂区为具有第一浓度的第一导电类型。第一多个掺杂区设置在半导体基板中并且与图案化掺杂区的至少一部分接触。第一多个掺杂区为具有第二更高浓度的第一导电类型。第二多个掺杂区设置在半导体基板中并且与图案化掺杂区的至少一部分接触。第二多个掺杂区与第一多个掺杂区相间但不重叠。第二多个掺杂区具有浓度高于第一浓度的第二导电类型。第一多个触点电连接到太阳能电池的背表面上的第一多个掺杂区。第二多个触点电连接到太阳能电池的背表面上的第二多个掺杂区。
[0036] 本文所述的一个或多个实施例提供了用于制造高效率、全背接触太阳能电池器件的简化工艺流程，该流程涉及使用离子注入技术用于生成N+(例如，通常为磷掺杂或砷掺杂)和P+(例如，通常为硼掺杂)多晶硅发射极层中的一者或两者。在一个实施例中，制造方法包括使用离子注入引入所需的掺杂物类型的原子。
[0037] 为提供上下文，找到用于太阳能电池制造的注入技术的应用是有利的。如果能够将注入技术结合到制造方案中，则可以实现成本节省，因为此类技术可替代其它更昂贵的工艺方法。为解决此类问题，根据本公开的实施例，本文所述的太阳能电池制造方法包括直接注入太阳能电池基板。
[0038] 在本文所述的一些实施例中，将用于后端发射极制造的注入和退火处理与前表面层制造相结合以提供“混合”前表面解决方案。在一个示例性实施例中，使用例如等离子体增强化学气相沉积(PECVD)将N型非晶硅(a-Si)薄层沉积到太阳能电池的前表面或光接收表面上。在太阳能电池的背侧使用后注入处理进行注入退火(例如，通常所谓的后端处理)期间，前表面a-Si层晶化以形成多晶硅层。然后可以将诸如氮化硅(SiN)抗反射涂层(ARC)或膜叠层的其它层结合到电池前侧的多晶硅层上。在一个实施例中，所得的前表面相比于通常涉及重的前侧掺杂的现有技术提供了较大的改善。例如，所得的前表面可具有改善的紫外光(UV)性能。
[0039] 可能更一般地，尽管可以实现前侧协同作用，但是应当理解，实施例无需包括此类前侧协同作用。在一个实施例中，实施用于背侧处理的直接基板注入以提供具有变化的掺杂物浓度的一维(1D)线。即，本文所述的实施例包括使用背侧注入，例如用于基于块体半导体基板的注入扩散区进行1D发射极制造。
[0040] 在使用基板级离子注入的示例性处理流程中，图1A-1F示出了根据本公开的实施例的太阳能电池制造中的各个阶段的剖视图。图2为根据本公开的实施例的流程图200，该流程图200列出与图1A-1F相对应的制造太阳能电池的方法中的操作。
[0041] 参见图1A和流程图200的对应操作202，制造太阳能电池的方法包括通过离子注入在半导体基板100中形成轻掺杂区104。该轻掺杂区为具有第一浓度的第一导电类型。
[0042] 在一个实施例中，半导体基板100为单晶硅基板，诸如块体单晶N型掺杂硅基板。然而，应当理解，半导体基板100可以是设置在整个太阳能电池基板上的层，诸如多晶硅层。在一个实施例中，半导体基板100具有与背表面102相对的光接收表面101，并且可用于最终制造背接触太阳能电池。
[0043] 在一个实施例中，轻掺杂区104为形成于半导体基板100中的毯覆式(非图案化)轻掺杂区，如图1A所示。在一个实施例中，通过在离子注入机中单程通过静止掩模的过程中注入掺杂物，形成轻掺杂区104。
[0044] 在一个实施例中，第一导电类型的第一浓度为约1E18个原子/cm3。在一个实施例中，第一导电类型为P型，并且注入硼原子以形成轻掺杂区104。在另一个实施例中，第一导电类型为N型，并且注入磷原子以形成轻掺杂区104。在一个实施例中，通过使用离子束注入或等离子体浸渍注入来进行注入。
[0045] 再次参见图1A，在一个实施例中，如图所示，基板100的光接收表面101为纹理化的。纹理化表面可为具有规则或不规则形状的表面，其用于散射入射光、减少从太阳能电池的光接收表面反射离开的光量。在一个实施例中，使用基于氢氧化物的湿法蚀刻剂使光接收表面101纹理化。
[0046] 参见图1B和流程图200的对应操作204，制造太阳能电池的方法还包括通过离子注入形成第一导电类型的第一多个掺杂区106。第一导电类型的第一多个掺杂区106具有高于轻掺杂区104的第二更高浓度。第一多个掺杂区106与轻掺杂区104的第一部分重叠。
[0047] 在一个实施例中，通过在离子注入机中单程通过静止掩模的过程中注入掺杂物，形成第一多个掺杂区106。在一个实施例中，第一导电类型的第二更高浓度为约1E19个原子/cm3。在一个实施例中，第一导电类型为P型，并且注入硼原子以形成第一多个掺杂区106。在另一个实施例中，第一导电类型为N型，并且注入磷原子以形成第一多个掺杂区106。
在一个实施例中，通过使用离子束注入或等离子体浸渍注入来进行注入。
在一个实施例中，通过使用离子束注入或等离子体浸渍注入来进行注入。
[0048] 在一个实施例中，轻掺杂区104和第一多个掺杂区106均通过在离子注入机中单程通过静止掩模的过程中注入掺杂物来形成，该单程通过形成轻掺杂区104和第一多个掺杂区106两者。在一个此类实施例中，在离子注入机中单程通过静止掩模的过程中注入掺杂物的操作在形成第一多个掺杂区106时使用具有狭缝图案的掩模来进行，并且在形成轻掺杂区104时使用具有全开口的掩模来进行。此类掩模的示例在下文结合图3B予以更详细的描述。
[0049] 参见图1C和流程图200的对应操作206，制造太阳能电池的方法还包括通过离子注入形成第二多个掺杂区108。第二多个掺杂区108具有与第一导电类型相反的第二导电类型。另外，第二多个掺杂区108的浓度高于第一多个掺杂区106的浓度。第二多个掺杂区108与轻掺杂区104的第二部分重叠，并且与第一多个掺杂区106相间但不重叠。
[0050] 在一个实施例中，通过在离子注入机中单程通过静止掩模的过程中注入掺杂物，形成第二多个掺杂区108。在一个实施例中，第二导电类型的浓度为约1E19个原子/cm3。在一个实施例中，第二导电类型为N型，并且注入磷原子以形成第二多个掺杂区108。在另一个实施例中，第二导电类型为P型，并且注入硼原子以形成第二多个掺杂区108。
[0051] 应当理解，由于第二多个掺杂区108形成为具有第一导电类型的轻掺杂区104，因此在一个实施例中，第二导电类型掺杂物的浓度足以使第二多个掺杂区108的位置处的导电类型从第一导电类型改变为第二导电类型。在一个实施例中，通过使用离子束注入或等离子体浸渍注入来进行注入。
[0052] 参见图1D和流程图200中对应的任选操作208，制造太阳能电池的方法还包括在半导体基板101的光接收表面101上形成掺杂的非晶硅层110。在一个此类实施例中，轻掺杂区104、第一多个掺杂区106和第二多个掺杂区108形成于半导体基板100的背表面102中，该背表面与半导体基板100的光接收表面101相对，如图1D所示。
[0053] 在一个实施例中，使用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)或低压化学气相沉积(LPCVD)形成掺杂的非晶硅层110。在一个此类实施例中，掺杂的非晶硅层110为使用PECVD形成的N型掺杂的非晶硅层。应当理解，尽管被示出为在上述注入处理(操作202、204、206)后形成，但是掺杂的非晶硅层110可以在所述注入操作中的任一项或全部之前形成于光接触表面上。还应当理解，尽管未示出，但是在一个实施例中，形成于薄隧穿介电层上的掺杂的非晶硅层110首先形成于半导体基板的光接收表面上。在一个此类实施例中，薄隧穿介电层具有在大约10-150埃的范围内的厚度。在一个特定的此类实施例中，薄隧穿介电层为具有在大约15-20埃的范围内的厚度的二氧化硅层。
[0054] 参见图1E和流程图200中对应的任选操作210，制造太阳能电池的方法还包括在上文结合图1A-1C所述的离子注入操作之后对半导体基板进行热退火。
[0056] 再次参见图1E，在其中掺杂的非晶硅层110形成于半导体基板100的光接收表面101的实施例中，热退火使掺杂的非晶硅层110晶化以在半导体基板100的光接收表面101上形成掺杂的多晶硅层112，如图1E所示。
[0057] 在一个实施例中，所得的掺杂多晶硅层112为N型掺杂多晶硅层112。应当理解，通过上述晶化过程，用于掺杂物活化而实施的退火处理可具有增强前侧钝化的附加益处。在此类情形下，在退火期间可能无需掺杂，因此退火可以在N2环境下进行。这样可允许在炉中进行双槽加载。还应当理解，尽管未示出，但是在晶化形成掺杂的多晶硅层112后，其它前侧钝化层或ARC层可形成于掺杂的多晶硅层112上。
[0058] 参见图1F和流程图200中对应的任选操作212，制造太阳能电池的方法还包括形成电连接到第一多个掺杂区106的第一多个触点116和形成电连接到第二多个掺杂区106的第二多个触点118。
[0059] 在一个实施例中，触点通过以下方式制造：首先沉积和图案化绝缘层114以具有开口，并且随后在开口中形成一个或多个导电层。在一个实施例中，导电触点116和导电触点118包含金属并通过沉积、平版印刷和蚀刻方法形成，或作为另外一种选择通过印刷工艺形成。
[0060] 关于完成的或大部分完成的太阳能电池，再次参见图1F，根据本公开的实施例，太阳能电池包括半导体基板100，该半导体基板100具有光接收表面101以及与光接收表面101相对的背表面102。毯覆式掺杂区104设置在半导体基板100中并且处于半导体基板100的背表面102上。毯覆式掺杂区104为具有第一浓度的第一导电类型。第一多个掺杂区106设置在半导体基板100中并且与毯覆式掺杂区104重叠。第一多个掺杂区106具有第一导电类型和第二更高浓度。第二多个掺杂区108设置在半导体基板100中，并且与毯覆式掺杂区104重叠，但是与第一多个掺杂区106相间但不重叠。第二多个掺杂区108具有浓度高于第一浓度的第二导电类型。第一多个触点116电连接到太阳能电池的背表面102上的第一多个掺杂区106。第二多个触点118电连接到太阳能电池的背表面102上的第二多个掺杂区108。
[0061] 在一个实施例中，第一导电类型为P型(区104和106)，并且第二导电类型为N型(区108)。在一个此类实施例中，半导体基板100为单晶半导体基板。第一多个掺杂区106包含硼掺杂物，并且第二多个掺杂区108包含磷掺杂物。
[0062] 在另一个实施例中，第一导电类型为N型(区104和106)，并且第二导电类型为P型(区108)。在一个此类实施例中，半导体基板100为单晶半导体基板。第一多个掺杂区106包含磷掺杂物，并且第二多个掺杂区108包含硼掺杂物。
[0063] 在任一种情况下在一个实施例中，第一导电类型的第一浓度为约1E18个原子/cm3。第一导电类型的第二浓度为约1E19个原子/cm3。第二导电类型的浓度为约1E19个原子/cm3。
[0064] 为进一步结合图1A-1F的工艺举例说明本公开的实施例，图3A示出图1C的结构的注入区的平面图。图3B示出了用于形成结合图1A和图1B所述的扩散区的掩模图案的平面图。
[0065] 参见图3A，结合图1B所述的第一导电类型106的第一多个掺杂区与结合图1C所述的第二导电类型108的第二多个掺杂区相间但不重叠。第一多个掺杂区106和第二多个掺杂区108均与第一导电类型104的轻掺杂区的部分重叠。在一个实施例中，轻掺杂区104和第一多个掺杂区106均通过在离子注入机中单程通过静止掩模的过程中注入掺杂物而形成。
[0066] 参见图3B，在一个实施例中，在单程通过静止掩模的过程中注入第一导电类型的掺杂物以形成区104和区106的操作在形成第一多个掺杂区106时使用具有狭缝图案302的掩模300来进行。利用掩模300中的全开口304形成轻掺杂区104。在一个实施例中，在注入过程中，掩模300为布置在硅基板100之外但紧邻硅基板100的石墨遮蔽掩模。
[0067] 在另一方面，与轻掺杂区形成毯覆式图案相反，形成图案化轻掺杂区。在一个示例中，图4A-4C示出了根据本公开的实施例的太阳能电池制造中的各个阶段的剖视图。
[0068] 参见图4A，制造太阳能电池的方法包括通过离子注入在半导体基板100中形成轻掺杂区404。轻掺杂区404为具有第一浓度的第一导电类型。在一个实施例中，轻掺杂区404为形成于半导体基板100的背表面102上的图案化轻掺杂区，如图4A所示。
[0069] 参见图4B，制造太阳能电池的方法还包括通过离子注入形成第一导电类型的第一多个掺杂区106。第一导电类型的第一多个掺杂区106具有高于轻掺杂区404的第二更高浓度。第一多个掺杂区106与轻掺杂区404的第一部分重叠。第二多个掺杂区108也通过离子注入形成。第二多个掺杂区108具有与第一导电类型相反的第二导电类型。第二多个掺杂区108的浓度高于第一多个掺杂区106的浓度。此外，第二多个掺杂区108与轻掺杂区404的第二部分重叠，并且与第一多个掺杂区106相间但不重叠。
[0070] 参见图4C，制造太阳能电池的方法还包括在半导体基板100的光接收表面101上形成掺杂的多晶硅层112，如结合图1D和1E所述。另外，第一多个触点116电连接到第一多个掺杂区106。第二多个触点118电连接到第二多个掺杂区106。
[0071] 关于完成的或大部分完成的太阳能电池，再次参见图4C，根据本公开的实施例，太阳能电池包括半导体基板100，该半导体基板100具有光接收表面101以及与光接收表面101相对的背表面102。图案化掺杂区404设置在半导体基板100中并且处于半导体基板100的背表面102上。图案化掺杂区404为具有第一浓度的第一导电类型。第一多个掺杂区106设置在半导体基板100中并且与图案化掺杂区404的至少一部分接触。第一多个掺杂区106具有第二更高浓度的第一导电类型。第二多个掺杂区108设置在半导体基板100中并且与图案化掺杂区404的至少一部分接触。第二多个掺杂区108与第一多个掺杂区106相间但不重叠。第二多个掺杂区108具有浓度高于第一浓度的第二导电类型。第一多个触点116电连接到太阳能电池的背表面102上的第一多个掺杂区106。第二多个触点118电连接到太阳能电池的背表面102上的第二多个掺杂区108。
[0072] 在一个实施例中，第一导电类型为P型(区404和106)，并且第二导电类型为N型(区108)。在一个此类实施例中，半导体基板100为单晶半导体基板。第一多个掺杂区106包含硼掺杂物，并且第二多个掺杂区108包含磷掺杂物。
[0073] 在另一个实施例中，第一导电类型为N型(区404和106)，并且第二导电类型为P型(区108)。在一个此类实施例中，半导体基板100为单晶半导体基板。第一多个掺杂区106包含磷掺杂物，并且第二多个掺杂区108包含硼掺杂物。
[0074] 在任一种情况下在一个实施例中，第一导电类型的第一浓度为约1E18个原子/cm3。第一导电类型的第二浓度为约1E19个原子/cm3。第二导电类型的浓度为约1E19个原子/cm3。
[0075] 为进一步结合图4A-4C的工艺举例说明本公开的实施例，图5A示出图4B的结构的注入区的平面图。图5B示出了用于形成结合图4A和图4B所述的扩散区的掩模图案的平面图。
[0076] 参见图5A，结合图4B所述的第一导电类型106的第一多个掺杂区与第一导电类型404的图案化轻掺杂区的部分重叠。在一个实施例中，轻掺杂区404(例如，B-级掺杂)和第一多个掺杂区106(例如，B+级掺杂)均通过在离子注入机中单程通过静止掩模的过程中注入掺杂物而形成。
[0077] 参见图5B，在一个实施例中，在单程通过静止掩模的过程中注入第一导电类型的掺杂物以形成区404和区106的操作使用具有开口502的掩模500来进行。开口502具有用于形成轻掺杂区404的图案的区域的宽区域504。开口502还具有用于形成第一多个掺杂区106的窄区域506。在一个实施例中，在注入过程中，掩模500为布置在硅基板100之外但紧邻硅基板100的石墨遮蔽掩模。
[0078] 在另一方面，再次结合图4A-4C的处理，图6A和图6B示出了根据本公开的另一个实施例的用于形成结合图4A和图4B所述的扩散区的一对掩模图案的平面图。
[0079] 参见图6A，在一个实施例中，在单程通过静止掩模的过程中注入第一导电类型的掺杂物以形成图4B的区404和区106的操作使用具有开口602的掩模600来进行。参见图6B，在静止掩模下注入第二导电类型的掺杂物以形成图4B的区108的操作使用具有开口652的掩模650来进行。掩模600的开口602大幅宽于掩模650的开口652。在一个实施例中，在注入过程中，掩模600和650为布置在硅基板100之外但紧邻硅基板100的石墨遮蔽掩模。
[0080] 在另一方面，图7示意性地示出了根据本公开的实施例的图案化注入的内嵌式平台的剖视图，该图案化注入涉及移动晶片和静止遮蔽掩模。
[0081] 参见图7，内嵌式平台700包括用于输入晶片的晶片输入区。第一工位750被配置为将第一导电类型的掺杂物杂质原子注入穿过第一遮蔽掩模并且进入基板内。第二工位754被配置为将第二不同导电类型的掺杂物杂质原子注入穿过第二遮蔽掩模并且进入基板内。在特定实施例中，第一工位750被配置为注入硼原子或离子，并且第二工位754被配置为注入磷原子或离子。
[0082] 再次参见图7，将静止模板掩模702诸如静止石墨掩模保持为在注入期间邻近但不接触基板。虽然示为具有两个对应狭缝图案的一个掩模，但应当理解，对于模块750和754中的每一个而言，通常将使用单独的遮蔽掩模。可通过离子束可准直的程度确定距接收基板的间距的可用距离。典型间距将介于50-250微米之间，它与硅太阳能晶片基板大致为相同的厚度数量级。然而，在将遮蔽掩模下边缘下面的发散角(自垂直)降到最小的条件下，间距可高达1000微米(1mm)。在一个实施例中，所得的注入区图案为一维叉指图案。
[0083] 在一个实施例中，如上所述，模板掩模注入静止石墨遮蔽掩模可用于注入。例如，图7示意性地示出了根据本公开的实施例用于图案化注入的可能的内嵌式平台，该图案化注入涉及静止遮蔽掩模。在上述任一种情况下，在一个实施例中，可能在模板掩模上发生一定程度的沉积或残留物积聚。在多次运行后，可能需要从掩模上去除此类沉积或积聚。应当理解，可针对材料在模板掩模上的过度积聚而确定最佳运行次数以使通量平衡，所述过度积聚可以某种方式影响后面的注入工艺。在一个此类实施例中，在特定运行次数之后，通过选择性蚀刻移除积聚的材料，并且模板掩模随后可被重复使用。
[0084] 再次参见结合图1A-1F和图4A-4C所述的流程图，在一个实施例中，两次硼加入在一次通过中使用具有完整晶片开口的静止掩模来进行，以形成毯覆式轻掺杂区，然后通过狭缝图案提供选择性发射极区。应当理解，其它工艺方案可获益于直接注入太阳能电池的基板的背表面。例如，图8为根据本公开的实施例的流程图800，该流程图800列出制造太阳能电池的另一方法中的操作。
[0085] 参见流程图800的操作802，接收的硅晶片经过预蚀刻，或执行步骤较少的湿蚀刻处理。然后在操作804中，将磷硅玻璃(PSG)和未掺杂的硅玻璃(USG)层沉积到设备侧面(例如，基板背侧)。参见操作806，对于暴露的光接收表面进行纹理化蚀刻。然后在操作808中，使PSG/USG层图案化。参见操作810，以毯覆式(非图案化方式)在设备侧注入硼。然后在操作812中进行前侧处理，注入非晶硅(a-Si)的氧化(Ox)、氮化(N)和PECVD沉积。参见操作814，执行退火。然后在操作816中在设备侧形成抗反射涂层(ARC)和底部抗反射涂层(BARC)。参见操作818，然后执行下方触点金属化。然后在流程图800的操作820中完成后端处理。
[0086] 再次参见结合流程图800所述的工艺流程，该工艺无需图案化离子注入能力。相反，首先形成图案化固态N型掺杂物(磷)源。然后将图案化固态N型掺杂物源用作毯覆式硼注入操作的掩模。从而，可在P型发射极区制造中实施中低剂量的毯覆式硼注入操作。
[0087] 因此，引入目标针对高效率太阳能应用的具有图案化能力的高通量离子注入工具可适用于制造叉指背接触(IBC)太阳能电池。总之，虽然上文具体描述了某些材料，但对于仍然在本公开实施例的精神和范围内的其他此类实施例，一些材料可容易被其他材料取代。例如，在一个实施例中，可使用不同材料的基板，诸如III-V族材料的基板，来代替硅基板。在另一个实施方案中，使用多晶硅基板。此外，应当理解，在针对太阳能电池背表面上的发射极区具体描述N+型和随后P+型掺杂的顺序的情况下，设想的其他实施例包括相反的导电类型顺序，分别为例如P+型和随后N+型掺杂。另外，虽然主要提及背接触太阳能电池布置，但应当理解，本文所述的方法也可应用于前接触电极太阳能电池。一般来讲，可实施本文所述的实施例以针对高效率叉指背接触(IBC)型太阳能电池提供更低成本的高通量离子注入平台。
[0088] 因此，已公开了使用基板级离子注入制造太阳能电池发射极区的方法，以及所得太阳能电池。
[0089] 尽管上面已经描述了具体实施例，但即使相对于特定的特征仅描述了单个实施例，这些实施例也并非旨在限制本公开的范围。在本公开中所提供的特征的例子旨在为例证性的而非限制性的，除非另有说明。以上描述旨在涵盖将对本领域的技术人员显而易见的具有本公开的有益效果的那些替代形式、修改形式和等效形式。
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