利用離子注入形成選擇性摻雜和制備高效晶體硅太陽(yáng)能電池的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及用離子注入形成選擇性摻雜和制備高效晶體硅太陽(yáng)能電池的方法，1）通過(guò)熱生長(zhǎng)、CVD、PVD、ALD方法或化學(xué)凝膠生長(zhǎng)法在硅片基體一面形成一層一定厚度的半掩膜材料，作為后續(xù)離子注入工藝形成分區(qū)摻雜的半掩膜；半掩膜材料選擇：SiOx、SiOxNy、SiNx或TiOx等；2）對(duì)晶硅電池的某一面或者某一面的特定區(qū)域進(jìn)行圖案化刻蝕處理，形成所需要的選擇性摻雜圖案：刻蝕處理后的圖案區(qū)將會(huì)形成重?fù)诫s區(qū)；3）根據(jù)電池結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，在晶硅電池的某一面或者與某一面的特定區(qū)域進(jìn)行與襯底相同摻雜類(lèi)型或者相反摻雜類(lèi)型的離子注入摻雜；4）退火：在退火的過(guò)程中，形成選擇性的分區(qū)摻雜。摻雜，離子注入選擇合適的工藝參數(shù)。
【專利說(shuō)明】利用離子注入形成選擇性摻雜和制備高效晶體硅太陽(yáng)能電池的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及光伏行業(yè)的太陽(yáng)能電池領(lǐng)域，具體涉及到太陽(yáng)能電池器件的形成方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著全球能源供給緊張和環(huán)境保護(hù)雙重壓力的不斷增加，全世界都在大力發(fā)展可再生能源。太陽(yáng)能電池發(fā)電是可再生能源中唯一不完全受地域、環(huán)境限制的技術(shù)，必然在未來(lái)能源發(fā)展中占主要地位。目前光伏產(chǎn)業(yè)雖然處于相對(duì)比較艱難的低谷期，但從總體長(zhǎng)遠(yuǎn)的趨勢(shì)看，光伏產(chǎn)業(yè)仍是處于穩(wěn)定而健康的發(fā)展中，并開(kāi)始逐漸步入成熟。
[0003]太陽(yáng)電池是通過(guò)pn結(jié)的光生伏特效應(yīng)是將太陽(yáng)能直接轉(zhuǎn)換成電能的器件。在金屬接觸區(qū)的硅表面復(fù)合速率很高。如果金屬接觸區(qū)的硅表面形成重?fù)诫s，濃度差形成的勢(shì)壘有排斥少數(shù)載流子的作用，從而降低這里的復(fù)合。而非金屬接觸的采光發(fā)射區(qū)則希望通過(guò)輕摻雜來(lái)減少表面死層造成的損失。這樣的要求就促成了金屬接觸區(qū)域重?fù)诫s、其它發(fā)射區(qū)輕摻雜的選擇性摻雜設(shè)計(jì)(又稱選擇性發(fā)射極技術(shù))。而且這種設(shè)計(jì)的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是更濃摻雜的硅表面對(duì)金屬的接觸電阻更小。
[0004]傳統(tǒng)的分區(qū)摻雜技術(shù)比如通過(guò)激光消融或化學(xué)刻蝕形成選擇性分區(qū)摻雜圖案通過(guò)兩次擴(kuò)散法配合(比如中電光伏采用化學(xué)刻蝕的方法)、或者如德國(guó)施密特公司通過(guò)一次熱擴(kuò)散配合化學(xué)反刻的方法，或者通過(guò)Suntech尚德電力公司的激光局部摻雜的方法，或者通過(guò)美國(guó)innovolight公司的娃墨水結(jié)合熱擴(kuò)散形成選擇性摻雜的方法等等也都可以形成選擇性分區(qū)摻雜。
[0005]但是這些技術(shù)方法應(yīng)用于大多數(shù)是基于熱擴(kuò)散技術(shù)來(lái)形成選擇性摻雜的。當(dāng)應(yīng)用于結(jié)構(gòu)復(fù)雜些的高效晶體硅電池，比如N型電池、IBC電池、雙面電池、PERL/PERT電池往往需要在電池的一面或者一些區(qū)域形成N+摻雜，而電池的另一面或者另一些區(qū)域也需要形成P+摻雜，在這種情況下利用上述這些現(xiàn)有的技術(shù)工藝步驟就會(huì)相對(duì)復(fù)雜些，不利于工業(yè)
化生產(chǎn)。
[0006]采用離子注入制作的p-n結(jié)表面雜質(zhì)濃度較低，避免了熱擴(kuò)散形成pn結(jié)表面的死層帶來(lái)的表面復(fù)合的損失，還極大程度提高了結(jié)的均勻性。如果需要對(duì)電池前后表面都實(shí)施分區(qū)摻雜技術(shù)，而且離子注入是單面工藝，就排除了邊緣刻蝕的需求，簡(jiǎn)化了工藝流程具有更大的優(yōu)勢(shì)。
[0007]采用離子注入技術(shù)實(shí)現(xiàn)選擇性摻雜由于工藝步驟簡(jiǎn)單而更加適合于高效電池結(jié)構(gòu)兩面都需要選擇性分區(qū)摻雜的設(shè)計(jì)。傳統(tǒng)的通過(guò)離子注入實(shí)現(xiàn)選擇性摻雜的方法主要是通過(guò)在離子注入工藝腔內(nèi)的掩膜基板來(lái)實(shí)現(xiàn)分區(qū)摻雜，這種方法雖然工藝步驟簡(jiǎn)單，但是對(duì)于同一種摻雜元素(比如磷或者硼)，需要實(shí)施兩次的離子注入才能獲得分區(qū)的摻雜圖案，而且總會(huì)相當(dāng)有一部分摻雜離子在離子注入工藝中被浪費(fèi)在掩膜基板上，這使得晶硅太陽(yáng)能電池的生產(chǎn)成本增加。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明目的是，提出一種選擇性發(fā)射極制備方法制造高效晶體硅太陽(yáng)能電池，適用于制備結(jié)構(gòu)復(fù)雜些的高效晶體硅電池，如N型電池、IBC電池、雙面電池、PERL/PERT電池；克服離子注入制作選擇性發(fā)射極的不足，尤其是通過(guò)離子注入掩蔽的掩膜(半掩膜)材料來(lái)完成。
[0009]本發(fā)明的技術(shù)方案是，一種利用離子注入形成選擇性摻雜和制備高效晶體硅太陽(yáng)能電池的方法，I)首先通過(guò)前面所述的熱生長(zhǎng)、CVD、PVD、ALD或化學(xué)凝膠等方法在硅基體的一面或前后表面形成一層一定厚度的半掩膜材料(比如氧化硅(SiOx)或者硅氮氧化物(SiOxNy))，作為后續(xù)離子注入工藝形成分區(qū)摻雜的半掩膜；半掩膜材料的選擇:半掩膜材料選擇:Si0x、SiOxNy> SiNx或TiOx等；2)對(duì)晶娃電池的某一面(既可以正面，也可以是背面)或者某一面的(既可以正面的，也可以是背面的)特定區(qū)域進(jìn)行圖案化刻蝕處理，形成所需要的選擇性摻雜圖案:刻蝕處理后的圖案區(qū)將會(huì)形成重?fù)诫s區(qū)；3)根據(jù)電池結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，在晶硅電池的某一面(既可以正面的，也可以是背面的)或者與某一面的(既可以正面的，也可以是背面的)特定區(qū)域進(jìn)行與襯底相同摻雜類(lèi)型或者相反摻雜類(lèi)型的離子注入摻雜；4)退火:放置到高溫管式擴(kuò)散爐或者RTP快速熱退火爐中，通過(guò)選擇合適的退火溫度、時(shí)間、氣氛，進(jìn)行摻雜雜質(zhì)的再分布退火，退火溫度范圍:600-1100°C，退火時(shí)間范圍:
1-500分鐘，氣氛:惰性氣體(比如氮?dú)?、氧氣的單一或者混合氣體，退火爐的選擇:管式擴(kuò)散爐或者RTP快速熱退火爐；在退火的過(guò)程中，修復(fù)注入后的損失和進(jìn)行雜質(zhì)再分布，根據(jù)摻雜雜質(zhì)在半掩膜層的擴(kuò)散系數(shù)不同，形成選擇性的分區(qū)摻雜。半掩膜層厚范圍是IO-1OOnmo
[0010]進(jìn)一步的，所述步驟I) 一 2)中分別在硅片的雙面進(jìn)行相同工藝處理，再進(jìn)行步驟3)晶硅電池的某一面(既可以正面的，也可以是背面的或者此面(既可以正面的，也可以是背面的)的特定區(qū)域進(jìn)行一種摻雜類(lèi)型的離子注入摻雜；在另一面或者此面的特定區(qū)域進(jìn)行與第一面相反摻雜類(lèi)型的離子注入摻雜。
[0011]此半掩膜材料的選擇和最終所需要獲得的選擇性摻雜的輕摻雜的濃度有關(guān)系，要通過(guò)配合“半掩膜”材料膜層(摻雜元素在其內(nèi)部的擴(kuò)散系數(shù)以及和在硅中的擴(kuò)散系數(shù)的比較)，獲得該材料膜層的工藝和厚度控制、離子注入摻雜中的工藝參數(shù)控制、高溫退火再分布中的工藝參數(shù)控制來(lái)進(jìn)行整體的協(xié)調(diào)性制備；“半掩膜”材料膜層的其它性質(zhì)如折射率、厚度、致密性和均勻性、材料的高溫?zé)崃W(xué)動(dòng)力學(xué)穩(wěn)定性、雜質(zhì)在硅和該半掩膜材料中的擴(kuò)散系數(shù)亦需要考慮；半掩膜材料制備工藝的選擇需要依據(jù)上述；
[0012]半掩膜層的生長(zhǎng)也可以在硅材料表面織構(gòu)化處理工藝之后；2)對(duì)硅片的某一面(既可以正面，也可以是背面)或者某一面(既可以正面，也可以是背面)的特定區(qū)域進(jìn)行圖案化刻蝕處理，形成所需要的選擇性摻雜圖案:刻蝕處理后的圖案區(qū)將會(huì)形成重?fù)诫s區(qū)；刻蝕處理后的圖案區(qū)域形成重?fù)诫s區(qū)；可以利用激光消融刻蝕或者化學(xué)刻蝕或者等離子刻蝕的方法，但不限于此；這個(gè)圖案根據(jù)實(shí)際的電池結(jié)構(gòu)需要可以是以線條狀為子單元的排布，梳子狀嵌套排布或者以圓形或矩形為子單元的點(diǎn)陣排布等等，但不限于此。
[0013]摻雜圖案參數(shù):子單元的排布形狀設(shè)計(jì):柵線式的線狀排布，梳子狀嵌套排布，矩陣或菱形的點(diǎn)陣排布；子單元的形狀:柵線，圓形或矩形；子單元的線寬、子單元的間距(選擇性分區(qū)摻雜面積百分比):根據(jù)電池結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的實(shí)際需要和工藝技術(shù)能達(dá)到的精度來(lái)進(jìn)行綜合設(shè)計(jì)；
[0014]3)根據(jù)電池結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)需要，在硅片的另一面或者與該面的特定區(qū)域進(jìn)行與襯底相同摻雜類(lèi)型或者相反摻雜類(lèi)型的離子注入摻雜；摻雜指相同摻雜類(lèi)型或者相反摻雜類(lèi)型的尚子。
[0015]離子注入摻雜的參數(shù):離子注入工藝參數(shù)(工作電流范圍、能量范圍、劑量范圍):根據(jù)電池結(jié)構(gòu)需要，半掩膜材料和厚度、離子注入工藝參數(shù)來(lái)協(xié)調(diào)綜合優(yōu)化設(shè)計(jì)；離子注入雜質(zhì)種類(lèi):施主摻雜(PH3，AsH3等)，受主摻雜(BF3，B2H6等)；
[0016]4)退火:放置到高溫管式擴(kuò)散爐或者RTP快速熱退火爐中，通過(guò)選擇合適的退火溫度、時(shí)間、氣氛，進(jìn)行摻雜雜質(zhì)的再分布退火。退火溫度范圍:600-1100°C，退火時(shí)間范圍:
1-500分鐘，氣氛:惰性氣體、氧氣的之一或者混合氣體，退火爐的選擇:管式擴(kuò)散爐或者RTP快速熱退火爐，但不限于此；
[0017]在退火的過(guò)程中，修復(fù)注入后的損失和進(jìn)行雜質(zhì)再分布，根據(jù)摻雜雜質(zhì)在半掩膜層的擴(kuò)散系數(shù)不同，形成選擇性的分區(qū)摻雜。
[0018]進(jìn)一步，所述步驟I)一 2)中分別在硅片的雙面進(jìn)行相同工藝處理，再進(jìn)行步驟3)硅片的第一面或者此面的特定區(qū)域進(jìn)行一種摻雜類(lèi)型的離子注入摻雜；在另一面或者此面的特定區(qū)域進(jìn)行與第一面相反摻雜類(lèi)型的離子注入摻雜。
[0019]高溫(擴(kuò)散)退火工藝參數(shù)(氣氛:溫度:時(shí)間):根據(jù)電池結(jié)構(gòu)需要，半掩膜材料和厚度、離子注入工藝參數(shù)來(lái)協(xié)調(diào)綜合優(yōu)化設(shè)計(jì)；可在高溫退火中生長(zhǎng)成一定厚度的氧化硅作為表面鈍化層。表面鈍化層厚度根據(jù)工藝需要為2 - 25納米。
[0020]以上1-4)步就是本發(fā)明所涉及的形成選擇性分區(qū)摻雜的具體方法，后續(xù)則可以根據(jù)不同電池結(jié)構(gòu)的需求，配合實(shí)施不同的工藝步驟，尤其是可以形成如背接觸IBC電池、雙面電池、PERL/PERT電池等高效電池結(jié)構(gòu)。本發(fā)明所涉及的方法可以不僅僅適合于單晶硅襯底，也同樣適合于類(lèi)單晶，多晶襯底。
[0021]本發(fā)明“半掩膜”材料可以利用熱生長(zhǎng)、CVD、PVD,或者Spray on or spin on、以及化學(xué)生長(zhǎng)法來(lái)獲得，形成一定厚度的SiOX、SiOXNy、SiNX或TiOx作為分區(qū)摻雜的半掩膜，但不限于此。選擇性摻雜前的圖案化處理步驟用于獲得所需要的選擇性摻雜圖案，可以利用激光消融刻蝕或者化學(xué)刻蝕或者等離子干法刻蝕的方法，但不限于此。半掩蔽材料膜層厚度為10-50nm。
[0022]半掩膜材料利用熱生長(zhǎng)、PVD、CVD、ALD或者Spray on or spin on (所有沉積半掩膜層的方法均可以使用)以及化學(xué)凝膠生長(zhǎng)法來(lái)獲得，形成一定厚度的SiOx、SiOxNy, SiNx或TiOx作為分區(qū)摻雜的半掩膜，半掩膜層厚10-50nm。
[0023]可用于制備背接觸IBC電池、雙面電池、PERL/PERT電池，硅片為單晶硅、類(lèi)單晶或多晶娃材料。
[0024]利用激光消融技術(shù)實(shí)現(xiàn)這種分區(qū)摻雜的圖案化處理，采用532nm的皮秒激光器(Nd:YV04,，脈沖小于<15ps，最大平均功率15W，脈沖重復(fù)頻率200-1000kHz，對(duì)Si02進(jìn)行刻蝕圖案化。
[0025]或利用化學(xué)刻蝕技術(shù):利用絲網(wǎng)印刷腐蝕性的衆(zhòng)料或Inkjet or Aerosol Jetprinting印刷腐蝕性漿料或墨水，進(jìn)行化學(xué)刻蝕，在化學(xué)刻蝕之后，對(duì)硅片表面進(jìn)行清洗以去除表面的殘余化學(xué)漿料。
[0026]在已經(jīng)經(jīng)過(guò)圖案化處理的區(qū)域經(jīng)過(guò)離子注入和高溫退火后會(huì)形成重?fù)诫s，這些區(qū)域在后續(xù)作為金屬化步驟的金屬接觸區(qū)；未經(jīng)過(guò)圖案化的區(qū)域，由于半掩膜材料類(lèi)型&厚度、離子注入工藝參數(shù)、共退火的工藝參數(shù)整體設(shè)計(jì)，離子注入的摻雜在半掩膜的阻擋作用下，在后續(xù)高溫退火中會(huì)形成輕摻雜區(qū)域；
[0027]值得強(qiáng)調(diào)的是，輕重?fù)诫s的分區(qū)會(huì)在后續(xù)的生長(zhǎng)或沉積鈍化層時(shí)候會(huì)具有不同的表面生長(zhǎng)速率，從而在不同的分區(qū)摻雜區(qū)域獲得不同的鈍化層厚度，這使得后續(xù)的金屬化工藝采用并具有自對(duì)準(zhǔn)的技術(shù)。
[0028]本發(fā)明中所選擇的用于離子注入掩蔽的“半掩膜”材料，需要具有良好的高溫?zé)崃W(xué)和動(dòng)力學(xué)穩(wěn)定性，優(yōu)選的選用SiOx、SiOxNy, SiNx或TiOx等單層膜材料或者疊層膜材料或者復(fù)合膜材料來(lái)作為離子注入摻雜和高溫退火的“半掩膜”材料，也可以化學(xué)組分漸變的材料。但不限于此。
[0029]本發(fā)明的方法的有益效果:本發(fā)明通過(guò)生長(zhǎng)或沉積的方法獲得一層一定厚度的均勻的“半掩膜”，預(yù)先對(duì)硅片表面進(jìn)行圖案化處理，在離子注入的摻雜經(jīng)過(guò)高溫退火再分布的過(guò)程中，利用摻雜元素在硅和“半掩膜”材料中的擴(kuò)散系數(shù)不同，通過(guò)“半掩膜”的工藝和厚度控制、離子注入摻雜中的工藝參數(shù)控制、高溫退火再分布中的工藝參數(shù)控制可以實(shí)現(xiàn)在金屬接觸區(qū)域形成重?fù)诫s，非接觸區(qū)域形成輕摻雜的選擇性分區(qū)摻雜的結(jié)分布。這樣可以對(duì)于形成某一種摻雜類(lèi)型的發(fā)射結(jié)(比如硼或者磷)只需要一次離子注入，也極大程度的減小了離子注入中的摻雜劑的浪費(fèi)，可以降低生產(chǎn)制造成本，提高生產(chǎn)產(chǎn)量。采用本發(fā)明的半掩膜法一次離子注入形成選擇性摻雜的技術(shù)，就可以避免現(xiàn)有摻雜方法的浪費(fèi)，降低了生產(chǎn)的成本。
[0030]此外直接在硅襯底上進(jìn)行離子注入摻雜，還會(huì)產(chǎn)生溝道效應(yīng)，這會(huì)對(duì)電池器件的性能有負(fù)面作用。采用本發(fā)明的方法中，對(duì)離子注入前對(duì)通過(guò)沉積一層非晶層的半掩膜材料來(lái)對(duì)硅片表面實(shí)現(xiàn)預(yù)非晶化處理的作用，從而能極大程度的減弱或防止溝道效應(yīng)。通過(guò)半掩膜材料的厚度控制，在實(shí)現(xiàn)分區(qū)摻雜的同時(shí)也能極大程度的“緩沖、減弱”離子注入工藝對(duì)硅襯底造成的損傷。通過(guò)預(yù)非晶化表面半掩膜材料處理，可以極大程度減小或避免離子注入中產(chǎn)生的溝道效應(yīng)。
[0031 ] 特別的，通過(guò)半掩膜材料的厚度控制，在硼注入摻雜和退火中，利用了硼在硅/氧化硅界面的分凝系數(shù)不同(S1-Si02界面，硼的分凝系數(shù)是3:10)，可以極大程度的分凝硅表面的硼硅化合物(富硼層)，從而進(jìn)一步的減小非金屬接觸區(qū)的表面濃度，提高摻雜結(jié)的質(zhì)量。
[0032]特別的，通過(guò)半掩膜材料的厚度控制，可以在硅基體的兩面和四周都得到掩膜層材料，起到非常好的N、P摻雜區(qū)域隔離的作用，節(jié)省了后續(xù)的單獨(dú)的N、P摻雜區(qū)域隔離的步驟。實(shí)現(xiàn)選擇性的摻雜，可以實(shí)現(xiàn)自對(duì)準(zhǔn)的金屬化技術(shù)。
[0033]采用本發(fā)明方法可以根據(jù)不同電池結(jié)構(gòu)的需求，配合實(shí)施不同的工藝步驟，可以形成如背接觸IBC電池、雙面電池、PERL/PERT電池等高效電池結(jié)構(gòu)。本發(fā)明不僅適合于單晶硅襯底，也同樣適合于類(lèi)單晶，多晶襯底。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】[0034]圖1為背接觸電池即高效交指式背接觸(IBC)太陽(yáng)電池結(jié)構(gòu)圖；
[0035]圖2為雙面電池結(jié)構(gòu)圖；
[0036]圖3為PERL&PERT電池結(jié)構(gòu)圖；
[0037]圖4 一 I至圖4 一 5為生長(zhǎng)或沉積半掩膜材料摻雜并制備成電池的實(shí)施流程示意圖；正面選擇性摻雜生長(zhǎng)，
[0038]其中:圖4 一 I生長(zhǎng)或沉積半掩膜材料；
[0039]圖4 一 2半掩膜材料圖案化處理；
[0040]圖4 一 3半掩膜離子注入選擇性摻雜，如摻磷；
[0041]圖4 — 4高溫退火形成N+和N++的選擇性摻雜；
[0042]圖4 一 5化學(xué)腐蝕后(去掉掩膜后)的最終圖形；背面選擇性摻雜生長(zhǎng)完全同圖4。
[0043]圖5 — I雙面電池的工藝流程，經(jīng)半掩膜材料圖案化處理后；雙面半掩膜離子注入選擇性，分別摻雜磷和硼；為生長(zhǎng)或沉積半掩膜材料摻雜的實(shí)施例；正面選擇性摻雜圖示/背面選擇性摻雜圖示/雙面選擇性
[0044]圖5 — 2雙面電池的一種成品示意圖。
[0045]圖6 — I背接觸電池N — Si的先進(jìn)行磷注入，51是離子注入的掩膜基板；
[0046]圖6 — 2背接觸電池N — Si的同一面再進(jìn)行硼注入，51是離子注入的掩膜基板；
[0047]圖6 — 3本發(fā)明背接觸電池成品的示意圖，具有選擇性摻雜。
【具體實(shí)施方式】
[0048]以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明:如圖所示，背面金屬電極1、氧化硅2、P型襯底3、氧化硅4、正面金屬電極5、氮化硅6 ;背面反射11、點(diǎn)接觸12、背面柵線13、N型襯底14、柵線15 ;鈍化發(fā)射區(qū)和背面局部擴(kuò)散電池(PERL)，鈍化發(fā)射區(qū)和背面局部擴(kuò)散電池(peri)在perc電池的背面接觸點(diǎn)下增加一個(gè)富硼元素的擴(kuò)散層，以減小金屬接觸電阻。
[0049]1.利用該方法實(shí)現(xiàn)選擇性摻雜的具體實(shí)施:根據(jù)
【發(fā)明內(nèi)容】
可以有更詳細(xì)的描述:
[0050]實(shí)施例1:1 一 I)晶體硅片為n型單晶襯底或n型多晶硅襯底，其厚度為100?250 u m ；
[0051]1- 2)直接利用熱生長(zhǎng)或者PVD獲得單面或雙面的“半掩蔽”的材料膜層厚度為10-50nm,包括:氧化娃、氮氧化娃、氮化娃等。
[0052]熱生長(zhǎng)是熱氧化技術(shù)，氧化的溫度選擇875_950°C之間，氧化的時(shí)間選擇10_40分鐘。在硅片的單面或正背面同時(shí)獲得一層10-50nm的氧化層。
[0053]CVD 方法生長(zhǎng)包括 PECVD/APCVD/LPCVD 等方法沉積 SiOxNy、SiNx 或 TiOx，PVD 基本方法包括真空蒸發(fā)、濺射、離子鍍等:如磁控濺射在真空環(huán)境下，通過(guò)電壓和磁場(chǎng)的共同作用，以被離化的惰性氣體離子對(duì)靶材進(jìn)行轟擊，致使靶材以離子、原子或分子的形式被彈出并沉積在基件上形成薄膜；祀材采用氮SiOxNy、SiNx或TiOx,在娃片的單面或正背面同時(shí)獲得一層10-50nm的靶材材料“半掩蔽”薄膜；用其它方法亦可生長(zhǎng)上述“半掩蔽”薄膜；“半掩蔽”的材料膜層的生長(zhǎng)也可以在硅材料表面織構(gòu)化處理工藝之后；
[0054]1- 3)利用激光消融技術(shù)或者化學(xué)刻蝕技術(shù)或者等離子刻蝕技術(shù)，硅片的一面或正面和背面的分區(qū)摻雜前均進(jìn)行圖案化處理。
[0055]激光消融技術(shù)實(shí)現(xiàn)這種分區(qū)摻雜的圖案化處理，比如采用532nm的皮秒激光器(Nd: YV04，，脈沖小于<15ps，最大平均功率15W，脈沖重復(fù)頻率200_1000kHz)，對(duì)Si02進(jìn)行刻蝕圖案化。
[0056]典型的硅片的重?fù)诫s區(qū)采用柵線的線狀分布，柵線的寬度范圍是50-300um，子單元之間的間距是1000um-2000um范圍；激光消融技術(shù)之后可以利用1_2%的堿溶液對(duì)損傷層進(jìn)行處理。
[0057]化學(xué)刻蝕技術(shù):利用絲網(wǎng)印刷腐蝕性的衆(zhòng)料，或Inkjet or Aerosol Jetprinting印刷腐蝕性漿料或墨水，來(lái)進(jìn)行化學(xué)刻蝕，這種漿料或者墨水一般含有腐蝕性的酸性離子(比如氟離子或者磷酸根等，但不限于此)和有機(jī)物的混合物。在化學(xué)刻蝕方法之后，需要對(duì)硅片表面進(jìn)行清洗以去除表面的殘余化學(xué)漿料，這種清洗溶液一般可以采用SC1/SC2清洗液，在70-75度左右的條件下清洗1-5分鐘左右。
[0058]1- 4)離子注入進(jìn)行摻雜
[0059]采用BF3或者B2H6作為離子源，經(jīng)過(guò)離子源經(jīng)過(guò)離化，加速，質(zhì)量分析、聚焦等步驟，以偏離靶片垂直方向0°~7°進(jìn)行P型注入摻雜，離子注入能量為l_50KeV，注入劑量為1E14~8E15cm-2 ;在預(yù)先沉積的掩膜材料上，已經(jīng)進(jìn)行圖案化的區(qū)域，離子注入直接摻雜在硅襯底表面，未進(jìn)行圖案化區(qū)域的離子注入摻雜在了半掩膜材料上。其它離子注入的方法(如N型摻雜，PH3 or AsH3)類(lèi)同上述，亦可以雙面注入離子摻雜。
[0060]1- 5)將經(jīng)過(guò)摻雜的硅片，放置到高溫管式擴(kuò)散爐中在惰性氣體、氧氣的單一或者混合氣氛下進(jìn)行高溫退火，經(jīng)過(guò)高溫退火過(guò)程，完成摻雜雜質(zhì)離子注入損傷層修復(fù)、摻雜雜質(zhì)的激活。經(jīng)過(guò)這步高溫退火，硅片一面或雙面形成選擇性的分區(qū)摻雜?？蛇x的，可在高溫退火中生長(zhǎng)成一定厚度的氧化硅作為表面鈍化層。表面鈍化層厚度根據(jù)工藝需要為3 -15納米。
[0061]i1.下面例舉利用該方法制備幾種晶體硅高效電池的實(shí)例。
[0062]實(shí)施例2.背接觸(IBC)電池的制作工藝流程
[0063]2 -1)硅基體的選擇
[0064]典型的晶體硅基體為n型單晶襯底，其電阻率0.5~5Q ? cm，其厚度為100~200 u m,但不限于此；亦可用多晶娃基體。
[0065]2 - 2)表面織構(gòu)化，包括正面絨面和背面拋光光學(xué)形貌的形成
[0066]硅片前表面織構(gòu)化可采用濕法化學(xué)腐蝕，如使用各類(lèi)酸性溶液、堿性溶液和有機(jī)溶劑等來(lái)實(shí)現(xiàn)；或通過(guò)干法刻蝕，如反應(yīng)離子刻蝕(RIE)、激光刻蝕等方法，但不限于此。
[0067]常用的堿性溶液例如:氫氧化鈉，氫氧化鉀和乙二胺等。例如對(duì)于單晶硅基體，可以采用氫氧化鈉溶液的一般為濃度約重量百分含量約為0.5-5%，腐蝕溫度為70-90°C來(lái)進(jìn)行各向異性的表面織構(gòu)化。優(yōu)選的，為獲得均勻的絨面金字塔，還可以在溶液中酌量添加醇類(lèi)(例如乙醇和異丙醇)等作為絡(luò)合劑。再如對(duì)于多晶硅基體，可以采用在硝酸、氫氟酸和去離子水的體積比為I~2:0.5~1:1的混合溶液中，在0~15°C的條件下進(jìn)行各向同性的表面織構(gòu)化。
[0068]硅片背表面的拋光處理采用濕法化學(xué)或者機(jī)械方法，但不限于此，例如對(duì)于單晶娃或多晶娃基體，既可以米用氫氧化鈉溶液的一般為濃度約重量百分含量約為0.5-5%,腐蝕溫度為85--100°C來(lái)進(jìn)行拋光腐蝕。也可以采用在硝酸、氫氟酸和去離子水的體積比為I~2:0.5~1:1的混合溶液中,在0~15°C的條件下進(jìn)行拋光腐蝕。[0069]2 - 3)利用CVD法沉積一定厚度的在硅片背表面的“半掩蔽”的材料膜層即半掩
膜，比如氧化硅、氮氧化硅、氮化硅等。
[0070]具體的，此處采用APCVD技術(shù)沉積Si02，反應(yīng)氣體是硅烷和氧氣，溫度是300-500度，折射率1.46，本例控制在厚度30-50nm。半掩膜氮氧化硅等也可以厚至50_100nm。
[0071]2 - 4)利用激光消融技術(shù)或者化學(xué)刻蝕技術(shù)或者等離子刻蝕技術(shù)，對(duì)電池背面實(shí)施分區(qū)摻雜前的圖案化處理，也即交疊分布的背面N、P摻雜圖形。
[0072]選擇性分區(qū)摻雜的圖案:子單元的排布形狀設(shè)計(jì)采用柵線的線狀排布，P區(qū)摻雜和N區(qū)摻雜采用像梳子那樣相互嵌套的方式。
[0073]P區(qū)的子單元柵線的寬度范圍是250um_500um (其中重?fù)诫s的分區(qū)寬度是50-75um),子單元之間的間距是500-1500um之間；N區(qū)的子單元柵線的寬度范圍是75um-200um (其中重?fù)诫s的分區(qū)是50um左右)，子單元之間的間距是500um-1500um之間。
[0074]具體采用激光消融技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)這種分區(qū)摻雜的圖案化處理，典型的，可以采用532nm的皮秒激光器(Nd:YV04，，脈沖小于15ps，最大平均功率15W，脈沖重復(fù)頻率200-1000kHz)，對(duì)SiOx進(jìn)行刻蝕圖案化。優(yōu)選的，激光技術(shù)之后可以利用1-2%的堿溶液對(duì)損傷層進(jìn)行處理。
[0075]或可以利用絲網(wǎng)印刷腐蝕性的衆(zhòng)料，或Inkjet or Aerosol Jet printing印刷腐蝕性漿料或墨水，來(lái)進(jìn)行化學(xué)刻蝕，這種漿料或者墨水一般含有腐蝕性的酸性離子(比如氟離子或者磷酸根等)和有機(jī)物的混合物。在化學(xué)刻蝕方法之后，需要對(duì)硅片表面進(jìn)行清洗以去除表面的殘余化學(xué)漿料，這種清洗溶液一般可以采用SC1/SC2清洗液，在70-75度左右的條件下清洗1_5分鐘左右。
[0076]2 - 5)利用離子注入技術(shù)對(duì)電池背面進(jìn)行P型摻雜，其中在背面待進(jìn)行的N型摻雜區(qū)域用離子注入的工藝掩膜版進(jìn)行掩蔽處理。
[0077]采用BF3或者B2H6作為離子源，經(jīng)過(guò)離子源經(jīng)過(guò)離化，加速，質(zhì)量分析、聚焦等步驟，以偏離靶片垂直方向0°?7°進(jìn)行P型注入摻雜，離子注入能量為l_50KeV，注入劑量為 1E14 ?8E15cnT2 ；
[0078]在預(yù)先沉積的半掩膜材料上，已經(jīng)進(jìn)行圖案化的區(qū)域，離子注入直接摻雜在硅襯底表面，未進(jìn)行圖案化區(qū)域的離子注入摻雜在了半掩膜材料上。
[0079]利用離子注入技術(shù)對(duì)電池背面進(jìn)行N型摻雜，其中在背面已經(jīng)進(jìn)行的P型摻雜區(qū)域用離子注入的工藝掩膜版進(jìn)行掩蔽處理。
[0080]采用PH3作為離子源，經(jīng)過(guò)離子源經(jīng)過(guò)離化，加速，質(zhì)量分析、聚焦等步驟，以偏離靶片垂直方向0°?7°進(jìn)行N型注入摻雜，離子注入能量為l-50KeV，注入劑量為1E14?8E15cm2 ；
[0081]在預(yù)先沉積的半掩膜材料上，已經(jīng)進(jìn)行圖案化的區(qū)域，離子注入直接摻雜在硅襯底表面，未進(jìn)行圖案化區(qū)域的離子注入摻雜在了半掩膜材料上。
[0082]2-6)利用離子注入技術(shù)對(duì)電池正面實(shí)施N型摻雜；
[0083]采用PH3作為離子源，經(jīng)過(guò)離子源經(jīng)過(guò)離化，加速，質(zhì)量分析、聚焦等步驟，以偏離靶片垂直方向0°?7°進(jìn)行N型注入摻雜，離子注入能量為l-50KeV，注入劑量為1E14?8E15cm2 ；
[0084]2 - 7)將經(jīng)過(guò)兩種導(dǎo)電類(lèi)型摻雜的硅片，放置到高溫管式擴(kuò)散爐中在氮?dú)夂脱鯕獾臍夥障逻M(jìn)行高溫退火，經(jīng)過(guò)高溫退火過(guò)程，同時(shí)完成兩種摻雜雜質(zhì)的離子注入損傷層修復(fù)、摻雜雜質(zhì)的激活。可選的，可以在高溫退火中生長(zhǎng)成一定厚度的氧化硅作為表面鈍化層。經(jīng)過(guò)這步高溫退火，電池的正面和背面都形成了選擇性的分區(qū)摻雜。
[0085]放到高溫管式擴(kuò)散爐中在氮?dú)夂脱鯕獾沫h(huán)境下，通過(guò)選擇合適的退火溫度、時(shí)間、氣氛，進(jìn)行摻雜雜質(zhì)的再分布退火，在已經(jīng)經(jīng)過(guò)圖案化處理的區(qū)域經(jīng)過(guò)離子注入和高溫退火后會(huì)形成重?fù)诫s，這些區(qū)域在后續(xù)作為金屬化步驟的金屬接觸區(qū)；未經(jīng)過(guò)圖案化的區(qū)域，由于半掩膜Si0x&厚度、離子注入工藝參數(shù)、共退火的工藝參數(shù)整體設(shè)計(jì)，離子注入的摻雜在半掩膜的阻擋作用下，在后續(xù)高溫退火中會(huì)形成輕摻雜區(qū)域；值得強(qiáng)調(diào)的是，輕重?fù)诫s的分區(qū)會(huì)在后續(xù)的生長(zhǎng)或沉積鈍化層時(shí)候具有不同的表面生長(zhǎng)速率，從而在不同的分區(qū)摻雜區(qū)域獲得不同的鈍化層厚度，這使得后續(xù)的金屬化工藝具有自對(duì)準(zhǔn)的技術(shù)。
[0086]具體實(shí)施的工藝參數(shù)如下:進(jìn)爐的溫度采用600度，升溫到950度-1100度之間的某一個(gè)溫度值，升溫速率是7-15度/分鐘，通氮?dú)膺M(jìn)行退火，在這個(gè)期間可以對(duì)離子注入的損失層進(jìn)行修復(fù)和雜質(zhì)的再分布(尤其是N型摻雜);隨后在950-1100度的某一個(gè)溫度值進(jìn)行恒溫退火，通氮?dú)?，時(shí)間是10-30分鐘，期間可以繼續(xù)進(jìn)行離子注入損失層的修復(fù)和雜質(zhì)的再分布；然后，可選的氣體切換至氧氣或者氧氣&氮?dú)饣旌蠚怏w，進(jìn)行高溫氧化，時(shí)間是
2-10分鐘，可以在硅片的正背表面獲得一層5-20nm的氧化層，這層氧化層可以作為正面和背面的摻雜結(jié)的鈍化層；隨后以氮?dú)鉃闅夥者M(jìn)行降溫退火至700-800度左右，降溫速率是5-10度/分鐘，出爐結(jié)束高溫?zé)崽幚怼?br> [0087]經(jīng)過(guò)這步高溫共退火，形成了背面的選擇性的分區(qū)P型和N型摻雜以及正面的均勻的N區(qū)摻雜。
[0088]其中背面P區(qū)的重?fù)诫s的方塊電阻在范圍為20-50 Q/ □，結(jié)深在0.75-1.5um之間范圍，P區(qū)輕摻雜的方塊電阻范圍在60-120 Q / □，結(jié)深在0.3-0.6um之間。
[0089]背面N區(qū)重?fù)诫s的方塊電阻在范圍為20-50 Q/ □，結(jié)深在0.75-1.5um之間范圍，N區(qū)輕摻雜的方塊電阻范圍在60-120 Q/ □,結(jié)深在0.3-0.6um之間。
[0090]正面N區(qū)均勻摻雜的方塊電阻在范圍為50-100 Q/ □，結(jié)深在0.3-0.75um之間。
[0091]2 - 8)在電池的正面沉積減反射膜層，可以是CVD或者PVD的SiNx、SiOxNy或者TiOx,但不限于此。
[0092]例如采用PECVD技術(shù)(可以是直接法或間接法等離子體)，以氨氣(NH3)和硅烷(SiH4)為反應(yīng)氣體，工作溫度在300-500度條件下，沉積氮化硅(SiNx:H)，折射率2.0-2.1，厚度在60-70nm。
[0093]也可以采用APCVD或者PVD技術(shù)沉積Ti02，折射率2.3-2.35，厚度在50_60nm。
[0094]2 — 9)在電池的背面沉積鈍化層
[0095]正面鈍化層的選擇，可以是現(xiàn)有常用的各種單層膜材料、疊層膜材料或者復(fù)合膜材料。單層材料如:SiNx或SiOx等；疊層材料如:SiNx/Si02, SiNx/SiOx等；復(fù)合膜材料如SiOxNy, AlxTiyOzSiCxNy等。背面鈍化層的選擇同上。
[0096]需要指出，很多介質(zhì)層往往兼起著鈍化和減反射的作用，鈍化膜的選擇和減反射膜的選擇是相關(guān)聯(lián)的密不可分的.背面鈍化層材料的選擇也要兼顧獲得背面的高反射率，達(dá)到“陷光效果”。
[0097]具體采用PECVD技術(shù)(可以是直接法或間接法等離子體)，以氨氣(NH3)和硅烷(SiH4)為反應(yīng)氣體，工作溫度在300-500度條件下，沉積氮化硅(SiNx:H)，折射率2.0-2.1，厚度在70-90nm ;或者，也可以采用原子層沉積技術(shù)或PECVD技術(shù)的在電池背面沉積a-A1203材料，原子層沉積技術(shù)的反應(yīng)源是三甲基鋁和水(或臭氧)[如果是PECVD技術(shù)，則反應(yīng)源是三甲基鋁和笑氣(N20)]，溫度是200-400度條件。折射率在1.6-1.7，厚度在，5-20nm，然后再繼續(xù)沉積一層PECVD SiNx,折射率2.0-2.1，厚度在70_90nm。
[0098]2 - 10)背面金屬化技術(shù)
[0099]a.利用PVD或者電鍍技術(shù)的后端金屬化.[0100](I).金屬化步驟前的介質(zhì)開(kāi)槽
[0101]在背面金屬化步驟前，需要對(duì)鈍化層進(jìn)行開(kāi)槽，獲得設(shè)計(jì)所需圖案，實(shí)現(xiàn)的方法可以是激光開(kāi)槽，也可以是絲網(wǎng)印刷或Inkjet/Aerosol Jet printing腐蝕性衆(zhòng)料開(kāi)槽，但不局限與此。
[0102]金屬化前圖案化處理中，圖案的子單元的軸心線必須要和背面P型、N區(qū)重?fù)诫s圖形的子單元的軸心線重合，子單元的圖案可以選擇細(xì)柵線的形狀或點(diǎn)陣狀，但不限于此。這里具體的選擇細(xì)柵線作為子單元，其中P區(qū)金屬化的線寬是30-70um，N區(qū)金屬化的線寬是25-50um ;采用激光消融技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)這種分區(qū)摻雜的圖案化處理，典型的可以用532nm的皮秒激光器(Nd:YV04 ，脈沖小于<15ps，最大平均功率15W，脈沖重復(fù)頻率200-1000kHz)，對(duì)Si02進(jìn)行刻蝕圖案化，線寬10-50um。激光消融處理之后可以利用1_2%的堿溶液對(duì)損傷層進(jìn)行處理。
[0103](2).金屬化，首先，利用PVD技術(shù)沉積第一層金屬，優(yōu)先選鋁，但不局限于鋁.其主要作用是形成金屬半導(dǎo)體歐姆接觸，同時(shí)兼起到背反射器作用。金屬Al的功函數(shù)既適合作為P型摻雜也適合作為N型摻雜的金屬-半導(dǎo)體歐姆接觸，同時(shí)鋁也有良好的電導(dǎo)率。
[0104]然后沉積第二層TiW或TiN作為金屬和雜質(zhì)的擴(kuò)散阻擋層，對(duì)于這層擴(kuò)散阻擋層需要對(duì)金屬和雜質(zhì)有很好的擴(kuò)散阻特性，具有低的歐姆接觸電阻和良好的電導(dǎo)率，在半導(dǎo)體和金屬間或金屬與金屬間具有良好的附著性能，還要具有高溫穩(wěn)定性。作為可選的材料包括但不局限于，TiW、TiN、WN或者T1、W、Ta、Mo、Pt等金屬，綜合來(lái)講TiW和TiN更合適
Skh ?
[0105](3).緊接著，作為電鍍的基底層，這層金屬的可選方案是銅或銀，但不局限于此.相比較與銀，銅具有更好的電導(dǎo)率，并且成本上更具有優(yōu)勢(shì)，但銅在硅中的擴(kuò)散系數(shù)更大，在空氣中更容易被氧化。由于種子層中設(shè)計(jì)了第二層的擴(kuò)散阻擋層，因此綜合而言，銅成為電鍍基底層的首選。
[0106](4).PVD沉積歐姆接觸金屬種子層/擴(kuò)散阻擋層/導(dǎo)電性能改善層之后，需要對(duì)其圖案化處理以去除掉不需要金屬化區(qū)域被沉積的金屬，或者最終的金屬化圖案:利用絲網(wǎng)印刷技術(shù)印刷一層保護(hù)漿料，保護(hù)金屬化區(qū)域.然后利用化學(xué)溶液刻蝕去除掉未保護(hù)的金屬種子層。這層保護(hù)性漿料應(yīng)能抵抗住化學(xué)刻蝕溶液的作用，所選的刻蝕溶液也要對(duì)金屬種子層下面的鈍化層刻蝕能力很小(即對(duì)金屬種子層和其下方的鈍化層有良好的選擇比)。然后，清洗掉保護(hù)性漿料，所選溶液也應(yīng)該不和鈍化層反應(yīng).防止破壞鈍化效果。
[0107](5).進(jìn)行退火來(lái)形成金屬半導(dǎo)體的歐姆接觸?？梢圆捎霉苁綘t退火,300度-500度左右，氣氛是FGA退火或氮?dú)馔嘶?，時(shí)間是10-60分鐘。也可以是平面?zhèn)魉蛶降腞TP快速熱退火設(shè)備，顯示的峰值溫度700-730度(真實(shí)的峰值溫度要確保小于577度)，時(shí)間2_4秒鐘，氣氛是壓縮空氣。
[0108](6).最后，利用電鍍技術(shù)在種子層金屬上進(jìn)行電鍍銅+錫或銀，可以采用化學(xué)鍍，也可以采用光致誘導(dǎo)電鍍。電鍍層應(yīng)獲得足夠的厚度(比如10-30um的銅+5-10um的錫)以改善電導(dǎo)，從而降低串聯(lián)電阻。
[0109]b.絲網(wǎng)印刷技術(shù)的金屬化和共燒結(jié)
[0110]背面金屬化步驟，采用較低成本的絲網(wǎng)印刷方法。N區(qū)BSF的電極接觸漿料采用銀漿，印刷線寬在40-75um之間，P區(qū)Emitter的電極接觸漿料采用銀鋁漿，印刷線寬在40-75um之間，印刷的高寬比要盡可能大以提高電導(dǎo)能力。絲網(wǎng)印刷電極后需要對(duì)電極烘干，可用燒結(jié)爐或烘箱來(lái)完成，烘箱的烘干條件是溫度150度左右時(shí)間20-30分鐘，燒結(jié)爐烘干條件是峰值溫度300-350度，2-3分鐘。最后，根據(jù)N區(qū)和P區(qū)的漿料性質(zhì)，選擇合適的燒結(jié)溫度進(jìn)行共燒結(jié)，獲得盡可能小的接觸電阻和盡可能高的并聯(lián)電阻(盡可能低的結(jié)分流)，典型的工藝條件是共燒結(jié)溫度范圍峰值溫度850-900度(真實(shí)的峰值溫度在700-750度之間)，時(shí)間是2-4秒，氣氛是壓縮空氣。
[0111]需要指出，由于本發(fā)明中在背面N、P區(qū)形成的是選擇性分區(qū)摻雜，接觸區(qū)的重?fù)诫s會(huì)使得其具有更小的歐姆接觸。在利用絲網(wǎng)印刷技術(shù)進(jìn)行金屬化的時(shí)候，由于不同的分區(qū)摻雜區(qū)域，介質(zhì)層的沉積或生長(zhǎng)速率不同從而導(dǎo)致分區(qū)摻雜的厚度不同，因而在外觀上有所差別，可以形成自對(duì)準(zhǔn)的金屬化技術(shù)。至此形成背接觸(IBC)電池結(jié)構(gòu)。
[0112]實(shí)施例3.雙面電池的制作流程(N型或P型)
[0113]3 — I)硅基體的選擇
[0114]晶體硅基體為n型或p型單晶襯底，其電阻率為0.5~5Q ? cm，其厚度為100~200 u m,也可以用多晶娃基 體；
[0115]3 - 2)表面織構(gòu)化，包括正面絨面和背面拋光光學(xué)形貌的形成
[0116]硅片前表面織構(gòu)化可采用濕法化學(xué)腐蝕，如使用各類(lèi)酸性溶液、堿性溶液和有機(jī)溶劑等來(lái)實(shí)現(xiàn)；或通過(guò)干法刻蝕，如反應(yīng)離子刻蝕(RIE)、激光刻蝕等方法。常用的堿性溶液采用:氫氧化鈉，氫氧化鉀和乙二胺等。
[0117]對(duì)于單晶硅基體，采用氫氧化鈉溶液時(shí)，濃度的重量百分含量約為0.5-5%，腐蝕溫度為70-90°C，來(lái)進(jìn)行各向異性的表面織構(gòu)化。為獲得均勻的絨面金字塔，還可以在溶液中酌量添加醇類(lèi)(例如乙醇和異丙醇)等作為絡(luò)合劑。
[0118]對(duì)于多晶硅基體，采用在硝酸、氫氟酸和去離子水的體積比為I~2:0.5~1:1的混合溶液中，在0~15°C的條件下進(jìn)行各向同性的表面織構(gòu)化。
[0119]硅片背表面的拋光處理采用濕法化學(xué)或者機(jī)械方法:對(duì)于單晶硅或多晶硅基體，既可以采用氫氧化鈉溶液的一般為濃度約重量百分含量約為0.5-5%，腐蝕溫度為85--100°C來(lái)進(jìn)行拋光腐蝕。也可以采用在硝酸、氫氟酸和去離子水的體積比為I~2:0.5~1:1的混合溶液中，在0~15°C的條件下進(jìn)行拋光腐蝕。
[0120]3 - 3)利用熱生長(zhǎng)或者沉積或者PVD獲得雙面的“半掩蔽”的材料膜層，包括:氧
化硅、氮氧化硅、氮化硅等。
[0121]采用熱氧化技術(shù)，氧化的溫度可以選擇875-950度之間，氧化的時(shí)間選擇10-40分鐘。經(jīng)過(guò)高溫氧化，可以在電池的正背面同時(shí)獲得一層10-50nm的氧化層。
[0122]3 - 4)利用激光消融技術(shù)或者化學(xué)刻蝕技術(shù)或者等離子刻蝕技術(shù)，或者電池正面和背面的分區(qū)摻雜前的圖案化處理。
[0123]選擇性分區(qū)摻雜的圖案:電池背面的重?fù)诫s的P區(qū)的子單元采用柵線的線狀分布，柵線的寬度范圍是100-300um，子單元之間的間距是1000um-2000um范圍；電池正面的N區(qū)的的子單元采用柵線形狀設(shè)計(jì)，柵線的寬度范圍是100-300um，子單元之間的間距是1000um-2000um范圍?？蛇x的，激光技術(shù)之后可以利用1_2%的堿溶液對(duì)損傷層進(jìn)行處理。
[0124]采用激光消融技術(shù)同實(shí)施例1。采用化學(xué)刻蝕技術(shù)亦同實(shí)施例1。
[0125]3 - 5)離子注入對(duì)正面背面實(shí)施摻雜
[0126]對(duì)硅片的背表面實(shí)施P型摻雜，在半掩膜的作用下形成分區(qū)摻雜。
[0127]采用BF3或者B2H6作為離子源，同實(shí)施例1。
[0128]對(duì)硅片的前表面實(shí)施N型摻雜，在半掩膜的作用下形成分區(qū)摻雜。
[0129]采用PH3作為離子源，經(jīng)過(guò)離子源經(jīng)過(guò)離化，加速，質(zhì)量分析、聚焦等步驟，以偏離靶片垂直方向0°?7°進(jìn)行N型注入摻雜，離子注入能量為l-50KeV，注入劑量為1E14?8E15cm-2 ;在預(yù)先沉積的掩膜材料上，已經(jīng)進(jìn)行圖案化的區(qū)域，離子注入直接摻雜在硅襯底表面，未進(jìn)行圖案化區(qū)域的離子注入摻雜在了半掩膜材料上。
[0130]3 - 6)高溫退火:將經(jīng)過(guò)兩種導(dǎo)電類(lèi)型摻雜的硅片，放置到高溫管式擴(kuò)散爐中在氮?dú)夂脱鯕獾臍夥障逻M(jìn)行高溫退火，經(jīng)過(guò)高溫退火過(guò)程，同時(shí)完成兩種摻雜雜質(zhì)的離子注入損傷層修復(fù)、摻雜雜質(zhì)的激活?？梢栽诟邷赝嘶鹬猩L(zhǎng)成一定厚度的氧化硅作為表面鈍化層。表面鈍化層厚度根據(jù)工藝需要為2 — 25納米。經(jīng)過(guò)這步高溫退火，電池的正面和背面都形成了選擇性的分區(qū)摻雜。
[0131 ] 放到高溫管式擴(kuò)散爐中在氮?dú)夂脱鯕獾沫h(huán)境下，通過(guò)選擇合適的退火溫度、時(shí)間、氣氛，進(jìn)行摻雜雜質(zhì)的再分布退火，在已經(jīng)經(jīng)過(guò)圖案化處理的區(qū)域經(jīng)過(guò)離子注入和高溫退火后會(huì)形成重?fù)诫s，這些區(qū)域在后續(xù)作為金屬化步驟的金屬接觸區(qū)；未經(jīng)過(guò)圖案化的區(qū)域，由于半掩膜Si0x&厚度、離子注入工藝參數(shù)、共退火的工藝參數(shù)整體設(shè)計(jì)，離子注入的摻雜在半掩膜的阻擋作用下，在后續(xù)高溫退火中會(huì)形成輕摻雜區(qū)域；值得強(qiáng)調(diào)的是，輕重?fù)诫s的分區(qū)會(huì)在后續(xù)的生長(zhǎng)或沉積鈍化層時(shí)候具有不同的表面生長(zhǎng)速率，從而在不同的分區(qū)摻雜區(qū)域獲得不同的鈍化層厚度，這使得后續(xù)的金屬化工藝具有自對(duì)準(zhǔn)的技術(shù)。
[0132]高溫退火具體同實(shí)施例2，其中:正面N區(qū)重?fù)诫s的方塊電阻在范圍為20-50 Q/ □，結(jié)深在0.75-1.5um之間范圍，N區(qū)輕摻雜的方塊電阻范圍在60-120Q/ □，結(jié)深在0.3-0.6um之間。
[0133]3 - 7)在電池的正面沉積減反射膜層，可以是CVD或者PVD的SiNxSiOxNy或者TiOx,但不局限于此。
[0134]采用PECVD技術(shù)(可以是直接法或間接法等離子體)，以氨氣(NH3)和硅烷(SiH4)為反應(yīng)氣體，工作溫度在300-500度條件下，沉積氮化硅(SiNx = H)，折射率2.0-2.1，厚度在 60_70nm。
[0135]又如采用APCVD或者PVD技術(shù)沉積Ti02，折射率2.3-2.35，厚度在50_60nm。
[0136]3-8)在電池的背面沉積鈍化層
[0137]具體方案舉例:可以采用PECVD技術(shù)在電池背面沉積SiOxNy材料(可以是直接法或間接法等離子體)，以氨氣(NH3)、笑氣(N20)和硅烷(SiH4)為反應(yīng)氣體，工作溫度在300-500度條件下，折射率2.0-2.1，厚度在70-100nm ；[0138]或者，也可以采用原子層沉積技術(shù)或PECVD技術(shù)的在電池背面沉積a_A1203材料，原子層沉積技術(shù)的反應(yīng)源是三甲基鋁和水(或臭氧)[如果是PECVD技術(shù)，則反應(yīng)源是三甲基鋁和笑氣(N20)]，溫度是200-400度條件，折射率在1.6-1.7，厚度在5_20nm，然后再繼續(xù)沉積一層PECVD SiNx,折射率2.0-2.1，厚度在70_90nm。
[0139]3-9)正面和背面的金屬化
[0140]絲網(wǎng)印刷:電池正面的N型發(fā)射結(jié)的接觸漿料采用銀漿，印刷線寬在40-75um之間，電池背面的P型發(fā)射結(jié)的極接觸漿料采用銀鋁漿，印刷線寬在40-75um之間，印刷的高寬比要盡可能大以提高電導(dǎo)能力。絲網(wǎng)印刷電極后需要對(duì)電極烘干，可用燒結(jié)爐或烘箱來(lái)完成，烘箱的烘干條件是溫度150度左右時(shí)間20-30分鐘，燒結(jié)爐烘干條件是峰值溫度300-350度，2-3分鐘。最后，根據(jù)N區(qū)和P區(qū)的漿料性質(zhì)，選擇合適的燒結(jié)溫度進(jìn)行共燒結(jié)，獲得盡可能小的接觸電阻和盡可能高的并聯(lián)電阻(盡可能低的結(jié)分流)，典型的工藝條件是共燒結(jié)溫度范圍峰值溫度850-900度(真實(shí)的峰值溫度在700-750度之間)，時(shí)間是
2-4 秒。
[0141]需要指出，由于本發(fā)明中在背面N、P區(qū)形成的是選擇性分區(qū)摻雜，接觸區(qū)的重?fù)诫s會(huì)使得其具有更小的歐姆接觸。在利用絲網(wǎng)印刷技術(shù)進(jìn)行金屬化的時(shí)候，由于不同的分區(qū)摻雜區(qū)域，介質(zhì)層的沉積或生長(zhǎng)速率不同從而導(dǎo)致分區(qū)摻雜的厚度不同，因而在外觀上有所差別，可以形成自對(duì)準(zhǔn)的金屬化技術(shù)。
[0142]至此N型或P型雙面電池的制備全部完成，需要指出的是對(duì)于N型雙面電池，也同樣可以將硼結(jié)設(shè)置在硅襯底材料的正表面，磷結(jié)設(shè)置在背表面，此處不再詳述。
[0143]實(shí)施例4、PERL或者PERT電池結(jié)構(gòu)流程，這里以P型的PERL電池結(jié)構(gòu)為例
[0144]4 — I)硅基體的選擇
[0145]晶體硅基體為p型單晶襯底，其電阻率為0.5~5Q --!!，其厚度為100~200iim，
但不限于此；多晶硅基體亦可。
[0146]4 - 2)表面織構(gòu)化，包括正面絨面和背面拋光光學(xué)形貌的形成，同實(shí)施例3。
[0147]4 - 3)利用CVD法沉積一定厚度的在硅片背表面的“半掩蔽”的材料膜層，比如氧
化硅、氮氧化硅、氮化硅等。
[0148]具體的采用PECVD技術(shù)在電池背面沉積SiOxNy材料(可以是直接法或間接法等離子體)，以氨氣(NH3)、笑氣(N20)和硅烷(SiH4)為反應(yīng)氣體，工作溫度在300-500度條件下，折射率1.45-2.1之間，厚度90-130nm.，這里選擇的厚度比較厚，是需要在后續(xù)的離子注入+高溫退火后完全擋住摻雜的擴(kuò)散，以使得僅僅在金屬接觸處獲得重?fù)诫s。
[0149]4 - 4)利用激光消融技術(shù)或者化學(xué)刻蝕技術(shù)或者等離子刻蝕技術(shù)，或者電池背面的分區(qū)摻雜前的圖案，這里可以采用點(diǎn)陣圖案。
[0150]選擇性分區(qū)摻雜的圖案:電池背面的重?fù)诫s的P區(qū)的子單元采用正方形的格子，正方形的邊長(zhǎng)是200-400um，子單元之間的間距是1000_2000um ;可以采用正方形的陣列排布，也可以采用菱形的陣列排布。
[0151]采用激光消融技術(shù)同實(shí)施例1。采用化學(xué)刻蝕技術(shù)亦同實(shí)施例1。
[0152]4-5)離子注入摻雜
[0153]對(duì)硅片的前表面實(shí)施正面均勻的N型摻雜，采用PH3作為離子源，經(jīng)過(guò)離子源經(jīng)過(guò)離化，加速，質(zhì)量分析、聚焦等步驟，以偏離靶片垂直方向0°~7°進(jìn)行N型注入摻雜，離子注入能量為l_50KeV，注入劑量為1E14?5E15cm_2 ；
[0154]對(duì)硅片的背面實(shí)施P型摻雜:采用BF3或者B2H6作為離子源，經(jīng)過(guò)離子源經(jīng)過(guò)離化，加速，質(zhì)量分析、聚焦等步驟，以偏離靶片垂直方向0°?7°進(jìn)行P型注入摻雜，離子注入能量為l_50KeV，注入劑量為1E14?8E15cm-2 ;在預(yù)先沉積的掩膜材料上，已經(jīng)進(jìn)行圖案化的區(qū)域，離子注入直接摻雜在硅襯底表面，未進(jìn)行圖案化區(qū)域的離子注入的摻雜注入在了半掩膜材料上。
[0155]4 - 6)高溫退火:將經(jīng)過(guò)兩種導(dǎo)電類(lèi)型摻雜的硅片，放置到高溫管式擴(kuò)散爐中在氮?dú)夂脱鯕獾臍夥障逻M(jìn)行高溫退火，經(jīng)過(guò)高溫退火過(guò)程，同時(shí)完成兩種摻雜雜質(zhì)的離子注入損傷層修復(fù)、摻雜雜質(zhì)的激活?？梢栽诟邷赝嘶鹬猩L(zhǎng)成一定厚度的氧化硅作為表面鈍化層。表面鈍化層厚度2 — 25納米。經(jīng)過(guò)這步高溫退火，電池的正面形成均勻的摻雜，背面都形成了選擇性的分區(qū)摻雜(在本實(shí)例中，只有金屬接觸區(qū)會(huì)形成重?fù)诫s，非接觸區(qū)被掩膜材料完全擋住未形成摻雜)。
[0156]放到高溫管式擴(kuò)散爐中在氮?dú)夂脱鯕獾沫h(huán)境下，通過(guò)選擇合適的退火溫度、時(shí)間、氣氛，進(jìn)行摻雜雜質(zhì)的再分布退火，在已經(jīng)經(jīng)過(guò)圖案化處理的區(qū)域經(jīng)過(guò)離子注入和高溫退火后會(huì)形成重?fù)诫s，這些區(qū)域在后續(xù)作為金屬化步驟的金屬接觸區(qū)；未經(jīng)過(guò)圖案化的區(qū)域，由于半掩膜SiOxNy厚度、離子注入工藝參數(shù)、共退火的工藝參數(shù)整體設(shè)計(jì)，離子注入的摻雜在半掩膜的阻擋作用下，在后續(xù)高溫退火中會(huì)形成輕摻雜區(qū)域；值得強(qiáng)調(diào)的是，輕重?fù)诫s的分區(qū)會(huì)在后續(xù)的生長(zhǎng)或沉積鈍化層時(shí)候具有不同的表面生長(zhǎng)速率，從而在不同的分區(qū)摻雜區(qū)域獲得不同的鈍化層厚度，這使得后續(xù)的金屬化工藝具有自對(duì)準(zhǔn)的技術(shù)。
[0157]具體實(shí)施的工藝參數(shù)同實(shí)施例2。
[0158]經(jīng)過(guò)這步高溫共退火，形成了背面的選擇性的分區(qū)N型和P型摻雜以及正面的均勻的N區(qū)摻雜。其中背面P區(qū)的重?fù)诫s的方塊電阻在范圍為20-50Q/ □，結(jié)深在
0.75-1.5um之間范圍，除了點(diǎn)陣排布的接觸區(qū)之外，其他區(qū)域在比較厚的SiOxNy的掩蔽下，摻雜無(wú)法穿透SiOxNy。
[0159]經(jīng)過(guò)這步高溫共退火，形成了背面的選擇性的分區(qū)P型和N型摻雜以及正面的均勻的N區(qū)摻雜。
[0160]其中背面P區(qū)的重?fù)诫s的方塊電阻在范圍為20-50 Q/ □，結(jié)深在0.75-1.5um之間范圍，P區(qū)輕摻雜的方塊電阻范圍在60-120 Q/ □，結(jié)深在0.3-0.6um之間。
[0161]正面N區(qū)均勻摻雜的方塊電阻在范圍為50-100 Q/ □，結(jié)深在0.3-0.75um之間。
[0162]4-7)在電池的正面沉積減反射膜層，可以是CVD或者PVD的SiNxSiOxNy或者TiOx0具體實(shí)施的工藝參數(shù)同實(shí)施例3。
[0163]4-8)在電池的背面沉積鈍化層，具體的方案同實(shí)施例3。
[0164]4 - 9)正面和背面的金屬化，先進(jìn)行正面金屬化(具體同實(shí)施例3)，再進(jìn)行背面金屬化，詳細(xì)如下:
[0165]背面金屬化:
[0166](I)金屬化步驟前的介質(zhì)開(kāi)槽
[0167]在背面金屬化步驟前，需要對(duì)鈍化層進(jìn)行開(kāi)槽，獲得設(shè)計(jì)所需圖案。金屬化前的圖案化的子單元的軸心線必須要要背面P型重?fù)诫s圖形的子單元的軸心線重合，子單元的圖案可以選擇正方形但不限于此。具體的在這里，可以選擇正方形作為子單元，其邊長(zhǎng)100-200um。實(shí)現(xiàn)的方法可以是激光開(kāi)槽，也可以是絲網(wǎng)印刷或Inkjet/Aerosol Jetprinting腐蝕性衆(zhòng)料開(kāi)槽，但不局限與此；
[0168]采用激光消融技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)這種分區(qū)摻雜的圖案化處理，典型的，可以采用532nm的皮秒激光器(Nd:YV04，，脈沖小于<15ps，最大平均功率15W，脈沖重復(fù)頻率200-1000kHz)，對(duì)Si02進(jìn)行刻蝕圖案化。優(yōu)選的，激光技術(shù)之后可以利用1_2%的堿溶液對(duì)損傷層進(jìn)行處理.[0169](2).然后，利用PVD技術(shù)(蒸發(fā)或?yàn)R射)來(lái)沉積一層金屬鋁，厚度在l_2um。金屬化圖案處區(qū)域的鋁用來(lái)形成歐姆接觸，未金屬化的區(qū)域鋁直接沉積在背面鈍化層材料上，用來(lái)作為電導(dǎo)增強(qiáng)層和背反射器。隨后，需要進(jìn)行退火來(lái)形成金屬半導(dǎo)體的歐姆接觸。可以采用管式爐退火，300度-500度左右，氣氛是FGA退火或氮?dú)馔嘶?，時(shí)間是10-60分鐘。也可以是平面?zhèn)魉蛶降腞TP快速熱退火設(shè)備，峰值溫度700-730度(真實(shí)的峰值溫度要確保小于577度)，時(shí)間2-4秒鐘，氣氛是壓縮空氣。至此形成P型PERL電池結(jié)構(gòu)。
[0170]雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例揭露如上，實(shí)施例并不能窮盡所有的參數(shù)，未詳盡表達(dá)之處均可依現(xiàn)有技術(shù)推導(dǎo)，然其并非用以限定本發(fā)明。本發(fā)明所屬【技術(shù)領(lǐng)域】中具有通常知識(shí)者，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作各種的更動(dòng)與潤(rùn)飾。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)視權(quán)利要求書(shū)所界定者為準(zhǔn)。
【權(quán)利要求】
1.一種利用離子注入形成選擇性摻雜和制備高效晶體硅太陽(yáng)能電池的方法，其特征是I)首先通過(guò)熱生長(zhǎng)、CVD、PVD、ALD方法或化學(xué)凝膠生長(zhǎng)法在硅片基體一面形成一層一定厚度的半掩膜材料，作為后續(xù)離子注入工藝形成分區(qū)摻雜的半掩膜；半掩膜材料選擇:SiOx、SiOxNy, SiNx或TiOx等；2)對(duì)晶硅電池的某一面或者某一面的特定區(qū)域進(jìn)行圖案化刻蝕處理，形成所需要的選擇性摻雜圖案:刻蝕處理后的圖案區(qū)將會(huì)形成重?fù)诫s區(qū)；3)根據(jù)電池結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，在晶硅電池的某一面或者與某一面的特定區(qū)域進(jìn)行與襯底相同摻雜類(lèi)型或者相反摻雜類(lèi)型的離子注入摻雜；4)退火:放置到高溫管式擴(kuò)散爐或者RTP快速熱退火爐中，通過(guò)選擇合適的退火溫度、時(shí)間、氣氛，進(jìn)行摻雜雜質(zhì)的再分布退火，退火溫度范圍:600-1100°C，退火時(shí)間范圍:1-500分鐘，氣氛:惰性氣體(比如氮?dú)?、氧氣的單一或者混合氣體，退火爐的選擇:管式擴(kuò)散爐或者RTP快速熱退火爐；在退火的過(guò)程中，修復(fù)注入后的損失和進(jìn)行雜質(zhì)再分布，根據(jù)摻雜雜質(zhì)在半掩膜層的擴(kuò)散系數(shù)不同，形成選擇性的分區(qū)摻雜。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用離子注入形成選擇性摻雜和制備高效晶體硅太陽(yáng)能電池的方法，其特征是所述步驟I) 一 2)中分別在硅片的雙面進(jìn)行相同工藝處理，再進(jìn)行步驟3)晶硅電池的某一面或者此面的特定區(qū)域進(jìn)行一種摻雜類(lèi)型的離子注入摻雜；在另一面或者此面的特定區(qū)域進(jìn)行與第一面相反摻雜類(lèi)型的離子注入摻雜。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的利用離子注入形成選擇性摻雜和制備高效晶體硅太陽(yáng)能電池的方法，其特征是半掩膜層的生長(zhǎng)在硅材料表面織構(gòu)化處理工藝之后。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的利用離子注入形成選擇性摻雜和制備高效晶體硅太陽(yáng)能電池的方法，其特征是半掩膜材料SiOx、SiOxNy、SiNx或TiOx作為分區(qū)摻雜的半掩膜，半掩膜層厚范圍是10-100nm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的利用離子注入形成選擇性摻雜和制備高效晶體硅太陽(yáng)能電池的方法，其特征是輕重?fù)诫s的分區(qū)會(huì)在后續(xù)的生長(zhǎng)或沉積鈍化層時(shí)候會(huì)具有不同的表面生長(zhǎng)或沉積速率，從而在不同的分區(qū)摻雜區(qū)域獲得不同的鈍化層厚度，這使得后續(xù)的金屬化工藝采用自對(duì)準(zhǔn)的方法進(jìn)行。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的利用離子注入形成選擇性摻雜和制備高效晶體硅太陽(yáng)能電池的方法，其特征是利用激光消融技術(shù)實(shí)現(xiàn)這種分區(qū)摻雜的圖案化處理；或利用化學(xué)刻蝕技術(shù):利用絲網(wǎng)印刷腐蝕性的衆(zhòng)料或Inkjet or Aerosol Jet printing印刷腐蝕性衆(zhòng)料或墨水，進(jìn)行化學(xué)刻蝕，在化學(xué)刻蝕之后，對(duì)硅片表面進(jìn)行清洗以去除表面的殘余化學(xué)漿料。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的利用離子注入形成選擇性摻雜和制備高效晶體硅太陽(yáng)能電池的方法，其特征是在退火中生長(zhǎng)成一層氧化硅作為表面鈍化層；表面鈍化層厚度為2— 25納米。
8.根據(jù)權(quán)利要求2— 7之一所述的利用離子注入形成選擇性摻雜和制備高效晶體硅太陽(yáng)能電池的方法制備背接觸IBC電池、雙面電池、PERL/PERT電池，硅片為單晶硅、類(lèi)單晶或多晶娃材料。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的利用離子注入形成選擇性摻雜和制備高效晶體硅太陽(yáng)能電池的方法，其特征是利用激光消融技術(shù)實(shí)現(xiàn)分區(qū)摻雜的圖案化處理。
【文檔編號(hào)】H01L21/266GK103618027SQ201310574856
【公開(kāi)日】2014年3月5日 申請(qǐng)日期:2013年11月15日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月15日
【發(fā)明者】黃海冰, 王建波, 王麗春, 呂俊, 趙建華, 王艾華 申請(qǐng)人:中電電氣（南京）光伏有限公司