一种对基板进行掺杂的改良方法。此方法尤其有利于形成指叉型背面接触太阳能电池。将含有第一导电性的掺质的糊剂涂敷在基板的表面上。此糊剂是用作遮罩以执行后续的离子植入步骤,使得具有相反导电性的掺质的离子能够进入到基板的暴露的部位中。植入离子后,可移除遮罩,且可对掺质进行活化。揭示了使用以铝为主和以磷为主的糊剂的方法。
1.一种在基板上形成具有导电性的区域的方法,包括:将含有第一物种的掺质的糊剂涂敷在所述基板的表面的一个部位上;当所述糊剂在所述表面的所述部位上时,将第二物种的掺质的离子植入到所述表面中,所述第二物种的导电性与所述第一物种的导电性相反,其中所述糊剂用作遮罩,以使得所述第二物种的所述掺质的所述离子中的大部分离子不会穿透所述糊剂;执行热制程从所述糊剂扩散所述第一物种的所述掺质到所述部位;以及所述第二物种的离子被植入后,移除所述糊剂。
2.根据权利要求1所述的在基板上形成具有导电性的区域的方法,其中所述第一物种与所述第二物种均选自铝、硼、镓、铟、磷、砷以及锑所组成的群组。
3.根据权利要求1所述的在基板上形成具有导电性的区域的方法,其中所述热制程是在涂敷所述糊剂之后以及植入所述第二物种的所述离子之前执行。
4.根据权利要求3所述的在基板上形成具有导电性的区域的方法,还包括在移除所述糊剂之后执行第二次热制程。
5.根据权利要求4所述的在基板上形成具有导电性的区域的方法,其中在所述第二次热制程中,将钝化剂涂敷在所述基板的所述表面以及所述基板的与所述表面相对的表面的至少其中之一上。
6.根据权利要求1所述的在基板上形成具有导电性的区域的方法,其中所述热制程是在植入所述第二物种的所述离子后执行,以扩散所述第一物种且韧化所述第二物种带来的植入损伤。
7.根据权利要求6所述的在基板上形成具有导电性的区域的方法,还包括在所述热制程中将钝化剂涂敷在与所述表面相对的表面上。
8.根据权利要求1所述的在基板上形成具有导电性的区域的方法,其中所述大部分大于所述离子的90%。
9.一种在基板上形成具有相反导电性的区域的方法,包括:将含铝的糊剂涂敷在所述基板的表面的一个部位上;对所述基板与所述糊剂进行加热,以在所述部位中形成共晶体与掺杂层;当所述基板被加热后且所述糊剂在所述表面上时,将n型掺质的离子植入到所述表面中,其中所述糊剂用作遮罩,以使得所述n型掺质的所述离子中的大部分离子不会穿透所述糊剂;当所述n型离子被植入后,移除所述糊剂与所述共晶体;以及执行第二次热制程,以韧化所述n型离子。
10.根据权利要求9所述的在基板上形成具有相反导电性的区域的方法,还包括在所述第二次热制程中,将钝化剂涂敷在所述基板的所述表面以及所述基板的与所述表面相对的表面的至少其中之一上。
11.根据权利要求9所述的在基板上形成具有相反导电性的区域的方法,其中执行所述加热时的温度足以使所述铝熔化到所述基板中。
12.根据权利要求11所述的在基板上形成具有相反导电性的区域的方法,其中所述温度介于550°C与850°C之间。
13.根据权利要求9所述的在基板上形成具有相反导电性的区域的方法,其中所述大部分大于所述离子的90%。
14.一种在基板上形成具有相反导电性的区域的方法,包括:将含磷的糊剂涂敷在所述基板的表面的一个部位上;当所述糊剂在所述表面上时,将硼离子植入到所述表面中,其中所述糊剂用作遮罩,以使得所述硼离子中的大部分硼离子不会穿透所述糊剂;在植入所述硼离子之后且所述糊剂在所述表面上时,执行热活化制程,以从所述糊剂扩散所述磷到所述基板且韧化所述硼带来的植入损伤;以及移除所述糊剂。
15.根据权利要求14所述的在基板上形成具有相反导电性的区域的方法,还包括在所述热活化制程中,将钝化剂涂敷在所述基板的与所述表面相对的表面上。
16.根据权利要求14所述的在基板上形成具有相反导电性的区域的方法,其中所述大部分大于所述离子的90%。技术领域
本发明是有关于太阳能电池,且特别是有关于采用离子植入(ionxa0implantation)而形成的太阳能电池。
背景技术
离子植入是一种将能够改变导电性的杂质引入到工件中的标准技术。想要的杂质材料游离(ionized)在离子源中,这些离子经加速而形成具有指定能量的离子束,然后使离子束前往工件表面。离子束中的高能离子穿透块体的工件材料并嵌入到工件材料的晶格(crystallinexa0lattice)中,从而形成具有想要的导电性的区域。太阳能电池是使用硅工件的装置的一个实例。高性能太阳能电池的制造或生产成本的任何程度的降低或高性能太阳能电池效率的任何程度的提高都会给全世界太阳能电池的实施带来积极的影响。这将使这种清洁能源技术得到更广泛的应用。太阳能电池通常是由p-n半导体接面(junction)来组成。图1是一种指叉型背面接触(interdigitatedxa0backxa0contact,IBC)太阳能电池的横剖面图。在此指叉型背面接触太阳能电池中,p-n接面位于太阳能电池的背面或未显示的表面上。光子(photons)通过箭头所示的上表面(或所显示的表面)而进入到太阳能电池100中。这些光子穿过抗反射涂层(anti-reflectivexa0coating)104,此抗反射涂层104经设计以使得穿透基板100的光子数量达到最大化且从基板上反射回去的光子数量达到最小化。此抗反射涂层可包括氮化硅(SiNx)层。抗反射涂层104下面可以是二氧化硅(SiO₂)层103,也称为钝化层(passivationxa0layer)。当然,也可使用其他电介质。太阳能电池100的背面是发射极区(emitterxa0region)204。太阳能电池100内部形成有p-n接面,此p-n接面被显示成实质上平行于太阳能电池100的上表面,但尽管如此,也存在着p-n接面不平xa0行于太阳能电池100的上表面的其他实施方式。在一些实施例中,太阳能电池100是利用n型基板101来构成。光子通过n+掺杂区(也称为正面电场(frontxa0surfacexa0field,FSF))102而进入到太阳能电池100中。能量充足(超过半导体的能带隙(bandgap))的光子能够将半导体材料的价带(valencexa0band)中的电子激发至导带(conductionxa0band)中。与这种自由电子有关联的是价带中对应的带正电荷的电洞(hole)。为了产生能够驱动外部负载的光电流,需要将这些电子电洞(e-h)对(pairs)拆开。这是通过p-n接面处的内建电场(built-inxa0electricxa0field)来完成。如此一来,当有任何其他少数载子(carriers)扩散到此元件的空乏区(depletionxa0region)时,在p-n接面的空乏区中所产生的电子电洞对就会被拆开。由于大多数入射光子都被吸收到元件的近表面区域,所以在发射极产生的少数载子需扩散到空乏区,且蔓延至另一侧。此p-n接面的存在导致电荷分离的结果是,光子所产生的额外载子(电子与电洞)可用来驱动外部负载,从而完成此电路。在本特定实施例中,掺杂图案是交替的p型掺质区与n型掺质区。n+背面电场(backxa0surfacexa0field,BSF)204的宽度可介于约0.1mm~0.7mm之间,且掺杂了磷或其他n型掺质。p+发射极203的宽度可介于约0.5mm~3mm之间,且掺杂了硼或其他p型掺质。这种掺杂能使指叉型背面接触太阳能电池中的p-n接面起作用(enable)或提高其效率。图6显示为指叉型背面接触太阳能电池的背面的常用图案。金属接点或指状物220a,b均位于太阳能电池100的下表面。下表面的特定部位可植入p型掺质以形成发射极203。其他部位则植入n型掺质以形成带有更多负偏压(biased)的背面电场204。在此背面涂布(coated)一层钝化层210,以提高背面的反射率。金属指状物220b附着在发射极203上,且指状物220a附着在背面电场204上。因此,要想形成指叉型背面接触太阳能电池,需要执行两个图案化掺杂步骤。这两个图案化掺杂步骤需进行对准(aligned)以防止p+发射极203与n+背面电场204相互重叠。在p+发射极203与n+背面电场204之间留出间隙便可防止对准不佳或重叠,但这样可能会降低指叉型背面接触太阳能电池的性能。即使达到了适当的对准,这种图案化掺杂也可能具有很高的制造成本。例如,可采用光微影技术(photolithography)或硬遮罩法(hardxa0masks)(诸如氧化物),但这两种技术都很昂贵,且需要执行额外的工序。图2是依照现有技术用来形成指叉型背面接触太阳能电池的第一种方法的方块图。此过程需要执行两次图案化扩散步骤(显示为“丝网印刷图案化的抗蚀层”),这两次步骤必须对准良好才能产生图6所示的图案。图3是形成指叉型背面接触太阳能电池的第二种方法的方块图。本实施例执行第一次全面扩散(blanketxa0diffusion)。然后对发射极进行蚀刻(etched)以使得位于其下面的硅暴露出来。蚀刻遮罩与扩散遮罩可以是相同的,但使用不同的化学品来蚀刻氧化物遮罩以及对位于下面的硅进行掺杂。图2与图3的实施例都需要执行很多昂贵的工序才能形成指叉型背面接触太阳能电池。虽然图3的实施例所使用的工序比图2的实施例少,但仍然很复杂,也仍然使用了多次湿式步骤(wetxa0steps)。就图2与图3的实施例而言,增加氧化层也是一个额外的工序。因此,本技术领域需要一种对太阳能电池进行掺杂的改良方法,且特别是需要一种利用离子植入来对指叉型背面接触太阳能电池进行掺杂的改良方法。
发明内容
揭示了一种对基板进行掺杂的改良方法。此方法尤其有利于形成指叉型背面接触太阳能电池。将含有第一导电性的掺质的糊剂(paste)涂敷在基板表面上。此糊剂是用作遮罩以执行后续的离子植入步骤,使具有相反导电性的掺质中的离子能够进入到基板上的暴露的部位。植入离子后,可移除遮罩,且可对掺质进行活化(activated)。揭示了使用含铝、含磷的糊剂的方法。
附图说明
为了更好地理解本发明,请参照所附图式,这些图式已并入本文作为参考。图1是一种指叉型背面接触太阳能电池的横剖面图。图2是依照现有技术用来形成指叉型背面接触太阳能电池的第一种方法的方块图。图3是依照现有技术用来形成指叉型背面接触太阳能电池的第二种方法的方块图。图4A至图4D是形成指叉型背面接触太阳能电池的第一种方法的横剖面图。图5A至图5D是形成指叉型背面接触太阳能电池的第二种方法的横剖面图。图6是图1的指叉型背面接触太阳能电池的仰视图。xa0
具体实施方式
本说明书阐述了太阳能电池的实施例以及有关的离子植入机。可使用束线式(beamline)离子植入机、等离子体掺杂式(plasmaxa0doping)离子植入机、聚焦等离子体系统、等离子体鞘(plasmaxa0sheath)调变系统或洪流式(flood)离子植入机。然而,也可以使用气体扩散、熔炉扩散、激光掺杂(laserxa0doping)、其他等离子体处理工具或本技术领域中普通技术人员所知的其他方法。虽然列举了特定的n型掺质与p型掺质,但是也可使用其他的n型掺质或p型掺质,本说明书的各个实施例并不限于所列举的掺质。此外,虽然具体列举了太阳能电池的一个特定实施例,但是此过程的实施例也适用于其他太阳能电池设计或其他工件(诸如半导体晶圆(semiconductorxa0wafers)或平面面板(flatxa0panels))。因此,本发明并不限于下文所述的特定实施例。图4A至图4D是形成指叉型背面接触太阳能电池的第一种方法的横剖面图。在图4A中,按照发射极的图案将铝糊剂301印刷在太阳能电池300上。在一实例中可采用丝网印刷法,但是也可采用本技术领域中普通技术人员所知的其他印刷方法。在图4B中,将太阳能电池300放入熔炉进行煅烧。温度要足够高,使铝能够熔化到太阳能电池300中。熔炉可以是管线式(in-line)熔炉,在一实施例中,它是在大约550°C与850°C之间的温度下工作。铝糊剂301熔化,且与太阳能电池300中的硅形成共晶体(eutectic)。铝糊剂301还会在太阳能电池300的硅内形成约2μm~10μm的掺杂层303。此掺杂层形成太阳能电池300的p+发射极303。然后,向太阳能电池300中植入物种310,如图4C所示。此物种310可以是磷,且物种310可形成n+背面电场304。在其他实施例中,可使用其他V族元素作n型掺质。铝糊剂301可用作遮罩,用以实质上防止物种310被植入到位于铝糊剂301下面的太阳能电池300中。换言之,大部分物种310都不会穿透铝糊剂301。在一部分实施例中,至少90%的物种310不会穿透铝糊剂301。在一部分实施例中,100%的离子可被挡住。在一特定实施例中,至少局部地与此同时或在后续的步骤中,太阳能电池300的与n+背面电场304相对的一侧可植入磷或其他n型掺质,其形成正面电场。在图4D中,采用(例如)湿式步骤来移除铝糊剂301和铝硅共晶体。在一部分实施例中,这是酸蚀刻(acidxa0etch)。在图4C的植入过程中非晶化(amorphized)的掺杂硅可抵抗此湿式步骤。移除共晶体,以使得p+发射极303能够进行适当的钝化。然后在热活化步骤(诸如退火步骤)中使植入的掺质活化。在一实例中,在至少局部退火步骤中可生长氧化物,以使得太阳能电池300的正面和背面都发生钝化。图5A至图5D是形成指叉型背面接触太阳能电池的第二种方法的横剖面图。将掺杂了磷的糊剂401涂敷在太阳能电池400上,如图5A所示。在其他实施例中,也可使用诸如砷或锑等n型掺质。也可使用诸如硼、铝、镓或铟等p型掺质。然后,将物种405植入到太阳能电池400中,如图5B所示。物种405可以是硼或其他p型掺质,且物种405可形成p+发射极403。掺杂了磷的糊剂401可用作遮罩,用来实质上防止物种405被植入到位于掺杂了磷的糊剂401下面的太阳能电池400中。换言之,大部分物种405都不会穿透掺杂了磷的糊剂401。在一部分实施例中,至少90%的物种405不会穿透掺杂了磷的糊剂401。在一部分实施例中,100%的离子可被挡住。在其他实施例中,物种405可以是上文所列举的任何物种,包括铝、砷、锑、磷、镓以及铟。换言之,可先涂敷含有p型掺质的糊剂,然后植入来自n型掺质的离子。在其他实施例中,如上文所述,先涂敷含有n型掺质的糊剂,然后植入来自p型掺质的离子。要穿透基板,掺杂了磷的糊剂401可比铝糊剂301耗费更长时间。因此,扩散步骤可与图5B所示的植入了物种的p+发射极403的退火或活化结合起来,以减少处理时间。如此一来,被植入的硼发生活化,且磷从糊剂扩散到硅中,这两个过程同时进行。在另一实施例中,磷的扩散可与p型掺质的活化不同时进行。因此,在图5C中,对太阳能电池400进行退火。这样会使p+发射极403发生活化,并且导致磷扩散到太阳能电池400中,且形成n+背面电场404。当然,也可以执行单独的热步骤来进行磷扩散和硼活化。在一实例中,在执行热步骤或退火步骤的过程中可在太阳能电池与n+背面电场404相对的一侧生长氧化层。在图5D中,掺杂了磷的糊剂401被移除。在退火过程中,掺杂了磷的糊剂401可形成磷硅酸盐玻璃(phosphorus-silicatexa0glass)。在一实例中,可采用蚀刻步骤或缓冲氢氟酸(bufferedxa0HF)制程来移除掺杂了磷的糊剂401。图4与图5的实施例允许掺杂的n型区与p型区相互紧挨着或相邻。因此,n型区与p型区相互对准,且由于p-n接面每一侧的掺质浓度都很高,所以p-n接面会较窄。载子可藉由量子机械穿隧(quantumxa0mechanicalxa0tunneling)来穿越接面。图4与图5的实施例中的热步骤可延长时间以使得掺质能够扩散并穿越接面。当掺质扩散并穿越此接面后,边界处的载子净浓度可减小,且空乏深度可增大。空乏区较深会抑制穿隧效应。在其他实施例中,所用的两种掺质的导电性可相同。例如,这可能有利于掺质扩散到太阳能电池的一个部位,同时将导电性相似的离子植入到太阳能电池的相邻部位。本发明并不限于本文所述的特定实施例的范围。实际上,对于本技术领域中普通技术人员而言,在了解了上述文字及附图之后,除了本文xa0所述的实施例之外,其他各种实施例以及对本发明的更动也都将变得明显易懂。因此,这些其他实施例以及对本发明的更动应当含在本发明的范围内。此外,虽然本说明书中是针对特定的用途在特定的环境下以特定的实施方式来阐述本发明,但是本技术领域中普通技术人员能够理解的是,其效用并不限于此,本发明也可具有多种用途且可在多种环境下以有益的方式来实施。因此,本发明的保护范围与精神当视所附的权利要求所界定者为准。