專利名稱：太陽能電池的氮氧化物鈍化的制作方法
技術領域：
本發明總地涉及太陽能電池，并且更具體地涉及太陽能結構和制造方法。
背景技術：
太陽能電池是用于將太陽輻射轉換為電能的設備。其可以采用半導體 制造技術在半導體晶片上被制造。
一般而言，可以通過在硅襯底上形成P
型和N型的活性擴散區域來制造太陽能電池。碰撞到太陽能電池上的太陽 輻射產生遷移到活性擴散區域的電子和空穴，從而在活性擴散區域之間產 生電壓差。在背面接觸太陽能電池中，活性擴散區域和與其耦合的金屬網 格均在太陽能電池的背面上。金屬網格允許將外部電路耦合至太陽能電池 并由該太陽能電池供電。
關于太陽能電池的一個問題或局限在于，其性能隨時間趨向降低。換 言之，太陽能電池的可靠性以及效率隨時間趨向變低。申請人認為本公開 內容提供了一種克服或至少部分克服太陽能電池的性能下降的問題的技 術方案。
發明內容
一個實施例涉及用于太陽能電池的結構。該結構包括其中具有P型和 N型活性擴散區域的硅襯底。至少在該P型和N型活性擴散區域上包括氮 氧化物鈍化層。該結構進一步包括穿過該氮氧化物鈍化層至該P型和N型 活性擴散區域的接觸開口，和金屬網格線，該金屬網格線通過該接觸開口 選擇性地接觸該P型和N型活性擴散區域。
另 一個實施例涉及制造太陽能電池的方法。在硅村底上形成P型和N 型活性擴散區域，和至少在該P型和N型活性擴散區域上形成氮氧化物鈍 化層。此外，形成接觸開口，該接觸開口穿過該氮氧化物鈍化層至該P型 和N型活性擴散區域，和形成金屬網格線，該金屬網格線通過該接觸開口選擇性地接觸該P型和N型活性擴散區域。還^Hf了其他實施例、方面和特征。
通過閱讀包括附圖和權利要求的全部公開內容，本發明的這些和其他特征對于本領域的普通技術人員而言將是顯而易見的。
注意到在不同的圖中使用相同的附圖標記表示相同或相似的部件。附圖不一定按比例，除非另作聲明。
圖1為根據本發明的實施例用在制造太陽能電池結構中的硅晶片的橫截面示意圖2為根據本發明的實施例在沉積摻雜源后的硅晶片的橫截面示意
圖3A為根據本發明的實施例在爐中加熱以使摻雜劑擴散進入硅晶片后的該硅晶片的橫截面示意圖3B為根據本發明的實施例在爐中加熱后的硅晶片的橫截面示意圖，其中將該層摻雜劑源示作氧化層或玻璃層；
圖4為根據本發明的實施例在正面和背面生長氮氧化物鈍化層后的硅晶片的橫截面示意圖5為根據本發明的實施例在背面上的氮氧化物鈍化層中形成接觸開口后的硅晶片的橫截面示意圖6為根據本發明的實施例在沉積金屬層后的硅晶片的橫截面示意
圖7為根據本發明的實施例在圖案化金屬層后的硅晶片的橫截面示意
圖8A為根據本發明的實施例的制造具有氮氧化物鈍化層的太陽能電池的方法的示意圖8B為根據本發明的另一實施例的制造具有氮氧化物鈍化層的太陽能電池的方法的示意圖。
具體實施例方式
在本公開內容中，提供諸如結構和制作步驟的示例的多個具體細節來提供對本發明實施例的全面理解。但是本領域內的普通技術人員可以認識
5到，無需該具體細節中的一個或者多個也可以實現本發明。在其他情況中， 公知的細節沒有示出或者描述，以避免使本發明的方面模糊。
如以上所述，太陽能電池的可靠性以及效率隨時間趨向變低。申請人 認為該降低的至少一部分是由于太陽能電池隨時間暴露于濕熱所引起。申 請人進一步認為這樣的濕熱引起水氣擴散通過太陽能電池的設備背面上 的鈍化層。
申請人認為本公開內容提供了 一種防止或降低水氣通過太陽能電池 的設備背面上的鈍化層的擴散的太陽能電池結構及其制造方法。同樣，申 請人認為根據本發明的實施例制造的太陽能電池的性能隨時間降低較小。 根據本公開內容制造的太陽能電池應該在濕熱條件下可以更好地保持穩 定性和效率。
如下面進一步描述，為了更好地保護設備不受水氣擴散的影響，申請 人已提出一種改進的方法來制造太陽能電池以引入氮氧化物鈍化層。申請 人進一步認為該氮氧化物層通過降低表面復合來提高設備性能。
處的硅晶片的橫截面圖。圖8A和圖8B提供了示出根據本發明的實施例在 兩種可能的制作方法中的步驟的流程圖。
圖1為根據本發明的實施例在制造太陽能電池結構中使用的硅晶片 101的橫截面示意圖。該晶片101可以包括例如N型硅晶片。如圖1所示， 指示出晶片的正面103和背面104。
期望在制造方法中通過濕法刻蝕工藝，例如采用氫氧化鉀和乙酸異丙 酯來使正面103和背面104織構化。織構化正面103在提高太陽輻射收集 效率方面是有優勢的。
圖2為根據本發明的實施例的在背面104上沉積摻雜源(202和204) 后的硅晶片IOI的橫截面示意圖。由于摻雜劑源202和204不是通過覆蓋 沉積繼而圖案化形成的，可以選擇性地沉積4參雜劑源202和204。可以通 過直接在晶片的背面104上印刷摻雜劑源202和204,例如釆用工業噴墨 印刷或絲網印刷，來選擇性沉積摻雜劑源202和204。例如，如果采用工 業噴墨印刷，則可以通過不同打印頭或同 一打印頭的不同噴嘴組來釋放摻 雜劑源202和204。可以在一個或多個打印頭的一個通道或多個通道中印 刷摻雜劑源202和204。用于噴墨印刷摻雜劑源的適合材料可以包括溶劑 (例如乙酸異丙酯)、有機硅氧烷和催化劑的適當摻雜的組合，同時用于
6絲網印刷摻雜劑源的適合材料可以包括溶劑、有機硅氧烷、催化劑和填充
物(例如八1203、 Ti02或Si()2顆粒)的適當摻雜的組合。
第一摻雜劑源202可以包括諸如磷的N型摻雜劑。第二摻雜劑源204 可以包括諸如硼的P型摻雜劑。在一個實現方式中，在每一摻雜劑源中的 摻雜濃度可以是均勻或基本均勻的。在另一個實現方式中，在每一摻雜劑 源中的摻雜濃度可以根據濃度分布而變化。這樣的濃度分布可以通過將每 一摻雜源區域分成多個要印刷的子區域，每一子區域具有更重的(N+或 P+)或更輕的(N-或P-)的摻雜劑濃度來實現。
通過將硅晶片101放置在爐中來將摻雜劑從摻雜劑源(202和204) 擴散進入硅晶片101。圖3A為根據本發明的實施例在爐中加熱以使摻雜 劑擴散進入硅晶片后的硅晶片101的橫截面示意圖。如所示，擴散步驟導 致N型摻雜劑從摻雜劑源202擴散到晶片101中以形成N+活性擴散區域 302。該擴散步驟還導致P型摻雜劑從摻雜劑源204擴散到晶片101中以 形成P+活性擴散區域304。在擴散步驟之后，摻雜劑源(202/204)的層 變為圖3B中所指示的氧化層或玻璃層306。可以將該層306看做為初始 鈍化層以保護設備的該面(此為背面)。
根據本發明的實施例，可以執行下一個步驟或多個步驟以便提供氮氧 化物鈍化層402。如以上所提到，申請人認為這樣的氮氧化物鈍化層402 減緩或防止水氣擴散進入太陽能電池襯底中，并因此對于太陽能電池提供 了隨時間較少下降的性能。可以相信，與常規二氧化硅鈍化層相比，氮氧 化物鈍化層402更好地防止了水氣擴散的有害影響。可以進一步相信，通 過降低表面復合氮氧化物層將提高設備性能。
圖4為根據本發明的實施例在正面和背面生長氮氧化物鈍化層402后 的硅晶片的橫截面示意圖。如以下與圖8A和圖8B相關的進一步描述，可 以通過在二氧化硅的生長期間將氮氣引入爐(見圖8A中的塊810),或通 過在氧化物生長之后在氮氣環境中對該晶片進行退火(見圖8B中的塊850 和852 )來生長氮氧化物鈍化層402。
圖5為根據本發明的實施例在背面104上的氮氧化物鈍化層402中形 成接觸開口 502后的硅晶片的橫截面示意圖。處于簡化目的，在圖5至圖 7中將初始鈍化層306引入作為氮氧化物鈍化層402的一部分。可以在該 晶片的背面104上的氮氧化物鈍化層402上形成圖5中的接觸開口 502， 例如通過掩模的噴墨或絲網印刷，繼而進行濕法刻蝕。圖6為根據本發明的實施例在沉積金屬層602之后的硅晶片的橫截面 示意圖。該金屬層602可以包括例如鋁。隨后通過掩模的噴墨或絲網印刷， 繼而進行濕法刻蝕來圖案化金屬層602。圖7為根據本發明的實施例在圖 案化金屬層之后的硅晶片的橫截面示意圖。該圖案化可以在該晶片的背面 上形成金屬網格線。注意到在圖7的橫截面圖中該金屬網格線不明顯，但 在背面的二維平面圖中其為可見。
盡管圖1至圖7示出用于制造具有氮氧化物鈍化層的背面接觸太陽能 電池的方法的步驟，但本發明的其他實施例可以關聯于制造具有氮氧化物 鈍化層的正面接觸太陽能電池。
圖8A是根據本發明的實施例的制造具有氮氧化物鈍化層的太陽能電 池的方法800的示意圖。獲得硅晶片(塊802)。例如，該晶片可以是N 型(或替代地P型)硅晶片。
可以通過濕法刻蝕來處理正面和背面以便使表面織構化(塊804 )。織 構化正面在提高太陽輻射收集效率方面是有優勢的。在其他處理中，可以 在后面的工藝步驟中通過濕法刻蝕來使正面織構化。在一些處理中，可以 用濕法刻蝕對背面掩膜或在濕法刻蝕之后對該背面進行拋光。
可以在設備面(例如背面)上沉積摻雜源(N型和P型)(塊806)。 例如，該沉積可以通過工業噴墨印刷或絲網印刷來執行。此后，將晶片》文 置在高溫下的爐中以使摻雜劑從該源擴散到該晶片的相應區域中(塊 808 )。
隨后，通過在二氧化硅的生長期間將氮氣引入到爐中，在正表面和背 表面上生長氮氧化物鈍化層(塊810)。換言之，通過除了常規氧氣之外還 引入氮氣，可以在爐中生長氮氧化物層。
此后，在該晶片的設備面上形成穿過氮氧化物鈍化層的接觸開口(塊 812)。接著，在該設備面上可以沉積金屬層(例如鋁)(塊814)。隨后通 過例如采用噴墨或絲網印刷的印刷、之后的濕法刻蝕來圖案化該金屬層 (塊816)。
圖8B為根據本發明的另一實施例的制造具有氮氧化物鈍化層的太陽 能電池的方法的示意圖。圖8B與圖8A的不同之處在于形成氮氧化物鈍化 層的工藝步驟。圖8B中，通過首先在晶片的正表面和背表面生長二氧化 硅鈍化層來形成氮氧化物鈍化層(塊850)。此后，在氮氣環境下對該晶片 進行退火以將氧化物轉變為氮氧化物(塊852 )。盡管在圖8A和圖8B的兩個示例的方法中示出某些相關的步驟并對其 進行以上討論，但太陽能電池的制造顯然可以包括各種替代的和/或額外的 步驟。此外，雖然以上描述關注于背面接觸太陽能電池的實施例(其中觸 點在遠離于太陽光的背面上)，但正面接觸太陽能電池的實施例也是可以 理解的，并應該類似地受益于此處公開的氮氧化物鈍化層。
雖然已經提供本發明的具體實施例，但是應該理解這些實施例僅用于 說明目的而非限制。對于本領域普通技術人員而言，許多附加實施例將是明 顯的。
權利要求
1.一種制造太陽能電池的方法，該方法包括在硅襯底上形成P型和N型活性擴散區域；在該P型和N型活性擴散區域上形成氮氧化物鈍化層；形成接觸開口，該接觸開口穿過該氮氧化物鈍化層至該P型和N型活性擴散區域；形成金屬網格線，該金屬網格線通過該接觸開口選擇性地接觸該P型和N型活性擴散區域。
2. 根據權利要求1所述的方法，其中形成該氮氧化物鈍化層包括在包 括氧氣和氮氣的環境中生長該氮氧化物鈍化層。
3. 根據權利要求1所述的方法，其中形成該氮氧化物鈍化層包括生長 氧化物層，之后在具有氮氣的環境中進行退火以便將該氧化物層轉變為氮 氧化物層。
4. 根據權利要求1所述的方法，進一步包括使該硅襯底的正表面織構 化以提高太陽收集效率。
5. 根據權利要求1所述的方法，其中該P型和N型活性擴散區域通 過摻雜源的沉積、之后摻雜劑從該摻雜源進入到該摻雜區域中的擴散來形 成。
6. 根據權利要求5所述的方法，其中該摻雜源通過直接印刷來沉積。
7. 根據權利要求5所述的方法，其中在該摻雜源上沉積該氮氧化物鈍 化層。
8. 根據權利要求1所述的方法，其中通過該氮氧化物鈍化層減少在該 太陽能電池的工作期間的表面復合。
9. 根據權利要求1所述的方法，其中在該硅襯底的正面和背面上形成 該氮氧化物鈍化層。
10. —種用于太陽能電池的結構，該結構包括 硅襯底；在該硅襯底中的P型和N型活性擴散區域；在該硅襯底中的P型和N型活性擴散區域上的氮氧化物鈍化層；穿過該氮氧化物鈍化層至該P型和N型活性擴散區域的接觸開口 ；和金屬網格線，該金屬網格線通過該接觸開口選擇性地接觸該P型和N 型活性擴散區域。
11. 根據權利要求IO所述的結構，其中在包括氧氣和氮氣的環境中生 長該氮氧化物鈍化層。
12. 根據權利要求IO所述的結構，其中通過生長氧化物層、之后在具 有氮氣的環境中進行退火以便將該氧化物層轉變為氮氧化物層來形成該 氮氧化物鈍化層。
13. 根據權利要求IO所述的結構，進一步包括該硅襯底的織構化的正 表面以提高太陽收集效率。
14. 根據權利要求IO所述的結構，其中通過摻雜源的沉積、之后摻雜 劑從該摻雜源進入到該摻雜區域中的擴散來形成該P型和N型活性擴散區 域。
15. 根據權利要求14所述的結構，其中該摻雜源通過直接印刷來沉積。
16. 根據權利要求14所述的結構，其中在該摻雜源上沉積該氮氧化物 鈍化層。
17. 根據權利要求IO所述的結構，其中通過該氮氧化物鈍化層減少在 該太陽能電池的工作期間的表面復合。
18. 根據權利要求IO所述的結構，其中在該硅襯底的正面和背面上形 成該氮氧化物鈍化層。
全文摘要
一個實施例涉及用于太陽能電池的結構。該結構包括其中具有P型和N型活性擴散區域的硅襯底。至少在該P型(304)和N型(302)活性擴散區域上包括了氮氧化物鈍化層(402)。該結構進一步包括穿過該氮氧化物鈍化層(402)至該P型(304)和N型(302)活性擴散區域的接觸開口(502)，和金屬網格線(702和704)，該金屬網格線通過該接觸開口(502)選擇性地接觸該P型(304)和N型(302)活性擴散區域。另一個實施例涉及制造太陽能電池的方法。還公開了其他實施例、方面和特征。
文檔編號H01L31/0216GK101652865SQ200880011608
公開日2010年2月17日 申請日期2008年4月4日 優先權日2007年4月12日
發明者C·斯通 申請人:太陽能公司