太陽能電池用的逆摻雜的制作方法

專利名稱：太陽能電池用的逆摻雜的制作方法
技術領域：
本發明涉及摻雜太陽能電池，特別涉及逆摻雜一太陽能電池。
背景技術：
離子布植是用以將改變導電率的雜質引入到半導體晶圓的標準技術。在離子源 中，所需的雜質材質被離子化。離子被加速以形成具有特定能量的離子束，并且離子束被導 引到晶圓的表面。離子束中的高能離子穿透半導體材料的主體并嵌入于半導體材質的晶格 中，以形成具有所希望的導電率的一區。太陽能電池基本上是以與其他半導體元件相同的制程所制成，且時常使用硅為基 底(substrate)材料。半導體太陽能電池為一簡單元件，其具有一內建電場而可分離在半 導體材料中對光子的吸收所產生的電荷載子。此電場是由P-N接面(二極體)的形成所產 生，其中P-N接面是藉由摻雜不同半導體材料產生。在半導體基底的一部分(例如表面區 域)摻雜相反極性的雜質會形成一 P-N接面，其可用為一轉換光源為電力的太陽能元件。圖9表示于一太陽能電池的第一實施例中，一代表基底150的剖面圖。光子160 由一上表面162進入一太陽能電池150，如箭頭所示。這些光子通過一抗反射涂膜152，其 設計以最大化穿透基底150的光子數，并最小化被反射離開基底的光子數。內部來說，基底150被形成以獲得一 P-N接面170。雖然在其他范例中，接面不一 定平行于表面，但此接面實質上平行于基底150的上表面162。太陽能電池的制造過程中， 光子經由一高摻雜區域，也就是一射極153，進入基底。在一些實施例中，射極153可為一 N 型摻雜區域，而在其他實施例中，射極153可為一 P型摻雜區域。具有充分能(高于半導體 的能帶隙)的光子能夠促動位于半導體材料的共價帶的一電子至導電帶。與此自由電子結 合的為在共價帶中對應的一正電荷電洞。為了產生可驅動一外接負載的一光電流，這些電 子-電洞(e_h)對需要被分離，此過程是以P-N接面的內建電場完成。因此，P-N接面的耗 乏區所產生的任一 e_h對都會被分開，而任何其它擴散至元件的耗乏區的少數載子也會同 樣的被分開。由于多數的入射光子會被吸收至元件的近表面區域，產生于射極的少數載子 需要擴散超過射極的深度以到達耗乏區，并被掃至另一邊。因此，為最大化光生電流的收集 以及最小化載子于射極中再結合的機會，極淺的射極區域153會較佳。一些光子通過射極區域153并進入一基極154。當射極153為一 N型區域時，基 極154是一 P型區域。且這些光子即可激發基極154內的電子，其可自由的進入射極區域 153，而對應的電洞則是留在基極154中。另一方面，當射極153是一 P型摻雜區域時，基極 154則會是一 N型摻雜區域。在此情形下，光子便可激發基極154內的電子，這些電子會留 在基極區域154中，而對應的電洞則是會移動至射極153。由此P-N接面所導致的電荷分 離，可使由光子所產生的多余載子(電子以及電洞)被用以驅動一外部負載而完成電路。藉由一外部負載外部連接射極區域153到基極154，其便可導電因進而提供功率。 為達成此目的，接觸151、155 (基本上為金屬)會被分別置于射極區域以及基極的外表面。 由于基極并不會直接接收光子，因此，其接觸155會沿著整個外表面放置。另一方面，射極區域的外表面會接收光子，而因此無法完整的被接觸所覆蓋。然而，若電子必須移動很長的 距離以抵達接觸，電池的串聯電阻則會增加，使功率輸出減少。為了試著平衡這兩個因素 (自由電子移動到接觸需要的距離以及暴露出的射極表面163的量)，多數的應用使用指型 (finger)的接觸 151。圖9所示的實施例在基底的兩端都需要接觸，進而減少可讓光子通過的前表面的 可用面積。圖1顯示一太陽能電池100的一第二實施例的剖面圖。在根本上，本實施例中 所包含的物理跟前述實施例十分相似，也就是一 P-N接面被用以產生一電場，其可分離所 產生的電子-電洞對。然而，和在整個基底產生P-N接面的前實施例不同，接面只會在基 底100的部分產生。本實施例可使用一負摻雜硅基底103。在某些的實施例中，一較負偏 壓的前面場102會由加入N型摻質至前表面所產生。此前表面則會被涂布一層抗反射材料 101。此前表面通常會被蝕刻以產生一鋸齒或其他非平面的表面，進而增加表面積。金屬 接觸(metallic contacts)或指形物(fingers) 107、108，皆位于基底的底面。底面的某些 部分摻雜P型摻質以產生射極104。其他部分則是摻雜N型摻質以產生較負偏壓的背面場 105。背表面涂布著一介電層460以增加背表面的反射能力。接觸107會附接到射極104， 而接觸108會附接到背面場105。圖10表示在背表面常用的一接觸結構。此類電池被稱為 一指叉背接觸(IBC)太陽能電池。因現前的能源成本以及環境考量，太陽能電池在全世界已經變得越來越重要。任 何制造或是生產高性能太陽能電池的成本的減少或者任何高性能太陽能電池的效率的改 善，都會對全球的太陽能電池應用提供正面影響。同時，也能夠讓此無污染的能源科技有更 寬闊的利用空間。目前指叉背(或背面)接觸太陽能電池的制程需要在太陽能電池的背面進行最少 兩個微影以及擴散的步驟以制備接觸以及射極區域。去除任何制程步驟可減少太陽能電池 的制造成本以及復雜性。雖然逆摻雜已被提出為一個減少成本與復雜性的方法，但將離子 布植用在太陽能電池的逆摻雜相對是不為人知的。使用離子布植的逆摻雜之前只有被用在 利用鋰的太陽能電池中用以改善輻射硬化，而非改變載子類型或減少太陽能電池制造的成 本以及復雜性。鑒于此，業界需要以逆摻雜來改良摻雜太陽能電池的方法。

發明內容
現有技術的缺點可由本發明所克服，本發明涉及逆摻雜一太陽能電池的多種方 法，且特別涉及逆摻雜一指叉背接觸太陽能電池的多種方法。一太陽能電池的一表面可能 需要一些部分被N摻雜，而另一些部分被P摻雜。傳統上，會需要多個微影和摻雜的步驟以 達成所希望的結構。另一方面，一個微影步驟可經由進行一個導電率的一整體摻雜和相對 的導電率的一罩幕圖案化逆摻雜制程而被去除。在罩幕圖案化布植中，被摻雜的區域會接 收一充分的摻雜量以完全逆轉整體摻雜的影響，并達成相對于整體摻雜的一導電率。在另 一實施例中，逆摻雜是以一直接圖案化的技術所進行，而可省去多余的微影步驟。多種直接 逆摻雜的制程方法也在本發明中提供。為讓本發明的上述特征和優點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，并配合附圖， 作詳細說明如下。


圖1為本發明一實施例的一示范指叉背接觸太陽能電池的示意圖。圖2為本發明一實施例的一太陽能電池的制作流程圖。圖3為本發明另一實施例的一太陽能電池的制作流程圖。圖4為本發明一實施例的進行逆摻雜的一太陽能電池示意圖。圖5為本發明的代表座標系統。圖6為適用于一些本發明實施例的代表離子布植器。圖7為本發明逆摻雜一太陽能電池過程的第三實施例。圖8為本發明逆摻雜一太陽能電池過程的第四實施例。圖9為本發明的一示范太陽能電池。圖10為本發明的一指叉背接觸太陽能電池的示范接觸圖案。圖11為可被使用在產生圖10所示的接觸的多種罩幕。圖12為本發明的直接圖案化的一實施例。圖13為本發明的直接圖案化的第二實施例。圖14為本發明的直接圖案化的第三實施例。
具體實施例方式以下所述的實施例可由例如一光束線離子布植器或一等離子體摻雜式離子布植 器進行。上述的一等離子體摻雜式離子布植器可能會使用射頻頻率或其他等離子體產生 源。同時，其他等離子體處理設備或者會產生離子的設備也會被使用。而且，熱擴散、太陽 能電池基底上受到加熱的膠、磊晶成長、或激光摻雜也會被用以進行以下所述的某些實施 例。此外，當一硅太陽能電池被具體的揭示，其他太陽能電池基底材料也會從本發明所述的 制程的實施例中得到好處。圖1為本發明一實施例的一示范指叉背(或背面)接觸(interdigitated back (or backside) contact, IBC)太陽能電池的示意圖。其它實施例或設計也可被采用，且此處 所述的制程的實施例并不限定于圖1所示的指叉背接觸太陽能電池100。如上述，指叉背 接觸太陽能電池100包括位于指叉背接觸太陽能電池100背面的多個P接觸107和多個 N接觸108。在指叉背接觸太陽能電池100的上方是一抗反射涂布層(anti-reflective coating) 101，一前面場(front surface field) 102 以及一基極(base) 103 可位于抗反射 涂布層101下方。在基極103下方有多個射極104和多個背面場(back surface fields, BSF) 105。射極104和背面場105下方有一保護層106。P接觸(contacts) 107和N接觸 108可通過保護層106以接觸射極104和背面場105。指狀物(fingers) 110，基本上是由導 電金屬所制成，會附接至接觸上。目前指叉背接觸太陽能電池的流程需要在太陽能電池的背面進行至少兩個微影 以及擴散的步驟以制備接觸(例如P接觸107)和射極104區域。舉例來說，一種接觸的圖案展示于圖10。射極、背面場以及與其結合的接觸都在展 示的結構中產生。為產生此結構，通常會使用一圖案或是一罩幕。例如，圖11顯示兩個罩 幕117、118。在一步驟中，罩幕117被應用在太陽能電池100的背面。一摻質(dopant)接 著經由例如擴散或離子布植被加入至基底。然后，此圖案或罩幕被移除，而一第二罩幕118則是接著被使用。之后，一具有相對導電性的第二摻質經由擴散或是離子布植被加入其中。

使用逆摻雜可去除至少一個微影步驟，而且，如果使用一非微影技術在逆摻雜過 程中圖案化摻質，則可同時去除兩個步驟。這些制程步驟的去除可減少制程的復雜性以及 太陽能電池的制造成本。圖2為本發明一實施例的一太陽能電池的制作流程圖。為了進行一太陽能電池 (例如一指叉背接觸太陽能電池)的逆摻雜，必須完成兩個步驟一整體摻雜201以形成一 種類型的半導體材料。舉例來說，磷可能會被使用在整個基底用以形成一 N摻雜區域。接 著，進行一高摻雜量的一圖案化摻雜202于太陽能電池的選擇區域。圖案化摻雜202是以 一具有相對導電性的摻質所進行，因此，若磷被使用于整體摻雜，一個屬于第三族的元素例 如硼，可被用在圖案化摻雜中。由于圖案化摻雜所使用的區域先前就已被摻雜過，所以其所 需的劑量一定要足以使前次摻雜的影響無效，并接著加入所希望濃度的離子。結果，圖案化 摻雜會產生一具有與整體摻雜所產生的導電性相對的導電性區域。圖3為本發明另一實施例的一太陽能電池的制作流程圖。在本實施例中，直接將 圖2所示的步驟逆轉。為進行逆摻雜，在太陽能電池的選擇區域執行一高摻雜量的一圖案 化摻雜301，以及一整體摻雜302以形成另一種的半導體材料。之后，足夠量的圖案化摻雜 301被加入，而使接下來的整體摻雜不改變其導電性。圖4為一逆摻雜的一實施例。太陽能電池100包括一整體摻雜區域400和多個圖 案化摻雜區域401。整體摻雜區域400和圖案化摻雜區域401可被按照順序或至少部分的 同時摻雜進去。整體摻雜區域400和圖案化摻雜區域401可使用N型或P型摻質。然而， 如上所述，逆摻雜需要一區域為N型摻質，另一區域為P型摻質。因此，雖然任一種摻質的 摻雜過程都可先發生，但整體而言，不同的摻質還是必須被利用到。在某一例子，整體摻雜 區域400為P型，而圖案化摻雜區域401為N型。另外，需要使用足夠量的圖案化摻雜以克 服整體摻雜所產生的導電性。在本例中，大量且足夠的N型摻質被加入，而讓整體摻雜區域 400保持為P型，但圖案化摻雜區域401為N型。以下所述流程的實施例中，摻質可為例如，磷、砷、硼、銻、或錫。本發明也可使用其 它種類的摻質，且不受上述的摻質的限定。整體摻雜可由不同方式進行，例如，太陽能電池區域或整個太陽能電池的整體摻 雜可由離子布植(例如光束線離子布植器(beam-line ion implanter)或等離子體摻雜式 離子布植器)進行。整體摻雜也可以在一熔爐(furnace)中以在太陽能電池基底的至少一 個氣體或至少一個膠(paste)擴散進行。其它已知加入摻質的方法也可被應用。大體來說， 整體摻雜是指一摻雜過程，其中離子是無差別的使用在太陽能電池的整個表面。相對于整體摻雜，圖案化摻雜則是只有太陽能電池的選擇區域會被更改。圖案化 摻雜可以以多種方式進行。在一些實施例，一圖案化技術被用來只遮蔽(或暴露)基底的某 些部分。在使用此圖型之后，可進行一或多個上述使用一整體摻雜的制程。在第一實施例， 一罩幕被用以阻隔太陽能電池中無須逆摻雜的區域。此罩幕可為不同型，例如，一硬式罩幕 放置并粘附于基底上。一蔽蔭罩幕或鄰近罩幕則是直接置于基底的前方，且可被重復使用。 最后，一圖案或是投射罩幕距離基底一段距離，并且依賴光學以投射一圖案至基底上。使用 罩幕之后，進行一后續的擴散或離子布植步驟以將離子僅加入于基底的暴露部分。在另一 實施例，接著進行離子布植，像是利用一光束線離子布植器或等離子體摻雜式離子布植器，且摻質只會由罩幕中的一或多個孔洞(aperture)布植。在又另一實施例中，罩幕是與一熱 擴散方式一起使用。圖案化摻雜也可以由其他方式進行。如上所述，數個圖案化方法遮蔽基底的一部 分，所以只有暴露出的部分才會受到摻雜。舉例來說，微影蝕刻可被用來產生一光阻罩，而 其他的圖案化方法則是用以暴露基底的一部分。舉例來說，在一實施例，一介電層是以一整 體摻雜的方式設置。一激光束則可直接寫入太陽能電池以選擇性的融熔整體介電層而產生 一罩幕(mask)。“直接寫入”一詞表示一光或粒子束(例如一激光或離子束)高精準的聚 焦于基底的過程。在入射的區域，光或粒子束擊上基底并造成特定影響。當為一離子束時， 影響可能為基底的其中一個布植離子。若是一激光光束，影響則會是融熔入射區域或使其 變形。本發明的另一實施例中，材料可被印上太陽能電池表面的選擇區域。舉例來說，離 子布植便可經由印刷材料所形成的罩幕加入摻質。另一方面，印刷材料可被用以選擇性的 蝕刻一位于下方的介電質，且由一熔爐的擴散加入摻質形成一圖案。在另一實施例，一離子 束可直接寫入或經由一蔽蔭罩幕被投射并改變一整體介電層的蝕刻特性。此介電層接著受 到蝕刻而僅暴露基底的選擇區域。上述的每一圖案化方法中，例如離子布植或熱擴散，皆被 用以將摻質加入基底中所希望的部分。其他實施例中，摻質的直接圖案化可在太陽能電池上進行。圖案化摻雜的直接圖 案化型態表示只有太陽能電池的某些區域是在太陽能電池沒有使用罩幕或是固定罩幕層 的情況下受到摻雜。在一實施例中，摻質可由一離子束布植一非均勻摻質的摻雜量。因此， 太陽能電池的一第一部分暴露于離子束，并且是以一第一摻雜量布植。太陽能電池的一第 二部分也同時暴露于離子束，并且是以一第二摻雜量布植。這個摻雜量的差別可以以不同 方式達成。請參照圖6，圖6為代表的一離子布植器600的方塊圖。一離子源610產生屬于一 所希望種類(例如磷或硼)的離子。而一對電極(未示出)被用于吸引離子源所產生的離 子。藉由對目標的離子施與一具有相對極性的電位，電極可將離子抽離離子源，且這些離子 經由電極而加快速度。受到吸引的離子接著形成一離子束，并通過一源過濾器620。在此實 施例中，源過濾器位于離子源的附近較佳。之后，離子束中的離子會在一管柱630被加速或 減速至一所希望的能階。然后，以具有一孔徑(aperture)645的一質量分析器磁體(mass analyzer magnet)640將不需要的部分從離子束移除，導致具有所希望的能量以及質量特 性的一離子束650通過決定孔徑645。在某些的實施例，離子束650是一點束。這種情形下，離子束會通過一掃描器660， 其為一靜電掃描器較佳，而使離子束650轉向以產生一掃描光束655，其中多個單獨的小 離子束657具有偏離離子源665的軌道。在某些實施例中，掃描器660包括分離的掃描板 (scan plates)與一掃描振蕩器(scan generator)交流。掃描振蕩器產生一掃描電壓波形 (waveform)像是具有波幅以及頻率構件的一正弦、鋸齒或三角波形，其可使用于掃描板。在 一較佳實施例，掃描波形非常相似一三角波(恒量斜率)，進而可在幾乎相同時間內均勻的 將掃描束暴露于基底的每一處。三角形的誤差值被使用于讓離子束均勻。而所獲得的電場 會使離子束偏離如圖6所示。之后，一角度校正器670適用于將偏離的小離子束657轉向成為一組具有實質上
8平行的軌道的小離子束。較佳的是，角度校正器670包括被間隔的一磁鐵線圈以及多個磁 極部以形成一間隙，而使小離子束能夠通過。同時，線圈則是被激發，進而在間隙產生一磁 場，其可使小離子束根據所施加的磁場強度以及方向而轉向。磁場經由磁鐵線圈改變電流 而受到調節。另一方面，其他結構，例如平行透鏡，可被使用來進行此功能。在角度校正器670之后，掃描束會被對準基底，例如即將被處理的太陽能電池。掃 描束基本上具有大幅小于其寬度(X維)的一高度(Y維)。此高度大幅小于基底，因此在任 何時候，只有一部分的基底會暴露于離子束。為了將整個基底暴露于離子束，基底必須要相 對于離子束的位置移動。接著，太陽能電池附接至一基底座，此基底座提供多個移動角度。舉例來說，基底 座可以以垂直于掃描束的方向移動。請參考圖5，圖5為一座標系統的范例。假設離子束是 位于XZ面，此離子束可為一帶狀束或一掃描點束。然后，基底座可在Y方向移動。如此，假 定基底100的寬度(于X維)小于離子束，則基底100的整個表面可被暴露于離子束。在一實施例中，基底座的動作會被更改以在逆摻雜區域的對應區域產生更長的照 射目標時間。換言之，與基底中不會被進一步布植的部分(如整體布植區域)相比，基底座 在Y方向移動的較快。當離子束被放置于一將被逆摻雜的區域時，基底座在Y方向的速度 會變慢。在離子束位于逆摻雜區域的同時，這個變慢的速度會被保持。當逆摻雜區域已被 完全暴露之后，基底座的平移速度增加，以快速的通過后續的輕微整體布植的區域。此步驟 會一直重復，直到整個基底被布植為止。圖12顯示將基底座在Y方向的相對速度降低的一示意圖做為基底位置的一函數。 在此必須說明的是，在本實施例中，此表面使用一 N型摻質而進行整體摻雜，并且使用一 P 型摻質進行圖案化摻雜。因此，當背面場區域105暴露于離子束時，其速度會增加，當射極 區域104暴露于離子束時，其速度會減緩以增加摻雜量。在使用一點束的情況中，一相似的技術可被應用而根據基底位置，以一可變的速 度在Y方向移動基底座。若基底座也在χ方向移動以掃描過基底，則基底座可改變在χ方 向的速度而達到與上述相同的結果。換言之，基底座在暴露基底的射極區域時會在X方向 快速移動，但在暴露逆摻雜區域時則是會減慢速度。另一方面，若需要，基底座的速度皆可 以在X以及Y方向改變。另一方面，掃描器660可以被控制以產生一相似結果。舉例來說，假如在一掃描點 束(spot beam)布植中，基底座在Y方向移動，且掃描器660導致點束在X方向移動，藉由改 變用以控制掃描器的鋸齒波頻率，可改變點束穿越基底的速率。在一情況中，當離子束通過 暴露的射極區域104時，掃描器控制信號的頻率會增加，并且當離子暴露于逆摻雜區域時， 頻率會變慢。圖13顯示本實施例的示意圖。如此一來，背面場105的照射目標時間會少于 受到逆摻雜且暴露的射極區域104的照射目標時間。在另一情形中，掃描器控制信號的波 形會受到修改，因此點束會被放置使其在通過背面場區域105時，不會擊中基底，且只會在 受到逆摻雜且暴露出的射極區域104中掃描。同時，也可以結合掃描輸入波形的修改與基 底座在Y方向的速度的改變。盡管上述方法大多相關于基底不同部分的離子束的不同照射目標時間以改變摻 雜量，其他方法也可被使用來產生所希望的摻雜圖案。其中一個可產生所希望的摻雜圖案 的技術為根據基底的區域而改變離子束電流，其可由數種方法達成。
在一實施例，離子束是由改變萃取電極所使用的不同電壓而受到調整。圖14展 示一簡化的離子布植系統，為了清楚的說明，此處只顯示離子源610以及基底座710。離子 源610被用以產生將被布植在基底100上的離子束730。這些離子會被一或多組萃取電極 (extraction electrodes) 720經由離子源的萃取細縫(slit) 700吸引。這些電極720的電 位決定產生的離子束電流。舉例來說，如果電極720的電位與離子源610的腔壁的電位十 分相近，則自離子源610發出的離子流會因沒有往電極的吸引力而最小化。相反來說，如果 電位與離子源之腔壁的電位有著極大的不同，則離子會被強烈的吸引至電極720。如此會產 生具有高電流的一離子束730。藉由根據對應離子束的基底位置改變電極720的電位，可獲 得所希望的布植圖案。圖14顯示一脈沖萃取電源740的利用方式，脈沖萃取電源會在基底100的逆摻雜 區域105位于會被離子束輻射的位置時受到活化。此脈沖接著會在離子束暴露出背面場 104時受到去活化。離子布植系統的其他構件可被相似的控制以改變離子束電流。多數個構件可在離 子束線中被調整。舉例來說，由于基底會被掃描而產生交替的高和低摻雜量區域，因此一聚 焦透鏡元件可被周期性的脈沖以聚焦和散焦離子束。如此的聚焦元件可具有磁性(如四極 透鏡)或靜電性(如單透鏡)。離子束的散焦以及聚焦改變傳送到處理室的離子束量(并 輻射基底)，進而改變工件上的有效離子束入射。在這種情形中，在一單一掃描布植中是有 可能摻雜整個基底的。相同的，經由布植器控制離子束傳送的其他離子束線構件也可被改 變。上述構件包括加/減速電壓、磁鐵設定等。直接圖案化也可由將含有摻質的膠的一整體層涂在太陽能電池上來進行。此膠是 利用一掃描激光束進行選擇性融熔，因此只有在膠覆蓋著的某些區域才會受到摻雜。上述 為直接寫入的一示范。在另一實施例中，膠也可被選擇性的配置在太陽能電池上，所以只有某些膠覆蓋 著的區域才能以一熔爐摻雜。此處的膠可以以許多方式被選擇性的涂上。一些范例為網版 印刷、噴墨印刷以及噴出(extrusion)。也可使用其他方法，且都包含在本發明的涵蓋范圍 內。在直接圖案化的另一范例中，太陽能電池內含的硅可由一激光被選擇性的融熔， 并從一液體或氣體源，至少部分的同時加入摻質到融熔物以進行直接圖案化。上述為直接 寫入的另一范例，只有太陽能電池的某些區域會以這種方式摻雜。圖3至圖4為利用罩幕圖案化摻雜來逆摻雜一太陽能電池的制程的實施例。圖3 的實施例以上述的方式進行整體摻雜，此整體摻雜均勻的加入具有一特定導電性(N或P) 的離子。在一些實施例中，一個介于2el4以及lel6的摻雜量可被用于整體摻雜。在此摻 雜完成之后，一罩幕被施加于基底或是置于基底前方，而接著進行一第二整體摻雜。此第二 摻雜是利用具有相對導電性的離子作為第一摻雜(例如一 P型摻雜若第一摻雜為加入一 N 型摻質)。然而，因為罩幕的存在，只有基底的某些部分會在第二整體摻雜周期中受到摻雜。 在一些實施例中，一個介于4el4至2el6的劑量(dose)可被用于圖案化摻雜。在另一實施 例，如圖4所示，這兩個制程的順序可相反，而使罩幕是先施加至基底，然后才進行圖案化 摻雜。之后，罩幕從基底移除，且接著進行一整體摻雜。在這些實施例使用此技術可除去目 前太陽能電池制程中，進行其中一個的微影步驟的需要。
圖7至圖8為本發明利用直接圖案化逆摻雜一太陽能電池的過程的實施例。在如 圖7所示的實施例中，先對基底進行上述的一整體摻雜。完成之后，利用上述的其中的一直 接圖案化技術進行一第二摻雜。太陽能電池背面的N型和P型區域可能有不同的深度輪廓以確定太陽能電池的正 常運作。逆摻雜的輪廓需要從摻雜區域擴展到太陽能電池材料的主體。為了預防少數載子 被吸引至太陽能電池的表面或是被困陷在局部電位井(potential wells)，整體摻雜以及 逆摻雜輪廓之間的摻雜量必須自太陽能電池的表面單調的減少。而利用一光束線離子布植 器或一等離子體摻雜式離子布植器的離子布植可達成兩者的輪廓要求。若熱擴散被作為一 制程步驟，這些輪廓可以經由調適熱制程達成。舉例來說，可使用一個兩步驟的擴散制程。 此兩步驟的擴散制程利用高和低的溫度以活化并驅入摻質至不同深度。在另一范例中，第 一摻質進行一熱退火制程，且第二摻質進行一快速熱制程退火。在又另一范例中，這兩個摻 雜步驟是在不同的溫度進行。本文所使用的名詞與描述是作為說明書中的術語，但其并非用以限定，且無意使 用除任何繪示和說明的相同特征(或其部分)之外的名詞與描述。此外，應理解在權利要 求所界定的范圍內各種修改是可能的。其它的修改、變化與替換亦為可能的。因此，上述的 說明僅為示例性的，并非用以限定。
權利要求
1.一種于一太陽能電池表面產生具有相對導電性的區域的方法，包括使用一半導體基底；于該基底的一表面進行一第一摻質的一整體摻雜，而使該表面包括一均勻的摻雜區；于該表面的一部分進行一第二摻質的一圖案化摻雜，其中該部分小于該表面的全部， 該第一摻質和該第二摻質包括相對導電性，而該部分經過該圖案化摻雜以維持該第二摻質 的導電性；以及在該圖案化摻雜之前，在該基底的前方配置一罩幕。
2.根據權利要求1所述的于一太陽能電池表面產生具有相對導電性的區域的方法，其 中該整體摻雜是經由熱擴散進行。
3.根據權利要求1所述的于一太陽能電池表面產生具有相對導電性的區域的方法，其 中該整體摻雜是經由離子布植進行。
4.根據權利要求1所述的于一太陽能電池表面產生具有相對導電性的區域的方法，其 中該整體摻雜是經由等離子體摻雜進行。
5.根據權利要求1所述的于一太陽能電池表面產生具有相對導電性的區域的方法，其 中該罩幕是選自由一硬式罩幕、一蔽蔭罩幕以及一投射罩幕所構成的族群。
6.根據權利要求1所述的于一太陽能電池表面產生具有相對導電性的區域的方法，其 中該圖案化摻雜是經由熱擴散進行。
7.根據權利要求1所述的于一太陽能電池表面產生具有相對導電性的區域的方法，其 中該圖案化摻雜是經由離子布植進行。
8.根據權利要求1所述的于一太陽能電池表面產生具有相對導電性的區域的方法，其 中該圖案化摻雜是經由等離子體摻雜進行。
9.一種于一太陽能電池表面產生具有相對導電性的區域的方法，以在其表面產生相對 導電率的區域，包括使用一半導體基底；于該基底的一表面進行一第一摻質的一整體摻雜，而使該表面包括一均勻的摻雜區；于該表面的一部分進行一第二摻質的一直接圖案化摻雜，其中該部分小于該表面的 全部，該第一摻質和該第二摻質包括相對導電性，該部分經過該圖案化摻雜以維持該第二 摻質的導電性，而該基底在沒有使用一罩幕的情況下進行該整體摻雜以及該直接圖案化摻ο
10.根據權利要求9所述的于一太陽能電池表面產生具有相對導電性的區域的方法， 其中該整體摻雜是經由熱擴散進行。
11.根據權利要求9所述的于一太陽能電池表面產生具有相對導電性的區域的方法， 其中該整體摻雜是經由離子布植進行。
12.根據權利要求9所述的于一太陽能電池表面產生具有相對導電性的區域的方法， 其中該整體摻雜是經由等離子體摻雜進行。
13.根據權利要求9所述的于一太陽能電池表面產生具有相對導電性的區域的方法， 在該直接圖案化摻雜之前還包括使用一介電層，且其中該直接圖案化摻雜包括使用一激光 以選擇性地融熔該介電層，用以暴露出該基底的該部分，并接著進行該第二摻質的一整體 摻雜。
14.根據權利要求9所述的于一太陽能電池表面產生具有相對導電性的區域的方法， 其中該直接圖案化摻雜包括使用包括該第二摻質的一整體膠層，且用一激光光束融熔該 膠，以便只直接寫入該基底的該部分。
15.根據權利要求9所述的于一太陽能電池表面產生具有相對導電性的區域的方法， 其中該直接圖案化摻雜是以一離子束進行，且其包括調控該基底經過該離子束的速度。
16.根據權利要求9所述的于一太陽能電池表面產生具有相對導電性的區域的方法， 其中該直接圖案化摻雜包括利用一掃描離子束并調控該離子束的掃描速率。
17.根據權利要求9所述的于一太陽能電池表面產生具有相對導電性的區域的方法， 其中該直接圖案化摻雜包括使用包括多個萃取電極以產生一離子束的一離子布植系統，并 調控該些電極的電壓，進而調控該離子束電流。
18.根據權利要求9所述的于一太陽能電池表面產生具有相對導電性的區域的方法， 其中該直接圖案化摻雜包括在該部分利用一激光融熔該基底，同時將該第二摻質加入該融 熔部分。
19.根據權利要求9所述的于一太陽能電池表面產生具有相對導電性的區域的方法， 其中該直接圖案化摻雜包括選擇性地將膠涂到該基底的該部分并以一熔爐擴散該膠。
20.一種于一太陽能電池表面產生具有相對導電性的區域的方法，以在其表面產生相 對導電率的區域，包括使用一半導體基底；于該基底的一表面進行一第一摻質的一整體摻雜，而使該表面包括一均勻的摻雜區；于該表面的一部分進行一第二摻質的一圖案化離子布植，其中該部分小于該表面的全 部，該第一摻質和該第二摻質包括相對導電性，而該部分經過該圖案化離子布植以維持該 第二摻質的導電性；以及在該圖案化離子布植之前，在該基底的前方配置一罩幕。
全文摘要
提供了逆摻雜太陽能電池(特別是叉背接觸(IBC)太陽能電池)的方法。在太陽能電池的一表面上，一些部分需要被N摻雜，而其他部分則是被P摻雜。傳統上，會需要多道微影和摻雜的步驟以達成所希望的結構。另一方面，可經由進行一個導電率的一整體摻雜和相對的導電率的一罩幕圖案化逆摻雜制程而省略一道微影步驟。在罩幕圖案化布植中，被摻雜的區域會接收充分的摻雜量以完全逆轉整體摻雜的影響，并達成相對于整體摻雜的一導電率。在另一實施例中，逆摻雜是以直接圖案化的技術所進行，可省去多余的微影步驟。在本發明中提供多種直接逆摻雜的制程方法。
文檔編號H01L31/042GK102007601SQ200980113415
公開日2011年4月6日 申請日期2009年3月5日 優先權日2008年3月5日
發明者保羅·沙利文, 尼可拉斯·P·T·貝特曼, 阿塔爾·古普塔 申請人:瓦里安半導體設備公司