摻雜單元、摻雜晶片、摻雜方法、電池及制作方法

專利名稱：摻雜單元、摻雜晶片、摻雜方法、電池及制作方法
技術領域：
本發明涉及一種太陽能摻雜單元、摻雜晶片、摻雜方法、太陽能電池及其制作方法，特別是涉及一種用于背結電池的太陽能摻雜單元、摻雜晶片、摻雜方法以及背結太陽能電池及其制作方法。
背景技術：
新能源是二十一世紀世界經濟發展中最具決定力的五大技術領域之一。太陽能是一種清潔、高效和永不衰竭的新能源。在新世紀中，各國政府都將太陽能資源利用作為國家可持續發展戰略的重要內容。而光伏發電具有安全可靠、無噪聲、無污染、制約少、故障率低、維護簡便等優點。
近幾年，國際光伏發電迅猛發展，太陽能晶片供不應求，于是提高太陽能晶片的光電轉化效率和太陽能晶片的生產能力成為重要的課題。太陽能電池受光照后，電池吸收一個能量大于帶隙寬度的入射光子后產生電子-空穴對，電子和空穴分別激發到導帶與價帶的高能態。在激發后的瞬間，電子和空穴在激發態的能量位置取決于入射光子的能量。處于高能態的光生載流子很快與晶格相互作用，將能量交給聲子而回落到導帶底與價帶頂，這過程也稱作熱化過程，熱化過程使高能光子的能量損失了一部分。熱化過程后，光生載流子的輸運過程(勢壘區或擴散區)中將有復合損失。最后的電壓輸出又有一次壓降，壓降來源于與電極材料的功函數的差異。由上述分析，太陽能電池效率受材料、器件結構及制備工藝的影響，包括電池的光損失、材料的有限遷移率、復合損失、串聯電阻和旁路電阻損失等。對于一定的材料，電池結構與制備工藝的改進對提高光電轉換效率是重要的。一種可行的實現低成本高效率太陽電池方案是聚光太陽電池。聚光太陽電池可以大大節約材料成本，明顯提高太陽電池效率。采用正面結結構的太陽電池，為了滿足聚光電池電流密度更大的特點，必須大大增加正面柵線密度，這會反過來影響柵線遮光率，減小短路電流。一種可行的解決遮光損失的方案就是背結背接觸結構太陽電池。背結背接觸結構太陽電池摻雜區和金半接觸區全部集成在太陽電池背面，背面電極占據背表面很大部分，減小了接觸電阻損失。另外，電流流動方向垂直于結區，這就進一步消除了正面結構橫向電流流動造成的電阻損失，這樣就會同時滿足高強度聚焦正面受光和高光電轉換效率的要求。背結背接觸電池結構也有利于電池封裝，進一步降低成本。但是由于背結電池的PN結靠近電池背面，而少數載流子必須擴散通過整個硅片厚度才能達到背面結區，所以這種電池設計就需要格外高的少子壽命的硅片作為基底材料，否則少子還未擴散到背面結區就被復合掉了，這樣電池的效率就會大大下降。IBC(interdigitated back contact)太陽能電池是最早研究的背結電池,最初主要用于聚光系統中，任丙彥等的背接觸硅太陽能電池研究進展(材料導報2008年9月第22卷第9期)中介紹了各種背接觸硅太陽能電池的結構和制作工藝，以IBC太陽能電池為例，SUNPOffER公司制作的IBC太陽能電池的最高轉換效率可達24 %，然后由于其采用了光刻工藝，由于光刻所帶來的復雜操作使得其成本難以下降，給民用或者普通場合的商業化應用造成困難。為了降低成本，也有利用掩模板來形成交叉排列的P+區和N+區，但是在制作過程中必須用到多張掩模板，不僅增加了制作成本，由于光刻技術需要精確校準因此還產生了采用不同掩模板需要校準的問題，為制作過程帶來了不少難度。

發明內容
本發明要解決的技術問題是為了克服現有技術IBC太陽能電池的制作過程中使用光刻工藝成本較高的缺陷，提供一種成本較低、工藝步驟較少且摻雜離子濃度得以精確控制的太陽能摻雜單元、摻雜晶片、摻雜方法、太陽能電池及其制作方法。本發明是通過下述技術方案來解決上述技術問題的一種摻雜單元，其特點在于，該摻雜單元包括-N型基底； 形成于該N型基底背面中的P型重摻雜區域以及N型重摻雜區域；形成于該P型重摻雜區域周圍的P型輕摻雜區域；其中，該N型重摻雜區域與該P型重摻雜區域互不接觸，以及該N型重摻雜區域與該P型輕摻雜區域互不接觸，其中，所述的P型替換為N型時，N型同時替換為P型。其中該P型輕摻雜區域可以與該P型重摻雜區域接觸。優選地，該摻雜單元還包括位于該N型基底表面的N型摻雜層或者P型摻雜層。對于N型基底而言，倘若表面以P型摻雜層作為正表面場，由該摻雜單元制得的太陽能電池就是雙結太陽能電池，可以進一步提高其光電轉換效率。優選地，該P型重摻雜區域與該N型重摻雜區域的最小距離至少為10 Pm。更優選地，該P型重摻雜區域與該N型重摻雜區域的最小距離為10-70 u m。優選地，該P型重摻雜區域的寬度為1000-3000 ii m。更優選地，該P型重摻雜區域的寬度為 1500-2500 u m.。優選地，N型重摻雜區域的寬度為250-700 ilm。更優選地，N型重摻雜區域的寬度為 300-600 u m。優選地，該P型輕摻雜區域的寬度為5-50 u m。更優選地，該P型輕摻雜區域的寬度為 10-40 u m。優選地，該P型重摻雜區域的方塊電阻為10-50 Q / 口。較佳地，該P型重摻雜區域的方塊電阻為15-45 Q/ □，更佳地，該P型重摻雜區域的方塊電阻為20-40 Q/ 口。優選地，該N型重摻雜區域的方塊電阻為10-50 Q / □。較佳地，該N型重摻雜區域的方塊電阻為15-45 Q/ □，更佳地，該N型重摻雜區域的方塊電阻為20-40 Q/ 口。優選地，該P型輕摻雜區域的方塊電阻為60-120 Q / 口。較佳地，該P型輕摻雜區域的方塊電阻為70-110 Q/ □，更佳地，該P型輕摻雜區域的方塊電阻為80-100 Q/ 口。本發明還提供一種摻雜晶片，其特點在于，其包括多個如上所述的摻雜單元。本發明還提供一種制造如上所述的摻雜晶片的摻雜方法，其特點在于，其包括以下步驟在N型基底的背面中用于接觸陽電極的第一區域形成P型重摻雜區域；在N型基底的背面中的第二區域形成該P型輕摻雜區域，其中該第二區域為該P型重摻雜區域周圍的區域；在N型基底的背面中用于接觸陰電極的第三區域形成N型重摻雜區域，其中該N型重摻雜區域與該P型重摻雜區域互不接觸，以及該N型重摻雜區域與該P型輕摻雜區域互不接觸，其中，所述的P型替換為N型時，N型同時替換為P型。其中形成P型重摻雜區域、P型輕摻雜區域以及N型重摻雜區域 的先后順序不限。可以利用多張掩模板并采用離子注入的方式形成上述P型重摻雜區域、P型輕摻雜區域以及N型重摻雜區域。又例如，通過在N型基底背面生長厚度為10-50 iim的二氧化硅、非晶硅、多晶硅或氮化硅薄膜作為掩模板。其中該P型輕摻雜區域可以與該P型重摻雜區域接觸。優選地，該摻雜方法包括以下步驟通過離子注入的方式將P型離子注入至該N型基底背面的第一區域和第二區域以在第一區域和第二區域形成P型重摻雜區域，其中P型離子的劑量為a ；通過離子注入的方式將N型離子注入至該N型基底背面的第三區域和第二區域以在第三區域形成N型重摻雜區域以及在第二區域形成P型輕摻雜區域，其中N型離子的劑量為b，并且b小于a。具體來說，僅需使用兩張掩模板即可，由于第二區域原本是P型重摻雜區域，因此在注入N型離子的過程中，減少了第二區域的P型離子濃度，自然形成了 P型輕摻雜區域，這種方法減少了工藝步驟以及掩模板的使用數量。優選地，該摻雜方法還包括以下步驟步驟SP、在該N型基底的表面形成N型摻雜層或者P型摻雜層。可以采用離子注入或者熱擴散的方式形成該N型摻雜層或者P型摻雜層。倘若采用熱擴散的方式，熱擴散同時還作為之前形成P型重摻雜區域、P型輕摻雜區域以及N型重摻雜區域時離子注入的退火步驟，以激活摻雜離子。另外，倘若采用的是N型基底，則N型基底表面形成P型摻雜層對摻雜所得的摻雜晶片制得的太陽能電池的轉換效率更為有利，這是因為雙結太陽能電池可以進一步提高其光電轉換效率。反之，針對P型基底，則較為有利的是在P型基底的表面形成N型摻雜層。優選地，通過加速P型離子至500eV_50keV并通過離子注入的方式形成該P型重摻雜區域，使該P型重摻雜區域的方塊電阻為10-50 Q/ 口。較佳地，P型離子被加速至lkeV_40keV,更佳地，P型離子被加速至5keV_30keV。優選地，通過加速N型離子至500eV_50keV并通過離子注入的方式形成該N型重摻雜區域，使該N型重摻雜區域的方塊電阻為10-50Q/ □較佳地，N型離子被加速至lkeV_40keV,更佳地，N型離子被加速至5keV_30keV。優選地，該P型重摻雜區域與該N型重摻雜區域的最小距離至少為10 U m。更優選地，該P型重摻雜區域與該N型重摻雜區域的最小距離為10-70 u m。本發明還提供一種太陽能電池，其特點在于，其包括如上所述的摻雜晶片，該太陽能電池還包括形成于該摻雜晶片表面的涂層，該涂層為第一鈍化層和和增透膜；形成于該摻雜晶片背面的第二鈍化層；位于該P型重摻雜區域背面的陽電極；以及位于該N型重摻雜區域背面的陰電極，其中，所述的P型替換為N型時，N型同時替換為P型。
優選地，該P型重摻雜區域與該N型重摻雜區域的最小距離至少為10 Pm。更優選地，該P型重摻雜區域與該N型重摻雜區域的最小距離為10-70 u m。優選地，該P型重摻雜區域的寬度為1000-3000 U m。更優選地，該P型重摻雜區域的寬度為 1500-2500 u m.。優選地，N型重摻雜區域的寬度為250-700 U m。更優選地，N型重摻雜區域的寬度為 300-600 u m。優選地，該P型輕摻雜區域的寬度為5-50 U m。更優選地，該P型輕摻雜區域的寬度為10-40 iim。其中該P型輕摻雜區域可以與該P型重摻雜區域接觸。優選地，該P型重摻雜區域的方塊電阻為10-50 Q / 口。較佳地，該P型重摻雜區域的方塊電阻為15-45 Q/ □，更佳地，該P型重摻雜區域的方塊電阻為20-40 Q/ 口。 優選地，該N型重摻雜區域的方塊電阻為10-50 Q / 口。較佳地，該N型重摻雜區域的方塊電阻為15-45 Q/ □，更佳地，該N型重摻雜區域的方塊電阻為20-40 Q/ 口。優選地，該P型輕摻雜區域的方塊電阻為60-120 Q / 口。較佳地，該P型輕摻雜區域的方塊電阻為70-110 Q/ □，更佳地，該P型輕摻雜區域的方塊電阻為80-100 Q/ 口。優選地，該涂層的第一鈍化層為氧化硅、碳化硅、氧化鋁、氮化硅或非晶硅薄膜中的一種或多種的疊層，該涂層的增透膜為氮化硅薄膜。優選地，該第二鈍化層為氧化硅、碳化硅、氧化鋁、氮化硅或非晶硅薄膜中的一種或多種的疊層。表面鈍化能夠降低半導體的表面活性，使表面的復合速率降低，其主要方式是飽和半導體表面處的懸掛鍵，降低表面活性，增加表面的清潔程序，避免由于雜質在表面層的引入而形成復合中心，以此來降低少數載流子的復合速度。通過表面鈍化，使得表面復合降低，從而提高有效少子壽命。增透膜能減少表面太陽光的反射，提高太陽光的利用率，采用上述涂層均為提高太陽能電池光電轉換效率的有效手段。優選地，與該P型重摻雜區域對應的第二鈍化層中具有第一接觸孔，與該N型重摻雜區域對應的第二鈍化層中具有第二接觸孔，其中，該陽電極通過該第一接觸孔連接至該P型重摻雜區域，該陰電極通過該第二接觸孔連接至該N型重摻雜區域。這樣陽電極和陰電極與半導體材料就形成了點接觸，進一步減小了接觸電阻。本發明提供一種如上所述的太陽能電池的制作方法，其特點在于，其包括以下步驟步驟S1、在N型基底的背面中用于接觸陽電極的第一區域形成P型重摻雜區域；在N型基底的背面中的第二區域形成該P型輕摻雜區域，其中該第二區域為該P型重摻雜區域周圍的區域；在N型基底的背面中用于接觸陰電極的第三區域形成N型重摻雜區域以得到摻雜晶片，其中該N型重摻雜區域與該P型重摻雜區域互不接觸，以及該N型重摻雜區域與該P型輕摻雜區域互不接觸；其中形成P型重摻雜區域、P型輕摻雜區域以及N型重摻雜區域的先后順序不限。可以利用多張掩模板并采用離子注入的方式形成上述P型重摻雜區域、P型輕摻雜區域以及N型重摻雜區域。又例如，通過在N型基底背面生長厚度為10-50 u m的二氧化硅、非晶硅、多晶硅或氮化硅薄膜作為掩模板；步驟S2、在該摻雜晶片的表面形成涂層，該涂層為第一鈍化層和和增透膜；步驟S3、在該摻雜晶片的背面形成第二鈍化層；步驟S4、在該摻雜晶片的背面形成陽電極和陰電極，其中，該陽電極形成于該P型重摻雜區域上，該陰電極形成于該N型重摻雜區域上；步驟S5、燒結該摻雜晶片，使陽電極和陰電極的金屬元素和摻雜晶片共晶復合，其中，所述的P型替換為N型時，N型同時替換為P型。其中該P型輕摻雜區域可以與該P型重摻雜區域接觸。優選地，步驟S1還包括以下步驟通過離子注入的方式將P型離子注入至該N型基底背面的第一區域和第二區域以在第一區域和第二區域形成P型重摻雜區域，其中P型離子的劑量為a ； 通過離子注入的方式將N型離子注入至該N型基底背面的第三區域和第二區域以在第三區域形成N型重摻雜區域以及在第二區域形成P型輕摻雜區域，其中N型離子的劑量為b,并且b小于a。優選地，步驟S1中得到摻雜晶片之前還包括以下步驟步驟SP、在該N型基底的表面形成N型摻雜層或者P型摻雜層。形成N型摻雜層或者P型摻雜層可以在P型重摻雜區域、P型輕摻雜區域以及N型重摻雜區域形成之前或之后，較佳地，在P型重摻雜區域、P型輕摻雜區域以及N型重摻雜區域形成之后采用熱擴散的方式形成該N型摻雜層或者P型摻雜層，這樣，熱擴散步驟還能作為之前離子注入的退火步驟。優選地，步驟S1中通過加速P型離子至500eV_50keV并通過離子注入的方式形成該P型重摻雜區域，使該P型重摻雜區域的方塊電阻為10-50 Q/ 口。較佳地，P型離子被加速至lkeV_40keV,更佳地，P型離子被加速至5keV_30keV。優選地，步驟S1通過加速N型離子至500eV_50keV并通過離子注入的方式形成該N型重摻雜區域，使該N型重摻雜區域的方塊電阻為10-50 Q / 口。較佳地，N型離子被加速至lkeV_40keV,更佳地，N型離子被加速至5keV_30keV。優選地，步驟S2中通過PECVD (等離子體增強化學氣相沉積法)形成涂層，該涂層的第一鈍化層為氧化硅、碳化硅、氧化鋁、氮化硅或非晶硅薄膜中的一種或多種的疊層，該涂層的增透膜為氮化硅薄膜。優選地，步驟S3中通過PECVD形成第二鈍化層，該第二鈍化層為氧化硅、碳化硅、氧化鋁、氮化硅或非晶硅薄膜中的一種或多種的疊層。優選地，步驟S4中采用銀漿或銀鋁漿并通過絲網印刷法制作陽電極和/或陰電極。當然，制作電極的方法并不局限于絲網印刷。優選地，步驟S4還包括以下步驟步驟S41、在與該P型重摻雜區域對應的第二鈍化層中形成第一接觸孔，以及在與該N型重摻雜區域對應的第二鈍化層中形成第二接觸孔；步驟S42、在該摻雜晶片的背面形成陽電極和陰電極，其中，該陽電極通過該第一接觸孔連接至該P型重摻雜區域，該陰電極通過該第二接觸孔連接至該N型重摻雜區域。這樣陽電極和陰電極與半導體材料就形成了點接觸，進一步減小了接觸電阻。優選地，該P型重摻雜區域與該N型重摻雜區域的最小距離至少為10 Pm。更優選地，該P型重摻雜區域與該N型重摻雜區域的最小距離為10-70 u m。優選地，該P型重摻雜區域的寬度為1000-3000 U m。更優選地，該P型重摻雜區域的寬度為 1500-2500 u m.。
優選地，N型重摻雜區域的寬度為250-700 U m。更優選地，N型重摻雜區域的寬度為 300-600 u m。優選地，該P型輕摻雜區域的寬度為5-50 U m。更優選地，該P型輕摻雜區域的寬度為 10-40 u m。只需要在上述過程中，調換基底材料和離子注入或擴散生長的方式摻雜的雜質材料，則該方法同樣適用于P型太陽能摻雜晶片以及P型太陽能電池的制作，即所述的N型替換為P型時，P型同時替換為N型。本發明的積極進步效果在于I、本發明中P型重摻雜區域與N型重摻雜區域之間具有N型基底材料作為緩沖層，使得PN結之間不會因為耗盡層太薄而導致被擊穿，由此提高了該摻雜晶片的使用壽命，同時由于在P型重摻雜區域與N型基底材料之間還設有P型輕摻雜區域，由此形成的P+/P-/N/N+結構的PN結使得載流子的遷移更均勻，速率更穩定，由此制得的太陽能電池的性能更穩定。
2、比起采用光刻工藝制作背結電池而言，本發明簡化了工藝步驟，無需購買光刻機，成本大大降低。3、采用離子注入進行摻雜形成P型重摻雜區域、P型輕摻雜區域與N型重摻雜區域，摻雜離子的濃度得到了精確的控制，比起熱擴散工藝的摻雜而言對提高光電轉換的效
率更有利。


圖Ia-圖4a為本發明的實施例1_5所述的摻雜方法的分解步驟示意圖。圖Ib-圖3b為本發明的實施例6所述的摻雜方法的分解步驟示意圖。圖Ic-圖4c為本發明的實施例7-8所述的摻雜方法的分解步驟示意圖。圖Ic-圖3c以及圖4e為本發明的實施例9所述的摻雜方法的分解步驟示意圖。圖Id-圖3d為本發明的實施例10所述的摻雜方法的分解步驟示意圖。圖Id-圖2d以及圖3f為本發明的實施例11所述的摻雜方法的分解步驟示意圖。圖Ia-圖6a為本發明的實施例12_13所述的太陽能電池制作方法的分解步驟示意圖。圖Ib-圖5b為本發明的實施例14所述的太陽能電池制作方法的分解步驟示意圖。圖Ic-圖6c為本發明的實施例15所述的太陽能電池制作方法的分解步驟示意圖。圖Id-圖5d為本發明的實施例17所述的太陽能電池制作方法的分解步驟示意圖。圖5f為本發明的實施例18所述的太陽能電池的截面示意圖。圖6e為本發明的實施例16所述的太陽能電池的截面示意圖。
具體實施例方式下面結合附圖給出本發明較佳實施例，以詳細說明本發明的技術方案。
實施例I參考圖la，在N型基底I的背面中用于接觸陽電極的第一區域形成P型重摻雜區域21。具體來說，將該第一掩模板10置于N型基底I的背面，加速硼離子至500eV并通過離子注入的方式從該N型基底I的背面未被第一掩模板10覆蓋的區域注入至該N型基底I的背面中以形成方塊電阻為IOQ/ □的P型重摻雜區域21，其中未被第一掩模板10覆蓋的區域即為用于接觸陽電極的第一區域。圖中箭頭所示為離子注入的方向，僅為了使本領域技術人員理解本發明，不應理解為對本發明的限制。參考圖2a，在N型基底I的背面中用于接觸陰電極的第三區域形成N型重摻雜區域31，其中該N型重摻雜區域31與該P型重摻雜區域21互不接觸。具體來說，將該第二掩模板11置于N型基底I的背面，加速磷離子至500eV并通過離子注入的方式從該N型基底I的背面未被第二掩模板11覆蓋的區域注入至該N型基底I的背面中以形成方塊電阻為10 Q/□的N型重摻雜區域31，其中未被第二掩模板11覆蓋的區域即為用于接觸陰電極的第三區域。本實施例中，該P型重摻雜區域21與該N型重摻雜區域31的最小距離為
10u m0參考圖3a，在N型基底I的背面中的第二區域形成該P型輕摻雜區域22，其中該第二區域為該P型重摻雜區域21周圍的區域。具體來說，將該第三掩模板12置于N型基底I的背面，加速硼離子至500eV并通過離子注入的方式從該N型基底I的背面未被第三掩模板12覆蓋的區域注入至該N型基底I的背面中以形成方塊電阻為60 Q / □的P型輕摻雜區域22。本實施例中，該P型重摻雜區域的寬度為1000 iim，N型重摻雜區域的寬度為250 ii m，該P型輕摻雜區域的寬度為5 ii m。參考圖4a，去除第三掩模板12，并且退火以激活摻雜離子以得到P+/P-/N/N+結構的摻雜晶片。退火條件為常規選擇。實施例2實施例2的原理與實施例I相同，其主要工藝步驟也相同，不同之處僅在于以下工藝以及參數的選擇參考圖la，加速硼離子至50keV并通過離子注入的方式從該N型基底I的背面未被第一掩模板10覆蓋的區域注入至該N型基底I的背面中以形成方塊電阻為50 Q/ □的P型重摻雜區域21。參考圖2a，加速磷離子至50keV并通過離子注入的方式從該N型基底I的背面未被第二掩模板11覆蓋的區域注入至該N型基底I的背面中以形成方塊電阻為50 Q/ □的N型重摻雜區域31。本實施例中，該P型重摻雜區域21與該N型重摻雜區域31的最小距離為70 u m。參考圖3a，加速硼離子至50keV并通過離子注入的方式從該N型基底I的背面未被第三掩模板12覆蓋的區域注入至該N型基底I的背面中以形成方塊電阻為120 Q/ □的P型輕摻雜區域22。本實施例中，該P型重摻雜區域的寬度為3000 iim，N型重摻雜區域的寬度為700 ii m，該P型輕摻雜區域的寬度為50 u m。其余未提及的工藝步驟和參數與實施例I相同。實施例3實施例3的原理與實施例I相同，其主要工藝步驟也相同，不同之處僅在于以下工藝以及參數的選擇參考圖la，加速硼離子至30keV并通過離子注入的方式從該N型基底I的背面未被第一掩模板10覆蓋的區域注入至該N型基底I的背面中以形成方塊電阻為30 Q/ □的P型重摻雜區域21。參考圖2a，加速磷離子至30keV并通過離子注入的方式從該N型基底I的背面未被第二掩模板11覆蓋的區域注入至該N型基底I的背面中以形成方塊電阻為40 Q/ □的N型重摻雜區域31。本實施例中，該P型 重摻雜區域21與該N型重摻雜區域31的最小距離為50 u m。參考圖3a，加速硼離子至30keV并通過離子注入的方式從該N型基底I的背面未被第三掩模板12覆蓋的區域注入至該N型基底I的背面中以形成方塊電阻為100Q/ □的P型輕摻雜區域22。本實施例中，該P型重摻雜區域的寬度為2000 iim，N型重摻雜區域的寬度為500 ii m,該P型輕摻雜區域的寬度為30 u m。其余未提及的工藝步驟和參數與實施例I相同。實施例4參考圖Ia-圖4a，實施例4的原理與實施例I相同，其主要工藝步驟也相同，不同之處僅在于形成P型重摻雜區域21、N型重摻雜區域31以及P型輕摻雜區域22的順序，本實施例中，首先形成N型重摻雜區域31，接著形成P型重摻雜區域21以及P型輕摻雜區域22，具體的形成方式與實施例I相同。實施例5參考圖Ia-圖4a，實施例5的原理與實施例I相同，其主要工藝步驟也相同，不同之處僅在于形成P型重摻雜區域21、N型重摻雜區域31以及P型輕摻雜區域22的順序，本實施例中，首先形成P型輕摻雜區域22，接著形成P型重摻雜區域21以及N型重摻雜區域31，具體的形成方式與實施例I相同。實施例6參考圖Ib-圖3b，介紹工藝步驟較為簡潔的實施例。參考圖lb，將第三掩模板12置于N型基底I的背面，加速硼離子至500eV并通過離子注入的方式將硼離子注入至該N型基底背面未被第三掩模板12覆蓋的區域，即第一區域和第二區域，以在第一區域和第二區域形成P型重摻雜區域21，其中硼離子的劑量為a ；參考圖2b,撤去第三掩模板12,將一第四掩模板13置于該N型基底I的背面,其中未被該第四掩模板13覆蓋的區域為第二區域和第三區域，加速磷離子至500eV并通過離子注入的方式將磷離子注入至該N型基底背面的第三區域和第二區域以在第三區域形成N型重摻雜區域31以及在第二區域形成P型輕摻雜區域22，其中磷離子的劑量為b，并且b小于a，由于此次磷離子在第二區域的注入，原本第二區域所形成的P型重摻雜區域21的P型離子濃度就被降低，從而在第二區域形成了 P型輕摻雜區域22。參考圖3b，撤去第四掩模板13，并且退火以激活摻雜離子以得到P+/P-/N/N+結構的摻雜晶片。退火條件為常規選擇。其余未提及的工藝步驟、參數與實施例I相同。實施例7參考圖Ic-圖4c，實施例7的原理與實施例I相同，其主要工藝步驟也相同，不同之處僅在于在按照實施例I所述的摻雜步驟(如圖lc_3c所示)得到如圖3c所示的結構之后，還包括以下步驟參考圖4c，去除該第三掩模板12之后，加速磷離子至500eV并通過離子注入的方式將磷離子注入至該N型基底的表面以形成作為正表面場的N型摻雜層41，之后，將如圖4c所示的結構進行熱處理，以激活摻雜離子得到摻雜晶片，熱處理條件為常規選擇。其余未提及的工藝步驟、參數與實施例I相同。實施例8參考圖Ic-圖4c，實施例8的原理與實施例7相同，其主要工藝步驟也相同，不同之處僅在于在按照實施例I所述的摻雜步驟(如圖lc_3c所示)得到如圖3c所示的結構之后，還包括以下步驟參考圖4c，去除該第三掩模板12之后，通過熱擴散的方式形成所述N型摻雜層41，其余未提及的工藝步驟、參數與實施例7相同。 實施例9參考圖4e，實施例9的原理與實施例7相同，其主要工藝步驟也相同，不同之處僅在于在N型基底I的表面形成P型摻雜層42，其余未提及的工藝步驟、參數與實施例7相同。實施例10參考圖Id-圖3d，實施例10的原理與實施例6相同，其主要工藝步驟也相同，不同之處僅在于在按照實施例6所述的摻雜步驟(如圖ld-2d所示)得到如圖2d所示的結構之后，還包括以下步驟參考圖3d，去除該第四掩模板13之后，加速磷離子至500eV并通過離子注入的方式將磷離子注入至該N型基底的表面以形成作為正表面場的N型摻雜層41，之后，將如圖3d所示的結構進行熱處理，以激活摻雜離子得到摻雜晶片，熱處理條件為常規選擇。其余未提及的工藝步驟、參數與實施例6相同。實施例11參考圖3f，實施例11的原理與實施例10相同，其主要工藝步驟也相同，不同之處僅在于在N型基底I的表面形成P型摻雜層42，其余未提及的工藝步驟、參數與實施例10相同。實施例12參考圖Ia-圖6a，介紹本發明的太陽能電池的制作流程。參考圖Ia-圖4a，步驟S1、在N型基底的背面中用于接觸陽電極的第一區域形成P型重摻雜區域；在N型基底的背面中的第二區域形成該P型輕摻雜區域，其中該第二區域為該P型重摻雜區域周圍的區域；在N型基底的背面中用于接觸陰電極的第三區域形成N型重摻雜區域以得到摻雜晶片，其中該N型重摻雜區域與該P型重摻雜區域以及N型重摻雜區域與該P型輕摻雜區域互不接觸；該步驟S1的具體實現與實施例I相同，在此不作重復，由此得到如圖4a所示的摻雜晶片。參考圖5a，步驟S2、在該摻雜晶片的表面形成涂層5，該涂層5為第一鈍化層和和增透膜，本實施例中采用PECVD的方法形成涂層5，其中該第一鈍化層為氧化硅薄膜，該增透膜為氮化硅薄膜。步驟S3、在該摻雜晶片的背面形成第二鈍化層51，本實施例中采用氧化硅薄膜以及通過PECVD的方法形成該第二鈍化層51。
參考圖6a，步驟S4、在該摻雜晶片的背面形成陽電極61和陰電極62，其中，該陽電極61形成于該P型重摻雜區域21上，該陰電極62形成于該N型重摻雜區域31上，具體來說，采用銀漿以及絲網印刷法制作所述陽電極和陰電極。步驟S5、燒結該摻雜晶片，使陽電極和陰電極的金屬元素和摻雜晶片共晶復合，例如在850°C燒結10分鐘，得到如圖6a所示的太陽能電池。實施例13實施例11的原理與實施例12相同，其主要工藝步驟也相同，不同之處僅在于以下工藝以及參數的選擇步驟S2中形成的第一鈍化層和增透膜均為氮化硅薄膜。步驟S4還包括以下步驟步驟S41、在與該P型重摻雜區域21對應的第二鈍化層中形成第一接觸孔，以及在 與該N型重摻雜區域31對應的第二鈍化層中形成第二接觸孔；步驟S42、在該摻雜晶片的背面形成陽電極61和陰電極62，其中，該陽電極61通過該第一接觸孔連接至該P型重摻雜區域21，該陰電極31通過該第二接觸孔連接至該N型重摻雜區域31。其余未提及的工藝步驟、參數與實施例12相同。實施例14參考圖Ib-圖5b，介紹本發明的太陽能電池的另一制作流程。參考圖Ib-圖3b，摻雜晶片的摻雜方法與實施例6相同，在制得如圖3b所示的摻雜晶片后，進行下述步驟參考圖4b，步驟S2、在該摻雜晶片的表面形成涂層5，該涂層5為第一鈍化層和和增透膜，本實施例中采用PECVD的方法形成涂層5，其中該第一鈍化層為氧化硅薄膜，該增透膜為氮化硅薄膜。步驟S3、在該摻雜晶片的背面形成第二鈍化層51，本實施例中采用氧化硅薄膜以及通過PECVD的方法形成該第二鈍化層51。參考圖5b，步驟S4、在該摻雜晶片的背面形成陽電極61和陰電極62，其中，該陽電極61形成于該P型重摻雜區域21上，該陰電極62形成于該N型重摻雜區域31上，具體來說，采用銀漿以及絲網印刷法制作所述陽電極和陰電極。步驟S5、燒結該摻雜晶片，使陽電極和陰電極的金屬元素和摻雜晶片共晶復合，例如在900°C燒結5分鐘，得到如圖5b所示的太陽能電池。實施例15參考圖Ic-圖6c,實施例15的原理與實施例12相同，不同之處僅在于實施例15的摻雜晶片是按照實施例7所述的方法制得的，也就是說，本實施例中，包括第一鈍化層和增透膜的涂層5是位于N型摻雜層41的表面。本實施例中，未提及的摻雜晶片的工藝步驟、參數同實施例7所述，而涂層5、第二鈍化層51以及陽電極61、陰電極62的制作工藝同實施例12所述，制得的太陽能電池的結構如圖6c所示。實施例16實施例16中摻雜晶片的摻雜方法如實施例9所述，而涂層5、第二鈍化層51以及陽電極61、陰電極62的制作工藝同實施例12所述，制得的太陽能電池的結構如圖6e所示。實施例17
參考圖Id-圖5d，實施例17的原理與實施例12相同，不同之處僅在于實施例17的摻雜晶片是按照實施例10所述的方法制得的，也就是說，本實施例中，包括第一鈍化層和增透膜的涂層5是位于N型摻雜層41的表面。本實施例中，未提及的摻雜晶片的工藝步驟、參數同實施例10所述，而涂層5、第二鈍化層51以及陽電極61、陰電極62的制作工藝同實施例12所述，制得的太陽能電池的結構如圖5d所示。
實施例18實施例18中摻雜晶片的摻雜方法如實施例11所述，而涂層5、第二鈍化層51以及陽電極61、陰電極62的制作工藝同實施例12所述，制得的太陽能電池的結構如圖5f所
/Jn o只需要在上述過程中，調換基底材料和離子注入或擴散生長的方式摻雜的雜質材料，則該方法同樣適用于P型太陽能摻雜晶片的制作，即所述的N型替換為P型時，P型同時替換為N型。為了清楚地顯示各個摻雜區域，附圖中各個摻雜區域的大小并非按比例描繪，本領域技術人員應當理解附圖中的比例并非對本發明的限制。雖然以上描述了本發明的具體實施方式
，但是本領域的技術人員應當理解，這些僅是舉例說明，本發明的保護范圍是由所附權利要求書限定的。本領域的技術人員在不背離本發明的原理和實質的前提下，可以對這些實施方式做出多種變更或修改，但這些變更和修改均落入本發明的保護范圍。
權利要求
1.一種摻雜單元，其特征在于，該摻雜單元包括 -N型基底； 形成于該N型基底背面中的P型重摻雜區域以及N型重摻雜區域； 形成于該P型重摻雜區域周圍的P型輕摻雜區域； 其中，該N型重摻雜區域與該P型重摻雜區域互不接觸，以及該N型重摻雜區域與該P型輕摻雜區域互不接觸， 其中，所述的P型替換為N型時，N型同時替換為P型。
2.如權利要求I所述的摻雜單元，其特征在于，該摻雜單元還包括位于該N型基底表面的N型摻雜層或者P型摻雜層。
3.如權利要求I所述的摻雜單元，其特征在于，該P型重摻雜區域與該N型重摻雜區域的最小距離至少為lOiim。
4.如權利要求I所述的摻雜單元，其特征在于，該P型重摻雜區域的寬度為1000-3000 ii m和/或N型重摻雜區域的寬度為250-700 u m。
5.如權利要求I所述的摻雜單元，其特征在于，該P型輕摻雜區域的寬度為5-50Pm。
6.如權利要求I所述的摻雜單元，其特征在于，該P型重摻雜區域和/或N型重摻雜區域的方塊電阻為10-50 Q/ 口。
7.如權利要求I所述的摻雜單元，其特征在于，該P型輕摻雜區域的方塊電阻為60-120 Q/ 口。
8.一種摻雜晶片，其特征在于，其包括多個如權利要求1-7中任意一項所述的摻雜單J Li o
9.一種制造如權利要求8所述的摻雜晶片的摻雜方法，其特征在于，其包括以下步驟 在N型基底的背面中用于接觸陽電極的第一區域形成P型重摻雜區域； 在N型基底的背面中的第二區域形成該P型輕摻雜區域，其中該第二區域為該P型重摻雜區域周圍的區域； 在N型基底的背面中用于接觸陰電極的第三區域形成N型重摻雜區域，其中該N型重摻雜區域與該P型重摻雜區域互不接觸，以及該N型重摻雜區域與該P型輕摻雜區域互不接觸， 其中，所述的P型替換為N型時，N型同時替換為P型。
10.如權利要求9所述的摻雜方法，其特征在于，該摻雜方法包括以下步驟 通過離子注入的方式將P型離子注入至該N型基底背面的第一區域和第二區域以在第一區域和第二區域形成P型重摻雜區域，其中P型離子的劑量為a ； 通過離子注入的方式將N型離子注入至該N型基底背面的第三區域和第二區域以在第三區域形成N型重摻雜區域以及在第二區域形成P型輕摻雜區域，其中N型離子的劑量為b,并且b小于a。
11.如權利要求9所述的摻雜方法，其特征在于，該摻雜方法還包括以下步驟 步驟SP、在該N型基底的表面形成N型摻雜層或者P型摻雜層。
12.如權利要求9-11中任意一項所述的摻雜方法，其特征在于，通過加速P型離子至500eV-50keV并通過離子注入的方式形成該P型重摻雜區域，使該P型重摻雜區域的方塊電阻為 10-50 Q/ D0
13.如權利要求9-11中任意一項所述的摻雜方法，其特征在于，通過加速N型離子至500eV-50keV并通過離子注入的方式形成該N型重摻雜區域，使該N型重摻雜區域的方塊電阻為 10-50 Q/ D0
14.一種太陽能電池，其特征在于，其包括如權利要求8所述的摻雜晶片，該太陽能電池還包括 形成于該摻雜晶片表面的涂層，該涂層為第一鈍化層和和增透膜； 形成于該摻雜晶片背面的第二鈍化層； 位于該P型重摻雜區域背面的陽電極；以及 位于該N型重摻雜區域背面的陰電極， 其中，所述的P型替換為N型時，N型同時替換為P型。
15.如權利要求14所述的太陽能電池，其特征在于，該涂層的第一鈍化層為氧化硅、碳化硅、氧化鋁、氮化硅或非晶硅薄膜中的一種或多種的疊層，該涂層的增透膜為氮化硅薄膜。
16.如權利要求14所述的太陽能電池，其特征在于，該第二鈍化層為氧化硅、碳化硅、氧化鋁、氮化硅或非晶硅薄膜中的一種或多種的疊層。
17.如權利要求14-16中任意一項所述的太陽能電池，其特征在于，與該P型重摻雜區域對應的第二鈍化層中具有第一接觸孔，與該N型重摻雜區域對應的第二鈍化層中具有第二接觸孔，其中，該陽電極通過該第一接觸孔連接至該P型重摻雜區域，該陰電極通過該第二接觸孔連接至該N型重摻雜區域。
18.—種如權利要求14所述的太陽能電池的制作方法，其特征在于，其包括以下步驟 步驟S1、在N型基底的背面中用于接觸陽電極的第一區域形成P型重摻雜區域；在N型基底的背面中的第二區域形成該P型輕摻雜區域，其中該第二區域為該P型重摻雜區域周圍的區域；在N型基底的背面中用于接觸陰電極的第三區域形成N型重摻雜區域以得到摻雜晶片，其中該N型重摻雜區域與該P型重摻雜區域互不接觸，以及該N型重摻雜區域與該P型輕摻雜區域互不接觸； 步驟S2、在該摻雜晶片的表面形成涂層，該涂層為第一鈍化層和和增透膜； 步驟S3、在該摻雜晶片的背面形成第二鈍化層； 步驟S4、在該摻雜晶片的背面形成陽電極和陰電極，其中，該陽電極形成于該P型重摻雜區域上，該陰電極形成于該N型重摻雜區域上； 步驟S5、燒結該摻雜晶片，使陽電極和陰電極的金屬元素和摻雜晶片共晶復合， 其中，所述的P型替換為N型時，N型同時替換為P型。
19.如權利要求18所述的制作方法，其特征在于，步驟S1還包括以下步驟 通過離子注入的方式將P型離子注入至該N型基底背面的第一區域和第二區域以在第一區域和第二區域形成P型重摻雜區域，其中P型離子的劑量為a ； 通過離子注入的方式將N型離子注入至該N型基底背面的第三區域和第二區域以在第三區域形成N型重摻雜區域以及在第二區域形成P型輕摻雜區域，其中N型離子的劑量為b,并且b小于a。
20.如權利要求18所述的制作方法，其特征在于，步驟S1中得到摻雜晶片之前還包括以下步驟步驟Sp、在該N型基底的表面形成N型摻雜層或者P型摻雜層。
21.如權利要求18-20中任意一項所述的制作方法，其特征在于，步驟S1中通過加速P型離子至500eV-50keV并通過離子注入的方式形成該P型重摻雜區域，使該P型重摻雜區域的方塊電阻為10-50 Q/ 口。
22.如權利要求18-20中任意一項所述的制作方法，其特征在于，步驟S1通過加速N型離子至500eV-50keV并通過離子注入的方式形成該N型重摻雜區域，使該N型重摻雜區域的方塊電阻為10-50 Q/ 口。
23.如權利要求18-20中任意一項所述的制作方法，其特征在于，步驟S2中通過PECVD形成涂層，該涂層的第一鈍化層為氧化硅、碳化硅、氧化鋁、氮化硅或非晶硅薄膜中的一種或多種的疊層，該涂層的增透膜為氮化硅薄膜。
24.如權利要求18-20中任意一項所述的制作方法，其特征在于，步驟S3中通過PECVD 形成第二鈍化層，該第二鈍化層為氧化硅、碳化硅、氧化鋁、氮化硅或非晶硅薄膜中的一種或多種的疊層。
25.如權利要求18-20中任意一項所述的制作方法，其特征在于，步驟S4中采用銀漿或銀鋁漿并通過絲網印刷法制作陽電極和/或陰電極。
26.如權利要求18-20中任意一項所述的制作方法，其特征在于，步驟S4還包括以下步驟 步驟S41、在與該P型重摻雜區域對應的第二鈍化層中形成第一接觸孔，以及在與該N型重摻雜區域對應的第二鈍化層中形成第二接觸孔； 步驟S42、在該摻雜晶片的背面形成陽電極和陰電極，其中，該陽電極通過該第一接觸孔連接至該P型重摻雜區域，該陰電極通過該第二接觸孔連接至該N型重摻雜區域。
全文摘要
本發明公開了一種摻雜單元包括一N型基底；形成于該N型基底背面中的P型重摻雜區域以及N型重摻雜區域；形成于該P型重摻雜區域周圍的P型輕摻雜區域；其中，該N型重摻雜區域與該P型重摻雜區域以及該N型重摻雜區域與該P型輕摻雜區域互不接觸，其中，所述的P型替換為N型時，N型同時替換為P型。本發明公開了一種摻雜晶片、摻雜方法、太陽能電池以及太陽能電池的制作方法。本發明中P型重摻雜區域與N型重摻雜區域之間具有N型基底材料和P型輕摻雜區域作為緩沖層，使得PN結之間不會因為耗盡層太薄而導致被擊穿，由此形成的P+/P-/N/N+結構的PN結使得載流子的遷移更均勻，速率更穩定，由此提高了該摻雜晶片的使用壽命。
文檔編號H01L31/068GK102738263SQ201110095570
公開日2012年10月17日 申請日期2011年4月15日 優先權日2011年4月15日
發明者洪俊華, 錢鋒, 陳炯 申請人:上海凱世通半導體有限公司