專利名稱：一種背電極太陽能電池結構及其制造方法
技術領域：
本發明涉及太陽能電池，特別涉及一種背電極太陽能電池結構及其制造方法。
背景技術：
目前，最典型的太陽能電池制造方法之一是采用雙面電極方案，即從硅片兩面，分別為P型和N型摻雜區之上引出電極的太陽能電池制造方案。這種方案所具有的特點是: 使用P型襯底硅片，在表面做N型摻雜形成PN結，工藝簡單，制造成本低，但轉換效率也較低。為了提高太陽能電池的轉換效率，人們又提出了多種改善方案，其中一種方案是背電極太陽能電池制造方案，該方案所具有的特點是采用N型襯底硅片，在硅片背面一側做P型和N型摻雜，形成PN結，并從該側的P型區和N型區分別引出電極，這種方案的工藝會較為復雜一些，制造成本也較高，但其轉換效率更高，從綜合因素來看更具競爭優勢。然而，這種背電極太陽能電池的襯底摻雜濃度相對較高，少子壽命會相對較短，太陽光照射下在硅片中產生的光生載流子，在到達硅片背面形成的PN結勢壘區之前，更容易產生復合，從而影響轉換效率。
發明內容
鑒于上述現有技術存在的不足，本發明提供一種背電極太陽能電池結構及其制造方法。即在常規背電極太陽能電池方案的基礎上，通過在襯底硅片的背面一側摻入與襯底硅片具有相同導電類型的雜質，形成第一半導體區域；通過在不同區域摻入與襯底硅片具有相反導電類型的雜質形成第二半導體區域，和摻入與襯底硅片具有相同導電類型的雜質形成第三半導體區域，且第二半導體區域和第三半導體區域交替分布在第一半導體區域的表層，第二半導體區域與第一半導體區域之間形成PN結，之后再完成該電池的其它工藝。 這種結構既可以通過采用更低摻雜濃度的襯底硅片以降低襯底材料中光生載流子的復合， 也可以通過背面PN結下摻雜形成較低電阻率的第一半導體區域來改善電池的串聯電阻等特性，從而可以提高太陽能電池的轉換效率。本發明為實現上述目的所采取的技術方案是一種背電極太陽能電池結構，包括單晶襯底硅片，其特征在于在單晶襯底硅片背面一側形成與單晶襯底硅片具有相同導電類型的第一半導體區域；在第一半導體區域內形成與單晶襯底硅片具有相反導電類型的第二半導體區域，在第一半導體區域內形成與單晶襯底硅片具有相同導電類型的第三半導體區域，第二半導體區域和第三半導體區域交替分布在第一半導體區域的表層，第二半導體區域與第一半導體區域之間形成PN結；P極金屬電極和N極金屬電極與第二半導體區域和第三半導體區域之間分別通過絕緣介質膜隔離，絕緣介質膜在第二半導體區域和第三半導體區域的電極引出區開孔，P極金屬電極通過開孔與第二半導體區域形成歐姆接觸，N極金屬電極通過開孔與第三半導體區域形成歐姆接觸；在單晶襯底硅片表面一側加工有金字塔狀或者倒金字塔狀的絨面，絨面內形成與單晶襯底硅片具有相同導電類型的第四半導體區域，絨面之上有減反射膜。
一種背電極太陽能電池結構的制造方法，其特征在于具有以下步驟
(一)、準備單晶襯底硅片，通過高溫擴散摻雜，或者通過化學汽相淀積方法在硅片表層形成雜質源，以高溫推進方法摻雜，在單晶襯底硅片的背面一側形成與單晶襯底硅片具有相同導電類型的第一半導體區域；
(二)、在第一半導體區域內，通過高溫擴散，熱氧化和濕法腐蝕方法，或者通過離子注入與退火方法，或者通過磷玻璃化學汽相淀積、硼玻璃化學汽相淀積與高溫推進方法，或者它們的組合方法，摻入與單晶襯底硅片具有相反導電類型的雜質，形成第二半導體區域，和摻雜與單晶襯底硅片具有相同導電類型的雜質，形成第三半導體區域，第二半導體區域和第三半導體區域交替分布在第一半導體區域的表層，第二半導體區域與第一半導體區域之間形成PN結；之后完成絕緣介質膜的淀積和開孔，并形成分離的P極金屬電極和N極金屬電極，P極金屬電極通過開孔與第二半導體區域形成歐姆接觸，N極金屬電極通過開孔與第三半導體區域形成歐姆接觸；
(三)、在單晶襯底硅片表面一側，以化學腐蝕方法制作出金字塔狀或者倒金字塔狀絨面；通過高溫擴散、或者通過化學汽相淀積方法在絨面表層形成雜質源，以高溫推進方法摻雜，在絨面內摻入與單晶襯底硅片具有相同導電類型的雜質，形成第四半導體區域；在絨面之上淀積一層氮化硅絕緣介質膜，或者形成由氧化硅絕緣介質膜和氮化硅絕緣介質膜構成的復合薄膜，作為減反射膜。本發明所產生的有益效果是本發明公開的背電極太陽能電池結構及其制造方法可以進一步提高太陽能電池的光-電轉換效率，從而降低發電總體成本，提升產品競爭力。
圖1是本發明中通過化學汽相淀積與高溫推進方法，或者離子注入方法摻雜形成第二半導體區域和第三半導體區域的電池結構示意圖。圖2是本發明中通過高溫擴散方法摻雜形成第二半導體區域和第三半導體區域的電池結構示意圖。
具體實施例方式以下結合附圖和實施例對本發明作進一步說明參照圖1和圖2，一種背電極太陽能電池結構包括單晶襯底硅片101，在單晶襯底硅片101背面一側形成與單晶襯底硅片101 具有相同導電類型的第一半導體區域201 ；在第一半導體區域201內形成與單晶襯底硅片 101具有相反導電類型的第二半導體區域301，在第一半導體區域201內形成與單晶襯底硅片101具有相同導電類型的第三半導體區域302，第二半導體區域301和第三半導體區域 302交替分布在第一半導體區域201的表層，第二半導體區域301與第一半導體區域201之間形成PN結；P極金屬電極801和N極金屬電極802與第二半導體區域301和第三半導體區域302之間分別通過絕緣介質膜401隔離，絕緣介質膜401在第二半導體區域301和第三半導體區域302的電極弓丨出區開孔，P極金屬電極801通過開孔與第二半導體區域301形成歐姆接觸，N極金屬電極802通過開孔與第三半導體區域302形成歐姆接觸；在單晶襯底硅片101表面一側加工有金字塔狀或者倒金字塔狀絨面501，絨面501內形成與單晶襯底硅片101具有相同導電類型的第四半導體區域601，絨面501之上有減反射膜701。
實施例1 如圖1所示，一種背電極太陽能電池結構的制造方法可以按如下步驟實現
(1)、準備電阻率在30-50ohm.cm的高電阻率N型單晶襯底硅片101，通過高溫磷擴散方法，或者通過磷玻璃的化學汽相淀積與高溫推進方法，或者通過磷離子注入方法，在單晶襯底硅片的背面一側摻雜形成與單晶襯底硅片101具有相同導電類型，且雜質濃度在 1x1016 5X1018cm-3，深度在5 10微米的第一半導體區域201 ；
(2)、在第一半導體區域201內，通過磷玻璃化學汽相淀積，氧化硅或者氮化硅化學汽相淀積，絲網印刷，腐蝕與去膠，硼玻璃化學汽相淀積以及高溫推進方法，或者通過磷離子注入，硼離子注入以及退火方法，摻雜形成交替分布的，雜質濃度在lxl01iT5X1020Cm-3，深度在2、微米的第二半導體區域301和第三半導體區域302 ；
(3)、在單晶襯底硅片101表面一側，通過化學腐蝕制作出金字塔狀的絨面501，或者通過絲網印刷制作出倒金字塔狀絨面501 ；之后通過高溫磷擴散方法，或者通過磷玻璃的化學汽相淀積與高溫推進方法，或者通過磷離子注入與退火方法，在絨面501內形成與單晶襯底硅片101具有相同導電類型，且雜質濃度在lX1017 lX1019cm-3，深度在0. 1-1微米的第四半導體區域601 ；在絨面501上淀積一層氮化硅絕緣介質膜，或者形成由氧化硅絕緣介質膜和氮化硅絕緣介質膜構成的復合薄膜，作為減反射膜701 ；
(4)、在單晶襯底硅片101背面第二半導體區域301和第三半導體區域302之上，生長或者淀積氧化硅絕緣介質膜，或者氮化硅絕緣介質膜，或者二者的組合，形成絕緣介質膜 401 ；并以絲網印刷，腐蝕與去膠工藝，分別在第二半導體區域301和第三半導體區域302之上將絕緣介質膜401開孔；之后在絕緣介質膜401之上以物理氣相淀積的方法淀積金屬，絲網印刷，腐蝕金屬與去膠，或者直接絲網印刷金屬，之后電鍍銅，形成分離的P極金屬電極 801和N極金屬電極802，P極金屬電極801通過開孔與第二半導體區域301形成歐姆接觸， N極金屬電極802通過開孔與第三半導體區域302形成歐姆接觸。實施例2 如圖2所示，一種背電極太陽能電池結構的制造方法可以按如下步驟實現
(1)、準備電阻率在30-50ohm.cm的高電阻率N型單晶襯底硅片101，通過高溫磷擴散方法，或者通過磷玻璃的化學汽相淀積與高溫推進方法，或者通過磷離子注入方法，在單晶襯底硅片101的背面一側摻雜形成與單晶襯底硅片具有相同導電類型，且雜質濃度在 1x1016 5X1018cm-3，深度在5 10微米的第一半導體區域201 ；
(2)、在第一半導體區域201內，通過高溫硼擴散，氧化，腐蝕和高溫磷擴散方法，摻雜形成交替分布的，雜質濃度在lX1019 5X1020cm-3，深度在2、微米的第二半導體區域301 和第三半導體區域302 ；
(3)、在單晶襯底硅片101表面一側，通過化學腐蝕制作出金字塔狀，或者通過絲網印刷制作出倒金字塔狀絨面501 ；之后通過高溫磷擴散方法，或者通過磷玻璃的化學汽相淀積與高溫推進方法，或者通過磷離子注入與退火方法，在絨面501內形成與單晶襯底硅片 101具有相同導電類型，且雜質濃度在lX1017 lX1019cm-3，深度在0. 1-1微米的第四半導體區域601 ；在絨面501之上淀積一層氮化硅絕緣介質膜，或者形成由氧化硅絕緣介質膜和氮化硅絕緣介質膜構成的復合薄膜，作為減反射膜701 ；
(4)、在單晶襯底硅片101背面第二半導體區域301和第三半導體區域302之上，生長或者淀積氧化硅絕緣介質膜，或者氮化硅絕緣介質膜，或者二者的組合，形成絕緣介質膜 401 ；并以絲網印刷，腐蝕與去膠工藝，分別在第二半導體區域301和第三半導體區域302之上將絕緣介質膜401開孔；之后在絕緣介質膜之上以物理氣相淀積的方法淀積金屬，絲網印刷，腐蝕金屬與去膠，或者直接絲網印刷金屬，之后電鍍銅，形成分離的P極金屬電極801 和N極金屬電極802，P極金屬電極801通過開孔與第二半導體區域301形成歐姆接觸，N 極金屬電極802通過開孔與第三半導體區域302形成歐姆接觸。
權利要求
1.一種背電極太陽能電池結構，包括單晶襯底硅片(101)，其特征在于在單晶襯底硅片(101)背面一側形成與單晶襯底硅片(101)具有相同導電類型的第一半導體區域(201); 在第一半導體區域(201)內形成與單晶襯底硅片(101)具有相反導電類型的第二半導體區域(301)，在第一半導體區域(201)內形成與單晶襯底硅片(101)具有相同導電類型的第三半導體區域(302)，第二半導體區域(301)和第三半導體區域(302)交替分布在第一半導體區域(201)的表層，第二半導體區域(301)與第一半導體區域(201)之間形成PN結；P極金屬電極(801)和N極金屬電極(802)與第二半導體區域(301)和第三半導體區域(302)之間分別通過絕緣介質膜(401)隔離，絕緣介質膜(401)在第二半導體區域(301)和第三半導體區域(302)的電極引出區開孔，P極金屬電極(801)通過第二半導體區域(301)的電極引出區開孔與第二半導體區域(301)歐姆接觸，N極金屬電極(802)通過第三半導體區域(302) 的電極引出區開孔與第三半導體區域(302)歐姆接觸；在單晶襯底硅片(101)表面一側加工有金字塔狀或者倒金字塔狀的絨面(501)，絨面(501)內形成有與單晶襯底硅片(101)具有相同導電類型的第四半導體區域(601)，絨面(501)之上有減反射膜(701)。
2.一種背電極太陽能電池結構的制造方法，其特征在于具有以下步驟(一)、準備單晶襯底硅片，通過高溫擴散摻雜，或者通過化學汽相淀積方法在硅片表層形成雜質源，以高溫推進方法摻雜，在單晶襯底硅片的背面一側形成與單晶襯底硅片具有相同導電類型的第一半導體區域；(二)、在第一半導體區域內，通過高溫擴散，熱氧化和濕法腐蝕方法，或者通過離子注入與退火方法，或者通過磷玻璃化學汽相淀積、硼玻璃化學汽相淀積與高溫推進方法，或者它們的組合方法，摻入與單晶襯底硅片具有相反導電類型的雜質，形成第二半導體區域，和摻雜與單晶襯底硅片具有相同導電類型的雜質，形成第三半導體區域，第二半導體區域和第三半導體區域交替分布在第一半導體區域的表層，第二半導體區域與第一半導體區域之間形成PN結；之后完成絕緣介質膜的淀積和開孔，并形成分離的P極金屬電極和N極金屬電極，P極金屬電極通過開孔與第二半導體區域形成歐姆接觸，N極金屬電極通過開孔與第三半導體區域形成歐姆接觸；(三)、在單晶襯底硅片表面一側，以化學腐蝕方法制作出金字塔狀或者倒金字塔狀的絨面；通過高溫擴散、或者通過化學汽相淀積方法在絨面表層形成雜質源，以高溫推進方法摻雜，絨面內摻入與單晶襯底硅片具有相同導電類型的雜質，形成第四半導體區域；絨面之上淀積一層氮化硅絕緣介質膜，或者形成由氧化硅絕緣介質膜和氮化硅絕緣介質膜構成的復合薄膜，作為減反射膜。
全文摘要
本發明公開了一種背電極太陽能電池結構及其制造方法。該背電極太陽能電池采用單晶襯底硅片，在硅片背面一側通過摻雜形成與襯底硅片具有相同導電類型的第一半導體區域；與襯底硅片具有相反導電類型的第二半導體區域和與襯底硅片具有相同導電類型的第三半導體區域，交替形成在第一半導體區域內，第二半導體區域與第一半導體區域間形成PN結；金屬電極分別從第二、第三半導體區域的電極引出區引出并與引出區形成歐姆接觸；在硅片的表面一側加工出絨面，通過摻雜形成與襯底硅片具有相同導電類型的第四半導體區域，絨面上覆蓋減反射膜。該結構及其制造方法可以減少襯底硅片體內載流子的復合，提高電池的轉換效率，制造過程簡單，易于實現。
文檔編號H01L31/18GK102437211SQ20111040079
公開日2012年5月2日 申請日期2011年12月6日 優先權日2011年12月6日
發明者叢培金, 杜春倩, 沈浩平, 王云峰, 王志剛, 饒祖剛 申請人:天津中環半導體股份有限公司