制造太陽能電池的方法
【專利摘要】本發明提供了制造太陽能電池的方法，所述方法包括以下步驟：執行干蝕刻處理，其用于在半導體基板的第一表面上形成包括多個微突起的紋理化表面；執行第一清潔處理，其用于使用堿性化學物質去除所述微突起的表面的受損部分并且去除所述微突起的表面上吸附的雜質；執行第二清潔處理，其用于在執行第一清潔處理之后使用酸性化學物質去除所述微突起表面上殘留的或再次吸附的雜質；以及在所述半導體基板的第一表面上形成射極區。
【專利說明】制造太陽能電池的方法
【技術領域】
[0001]本發明的實施方式涉及制造太陽能電池的方法。
【背景技術】
[0002]近來，諸如石油和煤炭的現有能源預期將要耗盡，對用于替代現有能源的代用能源的興趣正在增加。在這些代用能源之中，由太陽能產生電能的太陽能電池尤為突出。
[0003]太陽能電池通常包括:基板和射極區，其由不同導電類型(例如，P型和η型)的半導體形成；以及電極，其分別與基板和射極區連接。在基板和射極區之間的界面處形成ρ-η結。
[0004]當光入射到太陽能電池上時，在半導體部分內產生電子和空穴。在半導體部分的Ρ-η結的影響下，電子移向η型半導體部分，并且空穴移向P型半導體部分。
[0005]接著，通過分別與η型半導體部分和P型半導體部分連接的不同電極收集電子和空穴。
【發明內容】
[0006]在一個方面，本發明提供了一種制造太陽能電池的方法，所述方法包括:執行干蝕刻處理，其用于在半導體基板的第一表面上形成包括多個微突起的紋理化表面；執行第一清潔處理，其用于使用堿性化學物質去除微突起的表面的受損部分，并且去除所述微突起的表面上吸附的雜質；執行第二清潔處理，其用于在執行所述第一清潔處理之后，使用酸性化學物質去除所述微突起的表面上殘留的或再次吸附的雜質；以及在所述半導體基板的第一表面上形成射極區。
[0007]所述干蝕刻處理包括反應離子蝕刻法。
[0008]可以通過對超純水和具有羥基(OH)的堿性材料進行混合來形成堿性化學物質。另外堿性化學物質可以額外地包含過氧化氫。可以通過對超純水、氯化氫和過氧化氫進行混合來形成酸性化學物質。可供選擇地，可以通過對超純水、氯化氫和氟化氫進行混合來形成酸性化學物質。所述方法還可以包括在所述第一清潔處理與所述第二清潔處理之間和/或在所述第二清潔處理之后，使用稀釋的酸性化學物質再次清潔所述微突起的表面。可以通過對超純水和氟化氫進行混合來形成稀釋的酸性化學物質。
[0009]形成所述射極區的步驟包括使用離子注入法或熱擴散法將第一導電類型的雜質注入所述半導體基板的第一表面。
[0010]所述方法還可以包括在所述半導體基板的與第一表面相對的第二表面上形成包括多個微突起的第二紋理化表面，并且在所述半導體基板的第二表面上局部地形成背表面場區。
[0011]形成所述背表面場區的步驟包括使用離子注入法或熱擴散法，將與第一導電類型相反的第二導電類型的雜質注入所述半導體基板的第二表面。
[0012]所述方法還可以包括在所述半導體基板的第二表面上形成第一電介質層，在所述射極區上和設置在所述半導體基板的第二表面上的第一電介質層上同時形成第二電介質層，在設置在所述射極區上的第二電介質層上形成第三電介質層，并且形成與所述射極區連接的第一電極部分和與背表面場區連接的第二電極部分。
[0013]可以通過沉積厚度約為70nm至IOOnm的氫化氮化娃來形成第一電介質層和第三電介質層。可以通過沉積厚度約為5nm至15nm的氧化鋁來形成第二電介質層，并且可以使用原子層沉積法沉積氧化鋁。
[0014]可以以與第二電極部分的多個指狀電極相同的圖案形成所述背表面場區。
[0015]根據上述特性，本發明的實施方式執行第一清潔處理，第一清潔處理用于使用堿性化學物質去除所述微突起的表面的受損部分并同時去除所述微突起的表面上吸附的雜質，并且執行第二清潔處理，第二清潔處理用于使用酸性化學物質去除所述微突起的表面上再次吸附的雜質。然后，本發明的實施方式在所述半導體基板的第一表面上形成射極區。
[0016]因此，可以有效地去除浴槽中的微突起的表面上吸附的雜質。
[0017]當在第二清潔處理之后使用稀釋的酸性化學物質再次清潔微突起的表面時，可以去除第二清潔處理之后微突起表面上的氧化物層，并且可以再次去除微突起表面中殘留的雜質。因此，可以更有效地執行清潔操作。
[0018]因為在執行所述第一清潔處理和第二清潔處理之后形成射極區，所以可以穩定地形成射極區。
[0019]因此，可以改善太陽能電池的電流特征，并且可以有效地去除微突起的表面的受損部分和微突起表面上吸附的雜質。因此，可以提高太陽能電池的效率。
[0020]此外，因為分別在半導體基板的第一表面和第二表面上形成均具有多層結構的防反射層和鈍化層，所以光的反射量減少，并且在半導體基板的表面上獲得表面鈍化效果。因此，可以進一步提聞太陽能電池的效率。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0021]附圖被包括以提供對本發明的進一步理解，并入并構造本說明書的一部分，附圖示出本發明的實施方式并且與描述一起用于說明本發明的原理。在附圖中:
[0022]圖1是根據本發明的示例實施方式的太陽能電池的局部透視圖；
[0023]圖2是圖1的主要部分的放大圖；
[0024]圖3是示出第二紋理化表面的表面面積與實際面積之比的概念性示圖；
[0025]圖4A至4H順序地示出根據本發明的示例實施方式的制造太陽能電池的方法；
[0026]圖5是示出根據本發明的示例實施方式的清潔方法的框圖；
[0027]圖6A和圖6B是在使用反應離子蝕刻法形成微突起之后由顯微鏡拍攝的微突起的照片；
[0028]圖7A和圖7B是在使用酸性化學物質執行第一清潔處理和第二清潔處理之后由顯微鏡拍攝的微突起的照片；以及
[0029]圖8A和圖SB是在使用堿性化學物質執行第一清潔處理并且使用酸性化學物質執行第二清潔處理之后由顯微鏡拍攝的微突起的照片。
【具體實施方式】[0030]下面將詳細參照本發明的實施方式，在附圖中示出這些實施例的例子。然而，本發明可以用多種形式實施并且不應該被理解為限于本文闡明的實施方式。
[0031]在任何可能的地方，在附圖中將始終使用相同的附圖標記表示相同的或類似的部分。將要注意的是，如果確定已知技術會混淆本發明的實施方式，則將省略對已知技術的詳細描述。
[0032]在附圖中，為了清晰起見，夸大了層、膜、面板、區等的厚度。將要理解的是，當諸如層、膜、區或基板的元件被稱為“在”另一個元件“上”時，它可以直接在另一個元件上，或者還可以存在中間元件。
[0033]相反地，當元件被稱為“直接在”另一個元件“上”時，不存在中間元件。
[0034]另外，將要理解的是，當諸如層、膜、區或基板的元件“完全”在其它元件上時，它可以是在其它元件的整個表面上并且可以不在其它元件的邊緣部分上。
[0035]將參照圖1至圖8B描述本發明的示例實施方式。
[0036]參照圖1詳細地描述根據本發明的示例實施方式的太陽能電池。
[0037]如圖1所示，根據本發明的示例實施方式的太陽能電池包括:基板110 ;射極區121，其設置在基板110的前表面(或第一表面)上；第一電介質層部分130，其設置在射極區121上；第二電介質層部分190，其設置在與基板110的前表面相對的背表面(或第二表面)上；前電極部分(或第一電極部分)140，其設置在基板110的前表面上，與射極區121連接，并且包括多個前電極(或多個第一指狀電極)141和多條前總線(或多條第一總線)142 ;背電極部分(或第二電極部分)150，其設置在基板110的背表面上，并且包括多個背電極(或多個第二指狀電極)151和多條背總線(或多條第二總線)152 ;以及多個背表面場區172，其設置在基板110的背表面上的多個背電極151和多條背總線152下方。
[0038]在本發明的實施方式中，光入射在基板110的前表面和背表面中的至少一個上。
[0039]基板110是由諸如第一導電類型硅(例如，η型硅，盡管并不要求如此)的半導體形成的半導體基板。基板110中使用的半導體是由單晶硅形成的晶體半導體。η型基板110摻雜有諸如磷(P )、砷(As )和銻(Sb )之類的V族元素的雜質。
[0040]對基板110的前表面執行紋理化處理，以形成與具有多個第一突起11或具有不平坦特征的不平坦表面相對應的第一紋理化表面。在這種情形下，設置在基板110前表面上的射極區121和第一電介質層部分130均具有不平坦表面。
[0041]各個第一突起11具有錐體形狀。
[0042]在本文公開的實施方式中，尺寸(即，各個第一突起11的最大寬度‘a’和最大高度‘b’)可以約為5μπι至15μπι。各個第一突起11的高寬比‘b/a’可以為約1.0至1.5。
[0043]因為多個第一突起11設置在基板110的前表面上，所以由于由各個第一突起11造成的多個反射操作，導致基板110的入射面積增加并且光的反射減小。因此，入射至基板110上的光的量增加，并且太陽能電池的效率提高。
[0044]如圖1中所示，可以在基板110的背表面上形成多個第一突起11。可供選擇地，可以不在基板110的背表面上形成第一突起11。
[0045]第一突起11的最大寬度‘a’可以被確定在約5 μ m至15 μ m的范圍內。基于形成基板110的晶體硅的屬性，第一突起11的尺寸隨著最大寬度‘a’的增加而增加，反之亦然。
[0046]因此，當第一突起11的尺寸被優化，使得第一突起11的最大寬度‘a’約為5μπι至15 μ m并且第一突起11的高寬比‘b/a’約為1.0至1.5時，可以獲得最佳的光路徑。
[0047]如圖2中所示，多個微突起111 (下文中被稱為“第二突起”)設置在各個第一突起11的表面上，并且因此在各個第一突起11的表面上形成第二紋理化表面。
[0048]在各個第一突起11的表面上形成的各個第二突起111的尺寸(即，最大寬度和最大高度)小于第一突起11的尺寸。
[0049]例如，第二突起111的尺寸(即，最大寬度和最大高度)可以為數百納米，例如，約300nm 至 600nm。
[0050]當在第一突起11的表面上形成第二突起111時，基板110的入射面積進一步增力口。另外，因為由于第二突起111導致重復執行光的反射操作，所以入射到基板110上的光
量進一步增加。
[0051]如上所述，基板110的表面被形成為具有多個第一突起11的第一紋理化表面，并且各個第一突起11的表面被形成為具有多個第二突起111的第二紋理化表面。因此，基板110的表面具有雙紋理化表面。因此，波長約為300nm至1，IOOnm的光具有約為1%至10%的低反射率(例如，加權平均反射率)。
[0052]下面詳細描述第二突起111。
[0053]如上所述，在各個第一突起11的表面上形成多個第二突起111，并且各個第二突起111的最大寬度和最大高度約為300nm至600nm。
[0054]在本文公開的實施方式中，以與第一突起11的最大寬度相同的方式，第二突起111的最大寬度是第二突起111的谷之間的距離。另外，以與第一突起11的最大高度相同的方式，第二突起111的最大高度是范圍從連接第二突起111的谷的虛線至第二突起111的峰的最短距離。
[0055]在第二突起111的垂直截面上，連接第二突起111的頂點的虛線的長度al與連接虛線的起點SP和終點FP的直線的長度bl的比率al/bl約為1.1至1.3。
[0056]圖2示出了測量9個第二突起111的比率al/bl。但是，可以使用3個或更多個第二突起111來測量比率al/bl。優選的但不要求的是，至少使用5個第二突起111，以確保
測量的可靠性。
[0057]根據本發明人的實驗，當比率al/bl大于約1.3時，各個第二突起111的尺寸(即，最大寬度和最大高度)約為500nm至1，OOOnm。也就是說，第二突起111的尺寸不是一致的并且因此整體均勻性低。
[0058]另外，當比率al/bl小于約1.1時，各個第二突起111的尺寸等于或小于約200nm。即，第二突起111的尺寸是一致的并且因此具有良好的均勻性。
[0059]當比率al/bl小于約1.1時第二突起111的均勻性比當比率al/bl大于約1.3時第二突起111的均勻性更優異。
[0060]另一方面，當比率al/bl大于約1.3時光的反射率等于或小于約7%，并且當比率al/bl小于約1.1時光的反射率等于或大于約10%。
[0061]如上所述，第二紋理化表面的反射率與比率al/bl成反比地增大和減小。其原因在于，隨著比率al/bl變成接近1，第二突起111的尺寸減小，并且因此第二紋理化表面的反射率增大。
[0062]如上所述，當比率al/bl大于約1.3時，反射率低。因此，可以提高太陽能電池的轉換效率。但是，與比率al/bl小于約1.1的第二突起111相比，比率al/bl大于約1.3的第二突起111的尺寸不一致并且整體均勻性低。因此，當比率al/bl大于約1.3時，電子和空穴復合率增加。
[0063]另外，電流路徑增加，并且死區(dead area)增加。因此，因為上述原因，電流損耗大大增加。因此，優選的但不要求的是，形成第二紋理化表面，使得比率al/bl被設置為等于或小于約1.3，以提高太陽能電池的轉換效率。
[0064]另外，比率al/bl小于約1.1的第二紋理化表面可以抑制比率al/bl大于約1.3的第二紋理化表面中產生的問題。然而，因為比率al/bl小于約1.1的第二紋理化表面的反射率大大增加，所以與比率al/bl大于約1.3的第二紋理化表面相比，短路電流密度增加。因此，太陽能電池的轉換效率降低。
[0065]因此，優選的但不要求的是，形成第二紋理化表面，使得比率al/bl被設置成等于或大于約1.1，以提高太陽能電池的轉換效率。
[0066]根據以上描述，可以優選的但不要求的是，第二紋理化表面的第二突起111的比率al/bl約為1.1至1.3，并且各個第二突起11的尺寸約為300nm至600nm。
[0067]如上所述，當第二紋理化表面的第二突起111的比率al/bl約為1.1至1.3時，單位面積(例如，第二紋理化表面的10 μ mX 10 μ m的區域)內第二紋理化表面的表面面積與實際面積的比約為2比2.5。可以改變單位面積的尺寸。
[0068]在本文公開的實施方式中，表面面積是單位面積的第二紋理化表面上形成的第二突起111的表面面積之和(例如，圖3中示出的三角形A、B、C、D、E、F、G、H、I和J的表面面積之和)。實際面積是從垂直方向觀察的基板110的表面的投射面積(圖3中用‘S’指示)。
[0069]基板110的前表面上設置的射極區121是摻雜有第二導電類型(例如，P型)的雜質的雜質區，第二導電類型與基板110的第一導電類型(例如，η型)相反。因此，第二導電類型的射極區121沿著第一導電類型的基板110形成ρ-η結。
[0070]在本發明的實施方式中，射極區121的薄層電阻可以等于或小于約150歐姆/平方，優選地，約為70歐姆/平方至80歐姆/平方。
[0071]考慮載流子(例如，由入射至基板110上的光產生的電子和空穴)，在基板110和射極區121之間的ρ-η結造成的內在電勢差的作用下，電子和空穴分別移向η型半導體和ρ型半導體。因此，當基板110屬于η型并且射極區121屬于ρ型時，電子和空穴分別移向基板110和射極區121。
[0072]當射極區121屬于ρ型時，可以通過用III族元素(諸如，硼(B)、鎵(Ga)和銦(In))的雜質摻雜基板110來形成射極區121。在這種情形下，除了其它方法之外，使用離子注入法形成射極區121。
[0073]第一電介質層部分130包括設置在射極區121上的第二電介質層131和設置在第二電介質層131上的第三電介質層132。
[0074]在本發明的實施方式中，可以由氧化鋁(Al2O3)形成第二電介質層131，并且可以由氫化氮化娃(SiNx:H)形成第三電介質層132。
[0075]由氧化招(Al2O3)形成的第二電介質層131的厚度可以約為5nm至15nm,并且其折射率可以約為1.1至1.6。由氫化氮化硅(SiNx:H)形成的第三電介質層132的厚度可以約為70nm至lOOnm，并且其反射率可以約為2.0至2.2。[0076]在這種情形下，因為與基板110相鄰的第二電介質層131的折射率小于與空氣相鄰的第三電介質層132的折射率，所以由于第二電介質層131的折射率導致防反射效果降低。優選的但不要求的是，第二電介質層131的厚度比第三電介質層132的厚度小得多，以防止防反射效果降低。
[0077]在基板110的前表面上，即，直接在基板110的前表面上設置的射極區121上，設置由氧化鋁(Al2O3)形成的第二電介質層131。
[0078]通常，氧化鋁(Al2O3)具有固定負電荷。
[0079]因此，在設置在P型射極區121上并且具有固定負電荷的由氧化鋁(Al2O3)形成的第二電介質層131的作用下，固定正電荷(即，空穴)被牽引至P型射極區121并且電子被推向基板110的背表面。也就是說，獲得場鈍化效果。
[0080]因此，在由氧化鋁(Al2O3)形成的第二電介質層131的作用下，移向射極區121的空穴的量進一步增加，在第二電介質層131的作用下，移向射極區121的電子的量減少。因此，在射極區121中或在其周圍，電子和空穴的復合減少。
[0081]在用于形成第二電介質層131的氧化鋁(Al2O3)中包含的氧(O)移向緊鄰第二電介質層131的基板110的表面，從而執行轉化缺陷的鈍化功能，例如，將基板110的表面處或在其周圍存在的懸空鍵轉化成穩定鍵。
[0082]優選的但不要求的是，使用具有良好階梯覆蓋性的原子層沉積(ALD)法，形成由氧化鋁(Al2O3)形成的第二電介質層131。
[0083]如上所述，在基板110的前表面上形成第二紋理化表面以及第一紋理化表面。因此，與第一電介質層部分130的第二電介質層131緊鄰的基板110的前表面(即，射極區121的表面)的粗糙度大于僅具有第一紋理化表面的基板的粗糙度。
[0084]如果使用諸如等離子體增強化學氣相沉積(PECVD)法的沉積法來直接在射極區121上形成第二電介質層131，則第二電介質層131通常可能沒有被涂覆在第一突起11和第二突起111上。因此，在基板110的第一紋理化表面和第二紋理化表面中，未形成第二電介質層131的區域會增加。
[0085]在這種情形下，在未形成第二電介質層131的區域中，不會產生表面鈍化效果。因此，基板110的表面處和其周圍的載流子消耗量可能增加。
[0086]另一方面，當如在本發明的實施方式中，使用具有良好階梯覆蓋性的原子層沉積法直接在射極區121上形成第二電介質層131時，第二電介質層131通常被形成在第一突起11和第二突起111上。因此，在基板110的第一紋理化表面和第二紋理化表面中，未形成第二電介質層131的區域減少。
[0087]因此，因為在基板110的第一紋理化表面和第二紋理化表面中形成第二電介質層131的區域增加，所以改善了使用第二電介質層131的表面鈍化效果。因此，基板110的表面處和其周圍的載流子消耗量減少，并且太陽能電池的效率提高。
[0088]直接在設置在基板110的前表面上的第二電介質層131上形成由氫化氮化硅(SiNxiH)形成的第三電介質層132。
[0089]用于形成第三電介質層132的氫化氮化硅(SiNx:H)中包含的氫(H)通過第二電介質層131移向基板110的表面，從而在基板110的表面處和其周圍執行純化功能。
[0090]因此，由于第三電介質層132以及第二電介質層131造成的鈍化功能，因基板110的表面處和其周圍的缺陷造成的載流子消耗量進一步減少。
[0091]如上所述，在基板110的前表面上設置的第一電介質層部分130具有雙層防反射結構，包括由氧化鋁(Al2O3)形成的第二電介質層131和由氫化氮化硅(SiNx = H)形成的第三電介質層132。
[0092]因此，除了利用第二電介質層131和第三電介質層132的折射率變化產生的對光的防反射效果之外，額外地獲得由第二電介質層131的固定電荷造成的場鈍化效果以及由第二電介質層131和第三電介質層132造成的表面鈍化效果。
[0093]當由氧化鋁形成的第二電介質層131的厚度等于或大于約5nm時，更均勻地形成氧化鋁層131，并且通過穩定地產生第二電介質層131的固定電荷來更穩定地獲得由第二電介質層131的固定電荷造成的場鈍化效果。當第二電介質層131的厚度等于或小于約15nm時,第二電介質層131的制造時間和成本減少,而不會使得由第二電介質層131和第三電介質層132的折射率導致的防反射效果減弱。
[0094]當由氫化氮化硅形成的第三電介質層132的厚度等于或大于約70nm時，更均勻地形成氮化硅層132，并且更穩定地獲得使用氫(H)產生的表面鈍化效果。當第三電介質層132的厚度等于或小于約IOOnm時，由具有固定正電荷的氫化氮化硅造成的場鈍化效果并沒有減弱。另外，第三電介質層132的制造時間和成本減少。
[0095]基板110的背表面處設置的各個背表面場區172是比基板110摻雜有更多雜質的區域，所述雜質與基板110具有相同的第一導電類型(例如，η型)。
[0096]與背電極151緊鄰的背表面場區172和基板110的背表面上設置的背總線152都被局部地設置在基板110的背表面處。
[0097]背表面場區172被局部地設置在基板110的背表面處這一事實意味著，背表面場區172只被設置在基板110的背表面處，位于與背電極151和背總線152中的至少一個對應的位置。
[0098]因此，背表面場區172沒有設置在相鄰的背電極151之間、彼此相鄰設置的背電極151和背總線152之間以及相鄰的背總線152之間。
[0099]通過基板110的第一導電類型區(例如，η型區)和背表面場區172的雜質濃度之差形成勢壘。因此，勢壘防止或減少空穴移向用作電子移動路徑的背表面場區172，并且使得電子更易于移向背表面場區172。
[0100]因此，背表面場區172通過基板110的背表面處和其周圍的電子和空穴的復合和/或消失來減少載流子損耗量并且加速所需載流子(例如，電子)的移動，從而增加移向背電極部分150的載流子的量。
[0101]因為背表面場區172的雜質濃度高于基板110的雜質濃度，因此與背電極部分150緊鄰的背表面場區172的導電率高于基板110的導電率。因此，易于實現載流子從背表面場區172移向背電極部分150。
[0102]第二電介質層部分190包括直接在基板110的背表面上設置的第一電介質層191和直接在第一電介質層191上設置的第二電介質層131。
[0103]如上所述，可以由氫化氮化硅(SiNx:H)形成第一電介質層191，并且由氧化鋁(Al2O3)形成第二電介質層131。
[0104]在這種情形下，可以由與第三電介質層132相同的材料形成第一電介質層191，并且因此第一電介質層191可以與第三電介質層132具有相同的特性，例如，厚度、性質、成份、組成(或組成比率)、折射率等。
[0105]更具體地講，以與第三電介質層132相同的方式，由氫化氮化硅(SiNx:H)形成的第一電介質層191的厚度可以約為70nm至IOOnm,并且其折射率約為2.0至2.2。由氧化鋁(Al2O3)形成的第二電介質層131的厚度可以約為5nm至15nm，并且其折射率約為1.1至1.6。
[0106]因為在直接設置在基板110的背表面上的背表面場區172上設置由氫化氮化硅(SiNx:H)形成的第一電介質層191，所以使用氫(H)執行表面鈍化功能。因此，基板110的背表面處和其周圍的缺陷造成的載流子損耗的量減少。
[0107]氫化氮化硅(SiNx = H)具有與氧化鋁(Al2O3)相反的固定正電荷的特性。
[0108]在本文公開的實施方式中，基板110屬于η型，并且直接在基板110的背表面上形成由氫化氮化娃(SiNx: H)形成的第一電介質層191。因此，因為移向第一電介質層191的負電荷(即，電子)的極性與具有正電荷特性的第一電介質層191的極性相反,所以由于第一電介質層191的正極性，導致負電荷(即，電子)被牽引至第一電介質層191。
[0109]另外，因為第一電介質層191具有正極性，因此與第一電介質層191具有相同極性的正電荷(即，空穴)被推向與第一電介質層191相對的基板110的前表面。
[0110]因此，當直接在η型基板110的背表面上沉積氫化氮化硅(SiNx = H)以形成第一電介質層191時，因為固定正電荷的影響，移向基板110的背表面的電子量進一步增加。另外，在基板110的背表面處和其周圍的電子和空穴的復合減少。
[0111]當制造太陽能電池時，因為施加熱，所以使用氧化鋁(Al2O3)在第一電介質層191上形成的第二電介質層131防止第一電介質層191內包含的氫(H)移向與基板110的前表面相對的背電極部分150。結果，使用第一電介質層191內包含的氫產生的基板110的背表面的表面鈍化效果得以改善。
[0112]如上所述，以與設置在基板110的前表面上的第一電介質層部分130的雙層防反射結構相同的方式，包括由氫化氮化硅(SiNx = H)形成的第一電介質層191和由氧化鋁(Al2O3)形成的第二電介質層131的第二電介質層部分190在基板110的背表面處具有雙層防反射結構。因此，基板110的背表面的表面鈍化效果得以改善。
[0113]優選的但不要求的是，第一電介質層191的厚度比在第一電介質層191上設置的第二電介質層131的厚度大，使得具有強固定負電荷的第二電介質層131對具有固定正電荷的第一電介質層191沒有不利影響。另外，第一電介質層191的厚度可以大于基板110的前表面上的第三電介質層132的厚度。
[0114]因此，如有需要，設置在基板110的前表面上的第三電介質層132的厚度可以不同于設置在基板110的背表面上的第一電介質層191的厚度。在這種情形下，設置在基板110的前表面上的第三電介質層132的厚度可以約為90nm，并且設置在基板110的背表面上的第一電介質層191的厚度可以約為lOOnm。
[0115]當光入射到基板110的背表面上時，從空氣至基板110的折射率增加。因此，入射到基板110的背表面上的光反射量減少，并且入射到基板110中的光的量減少。如上所述，當光入射到基板Iio的背表面上時，第二電介質層部分190可以用作防反射層。
[0116]前電極部分140的多個前電極141連接到射極區121，并且前電極部分140的多條前總線142連接到前電極141以及射極區121。
[0117]前電極141電連接并且實體連接到射極區121并且彼此分離。前電極141在固定方向彼此平行地延伸。前電極141收集移向射極區121的載流子(例如，空穴)。
[0118]前總線142電連接并實體連接到射極區121，并且在與前電極141交叉的方向上彼此平行地延伸。
[0119]前總線142不僅必須收集從射極區121移動的載流子(例如，空穴)，而且還必須收集通過與前總線142交叉的前電極141收集的載流子，并且必須在所需的方向上移動所收集到的載流子。因此，各條前總線142的寬度大于各個前電極141的寬度。
[0120]在本發明的實施方式中，前總線142與前導體141設置在同一級層上，并且在前電極141和前總線142的交叉處電連接并物理連接到前電極141。
[0121]因此，如圖1中所示，多個前電極141具有在橫向(或縱向)方向上延伸的條形形狀，并且多條前總線142具有在縱向(或橫向)方向上延伸的條形形狀。因此，前電極部分140在基板110的前表面上具有格子狀的形狀。
[0122]前總線142連接到外部設備并且向外部設備輸出所收集到的載流子。
[0123]包括前電極141和前總線142的前電極部分140由至少一種導電材料(例如，銀(Ag))形成。
[0124]背電極部分150的多個背電極151設置在背表面場區172上，并且直接與背表面場區172緊鄰。背電極151以與前電極141相同的方式彼此分離并且在固定方向上延伸。
[0125]在這種情形下，背電極151與前電極141在相同的方向上延伸。背電極151收集移向背表面場區172的載流子(例如，電子)。
[0126]背電極部分150的多條背總線152設置在背表面場區172上并且與背表面場區172緊鄰。背總線152在與背電極151交叉的方向上彼此平行地延伸。
[0127]在這種情形下，背總線152在與前總線142相同的方向上延伸。背總線152可以與前總線142相對地被設置，使基板110置于其間。
[0128]背總線152收集由與背總線152交叉的背電極151收集到的載流子(例如，電子)，并且在所需方向上移動所收集到的載流子。因此，各條背總線152的寬度大于各個背電極151的寬度。
[0129]背總線152與背電極151設置在相一級層上，并且在背電極151和背總線152的交叉處電連接并物理連接到背電極151。
[0130]因此，背電極部分150以與前電極部分140相同的方式在基板110的背表面具有格子狀的形狀。
[0131]背電極151和背總線152可以含有與前電極141和前總線142相同的導電材料(例如，銀(Ag))。可供選擇地，背電極部分150可以由與前電極部分140不同的材料形成，并且背電極151可以由與背總線152不同的材料形成。
[0132]如上所述，在本發明的實施方式中，背表面場區172設置在背電極151和背總線152下方并且沿著背電極151和背總線152延伸。
[0133]因此，背表面場區172被局部地設置在基板110的背表面上，并且以與背電極部分150相同的方式具有格子狀的形狀。因此，如上所述，在基板110的背表面處存在未形成背表面場區172的部分。[0134]在本發明的實施方式中，設置在基板110的前表面(大部分光入射到其上)上的前電極141的數量少于設置在基板110的背表面(比基板110的前表面更少量的光入射到其上)上的背電極151的數量。因此，兩個相鄰的前電極141之間的距離大于兩個相鄰的背電極151之間的距離。
[0135]如上所述，因為前電極部分140和背電極部分150含有諸如銀(Ag)的金屬材料，所以前電極部分140和背電極部分150不透光。
[0136]因此，因為設置在基板110的前表面上的前電極141之間的距離大于背電極151之間的距離，所以前電極141防止基板110的前表面處光的入射區減少。因此，基板110的前表面上入射的光的量增加。
[0137]在另一個實施方式中，可以省去前總線142、背總線152或者二者。
[0138]在本發明的實施方式中，可以使用鍍法，形成前電極部分140和背電極部分150中的至少一個。
[0139]當使用鍍法形成前電極部分140和背電極部分150中的至少一個時，前電極部分140和背電極部分150中的至少一個可以具有如本發明的實施方式中一樣的單層結構。可供選擇地，前電極部分140和背電極部分150中的至少一個可以具有諸如雙層結構或三層結構的多層結構。當使用鍍法形成的前電極部分140和背電極部分150中的至少一個具有單層結構時，前電極部分140和背電極部分150中的至少一個可以由銀(Ag)形成。
[0140]當使用鍍法形成的前電極部分140和背電極部分150中的至少一個具有雙層結構時，下層(或第一層)可以由鎳(Ni)形成，所述下層與射極區121 (S卩，基板110的第二導電類型區)緊鄰或與背表面場區172 (即，摻雜有第一導電類型雜質的基板110的重度摻雜區)緊鄰，下層上的上層(或第二層)可以由銀(Ag)形成。
[0141]當使用鍍法形成的前電極部分140和背電極部分150中的至少一個具有三層結構時，與射極區121或背表面場區172緊鄰的下層(或第一層)可以由鎳(Ni)形成，下層上的中間層(或第二層)可以由銅(Cu)形成，并且中間層上的上層(或第三層)可以由銀(Ag)或錫(Sn)形成。
[0142]當使用鍍法形成的前電極部分140和背電極部分150中的至少一個具有雙層結構時，下層的厚度可以約為0.5μηι至Ιμπι并且上層的厚度可以約為5 μ m至10 μ m。
[0143]當使用鍍法形成前電極部分140和背電極部分150中的至少一個具有三層結構時，下層和上層中的每個的厚度可以約為0.5μπι至Ιμπι并且中間層的厚度可以約為5μπι至 10 μ m。
[0144]在這種情形下，下層將減少下層和與下層緊鄰的射極區121之間或下層和與下層緊鄰的背表面場區172之間的接觸電阻，從而改善接觸特性。考慮到降低成本，中間層可以由例如銅(Cu )的導電性良好的便宜材料形成。
[0145]如果中間層由銅(Cu)形成，則在中間層下面的下層可以防止光滑地鍵合至硅
(Si)的銅(Cu)用作滲入(被吸收到)由硅(Si)形成的射極區121或背表面場區172中的雜質區，從而防止載流子移動。
[0146]上層防止上層下面的層(例如，下層或中間層)被氧化，并且提高層(例如，下層或中間層)和導電膜(例如，上層上設置的帶狀物)之間的粘合強度。
[0147]如上所述，使用鍍法形成的前電極部分140和背電極部分150中的至少一個可以具有雙層結構或三層結構，并且下層可以由鎳(Ni)形成。在這種情形下，因為射極區121(SP，基板110的第二導電類型區)的鎳(Ni)和硅(Si)之間的鍵合或背表面場區172 (BP,摻雜有第一導電類型的雜質的基板110的重度摻雜區)的鎳(Ni)和硅(Si)之間的鍵合，所以下層和射極區121之間或者下層和背表面場區172之間存在鎳硅化合物。
[0148]可供選擇地，可以使用含有玻璃粉的Ag膏或含有玻璃粉的Al膏通過絲網印刷法形成前電極部分140和背電極部分150中的至少一個。在這種情形下，玻璃粉可以穿過第一電介質層部分130或第二電介質層部分190，并且可以與射極區121或背表面場區172緊鄰。
[0149]因此，在前電極部分140和射極區121之間的接觸部分或背電極部分150和背表面場區172之間的接觸部分中，檢測玻璃粉的成份中的至少一個。例如，可以檢測玻璃粉中包含的諸如PbO的基于鉛(Pb)的材料、諸如Bi2O3的基于鉍(Bi)的材料、諸如Al2O3的基于招(Al)的材料、諸如B2O3的基于砸的材料、基于錫(Sn)的材料、諸如ZnO的基于鋒(Zn)的材料、諸如TiO的基于鈦(Ti)的材料和諸如P2O5的基于磷(P)的材料中的至少一種。
[0150]另一方面，當使用鍍法形成前電極部分140和背電極部分150中的至少一個時，在基板Iio (S卩，射極區121)和包括前電極141和前總線142的前電極部分140之間以及在基板110 (S卩，背表面場區172)和包括背電極151和背總線152的背電極部分150之間未檢測到玻璃粉的成份。
[0151]如上所述，當前電極部分140和背電極部分150中的至少一個具有多層結構時，使用鍍法順序地形成具有所需厚度的下層、中間層和上層。
[0152]在本發明的實施方式中，如有需要或必要，前電極141的數量、前總線142的條數、背電極151的數量、背總線152的數量可以變化。
[0153]各條前總線142和各條背總線152分別從射極區121和背表面場區172收集載流子，并且還分別向外部設備輸出前電極141收集的載流子和背電極151收集的載流子。
[0154]在另一個實施方式中，前總線142和背總線152中的至少一個可以直接設置在第一電介質層部分130和第二電介質層部分190中的至少一個上，并且可以與第一電介質層部分130和第二電介質層部分190中的至少一個緊鄰。
[0155]如上所述，因為基板110的前表面的背表面中的每個均具有第一紋理化表面和第二紋理化表面，所以基板110的表面面積增加。
[0156]因此，射極區121接觸各個前電極141的面積和背表面場區172接觸各個背電極151的面積增加。因此，即使各個前電極141的寬度Wll和各個背電極151的寬度W12減小，射極區121和前電極141之間的接觸面積以及背表面場區172和背電極151之間的接觸面積也不會減小。
[0157]因此，即使各個前電極141的寬度Wll和各個背電極151的寬度W12減小，從射極區121移向前電極141的載流子的量和從背表面場區172移向背電極151的載流子的量也不會減少。
[0158]在本發明的實施方式中，各個前電極141的寬度Wll和各個背電極151的寬度W12可以約為40 μ m至50 μ m。
[0159]如上所述，因為用于防止或減少光入射到基板110的前表面和背表面上的前電極141和背電極151的形成面積減小，所以入射在基板110前表面和背表面上的光的量增加。[0160]然而，因為基板110具有第一紋理化表面和第二紋理化表面，所以沿著射極區121移向前電極141的載流子的移動距離和沿著背表面場區172移向背電極151的載流子的移動距離增加。
[0161]因此，在本發明的實施方式中，兩個相鄰的前電極141之間的距離Dll和兩個相鄰的背電極151之間的距離D12可以減小，以補償射極區121的表面面積和背表面場區172的表面面積的增加造成的載流子移動距離的增加。
[0162]例如，兩個相鄰的前電極141之間的距離Dll和兩個相鄰的背電極151之間的距離D12可以等于或大于約1.5mm并小于約2.0mm。
[0163]如上所述，因為各個前電極141的寬度Wll和各個背電極151的寬度W12減小，所以即使距離Dll和D12增加，基板110的前表面和背表面處光的入射面積也不減小。
[0164]以下，描述具有上述結構的太陽能電池的操作。
[0165]當照射至太陽能電池的光通過第一電介質層部分130和第二電介質層部分190中的至少一個入射到基板110上時,通過基于入射光產生的光能,在基板110內產生電子和空穴。
[0166]在這種情形下，因為通過基板110的第一紋理化表面和第二紋理化表面、第一電介質層部分130和第二電介質層部分190使入射到基板110上的光的反射損耗減少，所以入射到基板110上的光的量增加。
[0167]通過基板110和射極區121的p-n結，電子移向η型半導體部分(例如,基板110)并且空穴移向P型半導體部分(例如，射極區121)。
[0168]通過前電極141和前總線142收集移向射極區121的空穴，空穴接著沿著前總線142移動。通過背電極151和背總線152收集穿過背表面場區172的移向基板110的電子，并且電子沿著背總線152移動。
[0169]當使用諸如導電膜的電線將一個太陽能電池的前總線142連接到與一個太陽能電池相鄰的另一個太陽能電池的背總線152時，電流流入其中，從而使得能夠使用電流作為電源。
[0170]如上所述，光入射到其上的基板110的前表面和背表面中的每個均具有雙紋理化結構，基板110的入射面積增加。另外，由于利用第一突起11和第二突起111的反射操作導致光的反射量減少，并且入射到基板110上的光的量增加。
[0171]通過利用第一電介質層部分130和第二電介質層部分190的折射率的防反射效果、利用固定電荷的場鈍化效果和利用氫(H)或氧(O)的表面鈍化效果，提高太陽能電池的效率。
[0172]以下，參照圖4Α至圖4Η描述根據本發明的實施方式的制造太陽能電池的方法。
[0173]首先，通常通過使用刀片和多線鋸將硅塊或晶錠切片來制造基板110。當硅塊或晶錠被切片時，在基板110中形成機械損壞層。
[0174]因此，執行濕蝕刻處理，以去除機械損壞層，從而防止由基板110的機械損壞層造成太陽能電池的特性降低。在這種情形下，如圖4Α中所示，在基板110的至少一個表面上形成包括多個第一突起11的第一紋理化表面。
[0175]可以通過濕蝕刻處理形成第一紋理化表面。濕蝕刻處理可以使用酸性化學物質和堿性化學物質中的至少一種。[0176]以下，描述用于形成第一紋理化表面的處理的例子。
[0177]首先，使用堿性化學物質執行濕蝕刻處理，以蝕刻基板110的至少一個表面。堿性化學物質的例子包括氫氧化鉀(Κ0Η)、異丙醇(IPA)或其它有機添加劑。
[0178]如上所述，當使用堿性化學物質蝕刻基板110的表面時，基板110的表面被紋理化，以具有包括多個第一突起11的第一紋理化表面。
[0179]根據上述方法，在形成多個第一突起11之后，使用諸如反應離子蝕刻(RIE)法的干蝕刻法，在多個第一突起11中的各個第一突起11的表面上形成包括多個第二突起111
的第二紋理化表面。
[0180]圖4B示出在各個第一突起11的表面上形成多個第二突起111。
[0181]多個第二突起111中的各個第二突起111的尺寸約為300nm至600nm。多個第二突起111分布在各個第一突起11的表面上，使得在第二突起111的垂直截面中，連接第二突起111的頂點的虛線的長度al與連接該虛線的起點和終點的直線的長度bl的比率al/bl約為1.1至1.3。
[0182]在本發明的實施方式中，在反應離子蝕刻法中使用的蝕刻氣體可以是SFf^PClJA混合物。
[0183]在形成第二紋理化表面之后，執行用于去除在基板110的表面中干殘留的殘余物的處理。
[0184]當使用反應離 子蝕刻法形成第二突起111時，基板110的表面上吸附大量的雜質，如圖6A和圖6B中所示。
[0185]更具體地講，圖6A是由25，000倍放大能力的顯微鏡放大的具有第二突起111的第一突起11的照片。圖6B是由90，000倍放大能力的顯微鏡放大的具有第二突起111的第一突起11的照片。
[0186]在使用反應離子蝕刻法形成的各個第二突起111的表面上形成由等離子導致的受損層。
[0187]在比較例中，順序地使用酸性化學物質執行第一清潔處理和第二清潔處理，以去除受:損層。
[0188]在第一清潔處理中，使用按1:1至4:1的比例對硫酸(H2SO4)和過氧化氫進行混合而獲得的酸性化學物質。在第二清潔處理中，使用按5:1:1的比例對超純水、氯化氫(HCl)和過氧化氫進行混合而獲得的酸性化學物質。
[0189]圖7A和圖7B是在使用按1:1至4:1的比例對硫酸(H2SO4)和過氧化氫進行混合而獲得的酸性化學物質執行第一清潔處理并使用按5:1:1的比例對超純水、氯化氫(HCl)和過氧化氫進行混合而獲得的酸性化學物質執行第二清潔處理之后，用顯微鏡拍攝的微突起的照片。更具體地講，圖7A是由25，000倍放大能力的顯微鏡放大的具有第二突起111的第一突起11的照片。圖7B是由90，000倍放大能力的顯微鏡放大的具有第二突起111的第一突起11的照片。
[0190]與圖6A和圖6B相比，極大地去除了當形成如圖7A和圖圖7B所示的第二突起111之后使用酸性化學物質執行第一清潔處理和第二清潔處理時產生的雜質。
[0191]但是，即使使用酸性化學物質執行第一清潔處理和第二清潔處理之后，并沒有有效地去除第二突起111的受損層，并且沒有完全去除雜質。[0192]在本發明的實施方式中，在第一清潔處理中使用堿性化學物質代替酸性化學物質來解決上述問題。
[0193]以下，參照圖5對此進行詳細描述。
[0194]根據本發明的實施方式的清潔方法可以包括:第一清潔處理，其使用堿性化學物質去除多個微突起的表面受損部分，并且去除微突起表面上吸附的雜質；使用稀釋的酸性化學物質清潔微突起表面的處理；第二清潔處理，其在第一清潔處理之后，使用酸性化學物質去除微突起表面上殘留的或再次吸附的雜質；以及使用稀釋的酸性化學物質再次清潔微突起表面的處理。
[0195]在本文公開的實施方式中，在第一清潔處理和第二清潔處理之間，使用稀釋的酸性化學物質執行清潔微突起表面的處理(即，至少一個清潔處理)，并且可以省去第二清潔處理之后執行的清潔處理。
[0196]第一清潔處理可以使用通過按5:1:1的比例對超純水、氫氧化銨(NH4OH)和過氧化氫(H2O2)進行混合而獲得的堿性化學物質。可以在等于或低于約70°C的溫度下使用堿性化學物質執行第一清潔處理約5至10分鐘。
[0197]在第一清潔處理中，可以使用蝕刻性能優于氫氧化銨(NH4OH)的氫氧化鉀(KOH)代替氫氧化銨(NH4OH)tj在第一清潔處理中，除了氫氧化銨(NH4OH)和氫氧化鉀(KOH)外，可以使用具有羥基(OH)的堿性材料。
[0198]當使用堿性化學物質執行第一清潔處理時，通過薄厚度的蝕刻去除第二突起的表面，并且去除第二突起表面上吸附的雜質。
[0199]第二清潔處理可以使用通過按5:1:1的比例對超純水、氯化氫(HCl)和過氧化氫(H2O2)進行混合而獲得的酸性化學物質。可以在等于或低于約70°C的溫度下使用酸性化學物質執行第二清潔處理約5至10分鐘。
[0200]在第一清潔處理之后，使用酸性化學物質的第二清潔處理有效地去除再次被吸附到第二突起表面上的雜質。
[0201]可以通過按10:1至7:1的比例對超純水和氟化氫(HF)進行混合來獲得稀釋的酸性化學物質。可以在常溫下使用稀釋的酸性化學物質執行清潔處理約5至10分鐘。
[0202]圖8A和圖SB是在使用堿性化學物質執行第一清潔處理并且使用酸性化學物質執行第二清潔處理之后由顯微鏡拍攝的微突起的照片。更具體地講，圖8A是由25，000倍放大能力的顯微鏡放大的具有第二突起111的第一突起11的照片。圖8B是由90，000倍放大能力的顯微鏡放大的具有第二突起111的第一突起11的照片。
[0203]與圖7A和圖7B相比，更有效地去除了當形成如圖8A和圖8B所示的第二突起111之后使用堿性化學物質執行第一清潔處理和使用酸性化學物質執行第二清潔處理時產生的雜質。
[0204]下面的表I示指出根據本發明的實施方式和比較例中的各個執行清潔處理之后測得的太陽能電池的特性。在下面的表I中，根據比較例的清潔處理在第一清潔處理和第二清潔處理中均使用酸性化學物質。根據本發明的實施方式的清潔處理的第一示例在使用堿性化學物質的第一清潔處理中使用氫氧化銨(NH4OH),并且根據本發明的實施方式的清潔處理的第二示例在使用堿性化學物質的第一清潔處理中使用氫氧化鉀(Κ0Η)。
[0205][表 I][0206]
【權利要求】
1.一種制造太陽能電池的方法，該方法包括以下步驟: 執行干蝕刻處理，其用于在半導體基板的第一表面上形成包括多個微突起的紋理化表面； 執行第一清潔處理，其用于使用堿性化學物質去除所述微突起的表面上的受損部分并且去除所述微突起的表面上吸附的雜質； 執行第二清潔處理，用于在執行所述第一清潔處理之后，使用酸性化學物質去除所述微突起的表面上殘留的或再次吸附的雜質；以及 在所述半導體基板的第一表面上形成射極區。
2.根據權利要求1所述的方法，其中所述干蝕刻處理包括反應離子蝕刻法。
3.根據權利要求1所述的方法，其中通過對超純水和具有羥基(OH)的堿性材料進行混合來形成所述堿性化學物質。
4.根據權利要求3所述的方法，其中所述堿性化學物質額外地包含過氧化氫。
5.根據權利要求3所述的方法，其中具有羥基的所述堿性材料包括氫氧化鉀溶液或氫氧化銨溶液。
6.根據權利要求1所述的方法，其中通過對超純水、氯化氫和過氧化氫進行混合來形成所述酸性化學物質。
7.根據權利要求6所述的方法，該方法還包括以下步驟:在所述第一清潔處理和所述第二清潔處理之間，使用稀釋的酸性化學物質再次清潔所述微突起的表面。
8.根據權利要求7所述的方法，其中通過對超純水和氟化氫進行混合來形成所述稀釋的酸性化學物質。
9.根據權利要求6所述的方法，該方法還包括以下步驟:在所述第二清潔處理之后，使用稀釋的酸性化學物質再次清潔所述微突起的表面。
10.根據權利要求9所述的方法，其中通過對超純水和氟化氫進行混合來形成所述稀釋的酸性化學物質。
11.根據權利要求1所述的方法，其中通過對超純水、氯化氫和氟化氫進行混合來形成所述酸性化學物質。
12.根據權利要求1所述的方法，其中形成所述射極區的步驟包括:使用離子注入法或熱擴散法，將第一導電類型的雜質注入所述半導體基板的第一表面。
13.根據權利要求12所述的方法，該方法還包括以下步驟: 形成第二紋理化表面，所述第二紋理化表面在所述半導體基板的與第一表面相對的第二表面上包括多個微突起；以及 在所述半導體基板的所述第二表面上局部地形成背表面場區。
14.根據權利要求13所述的方法，其中形成所述背表面場區的步驟包括:使用離子注入法或熱擴散法，將與所述第一導電類型相反的第二導電類型的雜質注入所述半導體基板的第二表面。
15.根據權利要求14所述的方法，該方法還包括以下步驟: 在所述半導體基板的第二表面上形成第一電介質層； 在所述射極區上和設置在所述半導體基板的所述第二表面上的所述第一電介質層上，同時形成第二電介質層；在設置在所述射極區上的所述第二電介質層上形成第三電介質層；以及 形成與所述射極區連接的第一電極部分和與所述背表面場區連接的第二電極部分。
16.根據權利要求15所述的方法,其中通過沉積厚度約為70nm至IOOnm的氫化氮化娃來形成所述第一電介質層和所述第三電介質層， 其中，通過沉積厚度約為5nm至15nm的氧化鋁來形成所述第二電介質層，使用原子層沉積法來沉積氧化鋁。
17.根據權利要求15所述的方法，其中以與所述第二電極部分的多個指狀電極相同的圖案形成所述背表面場 區。
【文檔編號】H01L31/18GK103681953SQ201310373378
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年8月23日 優先權日:2012年8月28日
【發明者】李滿, 權正曉, 李圣恩, 權泰瑛 申請人:Lg電子株式會社