使用離子注入制造太陽能電池發射極區的制作方法

本公開的實施例屬于可再生能源領域，并且具體地講，涉及使用離子注入制造太陽能電池發射極區的方法，以及所得太陽能電池。

背景技術：

光伏電池(常被稱為太陽能電池)是熟知的用于將太陽輻射直接轉換為電能的裝置。一般來講，使用半導體加工技術在基板的表面附近形成p-n結，從而在半導體晶片或基板上制造太陽能電池。照射在基板表面上并進入基板內的太陽輻射在基板塊體中形成電子和空穴對。電子和空穴對遷移至基板中的p摻雜區域和n摻雜區域，從而在摻雜區域之間產生電壓差。將摻雜區連接至太陽能電池上的導電區，以將電流從電池引導至與其耦接的外部電路。

效率是太陽能電池的重要特性，因其直接與太陽能電池發電能力有關。同樣，制備太陽能電池的效率直接與此類太陽能電池的成本效益有關。因此，提高太陽能電池效率的技術或提高制造太陽能電池效率的技術是普遍所需的。本公開的一些實施例允許通過提供制造太陽能電池結構的新工藝而提高太陽能電池的制造效率。本公開的一些實施例允許通過提供新型太陽能電池結構來提高太陽能電池效率。

附圖說明

圖1a至圖1g示出了根據本公開的實施例的太陽能電池制造中的各個階段的剖視圖。

圖2為根據本公開的實施例的流程圖，該流程圖列出了與圖1a至圖1g相對應的制造太陽能電池的方法中的操作。

圖3a示出了根據本公開的實施例的經過修改的第一注入區的剖視圖，該第一注入區使用相同尺寸的對準狹縫圖案形成。

圖3b示出了根據本公開的實施例的經過修改的第一注入區的剖視圖，該第一注入區使用相同尺寸的未對準狹縫圖案形成。

圖3c示出了根據本公開的實施例的經過修改的第一注入區的剖視圖，該第一注入區使用更小(例如，更窄)尺寸的狹縫圖案形成。

圖4示意性地示出了根據本公開的實施例的圖案化注入的內嵌式平臺的剖視圖，該圖案化注入涉及移動晶片和靜止遮蔽掩模。

圖5示意性地示出了根據本公開的另一實施例的圖案化注入的另一內嵌式平臺的剖視圖，該圖案化注入涉及移動晶片和靜止遮蔽掩模。

圖6為根據本公開的另一實施例的流程圖，該流程圖列出了與圖5的內嵌式平臺相對應的制造太陽能電池的方法中的操作。

圖7a和圖7b分別示出了根據本公開的實施例的由材料疊堆層制造成的狹縫掩模的成角度視圖和剖視圖。

具體實施方式

以下具體實施方式本質上只是例證性的，并非意圖限制所述主題的實施例或此類實施例的應用和用途。如本文所用，詞語“示例性”意指“用作實例、例子或舉例說明”。本文描述為示例性的任何實施未必理解為相比其他實施優選的或有利的。此外，并不意圖受前述技術領域、背景技術、

技術實現要素：
或以下具體實施方式中提出的任何明示或暗示的理論的約束。

本說明書包括提及“一個實施例”或“實施例”。短語“在一個實施例中”或“在實施例中”的出現不一定是指同一實施例。特定的特征、結構或特性可以任何與本公開一致的合適方式加以組合。

術語。以下段落提供存在于本公開(包括所附權利要求書)中的術語的定義和/或語境：

“包括”。該術語是開放式的。如在所附權利要求書中所用，該術語并不排除其他結構或步驟。

“被構造成”。各個單元或部件可被描述或聲明成“被構造成”執行一項或多項任務。在這樣的語境下，“被構造成”用于通過指示該單元/部件包括在操作期間執行一項或多項那些任務的結構而暗示結構。因此，即使當指定的單元/部件目前不在操作(例如，未開啟/激活)時，也可將該單元/部件說成是被構造成執行任務。詳述某一單元/電路/部件“被構造成”執行一項或多項任務明確地意在對該單元/部件而言不援用35u.s.c.§112第六段。

“第一”、“第二”等。如本文所用的這些術語用作其之后的名詞的標記，而并不暗示任何類型的順序(例如，空間、時間和邏輯等)。例如，提及“第一”太陽能電池并不一定暗示該太陽能電池為某一序列中的第一個太陽能電池；相反，術語“第一”用于區分該太陽能電池與另一個太陽能電池(例如，“第二”太陽能電池)。

“耦接”—以下描述是指元件或節點或結構特征被“耦接”在一起。如本文所用，除非另外明確指明，否則“耦接”意指一個元件/節點/特征直接或間接連接至另一個元件/節點/特征(或直接或間接與其連通)，并且不一定是機械連接。

“阻止”—如本文所用，阻止用于描述減小影響或使影響降至最低。當組件或特征被描述為阻止行為、運動或條件時，它可以完全防止某種結果或后果或未來的狀態。另外，“阻止”還可以指減少或減小可能會發生的某種后果、表現和/或效應。因此，當組件、元件或特征被稱為阻止結果或狀態時，它不一定完全防止或消除該結果或狀態。

此外，以下描述中還僅為了參考的目的使用了某些術語，因此這些術語并非意圖進行限制。例如，諸如“上部”、“下部”、“上方”或“下方”之類的術語是指附圖中提供參考的方向。諸如“正面”、“背面”、“后面”、“側面”、“外側”和“內側”之類的術語描述部件的某些部分在一致但任意的參照系內的取向和/或位置，通過參考描述所討論的部件的文字和相關的附圖可以清楚地了解所述取向和/或位置。這樣的術語可包括上面具體提及的詞語、它們的衍生詞語以及類似意義的詞語。

本文描述了使用離子注入制造太陽能電池發射極區的方法，以及所得太陽能電池。在下面的描述中，給出了許多具體細節，諸如具體的工藝流程操作，以便提供對本公開的實施例的透徹理解。對本領域的技術人員將顯而易見的是，可在沒有這些具體細節的情況下實施本公開的實施例。在其他情況中，沒有詳細地描述熟知的制造技術，諸如平版印刷和圖案化技術，以避免不必要地使本公開的實施例難以理解。此外，應當理解在圖中示出的多種實施例是示例性的展示并且未必按比例繪制。

本文公開了制造太陽能電池的方法。在一個實施例中，制造太陽能電池的交替n型和p型發射極區的方法涉及在基板上方形成硅層。該方法還涉及注入第一導電類型的摻雜物雜質物質到硅層中以形成第一注入區，并產生硅層的未注入區。該方法還涉及將輔助雜質物質注入硅層的第一注入區中，該輔助雜質物質不同于第一導電類型的摻雜物雜質物質。該方法還涉及將第二相反導電類型的摻雜物雜質物質注入硅層的未注入區的部分中以形成第二注入區，并產生硅層的剩余未注入區。該方法還涉及利用選擇性蝕刻工藝移除硅層的剩余未注入區，保留第一注入區的至少一部分并且保留硅層的第二注入區。該方法還涉及對硅層的第一注入區和第二注入區進行退火，以形成摻雜多晶硅發射極區。

在另一個實施例中，制造太陽能電池的交替的n型和p型發射極區的方法涉及在基板上方形成硅層。該方法還涉及注入第一導電類型的摻雜物雜質物質到硅層中以形成第一注入區，并產生硅層的未注入區。該方法還涉及修改硅層的第一注入區的淺表面。該修改過程通過使輔助雜質物質的前體(不同于第一導電類型的摻雜物雜質物質)流動來進行。該方法還涉及將第二相反導電類型的摻雜物雜質物質注入硅層的未注入區的部分中以形成第二注入區，并產生硅層的剩余未注入區。該方法還涉及利用選擇性蝕刻工藝移除硅層的剩余未注入區，保留第一注入區的至少一部分并且保留硅層的第二注入區。該方法還涉及對硅層的第一注入區和第二注入區進行退火，以形成摻雜多晶硅發射極區。

本文還公開了太陽能電池。在一個實施例中，背接觸太陽能電池包括具有光接收表面和背表面的晶體硅基板。第一多晶硅發射極區設置在晶體硅基板上方。第一多晶硅發射極區摻雜有第一導電類型的摻雜物雜質物質，并且還包括不同于第一導電類型的摻雜物雜質物質的輔助雜質物質。第二多晶硅發射極區設置在晶體硅基板上方，并且與第一多晶硅發射極區相鄰但分開。第二多晶硅發射極區摻有第二相反導電類型的摻雜物雜質物質。第一導電觸點結構和第二導電觸點結構分別電連接到第一多晶硅發射極區和第二多晶硅發射極區。

本文還公開了用于制造太陽能電池的裝置。在一個實施例中，用于制造太陽能電池的發射極區的內嵌式工藝裝置包括第一工位，該第一工位被構造成將第一導電類型的摻雜物雜質原子注入穿過第一遮蔽掩模并進入設置在基板上方的材料層的第一區內。該內嵌式工藝裝置還包括第二工位，該第二工位被構造成將輔助雜質物質注入穿過第二遮蔽掩模并進入材料層的第一區內。該內嵌式工藝裝置還包括第三工位，該第三工位被構造成將第二不同導電類型的摻雜物雜質原子注入穿過第三遮蔽掩模并進入材料層的第二不同區內。在一個此類實施例中，第一工位被構造成注入磷或砷原子或離子，第三工位被構造成注入硼原子或硼離子，并且第二工位被構造成注入一種物質，所述物質諸如但不限于氮原子或氮離子、碳原子或氮離子或者氧原子或氧離子。

本文所述的一個或多個實施例提供了用于制造高效率、全背接觸太陽能電池器件的簡化工藝流程，該流程涉及使用離子注入技術來生成n+(例如，通常為磷摻雜或砷摻雜)和p+(例如，通常為硼摻雜)多晶硅發射極層中的一者或兩者。在一個實施例中，制造方法涉及使用離子注入將所需摻雜物類型的原子以及輔助原子引入發射極層中，以引起發射極層的濕法蝕刻特性充分變化，以便允許其在選擇性濕法蝕刻移除發射極層的所有未注入區期間用作掩模。一個或多個實施例涉及針對高效率太陽能電池制造的一體化圖案化離子注入和表面改性的硬件和對應工藝。一個或多個實施例提供用于使用圖案化離子注入技術生成(和隔離)獨立的n和p摻雜多晶硅(polysi)指狀物發射極的有效工藝操作節約方法，所述發射極覆蓋高效率太陽能電池的背面。

為了提供背景，當前可實施叉指背接觸(ibc)處理方案來有效生成被摻雜氧化物層覆蓋的圖案化擴散區。將此類結構圖案化以生成紋理耐蝕刻掩模，穿過該掩模在與進行正面紋理化的相同時間形成溝槽隔離n和p摻雜發射極。雖然采用圖案化離子注入替換來自圖案化氧化物層的擴散的概念可能看上去簡單明了，但除非與提供自對準蝕刻選擇性的方法相結合，否則此類方法對于制造具有摻雜多晶硅發射極區的高效率太陽能電池結構可能為不可行的。對于使用磷注入物的方法而言可能尤其如此。

為了解決上述問題中的一者或多者，根據本公開的實施例，通過進行彼此略微偏置的磷(或砷)和硼的圖案化離子注入并且在兩者間留有未注入空隙，而形成最終具有摻雜多晶硅發射極區的太陽能電池的一維指狀物結構。在磷(或砷)注入后，進行氮離子、氧離子或碳離子(或包含這些元素的帶正電分子簇)的第二自對準(例如，穿過相同掩模圖案)較淺注入。在與磷(或砷)相同的區域中進行此類輔助(或“從屬”)物質的注入，以便修改注入區的表面并增加對堿性紋理浴的耐蝕刻性。由于僅硼注入會大幅度增加耐蝕刻性，因此具有p+較窄從屬摻雜物分布的多晶硅膜的第一區(例如，注入線)與具有硼摻雜物分布的多晶硅膜的第二區(例如，注入線)相互交叉的組合可經歷既定的紋理蝕刻工藝流程。此類蝕刻工藝可在將晶片的正面(向陽面)紋理化的同時移除未注入多晶硅(例如，介于注入指狀物之間)的區域。此外，描述了新硬件平臺，該平臺可單程進行所有三項圖案化和對準注入操作。上述方法和其他方法以及硬件平臺在下文有更詳細地描述。

在將注入引起的蝕刻選擇性用于自對準溝槽形成的例子性工藝流程中，圖1a至圖1g示出了根據本公開的實施例的太陽能電池制造中的各個階段的剖視圖。圖2為根據本公開的實施例的流程圖200，該流程圖列出了與圖1a至圖1g相對應的制造太陽能電池的方法中的操作。

參見圖1a和流程圖200的對應操作202，制造太陽能電池的交替的n型發射極區和p型發射極區的方法涉及在設置于基板102上的薄氧化物層104上形成硅層106。

在一個實施例中，基板102為單晶硅基板，諸如塊體單晶n型摻雜硅基板。然而，應當理解，基板102可以是設置在整個太陽能電池基板上的層，諸如多晶硅層。再次參見圖1a，在一個實施例中，如圖所示，基板102的光接收表面101為紋理化的，如下文更詳細所述。在一個實施例中，薄氧化物層為厚度約2納米或更小的隧道介電氧化硅層。

在一個實施例中，硅層106為非晶硅層。在一個此類實施例中，非晶硅層使用低壓化學氣相沉積(lpcvd)或等離子體增強化學氣相沉積(pecvd)形成。然而，在替代的實施例中，使用多晶硅層代替非晶硅層。

參見圖1b和流程圖200的對應操作204，將第一導電類型的摻雜物雜質物質注入硅層106中，以形成第一注入區108并產生硅層的未注入區109(即，在工藝中的此階段尚未注入的硅層106的剩余部分)。

在一個實施例中，通過使用離子束注入或等離子體浸漬注入來進行注入。在一個實施例中，該第一注入為硅提供n+摻雜物原子(例如，磷原子或砷原子)。在具體的此類實施例中，注入磷原子或砷原子或者磷離子或砷離子涉及注入，以在硅層106中形成大約在1e19-1e20個原子/cm³范圍內的磷原子或砷原子的濃度。

再次參見操作204，在一個實施例中，穿過第一遮蔽掩模進行注入，所述注入的例子結合圖4有所描述。在一個此類實施例中，穿過具有第一狹縫圖案的第一遮蔽掩模注入第一導電類型的摻雜物雜質物質，所述注入的例子結合圖7a和圖7b有所描述。在一個實施例中，第一遮蔽掩模為布置在硅層106之外但緊鄰硅層106的石墨遮蔽掩模。

接著參見圖1c和流程圖200的對應操作206，將輔助雜質物質注入硅層106的第一注入區108內。輔助雜質物質不同于第一導電類型的摻雜物雜質物質。另外，在一個實施例中，注入輔助雜質物質的對應區以在硅層106中具有比相應的初始第一注入區108深度更小的深度。這樣，形成經過修改的第一注入區108’，并且在一個實施例中該經過修改的第一注入區具有僅磷(或砷)的區152的下部部分152并且具有磷(或砷)連同輔助雜質物質的區的上部部分150，如圖1c所示。

在一個實施例中，注入第一注入區中的輔助雜質物質為諸如但不限于以下的物質：氮原子或氮離子、碳原子或碳離子、或者氧原子或氧離子。應當理解，術語“離子”可包括含有鍵合至附加氫原子的摻雜物物質的一個或多個原子的分子離子。在一個實施例中，輔助雜質物質為氮并且通過使用n2或nh3的注入而提供。在一個實施例中，輔助雜質物質為碳并且通過使用ch4或碳氫化合物諸如乙炔或可能的甲基硅烷的注入而提供。在一個實施例中，輔助雜質物質為氧并且通過使用n2或o2的注入而提供。

在一個實施例中，通過使用離子束注入或等離子體浸漬注入來進行注入。在一個實施例中，該第二注入最終在硅層106的n+區的上部部分中提供氮原子、碳原子或氧原子。在具體的此類實施例中，注入所述第二注入在硅層106中形成大約在1e19-1e21個原子/cm³范圍內的氮原子、碳原子或氧原子的濃度。在一個實施例中，輔助雜質物質的分布主要位于硅層106的表面下方頭1000埃以內。

再次參見操作206，在一個實施例中，穿過第二遮蔽掩模進行注入，所述注入的例子結合圖4有所描述。在一個此類實施例中，穿過具有第一狹縫圖案的第二遮蔽掩模注入輔助雜質物質。該第一狹縫圖案可與結合操作204所述的以上第一狹縫圖案相同或略有修改，如下文更詳細地描述。在一個實施例中，第二遮蔽掩模為布置在硅層106之外但緊鄰硅層106的石墨遮蔽掩模。

如上所述，將輔助雜質物質注入第一注入區108中可在一個實施例中涉及穿過具有第一狹縫圖案(即，用于形成初始區108的狹縫圖案)的第二遮蔽掩模進行注入。在第一實施例中，第二遮蔽掩模具有與第一狹縫圖案相同的狹縫圖案，并且狹縫的尺寸與第一遮蔽掩模的狹縫尺寸相同。例如，圖3a示出了使用相同尺寸的對準狹縫圖案所形成的經過修改的第一注入區108’的剖視圖。輔助原子區150與硅層106中的n+區152對準。

然而，圖3b示出了使用相同尺寸的未對準狹縫圖案所形成的經過修改的第一注入區108’的剖視圖。輔助雜質物質區150’與硅層106中的n+區152’未對準。即，輔助雜質物質區150’的一部分形成于n+區152’之內，但輔助雜質物質區150’的一部分形成于n+區152’之外。可能出現的情況是優選地使輔助雜質物質區完全形成于n+區內。

因此，在一個實施例中，圖3c示出了使用更小(例如，更窄)尺寸的狹縫圖案所形成的經過修改的第一注入區108’的剖視圖。輔助雜質物質區150’’比n+區152’’窄并且完全形成于n+區152’’之內。在一個此類實施例中，針對第二掩模中的狹縫使用更窄的尺寸允許存在失準容限，而沒有使輔助雜質物質注入n+區之外的風險。

參見圖1d和流程圖200的對應操作208，將第二導電類型的摻雜物雜質物質注入硅層106中以形成第二注入區110并產生硅層的未注入區112(即，在任一上述注入工藝期間均未顯著注入的硅層106的剩余部分)。

如在針對第一注入工藝和第二注入工藝的情況中一樣，在一個實施例中，通過使用離子束注入或等離子體浸漬注入來進行注入。在一個實施例中，該第三注入為硅提供p+摻雜物原子(例如，硼原子)。在具體的此類實施例中，注入硼原子或硼離子涉及注入，以在硅層106中形成大約在1e19-1e20個原子/cm³范圍內的硼原子的濃度。

再次參見操作208，在一個實施例中，穿過第三遮蔽掩模進行注入，所述注入的例子結合圖4有所描述。在一個此類實施例中，穿過具有第二狹縫圖案(不同于第一狹縫圖案)的第三遮蔽掩模注入第二導電類型的摻雜物雜質物質，所述注入的例子結合圖7a和圖7b有所描述。在一個此類實施例中，第一狹縫圖案和第二狹縫圖案一起形成一維交叉指狀物圖案。如在第一遮蔽掩模和第二遮蔽掩模的情況中一樣，在一個實施例中，第三遮蔽掩模為布置在硅層106之外但緊鄰硅層106的石墨遮蔽掩模。

參見圖1e和流程圖200的對應操作210，例如利用選擇性蝕刻工藝移除硅層106的剩余未注入區112，從而保留硅層106的經過修改的第一注入區108’和第二注入區110。

在一個實施例中，在操作206中提供用以形成經過修改的第一注入區108’的輔助雜質物質對經過修改的第一注入區108’的蝕刻進行抑制(例如，減慢其蝕刻速率)。在一個此類實施例中，輔助注入物質用來影響蝕刻選擇性并且有意地以更低能量注入，以實現更淺的分布(例如，在表面附近)。此外，在后續的濕法和/或干式蝕刻/清潔操作中，可減小或甚至完全消除此類輔助物質的量，特別是在將其包括在內的唯一驅動因素是為了抑制操作210處的n+區蝕刻的情況下。

再次參見圖3a和圖3c，在一個實施例中，輔助雜質物質的對應區完全位于初始第一注入區108的相應一者內。在一個具體實施例中，僅參見3c，輔助雜質物質的對應區具有比相應第一注入區寬度更小的寬度。在任一種情況下，在一個實施例中，所得蝕刻寬度通過輔助雜質物質區150或150’’的寬度確定，如圖3a和圖3c所示。就圖3c而言，隨后，在一個實施例中，移除硅層106的剩余未注入區還包括移除不包括輔助雜質物質的對應區150’’的經過修改的第一注入區108’的剩余部分。出于比較的目的，參見圖3b，此類所得蝕刻分布將包括一個區，所述具有輔助雜質物質的區形成于n+區之外。為此原因，可針對上文所述的從屬注入考慮使用具有更窄尺寸狹縫的輔助雜質物質注入掩模。

在一個實施例中，利用基于氫氧化物的濕法蝕刻劑移除硅層106的剩余未注入區112，該濕法蝕刻劑進一步移除薄氧化物層104的暴露部分并將溝槽114形成于基板102內。可形成溝槽以使基板102的紋理化部分作為溝槽底部。在一個實施例中，由于溝槽114的布置通過硅層106的第一注入區108’和第二注入區110確定，因此在硅層106的第一注入區108’和第二注入區110之間將溝槽114形成為自對準，如圖1e所示。在一個實施例中，基于氫氧化物的濕法蝕刻劑處理之后進行氫氟酸/臭氧(hf/o3)濕法清潔處理。

應當理解，光接收表面101的紋理化和自對準溝槽114形成的時間可有差別。例如，在一個實施例中，在溝槽114的形成/紋理化之前，在單獨的工藝中進行光接收表面101的紋理化，如圖1a至圖1g所示。然而，在另一個實施例中，在與溝槽114的形成/紋理化相同的工藝中進行光接收表面101的紋理化。此外，溝槽114的形成/紋理化的時間可相對于用來使第一注入區108’和第二注入區110結晶的退火工藝而有差別。例如，在一個實施例中，在用于移除硅層106的剩余未注入區112的工藝中進行溝槽114的形成/紋理化，如圖1e所示。然而，在另一個實施例中，溝槽114的形成/紋理化在移除硅層106的剩余未注入區112和后續退火工藝之后進行。在一個實施例中，紋理化表面(無論在溝槽114中還是在表面101處)可為具有規則或不規則形狀的表面，該表面用于散射入射光，從而減少從太陽能電池的光接收表面和/或暴露表面反射離開的光量。

參見圖1f和流程圖200的對應操作212，對硅層106的第一注入區108’和第二注入區110進行退火，以分別形成摻雜多晶硅發射極區116和摻雜多晶硅發射極區118。在一個實施例中，在大約850-1100℃范圍內的溫度下進行退火并使退火持續時間在大約1–100分鐘的范圍內。在一個實施例中，在加熱或退火期間進行少量磷摻雜劑驅動。另外的實施例可包括在光接收表面101上形成鈍化或抗反射涂層120，所述形成的例子示于下文所述的圖1g中。

應當理解，雖然一般來講可能最有利的是在進行高溫退火和活化工藝之前完成硅層106的未注入區的蝕刻(即，移除)，如上文所述，但某些注入條件可導致紋理化蝕刻(例如，如相對于未注入區)中的本征更高的反應性。在此類情況下，可在溝槽蝕刻之前進行高溫退火。

參見圖1g，導電觸點122和導電觸點124被制造成分別接觸第一摻雜多晶硅發射極區116和第二摻雜多晶硅發射極區118。在一個實施例中，觸點通過以下方式制造：首先沉積和圖案化絕緣層140以具有開口，并且隨后在開口中形成一個或多個導電層。在一個實施例中，導電觸點122和導電觸點124包含金屬并通過沉積、平版印刷和蝕刻方法形成，或作為另外一種選擇通過印刷工藝形成。

再次參見圖1g，隨后，在一個例子性實施例中，背接觸太陽能電池包括具有光接收表面101和背表面的晶體硅基板102。第一多晶硅發射極區116設置在晶體硅基板102上方。第一多晶硅發射極區116摻雜有第一導電類型(例如，磷原子或砷原子)的摻雜物雜質物質，并且還包括不同于第一導電類型的摻雜物雜質物質的輔助雜質物質(例如，氮原子、碳原子和/或氧原子)。第二多晶硅發射極區118設置在晶體硅基板102上方，并且與第一多晶硅發射極區116相鄰但分開。第二多晶硅發射極區118摻雜有第二相反導電類型(例如，硼原子)的摻雜物雜質物質。第一導電觸點結構122和第二導電觸點結構124分別電連接到第一多晶硅發射極區116和第二多晶硅發射極區118。

在另一方面，圖4示意性地示出了根據本公開的實施例的圖案化注入的內嵌式平臺的剖視圖，該圖案化注入涉及移動晶片和靜止遮蔽掩模。

參見圖4，內嵌式平臺400包括用于具有硅層106的輸入晶片的晶片輸入區。第一工位450被構造成將第一導電類型的摻雜物雜質原子注入穿過第一遮蔽掩模并進入設置在基板上方的材料層106的第一區內。第二工位452被構造成將輔助雜質物質注入穿過第二遮蔽掩模并進入材料層106的第一區內。第三工位454構造成將第二不同導電類型的摻雜物雜質原子注入穿過第三遮蔽掩模并進入材料層106的第二不同區內。在一個具體實施例中，如通過圖4的輸出晶片所舉例說明，第一工位450被構造成注入磷(或作為另外一種選擇，砷)原子或離子，第三工位454被構造成注入硼原子或硼離子，并且第二工位452被構造成注入氮原子或氮離子(或作為另外一種選擇，碳原子或氮離子或者氧原子或氧離子)。

再次參見圖4，將靜止模板掩模402，諸如靜止石墨掩模，保持為在注入期間鄰近但不接觸基板。雖然示為具有三個對應狹縫圖案的一個掩模，但應當理解，對于模塊450、452和454中的每一個而言，通常將使用單獨的遮蔽掩模。可通過離子束可準直的程度確定距接收基板的間距的可用距離。典型間距將介于50-250微米之間，它與si太陽能晶片基板大致為相同的厚度數量級。然而，在將遮蔽掩模下邊緣下面的發散角(自垂直)降到最小的條件下，間距可高達1000微米(1mm)。在一個實施例中，所得的注入區圖案為一維叉指圖案。

又如，圖5示意性地示出了根據本公開的另一實施例的圖案化注入的另一內嵌式平臺的剖視圖，該圖案化注入涉及移動晶片和靜止遮蔽掩模。

參見圖5，內嵌式平臺500包括用于輸入晶片的晶片輸入區。第一工位550被構造成將第一導電類型的摻雜物雜質原子(例如，磷或砷)注入穿過第一遮蔽掩模并進入設置在基板上方的材料層的第一區內。第二工位554被構造成將第二不同導電類型的摻雜物雜質原子(例如，硼)注入穿過第二遮蔽掩模并進入材料層的第二不同區內。提供了入口552用于錯流引入含有c、n或o的前體(例如，ch4或c2h4)，從而提供穿過石墨掩模與接收晶片之間的空間所遞送的輔助雜質物質。另外，還可包括惰性氣體入口556(例如，用于氦氣)，用于提供惰性氣體流，如圖5所示。

再次參見圖5，類似于圖4的內嵌式裝置，提供了一種系統用于通過使用輔助雜質物質進行表面修改來賦予n型(p)注入指狀物耐蝕刻性(相對于未注入區而言)。然而，與圖4的內嵌式裝置相比，在不添加第三注入源且不需要相關的額外掩模對準的情況下，提供了“輔助”或從屬注入的相同益處或效果。在一個此類實施例中，低流動性的合適前體(例如，甲烷或乙烯)被引入靜止石墨掩模(用于磷或砷注入)與晶片之間的狹窄間隙中，從而通過與至少一些入射離子通量的相互作用來實現較窄表面修改。

圖6為根據本公開的另一實施例的流程圖600，該流程圖列出了與圖5的內嵌式平臺相對應的制造太陽能電池的方法中的操作。

參見流程圖600的操作602，制造太陽能電池的交替的n型和p型發射極區的方法涉及在基板上方形成硅層。在操作604中，將第一導電類型的摻雜物雜質物質注入硅層中以形成第一注入區，并產生硅層的未注入區。在操作606中，修改硅層的第一注入區的淺表面。該修改過程通過使輔助雜質物質的前體(不同于第一導電類型的摻雜物雜質物質)流動來進行。在一個此類實施例中，使輔助雜質物質的前體流動涉及錯流引入甲烷(ch4)或乙烯(c2h4)。

再次參見流程圖600，在操作608中，將第二相反導電類型的摻雜物雜質物質注入硅層的未注入區的部分中以形成第二注入區，并產生硅層的剩余未注入區。在操作610中，利用選擇性蝕刻工藝移除硅層的剩余未注入區，保留第一注入區的至少一部分并且保留硅層的第二注入區。在操作610中，對硅層的第一注入區和第二注入區進行退火以形成摻雜多晶硅發射極區。

在一個實施例中，如上所述，可使用模板掩模(諸如靜止石墨遮蔽掩模)來進行注入。例如，圖4和圖5示意性地示出了根據本公開的實施例的用于圖案化注入的可能內嵌式平臺，該圖案化注入涉及靜止遮蔽掩模。在任一上述情況下，在一個實施例中，在模板掩模上可能發生一些沉積物或殘留物積聚。多次運行之后，可能需要從掩模移除此類沉積物或殘留物。應當理解，可針對材料在模板掩模上的過度積聚而確定最佳運行次數以使通量平衡，所述過度積聚可以某種方式影響后面的注入工藝。在一個此類實施例中，特定運行次數之后，通過選擇性蝕刻移除所積聚的材料，并且模板掩模隨后可被重復使用。

應當理解，可通過在均勻材料樣本中形成(例如，切割、蝕刻)狹縫來制造狹縫掩模。然而，另一方面，使用可被切割或蝕刻以在其中提供狹縫圖案的材料疊堆層來制造狹縫掩模。例如，圖7a和圖7b分別示出了根據本公開的實施例的由材料疊堆層制造成的狹縫掩模的成角度視圖700和剖視圖702。參見圖7a和圖7b，通過用于制造掩模的單層厚度來確定掩模中狹縫750的尺寸。在一個此類實施例中，各層為彼此堆疊且結合的各硅晶片。

因此，引入目標針對高效率太陽能應用的具有圖案化能力的新型高通量離子注入工具可適用于制造叉指背接觸(ibc)太陽能電池。具體地講，在物理和化學變化與進行離子注入操作相關聯的情況下，可利用此類注入以允許形成自對準溝槽圖案。

總之，雖然上文具體描述了某些材料，但對于仍然在本發明實施例的實質和范圍內的其他此類實施例，一些材料可易于被其他材料取代。例如，在一個實施例中，可使用不同材料的基板，諸如iii-v族材料的基板，來代替硅基板。在另一個實施方案中，使用多晶硅基板。此外，應當理解，在針對太陽能電池背表面上的發射極區具體描述n+型和隨后p+型摻雜的順序的情況下，設想的其他實施例包括相反的導電類型順序，分別為例如p+型和隨后n+型摻雜。另外，雖然主要提及背接觸太陽能電池布置，但應當理解，本文所述的方法也可應用于前接觸電極太陽能電池。一般來講，可實施本文所述的實施例以針對高效率叉指背接觸(ibc)型太陽能電池提供更低成本的高通量離子注入平臺。具體實施例可提供用于在通過注入形成的發射極區中生成自對準溝槽的有利方法。

因此，已公開了使用離子注入制造太陽能電池發射極區的方法，以及所得太陽能電池。

盡管上面已經描述了具體實施例，但即使相對于特定的特征僅描述了單個實施例，這些實施例也并非旨在限制本公開的范圍。在本公開中所提供的特征的例子旨在為說明性的而非限制性的，除非另有說明。以上描述旨在涵蓋將對本領域的技術人員顯而易見的具有本公開的有益效果的那些替代形式、修改形式和等效形式。

本公開的范圍包括本文所(明示或暗示)公開的任何特征或特征組合，或其任何概括，不管其是否減輕本文所解決的任何或全部問題。因此，可以在本申請(或對其要求優先權的申請)的審查過程期間對任何此類特征組合提出新的權利要求。具體地講，參考所附權利要求書，來自從屬權利要求的特征可與獨立權利要求的那些特征相結合，來自相應的獨立權利要求的特征可以按任何適當的方式組合，而并非只是以所附權利要求中枚舉的特定形式組合。

在一個實施例中，制造太陽能電池的交替的n型和p型發射極區的方法包括在基板上方形成硅層。該方法還包括將第一導電類型的摻雜物雜質物質注入硅層中以形成第一注入區，并產生硅層的未注入區。該方法還包括將輔助雜質物質注入硅層的第一注入區中，該輔助雜質物質不同于第一導電類型的摻雜物雜質物質。該方法還包括將第二相反導電類型的摻雜物雜質物質注入硅層的未注入區的部分中以形成第二注入區，并產生硅層的剩余未注入區。該方法還包括利用選擇性蝕刻工藝移除硅層的剩余未注入區，保留第一注入區的至少一部分并且保留硅層的第二注入區。該方法還包括對硅層的第一注入區和第二注入區進行退火，以形成摻雜多晶硅發射極區。

在一個實施例中，將輔助雜質物質注入硅層的第一注入區中包括針對第一注入區的相應一者形成輔助雜質物質的對應區，所述輔助雜質物質的對應區完全位于第一注入區的相應一者內。

在一個實施例中，針對第一注入區的相應一者形成輔助雜質物質的對應區包括形成輔助雜質物質的對應區，所述輔助雜質物質的對應區具有比第一注入區的相應一者的寬度更小的寬度。

在一個實施例中，移除硅層的剩余未注入區還包括移除每個第一注入區中不包括輔助雜質物質的對應區的部分。

在一個實施例中，針對第一注入區的相應一者形成輔助雜質物質的對應區包括形成輔助雜質物質的對應區，所述輔助雜質物質的對應區在硅層中具有比第一注入區的相應一者的深度更小的深度。

在一個實施例中，對硅層的第一注入區和第二注入區進行退火包括在利用選擇性蝕刻工藝移除硅層的剩余未注入區之后進行退火。

在一個實施例中，形成硅層包括使用低壓化學氣相沉積(lpcvd)或等離子體增強化學氣相沉積(pecvd)形成非晶硅層。

在一個實施例中，注入第一導電類型的摻雜物雜質物質包括注入磷或砷原子或離子，注入第二導電類型的摻雜物雜質物質包括注入硼原子或離子，并且將輔助雜質物質注入第一注入區中包括注入選自由氮原子或離子、碳原子或離子以及氧原子或離子構成的組中的物質。

在一個實施例中，注入磷或砷原子或離子包括注入以在硅層中形成大約在1e19-1e20個原子/cm³范圍內的磷原子或砷原子濃度，注入硼原子或離子包括注入以在硅層中形成大約在1e19-1e20個原子/cm³范圍內的硼原子濃度，并且注入選自由氮原子或離子、碳原子或離子以及氧原子或離子構成的組中的物質包括注入以在硅層中分別形成大約在1e19-1e21個原子/cm³范圍內的氮原子、碳原子或氧原子濃度。

在一個實施例中，注入第一導電類型的摻雜物雜質物質包括穿過具有第一狹縫圖案的第一遮蔽掩模進行注入，將輔助雜質物質注入第一注入區中包括穿過具有第一狹縫圖案的第二遮蔽掩模進行注入，并且注入第二導電類型的摻雜物雜質物質包括穿過具有第二不同狹縫圖案的第三遮蔽掩模進行注入。

在一個實施例中，穿過第二遮蔽掩模進行注入包括穿過具有比第一遮蔽掩模的狹縫尺寸更窄的狹縫的第二遮蔽掩模進行注入。

在一個實施例中，穿過第一遮蔽掩模、第二遮蔽掩模和第三遮蔽掩模進行注入包括分別穿過第一靜止石墨遮蔽掩模、第二靜止石墨遮蔽掩模和第三靜止石墨遮蔽掩模進行注入，并且其中所述第一靜止石墨遮蔽掩模、第二靜止石墨遮蔽掩模和第三靜止石墨遮蔽掩模在注入期間緊鄰但不接觸硅層。

在一個實施例中，第一狹縫圖案和第二狹縫圖案一起形成一維交叉指狀物圖案。

在一個實施例中，利用選擇性蝕刻工藝移除硅層的剩余未注入區包括使用基于氫氧化物的濕法蝕刻劑，并且該方法還包括使用選擇性蝕刻工藝來對移除硅層的剩余未注入區之后所暴露的基板的部分進行紋理化。

在一個實施例中，形成硅層包括在設置于基板上的薄氧化物層上形成硅層，并且基板為單晶硅基板。

在一個實施例中，該方法還包括形成電連接到摻雜多晶硅發射極區的導電觸點。

在一個實施例中，制造太陽能電池的交替的n型和p型發射極區的方法包括在基板上方形成硅層。該方法還包括將第一導電類型的摻雜物雜質物質注入硅層中以形成第一注入區，并產生硅層的未注入區。該方法還包括修改硅層的第一注入區的淺表面，該修改過程通過使輔助雜質物質的前體(不同于第一導電類型的摻雜物雜質物質)流動來進行。該方法還包括將第二相反導電類型的摻雜物雜質物質注入硅層的未注入區的部分中以形成第二注入區，并產生硅層的剩余未注入區。該方法還包括利用選擇性蝕刻工藝移除硅層的剩余未注入區，保留第一注入區的至少一部分并且保留硅層的第二注入區。該方法還包括對硅層的第一注入區和第二注入區進行退火，以形成摻雜多晶硅發射極區。

在一個實施例中，注入第一導電類型的摻雜物雜質物質包括注入磷或砷原子或離子，注入第二導電類型的摻雜物雜質物質包括注入硼原子或離子，并且使輔助雜質物質的前體流動包括錯流引入甲烷(ch4)或乙烯(c2h4)。

在一個實施例中，背接觸太陽能電池包括具有光接收表面和背表面的晶體硅基板。第一多晶硅發射極區設置在晶體硅基板上方，所述第一多晶硅發射極區摻雜有第一導電類型的摻雜物雜質物質，并且還包括不同于第一導電類型的摻雜物雜質物質的輔助雜質物質。第二多晶硅發射極區設置在晶體硅基板上方，并且與第一多晶硅發射極區相鄰但分開。第二多晶硅發射極區摻有第二相反導電類型的摻雜物雜質物質。第一導電觸點結構和第二導電觸點結構分別電連接到第一多晶硅發射極區和第二多晶硅發射極區。

在一個實施例中，第一導電類型的摻雜物雜質物質包括磷原子或砷原子，第二導電類型的摻雜物雜質物質包括硼原子，并且輔助雜質物質包括選自由氮原子、碳原子和氧原子構成的組中的物質。