硅太陽能電池及其制造方法
【專利說明】
[0001] 本申請是原案申請號為200880118116.8的發明專利申請（國際【申請號】PCT/ KR2008/006503,申請日：2008年11月5日，發明名稱：硅太陽能電池及其制造方法）的分 案申請。
技術領域
[0002] 示例性實施方式涉及具有選擇性發射極結構的硅太陽能電池及其制造方法。
【背景技術】
[0003] 目前，由于認為現有能源（如石油和煤）是會被耗盡的，因此對于代替現有能源的 另選能源越來越感興趣。在這些另選能源中，由于太陽能電池具有充足的能源并且不會造 成環境污染，因此太陽能電池尤其受到關注。
[0004] 太陽能電池分類為：太陽能熱電池，其利用太陽能熱量而產生使渦輪機旋轉所需 要的蒸汽；和太陽能光電池，其利用半導體的特性來將光子轉換成電能。通常，太陽能電池 表示太陽能光電池。
[0005] 根據原材料，太陽能電池分為硅太陽能電池、復合半導體太陽能電池和級聯式太 陽能電池。在太陽能電池市場中主要使用硅太陽能電池。
[0006] 圖1是示意性地示出現有技術的硅太陽能電池的結構的剖面圖。如圖1所示，硅 太陽能電池包括由P型硅半導體形成的基板101和由n型硅半導體形成的發射極層102。 在基板101和發射極層102的界面形成與二極管類似的p-n結。
[0007] 當太陽光入射在具有上述結構的硅太陽能電池上時，通過光生伏打效應，在摻雜 有雜質的硅半導體中產生電子和空穴。在由n型硅半導體構成的發射極層102中產生電子 作為主要載流子，在由P型硅半導體構成的基板101中產生空穴作為主要載流子。通過光 生伏打效應所產生的電子和空穴分別被引向n型娃半導體和p型娃半導體，并且分別向連 接到發射極層102上部的電極103和連接到基板101下部的電極104移動。通過利用電線 連接電極103和104而有電流流動。
[0008] 目前，為了減小電極103和發射極層102之間的接觸電阻，將發射極層102的連接 到電極103的區域形成為重摻雜區域，并且將發射極層102的未連接到電極103的區域形 成作為輕摻雜區域。因此，改進了載流子壽命。這樣的結構被稱為選擇性發射極結構。
[0009] 選擇性發射極結構通過減小電極103和發射極層102之間的接觸電阻而大大促進 了硅太陽能電池的效率。但是，制造具有選擇性發射極結構的硅太陽能電池的處理是復雜 的，并且需要很大的花費。
【發明內容】
[0010] 技術問題
[0011] 示例性實施方式提供具有選擇性發射極結構的硅太陽能電池及該硅太陽能電池 的制造方法，它們能夠簡化制造處理并且降低制造成本以提高硅太陽能電池的效率。
[0012] 技術方案
[0013] 在一個方面中，一種利用絲網印刷方法制造硅太陽能電池的方法包括以下步驟： 提供摻雜有第一導電雜質的硅半導體基板；在所述硅半導體基板上形成摻雜有第二導電雜 質的發射極層，所述第二導電雜質的極性與所述第一導電雜質的極性相反；在所述發射極 層上的上電極連接到所述發射極層的位置處，利用絲網印刷方法形成刻蝕掩模圖案；利用 所述刻蝕掩模圖案作為掩模，在所述發射極層上執行回蝕處理；去除在執行所述回蝕處理 之后留下的刻蝕掩模圖案；在所述硅半導體基板的整個表面上形成防反射層；使所述上電 極穿過所述防反射層，并所述將上電極連接到所述發射極層的上電極形成位置；并且將下 電極連接到所述硅半導體基板的下部。
[0014] 在另一個方面中，硅太陽能電池包括：摻雜有第一導電雜質的硅半導體基板；所 述硅半導體基板上的摻雜有第二導電雜質的發射極層，所述第二導電雜質的極性與所述第 一導電雜質的極性相反；所述硅半導體基板的整個表面上的防反射層；穿過所述防反射層 并連接到所述發射極層的上電極；以及連接到所述硅半導體基板的下部的下電極，其中，所 述發射極層包括重摻雜有所述第二導電雜質的第一發射極層、和輕摻雜有所述第二導電雜 質的第二發射極層，其中，所述第二發射極層的表面電阻在1000hm/sq至1200hm/sq的范圍 內。
[0015] 有利效果
[0016] 在根據示例性實施方式的硅太陽能電池中，由于在高溫下一次進行摻雜處理，因 此可以防止在基板內激活雜質。并且，由于利用絲網印刷方法來形成刻蝕掩模圖案，因此可 以簡化制造處理并且可以降低制造成本。由于通過絲網印刷方法利用糊體材料簡單地形成 刻蝕掩模圖案，因此不需要真空淀積設備或高溫爐。通過在回蝕處理中使用選擇性濕刻蝕 劑，可以確保回蝕處理的穩定性和可再現性。
【附圖說明】
[0017] 附圖被包括進來以提供對本發明的進一步理解，其被并入且構成本說明書的一部 分，附圖示出了本發明的實施方式，并與說明書一起用于解釋本發明的原理。在附圖中：
[0018] 圖1是示意性地示出現有技術的硅太陽能電池的結構的剖面圖；
[0019] 圖2至7是順序地示出根據示例性實施方式的利用絲網印刷方法的硅太陽能電池 制造方法的剖面圖；
[0020] 圖8是示出在完成了散布n型雜質的處理之后，從發射極層的表面到基板的摻雜 n型雜質的濃度的曲線圖；
[0021] 圖9至圖11是將根據示例性實施方式的具有選擇性發射極結構的硅太陽能電池 的輸出特性與具有同質（homogeneous)發射極結構的娃太陽能電池的輸出特性進行比較 的圖；
[0022] 圖12是根據圖2至7中所示的方法利用絲網印刷方法制造的硅太陽能電池的平 面圖；以及
[0023] 圖13是根據示例性實施方式的硅太陽能電池的平面圖，其中使用網格形刻蝕掩 模圖案來形成選擇性發射極層。
【具體實施方式】
[0024] 現在將詳細說明本發明的實施方式，其示例在附圖中示出。
[0025] 圖2至7是順序地示出根據示例性實施方式的利用絲網印刷方法制造硅太陽能電 池的方法的剖面圖。
[0026] 如圖2所示，提供由摻雜有第一導電雜質的硅半導體構成的基板201并且將該基 板201加載在擴散爐上。基板201是單晶、多晶或非晶硅半導體基板，并且摻雜有p型雜質， 例如屬于III族元素的B、Ga和In。接著，將n型雜質源（例如，屬于V族元素的P、As、Sb) 和氧氣注入擴散爐中，以產生熱氧化反應。從而，在基板201的上表面上形成厚度恒定的包 含n型雜質的氧化層。
[0027] 通過提高擴散爐內的溫度到800至850°C，將氧化層中的n型雜質驅趕到基板201 中。將上述處理執行30至60秒，以將足夠量的n型雜質驅趕到基板201中。因此，通過使 n型雜質透過基板201的表面而擴散到基板201的內部，在基板201上形成具有恒定厚度的 n型硅半導體層構成的發射極層202。
[0028] 注入發射極層202內的n型雜質在發射極層202的表面上具有最大濃度值。n型 雜質隨著它們被驅趕到發射極層202的內部而具有根據高斯分布或誤差函數的下降濃度 值。由于控制了處理條件以使得在擴散處理中足夠量的n型雜質擴散到基板201內，因此 在發射極層202的最上部存在濃度等于或大于固體溶解度的n型摻雜死層（deadlayer)。
[0029] 圖8是示出在完成了散布n型雜質的處理之后，從發射極層202的表面到基板201 的摻雜n型雜質的濃度的曲線圖。在曲線圖中，橫軸表示以發射極層202表面為基準的對 n型雜質濃度的測量位置的深度，縱軸表示在測量位置的n型雜質濃度。
[0030] 如圖8所示，n型雜質在發射極層202的表面附近具有最大濃度值。隨著N型雜 質朝向基板201延伸，其濃度值減小。在發射極層202的表面附近，即在圖8的框區域中， 存在濃度等于或大于硅半導體內的固體溶解度的n型摻雜死層。死層中包含的n型雜質的 濃度取決于n型雜質的材料。如果n型雜質是磷（P)，則n型雜質濃度等于或大于102°原 子 /cm3 〇
[0031] 示例性實施方式僅描述了用于形成發射極層202的方法的示例，由此形成發射極 層202的方法可以多種多樣地變化。
[0032] 在通過上述處理形成發射極層202之后，如圖3所示，利用絲網印刷方法，在n型 摻雜發射極層202上部上，在n型摻雜發射極層202和上電極205的連接位置，形成刻蝕掩 模圖案203(參照圖7)。更具體地說，在發射極層202的上部上設置印刷掩模（未示出）。 該印刷掩模在刻蝕掩模圖案203的形成位置處具有開口圖案。
[0033] 接著，當絲網印刷機（未示出）沿規則方向移動時，將用于刻蝕掩模圖案203的糊 狀物擠入開口圖案中以填充開口圖案。之后，從發射極層202去除印刷掩模以在發射極層 202上形成刻蝕掩模圖案203。在示例型實施方式中，刻蝕掩模圖案203的形成方法不限于 絲網印刷方法。
[0034] 用于刻蝕掩模圖案203的糊狀物可以包括具有無機材料顆粒、有機溶劑和樹脂的 玻璃粉糊。玻璃粉糊可以包括難溶于水的基于乙基纖維素的樹脂、基于丙烯酸酯的樹脂、或 者分子量等于或大于100的樹脂材料，作為樹脂，以保持均勻的圖案并且提高印刷特性。玻 璃粉糊可以包括松油醇、丁基卡必醇、丁基卡必醇醋酸酯等，作為有機溶劑。根據用途，玻璃 粉糊可以包括基于Si02-Pb0的顆粒、基于Si02-Pb0-B203的顆粒和基于Bi203-B203-Si02的顆 粒中的任意一種或混合物，作為無機材料顆粒。
[0035] 在形成了刻蝕掩模圖案203之后，無機材料顆粒之間的填充因數必須較大，從而 在回蝕處理中減少對位于刻蝕掩模圖案203之下的發射極層202的刻蝕。因此，無機材料 顆粒的直徑可以是0.lum到10ym，或0. 5ym到3ym。玻璃粉糊還可以包括由Ti02、P205、 BaO、ZnO和A1203中的任意一項或混合物構成的金屬氧化物，以控制物理特性，例如粘合特 性、印刷特性和氧化物電阻。
[0036] 作為另選的提案，用于刻蝕掩模圖案203的糊狀物可以包括焊接材料、玻璃上硅 (SOG:silicononglass)和娃石衆（silicaslurry)中的任意一個或混合物。娃石衆包 括硅石顆粒、有機溶劑、粘合劑和樹脂。在示例性實施方式中，用于刻蝕掩模圖案203的糊 狀物不限于此。
[0037] 如圖4所示，在發射極層202上的刻蝕掩模圖案203上進行掩模處理，在發射極層 202上進行回蝕處理以形成選擇性發射極層202'。在發射極層202的回蝕處理中，僅僅刻蝕 其中不存在刻蝕掩模圖案203的發射極層202的最上部，以使其具有恒定的刻蝕深度。因 此，可以選擇性地僅僅從太陽光入射到的部分去除發射極層202的重摻雜區域。
[0038] 僅在選擇性發射極層202'連接到上電極205的位置重摻雜n型雜質。因此，通過 改善上電極205的接觸特性，可以實現歐姆接觸。由于從發射極層202的太陽