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CN102105999A - 用低温精密回蚀和钝化过程制备的具有选择性发射极的晶体硅光伏电池 - Google Patents

用低温精密回蚀和钝化过程制备的具有选择性发射极的晶体硅光伏电池 Download PDF

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CN102105999A
CN102105999A CN2008801305870A CN200880130587A CN102105999A CN 102105999 A CN102105999 A CN 102105999A CN 2008801305870 A CN2008801305870 A CN 2008801305870A CN 200880130587 A CN200880130587 A CN 200880130587A CN 102105999 A CN102105999 A CN 102105999A
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CN
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silicon oxide
oxide layer
leading flank
emitter
forms
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Application number
CN2008801305870A
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利奥尼德·B·鲁宾
布拉姆·萨德利克
亚历山大·奥西波夫
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Original Assignee
Day4 Energy Inc
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Abstract

在光伏(PV)晶体硅半导体晶片中形成选择性发射极的方法，包括在晶片的前侧面上形成掩模以在前侧面上产生遮蔽和未遮蔽区域。在前侧面的未遮蔽区域电化学形成第一氧化硅层，使得氧化硅层至少延伸至晶片的发射极中的盲区。除去掩模并回蚀第一氧化硅层直至基本除去全部第一氧化硅层。然后在前侧面上电化学形成第二氧化硅层，使得第二氧化硅层具有足够的厚度以钝化前侧面。所述方法可选择性地包括：通过在没有半导体结的PV晶体硅半导体晶片的未遮蔽区域中电化学形成的第一氧化硅层扩散掺杂剂从而形成发射极，然后回蚀第一氧化硅层并用电化学形成的第二氧化硅层钝化。

Description

用低温精密回蚀和钝化过程制备的具有选择性发射极的晶体硅光伏电池
技术领域
本发明一般涉及半导体器件，更具体涉及具有选择性发射极的高效光伏(PV)电池。
背景技术
晶体硅光伏(PV)电池通常具有可接受光线的前侧面和与前侧面相反的后侧面。前侧面是PV电池的发射极的部分并具有形成于其中的多个电接触。后侧面具有至少一个电接触。前侧面和后侧面上的电接触用于将PV电池连接至外部电路。
前侧接触通常形成为延伸穿过整个前侧面的多个平行隔开的“指状物”。通过将金属糊料以所需图案丝网印刷至前侧面上形成指状物。金属糊料扩散至前侧面中使得仅少部分的糊料留在前侧面上，该少部分被视为指状物或上述线条。提供额外的糊料以产生垂直于指状物延伸的母线，以收集来自指状物的电流。母线通常比指状物宽以使其能够承载从指状物集合的电流。
电接触和母线不透明且为发射极遮蔽光线，这使得用于光聚集的有效发射极区域的光线减少。因此，衬底前侧上由丝网印刷的指状物和母线占据的区域已知为阴影区，因为形成指状物和母线的不透明糊料阻止太阳辐射到达该区域中的发射极。阴影区使器件的电流产生能力降低。现代太阳能电池衬底阴影区域占据6％至10％的可用活性比表面积。
尽管以大容量制备硅晶电池，但需要提高其效率并降低其制造成本以使光伏能源成本更具竞争性。前侧金属化的优化是一种减少由金属接触占据的阴影区域的方式。阴影区域的减少增加了PV电池的电流和电压，因为其增加了太阳辐射所能到达的衬底的表面积，并同样减少了接触糊料向衬底前表面中的扩散，扩散对电荷复合具有不利作用。PV电池的前侧和后侧上的电荷复合可通过使用工业可用的技术和设备用薄层介电材料(例如SiO2、SiNx、SiC)钝化而大大减少(S.W.Glunz等人，“Comparison of different dielectric passivation layers for application in industrially feasible high-efficiency crystalline solar cells”，20th European Solar Conference and Exhibition，6月6-10日，2005，巴塞罗那)。
由于发射极厚度的限制，传统的丝网印刷技术在太阳能电池效率的改进上存在局限性。在丝网印刷指状物烧制过程中，当发射极厚度小于金属糊料的扩散深度时，产生通过p/n结的电分流(electrical shunting)。因此现代丝网印刷技术允许制备具有发射极薄层电阻通常不超过65Ohm/sq的太阳能电池。这对应发射极厚度为大于0.2微米。同时，已知具有大于100Ohm/sq的薄层电阻和小于0.2微米的厚度的发射极提供基本有益的电池效率，主要原因在于蓝色光谱区域中较低的光学损失。具有这些性质的发射极已知为浅结发射极(shallow emitter)。因此，为了提高使用传统丝网印刷金属化的太阳能电池的转化效率，可优化发射极的设计参数，使得在丝网印刷指状物下方发射极厚度足够大，而在光线照射区域发射极厚度则薄得多。具有这些不同厚度的发射极已知为选择性发射极。在选择性发射极中，集电指状物和母线下方区域中足够的发射极厚度和高掺杂剂浓度确保半导体衬底和指状物与母线之间的低电阻电接触，而不会分流p/n结。尽管选择性发射极的使用被证实能够有效改善PV电池的效率，但实践中选择性发射极的实施相当复杂。
另一个改善太阳能电池性能的方法包括回蚀发射极的盲区，在发射极中仅留下掺杂剂浓度减少区。当掺杂剂扩散至材料中时，在半导体材料中形成盲区或掺杂剂浓度相对恒定区。掺杂剂浓度减少区紧邻盲区形成。盲区具有相对高的掺杂剂浓度。在该区中极易发生电荷复合，这是不希望的。因此，本领域中通常试图使用传统蚀刻法除去该区，从而仅留下掺杂剂浓度减少区。传统的回蚀法基于湿蚀刻或涉及高温的等离子体蚀刻方法，其需要昂贵的设备和特定的步骤并且与多晶硅半导体材料不相容。此外，这些方法可导致浓度减少区的部分变薄。因此不能精确控制发射极的厚度，因此在制备中难以达到制造公差。
Ruby等人的名称为“Silicon solar cells made by a self-aligned，selective-emitter，plasma-etchback process”的美国专利5,871,591描述了形成和钝化选择性发射极的方法。该方法使用重掺杂的发射极的等离子体蚀刻来改善其性能。使用丝网印刷的金属图案(也被称作太阳能电池的栅极)以遮蔽等离子体蚀刻，从而仅蚀刻在栅极之间的发射极区域，而栅极下方的区域维持重掺杂以在衬底和丝网印刷的金属栅极之间提供低的接触电阻。该方法可能是低成本方法，因为其不需要使重掺杂区域与丝网印刷图案精密对准。蚀刻发射极之后，通过等离子体增强化学气相沉积来沉积氮化硅，以产生抗反射涂层。然后在合成气中使太阳能电池退火。提出的等离子体回蚀法使发射极表面上掺杂剂浓度大幅降低，由于减少了表面电荷复合，这改善了发射极的掺杂属性并使太阳能电池效率相应改善。虽然该方法允许选择性发射极的制造和太阳能电池效率的提高，其缺点在于不能在回蚀处理之后针对发射极的最终厚度提供足够的控制。该缺点导致制造的PV电池的性质重现性差。
Ruby等人的名称为“Silicon solar cells made by a self-aligned，selective-emitter，plasma-etchback process”的美国专利6,091,021描述了PV电池和制备PV电池的方法，其中使用PV电池的金属化栅极以遮蔽PV电池的部分发射极区域，以允许选择性蚀刻区域。与具有均匀的发射极重掺杂的PV电池相比，自对准的选择性蚀刻允许增强的蓝光响应(blue response)，而在栅极线下方的区域中保留更重的掺杂，这对于低的接触电阻来说是需要的。该方法可代替用于获得选择性蚀刻发射极的难对准的方法，并易于与现存的等离子体处理方法和技术结合。该方法使发射极表面上掺杂浓度大幅降低，由于减少的表面电荷复合，这改善了发射极的掺杂分布并使太阳能电池效率相应改善。然而，所提出的方法同样不能在回蚀处理之后针对发射极的最终厚度提供足够的控制，导致制备的PV电池的性质重现性差。
Horzel等人的名称为“Semiconductor device with selectively diffused regions”的美国专利6,552,414和6,825,104描述了具有两个具有不同掺杂程度的选择性扩散区域的PV电池。使用第一丝网印刷过程将固体基掺杂剂源沉积在衬底上。在特定提供的气氛中使来自掺杂剂源的掺杂剂原子扩散至太阳能电池的前侧中，以产生两个具有不同掺杂剂浓度的区域：掺杂剂源下方的高掺杂剂浓度区域和太阳能电池剩余前侧上的低掺杂剂浓度区域。第二丝网印刷过程沉积精确对准的金属化图案，以确保丝网印刷的指状物和母线与发射极的高掺杂剂浓度区域接触。然而，通过这些方法，非常难以确保发射极性质(特别是选择性浅结发射极区域的厚度)的足够的重现性。
发明内容
根据本发明的一个方面，提供在光伏晶体硅半导体晶片中形成选择性发射极的方法，所述光伏晶体硅半导体晶片具有：前侧面和后侧面、前侧面和后侧面之间的结以及结和前侧面之间的发射极。所述发射极具有扩散的掺杂剂浓度分布，使得发射极具有直接位于前侧面下方的盲区以及邻近盲区的掺杂剂浓度减少区，其中所述盲区中扩散的掺杂剂浓度相对恒定，所述掺杂剂浓度减少区中扩散的掺杂剂浓度减少。所述方法包括：在前侧面上形成掩模以在前侧面上产生遮蔽和未遮蔽区域。所述方法还包括在前侧面的未遮蔽区域电化学形成第一氧化硅层，使得氧化硅层至少延伸至发射极中的盲区。所述方法进一步包括除去掩模，回蚀第一氧化硅层直至基本除去全部第一氧化硅层，和回蚀之后在前侧面上电化学形成第二氧化硅层，使得第二氧化硅层具有足够的厚度以钝化前侧面。
电化学形成第一氧化硅层和第二氧化硅层至少之一可包括使前侧面与电解质的表面电接触，同时在电解质和晶片的后侧面之间施加电势，直至通过晶片的电流符合标准。
电化学形成第一氧化硅层和第二氧化硅层至少之一可包括施加电势直至通过晶片的电流小于参考值。
电化学形成第一氧化硅层可包括将参考值设定为对应氧化硅层的厚度的值，第一氧化硅层的厚度大致对应至少盲区的厚度。
电化学形成第一氧化硅层和第二氧化硅层至少之一可包括随着第一氧化硅层和/或第二氧化硅层的生长改变电势。
改变电势可包括在约20伏特至约500伏特改变电势。
电化学形成第一氧化硅层可包括电化学形成第一氧化硅层直至第一氧化硅层具有约1nm至约500nm的厚度，和其中形成第二氧化硅层包括电化学形成第二氧化硅层直至第二氧化硅层具有约1nm至约30nm的厚度。
根据本发明的另一个方面，提供用作光伏电池的光伏晶体硅半导体晶片的制备方法。所述方法可包括在形成第二氧化物层之后，在前侧面施加抗反射涂层。
所述方法可进一步包括在前侧面和后侧面上形成电接触，其中在前侧面中形成的电接触在半导体晶片被掩模覆盖的区域中形成，在后侧面中形成的电接触均匀贯穿后侧面形成。
形成掩模可包括将糊料印刷至前侧面上。
印刷糊料可包括将糊料印刷成线。
所述方法还可包括在形成抗反射涂层之后，在前侧面和后侧面上形成电接触，其中在前侧面中形成的电接触在发射极被掩模覆盖的区域中形成，在后侧面中形成的电接触均匀贯穿后侧面形成。
根据本发明的另一个方面，提供在具有前侧面和后侧面的晶体硅半导体晶片中形成选择性发射极的方法。所述方法包括在前侧面上形成掩模以在前侧面上产生遮蔽和未遮蔽区域。该方法还包括在前侧面的未遮蔽区域中形成第一氧化硅层，和除去掩模。该方法还包括通过前侧面的预先遮蔽区域和通过第一氧化硅层扩散掺杂剂，使得预先遮蔽区域和第一氧化硅层具有盲区和邻近盲区的掺杂剂浓度减少区，其中所述盲区中扩散的掺杂剂浓度相对恒定，而所述掺杂剂浓度减少区中的扩散的掺杂剂浓度减少。所述方法还包括回蚀氧化硅层直至基本除去全部第一氧化硅层。所述方法还包括在回蚀之后，在前侧面上电化学形成第二氧化硅层，所述第二氧化硅层具有足够的厚度以钝化前侧面。
通过参考下列本发明具体实施方案的说明并结合附图，本发明的其他方面和特征对于本领域技术人员将是明显的。
附图说明
在说明本发明实施方案的图中，图1是表示根据本发明的第一实施方案在光伏晶体硅半导体晶片中形成选择性发射极的方法的示意图，其包括
图1A，其是所述过程原材料的示意图；
图1B，其是图1A的器件在前表面上形成保护条之后的示意图；
图1C，其是图1B的器件上电化学形成第一氧化硅层之后的示意图；
图1D，其是图1C的器件上除去保护条之后的示意图；
图1E，其是图1D所示器件在回蚀图1D所示器件的第一氧化硅层之后的示意图；
图1F，其是图1E所示器件上形成第二氧化硅层之后的示意图；
图1G，其是图1F所示器件上沉积抗反射涂层之后的示意图；
图1H，其是图1G所示器件上形成电接触的示意图；和
图1I，其是具有固定于其上的集电极的图1H所示器件的示意图；
图2是图1B所示器件的示意图，其中穿过图1B所示器件的前侧面以平行线印刷保护条；
图3是图1B所示器件的示意图，其中保护条形成为正方形栅极图案；
图4是图1B所示器件的示意图，其中保护条形成为断裂线段；
图5是用于在图1B所示器件上电化学形成第一氧化硅层和在图1E所示器件上电化学形成第二氧化硅层的电化学浴的示意图；和
图6是在光伏晶体硅半导体晶片(其中尚未形成p/n结)中形成选择性发射极的过程的示意图，其包括
图6A，其示出所述过程的第一步骤，其中将保护条丝网印刷在预掺杂的p型半导体晶片上；
图6B，其显示了在其上电化学形成第一氧化物层之后的图6A所示器件；
图6C，其显示了除去保护条之后的图6B所示器件；
图6D，其显示了进行掺杂过程之后的图6C所示器件，其中n型材料扩散至图6所示器件的前表面中以形成具有高掺杂剂浓度区域和低掺杂剂浓度区域的发射极；
图6E，其是回蚀图6D所示器件的第一氧化硅层之后的图6D所示器件的示意图；
图6F，其是图6E所示器件上形成第二氧化硅层之后的示意图；
图6G，其是图6F所示器件上沉积抗反射涂层之后的示意图；
图6H，其是图6G所示器件上形成电接触的示意图；和
图6I，其是具有固定于其上的集电极的图6H所示器件的示意图。
具体实施方式
参考图1，根据本发明的第一实施方案在光伏晶体硅半导体晶片中形成选择性发射极的方法整体上示于10中。如图1A所示，所述方法的原材料是光伏晶体硅半导体晶片12，其具有前侧面14和后侧面16以及在前侧面与后侧面之间的半导体p/n结18。
首先，晶片由以常见方式掺杂的半导体材料构成，其中，例如晶片的主体部分由p型材料组成，晶片的发射极部分由n型材料组成。发射极位于结18和前侧面14之间。
通常通过将磷扩散至p型半导体晶片中形成发射极。用于将磷扩散至晶片中的扩散过程导致掺杂剂通过前侧面14扩散至主体半导体中，这产生发射极并导致其具有扩散的掺杂剂浓度分布，使得发射极具有直接位于前侧面下方的盲区20和在盲区与结18之间的浓度降低区22。盲区20具有从前侧面14至离前侧面第一距离24的相对恒定的电活性掺杂剂浓度，浓度降低区22具有降低的掺杂剂浓度，其中扩散的掺杂剂浓度从第一距离至结18降低。用上述常见掺杂剂扩散过程形成的发射极通常产生具有约40至50Ohm/sq的薄层电阻和约0.3至约0.5微米的发射极厚度的发射极。
参考图1B，根据本发明的第一实施方案，所述过程的第一步骤是在前侧面14上形成掩模30以在前侧面上产生遮蔽区域32和未遮蔽区域34。在所示的实施方案中，使用丝网印刷或喷墨技术通过在前侧面14上沉积保护条36形成掩模30。例如，适于保护发射极表面不受电化学氧化和抗氢氟酸稳定的真空封蜡(picein wax)或其他蜡基热熔糊料是有利的。用于该目的的合适产品可购自例如美国俄亥俄州的Ferro Corporation。
参考图2，保护条36可穿过前侧面14以平行连续线40排列，每条线具有约100微米至约500微米的宽度。所述线可以约500微米至约5000微米隔开。
参考图3，或者，保护条36可排列为正方形栅极排布42，其具有约500平方微米至约5000平方微米的网格44。
参考图4，在另一可选择的实施方案中，保护条36可以包含多个线段48的平行断裂线46排列，每个片段具有约0.5mm至约4mm的长度以及约0.1mm至约1mm的宽度。这些断裂线46例如可以约1mm至6mm隔开。
参考图1C，所述过程的第二步骤是在前侧面14的未遮蔽区域34电化学形成第一氧化硅层100，使得第一氧化硅层至少延伸至发射极25中限定盲区20端部的第一距离24。
参考图5，通过将前侧面14置于电解质浴112中的电解质110的表面108上从而实现第一氧化硅层的电化学形成。浴112中置有一系列辊(仅示出其中两个，114和116)以支撑半导体晶片12的前侧面14，并将在浴112中传输晶片12。提供多个后侧辊118、120和122以接触晶片12的后侧面16并在浴112中传输晶片12。后侧辊118、120和122与电路124连接，所述电路包含第一导体126和第二导体128、电流表130、电压源132和电极134。电极134位于电解质110中并通过第二导体128与电压源132连接。后侧辊118、120和122通过第一导体与电流表130连接，电流表与电压源132连接，从而形成串联电路。电解质110可包含约0.5克NaNO3、3克H2O和100毫升CH3OH的组合物，并因此是导电性的。
期望的是后侧面16和后侧辊118、120和122之间的接触电阻保持较小。可将铝的薄层(未示出)预先蒸发到后侧面16上，以在后侧面和后侧辊118、120和122之间提供低的接触电阻。
电极134可由铂、石墨、不锈钢、铝或其他提供与后侧面16足够低电阻电接触的材料构成。
为了电化学形成第一氧化硅层100，设置电压源132以在后侧辊118、120和122和电极134之间施加约20伏特至约500伏特的电压。这导致电解质中的水分解为氢离子和氧离子。氧离子在电解质110中的迁移导致晶片12的前侧面14的未遮蔽区域34上氧化硅的电化学氧化，而氢离子的迁移导致电极134的还原。取决于电解质的组成，电化学氧化过程可在低于100℃的相对低温下进行。
氧化硅是具有电阻的绝缘体，该电阻取决于未遮蔽区域34中阳极形成的氧化硅厚度。因此，随着第一氧化硅层形成和生长，其向电路贡献的电阻增加，因此从电压源132流出的电流逐渐降低。因此，需要增加由电压源132提供的电压以保持氧化硅层在未遮蔽区域34的生长，以达到所需的厚度。
盲区20通常具有约30nm至约100nm的厚度，因此，需要控制由电压源132提供的电压以确保氧化硅层100形成为对应盲区厚度的深度。
在未遮蔽区域34中形成的第一氧化硅层100有效地将第一表面的未遮蔽区域34下方的发射极部分转换为氧化硅部分(在此称作第一氧化硅层)。由于通过调节电压源132的电压控制第一氧化硅层100的厚度，以使第一氧化硅层至少延伸至发射极25中的盲区20，第一氧化硅层占据前侧面14的未遮蔽区域34下方的盲区，留下第一氧化硅层和结18之间的具有包含掺杂剂浓度降低的掺杂分布的发射极部分。所述掺杂剂浓度降低区的薄层电阻取决于该区的厚度，并可在80Ohm/sq至约140Ohm/sq的范围内变化。因此，第一氧化物层可在该掺杂剂浓度降低区中延伸以形成具有所需薄层电阻的发射极。
在所示的实施方案中，第一氧化硅层占据盲区，并在其下方留下完整的掺杂剂浓度降低区，由保护条36覆盖的邻近的遮蔽区域持续具有约40Ohm/sq至约50Ohm/sq的薄层电阻。
参考回图1，在特定的图1D中，所述方法的下一步骤是除去掩模30，包括除去保护条36。这可使用有机溶剂例如氯仿或其他氯基有机溶剂溶解保护条36完成。这使得发射极25具有由第一氧化硅层部分142、144分离的具有约40Ohm/sq至50Ohm/sq的薄层电阻的重掺杂区域140，和具有至多约140Ohm/sq的薄层电阻的轻掺杂的小浅结部分146、148。前侧面14通常为平面。
参考图1E，所述过程的下一步骤是回蚀第一氧化硅层100直至基本除去全部第一氧化硅层。这包括使用已知的回蚀工艺，例如包括将晶片12的前侧面14浸入氢氟酸(HF)中的那些工艺，其导致第一氧化硅层100的选择性溶解，而使发射极25的邻近的高掺杂部分140实际上未蚀刻，除了通常存在于任何硅晶体表面上的具有约1nm厚度的非常薄的氧化硅原生层(native layer)保持完整。因此，高掺杂部分140例如邻近并位于轻掺杂部分146和148之上。
所述过程的下一步骤是在上述回蚀步骤之后在前侧面14上电化学形成第二氧化硅层150，以使第二氧化硅层具有足够的厚度以钝化高掺杂部分140和轻掺杂部分146和148。为了电化学形成第二氧化硅层，可将晶片置于图5所示的电解浴112中，并调节电压源132以在高掺杂部分140和轻掺杂部分146、148上生长第二氧化硅层150。
参考图1F，第二氧化硅层150可形成约1nm至约30nm的厚度，该厚度足以钝化高掺杂区域140和轻掺杂部分146、148的外表面。
还参考图1，特别是图1G，所述方法的下一步骤是在第二氧化硅层150上形成抗反射涂层160，例如氮化硅(SiN4)。可使用等离子体增强化学气相沉积或其他已知方法施加SiN4抗反射涂层。
参考图1H，所述方法的下一步骤是分别在前侧面14和后侧面16上形成电接触。使用传统的丝网印刷技术在前侧面14上形成接触162，该技术包含对准丝网印刷的丝网，使得形成接触的糊料位于高掺杂区域140上。可使用替代方法例如金属电镀以在前侧面14中形成接触。可使用传统的丝网印刷法、激光烧制法或具有烧结的铝溅射法在后侧面16中形成接触164。接触在后侧面16上的定位不如前侧面14那么苛刻，但是通常需要使接触均匀穿过后侧面分布。
参考图1I，在前侧面14和后侧面16上形成接触之后，在前侧面施加例如PCT申请号PCT/CA2003/001278中描述的电极163，使得电极上的导体165与前侧面上的接触162欧姆接触，以从其收集电流并向外部电路提供电流。
参考图6，通过应用氧化硅作为扩散阻挡从而在晶体半导体晶片200中形成选择性发射极的方法整体上示于206中。所述过程的第一步骤示于图6A中，在该步骤中，在晶片200的前侧面202上形成掩模208以在前侧面上产生遮蔽区域210和未遮蔽区域212。可以与图1B所描述的相同方式形成掩模208。特别地，将保护条214(与上文描述为36的那些相同)丝网印刷到前侧面202上。
参考图6B，所述过程的下一步骤是在前侧面202的未遮蔽区域212中形成第一氧化硅层216。以与图5所描述的相同方式形成所述第一氧化硅层216。在该实施方案中，第一氧化硅层216形成约1nm至约500nm的厚度，使得该厚度与盲区厚度大致相同，所述盲区在下文描述的后续扩散步骤中在晶片中形成。
所述方法的下一步骤示于图6C中，其涉及以与上文图1D所描述的相同方式除去保护条214。基本上使用有机溶剂溶解保护条214，从而在晶片200上留下通常为平面的前侧面202。
参考图6D，所述过程的下一步骤是使掺杂剂通过前侧面202的预先遮蔽区域210和通过第一氧化硅层216扩散，使得预先遮蔽区域210和第一氧化硅层216分别具有扩散的掺杂剂浓度相对恒定的盲区220和222，和分别具有扩散的掺杂剂浓度减少的区224和226。
参考图6E，所述过程的下一步骤是回蚀第一氧化硅层216直至基本除去全部第一氧化硅层，这以与上文图1E所描述的相同方式进行。基本上使用酸例如氢氟酸(HF)选择性地蚀刻第一氧化硅层216，得到高掺杂剂浓度区域228和低掺杂剂浓度区域230。
所述过程的随后步骤示于图6F至图6I中，且与上文图1F至图1I所示步骤相同。
参考图1I和图6I，在各个实施方案中，高掺杂剂浓度区域140和228具有的厚度大于各个实施方案中的低掺杂剂浓度区域146、148和230的厚度。低掺杂剂浓度区域146、148和230是特别在蓝色光谱区域具有较高量子效率的区域，导致形成的PV电池响应更宽的光能带宽，这增加了PV电池相对于具有更大厚度发射极的PV电池的效率。高掺杂浓度区域140和228具有更大的厚度以容纳电接触162和232(在各个实施方案中)，这避免了形成电接触的电糊料通过半导体结18和225的扩散，并提供支撑电接触所必需的主体。
通过电化学形成各实施方案中的第一氧化硅层100和216以及各实施方案中的第二氧化硅层150和234，可谨慎控制这些层的厚度，以使例如第一氧化硅层100和216仅延伸至如图1所示的实施方案中的发射极25中的盲区或如图6所描述的实施方案中所描述的发射极25中的盲区。通过使用本文所描述的电化学形成法和本文所描述的蚀刻法可选择性地和谨慎地控制发射极厚度，以提供支撑前侧面中的电接触的相对厚的发射极部分和在更宽的光线带宽上提供更好光伏能量形成的相对薄的发射极部分。
使用电化学氧化形成氧化硅层的一个优点在于其可在相对低温下进行，例如低于100℃。这开拓了使用该方法制备单晶硅以及制备多晶PV电池的可能性。
虽然描述并说明了本发明的特定实施方案，这些实施方案仅应被理解为用于说明本发明，不应被理解为限制根据权利要求书所解释的本发明。

Claims (26)

1.一种在光伏晶体硅半导体晶片中形成选择性发射极的方法，所述光伏晶体硅半导体晶片具有：前侧面和后侧面、所述前侧面和后侧面之间的结以及所述结和所述前侧面之间的发射极，其中所述发射极具有扩散的掺杂剂浓度分布，使得所述发射极具有直接位于所述前侧面下方的盲区以及邻近所述盲区的掺杂剂浓度减少区，其中所述盲区中所述扩散的掺杂剂浓度相对恒定，而在所述掺杂剂浓度减少区中所述扩散的掺杂剂浓度减少，所述方法包括：
在所述前侧面上形成掩模以在所述前侧面上产生遮蔽和未遮蔽区域；
在所述前侧面的所述未遮蔽区域电化学形成第一氧化硅层，使得所述氧化硅层至少延伸至所述发射极中的盲区；
除去所述掩模；
回蚀所述第一氧化硅层直至基本除去全部所述第一氧化硅层；和
在所述回蚀之后，在前侧面上电化学形成第二氧化硅层，所述第二氧化硅层具有足够的厚度以钝化所述前侧面。
2.根据权利要求1所述的方法，其中电化学形成所述第一氧化硅层和所述第二氧化硅层至少之一包括使所述前侧面与电解质表面电接触，同时在所述电解质和所述晶片的所述后侧面之间施加电势，直至通过所述晶片的电流符合标准。
3.根据权利要求2所述的方法，其中电化学形成所述第一氧化硅层和所述第二氧化硅层至少之一包括施加所述电势直至通过所述晶片的所述电流小于参考值。
4.根据权利要求3所述的方法，其中电化学形成所述第一氧化硅层包括将所述参考值设定为对应所述氧化硅层的厚度的值，所述第一氧化硅层的厚度大致对应至少所述盲区的厚度。
5.根据权利要求2所述的方法，其中电化学形成所述第一氧化硅层和所述第二氧化硅层至少之一包括随着所述第一氧化硅层和所述第二氧化硅层至少之一的生长改变所述电势。
6.根据权利要求5所述的方法，其中改变所述电势包括在约20伏特至约500伏特之间改变所述电势。
7.根据权利要求1所述的方法，其中电化学形成所述第一氧化硅层包括电化学形成所述第一氧化硅层直至所述第一氧化硅层具有约1nm至约500nm的厚度，其中形成所述第二氧化硅层包括电化学形成所述第二氧化硅层直至所述第二氧化硅层具有约1nm至约30nm的厚度。
8.一种用作光伏电池的光伏晶体硅半导体晶片的制备方法，包括进行如权利要求1至7中任一项所述的方法，还包括在所述前侧面施加抗反射涂层。
9.根据权利要求8所述的方法，还包括在所述前侧面和后侧面上形成电接触，其中在所述前侧面中形成的所述电接触在所述半导体晶片的被所述掩模覆盖的区域中形成，在所述后侧面中形成的所述电接触均匀贯穿所述后侧面形成。
10.根据权利要求1所述的方法，其中形成所述掩模包括将糊料印刷至所述前侧面上。
11.根据权利要求10所述的方法，其中印刷所述糊料包括将所述糊料印刷成线。
12.一种光伏电池的制备方法，包括进行如权利要求1、10或11中任一项所述的方法，还包括在所述前侧面施加抗反射涂层。
13.一种光伏电池的制备方法，包括进行如权利要求8或12所述的方法，还包括在所述前侧面和后侧面上形成电接触，其中在所述前侧面中形成的所述电接触在所述发射极的被所述掩模覆盖的区域中形成，在所述后侧面中形成的所述电接触均匀贯穿所述后侧面形成。
14.一种在具有前侧面和后侧面的晶体硅半导体晶片中形成选择性发射极的方法，所述方法包括：
在所述前侧面上形成掩模以在所述前侧面上产生遮蔽和未遮蔽区域；
在所述前侧面的所述未遮蔽区域中电化学形成第一氧化硅层；
除去所述掩模；
通过所述前侧面的预先遮蔽区域和通过所述第一氧化硅层扩散掺杂剂，使得所述预先遮蔽区域和所述第一氧化硅层具有盲区和邻近盲区的掺杂剂浓度减少区，其中所述盲区中所述扩散的掺杂剂浓度相对恒定，所述掺杂剂浓度减少区中所述扩散的掺杂剂浓度减少；
回蚀所述第一氧化硅层直至基本除去全部所述第一氧化硅层；和
在所述回蚀之后，在所述前侧面上电化学形成第二氧化硅层，所述第二氧化硅层具有足够的厚度以钝化所述前侧面。
15.根据权利要求14所述的方法，其中电化学形成所述第一氧化硅层和所述第二氧化硅层至少之一包括使所述前侧面与电解质表面电接触，同时在所述电解质和所述晶片的所述后侧面之间施加电势，直至通过所述晶片的电流符合标准。
16.根据权利要求15所述的方法，其中电化学形成所述第一氧化硅层和所述第二氧化硅层至少之一包括施加所述电势直至通过所述晶片的所述电流小于参考值。
17.根据权利要求16所述的方法，其中电化学形成所述第一氧化硅层包括将所述参考值设定为对应所述第一氧化硅层的厚度的值，所述第一氧化硅层的厚度大致对应至少所述盲区的厚度。
18.根据权利要求15所述的方法，其中电化学形成所述第一氧化硅层和所述第二氧化硅层至少之一包括随着所述第一氧化硅层和所述第二氧化硅层至少之一的生长改变所述电势。
19.根据权利要求14所述的方法，其中改变所述电势包括在约20伏特至约500伏特之间改变所述电势。
20.根据权利要求14所述的方法，其中电化学形成所述第一氧化硅层包括电化学形成所述第一氧化硅层直至所述第一氧化硅层具有约1nm至约500nm的厚度，和其中形成所述第二氧化硅层包括电化学形成所述第二氧化硅层直至所述第二氧化硅层具有约1nm至约30nm的厚度。
21.一种用作光伏电池的光伏晶体硅半导体晶片的制备方法，所述方法包括如权利要求14至20中任一项所述的方法，还包括在所述前侧面上形成抗反射涂层。
22.根据权利要求21所述的方法，还包括在所述前侧面和后侧面上形成电接触，其中在所述前侧面中形成的所述电接触在所述半导体晶片的被所述掩模覆盖的区域中形成，在所述后侧面中形成的所述电接触均匀贯穿所述后侧面形成。
23.根据权利要求14所述的方法，其中形成所述掩模包括将糊料印刷至所述前侧面上。
24.根据权利要求23所述的方法，其中印刷所述糊料包括将所述糊料印刷成线。
25.一种使半导体晶片适用于光伏发电的方法，所述方法包括如权利要求14、23或24中任一项所述的方法，还包括在所述前侧面上形成抗反射涂层。
26.根据权利要求25所述的方法，还包括在所述前侧面和后侧面中形成电接触，其中在所述前侧面中形成的所述电接触在所述半导体晶片的被所述掩模覆盖的区域中形成，在所述后侧面中形成的所述电接触均匀贯穿所述后侧面形成。
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