[go: up one dir, main page]

CN102893404A - 用于局部高掺杂和接通是太阳能电池或太阳能电池前体的半导体结构的方法 - Google Patents

用于局部高掺杂和接通是太阳能电池或太阳能电池前体的半导体结构的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN102893404A
CN102893404A CN2011800075430A CN201180007543A CN102893404A CN 102893404 A CN102893404 A CN 102893404A CN 2011800075430 A CN2011800075430 A CN 2011800075430A CN 201180007543 A CN201180007543 A CN 201180007543A CN 102893404 A CN102893404 A CN 102893404A
Authority
CN
China
Prior art keywords
layer
semiconductor substrate
doped
solar cell
silicon
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN2011800075430A
Other languages
English (en)
Other versions
CN102893404B (zh
Inventor
多米尼克·苏维托
简·贝尼克
乌尔里希·耶格尔
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Albert Ludwigs Universitaet Freiburg
Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
Original Assignee
Albert Ludwigs Universitaet Freiburg
Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Albert Ludwigs Universitaet Freiburg, Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV filed Critical Albert Ludwigs Universitaet Freiburg
Publication of CN102893404A publication Critical patent/CN102893404A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN102893404B publication Critical patent/CN102893404B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F71/00—Manufacture or treatment of devices covered by this subclass
    • H10F71/121—The active layers comprising only Group IV materials
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F10/00—Individual photovoltaic cells, e.g. solar cells
    • H10F10/10—Individual photovoltaic cells, e.g. solar cells having potential barriers
    • H10F10/11—Photovoltaic cells having point contact potential barriers
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F77/00—Constructional details of devices covered by this subclass
    • H10F77/20—Electrodes
    • H10F77/206—Electrodes for devices having potential barriers
    • H10F77/211—Electrodes for devices having potential barriers for photovoltaic cells
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F77/00—Constructional details of devices covered by this subclass
    • H10F77/30—Coatings
    • H10F77/306—Coatings for devices having potential barriers
    • H10F77/311—Coatings for devices having potential barriers for photovoltaic cells
    • H10F77/315—Coatings for devices having potential barriers for photovoltaic cells the coatings being antireflective or having enhancing optical properties
    • H10P34/42—
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/547—Monocrystalline silicon PV cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Landscapes

  • Photovoltaic Devices (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)

Abstract

本发明涉及一种用于局部高掺杂和接通半导体结构的方法，所述半导体结构是太阳能电池或太阳能电池前体并且具有基区掺杂类型的硅半导体衬底(1)，所述高掺杂和接通以下述方式进行：在半导体衬底的接通面(1a)上的半导体衬底(1)中形成多个基区掺杂类型的局部高掺杂区域并且在接通面(1a)上或者在一个或多个完全或部分覆盖接通面(1a)的中间层上敷镀一个金属的接通层(7)，以便在所述高掺杂区域上在接通层(7)与半导体衬底(1)之间形成导电连接。

Description

用于局部高掺杂和接通是太阳能电池或太阳能电池前体的半导体结构的方法
技术领域
本发明涉及一种根据权利要求1的上位概念所述的用于局部高掺杂和接通半导体结构的方法，所述半导体结构是太阳能电池或太阳能电池前体并且具有基区掺杂类型的硅半导体衬底。
背景技术
在基于硅半导体衬底的光伏太阳能电池中已经研究出许多方法用来一方面在将入射的电磁辐射转换为电能时达到高效率并且另一方面实现低成本的工业生产。尤其是在发射极和由此分离所产生的载流子对的pn结构造在太阳能电池的用于光入射的正面区域上或中的太阳能电池中，基区的电接通通常借助设置在背面的金属的接通层来进行，所述接通层与半导体衬底导电连接。其中，要达到高效率，有效的背面钝化、即尤其是在半导体衬底的背面的表面区域中实现少数载流子的低表面复合速度以及实现低接触电阻的接通，就具有重要意义。
已知这样的太阳能电池结构，其中，半导体衬底的背面基本上整面地被氮化硅或二氧化硅层覆盖，从而实现了低表面复合速度。仅在点接触上钝化层点状断开并形成与金属接通层的导电连接。通过在点接触区域中的局部高掺杂实现效率的提高，因为通过局部高掺杂可降低背面的复合并且附加地减小金属的接通层与半导体衬底之间的接触电阻。这种太阳能电池结构例如是PERL结构(钝化发射极passivated emitter，rear locally defused)，如J.Benick，B.Hoex，G.Dingemans，A.Richter，M.Hermle和S.W.Glunz在“具有正面硼发射极的高效n型硅太阳能电池”，24届欧洲光伏太阳能会议记录(德国汉堡)，2009中所说明的。这种允许背面接通以便达到高效率的结构在制造时除了附加的用于实现高掺杂区域的扩散外还需要几个额外的光刻步骤，因而这种太阳能电池结构的工业实施并不实用或至少意味着非常高的成本。
一种背面上复合速度较低的太阳能电池结构可由HIT结构来实现，其与PERL结构相比能够实现更加简单的工业实施。在EP 1 187 223A2和M.Taguchi，Y.Tsunomura，H.Inoue，S.Taira，T.Nakashima，T.Baba，H.Sakata和E.Maruyama的“薄(＜10μm)硅晶片上的高效HIT太阳能电池”，24届欧洲光伏太阳能会议记录(德国汉堡)，2009中介绍了所述HIT结构。在HIT太阳能电池的背面上构造异质结，其方式是：在硅半导体衬底的背面上镀敷一个层结构，其包括一个薄的非晶硅本征层、一个薄的非晶硅掺杂层和一种透明的传导的氧化物。非晶硅本征层确保背面的高效钝化，进而确保了少数载流子的低复合速度。但同时该层必须足够薄，以便能够通过通道过程使得载流子被传送进入位于其上的非晶硅掺杂层中。由此，对非晶硅层的层厚度和质量的要求、特别是在镀敷所述层时对层厚度以及材料质量的精确度方面的要求非常高。只有确保了这些高要求，才可借助该太阳能电池设计方案实现高效率。
发明内容
因此，本发明的根本任务在于提供一种用于局部高掺杂和接通半导体结构的方法，所述半导体结构是太阳能电池或太阳能电池前体并且具有基区掺杂类型的硅半导体衬底。该方法拟实现半导体结构的局部高掺杂和接通，该半导体结构能够制造高效率的太阳能电池，此外与已知的方法相比技术投入较低，由此可在工业上得以实施且成本较低。
该任务通过根据权利要求1的方法得以解决。所述方法的优选构型在权利要求2至15中给出。
根据本发明的方法用于局部高掺杂和接通半导体结构，所述半导体结构是太阳能电池或太阳能电池前体。所述半导体结构具有基区掺杂类型的硅半导体衬底。掺杂类型在此是指n型掺杂或与此相反的p型掺杂。根据本发明的方法既可用于具有n型掺杂基区的太阳能电池，又可用于具有p型掺杂基区的太阳能电池。
高掺杂和接通以下述方式进行：在半导体衬底的接通面上的半导体衬底中制造多个基区掺杂类型的局部高掺杂区域并且在接通面上或者在一个或多个完全或部分覆盖接通面的中间层上镀敷一个金属的接通层，以便在所述高掺杂区域上在接通层与半导体衬底之间形成导电连接。
重要的是，根据本发明的方法包括下述步骤：
在方法步骤A中形成一个覆盖半导体衬底的接通面的层结构。所述层结构包括一个掺杂层，其含有基区掺杂类型的掺杂物。所述掺杂层构造为非晶硅层或碳含量小于10原子百分比(at％)的非晶碳化硅层。因此，非晶掺杂层的主要组成成分是硅以及基区掺杂类型的掺杂物和/或碳。
原子百分比的说明在此以及在后文中-如同其在该领域中通常所表示的-总是指晶体硅的参考原子密度(100at％)，因为不知道沉积层的准确的原子密度。
此外，层结构还包括一个反射层。这样构造该反射层，使得其至少在800nm和1200nm之间的波长范围内具有小于半导体衬底折射率nHS的折射率nR。
从半导体衬底的接通面起，在层顺序中掺杂层位于反射层前面。
在方法步骤B中，在多个区上对层结构和位于其下的半导体衬底的表面进行局部加热，以便形成局部高掺杂区域。这样进行局部加热：在局部加热的区域上分别局部地形成至少由层结构的掺杂层和接通面上的半导体衬底的部分区域构成的熔化混合物。在该熔化混合物冷却和凝固时，在接通面上的半导体衬底中形成至少由掺杂层的掺杂物相对于半导体衬底的基区掺杂更重掺杂的高掺杂区域。
在方法步骤C中镀敷一个金属的接通层，以便在高掺杂区域上在半导体衬底与接通层之间形成导电连接。
因此由根据本发明的方法所形成的局部高掺杂和接通的优点在于：通过在接通面上镀敷层结构来进行半导体衬底的接通面的电钝化，进而由此实现了接通面上表面复合速度的降低。此外，通过掺杂层的局部熔化可在多个区域上进行半导体衬底的局部高掺杂，其中，电接通通过在高掺杂区域上在半导体衬底与接通层之间形成导电连接来进行，由此，如上所述地进一步降低了接通面上的总复合以及接通面上的总接触电阻。此外还具有如下优点：在反射层和金属的接通层的共同作用下至少在800nm至120nm之间的波长范围内实现了接通面上的反射增强，使得尤其是该波长范围中的电磁辐射被反射回半导体衬底中，另由此进一步提高太阳能电池的光效率及其效率。
根据本发明的方法的优点还在于：无需光刻步骤，并且可采用已知的、可工业实施的方法来实施根据本发明的方法。
所述层的镀敷可整面地进行，由此尤其是无需任何高成本的掩蔽步骤。此外，能够通过已知的方法、尤其是CVD(化学气相沉积法)、如PECVD(等离子体增强化学气相沉积法)或通过PVD(物理气相沉积法)、如溅射来制造所述层，为此已经存在用于工业实施的装置和工艺参数。
尤其是层结构的局部加热构成了一个成本低廉且可以简单方式实现工业实施的用于形成局部高掺杂的方法步骤。
已知通过借助激光器的局部加热来形成局部接通。这种方法例如如专利文献DE 100 46 170A1和E.
Figure BDA00001941165600041
R.Preu，R.Lüdemann和S.W.Glunz在“激光背接触晶体硅太阳能电池”太阳能光伏：研究与应用，卷10，第29-34页，2002以及S.W.Glunz，E.
Figure BDA00001941165600042
D.Kray，A.Grohe，H.Kampwerth，R.Preu和G.Willeke在“激光接触p型和n型衬底上的太阳能电池”，19届欧洲光伏太阳能会议记录(法国巴黎)，第408-411页，2004中所述。其中所介绍的方法可用于根据本发明的方法的步骤B中以形成局部高掺杂区域，因此在此也可使用已建立的、可工业应用的方法。但是与已知的用于形成局部接通的方法不同的是，在根据本发明的方法中不通过局部加热进行接通。在方法步骤B中，仅有局部高掺杂是通过局部产生由层结构的所述层和半导体衬底的部分区域构成的熔化混合物而形成。
接着，在方法步骤C中以下述方式进行接通：优选在层结构上整面地敷镀金属的接通层。由此在高掺杂区域中在半导体衬底与接通层之间形成导电连接。
接通面上的总复合的进一步降低在根本发明的方法的一种优选实施方式中以下述方式实现：在方法步骤A中，所述层结构另具有一个硅含量至少为90at％的非晶钝化层。所述钝化层不含基区掺杂类型的掺杂物或仅含有浓度可忽略的小于1x1019cm-3的这种掺杂物。此外，钝化层在层顺序中构造为比掺杂层更靠近接通面。优选钝化层直接和/或整面地镀敷在半导体衬底的接通面上。
因此实现了接通面的特别有效的钝化，进而实现接通面上的半导体衬底的特别高的电气质量，从而进一步提高了效率。在该优选实施方式中，通过绝缘层基本上确保了半导体衬底接通面上的低表面复合速度，通过掺杂层能够在方法步骤B中形成局部高掺杂区域，并且通过反射层尤其在800nm至1200nm之间的波长范围内提高了接通面的光学质量。
根据本发明的方法的另一优点在于：所有在方法步骤A中被镀敷的层均可保留在太阳能电池上，因此无须在技术投入大和/或会给半导体衬底中带来杂质或缺陷的其他方法步骤中再次被去除。由此进一步减少了制造方法的成本且同时避免了可能损害太阳能电池效率的缺陷来源。
申请人的研究表明，钝化层优选具有5nm至100nm之间、优选30nm至50nm之间的厚度。由此实现了镀敷层结构所需的总过程时间与钝化效果之间的优化。
钝化层特别优选构造为碳含量优选为小于10at％的碳化硅层(SiCx)。由此达到极好的钝化效果。
此外，申请人的研究表明，掺杂层具有10nm至100nm之间、优选30nm至50nm之间的厚度。由此实现形成局部高掺杂区域时的掺杂效果与制造层结构时的极短的过程持续时间之间的优化。优选掺杂层含有浓度大于1x1020cm-3的掺杂物。
掺杂层的主要功能在于提供用于掺杂高掺杂区域的掺杂物。对于掺杂过程而言有利的是，在熔化期间在掺杂层和半导体衬底的熔化的部分区域之间发生液-液扩散，因为由此可特别迅速且有效地掺杂半导体衬底的熔化的部分区域。为此掺杂层的较低的熔点尤为有利，优选掺杂层具有大约半导体衬底的熔点。
向掺杂层中添加碳会提高熔点。因此对于实现液-液扩散有利的是掺杂层不含碳。但不含碳的掺杂层的缺点是，在例如被加热到约400℃时不稳定。然而常常在敷镀接通层之后采用具有这样温度的方法步骤来改善接触特性(所谓的“温度步骤”)。
因此优选掺杂层具有较小的碳含量，使得一方面掺杂层的熔点仅略微升高且由此如上所述确保液-液扩散并且同时在加热到400℃时、尤其是在温度步骤中是稳定的。
因此掺杂层优选构造为含碳的碳化硅层，其中碳含量优选在1at％至10at％之间、尤其优选在2at％至10at％之间的范围中。
反射层优选构造为含硅的非晶层、例如氧化硅和氮化硅，其优点在于：这样的层在工艺技术上制造简单。反射层构造为氧化铝层或二氧化钛层或氟化镁层也属于本发明的范畴。
此外，申请人的研究表明，反射层优选具有50nm至300nm之间、优选100nm至300nm之间的厚度。由此实现了一方面光学质量的提高与另一方面制造层系统总过程时间的减少之间的优化。
反射层特别优选构造为碳化硅层。反射层优选具有大于40at％、尤其是大于50at％的碳含量。反射层的碳含量构成关于所产生的反射层折射率的重要的参数。通过所述的有利的碳含量实现了800nm至1200nm之间的波长范围内小于2.5的折射率nR。由此在该波长范围内达到了比(不含碳的)硅的折射率更小的折射率并确保了半导体衬底接通面上光学质量的提高。
优选反射层至少在800nm至1200nm之间的波长范围内具有小于2.5且大于1的折射率nR，以便达到上述光学质量。
为了达到尤其是在半导体衬底接通面上表面复合速度方面最佳的电气质量，优选在方法步骤A之前至少对半导体衬底的接通面进行清洗，从而消除可能的杂质和少量的晶格缺陷。为此尤其适用湿化学清洗。
在根据本发明的方法中，优选在方法步骤A中借助低温工艺在低于300℃的温度下制造所有层。因此根据本发明的方法也可用于例如在半导体衬底的与接通面相反的一侧上具有异质结构的太阳能电池结构。超过所述极限温度的方法步骤会损坏异质结构。在方法步骤A中，可借助已知的方法、尤其是借助PECVD在小于上述极限温度的温度下敷镀上述用于形成层系统的各个层。因此根据本发明的方法尤其适合于制造高效的、具有所谓的异质发射极的硅太阳能电池，所述异质发射极是通过敷镀一个具有与基区掺杂类型相反的掺杂类型的掺杂层而产生的发射极。
但根据本发明的方法也可用于具有一个或多个借助扩散在半导体衬底中产生的发射极的太阳能电池结构。
在方法步骤A中，层结构优选通过PECVD来制造，因为在此可使用现有的用于工业应用的设备和现有的用于制造所述层的工艺参数。在此优选通过在沉积过程期间添加掺杂气体、特别优选通过添加磷化氢气体来制造掺杂层或含有其它掺杂物的层。
在方法步骤B中优选通过激光器并且特别优选根据DE 100 46 170A1和E.
Figure BDA00001941165600071
R.Preu，R.Lüdemann和S.W.Glunz的“激光背接触晶体硅太阳能电池”太阳能光伏：研究与应用，卷10，第29-34页，2002以及在S.W.Glunz，E.D.Kray，A.Grohe，H.Kampwerth，R.Preu和G.Willeke的“激光接触p型和n型衬底上的太阳能电池”，19届欧洲光伏太阳能会议记录(法国巴黎)，第408-411页，2004来进行局部加热。
优选加热通过脉冲激光器来进行，因为由此可达到充分的加热以形成熔化混合物。激光器的波长优选小于1200nm，因为在更长的波长下，硅中的吸收急剧减少并且不再进行熔化，而会进行所述层的烧蚀。
尤为有利的是使用这样的激光器，其通过镜系统依次偏转到接通面的不同点上以形成高掺杂区域。在此可使用现有的具有压电转向镜的装置，从而可在不长的过程时间内在接通面上形成许多高掺杂区域。
根据本发明的方法原则上可用在太阳能电池或太阳能电池前体的正面和/或背面上。当该方法用在太阳能电池的正面上时，则这样敷镀金属层，使得其仅局部地至少在高掺杂区域中覆盖正面，由此电磁辐射可在未被金属层覆盖的区域中进入半导体衬底中。将根据本发明的方法用在太阳能电池或太阳能电池前体的背面则尤为有利。尤其是在背面上的上述波长范围中的光学质量具有重要意义，因为硅在该波长范围中与纯半导体相比具有较小的吸收，因此该波长范围中的大部分电磁辐射可穿过半导体衬底并且由此会通过借助反射层和金属层的相互作用来反射该波长范围中的辐射而提高总吸收量。
因此优选接通面为在太阳能电池运行时背离电磁辐射的入射的背面。
根据本发明的方法原则上既可用于具有n型基区掺杂的太阳能电池，又可用于具有p型基区掺杂的太阳能电池。但尤其是具有n型基区掺杂的硅太阳能电池在工业生产方面具有巨大潜力。n型掺杂硅比p型掺杂硅在材料特性方面具有固有优势：不存在掺杂物-氧-复合物(Dotierstoff-Sauerstoff-Komplexen)的形成所带来的退化作用。因此无论是浮区硅、还是丘克拉斯基硅中的少数载流子的寿命与p型掺杂的硅相比都要更长。此外，n型掺杂硅相对于杂质如铁在使用寿命方面的耐久性比p型掺杂硅要高。另外，n型掺杂硅的特点还在于，在相同的掺杂浓度下具有更强的传导性，这尤其使n型掺杂中的高掺杂区域的效率比p型掺杂中的高掺杂区域的效率要高。因此，太阳能电池生产中的最高效率在目前要基于具有n型基区掺杂的太阳能电池来实现。
根据本发明的方法因此优选在n型基区掺杂下使用。
反射层如上所述首先满足这样的功能：在与金属层的共同作用下至少在红外范围中(在800nm至1200nm之间)引起反射。反射层也具有浓度大于1020cm-3的掺杂物。由此实现这样的优点，即，在熔化期间在掺杂物从掺杂层扩散出时没有或者只有较少的掺杂物熔析到反射层中，因此掺杂层的掺杂物基本上扩散到高掺杂区域中。
掺杂层和/或钝化层构造为含硅的非晶层。这种非晶层在相邻的半导体衬底接通面的表面复合方面具有良好的电钝化特性。钝化效果随层厚度的增加而增强。但是，非晶硅层相对于晶体硅而言具有明显更低的电传导性，因此在垂直于接通表面的电流下，电传导电阻也随着层厚度的增加而增大。但这在根据本发明的方法中并不是缺点，因为载流子的输出主要通过高掺杂区域和连接在其上的与接通层的点接触进行。因此在根据本发明的方法中可针对钝化效果对层厚度进行优化，相反不会产生由电传导电阻引起的缺点。由此优选掺杂层和/或钝化层具有至少为30nm、尤其是至少为50nm的厚度，因为设有所述最小厚度的非晶硅层具有极好的电钝化特性。
附图说明
下面借助附图和一种实施例详细说明根据本发明的方法的其它优选特征和方案。附图如下：
图1为根据本发明的用于局部高掺杂和接通硅晶片背面的方法的一种实施例的方法步骤0和A；
图2为该实施例的方法步骤B和C。
具体实施方式
在图1和2中示出根据本发明的用于局部高掺杂和接通半导体结构的方法的一种实施例，所述半导体结构是硅太阳能电池前体。在所有附图中使用同样的附图标注表示相同的元件。
构造为硅晶片的半导体衬底1具有均一的、掺杂物浓度为5x1015cm-3的掺杂。因此待制造的太阳能电池为n型硅太阳能电池。
在所有于附图中示出的示意图中仅示出半导体结构的局部，所述半导体结构分别向左和向右延伸。为了更好地进行说明，示意图未按比例显示、尤其是在高度和宽度的比例方面。
半导体衬底1具有接通面1a，该接通面是半导体衬底的背面。在完成的太阳能电池中，在运行时通过与接通面1a相反的正面1b为半导体衬底1加载电磁辐射。
在方法步骤0中，首先进行接通面1a的清洗。清洗以公知的RCA清洗方式进行，如在W.Kern、D.Puotinen的“硅半导体技术中应用的基于过氧化氢的清洁方案”，RCA评论187(1970年6月)中所描述的且优选包括以下步骤：-用氢氧化铵、过氧化氢、纯水按1∶1∶5至1∶2∶7的比例清洗，然后-用盐酸，双氧水、纯水按1∶1∶6至1∶2∶8的比例清洗。
接着在方法步骤A中沉积层结构。
该层结构包括钝化层2、掺杂层3和反射层4。
所有三个层均借助PECVD沉积并且构造为非晶碳化硅层。这些层尤其是在碳和掺杂物的含量方面有所区别：
首先，借助PECVD将钝化层2作为非晶碳化硅层沉积出。层厚度优选在5nm至50nm之间，在图中所示的实施例中，层厚度为20nm。钝化层2为本征层、即其不含基区掺杂类型的掺杂物(在此情况下不含n型掺杂物)。此外，钝化层构造为富硅层并具有超过90at％的硅含量。钝化层不含碳属于本发明的范畴，在图中所示的实施例中，掺杂层的硅含量为95at％。
钝化层2引起半导体衬底1的接通面1a的表面缺陷饱和，从而有效降低了接通面上的表面复合速度并由此形成与半导体衬底1的接通面1a上的复合特性相关的电气高质量。
然后，沉积掺杂层3。掺杂层3也构造为富硅的非晶碳化硅层并且具有大于90at％的硅含量。其中，掺杂层3不含碳也属于本发明的范畴。在当前实施例中，掺杂层的硅含量为95at％。
掺杂层3具有基区掺杂类型的掺杂物的高掺杂、优选掺杂浓度大于1020cm-3。在当前实施例中，掺杂层3通过浓度为8x1020cm-3的磷增强。该掺杂进行的方式是：在借助PECVD的沉积中在沉积过程期间将一种掺杂气体、在当前实施例中即为磷化氢添加到前驱气体中。
掺杂层3一方面用作用于在后续的方法步骤中形成局部高掺杂区域的掺杂物源，另一方面掺杂层3与钝化层2结合通过降低接通层上的复合速度提高了半导体衬底1接通面1a的电气质量。
尤其需要将掺杂层3构造为硅含量大于90at％的富硅层，因为与碳含量较高以及因此硅含量较低的层相比，富硅层具有较低的熔点。通过尤其是将掺杂层3以及额外地将钝化层2构造为富硅层，硅以及位于其上的富硅层就在后述的局部加热期间局部熔化，从而尤其会从掺杂层3发生掺杂物的液-液扩散并由此确保快速的扩散，以此形成不易出现缺陷的高掺杂区域。因此优选掺杂层和/或钝化层设有低于10at％的碳含量、特别优选这两个层的碳含量均低于10at％。
掺杂层3优选具有10nm至100nm之间的层厚度。在当前实施例中，掺杂层的层厚度为50nm。
接下来沉积反射层4。反射层4同样构造为非晶碳化硅层并且具有优选50nm至300nm之间的层厚度。在当前实施例中，反射层的层厚度为100nm。与掺杂层3和钝化层2相反，反射层4中碳含量选择得较高。相应地反射层4的硅含量优选低于40at％、特别优选低于50at％。在当前实施例中，反射层的硅含量约为40at％并且反射层的碳含量约为60at％。原因在于，反射层的光学折射率主要取决于碳含量，并且反射层4的折射率nR小于半导体衬底1的折射率、尤其是优选小于2.5，以便尤其是在800nm至1200nm的波长范围内实现背面的光学高质量。
在当前实施例中，折射率nR在1.8至2.3之间的范围中。
反射层4的首要功能在于：在与下面的接通层的共同作用下改善红外范围中的、尤其是800nm至1200nm波长范围中的反射特性，使得该波长范围中的电磁辐射被反射并因此提高半导体衬底1中的光学的光效率，进而提高太阳能电池的效率。
优选反射层4另具有基区掺杂类型的掺杂物，使得反射层用作用于形成高掺杂区域的附加的掺杂物源和/或防止掺杂物从掺杂层熔析到反射层中。在当前实施例中，通过在沉积反射层4的过程期间如上所述地添加磷化氢气体实现反射层4中约5x1020cm-3的磷浓度。
在图1A中示出具有在方法步骤A中制造的层结构的半导体衬底1。
接着，在方法步骤B中，在多个区域中对层结构和位于其下的半导体衬底的表面进行局部加热，以便形成局部高掺杂区域。在图2中以子图B和C分别示出一个这样的高掺杂区域6。
通过借助激光器的局部加热来形成高掺杂区域，所述激光器优选为脉冲激光器。在图2B中示意性示出激光脉冲5。
借助激光器的局部加热导致钝化层2、掺杂层3以及接通面1a上的半导体衬底1的部分区域局部熔化。与其余层相比，富碳的反射层由于更高的熔点而通过局部加热被烧蚀。
掺杂物从掺杂层3分离到熔化混合物中并且在当前实施例中掺杂物也从反射层中分离到熔化混合物中，使得在熔化混合物凝固后形成如图2B和2C所示的高掺杂区域6。通过短时间的局部加热也会出现少量的材料耗损，由此凝固的熔化混合物与包围所述凝固的熔化混合物的反射层4相比约具有更深的表面，如图2B所示。
因此在方法步骤B中，在半导体衬底1的接通面1a上会形成局部高掺杂6，从而能够接通半导体衬底，与无高掺杂区域的情况下的接通相比，在所述接通中一方面基于高掺杂而确保了较低的接触电阻，另一方面也改善了尤其是接通区域上、尤其是高掺杂区域中的复合特性。从而进一步提高了太阳能电池的总效率。
然后，在方法步骤C中敷镀金属的接通层7。这优选通过将金属层整面地敷镀到层结构的最下层、在当前实施例中即敷镀到反射层4上来进行。其中，接通层7与高掺杂区域6之间产生导电接触。
接通层7的敷镀可以公知的方式进行、例如通过接通层的气相喷镀。在本发明的范畴中，也可使用硅太阳能电池中已知的用于背面接通的金属化方式、尤其是设置铝制接通层。将接通层7构造成一个具有多个不同金属层的层系统也属于本发明的范畴。
在当前实施例中，接通层7构造为铝层并且借助气相喷镀来敷镀。
优选在接下来的烧结步骤、即温度步骤中，在300℃至450℃之间的温度下在高掺杂区域6上改善接通层7与半导体衬底1的电接触的形成。
钝化层2、掺杂层3和反射层4的敷镀如上所述地借助PECVD并且以公知的方式在低压环境中进行。借助PECVD来敷镀所述层对于技术人员而言是已知的，如“等离子体放电和材料加工原理”，M.A.Lieberman，A.J.Lichtenberg，JohnWiley & Sons有限公司中所述。
在方法步骤B中借助激光器的局部加热优选如上所述地按已知的、用于借助通过激光器的局部加热形成点接触的方法来进行。具有1ns至5μs之间的脉冲持续时间的激光器的光脉冲尤其适用于根据本发明的方法，以便尽可能小地保持相邻材料层的热负荷，但同时长时间保持热效应，以确保层系统和硅熔化直到从大约100nm至几个μm的深度、优选0.1μm至10μm之间的深度。200至1200nm范围中的波长适合用作过程波长。作为激光器优选使用相应脉冲的固体激光器(例如Nd:YAG激光器、Yb:YAG激光器、纤维激光器或纤维放大器)，其激光束借助转向镜被偏转到用于形成高掺杂区域的相应点上。由此可以在短时间内依次形成许多高掺杂区域，因为在一个用于形成高掺杂区域的点上只需要激光器的极短的作用时间。
如上所述，根据本发明的方法既可用于具有扩入的发射极的太阳能电池，又可用于具有通过异质结构形成的发射极(发射极通过施加具有与半导体衬底的掺杂相反的掺杂来形成)的太阳能电池。
由于根据本发明的方法的所有步骤均为低温步骤并且因此半导体结构并未整个被加热到大于450℃的温度(必要时除了高掺杂区域上的局部加热之外)，所以根据本发明的方法能够毫无问题地实施于现有的用于制造太阳能电池的方法中。发射极的形成优选在实施方法步骤A、B和C之前进行。

Claims (15)

1.一种用于局部高掺杂和接通半导体结构的方法，所述半导体结构是太阳能电池或太阳能电池前体并且具有基区掺杂类型的硅半导体衬底(1)，所述高掺杂和接通以下述方式进行：在半导体衬底的接通面(1a)上的半导体衬底(1)中形成多个基区掺杂类型的局部高掺杂区域并且在接通面(1a)上或者在一个或多个完全或部分覆盖接通面(1a)的中间层上敷镀一个金属的接通层(7)，以便在所述高掺杂区域上在接通层(7)与半导体衬底(1)之间形成导电连接，其特征在于，所述方法包括下述步骤：
A、制造一个覆盖半导体衬底接通面(1a)的层结构，包括：
一个掺杂层(3)，其含有基区掺杂类型的掺杂物并且构造为非晶硅层或碳含量小于10at％的非晶碳化硅层；和
一个反射层(4)，其至少在800nm和1200nm之间的波长范围中具有小于半导体衬底折射率nHS的折射率nR，
其中，掺杂层(3)在层顺序中构造为比反射层(4)更靠近接通面(1a)，
B、在多个区上对层结构和位于其下的半导体衬底的表面进行局部加热，以便形成局部高掺杂区域，其中所述局部加热这样进行：在局部加热的区域上分别局部地形成至少由掺杂层(3)和接通面(1a)上的半导体衬底的部分区域构成的熔化混合物，在该熔化混合物凝固时在接通面(1a)上的半导体衬底(1)中形成至少由掺杂层(3)的掺杂物更强掺杂的高掺杂区域(6)，和
C、敷镀一个金属的接通层(7)，以便在高掺杂区域(6)上在半导体衬底(1)与接通层(7)之间形成导电连接。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在方法步骤A中，所述层结构另具有一个硅含量至少为90at％的非晶钝化层(2)，所述钝化层(2)不含基区掺杂类型的掺杂物或仅含有浓度小于1x1019cm-3的这种掺杂物并且所述钝化层(2)在层顺序中构造为比掺杂层(3)更靠近接通面(1a)。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述钝化层(2)具有5nm至100nm之间、优选30nm至50nm之间的厚度。
4.根据权利要求2至3中任一项所述的方法，其特征在于，所述钝化层(2)构造为含碳的碳化硅层，尤其是所述层具有1at％至10at％之间的碳含量。
5.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述掺杂层(3)具有10nm至100nm之间、优选30nm至50nm之间的厚度。
6.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述掺杂层(3)构造为含碳的碳化硅层，尤其是所述层具有1at％至10at％之间的碳含量。
7.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述反射层(4)具有50nm至300nm之间、优选100nm至300nm之间的厚度。
8.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述反射层(4)构造为含碳的碳化硅层，尤其是所述层具有大于40at％、优选大于50at％的碳含量。
9.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述反射层(4)至少在800nm和1200nm之间的波长范围内具有小于2.5且大于1的折射率nR。
10.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在方法步骤A之前至少对半导体衬底的接通面(1a)进行清洗、优选湿化学清洗。
11.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在方法步骤A中借助低温工艺在小于300℃的温度下来制造所有层。
12.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在方法步骤A中通过PECVD(等离子体增强化学气相沉积法)来制造所述层结构。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，在方法步骤A中通过在沉积过程期间添加掺杂气体、优选通过添加磷化氢气体来制造一个或多个含有掺杂物的层。
14.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在方法步骤B中借助激光器进行局部加热。
15.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述接通面(1a)为在太阳能电池运行时背离电磁辐射入射的背面。
CN201180007543.0A 2010-01-29 2011-01-18 用于局部高掺杂和接通是太阳能电池或太阳能电池前体的半导体结构的方法 Expired - Fee Related CN102893404B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102010006315A DE102010006315B4 (de) 2010-01-29 2010-01-29 Verfahren zur lokalen Hochdotierung und Kontaktierung einer Halbleiterstruktur, welche eine Solarzelle oder eine Vorstufe einer Solarzelle ist
DE102010006315.0 2010-01-29
PCT/EP2011/000180 WO2011091959A2 (de) 2010-01-29 2011-01-18 Verfahren zur lokalen hochdotierung und kontaktierung einer halbleiterstruktur, welche eine solarzelle oder eine vorstufe einer solarzelle ist

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN102893404A true CN102893404A (zh) 2013-01-23
CN102893404B CN102893404B (zh) 2015-11-25

Family

ID=44315968

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201180007543.0A Expired - Fee Related CN102893404B (zh) 2010-01-29 2011-01-18 用于局部高掺杂和接通是太阳能电池或太阳能电池前体的半导体结构的方法

Country Status (7)

Country Link
US (1) US8900908B2 (zh)
EP (1) EP2529405A2 (zh)
CN (1) CN102893404B (zh)
DE (1) DE102010006315B4 (zh)
MY (1) MY157451A (zh)
SG (1) SG182762A1 (zh)
WO (1) WO2011091959A2 (zh)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106784047A (zh) * 2016-12-30 2017-05-31 苏州阿特斯阳光电力科技有限公司 一种局部掺杂晶体硅太阳能电池的制备方法及其制得的电池
CN108447918A (zh) * 2018-03-29 2018-08-24 晶澳（扬州）太阳能科技有限公司 一种钝化接触多晶硅薄膜的掺杂结构及其制备方法
CN109983584A (zh) * 2016-11-25 2019-07-05 荷兰应用自然科学研究组织 Tno 具有钝化接触的光伏电池
CN110148636A (zh) * 2018-11-27 2019-08-20 晶澳（扬州）太阳能科技有限公司 一种太阳能电池及其制备方法、光伏组件
CN112736150A (zh) * 2021-01-07 2021-04-30 中国科学院深圳先进技术研究院 一种铜铟镓硒薄膜太阳能电池及其制备方法

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102010024308A1 (de) * 2010-06-18 2011-12-22 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Verfahren zur Erzeugung einer selektiven Dotierstruktur in einem Halbleitersubstrat zur Herstellung einer photovoltaischen Solarzelle
DE102012203445A1 (de) * 2012-03-05 2013-09-05 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Verfahren zum Erzeugen eines Dotierbereiches in einer Halbleiterschicht
CN104752562A (zh) * 2015-03-17 2015-07-01 晶澳（扬州）太阳能科技有限公司 一种局部硼背场背钝化太阳能电池的制备方法
DE102019111061A1 (de) * 2019-04-29 2020-10-29 Meyer Burger (Germany) Gmbh Herstellungsverfahren von Silizium-Heterojunction-Solarzellen mit Stabilisierungsschritt und Fertigungslinienabschnitt für den Stabilisierungsschritt

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6429037B1 (en) * 1998-06-29 2002-08-06 Unisearch Limited Self aligning method for forming a selective emitter and metallization in a solar cell
US20040097062A1 (en) * 2000-09-19 2004-05-20 Ralf Preu Method of producing a semiconductor-metal contact through a dielectric layer
EP1993143A1 (de) * 2007-05-14 2008-11-19 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Halbleiterbauelement, Verfahren zu dessen Herstellung und dessen Verwendung
CN101632180A (zh) * 2007-02-08 2010-01-20 无锡尚德太阳能电力有限公司 混合硅太阳电池及其制造方法

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3490964B2 (ja) * 2000-09-05 2004-01-26 三洋電機株式会社 光起電力装置
EP1993142A1 (de) 2007-05-14 2008-11-19 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Reflektiv beschichtetes Halbleiterbauelement, Verfahren zu dessen Herstellung sowie dessen Verwendung
US7763535B2 (en) * 2007-08-30 2010-07-27 Applied Materials, Inc. Method for producing a metal backside contact of a semiconductor component, in particular, a solar cell

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6429037B1 (en) * 1998-06-29 2002-08-06 Unisearch Limited Self aligning method for forming a selective emitter and metallization in a solar cell
US20040097062A1 (en) * 2000-09-19 2004-05-20 Ralf Preu Method of producing a semiconductor-metal contact through a dielectric layer
CN101632180A (zh) * 2007-02-08 2010-01-20 无锡尚德太阳能电力有限公司 混合硅太阳电池及其制造方法
EP1993143A1 (de) * 2007-05-14 2008-11-19 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Halbleiterbauelement, Verfahren zu dessen Herstellung und dessen Verwendung

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109983584A (zh) * 2016-11-25 2019-07-05 荷兰应用自然科学研究组织 Tno 具有钝化接触的光伏电池
CN106784047A (zh) * 2016-12-30 2017-05-31 苏州阿特斯阳光电力科技有限公司 一种局部掺杂晶体硅太阳能电池的制备方法及其制得的电池
CN108447918A (zh) * 2018-03-29 2018-08-24 晶澳（扬州）太阳能科技有限公司 一种钝化接触多晶硅薄膜的掺杂结构及其制备方法
CN110148636A (zh) * 2018-11-27 2019-08-20 晶澳（扬州）太阳能科技有限公司 一种太阳能电池及其制备方法、光伏组件
CN112736150A (zh) * 2021-01-07 2021-04-30 中国科学院深圳先进技术研究院 一种铜铟镓硒薄膜太阳能电池及其制备方法
CN112736150B (zh) * 2021-01-07 2022-08-19 中国科学院深圳先进技术研究院 一种铜铟镓硒薄膜太阳能电池及其制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
DE102010006315A1 (de) 2011-08-04
DE102010006315B4 (de) 2012-08-30
WO2011091959A8 (de) 2012-09-07
SG182762A1 (en) 2012-08-30
US20120301995A1 (en) 2012-11-29
US8900908B2 (en) 2014-12-02
WO2011091959A3 (de) 2012-07-05
CN102893404B (zh) 2015-11-25
EP2529405A2 (de) 2012-12-05
MY157451A (en) 2016-06-15
WO2011091959A2 (de) 2011-08-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102893404B (zh) 用于局部高掺杂和接通是太阳能电池或太阳能电池前体的半导体结构的方法
JP7504164B2 (ja) 高効率太陽電池構造体および製造方法
JP6746854B2 (ja) ワイドバンドギャップ半導体材料含有のエミッタ領域を有する太陽電池
CN102763225B (zh) 使用半导体晶片的高效率光伏背结背触点太阳能电池结构和制造方法
CN101884115B (zh) 太阳能电池、其发射极层形成方法及其制造方法
KR101561682B1 (ko) 깊은 홈 후측 콘택 광발전 태양 전지들
ES2976484T3 (es) Procedimiento para producir una célula solar fotovoltaica con al menos una heterounión
US20170125617A1 (en) Solar cell and method of manufacturing the same
US20090211628A1 (en) Rear contact solar cell and method for making same
US7943417B2 (en) Method for metallization of photovoltaic cells with multiple annealing operations
US20110265866A1 (en) Solar cell and method for manufacturing the same
CN110546768B (zh) 太阳能电池元件以及太阳能电池元件的制造方法
TW201203588A (en) Solar cell including sputtered reflective layer and method of manufacture thereof
JP2009515336A (ja) 高効率の太陽電池及びその調製方法
CN102986042A (zh) 制造光伏太阳能电池的方法
JPWO2010119512A1 (ja) 光起電力装置とその製造方法
KR101768907B1 (ko) 태양 전지 제조 방법
CN102792455A (zh) 背接触异质结光伏电池
US20120279547A1 (en) Method For Backside-Contacting A Silicon Solar Cell, Silicon Solar Cell And Silicon Solar Module
CN110943143A (zh) 用于制造具有异质结和发射极扩散区的光伏太阳能电池的方法
US20110284060A1 (en) Solar cell and method of fabricating the same
JP2009206375A (ja) 太陽電池及びその製造方法
TWI401810B (zh) 太陽能電池
KR101396027B1 (ko) 고효율 후면 접촉 후면 접합 태양 전지의 이온 주입 및 어닐링
US20100224238A1 (en) Photovoltaic cell comprising an mis-type tunnel diode

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20151125

Termination date: 20210118