TWI380464B - Method of manufacturing crystalline silicon solar cells using co diffusion of boron and phosphorus - Google Patents

Description

1380464 30132pifl 爲第97144225號中文說明書無劃線修正本 修正曰期101年7月31曰 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明是有關於使用結晶矽（Si)基板來製造太陽能 電池。此太陽能電池之實例為具有由磷擴散引起之後侧場 的棚發射極η基極（boron-emitter n-base)太陽能電池。 【先前技術】 當需要兩種擴散製程（硼及磷）時，通常在較低溫度 之磷擴散步驟之前處理較高溫度之硼擴散步驟，參見（例 如）T·巴克（T.Buck)等人的 Proceedings of 21st European

Photovoltaic Solar Energy Conference (第 21 屆歐洲光電太 陽能會議紀錄，2006年9月4曰至8日，德累斯頓，德國）， 第1264至1267頁。此製程序列需要特殊的保護層來防止 磷在磷擴散步驟的時間期間擴散至硼擴散側中。有時，硼 自硼擴散層出來並向此保護層擴散，且在界面附近耗盡。 此情形致使發射極之薄層電阻增加，所述增加導致藉由此 製程製造之太陽能電池的串聯電阻增加。此外， 製程步驟來移除所魏，侧，絲制 作為純化及抗反射塗層)，則保護層之最“ 驟’則 另一方面，若在硼擴散步驟之前處理磷擴 另外， 因為其無 在Si::期間’必須保護磷擴散侧不受删影響 $擴政躺，必須充分地防止_散至蝴側， 法谷易地由硼補償。另外，在硼 散層逸散，且因此，物-起擴㈣Γ散層之m擴 30132pifl 修正日期1〇1年7月31日 爲第97144225號中文說明書無劃線修正本 此情形妨礙獲得删摻雜之發射極的良好特性。由於此等困 難’在製造太陽能電池時，在硼擴散之前難以實現填擴散， 或者即便實現了，亦不甚成功。 儘管有可能藉由一些方法同時形成硼擴散及磷擴 散，諸如藉由在擴散製程之前將每一擴散源印刷於一侧 上，但此方法導致至少在硼側之邊緣處，硼由磷補償，因 為鱗擴散得較快’且在矽中之可溶性更大，因此容易補償 侧。 亦已知其他方式，其中針對硼及磷使用單獨的擴散， 曰曰圓以成對的形式置放於一起。兩個基板之兩侧彼此接 觸，以使其部分地不受擴散影響。此情形將磷由硼補償之 問題以及硼由磷補償之問題限制於晶圓之邊緣處。然而， ^後必須切除晶圓之邊緣，此切除顯著增加了所生產之每 個Wp的成本。 【發明内容】 本發明之目標為提供一種使用硼擴散及鱗擴散自矽 基板製造太陽能電池的方法，其令至少一上文所提及之問 題得到解決。 ⑧藉由製造結晶矽太陽能電池的方法來達成所述目 標’所述方法依次包括： 提供結晶矽基板，其具有第一側及與所述第一側相對 的第二側； 使磷預擴散至所述基板之所述第一侧中，以形成 初始深度的磷擴散層； /、 30132pifl 修正曰期101年7月31日 爲第97144225號中文說明書無劃線修正本 阻擋所述基板之所述第一侧； 使所述基板之所述第二側暴露於硼擴散源； 加熱所述基板並持續某一段時間，且加熱至某一溫 度，以便使硼擴散至所述基板之所述第二側中，且同時使 所述磷進一步擴散至所述基板中。 本發明涉及藉由在硼擴散之前已某種程度上將磷擴 散至表面中，而在硼擴散製程期間，穩定並減少逸散在氣 氛中的磷。此做法允許在硼擴散之前移除磷擴散源。與來 自碟已在其中擴散的矽表面的磷相比，自擴散源逸散之磷 的量較大且波動較大。因此，此製程改良了硼擴散p型發 射極之品質及再生性。此製程亦避免在硼擴散側上形成η 型邊緣，且因此避免使太陽能電池分流。 在一態樣中’本發明亦有關於由上文所述之方法製造 的太陽能電池。 【實施方式】 圖1繪不由根據本發明實施例之方法生產的太陽能電 池的結構的實例。太陽能電池10包括η型矽基板11，其 一側具有硼擴散層12,另一側具有磷擴散層13。應注意， ，際太陽能電池結構亦具有金屬觸點及抗反射塗層 ，但彼 專組件在圖中未繪示^圖2繪示另_實例，在太陽能電池 20中，其中ρ型矽之基板21經處理以在一側產生磷擴散 層22’且在另一側產生硼擴散層23。圖丨之太陽能電池為 較佳，施例’ ϋ為其裝置錢優於目2之太陽能電池的裝 置效能。在以下贿中，論述圖1 (意即，η型基板）中所 30132ρίΠ 修正日期101年7月31曰 爲第97144225號中織明書無劃線修正本 繪示之太陽能電池之製造方法的實施例。 此方式之第-步驟為在基板之__側製作ρ擴散層。根 據，她例在包含〇2及卩2〇5蒸氣之氣氛中，在獅。C至 900 C下加熱基板3〇並持續5分鐘至5〇分鐘。接著，用包 括卩2〇5之SA膜31 (下文中稱為聊:⑽）覆蓋基板 3〇之所有表面。此Si〇2由基板3〇之石夕與氧氣生成且p2〇5 併入^81〇2膜31中。在矽33與別〇2:1>2〇5膜31之界面處， P2〇5還原為P ’且p擴散至基板3〇之核心中（參見圖3B 中之核心33) ’直至o.oi微米至1〇微米之深度為止。至 此’ Si〇2:P2〇5膜31及p擴散層32形成於矽基板3〇之整 個表面上。接下來，藉由將基板3〇浸潰於1%至5〇% HF 洛液中持續約0.5分鐘至1〇分鐘，或使基板3〇暴露於HF 蒸氣，或使用反應性離子敍刻來儀刻基板3〇，來移除 Si〇2:P2〇5膜31 (參見圖3C)。接下來，使用ι〇/0至3〇%HF 及0.1%至50% HNO3之混合溶液將p擴散層32蝕刻掉（一 侧除外）’或使用反應性離子蝕刻來對p擴散層32進行蝕 刻。藉由用蝕刻阻擋塗層密封基板3〇之另一側或僅僅藉由 使基板30浮在溶液上可實現一側蝕刻。因此，基板3〇之 一侧現包括P擴散層32·，參見圖3D。 參看圖4A至圖4F闡釋用於在基板之一侧製造p擴散 層的替代方法。首先，藉由旋塗、喷塗或印刷，用包含p2〇5 及Si〇2精細微粒之液體、膏或凝膠41來塗覆基板40之表 面的一側，參見圖4B。可同樣塗覆基板之另一侧，但此 塗覆不會影響此製造方法之最終結果。接下來，在250¾ 1380464 30132pifl 修正日期101年7月31日 爲第97144225號中文說明書無劃線修正本 至50(TC下加熱塗層4卜當溶劑包含有機物時，溶劑會塞 發或燒盡。P205及Si(M呆留於塗層中，參見繪示塗層4j、， 之圖4〇接著在進一步加熱步驟中，在8〇〇。〇至9贼下 加熱基板40，持續2分鐘至5G分鐘。因此，所有表面均 覆蓋有叫桃，參見圖4D。氧氣來自大氣，且执來 自第-塗層膜41，’ P2〇5出來進入大氣中。正如圖3b中， P擴散至㈣心t ’且Si〇2:P2〇5膜42及p擴散層43形成 ，石夕基板40之所有表面。現在，使用1%至5〇% hf溶液 或某-其他已知方法來移除如2:?2〇5膜I使用以至 至HN〇3或反應性離子㈣，將P擴 ，層餘刻掉，首先塗覆之側除外。藉由祕刻阻擋塗層密 或僅僅使基板浮在溶液上可實現一側侧。圖祁 中1 會不結果’圖4F财―側具有P擴散層44之基板40。 參看圖5A至圖5D闡釋用於在基板之一侧製造p擴 J層=三種可能的方法。首先在一侧上使用擴散阻擋層 來阻擋基板5G的-側，參見阻擋層51。可使用下文 之不同製程來形成阻擋層51 : λ •藉由旋塗或噴塗或印刷，用包含Si〇2或Tic>2或不會 擴散至料的任何物質的液體、膏或凝膠來塗覆表面。在 200 C至700 C下加熱塗層，接著溶劑蒸發。 •在〇2或〇2+H2〇氣氛中，在850°C至1100。(：下加熱 基板50’持續〇·5小時至若干小時。接著’在所有表面上 形成厚於0.1微米的Si02膜。藉由將基板50浸潰於1%至 10% HF溶液中，來移除僅一侧上之膜。 3〇132pifl 修正日期1〇丨年7月31日 爲第97144225號中文說明書無劃線修正本 •使用化學氣相沈積來沈積大於0.1微米厚之幻〇2或 SlN或Ή〇2或任何類似物質。 、在下一步驟中，使用如參看圖3Β或圖4D所述之方 法，使P擴散至矽核心54中。形成Si02:P2〇5層52 ,且P 擴散進去，但阻擋層51防止P在一側擴散至矽核心54中， 广見圖5C。接著，藉由將基板50浸潰於至5〇% HF溶 液中’來移除Si〇2:P2〇5層52及阻擋層51。 根據另一實施例，使用背對背擴散方法來達成基板之 僅側上的P擴散，在戶斤述方法中，兩個基板在其表面處 彼此接觸。 在如上所述磷預擴散至基板之第一側中之後，在將基 板置於爐中以進行進-步處理之前，阻擋基板之該第一 侧。在實施例中，基板60之第一侧61自另一基板幻之第 -侧62吨。所述另-基板可為經過_處理之基板，參 見圖此阻擋方式被稱為背對背（back-t〇 back)。背對 背組態之優勢之-在於與個別地阻擋每個基板相比，在爐 中需要的空間較少。此外’最有效地防止碟自第一側61 逃逸’因為面向之基板亦具有較高磷濃度，此情形使磷濃 度保持於較佳條件。圖6B $會示基板6〇由尚未處理之基板 65 (意即，新鮮基板）阻擋的替代方案。 ，，中’基板之第二側暴露於爛擴散源。此刪廣散源 可為蒸氣源或塗層源。在爐中，加熱基板持續某段時間， 且加熱至某-溫度’以使散至基板之第二側中，且同 時使Θ進步紐朗述基板巾（意即，深於所述初始深 1380464 3〇l32pifl 修正曰期101年7月31日 爲第97144225號中文說明書無劃線修正本 虞）。已用硼蒸氣源進行擴散來達成成功結果。在下文中， 參看圖7描述對實施例之具體描述内容。將兩個基板7〇、 71背對背置於射’且在包含〇2及B2〇3蒸氣之氣氛中， 在至looot：下進行加熱，持續3〇分鐘至12〇分鐘， 所述瘵氣可藉由引導N2穿過ΒΒι*3液體來產生。亦可使用 如BC1S或硼酸三甲酯（tremethyl)之其他硼液體源來代替 。接著，用包含ho3之Si〇2膜72 (下文中稱為 Si〇2:B2〇3)來覆蓋暴露之表面（意即，未受阻擋之表面）。 在矽核心70、71與Si〇2:B2〇3膜72之界面處，B擴散至 矽中，直至0.01微米至L0微米之深度為止，以形成3擴 散層73、74。一部分ίο;可能潛行至基板7〇、71之間的 微小間隙中，但影響非常小，因為在彼等區域處存在重度 擴散之同時，存在於P擴散層76、77中之p亦由所使 用之熱3:驅動而進一步擴散至相應的石夕核心7〇、71中。此 情形將導致深於其原始深度的Ρ擴散層。 圖7之實例之硼擴散使用蒸氣源擴散，熟習此項技術 者將清楚’此方法在如圖4Α至圖4F之碟擴散步驟中所描 述之塗層源擴散的情況下亦有效。 硼及磷之同時擴散期間的磷之預擴散與進一步擴散 的組合導致太陽能電池具有非常良好之特性，如自圖8可 見。圖8繪示η型多結晶基板上使用新方法（如本文所介 紹）及目前技術之方法（參看（例如）Τ.巴克等人之 Proceedings of 21st European Photovoltaic Solar Energy Conference ( 2006年9月4日至8日，德累斯頓，德國） 10 1380464 30132pifl 爲第97144225號中文說明書無劃線修正本 修正曰期101年7月31日 第1264頁至1267頁）製造之太陽能電池效率值的曲線圖。 由於上述製造方法’當磷個別地擴散進去（而非與爛 同時擴散）時，構擴散進去地較深。當使用本發明時，在

〇.5微米之深度處’基板中之磷濃度可比5微米之深度處 的濃度高100倍以上。 X 在根據本發明之方法中，磷亦可在硼側擴散至矽中， 因為較少量之磷將自磷侧逸散至相對側（意即，硼擴散 侧）。然而，在硼侧，擴散進去之磷的量小於擴散進去2硼 的里，且擴散層可容易滿足P型發射極之適當條件。 ”擴散進去之磷的量仍大於基板之背景摻雜。0 2微米 深處之磷濃度可比5微米深處之磷濃度高1〇〇倍以上。 本發明允許製造滿足發射極之所需條件的硼摻雜分 :，而不允許量大於硼之磷擴散至硼擴散側中，且不允許 量大於磷之硼擴散至磷擴散侧中。 σ 雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定 所屬技術領域中具有通常知識者，在不_ 和範圍内，當可作些許之更動與潤飾，故本 ί圖式簡視後附之申請專利範圍所界定者為準。 池：以根據本發明實施例之方法生產的太陽能電 圖2繪示基板為ρ型矽的另一實例。 擴散㈣解法繪示料在基板之—側製作ρ 11 丄： 30132pifl 修正日期101年7月31日 爲第97144225號中文說明書無 圖4A至圖4F以圖紐

擴散層的替代方糾處理步^用於結板之—側製造p 圖5A至圖5D以圓紐vu ,A 擴散層的+解法·祕減板之—側製造P 擴政料㈣二方法的處理步驟。 圖6A、圖6BI會示用於在蝴擴散步驟期間阻擋基板之 一側的兩種可能組態。 圖7以圖解法繪示硼擴散步驟期間的背對背組態。 圖8是繪示由根攄本發明之方法生產之太陽能電池與 目前技術之太陽能電池相比而量測到之效率的曲線圖。 【主要元件符號說明】 10、 2〇 :太陽能電池 11 ： π型碎基板 12 ： 爛擴散層 13 ： 鱗擴散層 21 ： 基板 22 ： 磷擴散層 23 ： 硼擴散層 30 ： 基板 31 : Si〇2:P205 膜 32 ： p擴散層 32'： p擴散層 33 ： 核心 40 ： 基板 41 ： 塗層 12 1380464 修正曰期101年7月31曰 30132pifl 爲第97144225號中文說明書無劃線修正本 4Γ :塗層 42 : Si02:P205 膜 43 : P擴散層 44 : P擴散層 50 :基板 51 :阻擋層 52 : Si02:P205 層 54 :石夕核心 60 :基板 61 :基板第一側 62 :基板第一側 63 :基板 65 :尚未處理之基板 70 :基板 71 :基板 72 : Si02:B2O3 膜 73 : B擴散層 74 : B擴散層 76 : P擴散層 77 : P擴散層 13

Claims (1)

1380464 3〇132pifl 爲第97144225號中文說明書無劃線修正本 修正日期101年7月31曰 七、申請專利範園： 1. 一種結晶矽太陽能電池的製造方法，依次包括. 的第S結晶石夕基板，其具有第一側及與所述第一側相對 使磷職散至·基板之所述第—财，以形 Si〇2及Ρζ〇5之膜以及具有初始深度的鱗擴散層； 自所述基板之所有側移除所述包括Si〇2及p2〇5之 阻撞所述基板之所述第一側； 、 使所述基板之所述第二側暴露於硼擴散源； 加熱所述基板，持續某段時間，且加熱至某一溫戶， 以使爛擴散至所述基板之所述第二側中，且同時使所^ 進一步擴散至所述基板中。 2.如ΐ請專利範®第1項所述之結晶♦太陽能電池 的製造方法，其中所述使磷預擴散至所述基板之第一侧包 括： 、在包含〇2及ρζ〇5之氣氛中加熱所述基板以產生所 述包括Si〇2及1>2〇5之膜及中間磷擴散層在所述基板之所 有側上；以及 蝕刻掉所述中間磷擴散層，所述第一側除外。 ^如申請專利範圍第1項所述之結晶矽太陽能電池 的製造方法，其中所述使磷預擴散至所述基板之第一側包 括： 、使用絲網印刷方法、單侧旋塗式方法或單側喷塗式方 法在所述第一側上形成塗層，所述塗層包括P2〇5及Si02 ; 加熱所述基板’以產生所述包括Si02及P205之膜及 14 1380464 30132pifl 修正日期101年7月31日 爲第97144225號中文說明書無劃線修正本 中間麟擴散層在所述基板之所有側上；以及 韻刻掉所述中間磷擴散層，所述第一側除外。 4.如申凊專利範圍第1項所述之結晶石夕太陽能電池 的製造方法，其中所述使磷預擴散至所述基板之第一側包 括： 阻擋所述基板之所述第二側；以及 在包含〇2及P2〇5之氣氛中加熱所述基板，以產生所 述包括Si〇2及P2〇5之膜以及中間磷擴散層在所述基板之 所有側上。 5.如申請專利範圍第1項所述之結晶矽太陽能電池 的製造方法，其中所述使磷預擴散至所述基板之第一側包 括： 阻擋所述基板之所述第二側； 使用絲網印刷方法、單側旋塗式方法或單侧喷塗式方 法在所述第一侧上形成塗層，所述塗層包括別〇2 ; 以及 加熱所述基板，以產生所述包括Si02及p2〇5之膜以 及中間磷擴散層在所述基板之所有側上。 曰6.如申請專利範圍第2項至第5項之任一項所述之結 晶矽太陽能電池的製造方法，其中在80(TC至900¾的溫度 下加熱所述基板。 7. 如申請專利範圍第4項或第5項所述之結晶矽太陽 二的製造方法’其中藉由在所述第二側上形成擴散阻 擋層來阻擋所述基板之所述第二側。 8. 如申請專利範圍第4項或第5項所述之結晶矽太陽 15 1380464 30132ρΐΠ 修正日期101年7月31日 爲第97144225號中文說明書無劃線修正本 月&電池的製造方法’其中藉由另一基板來阻擋所述基板之 所述第二側。 9. 如申請專利範圍第1項所述之結晶矽太陽能電池 的製造方法，其中藉由另一基板之第一侧來阻擋所述基板 之所述第一侧。 10. 如申請專利範圍第9項所述之結晶矽太陽能電池 的製造方法’其中所述另一基板包括在所述阻擔時以與所 述基板類似方式而處理之經處理的基板。 11· ^申請專利範圍第丨項至第5項之任一項所述之 結晶石夕太陽能電池的製造方法，其中藉由用塗覆層覆蓋所 述基板之所述第一側來阻擋所述基板之所述第一側。 二2申ΐ專利範圍第1項所述之結晶矽太陽能電池 二中所述使所述基板之所述第二側暴露於硼 擴政源包括使所述基板暴露於包含〇2及β2〇3之氣氛。 池的利範圍第12項所述之結晶石夕太陽能電 =的k方法，其中所述某段時間在30分鐘至120分鐘之 間。 14·如申請專利範圍第12或第13 陽能範K二第導t所述之結晶梦太 產生所述B203。 /、日 導2穿過ΒΒγ3液體來 16. -種由如前述中請專利範 項所述之結晶♦太陽能電 =15項中任- 池。 耵裊w方去製造的太陽能電 16 1380464 30132pifl 爲第97144225號中文說明書無劃線修正本 修正日期101年7月31日 四、 指定代表圖： (一） 本案之指定代表圖：圖1 (二） 本代表圖之元件符號簡單說明： 10 :太陽能電池 11 : η型矽基板 12 :硼擴散層 13 :磷擴散層 五、 本案若有化學式時，請揭示最能顯示發明特徵 的化學式： 益